1. Sissejuhatus
Ainete (tooraine) füüsikaliste või keemiliste meetodite abil substraadimaterjalide pinnale kinnitamise protsessi nimetatakse õhukese kile kasvuks.
Erinevate tööpõhimõtete kohaselt võib integraallülituse õhukese kile sadestamise jagada järgmisteks osadeks:
-füüsikaline aurustamine-sadestamine (PVD);
-keemiline aurustamine-sadestamine (CVD);
-Pikendus.
2. Õhukese kile kasvuprotsess
2.1 Füüsikaline aurustamine-sadestamine ja pihustusprotsess
Füüsikalise aurustamise-sadestamise (PVD) protsess viitab selliste füüsikaliste meetodite kasutamisele nagu vaakumaurustamine, pihustamine, plasmakatmine ja molekulaarkiire epitakseerimine, et moodustada vahvli pinnale õhuke kile.
VLSI-tööstuses on enimkasutatav PVD-tehnoloogia pihustamine, mida kasutatakse peamiselt elektroodide ja integraallülituste metallühenduste jaoks. Pihustamine on protsess, mille käigus haruldased gaasid [nagu argoon (Ar)] ioniseeritakse välise elektrivälja toimel kõrgvaakumi tingimustes ioonideks (nt Ar+) ja pommitatakse materjali sihtallikat kõrgepinge keskkonnas, lööb välja sihtmaterjali aatomid või molekulid ja jõuab seejärel vahvli pinnale, et moodustada õhuke kile pärast kokkupõrkevaba lennuprotsessi. Ar-il on stabiilsed keemilised omadused ja selle ioonid ei reageeri keemiliselt sihtmaterjali ja kilega. Kuna integraallülituse kiibid jõuavad 0,13 μm vasest ühendamise ajastusse, kasutatakse vasest tõkkematerjali kihis titaannitriidi (TiN) või tantaalnitriidi (TaN) kilet. Nõudlus tööstustehnoloogia järele on soodustanud keemiliste reaktsioonide pihustamise tehnoloogia uurimist ja arendamist, st pihustuskambris on lisaks Ar-le ka reaktiivne gaasiline lämmastik (N2), nii et Ti või Ta pommitatakse sihtmaterjal Ti või Ta reageerib N2-ga, et tekitada vajalik TiN või TaN kile.
Tavaliselt kasutatakse kolme pommitamismeetodit, nimelt DC-pihustamine, RF-pihustamine ja magnetron-pihustamine. Kuna integraallülituste integreerimine kasvab jätkuvalt, suureneb mitmekihilise metalljuhtmestiku kihtide arv ning PVD-tehnoloogia rakendamine muutub üha ulatuslikumaks. PVD materjalide hulka kuuluvad Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 jne.
PVD ja pihustusprotsessid viiakse tavaliselt lõpule kõrgelt suletud reaktsioonikambris, mille vaakum on 1 × 10-7 kuni 9 × 10-9 Torr, mis tagab gaasi puhtuse reaktsiooni ajal; samal ajal on haruldase gaasi ioniseerimiseks vajalik väline kõrgepinge, et tekitada sihtmärgi pommitamiseks piisavalt kõrge pinge. Peamised parameetrid PVD ja pihustusprotsesside hindamisel hõlmavad tolmu kogust, samuti moodustunud kile takistuse väärtust, ühtlust, peegelduvuse paksust ja pinget.
2.2 Keemilise aurustamise-sadestamise ja pihustamise protsess
Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD) viitab protsessitehnoloogiale, milles erinevad osarõhuga gaasilised reagendid reageerivad teatud temperatuuril ja rõhul keemiliselt ning tekkinud tahked ained sadestatakse substraadi materjali pinnale, et saada soovitud õhuke. film. Traditsioonilises integraallülituse tootmisprotsessis on saadud õhukesed kilematerjalid tavaliselt ühendid, nagu oksiidid, nitriidid, karbiidid, või materjalid, nagu polükristalliline räni ja amorfne räni. Selektiivne epitaksiaalne kasv, mida kasutatakse sagedamini pärast 45 nm sõlme, nagu allika ja äravoolu SiGe või Si selektiivne epitaksiaalne kasv, on samuti CVD-tehnoloogia.
See tehnoloogia võib jätkata sama tüüpi või originaalvõrega sarnaste monokristallmaterjalide moodustamist ränist või muudest materjalidest koosneval monokristallsubstraadil piki algset võret. CVD-d kasutatakse laialdaselt isoleerivate dielektriliste kilede (nagu SiO2, Si3N4 ja SiON jne) ja metallkilede (nt volfram jne) kasvatamisel.
Üldiselt võib rõhkude klassifikatsiooni järgi CVD jagada atmosfäärirõhul keemiliseks aur-sadeseks (APCVD), sub-atmosfäärirõhuga keemiliseks aurustamise sadestamiseks (SAPCVD) ja madalrõhu keemiliseks aurustamise sadestamiseks (LPCVD).
Temperatuuriklassifikatsiooni järgi võib CVD jagada kõrge temperatuuri/madala temperatuuriga oksiidkile keemiliseks aurustamise-sadeseks (HTO/LTO CVD) ja kiireks termiliseks keemiliseks aur-sadeseks (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Reaktsiooniallika järgi võib CVD jagada silaanipõhiseks CVD-ks, polüestripõhiseks CVD-ks (TEOS-põhine CVD) ja metalli orgaaniliseks keemiliseks aurustamise-sadestamiseks (MOCVD);
Vastavalt energiaklassifikatsioonile võib CVD jagada termilise keemilise aurustamise-sadestamise (Thermal CVD), plasma tõhustatud keemilise aurustamise-sadestamise (Plasma Enhanced CVD, PECVD) ja suure tihedusega plasma keemilise aur-sadestamise (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Viimasel ajal on välja töötatud ka voolav keemiline aurustamine-sadestamine (Flowable CVD, FCVD), millel on suurepärane tühimike täitmise võime.
