1. Introducere
Procesul de atașare a substanțelor (materiilor prime) pe suprafața materialelor substratului prin metode fizice sau chimice se numește creșterea filmului subțire.
Conform diferitelor principii de lucru, depunerea de peliculă subțire în circuitul integrat poate fi împărțită în:
-Depunerea fizică în vapori (PVD);
-Depunerea de vapori chimici (CVD);
-Extensie.
2. Procesul de creștere a filmului subțire
2.1 Procesul fizic de depunere de vapori și pulverizare
Procesul de depunere fizică în vapori (PVD) se referă la utilizarea unor metode fizice, cum ar fi evaporarea în vid, pulverizarea, acoperirea cu plasmă și epitaxia fasciculului molecular pentru a forma o peliculă subțire pe suprafața unei plachete.
În industria VLSI, cea mai utilizată tehnologie PVD este pulverizarea, care este utilizată în principal pentru electrozi și interconexiuni metalice ale circuitelor integrate. Pulverizarea este un proces în care gazele rare [cum ar fi argonul (Ar)] sunt ionizate în ioni (cum ar fi Ar+) sub acțiunea unui câmp electric extern în condiții de vid înalt și bombardează sursa materialului țintă într-un mediu de înaltă tensiune, eliminând atomii sau moleculele materialului țintă și apoi ajunge la suprafața plachetei pentru a forma o peliculă subțire după un proces de zbor fără coliziuni. Ar are proprietăți chimice stabile, iar ionii săi nu vor reacționa chimic cu materialul țintă și filmul. Pe măsură ce cipurile de circuite integrate intră în era de interconectare de cupru de 0,13 μm, stratul de material de barieră de cupru utilizează nitrură de titan (TiN) sau nitrură de tantal (TaN). Cererea de tehnologie industrială a promovat cercetarea și dezvoltarea tehnologiei de pulverizare prin reacție chimică, adică în camera de pulverizare, pe lângă Ar, există și un azot gazos reactiv (N2), astfel încât Ti sau Ta bombardat din materialul țintă Ti sau Ta reacționează cu N2 pentru a genera filmul de TiN sau TaN necesar.
Există trei metode de pulverizare utilizate în mod obișnuit, și anume pulverizarea DC, pulverizarea RF și pulverizarea cu magnetron. Pe măsură ce integrarea circuitelor integrate continuă să crească, numărul de straturi de cablaje metalice multistrat crește, iar aplicarea tehnologiei PVD devine din ce în ce mai extinsă. Materialele PVD includ Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 etc.
Procesele PVD și pulverizare sunt de obicei finalizate într-o cameră de reacție foarte etanșă, cu un grad de vid de 1×10-7 până la 9×10-9 Torr, care poate asigura puritatea gazului în timpul reacției; în același timp, este necesară o tensiune externă înaltă pentru a ioniza gazul rar pentru a genera o tensiune suficient de mare pentru a bombarda ținta. Parametrii principali pentru evaluarea proceselor de PVD și pulverizare includ cantitatea de praf, precum și valoarea rezistenței, uniformitatea, grosimea reflectivității și stresul filmului format.
2.2 Procesul de depunere în vapori chimici și pulverizare
Depunerea chimică în vapori (CVD) se referă la o tehnologie de proces în care o varietate de reactanți gazoși cu diferite presiuni parțiale reacționează chimic la o anumită temperatură și presiune, iar substanțele solide generate sunt depuse pe suprafața materialului substrat pentru a obține subțirea dorită. film. În procesul tradițional de fabricare a circuitelor integrate, materialele de film subțire obținute sunt în general compuși precum oxizi, nitruri, carburi sau materiale precum siliciul policristalin și siliciul amorf. Creșterea epitaxială selectivă, care este folosită mai frecvent după nodul de 45 nm, cum ar fi SiGe sursă și dren sau creștere epitaxială selectivă Si, este, de asemenea, o tehnologie CVD.
Această tehnologie poate continua să formeze materiale monocristaline de același tip sau similare cu rețeaua originală pe un substrat monocristal de siliciu sau alte materiale de-a lungul rețelei originale. CVD este utilizat pe scară largă în creșterea filmelor dielectrice izolante (cum ar fi SiO2, Si3N4 și SiON etc.) și a filmelor metalice (cum ar fi wolfram etc.).
În general, conform clasificării presiunii, CVD poate fi împărțit în depunere de vapori chimici la presiune atmosferică (APCVD), depunere de vapori chimici la presiune sub-atmosferică (SAPCVD) și depunere de vapori chimici la presiune joasă (LPCVD).
Conform clasificării temperaturii, CVD poate fi împărțit în depunere chimică de vapori de film de oxid de temperatură înaltă/temperatură joasă (HTO/LTO CVD) și depunere termică rapidă de vapori chimici (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Conform sursei de reacție, CVD poate fi împărțit în CVD pe bază de silan, CVD pe bază de poliester (CVD pe bază de TEOS) și depunere de vapori chimici organici metal (MOCVD);
Conform clasificării energetice, CVD poate fi împărțit în depunere de vapori chimici termici (Thermal CVD), depunere de vapori chimici îmbunătățită cu plasmă (CVD cu plasmă îmbunătățită, PECVD) și depunere de vapori chimici cu plasmă de înaltă densitate (CVD cu plasmă de înaltă densitate, HDPCVD). Recent, a fost dezvoltată și depunerea chimică fluidă în vapori (Flowable CVD, FCVD) cu o excelentă capacitate de umplere a golurilor.
