1. Bevezetés
Az anyagok (alapanyagok) fizikai vagy kémiai módszerekkel történő rögzítésének folyamatát vékonyréteg-növekedésnek nevezzük.
A különböző működési elvek szerint az integrált áramköri vékonyréteg-leválasztás a következőkre osztható:
- Fizikai gőzleválasztás (PVD);
-Vegyi gőzleválasztás (CVD);
-Kiterjesztés.
2. Vékonyréteg-növekedési folyamat
2.1 Fizikai gőzleválasztási és porlasztási folyamat
A fizikai gőzfázisú leválasztási (PVD) eljárás olyan fizikai módszerek alkalmazására vonatkozik, mint a vákuumpárologtatás, porlasztás, plazma bevonat és molekuláris nyaláb epitaxia, hogy vékony filmet képezzenek az ostya felületén.
A VLSI iparban a legszélesebb körben alkalmazott PVD technológia a porlasztás, amelyet főként integrált áramkörök elektródáihoz és fém összeköttetéseihez használnak. A porlasztás egy olyan folyamat, amelyben a ritka gázok [például argon (Ar)] külső elektromos tér hatására nagy vákuum körülmények között ionokká (például Ar+) ionizálódnak, és nagyfeszültségű környezetben bombázzák az anyagi célforrást, a célanyag atomjainak vagy molekuláinak kiütése, majd az ütközésmentes repülési folyamat után az ostya felületére érve vékony filmet képezve. Az ar stabil kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, és ionjai nem lépnek kémiai reakcióba a célanyaggal és a filmmel. Ahogy az integrált áramköri chipek belépnek a 0,13 μm-es réz összekötő korszakba, a rézzáró anyagréteg titán-nitrid (TiN) vagy tantál-nitrid (TaN) fóliát használ. Az ipari technológia iránti kereslet elősegítette a kémiai reakciós porlasztásos technológia kutatását és fejlesztését, vagyis a porlasztókamrában az Ar mellett egy reaktív gáz nitrogén (N2) is található, így a Ti vagy a Ta is bombázott a A Ti vagy Ta célanyag az N2-vel reagál, és létrehozza a szükséges TiN vagy TaN filmet.
Három általánosan használt porlasztási módszer létezik, nevezetesen az egyenáramú porlasztás, az RF-porlasztás és a magnetronporlasztás. Az integrált áramkörök integrálásának folyamatos növekedésével a többrétegű fémhuzalozás rétegszáma növekszik, a PVD technológia alkalmazása pedig egyre kiterjedtebbé válik. A PVD anyagok közé tartozik az Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 stb.
A PVD és a porlasztási folyamatokat általában egy erősen zárt, 1×10-7 – 9×10-9 Torr vákuumfokozatú reakciókamrában hajtják végre, amely biztosítja a gáz tisztaságát a reakció során; ugyanakkor külső nagyfeszültségre van szükség a nemesgáz ionizálásához, hogy elég magas feszültséget generáljon a célpont bombázásához. A PVD és a porlasztási folyamatok kiértékelésének fő paraméterei közé tartozik a por mennyisége, valamint a kialakult film ellenállási értéke, egyenletessége, reflexiós vastagsága és feszültsége.
2.2 Vegyi gőzleválasztási és porlasztási eljárás
A kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD) olyan technológiai technológiát jelent, amelyben különböző parciális nyomású gáznemű reagensek reagálnak kémiailag egy bizonyos hőmérsékleten és nyomáson, és a keletkező szilárd anyagokat a szubsztrátum anyagának felületére rakják le a kívánt hígítás érdekében. film. A hagyományos integrált áramköri gyártási eljárásban a kapott vékonyréteg-anyagok általában vegyületek, például oxidok, nitridek, karbidok, vagy olyan anyagok, mint a polikristályos szilícium és az amorf szilícium. A szelektív epitaxiális növekedés, amelyet gyakrabban használnak a 45 nm-es csomópont után, mint például a forrás és lefolyó SiGe vagy Si szelektív epitaxiális növekedés, szintén CVD technológia.
Ez a technológia továbbra is képes az eredeti rácshoz hasonló típusú vagy hasonló egykristályos anyagokat képezni szilícium vagy más anyagok egykristályos hordozóján az eredeti rács mentén. A CVD-t széles körben használják szigetelő dielektromos fóliák (például SiO2, Si3N4 és SiON stb.) és fémfóliák (például wolfram stb.) előállítására.
Általában a nyomás osztályozása szerint a CVD felosztható légköri nyomású kémiai gőzleválasztásra (APCVD), szubatmoszférikus nyomású kémiai gőzleválasztásra (SAPCVD) és alacsony nyomású kémiai gőzleválasztásra (LPCVD).
A hőmérsékleti besorolás szerint a CVD felosztható magas hőmérsékletű/alacsony hőmérsékletű oxidfilmes kémiai gőzleválasztásra (HTO/LTO CVD) és gyors termikus kémiai gőzleválasztásra (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
A reakcióforrás szerint a CVD szilán alapú CVD-re, poliészter alapú CVD-re (TEOS-alapú CVD) és fém szerves kémiai gőzleválasztásra (MOCVD) osztható;
Az energetikai besorolás szerint a CVD felosztható hőkémiai gőzleválasztásra (Thermal CVD), plazmával fokozott kémiai gőzleválasztásra (Plasma Enhanced CVD, PECVD) és nagy sűrűségű plazma kémiai gőzleválasztásra (High Density Plasma CVD, HDPCVD). A közelmúltban kifejlesztették a kiváló hézagkitöltő képességű folyékony kémiai gőzleválasztást (Flowable CVD, FCVD).
