1. Giriş
Substrat materiallarının səthinə fiziki və ya kimyəvi üsullarla maddələrin (xammalın) yapışdırılması prosesi nazik təbəqənin böyüməsi adlanır.
Fərqli iş prinsiplərinə görə, inteqral sxemin nazik təbəqəsinin çökməsi aşağıdakılara bölünə bilər:
-Fiziki Buxar Çöküntüsü (PVD);
-Kimyəvi Buxar Çöküntüsü (CVD);
- Uzatma.
2. İncə Filmin Böyümə Prosesi
2.1 Fiziki buxarın çökməsi və püskürtmə prosesi
Fiziki buxar çökdürmə (PVD) prosesi vakuum buxarlanma, püskürtmə, plazma ilə örtülmə və molekulyar şüa epitaksisi kimi fiziki metodlardan istifadə edərək vaflinin səthində nazik bir təbəqə meydana gətirməyə aiddir.
VLSI sənayesində ən çox istifadə edilən PVD texnologiyası püskürtmədir ki, bu da əsasən elektrodlar və inteqral sxemlərin metal birləşmələri üçün istifadə olunur. Püskürtmə yüksək vakuum şəraitində xarici elektrik sahəsinin təsiri altında nadir qazların [arqon (Ar) kimi] ionlara (Ar+ kimi) ionlaşdığı və yüksək gərginlikli mühitdə maddi hədəf mənbəyini bombaladığı bir prosesdir. hədəf materialın atomlarını və ya molekullarını sökmək və sonra toqquşmadan uçuş prosesindən sonra nazik bir film yaratmaq üçün vaflinin səthinə çatmaq. Ar sabit kimyəvi xassələrə malikdir və onun ionları hədəf material və filmlə kimyəvi reaksiyaya girməyəcək. İnteqrasiya edilmiş sxem çipləri 0,13μm mis qarşılıqlı əlaqə dövrünə daxil olduqda, mis maneə material təbəqəsi titan nitridi (TiN) və ya tantal nitridi (TaN) filmindən istifadə edir. Sənaye texnologiyasına tələbat kimyəvi reaksiya püskürtmə texnologiyasının tədqiqini və inkişafını təşviq etdi, yəni püskürtmə kamerasında Ar-dan əlavə reaktiv qaz azotu (N2) də var ki, Ti və ya Ta-dan bombardman edildi. hədəf material Ti və ya Ta tələb olunan TiN və ya TaN filmini yaratmaq üçün N2 ilə reaksiya verir.
Tez-tez istifadə olunan üç püskürtmə üsulu var, yəni DC püskürtmə, RF püskürtmə və maqnetron püskürtmə. İnteqral sxemlərin inteqrasiyası artmağa davam etdikcə, çox qatlı metal naqillərin təbəqələrinin sayı artır və PVD texnologiyasının tətbiqi getdikcə genişlənir. PVD materiallarına Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 və s.
PVD və püskürtmə prosesləri adətən yüksək möhürlənmiş reaksiya kamerasında 1×10-7-dən 9×10-9 Torr-a qədər vakuum dərəcəsi ilə tamamlanır ki, bu da reaksiya zamanı qazın təmizliyini təmin edə bilər; eyni zamanda, hədəfi bombalamaq üçün kifayət qədər yüksək gərginlik yaratmaq üçün nadir qazı ionlaşdırmaq üçün xarici yüksək gərginlik tələb olunur. PVD və püskürtmə proseslərinin qiymətləndirilməsi üçün əsas parametrlərə tozun miqdarı, həmçinin müqavimət dəyəri, vahidlik, əks etdirmə qalınlığı və əmələ gələn filmin gərginliyi daxildir.
2.2 Kimyəvi buxarın çökməsi və püskürtmə prosesi
Kimyəvi buxar çökmə (CVD) müxtəlif qismən təzyiqlərə malik müxtəlif qaz reaktivlərinin müəyyən bir temperatur və təzyiqdə kimyəvi reaksiyaya girdiyi və yaranan bərk maddələrin istənilən incəliyi əldə etmək üçün substrat materialının səthinə yerləşdirildiyi bir proses texnologiyasına aiddir. film. Ənənəvi inteqral sxem istehsalı prosesində əldə edilən nazik film materialları ümumiyyətlə oksidlər, nitridlər, karbidlər və ya polikristal silikon və amorf silisium kimi materiallar kimi birləşmələrdir. Mənbə və drenaj SiGe və ya Si seçici epitaksial artım kimi 45nm qovşağından sonra daha çox istifadə edilən seçici epitaksial böyümə də CVD texnologiyasıdır.
Bu texnologiya eyni tipli və ya orijinal qəfəsə bənzər monokristal materialları orijinal qəfəs boyunca silikon və ya digər materiallardan ibarət tək kristal substratda formalaşdırmağa davam edə bilər. CVD izolyasiya edən dielektrik filmlərin (məsələn, SiO2, Si3N4 və SiON və s.) və metal plyonkaların (məsələn, volfram və s.) böyüməsində geniş istifadə olunur.
Ümumiyyətlə, təzyiq təsnifatına görə, CVD atmosfer təzyiqi kimyəvi buxar çökmə (APCVD), subatmosfer təzyiqli kimyəvi buxar çökmə (SAPCVD) və aşağı təzyiq kimyəvi buxar çökmə (LPCVD) bölünə bilər.
Temperatur təsnifatına görə, CVD yüksək temperatur/aşağı temperaturlu oksid filmi kimyəvi buxar çökmə (HTO/LTO CVD) və sürətli termal kimyəvi buxar çökmə (Rapid Thermal CVD, RTCVD) bölünə bilər;
Reaksiya mənbəyinə görə, CVD silan əsaslı CVD, polyester əsaslı CVD (TEOS əsaslı CVD) və metal üzvi kimyəvi buxar çökmə (MOCVD) bölünə bilər;
Enerji təsnifatına görə, CVD termal kimyəvi buxar çökmə (Termal CVD), plazma gücləndirilmiş kimyəvi buxar çökmə (Plasma Enhanced CVD, PECVD) və yüksək sıxlıqlı plazma kimyəvi buxar çökmə (Yüksək Sıxlıqlı Plazma CVD, HDPCVD) bölünə bilər. Bu yaxınlarda mükəmməl boşluq doldurma qabiliyyətinə malik olan axan kimyəvi buxar çökdürmə (Flowable CVD, FCVD) də hazırlanmışdır.
