1. Ievads
Vielu (izejvielu) pievienošanas procesu substrāta materiālu virsmai ar fizikālām vai ķīmiskām metodēm sauc par plānās kārtiņas augšanu.
Saskaņā ar dažādiem darbības principiem integrētās shēmas plānslāņa pārklājumu var iedalīt:
-Fiziskā tvaiku pārklāšana (PVD);
-Ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD);
- Pagarinājums.
2. Plānās plēves augšanas process
2.1. Fiziskā tvaiku pārklāšanas un izsmidzināšanas process
Fizikālās tvaiku pārklāšanas (PVD) process attiecas uz tādu fizikālu metožu izmantošanu kā vakuuma iztvaicēšana, izsmidzināšana, plazmas pārklājums un molekulārā stara epitaksija, lai uz vafeles virsmas izveidotu plānu plēvi.
VLSI nozarē visplašāk izmantotā PVD tehnoloģija ir izsmidzināšana, ko galvenokārt izmanto integrālo shēmu elektrodiem un metāla starpsavienojumiem. Izsmidzināšana ir process, kurā retās gāzes [piemēram, argons (Ar)] tiek jonizētas jonos (piemēram, Ar+) ārēja elektriskā lauka iedarbībā augsta vakuuma apstākļos un bombardē materiāla mērķa avotu augsta sprieguma vidē, izsitot mērķa materiāla atomus vai molekulas un pēc tam nonākot vafeles virsmā, veidojot plānu plēvi pēc lidojuma bez sadursmēm. Ar ir stabilas ķīmiskās īpašības, un tā joni ķīmiski nereaģēs ar mērķa materiālu un plēvi. Tā kā integrētās shēmas mikroshēmas nonāk 0,13 μm vara starpsavienojumu laikmetā, vara barjeras materiāla slānis izmanto titāna nitrīda (TiN) vai tantala nitrīda (TaN) plēvi. Pieprasījums pēc rūpnieciskajām tehnoloģijām ir veicinājis ķīmisko reakciju izsmidzināšanas tehnoloģiju izpēti un izstrādi, tas ir, izsmidzināšanas kamerā papildus Ar ir arī reaktīvais gāzes slāpeklis (N2), tādējādi Ti vai Ta tiek bombardēts no mērķa materiāls Ti vai Ta reaģē ar N2, lai radītu nepieciešamo TiN vai TaN plēvi.
Pastāv trīs plaši izmantotas izsmidzināšanas metodes, proti, līdzstrāvas izputināšana, RF izputināšana un magnetrona izputināšana. Turpinot pieaugt integrālo shēmu integrācijai, palielinās daudzslāņu metāla vadu slāņu skaits, un PVD tehnoloģijas pielietojums kļūst arvien plašāks. PVD materiāli ietver Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 utt.
PVD un izsmidzināšanas procesus parasti pabeidz ļoti noslēgtā reakcijas kamerā ar vakuuma pakāpi no 1×10-7 līdz 9×10-9 Torr, kas var nodrošināt gāzes tīrību reakcijas laikā; tajā pašā laikā ir nepieciešams ārējs augsts spriegums, lai jonizētu reto gāzi, lai radītu pietiekami augstu spriegumu, lai bombardētu mērķi. Galvenie parametri PVD un izsmidzināšanas procesu novērtēšanai ietver putekļu daudzumu, kā arī izveidotās plēves pretestības vērtību, viendabīgumu, atstarošanas biezumu un spriegumu.
2.2. Ķīmiskās tvaiku pārklāšanas un izsmidzināšanas process
Ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD) attiecas uz procesa tehnoloģiju, kurā dažādi gāzveida reaģenti ar atšķirīgu parciālo spiedienu ķīmiski reaģē noteiktā temperatūrā un spiedienā, un radītās cietās vielas tiek nogulsnētas uz substrāta materiāla virsmas, lai iegūtu vēlamo plānu. filma. Tradicionālajā integrālo shēmu ražošanas procesā iegūtie plānās kārtiņas materiāli parasti ir savienojumi, piemēram, oksīdi, nitrīdi, karbīdi vai tādi materiāli kā polikristāliskais silīcijs un amorfais silīcijs. Selektīva epitaksiskā augšana, ko biežāk izmanto pēc 45 nm mezgla, piemēram, avota un aizplūšanas SiGe vai Si selektīva epitaksiālā augšana, arī ir CVD tehnoloģija.
Šī tehnoloģija var turpināt veidot monokristālu materiālus, kas ir tāda paša veida vai līdzīgi oriģinālajam režģim uz silīcija vai citu materiālu monokristāla substrāta gar sākotnējo režģi. CVD tiek plaši izmantots izolācijas dielektrisko plēvju (piemēram, SiO2, Si3N4 un SiON uc) un metāla plēvju (piemēram, volframa uc) audzēšanai.
Parasti saskaņā ar spiediena klasifikāciju CVD var iedalīt atmosfēras spiediena ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā (APCVD), zem atmosfēras spiediena ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā (SAPCVD) un zemspiediena ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā (LPCVD).
Saskaņā ar temperatūras klasifikāciju CVD var iedalīt augstas temperatūras/zemas temperatūras oksīda plēves ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā (HTO/LTO CVD) un ātrā termiskā ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Pēc reakcijas avota CVD var iedalīt CVD uz silāna bāzes, CVD uz poliestera bāzes (CVD, pamatojoties uz TEOS) un metālu organisko ķīmisko tvaiku pārklāšanu (MOCVD);
Saskaņā ar enerģijas klasifikāciju CVD var iedalīt termiskā ķīmiskā tvaiku pārklāšanā (termiskā CVD), plazmas pastiprinātā ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā (Plasma Enhanced CVD, PECVD) un augsta blīvuma plazmas ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Pēdējā laikā ir izstrādāta arī plūstoša ķīmiskā tvaiku pārklāšana (Flowable CVD, FCVD) ar izcilu spraugu aizpildīšanas spēju.
