1. Introduktion
Processen med at fastgøre stoffer (råmaterialer) til overfladen af substratmaterialer ved fysiske eller kemiske metoder kaldes tyndfilmvækst.
Ifølge forskellige arbejdsprincipper kan integreret kredsløb tyndfilmaflejring opdeles i:
-Physical Vapor Deposition (PVD);
-Kemisk dampaflejring (CVD);
- Forlængelse.
2. Tyndfilmsvækstproces
2.1 Fysisk dampaflejring og forstøvningsproces
Den fysiske dampaflejringsproces (PVD) refererer til brugen af fysiske metoder såsom vakuumfordampning, sputtering, plasmabelægning og molekylær stråleepitaxi til at danne en tynd film på overfladen af en wafer.
I VLSI-industrien er den mest udbredte PVD-teknologi sputtering, som hovedsageligt bruges til elektroder og metalforbindelser af integrerede kredsløb. Sputtering er en proces, hvor sjældne gasser [såsom argon (Ar)] ioniseres til ioner (såsom Ar+) under påvirkning af et eksternt elektrisk felt under højvakuumforhold og bombarderer den materielle målkilde under et højspændingsmiljø, at slå atomer eller molekyler af målmaterialet ud og derefter ankomme til overfladen af waferen for at danne en tynd film efter en kollisionsfri flyveproces. Ar har stabile kemiske egenskaber, og dets ioner vil ikke reagere kemisk med målmaterialet og filmen. Når integrerede kredsløbschips går ind i 0,13 μm kobberforbindelsesæraen, bruger kobberbarrierematerialelaget titaniumnitrid (TiN) eller tantalnitrid (TaN) film. Efterspørgslen efter industriel teknologi har fremmet forskning og udvikling af kemisk reaktionsforstøvningsteknologi, det vil sige i sputterkammeret er der udover Ar også et reaktivt gaskvælstof (N2), således at Ti eller Ta bombarderet fra målmateriale Ti eller Ta reagerer med N2 for at generere den nødvendige TiN- eller TaN-film.
Der er tre almindeligt anvendte sputteringsmetoder, nemlig DC sputtering, RF sputtering og magnetron sputtering. Da integrationen af integrerede kredsløb fortsætter med at stige, stiger antallet af lag af flerlags metalledninger, og anvendelsen af PVD-teknologi bliver mere og mere omfattende. PVD-materialer omfatter Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 osv.
PVD- og forstøvningsprocesser afsluttes normalt i et stærkt forseglet reaktionskammer med en vakuumgrad på 1×10-7 til 9×10-9 Torr, hvilket kan sikre gassens renhed under reaktionen; samtidig kræves der en ekstern højspænding for at ionisere den sjældne gas for at generere en høj nok spænding til at bombardere målet. De vigtigste parametre til evaluering af PVD- og sputterprocesser inkluderer mængden af støv, såvel som modstandsværdien, ensartetheden, reflektionstykkelsen og spændingen af den dannede film.
2.2 Kemisk dampaflejring og katodeforstøvningsproces
Kemisk dampaflejring (CVD) refererer til en procesteknologi, hvor en række gasformige reaktanter med forskellige partialtryk reagerer kemisk ved en bestemt temperatur og tryk, og de dannede faste stoffer aflejres på overfladen af substratmaterialet for at opnå den ønskede tynd film. I den traditionelle integrerede kredsløbsfremstillingsproces er de opnåede tyndfilmsmaterialer generelt forbindelser såsom oxider, nitrider, carbider eller materialer såsom polykrystallinsk silicium og amorft silicium. Selektiv epitaksial vækst, som er mere almindeligt anvendt efter 45nm-knuden, såsom source and drain SiGe eller Si selektiv epitaksial vækst, er også en CVD-teknologi.
Denne teknologi kan fortsætte med at danne enkeltkrystalmaterialer af samme type eller lignende det originale gitter på et enkeltkrystalsubstrat af silicium eller andre materialer langs det originale gitter. CVD er meget udbredt i væksten af isolerende dielektriske film (såsom SiO2, Si3N4 og SiON osv.) og metalfilm (såsom wolfram osv.).
I henhold til trykklassificeringen kan CVD generelt opdeles i kemisk dampaflejring ved atmosfærisk tryk (APCVD), kemisk dampaflejring under tryk under atmosfæretryk (SAPCVD) og kemisk dampudfældning ved lavt tryk (LPCVD).
I henhold til temperaturklassificering kan CVD opdeles i høj temperatur/lav temperatur oxidfilm kemisk dampaflejring (HTO/LTO CVD) og hurtig termisk kemisk dampaflejring (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Ifølge reaktionskilden kan CVD opdeles i silanbaseret CVD, polyesterbaseret CVD (TEOS-baseret CVD) og metalorganisk kemisk dampaflejring (MOCVD);
I henhold til energiklassificeringen kan CVD opdeles i termisk kemisk dampaflejring (Thermal CVD), plasmaforstærket kemisk dampaflejring (Plasma Enhanced CVD, PECVD) og højdensitetsplasma kemisk dampaflejring (High Density Plasma CVD, HDPCVD). For nylig er der også udviklet flydende kemisk dampaflejring (Flowable CVD, FCVD) med fremragende spaltefyldningsevne.
