1. Introduksjon
Prosessen med å feste stoffer (råmaterialer) til overflaten av substratmaterialer ved hjelp av fysiske eller kjemiske metoder kalles tynnfilmvekst.
I henhold til forskjellige arbeidsprinsipper kan integrert krets tynnfilmavsetning deles inn i:
-Fysisk dampavsetning (PVD);
- Kjemisk dampavsetning (CVD);
-Forlengelse.
2. Tynnfilmvekstprosess
2.1 Fysisk dampavsetning og sputteringsprosess
Den fysiske dampavsetningsprosessen (PVD) refererer til bruken av fysiske metoder som vakuumfordampning, sputtering, plasmabelegg og molekylær stråleepitaksi for å danne en tynn film på overflaten av en wafer.
I VLSI-industrien er den mest brukte PVD-teknologien sputtering, som hovedsakelig brukes til elektroder og metallforbindelser av integrerte kretser. Sputtering er en prosess der sjeldne gasser [som argon (Ar)] ioniseres til ioner (som Ar+) under påvirkning av et eksternt elektrisk felt under høyvakuumforhold, og bombarderer den materielle målkilden under et høyspentmiljø, slå ut atomer eller molekyler av målmaterialet, og deretter ankomme overflaten av waferen for å danne en tynn film etter en kollisjonsfri flyprosess. Ar har stabile kjemiske egenskaper, og ionene vil ikke reagere kjemisk med målmaterialet og filmen. Når integrerte kretsbrikker går inn i 0,13 μm kobbersammenkoblingstiden, bruker kobberbarrieremateriallaget titannitrid (TiN) eller tantalnitrid (TaN) film. Etterspørselen etter industriell teknologi har fremmet forskning og utvikling av kjemisk reaksjonsforstøvningsteknologi, det vil si at i sputterkammeret, i tillegg til Ar, er det også et reaktivt gassnitrogen (N2), slik at Ti eller Ta bombarderes fra målmateriale Ti eller Ta reagerer med N2 for å generere den nødvendige TiN- eller TaN-filmen.
Det er tre vanlig brukte sputteringsmetoder, nemlig DC sputtering, RF sputtering og magnetron sputtering. Ettersom integreringen av integrerte kretser fortsetter å øke, øker antallet lag med flerlags metallledninger, og bruken av PVD-teknologi blir mer og mer omfattende. PVD-materialer inkluderer Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, etc.
PVD- og sputteringsprosesser fullføres vanligvis i et svært forseglet reaksjonskammer med en vakuumgrad på 1×10-7 til 9×10-9 Torr, som kan sikre renheten til gassen under reaksjonen; samtidig kreves det en ekstern høyspenning for å ionisere den sjeldne gassen for å generere en høy nok spenning til å bombardere målet. Hovedparametrene for å evaluere PVD- og sputteringsprosesser inkluderer mengden støv, samt motstandsverdien, ensartetheten, reflektivitetstykkelsen og spenningen til den dannede filmen.
2.2 Kjemisk dampavsetning og sputteringsprosess
Kjemisk dampavsetning (CVD) refererer til en prosessteknologi der en rekke gassformige reaktanter med forskjellige partialtrykk reagerer kjemisk ved en viss temperatur og trykk, og de genererte faste stoffene avsettes på overflaten av substratmaterialet for å oppnå ønsket tynn film. I den tradisjonelle integrerte kretsproduksjonsprosessen er de oppnådde tynnfilmmaterialene vanligvis forbindelser som oksider, nitrider, karbider eller materialer som polykrystallinsk silisium og amorft silisium. Selektiv epitaksial vekst, som er mer vanlig brukt etter 45nm-noden, som source and drain SiGe eller Si selektiv epitaksial vekst, er også en CVD-teknologi.
Denne teknologien kan fortsette å danne enkeltkrystallmaterialer av samme type eller lignende det originale gitteret på et enkeltkrystallsubstrat av silisium eller andre materialer langs det originale gitteret. CVD er mye brukt i veksten av isolerende dielektriske filmer (som SiO2, Si3N4 og SiON, etc.) og metallfilmer (som wolfram, etc.).
Generelt, i henhold til trykkklassifiseringen, kan CVD deles inn i atmosfærisk trykk kjemisk dampavsetning (APCVD), sub-atmosfære trykk kjemisk dampdeponering (SAPCVD) og lavtrykk kjemisk dampavsetning (LPCVD).
I henhold til temperaturklassifisering kan CVD deles inn i høytemperatur/lavtemperatur-oksidfilmkjemisk dampavsetning (HTO/LTO CVD) og rask termisk kjemisk dampavsetning (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
I henhold til reaksjonskilden kan CVD deles inn i silanbasert CVD, polyesterbasert CVD (TEOS-basert CVD) og metallorganisk kjemisk dampavsetning (MOCVD);
I henhold til energiklassifiseringen kan CVD deles inn i termisk kjemisk dampavsetning (Thermal CVD), plasmaforsterket kjemisk dampavsetning (Plasma Enhanced CVD, PECVD) og høydensitet plasmakjemisk dampavsetning (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Nylig er det også utviklet flytbar kjemisk dampavsetning (Flowable CVD, FCVD) med utmerket spaltefyllingsevne.