Dažādām CVD audzētām plēvēm ir dažādas īpašības (piemēram, ķīmiskais sastāvs, dielektriskā konstante, spriegums, spriegums un sabrukšanas spriegums), un tās var izmantot atsevišķi atbilstoši dažādām procesa prasībām (piemēram, temperatūrai, pakāpienu pārklājumam, uzpildīšanas prasībām utt.).
2.3. Atomu slāņa nogulsnēšanās process
Atomu slāņa nogulsnēšanās (ALD) attiecas uz atomu nogulsnēšanos slāni pa slānim uz substrāta materiāla, audzējot vienu atomu plēvi slāni pa slānim. Tipisks ALD izmanto metodi gāzveida prekursoru ievadīšanai reaktorā mainīgā impulsa veidā.
Piemēram, vispirms substrāta virsmā tiek ievadīts reakcijas prekursors 1, un pēc ķīmiskās adsorbcijas uz substrāta virsmas veidojas viens atomu slānis; tad prekursoru 1, kas paliek uz substrāta virsmas un reakcijas kamerā, izsūknē ar gaisa sūkni; tad reakcijas prekursors 2 tiek ievadīts substrāta virsmā un ķīmiski reaģē ar prekursoru 1, kas adsorbēts uz substrāta virsmas, lai uz substrāta virsmas izveidotu atbilstošo plānās kārtiņas materiālu un atbilstošos blakusproduktus; kad prekursors 1 pilnībā reaģē, reakcija automātiski beigsies, kas ir ALD pašierobežojoša īpašība, un pēc tam tiek ekstrahēti atlikušie reaģenti un blakusprodukti, lai sagatavotos nākamajam augšanas posmam; nepārtraukti atkārtojot iepriekšminēto procesu, var panākt plānu kārtiņu materiālu nogulsnēšanos, kas audzēti slāni pa slānim ar atsevišķiem atomiem.
Gan ALD, gan CVD ir veidi, kā ieviest gāzveida ķīmiskās reakcijas avotu, lai ķīmiski reaģētu uz substrāta virsmas, taču atšķirība ir tāda, ka CVD gāzveida reakcijas avotam nav pašierobežojošas augšanas īpašību. Var redzēt, ka ALD tehnoloģijas izstrādes atslēga ir atrast prekursorus ar pašierobežojošām reakcijas īpašībām.
2.4. Epitaksiālais process
Epitaksiskais process attiecas uz pilnīgi sakārtota viena kristāla slāņa audzēšanu uz substrāta. Vispārīgi runājot, epitaksiālais process ir uz viena kristāla substrāta audzēt kristāla slāni ar tādu pašu režģa orientāciju kā sākotnējam substrātam. Epitaksiskais process tiek plaši izmantots pusvadītāju ražošanā, piemēram, epitaksiālās silīcija plātnes integrālo shēmu rūpniecībā, iegultā avota un iztukšošanas MOS tranzistoru epitaksiālā izaugsme, epitaksiālā augšana uz LED substrātiem utt.
Atkarībā no augšanas avota dažādiem fāzes stāvokļiem epitaksiskās augšanas metodes var iedalīt cietās fāzes epitaksijā, šķidrās fāzes epitaksijā un tvaika fāzes epitaksijā. Integrēto shēmu ražošanā parasti izmantotās epitaksijas metodes ir cietās fāzes epitaksija un tvaika fāzes epitaksija.
Cietās fāzes epitaksija: attiecas uz viena kristāla slāņa augšanu uz substrāta, izmantojot cietu avotu. Piemēram, termiskā atkausēšana pēc jonu implantācijas faktiski ir cietās fāzes epitaksijas process. Jonu implantācijas laikā silīcija vafeles silīcija atomus bombardē augstas enerģijas implantēti joni, atstājot sākotnējās režģa pozīcijas un kļūstot amorfiem, veidojot virsmas amorfu silīcija slāni. Pēc augstas temperatūras termiskās atkausēšanas amorfie atomi atgriežas režģa pozīcijās un saglabājas saskaņā ar atomu kristāla orientāciju substrāta iekšpusē.
Tvaika fāzes epitaksijas augšanas metodes ietver ķīmisko tvaika fāzes epitaksiju, molekulāro staru epitaksiju, atomu slāņa epitaksiju utt. Integrēto shēmu ražošanā visbiežāk tiek izmantota ķīmiskā tvaika fāzes epitaksija. Ķīmiskās tvaika fāzes epitaksijas princips būtībā ir tāds pats kā ķīmiskās tvaiku pārklāšanas princips. Abi ir procesi, kuros pēc gāzes sajaukšanas ķīmiski reaģējot uz vafeļu virsmas tiek nogulsnētas plānas kārtiņas.
Atšķirība ir tāda, ka, tā kā ķīmiskā tvaika fāzes epitaksija veido viena kristāla slāni, tai ir augstākas prasības attiecībā uz piemaisījumu saturu iekārtā un vafeļu virsmas tīrību. Agrīnās ķīmiskās tvaika fāzes epitaksiālā silīcija process ir jāveic augstas temperatūras apstākļos (vairāk nekā 1000 °C). Uzlabojot procesa aprīkojumu, īpaši izmantojot vakuuma apmaiņas kameras tehnoloģiju, ir ievērojami uzlabojusies iekārtas dobuma un silīcija vafeles virsmas tīrība, un silīcija epitaksiju var veikt zemākā temperatūrā (600–700°). C). Epitaksiālā silīcija vafeles process ir monokristāla silīcija slāņa audzēšana uz silīcija vafeles virsmas.
