1. Вступ
Процес прикріплення речовин (сировини) до поверхні матеріалів підкладки фізичними або хімічними методами називається нарощуванням тонких плівок.
Відповідно до різних принципів роботи, осадження тонкої плівки інтегральної схеми можна розділити на:
-Фізичне осадження з парової фази (PVD);
-Хімічне осадження з парової фази (CVD);
-Розширення.
2. Процес нарощування тонкої плівки
2.1 Фізичне осадження з парової фази та процес напилення
Процес фізичного осадження з парової фази (PVD) стосується використання фізичних методів, таких як вакуумне випаровування, напилення, плазмове покриття та молекулярно-променева епітаксія для формування тонкої плівки на поверхні пластини.
У галузі НВІС найпоширенішою технологією PVD є напилення, яке в основному використовується для електродів і металевих з’єднань інтегральних схем. Розпилення — це процес, у якому рідкісні гази [такі як аргон (Ar)] іонізуються в іони (такі як Ar+) під дією зовнішнього електричного поля в умовах високого вакууму та бомбардують матеріальне джерело мішені під високою напругою, вибиваючи атоми або молекули цільового матеріалу, а потім потрапляючи на поверхню пластини, утворюючи тонку плівку після процесу польоту без зіткнень. Ar має стабільні хімічні властивості, і його іони не будуть хімічно реагувати з матеріалом мішені та плівкою. Оскільки мікросхеми інтегральних схем вступають в епоху мідних з’єднань 0,13 мкм, шар мідного бар’єрного матеріалу використовує плівку нітриду титану (TiN) або нітриду танталу (TaN). Попит на промислову технологію сприяв дослідженню та розробці технології розпилення хімічної реакції, тобто в камері розпилення, крім Ar, також є реактивний газ азот (N2), так що Ti або Ta бомбардуються з цільовий матеріал Ti або Ta реагує з N2 для створення необхідної плівки TiN або TaN.
Існує три широко використовувані методи напилення, а саме напилення постійним струмом, радіочастотне напилення та магнетронне напилення. Оскільки інтеграція інтегральних схем продовжує зростати, кількість шарів багатошарової металевої проводки збільшується, а застосування технології PVD стає все більш широким. Матеріали PVD включають Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 тощо.
Процеси PVD і розпилення зазвичай завершуються в герметичній реакційній камері зі ступенем вакууму від 1×10-7 до 9×10-9 торр, що може забезпечити чистоту газу під час реакції; у той же час потрібна зовнішня висока напруга для іонізації рідкого газу, щоб створити достатньо високу напругу для бомбардування цілі. Основні параметри для оцінки процесів PVD і напилення включають кількість пилу, а також значення опору, однорідність, товщину відбивної здатності та напругу сформованої плівки.
2.2 Процес хімічного осадження з парової фази та напилення
Хімічне осадження з парової фази (CVD) відноситься до технології процесу, у якому різноманітні газоподібні реагенти з різними парціальними тисками вступають у хімічну реакцію при певній температурі та тиску, а утворені тверді речовини осаджують на поверхні матеріалу підкладки для отримання бажаної тонкості. фільм. У традиційному процесі виробництва інтегральних схем отримані тонкоплівкові матеріали, як правило, є сполуками, такими як оксиди, нітриди, карбіди, або такими матеріалами, як полікристалічний кремній і аморфний кремній. Селективне епітаксійне зростання, яке частіше використовується після 45-нм вузла, таке як вибіркове епітаксійне зростання джерела та витоку SiGe або Si, також є технологією CVD.
Ця технологія може продовжувати формувати монокристалічні матеріали того самого типу або подібні до вихідної решітки на монокристалічній підкладці з кремнію або інших матеріалів уздовж вихідної решітки. CVD широко використовується для вирощування ізоляційних діелектричних плівок (таких як SiO2, Si3N4 і SiON тощо) і металевих плівок (таких як вольфрам тощо).
Загалом, згідно з класифікацією під тиском, CVD можна розділити на хімічне осадження з парової фази при атмосферному тиску (APCVD), хімічне осадження з парової фази під тиском нижче атмосферного (SAPCVD) і хімічне осадження з парової фази під низьким тиском (LPCVD).
Відповідно до температурної класифікації CVD можна розділити на високотемпературне/низькотемпературне хімічне осадження оксидної плівки (HTO/LTO CVD) і швидке термічне хімічне осадження з парової фази (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Відповідно до джерела реакції CVD можна розділити на CVD на основі силану, CVD на основі поліефіру (CVD на основі TEOS) і металоорганічне хімічне осадження з парової фази (MOCVD);
Відповідно до енергетичної класифікації CVD можна розділити на термічне хімічне осадження з парової фази (Thermal CVD), плазмове хімічне осадження з парової фази (Plasma Enhanced CVD, PECVD) і плазмове хімічне осадження високої щільності (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Нещодавно також було розроблено текуче хімічне осадження з парової фази (Flowable CVD, FCVD) із чудовою здатністю заповнювати зазори.