CVD ilə yetişdirilən müxtəlif filmlər fərqli xüsusiyyətlərə malikdir (məsələn, kimyəvi tərkibi, dielektrik sabiti, gərginlik, gərginlik və parçalanma gərginliyi) və müxtəlif proses tələblərinə (məsələn, temperatur, addım əhatəsi, doldurma tələbləri və s.) uyğun olaraq ayrıca istifadə edilə bilər.
2.3 Atom qatının çökməsi prosesi
Atom qatının çökməsi (ALD) tək bir atom film qatını qat-qat böyütməklə bir substrat materialı üzərində atomların qat-qat çökməsinə aiddir. Tipik bir ALD qaz prekursorlarının alternativ impulslu şəkildə reaktora daxil edilməsi metodunu qəbul edir.
Məsələn, əvvəlcə substrat səthinə reaksiya prekursoru 1 daxil edilir və kimyəvi adsorbsiyadan sonra substratın səthində tək atom təbəqəsi əmələ gəlir; sonra substratın səthində və reaksiya kamerasında qalan prekursor 1 hava nasosu ilə çıxarılır; sonra reaksiya prekursoru 2 substratın səthinə daxil edilir və substratın səthində müvafiq nazik təbəqə materialı və müvafiq əlavə məhsulları yaratmaq üçün substrat səthində adsorbsiya edilmiş prekursor 1 ilə kimyəvi reaksiya verir; prekursor 1 tamamilə reaksiya verdikdə, reaksiya avtomatik olaraq dayandırılacaq, bu, ALD-nin özünü məhdudlaşdıran xarakteristikasıdır və sonra qalan reaktivlər və əlavə məhsullar böyümənin növbəti mərhələsinə hazırlamaq üçün çıxarılır; yuxarıdakı prosesi davamlı olaraq təkrarlamaqla, tək atomlarla lay-qat yetişdirilən nazik film materiallarının çökməsinə nail olmaq olar.
Həm ALD, həm də CVD, substrat səthində kimyəvi reaksiya vermək üçün qazlı kimyəvi reaksiya mənbəyini təqdim etməyin yollarıdır, lakin fərq ondadır ki, CVD-nin qaz reaksiya mənbəyi özünü məhdudlaşdıran böyümə xarakteristikasına malik deyil. Görünür ki, ALD texnologiyasını inkişaf etdirməyin açarı özünü məhdudlaşdıran reaksiya xüsusiyyətlərinə malik prekursorları tapmaqdır.
2.4 Epitaksial proses
Epitaksial proses bir substratda tamamilə nizamlı bir kristal təbəqənin böyüməsi prosesinə aiddir. Ümumiyyətlə, epitaksial proses tək kristal substratda orijinal substratla eyni qəfəs oriyentasiyasına malik bir kristal təbəqənin böyüməsidir. Epitaksial proses yarımkeçirici istehsalında geniş istifadə olunur, məsələn, inteqral sxem sənayesində epitaksial silikon vaflilər, MOS tranzistorlarının daxili mənbəyi və drenaj epitaksial böyüməsi, LED substratlarında epitaksial artım və s.
Böyümə mənbəyinin müxtəlif faza vəziyyətlərinə görə, epitaksial böyümə üsulları bərk faza epitaksiyasına, maye faza epitaksiyasına və buxar fazasının epitaksiyasına bölünə bilər. İnteqrasiya edilmiş sxemlərin istehsalında geniş istifadə olunan epitaksial üsullar bərk fazalı epitaksiya və buxar fazalı epitaksiyadır.
Bərk faza epitaksiyası: bərk mənbədən istifadə edərək substratda tək kristal təbəqənin böyüməsinə aiddir. Məsələn, ion implantasiyasından sonra termal yumşalma əslində bərk fazalı epitaksiya prosesidir. İon implantasiyası zamanı silikon vaflinin silikon atomları yüksək enerjili implantasiya edilmiş ionlar tərəfindən bombardman edilir, orijinal qəfəs mövqelərini tərk edərək amorf olur, səthi amorf silikon təbəqəsi əmələ gətirir. Yüksək temperaturda termal yumşalmadan sonra amorf atomlar qəfəs mövqelərinə qayıdır və substratın içərisindəki atom kristal oriyentasiyasına uyğun olaraq qalırlar.
Buxar fazasının epitaksiyasının böyümə üsullarına kimyəvi buxar fazasının epitaksiyası, molekulyar şüa epitaksisi, atom təbəqəsi epitaksisi və s. daxildir. İnteqral sxemlərin istehsalında kimyəvi buxar fazasının epitaksiyası ən çox istifadə olunur. Kimyəvi buxar fazasının epitaksiyasının prinsipi kimyəvi buxarın çökməsi prinsipi ilə əsasən eynidir. Hər ikisi qaz qarışdırıldıqdan sonra vaflilərin səthində kimyəvi reaksiyaya girərək nazik filmlər yatıran proseslərdir.
Fərq ondadır ki, kimyəvi buxar fazalı epitaksiya tək kristal təbəqəni böyütdüyü üçün avadanlıqdakı çirklərin tərkibinə və vafli səthinin təmizliyinə daha yüksək tələblər qoyur. Erkən kimyəvi buxar fazasının epitaksial silisium prosesi yüksək temperatur şəraitində (1000 ° C-dən çox) həyata keçirilməlidir. Texnoloji avadanlıqların təkmilləşdirilməsi, xüsusilə vakuum mübadilə kamerası texnologiyasının qəbulu ilə avadanlıq boşluğunun və silikon vaflinin səthinin təmizliyi xeyli yaxşılaşdı və silikon epitaksiya daha aşağı temperaturda (600-700 °) aparıla bilər. C). Epitaksial silikon vafli prosesi silikon vaflinin səthində bir kristal silisium təbəqəsini böyütməkdir.