Ulike CVD-dyrkede filmer har forskjellige egenskaper (som kjemisk sammensetning, dielektrisitetskonstant, spenning, spenning og nedbrytningsspenning) og kan brukes separat i henhold til forskjellige prosesskrav (som temperatur, trinndekning, fyllingskrav, etc.).
2.3 Atomlagsavsetningsprosess
Atomisk lagavsetning (ALD) refererer til avsetning av atomer lag for lag på et substratmateriale ved å dyrke en enkelt atomfilm lag for lag. En typisk ALD bruker metoden for å tilføre gassformige forløpere inn i reaktoren på en alternerende pulsert måte.
For eksempel, først blir reaksjonsforløperen 1 introdusert i substratoverflaten, og etter kjemisk adsorpsjon dannes et enkelt atomlag på substratoverflaten; deretter pumpes forløperen 1 som er igjen på substratoverflaten og i reaksjonskammeret ut av en luftpumpe; deretter introduseres reaksjonsforløperen 2 inn i substratoverflaten, og reagerer kjemisk med forløperen 1 adsorbert på substratoverflaten for å generere det tilsvarende tynnfilmmaterialet og de tilsvarende biproduktene på substratoverflaten; når forløperen 1 reagerer fullstendig, vil reaksjonen automatisk avsluttes, som er den selvbegrensende egenskapen til ALD, og deretter ekstraheres de gjenværende reaktantene og biproduktene for å forberede seg på neste vekststadium; ved å gjenta prosessen ovenfor kontinuerlig, kan avsetning av tynnfilmmaterialer som er dyrket lag for lag med enkeltatomer oppnås.
Både ALD og CVD er måter å introdusere en gassformig kjemisk reaksjonskilde for å reagere kjemisk på substratoverflaten, men forskjellen er at den gassformige reaksjonskilden til CVD ikke har egenskapen til selvbegrensende vekst. Det kan sees at nøkkelen til å utvikle ALD-teknologi er å finne forløpere med selvbegrensende reaksjonsegenskaper.
2.4 Epitaksial prosess
Epitaksial prosess refererer til prosessen med å dyrke et fullstendig ordnet enkeltkrystalllag på et underlag. Generelt sett er den epitaksiale prosessen å dyrke et krystalllag med samme gitterorientering som det opprinnelige substratet på et enkelt krystallsubstrat. Epitaksial prosess er mye brukt i halvlederproduksjon, slik som epitaksiale silisiumskiver i integrert kretsindustrien, innebygd kilde- og avløps-epitaksial vekst av MOS-transistorer, epitaksial vekst på LED-substrater, etc.
I henhold til de forskjellige fasetilstandene til vekstkilden, kan epitaksiale vekstmetoder deles inn i fastfaseepitaksi, væskefaseepitaksi og dampfaseepitaksi. Ved produksjon av integrerte kretser er de vanligste epitaksiale metodene fastfaseepitaksi og dampfaseepitaksi.
Fastfaseepitaksi: refererer til veksten av et enkelt krystalllag på et underlag ved bruk av en fast kilde. For eksempel er termisk annealing etter ioneimplantasjon faktisk en fastfase-epitaksiprosess. Under ioneimplantasjon blir silisiumatomene til silisiumplaten bombardert av høyenergiimplanterte ioner, og forlater deres opprinnelige gitterposisjoner og blir amorfe, og danner et overflateamorft silisiumlag. Etter termisk gløding ved høy temperatur går de amorfe atomene tilbake til gitterposisjonene og forblir konsistente med den atomære krystallorienteringen inne i substratet.
Vekstmetodene for dampfaseepitaksi inkluderer kjemisk dampfaseepitaksi, molekylstråleepitaksi, atomlagsepitaksi, etc. Ved produksjon av integrerte kretser er kjemisk dampfaseepitaksi den mest brukte. Prinsippet for kjemisk dampfase-epitaksi er i utgangspunktet det samme som for kjemisk dampavsetning. Begge er prosesser som legger tynne filmer ved å reagere kjemisk på overflaten av wafere etter gassblanding.
Forskjellen er at fordi kjemisk dampfase-epitaksi vokser til et enkelt krystalllag, har det høyere krav til urenhetsinnholdet i utstyret og renheten til waferoverflaten. Den tidlige kjemiske dampfase epitaksiale silisiumprosessen må utføres under høye temperaturforhold (større enn 1000 °C). Med forbedringen av prosessutstyr, spesielt vedtakelsen av vakuumutvekslingskammerteknologi, har renheten til utstyrshulrommet og overflaten til silisiumplaten blitt kraftig forbedret, og silisiumepitaksi kan utføres ved lavere temperatur (600-700°) C). Den epitaksiale silisiumwafer-prosessen er å dyrke et lag med enkrystall silisium på overflaten av silisiumwaferen.
