1. Įvadas
Medžiagų (žaliavų) pritvirtinimo prie substrato medžiagų paviršiaus fizikiniais ar cheminiais metodais procesas vadinamas plonos plėvelės augimu.
Pagal skirtingus veikimo principus integruotos grandinės plonos plėvelės nusodinimas gali būti suskirstytas į:
-Fizikinis nusodinimas iš garų (PVD);
-Cheminis nusodinimas iš garų (CVD);
- Pratęsimas.
2. Plonos plėvelės augimo procesas
2.1 Fizinis nusodinimas garais ir purškimo procesas
Fizinis nusodinimas iš garų (PVD) reiškia fizinių metodų, tokių kaip vakuuminis garinimas, purškimas, plazminis dengimas ir molekulinio pluošto epitaksijos, naudojimą, siekiant suformuoti ploną plėvelę ant plokštelės paviršiaus.
VLSI pramonėje plačiausiai naudojama PVD technologija yra purškimas, kuris daugiausia naudojamas elektrodams ir metalinėms integrinių grandynų jungtims. Purškimas yra procesas, kurio metu retosios dujos [pvz., argonas (Ar)], veikiant išoriniam elektriniam laukui, esant dideliam vakuumui, jonizuojamos į jonus (pvz., Ar+) ir bombarduoja medžiagos tikslinį šaltinį aukštos įtampos aplinkoje, išmuša tikslinės medžiagos atomus ar molekules, o po to pasiekia plokštelės paviršių, kad susidarytų plona plėvelė po skrydžio be susidūrimo. Ar turi stabilias chemines savybes, o jo jonai chemiškai nereaguos su tiksline medžiaga ir plėvele. Kai integrinių grandynų lustai patenka į 0,13 μm vario sujungimo erą, vario barjerinės medžiagos sluoksnis naudoja titano nitrido (TiN) arba tantalo nitrido (TaN) plėvelę. Pramoninių technologijų paklausa paskatino cheminių reakcijų purškimo technologijos tyrimus ir plėtrą, tai yra, purškimo kameroje, be Aro, yra ir reaktyviųjų dujų azoto (N2), todėl Ti arba Ta yra bombarduojami iš tikslinė medžiaga Ti arba Ta reaguoja su N2, kad susidarytų reikiama TiN arba TaN plėvelė.
Yra trys dažniausiai naudojami purškimo būdai, būtent nuolatinės srovės purškimas, RF dulkinimas ir magnetroninis purškimas. Vis didėjant integrinių grandynų integracijai, daugėja daugiasluoksnių metalinių laidų sluoksnių, o PVD technologijos taikymas tampa vis platesnis. PVD medžiagos apima Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 ir kt.
PVD ir purškimo procesai paprastai baigiami labai sandarioje reakcijos kameroje, kurios vakuuminis laipsnis yra nuo 1 × 10-7 iki 9 × 10-9 Torr, kuri gali užtikrinti dujų grynumą reakcijos metu; tuo pačiu metu reikalinga išorinė aukšta įtampa, norint jonizuoti retąsias dujas, kad būtų sukurta pakankamai aukšta įtampa bombarduoti taikinį. Pagrindiniai PVD ir purškimo procesų vertinimo parametrai yra dulkių kiekis, taip pat suformuotos plėvelės atsparumo vertė, tolygumas, atspindžio storis ir įtempis.
2.2 Cheminis nusodinimas iš garų ir purškimo procesas
Cheminis nusodinimas iš garų (CVD) reiškia proceso technologiją, kurioje įvairūs dujiniai reagentai, turintys skirtingą dalinį slėgį, chemiškai reaguoja esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui, o susidariusios kietosios medžiagos nusodinamos ant pagrindo medžiagos paviršiaus, kad būtų gautas norimas plonas. filmas. Tradiciniame integrinių grandynų gamybos procese gautos plonos plėvelės medžiagos paprastai yra junginiai, tokie kaip oksidai, nitridai, karbidai arba medžiagos, tokios kaip polikristalinis silicis ir amorfinis silicis. Selektyvus epitaksinis augimas, kuris dažniau naudojamas po 45 nm mazgo, pvz., šaltinio ir nutekėjimo SiGe arba Si selektyvus epitaksinis augimas, taip pat yra CVD technologija.
Ši technologija gali ir toliau formuoti to paties tipo arba panašias į pradinę gardelę monokristalines medžiagas ant monokristalinio silicio ar kitų medžiagų pagrindo palei pradinę gardelę. CVD plačiai naudojamas izoliacinių dielektrinių plėvelių (pvz., SiO2, Si3N4 ir SiON ir kt.) ir metalinių plėvelių (pvz., volframo ir kt.) augimui.
Paprastai pagal slėgio klasifikaciją CVD galima suskirstyti į atmosferos slėgio cheminį nusodinimą iš garų (APCVD), žemesnio slėgio cheminį nusodinimą iš garų (SAPCVD) ir žemo slėgio cheminį nusodinimą iš garų (LPCVD).
Pagal temperatūros klasifikaciją CVD gali būti suskirstytas į aukštos temperatūros / žemos temperatūros oksido plėvelės cheminį nusodinimą garais (HTO/LTO CVD) ir greitą terminį cheminį nusodinimą garais (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Pagal reakcijos šaltinį CVD gali būti skirstomas į silano pagrindu pagamintą CVD, poliesterio pagrindu pagamintą CVD (TEOS pagrindu pagamintą CVD) ir metalo organinį cheminį nusodinimą iš garų (MOCVD);
Pagal energetinę klasifikaciją CVD gali būti suskirstytas į terminį cheminį nusodinimą garais (terminis CVD), padidintą cheminį nusodinimą garais (Plasma Enhanced CVD, PECVD) ir didelio tankio plazminį cheminį nusodinimą garais (didelio tankio plazmos CVD, HDPCVD). Pastaruoju metu taip pat buvo sukurtas tekantis cheminis nusodinimas garais (Flowable CVD, FCVD), pasižymintis puikiomis tarpų užpildymo savybėmis.