Forskellige CVD-dyrkede film har forskellige egenskaber (såsom kemisk sammensætning, dielektrisk konstant, spænding, spænding og nedbrydningsspænding) og kan bruges separat i henhold til forskellige proceskrav (såsom temperatur, trindækning, fyldningskrav osv.).
2.3 Atomisk lagaflejringsproces
Atomisk lagaflejring (ALD) refererer til aflejringen af atomer lag for lag på et substratmateriale ved at dyrke en enkelt atomfilm lag for lag. En typisk ALD anvender metoden til at tilføre gasformige prækursorer i reaktoren på en vekslende pulseret måde.
For eksempel indføres først reaktionsforstadiet 1 i substratoverfladen, og efter kemisk adsorption dannes et enkelt atomlag på substratoverfladen; derefter pumpes precursoren 1, der er tilbage på substratoverfladen og i reaktionskammeret, ud af en luftpumpe; derefter indføres reaktionsforstadiet 2 i substratoverfladen og reagerer kemisk med precursoren 1 adsorberet på substratoverfladen for at generere det tilsvarende tyndfilmmateriale og de tilsvarende biprodukter på substratoverfladen; når forstadiet 1 reagerer fuldstændigt, vil reaktionen automatisk terminere, hvilket er den selvbegrænsende egenskab ved ALD, og derefter ekstraheres de resterende reaktanter og biprodukter for at forberede det næste vækststadium; ved at gentage ovenstående proces kontinuerligt kan aflejringen af tyndfilmsmaterialer, der er dyrket lag for lag med enkelte atomer, opnås.
Både ALD og CVD er måder at introducere en gasformig kemisk reaktionskilde til at reagere kemisk på substratoverfladen, men forskellen er, at den gasformige reaktionskilde af CVD ikke har karakteristikken af selvbegrænsende vækst. Det kan ses, at nøglen til at udvikle ALD-teknologi er at finde prækursorer med selvbegrænsende reaktionsegenskaber.
2.4 Epitaksial proces
Epitaksial proces refererer til processen med at dyrke et fuldstændigt ordnet enkeltkrystallag på et substrat. Generelt er den epitaksiale proces at dyrke et krystallag med samme gitterorientering som det originale substrat på et enkelt krystalsubstrat. Epitaksial proces er meget udbredt i halvlederfremstilling, såsom epitaksiale siliciumwafers i den integrerede kredsløbsindustri, embedded source og drain epitaksial vækst af MOS transistorer, epitaksial vækst på LED substrater osv.
Ifølge vækstkildens forskellige fasetilstande kan epitaksielle vækstmetoder opdeles i fastfaseepitaksi, væskefaseepitaksi og dampfaseepitaksi. Ved fremstilling af integrerede kredsløb er de almindeligt anvendte epitaksiale metoder fastfase-epitaksi og dampfase-epitaksi.
Fastfaseepitaksi: refererer til væksten af et enkelt krystallag på et substrat ved hjælp af en fast kilde. For eksempel er termisk udglødning efter ionimplantation faktisk en fastfase-epitaksiproces. Under ionimplantation bliver siliciumatomerne i siliciumwaferen bombarderet af højenergiimplanterede ioner, der forlader deres oprindelige gitterpositioner og bliver amorfe og danner et overfladeamorft siliciumlag. Efter termisk annealing ved høj temperatur vender de amorfe atomer tilbage til deres gitterpositioner og forbliver i overensstemmelse med den atomare krystalorientering inde i substratet.
Vækstmetoderne for dampfaseepitaksi omfatter kemisk dampfaseepitaksi, molekylærstråleepitaksi, atomlagsepitaksi osv. Ved fremstilling af integrerede kredsløb er kemisk dampfaseepitaksi den mest almindeligt anvendte. Princippet for kemisk dampfase-epitaksi er grundlæggende det samme som for kemisk dampaflejring. Begge er processer, der afsætter tynde film ved kemisk at reagere på overfladen af wafers efter gasblanding.
Forskellen er, at fordi kemisk dampfase-epitaksi vokser et enkelt krystallag, stiller det højere krav til urenhedsindholdet i udstyret og renheden af waferoverfladen. Den tidlige kemiske dampfase-epitaksiale siliciumproces skal udføres under høje temperaturforhold (større end 1000°C). Med forbedringen af procesudstyr, især vedtagelse af vakuumudvekslingskammerteknologi, er renheden af udstyrshulrummet og overfladen af siliciumwaferen blevet væsentligt forbedret, og siliciumepitaxi kan udføres ved en lavere temperatur (600-700°) C). Den epitaksiale siliciumwafer-proces er at dyrke et lag af enkeltkrystal silicium på overfladen af siliciumwaferen.