Salīdzinot ar oriģinālo silīcija substrātu, epitaksiālajam silīcija slānim ir augstāka tīrība un mazāk režģa defektu, tādējādi uzlabojot pusvadītāju ražošanas ražu. Turklāt uz silīcija plāksnītes audzētā epitaksiālā silīcija slāņa augšanas biezumu un dopinga koncentrāciju var elastīgi konstruēt, kas nodrošina elastību ierīces konstrukcijā, piemēram, samazina substrāta pretestību un uzlabo substrāta izolāciju. Iegultais avota aizplūšanas epitaksiālais process ir tehnoloģija, ko plaši izmanto progresīvās loģikas tehnoloģiju mezglos.
Tas attiecas uz leģēta germānija silīcija vai silīcija epitaksiālās audzēšanas procesu MOS tranzistoru avota un drenāžas reģionos. Galvenās priekšrocības, ieviešot iegulto avota-drenāžas epitaksiālo procesu, ir šādas: pseidokristāliska slāņa audzēšana, kas satur spriegumu režģa adaptācijas dēļ, kanāla nesēja mobilitātes uzlabošana; Avota un notekas in situ dopings var samazināt avota-notekas savienojuma pretestību pret parazītiem un samazināt augstas enerģijas jonu implantācijas defektus.
3. plānslāņa augšanas iekārtas
3.1. Vakuuma iztvaicēšanas iekārta
Vakuuma iztvaicēšana ir pārklāšanas metode, kas uzsilda cietos materiālus vakuuma kamerā, lai tie iztvaikotu, iztvaikotu vai sublimētu, un pēc tam noteiktā temperatūrā kondensējas un nogulsnējas uz substrāta materiāla virsmas.
Parasti tas sastāv no trim daļām, proti, vakuuma sistēmas, iztvaikošanas sistēmas un apkures sistēmas. Vakuuma sistēma sastāv no vakuuma caurulēm un vakuumsūkņiem, un tās galvenā funkcija ir nodrošināt kvalificētu vakuuma vidi iztvaikošana. Iztvaicēšanas sistēma sastāv no iztvaikošanas galda, sildīšanas komponenta un temperatūras mērīšanas komponenta.
Iztvaicējamais mērķa materiāls (piemēram, Ag, Al utt.) tiek novietots uz iztvaicēšanas galda; sildīšanas un temperatūras mērīšanas sastāvdaļa ir slēgta cikla sistēma, ko izmanto, lai kontrolētu iztvaikošanas temperatūru, lai nodrošinātu vienmērīgu iztvaikošanu. Apkures sistēma sastāv no vafeļu stadijas un sildelementa. Vafeļu stadiju izmanto, lai novietotu pamatni, uz kuras jāiztvaicē plānā kārtiņa, un sildīšanas komponentu izmanto, lai realizētu substrāta sildīšanu un temperatūras mērījumu atgriezeniskās saites kontroli.
Vakuuma vide ir ļoti svarīgs nosacījums vakuuma iztvaikošanas procesā, kas ir saistīts ar iztvaikošanas ātrumu un plēves kvalitāti. Ja vakuuma pakāpe neatbilst prasībām, iztvaicētie atomi vai molekulas bieži saduras ar atlikušajām gāzes molekulām, padarot to vidējo brīvo ceļu mazāku, un atomi vai molekulas stipri izkliedēsies, tādējādi mainot kustības virzienu un samazinot plēvi. veidošanās ātrums.
Turklāt atlieku piemaisījumu gāzes molekulu klātbūtnes dēļ nogulsnētā plēve ir nopietni piesārņota un sliktas kvalitātes, it īpaši, ja kameras spiediena pieauguma ātrums neatbilst standartam un ir noplūde, gaiss noplūdīs vakuuma kamerā. , kas nopietni ietekmēs filmas kvalitāti.
Vakuuma iztvaicēšanas iekārtu strukturālās īpašības nosaka, ka pārklājuma viendabīgums uz liela izmēra pamatnēm ir vājš. Lai uzlabotu tā viendabīgumu, parasti tiek izmantota metode, kā palielināt avota-substrāta attālumu un pagriezt substrātu, bet, palielinot avota-substrāta attālumu, tiks zaudēts plēves augšanas ātrums un tīrība. Tajā pašā laikā, palielinoties vakuuma telpai, tiek samazināts iztvaicētā materiāla izmantošanas līmenis.
3.2. Līdzstrāvas fiziskās tvaiku pārklāšanas iekārtas
Līdzstrāvas fizikālā tvaiku pārklāšana (DCPVD) ir pazīstama arī kā katoda izsmidzināšana vai vakuuma līdzstrāvas divpakāpju izsmidzināšana. Vakuuma līdzstrāvas izsmidzināšanas mērķa materiāls tiek izmantots kā katods, un substrāts tiek izmantots kā anode. Vakuuma izsmidzināšana ir plazmas veidošana, jonizējot procesa gāzi.
Plazmā esošās uzlādētās daļiņas tiek paātrinātas elektriskajā laukā, lai iegūtu noteiktu enerģijas daudzumu. Daļiņas ar pietiekamu enerģiju bombardē mērķa materiāla virsmu tā, ka mērķa atomi tiek izsmidzināti; izsmidzinātie atomi ar noteiktu kinētisko enerģiju virzās uz substrātu, veidojot plānu kārtiņu uz substrāta virsmas. Izsmidzināšanai izmantotā gāze parasti ir reta gāze, piemēram, argons (Ar), tāpēc izputināšanas rezultātā izveidotā plēve netiks piesārņota; turklāt argona atomu rādiuss ir piemērotāks izsmidzināšanai.
Izsmidzināšanas daļiņu izmēram jābūt tuvu izsmidzināmo mērķa atomu lielumam. Ja daļiņas ir pārāk lielas vai pārāk mazas, nevar izveidot efektīvu izsmidzināšanu. Papildus atoma izmēra faktoram izsmidzināšanas kvalitāti ietekmēs arī atoma masas faktors. Ja izsmidzināšanas daļiņu avots ir pārāk viegls, mērķa atomi netiks izsmidzināti; ja izsmidzināšanas daļiņas ir pārāk smagas, mērķis tiks “saliekts” un mērķis netiks izsmidzināts.