Erinevatel CVD-kasvatatud kiledel on erinevad omadused (nagu keemiline koostis, dielektriline konstant, pinge, pinge ja läbilöögipinge) ning neid saab kasutada eraldi vastavalt erinevatele protsessinõuetele (nt temperatuur, astmete katvus, täitmisnõuded jne).
2.3 Aatomikihi sadestamise protsess
Aatomkihtsadestamine (ALD) viitab aatomite kihthaaval sadestamisele substraadimaterjalile, kasvatades kihthaaval ühe aatomkile. Tüüpiline ALD võtab kasutusele meetodi gaasiliste lähteainete sisestamiseks reaktorisse vahelduva impulsi teel.
Näiteks esmalt viiakse reaktsiooni prekursor 1 substraadi pinnale ja pärast keemilist adsorptsiooni moodustub substraadi pinnale üks aatomkiht; seejärel pumbatakse substraadi pinnale ja reaktsioonikambrisse jääv prekursor 1 õhupumba abil välja; seejärel viiakse reaktsiooni prekursor 2 substraadi pinnale ja see reageerib keemiliselt substraadi pinnale adsorbeeritud prekursoriga 1, et tekitada substraadi pinnale vastav õhuke kilematerjal ja vastavad kõrvalsaadused; kui prekursor 1 reageerib täielikult, siis reaktsioon lõpeb automaatselt, mis on ALD isepiirav omadus, ning seejärel ekstraheeritakse ülejäänud reagendid ja kõrvalsaadused, et valmistuda järgmiseks kasvuetapiks; ülaltoodud protsessi pidevalt korrates on võimalik saavutada üksikute aatomitega kihthaaval kasvatatud õhukese kilematerjali sadestumine.
Nii ALD kui ka CVD on gaasilise keemilise reaktsiooni allika sisseviimise viisid, mis reageerivad keemiliselt substraadi pinnal, kuid erinevus seisneb selles, et CVD gaasilise reaktsiooni allikal ei ole isepiirava kasvu omadust. On näha, et ALD-tehnoloogia arendamise võti on isepiiravate reaktsiooniomadustega lähteainete leidmine.
2.4 Epitaksiaalne protsess
Epitaksiaalne protsess viitab protsessile, kus substraadil kasvatatakse täielikult korrastatud monokristallkiht. Üldiselt on epitaksiaalne protsess algse substraadiga sama võre orientatsiooniga kristallikihi kasvatamine ühekristallilisele substraadile. Epitaksiaalset protsessi kasutatakse laialdaselt pooljuhtide tootmises, nagu epitaksiaalsed räniplaadid integraallülituste tööstuses, MOS-transistoride sisseehitatud allika ja äravoolu epitaksiaalne kasv, epitaksiaalne kasv LED-substraatidel jne.
Vastavalt kasvuallika erinevatele faasiolekutele võib epitaksiaalsed kasvumeetodid jagada tahke faasi epitaksiaks, vedelfaasi epitaksiaks ja aurufaasi epitaksiaks. Integraallülituse tootmises on tavaliselt kasutatavad epitaksiaalsed meetodid tahkefaasiline epitaksia ja aurufaasi epitaksia.
Tahkefaasi epitaksia: viitab ühekristallikihi kasvatamisele substraadil, kasutades tahket allikat. Näiteks termiline lõõmutamine pärast ioonide implanteerimist on tegelikult tahkefaasiline epitaksia protsess. Ioonide implanteerimisel pommitatakse ränivahvli räni aatomeid suure energiaga implanteeritud ioonid, jättes oma algsed võrepositsioonid ja muutudes amorfseks, moodustades pinnapealse amorfse ränikihi. Pärast kõrgtemperatuurset termilist lõõmutamist naasevad amorfsed aatomid oma võre positsioonidesse ja jäävad substraadi sees oleva aatomikristalli orientatsiooniga kooskõlas.
Aurufaasi epitaksia kasvumeetodid hõlmavad keemilist aurufaasi epitaksikat, molekulaarkiire epitaksikat, aatomkihi epitaksikat jne. Integraallülituste tootmises kasutatakse kõige sagedamini keemilist aurufaasi epitaksikat. Keemilise aurufaasilise epitaksia põhimõte on põhimõtteliselt sama, mis keemilise aur-sadestamise põhimõte. Mõlemad on protsessid, mis ladestavad õhukesi kilesid, reageerides keemiliselt vahvlite pinnale pärast gaasi segamist.
Erinevus seisneb selles, et kuna keemiline aurufaasi epitaksia kasvatab ühe kristallikihi, on sellel kõrgemad nõuded seadmete lisandite sisaldusele ja vahvli pinna puhtusele. Varase keemilise aurufaasi epitaksiaalse räni protsess tuleb läbi viia kõrgel temperatuuril (üle 1000 °C). Protsessiseadmete täiustamisega, eriti vaakumvahetuskambri tehnoloogia kasutuselevõtuga, on seadme õõnsuse ja räniplaadi pinna puhtus oluliselt paranenud ning räni epitakseerimist saab läbi viia madalamal temperatuuril (600–700 °). C). Epitaksiaalse räniplaadi protsess seisneb räniplaadi pinnale monokristallilise ränikihi kasvatamises.