Orijinal silisium substratı ilə müqayisədə epitaksial silisium təbəqəsi daha yüksək təmizliyə və daha az qəfəs qüsurlarına malikdir və bununla da yarımkeçirici istehsalının məhsuldarlığını artırır. Bundan əlavə, silikon vafli üzərində böyüdülmüş epitaksial silikon təbəqənin böyümə qalınlığı və dopinq konsentrasiyası çevik şəkildə dizayn edilə bilər ki, bu da cihazın dizaynına çeviklik gətirir, məsələn, substratın müqavimətini azaltmaq və substratın izolyasiyasını artırmaq. Daxili mənbə-dren epitaksial prosesi qabaqcıl məntiq texnologiyası qovşaqlarında geniş istifadə olunan texnologiyadır.
Bu, MOS tranzistorlarının mənbə və drenaj bölgələrində epitaksial olaraq artan aşqarlanmış germanium silisium və ya silisium prosesinə aiddir. Quraşdırılmış mənbə-dren epitaksial prosesinin tətbiqinin əsas üstünlüklərinə aşağıdakılar daxildir: şəbəkənin uyğunlaşması səbəbindən gərginliyi olan psevdokristal təbəqənin böyüməsi, kanal daşıyıcısının hərəkətliliyinin yaxşılaşdırılması; mənbənin və drenajın yerində dopinq edilməsi mənbə-dren qovşağının parazitar müqavimətini azalda və yüksək enerjili ion implantasiyasının qüsurlarını azalda bilər.
3. nazik təbəqənin böyüməsi üçün avadanlıq
3.1 Vakuum buxarlandırma avadanlığı
Vakuum buxarlanması, bərk materialların buxarlanmasına, buxarlanmasına və ya sublimasiyasına səbəb olmaq üçün vakuum kamerasında qızdırılan və sonra müəyyən bir temperaturda bir substrat materialının səthində kondensasiya və çökdürülməsi üçün bir örtük üsuludur.
Adətən üç hissədən ibarətdir, yəni vakuum sistemi, buxarlanma sistemi və istilik sistemi. Vakuum sistemi vakuum boruları və vakuum nasoslarından ibarətdir və onun əsas funksiyası buxarlanma üçün keyfiyyətli vakuum mühiti təmin etməkdir. Buxarlanma sistemi buxarlanma masası, qızdırıcı komponent və temperaturun ölçülməsi komponentindən ibarətdir.
Buxarlanacaq hədəf material (məsələn, Ag, Al və s.) buxarlanma masasına qoyulur; isitmə və temperaturun ölçülməsi komponenti hamar buxarlanmanı təmin etmək üçün buxarlanma temperaturuna nəzarət etmək üçün istifadə edilən qapalı dövrə sistemidir. İstilik sistemi vafli pillədən və istilik komponentindən ibarətdir. Gofret mərhələsi nazik filmin buxarlanması lazım olan substratı yerləşdirmək üçün istifadə olunur və istilik komponenti substratın istiləşməsi və temperaturun ölçülməsi ilə bağlı rəy nəzarətini həyata keçirmək üçün istifadə olunur.
Vakuum mühiti vakuum buxarlanma prosesində çox vacib şərtdir ki, bu da buxarlanma dərəcəsi və filmin keyfiyyəti ilə bağlıdır. Vakuum dərəcəsi tələblərə cavab vermirsə, buxarlanmış atomlar və ya molekullar qalıq qaz molekulları ilə tez-tez toqquşacaq, onların orta sərbəst yolunu daha kiçik edəcək və atomlar və ya molekullar ciddi şəkildə dağılacaq, bununla da hərəkət istiqamətini dəyişdirəcək və filmi azaldacaq. formalaşma dərəcəsi.
Bundan əlavə, qalıq çirkli qaz molekullarının olması səbəbindən çökdürülmüş film ciddi şəkildə çirklənmiş və keyfiyyətsizdir, xüsusən də kameranın təzyiq artım sürəti standarta uyğun gəlmədikdə və sızma olduqda, hava vakuum kamerasına sızacaq. , bu da filmin keyfiyyətinə ciddi təsir edəcək.
Vakuum buxarlandırma avadanlığının struktur xüsusiyyətləri böyük ölçülü substratlarda örtüyün vahidliyinin zəif olduğunu müəyyən edir. Onun vahidliyini yaxşılaşdırmaq üçün mənbə-substrat məsafəsinin artırılması və substratın fırlanması üsulu ümumiyyətlə qəbul edilir, lakin mənbə-substrat məsafəsinin artırılması filmin böyümə sürətini və təmizliyini qurban verəcəkdir. Eyni zamanda, vakuum sahəsinin artması səbəbindən buxarlanan materialdan istifadə dərəcəsi azalır.
3.2 DC fiziki buxar çökdürmə avadanlığı
Birbaşa cərəyan fiziki buxar çökmə (DCPVD) həmçinin katod püskürtmə və ya vakuum DC iki mərhələli püskürtmə kimi tanınır. Vakuum DC püskürtmənin hədəf materialı katod kimi, substrat isə anod kimi istifadə olunur. Vakuum püskürtmə prosesi qazı ionlaşdıraraq plazma yaratmaqdır.
Plazmadakı yüklü hissəciklər müəyyən miqdarda enerji əldə etmək üçün elektrik sahəsində sürətləndirilir. Kifayət qədər enerjiyə malik hissəciklər hədəf materialın səthini bombalayır, beləliklə, hədəf atomlar püskürür; müəyyən kinetik enerji ilə püskürən atomlar substratın səthində nazik təbəqə yaratmaq üçün substrata doğru hərəkət edir. Püskürtmə üçün istifadə olunan qaz, ümumiyyətlə, arqon (Ar) kimi nadir qazdır, ona görə də püskürtmə nəticəsində yaranan film çirklənməyəcək; əlavə olaraq, arqonun atom radiusu püskürtmə üçün daha uyğundur.
