1. Introducció
El procés d'adhesió de substàncies (matèries primeres) a la superfície dels materials del substrat per mètodes físics o químics s'anomena creixement de pel·lícula fina.
Segons diferents principis de funcionament, la deposició de pel·lícula fina del circuit integrat es pot dividir en:
-Deposició física de vapor (PVD);
-Deposició de vapor químic (CVD);
-Extensió.
2. Procés de creixement de pel·lícules primes
2.1 Procés físic de deposició de vapor i sputtering
El procés de deposició física de vapor (PVD) es refereix a l'ús de mètodes físics com l'evaporació al buit, la pulverització, el recobriment de plasma i l'epitaxia de feix molecular per formar una pel·lícula fina a la superfície d'una hòstia.
A la indústria VLSI, la tecnologia PVD més utilitzada és la pulverització, que s'utilitza principalment per a elèctrodes i interconnexions metàl·liques de circuits integrats. La pulverització és un procés en què els gasos rars [com l'argó (Ar)] s'ionitzen en ions (com l'Ar+) sota l'acció d'un camp elèctric extern en condicions de buit elevat, i bombardegen la font objectiu del material en un entorn d'alta tensió. eliminant àtoms o molècules del material objectiu, i després arribant a la superfície de l'hòstia per formar una pel·lícula fina després d'un procés de vol sense col·lisions. Ar té propietats químiques estables i els seus ions no reaccionaran químicament amb el material objectiu i la pel·lícula. A mesura que els xips de circuits integrats entren a l'era d'interconnexió de coure de 0,13 μm, la capa de material de barrera de coure utilitza pel·lícula de nitrur de titani (TiN) o nitrur de tàntal (TaN). La demanda de tecnologia industrial ha promogut la investigació i el desenvolupament de la tecnologia de reaccions químiques sputtering, és a dir, a la cambra de sputtering, a més d'Ar, també hi ha un nitrogen de gas reactiu (N2), de manera que el Ti o el Ta bombardejat des del El material objectiu Ti o Ta reacciona amb N2 per generar la pel·lícula de TiN o TaN necessària.
Hi ha tres mètodes de sputtering utilitzats habitualment, a saber, sputtering DC, sputtering RF i sputtering magnetrón. A mesura que la integració de circuits integrats continua augmentant, augmenta el nombre de capes de cablejat metàl·lic multicapa i l'aplicació de la tecnologia PVD és cada cop més extensa. Els materials PVD inclouen Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, etc.
Els processos de PVD i sputtering solen completar-se en una cambra de reacció altament segellada amb un grau de buit d'1 × 10-7 a 9 × 10-9 Torr, que pot assegurar la puresa del gas durant la reacció; al mateix temps, es requereix un alt voltatge extern per ionitzar el gas rar per generar un voltatge prou alt per bombardejar l'objectiu. Els principals paràmetres per avaluar els processos de PVD i sputtering inclouen la quantitat de pols, així com el valor de resistència, uniformitat, gruix de reflectivitat i tensió de la pel·lícula formada.
2.2 Procés de deposició de vapor químic i sputtering
La deposició química de vapor (CVD) es refereix a una tecnologia de procés en la qual una varietat de reactius gasosos amb diferents pressions parcials reaccionen químicament a una temperatura i pressió determinades, i les substàncies sòlides generades es dipositen a la superfície del material del substrat per obtenir el gruix desitjat. pel·lícula. En el procés tradicional de fabricació de circuits integrats, els materials de pel·lícula fina obtinguts són generalment compostos com òxids, nitrurs, carburs o materials com silici policristalí i silici amorf. El creixement epitaxial selectiu, que s'utilitza més habitualment després del node de 45 nm, com ara el creixement epitaxial selectiu SiGe de font i drenatge o Si, també és una tecnologia CVD.
Aquesta tecnologia pot continuar formant materials monocristallins del mateix tipus o similars a la xarxa original sobre un substrat monocristal de silici o altres materials al llarg de la xarxa original. El CVD s'utilitza àmpliament en el creixement de pel·lícules dielèctriques aïllants (com ara SiO2, Si3N4 i SiON, etc.) i pel·lícules metàl·liques (com ara tungstè, etc.).
En general, segons la classificació de pressió, el CVD es pot dividir en deposició de vapor químic a pressió atmosfèrica (APCVD), deposició de vapor químic a pressió inferior a l'atmosfera (SAPCVD) i deposició de vapor químic de baixa pressió (LPCVD).
Segons la classificació de la temperatura, el CVD es pot dividir en deposició de vapor químic de pel·lícula d'òxid d'alta temperatura / baixa temperatura (HTO/LTO CVD) i deposició de vapor químic tèrmic ràpid (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Segons la font de reacció, el CVD es pot dividir en CVD basat en silà, CVD basat en polièster (CVD basat en TEOS) i deposició de vapor químic orgànic metàl·lic (MOCVD);
Segons la classificació energètica, el CVD es pot dividir en deposició de vapor químic tèrmic (CVD tèrmic), deposició de vapor químic millorat per plasma (CVD millorat per plasma, PECVD) i deposició de vapor químic de plasma d'alta densitat (CVD de plasma d'alta densitat, HDPCVD). Recentment, també s'ha desenvolupat la deposició de vapor químic fluid (Flowable CVD, FCVD) amb una excel·lent capacitat d'ompliment de buits.