DCPVD izmantotajam mērķa materiālam jābūt vadītājam. Tas ir tāpēc, ka, kad procesa gāzē esošie argona joni bombardē mērķa materiālu, tie rekombinēsies ar elektroniem uz mērķa materiāla virsmas. Ja mērķa materiāls ir vadītājs, piemēram, metāls, šīs rekombinācijas patērētie elektroni tiek vieglāk papildināti ar strāvas padevi un brīvajiem elektroniem citās mērķa materiāla daļās, izmantojot elektrisko vadītspēju, lai mērķa materiāla virsma būtu vieglāka. viss paliek negatīvi lādēts un tiek saglabāta izsmidzināšana.
Gluži pretēji, ja mērķa materiāls ir izolators, pēc tam, kad elektroni uz mērķmateriāla virsmas ir rekombinēti, brīvos elektronus citās mērķa materiāla daļās nevar papildināt ar elektrisko vadītspēju, un pat pozitīvi lādiņi uzkrāsies uz mērķa materiāla virsmas. Mērķa materiāla virsma, izraisot mērķa materiāla potenciāla pieaugumu, un mērķa materiāla negatīvais lādiņš tiek vājināts, līdz tas pazūd, galu galā izraisot izsmidzināšanas pārtraukšanu.
Tāpēc, lai izolācijas materiālus padarītu izmantojamus arī izsmidzināšanai, ir jāatrod cita izputināšanas metode. Radiofrekvences izputināšana ir izsmidzināšanas metode, kas piemērota gan vadošiem, gan nevadošiem mērķiem.
Vēl viens DCPVD trūkums ir tas, ka aizdedzes spriegums ir augsts un elektronu bombardēšana uz pamatnes ir spēcīga. Efektīvs veids, kā atrisināt šo problēmu, ir izmantot magnetronu izsmidzināšanu, tāpēc magnetronu izputināšanai patiešām ir praktiska vērtība integrālo shēmu jomā.
3.3. RF fizikālās tvaiku pārklāšanas iekārtas
Radiofrekvences fiziska tvaiku pārklāšana (RFPVD) izmanto radiofrekvences jaudu kā ierosmes avotu, un tā ir PVD metode, kas piemērota dažādiem metālu un nemetālu materiāliem.
RFPVD izmantotā RF barošanas avota kopējās frekvences ir 13,56 MHz, 20 MHz un 60 MHz. RF barošanas avota pozitīvie un negatīvie cikli parādās pārmaiņus. Kad PVD mērķis atrodas pozitīvajā pusciklā, jo mērķa virsmai ir pozitīvs potenciāls, procesa atmosfērā esošie elektroni plūdīs uz mērķa virsmu, lai neitralizētu uz tās virsmas uzkrāto pozitīvo lādiņu un pat turpinātu uzkrāt elektronus, padarot tās virsmu negatīvi neobjektīvu; kad izsmidzināšanas mērķis ir negatīvā pusciklā, pozitīvie joni virzīsies uz mērķi un tiks daļēji neitralizēti uz mērķa virsmas.
Pats kritiskākais ir tas, ka elektronu kustības ātrums RF elektriskajā laukā ir daudz ātrāks nekā pozitīvajiem joniem, savukārt pozitīvā un negatīvā puscikla laiks ir vienāds, tāpēc pēc pilna cikla mērķa virsma būs “neto” negatīvi uzlādēts. Tāpēc pirmajos dažos ciklos mērķa virsmas negatīvais lādiņš uzrāda pieaugošu tendenci; pēc tam mērķa virsma sasniedz stabilu negatīvu potenciālu; pēc tam, tā kā mērķa negatīvajam lādiņam ir atgrūdoša ietekme uz elektroniem, mērķa elektroda uztverto pozitīvo un negatīvo lādiņu daudzums mēdz līdzsvarot, un mērķis rada stabilu negatīvu lādiņu.
No iepriekš minētā procesa var redzēt, ka negatīvā sprieguma veidošanās procesam nav nekāda sakara ar paša mērķa materiāla īpašībām, tāpēc RFPVD metode var ne tikai atrisināt izolācijas mērķu izsmidzināšanas problēmu, bet arī ir labi savietojama. ar parastajiem metāla vadītāju mērķiem.
3.4 Magnetronu izsmidzināšanas iekārtas
Magnetronu izsmidzināšana ir PVD metode, kas pievieno magnētus mērķa aizmugurē. Pievienotie magnēti un līdzstrāvas barošanas avota (vai maiņstrāvas barošanas avota) sistēma veido magnetrona izsmidzināšanas avotu. Izsmidzināšanas avotu izmanto, lai kamerā izveidotu interaktīvu elektromagnētisko lauku, uztvertu un ierobežotu elektronu kustības diapazonu plazmā kameras iekšpusē, paplašinātu elektronu kustības ceļu un tādējādi palielinātu plazmas koncentrāciju un galu galā sasniegtu vairāk. nogulsnēšanās.
Turklāt, tā kā mērķa virsmas tuvumā ir piesaistīts vairāk elektronu, substrāta bombardēšana ar elektroniem tiek samazināta un substrāta temperatūra tiek samazināta. Salīdzinājumā ar plakano plākšņu DCPVD tehnoloģiju, viena no acīmredzamākajām magnetronu fiziskās tvaiku pārklāšanas tehnoloģijas iezīmēm ir tāda, ka aizdedzes izlādes spriegums ir zemāks un stabilāks.