Різні плівки, вирощені за допомогою CVD, мають різні властивості (такі як хімічний склад, діелектрична проникність, натяг, напруга та напруга пробою) і можуть використовуватися окремо відповідно до різних вимог процесу (таких як температура, ступінь покриття, вимоги до заповнення тощо).
2.3 Процес осадження атомарного шару
Атомне шарове осадження (ALD) відноситься до осадження атомів шар за шаром на матеріал підкладки шляхом вирощування однієї атомарної плівки шар за шаром. Типовий ALD використовує метод введення газоподібних прекурсорів у реактор змінним імпульсним способом.
Наприклад, спочатку на поверхню підкладки вводять попередник реакції 1, а після хімічної адсорбції на поверхні підкладки утворюється один атомний шар; потім прекурсор 1, що залишився на поверхні підкладки і в реакційній камері, відкачують повітряним насосом; потім реакційний прекурсор 2 вводиться на поверхню підкладки та хімічно реагує з попередником 1, адсорбованим на поверхні підкладки, для створення відповідного тонкоплівкового матеріалу та відповідних побічних продуктів на поверхні підкладки; коли попередник 1 реагує повністю, реакція автоматично припиняється, що є самообмежувальною характеристикою ALD, а потім реагенти та побічні продукти, що залишилися, екстрагуються для підготовки до наступної стадії росту; безперервно повторюючи описаний вище процес, можна досягти осадження тонкоплівкових матеріалів, вирощених шар за шаром, з окремими атомами.
І ALD, і CVD є способами введення джерела газоподібної хімічної реакції для хімічної реакції на поверхні підкладки, але різниця полягає в тому, що джерело газоподібної реакції CVD не має характеристики самообмеження росту. Можна побачити, що ключем до розробки технології ALD є пошук прекурсорів із властивостями самообмеження реакції.
2.4 Епітаксіальний процес
Епітаксіальний процес відноситься до процесу вирощування повністю впорядкованого монокристалічного шару на підкладці. Загалом, епітаксіальний процес полягає у вирощуванні кристалічного шару з такою ж орієнтацією решітки, що й вихідна підкладка, на монокристалічній підкладці. Епітаксійний процес широко використовується у виробництві напівпровідників, таких як епітаксійні кремнієві пластини в індустрії інтегральних схем, вбудоване епітаксіальне зростання витоку та стоку МОП-транзисторів, епітаксійне зростання на світлодіодних підкладках тощо.
Відповідно до різних фазових станів джерела росту епітаксійні методи росту можна розділити на твердофазну епітаксію, рідкофазну епітаксію та парофазну епітаксію. У виробництві інтегральних схем зазвичай використовуються епітаксійні методи твердофазної та парофазної епітаксії.
Твердофазна епітаксія: означає вирощування монокристалічного шару на підкладці з використанням твердого джерела. Наприклад, термічний відпал після іонної імплантації насправді є процесом твердофазної епітаксії. Під час іонної імплантації атоми кремнію кремнієвої пластини бомбардуються високоенергетичними імплантованими іонами, залишаючи свої вихідні позиції решітки та стаючи аморфними, утворюючи поверхневий шар аморфного кремнію. Після високотемпературного термічного відпалу аморфні атоми повертаються до своїх ґраткових позицій і залишаються узгодженими з орієнтацією атомного кристала всередині підкладки.
Методи вирощування парофазної епітаксії включають хімічну парофазну епітаксію, молекулярно-променеву епітаксію, атомно-шарову епітаксію тощо. У виробництві інтегральних схем найчастіше використовується хімічна парофазова епітаксія. Принцип хімічної епітаксії з парової фази в основному такий самий, як і хімічного осадження з парової фази. Обидва є процесами, які осаджують тонкі плівки шляхом хімічної реакції на поверхні пластин після змішування газу.
Різниця полягає в тому, що оскільки хімічна парофазова епітаксія вирощує один кристалічний шар, вона має вищі вимоги до вмісту домішок в обладнанні та чистоти поверхні пластини. Перший хімічний парофазний епітаксіальний кремнієвий процес потрібно проводити в умовах високої температури (вище 1000 °C). З удосконаленням технологічного обладнання, особливо впровадженням технології камери вакуумного обміну, чистота порожнини обладнання та поверхні кремнієвої пластини значно покращилася, а епітаксію кремнію можна проводити при нижчій температурі (600-700 °C). C). Процес епітаксійної кремнієвої пластини полягає у вирощуванні шару монокристалічного кремнію на поверхні кремнієвої пластини.