Les diferents pel·lícules cultivades amb CVD tenen propietats diferents (com ara composició química, constant dielèctrica, tensió, tensió i tensió de ruptura) i es poden utilitzar per separat segons els diferents requisits del procés (com ara la temperatura, la cobertura del pas, els requisits d'ompliment, etc.).
2.3 Procés de deposició de la capa atòmica
La deposició de capa atòmica (ALD) es refereix a la deposició d'àtoms capa per capa sobre un material de substrat fent créixer una única pel·lícula atòmica capa per capa. Un ALD típic adopta el mètode d'introduir precursors gasosos al reactor de manera alternada per pols.
Per exemple, primer, el precursor de reacció 1 s'introdueix a la superfície del substrat i, després de l'adsorció química, es forma una única capa atòmica a la superfície del substrat; després, el precursor 1 que queda a la superfície del substrat ia la cambra de reacció és bombejat per una bomba d'aire; llavors el precursor de reacció 2 s'introdueix a la superfície del substrat i reacciona químicament amb el precursor 1 adsorbit a la superfície del substrat per generar el material de pel·lícula prima corresponent i els subproductes corresponents a la superfície del substrat; quan el precursor 1 reacciona completament, la reacció s'acabarà automàticament, que és la característica autolimitada de l'ALD, i després s'extreuen els reactius i subproductes restants per preparar-se per a la següent etapa de creixement; repetint el procés anterior de forma contínua, es pot aconseguir la deposició de materials de pel·lícula fina cultivats capa per capa amb àtoms individuals.
Tant ALD com CVD són maneres d'introduir una font de reacció química gasosa per reaccionar químicament a la superfície del substrat, però la diferència és que la font de reacció gasosa de CVD no té la característica de creixement autolimitat. Es pot veure que la clau per desenvolupar la tecnologia ALD és trobar precursors amb propietats de reacció autolimitades.
2.4 Procés epitaxial
El procés epitaxial es refereix al procés de fer créixer una capa de cristall únic completament ordenada sobre un substrat. En termes generals, el procés epitaxial consisteix a fer créixer una capa de cristall amb la mateixa orientació de gelosia que el substrat original sobre un substrat de cristall únic. El procés epitaxial s'utilitza àmpliament en la fabricació de semiconductors, com les hòsties de silici epitaxial a la indústria de circuits integrats, el creixement epitaxial de la font incrustada i el drenatge dels transistors MOS, el creixement epitaxial en substrats LED, etc.
Segons els diferents estats de fase de la font de creixement, els mètodes de creixement epitaxial es poden dividir en epitaxia en fase sòlida, epitàxia en fase líquida i epitàxia en fase de vapor. En la fabricació de circuits integrats, els mètodes epitaxials utilitzats habitualment són l'epitaxia en fase sòlida i l'epitaxia en fase de vapor.
Epitaxia en fase sòlida: es refereix al creixement d'una sola capa de cristall sobre un substrat mitjançant una font sòlida. Per exemple, el recuit tèrmic després de la implantació d'ions és en realitat un procés d'epitaxia en fase sòlida. Durant la implantació d'ions, els àtoms de silici de la hòstia de silici són bombardejats per ions implantats d'alta energia, deixant les seves posicions de gelosia originals i es tornen amorfs, formant una capa superficial de silici amorf. Després del recuit tèrmic a alta temperatura, els àtoms amorfs tornen a les seves posicions de gelosia i es mantenen coherents amb l'orientació del cristall atòmic dins del substrat.
Els mètodes de creixement de l'epitaxia en fase de vapor inclouen epitaxia química en fase de vapor, epitaxia de feix molecular, epitaxia de capa atòmica, etc. En la fabricació de circuits integrats, l'epitaxia química en fase de vapor és la més utilitzada. El principi de l'epitaxia química en fase de vapor és bàsicament el mateix que el de la deposició química de vapor. Tots dos són processos que dipositen pel·lícules primes reaccionant químicament a la superfície de les hòsties després de la barreja de gasos.
La diferència és que com que l'epitaxia química en fase de vapor fa créixer una sola capa de cristall, té requisits més elevats pel que fa al contingut d'impureses de l'equip i a la neteja de la superfície de l'hòstia. El primer procés de silici epitaxial en fase de vapor químic s'ha de dur a terme en condicions d'alta temperatura (més de 1000 °C). Amb la millora dels equips de procés, especialment l'adopció de la tecnologia de la cambra d'intercanvi al buit, s'ha millorat molt la neteja de la cavitat de l'equip i la superfície de l'hòstia de silici i l'epitaxia de silici es pot dur a terme a una temperatura més baixa (600-700 °). C). El procés d'hòstia de silici epitaxial consisteix a fer créixer una capa de silici monocristall a la superfície de l'hòstia de silici.