Skirtingos CVD išaugintos plėvelės turi skirtingas savybes (pvz., cheminę sudėtį, dielektrinę konstantą, įtempimą, įtempį ir gedimo įtampą) ir gali būti naudojamos atskirai pagal skirtingus proceso reikalavimus (pvz., temperatūrą, žingsnių aprėptį, užpildymo reikalavimus ir kt.).
2.3 Atominio sluoksnio nusodinimo procesas
Atominio sluoksnio nusodinimas (ALD) reiškia atomų nusodinimą sluoksnis po sluoksnio ant substrato medžiagos, auginant vieną atominę plėvelę sluoksnis po sluoksnio. Tipiškas ALD taiko dujų pirmtakų įvedimo į reaktorių metodą kintamu impulsiniu būdu.
Pavyzdžiui, pirmiausia į substrato paviršių įvedamas reakcijos pirmtakas 1, o po cheminės adsorbcijos ant pagrindo paviršiaus susidaro vienas atominis sluoksnis; tada pirmtakas 1, likęs ant pagrindo paviršiaus ir reakcijos kameroje, išpumpuojamas oro siurbliu; tada reakcijos pirmtakas 2 įvedamas į substrato paviršių ir chemiškai reaguoja su pirmtaku 1, adsorbuotu ant pagrindo paviršiaus, kad susidarytų atitinkama plonasluoksnė medžiaga ir atitinkami šalutiniai produktai ant pagrindo paviršiaus; kai pirmtakas 1 visiškai sureaguos, reakcija automatiškai pasibaigs, o tai yra savaime ribojanti ALD charakteristika, o tada išgaunami likę reagentai ir šalutiniai produktai, kad būtų galima pasiruošti kitam augimo etapui; nuolat kartojant minėtą procesą, galima pasiekti plonų plėvelių medžiagų nusodinimą sluoksnis po sluoksnio su atskirais atomais.
Tiek ALD, tiek CVD yra dujinio cheminės reakcijos šaltinio įvedimo būdai, kad jie chemiškai reaguotų ant substrato paviršiaus, tačiau skirtumas yra tas, kad CVD dujinės reakcijos šaltinis neturi savaime ribojančio augimo. Galima pastebėti, kad ALD technologijos kūrimo raktas yra rasti pirmtakus su savaime ribojančiomis reakcijos savybėmis.
2.4 Epitaksinis procesas
Epitaksinis procesas reiškia visiškai sutvarkyto vieno kristalo sluoksnio auginimą ant pagrindo. Paprastai tariant, epitaksinis procesas yra ant vieno kristalo substrato užauginti kristalinį sluoksnį, kurio gardelės orientacija yra tokia pati kaip ir pradinis substratas. Epitaksinis procesas plačiai naudojamas puslaidininkių gamyboje, pvz., epitaksinės silicio plokštelės integrinių grandynų pramonėje, įterptųjų šaltinių ir nutekėjimo epitaksinis MOS tranzistorių augimas, epitaksinis augimas ant LED substratų ir kt.
Atsižvelgiant į skirtingas augimo šaltinio fazės būsenas, epitaksinio augimo metodus galima suskirstyti į kietosios fazės epitaksiją, skystosios fazės epitaksiją ir garų fazės epitaksiją. Integrinių grandynų gamyboje dažniausiai naudojami epitaksiniai metodai yra kietosios fazės epitaksija ir garų fazės epitaksija.
Kietosios fazės epitaksija: reiškia vieno kristalo sluoksnio augimą ant pagrindo naudojant kietą šaltinį. Pavyzdžiui, terminis atkaitinimas po jonų implantacijos iš tikrųjų yra kietosios fazės epitaksijos procesas. Jonų implantacijos metu silicio plokštelės silicio atomai yra bombarduojami didelės energijos implantuotų jonų, paliekant savo pradines gardelės pozicijas ir tampant amorfiniais, suformuojant paviršinį amorfinį silicio sluoksnį. Po aukštos temperatūros terminio atkaitinimo amorfiniai atomai grįžta į savo grotelių padėtį ir išlieka suderinti su atominio kristalo orientacija substrato viduje.
Garų fazės epitaksijos augimo metodai apima cheminę garų fazės epitaksiją, molekulinio pluošto epitaksiją, atominio sluoksnio epitaksiją ir kt. Integrinių grandynų gamyboje dažniausiai naudojama cheminė garų fazės epitaksija. Cheminės garų fazės epitaksijos principas iš esmės yra toks pat kaip cheminio nusodinimo garais. Abu yra procesai, kurių metu sumaišius dujas ant plokštelių paviršiaus chemiškai reaguodamos nusodinamos plonos plėvelės.
Skirtumas tas, kad cheminės garų fazės epitaksijos metu išauginamas vieno kristalo sluoksnis, todėl keliami aukštesni reikalavimai priemaišų kiekiui įrenginyje ir plokštelės paviršiaus švarumui. Ankstyvasis cheminės garų fazės epitaksinio silicio procesas turi būti atliekamas aukštos temperatūros sąlygomis (aukštesnėje nei 1000 °C). Tobulėjus proceso įrangai, ypač pritaikius vakuuminių mainų kamerų technologiją, įrangos ertmės ir silicio plokštelės paviršiaus švarumas labai pagerėjo, o silicio epitaksiją galima atlikti žemesnėje temperatūroje (600–700°). C). Epitaksinės silicio plokštelės procesas yra užauginti monokristalinio silicio sluoksnį ant silicio plokštelės paviršiaus.