Diferitele filme cultivate cu CVD au proprietăți diferite (cum ar fi compoziția chimică, constanta dielectrică, tensiunea, tensiunea și tensiunea de defalcare) și pot fi utilizate separat în funcție de diferite cerințe ale procesului (cum ar fi temperatura, acoperirea treptei, cerințele de umplere etc.).
2.3 Procesul de depunere a stratului atomic
Depunerea stratului atomic (ALD) se referă la depunerea de atomi strat cu strat pe un material substrat prin creșterea unui singur strat de film atomic cu strat. Un ALD tipic adoptă metoda de introducere a precursorilor gazoși în reactor într-o manieră alternantă în impulsuri.
De exemplu, mai întâi, precursorul de reacție 1 este introdus în suprafața substratului și, după adsorbția chimică, se formează un singur strat atomic pe suprafața substratului; apoi precursorul 1 rămas pe suprafața substratului și în camera de reacție este pompat de o pompă de aer; apoi precursorul de reacție 2 este introdus în suprafața substratului și reacționează chimic cu precursorul 1 adsorbit pe suprafața substratului pentru a genera materialul de film subțire corespunzător și produsele secundare corespunzătoare pe suprafața substratului; când precursorul 1 reacționează complet, reacția se va termina automat, ceea ce este caracteristica autolimitată a ALD, iar apoi reactanții și produșii secundari rămași sunt extrași pentru a se pregăti pentru următoarea etapă de creștere; prin repetarea continuă a procesului de mai sus, se poate realiza depunerea de materiale de film subțire crescute strat cu strat cu atomi unici.
Atât ALD, cât și CVD sunt modalități de introducere a unei surse de reacție chimică gazoasă pentru a reacționa chimic pe suprafața substratului, dar diferența este că sursa de reacție gazoasă a CVD nu are caracteristica creșterii autolimitante. Se poate observa că cheia dezvoltării tehnologiei ALD este găsirea de precursori cu proprietăți de reacție autolimitante.
2.4 Procesul epitaxial
Procesul epitaxial se referă la procesul de creștere a unui singur strat de cristal complet ordonat pe un substrat. În general, procesul epitaxial este de a crește un strat de cristal cu aceeași orientare a rețelei ca substratul original pe un singur substrat de cristal. Procesul epitaxial este utilizat pe scară largă în fabricarea semiconductoarelor, cum ar fi plachetele de siliciu epitaxiale în industria circuitelor integrate, creșterea epitaxială a surselor și scurgerii încorporate a tranzistoarelor MOS, creșterea epitaxială pe substraturi LED etc.
În conformitate cu diferitele stări de fază ale sursei de creștere, metodele de creștere epitaxială pot fi împărțite în epitaxie în fază solidă, epitaxie în fază lichidă și epitaxie în fază de vapori. În fabricarea circuitelor integrate, metodele epitaxiale utilizate în mod obișnuit sunt epitaxia în fază solidă și epitaxia în fază de vapori.
Epitaxie în fază solidă: se referă la creșterea unui singur strat de cristal pe un substrat folosind o sursă solidă. De exemplu, recoacere termică după implantarea ionilor este de fapt un proces de epitaxie în fază solidă. În timpul implantării ionice, atomii de siliciu ai plachetei de siliciu sunt bombardați de ioni implantați de înaltă energie, părăsind pozițiile lor originale ale rețelei și devenind amorfi, formând un strat de siliciu amorf la suprafață. După recoacere termică la temperatură înaltă, atomii amorfi revin la pozițiile lor de rețea și rămân în concordanță cu orientarea cristalului atomic din interiorul substratului.
Metodele de creștere ale epitaxiei în fază de vapori includ epitaxia chimică în fază de vapori, epitaxia cu fascicul molecular, epitaxia stratului atomic etc. În fabricarea de circuite integrate, epitaxia chimică în fază de vapori este cea mai frecvent utilizată. Principiul epitaxiei în faza chimică de vapori este practic același cu cel al depunerii chimice în vapori. Ambele sunt procese care depun pelicule subțiri prin reacția chimică pe suprafața plachetelor după amestecarea gazelor.
Diferența este că, deoarece epitaxia în fază chimică de vapori crește un singur strat de cristal, are cerințe mai mari pentru conținutul de impurități din echipament și curățenia suprafeței plachetei. Procesul timpuriu al siliciului epitaxial în fază chimică de vapori trebuie efectuat în condiții de temperatură ridicată (mai mare de 1000°C). Odată cu îmbunătățirea echipamentelor de proces, în special prin adoptarea tehnologiei camerei de schimb în vid, curățenia cavității echipamentului și a suprafeței plachetei de siliciu a fost mult îmbunătățită, iar epitaxia cu siliciu poate fi efectuată la o temperatură mai scăzută (600-700 ° C). C). Procesul de napolitană de siliciu epitaxială este de a crește un strat de siliciu monocristal pe suprafața plachetei de siliciu.