En comparació amb el substrat de silici original, la capa de silici epitaxial té una puresa més alta i menys defectes de gelosia, millorant així el rendiment de la fabricació de semiconductors. A més, el gruix de creixement i la concentració de dopatge de la capa de silici epitaxial cultivada a la hòstia de silici es poden dissenyar de manera flexible, cosa que aporta flexibilitat al disseny del dispositiu, com ara reduir la resistència del substrat i millorar l'aïllament del substrat. El procés epitaxial de drenatge font incrustat és una tecnologia àmpliament utilitzada en nodes de tecnologia lògica avançada.
Es refereix al procés de creixement epitaxial de silici o silici de germani dopat a les regions d'origen i drenatge dels transistors MOS. Els principals avantatges d'introduir el procés epitaxial de drenatge font incrustat inclouen: fer créixer una capa pseudocristal·lina que conté estrès a causa de l'adaptació de la xarxa, millorant la mobilitat del portador del canal; El dopatge in situ de la font i el drenatge pot reduir la resistència parasitària de la unió font-drenatge i reduir els defectes de la implantació d'ions d'alta energia.
3. equip de creixement de pel·lícula fina
3.1 Equips d'evaporació al buit
L'evaporació al buit és un mètode de recobriment que escalfa materials sòlids en una cambra de buit per fer-los evaporar, vaporitzar o sublimar, i després condensar i dipositar-se a la superfície d'un material de substrat a una temperatura determinada.
Normalment consta de tres parts, és a dir, el sistema de buit, el sistema d'evaporació i el sistema de calefacció. El sistema de buit consta de canonades de buit i bombes de buit, i la seva funció principal és proporcionar un entorn de buit qualificat per a l'evaporació. El sistema d'evaporació consta d'una taula d'evaporació, un component de calefacció i un component de mesura de temperatura.
El material objectiu a evaporar (com Ag, Al, etc.) es col·loca a la taula d'evaporació; el component de mesura de la calefacció i la temperatura és un sistema de bucle tancat que s'utilitza per controlar la temperatura d'evaporació per garantir una evaporació suau. El sistema de calefacció consta d'una etapa d'hòstia i un component de calefacció. L'etapa d'hòstia s'utilitza per col·locar el substrat sobre el qual s'ha d'evaporar la pel·lícula fina, i el component d'escalfament s'utilitza per realitzar l'escalfament del substrat i el control de la retroalimentació de la mesura de la temperatura.
L'entorn al buit és una condició molt important en el procés d'evaporació al buit, que està relacionada amb la velocitat d'evaporació i la qualitat de la pel·lícula. Si el grau de buit no compleix els requisits, els àtoms o molècules vaporitzades xocaran freqüentment amb les molècules de gas residuals, fent que el seu camí lliure mitjà sigui més petit, i els àtoms o molècules es dispersaran severament, canviant així la direcció del moviment i reduint la pel·lícula. taxa de formació.
A més, a causa de la presència de molècules de gas d'impureses residuals, la pel·lícula dipositada està seriosament contaminada i de mala qualitat, especialment quan la velocitat d'augment de pressió de la cambra no compleix la norma i hi ha fuites, l'aire es filtrarà a la cambra de buit. , que tindrà un greu impacte en la qualitat de la pel·lícula.
Les característiques estructurals de l'equip d'evaporació al buit determinen que la uniformitat del recobriment en substrats de gran mida és deficient. Per millorar la seva uniformitat, generalment s'adopta el mètode d'augmentar la distància font-substrat i girar el substrat, però augmentar la distància font-substrat sacrificarà la velocitat de creixement i la puresa de la pel·lícula. Al mateix temps, a causa de l'augment de l'espai de buit, es redueix la taxa d'utilització del material evaporat.
3.2 Equips físics de deposició de vapor de corrent continu
La deposició física de vapor de corrent continu (DCPVD) també es coneix com a sputtering catòdic o sputtering DC en dues etapes al buit. El material objectiu de la pulverització de CC al buit s'utilitza com a càtode i el substrat s'utilitza com a ànode. La pulverització al buit consisteix a formar un plasma ionitzant el gas de procés.
Les partícules carregades del plasma s'acceleren en el camp elèctric per obtenir una certa quantitat d'energia. Les partícules amb suficient energia bombardegen la superfície del material objectiu, de manera que els àtoms objectiu són embrutats; els àtoms amb una certa energia cinètica es mouen cap al substrat per formar una pel·lícula fina a la superfície del substrat. El gas que s'utilitza per a la pulverització és generalment un gas rar, com l'argó (Ar), per la qual cosa la pel·lícula formada per la pulverització no es contaminarà; a més, el radi atòmic de l'argó és més adequat per a la poltrona.
La mida de les partícules de pulverització ha d'estar propera a la mida dels àtoms objectiu que s'han de fer. Si les partícules són massa grans o massa petites, no es pot formar una pulverització eficaç. A més del factor de mida de l'àtom, el factor de massa de l'àtom també afectarà la qualitat de la pulverització. Si la font de partícules polsades és massa lleugera, els àtoms objectiu no es faran polèmica; si les partícules de pulverització són massa pesades, l'objectiu estarà "doblat" i l'objectiu no es farà.