A különböző CVD-vel növesztett fóliák eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek (például kémiai összetétel, dielektromos állandó, feszültség, feszültség és áttörési feszültség), és külön-külön is használhatók a különböző folyamatkövetelményeknek megfelelően (például hőmérséklet, lépésfedés, töltési követelmények stb.).
2.3 Atomréteg-leválasztási folyamat
Az atomi réteges lerakódás (ALD) az atomok rétegenkénti lerakódását jelenti a szubsztrátum anyagára egyetlen atomi film rétegenkénti növesztésével. Egy tipikus ALD alkalmazza a gáz-halmazállapotú prekurzorok reaktorba váltakozó impulzusos módon történő bevitelének módszerét.
Például először az 1 reakcióprekurzort bevezetjük a szubsztrátum felületébe, majd a kémiai adszorpció után egyetlen atomi réteg képződik a hordozó felületén; ezután a szubsztrátum felületén és a reakciókamrában maradó 1 prekurzort egy légszivattyú kiszivattyúzza; ezután a 2 reakcióprekurzort bevezetjük a hordozó felületébe, és kémiai reakcióba lép a hordozó felületén adszorbeált 1 prekurzorral, hogy a megfelelő vékony filmanyagot és a megfelelő melléktermékeket hozza létre a hordozó felületén; amikor az 1 prekurzor teljesen reagál, a reakció automatikusan leáll, ami az ALD önkorlátozó jellemzője, majd a fennmaradó reagenseket és melléktermékeket extraháljuk, hogy felkészüljenek a növekedés következő szakaszára; a fenti eljárás folyamatos megismétlésével megvalósítható az egyes atomokkal rétegenként növesztett vékonyfilmes anyagok lerakódása.
Mind az ALD, mind a CVD egy olyan gáznemű kémiai reakcióforrás bevezetésének módja, amely kémiailag reagál a szubsztrát felületére, de a különbség az, hogy a CVD gáznemű reakcióforrása nem rendelkezik az önkorlátozó növekedés jellemzőivel. Látható, hogy az ALD technológia fejlesztésének kulcsa az önkorlátozó reakciótulajdonságokkal rendelkező prekurzorok megtalálása.
2.4 Epitaxiális folyamat
Az epitaxiális folyamat arra utal, hogy egy teljesen rendezett egykristályréteget növesztünk egy hordozón. Általánosságban elmondható, hogy az epitaxiális folyamat az eredeti szubsztrátummal megegyező rácsorientációjú kristályréteget növeszt egy egykristály hordozón. Az epitaxiális eljárást széles körben használják a félvezetőgyártásban, mint például az epitaxiális szilícium lapkák az integrált áramköri iparban, a MOS tranzisztorok beágyazott forrású és lefolyó epitaxiális növekedése, epitaxiális növekedés LED-hordozókon stb.
A növekedési forrás különböző fázisállapotai szerint az epitaxiális növekedési módszerek szilárd fázisú epitaxiára, folyadékfázisú epitaxiára és gőzfázisú epitaxiára oszthatók. Az integrált áramkörök gyártásában az általánosan használt epitaxiás módszerek a szilárd fázisú epitaxia és a gőzfázisú epitaxia.
Szilárd fázisú epitaxia: egy kristályréteg növekedését jelenti egy hordozón szilárd forrás felhasználásával. Például az ionimplantáció utáni hőkezelés valójában egy szilárd fázisú epitaxiás folyamat. Az ionbeültetés során a szilícium lapka szilícium atomjait nagy energiájú beültetett ionok bombázzák, elhagyva eredeti rácshelyzetüket és amorf állapotba kerülve, felületi amorf szilíciumréteget képezve. A magas hőmérsékletű hőkezelés után az amorf atomok visszatérnek rácshelyzetükbe, és összhangban maradnak a hordozón belüli atomi kristály orientációval.
A gőzfázisú epitaxia növekedési módszerei közé tartozik a kémiai gőzfázisú epitaxia, a molekuláris nyaláb epitaxia, az atomi réteg epitaxia stb. Az integrált áramkörök gyártásában a kémiai gőzfázisú epitaxia a leggyakrabban alkalmazott. A kémiai gőzfázisú epitaxia elve alapvetően megegyezik a kémiai gőzfázisú leválasztáséval. Mindkettő olyan eljárás, amely a gázkeverés után az ostyák felületén kémiai reakcióval vékony filmrétegeket képez.
A különbség az, hogy mivel a kémiai gőzfázisú epitaxia egykristályréteget növeszt, magasabb követelményeket támaszt a berendezés szennyezőanyag-tartalmával és az ostya felületének tisztaságával szemben. A korai kémiai gőzfázisú epitaxiális szilícium eljárást magas (1000°C-nál nagyobb) hőmérsékleti körülmények között kell végrehajtani. A technológiai berendezések fejlesztésével, különösen a vákuumcserélő kamra technológia bevezetésével, a berendezés üregének és a szilícium lapka felületének tisztasága jelentősen javult, és a szilícium epitaxia alacsonyabb hőmérsékleten (600-700°) is elvégezhető. C). Az epitaxiális szilícium ostya eljárás célja egykristályos szilícium réteg növesztése a szilícium lapka felületén.
