1. Uvod
Proces vezivanja tvari (sirovina) na površinu supstratnih materijala fizičkim ili kemijskim metodama naziva se rast tankog filma.
Prema različitim principima rada, taloženje tankog filma integriranog kola može se podijeliti na:
-Fizičko taloženje pare (PVD);
-Chemical Vapor Deposition (CVD);
-Produžetak.
2. Proces rasta tankog filma
2.1 Proces fizičkog taloženja pare i raspršivanja
Proces fizičkog taloženja parom (PVD) odnosi se na upotrebu fizičkih metoda kao što su vakuumsko isparavanje, raspršivanje, oblaganje plazmom i epitaksija molekularnim snopom kako bi se formirao tanki film na površini pločice.
U VLSI industriji, najraširenija PVD tehnologija je raspršivanje, koje se uglavnom koristi za elektrode i metalne interkonekcije integriranih kola. Raspršivanje je proces u kojem se rijetki plinovi [kao što je argon (Ar)] ioniziraju u jone (kao što je Ar+) pod djelovanjem vanjskog električnog polja u uvjetima visokog vakuuma i bombardiraju izvor materijala pod visokim naponom, izbacivanje atoma ili molekula ciljnog materijala, a zatim dolazak na površinu pločice kako bi se formirao tanak film nakon procesa leta bez sudara. Ar ima stabilna hemijska svojstva, a njegovi ioni neće hemijski reagovati sa ciljnim materijalom i filmom. Kako čipovi integriranog kola ulaze u eru međupovezivanja bakra od 0,13 μm, sloj materijala bakrene barijere koristi film od titanijum nitrida (TiN) ili tantal nitrida (TaN). Potražnja za industrijskom tehnologijom podstakla je istraživanje i razvoj tehnologije raspršivanja hemijskom reakcijom, odnosno u komori za raspršivanje, pored Ar, postoji i reaktivni gasni azot (N2), tako da Ti ili Ta bombarduju iz ciljni materijal Ti ili Ta reaguje sa N2 da bi stvorio potreban TiN ili TaN film.
Postoje tri najčešće korišćene metode raspršivanja, a to su DC raspršivanje, RF raspršivanje i magnetronsko raspršivanje. Kako se integracija integriranih kola nastavlja povećavati, broj slojeva višeslojnog metalnog ožičenja se povećava, a primjena PVD tehnologije postaje sve opsežnija. PVD materijali uključuju Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, itd.
PVD i procesi raspršivanja se obično završavaju u visoko zatvorenoj reakcionoj komori sa stepenom vakuuma od 1×10-7 do 9×10-9 Torr, što može osigurati čistoću gasa tokom reakcije; istovremeno, potreban je eksterni visoki napon da bi se ionizirao rijetki plin kako bi se stvorio dovoljno visok napon za bombardiranje mete. Glavni parametri za procjenu procesa PVD i raspršivanja uključuju količinu prašine, kao i vrijednost otpora, uniformnost, debljinu refleksivnosti i naprezanje formiranog filma.
2.2 Proces hemijskog taloženja i raspršivanja
Kemijsko taloženje pare (CVD) odnosi se na procesnu tehnologiju u kojoj različiti plinoviti reaktanti s različitim parcijalnim pritiscima kemijski reagiraju na određenoj temperaturi i tlaku, a generirane čvrste tvari se talože na površini materijala supstrata kako bi se dobila željena tankost. film. U tradicionalnom procesu proizvodnje integrisanih kola, dobijeni tankoslojni materijali su uglavnom jedinjenja kao što su oksidi, nitridi, karbidi ili materijali kao što su polikristalni silicijum i amorfni silicijum. Selektivni epitaksijalni rast, koji se češće koristi nakon 45nm čvora, kao što je izvor i drejn SiGe ili Si selektivni epitaksijalni rast, također je CVD tehnologija.
Ova tehnologija može nastaviti da formira monokristalne materijale istog tipa ili slične originalnoj rešetki na monokristalnoj podlozi od silicija ili drugih materijala duž originalne rešetke. CVD se široko koristi u rastu izolacijskih dielektričnih filmova (kao što su SiO2, Si3N4 i SiON, itd.) i metalnih filmova (kao što je volfram, itd.).
Generalno, prema klasifikaciji pritiska, CVD se može podeliti na hemijsko taloženje pare pod atmosferskim pritiskom (APCVD), hemijsko taloženje pare pod atmosferskim pritiskom (SAPCVD) i hemijsko taloženje pare niskog pritiska (LPCVD).
Prema temperaturnoj klasifikaciji, CVD se može podijeliti na visokotemperaturno/niskotemperaturno hemijsko taloženje oksidnog filma (HTO/LTO CVD) i brzo termalno hemijsko taloženje pare (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Prema izvoru reakcije, CVD se može podijeliti na CVD na bazi silana, CVD na bazi poliestera (TEOS-based CVD) i metalno organsko hemijsko taloženje pare (MOCVD);
Prema energetskoj klasifikaciji, CVD se može podijeliti na termalno hemijsko taloženje pare (Thermal CVD), plazma poboljšano hemijsko taloženje pare (Plasma Enhanced CVD, PECVD) i plazma hemijsko taloženje visoke gustine (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Nedavno je takođe razvijeno tečno hemijsko taloženje pare (Flowable CVD, FCVD) sa odličnom sposobnošću popunjavanja praznina.