Võrreldes algse ränisubstraadiga on epitaksiaalsel ränikihil suurem puhtus ja vähem võre defekte, parandades seeläbi pooljuhtide tootmise saagist. Lisaks saab räniplaadil kasvatatud epitaksiaalse ränikihi kasvu paksust ja dopingukontsentratsiooni paindlikult kujundada, mis muudab seadme disaini paindlikumaks, näiteks vähendab substraadi vastupidavust ja suurendab substraadi isolatsiooni. Manustatud allika äravoolu epitaksiaalprotsess on tehnoloogia, mida kasutatakse laialdaselt täiustatud loogikatehnoloogia sõlmedes.
See viitab legeeritud germaaniumräni või räni epitaksiaalsele kasvatamisele MOS-transistoride lähte- ja äravoolupiirkondades. Manustatud allika ja äravoolu epitaksiaalse protsessi juurutamise peamised eelised hõlmavad järgmist: võre kohanemisest tingitud pinget sisaldava pseudokristallilise kihi kasvatamine, kanalikandja liikuvuse parandamine; Allika ja äravoolu in situ doping võib vähendada allika ja äravoolu ristmiku parasiitide vastupanuvõimet ja vähendada suure energiaga ioonide implanteerimise defekte.
3. õhukese kile kasvu seadmed
3.1 Vaakumaurustusseadmed
Vaakumaurustamine on katmismeetod, mille käigus kuumutatakse tahkeid materjale vaakumkambris, et need aurustuvad, aurustuvad või sublimeeruvad, seejärel kondenseeruvad ja sadestuvad teatud temperatuuril alusmaterjali pinnale.
Tavaliselt koosneb see kolmest osast, nimelt vaakumsüsteemist, aurustussüsteemist ja küttesüsteemist. Vaakumsüsteem koosneb vaakumtorudest ja vaakumpumpadest ning selle põhiülesanne on pakkuda aurustamiseks kvalifitseeritud vaakumkeskkonda. Aurustussüsteem koosneb aurustuslauast, küttekomponendist ja temperatuuri mõõtmise komponendist.
Aurutatav sihtmaterjal (nagu Ag, Al jne) asetatakse aurustuslauale; kütte- ja temperatuuri mõõtmise komponent on suletud ahelaga süsteem, mida kasutatakse aurustumistemperatuuri reguleerimiseks, et tagada sujuv aurustamine. Küttesüsteem koosneb vahvliastmest ja küttekomponendist. Vahvlifaasi kasutatakse substraadi asetamiseks, millele õhuke kile tuleb aurustada, ja küttekomponenti kasutatakse substraadi kuumutamise ja temperatuuri mõõtmise tagasiside juhtimiseks.
Vaakumkeskkond on vaakumaurustusprotsessis väga oluline tingimus, mis on seotud aurustumiskiiruse ja kile kvaliteediga. Kui vaakumi aste ei vasta nõuetele, põrkuvad aurustunud aatomid või molekulid sageli jääkgaasimolekulidega, muutes nende keskmise vaba tee väiksemaks ning aatomid või molekulid hajuvad tugevalt, muutes seeläbi liikumissuunda ja vähendades kilet. moodustumise kiirus.
Lisaks on lisandijääkgaasimolekulide olemasolu tõttu sadestunud kile tõsiselt saastunud ja halva kvaliteediga, eriti kui kambri rõhu tõusu kiirus ei vasta standardile ja esineb leke, lekib õhk vaakumkambrisse. , millel on tõsine mõju filmi kvaliteedile.
Vaakumaurustusseadmete struktuuriomadused määravad, et katte ühtlus suuremõõtmelistel aluspindadel on halb. Selle ühtluse parandamiseks kasutatakse üldiselt meetodit allika ja substraadi kauguse suurendamiseks ja substraadi pööramiseks, kuid allika ja substraadi kauguse suurendamine ohverdab kile kasvukiirust ja puhtust. Samal ajal väheneb vaakumruumi suurenemise tõttu aurustunud materjali kasutusmäär.
3.2 DC füüsilise aurustamise-sadestamise seadmed
Alalisvoolu füüsikaline aurustamine-sadestamine (DCPVD) on tuntud ka kui katoodpihustamine või vaakum-DC kaheastmeline pihustus. Katoodina kasutatakse vaakum-DC pihustamise sihtmaterjali ja anoodina substraati. Vaakumpihustamine on plasma moodustamine protsessigaasi ioniseerimise teel.
Plasmas olevaid laetud osakesi kiirendatakse elektriväljas, et saada teatud kogus energiat. Piisava energiaga osakesed pommitavad sihtmaterjali pinda, nii et sihtmärgi aatomid pritsitakse välja; teatud kineetilise energiaga pihustatud aatomid liiguvad substraadi poole, moodustades substraadi pinnale õhukese kile. Pihustamiseks kasutatav gaas on tavaliselt haruldane gaas, näiteks argoon (Ar), seega ei saastu pommitamisel tekkiv kile; lisaks on argooni aatomiraadius sobivam pihustamiseks.
Pihustatavate osakeste suurus peab olema ligilähedane pihustatavate sihtaatomite suurusele. Kui osakesed on liiga suured või liiga väikesed, ei saa tekkida tõhusat pihustust. Lisaks aatomi suurustegurile mõjutab pihustuskvaliteeti ka aatomi massitegur. Kui pihustusosakeste allikas on liiga kerge, siis sihtaatomeid ei pihustata; kui pritsivad osakesed on liiga rasked, on sihtmärk "painutatud" ja sihtmärki ei pritsita.