Palyginti su originaliu silicio substratu, epitaksinis silicio sluoksnis turi didesnį grynumą ir mažiau grotelių defektų, todėl pagerėja puslaidininkių gamybos išeiga. Be to, ant silicio plokštelės užauginto epitaksinio silicio sluoksnio augimo storis ir dopingo koncentracija gali būti lanksčiai suprojektuoti, o tai suteikia lankstumo įrenginio dizainui, pvz., sumažina substrato atsparumą ir padidina substrato izoliaciją. Įterptasis šaltinio nutekėjimo epitaksinis procesas yra technologija, plačiai naudojama pažangių loginių technologijų mazguose.
Tai reiškia epitaksinį legiruoto germanio silicio arba silicio auginimo procesą MOS tranzistorių šaltinio ir nutekėjimo srityse. Pagrindiniai įterptinio šaltinio ir nutekėjimo epitaksinio proceso įvedimo privalumai yra šie: pseudokristalinio sluoksnio, turinčio įtempį dėl gardelės prisitaikymo, auginimas, kanalo nešiklio mobilumo gerinimas; Šaltinio ir nutekėjimo in situ dopingas gali sumažinti šaltinio ir nutekėjimo jungties atsparumą parazitams ir sumažinti didelės energijos jonų implantavimo defektus.
3. plonų plėvelių auginimo įranga
3.1 Vakuuminė garinimo įranga
Vakuuminis garinimas yra dengimo būdas, kai kietos medžiagos šildomos vakuuminėje kameroje, kad jos išgaruotų, išgaruotų arba sublimuotų, o vėliau kondensuotųsi ir nusėda ant pagrindo medžiagos paviršiaus tam tikroje temperatūroje.
Paprastai jis susideda iš trijų dalių, ty vakuuminės sistemos, garinimo sistemos ir šildymo sistemos. Vakuuminė sistema susideda iš vakuuminių vamzdžių ir vakuuminių siurblių, o pagrindinė jos funkcija yra sukurti kvalifikuotą vakuuminę aplinką garinimui. Garinimo sistemą sudaro garinimo lentelė, šildymo komponentas ir temperatūros matavimo komponentas.
Tikslinė išgarinama medžiaga (pvz., Ag, Al ir kt.) dedama ant garinimo stalo; šildymo ir temperatūros matavimo komponentas yra uždaro ciklo sistema, naudojama garavimo temperatūrai valdyti, kad būtų užtikrintas sklandus garavimas. Šildymo sistema susideda iš plokštelės pakopos ir šildymo komponento. Plokštelės stadija naudojama substratui, ant kurio reikia išgarinti ploną plėvelę, uždėti, o šildymo komponentas naudojamas substrato šildymui ir temperatūros matavimo grįžtamojo ryšio valdymui.
Vakuuminė aplinka yra labai svarbi sąlyga vakuuminio garinimo procese, kuri yra susijusi su garavimo greičiu ir plėvelės kokybe. Jei vakuumo laipsnis neatitinka reikalavimų, išgaruoti atomai ar molekulės dažnai susidurs su likusiomis dujų molekulėmis, todėl jų vidutinis laisvas kelias bus mažesnis, o atomai ar molekulės smarkiai išsisklaidys, pakeisdami judėjimo kryptį ir sumažindami plėvelę. formavimosi greitis.
Be to, dėl likutinių priemaišų dujų molekulių, nusodinta plėvelė yra labai užteršta ir prastos kokybės, ypač kai kameros slėgio kilimo greitis neatitinka standarto ir yra nuotėkis, oras pateks į vakuuminę kamerą. , o tai turės rimtos įtakos filmo kokybei.
Vakuuminio garinimo įrangos struktūrinės charakteristikos lemia, kad dangos vienodumas ant didelių matmenų pagrindo yra prastas. Siekiant pagerinti jo vienodumą, dažniausiai naudojamas šaltinio ir substrato atstumo didinimo ir substrato pasukimo metodas, tačiau padidinus atstumą nuo šaltinio ir substrato, plėvelės augimo greitis ir grynumas bus paaukotas. Tuo pačiu metu, padidėjus vakuuminei erdvei, sumažėja išgaravusios medžiagos panaudojimo greitis.
3.2 Nuolatinės srovės fizinio nusodinimo garais įranga
Nuolatinės srovės fizinis garų nusodinimas (DCPVD) taip pat žinomas kaip katodinis dulkinimas arba vakuuminis DC dviejų pakopų dulkinimas. Vakuuminio nuolatinės srovės purškimo tikslinė medžiaga naudojama kaip katodas, o substratas naudojamas kaip anodas. Vakuuminis purškimas yra plazmos susidarymas jonizuojant proceso dujas.
Įkrautos dalelės plazmoje pagreitinamos elektriniame lauke, kad gautų tam tikrą energijos kiekį. Dalelės, turinčios pakankamai energijos, bombarduoja tikslinės medžiagos paviršių, todėl tiksliniai atomai yra išpurškiami; išpurkšti atomai, turintys tam tikrą kinetinę energiją, juda substrato link ir sudaro ploną plėvelę ant pagrindo paviršiaus. Dujos, naudojamos dulkinant, paprastai yra retos dujos, pvz., argonas (Ar), todėl dulkinant susidariusi plėvelė nebus užteršta; be to, argono atominis spindulys labiau tinka purškimui.
Purškiančių dalelių dydis turi būti artimas tikslinių atomų dydžiui. Jei dalelės yra per didelės arba per mažos, efektyvus purškimas negali susidaryti. Be atomo dydžio koeficiento, atomo masės faktorius taip pat turės įtakos purškimo kokybei. Jei purškiančių dalelių šaltinis yra per lengvas, tiksliniai atomai nebus purškiami; jei purškiančios dalelės yra per sunkios, taikinys bus „sulenktas“ ir taikinys nebus purškiamas.