Različiti filmovi uzgojeni u CVD-u imaju različita svojstva (kao što su hemijski sastav, dielektrična konstanta, napetost, napon i probojni napon) i mogu se koristiti odvojeno prema različitim zahtjevima procesa (kao što su temperatura, stepen pokrivenosti, zahtjevi za punjenje, itd.).
2.3 Proces taloženja atomskog sloja
Taloženje atomskim slojem (ALD) odnosi se na taloženje atoma sloj po sloj na materijalu supstrata uzgojem jednog atomskog filma sloj po sloj. Tipični ALD usvaja metodu unošenja gasovitih prekursora u reaktor na naizmjenični impulsni način.
Na primjer, prvo se prethodnik reakcije 1 unosi u površinu supstrata, a nakon hemijske adsorpcije, na površini supstrata se formira jedan atomski sloj; zatim se prekursor 1 koji ostaje na površini supstrata iu reakcionoj komori ispumpava vazdušnom pumpom; zatim se prekursor reakcije 2 unosi u površinu supstrata i kemijski reagira sa prekursorom 1 adsorbiranim na površini supstrata kako bi se stvorio odgovarajući tankoslojni materijal i odgovarajuće nusproizvode na površini supstrata; kada prekursor 1 reaguje u potpunosti, reakcija će se automatski prekinuti, što je samoograničavajuća karakteristika ALD, a zatim se preostali reaktanti i nusproizvodi ekstrahuju kako bi se pripremili za sljedeću fazu rasta; neprekidnim ponavljanjem gore navedenog procesa može se postići taloženje tankoslojnih materijala izraslih sloj po sloj sa pojedinačnim atomima.
I ALD i CVD su načini uvođenja plinovitog izvora kemijske reakcije da kemijski reagira na površini supstrata, ali razlika je u tome što plinoviti reakcijski izvor CVD-a nema karakteristiku samoograničavanja rasta. Može se vidjeti da je ključ razvoja ALD tehnologije pronalaženje prekursora sa samoograničavajućim svojstvima reakcije.
2.4 Epitaksijalni proces
Epitaksijalni proces se odnosi na proces uzgoja potpuno uređenog monokristalnog sloja na podlozi. Općenito govoreći, epitaksijalni proces je uzgoj kristalnog sloja s istom orijentacijom rešetke kao originalni supstrat na supstratu od jednog kristala. Epitaksijalni proces se široko koristi u proizvodnji poluvodiča, kao što su epitaksijalne silikonske pločice u industriji integriranih kola, epitaksijalni rast MOS tranzistora za ugrađeni izvor i odvod, epitaksijalni rast na LED podlogama, itd.
Prema različitim faznim stanjima izvora rasta, metode epitaksijalnog rasta mogu se podijeliti na epitaksiju čvrste faze, epitaksiju tekuće faze i epitaksiju u parnoj fazi. U proizvodnji integrisanih kola, najčešće korišćene epitaksijalne metode su epitaksija čvrste faze i epitaksija u parnoj fazi.
Epitaksija u čvrstoj fazi: odnosi se na rast jednog sloja kristala na podlozi pomoću čvrstog izvora. Na primjer, termičko žarenje nakon ionske implantacije je zapravo proces epitaksije čvrste faze. Tokom implantacije jona, atomi silicijuma silicijumske pločice su bombardovani visokoenergetskim implantiranim jonima, ostavljajući svoje prvobitne položaje rešetke i postaju amorfni, formirajući površinski amorfni silicijumski sloj. Nakon termičkog žarenja pri visokim temperaturama, amorfni atomi se vraćaju na svoje položaje u rešetki i ostaju u skladu s orijentacijom atomskog kristala unutar supstrata.
Metode rasta epitaksije u parnoj fazi uključuju hemijsku epitaksiju u parnoj fazi, epitaksiju molekularnim snopom, epitaksiju atomskog sloja, itd. U proizvodnji integrisanih kola, hemijska epitaksija u parnoj fazi se najčešće koristi. Princip hemijske epitaksije u parnoj fazi je u osnovi isti kao i kod hemijskog taloženja pare. Oba su procesa koji talože tanke filmove hemijskom reakcijom na površini vafla nakon miješanja plina.
Razlika je u tome što zbog hemijske epitaksije u parnoj fazi raste jedan sloj kristala, ona ima veće zahtjeve za sadržaj nečistoća u opremi i čistoću površine pločice. Rani hemijski proces epitaksijalnog silicijuma u parnoj fazi treba da se izvede u uslovima visoke temperature (više od 1000°C). Poboljšanjem procesne opreme, posebno usvajanjem tehnologije vakuumske komore za izmjenu, čistoća šupljine opreme i površine silikonske pločice je značajno poboljšana, a epitaksija silikona se može izvoditi na nižim temperaturama (600-700°). C). Proces epitaksijalne silikonske pločice je uzgoj sloja monokristalnog silicija na površini silikonske pločice.