Sammenlignet med det originale silisiumsubstratet har det epitaksiale silisiumlaget høyere renhet og færre gitterdefekter, og forbedrer dermed utbyttet av halvlederproduksjon. I tillegg kan veksttykkelsen og dopingkonsentrasjonen til det epitaksiale silisiumlaget dyrket på silisiumplaten utformes fleksibelt, noe som gir fleksibilitet til utformingen av enheten, for eksempel å redusere substratmotstanden og forbedre substratisolasjonen. Den innebygde kilde-drain-epitaksiale prosessen er en teknologi som er mye brukt i avanserte logiske teknologinoder.
Det refererer til prosessen med epitaksialt voksende dopet germaniumsilisium eller silisium i kilde- og avløpsområdene til MOS-transistorer. Hovedfordelene ved å introdusere den innebygde kilde-drain-epitaksiale prosessen inkluderer: å dyrke et pseudokrystallinsk lag som inneholder stress på grunn av gittertilpasning, forbedre kanalbærermobiliteten; in-situ-doping av kilden og avløpet kan redusere parasittmotstanden til kilde-avløpskrysset og redusere defektene ved høyenergi-ionimplantasjon.
3. utstyr for tynnfilmvekst
3.1 Vakuumfordampningsutstyr
Vakuumfordampning er en belegningsmetode som varmer opp faste materialer i et vakuumkammer for å få dem til å fordampe, fordampe eller sublimere, og deretter kondensere og avsettes på overflaten av et substratmateriale ved en viss temperatur.
Vanligvis består det av tre deler, nemlig vakuumsystemet, fordampningssystemet og varmesystemet. Vakuumsystemet består av vakuumrør og vakuumpumper, og hovedfunksjonen er å gi et kvalifisert vakuummiljø for fordampning. Fordampningssystemet består av et fordampningsbord, en varmekomponent og en temperaturmålekomponent.
Målmaterialet som skal fordampes (som Ag, Al, etc.) plasseres på fordampningsbordet; oppvarmings- og temperaturmålingskomponenten er et lukket sløyfesystem som brukes til å kontrollere fordampningstemperaturen for å sikre jevn fordampning. Varmesystemet består av et wafertrinn og en varmekomponent. Wafertrinnet brukes til å plassere substratet som den tynne filmen må fordampes på, og oppvarmingskomponenten brukes til å realisere substratoppvarming og temperaturmålingskontroll.
Vakuummiljøet er en svært viktig betingelse i vakuumfordampningsprosessen, som er relatert til fordampningshastigheten og filmens kvalitet. Hvis vakuumgraden ikke oppfyller kravene, vil de fordampede atomene eller molekylene ofte kollidere med de gjenværende gassmolekylene, noe som gjør deres gjennomsnittlige frie bane mindre, og atomene eller molekylene vil spre seg kraftig, og dermed endre bevegelsesretningen og redusere filmen. formasjonshastighet.
I tillegg, på grunn av tilstedeværelsen av gjenværende urenhetsgassmolekyler, er den avsatte filmen alvorlig forurenset og av dårlig kvalitet, spesielt når trykkstigningshastigheten til kammeret ikke oppfyller standarden og det er lekkasje, vil luft lekke inn i vakuumkammeret , som vil ha en alvorlig innvirkning på filmkvaliteten.
De strukturelle egenskapene til vakuumfordampningsutstyret bestemmer at jevnheten til belegget på store substrater er dårlig. For å forbedre dens ensartethet, blir metoden for å øke kilde-substratavstanden og rotering av substratet generelt tatt i bruk, men å øke kilde-substratavstanden vil ofre veksthastigheten og renheten til filmen. Samtidig, på grunn av økningen i vakuumrommet, reduseres utnyttelsesgraden av det fordampede materialet.
3.2 DC fysisk dampdeponeringsutstyr
Likestrøm fysisk dampavsetning (DCPVD) er også kjent som katodesputtering eller vakuum DC totrinns sputtering. Målmaterialet for vakuum-DC-sputtering brukes som katode og substratet brukes som anode. Vakuumsputtering er å danne et plasma ved å ionisere prosessgassen.
De ladede partiklene i plasmaet akselereres i det elektriske feltet for å oppnå en viss mengde energi. Partiklene med tilstrekkelig energi bombarderer overflaten av målmaterialet, slik at målatomene sputteres ut; de sputterte atomene med en viss kinetisk energi beveger seg mot underlaget for å danne en tynn film på overflaten av underlaget. Gassen som brukes til sputtering er vanligvis en sjelden gass, slik som argon (Ar), så filmen som dannes ved sputtering vil ikke bli forurenset; i tillegg er atomradiusen til argon mer egnet for sputtering.
Størrelsen på sputterpartiklene må være nær størrelsen på målatomene som skal sputteres. Hvis partiklene er for store eller for små, kan det ikke dannes effektiv sputtering. I tillegg til størrelsesfaktoren til atomet, vil massefaktoren til atomet også påvirke sputterkvaliteten. Hvis forstøvningspartikkelkilden er for lett, vil ikke målatomene sputteres; hvis sputterpartiklene er for tunge, vil målet bli "bøyd" og målet vil ikke sputteres.