DCPVD naudojama tikslinė medžiaga turi būti laidininkas. Taip yra todėl, kad kai proceso dujose esantys argono jonai bombarduoja tikslinę medžiagą, jie rekombinuosis su tikslinės medžiagos paviršiuje esančiais elektronais. Kai tikslinė medžiaga yra laidininkas, pvz., metalas, šios rekombinacijos sunaudoti elektronai yra lengviau papildomi maitinimo šaltinio ir laisvieji elektronai kitose tikslinės medžiagos dalyse per elektros laidumą, todėl tikslinės medžiagos paviršius yra visuma lieka neigiamai įkrauta ir išlaikomas purškimas.
Priešingai, jei tikslinė medžiaga yra izoliatorius, po to, kai tikslinės medžiagos paviršiuje esantys elektronai yra rekombinuoti, laisvieji elektronai kitose tikslinės medžiagos dalyse negali būti papildyti elektriniu laidumu ir net teigiami krūviai kaupsis ant tikslinės medžiagos paviršius, todėl tikslinės medžiagos potencialas pakyla, o neigiamas tikslinės medžiagos krūvis susilpnėja, kol jis išnyksta, o tai galiausiai lemia purškimo pabaigą.
Todėl, norint, kad izoliacinės medžiagos būtų tinkamos naudoti ir purškimui, būtina rasti kitą purškimo būdą. Radijo dažnio dulkinimas – tai purškimo būdas, tinkantis tiek laidžiuose, tiek nelaidžiuose taikiniuose.
Kitas DCPVD trūkumas yra tai, kad uždegimo įtampa yra aukšta, o elektronų bombardavimas ant pagrindo yra stiprus. Veiksmingas būdas išspręsti šią problemą yra naudoti magnetroninį dulkinimą, todėl magnetroninis purškimas yra tikrai naudingas integrinių grandynų srityje.
3.3 RF fizinio nusodinimo garais įranga
Radijo dažnio fizinis garų nusodinimas (RFPVD) naudoja radijo dažnio galią kaip sužadinimo šaltinį ir yra PVD metodas, tinkantis įvairioms metalinėms ir nemetalinėms medžiagoms.
Įprasti RFPVD naudojamo RF maitinimo šaltinio dažniai yra 13,56 MHz, 20 MHz ir 60 MHz. Teigiamas ir neigiamas RF maitinimo šaltinio ciklai rodomi pakaitomis. Kai PVD taikinys yra teigiamo pusciklo, kadangi tikslinio paviršiaus potencialas yra teigiamas, proceso atmosferoje esantys elektronai tekės į tikslinį paviršių, kad neutralizuotų ant jo paviršiaus susikaupusį teigiamą krūvį ir net toliau kaups elektronus, padaryti jo paviršių neigiamai pakreiptą; kai purškimo taikinys yra neigiamas pusciklas, teigiami jonai judės link taikinio ir bus iš dalies neutralizuoti tiksliniame paviršiuje.
Svarbiausia yra tai, kad elektronų judėjimo greitis RF elektriniame lauke yra daug didesnis nei teigiamų jonų, o teigiamų ir neigiamų pusciklų laikas yra vienodas, todėl po viso ciklo tikslinis paviršius bus „grynasis“ neigiamai įkrautas. Todėl per pirmuosius kelis ciklus neigiamas tikslinio paviršiaus krūvis rodo didėjimo tendenciją; po to tikslinis paviršius pasiekia stabilų neigiamą potencialą; po to, kadangi neigiamas taikinio krūvis atstumia elektronus, tikslinio elektrodo gaunamų teigiamų ir neigiamų krūvių kiekis linkęs susibalansuoti, o taikinys turi stabilų neigiamą krūvį.
Iš aukščiau pateikto proceso matyti, kad neigiamos įtampos susidarymo procesas neturi nieko bendra su pačios tikslinės medžiagos savybėmis, todėl RFPVD metodas gali ne tik išspręsti izoliacinių taikinių purškimo problemą, bet ir yra gerai suderinamas. su įprastais metaliniais laidininkų taikiniais.
3.4 Magnetronų purškimo įranga
Magnetroninis purškimas yra PVD metodas, kuris prideda magnetus į taikinio galinę dalį. Pridedami magnetai ir nuolatinės srovės maitinimo (arba kintamosios srovės maitinimo) sistema sudaro magnetrono purškimo šaltinį. Purškimo šaltinis naudojamas interaktyviam elektromagnetiniam laukui formuoti kameroje, užfiksuoti ir apriboti elektronų judėjimo diapazoną plazmoje kameros viduje, išplėsti elektronų judėjimo kelią ir taip padidinti plazmos koncentraciją ir galiausiai pasiekti daugiau. nusėdimas.
Be to, kadangi prie taikinio paviršiaus yra surišta daugiau elektronų, sumažėja substrato bombardavimas elektronais ir sumažėja substrato temperatūra. Palyginti su plokščia plokštele DCPVD technologija, viena iš akivaizdžiausių magnetroninio fizinio garų nusodinimo technologijos ypatybių yra ta, kad uždegimo iškrovos įtampa yra mažesnė ir stabilesnė.