U poređenju sa originalnim silicijumskim supstratom, epitaksijalni silicijumski sloj ima veću čistoću i manje defekta rešetke, čime se poboljšava prinos proizvodnje poluprovodnika. Osim toga, debljina rasta i koncentracija dopinga epitaksijalnog silikonskog sloja uzgojenog na silikonskoj pločici mogu se fleksibilno dizajnirati, što donosi fleksibilnost dizajnu uređaja, kao što je smanjenje otpornosti podloge i poboljšanje izolacije supstrata. Epitaksijalni proces ugrađenog izvora i odvoda je tehnologija koja se široko koristi u čvorovima napredne logičke tehnologije.
Odnosi se na proces epitaksijalno rastućeg dopiranog germanijum silicijuma ili silicijuma u regionima izvora i drena MOS tranzistora. Glavne prednosti uvođenja epitaksijalnog procesa ugrađenog izvora i drena uključuju: rast pseudokristalnog sloja koji sadrži naprezanje zbog adaptacije rešetke, poboljšanje mobilnosti nosača kanala; in situ dopiranje izvora i drena može smanjiti otpornost na parazite na spoju izvor-drejn i smanjiti defekte visokoenergetske ionske implantacije.
3. oprema za rast tankog filma
3.1 Oprema za vakuumsko isparavanje
Vakuumsko isparavanje je metoda premazivanja koja zagrijava čvrste materijale u vakuumskoj komori kako bi se izazvalo njihovo isparavanje, isparavanje ili sublimiranje, a zatim kondenzacija i taloženje na površini materijala supstrata na određenoj temperaturi.
Obično se sastoji od tri dijela, a to su vakuumski sistem, sistem isparavanja i sistem grijanja. Vakum sistem se sastoji od vakuumskih cijevi i vakuum pumpi, a njegova glavna funkcija je da obezbijedi kvalifikovano vakuumsko okruženje za isparavanje. Sistem isparavanja se sastoji od tablice isparavanja, komponente za grijanje i komponente za mjerenje temperature.
Ciljni materijal koji treba ispariti (kao što je Ag, Al, itd.) stavlja se na sto za isparavanje; komponenta za mjerenje grijanja i temperature je sistem zatvorene petlje koji se koristi za kontrolu temperature isparavanja kako bi se osiguralo nesmetano isparavanje. Sistem grijanja se sastoji od faze vafla i komponente grijanja. Faza vafla se koristi za postavljanje podloge na koju treba ispariti tanki film, a komponenta za grijanje se koristi za ostvarivanje grijanja podloge i povratne kontrole mjerenja temperature.
Vakuumsko okruženje je veoma važan uslov u procesu vakuumskog isparavanja, koji je povezan sa brzinom isparavanja i kvalitetom filma. Ako stepen vakuuma ne zadovoljava zahtjeve, ispareni atomi ili molekuli će se često sudarati s preostalim molekulama plina, čineći njihov srednji slobodni put manjim, a atomi ili molekuli će se ozbiljno raspršiti, mijenjajući tako smjer kretanja i smanjujući film. stopa formiranja.
Osim toga, zbog prisustva zaostalih molekula plina nečistoća, taloženi film je ozbiljno kontaminiran i lošeg kvaliteta, posebno kada brzina porasta pritiska u komori ne zadovoljava standard i postoji curenje, zrak će procuriti u vakuumsku komoru , što će ozbiljno uticati na kvalitet filma.
Strukturne karakteristike opreme za vakuumsko isparavanje određuju da je ujednačenost premaza na podlogama velikih dimenzija loša. Kako bi se poboljšala ujednačenost, općenito se prihvaća metoda povećanja udaljenosti između izvora i supstrata i rotacije supstrata, ali povećanje udaljenosti između izvora i supstrata žrtvuje brzinu rasta i čistoću filma. Istovremeno, zbog povećanja vakuumskog prostora, smanjuje se stopa iskorištenja isparenog materijala.
3.2 DC oprema za fizičko taloženje parom
Fizičko taloženje parom jednosmerne struje (DCPVD) je takođe poznato kao katodno raspršivanje ili vakuumsko DC dvostepeno raspršivanje. Ciljni materijal vakuumskog jednosmjernog raspršivanja se koristi kao katoda, a supstrat se koristi kao anoda. Vakuumsko raspršivanje je formiranje plazme jonizacijom procesnog gasa.
Nabijene čestice u plazmi se ubrzavaju u električnom polju kako bi dobile određenu količinu energije. Čestice sa dovoljno energije bombarduju površinu ciljnog materijala, tako da se ciljni atomi raspršuju; raspršeni atomi sa određenom kinetičkom energijom kreću se prema supstratu i formiraju tanak film na površini supstrata. Gas koji se koristi za raspršivanje je uglavnom rijedak plin, kao što je argon (Ar), tako da film koji nastaje raspršivanjem neće biti kontaminiran; osim toga, atomski radijus argona je pogodniji za raspršivanje.