Målmaterialet som brukes i DCPVD må være en leder. Dette er fordi når argonionene i prosessgassen bombarderer målmaterialet, vil de rekombinere med elektronene på overflaten av målmaterialet. Når målmaterialet er en leder som et metall, blir elektronene som forbrukes av denne rekombinasjonen lettere etterfylt av strømforsyningen og frie elektroner i andre deler av målmaterialet gjennom elektrisk ledning, slik at overflaten av målmaterialet som en hele forblir negativt ladet og sputtering opprettholdes.
Tvert imot, hvis målmaterialet er en isolator, etter at elektronene på overflaten av målmaterialet er rekombinert, kan de frie elektronene i andre deler av målmaterialet ikke fylles opp med elektrisk ledning, og til og med positive ladninger vil samle seg på overflaten til målmaterialet, noe som får målmaterialets potensial til å stige, og den negative ladningen til målmaterialet svekkes inntil den forsvinner, noe som til slutt fører til avslutning av sputtering.
For å gjøre isolasjonsmaterialer også anvendelige for sputtering, er det derfor nødvendig å finne en annen sputtermetode. Radiofrekvenssputtering er en sputtermetode som egner seg for både ledende og ikke-ledende mål.
En annen ulempe med DCPVD er at tenningsspenningen er høy og elektronbombardementet på underlaget er sterkt. En effektiv måte å løse dette problemet på er å bruke magnetronsputtering, så magnetronsputtering er virkelig av praktisk verdi innen integrerte kretsløp.
3.3 RF fysisk dampdeponeringsutstyr
Radiofrekvens fysisk dampavsetning (RFPVD) bruker radiofrekvenskraft som eksitasjonskilde og er en PVD-metode som passer for en rekke metall- og ikke-metallmaterialer.
De vanlige frekvensene til RF-strømforsyningen som brukes i RFPVD er 13,56MHz, 20MHz og 60MHz. De positive og negative syklusene til RF-strømforsyningen vises vekselvis. Når PVD-målet er i den positive halvsyklusen, fordi måloverflaten har et positivt potensial, vil elektronene i prosessatmosfæren strømme til måloverflaten for å nøytralisere den positive ladningen som er akkumulert på overflaten, og til og med fortsette å akkumulere elektroner, gjør overflaten negativt partisk; når sputtermålet er i den negative halvsyklusen, vil de positive ionene bevege seg mot målet og bli delvis nøytralisert på måloverflaten.
Det mest kritiske er at bevegelseshastigheten til elektroner i det elektriske RF-feltet er mye raskere enn for positive ioner, mens tiden for de positive og negative halvsyklusene er den samme, så etter en fullstendig syklus vil måloverflaten være "netto" negativt ladet. Derfor, i de første par syklusene, viser den negative ladningen til måloverflaten en økende trend; etterpå når måloverflaten et stabilt negativt potensial; deretter, fordi den negative ladningen til målet har en frastøtende effekt på elektroner, har mengden positive og negative ladninger mottatt av målelektroden en tendens til å balansere, og målet presenterer en stabil negativ ladning.
Fra prosessen ovenfor kan det ses at prosessen med negativ spenningsdannelse ikke har noe å gjøre med egenskapene til selve målmaterialet, så RFPVD-metoden kan ikke bare løse problemet med sputtering av isolerende mål, men er også godt kompatibel med konvensjonelle metallledermål.
3.4 Magnetronforstøvningsutstyr
Magnetronsputtering er en PVD-metode som legger til magneter på baksiden av målet. De ekstra magnetene og DC-strømforsyningssystemet (eller AC-strømforsyningen) danner en magnetronforstøvningskilde. Sputteringskilden brukes til å danne et interaktivt elektromagnetisk felt i kammeret, fange opp og begrense bevegelsesområdet til elektroner i plasmaet inne i kammeret, forlenge bevegelsesbanen til elektroner og dermed øke plasmakonsentrasjonen og til slutt oppnå mer avsetning.
I tillegg, fordi flere elektroner er bundet nær overflaten av målet, reduseres bombardementet av substratet med elektroner, og temperaturen på substratet reduseres. Sammenlignet med flat-plate DCPVD-teknologien, er en av de mest åpenbare egenskapene til magnetrons fysiske dampavsetningsteknologi at tenningsutladningsspenningen er lavere og mer stabil.
På grunn av sin høyere plasmakonsentrasjon og større sputteringsutbytte, kan den oppnå utmerket avsetningseffektivitet, kontroll av avsetningstykkelse i et stort størrelsesområde, nøyaktig sammensetningskontroll og lavere tenningsspenning. Derfor er magnetronsputtering i en dominerende posisjon i dagens metallfilm-PVD. Den enkleste magnetronforstøvningskildedesignen er å plassere en gruppe magneter på baksiden av det flate målet (utenfor vakuumsystemet) for å generere et magnetfelt parallelt med måloverflaten i et lokalt område på måloverflaten.