DCPVD-s kasutatav sihtmaterjal peab olema juht. Selle põhjuseks on asjaolu, et kui protsessigaasi argooniioonid pommitavad sihtmaterjali, ühinevad nad sihtmaterjali pinnal olevate elektronidega. Kui sihtmaterjaliks on juht, näiteks metall, taastuvad selle rekombinatsiooni käigus tarbitud elektronid kergemini toiteallikaga ja vabad elektronid sihtmaterjali teistes osades elektrijuhtivuse kaudu, nii et sihtmaterjali pind on tervik jääb negatiivselt laetuks ja pritsimine säilib.
Vastupidi, kui sihtmaterjal on isolaator, siis pärast sihtmaterjali pinnal olevate elektronide rekombineerumist ei saa sihtmaterjali teistes osades olevaid vabu elektrone elektrijuhtimisega täiendada ja isegi positiivsed laengud kogunevad sihtmaterjali pinnale. sihtmaterjali pinnale, põhjustades sihtmaterjali potentsiaali tõusu, ja sihtmaterjali negatiivne laeng nõrgeneb, kuni see kaob, mis viib lõpuks pihustamise lõppemiseni.
Seega, et isolatsioonimaterjale saaks kasutada ka pihustamiseks, on vaja leida mõni muu pihustusmeetod. Raadiosageduslik pommitamine on pihustusmeetod, mis sobib nii juhtivate kui ka mittejuhtivate sihtmärkide jaoks.
Teine DCPVD puudus on see, et süütepinge on kõrge ja elektronidega pommitamine substraadile on tugev. Tõhus viis selle probleemi lahendamiseks on magnetroni pihustamine, seega on magnetroni pihustamine integraallülituste valdkonnas tõesti praktiline väärtus.
3.3 RF füüsikalise aurustamise-sadestamise seadmed
Raadiosageduslik füüsikaline aurustamine-sadestamine (RFPVD) kasutab ergutusallikana raadiosageduslikku võimsust ja on PVD-meetod, mis sobib mitmesuguste metallide ja mittemetallide jaoks.
RFPVD-s kasutatava RF-toiteallika tavalised sagedused on 13,56MHz, 20MHz ja 60MHz. RF-toiteallika positiivsed ja negatiivsed tsüklid ilmuvad vaheldumisi. Kui PVD sihtmärk on positiivses pooltsüklis, kuna sihtpind on positiivse potentsiaaliga, voolavad protsessiatmosfääris olevad elektronid sihtpinnale, et neutraliseerida selle pinnale kogunenud positiivne laeng ja isegi jätkata elektronide kogumist, muutes selle pinna negatiivselt kallutatud; kui pihustamise sihtmärk on negatiivses pooltsüklis, liiguvad positiivsed ioonid sihtmärgi poole ja neutraliseeritakse osaliselt sihtmärgi pinnal.
Kõige kriitilisem on see, et elektronide liikumiskiirus RF elektriväljas on palju kiirem kui positiivsetel ioonidel, samas kui positiivsete ja negatiivsete pooltsüklite aeg on sama, nii et pärast täielikku tsüklit on sihtpind "neto" negatiivselt laetud. Seetõttu näitab paari esimese tsükli jooksul sihtpinna negatiivne laeng suurenevat trendi; pärast seda saavutab sihtpind stabiilse negatiivse potentsiaali; pärast seda, kuna sihtmärgi negatiivne laeng avaldab elektronidele tõrjuvat mõju, kipub sihtelektroodi poolt vastuvõetud positiivsete ja negatiivsete laengute hulk tasakaalustuma ning sihtmärk esitab stabiilse negatiivse laengu.
Ülaltoodud protsessist on näha, et negatiivse pinge moodustumise protsessil pole sihtmaterjali enda omadustega midagi pistmist, seega ei saa RFPVD meetod mitte ainult lahendada isoleerivate objektide pihustamise probleemi, vaid on ka hästi ühilduv. tavaliste metallist juhi sihtmärkidega.
3.4 Magnetroni pihustusseadmed
Magnetroni pihustamine on PVD-meetod, mis lisab magnetid sihtmärgi taha. Lisatud magnetid ja alalisvoolu toiteallika (või vahelduvvoolu toiteallika) süsteem moodustavad magnetroni pihustusallika. Pommitamisallikat kasutatakse interaktiivse elektromagnetvälja moodustamiseks kambris, elektronide liikumisulatuse püüdmiseks ja piiramiseks kambri sees olevas plasmas, elektronide liikumistee pikendamiseks ja seeläbi plasma kontsentratsiooni suurendamiseks ning lõpuks rohkema saavutamiseks. ladestumine.
Lisaks, kuna sihtmärgi pinna lähedal on seotud rohkem elektrone, väheneb substraadi pommitamine elektronidega ja substraadi temperatuur väheneb. Võrreldes lameplaadi DCPVD-tehnoloogiaga on magnetroni füüsilise aurustamise-sadestamise tehnoloogia üks ilmsemaid omadusi see, et süütelahenduspinge on madalam ja stabiilsem.