Püskürən hissəciklərin ölçüsü püskürən hədəf atomların ölçüsünə yaxın olmalıdır. Əgər hissəciklər çox böyük və ya çox kiçikdirsə, təsirli püskürtmə əmələ gələ bilməz. Atomun ölçü faktoruna əlavə olaraq, atomun kütlə faktoru da püskürtmə keyfiyyətinə təsir edəcəkdir. Əgər püskürən hissəcik mənbəyi çox yüngüldürsə, hədəf atomlar püskürməyəcək; püskürən hissəciklər çox ağır olarsa, hədəf “əyilmiş” olacaq və hədəf püskürməyəcəkdir.
DCPVD-də istifadə olunan hədəf material keçirici olmalıdır. Bunun səbəbi, proses qazındakı arqon ionlarının hədəf materialı bombaladığı zaman, hədəf materialın səthindəki elektronlarla yenidən birləşəcəklər. Hədəf material metal kimi bir keçirici olduqda, bu rekombinasiya ilə istehlak edilən elektronlar enerji təchizatı və hədəf materialın digər hissələrində elektrik keçiriciliyi ilə sərbəst elektronlar tərəfindən daha asan doldurulur, beləliklə hədəf materialın səthi bütövlükdə mənfi yüklü qalır və püskürmə qorunur.
Əksinə, əgər hədəf material bir izolyatordursa, hədəf materialın səthindəki elektronlar rekombinasiya edildikdən sonra, hədəf materialın digər hissələrindəki sərbəst elektronlar elektrik keçiriciliyi ilə doldurula bilməz və hətta müsbət yüklər də toplanır. hədəf materialın səthi, hədəf material potensialının yüksəlməsinə səbəb olur və hədəf materialın mənfi yükü yox olana qədər zəifləyir və nəticədə püskürtmənin dayandırılmasına səbəb olur.
Buna görə də, izolyasiya materiallarını püskürtmə üçün də istifadə etmək üçün başqa bir püskürtmə üsulu tapmaq lazımdır. Radiotezliklərin püskürtülməsi həm keçirici, həm də qeyri-keçirici hədəflər üçün uyğun olan püskürtmə üsuludur.
DCPVD-nin başqa bir dezavantajı alovlanma gərginliyinin yüksək olması və substratda elektron bombardmanının güclü olmasıdır. Bu problemi həll etməyin effektiv yolu maqnetron püskürtmə üsulundan istifadə etməkdir, ona görə də maqnetron püskürtmə inteqral sxemlər sahəsində həqiqətən praktik əhəmiyyət kəsb edir.
3.3 RF Fiziki Buxar Tutma Avadanlığı
Radiotezlikli fiziki buxar çökməsi (RFPVD) həyəcan mənbəyi kimi radiotezlik gücündən istifadə edir və müxtəlif metal və qeyri-metal materiallar üçün uyğun olan PVD üsuludur.
RFPVD-də istifadə olunan RF enerji təchizatının ümumi tezlikləri 13.56MHz, 20MHz və 60MHz-dir. RF enerji təchizatının müsbət və mənfi dövrləri növbə ilə görünür. PVD hədəfi müsbət yarım dövrədə olduqda, hədəf səth müsbət potensialda olduğu üçün, proses atmosferindəki elektronlar onun səthində yığılmış müsbət yükü zərərsizləşdirmək üçün hədəf səthinə axışacaq və hətta elektronları toplamağa davam edəcək, onun səthini mənfi tərəfə çevirmək; püskürtmə hədəfi mənfi yarım dövrədə olduqda, müsbət ionlar hədəfə doğru hərəkət edəcək və hədəf səthində qismən zərərsizləşdiriləcək.
Ən kritiki odur ki, RF elektrik sahəsində elektronların hərəkət sürəti müsbət ionlarınkından daha sürətlidir, müsbət və mənfi yarım dövrlərin vaxtı eynidir, buna görə də tam bir dövrədən sonra hədəf səthi “xalis” mənfi yüklüdür. Buna görə də, ilk bir neçə dövrədə hədəf səthinin mənfi yükü artan bir tendensiya göstərir; daha sonra hədəf səth sabit mənfi potensiala çatır; bundan sonra, hədəfin mənfi yükü elektronlara itələyici təsir göstərdiyindən, hədəf elektrod tərəfindən qəbul edilən müsbət və mənfi yüklərin miqdarı balansa meyl edir və hədəf sabit mənfi yük təqdim edir.
Yuxarıdakı prosesdən görünə bilər ki, mənfi gərginliyin əmələ gəlməsi prosesinin hədəf materialın xüsusiyyətləri ilə heç bir əlaqəsi yoxdur, buna görə də RFPVD metodu yalnız izolyasiya hədəflərinin püskürməsi problemini həll edə bilməz, həm də yaxşı uyğun gəlir. adi metal keçirici hədəflərlə.
3.4 Maqnetron püskürtmə avadanlığı
Maqnetron püskürtmə, hədəfin arxasına maqnit əlavə edən PVD üsuludur. Əlavə edilmiş maqnitlər və DC enerji təchizatı (və ya AC enerji təchizatı) sistemi maqnetron püskürtmə mənbəyi təşkil edir. Püskürtmə mənbəyi kamerada interaktiv elektromaqnit sahəsi yaratmaq, kamera daxilində plazmada elektronların hərəkət diapazonunu tutmaq və məhdudlaşdırmaq, elektronların hərəkət yolunu uzatmaq və bununla da plazmanın konsentrasiyasını artırmaq və nəticədə daha çox nəticə əldə etmək üçün istifadə olunur. çökmə.
Bundan əlavə, hədəf səthinin yaxınlığında daha çox elektron bağlandığından, substratın elektronlarla bombardmanı azalır və substratın temperaturu azalır. Düz lövhəli DCPVD texnologiyası ilə müqayisədə maqnetron fiziki buxar çökdürmə texnologiyasının ən bariz xüsusiyyətlərindən biri alovlanma boşalma gərginliyinin aşağı və daha sabit olmasıdır.