Sammenlignet med det originale siliciumsubstrat har det epitaksiale siliciumlag højere renhed og færre gitterdefekter, hvilket forbedrer udbyttet af halvlederfremstilling. Derudover kan væksttykkelsen og dopingkoncentrationen af det epitaksiale siliciumlag dyrket på siliciumwaferen designes fleksibelt, hvilket bringer fleksibilitet til designet af enheden, såsom reduktion af substratmodstand og forbedring af substratisolering. Den indlejrede source-drain epitaksiale proces er en teknologi, der er meget udbredt i avancerede logiske teknologiknuder.
Det refererer til processen med epitaksialt voksende doteret germanium-silicium eller silicium i source- og dræn-regionerne af MOS-transistorer. De vigtigste fordele ved at introducere den indlejrede kilde-dræn-epitaksiale proces omfatter: dyrkning af et pseudokrystallinsk lag indeholdende stress på grund af gittertilpasning, forbedring af kanalbærermobilitet; in-situ-doping af kilden og drænet kan reducere den parasitære modstand i kilde-drænforbindelsen og reducere defekterne ved højenergi-ionimplantation.
3. udstyr til vækst af tynd film
3.1 Vakuumfordampningsudstyr
Vakuumfordampning er en belægningsmetode, der opvarmer faste materialer i et vakuumkammer for at få dem til at fordampe, fordampe eller sublimere og derefter kondensere og afsætte på overfladen af et substratmateriale ved en bestemt temperatur.
Normalt består det af tre dele, nemlig vakuumsystemet, fordampningssystemet og varmesystemet. Vakuumsystemet består af vakuumrør og vakuumpumper, og dets hovedfunktion er at give et kvalificeret vakuummiljø til fordampning. Fordampningssystemet består af et fordampningsbord, en varmekomponent og en temperaturmålingskomponent.
Målmaterialet, der skal fordampes (såsom Ag, Al, etc.) placeres på fordampningsbordet; opvarmnings- og temperaturmålingskomponenten er et lukket kredsløb, der bruges til at kontrollere fordampningstemperaturen for at sikre jævn fordampning. Varmesystemet består af et wafertrin og en varmekomponent. Waferstadiet bruges til at placere substratet, hvorpå den tynde film skal fordampes, og varmekomponenten bruges til at realisere substratopvarmning og temperaturmålingsfeedbackkontrol.
Vakuummiljøet er en meget vigtig betingelse i vakuumfordampningsprocessen, som er relateret til fordampningshastigheden og filmens kvalitet. Hvis vakuumgraden ikke opfylder kravene, vil de fordampede atomer eller molekyler ofte kollidere med de resterende gasmolekyler, hvilket gør deres gennemsnitlige frie vej mindre, og atomerne eller molekylerne vil spredes alvorligt, hvorved bevægelsesretningen ændres og filmen reduceres. dannelseshastighed.
På grund af tilstedeværelsen af resterende urenhedsgasmolekyler er den aflejrede film desuden alvorligt forurenet og af dårlig kvalitet, især når trykstigningshastigheden i kammeret ikke opfylder standarden, og der er lækage, vil luft lække ind i vakuumkammeret , hvilket vil have en alvorlig indflydelse på filmkvaliteten.
De strukturelle egenskaber af vakuumfordampningsudstyret bestemmer, at ensartetheden af belægningen på store substrater er dårlig. For at forbedre dets ensartethed anvendes generelt metoden til at øge kilde-substrat-afstanden og rotere substratet, men forøgelse af kilde-substrat-afstanden vil ofre filmens væksthastighed og renhed. På samme tid, på grund af stigningen i vakuumrummet, reduceres udnyttelsesgraden af det fordampede materiale.
3.2 DC fysisk dampaflejringsudstyr
Jævnstrøms fysisk dampaflejring (DCPVD) er også kendt som katodeforstøvning eller vakuum DC to-trins sputtering. Målmaterialet for vakuum DC-forstøvning bruges som katode, og substratet bruges som anode. Vakuumsputtering er at danne et plasma ved at ionisere procesgassen.
De ladede partikler i plasmaet accelereres i det elektriske felt for at opnå en vis mængde energi. Partiklerne med tilstrækkelig energi bombarderer overfladen af målmaterialet, så målatomerne sputteres ud; de sputterede atomer med en vis kinetisk energi bevæger sig mod substratet for at danne en tynd film på overfladen af substratet. Gassen, der bruges til sputtering, er generelt en sjælden gas, såsom argon (Ar), så filmen dannet ved sputtering vil ikke blive forurenet; desuden er argons atomradius mere egnet til sputtering.
Størrelsen af sputterpartiklerne skal være tæt på størrelsen af målatomerne, der skal sputteres. Hvis partiklerne er for store eller for små, kan der ikke dannes effektiv sputtering. Ud over atomets størrelsesfaktor vil atomets massefaktor også påvirke sputterkvaliteten. Hvis den sputterende partikelkilde er for let, vil målatomerne ikke blive sputteret; hvis sputterpartiklerne er for tunge, vil målet blive "bøjet", og målet vil ikke blive sputteret.
