1. Введение
Процесс прикрепления веществ (сырья) к поверхности материалов подложки физическими или химическими методами называется ростом тонких пленок.
В соответствии с различными принципами работы осаждение тонких пленок на интегральных схемах можно разделить на:
-Физическое осаждение из паровой фазы (PVD);
-Химическое осаждение из паровой фазы (CVD);
-Расширение.
2. Процесс роста тонкой пленки
2.1 Процесс физического осаждения из паровой фазы и напыления
Процесс физического осаждения из паровой фазы (PVD) подразумевает использование физических методов, таких как вакуумное испарение, напыление, плазменное нанесение покрытия и молекулярно-лучевая эпитаксия, для формирования тонкой пленки на поверхности пластины.
В индустрии СБИС наиболее широко используемой технологией PVD является напыление, которое в основном применяется для изготовления электродов и металлических межсоединений интегральных схем. Распыление — это процесс, в котором редкие газы [такие как аргон (Ar)] ионизируются в ионы (такие как Ar+) под действием внешнего электрического поля в условиях высокого вакуума и бомбардируют целевой материал-источник в среде высокого напряжения. выбивая атомы или молекулы целевого материала, а затем достигая поверхности пластины и образуя тонкую пленку после процесса полета без столкновений. Ar имеет стабильные химические свойства, и его ионы не вступают в химическую реакцию с материалом мишени и пленкой. Поскольку интегральные схемы вступают в эпоху медных межсоединений толщиной 0,13 мкм, в слое медного барьерного материала используется пленка из нитрида титана (TiN) или нитрида тантала (TaN). Потребность в промышленных технологиях способствовала исследованию и разработке технологии химического реакционного распыления, то есть в камере распыления, помимо Ar, присутствует также химически активный газ азот (N2), так что Ti или Ta бомбардируются из материал мишени Ti или Ta реагирует с N2 с образованием необходимой пленки TiN или TaN.
Существует три широко используемых метода распыления: распыление постоянным током, радиочастотное распыление и магнетронное распыление. Поскольку интеграция интегральных схем продолжает расти, количество слоев многослойной металлической проводки увеличивается, а применение технологии PVD становится все более обширным. К материалам PVD относятся Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 и т. д.
Процессы PVD и напыления обычно выполняются в высокогерметизированной реакционной камере со степенью вакуума от 1×10-7 до 9×10-9 Торр, что позволяет обеспечить чистоту газа во время реакции; в то же время требуется внешнее высокое напряжение для ионизации инертного газа и создания достаточно высокого напряжения для бомбардировки цели. К основным параметрам оценки процессов PVD и напыления относятся количество пыли, а также величина сопротивления, однородность, отражательная способность, толщина и напряжение формируемой пленки.
2.2 Процесс химического осаждения и распыления из паровой фазы
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) относится к технологии процесса, в которой различные газообразные реагенты с различным парциальным давлением вступают в химическую реакцию при определенной температуре и давлении, а образующиеся твердые вещества осаждаются на поверхность материала подложки для получения желаемой толщины. фильм. В традиционном процессе производства интегральных схем полученные тонкопленочные материалы обычно представляют собой соединения, такие как оксиды, нитриды, карбиды или такие материалы, как поликристаллический кремний и аморфный кремний. Селективное эпитаксиальное выращивание, которое чаще используется после узла 45 нм, например, SiGe с источником и стоком или селективное эпитаксиальное выращивание Si, также является технологией CVD.
Эта технология позволяет продолжать формировать монокристаллические материалы того же типа или подобные исходной решетке на монокристаллической подложке из кремния или других материалов вдоль исходной решетки. CVD широко используется при выращивании изолирующих диэлектрических пленок (таких как SiO2, Si3N4 и SiON и т. д.) и металлических пленок (таких как вольфрам и т. д.).
Как правило, в соответствии с классификацией по давлению, CVD можно разделить на химическое осаждение из паровой фазы при атмосферном давлении (APCVD), химическое осаждение из паровой фазы при атмосферном давлении (SAPCVD) и химическое осаждение из паровой фазы при низком давлении (LPCVD).
В соответствии с температурной классификацией CVD можно разделить на химическое осаждение из паровой фазы при высоких/низких температурах (HTO/LTO CVD) и быстрое термическое химическое осаждение из паровой фазы (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
В зависимости от источника реакции CVD можно разделить на CVD на основе силана, CVD на основе полиэфира (CVD на основе TEOS) и химическое осаждение из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD);
В соответствии с энергетической классификацией CVD можно разделить на термическое химическое осаждение из паровой фазы (Thermal CVD), химическое осаждение из паровой фазы с плазмой (Plasma Enhanced CVD, PECVD) и плазмохимическое осаждение из паровой фазы высокой плотности (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Недавно также было разработано текучее химическое осаждение из паровой фазы (Flowable CVD, FCVD) с превосходной способностью к заполнению зазоров.