Az eredeti szilícium hordozóhoz képest az epitaxiális szilíciumréteg nagyobb tisztaságú és kevesebb rácshibát mutat, ezáltal javítva a félvezetőgyártás hozamát. Ezenkívül a szilícium lapkára növesztett epitaxiális szilíciumréteg növekedési vastagsága és adalékolási koncentrációja rugalmasan tervezhető, ami rugalmasságot kölcsönöz az eszköz kialakításának, például csökkenti a hordozó ellenállását és javítja a szubsztrátum izolációját. A beágyazott forrás-elvezető epitaxiális folyamat a fejlett logikai technológiai csomópontokban széles körben használt technológia.
Ez az adalékolt germánium szilícium vagy szilícium epitaxiális növekedésének folyamatára vonatkozik a MOS tranzisztorok forrás- és elvezető tartományában. A beágyazott forrás-drain epitaxiális folyamat bevezetésének fő előnyei a következők: pszeudokristályos réteg felépítése, amely a rács adaptációja miatti feszültséget tartalmazza, javítja a csatorna hordozó mobilitását; A forrás és a drén in situ adalékolása csökkentheti a forrás-lefolyó csomópont parazita ellenállását és csökkentheti a nagy energiájú ionbeültetés hibáit.
3. vékonyréteg-növesztő berendezés
3.1 Vákuumos elpárologtató berendezés
A vákuumpárologtatás egy olyan bevonási módszer, amely a szilárd anyagokat vákuumkamrában melegíti fel, hogy azok elpárologjanak, elpárologjanak vagy szublimálódjanak, majd bizonyos hőmérsékleten lecsapódnak és lerakódnak a szubsztrátum felületére.
Általában három részből áll, nevezetesen a vákuumrendszerből, az elpárologtató rendszerből és a fűtési rendszerből. A vákuumrendszer vákuumcsövekből és vákuumszivattyúkból áll, és fő feladata, hogy minősített vákuumkörnyezetet biztosítson a párologtatáshoz. A párologtató rendszer egy párolgási táblázatból, egy fűtőelemből és egy hőmérsékletmérő komponensből áll.
Az elpárologtatandó célanyagot (például Ag, Al stb.) az elpárologtató asztalra helyezzük; a fűtési és hőmérsékletmérő komponens egy zárt hurkú rendszer, amely a párolgási hőmérséklet szabályozására szolgál a zökkenőmentes párolgás biztosítása érdekében. A fűtési rendszer egy ostyafokozatból és egy fűtőelemből áll. Az ostyafokozat a hordozó elhelyezésére szolgál, amelyen a vékony filmet el kell párologtatni, a fűtőkomponens pedig a hordozó fűtésének és a hőmérsékletmérés visszacsatolási vezérlésének megvalósítását szolgálja.
A vákuumpárologtatási folyamatban nagyon fontos feltétel a vákuumkörnyezet, amely a párolgási sebességgel és a film minőségével függ össze. Ha a vákuum mértéke nem felel meg a követelményeknek, akkor az elpárologtatott atomok vagy molekulák gyakran ütköznek a maradék gázmolekulákkal, ezáltal az átlagos szabad útjuk kisebb lesz, és az atomok vagy molekulák erősen szétszóródnak, ezáltal megváltozik a mozgás iránya és csökken a filmréteg. képződési ráta.
Ezenkívül a maradék szennyező gázmolekulák jelenléte miatt a lerakódott film súlyosan szennyezett és rossz minőségű, különösen akkor, ha a kamra nyomásemelkedési sebessége nem felel meg a szabványnak és szivárgás van, a levegő beszivárog a vákuumkamrába. , ami komoly hatással lesz a film minőségére.
A vákuumpárologtató berendezés szerkezeti jellemzői meghatározzák, hogy a bevonat egyenletessége nagy méretű felületeken gyenge. Az egyenletességének javítása érdekében általában a forrás-szubsztrát távolság növelésének és a szubsztrát elforgatásának módszerét alkalmazzák, de a forrás-szubsztrát távolság növelése feláldozza a film növekedési sebességét és tisztaságát. Ugyanakkor a vákuumtér növekedése miatt az elpárolgott anyag hasznosulási aránya csökken.
3.2 Egyenáramú fizikai gőzleválasztó berendezés
Az egyenáramú fizikai gőzleválasztást (DCPVD) katódporlasztásnak vagy vákuum egyenáramú, kétlépcsős porlasztásnak is nevezik. A vákuum egyenáramú porlasztás célanyagát katódként, a szubsztrátumot pedig anódként használják. A vákuumporlasztás a folyamatgáz ionizálásával plazmát képez.
A plazmában lévő töltött részecskéket az elektromos térben felgyorsítják, hogy bizonyos mennyiségű energiát kapjanak. A kellő energiájú részecskék bombázzák a célanyag felületét, így a célatomok kiporlasztanak; a porlasztott atomok bizonyos kinetikus energiával a szubsztrátum felé mozdulnak, és vékony filmréteget képeznek a hordozó felületén. A porlasztáshoz használt gáz általában ritka gáz, például argon (Ar), így a porlasztással képződött film nem szennyeződik; ráadásul az argon atomsugara alkalmasabb a porlasztásra.