Målmaterialet, der anvendes i DCPVD, skal være en leder. Dette skyldes, at når argonionerne i procesgassen bombarderer målmaterialet, vil de rekombinere med elektronerne på overfladen af målmaterialet. Når målmaterialet er en leder, såsom et metal, genopfyldes elektronerne, der forbruges af denne rekombination, lettere af strømforsyningen og frie elektroner i andre dele af målmaterialet gennem elektrisk ledning, således at overfladen af målmaterialet som en hele forbliver negativt ladet og sputtering opretholdes.
Tværtimod, hvis målmaterialet er en isolator, efter at elektronerne på overfladen af målmaterialet er rekombineret, kan de frie elektroner i andre dele af målmaterialet ikke genopfyldes ved elektrisk ledning, og selv positive ladninger vil akkumuleres på overflade af målmaterialet, hvilket får målmaterialets potentiale til at stige, og den negative ladning af målmaterialet svækkes, indtil det forsvinder, hvilket i sidste ende fører til afbrydelse af sputtering.
For at gøre isoleringsmaterialer også anvendelige til sputtering er det derfor nødvendigt at finde en anden sputtermetode. Radiofrekvensforstøvning er en sputtermetode, der er velegnet til både ledende og ikke-ledende mål.
En anden ulempe ved DCPVD er, at tændspændingen er høj, og elektronbombardementet på substratet er stærkt. En effektiv måde at løse dette problem på er at bruge magnetronforstøvning, så magnetronforstøvning er virkelig af praktisk værdi inden for integrerede kredsløb.
3.3 RF fysisk dampaflejringsudstyr
Radiofrekvensfysisk dampaflejring (RFPVD) bruger radiofrekvenseffekt som excitationskilde og er en PVD-metode, der er velegnet til en række metal- og ikke-metalmaterialer.
De almindelige frekvenser for RF-strømforsyningen, der bruges i RFPVD, er 13,56 MHz, 20 MHz og 60 MHz. De positive og negative cyklusser for RF-strømforsyningen vises skiftevis. Når PVD-målet er i den positive halvcyklus, fordi måloverfladen har et positivt potentiale, vil elektronerne i procesatmosfæren strømme til måloverfladen for at neutralisere den positive ladning, der er akkumuleret på dens overflade, og endda fortsætte med at akkumulere elektroner, gør dens overflade negativt forspændt; når sputtermålet er i den negative halvcyklus, vil de positive ioner bevæge sig mod målet og blive delvist neutraliseret på måloverfladen.
Det mest kritiske er, at elektronernes bevægelseshastighed i det elektriske RF-felt er meget hurtigere end positive ioners, mens tidspunktet for de positive og negative halvcyklusser er det samme, så efter en komplet cyklus vil måloverfladen være "netto" negativt ladet. Derfor viser den negative ladning af måloverfladen i de første par cyklusser en stigende tendens; bagefter når måloverfladen et stabilt negativt potentiale; derefter, fordi målets negative ladning har en frastødende effekt på elektroner, har mængden af positive og negative ladninger modtaget af målelektroden en tendens til at balancere, og målet præsenterer en stabil negativ ladning.
Fra ovenstående proces kan det ses, at processen med negativ spændingsdannelse ikke har noget at gøre med egenskaberne af selve målmaterialet, så RFPVD-metoden kan ikke kun løse problemet med sputtering af isolerende mål, men er også godt kompatibel med konventionelle metalledermål.
3.4 Magnetronforstøvningsudstyr
Magnetronsputtering er en PVD-metode, der tilføjer magneter til bagsiden af målet. De tilføjede magneter og DC-strømforsyningssystemet (eller AC-strømforsyningen) danner en magnetronforstøvningskilde. Sputteringskilden bruges til at danne et interaktivt elektromagnetisk felt i kammeret, fange og begrænse bevægelsesområdet for elektroner i plasmaet inde i kammeret, forlænge elektronernes bevægelsesvej og dermed øge koncentrationen af plasmaet og i sidste ende opnå mere aflejring.
Derudover, fordi flere elektroner er bundet nær overfladen af målet, reduceres bombardementet af substratet med elektroner, og temperaturen på substratet reduceres. Sammenlignet med fladplade DCPVD-teknologien er et af de mest åbenlyse træk ved magnetrons fysiske dampaflejringsteknologi, at tændingsudladningsspændingen er lavere og mere stabil.
På grund af dens højere plasmakoncentration og større forstøvningsudbytte kan den opnå fremragende afsætningseffektivitet, aflejringstykkelseskontrol i et stort størrelsesområde, præcis sammensætningskontrol og lavere tændspænding. Derfor har magnetronforstøvning en dominerende stilling i den nuværende metalfilm-PVD. Det enkleste magnetronforstøvningskildedesign er at placere en gruppe magneter på bagsiden af det flade mål (uden for vakuumsystemet) for at generere et magnetfelt parallelt med måloverfladen i et lokalt område på måloverfladen.