El material objectiu utilitzat en DCPVD ha de ser un conductor. Això es deu al fet que quan els ions d'argó del gas del procés bombardegen el material objectiu, es recombinaran amb els electrons a la superfície del material objectiu. Quan el material objectiu és un conductor com un metall, els electrons consumits per aquesta recombinació es reomplen més fàcilment per la font d'alimentació i els electrons lliures en altres parts del material objectiu mitjançant la conducció elèctrica, de manera que la superfície del material objectiu com a sencer es manté carregat negativament i es manté la polverització.
Per contra, si el material objectiu és un aïllant, després que els electrons a la superfície del material objectiu es recombinin, els electrons lliures d'altres parts del material objectiu no es poden reposar per conducció elèctrica, i fins i tot s'acumularan càrregues positives al superfície del material objectiu, fent que el potencial del material objectiu augmenti, i la càrrega negativa del material objectiu es debilita fins que desapareix, provocant finalment la finalització del material objectiu. espolvorear.
Per tant, per tal de fer que els materials aïllants també siguin utilitzables per a la catòfora, cal trobar un altre mètode de catòfor. La sputtering de radiofreqüència és un mètode de sputtering adequat tant per a objectius conductors com no conductors.
Un altre desavantatge del DCPVD és que la tensió d'ignició és alta i el bombardeig d'electrons sobre el substrat és fort. Una manera eficaç de resoldre aquest problema és fer servir la catòfora de magnetrons, de manera que la catòdica de magnetrons és realment de valor pràctic en el camp dels circuits integrats.
3.3 Equips físics de deposició de vapor de RF
La deposició física de vapor de radiofreqüència (RFPVD) utilitza potència de radiofreqüència com a font d'excitació i és un mètode PVD adequat per a una varietat de materials metàl·lics i no metàl·lics.
Les freqüències habituals de la font d'alimentació de RF utilitzades a RFPVD són 13,56 MHz, 20 MHz i 60 MHz. Els cicles positius i negatius de la font d'alimentació de RF apareixen alternativament. Quan l'objectiu PVD es troba en el mig cicle positiu, perquè la superfície de l'objectiu es troba a un potencial positiu, els electrons de l'atmosfera del procés fluiran a la superfície de l'objectiu per neutralitzar la càrrega positiva acumulada a la seva superfície i fins i tot continuar acumulant electrons, fent que la seva superfície estigui esbiaixada negativament; quan l'objectiu de pulverització es troba en el mig cicle negatiu, els ions positius es mouran cap a l'objectiu i es neutralitzaran parcialment a la superfície de l'objectiu.
El més crític és que la velocitat de moviment dels electrons al camp elèctric de RF és molt més ràpida que la dels ions positius, mentre que el temps dels semicicles positius i negatius és el mateix, de manera que després d'un cicle complet, la superfície objectiu serà "net" carregat negativament. Per tant, en els primers cicles, la càrrega negativa de la superfície objectiu mostra una tendència creixent; després, la superfície objectiu assoleix un potencial negatiu estable; després, com que la càrrega negativa de l'objectiu té un efecte repulsiu sobre els electrons, la quantitat de càrregues positives i negatives rebudes per l'elèctrode objectiu tendeix a equilibrar-se i l'objectiu presenta una càrrega negativa estable.
A partir del procés anterior, es pot veure que el procés de formació de tensió negativa no té res a veure amb les propietats del material objectiu en si, de manera que el mètode RFPVD no només pot resoldre el problema de la polverització d'objectius aïllants, sinó que també és compatible. amb objectius conductors metàl·lics convencionals.
3.4 Equips de catòfora amb magnetrons
La polverització de magnetrons és un mètode PVD que afegeix imants a la part posterior de l'objectiu. Els imants afegits i el sistema d'alimentació de corrent continu (o font d'alimentació de CA) formen una font de polverització de magnetrons. La font de pulverització s'utilitza per formar un camp electromagnètic interactiu a la cambra, capturar i limitar el rang de moviment dels electrons al plasma dins de la cambra, ampliar el camí de moviment dels electrons i, per tant, augmentar la concentració del plasma i, finalment, aconseguir més deposició.
A més, com que hi ha més electrons units a prop de la superfície de l'objectiu, es redueix el bombardeig del substrat per part dels electrons i es redueix la temperatura del substrat. En comparació amb la tecnologia DCPVD de placa plana, una de les característiques més òbvies de la tecnologia de deposició física de vapor de magnetron és que la tensió de descàrrega d'encesa és més baixa i més estable.
A causa de la seva major concentració de plasma i un major rendiment de pulverització, pot aconseguir una excel·lent eficiència de deposició, un control del gruix de la deposició en un rang de mida gran, un control precís de la composició i una tensió d'ignició més baixa. Per tant, la pulverització de magnetrons es troba en una posició dominant a la pel·lícula metàl·lica actual PVD. El disseny més senzill de la font de pulverització de magnetrons és col·locar un grup d'imants a la part posterior de l'objectiu pla (fora del sistema de buit) per generar un camp magnètic paral·lel a la superfície de l'objectiu en una àrea local de la superfície de l'objectiu.