Veličina čestica za raspršivanje mora biti bliska veličini ciljnih atoma koji se raspršuju. Ako su čestice prevelike ili premale, ne može se formirati efikasno raspršivanje. Osim faktora veličine atoma, faktor mase atoma također će utjecati na kvalitetu raspršivanja. Ako je izvor čestica raspršivanja previše lagan, ciljni atomi neće biti raspršeni; ako su čestice prskanja preteške, meta će biti "savijena" i meta neće biti raspršena.
Ciljni materijal koji se koristi u DCPVD-u mora biti provodnik. To je zato što kada joni argona u procesnom gasu bombarduju ciljni materijal, oni će se rekombinovati sa elektronima na površini ciljnog materijala. Kada je ciljni materijal provodnik kao što je metal, elektroni koji se troše ovom rekombinacijom lakše se nadopunjuju napajanjem i slobodnim elektronima u drugim dijelovima ciljnog materijala putem električne provodljivosti, tako da površina ciljnog materijala kao cijeli ostaje negativno nabijen i raspršivanje se održava.
Naprotiv, ako je ciljni materijal izolator, nakon što se elektroni na površini ciljnog materijala rekombinuju, slobodni elektroni u drugim dijelovima ciljnog materijala ne mogu se nadoknaditi električnom provodljivošću, pa će se čak i pozitivni naboji akumulirati na površine ciljnog materijala, što uzrokuje porast potencijala ciljnog materijala, a negativni naboj ciljnog materijala slabi dok ne nestane, što na kraju dovodi do prestanka prskanja.
Stoga, kako bi izolacijski materijali bili upotrebljivi i za prskanje, potrebno je pronaći drugu metodu prskanja. Radiofrekventno raspršivanje je metoda raspršivanja koja je pogodna i za provodne i za neprovodne mete.
Još jedan nedostatak DCPVD-a je visok napon paljenja i snažno bombardiranje elektrona na podlogu. Efikasan način za rješavanje ovog problema je korištenje magnetronskog raspršivanja, tako da je magnetronsko raspršivanje zaista od praktične vrijednosti u oblasti integriranih kola.
3.3 RF oprema za fizičko taloženje pare
Radiofrekventno fizičko taloženje pare (RFPVD) koristi radiofrekventnu snagu kao izvor pobude i PVD metoda je pogodna za razne metalne i nemetalne materijale.
Uobičajene frekvencije RF napajanja koje se koristi u RFPVD su 13,56MHz, 20MHz i 60MHz. Pozitivni i negativni ciklusi RF napajanja se pojavljuju naizmjenično. Kada je PVD meta u pozitivnom poluciklusu, jer je ciljna površina na pozitivnom potencijalu, elektroni u procesnoj atmosferi će teći do ciljne površine kako bi neutralizirali pozitivni naboj akumuliran na njegovoj površini, pa čak i nastaviti akumulirati elektrone, čineći njegovu površinu negativno pristrasnom; kada je meta za raspršivanje u negativnom poluciklusu, pozitivni ioni će se kretati prema meti i biti djelomično neutralizirani na površini mete.
Najkritičnije je da je brzina kretanja elektrona u RF električnom polju mnogo veća od brzine pozitivnih jona, dok je vrijeme pozitivnog i negativnog poluciklusa isto, pa će nakon kompletnog ciklusa ciljna površina biti “neto” negativno nabijena. Stoga, u prvih nekoliko ciklusa, negativni naboj ciljne površine pokazuje trend rasta; nakon toga, ciljna površina dostiže stabilan negativni potencijal; nakon toga, pošto negativno naelektrisanje mete ima odbojni efekat na elektrone, količina pozitivnih i negativnih naelektrisanja koje prima ciljna elektroda teži da se uravnoteži, a meta predstavlja stabilno negativno naelektrisanje.
Iz navedenog procesa se vidi da proces formiranja negativnog napona nema nikakve veze sa svojstvima samog ciljanog materijala, tako da RFPVD metoda ne samo da može riješiti problem prskanja izolacijskih meta, već je i dobro kompatibilna. sa konvencionalnim metama sa metalnim provodnicima.
3.4 Oprema za raspršivanje magneta
Magnetronsko raspršivanje je PVD metoda koja dodaje magnete na poleđinu mete. Dodati magneti i DC napajanje (ili AC napajanje) čine izvor magnetronskog raspršivanja. Izvor raspršivanja se koristi za formiranje interaktivnog elektromagnetnog polja u komori, hvatanje i ograničavanje raspona kretanja elektrona u plazmi unutar komore, proširenje putanje kretanja elektrona i na taj način povećava koncentraciju plazme i na kraju postiže više taloženje.
Osim toga, budući da je više elektrona vezano blizu površine mete, bombardiranje supstrata elektronima je smanjeno, a temperatura supstrata je smanjena. U poređenju sa DCPVD tehnologijom sa ravnim pločama, jedna od najočitijih karakteristika magnetronske tehnologije fizičkog taloženja parom je da je napon pražnjenja pri paljenju niži i stabilniji.