Hvis en permanent magnet placeres, er dens magnetfelt relativt fast, hvilket resulterer i en relativt fast magnetisk feltfordeling på måloverfladen i kammeret. Kun materialer i specifikke områder af målet sputteres, måludnyttelsesgraden er lav, og ensartetheden af den forberedte film er dårlig.
Der er en vis sandsynlighed for, at de forstøvede metal- eller andre materialepartikler vil blive aflejret tilbage på måloverfladen og derved aggregeres til partikler og danne defektkontamination. Derfor bruger kommercielle magnetronforstøvningskilder for det meste et roterende magnetdesign til at forbedre filmens ensartethed, måludnyttelseshastighed og fuld målforstøvning.
Det er afgørende at balancere disse tre faktorer. Hvis balancen ikke håndteres godt, kan det resultere i en god filmensartethed, samtidig med at måludnyttelseshastigheden reduceres kraftigt (forkorter mållevetiden) eller ikke opnår fuld målforstøvning eller fuld målkorrosion, hvilket vil forårsage partikelproblemer under sputteringen behandle.
I magnetron PVD-teknologi er det nødvendigt at overveje den roterende magnetbevægelsesmekanisme, målformen, målkølesystemet og magnetronforstøvningskilden, såvel som den funktionelle konfiguration af basen, der bærer waferen, såsom waferadsorption og temperaturkontrol. I PVD-processen styres waferens temperatur for at opnå den nødvendige krystalstruktur, kornstørrelse og orientering samt ydeevnens stabilitet.
Da varmeledningen mellem bagsiden af waferen og overfladen af basen kræver et vist tryk, sædvanligvis i størrelsesordenen adskillige Torr, og kammerets arbejdstryk sædvanligvis er i størrelsesordenen adskillige mTorr, er trykket på bagsiden af waferen er meget større end trykket på den øverste overflade af waferen, så en mekanisk borepatron eller en elektrostatisk patron er nødvendig for at placere og begrænse waferen.
Den mekaniske borepatron er afhængig af sin egen vægt og kanten af waferen for at opnå denne funktion. Selvom det har fordelene ved simpel struktur og ufølsomhed over for waferens materiale, er kanteffekten af waferen indlysende, hvilket ikke er befordrende for den strenge kontrol af partikler. Derfor er den gradvist blevet erstattet af en elektrostatisk chuck i IC-fremstillingsprocessen.
Til processer, der ikke er særligt følsomme over for temperatur, kan en ikke-adsorption, ikke-kantkontakt reolmetode (ingen trykforskel mellem waferens øvre og nedre overflade) også anvendes. Under PVD-processen vil kammerbeklædningen og overfladen af de dele, der er i kontakt med plasmaet, blive aflejret og dækket. Når den aflejrede filmtykkelse overstiger grænsen, vil filmen revne og skalle af, hvilket forårsager partikelproblemer.
Derfor er overfladebehandlingen af dele såsom foringen nøglen til at udvide denne grænse. Overfladesandblæsning og aluminiumsprøjtning er to almindeligt anvendte metoder, hvis formål er at øge overfladens ruhed for at styrke bindingen mellem filmen og foringsoverfladen.
3.5 Udstyr til fysisk ionisering på damp
Med den kontinuerlige udvikling af mikroelektronikteknologi bliver funktionsstørrelserne mindre og mindre. Da PVD-teknologi ikke kan kontrollere aflejringsretningen af partikler, er PVD's evne til at trænge ind gennem huller og smalle kanaler med høje billedformater begrænset, hvilket gør den udvidede anvendelse af traditionel PVD-teknologi i stigende grad udfordret. I PVD-processen, når aspektforholdet af porerillen øges, falder dækningen i bunden, hvilket danner en tagskægslignende overhængende struktur i det øverste hjørne og danner den svageste dækning i det nederste hjørne.
Ioniseret fysisk dampaflejringsteknologi blev udviklet til at løse dette problem. Det plasmatiserer først de metalatomer, der sputteres fra målet på forskellige måder, og justerer derefter biasspændingen, der er indlæst på waferen for at styre retningen og energien af metalionerne for at opnå en stabil retningsbestemt metalionstrøm for at fremstille en tynd film, og derved forbedre dækningen af bunden af trinene med højt billedformat gennem huller og smalle kanaler.
Det typiske træk ved ioniseret metalplasmateknologi er tilføjelsen af en radiofrekvensspole i kammeret. Under processen holdes arbejdstrykket i kammeret på en relativt høj tilstand (5 til 10 gange det normale arbejdstryk). Under PVD bruges radiofrekvensspolen til at generere den anden plasmaregion, hvor argonplasmakoncentrationen stiger med stigningen af radiofrekvenseffekt og gastryk. Når metalatomerne forstøvet fra målet passerer gennem dette område, interagerer de med argonplasmaet med høj densitet for at danne metalioner.