A porlasztó részecskék méretének közel kell lennie a porlasztásra szánt célatomok méretéhez. Ha a részecskék túl nagyok vagy túl kicsik, akkor nem alakulhat ki hatékony porlasztás. Az atom mérettényezője mellett az atom tömegtényezője is befolyásolja a porlasztás minőségét. Ha a porlasztó részecskeforrás túl könnyű, a célatomok nem porlasztásra kerülnek; ha a porlasztó részecskék túl nehezek, a célpont „elhajlik”, és a céltárgy nem porlasztódik.
A DCPVD-ben használt célanyagnak vezetőnek kell lennie. Ennek az az oka, hogy amikor a folyamatgázban lévő argonionok bombázzák a célanyagot, akkor újra egyesülnek a célanyag felületén lévő elektronokkal. Ha a célanyag egy vezető, például egy fém, az e rekombináció során elfogyasztott elektronokat a tápegység és a célanyag más részein lévő szabad elektronok könnyebben pótolják elektromos vezetés révén, így a célanyag felülete Az egész negatív töltésű marad, és a porlasztás megmarad.
Ellenkezőleg, ha a célanyag egy szigetelő, a célanyag felületén lévő elektronok rekombinációja után a célanyag más részein lévő szabad elektronok nem pótolhatók elektromos vezetéssel, és még pozitív töltések is felhalmozódnak a célanyag felületén. a célanyag felületén, ami a célanyag potenciáljának emelkedését okozza, és a célanyag negatív töltése addig gyengül, amíg el nem tűnik, ami végül a porlasztás megszűnéséhez vezet.
Ezért ahhoz, hogy a szigetelő anyagokat porlasztásra is felhasználhatóvá tegyük, más porlasztási módot kell találni. A rádiófrekvenciás porlasztás egy olyan porlasztási módszer, amely vezetőképes és nem vezető célokra egyaránt alkalmas.
A DCPVD másik hátránya, hogy nagy a gyújtási feszültség és erős az elektronbombázás a hordozón. A probléma megoldásának hatékony módja a magnetronporlasztás, így a magnetronporlasztásnak valóban van gyakorlati értéke az integrált áramkörök területén.
3.3 RF fizikai gőzleválasztó berendezés
A rádiófrekvenciás fizikai gőzleválasztás (RFPVD) rádiófrekvenciás teljesítményt használ gerjesztési forrásként, és egy PVD-módszer, amely különféle fém- és nemfémes anyagokhoz alkalmas.
Az RFPVD-ben használt RF tápegység közös frekvenciája 13,56 MHz, 20 MHz és 60 MHz. Az RF tápegység pozitív és negatív ciklusai felváltva jelennek meg. Amikor a PVD célpont pozitív félciklusban van, mivel a célfelület pozitív potenciálon van, a folyamat atmoszférájában lévő elektronok a célfelületre áramlanak, hogy semlegesítsék a felületén felgyülemlett pozitív töltést, sőt tovább halmozzák az elektronokat. felületének negatív torzítása; amikor a porlasztó célpont a negatív félciklusban van, a pozitív ionok a cél felé mozognak, és részben semlegesítik a célfelületet.
A legkritikusabb az, hogy az RF elektromos térben az elektronok mozgási sebessége sokkal gyorsabb, mint a pozitív ionoké, miközben a pozitív és negatív félciklusok ideje megegyezik, így egy teljes ciklus után a célfelület „nettó” negatív töltésű. Ezért az első néhány ciklusban a célfelület negatív töltése növekvő tendenciát mutat; ezt követően a célfelület stabil negatív potenciált ér el; ezt követően, mivel a célpont negatív töltése taszító hatást gyakorol az elektronokra, a célelektróda által kapott pozitív és negatív töltések mennyisége kiegyenlítődik, és a célpont stabil negatív töltést mutat.
A fenti folyamatból látható, hogy a negatív feszültség képződés folyamatának semmi köze magának a célanyagnak a tulajdonságaihoz, így az RFPVD módszer nemcsak a szigetelő céltárgyak porlasztásának problémáját tudja megoldani, hanem jól kompatibilis is. hagyományos fém vezetőcélokkal.
3.4 Magnetron porlasztó berendezés
A mágnesporlasztás egy PVD-módszer, amely mágneseket ad a célpont hátuljához. A hozzáadott mágnesek és az egyenáramú tápegység (vagy váltóáramú tápegység) egy magnetronos porlasztóforrást alkotnak. A porlasztó forrás interaktív elektromágneses mező kialakítására szolgál a kamrában, befogja és korlátozza az elektronok mozgási tartományát a plazmában a kamrán belül, meghosszabbítja az elektronok mozgási útját, és ezáltal növeli a plazma koncentrációját, és végül több eredményt ér el. lerakódás.
Ezen túlmenően, mivel több elektron kötődik a céltárgy felületéhez, csökken a szubsztrát elektronok általi bombázása, és csökken a szubsztrát hőmérséklete. A síklemezes DCPVD technológiához képest a magnetron fizikai gőzleválasztási technológia egyik legnyilvánvalóbb jellemzője, hogy a gyújtáskisülési feszültség alacsonyabb és stabilabb.
Magasabb plazmakoncentrációja és nagyobb porlasztási hozama miatt kiváló leválasztási hatékonyságot, nagy mérettartományban leválasztási vastagságszabályozást, pontos összetételszabályozást és alacsonyabb gyújtási feszültséget érhet el. Ezért a magnetronos porlasztás domináns helyzetben van a jelenlegi fémfilmes PVD-ben. A legegyszerűbb magnetronos porlasztóforrás kialakítása az, hogy egy mágnescsoportot helyeznek el a lapos céltárgy hátulján (a vákuumrendszeren kívül), hogy a célfelülettel párhuzamos mágneses teret hozzanak létre a célfelület helyi területén.