Hvis en permanent magnet plasseres, er magnetfeltet relativt fast, noe som resulterer i en relativt fast magnetfeltfordeling på måloverflaten i kammeret. Bare materialer i spesifikke områder av målet sputteres, målutnyttelsesgraden er lav, og jevnheten til den forberedte filmen er dårlig.
Det er en viss sannsynlighet for at de sputterte metall- eller andre materialpartikler vil bli avsatt tilbake på måloverflaten, og derved aggregeres til partikler og danne defektforurensning. Derfor bruker kommersielle magnetronforstøvningskilder for det meste en roterende magnetdesign for å forbedre filmens jevnhet, målutnyttelsesgrad og full målforstøvning.
Det er avgjørende å balansere disse tre faktorene. Hvis balansen ikke håndteres godt, kan det resultere i en god filmensartethet samtidig som målutnyttelsesgraden reduseres kraftig (forkorter mållevetiden), eller ikke oppnår full målforstøvning eller full målkorrosjon, noe som vil forårsake partikkelproblemer under sputteringen. behandle.
I magnetron PVD-teknologi er det nødvendig å vurdere den roterende magnetbevegelsesmekanismen, målformen, målkjølesystemet og magnetronsputteringskilden, samt den funksjonelle konfigurasjonen av basen som bærer waferen, for eksempel waferadsorpsjon og temperaturkontroll. I PVD-prosessen kontrolleres temperaturen på waferen for å oppnå den nødvendige krystallstrukturen, kornstørrelsen og orienteringen, samt ytelsesstabiliteten.
Siden varmeledningen mellom baksiden av waferen og overflaten av basen krever et visst trykk, vanligvis i størrelsesorden flere Torr, og arbeidstrykket i kammeret er vanligvis i størrelsesorden flere mTorr, trykket på baksiden av waferen er mye større enn trykket på den øvre overflaten av waferen, så en mekanisk chuck eller en elektrostatisk chuck er nødvendig for å plassere og begrense waferen.
Den mekaniske chucken er avhengig av sin egen vekt og kanten av skiven for å oppnå denne funksjonen. Selv om den har fordelene med enkel struktur og ufølsomhet for materialet til waferen, er kanteffekten til waferen åpenbar, noe som ikke bidrar til streng kontroll av partikler. Derfor har den gradvis blitt erstattet av en elektrostatisk chuck i IC-produksjonsprosessen.
For prosesser som ikke er spesielt følsomme for temperatur, kan en ikke-adsorpsjon, ikke-kantkontakt hyllemetode (ingen trykkforskjell mellom øvre og nedre overflate av waferen) også brukes. Under PVD-prosessen vil kammerforingen og overflaten av delene i kontakt med plasmaet avsettes og dekkes. Når den avsatte filmtykkelsen overskrider grensen, vil filmen sprekke og flasse av, noe som forårsaker partikkelproblemer.
Derfor er overflatebehandlingen av deler som fôr nøkkelen til å utvide denne grensen. Overflatesandblåsing og aluminiumssprøyting er to ofte brukte metoder, hvis formål er å øke overflateruheten for å styrke bindingen mellom filmen og foringsoverflaten.
3.5 Ionisering fysisk dampavsetningsutstyr
Med den kontinuerlige utviklingen av mikroelektronikkteknologi blir funksjonsstørrelser mindre og mindre. Siden PVD-teknologi ikke kan kontrollere avsetningsretningen til partikler, er PVDs evne til å komme inn gjennom hull og smale kanaler med høye sideforhold begrenset, noe som gjør den utvidede anvendelsen av tradisjonell PVD-teknologi stadig mer utfordret. I PVD-prosessen, når sideforholdet til poresporet øker, reduseres dekningen i bunnen, og danner en takskjeggelignende overhengende struktur i det øverste hjørnet, og danner den svakeste dekningen i det nederste hjørnet.
Ionisert fysisk dampavsetningsteknologi ble utviklet for å løse dette problemet. Den plasmatiserer først metallatomene som sputteres fra målet på forskjellige måter, og justerer deretter forspenningen som er lastet på skiven for å kontrollere retningen og energien til metallionene for å oppnå en stabil retningsbestemt metallionstrøm for å forberede en tynn film, og dermed forbedre dekningen av bunnen av trinnene med høyt sideforhold gjennom hull og smale kanaler.
Det typiske trekk ved ionisert metallplasmateknologi er tillegget av en radiofrekvensspole i kammeret. Under prosessen holdes arbeidstrykket i kammeret på en relativt høy tilstand (5 til 10 ganger det normale arbeidstrykket). Under PVD brukes radiofrekvensspolen til å generere den andre plasmaregionen, der argonplasmakonsentrasjonen øker med økningen av radiofrekvent kraft og gasstrykk. Når metallatomene som sputteres fra målet passerer gjennom denne regionen, samhandler de med argonplasmaet med høy tetthet for å danne metallioner.