Порівняно з вихідною кремнієвою підкладкою, епітаксіальний кремнієвий шар має вищу чистоту та менше дефектів решітки, завдяки чому підвищується продуктивність виробництва напівпровідників. Крім того, можна гнучко проектувати товщину росту та концентрацію легування епітаксіального шару кремнію, вирощеного на кремнієвій пластині, що забезпечує гнучкість конструкції пристрою, наприклад, зменшення опору підкладки та покращення ізоляції підкладки. Вбудований епітаксіальний процес джерело-сток — це технологія, яка широко використовується в передових логічних технологічних вузлах.
Це відноситься до процесу епітаксіального вирощування легованого германію кремнію або кремнію в областях витоку та стоку МОП-транзисторів. Основні переваги впровадження епітаксійного процесу джерело-сток включають: вирощування псевдокристалічного шару, що містить напругу внаслідок адаптації решітки, покращення рухливості носія каналу; легування джерела та стоку на місці може зменшити паразитний опір переходу джерело-сток і зменшити дефекти імплантації високоенергетичних іонів.
3. обладнання для вирощування тонкої плівки
3.1 Обладнання для вакуумного випарювання
Вакуумне випаровування — це метод нанесення покриття, який нагріває тверді матеріали у вакуумній камері, щоб спричинити їх випаровування, випаровування або сублімацію, а потім конденсацію та осідання на поверхні матеріалу підкладки при певній температурі.
Зазвичай він складається з трьох частин, а саме вакуумної системи, системи випаровування та системи опалення. Вакуумна система складається з вакуумних труб і вакуумних насосів, і її основною функцією є забезпечення кваліфікованого вакуумного середовища для випаровування. Система випаровування складається з випарного столу, нагрівального компонента та компонента вимірювання температури.
Цільовий матеріал, який потрібно випарити (наприклад, Ag, Al тощо), розміщують на столі для випаровування; Компонент вимірювання нагрівання та температури є замкнутою системою, яка використовується для контролю температури випаровування для забезпечення плавного випаровування. Система нагріву складається з пластинчастого ступеня та нагрівального елемента. Ступінь пластини використовується для розміщення підкладки, на якій потрібно випарити тонку плівку, а нагрівальний компонент використовується для здійснення нагріву підкладки та контролю вимірювання температури зі зворотним зв’язком.
Вакуумне середовище є дуже важливою умовою в процесі вакуумного випаровування, яке пов'язане зі швидкістю випаровування та якістю плівки. Якщо ступінь вакууму не відповідає вимогам, випаровані атоми або молекули будуть часто стикатися з молекулами залишкового газу, роблячи їхній середній вільний пробіг меншим, і атоми або молекули будуть сильно розсіюватися, таким чином змінюючи напрямок руху та зменшуючи плівку. темп формування.
Крім того, через присутність залишкових молекул домішок газу осаджена плівка є серйозно забрудненою та низької якості, особливо коли швидкість підвищення тиску в камері не відповідає стандарту та є витік, повітря буде витікати у вакуумну камеру. , що серйозно вплине на якість фільму.
Структурні характеристики обладнання для вакуумного випарювання визначають, що однорідність покриття на підкладках великого розміру є поганою. Щоб покращити його однорідність, зазвичай застосовують метод збільшення відстані між джерелом і підкладкою та обертання підкладки, але збільшення відстані від джерела до підкладки призведе до втрати швидкості росту та чистоти плівки. При цьому за рахунок збільшення вакуумного простору знижується коефіцієнт використання випареного матеріалу.
3.2 Обладнання для фізичного осадження з парової фази постійного струму
Фізичне осадження з парової фази постійним струмом (DCPVD) також відоме як катодне напилення або двоступеневе вакуумне напилення постійного струму. Матеріал мішені вакуумного напилення постійного струму використовується як катод, а підкладка використовується як анод. Вакуумне напилення полягає у формуванні плазми шляхом іонізації технологічного газу.
Заряджені частинки в плазмі прискорюються в електричному полі для отримання певної кількості енергії. Частинки з достатньою енергією бомбардують поверхню матеріалу мішені, так що цільові атоми розпорошуються; розпилені атоми з певною кінетичною енергією рухаються до підкладки, утворюючи тонку плівку на поверхні підкладки. Газ, який використовується для напилення, зазвичай є рідким газом, таким як аргон (Ar), тому плівка, утворена розпиленням, не буде забруднена; крім того, атомний радіус аргону більше підходить для розпилення.
Розмір частинок, що розпилюються, повинен бути близьким до розміру цільових атомів, які розпилюються. Якщо частинки занадто великі або занадто малі, ефективне розпилення не може бути сформовано. На додаток до коефіцієнта розміру атома, фактор маси атома також впливатиме на якість розпилення. Якщо джерело частинок, що розпилюються, занадто легке, цільові атоми не будуть розпилені; якщо частинки, що розпилюються, занадто важкі, мішень буде «зігнута», і мішень не буде розпилена.