Si es col·loca un imant permanent, el seu camp magnètic és relativament fix, donant lloc a una distribució del camp magnètic relativament fixa a la superfície objectiu de la cambra. Només s'escampen materials en àrees específiques de l'objectiu, la taxa d'utilització de l'objectiu és baixa i la uniformitat de la pel·lícula preparada és deficient.
Hi ha una certa probabilitat que les partícules de metall o altres materials es dipositen de nou a la superfície objectiu, agregant-se així en partícules i formant una contaminació per defecte. Per tant, les fonts comercials de catòfora de magnetrons utilitzen majoritàriament un disseny d'imants rotatius per millorar la uniformitat de la pel·lícula, la taxa d'utilització de l'objectiu i la catòdicació total de l'objectiu.
És crucial equilibrar aquests tres factors. Si la balança no es maneja bé, pot resultar en una bona uniformitat de la pel·lícula alhora que es redueix considerablement la taxa d'utilització de l'objectiu (escurçant la vida útil de l'objectiu) o no s'aconsegueix la polverització total de l'objectiu o la corrosió total de l'objectiu, la qual cosa causarà problemes de partícules durant la polverització. procés.
En la tecnologia PVD de magnetró, cal tenir en compte el mecanisme de moviment de l'imant giratori, la forma de l'objectiu, el sistema de refrigeració de l'objectiu i la font de polverització de magnetrons, així com la configuració funcional de la base que porta l'hòstia, com ara l'adsorció de l'hòstia i el control de la temperatura. En el procés PVD, la temperatura de l'hòstia es controla per obtenir l'estructura de cristall requerida, la mida del gra i l'orientació, així com l'estabilitat del rendiment.
Com que la conducció de calor entre la part posterior de l'hòstia i la superfície de la base requereix una certa pressió, generalment de l'ordre de diversos Torr, i la pressió de treball de la cambra sol ser de l'ordre de diversos mTorr, la pressió a la part posterior de l'hòstia és molt més gran que la pressió a la superfície superior de l'hòstia, per la qual cosa es necessita un mandril mecànic o un mandril electrostàtic per posicionar i limitar l'hòstia.
El mandril mecànic depèn del seu propi pes i de la vora de l'hòstia per aconseguir aquesta funció. Tot i que té els avantatges d'una estructura simple i de la insensibilitat al material de l'hòstia, l'efecte de vora de l'hòstia és evident, la qual cosa no afavoreix el control estricte de les partícules. Per tant, s'ha substituït gradualment per un mandril electrostàtic en el procés de fabricació d'IC.
Per a processos que no són especialment sensibles a la temperatura, també es pot utilitzar un mètode de prestatgeria sense adsorció i sense contacte de vora (sense diferència de pressió entre les superfícies superior i inferior de l'hòstia). Durant el procés PVD, el revestiment de la cambra i la superfície de les peces en contacte amb el plasma es dipositarà i es cobrirà. Quan el gruix de la pel·lícula dipositada supera el límit, la pel·lícula s'esquerdarà i es desenganxarà, causant problemes de partícules.
Per tant, el tractament superficial de peces com el revestiment és la clau per ampliar aquest límit. El sorra superficial i la polvorització d'alumini són dos mètodes d'ús habitual, el propòsit dels quals és augmentar la rugositat de la superfície per reforçar la unió entre la pel·lícula i la superfície del revestiment.
3.5 Equips físics de deposició de vapor d'ionització
Amb el desenvolupament continu de la tecnologia microelectrònica, les mides de les característiques són cada cop més petites. Com que la tecnologia PVD no pot controlar la direcció de deposició de les partícules, la capacitat del PVD per entrar a través de forats i canals estrets amb relacions d'aspecte elevades és limitada, cosa que fa que l'aplicació ampliada de la tecnologia PVD tradicional sigui cada cop més desafiada. En el procés PVD, a mesura que augmenta la relació d'aspecte de la ranura del porus, la cobertura a la part inferior disminueix, formant una estructura sobresortint semblant a un ràfec a la cantonada superior i formant la cobertura més feble a la cantonada inferior.
Es va desenvolupar la tecnologia de deposició de vapor físic ionitzat per resoldre aquest problema. Primer plasma els àtoms metàl·lics escampats des de l'objectiu de diferents maneres, i després ajusta la tensió de polarització carregada a l'hòstia per controlar la direcció i l'energia dels ions metàl·lics per obtenir un flux d'ions metàl·lics direccional estable per preparar una pel·lícula fina, millorant així la cobertura de la part inferior dels passos d'alta relació d'aspecte a través de forats i canals estrets.
La característica típica de la tecnologia de plasma de metall ionitzat és l'addició d'una bobina de radiofreqüència a la cambra. Durant el procés, la pressió de treball de la cambra es manté en un estat relativament alt (de 5 a 10 vegades la pressió de treball normal). Durant la PVD, la bobina de radiofreqüència s'utilitza per generar la segona regió de plasma, en la qual la concentració de plasma d'argó augmenta amb l'augment de la potència de radiofreqüència i la pressió del gas. Quan els àtoms metàl·lics escampats des de l'objectiu travessen aquesta regió, interaccionen amb el plasma d'argó d'alta densitat per formar ions metàl·lics.