În comparație cu substratul original de siliciu, stratul de siliciu epitaxial are o puritate mai mare și mai puține defecte ale rețelei, îmbunătățind astfel randamentul producției de semiconductori. În plus, grosimea de creștere și concentrația de dopaj a stratului de siliciu epitaxial crescut pe placă de siliciu pot fi proiectate în mod flexibil, ceea ce aduce flexibilitate proiectării dispozitivului, cum ar fi reducerea rezistenței substratului și îmbunătățirea izolației substratului. Procesul epitaxial sursă-dren încorporat este o tehnologie utilizată pe scară largă în nodurile cu tehnologie logică avansată.
Se referă la procesul de creștere epitaxială a siliciului sau a siliciului germaniu dopat în regiunile sursă și de scurgere ale tranzistoarelor MOS. Principalele avantaje ale introducerii procesului epitaxial sursă-dren încorporat includ: creșterea unui strat pseudocristalin care conține stres datorită adaptării rețelei, îmbunătățirea mobilității purtătorului canalului; Dopajul in situ a sursei și drenului poate reduce rezistența parazitară a joncțiunii sursă-dren și poate reduce defectele implantării ionilor de înaltă energie.
3. echipamente pentru creșterea stratului subțire
3.1 Echipament de evaporare în vid
Evaporarea în vid este o metodă de acoperire care încălzește materialele solide într-o cameră de vid pentru a le face să se evapore, să se vaporizeze sau să se sublimeze, apoi să se condenseze și să se depună pe suprafața unui material substrat la o anumită temperatură.
De obicei este format din trei părți, și anume sistemul de vid, sistemul de evaporare și sistemul de încălzire. Sistemul de vid constă din țevi de vid și pompe de vid, iar funcția sa principală este de a oferi un mediu de vid calificat pentru evaporare. Sistemul de evaporare constă dintr-o masă de evaporare, o componentă de încălzire și o componentă de măsurare a temperaturii.
Materialul țintă care trebuie evaporat (cum ar fi Ag, Al, etc.) este plasat pe masa de evaporare; componenta de încălzire și măsurare a temperaturii este un sistem în buclă închisă utilizat pentru a controla temperatura de evaporare pentru a asigura o evaporare lină. Sistemul de încălzire constă dintr-o treaptă de napolitană și o componentă de încălzire. Etapa de napolitană este utilizată pentru a plasa substratul pe care filmul subțire trebuie evaporat, iar componenta de încălzire este utilizată pentru a realiza încălzirea substratului și controlul feedback-ului pentru măsurarea temperaturii.
Mediul de vid este o condiție foarte importantă în procesul de evaporare în vid, care este legată de rata de evaporare și de calitatea filmului. Dacă gradul de vid nu îndeplinește cerințele, atomii sau moleculele vaporizate se vor ciocni frecvent cu moleculele de gaz rezidual, făcând calea lor liberă medie mai mică, iar atomii sau moleculele se vor împrăștia grav, schimbând astfel direcția de mișcare și reducând pelicula. rata de formare.
În plus, datorită prezenței moleculelor de gaz impuritate reziduală, pelicula depusă este serios contaminată și de proastă calitate, mai ales atunci când viteza de creștere a presiunii a camerei nu respectă standardul și există scurgeri, aerul se va scurge în camera de vid. , care va avea un impact grav asupra calității filmului.
Caracteristicile structurale ale echipamentului de evaporare în vid determină că uniformitatea acoperirii pe substraturi de dimensiuni mari este slabă. Pentru a-și îmbunătăți uniformitatea, se adoptă în general metoda de creștere a distanței sursă-substrat și de rotire a substratului, dar creșterea distanței sursă-substrat va sacrifica rata de creștere și puritatea filmului. În același timp, datorită creșterii spațiului de vid, rata de utilizare a materialului evaporat este redusă.
3.2 Echipamente de depunere fizică de vapori DC
Depunerea fizică de vapori în curent continuu (DCPVD) este cunoscută și sub denumirea de pulverizare catodică sau pulverizare în vid în două etape. Materialul țintă al pulverizării în vid DC este utilizat ca catod, iar substratul este folosit ca anod. Pulverizarea în vid este de a forma o plasmă prin ionizarea gazului de proces.
Particulele încărcate din plasmă sunt accelerate în câmpul electric pentru a obține o anumită cantitate de energie. Particulele cu energie suficientă bombardează suprafața materialului țintă, astfel încât atomii țintă sunt pulverizați; atomii pulverizați cu o anumită energie cinetică se deplasează spre substrat pentru a forma o peliculă subțire pe suprafața substratului. Gazul folosit pentru pulverizare este în general un gaz rar, cum ar fi argonul (Ar), astfel încât pelicula formată prin pulverizare nu va fi contaminată; în plus, raza atomică a argonului este mai potrivită pentru pulverizare.
Mărimea particulelor de pulverizare trebuie să fie apropiată de dimensiunea atomilor țintă care urmează să fie pulverizați. Dacă particulele sunt prea mari sau prea mici, nu se poate forma pulverizare eficientă. Pe lângă factorul de dimensiune al atomului, factorul de masă al atomului va afecta și calitatea pulverizării. Dacă sursa de particule de pulverizare este prea ușoară, atomii țintă nu vor fi pulverizați; dacă particulele pulverizate sunt prea grele, ținta va fi „îndoită” și ținta nu va fi pulverizată.