Цільовий матеріал, який використовується в DCPVD, має бути провідником. Це пояснюється тим, що коли іони аргону в технологічному газі бомбардують матеріал мішені, вони рекомбінують з електронами на поверхні матеріалу мішені. Коли цільовий матеріал є провідником, таким як метал, електрони, спожиті цією рекомбінацією, легше поповнюються джерелом живлення, а вільні електрони в інших частинах цільового матеріалу через електропровідність, так що поверхня цільового матеріалу як весь залишається негативно зарядженим і розпилення зберігається.
Навпаки, якщо матеріал мішені є ізолятором, після рекомбінації електронів на поверхні матеріалу мішені вільні електрони в інших частинах матеріалу мішені не можуть поповнюватися за рахунок електропровідності, і навіть позитивні заряди будуть накопичуватися на поверхні матеріалу мішені, в результаті чого потенціал матеріалу мішені зростає, а негативний заряд матеріалу мішені послаблюється, доки він не зникне, що в кінцевому підсумку призводить до припинення розпилення.
Тому, щоб зробити ізоляційні матеріали також придатними для напилення, необхідно знайти інший метод напилення. Радіочастотне напилення - це метод напилення, який підходить як для провідних, так і для непровідних мішеней.
Іншим недоліком DCPVD є те, що напруга запалювання є високою, а бомбардування підкладки електронами сильна. Ефективним способом вирішення цієї проблеми є використання магнетронного напилення, тому магнетронне напилення дійсно має практичне значення в області інтегральних схем.
3.3 РЧ-обладнання для фізичного осадження з парової фази
Радіочастотне фізичне осадження з парової фази (RFPVD) використовує радіочастотну потужність як джерело збудження та є методом PVD, придатним для різних металевих і неметалевих матеріалів.
Загальні частоти радіочастотного джерела живлення, що використовується в RFPVD, становлять 13,56 МГц, 20 МГц і 60 МГц. Позитивні та негативні цикли джерела живлення ВЧ з’являються по черзі. Коли мішень PVD знаходиться в позитивному напівперіоді, оскільки поверхня мішені має позитивний потенціал, електрони в атмосфері процесу будуть текти до поверхні мішені, щоб нейтралізувати позитивний заряд, накопичений на її поверхні, і навіть продовжувати накопичувати електрони, роблячи його поверхню негативно упередженою; коли мішень для розпилення знаходиться в негативному півперіоді, позитивні іони рухатимуться до мішені та частково нейтралізуються на поверхні мішені.
Найважливішим є те, що швидкість руху електронів у радіочастотному електричному полі значно вища, ніж у позитивних іонів, а час позитивного та негативного напівперіодів однаковий, тому після повного циклу поверхня мішені буде «чистий» негативно заряджений. Тому в перші кілька циклів негативний заряд поверхні мішені демонструє тенденцію до зростання; після цього поверхня мішені досягає стійкого негативного потенціалу; після цього, оскільки негативний заряд мішені має відштовхувальну дію на електрони, кількість позитивних і негативних зарядів, отриманих електродом мішені, має тенденцію збалансуватися, і мішень представляє стабільний негативний заряд.
З наведеного вище процесу видно, що процес формування негативної напруги не має нічого спільного з властивостями самого матеріалу мішені, тому метод RFPVD може не тільки вирішити проблему розпилення ізоляційних мішеней, але також є добре сумісним зі звичайними металевими провідниками.
3.4 Устаткування магнетронного розпилення
Магнетронне розпилення — це метод PVD, який додає магніти до задньої частини мішені. Додані магніти та система джерела постійного струму (або джерела змінного струму) утворюють магнетронне джерело розпилення. Джерело розпилення використовується для формування інтерактивного електромагнітного поля в камері, захоплення та обмеження діапазону руху електронів у плазмі всередині камери, розширення шляху руху електронів і, таким чином, збільшення концентрації плазми, і в кінцевому підсумку досягнення більшого відкладення.
Крім того, оскільки більше електронів зв’язано біля поверхні мішені, бомбардування підкладки електронами зменшується, а температура підкладки знижується. Порівняно з технологією DCPVD плоскої пластини, одна з найбільш очевидних особливостей технології магнетронного фізичного осадження з парової фази полягає в тому, що напруга розряду запалювання нижча та стабільніша.