Anvendelse af en RF-kilde ved waferbæreren (såsom en elektrostatisk chuck) kan øge den negative forspænding på waferen for at tiltrække positive metalioner til bunden af porerillen. Denne retningsbestemte metalionstrøm vinkelret på waferoverfladen forbedrer trinbundens dækning af porer med højt aspektforhold og smalle kanaler.
Den negative forspænding påført waferen får også ioner til at bombardere waferoverfladen (omvendt sputtering), hvilket svækker den overhængende struktur af porerillemundingen og sputter filmen aflejret i bunden på sidevæggene ved hjørnerne af bunden af poren rille, hvorved trindækningen i hjørnerne forbedres.
3.6 Atmosfærisk tryk kemisk dampaflejringsudstyr
Atmosfærisk tryk kemisk dampaflejring (APCVD) udstyr refererer til en enhed, der sprøjter en gasformig reaktionskilde med en konstant hastighed på overfladen af et opvarmet fast substrat under et miljø med et tryk tæt på atmosfærisk tryk, hvilket får reaktionskilden til at reagere kemisk på substratoverfladen, og reaktionsproduktet afsættes på substratoverfladen for at danne en tynd film.
APCVD-udstyr er det tidligste CVD-udstyr og er stadig meget udbredt i industriel produktion og videnskabelig forskning. APCVD-udstyr kan bruges til at fremstille tynde film såsom enkeltkrystal silicium, polykrystallinsk silicium, siliciumdioxid, zinkoxid, titaniumdioxid, phosphosilikatglas og borophosphosilikatglas.
3.7 Kemisk lavtryksdampaflejringsudstyr
Lavtryks kemisk dampaflejring (LPCVD) udstyr refererer til udstyr, der bruger gasformige råmaterialer til at reagere kemisk på overfladen af et fast substrat under et opvarmet (350-1100°C) og lavtryksmiljø (10-100mTorr), og reaktanterne aflejres på substratoverfladen for at danne en tynd film. LPCVD-udstyr er udviklet på basis af APCVD for at forbedre kvaliteten af tynde film, forbedre fordelingens ensartethed af karakteristiske parametre såsom filmtykkelse og resistivitet og forbedre produktionseffektiviteten.
Dens hovedtræk er, at i et termisk lavtryksfeltmiljø reagerer procesgassen kemisk på overfladen af wafersubstratet, og reaktionsprodukterne aflejres på substratoverfladen for at danne en tynd film. LPCVD-udstyr har fordele ved fremstilling af tynde film af høj kvalitet og kan bruges til at fremstille tynde film såsom siliciumoxid, siliciumnitrid, polysilicium, siliciumcarbid, galliumnitrid og grafen.
Sammenlignet med APCVD øger lavtryksreaktionsmiljøet i LPCVD-udstyr den gennemsnitlige frie vej og diffusionskoefficient for gassen i reaktionskammeret.
Reaktionsgassen og bæregasmolekylerne i reaktionskammeret kan fordeles jævnt på kort tid, hvilket i høj grad forbedrer ensartetheden af filmtykkelse, resistivitetsensartethed og trindækning af filmen, og forbruget af reaktionsgas er også lille. Derudover fremskynder lavtryksmiljøet også transmissionshastigheden af gasstoffer. Urenheder og reaktionsbiprodukter diffunderet fra substratet kan hurtigt tages ud af reaktionszonen gennem grænselaget, og reaktionsgassen passerer hurtigt gennem grænselaget for at nå substratoverfladen til reaktion, hvilket effektivt undertrykker selvdoping, forberedelse film af høj kvalitet med stejle overgangszoner og forbedrer også produktionseffektiviteten.
3.8 Plasmaforbedret kemisk dampaflejringsudstyr
Plasmaforstærket kemisk dampaflejring (PECVD) er en meget brugt thin filmaflejringsteknologi. Under plasmaprocessen ioniseres den gasformige precursor under påvirkning af plasma for at danne exciterede aktive grupper, som diffunderer til substratoverfladen og derefter gennemgår kemiske reaktioner for at fuldende filmvæksten.
I henhold til frekvensen af plasmagenerering kan plasmaet, der anvendes i PECVD, opdeles i to typer: radiofrekvensplasma (RF-plasma) og mikrobølgeplasma (mikrobølgeplasma). På nuværende tidspunkt er radiofrekvensen, der bruges i industrien, generelt 13,56 MHz.
Introduktionen af radiofrekvensplasma er normalt opdelt i to typer: kapacitiv kobling (CCP) og induktiv kobling (ICP). Den kapacitive koblingsmetode er normalt en direkte plasmareaktionsmetode; mens den induktive koblingsmetode kan være en direkte plasmametode eller en fjernplasmametode.