Ha állandó mágnest helyezünk el, annak mágneses tere viszonylag rögzített, ami viszonylag rögzített mágneses téreloszlást eredményez a kamrában lévő célfelületen. Csak a céltárgy meghatározott területein lévő anyagok porlasztása történik, a célfelhasználás alacsony, az előkészített film egyenletessége gyenge.
Van egy bizonyos valószínűsége annak, hogy a porlasztott fém vagy más anyagrészecskék visszakerülnek a célfelületre, ezáltal részecskékké aggregálódnak és hibás szennyeződést képeznek. Ezért a kereskedelmi magnetron porlasztó források többnyire forgó mágneses kialakítást használnak a film egyenletességének, a célkihasználási arány és a teljes célporlasztás javítására.
Kulcsfontosságú e három tényező egyensúlyban tartása. Ha a mérleget nem megfelelően kezelik, az jó filmegyenletességet eredményezhet, miközben jelentősen csökkenti a célfelhasználási arányt (lerövidíti a cél élettartamát), vagy nem éri el a teljes célporlasztást vagy a teljes célkorróziót, ami részecskeproblémákat okoz a porlasztás során. folyamat.
A magnetron PVD technológiában figyelembe kell venni a forgó mágnes mozgási mechanizmusát, a cél alakját, a cél hűtőrendszerét és a magnetron porlasztó forrását, valamint az ostyát hordozó alap funkcionális konfigurációját, például az ostya adszorpcióját és a hőmérséklet szabályozását. A PVD eljárás során az ostya hőmérsékletét szabályozzák a kívánt kristályszerkezet, szemcseméret és orientáció, valamint a teljesítmény stabilitása érdekében.
Mivel az ostya háta és az alap felülete közötti hővezetés bizonyos nyomást igényel, általában több Torr nagyságrendű, és a kamra üzemi nyomása általában több mTorr nagyságrendű, a hátoldalra gyakorolt nyomás Az ostya felső felületére nehezedő nyomás sokkal nagyobb, ezért mechanikus vagy elektrosztatikus tokmány szükséges az ostya elhelyezéséhez és korlátozásához.
A mechanikus tokmány saját súlyára és az ostya szélére támaszkodik ennek a funkciónak a megvalósításához. Bár az ostya előnye az egyszerű szerkezet és az ostya anyagára való érzéketlenség, nyilvánvaló az élhatás, ami nem kedvez a részecskék szigorú ellenőrzésének. Ezért az IC gyártási folyamatában fokozatosan elektrosztatikus tokmányra cserélték.
Hőmérsékletre nem különösebben érzékeny eljárásoknál nem adszorpciós, élmentes érintkező polcrendszer (nincs nyomáskülönbség az ostya felső és alsó felülete között) is alkalmazható. A PVD-folyamat során a kamra bélése és a plazmával érintkező részek felülete lerakódik és lefedi. Ha a rétegvastagság meghaladja a határértéket, a film megreped és leválik, ami részecskeproblémákat okoz.
Ezért az olyan részek felületkezelése, mint a bélés, a kulcsa ennek a határnak a kiterjesztéséhez. A felületi homokfúvás és az alumíniumszórás két általánosan használt módszer, amelyek célja a felület érdességének növelése, hogy megerősítsék a fólia és a bélésfelület közötti kötést.
3.5 Ionizációs fizikai gőzleválasztó berendezés
A mikroelektronikai technológia folyamatos fejlődésével a jellemzők méretei egyre kisebbek. Mivel a PVD-technológia nem tudja szabályozni a részecskék lerakódási irányát, a PVD-nek korlátozott a képessége, hogy lyukakon és keskeny csatornákon keresztül, nagy képarányú bejusson, ami egyre nagyobb kihívást jelent a hagyományos PVD-technológia kiterjesztett alkalmazásában. A PVD eljárásban a pórushorony oldalarányának növekedésével az alul lévő fedettség csökken, így a felső sarokban ereszszerű túlnyúló szerkezet alakul ki, az alsó sarokban pedig a leggyengébb fedés.
A probléma megoldására ionizált fizikai gőzleválasztási technológiát fejlesztettek ki. Először plazmatizálja a célpontról különböző módokon kiporlasztott fématomokat, majd beállítja az ostyára terhelt előfeszítő feszültséget, hogy szabályozza a fémionok irányát és energiáját, hogy stabil, irányított fémion-áramlást kapjon, így vékony filmet készítsen. a nagy oldalarányú lépcsők aljának lefedése lyukakon és keskeny csatornákon keresztül.
Az ionizált fémplazma technológia tipikus jellemzője egy rádiófrekvenciás tekercs hozzáadása a kamrában. A folyamat során a kamra üzemi nyomását viszonylag magas állapotban tartják (a normál üzemi nyomás 5-10-szerese). A PVD során a rádiófrekvenciás tekercset használják a második plazmarégió létrehozására, amelyben az argon plazmakoncentrációja a rádiófrekvenciás teljesítmény és a gáznyomás növekedésével nő. Amikor a célpontból kiporlasztott fématomok áthaladnak ezen a tartományon, kölcsönhatásba lépnek a nagy sűrűségű argonplazmával és fémionokat képeznek.