Påføring av en RF-kilde på wafer-bæreren (som en elektrostatisk chuck) kan øke den negative forspenningen på waferen for å tiltrekke positive metallioner til bunnen av poresporet. Denne retningsbestemte metallionestrømmen vinkelrett på waferoverflaten forbedrer trinnbunndekningen av porer med høyt sideforhold og smale kanaler.
Den negative skjevheten påført waferen får også ioner til å bombardere waferoverflaten (omvendt sputtering), noe som svekker den overhengende strukturen til porespormunningen og sputter filmen avsatt i bunnen på sideveggene ved hjørnene av bunnen av poren. rille, og forbedrer derved trinndekningen i hjørnene.
3.6 Kjemisk dampavsetningsutstyr for atmosfærisk trykk
Atmosfærisk trykk kjemisk dampavsetning (APCVD) utstyr refererer til en enhet som sprayer en gassformig reaksjonskilde med konstant hastighet på overflaten av et oppvarmet fast substrat under et miljø med et trykk nær atmosfæretrykk, noe som får reaksjonskilden til å reagere kjemisk på substratoverflaten, og reaksjonsproduktet avsettes på substratoverflaten for å danne en tynn film.
APCVD-utstyr er det tidligste CVD-utstyret og er fortsatt mye brukt i industriell produksjon og vitenskapelig forskning. APCVD-utstyr kan brukes til å fremstille tynne filmer som enkeltkrystall silisium, polykrystallinsk silisium, silisiumdioksid, sinkoksid, titandioksid, fosfosilikatglass og borofosfosilikatglass.
3.7 Kjemisk lavtrykksdampdeponeringsutstyr
Lavtrykks kjemisk dampavsetning (LPCVD) utstyr refererer til utstyr som bruker gassformige råmaterialer for å reagere kjemisk på overflaten av et fast substrat under et oppvarmet (350-1100°C) og lavtrykksmiljø (10-100mTorr), og reaktantene avsettes på substratoverflaten for å danne en tynn film. LPCVD-utstyr er utviklet på grunnlag av APCVD for å forbedre kvaliteten på tynne filmer, forbedre fordelingens enhetlighet av karakteristiske parametere som filmtykkelse og resistivitet, og forbedre produksjonseffektiviteten.
Hovedtrekket er at i et lavtrykks termisk feltmiljø, reagerer prosessgassen kjemisk på overflaten av wafersubstratet, og reaksjonsproduktene avsettes på substratoverflaten for å danne en tynn film. LPCVD-utstyr har fordeler ved fremstilling av tynne filmer av høy kvalitet og kan brukes til å fremstille tynne filmer som silisiumoksid, silisiumnitrid, polysilisium, silisiumkarbid, galliumnitrid og grafen.
Sammenlignet med APCVD øker lavtrykksreaksjonsmiljøet til LPCVD-utstyr den gjennomsnittlige frie banen og diffusjonskoeffisienten til gassen i reaksjonskammeret.
Reaksjonsgass- og bæregassmolekylene i reaksjonskammeret kan fordeles jevnt på kort tid, og dermed forbedre jevnheten av filmtykkelse, resistivitets-ensartethet og trinndekning av filmen, og forbruket av reaksjonsgass er også lite. I tillegg øker lavtrykksmiljøet også overføringshastigheten til gassstoffer. Urenheter og reaksjonsbiprodukter diffundert fra substratet kan raskt tas ut av reaksjonssonen gjennom grenselaget, og reaksjonsgassen passerer raskt gjennom grenselaget for å nå substratoverflaten for reaksjon, og dermed effektivt undertrykke selvdoping, forberedelse filmer av høy kvalitet med bratte overgangssoner, og forbedrer også produksjonseffektiviteten.
3.8 Plasmaforbedret kjemisk dampavsetningsutstyr
Plasmaforsterket kjemisk dampavsetning (PECVD) er en mye brukt thin filmavsetningsteknologi. Under plasmaprosessen ioniseres den gassformige forløperen under påvirkning av plasma for å danne eksiterte aktive grupper, som diffunderer til substratoverflaten og deretter gjennomgår kjemiske reaksjoner for å fullføre filmveksten.
I henhold til frekvensen av plasmagenerering kan plasmaet som brukes i PECVD deles inn i to typer: radiofrekvensplasma (RF-plasma) og mikrobølgeplasma (mikrobølgeplasma). For tiden er radiofrekvensen som brukes i industrien generelt 13,56 MHz.
Introduksjonen av radiofrekvensplasma er vanligvis delt inn i to typer: kapasitiv kobling (CCP) og induktiv kobling (ICP). Den kapasitive koblingsmetoden er vanligvis en direkte plasmareaksjonsmetode; mens den induktive koblingsmetoden kan være en direkte plasmametode eller en fjernplasmametode.