I halvlederfremstillingsprocesser bruges PECVD ofte til at dyrke tynde film på substrater, der indeholder metaller eller andre temperaturfølsomme strukturer. For eksempel inden for back-end metal-sammenkobling af integrerede kredsløb, da kilde-, gate- og drænstrukturerne af enheden er blevet dannet i front-end-processen, er væksten af tynde film inden for metal-sammenkobling genstand for til meget strenge termiske budgetbegrænsninger, så det afsluttes normalt med plasmaassistance. Ved at justere plasmaprocesparametrene kan densiteten, den kemiske sammensætning, urenhedsindholdet, den mekaniske sejhed og stressparametrene for den tynde film dyrket af PECVD justeres og optimeres inden for et bestemt område.
3.9 Atomisk lagaflejringsudstyr
Atomic layer deposition (ALD) er en tyndfilmsdepositionsteknologi, der vokser periodisk i form af et kvasi-monoatomisk lag. Dens egenskab er, at tykkelsen af den aflejrede film kan justeres præcist ved at kontrollere antallet af vækstcyklusser. I modsætning til den kemiske dampaflejring (CVD)-processen passerer de to (eller flere) forstadier i ALD-processen skiftevis gennem substratoverfladen og isoleres effektivt ved udrensning af sjældne gasser.
De to forstadier vil ikke blandes og mødes i gasfasen for at reagere kemisk, men kun reagere gennem kemisk adsorption på substratoverfladen. I hver ALD-cyklus er mængden af precursor adsorberet på substratoverfladen relateret til tætheden af de aktive grupper på substratoverfladen. Når de reaktive grupper på substratoverfladen er udtømt, selv hvis der indføres et overskud af precursor, vil der ikke forekomme kemisk adsorption på substratoverfladen.
Denne reaktionsproces kaldes en overflade selvbegrænsende reaktion. Denne procesmekanisme gør tykkelsen af filmen vokset i hver cyklus af ALD-processen konstant, så ALD-processen har fordelene ved præcis tykkelseskontrol og god filmtrinsdækning.
3.10 Molekylært stråleepitaxiudstyr
Molecular Beam Epitaxy (MBE) system refererer til en epitaksial enhed, der bruger en eller flere termisk energi atomare bjælker eller molekylære stråler til at sprøjte på den opvarmede substratoverflade med en bestemt hastighed under ultrahøje vakuumforhold og adsorbere og migrere på substratoverfladen epitaksialt at vokse tynde enkeltkrystalfilm langs krystalaksens retning af substratmaterialet. Generelt danner strålekilden en atomstråle eller en molekylær stråle under betingelserne for opvarmning af en jetovn med et varmeskjold, og filmen vokser lag for lag langs krystalaksens retning af substratmaterialet.
Dens karakteristika er lav epitaksial væksttemperatur, og tykkelsen, grænsefladen, den kemiske sammensætning og urenhedskoncentrationen kan kontrolleres præcist på atomniveau. Selvom MBE stammer fra fremstillingen af halvleder ultratynde enkeltkrystalfilm, er dens anvendelse nu udvidet til en række forskellige materialesystemer såsom metaller og isolerende dielektrikum og kan fremstille III-V, II-VI, silicium, siliciumgermanium (SiGe) ), grafen, oxider og organiske film.
Molecular beam epitaxy (MBE) systemet består hovedsageligt af et ultrahøjt vakuumsystem, en molekylær strålekilde, et substratfikserings- og varmesystem, et prøveoverførselssystem, et in-situ overvågningssystem, et kontrolsystem og en test system.
Vakuumsystemet omfatter vakuumpumper (mekaniske pumper, molekylære pumper, ionpumper og kondensationspumper osv.) og forskellige ventiler, som kan skabe et vækstmiljø med ultrahøjt vakuum. Den generelt opnåelige vakuumgrad er 10-8 til 10-11 Torr. Vakuumsystemet har hovedsageligt tre vakuumarbejdskamre, nemlig prøveinjektionskammeret, forbehandlings- og overfladeanalysekammeret og vækstkammeret.
Prøveindsprøjtningskammeret bruges til at overføre prøver til omverdenen for at sikre de høje vakuumforhold i andre kamre; forbehandlings- og overfladeanalysekammeret forbinder prøveinjektionskammeret og vækstkammeret, og dets hovedfunktion er at forbehandle prøven (højtemperaturafgasning for at sikre fuldstændig renhed af substratoverfladen) og at udføre foreløbig overfladeanalyse på renset prøve; vækstkammeret er kernedelen af MBE-systemet, hovedsageligt sammensat af en kildeovn og dens tilsvarende lukkerkonstruktion, en prøvekontrolkonsol, et kølesystem, en refleksions højenergi elektrondiffraktion (RHEED) og et in-situ overvågningssystem . Noget produktions-MBE-udstyr har flere vækstkammerkonfigurationer. Det skematiske diagram af MBE-udstyrets struktur er vist nedenfor:
MBE af siliciummateriale bruger højrent silicium som råmateriale, vokser under ultrahøjt vakuum (10-10~10-11Torr) forhold, og væksttemperaturen er 600~900 ℃, med Ga (P-type) og Sb ( N-type) som dopingkilder. Almindelig anvendte dopingkilder som P, As og B bruges sjældent som strålekilder, fordi de er svære at fordampe.