Завдяки вищій концентрації в плазмі та більшій продуктивності розпилення він може досягти чудової ефективності осадження, контролю товщини осадження у великому діапазоні розмірів, точного контролю складу та нижчої напруги запалювання. Таким чином, магнетронне розпилення займає домінуюче положення в сучасному PVD металевої плівки. Найпростіша конструкція джерела магнетронного розпилення полягає в тому, щоб розмістити групу магнітів на задній частині плоскої мішені (поза вакуумною системою) для створення магнітного поля, паралельного поверхні мішені в локальній області на поверхні мішені.
Якщо помістити постійний магніт, його магнітне поле є відносно фіксованим, що призводить до відносно фіксованого розподілу магнітного поля на поверхні мішені в камері. Розпилюються лише матеріали в певних областях мішені, коефіцієнт використання мішені низький, а однорідність підготовленої плівки погана.
Існує певна ймовірність того, що напилені частинки металу або іншого матеріалу будуть осідати назад на цільову поверхню, таким чином агрегуючи в частинки та утворюючи дефектне забруднення. Тому комерційні джерела магнетронного розпилення здебільшого використовують конструкцію обертового магніту для покращення однорідності плівки, коефіцієнта використання цілі та повного розпилення мішені.
Вкрай важливо збалансувати ці три фактори. Якщо баланс не виконується належним чином, це може призвести до гарної однорідності плівки, одночасно значно знижуючи коефіцієнт використання цілі (скорочуючи термін служби мішені), або неможливо досягти повного напилення мішені чи повної корозії мішені, що спричинить проблеми з частинками під час напилення. процес.
У технології магнетронного PVD необхідно враховувати механізм руху обертового магніту, форму мішені, систему охолодження мішені та джерело магнетронного розпилення, а також функціональну конфігурацію основи, яка несе пластину, таку як адсорбція пластини та контроль температури. У процесі PVD температура пластини контролюється для отримання необхідної кристалічної структури, розміру зерна та орієнтації, а також стабільності продуктивності.
Оскільки теплопровідність між тильною стороною пластини та поверхнею основи вимагає певного тиску, зазвичай порядку кількох Торр, а робочий тиск камери зазвичай становить порядку кількох мТорр, тиск на тильній стороні пластини набагато більший, ніж тиск на верхню поверхню пластини, тому для позиціонування та обмеження пластини потрібен механічний патрон або електростатичний патрон.
Для досягнення цієї функції механічний патрон покладається на власну вагу та край пластини. Хоча він має переваги простої структури та нечутливості до матеріалу пластини, крайовий ефект пластини очевидний, що не сприяє суворому контролю частинок. Тому його поступово замінили електростатичним патроном у процесі виробництва мікросхем.
Для процесів, які не є особливо чутливими до температури, також можна використовувати неадсорбційний метод полиць без крайового контакту (без різниці тиску між верхньою та нижньою поверхнями пластини). Під час процесу PVD обшивка камери та поверхня деталей, що контактують з плазмою, будуть нанесені та покриті. Коли товщина нанесеної плівки перевищує ліміт, плівка тріскається та відшаровується, викликаючи проблеми з частинками.
Тому обробка поверхні таких деталей, як футеровка, є ключем до розширення цього обмеження. Піскоструминна обробка поверхні та напилення алюмінію є двома широко використовуваними методами, метою яких є збільшення шорсткості поверхні для зміцнення зв’язку між плівкою та поверхнею облицювання.
3.5 Іонізаційне обладнання для фізичного осадження з парової фази
З постійним розвитком технологій мікроелектроніки розміри елементів стають все меншими. Оскільки технологія PVD не може контролювати напрямок осадження частинок, здатність PVD проникати через отвори та вузькі канали з високим співвідношенням сторін обмежена, що ускладнює розширене застосування традиційної технології PVD. У процесі PVD зі збільшенням співвідношення сторін пористої канавки покриття внизу зменшується, утворюючи структуру, що нависає у верхньому куті, і найслабше покриття у нижньому куті.
Для вирішення цієї проблеми була розроблена технологія іонізованого фізичного осадження з парової фази. Він спочатку плазматизує атоми металу, розпорошені з мішені, різними способами, а потім регулює напругу зсуву, що навантажується на пластину, щоб контролювати напрямок і енергію іонів металу, щоб отримати стабільний спрямований потік іонів металу для отримання тонкої плівки, тим самим покращуючи охоплення нижньої частини ступенів високого пропорції через отвори і вузькі канали.
Типовою особливістю технології іонізованої металевої плазми є додавання в камеру радіочастотної котушки. Під час процесу робочий тиск у камері підтримується на відносно високому рівні (у 5-10 разів перевищує нормальний робочий тиск). Під час PVD радіочастотна котушка використовується для створення другої області плазми, в якій концентрація аргону в плазмі зростає зі збільшенням потужності радіочастоти та тиску газу. Коли атоми металу, розпорошені з мішені, проходять через цю область, вони взаємодіють із аргоновою плазмою високої щільності, утворюючи іони металу.