Suurema plasmakontsentratsiooni ja suurema pihustussaagise tõttu võib see saavutada suurepärase sadestusefektiivsuse, sadestamise paksuse kontrolli suures suuruses, täpse koostise juhtimise ja madalama süütepinge. Seetõttu on magnetroni pihustamine praeguses metallkile PVD-s domineerival positsioonil. Lihtsaim magnetroni pihustusallika konstruktsioon on paigutada magnetirühm lameda sihtmärgi tagaküljele (väljaspool vaakumsüsteemi), et tekitada sihtpinna lokaalses piirkonnas sihtpinnaga paralleelne magnetväli.
Kui asetada püsimagnet, on selle magnetväli suhteliselt fikseeritud, mille tulemuseks on suhteliselt fikseeritud magnetvälja jaotus kambri sihtpinnal. Pihustatakse ainult sihtmärgi kindlates piirkondades olevaid materjale, sihtmärgi kasutusmäär on madal ja ettevalmistatud kile ühtlus on halb.
On teatud tõenäosus, et pihustatud metalli või muu materjali osakesed sadestuvad tagasi sihtpinnale, agregeerudes seeläbi osakesteks ja moodustades defektse saastumise. Seetõttu kasutavad kaubanduslikud magnetroni pihustusallikad enamasti pöörleva magneti konstruktsiooni, et parandada kile ühtlust, sihtkasutusastet ja täielikku sihtmärgi pihustust.
Nende kolme teguri tasakaalustamine on ülioluline. Kui tasakaalu ei käsitseta hästi, võib tulemuseks olla hea kile ühtlus, vähendades samal ajal oluliselt sihtkasutusastet (lühenedes sihtmärgi kasutusiga) või ei saavutata täielikku pihustust või täielikku sihtmärgi korrosiooni, mis põhjustab pritsimise ajal osakesi probleeme. protsessi.
Magnetron-PVD-tehnoloogias on vaja arvestada pöörleva magneti liikumismehhanismi, sihtmärgi kuju, sihtmärgi jahutussüsteemi ja magnetroni pihustusallikat, samuti vahvlit kandva aluse funktsionaalset konfiguratsiooni, nagu vahvli adsorptsioon ja temperatuuri reguleerimine. PVD-protsessis kontrollitakse vahvli temperatuuri, et saada vajalik kristallstruktuur, tera suurus ja orientatsioon ning jõudluse stabiilsus.
Kuna soojusjuhtivus vahvli tagaosa ja aluse pinna vahel nõuab teatud rõhku, tavaliselt suurusjärgus mitu Torri ja kambri töörõhk on tavaliselt suurusjärgus mitu mTorr, siis surve tagaküljele vahvli ülemisele pinnale avaldatavast survest on palju suurem, seega on vahvli positsioneerimiseks ja piiramiseks vaja mehaanilist või elektrostaatilist padrunit.
Mehaaniline padrun toetub selle funktsiooni täitmiseks oma kaalule ja vahvli servale. Kuigi vahvli eelisteks on lihtne struktuur ja tundlikkus vahvli materjali suhtes, on vahvli servaefekt ilmne, mis ei soodusta osakeste ranget kontrolli. Seetõttu on see IC tootmisprotsessis järk-järgult asendatud elektrostaatilise padruniga.
Protsesside puhul, mis ei ole eriti temperatuuritundlikud, võib kasutada ka mitteadsorptsiooni ja servadeta kontaktriiuli meetodit (puudub rõhuerinevus vahvli ülemise ja alumise pinna vahel). PVD protsessi käigus sadestatakse ja kaetakse kambri vooder ja plasmaga kokkupuutuvate osade pind. Kui ladestunud kile paksus ületab piiri, siis kile praguneb ja koorub maha, põhjustades osakestega probleeme.
Seetõttu on osade, näiteks voodri, pinnatöötlus selle piiri pikendamise võti. Pinnapealne liivapritsi ja alumiiniumi pihustamine on kaks enamkasutatavat meetodit, mille eesmärk on suurendada pinna karedust, et tugevdada kile ja voodripinna vahelist sidet.
3.5 Ionisatsiooni-füüsikalise aurustamise-sadestamise seadmed
Mikroelektroonika tehnoloogia pideva arenguga muutuvad funktsioonide suurused järjest väiksemaks. Kuna PVD-tehnoloogia ei saa kontrollida osakeste sadestamise suunda, on PVD võime siseneda läbi aukude ja kitsaste kanalite kõrge kuvasuhtega piiratud, muutes traditsioonilise PVD-tehnoloogia laiendatud rakendamise üha keerulisemaks. PVD-protsessis poori soone kuvasuhte suurenedes väheneb katvus põhjas, moodustades ülanurgas räästataolise üleulatuva struktuuri ja moodustades kõige nõrgema katte allnurgas.
Selle probleemi lahendamiseks töötati välja ioniseeritud füüsikalise aurustamise-sadestamise tehnoloogia. Esmalt plasmatiseerib see sihtmärgist pihustatud metalliaatomeid erinevatel viisidel ja seejärel reguleerib vahvlile laetud eelpinget, et juhtida metalliioonide suunda ja energiat, et saavutada stabiilne suunatud metalliioonide vool õhukese kile valmistamiseks, parandades seeläbi kõrge kuvasuhtega astmete põhja katmine läbi aukude ja kitsaste kanalite.
Ioniseeritud metalli plasmatehnoloogia tüüpiline omadus on raadiosagedusliku mähise lisamine kambrisse. Protsessi ajal hoitakse kambri töörõhk suhteliselt kõrgel tasemel (5–10 korda suurem kui tavaline töörõhk). PVD ajal kasutatakse raadiosageduslikku mähist teise plasmapiirkonna genereerimiseks, milles argooni plasmakontsentratsioon suureneb koos raadiosagedusliku võimsuse ja gaasi rõhu suurenemisega. Kui sihtmärgist pihustatud metalliaatomid läbivad seda piirkonda, interakteeruvad nad suure tihedusega argooni plasmaga, moodustades metalliioone.