Ha rádiófrekvenciás forrást (például elektrosztatikus tokmányt) alkalmaz az ostyahordozón, az megnövelheti az ostya negatív torzítását, hogy fém pozitív ionokat vonzzon a pórushorony aljára. Ez az ostya felületére merőleges irányított fémion-áramlás javítja a nagy oldalarányú pórusok és keskeny csatornák lépcsőzetes fedését.
Az ostyára alkalmazott negatív torzítás hatására ionok is bombázzák az ostya felületét (fordított porlasztás), ami gyengíti a pórushorony szájának túlnyúló szerkezetét, és az alján lerakódott filmet a pórus aljának sarkainál lévő oldalfalakra szórja. horony, ezáltal javítva a lépcsőfedést a sarkoknál.
3.6 Légköri nyomású vegyi gőzleválasztásos berendezés
Az atmoszférikus nyomású kémiai gőzleválasztásos berendezés (APCVD) olyan eszközre vonatkozik, amely a légköri nyomáshoz közeli nyomású környezetben állandó sebességgel gáznemű reakcióforrást szór a felmelegített szilárd szubsztrátum felületére, így a reakcióforrás kémiai reakcióba lép. a szubsztrátum felületére, és a reakcióterméket a szubsztrátum felületére rakják le, hogy vékony filmet képezzenek.
Az APCVD berendezések a legkorábbi CVD berendezések, és még mindig széles körben használják az ipari termelésben és a tudományos kutatásban. Az APCVD berendezés vékony filmek, például egykristályos szilícium, polikristályos szilícium, szilícium-dioxid, cink-oxid, titán-dioxid, foszfoszilikát üveg és bór-foszfoszilikát üveg előállítására használható.
3.7 Alacsony nyomású vegyi gőzleválasztó berendezés
Az alacsony nyomású kémiai gőzleválasztásos (LPCVD) berendezések olyan berendezésekre utalnak, amelyek gáznemű nyersanyagokat használnak fel kémiai reakcióba szilárd szubsztrátum felületén fűtött (350-1100 °C) és alacsony nyomású (10-100 mTorr) környezetben, és a reagensek a szubsztrátum felületére kerülnek, és vékony filmet képeznek. Az LPCVD berendezéseket az APCVD alapján fejlesztették ki, hogy javítsák a vékony filmek minőségét, javítsák az olyan jellemző paraméterek eloszlási egyenletességét, mint a filmvastagság és az ellenállás, valamint javítsák a gyártás hatékonyságát.
Fő jellemzője, hogy alacsony nyomású termikus térkörnyezetben a folyamatgáz kémiai reakcióba lép az ostya hordozó felületén, és a reakciótermékek a hordozó felületén vékony filmréteget képeznek. Az LPCVD berendezések előnyökkel járnak a kiváló minőségű vékony filmek előállításában, és vékony filmek, például szilícium-oxid, szilícium-nitrid, poliszilícium, szilícium-karbid, gallium-nitrid és grafén előállítására használhatók.
Az APCVD-vel összehasonlítva az LPCVD berendezés alacsony nyomású reakciókörnyezete növeli a gáz átlagos szabad útját és diffúziós együtthatóját a reakciókamrában.
A reakciókamrában a reakciógáz és a vivőgáz molekulák rövid időn belül egyenletesen eloszlanak, így nagymértékben javítják a filmréteg vastagságának egyenletességét, az ellenállás egyenletességét és a fólia lépésfedettségét, és a reakciógáz fogyasztása is kicsi. Emellett az alacsony nyomású környezet a gázanyagok átviteli sebességét is felgyorsítja. A szubsztrátumból kidiffundált szennyeződések és reakció-melléktermékek a határrétegen keresztül gyorsan kivezethetők a reakciózónából, és a reakciógáz gyorsan áthalad a határrétegen, hogy elérje a hordozófelületet a reakcióhoz, így hatékonyan elnyomja az önadagolódást, előkészítve kiváló minőségű fóliák meredek átmeneti zónákkal, valamint a gyártás hatékonyságának javítása.
3.8 Plazmával javított vegyi gőzleválasztó berendezés
A plazmanövelt kémiai gőzleválasztás (PECVD) széles körben alkalmazott thin filmleválasztási technológia. A plazmafolyamat során a gáznemű prekurzort a plazma hatására ionizálják, gerjesztett aktív csoportokat képezve, amelyek a szubsztrát felületére diffundálnak, majd kémiai reakciókon mennek keresztül a film növekedésének teljessé tétele érdekében.
A plazmaképződés gyakorisága szerint a PECVD-ben használt plazma két típusra osztható: rádiófrekvenciás plazmára (RF plazma) és mikrohullámú plazmára (Microwave plasma). Jelenleg az iparban használt rádiófrekvencia általában 13,56 MHz.
A rádiófrekvenciás plazma bevezetését általában két típusra osztják: kapacitív csatolásra (CCP) és induktív csatolásra (ICP). A kapacitív csatolási módszer általában közvetlen plazmareakciós módszer; míg az induktív csatolási módszer lehet közvetlen plazmamódszer vagy távoli plazmamódszer.