Dėl didesnės koncentracijos plazmoje ir didesnio purškimo išeigos jis gali pasiekti puikų nusodinimo efektyvumą, nusodinimo storio valdymą dideliame diapazone, tikslią sudėties valdymą ir mažesnę uždegimo įtampą. Todėl magnetroninis purškimas užima dominuojančią padėtį dabartinėje metalinės plėvelės PVD. Paprasčiausias magnetroninio purškimo šaltinio dizainas yra įdėti magnetų grupę ant plokščio taikinio užpakalinės dalies (už vakuuminės sistemos ribų), kad būtų sukurtas magnetinis laukas, lygiagretus tiksliniam paviršiui, vietinėje tikslinio paviršiaus srityje.
Jei dedamas nuolatinis magnetas, jo magnetinis laukas yra santykinai fiksuotas, todėl tiksliniame kameros paviršiuje magnetinis laukas pasiskirsto santykinai. Purškiamos tik medžiagos tam tikrose taikinio vietose, tikslinis panaudojimo lygis mažas, o paruoštos plėvelės vienodumas prastas.
Yra tam tikra tikimybė, kad išpurkštos metalo ar kitos medžiagos dalelės vėl nusėds ant tikslinio paviršiaus, taip susikaupdamos į daleles ir susidarys defektinis užterštumas. Todėl komerciniai magnetroniniai purškimo šaltiniai dažniausiai naudoja besisukančio magneto konstrukciją, kad pagerintų plėvelės vienodumą, tikslinį panaudojimo greitį ir visišką tikslinį purškimą.
Labai svarbu suderinti šiuos tris veiksnius. Jei balansas netinkamai tvarkomas, gali susidaryti geras plėvelės vienodumas ir labai sumažėti tikslinis panaudojimo lygis (sutrumpinti tikslinį tarnavimo laiką) arba nepavykti pasiekti visiško tikslinio purškimo arba visiškos tikslinės korozijos, o tai sukels dalelių problemų purškimo metu. procesas.
Taikant magnetrono PVD technologiją, būtina atsižvelgti į besisukančio magneto judėjimo mechanizmą, taikinio formą, taikinio aušinimo sistemą ir magnetrono purškimo šaltinį, taip pat į plokštelę nešančio pagrindo funkcinę konfigūraciją, pvz., plokštelių adsorbciją ir temperatūros valdymą. PVD procese kontroliuojama plokštelės temperatūra, kad būtų gauta reikiama kristalų struktūra, grūdelių dydis ir orientacija, taip pat veikimo stabilumas.
Kadangi šilumos laidumui tarp plokštelės užpakalinės dalies ir pagrindo paviršiaus reikalingas tam tikras slėgis, paprastai kelių torų eilės, o kameros darbinis slėgis paprastai yra kelių mTorr, slėgis nugarinėje dalyje. plokštelės slėgis yra daug didesnis nei slėgis viršutiniame plokštelės paviršiuje, todėl plokštelei padėti ir apriboti reikia mechaninio arba elektrostatinio griebtuvo.
Šiai funkcijai atlikti mechaninis griebtuvas priklauso nuo savo svorio ir plokštelės krašto. Nors jos privalumai yra paprasta struktūra ir nejautrumas plokštelės medžiagai, vaflio krašto efektas yra akivaizdus, o tai nepadeda griežtai kontroliuoti dalelių. Todėl IC gamybos procese jis palaipsniui buvo pakeistas elektrostatiniu griebtuvu.
Procesams, kurie nėra ypač jautrūs temperatūrai, taip pat galima naudoti neadsorbcinį, be kraštų kontaktinį lentynų metodą (nėra slėgio skirtumo tarp viršutinio ir apatinio plokštelės paviršių). PVD proceso metu kameros pamušalas ir su plazma besiliečiančių dalių paviršius bus nusodintas ir uždengtas. Kai nusodintos plėvelės storis viršija ribą, plėvelė įtrūks ir nulups, sukeldama dalelių problemų.
Todėl tokių dalių, kaip pamušalas, paviršiaus apdorojimas yra raktas į šios ribos pratęsimą. Paviršiaus smėliavimas ir aliuminio purškimas yra du dažniausiai naudojami metodai, kurių tikslas – padidinti paviršiaus šiurkštumą, kad būtų sustiprintas plėvelės ir pamušalo paviršiaus sujungimas.
3.5 Jonizacijos fizinio nusodinimo garais įranga
Nuolat tobulėjant mikroelektronikos technologijoms, funkcijų dydžiai tampa vis mažesni. Kadangi PVD technologija negali kontroliuoti dalelių nusėdimo krypties, PVD gebėjimas patekti per skylutes ir siaurus kanalus su dideliu formatu yra ribotas, todėl išplėstas tradicinės PVD technologijos taikymas tampa vis sudėtingesnis. PVD procese, didėjant porų griovelio kraštinių santykiui, aprėptis apačioje mažėja, todėl viršutiniame kampe susidaro į karnizą panaši išsikišanti struktūra, o apatiniame kampe susidaro silpniausia danga.
Šiai problemai išspręsti buvo sukurta jonizuoto fizinio nusodinimo garais technologija. Pirmiausia jis plazmatizuoja metalo atomus, išpuršktus iš taikinio įvairiais būdais, o po to sureguliuoja plokštelės pakreiptą poslinkio įtampą, kad valdytų metalo jonų kryptį ir energiją, kad būtų gautas stabilus kryptingas metalo jonų srautas, kad būtų paruošta plona plėvelė ir taip pagerinama. didelio formato santykio laiptelių apačios aprėptis per skylutes ir siaurus kanalus.
Tipiškas jonizuoto metalo plazmos technologijos bruožas yra radijo dažnio ritės pridėjimas kameroje. Proceso metu kameros darbinis slėgis palaikomas santykinai aukštoje būsenoje (5–10 kartų didesnis už įprastą darbinį slėgį). PVD metu radijo dažnio ritė naudojama antrajam plazmos regionui generuoti, kuriame argono koncentracija plazmoje didėja didėjant radijo dažnio galiai ir dujų slėgiui. Kai iš taikinio išpurškiami metalo atomai praeina per šią sritį, jie sąveikauja su didelio tankio argono plazma, sudarydami metalo jonus.