Augstākas koncentrācijas plazmā un lielākas izsmidzināšanas ražības dēļ tas var sasniegt izcilu nogulsnēšanas efektivitāti, nogulsnēšanās biezuma kontroli lielā izmēra diapazonā, precīzu sastāva kontroli un zemāku aizdedzes spriegumu. Tāpēc pašreizējā metāla plēves PVD dominējošā stāvoklī ir magnetronu izsmidzināšana. Vienkāršākais magnetronu izsmidzināšanas avota dizains ir magnētu grupas novietošana plakanā mērķa aizmugurē (ārpus vakuuma sistēmas), lai mērķa virsmas lokālā apgabalā radītu magnētisko lauku paralēli mērķa virsmai.
Ja tiek novietots pastāvīgais magnēts, tā magnētiskais lauks ir relatīvi fiksēts, kā rezultātā kamerā uz mērķa virsmas ir relatīvi fiksēts magnētiskā lauka sadalījums. Tiek izsmidzināti tikai materiāli noteiktās mērķa zonās, mērķa izmantošanas līmenis ir zems un sagatavotās plēves viendabīgums ir vājš.
Pastāv zināma iespējamība, ka izsmidzinātās metāla vai cita materiāla daļiņas tiks nogulsnētas atpakaļ uz mērķa virsmas, tādējādi agregējoties daļiņās un veidojot defektīvu piesārņojumu. Tāpēc komerciālie magnetronu izsmidzināšanas avoti lielākoties izmanto rotējošu magnētu dizainu, lai uzlabotu plēves viendabīgumu, mērķa izmantošanas līmeni un pilnīgu mērķa izsmidzināšanu.
Ir ļoti svarīgi līdzsvarot šos trīs faktorus. Ja līdzsvars netiek pareizi apstrādāts, tas var radīt labu plēves viendabīgumu, vienlaikus ievērojami samazinot mērķa izmantošanas līmeni (saīsinot mērķa kalpošanas laiku) vai nespējot sasniegt pilnu mērķa izsmidzināšanu vai pilnīgu mērķa koroziju, kas izsmidzināšanas laikā radīs daļiņu problēmas. process.
Magnetronu PVD tehnoloģijā ir jāņem vērā rotējošā magnēta kustības mehānisms, mērķa forma, mērķa dzesēšanas sistēma un magnetrona izsmidzināšanas avots, kā arī vafeles nesošās pamatnes funkcionālā konfigurācija, piemēram, vafeļu adsorbcija un temperatūras kontrole. PVD procesā vafeles temperatūra tiek kontrolēta, lai iegūtu nepieciešamo kristāla struktūru, graudu izmēru un orientāciju, kā arī veiktspējas stabilitāti.
Tā kā siltuma vadīšanai starp vafeles aizmuguri un pamatnes virsmu ir nepieciešams noteikts spiediens, parasti vairāku toru secībā, un kameras darba spiediens parasti ir vairāku mTorr robežās, spiediens uz aizmuguri ir daudz lielāks nekā spiediens uz vafeles augšējo virsmu, tāpēc, lai novietotu un ierobežotu vafeles, ir nepieciešama mehāniska vai elektrostatiskā patrona.
Lai veiktu šo funkciju, mehāniskā patrona paļaujas uz savu svaru un vafeles malu. Lai gan tai ir vienkāršas struktūras priekšrocības un nejutīgums pret vafeles materiālu, vafeles malas efekts ir acīmredzams, kas neveicina stingru daļiņu kontroli. Tāpēc IC ražošanas procesā tas pakāpeniski ir aizstāts ar elektrostatisko patronu.
Procesiem, kas nav īpaši jutīgi pret temperatūru, var izmantot arī neadsorbcijas, bez malas kontakta plauktu metodi (nav spiediena atšķirības starp vafeles augšējo un apakšējo virsmu). PVD procesa laikā kameras oderējums un to daļu virsma, kas saskaras ar plazmu, tiks nogulsnētas un pārklātas. Kad nogulsnētās plēves biezums pārsniedz robežu, plēve saplaisās un nolobīsies, radot daļiņu problēmas.
Tāpēc detaļu, piemēram, oderes, virsmas apstrāde ir šīs robežas paplašināšanas atslēga. Virsmas smilšu strūkla un alumīnija izsmidzināšana ir divas plaši izmantotas metodes, kuru mērķis ir palielināt virsmas raupjumu, lai stiprinātu saikni starp plēvi un oderes virsmu.
3.5. Jonizācijas fizikālās tvaiku pārklāšanas iekārtas
Nepārtraukti attīstoties mikroelektronikas tehnoloģijai, elementu izmēri kļūst arvien mazāki. Tā kā PVD tehnoloģija nevar kontrolēt daļiņu nogulsnēšanās virzienu, PVD spēja iekļūt caur caurumiem un šauriem kanāliem ar augstu malu attiecību ir ierobežota, padarot tradicionālās PVD tehnoloģijas plašāku pielietojumu arvien grūtāku. PVD procesā, palielinoties poru rievas malu attiecībai, pārklājums apakšā samazinās, veidojot karnīzei līdzīgu pārkares struktūru augšējā stūrī, un veidojot vājāko pārklājumu apakšējā stūrī.
Lai atrisinātu šo problēmu, tika izstrādāta jonizēta fizikālā tvaiku pārklāšanas tehnoloģija. Vispirms tas dažādos veidos plazmatizē metāla atomus, kas izsmidzināti no mērķa, un pēc tam pielāgo plāksnītei noslogoto slīpo spriegumu, lai kontrolētu metāla jonu virzienu un enerģiju, lai iegūtu stabilu virziena metāla jonu plūsmu, lai sagatavotu plānu kārtiņu, tādējādi uzlabojot augstas malu attiecības pakāpienu apakšdaļas pārklājums caur caurumiem un šauriem kanāliem.