Reaktionskammeret i MBE har et ultrahøjt vakuummiljø, som øger den gennemsnitlige frie vej for molekyler og reducerer forurening og oxidation på overfladen af det voksende materiale. Det fremstillede epitaksiale materiale har god overflademorfologi og ensartethed og kan laves til en flerlagsstruktur med forskellig doping eller forskellige materialekomponenter.
MBE-teknologi opnår den gentagne vækst af ultratynde epitaksiale lag med en tykkelse på et enkelt atomlag, og grænsefladen mellem de epitaksiale lag er stejl. Det fremmer væksten af III-V halvledere og andre multikomponent heterogene materialer. På nuværende tidspunkt er MBE-systemet blevet et avanceret procesudstyr til produktion af en ny generation af mikrobølgeenheder og optoelektroniske enheder. Ulemperne ved MBE-teknologi er langsom filmvæksthastighed, høje vakuumkrav og høje udgifter til udstyr og udstyrsbrug.
3.11 Vapor Phase Epitaxy System
Dampfase-epitaksisystemet (VPE) refererer til en epitaksial vækstanordning, der transporterer gasformige forbindelser til et substrat og opnår et enkelt krystalmaterialelag med det samme gitterarrangement som substratet gennem kemiske reaktioner. Det epitaksiale lag kan være et homøpitaksialt lag (Si/Si) eller et heteroepitaxialt lag (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 osv.). I øjeblikket er VPE-teknologi blevet brugt i vid udstrækning inden for nanomaterialeforberedelse, strømenheder, optoelektroniske halvlederenheder, solcelleanlæg og integrerede kredsløb.
Typisk VPE omfatter atmosfærisk tryk-epitaksi og reduceret tryk-epitaksi, ultrahøjvakuum kemisk dampaflejring, metalorganisk kemisk dampaflejring osv. Nøglepunkterne i VPE-teknologien er reaktionskammerdesign, gasstrømstilstand og ensartethed, temperaturensartethed og præcisionskontrol, trykkontrol og stabilitet, partikel- og defektkontrol mv.
På nuværende tidspunkt er udviklingsretningen for almindelige kommercielle VPE-systemer stor waferbelastning, fuldautomatisk kontrol og realtidsovervågning af temperatur og vækstproces. VPE-systemer har tre strukturer: lodret, vandret og cylindrisk. Opvarmningsmetoderne omfatter modstandsopvarmning, højfrekvent induktionsopvarmning og infrarød strålingsopvarmning.
På nuværende tidspunkt bruger VPE-systemer for det meste vandrette skivestrukturer, som har karakteristikaene af god ensartethed af epitaksial filmvækst og stor waferbelastning. VPE-systemer består normalt af fire dele: reaktor, varmesystem, gasvejsystem og kontrolsystem. Fordi væksttiden for GaAs og GaN epitaksiale film er relativt lang, bruges induktionsopvarmning og modstandsopvarmning for det meste. I silicium VPE bruger tyk epitaksial filmvækst for det meste induktionsopvarmning; tynd epitaksial filmvækst bruger for det meste infrarød opvarmning for at opnå formålet med hurtig temperaturstigning/fald.
3.12 Liquid Phase Epitaxy System
Liquid Phase Epitaxy (LPE) system refererer til det epitaksiale vækstudstyr, der opløser det materiale, der skal dyrkes (såsom Si, Ga, As, Al osv.) og dopingmidler (såsom Zn, Te, Sn osv.) i en metal med et lavere smeltepunkt (såsom Ga, In osv.), således at det opløste stof er mættet eller overmættet i opløsningsmidlet, og derefter bringes enkeltkrystalsubstratet i kontakt med opløsningen, og det opløste stof udfældes fra opløsningsmidlet vha. gradvis afkøling, og et lag af krystalmateriale med en krystalstruktur og gitterkonstant svarende til substratets overflade dyrkes på overfladen af substratet.
LPE-metoden blev foreslået af Nelson et al. i 1963. Det bruges til at dyrke Si-tynde film og enkeltkrystalmaterialer samt halvledermaterialer såsom III-IV-grupper og kviksølvcadmiumtellurid og kan bruges til at fremstille forskellige optoelektroniske enheder, mikrobølgeenheder, halvlederenheder og solceller .
————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera kan leveregrafit dele, blød/stiv filt, siliciumcarbid dele, CVD siliciumcarbid dele, ogSiC/TaC belagte delemed om 30 dage.
Hvis du er interesseret i ovenstående halvlederprodukter,tøv ikke med at kontakte os første gang.
Tlf.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Indlægstid: 31. august 2024