Ant plokštelės laikiklio panaudojus RF šaltinį (pvz., elektrostatinį griebtuvą), gali padidėti neigiamas plokštelės poslinkis, kad į porų griovelio dugną pritrauktų teigiamus metalo jonus. Šis kryptinis metalo jonų srautas, statmenas plokštelės paviršiui, pagerina aukšto formato porų ir siaurų kanalų aprėptį.
Dėl neigiamo plokštelės poslinkio jonai taip pat bombarduoja plokštelės paviršių (atvirkštinis purškimas), o tai susilpnina porų griovelio angos išsikišusią struktūrą ir apačioje nusėdusią plėvelę išpurškia ant šoninių sienelių poros dugno kampuose. griovelį, taip padidinant žingsnio aprėptį kampuose.
3.6 Atmosferos slėgio cheminio nusodinimo garais įranga
Atmosferos slėgio cheminio nusodinimo garais (APCVD) įranga reiškia įtaisą, kuris pastoviu greičiu purškia dujinį reakcijos šaltinį ant įkaitinto kieto pagrindo paviršiaus aplinkoje, kurios slėgis artimas atmosferos slėgiui, todėl reakcijos šaltinis chemiškai reaguoja substrato paviršių, o reakcijos produktas nusėda ant pagrindo paviršiaus, kad susidarytų plona plėvelė.
APCVD įranga yra seniausia CVD įranga ir vis dar plačiai naudojama pramoninėje gamyboje ir moksliniuose tyrimuose. APCVD įranga gali būti naudojama ruošiant plonas plėveles, tokias kaip monokristalinis silicis, polikristalinis silicis, silicio dioksidas, cinko oksidas, titano dioksidas, fosfosilikatinis stiklas ir borofosfilikatinis stiklas.
3.7 Žemo slėgio cheminio nusodinimo garais įranga
Žemo slėgio cheminio nusodinimo iš garų (LPCVD) įranga reiškia įrangą, kuri naudoja dujines žaliavas chemiškai reaguoti ant kieto pagrindo paviršiaus šildomoje (350–1100 °C) ir žemo slėgio (10–100 mTorr) aplinkoje ir reagentai nusėda ant pagrindo paviršiaus ir susidaro plona plėvelė. LPCVD įranga sukurta APCVD pagrindu, siekiant pagerinti plonų plėvelių kokybę, pagerinti būdingų parametrų, tokių kaip plėvelės storis ir savitoji varža, pasiskirstymo vienodumą ir pagerinti gamybos efektyvumą.
Pagrindinis jo bruožas yra tas, kad žemo slėgio šiluminio lauko aplinkoje proceso dujos chemiškai reaguoja į plokštelės pagrindo paviršių, o reakcijos produktai nusėda ant pagrindo paviršiaus ir susidaro plona plėvelė. LPCVD įranga turi pranašumų ruošiant aukštos kokybės plonas plėveles ir gali būti naudojama plonoms plėvelėms, tokioms kaip silicio oksidas, silicio nitridas, polisilicis, silicio karbidas, galio nitridas ir grafenas, ruošti.
Palyginti su APCVD, LPCVD įrangos žemo slėgio reakcijos aplinka padidina vidutinį laisvą kelią ir dujų difuzijos koeficientą reakcijos kameroje.
Reakcijos dujų ir nešančiųjų dujų molekulės reakcijos kameroje gali būti tolygiai paskirstytos per trumpą laiką, taip labai pagerinant plėvelės storio, varžos vienodumą ir plėvelės žingsnio padengimą, o reakcijos dujų suvartojimas taip pat yra mažas. Be to, žemo slėgio aplinka taip pat pagreitina dujų medžiagų perdavimo greitį. Iš substrato išsklaidytos priemaišos ir šalutiniai reakcijos produktai gali būti greitai pašalinami iš reakcijos zonos per ribinį sluoksnį, o reakcijos dujos greitai praeina per ribinį sluoksnį, kad pasiektų substrato paviršių reakcijai, taip efektyviai slopindamos savaiminį dopingą, paruošdamos. aukštos kokybės plėvelės su stačiomis pereinamomis zonomis, taip pat gerinant gamybos efektyvumą.
3.8 Plazma pagerinta cheminio nusodinimo garais įranga
Plazma sustiprintas cheminis garų nusodinimas (PECVD) yra plačiai naudojamas thin plėvelės nusodinimo technologija. Plazmos proceso metu dujinis pirmtakas jonizuojamas veikiant plazmai, kad susidarytų sužadintos aktyvios grupės, kurios difunduoja į substrato paviršių ir po to vyksta cheminės reakcijos, kad užbaigtų plėvelės augimą.
Pagal plazmos generavimo dažnį PECVD naudojama plazma gali būti suskirstyta į du tipus: radijo dažnio plazma (RF plazma) ir mikrobangų plazma (Microwave plasma). Šiuo metu pramonėje naudojamas radijo dažnis paprastai yra 13,56 MHz.
Radijo dažnio plazmos įvedimas paprastai skirstomas į du tipus: talpinį ryšį (CCP) ir indukcinį ryšį (ICP). Talpinio sujungimo metodas paprastai yra tiesioginės plazmos reakcijos metodas; o indukcinis sujungimo metodas gali būti tiesioginis plazmos metodas arba nuotolinis plazmos metodas.