Materialul țintă utilizat în DCPVD trebuie să fie un conductor. Acest lucru se datorează faptului că atunci când ionii de argon din gazul de proces bombardează materialul țintă, ei se vor recombina cu electronii de pe suprafața materialului țintă. Atunci când materialul țintă este un conductor, cum ar fi un metal, electronii consumați de această recombinare sunt reumpleți mai ușor de sursa de alimentare și electronii liberi în alte părți ale materialului țintă prin conducție electrică, astfel încât suprafața materialului țintă ca un întregul rămâne încărcat negativ și se menține pulverizarea.
Dimpotrivă, dacă materialul țintă este un izolator, după ce electronii de pe suprafața materialului țintă sunt recombinați, electronii liberi din alte părți ale materialului țintă nu pot fi completați prin conducție electrică și chiar și sarcini pozitive se vor acumula pe suprafața materialului țintă, determinând creșterea potențialului materialului țintă, iar sarcina negativă a materialului țintă este slăbită până când dispare, ducând în cele din urmă la încetarea pulverizării.
Prin urmare, pentru a face materialele izolante utilizabile și pentru pulverizare, este necesar să se găsească o altă metodă de pulverizare. Pulverizarea prin radiofrecvență este o metodă de pulverizare care este potrivită atât pentru ținte conductoare, cât și neconductoare.
Un alt dezavantaj al DCPVD este că tensiunea de aprindere este mare și bombardamentul cu electroni pe substrat este puternic. O modalitate eficientă de a rezolva această problemă este utilizarea pulverizării cu magnetron, astfel încât pulverizarea cu magnetron este într-adevăr de valoare practică în domeniul circuitelor integrate.
3.3 Echipamente de depunere fizică de vapori RF
Depunerea fizică de vapori prin radiofrecvență (RFPVD) utilizează puterea de radiofrecvență ca sursă de excitație și este o metodă PVD potrivită pentru o varietate de materiale metalice și nemetalice.
Frecvențele comune ale sursei de alimentare RF utilizate în RFPVD sunt 13,56MHz, 20MHz și 60MHz. Ciclurile pozitive și negative ale sursei de alimentare RF apar alternativ. Când ținta PVD se află în jumătate de ciclu pozitiv, deoarece suprafața țintă este la un potențial pozitiv, electronii din atmosfera procesului vor curge către suprafața țintă pentru a neutraliza sarcina pozitivă acumulată pe suprafața sa și chiar continua să acumuleze electroni, făcându-și suprafața părtinitoare negativ; când ținta de pulverizare se află în jumătate de ciclu negativ, ionii pozitivi se vor deplasa către țintă și vor fi parțial neutralizați pe suprafața țintei.
Cel mai important lucru este că viteza de mișcare a electronilor în câmpul electric RF este mult mai rapidă decât cea a ionilor pozitivi, în timp ce timpul de jumătate de ciclu pozitiv și negativ este același, astfel încât, după un ciclu complet, suprafața țintă va fi „net” încărcat negativ. Prin urmare, în primele câteva cicluri, sarcina negativă a suprafeței țintă prezintă o tendință de creștere; ulterior, suprafața țintă atinge un potențial negativ stabil; ulterior, deoarece sarcina negativă a țintei are un efect respingător asupra electronilor, cantitatea de sarcini pozitive și negative primite de electrodul țintă tinde să se echilibreze, iar ținta prezintă o sarcină negativă stabilă.
Din procesul de mai sus, se poate observa că procesul de formare a tensiunii negative nu are nimic de-a face cu proprietățile materialului țintă în sine, astfel încât metoda RFPVD nu numai că poate rezolva problema pulverizării țintelor izolatoare, dar este și bine compatibilă. cu ținte de conductor metalic convențional.
3.4 Echipamente de pulverizare cu magnetron
Pulverizarea cu magnetron este o metodă PVD care adaugă magneți în spatele țintei. Magneții adăugați și sistemul de alimentare cu curent continuu (sau alimentare cu curent alternativ) formează o sursă de pulverizare cu magnetron. Sursa de pulverizare este utilizată pentru a forma un câmp electromagnetic interactiv în cameră, pentru a capta și a limita domeniul de mișcare a electronilor în plasmă din interiorul camerei, pentru a extinde calea de mișcare a electronilor și, astfel, a crește concentrația plasmei și, în cele din urmă, a obține mai mult. depunere.
În plus, deoarece mai mulți electroni sunt legați lângă suprafața țintei, bombardarea substratului de către electroni este redusă, iar temperatura substratului este redusă. În comparație cu tehnologia DCPVD plată, una dintre cele mai evidente caracteristici ale tehnologiei de depunere fizică a vaporilor magnetron este că tensiunea de descărcare a aprinderii este mai mică și mai stabilă.
Datorită concentrației sale mai mari în plasmă și a randamentului mai mare de pulverizare, poate obține o eficiență excelentă de depunere, control al grosimii depunerii într-un interval mare de dimensiuni, control precis al compoziției și tensiune de aprindere mai mică. Prin urmare, pulverizarea cu magnetron este într-o poziție dominantă în filmul metalic actual PVD. Cel mai simplu design al sursei de pulverizare cu magnetron este plasarea unui grup de magneți pe spatele țintei plate (în afara sistemului de vid) pentru a genera un câmp magnetic paralel cu suprafața țintă într-o zonă locală de pe suprafața țintei.