Различные пленки, выращенные CVD, имеют разные свойства (такие как химический состав, диэлектрическая проницаемость, напряжение, напряжение и напряжение пробоя) и могут использоваться отдельно в соответствии с различными требованиями процесса (такими как температура, покрытие ступеней, требования к наполнению и т. д.).
2.3 Процесс осаждения атомного слоя
Атомно-слоевое осаждение (ALD) означает осаждение атомов слой за слоем на материал подложки путем выращивания одной атомной пленки слой за слоем. Типичный ALD использует метод ввода газообразных предшественников в реактор попеременным импульсным способом.
Например, сначала предшественник реакции 1 вводится в поверхность подложки, а после химической адсорбции на поверхности подложки образуется одиночный атомный слой; затем оставшийся на поверхности подложки и в реакционной камере прекурсор 1 откачивается воздушным насосом; затем предшественник реакции 2 вводится в поверхность подложки и химически реагирует с предшественником 1, адсорбированным на поверхности подложки, с образованием соответствующего тонкопленочного материала и соответствующих побочных продуктов на поверхности подложки; когда предшественник 1 реагирует полностью, реакция автоматически прекращается, что является самоограничивающейся характеристикой ALD, а затем оставшиеся реагенты и побочные продукты экстрагируются для подготовки к следующей стадии роста; непрерывно повторяя описанный выше процесс, можно добиться осаждения тонкопленочных материалов, выращенных слой за слоем с одиночными атомами.
И ALD, и CVD представляют собой способы введения газообразного источника химической реакции для химической реакции на поверхности подложки, но разница состоит в том, что источник газообразной реакции CVD не имеет характеристики самоограничивающегося роста. Видно, что ключом к развитию технологии ALD является поиск прекурсоров с самоограничивающимися реакционными свойствами.
2.4 Эпитаксиальный процесс
Эпитаксиальный процесс — это процесс выращивания полностью упорядоченного монокристаллического слоя на подложке. Вообще говоря, эпитаксиальный процесс заключается в выращивании кристаллического слоя с той же ориентацией решетки, что и исходная подложка, на монокристаллической подложке. Эпитаксиальный процесс широко используется в производстве полупроводников, например, при эпитаксиальных кремниевых пластинах в производстве интегральных схем, эпитаксиальном выращивании встроенных истоков и стоков МОП-транзисторов, эпитаксиальном выращивании на подложках светодиодов и т. д.
В зависимости от различных фазовых состояний источника роста методы эпитаксиального роста можно разделить на твердофазную эпитаксию, жидкофазную эпитаксию и парофазную эпитаксию. В производстве интегральных схем обычно используемыми эпитаксиальными методами являются твердофазная эпитаксия и парофазная эпитаксия.
Твердофазная эпитаксия: относится к выращиванию монокристаллического слоя на подложке с использованием твердого источника. Например, термический отжиг после ионной имплантации на самом деле представляет собой процесс твердофазной эпитаксии. Во время ионной имплантации атомы кремния кремниевой пластины бомбардируются высокоэнергетическими имплантированными ионами, покидая свои исходные положения решетки и становясь аморфными, образуя поверхностный аморфный слой кремния. После высокотемпературного термического отжига аморфные атомы возвращаются в свои положения решетки и остаются в соответствии с ориентацией атомов кристалла внутри подложки.
Методы выращивания парофазной эпитаксии включают химическую эпитаксию из паровой фазы, молекулярно-лучевую эпитаксию, атомно-слоевую эпитаксию и т. д. В производстве интегральных схем наиболее часто используется химическая эпитаксия из паровой фазы. Принцип химической эпитаксии из паровой фазы в основном такой же, как и принцип химического осаждения из паровой фазы. Оба процесса представляют собой процессы, в которых образуются тонкие пленки путем химической реакции на поверхности пластин после смешивания газов.
Разница в том, что, поскольку химическая парофазная эпитаксия выращивает монокристаллический слой, она предъявляет более высокие требования к содержанию примесей в оборудовании и чистоте поверхности пластины. Ранний химический процесс эпитаксиального кремния из паровой фазы необходимо проводить в условиях высоких температур (более 1000°C). С усовершенствованием технологического оборудования, особенно с внедрением технологии вакуумно-обменных камер, чистота полости оборудования и поверхности кремниевой пластины значительно улучшилась, а эпитаксия кремния может проводиться при более низкой температуре (600-700°С). С). Процесс эпитаксиальной кремниевой пластины заключается в выращивании слоя монокристаллического кремния на поверхности кремниевой пластины.