L'aplicació d'una font de RF al suport de l'hòstia (com ara un mandril electrostàtic) pot augmentar el biaix negatiu de l'hòstia per atraure ions metàl·lics positius a la part inferior de la ranura del porus. Aquest flux direccional d'ions metàl·lics perpendicular a la superfície de l'hòstia millora la cobertura inferior del pas dels porus d'alta relació d'aspecte i dels canals estrets.
El biaix negatiu aplicat a l'hòstia també fa que els ions bombardinin la superfície de l'hòstia (sputtering inversa), la qual cosa debilita l'estructura sobresortint de la boca de la ranura del porus i pulveritza la pel·lícula dipositada a la part inferior a les parets laterals a les cantonades de la part inferior del porus. ranura, millorant així la cobertura del pas a les cantonades.
3.6 Equips de deposició de vapor químic a pressió atmosfèrica
L'equip de deposició de vapor químic a pressió atmosfèrica (APCVD) es refereix a un dispositiu que ruixa una font de reacció gasosa a una velocitat constant sobre la superfície d'un substrat sòlid escalfat sota un entorn amb una pressió propera a la pressió atmosfèrica, fent que la font de reacció reaccioni químicament. la superfície del substrat i el producte de reacció es diposita a la superfície del substrat per formar una pel·lícula fina.
L'equip APCVD és el primer equip CVD i encara s'utilitza àmpliament en la producció industrial i la investigació científica. L'equip APCVD es pot utilitzar per preparar pel·lícules primes com ara silici monocristal·lí, silici policristalí, diòxid de silici, òxid de zinc, diòxid de titani, vidre fosfosilicat i vidre borofosfosilicat.
3.7 Equips de deposició de vapor químic a baixa pressió
L'equip de deposició de vapor químic a baixa pressió (LPCVD) fa referència a equips que utilitzen matèries primeres gasoses per reaccionar químicament a la superfície d'un substrat sòlid en un entorn escalfat (350-1100 °C) i baixa pressió (10-100 mTorr), i els reactius es dipositen a la superfície del substrat per formar una pel·lícula fina. L'equip LPCVD es desenvolupa a partir de l'APCVD per millorar la qualitat de les pel·lícules primes, millorar la uniformitat de distribució de paràmetres característics com ara el gruix i la resistivitat de la pel·lícula i millorar l'eficiència de la producció.
La seva característica principal és que en un entorn de camp tèrmic de baixa pressió, el gas de procés reacciona químicament a la superfície del substrat de l'hòstia i els productes de reacció es dipositen a la superfície del substrat per formar una pel·lícula fina. L'equip LPCVD té avantatges en la preparació de pel·lícules primes d'alta qualitat i es pot utilitzar per preparar pel·lícules primes com ara òxid de silici, nitrur de silici, polisilici, carbur de silici, nitrur de gal·li i grafè.
En comparació amb APCVD, l'entorn de reacció a baixa pressió dels equips LPCVD augmenta el camí lliure mitjà i el coeficient de difusió del gas a la cambra de reacció.
El gas de reacció i les molècules de gas portador a la cambra de reacció es poden distribuir uniformement en poc temps, millorant així molt la uniformitat del gruix de la pel·lícula, la uniformitat de la resistivitat i la cobertura de pas de la pel·lícula, i el consum de gas de reacció també és petit. A més, l'entorn de baixa pressió també accelera la velocitat de transmissió de substàncies gasoses. Les impureses i els subproductes de reacció difoses des del substrat es poden treure ràpidament de la zona de reacció a través de la capa límit, i el gas de reacció passa ràpidament per la capa límit per arribar a la superfície del substrat per a la reacció, suprimint així eficaçment l'autodopatge, preparant-se. pel·lícules d'alta qualitat amb zones de transició pronunciades, i també millora l'eficiència de producció.
3.8 Equips de deposició de vapor químic millorat per plasma
La deposició de vapor químic millorada per plasma (PECVD) és un ttecnologia de deposició de pel·lícules. Durant el procés de plasma, el precursor gasós s'ionitza sota l'acció del plasma per formar grups actius excitats, que es difonen a la superfície del substrat i després experimenten reaccions químiques per completar el creixement de la pel·lícula.
Segons la freqüència de generació de plasma, el plasma utilitzat en PECVD es pot dividir en dos tipus: plasma de radiofreqüència (plasma de RF) i plasma de microones (plasma de microones). Actualment, la freqüència de ràdio utilitzada a la indústria és generalment de 13,56 MHz.
La introducció del plasma de radiofreqüència es divideix normalment en dos tipus: acoblament capacitiu (CCP) i acoblament inductiu (ICP). El mètode d'acoblament capacitiu sol ser un mètode de reacció de plasma directa; mentre que el mètode d'acoblament inductiu pot ser un mètode de plasma directe o un mètode de plasma remot.