RF-allika (nt elektrostaatilise padruni) rakendamine vahvlikandurile võib suurendada vahvli negatiivset nihket, et meelitada poori soone põhja positiivseid metalliioone. See vahvli pinnaga risti asetsev suunatud metalliioonide vool parandab suure kuvasuhtega pooride ja kitsaste kanalite astmelist katvust.
Vahvlile rakendatud negatiivne kallutatus põhjustab ka ioonide pommitamist vahvli pinda (vastupidine pihustamine), mis nõrgendab poori soone suudme üleulatuvat struktuuri ja pritsib põhja sadestunud kile külgseintele poori põhja nurkades. soon, suurendades seeläbi sammude katvust nurkades.
3.6 Atmosfäärirõhuga keemilise aurustamise-sadestamise seadmed
Atmosfäärirõhuga keemilise aurustamise-sadestamise (APCVD) seadmed viitavad seadmele, mis pihustab gaasilist reaktsiooniallikat konstantse kiirusega kuumutatud tahke substraadi pinnale atmosfäärirõhule lähedase rõhuga keskkonnas, põhjustades reaktsiooniallika keemilise reaktsiooni substraadi pinnale ja reaktsiooniprodukt sadestatakse substraadi pinnale, moodustades õhukese kile.
APCVD-seadmed on kõige varasemad CVD-seadmed ja neid kasutatakse endiselt laialdaselt tööstuslikus tootmises ja teadusuuringutes. APCVD seadmeid saab kasutada õhukeste kilede, nagu monokristalliline räni, polükristalliline räni, ränidioksiid, tsinkoksiid, titaandioksiid, fosfosilikaatklaas ja boorfosfosilikaatklaas, valmistamiseks.
3.7 Madalrõhu keemilise aurustamise-sadestamise seadmed
Madalrõhu keemilise aurustamise-sadestamise (LPCVD) seadmed viitavad seadmetele, mis kasutavad gaasilisi tooraineid, et reageerida keemiliselt tahke substraadi pinnal kuumutatud (350–1100 °C) ja madala rõhuga (10–100 mTorr) keskkonnas ja reagendid sadestatakse substraadi pinnale, moodustades õhukese kile. LPCVD seadmed on välja töötatud APCVD baasil, et parandada õhukeste kilede kvaliteeti, parandada iseloomulike parameetrite, nagu kile paksus ja takistus, jaotuse ühtlust ning parandada tootmise efektiivsust.
Selle peamine omadus on see, et madala rõhuga termilise välja keskkonnas reageerib protsessigaas vahvli substraadi pinnal keemiliselt ja reaktsioonisaadused sadestuvad substraadi pinnale, moodustades õhukese kile. LPCVD-seadmetel on eelised kvaliteetsete õhukeste kilede valmistamisel ja neid saab kasutada selliste õhukeste kilede valmistamiseks nagu ränioksiid, ränitriid, polüräni, ränikarbiid, galliumnitriid ja grafeen.
Võrreldes APCVD-ga suurendab LPCVD-seadmete madalrõhu reaktsioonikeskkond gaasi keskmist vaba teed ja difusioonikoefitsienti reaktsioonikambris.
Reaktsioonigaasi ja kandegaasi molekule saab reaktsioonikambris lühikese aja jooksul ühtlaselt jaotada, parandades seega oluliselt kile paksuse ühtlust, takistuse ühtlust ja kile astmelist katvust ning reaktsioonigaasi tarbimine on samuti väike. Lisaks kiirendab madalrõhukeskkond ka gaasiainete ülekandekiirust. Substraadist hajutatud lisandid ja reaktsiooni kõrvalsaadused saab kiiresti reaktsioonitsoonist läbi piirkihi välja viia ning reaktsioonigaas läbib piirkihi kiiresti, et jõuda reaktsiooniks substraadi pinnale, pärssides nii tõhusalt isedopingut, valmistudes. kõrgekvaliteedilised järskude üleminekutsoonidega filmid ja ka tootmise efektiivsuse parandamine.
3.8 Plasma täiustatud keemilise aurustamise-sadestamise seadmed
Plasma tõhustatud keemiline aurustamine-sadestamine (PECVD) on laialdaselt kasutatav thin kile sadestamise tehnoloogia. Plasmaprotsessi käigus ioniseeritakse gaasiline prekursor plasma toimel, moodustades ergastatud aktiivsed rühmad, mis hajuvad substraadi pinnale ja seejärel läbivad kile kasvu lõpetamiseks keemilised reaktsioonid.
Plasma genereerimise sageduse järgi võib PECVD-s kasutatava plasma jagada kahte tüüpi: raadiosagedusplasma (RF plasma) ja mikrolaineplasma (Microwave plasma). Praegu on tööstuses kasutatav raadiosagedus üldiselt 13,56 MHz.
Raadiosagedusliku plasma kasutuselevõtt jaguneb tavaliselt kahte tüüpi: mahtuvuslik sidestus (CCP) ja induktiivne sidestus (ICP). Mahtuvusliku sidestamise meetod on tavaliselt otsese plasmareaktsiooni meetod; samas kui induktiivne sidestusmeetod võib olla otsene plasmameetod või kaugplasmameetod.