Zbog svoje veće koncentracije u plazmi i većeg prinosa raspršivanja, može postići odličnu efikasnost taloženja, kontrolu debljine taloženja u velikom rasponu veličina, preciznu kontrolu sastava i niži napon paljenja. Stoga je magnetronsko raspršivanje u dominantnoj poziciji u trenutnom metalnom filmu PVD. Najjednostavniji dizajn izvora magnetronskog raspršivanja je postavljanje grupe magneta na poleđinu ravne mete (izvan vakuumskog sistema) kako bi se generiralo magnetno polje paralelno s površinom mete u lokalnom području na površini mete.
Ako se postavi trajni magnet, njegovo magnetsko polje je relativno fiksirano, što rezultira relativno fiksnom distribucijom magnetnog polja na ciljnoj površini u komori. Samo materijali u određenim područjima mete se raspršuju, stopa iskorištenja cilja je niska, a ujednačenost pripremljenog filma je loša.
Postoji određena vjerovatnoća da će se raspršene čestice metala ili drugog materijala vratiti na ciljnu površinu, agregirajući se na taj način u čestice i stvarajući defektne kontaminacije. Stoga, komercijalni izvori magnetronskog raspršivanja uglavnom koriste dizajn rotirajućih magneta za poboljšanje uniformnosti filma, stope iskorištenja cilja i potpunog ciljanog raspršivanja.
Ključno je uravnotežiti ova tri faktora. Ako se vagom ne rukuje dobro, to može rezultirati dobrom ujednačenošću filma uz značajno smanjenje stope iskorištenja cilja (skraćivanje ciljanog vijeka trajanja) ili neuspjeh u postizanju potpunog ciljanog raspršivanja ili pune ciljne korozije, što će uzrokovati probleme s česticama tijekom raspršivanja proces.
U magnetron PVD tehnologiji potrebno je uzeti u obzir mehanizam kretanja rotirajućih magneta, oblik mete, sistem hlađenja mete i izvor magnetronskog raspršivanja, kao i funkcionalnu konfiguraciju baze koja nosi pločicu, kao što je adsorpcija pločice i kontrola temperature. U PVD procesu, temperatura vafla se kontrolira kako bi se dobila potrebna kristalna struktura, veličina zrna i orijentacija, kao i stabilnost performansi.
Budući da je za provođenje topline između poleđine pločice i površine baze potreban određeni pritisak, obično reda veličine nekoliko Torr, a radni tlak komore je obično reda veličine nekoliko mTorr, pritisak na poleđini oblatne je mnogo veći od pritiska na gornjoj površini vafla, tako da je potrebna mehanička stezna glava ili elektrostatička stezna glava za pozicioniranje i ograničavanje oblatne.
Mehanička stezna glava se oslanja na vlastitu težinu i ivicu pločice da bi postigla ovu funkciju. Iako ima prednosti jednostavne strukture i neosjetljivosti na materijal vafla, očigledan je ivični efekat vafla, koji ne pogoduje striktnoj kontroli čestica. Stoga je postepeno zamijenjen elektrostatičkom steznom glavom u procesu proizvodnje IC.
Za procese koji nisu posebno osjetljivi na temperaturu, također se može koristiti neadsorpcijska metoda polica bez kontakta s rubovima (bez razlike u tlaku između gornje i donje površine vafla). Tokom PVD procesa, obloga komore i površina delova koji su u kontaktu sa plazmom će biti deponovani i pokriveni. Kada debljina nanesenog filma prijeđe granicu, film će popucati i oljuštiti se, uzrokujući probleme s česticama.
Stoga je površinska obrada dijelova kao što je obloga ključ za proširenje ove granice. Površinsko pjeskarenje i prskanje aluminija su dvije najčešće korištene metode, čija je svrha povećanje hrapavosti površine kako bi se ojačala veza između filma i površine obloge.
3.5 Oprema za jonizaciju fizičkog taloženja parom
Uz kontinuirani razvoj tehnologije mikroelektronike, veličine karakteristika postaju sve manje i manje. Budući da PVD tehnologija ne može kontrolirati smjer taloženja čestica, sposobnost PVD-a da uđe kroz rupe i uske kanale s visokim odnosom stranica je ograničena, što proširenu primjenu tradicionalne PVD tehnologije čini sve izazovnijom. U PVD procesu, kako se širi omjer žlijeba pora povećava, pokrivenost na dnu se smanjuje, formirajući strukturu nalik na nadstrešnicu u gornjem uglu i formirajući najslabiju pokrivenost u donjem uglu.
Tehnologija joniziranog fizičkog taloženja parom razvijena je da riješi ovaj problem. Prvo plazmatizira atome metala raspršene iz mete na različite načine, a zatim prilagođava napon napona na pločici kako bi kontrolirao smjer i energiju metalnih jona kako bi se dobio stabilan usmjereni tok metalnih jona za pripremu tankog filma, čime se poboljšava pokrivenost dna stepenica visokog omjera širine i visine kroz rupe i uske kanale.
Tipična karakteristika tehnologije jonizirane metalne plazme je dodavanje zavojnice radio frekvencije u komori. Tokom procesa radni pritisak komore se održava na relativno visokom stanju (5 do 10 puta veći od normalnog radnog pritiska). Tokom PVD-a, radiofrekvencijski kalem se koristi za generiranje drugog područja plazme, u kojem koncentracija argonske plazme raste s povećanjem snage radio frekvencije i tlaka plina. Kada atomi metala koji su raspršeni iz mete prođu kroz ovo područje, oni stupaju u interakciju sa argonskom plazmom visoke gustine i formiraju metalne ione.