En els processos de fabricació de semiconductors, PECVD s'utilitza sovint per fer créixer pel·lícules primes sobre substrats que contenen metalls o altres estructures sensibles a la temperatura. Per exemple, en el camp de la interconnexió metàl·lica de fons de circuits integrats, atès que les estructures de font, porta i drenatge del dispositiu s'han format en el procés frontal, el creixement de pel·lícules primes en el camp de la interconnexió metàl·lica està subjecte a a limitacions pressupostàries tèrmiques molt estrictes, de manera que normalment es completa amb l'assistència de plasma. Ajustant els paràmetres del procés de plasma, la densitat, la composició química, el contingut d'impureses, la tenacitat mecànica i els paràmetres d'estrès de la pel·lícula prima cultivada per PECVD es poden ajustar i optimitzar dins d'un determinat rang.
3.9 Equips de deposició de la capa atòmica
La deposició de capa atòmica (ALD) és una tecnologia de deposició de pel·lícula fina que creix periòdicament en forma d'una capa quasi monoatòmica. La seva característica és que el gruix de la pel·lícula dipositada es pot ajustar amb precisió controlant el nombre de cicles de creixement. A diferència del procés de deposició de vapor químic (CVD), els dos (o més) precursors del procés ALD passen alternativament per la superfície del substrat i s'aïllen de manera efectiva mitjançant la purga de gas rar.
Els dos precursors no es barrejaran i es reuniran en la fase gasosa per reaccionar químicament, sinó que només reaccionaran mitjançant l'adsorció química a la superfície del substrat. En cada cicle ALD, la quantitat de precursor adsorbit a la superfície del substrat està relacionada amb la densitat dels grups actius a la superfície del substrat. Quan s'esgoten els grups reactius de la superfície del substrat, fins i tot si s'introdueix un excés de precursor, l'adsorció química no es produirà a la superfície del substrat.
Aquest procés de reacció s'anomena reacció superficial autolimitada. Aquest mecanisme de procés fa que el gruix de la pel·lícula cultivada en cada cicle del procés ALD sigui constant, de manera que el procés ALD té els avantatges d'un control precís del gruix i una bona cobertura de pas de pel·lícula.
3.10 Equips d'Epitaxi de Feix Molecular
El sistema d'epitaxia de feix molecular (MBE) es refereix a un dispositiu epitaxial que utilitza un o més feixos atòmics d'energia tèrmica o bigues moleculars per polvoritzar sobre la superfície del substrat escalfat a una velocitat determinada en condicions de buit ultra alt, i adsorbir i migrar a la superfície del substrat. per fer créixer epitaxialment pel·lícules primes d'un sol cristall al llarg de la direcció de l'eix del cristall del material del substrat. Generalment, en condicions d'escalfament mitjançant un forn de raig amb un escut tèrmic, la font del feix forma un feix atòmic o un feix molecular, i la pel·lícula creix capa per capa al llarg de la direcció de l'eix del cristall del material del substrat.
Les seves característiques són la baixa temperatura de creixement epitaxial i el gruix, la interfície, la composició química i la concentració d'impureses es poden controlar amb precisió a nivell atòmic. Tot i que l'MBE es va originar a partir de la preparació de pel·lícules de cristall simple ultrafines de semiconductors, la seva aplicació ara s'ha expandit a una varietat de sistemes de materials com ara metalls i dielèctrics aïllants, i pot preparar III-V, II-VI, silici, silici germani (SiGe). ), grafè, òxids i pel·lícules orgàniques.
El sistema d'epitaxia de feix molecular (MBE) es compon principalment d'un sistema de buit ultra alt, una font de feix molecular, un sistema de fixació i escalfament de substrat, un sistema de transferència de mostres, un sistema de control in situ, un sistema de control i una prova. sistema.
El sistema de buit inclou bombes de buit (bombes mecàniques, bombes moleculars, bombes d'ions i bombes de condensació, etc.) i diverses vàlvules, que poden crear un entorn de creixement de buit ultra alt. El grau de buit generalment assolible és de 10-8 a 10-11 Torr. El sistema de buit té principalment tres cambres de treball al buit, és a dir, la cambra d'injecció de la mostra, la cambra de pretractament i anàlisi de superfícies i la cambra de creixement.
La cambra d'injecció de mostres s'utilitza per transferir mostres al món exterior per garantir les condicions d'alt buit d'altres cambres; la cambra de pretractament i anàlisi de superfície connecta la cambra d'injecció de la mostra i la cambra de creixement, i la seva funció principal és preprocessar la mostra (desgasificació a alta temperatura per garantir la neteja completa de la superfície del substrat) i realitzar anàlisis superficials preliminars a la mostra netejada; la cambra de creixement és la part central del sistema MBE, compost principalment per un forn font i el seu conjunt d'obturador corresponent, una consola de control de mostra, un sistema de refrigeració, una difracció d'electrons d'alta energia de reflexió (RHEED) i un sistema de monitorització in situ. . Alguns equips MBE de producció tenen múltiples configuracions de cambra de creixement. El diagrama esquemàtic de l'estructura de l'equip MBE es mostra a continuació:
MBE de material de silici utilitza silici d'alta puresa com a matèria primera, creix en condicions de buit ultra alt (10-10~10-11Torr) i la temperatura de creixement és de 600~900 ℃, amb Ga (tipus P) i Sb ( tipus N) com a fonts de dopatge. Les fonts de dopatge d'ús comú com P, As i B s'utilitzen poques vegades com a fonts de feix perquè són difícils d'evaporar.