Jonizētās metāla plazmas tehnoloģijas tipiskā iezīme ir radiofrekvences spoles pievienošana kamerā. Procesa laikā kameras darba spiediens tiek uzturēts salīdzinoši augstā stāvoklī (5 līdz 10 reizes lielāks par parasto darba spiedienu). PVD laikā radiofrekvences spole tiek izmantota otrā plazmas reģiona ģenerēšanai, kurā argona koncentrācija plazmā palielinās, palielinoties radiofrekvences jaudai un gāzes spiedienam. Kad no mērķa izsmidzinātie metāla atomi šķērso šo reģionu, tie mijiedarbojas ar augsta blīvuma argona plazmu, veidojot metāla jonus.
RF avota (piemēram, elektrostatiskā patrona) pielietošana plāksnītei var palielināt vafeles negatīvo nobīdi, lai piesaistītu metāla pozitīvos jonus poru rievas apakšā. Šī virziena metāla jonu plūsma, kas ir perpendikulāra vafeles virsmai, uzlabo augstas proporcijas poru un šauru kanālu pārklājumu.
Plāksnei pielietotā negatīvā novirze arī liek joniem bombardēt vafeles virsmu (reversā izsmidzināšana), kas vājina poru rievas atveres pārkares struktūru un izsmidzina apakšā nogulsnēto plēvi uz sānu sienām poru apakšas stūros. rievu, tādējādi uzlabojot pakāpiena pārklājumu stūros.
3.6. Atmosfēras spiediena ķīmiskās tvaiku pārklāšanas iekārtas
Atmosfēras spiediena ķīmiskās tvaiku pārklāšanas (APCVD) iekārta attiecas uz ierīci, kas konstantā ātrumā izsmidzina gāzveida reakcijas avotu uz sakarsēta cieta substrāta virsmas vidē ar spiedienu, kas ir tuvu atmosfēras spiedienam, izraisot reakcijas avota ķīmisku reakciju uz substrāta virsmu, un reakcijas produkts tiek nogulsnēts uz substrāta virsmas, veidojot plānu plēvi.
APCVD iekārtas ir senākās CVD iekārtas un joprojām tiek plaši izmantotas rūpnieciskajā ražošanā un zinātniskajos pētījumos. APCVD iekārtas var izmantot, lai sagatavotu plānas plēves, piemēram, monokristālu silīciju, polikristālisko silīciju, silīcija dioksīdu, cinka oksīdu, titāna dioksīdu, fosfosilikāta stiklu un borofosfosilikāta stiklu.
3.7. Zema spiediena ķīmiskās tvaiku pārklāšanas iekārtas
Zema spiediena ķīmiskās tvaiku pārklāšanas (LPCVD) iekārtas attiecas uz iekārtām, kas izmanto gāzveida izejvielas, lai ķīmiski reaģētu uz cieta substrāta virsmas sakarsētā (350–1100 °C) un zemspiediena (10–100 mTorr) vidē, un reaģenti tiek nogulsnēti uz substrāta virsmas, veidojot plānu plēvi. LPCVD iekārtas ir izstrādātas uz APCVD bāzes, lai uzlabotu plāno kārtiņu kvalitāti, uzlabotu raksturīgo parametru, piemēram, plēves biezuma un pretestības, sadalījuma vienmērīgumu un uzlabotu ražošanas efektivitāti.
Tās galvenā iezīme ir tāda, ka zema spiediena termiskā lauka vidē procesa gāze ķīmiski reaģē uz vafeļu substrāta virsmas, un reakcijas produkti tiek nogulsnēti uz substrāta virsmas, veidojot plānu plēvi. LPCVD iekārtām ir priekšrocības augstas kvalitātes plāno kārtiņu sagatavošanā, un tās var izmantot tādu plānu kārtiņu sagatavošanai kā silīcija oksīds, silīcija nitrīds, polisilīcijs, silīcija karbīds, gallija nitrīds un grafēns.
Salīdzinot ar APCVD, LPCVD iekārtu zemspiediena reakcijas vide palielina gāzes vidējo brīvo ceļu un difūzijas koeficientu reakcijas kamerā.
Reakcijas gāzes un nesējgāzes molekulas reakcijas kamerā var tikt vienmērīgi sadalītas īsā laikā, tādējādi ievērojami uzlabojot plēves biezuma vienmērīgumu, pretestības viendabīgumu un plēves pakāpiena pārklājumu, kā arī reakcijas gāzes patēriņš ir mazs. Turklāt zema spiediena vide arī paātrina gāzes vielu pārraides ātrumu. Piemaisījumus un reakcijas blakusproduktus, kas izkliedēti no substrāta, var ātri izvadīt no reakcijas zonas caur robežslāni, un reakcijas gāze ātri iziet cauri robežslānim, lai sasniegtu substrāta virsmu reakcijai, tādējādi efektīvi nomācot pašdopingu, sagatavojot. augstas kvalitātes plēves ar stāvām pārejas zonām, kā arī uzlabojot ražošanas efektivitāti.
3.8. Plazmas uzlabotas ķīmiskās tvaiku pārklāšanas iekārtas
Plazmas pastiprināta ķīmiskā tvaiku nogulsnēšanās (PECVD) ir plaši izmantota thin plēves uzklāšanas tehnoloģija. Plazmas procesa laikā gāzveida prekursors tiek jonizēts plazmas iedarbībā, veidojot ierosinātas aktīvās grupas, kuras izkliedējas uz substrāta virsmu un pēc tam tiek pakļautas ķīmiskām reakcijām, lai pabeigtu plēves augšanu.
Pēc plazmas ģenerēšanas biežuma PECVD izmantoto plazmu var iedalīt divos veidos: radiofrekvences plazma (RF plazma) un mikroviļņu plazma (Microwave plasma). Pašlaik nozarē izmantotā radio frekvence parasti ir 13,56 MHz.
Radiofrekvenču plazmas ieviešana parasti tiek iedalīta divos veidos: kapacitatīvā savienošana (CCP) un induktīvā savienošana (ICP). Kapacitatīvā savienojuma metode parasti ir tiešās plazmas reakcijas metode; savukārt induktīvā savienojuma metode var būt tiešā plazmas metode vai attālā plazmas metode.