По сравнению с исходной кремниевой подложкой эпитаксиальный слой кремния имеет более высокую чистоту и меньшее количество дефектов решетки, что повышает производительность производства полупроводников. Кроме того, можно гибко выбирать толщину роста и концентрацию легирования эпитаксиального слоя кремния, выращенного на кремниевой пластине, что обеспечивает гибкость конструкции устройства, например, снижает сопротивление подложки и улучшает изоляцию подложки. Эпитаксиальный процесс со встроенным истоком-стоком — это технология, широко используемая в узлах передовых логических технологий.
Это относится к процессу эпитаксиального выращивания легированного германия-кремния или кремния в областях истока и стока МОП-транзисторов. Основные преимущества внедрения встроенного эпитаксиального процесса исток-сток включают в себя: выращивание псевдокристаллического слоя, содержащего напряжения за счет адаптации решетки, улучшение подвижности носителей в канале; Легирование истока и стока in-situ позволяет снизить паразитное сопротивление перехода исток-сток и уменьшить дефекты имплантации высокоэнергетических ионов.
3. оборудование для выращивания тонких пленок
3.1 Вакуумно-испарительное оборудование
Вакуумное испарение — это метод нанесения покрытия, при котором твердые материалы нагреваются в вакуумной камере, вызывая их испарение, испарение или сублимацию, а затем конденсацию и осаждение на поверхности материала подложки при определенной температуре.
Обычно он состоит из трех частей, а именно вакуумной системы, системы испарения и системы нагрева. Вакуумная система состоит из вакуумных трубок и вакуумных насосов, и ее основная функция — обеспечить необходимую вакуумную среду для испарения. Система испарения состоит из стола испарения, компонента нагрева и компонента измерения температуры.
Целевой материал, подлежащий испарению (например, Ag, Al и т. д.), помещается на испарительный стол; Компонент нагрева и измерения температуры представляет собой систему с замкнутым контуром, используемую для контроля температуры испарения для обеспечения плавного испарения. Система нагрева состоит из пластинчатого столика и нагревательного компонента. Этап пластины используется для размещения подложки, на которую необходимо испарить тонкую пленку, а нагревательный компонент используется для реализации нагрева подложки и управления обратной связью измерения температуры.
Вакуумная среда является очень важным условием процесса вакуумного испарения, которое связано со скоростью испарения и качеством пленки. Если степень вакуума не соответствует требованиям, испаренные атомы или молекулы будут часто сталкиваться с молекулами остаточного газа, уменьшая их среднюю длину свободного пробега, а атомы или молекулы будут сильно рассеиваться, тем самым изменяя направление движения и уменьшая пленку. скорость формирования.
Кроме того, из-за присутствия остаточных молекул газа-примеси осажденная пленка серьезно загрязнена и имеет низкое качество, особенно когда скорость нарастания давления в камере не соответствует стандарту и есть утечка, воздух будет просачиваться в вакуумную камеру. , что окажет серьезное влияние на качество фильма.
Конструктивные характеристики вакуумно-испарительного оборудования определяют низкую однородность покрытия на подложках больших размеров. Чтобы улучшить ее однородность, обычно применяется метод увеличения расстояния источник-подложка и вращения подложки, но увеличение расстояния источник-подложка приведет к ухудшению скорости роста и чистоты пленки. При этом за счет увеличения вакуумного пространства снижается коэффициент использования испаряемого материала.
3.2 Оборудование для физического осаждения из паровой фазы постоянного тока
Физическое осаждение из паровой фазы постоянного тока (DCPVD) также известно как катодное распыление или двухэтапное вакуумное распыление постоянного тока. Целевой материал вакуумного распыления постоянным током используется в качестве катода, а подложка - в качестве анода. Вакуумное распыление заключается в формировании плазмы путем ионизации технологического газа.
Заряженные частицы в плазме ускоряются в электрическом поле для получения определенного количества энергии. Частицы с достаточной энергией бомбардируют поверхность материала мишени, так что атомы мишени распыляются; распыленные атомы с определенной кинетической энергией движутся к подложке, образуя тонкую пленку на поверхности подложки. Газ, используемый для распыления, обычно представляет собой редкий газ, например аргон (Ar), поэтому пленка, образующаяся при распылении, не будет загрязнена; кроме того, атомный радиус аргона больше подходит для распыления.