Pooljuhtide tootmisprotsessides kasutatakse PECVD-d sageli õhukeste kilede kasvatamiseks metalle või muid temperatuuritundlikke struktuure sisaldavatel substraatidel. Näiteks integraallülituste tagaosa metallist ühendamise valdkonnas, kuna seadme allika, värava ja äravoolu struktuurid on moodustatud esiotsa protsessis, on metallide vastastikuse ühendamise valdkonnas õhukeste kilede kasv teemaks. väga rangetele soojuseelarve piirangutele, nii et see viiakse tavaliselt lõpule plasmaabiga. Plasmaprotsessi parameetrite reguleerimisega saab PECVD abil kasvatatud õhukese kile tihedust, keemilist koostist, lisandite sisaldust, mehaanilist sitkust ja pinge parameetreid reguleerida ja optimeerida teatud vahemikus.
3.9 Aatomkihtsadestamise seadmed
Aatomkihtsadestamine (ALD) on õhukese kile sadestamise tehnoloogia, mis kasvab perioodiliselt kvaasi-monoatomilise kihi kujul. Selle eripäraks on see, et sadestatud kile paksust saab kasvutsüklite arvu reguleerides täpselt reguleerida. Erinevalt keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) protsessist läbivad kaks (või enam) ALD-protsessi lähteainet vaheldumisi substraadi pinda ja isoleeritakse tõhusalt haruldaste gaaside puhastamisega.
Need kaks lähteainet ei segune ega kohtu gaasifaasis, et keemiliselt reageerida, vaid reageerivad ainult keemilise adsorptsiooni kaudu substraadi pinnal. Igas ALD-tsüklis on substraadi pinnale adsorbeeritud prekursori kogus seotud substraadi pinnal olevate aktiivsete rühmade tihedusega. Kui substraadi pinnal olevad reaktiivsed rühmad on ammendatud, ei toimu substraadi pinnal keemilist adsorptsiooni isegi siis, kui sisestatakse liigne lähteaine.
Seda reaktsiooniprotsessi nimetatakse pinna isepiirevaks reaktsiooniks. See protsessimehhanism muudab ALD protsessi igas tsüklis kasvatatud kile paksuse konstantseks, nii et ALD protsessi eelisteks on täpne paksuse reguleerimine ja hea kileastmeline katvus.
3.10 Molekulaarkiire epitaksia seadmed
Molecular Beam Epitaxy (MBE) süsteem viitab epitaksiaalsele seadmele, mis kasutab ühte või mitut soojusenergia aatomikiirt või molekulaarkiirt, et pritsida kuumutatud substraadi pinnale teatud kiirusega ülikõrge vaakumi tingimustes ning adsorbeerida ja migreeruda substraadi pinnal. üksikute kristallide õhukeste kilede epitaksiliseks kasvatamiseks piki substraadi materjali kristallide telje suunda. Üldjuhul moodustub kuumuskilbiga jugaahjuga kuumutamisel kiirte allikas aatomkiire või molekulaarkiire ja kile kasvab kiht-kihilt piki substraadi materjali kristallide telje suunda.
Selle omadused on madal epitaksiaalne kasvutemperatuur ning paksust, liidest, keemilist koostist ja lisandite kontsentratsiooni saab täpselt kontrollida aatomitasandil. Kuigi MBE sai alguse pooljuhtide üliõhukeste monokristallkilede valmistamisest, on selle rakendus nüüd laienenud mitmesugustele materjalisüsteemidele, nagu metallid ja isoleerivad dielektrikud, ning sellega saab valmistada III-V, II-VI, räni, räni germaaniumi (SiGe). ), grafeen, oksiidid ja orgaanilised kiled.
MBE-süsteem koosneb peamiselt ülikõrge vaakumsüsteemist, molekulaarkiire allikast, substraadi fikseerimise ja kuumutamise süsteemist, prooviedastussüsteemist, kohapealsest seiresüsteemist, juhtimissüsteemist ja testist. süsteem.
Vaakumsüsteemi kuuluvad vaakumpumbad (mehaanilised pumbad, molekulaarpumbad, ioonpumbad ja kondensatsioonipumbad jne) ning erinevad klapid, millega saab luua ülikõrge vaakumkasvukeskkonna. Üldiselt saavutatav vaakumi aste on 10-8 kuni 10-11 Torr. Vaakumsüsteemil on peamiselt kolm vaakumtöökambrit, nimelt proovi süstimiskamber, eeltöötlus- ja pinnaanalüüsikamber ning kasvukamber.
Proovide süstimiskambrit kasutatakse proovide edastamiseks välismaailma, et tagada teiste kambrite kõrgvaakumtingimused; eeltöötlus- ja pinnaanalüüsikamber ühendab proovi süstimiskambrit ja kasvukambrit ning selle põhiülesanne on proovi eeltöötlemine (kõrgtemperatuuriline degaseerimine, et tagada substraadi pinna täielik puhtus) ja pinna eelanalüüs. puhastatud proov; kasvukamber on MBE-süsteemi põhiosa, mis koosneb peamiselt allikaahjust ja sellele vastavast katikusõlmest, proovijuhtimiskonsoolist, jahutussüsteemist, peegelduva suure energiaga elektronide difraktsioonist (RHEED) ja in situ jälgimissüsteemist. . Mõnel tootmisotstarbelisel MBE seadmel on mitu kasvukambri konfiguratsiooni. MBE seadmete struktuuri skemaatiline diagramm on näidatud allpool:
Ränimaterjalist MBE kasutab toorainena kõrge puhtusastmega räni, kasvab ülikõrge vaakumi (10-10-10-11Torr) tingimustes ja kasvutemperatuur on 600-900 ℃ koos Ga (P-tüüpi) ja Sb ( N-tüüpi) dopinguallikatena. Tavaliselt kasutatavaid dopinguallikaid, nagu P, As ja B, kasutatakse kiirteallikatena harva, kuna neid on raske aurustada.