Primjena RF izvora na nosač pločice (kao što je elektrostatička stezna glava) može povećati negativnu pristranost na pločici kako bi privukla pozitivne ione metala na dno žlijeba pora. Ovaj usmjereni tok metalnih jona okomito na površinu pločice poboljšava pokrivenost dna stepenica za pore i uske kanale visokog omjera širine i visine.
Negativna pristranost primijenjena na pločicu također uzrokuje da joni bombardiraju površinu pločice (obrnuto raspršivanje), što slabi strukturu koja se nalazi iznad otvora žlijeba pora i raspršuje film natopljen na dnu na bočne stijenke u uglovima dna pora. žljeb, čime se povećava pokrivenost koraka na uglovima.
3.6 Oprema za hemijsko taloženje pare pod atmosferskim pritiskom
Oprema za hemijsko taloženje pare pod atmosferskim pritiskom (APCVD) odnosi se na uređaj koji raspršuje gasoviti izvor reakcije konstantnom brzinom na površinu zagrijane čvrste podloge u okruženju sa pritiskom blizu atmosferskog, uzrokujući da izvor reakcije hemijski reaguje na površinu supstrata, a produkt reakcije se taloži na površinu supstrata kako bi se formirao tanak film.
APCVD oprema je najranija CVD oprema i još uvijek se široko koristi u industrijskoj proizvodnji i naučnim istraživanjima. APCVD oprema se može koristiti za pripremu tankih filmova kao što su monokristalni silicijum, polikristalni silicijum, silicijum dioksid, cink oksid, titanijum dioksid, fosfosilikatno staklo i borofosfoslikatno staklo.
3.7 Oprema za hemijsko taloženje pare niskog pritiska
Oprema za hemijsko taloženje pare niskog pritiska (LPCVD) odnosi se na opremu koja koristi gasovite sirovine da hemijski reaguje na površini čvrste podloge pod zagrejanom (350-1100°C) i okolinom niskog pritiska (10-100 mTorr), i reaktanti se talože na površinu supstrata i formiraju tanak film. LPCVD oprema je razvijena na bazi APCVD kako bi se poboljšao kvalitet tankih filmova, poboljšala ujednačenost distribucije karakterističnih parametara kao što su debljina filma i otpornost, te poboljšala efikasnost proizvodnje.
Njegova glavna karakteristika je da u okruženju toplotnog polja niskog pritiska procesni gas reaguje hemijski na površini podloge vafla, a produkti reakcije se talože na površini supstrata i formiraju tanak film. LPCVD oprema ima prednosti u pripremi visokokvalitetnih tankih filmova i može se koristiti za pripremu tankih filmova kao što su silicijum oksid, silicijum nitrid, polisilicij, silicijum karbid, galijum nitrid i grafen.
U poređenju sa APCVD, reakciono okruženje niskog pritiska LPCVD opreme povećava srednji slobodni put i koeficijent difuzije gasa u reakcionoj komori.
Reakcioni plin i molekule plina nosača u reakcionoj komori mogu se ravnomjerno rasporediti u kratkom vremenu, čime se uvelike poboljšava ujednačenost debljine filma, ujednačenost otpornosti i stepena pokrivenosti filma, a potrošnja reakcionog plina je također mala. Pored toga, okruženje niskog pritiska takođe ubrzava brzinu prenosa gasnih materija. Nečistoće i nusprodukti reakcije difundirani iz supstrata mogu se brzo izvaditi iz reakcione zone kroz granični sloj, a reakcioni gas brzo prolazi kroz granični sloj da bi stigao do površine supstrata za reakciju, čime se efikasno suzbija samodopiranje, priprema visokokvalitetni filmovi sa strmim prijelaznim zonama, kao i poboljšanje efikasnosti proizvodnje.
3.8 Oprema za hemijsko taloženje pomoću plazme
Plazma poboljšano hemijsko taloženje pare (PECVD) je široko korištena thin tehnologija taloženja filma. Tokom procesa plazme, gasoviti prekursor se jonizuje pod dejstvom plazme da bi se formirale pobuđene aktivne grupe, koje difunduju na površinu supstrata, a zatim prolaze kroz hemijske reakcije da dovrše rast filma.
Prema učestalosti stvaranja plazme, plazma koja se koristi u PECVD-u može se podijeliti u dvije vrste: radiofrekventna plazma (RF plazma) i mikrovalna plazma (Microwave plazma). Trenutno, radio frekvencija koja se koristi u industriji je općenito 13,56MHz.
Uvođenje radiofrekventne plazme obično se dijeli na dvije vrste: kapacitivnu spregu (CCP) i induktivnu spregu (ICP). Metoda kapacitivnog spajanja je obično metoda direktne plazma reakcije; dok metoda induktivnog spajanja može biti direktna metoda plazme ili metoda udaljene plazme.