Dacă este plasat un magnet permanent, câmpul său magnetic este relativ fix, rezultând o distribuție relativ fixă a câmpului magnetic pe suprafața țintă din cameră. Numai materialele din anumite zone ale țintei sunt pulverizate, rata de utilizare a țintei este scăzută, iar uniformitatea filmului preparat este slabă.
Există o anumită probabilitate ca metalul pulverizat sau alte particule de material să fie depuse înapoi pe suprafața țintă, agregându-se astfel în particule și formând contaminarea cu defecte. Prin urmare, sursele comerciale de pulverizare cu magnetron folosesc în cea mai mare parte un design cu magnet rotativ pentru a îmbunătăți uniformitatea filmului, rata de utilizare a țintei și pulverizarea țintă completă.
Este esențial să echilibrăm acești trei factori. Dacă balanța nu este manipulată bine, poate avea ca rezultat o uniformitate bună a filmului, reducând în același timp rata de utilizare a țintei (scurtând durata de viață a țintei) sau nu reușește să se realizeze pulverizarea țintă completă sau coroziunea țintei totale, ceea ce va cauza probleme cu particulele în timpul pulverizării. proces.
În tehnologia magnetron PVD, este necesar să se ia în considerare mecanismul de mișcare a magnetronului rotativ, forma țintei, sistemul de răcire a țintei și sursa de pulverizare a magnetronului, precum și configurația funcțională a bazei care transportă placheta, cum ar fi adsorbția plachetei și controlul temperaturii. În procesul PVD, temperatura plachetei este controlată pentru a obține structura cristalului necesară, dimensiunea și orientarea granulelor, precum și stabilitatea performanței.
Deoarece conducerea căldurii dintre spatele plachetei și suprafața bazei necesită o anumită presiune, de obicei de ordinul mai multor Torr, iar presiunea de lucru a camerei este de obicei de ordinul mai multor mTorr, presiunea pe spate a plachetei este mult mai mare decât presiunea pe suprafața superioară a plachetei, astfel încât este nevoie de o mandră mecanică sau o mandră electrostatică pentru poziționarea și limitarea plachetei.
Mandrina mecanică se bazează pe propria greutate și pe marginea plachetei pentru a realiza această funcție. Deși are avantajele unei structuri simple și ale insensibilității la materialul plachetei, efectul de margine al plachetei este evident, ceea ce nu conduce la controlul strict al particulelor. Prin urmare, acesta a fost înlocuit treptat cu o mandrină electrostatică în procesul de fabricație a circuitului integrat.
Pentru procesele care nu sunt deosebit de sensibile la temperatură, poate fi utilizată și o metodă de raftare fără adsorbție, fără contact cu marginile (fără diferență de presiune între suprafețele superioare și inferioare ale plachetei). În timpul procesului PVD, căptușeala camerei și suprafața pieselor în contact cu plasma vor fi depuse și acoperite. Când grosimea filmului depus depășește limita, pelicula se va crăpa și se va desprinde, provocând probleme cu particulele.
Prin urmare, tratarea suprafeței pieselor precum căptușeala este cheia extinderii acestei limite. Sablarea suprafeței și pulverizarea cu aluminiu sunt două metode frecvent utilizate, al căror scop este de a crește rugozitatea suprafeței pentru a întări legătura dintre film și suprafața căptușelii.
3.5 Echipamente de depunere fizică a vaporilor de ionizare
Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei microelectronicei, dimensiunile caracteristicilor devin din ce în ce mai mici. Deoarece tehnologia PVD nu poate controla direcția de depunere a particulelor, capacitatea PVD de a intra prin găuri și canale înguste cu raport de aspect ridicat este limitată, ceea ce face ca aplicarea extinsă a tehnologiei tradiționale PVD să fie din ce în ce mai contestată. În procesul PVD, pe măsură ce raportul de aspect al canelurii porilor crește, acoperirea din partea inferioară scade, formând o structură de streașină în colțul de sus și formând cea mai slabă acoperire în colțul de jos.
Tehnologia de depunere fizică ionizată în vapori a fost dezvoltată pentru a rezolva această problemă. Mai întâi plasmizează atomii de metal pulverizați din țintă în moduri diferite, apoi ajustează tensiunea de polarizare încărcată pe plachetă pentru a controla direcția și energia ionilor metalici pentru a obține un flux direcțional stabil de ioni metalici pentru a pregăti o peliculă subțire, îmbunătățind astfel acoperirea de jos a treptelor de raport de aspect ridicat prin găuri și canale înguste.
Caracteristica tipică a tehnologiei cu plasmă metalică ionizată este adăugarea unei bobine de radiofrecvență în cameră. În timpul procesului, presiunea de lucru a camerei este menținută într-o stare relativ ridicată (de 5 până la 10 ori presiunea normală de lucru). În timpul PVD, bobina de radiofrecvență este utilizată pentru a genera a doua regiune a plasmei, în care concentrația de plasmă de argon crește odată cu creșterea puterii de radiofrecvență și a presiunii gazului. Când atomii de metal pulverizați din țintă trec prin această regiune, ei interacționează cu plasma de argon de înaltă densitate pentru a forma ioni de metal.