Daha yüksək plazma konsentrasiyası və daha böyük püskürtmə məhsuldarlığı sayəsində o, əla çökmə səmərəliliyinə, böyük ölçü diapazonunda çöküntü qalınlığına nəzarət, dəqiq tərkibə nəzarət və daha aşağı alovlanma gərginliyinə nail ola bilər. Buna görə də, maqnetron püskürməsi cari metal film PVD-də dominant vəziyyətdədir. Ən sadə maqnitron püskürtmə mənbəyi dizaynı, hədəf səthində lokal sahədə hədəf səthinə paralel bir maqnit sahəsi yaratmaq üçün düz hədəfin arxasına (vakuum sistemindən kənarda) bir qrup maqnit yerləşdirməkdir.
Daimi bir maqnit qoyularsa, onun maqnit sahəsi nisbətən sabit olur, nəticədə kamerada hədəf səthində nisbətən sabit bir maqnit sahəsi paylanır. Yalnız hədəfin müəyyən sahələrində olan materiallar püskürür, hədəfdən istifadə nisbəti aşağıdır və hazırlanmış filmin vahidliyi zəifdir.
Müəyyən bir ehtimal var ki, püskürən metal və ya digər material hissəcikləri yenidən hədəf səthə çökəcək və bununla da hissəciklərə yığılacaq və qüsurlu çirklənmə əmələ gələcək. Buna görə də, kommersiya maqnitron püskürtmə mənbələri filmin vahidliyini, hədəfdən istifadə dərəcəsini və tam hədəf püskürtməsini yaxşılaşdırmaq üçün əsasən fırlanan maqnit dizaynından istifadə edir.
Bu üç amili tarazlaşdırmaq çox vacibdir. Balans yaxşı idarə olunmazsa, bu, hədəf istifadə dərəcəsini əhəmiyyətli dərəcədə azaldaraq (hədəf ömrünü qısaldır) və ya tam hədəf sıçramasına və ya tam hədəf korroziyasına nail olmamaqla yanaşı, yaxşı bir film vahidliyi ilə nəticələnə bilər ki, bu da püskürtmə zamanı hissəcik problemlərinə səbəb olacaq. proses.
Magnetron PVD texnologiyasında fırlanan maqnitin hərəkət mexanizmini, hədəf formasını, hədəf soyutma sistemini və maqnetron püskürtmə mənbəyini, həmçinin vaflini daşıyan bazanın funksional konfiqurasiyasını, məsələn, vafli adsorbsiyasını və temperaturun idarə edilməsini nəzərə almaq lazımdır. PVD prosesində vaflinin temperaturu tələb olunan kristal quruluşunu, taxıl ölçüsünü və oriyentasiyasını, həmçinin performans sabitliyini əldə etmək üçün idarə olunur.
Vaflinin arxası ilə təməlin səthi arasında istilik keçiriciliyi müəyyən bir təzyiq tələb etdiyindən, adətən bir neçə Torr sırasında və kameranın iş təzyiqi adətən bir neçə mTorr sırasında olduğundan, arxadakı təzyiq vaflinin yuxarı səthindəki təzyiqdən qat-qat böyükdür, ona görə də vaflini yerləşdirmək və məhdudlaşdırmaq üçün mexaniki çəngəl və ya elektrostatik çəngəl lazımdır.
Bu funksiyanı yerinə yetirmək üçün mexaniki çəngəl öz ağırlığına və vaflinin kənarına əsaslanır. Sadə quruluşun və vaflinin materialına qarşı həssaslığın üstünlüklərinə baxmayaraq, vaflinin kənar təsiri göz qabağındadır, bu da hissəciklərə ciddi nəzarət etmək üçün əlverişli deyil. Buna görə də, IC istehsal prosesində tədricən elektrostatik çəngəl ilə əvəz edilmişdir.
Temperatura xüsusilə həssas olmayan proseslər üçün, həmçinin adsorbsiyaya məruz qalmayan, kənar ilə təmasda olmayan rəflər üsulu (vaflinin yuxarı və aşağı səthləri arasında təzyiq fərqi yoxdur) istifadə edilə bilər. PVD prosesi zamanı kameranın örtüyü və plazma ilə təmasda olan hissələrin səthi çökəcək və örtüləcək. Yatırılan film qalınlığı həddi aşdıqda, film çatlayacaq və soyulacaq, hissəcik problemlərinə səbəb olacaqdır.
Buna görə də, astar kimi hissələrin səthinin işlənməsi bu həddi uzatmaq üçün açardır. Səthi qumlama və alüminium püskürtmə iki çox istifadə edilən üsuldur, məqsədi film və astar səthi arasındakı əlaqəni gücləndirmək üçün səth pürüzlülüyünü artırmaqdır.
3.5 İonlaşmanın Fiziki Buxar Çöküntüsü Avadanlığı
Mikroelektronika texnologiyasının davamlı inkişafı ilə xüsusiyyət ölçüləri getdikcə daha kiçik olur. PVD texnologiyası hissəciklərin çökmə istiqamətinə nəzarət edə bilmədiyi üçün PVD-nin yüksək aspekt nisbətləri ilə deşiklər və dar kanallardan daxil olmaq qabiliyyəti məhduddur və ənənəvi PVD texnologiyasının geniş tətbiqini getdikcə daha çox çətinləşdirir. PVD prosesində məsamə yivinin aspekt nisbəti artdıqca, alt hissədəki örtücülük azalır, yuxarı küncdə kornişəbənzər asma struktur, alt küncdə isə ən zəif örtüyü əmələ gətirir.
Bu problemi həll etmək üçün ionlaşmış fiziki buxar çökdürmə texnologiyası hazırlanmışdır. O, əvvəlcə hədəfdən sıçrayan metal atomlarını müxtəlif yollarla plazmalaşdırır, sonra nazik bir təbəqə hazırlamaq üçün sabit istiqamətli metal ion axını əldə etmək üçün metal ionlarının istiqamətini və enerjisini idarə etmək üçün vaflidə yüklənmiş əyilmə gərginliyini tənzimləyir və bununla da yaxşılaşır. deşiklər və dar kanallar vasitəsilə yüksək aspekt nisbətli addımların dibinin örtülməsi.