Puslaidininkių gamybos procesuose PECVD dažnai naudojamas plonoms plėvelėms auginti ant substratų, kuriuose yra metalų arba kitų temperatūrai jautrių struktūrų. Pavyzdžiui, integrinių grandynų galinio metalinio sujungimo srityje, kadangi įrenginio šaltinio, užtvaro ir nutekėjimo konstrukcijos buvo suformuotos priekinio proceso metu, plonų plėvelių augimas metalo sujungimo srityje yra svarbus. iki labai griežtų šiluminio biudžeto apribojimų, todėl dažniausiai užbaigiama naudojant plazmos pagalbą. Reguliuojant plazmos proceso parametrus, PECVD išaugintos plonos plėvelės tankis, cheminė sudėtis, priemaišų kiekis, mechaninis atsparumas ir įtempių parametrai gali būti sureguliuoti ir optimizuoti tam tikru diapazonu.
3.9 Atominio sluoksnio nusodinimo įranga
Atominis nusodinimas (ALD) yra plonasluoksnio nusodinimo technologija, kuri periodiškai auga beveik monoatominio sluoksnio pavidalu. Jo ypatybė yra ta, kad nusodintos plėvelės storį galima tiksliai reguliuoti kontroliuojant augimo ciklų skaičių. Skirtingai nuo cheminio garų nusodinimo (CVD) proceso, du (ar daugiau) ALD proceso pirmtakai pakaitomis praeina per substrato paviršių ir yra efektyviai izoliuojami išvalant retąsias dujas.
Du pirmtakai nesusimaišys ir nesusitiks dujų fazėje, kad reaguotų chemiškai, o reaguoja tik per cheminę adsorbciją substrato paviršiuje. Kiekviename ALD cikle ant substrato paviršiaus adsorbuoto pirmtako kiekis yra susijęs su aktyvių grupių tankiu substrato paviršiuje. Kai reaktyviosios grupės ant pagrindo paviršiaus yra išnaudotos, net jei įvedamas pirmtako perteklius, substrato paviršiuje neįvyks cheminė adsorbcija.
Šis reakcijos procesas vadinamas paviršiaus savaime ribojančia reakcija. Dėl šio proceso mechanizmo kiekviename ALD proceso cikle išaugintos plėvelės storis tampa pastovus, todėl ALD procesas turi tikslios storio kontrolės ir geros plėvelės žingsnio padengimo pranašumus.
3.10 Molekulinio pluošto epitaksijos įranga
Molecular Beam Epitaxy (MBE) sistema reiškia epitaksinį įtaisą, kuris naudoja vieną ar kelis šiluminės energijos atominius pluoštus arba molekulinius pluoštus tam tikru greičiu purškimui ant šildomo pagrindo paviršiaus itin didelio vakuumo sąlygomis ir adsorbuoja bei migruoja ant pagrindo paviršiaus. epitaksiškai išauginti vienakristalines plonas plėveles pagal substrato medžiagos kristalo ašies kryptį. Paprastai kaitinant reaktyvinėje krosnyje su šilumos skydu, pluošto šaltinis sudaro atominį pluoštą arba molekulinį pluoštą, o plėvelė auga sluoksnis po sluoksnio išilgai substrato medžiagos kristalinės ašies krypties.
Jo charakteristikos yra žema epitaksinė augimo temperatūra, o storis, sąsaja, cheminė sudėtis ir priemaišų koncentracija gali būti tiksliai kontroliuojami atominiu lygiu. Nors MBE atsirado ruošiant puslaidininkines itin plonas monokristalines plėveles, dabar jis taikomas įvairioms medžiagų sistemoms, tokioms kaip metalai ir izoliaciniai dielektrikai, ir gali paruošti III-V, II-VI, silicį, silicio germanį (SiGe). ), grafenas, oksidai ir organinės plėvelės.
Molekulinio pluošto epitaksijos (MBE) sistema daugiausia sudaryta iš itin didelio vakuumo sistemos, molekulinio pluošto šaltinio, substrato tvirtinimo ir šildymo sistemos, mėginių perdavimo sistemos, stebėjimo in situ sistemos, valdymo sistemos ir bandymo. sistema.
Vakuuminėje sistemoje yra vakuuminiai siurbliai (mechaniniai siurbliai, molekuliniai siurbliai, jonų siurbliai ir kondensaciniai siurbliai ir kt.) ir įvairūs vožtuvai, kurie gali sukurti itin aukštą vakuumo augimo aplinką. Paprastai pasiekiamas vakuumo laipsnis yra nuo 10-8 iki 10-11 Torr. Vakuuminėje sistemoje daugiausia yra trys vakuuminės darbo kameros, būtent mėginio įpurškimo kamera, išankstinio apdorojimo ir paviršiaus analizės kamera bei augimo kamera.
Mėginių įpurškimo kamera naudojama mėginiams perkelti į išorinį pasaulį, kad būtų užtikrintos aukšto vakuumo sąlygos kitose kamerose; pirminio apdorojimo ir paviršiaus analizės kamera jungia mėginio įpurškimo kamerą ir auginimo kamerą, o pagrindinė jos funkcija yra išankstinis mėginio apdorojimas (aukštos temperatūros degazavimas, siekiant užtikrinti visišką substrato paviršiaus švarą) ir atlikti preliminarią paviršiaus analizę. išvalytas mėginys; augimo kamera yra pagrindinė MBE sistemos dalis, kurią daugiausia sudaro šaltinio krosnis ir atitinkamas sklendės mazgas, mėginių valdymo pultas, aušinimo sistema, atspindžio didelės energijos elektronų difrakcija (RHEED) ir in situ stebėjimo sistema. . Kai kurios gamybos MBE įranga turi keletą augimo kamerų konfigūracijų. Žemiau parodyta MBE įrangos struktūros schema:
Silicio medžiagos MBE kaip žaliavą naudoja didelio grynumo silicį, auga itin aukšto vakuumo (10–10–10–11 torr) sąlygomis, o augimo temperatūra yra 600–900 ℃, naudojant Ga (P tipo) ir Sb ( N tipo) kaip dopingo šaltiniai. Paprastai naudojami dopingo šaltiniai, tokie kaip P, As ir B, retai naudojami kaip pluošto šaltiniai, nes juos sunku išgaruoti.