Застосування джерела радіочастот на пластині (наприклад, електростатичного патрона) може збільшити негативне зміщення на пластині, щоб залучити позитивні іони металу до дна пористої канавки. Цей спрямований потік іонів металу, перпендикулярний до поверхні пластини, покращує покриття нижнього ступеню порами з високим співвідношенням сторін і вузькими каналами.
Негативне зміщення, застосоване до пластини, також спричиняє бомбардування поверхні пластини іонами (зворотне розпилення), що послаблює нависаючу структуру отвору канавки пор і розпилює плівку, що осідає на дні, на бічні стінки в кутах дна пори. канавки, тим самим посилюючи ступінь покриття на кутах.
3.6 Обладнання для хімічного осадження з парової фази при атмосферному тиску
Обладнання для хімічного осадження з парової фази при атмосферному тиску (APCVD) відноситься до пристрою, який розпилює джерело газоподібної реакції з постійною швидкістю на поверхню нагрітої твердої підкладки в середовищі з тиском, близьким до атмосферного, змушуючи джерело реакції хімічно реагувати на поверхню підкладки, і продукт реакції осідає на поверхні підкладки з утворенням тонкої плівки.
Обладнання APCVD є найпершим обладнанням CVD і все ще широко використовується в промисловому виробництві та наукових дослідженнях. Обладнання APCVD можна використовувати для отримання тонких плівок, таких як монокристалічний кремній, полікристалічний кремній, діоксид кремнію, оксид цинку, діоксид титану, фосфорно-силікатне та борофосфосилікатне скло.
3.7 Обладнання для хімічного осадження з парової фази під низьким тиском
Устаткування для хімічного осадження з парової фази під низьким тиском (LPCVD) відноситься до обладнання, яке використовує газоподібну сировину для хімічної реакції на поверхні твердого субстрату в нагрітому (350-1100 °C) і низькому тиску (10-100 мТорр) середовищі, і реагенти осідають на поверхні підкладки, утворюючи тонку плівку. Обладнання LPCVD розроблено на основі APCVD для покращення якості тонких плівок, покращення рівномірності розподілу характерних параметрів, таких як товщина плівки та питомий опір, і підвищення ефективності виробництва.
Його головна особливість полягає в тому, що в середовищі теплового поля низького тиску технологічний газ вступає в хімічну реакцію на поверхні підкладки пластини, а продукти реакції осідають на поверхні підкладки, утворюючи тонку плівку. Обладнання LPCVD має переваги при виготовленні високоякісних тонких плівок і може бути використане для отримання тонких плівок, таких як оксид кремнію, нітрид кремнію, полікремній, карбід кремнію, нітрид галію та графен.
У порівнянні з APCVD реакційне середовище низького тиску обладнання LPCVD збільшує середню довжину вільного пробігу та коефіцієнт дифузії газу в реакційній камері.
Реакційний газ і молекули газу-носія в реакційній камері можуть бути рівномірно розподілені за короткий час, таким чином значно покращуючи рівномірність товщини плівки, рівномірність питомого опору та ступінь покриття плівки, а споживання реакційного газу також є невеликим. Крім того, низький тиск середовища також прискорює швидкість передачі газових речовин. Домішки та побічні продукти реакції, що дифундують із підкладки, можуть бути швидко видалені із зони реакції через прикордонний шар, і реакційний газ швидко проходить через прикордонний шар, щоб досягти поверхні підкладки для реакції, таким чином ефективно пригнічуючи самолегування, готуючи високоякісні плівки з крутими перехідними зонами, а також підвищення ефективності виробництва.
3.8 Обладнання для хімічного осадження з парової фази
Посилене плазмою хімічне осадження з парової фази (PECVD) є широко використовуваним tтехнологія осадження плівки. Під час плазмового процесу газоподібний прекурсор іонізується під дією плазми з утворенням збуджених активних груп, які дифундують до поверхні підкладки, а потім піддаються хімічним реакціям для завершення росту плівки.
Відповідно до частоти генерації плазми плазму, яка використовується в PECVD, можна розділити на два типи: радіочастотну плазму (RF plasma) і мікрохвильову плазму (Microwave plasma). Зараз радіочастота, яка використовується в промисловості, зазвичай становить 13,56 МГц.
Введення радіочастотної плазми зазвичай поділяють на два типи: ємнісний зв'язок (CCP) і індуктивний зв'язок (ICP). Метод ємнісного зв'язку зазвичай є методом прямої плазмової реакції; тоді як метод індуктивного зв’язку може бути прямим плазмовим методом або дистанційним плазмовим методом.