Pusvadītāju ražošanas procesos PECVD bieži izmanto, lai audzētu plānas kārtiņas uz substrātiem, kas satur metālus vai citas temperatūras jutīgas struktūras. Piemēram, integrālo shēmu aizmugures metāla starpsavienojumu jomā, jo ierīces avota, vārtu un notekas struktūras ir izveidotas priekšgala procesā, tiek pakļauta plāno kārtiņu augšana metāla starpsavienojumu jomā. ļoti stingriem siltuma budžeta ierobežojumiem, tāpēc to parasti papildina ar plazmas palīdzību. Pielāgojot plazmas procesa parametrus, PECVD audzētās plānās kārtiņas blīvumu, ķīmisko sastāvu, piemaisījumu saturu, mehānisko stingrību un sprieguma parametrus var regulēt un optimizēt noteiktā diapazonā.
3.9. Atomu slāņu uzklāšanas iekārtas
Atomu slāņa nogulsnēšanās (ALD) ir plānslāņa nogulsnēšanās tehnoloģija, kas periodiski aug kvazi-monoatomiskā slāņa formā. Tā īpašība ir tāda, ka uzklātās plēves biezumu var precīzi noregulēt, kontrolējot augšanas ciklu skaitu. Atšķirībā no ķīmiskā tvaiku pārklāšanas (CVD) procesa divi (vai vairāki) prekursori ALD procesā pārmaiņus iziet cauri substrāta virsmai un tiek efektīvi izolēti, iztīrot retās gāzes.
Abi prekursori nesajauksies un nesatiksies gāzes fāzē, lai ķīmiski reaģētu, bet reaģē tikai ar ķīmisku adsorbciju uz substrāta virsmas. Katrā ALD ciklā uz substrāta virsmas adsorbētā prekursora daudzums ir saistīts ar aktīvo grupu blīvumu uz substrāta virsmas. Kad reaktīvās grupas uz substrāta virsmas ir izsmeltas, pat ja tiek ievadīts pārāk daudz prekursora, uz substrāta virsmas nenotiks ķīmiskā adsorbcija.
Šo reakcijas procesu sauc par virsmas pašierobežojošu reakciju. Šis procesa mehānisms padara nemainīgu katrā ALD procesa ciklā audzētās plēves biezumu, tāpēc ALD procesam ir precīzas biezuma kontroles un labas plēves pakāpes pārklājuma priekšrocības.
3.10. Molekulārā stara epitaksijas aprīkojums
Molecular Beam Epitaxy (MBE) sistēma attiecas uz epitaksisku ierīci, kas izmanto vienu vai vairākus termiskās enerģijas atomu starus vai molekulāros starus, lai ar noteiktu ātrumu izsmidzinātu uz sakarsētas substrāta virsmas īpaši augsta vakuuma apstākļos un adsorbētu un migrētu uz substrāta virsmas. lai epitaksiski audzētu monokristāla plānas kārtiņas pa substrāta materiāla kristāla ass virzienu. Parasti sildot ar strūklas krāsni ar siltuma vairogu, staru kūļa avots veido atomu kūli vai molekulāro staru kūli, un plēve aug slāni pa slānim pa substrāta materiāla kristāla ass virzienu.
Tās īpašības ir zema epitaksiālā augšanas temperatūra, un biezumu, saskarni, ķīmisko sastāvu un piemaisījumu koncentrāciju var precīzi kontrolēt atomu līmenī. Lai gan MBE radās no pusvadītāju īpaši plānu monokristālu plēvju sagatavošanas, tās pielietojums tagad ir paplašināts, aptverot dažādas materiālu sistēmas, piemēram, metālus un izolējošus dielektriķus, un var sagatavot III-V, II-VI, silīciju, silīcija germāniju (SiGe). ), grafēns, oksīdi un organiskās plēves.
Molekulārā stara epitaksijas (MBE) sistēma galvenokārt sastāv no īpaši augsta vakuuma sistēmas, molekulārā stara avota, substrāta fiksācijas un sildīšanas sistēmas, paraugu pārnešanas sistēmas, in situ uzraudzības sistēmas, kontroles sistēmas un testa. sistēma.
Vakuuma sistēmā ietilpst vakuumsūkņi (mehāniskie sūkņi, molekulārie sūkņi, jonu sūkņi un kondensācijas sūkņi u.c.) un dažādi vārsti, kas var radīt īpaši augstu vakuuma augšanas vidi. Parasti sasniedzamā vakuuma pakāpe ir 10-8 līdz 10-11 Torr. Vakuuma sistēmai galvenokārt ir trīs vakuuma darba kameras, proti, parauga iesmidzināšanas kamera, pirmapstrādes un virsmas analīzes kamera un augšanas kamera.
Paraugu iesmidzināšanas kamera tiek izmantota paraugu pārvietošanai uz ārpasauli, lai nodrošinātu citu kameru augsta vakuuma apstākļus; pirmapstrādes un virsmas analīzes kamera savieno parauga injicēšanas kameru un augšanas kameru, un tās galvenā funkcija ir iepriekšēja parauga apstrāde (augstas temperatūras degazēšana, lai nodrošinātu substrāta virsmas pilnīgu tīrību) un iepriekšēja virsmas analīze. iztīrīts paraugs; augšanas kamera ir MBE sistēmas galvenā daļa, kas galvenokārt sastāv no avota krāsns un tai atbilstošā aizvaru komplekta, paraugu kontroles konsoles, dzesēšanas sistēmas, atstarošanas augstas enerģijas elektronu difrakcijas (RHEED) un in situ uzraudzības sistēmas. . Dažām ražošanas MBE iekārtām ir vairākas augšanas kameras konfigurācijas. MBE aprīkojuma struktūras shematiskā diagramma ir parādīta zemāk:
Silīcija materiāla MBE kā izejvielu izmanto augstas tīrības pakāpes silīciju, tas aug īpaši augsta vakuuma (10–10–10–11 torr) apstākļos, un augšanas temperatūra ir 600–900 ℃ ar Ga (P-tipa) un Sb ( N-tipa) kā dopinga avotus. Parasti izmantotie dopinga avoti, piemēram, P, As un B, tiek reti izmantoti kā staru kūļa avoti, jo tos ir grūti iztvaikot.