İonlaşdırılmış metal plazma texnologiyasının tipik xüsusiyyəti kameraya radiotezlik sarğısının əlavə edilməsidir. Proses zamanı kameranın iş təzyiqi nisbətən yüksək vəziyyətdə (normal iş təzyiqindən 5-10 dəfə) saxlanılır. PVD zamanı radiotezlik bobini ikinci plazma bölgəsini yaratmaq üçün istifadə olunur, burada arqon plazma konsentrasiyası radiotezlik gücünün və qaz təzyiqinin artması ilə artır. Hədəfdən püskürən metal atomları bu bölgədən keçəndə yüksək sıxlıqlı arqon plazması ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və metal ionları əmələ gətirir.
Gofret daşıyıcısına (məsələn, elektrostatik çəngəl kimi) RF mənbəyinin tətbiqi metal müsbət ionları məsamə yivinin dibinə cəlb etmək üçün vaflidə mənfi meyli artıra bilər. Vafli səthinə perpendikulyar olan bu istiqamətli metal ion axını yüksək aspekt nisbətli məsamələrin və dar kanalların pilləli alt örtüyünü yaxşılaşdırır.
Gofretə tətbiq olunan mənfi meyl həm də ionların vafli səthini bombalamasına səbəb olur (əks püskürtmə), bu da məsamə yivinin ağzının həddindən artıq strukturunu zəiflədir və dibində yığılmış filmi məsamə dibinin künclərindəki yan divarlara püskürür. yiv, bununla da künclərdə addım örtüyünü artırır.
3.6 Atmosfer Təzyiqli Kimyəvi Buxar Tutma Avadanlığı
Atmosfer təzyiqi kimyəvi buxar çökmə (APCVD) avadanlığı dedikdə, atmosfer təzyiqinə yaxın təzyiqə malik mühit altında qızdırılan bərk substratın səthinə sabit sürətlə qaz reaksiya mənbəyini püskürdən və reaksiya mənbəyinin kimyəvi reaksiyaya girməsinə səbəb olan cihaz nəzərdə tutulur. substrat səthi və reaksiya məhsulu nazik bir film yaratmaq üçün substratın səthinə yerləşdirilir.
APCVD avadanlığı ən erkən CVD avadanlığıdır və hələ də sənaye istehsalında və elmi tədqiqatlarda geniş istifadə olunur. APCVD avadanlığı tək kristal silisium, polikristal silikon, silisium dioksid, sink oksid, titan dioksid, fosfosilikat şüşə və borofosfosilikat şüşə kimi nazik təbəqələr hazırlamaq üçün istifadə edilə bilər.
3.7 Aşağı Təzyiqli Kimyəvi Buxar Çöküntüsü Avadanlığı
Aşağı təzyiqli kimyəvi buxar çökmə (LPCVD) avadanlığı qızdırılan (350-1100°C) və aşağı təzyiqli (10-100mTorr) mühitdə bərk substratın səthində kimyəvi reaksiya vermək üçün qazlı xammaldan istifadə edən avadanlıqlara aiddir və reaktivlər nazik bir film yaratmaq üçün substratın səthinə yerləşdirilir. LPCVD avadanlığı nazik təbəqələrin keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq, film qalınlığı və müqaviməti kimi xarakterik parametrlərin paylanma vahidliyini yaxşılaşdırmaq və istehsalın səmərəliliyini artırmaq üçün APCVD əsasında hazırlanmışdır.
Onun əsas xüsusiyyəti ondan ibarətdir ki, aşağı təzyiqli istilik sahəsi mühitində texnoloji qaz vafli substratın səthində kimyəvi reaksiyaya girir və reaksiya məhsulları nazik təbəqə yaratmaq üçün substratın səthinə çökür. LPCVD avadanlığı yüksək keyfiyyətli nazik təbəqələrin hazırlanmasında üstünlüklərə malikdir və silisium oksidi, silisium nitridi, polisilisium, silisium karbid, qallium nitridi və qrafen kimi nazik təbəqələrin hazırlanmasında istifadə edilə bilər.
APCVD ilə müqayisədə LPCVD avadanlığının aşağı təzyiqli reaksiya mühiti reaksiya kamerasında qazın orta sərbəst yolunu və diffuziya əmsalını artırır.
Reaksiya kamerasındakı reaksiya qazı və daşıyıcı qaz molekulları qısa müddətdə bərabər paylana bilər, beləliklə, film qalınlığının vahidliyini, müqavimətin vahidliyini və filmin addım örtüyünü xeyli yaxşılaşdırır və reaksiya qazının istehlakı da azdır. Bundan əlavə, aşağı təzyiqli mühit də qaz maddələrinin ötürülmə sürətini sürətləndirir. Substratdan yayılan çirklər və reaksiya əlavə məhsulları sərhəd təbəqəsi vasitəsilə reaksiya zonasından sürətlə çıxarıla bilər və reaksiya qazı reaksiya üçün substrat səthinə çatmaq üçün sərhəd qatından sürətlə keçir və beləliklə, özünü dopinqi effektiv şəkildə boğur, hazırlayır. dik keçid zonaları olan yüksək keyfiyyətli filmlər, həmçinin istehsal səmərəliliyinin artırılması.
3.8 Plazma ilə gücləndirilmiş kimyəvi buxar çökdürmə avadanlığı
Plazma gücləndirilmiş kimyəvi buxar çökmə (PECVD) geniş istifadə olunan thin film çökdürmə texnologiyası. Plazma prosesi zamanı qaz halında olan prekursor plazmanın təsiri altında həyəcanlı aktiv qruplar meydana gətirmək üçün ionlaşır, onlar substratın səthinə yayılır və sonra filmin böyüməsini tamamlamaq üçün kimyəvi reaksiyalara məruz qalırlar.
Plazma generasiya tezliyinə görə PECVD-də istifadə olunan plazma iki növə bölünə bilər: radiotezlik plazması (RF plazması) və mikrodalğalı plazma (Mikrodalğalı plazma). Hazırda sənayedə istifadə olunan radio tezliyi ümumiyyətlə 13,56 MHz-dir.
Radiotezlik plazmasının tətbiqi adətən iki növə bölünür: kapasitiv birləşmə (CCP) və induktiv birləşmə (ICP). Kapasitiv birləşmə üsulu adətən birbaşa plazma reaksiya üsuludur; induktiv birləşmə üsulu birbaşa plazma üsulu və ya uzaq plazma üsulu ola bilər.