A félvezetőgyártási folyamatokban a PECVD-t gyakran használják vékony filmek növesztésére fémeket vagy más hőmérséklet-érzékeny szerkezeteket tartalmazó hordozókon. Például az integrált áramkörök hátoldali fém összekapcsolása terén, mivel az eszköz forrás-, kapu- és lefolyószerkezete a front-end folyamat során került kialakításra, a fém összekapcsolás területén a vékonyrétegek növekedése kérdéses. nagyon szigorú termikus költségvetési korlátokhoz, ezért általában plazmasegélyezéssel egészül ki. A plazmafolyamat paramétereinek beállításával a PECVD-vel termesztett vékonyréteg sűrűsége, kémiai összetétele, szennyezőanyag-tartalma, mechanikai szívóssága és igénybevételi paraméterei egy bizonyos tartományon belül állíthatók és optimalizálhatók.
3.9 Atomréteg-lerakó berendezés
Az atomi réteges lerakódás (ALD) egy vékonyréteg-leválasztási technológia, amely időszakonként kvázi egyatomos réteg formájában nő. Jellemzője, hogy a felhordott film vastagsága pontosan beállítható a növekedési ciklusok számának szabályozásával. A kémiai gőzfázisú leválasztási (CVD) eljárástól eltérően az ALD-folyamat két (vagy több) prekurzora váltakozva halad át a hordozó felületén, és hatékonyan izolálódik a nemesgáz öblítésével.
A két prekurzor nem keveredik össze és nem találkozik a gázfázisban, hogy kémiai reakcióba lépjen, hanem csak kémiai adszorpció révén reagál a hordozó felületén. Az egyes ALD ciklusokban a hordozó felületén adszorbeált prekurzor mennyisége a hordozó felületén lévő aktív csoportok sűrűségéhez kapcsolódik. Amikor a reaktív csoportok a szubsztrátum felületén kimerülnek, még akkor sem, ha feleslegben kerül be a prekurzor, a kémiai adszorpció nem megy végbe a hordozó felületén.
Ezt a reakciófolyamatot felületi önkorlátozó reakciónak nevezik. Ez a folyamatmechanizmus állandóvá teszi az ALD folyamat minden egyes ciklusában megnövekedett fólia vastagságát, így az ALD eljárás előnye a precíz vastagságszabályozás és a jó filmlépéses lefedettség.
3.10 Molekulasugaras epitaxiás berendezés
A Molecular Beam Epitaxy (MBE) rendszer olyan epitaxiális eszközre utal, amely egy vagy több hőenergiás atomnyalábot vagy molekulasugarat használ, hogy ultranagy vákuumkörülmények között meghatározott sebességgel a felmelegített szubsztrátum felületére permetezzen, és adszorbeáljon és vándoroljon a hordozó felületén. hogy epitaxiálisan egykristály vékony filmeket növesszen a hordozóanyag kristálytengelyiránya mentén. Általában a hőpajzsos sugárkemencével történő hevítés mellett a sugárforrás atomnyalábot vagy molekuláris sugarat képez, és a film rétegről rétegre nő a hordozóanyag kristálytengelyének irányában.
Jellemzői alacsony epitaxiális növekedési hőmérséklet, vastagsága, határfelülete, kémiai összetétele és szennyezőanyag-koncentrációja atomi szinten pontosan szabályozható. Bár az MBE a félvezető ultravékony egykristály filmek előállításából származik, alkalmazása mára számos anyagrendszerre, például fémekre és szigetelő dielektrikumokra terjedt ki, és III-V, II-VI, szilícium, szilícium germánium (SiGe) előállítására alkalmas. ), grafén, oxidok és szerves filmek.
A molekuláris nyaláb epitaxiás (MBE) rendszer főként egy ultra-nagy vákuumrendszerből, egy molekuláris nyalábforrásból, egy szubsztrát rögzítő és melegítő rendszerből, egy mintaátviteli rendszerből, egy in situ megfigyelő rendszerből, egy vezérlőrendszerből és egy tesztből áll. rendszer.
A vákuumrendszer vákuumszivattyúkat (mechanikus szivattyúk, molekuláris szivattyúk, ionszivattyúk, kondenzációs szivattyúk stb.) és különféle szelepeket tartalmaz, amelyekkel ultra-nagy vákuumú növekedési környezetet lehet létrehozni. Az általánosan elérhető vákuumfok 10-8 és 10-11 Torr között van. A vákuumrendszernek alapvetően három vákuummunkakamrája van, nevezetesen a mintainjektáló kamra, az előkezelő és felületelemző kamra, valamint a növesztőkamra.
A mintainjektáló kamra a minták külvilág felé történő továbbítására szolgál, hogy biztosítsa a többi kamra nagy vákuumkörülményeit; az előkezelő és felületelemző kamra köti össze a mintainjektáló kamrát és a növesztőkamrát, fő funkciója a minta előfeldolgozása (magas hőmérsékletű gáztalanítás a hordozófelület teljes tisztaságának biztosítása érdekében), valamint az előzetes felületelemzés elvégzése a minta felületén. tisztított minta; a növekedési kamra az MBE rendszer központi része, amely főként egy forráskemencéből és a hozzá tartozó redőnyegységből, egy mintavezérlő konzolból, egy hűtőrendszerből, egy reflexiós nagyenergiájú elektrondiffrakcióból (RHEED) és egy in situ megfigyelőrendszerből áll. . Egyes termelési MBE berendezések több növekedési kamra konfigurációval rendelkeznek. Az MBE berendezés felépítésének sematikus diagramja az alábbiakban látható:
A szilícium anyagból készült MBE nagy tisztaságú szilíciumot használ nyersanyagként, rendkívül nagy vákuum (10-10-10-11 torr) körülmények között nő, és a növekedési hőmérséklet 600-900 ℃, Ga (P-típus) és Sb ( N-típusú) doppingforrásként. Az általánosan használt adalékforrásokat, mint például a P, As és B, ritkán használják sugárforrásként, mert nehezen párolognak el.