Aplicarea unei surse RF la purtătorul de plachetă (cum ar fi o mandrină electrostatică) poate crește polarizarea negativă a plachetei pentru a atrage ionii metalici pozitivi în partea de jos a canelurii porilor. Acest flux direcțional de ioni metalici perpendicular pe suprafața plachetei îmbunătățește acoperirea inferioară treaptă a porilor cu raport de aspect ridicat și a canalelor înguste.
Prejudecățile negative aplicate plachetei determină, de asemenea, să bombardeze suprafața plachetei (pulverizare inversă), ceea ce slăbește structura de deasupra gurii canelurii porilor și pulverizează filmul depus în partea de jos pe pereții laterali de la colțurile fundului porului. canelura, sporind astfel acoperirea pasului la colturi.
3.6 Echipamente de depunere a vaporilor chimici la presiune atmosferică
Echipamentul de depunere chimică a vaporilor la presiune atmosferică (APCVD) se referă la un dispozitiv care pulverizează o sursă de reacție gazoasă cu o viteză constantă pe suprafața unui substrat solid încălzit într-un mediu cu o presiune apropiată de presiunea atmosferică, determinând sursa de reacție să reacționeze chimic pe suprafața substratului, iar produsul de reacție este depus pe suprafața substratului pentru a forma o peliculă subțire.
Echipamentul APCVD este cel mai vechi echipament CVD și este încă utilizat pe scară largă în producția industrială și cercetarea științifică. Echipamentul APCVD poate fi utilizat pentru a prepara pelicule subțiri, cum ar fi siliciu monocristalin, siliciu policristalin, dioxid de siliciu, oxid de zinc, dioxid de titan, sticlă fosfosilicata și sticlă borofosfosilicata.
3.7 Echipamente de depunere a vaporilor chimici de joasă presiune
Echipamentul de depunere chimică de vapori la presiune joasă (LPCVD) se referă la echipamente care utilizează materii prime gazoase pentru a reacționa chimic pe suprafața unui substrat solid într-un mediu încălzit (350-1100°C) și de joasă presiune (10-100mTorr) și reactanții sunt depuși pe suprafața substratului pentru a forma o peliculă subțire. Echipamentul LPCVD este dezvoltat pe baza APCVD pentru a îmbunătăți calitatea filmelor subțiri, a îmbunătăți uniformitatea distribuției parametrilor caracteristici, cum ar fi grosimea și rezistivitatea filmului și pentru a îmbunătăți eficiența producției.
Caracteristica sa principală este că într-un mediu de câmp termic de joasă presiune, gazul de proces reacționează chimic pe suprafața substratului plachetei, iar produsele de reacție sunt depuse pe suprafața substratului pentru a forma o peliculă subțire. Echipamentele LPCVD au avantaje în prepararea peliculelor subțiri de înaltă calitate și pot fi utilizate pentru prepararea unor pelicule subțiri precum oxid de siliciu, nitrură de siliciu, polisiliciu, carbură de siliciu, nitrură de galiu și grafen.
În comparație cu APCVD, mediul de reacție de joasă presiune al echipamentului LPCVD crește calea liberă medie și coeficientul de difuzie al gazului în camera de reacție.
Gazul de reacție și moleculele de gaz purtător din camera de reacție pot fi distribuite uniform într-un timp scurt, îmbunătățind astfel foarte mult uniformitatea grosimii filmului, uniformitatea rezistivității și acoperirea în trepte a filmului, iar consumul de gaz de reacție este, de asemenea, mic. În plus, mediul de joasă presiune accelerează și viteza de transmitere a substanțelor gazoase. Impuritățile și produsele secundare de reacție difuzate din substrat pot fi scoase rapid din zona de reacție prin stratul limită, iar gazul de reacție trece rapid prin stratul limită pentru a ajunge la suprafața substratului pentru reacție, suprimând astfel în mod eficient auto-dopajul, pregătind filme de înaltă calitate cu zone de tranziție abrupte și, de asemenea, îmbunătățirea eficienței producției.
3.8 Echipament de depunere a vaporilor chimici îmbunătățit cu plasmă
Depunerea chimică de vapori îmbunătățită cu plasmă (PECVD) este un ttehnologia de depunere a filmului. În timpul procesului cu plasmă, precursorul gazos este ionizat sub acțiunea plasmei pentru a forma grupări active excitate, care difuzează la suprafața substratului și apoi suferă reacții chimice pentru a finaliza creșterea filmului.
În funcție de frecvența de generare a plasmei, plasma utilizată în PECVD poate fi împărțită în două tipuri: plasmă cu radiofrecvență (plasmă RF) și plasmă cu microunde (plasmă cu microunde). În prezent, frecvența radio utilizată în industrie este în general de 13,56 MHz.
Introducerea plasmei de radiofrecvență este de obicei împărțită în două tipuri: cuplaj capacitiv (CCP) și cuplaj inductiv (ICP). Metoda de cuplare capacitivă este de obicei o metodă de reacție directă cu plasmă; în timp ce metoda de cuplare inductivă poate fi o metodă cu plasmă directă sau o metodă cu plasmă la distanță.