Yarımkeçirici istehsal proseslərində PECVD tez-tez metallar və ya digər temperatura həssas strukturlar olan substratlarda nazik filmlər yetişdirmək üçün istifadə olunur. Məsələn, inteqral sxemlərin arxa metal qarşılıqlı əlaqəsi sahəsində, cihazın mənbə, qapı və drenaj strukturları front-end prosesində formalaşdığından, metal qarşılıqlı əlaqə sahəsində nazik təbəqələrin böyüməsi mövzusudur. çox ciddi istilik büdcə məhdudiyyətlərinə, buna görə də adətən plazma köməyi ilə tamamlanır. Plazma prosesinin parametrlərini tənzimləməklə, PECVD tərəfindən yetişdirilən nazik təbəqənin sıxlığı, kimyəvi tərkibi, çirk tərkibi, mexaniki möhkəmlik və gərginlik parametrləri müəyyən diapazonda tənzimlənə və optimallaşdırıla bilər.
3.9 Atom qatının çökdürülməsi üçün avadanlıq
Atom qatının çökməsi (ALD) kvazimonoatomik təbəqə şəklində vaxtaşırı böyüyən nazik təbəqənin çökmə texnologiyasıdır. Onun xarakterik xüsusiyyəti, yığılmış filmin qalınlığının böyümə dövrlərinin sayına nəzarət etməklə dəqiq tənzimlənə bilməsidir. Kimyəvi buxar çökmə (CVD) prosesindən fərqli olaraq, ALD prosesində iki (və ya daha çox) prekursor növbə ilə substratın səthindən keçir və nadir qazın təmizlənməsi ilə effektiv şəkildə təcrid olunur.
İki prekursor kimyəvi reaksiya vermək üçün qaz fazasında qarışmayacaq və görüşməyəcək, ancaq substrat səthində kimyəvi adsorbsiya yolu ilə reaksiya verəcəkdir. Hər bir ALD dövründə substrat səthində adsorbsiya olunan prekursorun miqdarı substrat səthindəki aktiv qrupların sıxlığı ilə əlaqədardır. Substratın səthindəki reaktiv qruplar tükəndikdə, həddindən artıq prekursor daxil edilsə belə, substrat səthində kimyəvi adsorbsiya baş verməyəcəkdir.
Bu reaksiya prosesi səthi özünü məhdudlaşdıran reaksiya adlanır. Bu proses mexanizmi ALD prosesinin hər bir dövründə böyüyən filmin qalınlığını sabit edir, buna görə də ALD prosesi dəqiq qalınlığa nəzarət və yaxşı film addım örtüyü kimi üstünlüklərə malikdir.
3.10 Molekulyar Şüa Epitaksiyası Avadanlığı
Molekulyar Şüa Epitaksiyası (MBE) sistemi, ultra yüksək vakuum şəraitində müəyyən bir sürətlə qızdırılan substrat səthinə sprey etmək və substrat səthində adsorbsiya etmək və miqrasiya etmək üçün bir və ya daha çox istilik enerjisi atom şüalarından və ya molekulyar şüalardan istifadə edən epitaksial cihaza aiddir. substrat materialının kristal ox istiqaməti boyunca tək kristal nazik filmləri epitaksial olaraq böyütmək. Ümumiyyətlə, istilik qoruyucusu olan reaktiv soba ilə qızdırılması şərti ilə şüa mənbəyi bir atom şüası və ya molekulyar şüa meydana gətirir və film substrat materialının kristal ox istiqaməti boyunca qat-qat böyüyür.
Onun xüsusiyyətləri aşağı epitaksial böyümə temperaturudur və qalınlığı, interfeysi, kimyəvi tərkibi və çirklərin konsentrasiyası atom səviyyəsində dəqiq idarə edilə bilər. MBE yarımkeçirici ultra nazik monokristal plyonkaların hazırlanmasından yaransa da, onun tətbiqi indi metallar və izolyasiya edən dielektriklər kimi müxtəlif material sistemlərinə genişlənmişdir və III-V, II-VI, silisium, silisium germanium (SiGe) hazırlaya bilir. ), qrafen, oksidlər və üzvi filmlər.
Molekulyar şüa epitaksisi (MBE) sistemi əsasən ultra yüksək vakuum sistemindən, molekulyar şüa mənbəyindən, substratın bərkidilməsi və isitmə sistemindən, nümunə ötürmə sistemindən, yerində monitorinq sistemindən, nəzarət sistemindən və sınaqdan ibarətdir. sistemi.
Vakuum sisteminə vakuum nasosları (mexaniki nasoslar, molekulyar nasoslar, ion nasosları və kondensasiya nasosları və s.) və ultra yüksək vakuum artım mühiti yarada bilən müxtəlif klapanlar daxildir. Ümumiyyətlə əldə edilə bilən vakuum dərəcəsi 10-8 ilə 10-11 Torr arasındadır. Vakuum sistemi əsasən üç vakuum iş kamerasına malikdir, yəni nümunə inyeksiya kamerası, ilkin müalicə və səth analizi kamerası və böyümə kamerası.
Nümunə enjeksiyon kamerası digər kameraların yüksək vakuum şəraitini təmin etmək üçün nümunələri xarici dünyaya köçürmək üçün istifadə olunur; ilkin emal və səth analizi kamerası nümunənin enjeksiyon kamerasını və böyümə kamerasını birləşdirir və onun əsas funksiyası nümunəni əvvəlcədən emal etmək (substrat səthinin tam təmizliyini təmin etmək üçün yüksək temperaturda deqazasiya) və səthdə ilkin səth analizini aparmaqdır. təmizlənmiş nümunə; böyümə kamerası MBE sisteminin əsas hissəsidir, əsasən mənbə sobası və ona uyğun bağlama qurğusu, nümunə idarəetmə konsolu, soyutma sistemi, əks etdirən yüksək enerjili elektron difraksiya (RHEED) və in-situ monitorinq sistemindən ibarətdir. . Bəzi istehsal MBE avadanlıqlarının çoxlu böyümə kamerası konfiqurasiyası var. MBE avadanlığının strukturunun sxematik diaqramı aşağıda göstərilmişdir:
Silikon materialın MBE-si xammal kimi yüksək saflıqda silikondan istifadə edir, ultra yüksək vakuum (10-10～10-11Torr) şəraitində böyüyür və böyümə temperaturu 600～900℃, Ga (P-tip) və Sb ( N-tipi) dopinq mənbələri kimi. P, As və B kimi tez-tez istifadə olunan dopinq mənbələri buxarlanması çətin olduğundan şüa mənbələri kimi nadir hallarda istifadə olunur.