U procesima proizvodnje poluvodiča, PECVD se često koristi za uzgoj tankih filmova na podlogama koje sadrže metale ili druge strukture osjetljive na temperaturu. Na primjer, u području back-end metalnog međusobnog povezivanja integriranih kola, budući da su izvorne, gejt i drenažne strukture uređaja formirane u front-end procesu, podložan je rastu tankih filmova u polju metalnog međusobnog povezivanja. do vrlo strogih termičkih budžetskih ograničenja, tako da se obično završava uz pomoć plazme. Prilagođavanjem parametara procesa plazme, gustoća, hemijski sastav, sadržaj nečistoća, mehanička žilavost i parametri naprezanja tankog filma uzgojenog PECVD-om mogu se podesiti i optimizirati unutar određenog raspona.
3.9 Oprema za taloženje atomskog sloja
Taloženje atomskim slojem (ALD) je tehnologija taloženja tankog filma koja periodično raste u obliku kvazi-monoatomskog sloja. Njegova karakteristika je da se debljina nanesenog filma može precizno podesiti kontrolom broja ciklusa rasta. Za razliku od procesa hemijskog taloženja iz pare (CVD), dva (ili više) prekursora u ALD procesu naizmenično prolaze kroz površinu supstrata i efektivno se izoluju pročišćavanjem retkih gasova.
Dva prekursora se neće mešati i sresti u gasnoj fazi da bi hemijski reagovali, već samo reaguju putem hemijske adsorpcije na površini supstrata. U svakom ciklusu ALD, količina prekursora adsorbovanog na površini supstrata povezana je sa gustinom aktivnih grupa na površini supstrata. Kada se reaktivne grupe na površini supstrata iscrpe, čak i ako se unese višak prekursora, hemijska adsorpcija se neće dogoditi na površini supstrata.
Ovaj proces reakcije naziva se površinska samoograničavajuća reakcija. Ovaj procesni mehanizam čini debljinu filma uzgojenog u svakom ciklusu ALD procesa konstantnom, tako da ALD proces ima prednosti precizne kontrole debljine i dobre pokrivenosti koraka filma.
3.10 Oprema za epitaksiju molekularnog zraka
Epitaksija molekularnim snopom (MBE) odnosi se na epitaksijalni uređaj koji koristi jedan ili više atomskih snopova toplinske energije ili molekularnih zraka za raspršivanje na zagrijanu površinu podloge određenom brzinom pod uvjetima ultra visokog vakuuma, te adsorbira i migrira na površini supstrata. za epitaksijalno uzgoj tankih filmova od jednog kristala duž pravca kristalne ose materijala supstrata. Općenito, pod uvjetom zagrijavanja pomoću mlazne peći sa toplinskim štitom, izvor snopa formira atomski snop ili molekularni snop, a film raste sloj po sloj duž smjera kristalne ose materijala supstrata.
Njegove karakteristike su niska epitaksijalna temperatura rasta, a debljina, interfejs, hemijski sastav i koncentracija nečistoća mogu se precizno kontrolisati na atomskom nivou. Iako je MBE nastao iz pripreme poluprovodničkih ultra tankih monokristalnih filmova, njegova primjena se sada proširila na različite materijalne sisteme kao što su metali i izolacijski dielektrici, i može pripremiti III-V, II-VI, silicijum, silicijum germanijum (SiGe ), grafen, oksidi i organski filmovi.
Sistem epitaksije molekularnim snopom (MBE) uglavnom se sastoji od sistema ultra-visokog vakuuma, izvora molekularnog snopa, sistema za fiksiranje supstrata i grijanja, sistema za prijenos uzoraka, sistema za nadzor na licu mjesta, kontrolnog sistema i testa. sistem.
Vakum sistem uključuje vakuumske pumpe (mehaničke pumpe, molekularne pumpe, jonske pumpe i kondenzacione pumpe, itd.) i razne ventile, koji mogu stvoriti okruženje za rast ultra visokog vakuuma. Općenito dostižan stepen vakuuma je 10-8 do 10-11 Torr. Vakum sistem uglavnom ima tri vakuumske radne komore, odnosno komoru za ubrizgavanje uzorka, komoru za prethodnu obradu i analizu površine i komoru za rast.
Komora za ubrizgavanje uzoraka se koristi za prijenos uzoraka u vanjski svijet kako bi se osigurali uslovi visokog vakuuma u drugim komorama; komora za prethodnu obradu i analizu površine povezuje komoru za ubrizgavanje uzorka i komoru za rast, a njena glavna funkcija je prethodna obrada uzorka (visokotemperaturno otplinjavanje kako bi se osigurala potpuna čistoća površine supstrata) i izvođenje preliminarne analize površine na očišćeni uzorak; komora za rast je osnovni dio MBE sistema, uglavnom sastavljen od izvorne peći i odgovarajućeg sklopa zatvarača, kontrolne konzole uzorka, sistema za hlađenje, refleksijske difrakcije elektrona visoke energije (RHEED) i sistema za nadzor na licu mjesta . Neka proizvodna MBE oprema ima više konfiguracija komora za rast. Šematski dijagram strukture MBE opreme prikazan je u nastavku:
MBE silicijumskog materijala koristi silicijum visoke čistoće kao sirovinu, raste u uslovima ultra-visokog vakuuma (10-10～10-11 Torr), a temperatura rasta je 600～900℃, sa Ga (P-tip) i Sb ( N-tip) kao izvori dopinga. Često korišteni izvori dopinga kao što su P, As i B rijetko se koriste kao izvori zraka jer ih je teško ispariti.