MBE reakcijos kameroje yra itin aukšto vakuumo aplinka, kuri padidina vidutinį laisvą molekulių kelią ir sumažina augančios medžiagos paviršiaus užterštumą bei oksidaciją. Paruošta epitaksinė medžiaga turi gerą paviršiaus morfologiją ir vienodumą, todėl gali būti sudaryta daugiasluoksnė struktūra su skirtingu legiravimu arba skirtingų medžiagų komponentais.
MBE technologija leidžia pakartotinai išaugti itin ploni epitaksiniai sluoksniai, kurių storis yra vienas atominis sluoksnis, o sąsaja tarp epitaksinių sluoksnių yra kieta. Jis skatina III-V puslaidininkių ir kitų daugiakomponentių nevienalyčių medžiagų augimą. Šiuo metu MBE sistema tapo pažangia proceso įranga, skirta naujos kartos mikrobangų prietaisų ir optoelektroninių prietaisų gamybai. MBE technologijos trūkumai yra lėtas plėvelės augimo greitis, dideli vakuumo reikalavimai, didelės įrangos ir įrangos naudojimo sąnaudos.
3.11 Garų fazės epitaksijos sistema
Garų fazės epitaksijos (VPE) sistema reiškia epitaksinį auginimo įtaisą, kuris perneša dujinius junginius į substratą ir cheminių reakcijų būdu gauna vieno kristalo medžiagos sluoksnį, kurio gardelės išdėstymas yra toks pat kaip substratas. Epitaksinis sluoksnis gali būti homoepitaksinis sluoksnis (Si/Si) arba heteroepitaksinis sluoksnis (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 ir kt.). Šiuo metu VPE technologija plačiai naudojama nanomedžiagų paruošimo, galios įrenginių, puslaidininkinių optoelektroninių prietaisų, saulės fotoelektros ir integrinių grandynų srityse.
Tipinė VPE apima atmosferos slėgio epitaksiją ir sumažinto slėgio epitaksiją, itin aukšto vakuumo cheminį nusodinimą garais, metalo organinį cheminį nusodinimą garais ir kt. Pagrindiniai VPE technologijos aspektai yra reakcijos kameros dizainas, dujų srauto režimas ir vienodumas, temperatūros vienodumas ir tikslumo valdymas, slėgio valdymas ir stabilumas, dalelių ir defektų kontrolė ir kt.
Šiuo metu pagrindinių komercinių VPE sistemų plėtros kryptis yra didelis plokštelių pakrovimas, visiškai automatinis valdymas ir temperatūros bei augimo proceso stebėjimas realiuoju laiku. VPE sistemos turi tris struktūras: vertikalią, horizontalią ir cilindrinę. Šildymo būdai apima varžinį šildymą, aukšto dažnio indukcinį šildymą ir infraraudonųjų spindulių šildymą.
Šiuo metu VPE sistemose dažniausiai naudojamos horizontalios diskinės konstrukcijos, pasižyminčios geru epitaksinio plėvelės augimo tolygumu ir dideliu plokštelių apkrovimu. VPE sistemos paprastai susideda iš keturių dalių: reaktoriaus, šildymo sistemos, dujų tako sistemos ir valdymo sistemos. Kadangi GaAs ir GaN epitaksinių plėvelių augimo laikas yra gana ilgas, dažniausiai naudojamas indukcinis šildymas ir varžinis šildymas. Silicio VPE storai epitaksinei plėvelei augti dažniausiai naudojamas indukcinis šildymas; plonos epitaksinės plėvelės augimui dažniausiai naudojamas infraraudonųjų spindulių šildymas, kad būtų pasiektas greito temperatūros kilimo / kritimo tikslas.
3.12 Skystosios fazės epitaksijos sistema
Skystosios fazės epitaksijos (LPE) sistema reiškia epitaksinio auginimo įrangą, kuri ištirpina auginamą medžiagą (pvz., Si, Ga, As, Al ir kt.) ir priedus (pvz., Zn, Te, Sn ir kt.) metalas, kurio lydymosi temperatūra yra žemesnė (pvz., Ga, In ir kt.), kad ištirpusi medžiaga būtų prisotinta arba persotinta tirpiklyje, o tada monokristalinis substratas susiliečia su tirpalu, o ištirpusi medžiaga nusodinama iš tirpiklio laipsniškai atvėsta, o substrato paviršiuje išauginamas kristalinės medžiagos sluoksnis, kurio kristalinė struktūra ir gardelės konstanta panaši į substrato.
LPE metodą pasiūlė Nelsonas ir kt. 1963 m. Jis naudojamas Si plonoms plėvelėms ir monokristalinėms medžiagoms, taip pat puslaidininkinėms medžiagoms, tokioms kaip III-IV grupės ir gyvsidabrio kadmio teluridas, auginti, taip pat gali būti naudojamas įvairiems optoelektroniniams prietaisams, mikrobangų įtaisams, puslaidininkiniams įtaisams ir saulės elementams gaminti. .
——————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera gali suteiktigrafito dalys, minkštas / standus veltinis, silicio karbido dalys, CVD silicio karbido dalys, irSiC/TaC dengtos dalyssu per 30 dienų.
Jei jus domina pirmiau minėti puslaidininkiniai gaminiai,nedvejodami susisiekite su mumis pirmą kartą.
Tel.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Paskelbimo laikas: 2024-08-31