În procesele de fabricație a semiconductorilor, PECVD este adesea folosit pentru a crește pelicule subțiri pe substraturi care conțin metale sau alte structuri sensibile la temperatură. De exemplu, în domeniul interconectarii metalice back-end a circuitelor integrate, deoarece sursele, poarta și structurile de scurgere ale dispozitivului au fost formate în procesul front-end, creșterea peliculelor subțiri în domeniul interconexiunii metalice este supusă la constrângeri bugetare termice foarte stricte, deci se completează de obicei cu asistență cu plasmă. Prin ajustarea parametrilor procesului cu plasmă, densitatea, compoziția chimică, conținutul de impurități, tenacitatea mecanică și parametrii de stres ai filmului subțire crescut de PECVD pot fi ajustate și optimizate într-un anumit interval.
3.9 Echipamente de depunere a stratului atomic
Depunerea în strat atomic (ALD) este o tehnologie de depunere a stratului subțire care crește periodic sub forma unui strat cvasimonoatomic. Caracteristica sa este că grosimea filmului depus poate fi ajustată cu precizie prin controlul numărului de cicluri de creștere. Spre deosebire de procesul de depunere chimică în vapori (CVD), cei doi (sau mai mulți) precursori din procesul ALD trec alternativ prin suprafața substratului și sunt izolați eficient prin purjarea gazului rar.
Cei doi precursori nu se vor amesteca și nu se vor întâlni în faza gazoasă pentru a reacționa chimic, ci doar prin adsorbție chimică pe suprafața substratului. În fiecare ciclu ALD, cantitatea de precursor adsorbită pe suprafața substratului este legată de densitatea grupurilor active de pe suprafața substratului. Când grupările reactive de pe suprafața substratului sunt epuizate, chiar dacă se introduce un exces de precursor, adsorbția chimică nu va avea loc pe suprafața substratului.
Acest proces de reacție se numește reacție autolimitată la suprafață. Acest mecanism de proces face ca grosimea filmului crescut în fiecare ciclu al procesului ALD să fie constantă, astfel încât procesul ALD are avantajele unui control precis al grosimii și o bună acoperire a pasilor de film.
3.10 Echipament de epitaxie cu fascicul molecular
Sistemul de epitaxie cu fascicule moleculare (MBE) se referă la un dispozitiv epitaxial care utilizează unul sau mai multe fascicule atomice de energie termică sau fascicule moleculare pentru a pulveriza pe suprafața substratului încălzit la o anumită viteză în condiții de vid ultra-înalt și adsorb și migrează pe suprafața substratului. pentru a crește epitaxial filme subțiri monocristaline de-a lungul direcției axei cristalului a materialului substrat. În general, în condițiile încălzirii printr-un cuptor cu jet cu un scut termic, sursa fasciculului formează un fascicul atomic sau un fascicul molecular, iar filmul crește strat cu strat de-a lungul direcției axei cristalului a materialului substrat.
Caracteristicile sale sunt temperatura de creștere epitaxială scăzută, iar grosimea, interfața, compoziția chimică și concentrația de impurități pot fi controlate cu precizie la nivel atomic. Deși MBE provine din prepararea peliculelor ultra-subțiri de semiconductor monocristal, aplicarea sa s-a extins acum la o varietate de sisteme de materiale, cum ar fi metale și dielectrici izolatori, și poate prepara III-V, II-VI, siliciu, siliciu germaniu (SiGe). ), grafen, oxizi și filme organice.
Sistemul de epitaxie cu fascicul molecular (MBE) este compus în principal dintr-un sistem de vid ultra-înalt, o sursă de fascicul molecular, un sistem de fixare și încălzire a substratului, un sistem de transfer a probei, un sistem de monitorizare in situ, un sistem de control și un test. sistem.
Sistemul de vid include pompe de vid (pompe mecanice, pompe moleculare, pompe de ioni și pompe de condensare etc.) și diverse supape, care pot crea un mediu de creștere a vidului ultra-înalt. Gradul de vid atins în general este de 10-8 până la 10-11 Torr. Sistemul de vid are în principal trei camere de lucru în vid, și anume camera de injectare a probei, camera de pretratare și analiză a suprafeței și camera de creștere.
Camera de injectare a probei este utilizată pentru a transfera probe în lumea exterioară pentru a asigura condițiile de vid înalt ale altor camere; camera de pretratare și analiză a suprafeței conectează camera de injectare a probei și camera de creștere, iar funcția sa principală este de a preprocesa proba (degazare la temperatură înaltă pentru a asigura curățenia completă a suprafeței substratului) și de a efectua analiza preliminară a suprafeței pe eșantion curățat; camera de creștere este partea centrală a sistemului MBE, compusă în principal dintr-un cuptor sursă și ansamblul obturator corespunzător, o consolă de control al probei, un sistem de răcire, o difracție a electronilor de înaltă energie de reflexie (RHEED) și un sistem de monitorizare in situ. . Unele echipamente MBE de producție au configurații multiple ale camerelor de creștere. Diagrama schematică a structurii echipamentului MBE este prezentată mai jos:
MBE din material de siliciu folosește siliciu de înaltă puritate ca materie primă, crește în condiții de vid ultra-înalt (10-10~10-11Torr), iar temperatura de creștere este de 600~900℃, cu Ga (tip P) și Sb ( de tip N) ca surse de dopaj. Sursele de dopaj utilizate în mod obișnuit, cum ar fi P, As și B, sunt rareori folosite ca surse de fascicul, deoarece sunt greu de evaporat.