MBE reakcijas kamerā ir īpaši augsta vakuuma vide, kas palielina molekulu vidējo brīvo ceļu un samazina piesārņojumu un oksidēšanos augošā materiāla virsmā. Sagatavotajam epitaksiālajam materiālam ir laba virsmas morfoloģija un viendabīgums, un to var izveidot daudzslāņu struktūrā ar dažādu dopingu vai dažādām materiāla sastāvdaļām.
MBE tehnoloģija nodrošina īpaši plānu epitaksiālo slāņu atkārtotu augšanu ar viena atoma slāņa biezumu, un saskarne starp epitaksiālajiem slāņiem ir stāva. Tas veicina III-V pusvadītāju un citu daudzkomponentu neviendabīgu materiālu augšanu. Šobrīd MBE sistēma ir kļuvusi par progresīvu procesa iekārtu jaunas paaudzes mikroviļņu ierīču un optoelektronisko ierīču ražošanai. MBE tehnoloģijas trūkumi ir lēns plēves augšanas ātrums, augstas vakuuma prasības un augstās aprīkojuma un aprīkojuma lietošanas izmaksas.
3.11. Tvaika fāzes epitaksijas sistēma
Tvaika fāzes epitaksijas (VPE) sistēma attiecas uz epitaksiālās augšanas ierīci, kas transportē gāzveida savienojumus uz substrātu un ķīmisko reakciju ceļā iegūst viena kristāla materiāla slāni ar tādu pašu režģa izvietojumu kā substrāts. Epitaksiskais slānis var būt homoepitaksiālais slānis (Si/Si) vai heteroepitaksiālais slānis (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 utt.). Pašlaik VPE tehnoloģija ir plaši izmantota nanomateriālu sagatavošanas, jaudas ierīču, pusvadītāju optoelektronisko ierīču, saules fotoelementu un integrālo shēmu jomā.
Tipiskā VPE ietver atmosfēras spiediena epitaksiju un pazemināta spiediena epitaksiju, īpaši augsta vakuuma ķīmisko tvaiku pārklāšanu, metālu organisko ķīmisko tvaiku pārklāšanu utt. Galvenie punkti VPE tehnoloģijā ir reakcijas kameras dizains, gāzes plūsmas režīms un vienmērīgums, temperatūras vienmērīgums un precizitātes kontrole, spiediena kontrole un stabilitāte, daļiņu un defektu kontrole utt.
Pašlaik galveno komerciālo VPE sistēmu attīstības virziens ir liela vafeļu ielāde, pilnībā automātiska vadība un temperatūras un augšanas procesa reāllaika uzraudzība. VPE sistēmām ir trīs struktūras: vertikāla, horizontāla un cilindriska. Sildīšanas metodes ietver pretestības sildīšanu, augstfrekvences indukcijas sildīšanu un infrasarkanā starojuma sildīšanu.
Šobrīd VPE sistēmās pārsvarā tiek izmantotas horizontālas disku struktūras, kurām piemīt labas epitaksiālās plēves augšanas viendabīguma un lielas vafeļu slodzes īpašības. VPE sistēmas parasti sastāv no četrām daļām: reaktora, apkures sistēmas, gāzes ceļu sistēmas un vadības sistēmas. Tā kā GaAs un GaN epitaksiālo plēvju augšanas laiks ir salīdzinoši ilgs, galvenokārt tiek izmantota indukcijas sildīšana un pretestības sildīšana. Silīcija VPE biezas epitaksiālās plēves augšanai galvenokārt tiek izmantota indukcijas karsēšana; plānas epitaksiālās plēves augšanai galvenokārt izmanto infrasarkano sildīšanu, lai sasniegtu straujas temperatūras paaugstināšanās/krituma mērķi.
3.12. Šķidrās fāzes epitaksijas sistēma
Šķidrās fāzes epitaksijas (LPE) sistēma attiecas uz epitaksiālās augšanas aprīkojumu, kas izšķīdina audzējamo materiālu (piemēram, Si, Ga, As, Al utt.) un dopantus (piemēram, Zn, Te, Sn utt.) metāls ar zemāku kušanas temperatūru (piemēram, Ga, In utt.), lai izšķīdinātā viela būtu piesātināta vai pārsātināta šķīdinātājā, un tad monokristāla substrāts ir nonāk saskarē ar šķīdumu, un izšķīdinātā viela tiek nogulsnēta no šķīdinātāja, pakāpeniski atdziestot, un uz substrāta virsmas tiek izaudzēts kristāla materiāla slānis ar kristāla struktūru un režģa konstanti, kas ir līdzīga substrātam.
LPE metodi ierosināja Nelsons et al. 1963. gadā. To izmanto, lai audzētu Si plānās plēves un monokristālu materiālus, kā arī pusvadītāju materiālus, piemēram, III-IV grupas un dzīvsudraba kadmija telurīdu, un to var izmantot dažādu optoelektronisku ierīču, mikroviļņu ierīču, pusvadītāju ierīču un saules bateriju izgatavošanai. .
——————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera var nodrošinātgrafīta daļas, mīksts/stingrs filcs, silīcija karbīda detaļas, CVD silīcija karbīda detaļas, unSiC/TaC pārklātas detaļasar 30 dienu laikā.
Ja jūs interesē iepriekš minētie pusvadītāju izstrādājumi,lūdzu, nevilcinieties sazināties ar mums pirmo reizi.
Tālr.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Publicēšanas laiks: 31. augusts 2024