MBE-nin reaksiya kamerası molekulların orta sərbəst yolunu artıran və böyüyən materialın səthində çirklənmə və oksidləşməni azaldan ultra yüksək vakuum mühitinə malikdir. Hazırlanmış epitaksial material yaxşı səth morfologiyasına və vahidliyə malikdir və müxtəlif dopinq və ya müxtəlif material komponentləri ilə çox qatlı struktura çevrilə bilər.
MBE texnologiyası tək atom qatının qalınlığı ilə ultra nazik epitaksial təbəqələrin təkrar artımına nail olur və epitaksial təbəqələr arasındakı interfeys dikdir. III-V yarımkeçiricilərin və digər çoxkomponentli heterojen materialların böyüməsini təşviq edir. Hazırda MBE sistemi yeni nəsil mikrodalğalı cihazların və optoelektronik cihazların istehsalı üçün qabaqcıl texnoloji avadanlığa çevrilmişdir. MBE texnologiyasının çatışmazlıqları filmin yavaş böyümə sürəti, yüksək vakuum tələbləri və yüksək avadanlıq və avadanlıqdan istifadə xərcləridir.
3.11 Buxar Fazalı Epitaksiya Sistemi
Buxar fazalı epitaksiyası (VPE) sistemi qazlı birləşmələri substrata daşıyan və kimyəvi reaksiyalar vasitəsilə substratla eyni qəfəs düzümünə malik tək kristal material təbəqəsini əldə edən epitaksial böyümə qurğusuna aiddir. Epitaksial təbəqə homoepitaxial təbəqə (Si/Si) və ya heteroepitaksial təbəqə (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 və s.) ola bilər. Hazırda VPE texnologiyası nanomaterialların hazırlanması, güc qurğuları, yarımkeçirici optoelektronik cihazlar, günəş fotovoltaikləri və inteqral sxemlər sahələrində geniş istifadə olunur.
Tipik VPE-yə atmosfer təzyiqi epitaksisi və aşağı təzyiq epitaksisi, ultra yüksək vakuumda kimyəvi buxar çökmə, metal üzvi kimyəvi buxar çökmə və s. daxildir. VPE texnologiyasında əsas məqamlar reaksiya kamerasının dizaynı, qaz axını rejimi və vahidliyi, temperaturun vahidliyi və dəqiqliyə nəzarət, təzyiqə nəzarət və sabitlik, hissəciklərə və qüsurlara nəzarət və s.
Hazırda əsas kommersiya VPE sistemlərinin inkişaf istiqaməti böyük vafli yükləmə, tam avtomatik idarəetmə və temperatur və böyümə prosesinin real vaxt rejimində monitorinqidir. VPE sistemləri üç struktura malikdir: şaquli, üfüqi və silindrik. İstilik üsullarına müqavimətli isitmə, yüksək tezlikli induksiya isitmə və infraqırmızı radiasiya isitmə daxildir.
Hal-hazırda, VPE sistemləri əsasən epitaksial film böyüməsinin yaxşı vahidliyi və böyük vafli yükləmə xüsusiyyətlərinə malik olan üfüqi disk strukturlarından istifadə edir. VPE sistemləri adətən dörd hissədən ibarətdir: reaktor, istilik sistemi, qaz yolu sistemi və idarəetmə sistemi. GaAs və GaN epitaksial plyonkaların böyümə müddəti nisbətən uzun olduğundan, induksiyalı qızdırma və müqavimətli qızdırma daha çox istifadə olunur. Silikon VPE-də qalın epitaksial film böyüməsi əsasən induksiya qızdırmasından istifadə edir; nazik epitaksial film böyüməsi, temperaturun sürətli yüksəlməsi / düşməsi məqsədinə çatmaq üçün əsasən infraqırmızı istilikdən istifadə edir.
3.12 Maye Fazalı Epitaksiya Sistemi
Maye Fazalı Epitaksiya (LPE) sistemi yetişdiriləcək materialı (Si, Ga, As, Al və s.) və əlavə maddələri (Zn, Te, Sn və s.) həll edən epitaksial böyümə avadanlığına aiddir. daha aşağı ərimə nöqtəsi olan metal (məsələn, Ga, In və s.), belə ki, həlledicidə həlledici doymuş və ya həddindən artıq doymuş olur, sonra monokristal substrat məhlulla təmasda olur və həlledici maddə həlledicidən çökdürülür. tədricən soyuyur və substratın səthində kristal quruluşa və substratın strukturuna bənzər qəfəs sabitinə malik kristal material təbəqəsi yetişdirilir.
LPE metodu Nelson və digərləri tərəfindən təklif edilmişdir. 1963-cü ildə. Si nazik filmləri və monokristal materialları, həmçinin III-IV qruplar və civə kadmium telluridi kimi yarımkeçirici materialları yetişdirmək üçün istifadə olunur və müxtəlif optoelektronik cihazları, mikrodalğalı cihazları, yarımkeçirici cihazları və günəş elementlərini hazırlamaq üçün istifadə edilə bilər. .
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicera təmin edə bilərqrafit hissələri, yumşaq/sərt hiss, silisium karbid hissələri, CVD silisium karbid hissələri, vəSiC/TaC örtüklü hissələr30 gün ərzində.
Yuxarıdakı yarımkeçirici məhsullarla maraqlanırsınızsa,ilk dəfə bizimlə əlaqə saxlamaqdan çəkinməyin.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Göndərmə vaxtı: 31 avqust 2024-cü il