Размер распыляемых частиц должен быть близок к размеру распыляемых атомов мишени. Если частицы слишком велики или слишком малы, эффективное распыление не может быть сформировано. Помимо размерного фактора атома, на качество распыления влияет и массовый фактор атома. Если источник распыляемых частиц слишком легкий, атомы мишени не будут распыляться; если распыляемые частицы слишком тяжелые, мишень будет «изогнута» и мишень не будет распылена.
Целевой материал, используемый в DCPVD, должен быть проводником. Это связано с тем, что когда ионы аргона в технологическом газе бомбардируют материал мишени, они рекомбинируют с электронами на поверхности материала мишени. Когда материал мишени является проводником, таким как металл, электроны, потребляемые в результате этой рекомбинации, легче пополняются источником питания, а свободные электроны в других частях материала мишени за счет электропроводности, так что поверхность материала мишени как целое остается отрицательно заряженным и распыление сохраняется.
Напротив, если материал мишени является изолятором, после рекомбинации электронов на поверхности материала мишени свободные электроны в других частях материала мишени не могут быть пополнены за счет электропроводности, и даже положительные заряды будут накапливаться на поверхности материала мишени. поверхность материала мишени, в результате чего потенциал материала мишени повышается, а отрицательный заряд материала мишени ослабляется до тех пор, пока он не исчезает, что в конечном итоге приводит к прекращению распыления.
Следовательно, чтобы сделать изоляционные материалы пригодными для напыления, необходимо найти другой метод напыления. Радиочастотное распыление — это метод распыления, который подходит как для проводящих, так и для непроводящих мишеней.
Другим недостатком ДКПВД является высокое напряжение зажигания и сильная бомбардировка подложки электронами. Эффективным способом решения этой проблемы является использование магнетронного распыления, поэтому магнетронное распыление действительно имеет практическое значение в области интегральных схем.
3.3 Оборудование для РЧ-физического осаждения из паровой фазы
Радиочастотное физическое осаждение из паровой фазы (RFPVD) использует радиочастотную энергию в качестве источника возбуждения и представляет собой метод PVD, подходящий для различных металлических и неметаллических материалов.
Обычные частоты радиочастотного источника питания, используемые в RFPVD, составляют 13,56 МГц, 20 МГц и 60 МГц. Положительные и отрицательные циклы источника ВЧ-питания появляются попеременно. Когда мишень PVD находится в положительном полупериоде, поскольку поверхность мишени имеет положительный потенциал, электроны в технологической атмосфере будут течь к поверхности мишени, чтобы нейтрализовать положительный заряд, накопленный на ее поверхности, и даже продолжать накапливать электроны. делая его поверхность отрицательно смещенной; когда мишень для распыления находится в отрицательном полупериоде, положительные ионы будут двигаться к мишени и частично нейтрализоваться на поверхности мишени.
Самое критично то, что скорость движения электронов в ВЧ электрическом поле намного выше, чем у положительных ионов, а время положительного и отрицательного полупериода одинаково, поэтому после полного цикла поверхность мишени будет «Чистая» заряжена отрицательно. Следовательно, в первые несколько циклов отрицательный заряд поверхности мишени имеет тенденцию к увеличению; после этого поверхность мишени достигает стабильного отрицательного потенциала; после этого, поскольку отрицательный заряд мишени оказывает отталкивающее воздействие на электроны, количество положительных и отрицательных зарядов, полученных целевым электродом, имеет тенденцию к балансу, и мишень представляет собой стабильный отрицательный заряд.
Из описанного выше процесса видно, что процесс формирования отрицательного напряжения не имеет ничего общего со свойствами самого материала мишени, поэтому метод RFPVD может не только решить проблему распыления изолирующих мишеней, но и хорошо совместим. с обычными металлическими проводниками.
3.4 Оборудование для магнетронного распыления
Магнетронное распыление — это метод PVD, при котором магниты добавляются к задней части мишени. Добавленные магниты и система источника питания постоянного тока (или источника питания переменного тока) образуют источник магнетронного распыления. Источник распыления используется для формирования интерактивного электромагнитного поля в камере, захвата и ограничения диапазона движения электронов в плазме внутри камеры, расширения пути движения электронов и, таким образом, увеличения концентрации плазмы и, в конечном итоге, достижения большего осаждение.
Кроме того, поскольку больше электронов связано вблизи поверхности мишени, бомбардировка подложки электронами снижается и температура подложки снижается. По сравнению с технологией DCPVD с плоскими пластинами, одной из наиболее очевидных особенностей технологии магнетронного физического осаждения из паровой фазы является то, что напряжение воспламеняющего разряда ниже и более стабильно.