Reakciona komora MBE ima okruženje ultra visokog vakuuma, što povećava srednji slobodni put molekula i smanjuje kontaminaciju i oksidaciju na površini materijala za uzgoj. Pripremljeni epitaksijalni materijal ima dobru površinsku morfologiju i uniformnost, i može se napraviti u višeslojnu strukturu sa različitim dopingom ili različitim komponentama materijala.
MBE tehnologija postiže ponovni rast ultra tankih epitaksijalnih slojeva debljine jednog atomskog sloja, a međusloj između epitaksijalnih slojeva je strm. Promoviše rast III-V poluprovodnika i drugih višekomponentnih heterogenih materijala. Trenutno je MBE sistem postao napredna procesna oprema za proizvodnju nove generacije mikrotalasnih uređaja i optoelektronskih uređaja. Nedostaci MBE tehnologije su spora stopa rasta filma, visoki zahtjevi za vakuumom i visoki troškovi opreme i opreme.
3.11 Sistem za epitaksiju u parnoj fazi
Sistem epitaksije u parnoj fazi (VPE) odnosi se na epitaksijalni uređaj za rast koji transportuje gasovita jedinjenja do supstrata i dobija jedan sloj kristalnog materijala sa istim rasporedom rešetke kao i supstrat putem hemijskih reakcija. Epitaksijalni sloj može biti homoepitaksijalni sloj (Si/Si) ili heteroepitaksijalni sloj (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, itd.). Trenutno, VPE tehnologija se široko koristi u oblastima pripreme nanomaterijala, energetskih uređaja, poluvodičkih optoelektronskih uređaja, solarnih fotonapona i integrisanih kola.
Tipični VPE uključuje epitaksiju atmosferskog pritiska i epitaksiju sniženog pritiska, ultravisoki vakuum hemijsko taloženje pare, metalno organsko hemijsko taloženje pare, itd. Ključne tačke u VPE tehnologiji su dizajn reakcione komore, režim i uniformnost protoka gasa, ujednačenost temperature i precizna kontrola, kontrola pritiska i stabilnosti, kontrola čestica i defekata, itd.
Trenutno, pravac razvoja mainstream komercijalnih VPE sistema je veliko opterećenje na pločicu, potpuno automatska kontrola i praćenje temperature i procesa rasta u realnom vremenu. VPE sistemi imaju tri strukture: vertikalnu, horizontalnu i cilindričnu. Metode grijanja uključuju otporno grijanje, visokofrekventno indukcijsko grijanje i grijanje infracrvenim zračenjem.
Trenutno, VPE sistemi uglavnom koriste horizontalne disk strukture, koje imaju karakteristike dobre uniformnosti rasta epitaksijalnog filma i velikog opterećenja wafera. VPE sistemi se obično sastoje od četiri dela: reaktor, sistem grejanja, sistem gasnog puta i kontrolni sistem. Budući da je vrijeme rasta GaAs i GaN epitaksijalnih filmova relativno dugo, najčešće se koriste indukcijsko grijanje i otporno grijanje. U silicijumskom VPE-u, rast debelog epitaksijalnog filma uglavnom koristi indukcijsko grijanje; rast tankog epitaksijalnog filma uglavnom koristi infracrveno grijanje kako bi se postigla svrha brzog porasta/pada temperature.
3.12 Epitaksi sistem tečne faze
Sistem tečne faze epitaksije (LPE) odnosi se na opremu za epitaksijalni rast koja otapa materijal koji se uzgaja (kao što su Si, Ga, As, Al, itd.) i dodatke (kao što su Zn, Te, Sn, itd.) u metal sa nižom tačkom topljenja (kao što je Ga, In, itd.), tako da je otopljena supstanca zasićena ili prezasićena u otapalu, a zatim je monokristalni supstrat u kontaktu sa rastvorom, a otopljena supstanca se istaloži iz rastvarača pomoću postepeno se hladi, a na površini supstrata raste sloj kristalnog materijala sa kristalnom strukturom i konstantom rešetke sličnoj onoj u supstratu.
LPE metodu su predložili Nelson et al. 1963. Koristi se za uzgoj Si tankih filmova i monokristalnih materijala, kao i poluvodičkih materijala kao što su III-IV grupe i živin kadmijum telurid, a može se koristiti za izradu raznih optoelektronskih uređaja, mikrotalasnih uređaja, poluprovodničkih uređaja i solarnih ćelija .
—————————————————————————————————————————————————— ————————————
Semicera može pružitigrafitnih dijelova, mekani/čvrsti filc, dijelovi od silicijum karbida, CVD dijelovi od silicijum karbida, iDijelovi obloženi SiC/TaCsa za 30 dana.
Ako ste zainteresovani za gore navedene poluprovodničke proizvode,molimo ne ustručavajte se kontaktirati nas prvi put.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Vrijeme objave: 31.08.2024