Camera de reacție a MBE are un mediu de vid ultra-înalt, care crește calea liberă medie a moleculelor și reduce contaminarea și oxidarea pe suprafața materialului de creștere. Materialul epitaxial preparat are o morfologie de suprafață bună și uniformitate și poate fi transformat într-o structură multistrat cu diferite componente de dopaj sau diferite materiale.
Tehnologia MBE realizează creșterea repetată a straturilor epitaxiale ultra-subțiri cu o grosime a unui singur strat atomic, iar interfața dintre straturile epitaxiale este abruptă. Promovează creșterea semiconductorilor III-V și a altor materiale eterogene multicomponente. În prezent, sistemul MBE a devenit un echipament avansat de proces pentru producerea unei noi generații de dispozitive cu microunde și dispozitive optoelectronice. Dezavantajele tehnologiei MBE sunt rata lentă de creștere a filmului, cerințele mari de vid și costurile mari de utilizare a echipamentelor și echipamentelor.
3.11 Sistem de epitaxie în fază de vapori
Sistemul de epitaxie în fază de vapori (VPE) se referă la un dispozitiv de creștere epitaxială care transportă compuși gazoși pe un substrat și obține un singur strat de material cristalin cu același aranjament de rețea ca substratul prin reacții chimice. Stratul epitaxial poate fi un strat homoepitaxial (Si/Si) sau un strat heteroepitaxial (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 etc.). În prezent, tehnologia VPE a fost utilizată pe scară largă în domeniile pregătirii nanomaterialelor, dispozitivelor de alimentare, dispozitivelor optoelectronice semiconductoare, fotovoltaicelor solare și circuitelor integrate.
VPE tipic include epitaxia la presiune atmosferică și epitaxia la presiune redusă, depunerea de vapori chimici în vid ultra-înalt, depunerea de vapori chimici organici metalici etc. Punctele cheie ale tehnologiei VPE sunt proiectarea camerei de reacție, modul și uniformitatea fluxului de gaz, uniformitatea temperaturii și controlul de precizie, controlul presiunii și stabilitatea, controlul particulelor și defectelor etc.
În prezent, direcția de dezvoltare a sistemelor VPE comerciale principale este încărcarea mare a plachetelor, controlul complet automat și monitorizarea în timp real a temperaturii și a procesului de creștere. Sistemele VPE au trei structuri: verticală, orizontală și cilindrice. Metodele de încălzire includ încălzirea cu rezistență, încălzirea prin inducție de înaltă frecvență și încălzirea cu radiații infraroșii.
În prezent, sistemele VPE utilizează în cea mai mare parte structuri de disc orizontale, care au caracteristicile unei bune uniformități a creșterii filmului epitaxial și a încărcării mari a plachetelor. Sistemele VPE constau de obicei din patru părți: reactor, sistem de încălzire, sistem de cale a gazului și sistem de control. Deoarece timpul de creștere al filmelor epitaxiale GaAs și GaN este relativ lung, încălzirea prin inducție și încălzirea prin rezistență sunt utilizate în principal. În VPE cu siliciu, creșterea stratului epitaxial gros folosește în principal încălzirea prin inducție; Creșterea filmului epitaxial subțire utilizează în principal încălzirea cu infraroșu pentru a atinge scopul creșterii/scăderii rapide a temperaturii.
3.12 Sistem de epitaxie în fază lichidă
Sistemul de epitaxie în fază lichidă (LPE) se referă la echipamentul de creștere epitaxială care dizolvă materialul de crescut (cum ar fi Si, Ga, As, Al etc.) și dopanți (cum ar fi Zn, Te, Sn etc.) într-un metal cu un punct de topire mai scăzut (cum ar fi Ga, In etc.), astfel încât solutul este saturat sau suprasaturat în solvent, apoi substratul monocristal este contactat cu soluția, iar solutul este precipitat din solvent prin se răcește treptat și pe suprafața substratului crește un strat de material cristalin cu o structură cristalină și o rețea constantă similară cu cea a substratului.
Metoda LPE a fost propusă de Nelson și colab. în 1963. Este folosit pentru creșterea foliilor subțiri de Si și a materialelor monocristaline, precum și a materialelor semiconductoare, cum ar fi grupele III-IV și telurura de mercur-cadmiu și poate fi folosit pentru a face diverse dispozitive optoelectronice, dispozitive cu microunde, dispozitive semiconductoare și celule solare .
———————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicera poate oferipiese din grafit, pâslă moale/rigidă, piese din carbură de siliciu, Piese din carbură de siliciu CVD, șiPiese acoperite cu SiC/TaCcu in 30 de zile.
Dacă sunteți interesat de produsele semiconductoare de mai sus,vă rugăm să nu ezitați să ne contactați prima dată.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Ora postării: 31-aug-2024