Благодаря более высокой концентрации плазмы и большей производительности распыления он позволяет достичь превосходной эффективности осаждения, контроля толщины осаждения в большом диапазоне размеров, точного контроля состава и более низкого напряжения зажигания. Таким образом, магнетронное распыление занимает доминирующее положение в современной технологии PVD металлических пленок. Простейшая конструкция источника магнетронного распыления заключается в размещении группы магнитов на задней стороне плоской мишени (вне вакуумной системы) для генерации магнитного поля, параллельного поверхности мишени, в локальном участке поверхности мишени.
Если помещен постоянный магнит, его магнитное поле относительно фиксировано, что приводит к относительно фиксированному распределению магнитного поля на поверхности мишени в камере. Распыляются только материалы в определенных областях мишени, коэффициент использования мишени низкий, а однородность подготовленной пленки плохая.
Существует определенная вероятность того, что распыленные частицы металла или другого материала будут осаждаться обратно на поверхность мишени, тем самым агрегируясь в частицы и образуя дефектное загрязнение. Поэтому в коммерческих источниках магнетронного распыления в основном используется конструкция вращающегося магнита для улучшения однородности пленки, коэффициента использования мишени и полного распыления мишени.
Крайне важно сбалансировать эти три фактора. Если баланс не соблюдается должным образом, это может привести к хорошей однородности пленки при значительном снижении целевой степени использования (сокращение целевого срока службы) или невозможности достижения полного целевого распыления или полной целевой коррозии, что приведет к проблемам с частицами во время распыления. процесс.
В технологии магнетронного PVD необходимо учитывать механизм движения вращающегося магнита, форму мишени, систему охлаждения мишени и источник магнетронного распыления, а также функциональную конфигурацию основания, на котором находится пластина, например, адсорбцию пластины и контроль температуры. В процессе PVD температура пластины контролируется для получения необходимой кристаллической структуры, размера и ориентации зерна, а также стабильности характеристик.
Поскольку для теплопроводности между обратной стороной пластины и поверхностью основания требуется определенное давление, обычно порядка нескольких Торр, а рабочее давление камеры обычно порядка нескольких мТорр, давление на обратную сторону давление пластины намного превышает давление на верхнюю поверхность пластины, поэтому для позиционирования и ограничения пластины необходим механический или электростатический патрон.
Для выполнения этой функции механический патрон опирается на собственный вес и край пластины. Несмотря на то, что он имеет такие преимущества, как простая структура и нечувствительность к материалу пластины, очевиден краевой эффект пластины, что не способствует строгому контролю частиц. Поэтому в процессе производства микросхем он постепенно был заменен электростатическим патроном.
Для процессов, которые не особенно чувствительны к температуре, также можно использовать неадсорбционный метод откладывания без краевого контакта (без разницы давления между верхней и нижней поверхностями пластины). В процессе PVD футеровка камеры и поверхность деталей, контактирующих с плазмой, осаждаются и покрываются. Когда толщина нанесенной пленки превышает предел, пленка трескается и отслаивается, вызывая проблемы с частицами.
Поэтому обработка поверхности таких деталей, как футеровка, является ключом к расширению этого предела. Пескоструйная очистка поверхности и напыление алюминия — два широко используемых метода, целью которых является увеличение шероховатости поверхности для укрепления связи между пленкой и поверхностью облицовки.
3.5 Оборудование для ионизационного физического осаждения из паровой фазы
С постоянным развитием технологий микроэлектроники размеры элементов становятся все меньше и меньше. Поскольку технология PVD не может контролировать направление осаждения частиц, способность PVD проникать через отверстия и узкие каналы с высоким соотношением сторон ограничена, что делает расширение применения традиционной технологии PVD все более сложной задачей. В процессе PVD, когда соотношение сторон пористой канавки увеличивается, покрытие внизу уменьшается, образуя карнизную нависающую структуру в верхнем углу и образуя самое слабое покрытие в нижнем углу.
Для решения этой проблемы была разработана технология ионизированного физического осаждения из паровой фазы. Сначала он плазматизирует атомы металла, распыленные из мишени, различными способами, а затем регулирует напряжение смещения, наложенное на пластину, чтобы контролировать направление и энергию ионов металла, чтобы получить стабильный направленный поток ионов металла для подготовки тонкой пленки, тем самым улучшая покрытие нижней части ступеней большого удлинения через отверстия и узкие каналы.
Типичной особенностью плазменной технологии ионизированного металла является добавление в камеру радиочастотной катушки. Во время процесса рабочее давление камеры поддерживается на относительно высоком уровне (в 5–10 раз превышает нормальное рабочее давление). При PVD радиочастотная катушка используется для генерации второй области плазмы, в которой концентрация аргоновой плазмы увеличивается с увеличением мощности радиочастоты и давления газа. Когда атомы металла, распыленные из мишени, проходят через эту область, они взаимодействуют с аргоновой плазмой высокой плотности, образуя ионы металлов.