La cambra de reacció de MBE té un entorn de buit ultra alt, que augmenta el camí lliure mitjà de les molècules i redueix la contaminació i l'oxidació a la superfície del material en creixement. El material epitaxial preparat té una bona morfologia superficial i uniformitat, i es pot convertir en una estructura multicapa amb diferents components de dopatge o materials.
La tecnologia MBE aconsegueix el creixement repetit de capes epitaxials ultra fines amb un gruix d'una sola capa atòmica, i la interfície entre les capes epitaxials és pronunciada. Afavoreix el creixement de semiconductors III-V i altres materials heterogenis multicomponent. Actualment, el sistema MBE s'ha convertit en un equip de procés avançat per a la producció d'una nova generació de dispositius de microones i dispositius optoelectrònics. Els desavantatges de la tecnologia MBE són la velocitat de creixement lenta de la pel·lícula, els alts requisits de buit i els elevats costos d'ús d'equips i equips.
3.11 Sistema d'epitaxi en fase de vapor
El sistema d'epitaxia en fase de vapor (VPE) es refereix a un dispositiu de creixement epitaxial que transporta compostos gasosos a un substrat i obté una sola capa de material cristal·lí amb la mateixa disposició de gelosia que el substrat mitjançant reaccions químiques. La capa epitaxial pot ser una capa homoepitaxial (Si/Si) o una capa heteroepitaxial (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, etc.). Actualment, la tecnologia VPE s'ha utilitzat àmpliament en els camps de la preparació de nanomaterials, dispositius d'alimentació, dispositius optoelectrònics semiconductors, fotovoltaica solar i circuits integrats.
El VPE típic inclou epitaxia a pressió atmosfèrica i epitàxia a pressió reduïda, deposició de vapor químic al buit ultra alt, deposició de vapor químic orgànic metàl·lic, etc. Els punts clau de la tecnologia VPE són el disseny de la cambra de reacció, el mode i la uniformitat de flux de gas, la uniformitat de la temperatura i el control de precisió. control de pressió i estabilitat, control de partícules i defectes, etc.
Actualment, la direcció de desenvolupament dels sistemes VPE comercials principals és la càrrega de grans hòsties, el control totalment automàtic i el seguiment en temps real de la temperatura i el procés de creixement. Els sistemes VPE tenen tres estructures: vertical, horitzontal i cilíndrica. Els mètodes de calefacció inclouen calefacció per resistència, calefacció per inducció d'alta freqüència i calefacció per radiació infraroja.
Actualment, els sistemes VPE utilitzen principalment estructures de disc horitzontals, que tenen les característiques d'una bona uniformitat del creixement de la pel·lícula epitaxial i una gran càrrega d'hòsties. Els sistemes VPE solen consistir en quatre parts: reactor, sistema de calefacció, sistema de ruta de gas i sistema de control. Com que el temps de creixement de les pel·lícules epitaxials GaAs i GaN és relativament llarg, s'utilitzen principalment calefacció per inducció i calefacció per resistència. En el VPE de silici, el creixement de la pel·lícula epitaxial gruixuda utilitza principalment calefacció per inducció; El creixement de la pel·lícula epitaxial fina utilitza principalment l'escalfament d'infrarojos per aconseguir el propòsit d'augment/caiguda ràpida de la temperatura.
3.12 Sistema epitàxi en fase líquida
El sistema d'epitaxia en fase líquida (LPE) es refereix a l'equip de creixement epitaxial que dissol el material a cultivar (com ara Si, Ga, As, Al, etc.) i dopants (com Zn, Te, Sn, etc.) en un metall amb un punt de fusió més baix (com Ga, In, etc.), de manera que el solut estigui saturat o sobresaturat en el dissolvent i, a continuació, el substrat monocristall es posa en contacte amb el solució, i el solut es precipita del dissolvent refredant-se gradualment, i a la superfície del substrat es fa créixer una capa de material cristal·lí amb una estructura cristal·lina i una xarxa constant similar a la del substrat.
El mètode LPE va ser proposat per Nelson et al. el 1963. S'utilitza per fer créixer pel·lícules primes de Si i materials monocristallins, així com materials semiconductors com els grups III-IV i el telurur de mercuri-cadmi, i es pot utilitzar per fabricar diversos dispositius optoelectrònics, dispositius de microones, dispositius semiconductors i cèl·lules solars. .
———————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicera pot proporcionarpeces de grafit, feltre suau/rígid, peces de carbur de silici, Peces de carbur de silici CVD, iPeces recobertes de SiC/TaCamb en 30 dies.
Si esteu interessats en els productes semiconductors anteriors,si us plau, no dubteu a posar-vos en contacte amb nosaltres per primera vegada.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Hora de publicació: 31-agost-2024