I halvlederproduksjonsprosesser brukes PECVD ofte til å dyrke tynne filmer på underlag som inneholder metaller eller andre temperaturfølsomme strukturer. For eksempel, innen feltet back-end metallsammenkobling av integrerte kretser, siden kilde-, gate- og avløpsstrukturene til enheten har blitt dannet i front-end-prosessen, er veksten av tynne filmer innen metallsammenkobling utsatt til svært strenge termiske budsjettbegrensninger, så det fullføres vanligvis med plasmaassistanse. Ved å justere plasmaprosessparametrene, kan tettheten, den kjemiske sammensetningen, urenhetsinnholdet, mekanisk seighet og spenningsparametrene til den tynne filmen dyrket av PECVD justeres og optimaliseres innenfor et visst område.
3.9 Avsetningsutstyr for atomlag
Atomic layer deposition (ALD) er en tynnfilmdeponeringsteknologi som vokser periodisk i form av et kvasi-monoatomisk lag. Dens karakteristikk er at tykkelsen på den avsatte filmen kan justeres nøyaktig ved å kontrollere antall vekstsykluser. I motsetning til prosessen med kjemisk dampavsetning (CVD), passerer de to (eller flere) forløperne i ALD-prosessen vekselvis gjennom substratoverflaten og isoleres effektivt ved rensing av rågass.
De to forløperne vil ikke blandes og møtes i gassfasen for å reagere kjemisk, men reagerer kun gjennom kjemisk adsorpsjon på substratoverflaten. I hver ALD-syklus er mengden av forløper adsorbert på substratoverflaten relatert til tettheten til de aktive gruppene på substratoverflaten. Når de reaktive gruppene på substratoverflaten er oppbrukt, selv om et overskudd av forløper introduseres, vil kjemisk adsorpsjon ikke forekomme på substratoverflaten.
Denne reaksjonsprosessen kalles en overflate selvbegrensende reaksjon. Denne prosessmekanismen gjør tykkelsen på filmen som vokser i hver syklus av ALD-prosessen konstant, så ALD-prosessen har fordelene med presis tykkelseskontroll og god filmtrinndekning.
3.10 Molekylært stråleepitaxiutstyr
Molecular Beam Epitaxy (MBE) system refererer til en epitaksial enhet som bruker en eller flere termisk energi atomstråler eller molekylære stråler for å spraye på den oppvarmede substratoverflaten med en viss hastighet under ultrahøyt vakuumforhold, og adsorbere og migrere på underlagets overflate å epitaksielt vokse tynne enkeltkrystallfilmer langs krystallaksens retning av substratmaterialet. Generelt, under betingelser for oppvarming av en jetovn med et varmeskjold, danner strålekilden en atomstråle eller en molekylær stråle, og filmen vokser lag for lag langs krystallaksens retning av substratmaterialet.
Dens egenskaper er lav epitaksial veksttemperatur, og tykkelse, grensesnitt, kjemisk sammensetning og urenhetskonsentrasjon kan kontrolleres nøyaktig på atomnivå. Selv om MBE stammer fra fremstillingen av halvledere ultratynne enkeltkrystallfilmer, har anvendelsen nå utvidet seg til en rekke materialsystemer som metaller og isolerende dielektrikum, og kan fremstille III-V, II-VI, silisium, silisiumgermanium (SiGe) ), grafen, oksider og organiske filmer.
Molecular beam epitaxy (MBE) systemet består hovedsakelig av et ultrahøyt vakuumsystem, en molekylær strålekilde, et substratfikserings- og oppvarmingssystem, et prøveoverføringssystem, et in-situ overvåkingssystem, et kontrollsystem og en test system.
Vakuumsystemet inkluderer vakuumpumper (mekaniske pumper, molekylære pumper, ionepumper, og kondensasjonspumper, etc.) og ulike ventiler, som kan skape et vekstmiljø med ultrahøyt vakuum. Den generelt oppnåelige vakuumgraden er 10-8 til 10-11 Torr. Vakuumsystemet har hovedsakelig tre vakuumarbeidskamre, nemlig prøveinjeksjonskammeret, forbehandlings- og overflateanalysekammeret og vekstkammeret.
Prøveinjeksjonskammeret brukes til å overføre prøver til omverdenen for å sikre høyvakuumforholdene til andre kamre; forbehandlings- og overflateanalysekammeret forbinder prøveinjeksjonskammeret og vekstkammeret, og dets hovedfunksjon er å forhåndsbehandle prøven (høytemperaturavgassing for å sikre fullstendig renhet av substratoverflaten) og å utføre foreløpig overflateanalyse på renset prøve; vekstkammeret er kjernedelen av MBE-systemet, hovedsakelig sammensatt av en kildeovn og dens tilsvarende lukkerenhet, en prøvekontrollkonsoll, et kjølesystem, en refleksjon med høy energi elektrondiffraksjon (RHEED) og et in-situ overvåkingssystem . Noe produksjons-MBE-utstyr har flere vekstkammerkonfigurasjoner. Det skjematiske diagrammet over MBE-utstyrsstrukturen er vist nedenfor:
MBE av silisiummateriale bruker høyrent silisium som råmateriale, vokser under ultrahøyt vakuum (10-10~10-11Torr) forhold, og veksttemperaturen er 600~900 ℃, med Ga (P-type) og Sb ( N-type) som dopingkilder. Vanlige dopingkilder som P, As og B brukes sjelden som strålekilder fordi de er vanskelige å fordampe.