Применение радиочастотного источника к держателю пластины (например, электростатического патрона) может увеличить отрицательное смещение на пластине и притянуть положительные ионы металла к дну канавки пор. Этот направленный поток ионов металла, перпендикулярный поверхности пластины, улучшает покрытие нижней части ступени порами с большим аспектным соотношением и узкими каналами.
Отрицательное смещение, приложенное к пластине, также приводит к бомбардировке ионами поверхности пластины (обратное распыление), что ослабляет нависающую структуру устья канавки пор и распыляет пленку, осажденную на дне, на боковые стенки в углах дна поры. канавку, тем самым улучшая покрытие ступеней в углах.
3.6 Оборудование для химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении
Оборудование для химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении (APCVD) представляет собой устройство, которое распыляет газообразный источник реакции с постоянной скоростью на поверхность нагретой твердой подложки в среде с давлением, близким к атмосферному давлению, вызывая химическую реакцию источника реакции на поверхность подложки, и продукт реакции осаждается на поверхности подложки с образованием тонкой пленки.
Оборудование APCVD является самым ранним оборудованием CVD и до сих пор широко используется в промышленном производстве и научных исследованиях. Оборудование APCVD можно использовать для приготовления тонких пленок, таких как монокристаллический кремний, поликристаллический кремний, диоксид кремния, оксид цинка, диоксид титана, фосфоросиликатное стекло и борофосфорсиликатное стекло.
3.7 Оборудование для химического осаждения из паровой фазы низкого давления
Оборудование для химического осаждения из паровой фазы низкого давления (LPCVD) относится к оборудованию, которое использует газообразное сырье для химической реакции на поверхности твердой подложки в условиях нагретой (350–1100°C) и низкого давления (10–100 мТорр) среды, и реагенты осаждаются на поверхности подложки, образуя тонкую пленку. Оборудование LPCVD разработано на основе APCVD для улучшения качества тонких пленок, улучшения равномерности распределения характерных параметров, таких как толщина пленки и удельное сопротивление, а также повышения эффективности производства.
Его основная особенность заключается в том, что в среде теплового поля низкого давления технологический газ химически реагирует на поверхности подложки пластины, и продукты реакции осаждаются на поверхности подложки, образуя тонкую пленку. Оборудование LPCVD имеет преимущества при изготовлении высококачественных тонких пленок и может использоваться для изготовления тонких пленок, таких как оксид кремния, нитрид кремния, поликремний, карбид кремния, нитрид галлия и графен.
По сравнению с APCVD реакционная среда низкого давления оборудования LPCVD увеличивает среднюю длину свободного пробега и коэффициент диффузии газа в реакционной камере.
Молекулы реакционного газа и газа-носителя в реакционной камере могут быть равномерно распределены за короткое время, что значительно улучшает однородность толщины пленки, однородность удельного сопротивления и ступенчатое покрытие пленки, а расход реакционного газа также невелик. Кроме того, среда низкого давления также ускоряет скорость передачи газовых веществ. Примеси и побочные продукты реакции, диффундирующие из подложки, можно быстро вывести из зоны реакции через пограничный слой, а реакционный газ быстро проходит через пограничный слой и достигает поверхности подложки для реакции, тем самым эффективно подавляя самолегирование, подготавливая высококачественные пленки с крутыми переходными зонами, а также повышение эффективности производства.
3.8 Оборудование для плазменного химического осаждения из паровой фазы
Плазменное химическое осаждение из паровой фазы (PECVD) является широко используемым методом.Технология нанесения хин-пленки. В ходе плазменного процесса газообразный предшественник ионизируется под действием плазмы с образованием возбужденных активных групп, которые диффундируют к поверхности подложки, а затем подвергаются химическим реакциям, завершающим рост пленки.
По частоте генерации плазмы плазму, используемую при PECVD, можно разделить на два типа: радиочастотную плазму (РЧ-плазма) и микроволновую плазму (СВЧ-плазма). В настоящее время радиочастота, используемая в промышленности, обычно составляет 13,56 МГц.
Введение радиочастотной плазмы обычно делят на два типа: емкостную связь (ККП) и индуктивную связь (ИКП). Метод емкостной связи обычно представляет собой метод прямой плазменной реакции; тогда как метод индуктивной связи может представлять собой метод прямой плазмы или метод дистанционной плазмы.