У процесах виробництва напівпровідників PECVD часто використовується для вирощування тонких плівок на підкладках, що містять метали або інші чутливі до температури структури. Наприклад, у сфері внутрішніх металевих з’єднань інтегральних схем, оскільки структури витоку, затвора та стоку пристрою були сформовані в передньому процесі, зростання тонких плівок у сфері металевих з’єднань підлягає до дуже суворих теплових бюджетних обмежень, тому зазвичай комплектується плазмою. Регулюючи параметри плазмового процесу, щільність, хімічний склад, вміст домішок, механічну в’язкість і параметри напруги тонкої плівки, вирощеної за допомогою PECVD, можна регулювати та оптимізувати в певному діапазоні.
3.9 Обладнання для атомарного шарового осадження
Атомне шарове осадження (ALD) — це технологія осадження тонкої плівки, яка періодично зростає у формі квазімоноатомного шару. Його характеристика полягає в тому, що товщину нанесеної плівки можна точно регулювати, контролюючи кількість циклів росту. На відміну від процесу хімічного осадження з парової фази (CVD), два (або більше) прекурсори в процесі ALD по черзі проходять через поверхню підкладки та ефективно ізолюються шляхом продувки інертним газом.
Два прекурсори не будуть змішуватися і зустрічатися в газовій фазі для хімічної реакції, а реагуватимуть лише шляхом хімічної адсорбції на поверхні субстрату. У кожному циклі ALD кількість прекурсора, адсорбованого на поверхні підкладки, залежить від щільності активних груп на поверхні підкладки. Коли реакційноздатні групи на поверхні підкладки вичерпуються, навіть якщо вводиться надлишок прекурсора, хімічна адсорбція на поверхні підкладки не відбудеться.
Цей реакційний процес називається поверхневою реакцією самообмеження. Цей механізм процесу робить товщину плівки, вирощеної в кожному циклі процесу ALD, постійною, тому процес ALD має переваги точного контролю товщини та гарного покриття кроків плівки.
3.10 Обладнання для молекулярно-променевої епітаксії
Система молекулярно-променевої епітаксії (MBE) відноситься до епітаксійного пристрою, який використовує один або кілька атомних або молекулярних пучків теплової енергії для розпилення на нагріту поверхню підкладки з певною швидкістю в умовах надвисокого вакууму, адсорбції та міграції на поверхні підкладки. для епітаксіального вирощування монокристалічних тонких плівок уздовж напрямку осі кристала матеріалу підкладки. Як правило, за умови нагрівання струминною піччю з тепловим екраном джерело променя утворює атомний або молекулярний пучок, і плівка росте шар за шаром уздовж напрямку кристалічної осі матеріалу підкладки.
Його характеристиками є низька епітаксіальна температура росту, а товщина, межа розділу, хімічний склад і концентрація домішок можна точно контролювати на атомному рівні. Незважаючи на те, що MBE виник із отримання напівпровідникових надтонких монокристалічних плівок, його застосування зараз розширилося до різноманітних систем матеріалів, таких як метали та ізоляційні діелектрики, і може отримувати III-V, II-VI, кремній, кремній-германій (SiGe ), графен, оксиди та органічні плівки.
Система молекулярно-променевої епітаксії (MBE) в основному складається з системи надвисокого вакууму, джерела молекулярного променя, системи фіксації та нагрівання підкладки, системи передачі зразка, системи моніторингу на місці, системи керування та тестування. система.
Вакуумна система включає вакуумні насоси (механічні насоси, молекулярні насоси, іонні насоси, конденсаційні насоси тощо) і різні клапани, які можуть створювати надвисоке вакуумне середовище росту. Загальнодосяжний ступінь вакууму становить від 10-8 до 10-11 Торр. Вакуумна система в основному має три вакуумні робочі камери, а саме камеру введення зразка, камеру попередньої обробки та аналізу поверхні та камеру росту.
Камера для введення зразків використовується для передачі зразків у зовнішній світ, щоб забезпечити умови високого вакууму в інших камерах; Камера попередньої обробки та аналізу поверхні з’єднує камеру введення зразка та камеру росту, і її основною функцією є попередня обробка зразка (високотемпературна дегазація для забезпечення повної чистоти поверхні підкладки) та виконання попереднього аналізу поверхні на очищений зразок; камера росту є основною частиною системи MBE, яка в основному складається з печі-джерела та відповідного вузла затвора, консолі керування зразком, системи охолодження, дифракції електронів високої енергії на відбиття (RHEED) і системи моніторингу на місці . Деяке виробниче обладнання MBE має кілька конфігурацій ростової камери. Принципова схема структури обладнання MBE показана нижче:
MBE кремнієвого матеріалу використовує кремній високої чистоти як сировину, росте в умовах надвисокого вакууму (10-10～10-11Torr), а температура росту становить 600～900℃, з Ga (P-типу) та Sb ( N-типу) як джерела легування. Зазвичай використовувані джерела допінгу, такі як P, As і B, рідко використовуються як джерела пучка, оскільки їх важко випарувати.