Reaksjonskammeret til MBE har et miljø med ultrahøyt vakuum, noe som øker den gjennomsnittlige frie banen til molekyler og reduserer forurensning og oksidasjon på overflaten av det voksende materialet. Det preparerte epitaksiale materialet har god overflatemorfologi og ensartethet, og kan gjøres til en flerlagsstruktur med forskjellig doping eller forskjellige materialkomponenter.
MBE-teknologi oppnår gjentatt vekst av ultratynne epitaksiale lag med en tykkelse på et enkelt atomlag, og grensesnittet mellom de epitaksiale lagene er bratt. Det fremmer veksten av III-V-halvledere og andre heterogene flerkomponentmaterialer. For tiden har MBE-systemet blitt et avansert prosessutstyr for produksjon av en ny generasjon mikrobølgeenheter og optoelektroniske enheter. Ulempene med MBE-teknologi er lav filmveksthastighet, høye vakuumkrav og høye utstyrs- og utstyrsbrukskostnader.
3.11 Vapor Phase Epitaxy System
Dampfase-epitaksisystemet (VPE) refererer til en epitaksial vekstanordning som transporterer gassformige forbindelser til et substrat og oppnår et enkelt krystallmaterialelag med samme gitterarrangement som substratet gjennom kjemiske reaksjoner. Det epitaksiale laget kan være et homoepitaksialt lag (Si/Si) eller et heteroepitaksialt lag (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, etc.). Foreløpig har VPE-teknologi blitt mye brukt innen nanomaterialbehandling, kraftenheter, optoelektroniske halvlederenheter, solcellepaneler og integrerte kretser.
Typisk VPE inkluderer atmosfærisk trykkepitaksi og redusert trykkepitaksi, ultrahøyvakuum kjemisk dampavsetning, metallorganisk kjemisk dampavsetning, etc. Nøkkelpunktene i VPE-teknologien er reaksjonskammerdesign, gassstrømningsmodus og jevnhet, temperaturuniformitet og presisjonskontroll, trykkkontroll og stabilitet, partikkel- og defektkontroll, etc.
For tiden er utviklingsretningen for vanlige kommersielle VPE-systemer stor wafer-lasting, helautomatisk kontroll og sanntidsovervåking av temperatur og vekstprosess. VPE-systemer har tre strukturer: vertikal, horisontal og sylindrisk. Oppvarmingsmetodene inkluderer motstandsoppvarming, høyfrekvent induksjonsoppvarming og infrarød strålingsoppvarming.
For tiden bruker VPE-systemer for det meste horisontale skivestrukturer, som har egenskapene til god ensartethet av epitaksial filmvekst og stor waferbelastning. VPE-systemer består vanligvis av fire deler: reaktor, varmesystem, gassveisystem og kontrollsystem. Fordi veksttiden til GaAs og GaN epitaksiale filmer er relativt lang, brukes for det meste induksjonsoppvarming og motstandsoppvarming. I silisium VPE bruker tykk epitaksial filmvekst for det meste induksjonsoppvarming; tynn epitaksial filmvekst bruker for det meste infrarød oppvarming for å oppnå formålet med rask temperaturøkning/-fall.
3.12 Væskefase-epitaksisystem
Liquid Phase Epitaxy (LPE)-systemet refererer til det epitaksiale vekstutstyret som løser opp materialet som skal dyrkes (som Si, Ga, As, Al, etc.) og dopingsmidler (som Zn, Te, Sn, etc.) i en metall med et lavere smeltepunkt (som Ga, In, etc.), slik at det oppløste stoffet er mettet eller overmettet i løsningsmidlet, og deretter er enkeltkrystallsubstratet bringes i kontakt med løsningen, og det oppløste stoffet utfelles fra løsningsmidlet ved gradvis avkjøling, og et lag av krystallmateriale med en krystallstruktur og gitterkonstant som ligner på substratet, dyrkes på overflaten av substratet.
LPE-metoden ble foreslått av Nelson et al. i 1963. Den brukes til å dyrke Si-tynne filmer og enkeltkrystallmaterialer, samt halvledermaterialer som III-IV-grupper og kvikksølvkadmiumtellurid, og kan brukes til å lage forskjellige optoelektroniske enheter, mikrobølgeenheter, halvlederenheter og solceller .
————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera kan gigrafitt deler, myk/stiv filt, silisiumkarbiddeler, CVD silisiumkarbiddeler, ogSiC/TaC-belagte delermed om 30 dager.
Hvis du er interessert i de ovennevnte halvlederproduktene,ikke nøl med å kontakte oss første gang.
Tlf.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Innleggstid: 31. august 2024