В процессах производства полупроводников PECVD часто используется для выращивания тонких пленок на подложках, содержащих металлы или другие термочувствительные структуры. Например, в области внутреннего металлического соединения интегральных схем, поскольку структуры истока, затвора и стока устройства были сформированы во входном процессе, рост тонких пленок в области металлического соединения является предметом к очень строгим ограничениям теплового баланса, поэтому обычно это выполняется с помощью плазмы. Регулируя параметры плазменного процесса, плотность, химический состав, содержание примесей, механическую прочность и параметры напряжения тонкой пленки, выращенной методом PECVD, можно регулировать и оптимизировать в определенном диапазоне.
3.9 Оборудование для осаждения атомного слоя
Атомно-слоевое осаждение (ALD) — это технология осаждения тонких пленок, которые периодически растут в виде квазимоноатомного слоя. Его особенностью является то, что толщину наносимой пленки можно точно регулировать, контролируя количество циклов роста. В отличие от процесса химического осаждения из паровой фазы (CVD), два (или более) предшественника в процессе ALD поочередно проходят через поверхность подложки и эффективно изолируются продувкой инертным газом.
Два предшественника не смешиваются и не встречаются в газовой фазе для химической реакции, а реагируют только посредством химической адсорбции на поверхности подложки. В каждом цикле ALD количество прекурсора, адсорбированного на поверхности подложки, зависит от плотности активных групп на поверхности подложки. Когда реакционноспособные группы на поверхности подложки исчерпаны, даже при введении избытка прекурсора химическая адсорбция на поверхности подложки не происходит.
Этот реакционный процесс называется поверхностной самоограничивающейся реакцией. Этот механизм процесса делает толщину пленки, выращенной в каждом цикле процесса ALD, постоянной, поэтому процесс ALD имеет преимущества точного контроля толщины и хорошего покрытия ступеней пленки.
3.10 Оборудование для молекулярно-лучевой эпитаксии
Система молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) относится к эпитаксиальному устройству, которое использует один или несколько атомных или молекулярных лучей тепловой энергии для распыления на нагретую поверхность подложки с определенной скоростью в условиях сверхвысокого вакуума, а также адсорбции и миграции на поверхность подложки. для эпитаксиального выращивания тонких монокристаллических пленок вдоль направления оси кристалла материала подложки. Обычно в условиях нагрева струйной печью с тепловым экраном источник луча образует атомный пучок или молекулярный пучок, а пленка растет слой за слоем вдоль направления кристаллической оси материала подложки.
Его характеристиками являются низкая температура эпитаксиального роста, а толщина, интерфейс, химический состав и концентрация примесей могут точно контролироваться на атомном уровне. Хотя MBE возник в результате приготовления полупроводниковых ультратонких монокристаллических пленок, в настоящее время его применение распространилось на различные материальные системы, такие как металлы и изолирующие диэлектрики, и позволяет получать III-V, II-VI, кремний, кремний-германий (SiGe ), графен, оксиды и органические пленки.
Система молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) в основном состоит из системы сверхвысокого вакуума, источника молекулярного луча, системы фиксации и нагрева подложки, системы переноса образцов, системы мониторинга на месте, системы управления и испытательного стенда. система.
Вакуумная система включает в себя вакуумные насосы (механические насосы, молекулярные насосы, ионные насосы, конденсационные насосы и т. д.) и различные клапаны, которые могут создавать среду выращивания со сверхвысоким вакуумом. Обычно достижимая степень вакуума составляет от 10-8 до 10-11 Торр. Вакуумная система в основном состоит из трех вакуумных рабочих камер, а именно камеры ввода проб, камеры предварительной обработки и анализа поверхности и камеры выращивания.
Камера для ввода проб используется для переноса проб во внешний мир, чтобы обеспечить условия высокого вакуума в других камерах; Камера предварительной обработки и анализа поверхности соединяет камеру ввода образца и камеру выращивания, и ее основная функция заключается в предварительной обработке образца (высокотемпературная дегазация для обеспечения полной чистоты поверхности подложки) и проведении предварительного анализа поверхности на очищенный образец; камера роста является основной частью системы MBE и в основном состоит из исходной печи и соответствующего узла заслонки, консоли управления образцом, системы охлаждения, системы дифракции электронов высоких энергий на отражение (RHEED) и системы мониторинга на месте. . Некоторое производственное оборудование MBE имеет несколько конфигураций ростовых камер. Принципиальная схема строения оборудования МПЭ представлена ниже:
Для MBE кремниевого материала в качестве сырья используется кремний высокой чистоты, он растет в условиях сверхвысокого вакуума (10-10 ~ 10-11 Торр), а температура роста составляет 600 ~ 900 ℃, с Ga (P-тип) и Sb ( N-тип) в качестве источников легирования. Обычно используемые источники легирования, такие как P, As и B, редко используются в качестве источников пучка, поскольку их трудно испарять.