Реакційна камера MBE має надвисоке вакуумне середовище, що збільшує довжину вільного пробігу молекул і зменшує забруднення та окислення на поверхні матеріалу, що росте. Підготовлений епітаксіальний матеріал має гарну морфологію поверхні та однорідність, і його можна перетворити на багатошарову структуру з різними легуваннями або різними компонентами матеріалу.
Технологія MBE забезпечує багаторазове зростання надтонких епітаксійних шарів товщиною в один атомний шар, а межа розділу між епітаксіальними шарами є крутою. Він сприяє зростанню напівпровідників III-V та інших багатокомпонентних гетерогенних матеріалів. В даний час система MBE стала прогресивним технологічним обладнанням для виробництва нового покоління мікрохвильових приладів і оптоелектронних пристроїв. Недоліками технології MBE є повільна швидкість росту плівки, високі вимоги до вакууму та висока вартість обладнання та використання обладнання.
3.11 Система парової епітаксії
Система епітаксії з парової фази (VPE) відноситься до пристрою для епітаксійного вирощування, який транспортує газоподібні сполуки до підкладки та за допомогою хімічних реакцій отримує однокристалічний шар матеріалу з таким самим розташуванням решітки, як і підкладка. Епітаксійний шар може бути гомоепітаксіальним (Si/Si) або гетероепітаксійним (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 тощо). В даний час технологія VPE широко використовується в галузі підготовки наноматеріалів, енергетичних пристроїв, напівпровідникових оптоелектронних пристроїв, сонячної фотоелектричної енергії та інтегральних схем.
Типова VPE включає епітаксію при атмосферному тиску та епітаксію при зниженому тиску, хімічне осадження з парової фази у надвисокому вакуумі, хімічне осадження з парової фази металоорганіки тощо. Ключовими моментами в технології VPE є конструкція реакційної камери, режим і однорідність газового потоку, однорідність температури та контроль точності, контроль тиску та стабільності, контроль частинок та дефектів тощо.
В даний час основним напрямком розвитку комерційних систем VPE є велике завантаження пластин, повністю автоматичний контроль і моніторинг температури та процесу росту в реальному часі. Системи VPE мають три конструкції: вертикальну, горизонтальну та циліндричну. Методи нагрівання включають нагрівання опором, високочастотне індукційне нагрівання та нагрівання інфрачервоним випромінюванням.
В даний час системи VPE здебільшого використовують горизонтальні дискові структури, які мають характеристики хорошої рівномірності росту епітаксійної плівки та великого завантаження пластини. Системи VPE зазвичай складаються з чотирьох частин: реактора, системи нагріву, системи газового тракту та системи керування. Оскільки час росту епітаксійних плівок GaAs і GaN є відносно довгим, переважно використовуються індукційне нагрівання та нагрівання опором. У кремнієвому VPE для росту товстої епітаксійної плівки здебільшого використовується індукційне нагрівання; Вирощування тонкої епітаксійної плівки здебільшого використовує інфрачервоне нагрівання для досягнення мети швидкого підвищення/спаду температури.
3.12 Система рідкофазної епітаксії
Система рідкофазної епітаксії (LPE) відноситься до обладнання для епітаксійного вирощування, яке розчиняє матеріал для вирощування (наприклад, Si, Ga, As, Al тощо) і легуючі добавки (такі як Zn, Te, Sn тощо) у метал з нижчою температурою плавлення (наприклад, Ga, In тощо), так що розчинник насичений або перенасичений у розчиннику, а потім монокристалічна підкладка контактує з розчином, і розчинена речовина осаджується з розчинника за допомогою поступово охолоджується, і на поверхні підкладки вирощується шар кристалічного матеріалу з кристалічною структурою та сталою гратки, подібними до структури підкладки.
Метод LPE був запропонований Nelson et al. у 1963 році. Він використовується для вирощування тонких плівок кремнію та монокристалічних матеріалів, а також напівпровідникових матеріалів, таких як III-IV групи та телурид ртуті-кадмію, і може бути використаний для виготовлення різноманітних оптоелектронних пристроїв, мікрохвильових пристроїв, напівпровідникових пристроїв та сонячних елементів. .
——————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera може забезпечитиграфітові деталі, м'який/жорсткий фетр, деталі з карбіду кремнію, CVD деталі з карбіду кремнію, іДеталі з покриттям SiC/TaCз протягом 30 днів.
Якщо ви зацікавлені у вищевказаних напівпровідникових продуктах,будь ласка, не соромтеся звертатися до нас у перший раз.
Тел.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Час публікації: 31 серпня 2024 р