MBE reaktsioonikambris on ülikõrge vaakumkeskkond, mis suurendab molekulide keskmist vaba liikumisteed ning vähendab saastumist ja oksüdatsiooni kasvumaterjali pinnal. Valmistatud epitaksiaalsel materjalil on hea pinnamorfoloogia ja ühtlus ning sellest saab valmistada mitmekihilist struktuuri erineva dopingu või erinevate materjalikomponentidega.
MBE tehnoloogia abil saavutatakse üliõhukeste epitaksiaalsete kihtide korduv kasv ühe aatomikihi paksusega ja epitaksiaalsete kihtide vaheline liides on järsk. See soodustab III-V pooljuhtide ja muude mitmekomponentsete heterogeensete materjalide kasvu. Praeguseks on MBE-süsteemist saanud täiustatud protsessiseade uue põlvkonna mikrolaineseadmete ja optoelektrooniliste seadmete tootmiseks. MBE tehnoloogia puudused on aeglane kile kasvukiirus, kõrged vaakuminõuded ning suured seadmete ja seadmete kasutuskulud.
3.11 Aurufaasi epitaksia süsteem
Aurufaasi epitaksia (VPE) süsteem viitab epitaksiaalsele kasvuseadmele, mis transpordib gaasilised ühendid substraadile ja saab keemiliste reaktsioonide kaudu substraadiga samasuguse võrestikuga ühekristallilise materjalikihi. Epitaksiaalne kiht võib olla homoepitaksiaalne kiht (Si/Si) või heteroepitaksiaalne kiht (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 jne). Praegu on VPE-tehnoloogiat laialdaselt kasutatud nanomaterjalide ettevalmistamise, toiteseadmete, pooljuhtide optoelektrooniliste seadmete, päikese fotogalvaanika ja integraallülituste valdkonnas.
Tüüpiline VPE hõlmab atmosfäärirõhu epitaksikat ja alandatud rõhu epitaksikat, ülikõrge vaakumiga keemilist aurustamist, metalli orgaanilist keemilist aurustamist jne. VPE tehnoloogia põhipunktid on reaktsioonikambri konstruktsioon, gaasivoolu režiim ja ühtlus, temperatuuri ühtlus ja täpsuskontroll, rõhu kontroll ja stabiilsus, osakeste ja defektide kontroll jne.
Praegu on tavapäraste kommerts-VPE süsteemide arendussuund suur vahvlite laadimine, täisautomaatne juhtimine ning temperatuuri ja kasvuprotsessi reaalajas jälgimine. VPE-süsteemidel on kolm struktuuri: vertikaalne, horisontaalne ja silindriline. Küttemeetodid hõlmavad takistuskütet, kõrgsageduslikku induktsioonkuumutust ja infrapunakiirgusega kuumutamist.
Praegu kasutatakse VPE-süsteemides enamasti horisontaalseid ketasstruktuure, millel on hea epitaksiaalse kilekasvu ühtsus ja suur vahvlikoormus. VPE-süsteemid koosnevad tavaliselt neljast osast: reaktor, küttesüsteem, gaasitee süsteem ja juhtimissüsteem. Kuna GaAs ja GaN epitaksiaalkilede kasvuaeg on suhteliselt pikk, kasutatakse enamasti induktsioonkuumutust ja takistuskuumutust. Räni VPE puhul kasutatakse paksu epitaksiaalse kile kasvatamiseks enamasti induktsioonkuumutust; õhukese epitaksiaalse kile kasvatamine kasutab enamasti infrapunakütet, et saavutada kiire temperatuuri tõus/langus.
3.12 Vedelfaasi epitaksia süsteem
Liquid Phase Epitaxy (LPE) süsteem viitab epitaksiaalsele kasvuseadmele, mis lahustab kasvatatava materjali (nagu Si, Ga, As, Al jne) ja lisandid (nagu Zn, Te, Sn jne) madalama sulamistemperatuuriga metall (nagu Ga, In jne), nii et lahustunud aine on lahustis küllastunud või üleküllastunud ja seejärel viiakse üksikkristalli substraat lahusega kokku ja lahustunud aine sadestatakse lahustist järk-järgult jahtudes ning substraadi pinnale kasvatatakse substraadi omaga sarnase kristallstruktuuri ja võrekonstantiga kristallmaterjali kiht.
LPE meetodi pakkusid välja Nelson et al. 1963. aastal. Seda kasutatakse Si õhukeste kilede ja monokristallmaterjalide, samuti pooljuhtmaterjalide, nagu III-IV rühmad ja elavhõbekaadmiumtelluriid, kasvatamiseks ning seda saab kasutada mitmesuguste optoelektrooniliste seadmete, mikrolaineseadmete, pooljuhtseadmete ja päikesepatareide valmistamiseks. .
——————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera võib pakkudagrafiidist osad, pehme/jäik vilt, ränikarbiidist osad, CVD ränikarbiidist osadjaSiC/TaC kaetud osad30 päeva jooksul.
Kui olete huvitatud ülaltoodud pooljuhttoodetest,palun ärge kõhelge meiega esimest korda ühendust võtmast.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Postitusaeg: 31. august 2024