Реакционная камера МЛЭ имеет среду сверхвысокого вакуума, что увеличивает длину свободного пробега молекул и снижает загрязнение и окисление на поверхности растущего материала. Приготовленный эпитаксиальный материал имеет хорошую морфологию поверхности и однородность, и его можно превратить в многослойную структуру с различным легированием или различными компонентами материала.
Технология MBE обеспечивает многократное выращивание ультратонких эпитаксиальных слоев толщиной в один атомный слой, при этом граница раздела между эпитаксиальными слоями является крутой. Это способствует росту полупроводников III-V и других многокомпонентных гетерогенных материалов. В настоящее время система МЛЭ стала передовым технологическим оборудованием для производства приборов СВЧ и оптоэлектроники нового поколения. Недостатками технологии МЛЭ являются медленная скорость роста пленки, высокие требования к вакууму, а также высокие затраты на оборудование и оборудование.
3.11 Система парофазной эпитаксии
Система парофазной эпитаксии (VPE) относится к устройству для эпитаксиального выращивания, которое транспортирует газообразные соединения к подложке и получает слой монокристаллического материала с тем же расположением решетки, что и подложка, посредством химических реакций. Эпитаксиальный слой может представлять собой гомоэпитаксиальный слой (Si/Si) или гетероэпитаксиальный слой (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 и т. д.). В настоящее время технология VPE широко используется в области подготовки наноматериалов, силовых устройств, полупроводниковых оптоэлектронных устройств, солнечной фотоэлектрической энергии и интегральных схем.
Типичный VPE включает эпитаксию при атмосферном давлении и эпитаксию при пониженном давлении, химическое осаждение из паровой фазы в сверхвысоком вакууме, химическое осаждение из паровой фазы металлорганических соединений и т. д. Ключевыми моментами в технологии VPE являются конструкция реакционной камеры, режим и однородность потока газа, однородность температуры и прецизионный контроль. контроль давления и стабильность, контроль частиц и дефектов и т. д.
В настоящее время направлением развития основных коммерческих систем VPE является загрузка больших пластин, полностью автоматическое управление и мониторинг температуры и процесса роста в реальном времени. Системы VPE имеют три структуры: вертикальную, горизонтальную и цилиндрическую. Методы нагрева включают резистивный нагрев, высокочастотный индукционный нагрев и нагрев инфракрасным излучением.
В настоящее время в системах VPE в основном используются горизонтальные дисковые структуры, которые обладают характеристиками хорошей однородности роста эпитаксиальной пленки и большой нагрузки на пластину. Системы ВПЭ обычно состоят из четырех частей: реактора, системы нагрева, системы газового тракта и системы управления. Поскольку время роста эпитаксиальных пленок GaAs и GaN относительно велико, чаще всего используются индукционный и резистивный нагрев. В кремниевом VPE для выращивания толстых эпитаксиальных пленок в основном используется индукционный нагрев; При выращивании тонкой эпитаксиальной пленки в основном используется инфракрасный нагрев для достижения быстрого повышения/падения температуры.
3.12 Система жидкофазной эпитаксии
Система жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) относится к оборудованию для эпитаксиального выращивания, которое растворяет выращиваемый материал (например, Si, Ga, As, Al и т. д.) и легирующие примеси (такие как Zn, Te, Sn и т. д.) в металл с более низкой температурой плавления (например, Ga, In и т. д.), так что растворенное вещество насыщается или перенасыщается в растворителе, а затем монокристаллическая подложка контактирует с раствором, и растворенное вещество осаждается из растворителя путем постепенно остывает, и на поверхности подложки вырастает слой кристаллического материала с кристаллической структурой и постоянной решетки, аналогичными кристаллической структуре подложки.
Метод LPE был предложен Нельсоном и др. в 1963 году. Он используется для выращивания тонких пленок Si и монокристаллических материалов, а также полупроводниковых материалов, таких как III-IV группы и теллурид ртути-кадмия, и может использоваться для изготовления различных оптоэлектронных устройств, микроволновых устройств, полупроводниковых приборов и солнечных элементов. .
————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera может предоставитьграфитовые детали, мягкий/жесткий фетр, детали из карбида кремния, Детали из карбида кремния CVD, иДетали с покрытием SiC/TaCс через 30 дней.
Если вы заинтересованы в вышеуказанных полупроводниковых продуктах,Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам в первый раз.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Время публикации: 31 августа 2024 г.