Az MBE reakciókamrájában ultra-nagy vákuumkörnyezet található, amely növeli a molekulák átlagos szabad útját, és csökkenti a szennyeződést és az oxidációt a termesztő anyag felületén. Az elkészített epitaxiális anyag jó felületi morfológiával és egyenletességgel rendelkezik, többrétegű szerkezetté alakítható különböző adalékokkal vagy különböző anyagkomponensekkel.
Az MBE technológia egyetlen atomréteg vastagságú ultravékony epitaxiális rétegek ismételt növekedését éri el, és az epitaxiális rétegek közötti határfelület meredek. Elősegíti a III-V félvezetők és más többkomponensű heterogén anyagok növekedését. Jelenleg az MBE rendszer fejlett technológiai berendezéssé vált a mikrohullámú készülékek és optoelektronikai eszközök új generációjának gyártásához. Az MBE technológia hátrányai a lassú filmnövekedés, a nagy vákuumigény, valamint a magas berendezések és berendezések használati költségei.
3.11 Gőzfázisú epitaxiás rendszer
A gőzfázisú epitaxiás (VPE) rendszer egy epitaxiális növekedési eszközre utal, amely gáznemű vegyületeket szállít a szubsztrátumhoz, és kémiai reakciók révén egy, a szubsztrátummal megegyező rácsos elrendezésű egykristályos anyagréteget nyer. Az epitaxiális réteg lehet homoepitaxiális réteg (Si/Si) vagy heteroepitaxiális réteg (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 stb.). Jelenleg a VPE technológiát széles körben alkalmazzák a nanoanyag-előkészítés, az erőátviteli eszközök, a félvezető optoelektronikai eszközök, a napelemes fotovoltaika és az integrált áramkörök területén.
A tipikus VPE magában foglalja az atmoszférikus nyomású epitaxiát és a csökkentett nyomású epitaxiát, az ultranagy vákuumú kémiai gőzleválasztást, a fém szerves kémiai gőzleválasztást stb. A VPE technológia kulcspontjai a reakciókamra kialakítása, a gázáramlási mód és egyenletesség, a hőmérséklet egyenletessége és a precíziós szabályozás, nyomásszabályozás és stabilitás, részecske- és hibaszabályozás stb.
Jelenleg a főbb kereskedelmi VPE rendszerek fejlesztési iránya a nagy szeletbetöltés, a teljesen automatikus vezérlés, valamint a hőmérséklet és a növekedési folyamat valós idejű monitorozása. A VPE rendszerek három felépítésűek: függőleges, vízszintes és hengeres. A fűtési módszerek közé tartozik az ellenállásfűtés, a nagyfrekvenciás indukciós fűtés és az infravörös sugárzásos fűtés.
Jelenleg a VPE rendszerek többnyire vízszintes tárcsaszerkezeteket használnak, amelyek jellemzői az epitaxiális filmnövekedés jó egyenletessége és a nagy lapkaterhelés. A VPE rendszerek általában négy részből állnak: reaktorból, fűtési rendszerből, gázútrendszerből és vezérlőrendszerből. Mivel a GaAs és GaN epitaxiális filmek növekedési ideje viszonylag hosszú, többnyire indukciós fűtést és ellenállásfűtést alkalmaznak. A szilícium VPE-ben a vastag epitaxiális film növekedése többnyire indukciós fűtést alkalmaz; A vékony epitaxiális filmnövekedés többnyire infravörös fűtést használ a gyors hőmérséklet-emelkedés/-csökkenés céljának elérése érdekében.
3.12 Folyadékfázisú epitaxiás rendszer
A Liquid Phase Epitaxy (LPE) rendszer olyan epitaxiális növesztő berendezésre vonatkozik, amely feloldja a termesztendő anyagot (például Si, Ga, As, Al stb.) és adalékanyagokat (például Zn, Te, Sn stb.) alacsonyabb olvadáspontú fém (például Ga, In stb.), így az oldott anyag telített vagy túltelített az oldószerben, majd az egykristály szubsztrát érintkezésbe kerül az oldattal, és az oldott anyag kicsapódik az oldószerből fokozatosan lehűl, és a szubsztrátumhoz hasonló kristályszerkezetű és rácsállandójú kristályanyag réteget növeszt a hordozó felületén.
Az LPE módszert Nelson és munkatársai javasolták. 1963-ban. Si vékonyrétegek és egykristály anyagok, valamint félvezető anyagok, például III-IV csoportok és higany-kadmium-tellurid termesztésére használják, valamint különféle optoelektronikai eszközök, mikrohullámú készülékek, félvezető eszközök és napelemek készítésére szolgál. .
—————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera tud nyújtanigrafit alkatrészek, puha/merev filc, szilícium-karbid alkatrészek, CVD szilícium-karbid alkatrészek, ésSiC/TaC bevonatú alkatrészek30 napon belül.
Ha érdeklik a fenti félvezető termékek,kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk első alkalommal.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Feladás időpontja: 2024. augusztus 31