1. Inleiding
Die proses om stowwe (grondstowwe) aan die oppervlak van substraatmateriaal te heg deur fisiese of chemiese metodes word dunfilmgroei genoem.
Volgens verskillende werksbeginsels kan geïntegreerde stroombaan dunfilmneerlegging verdeel word in:
-Fisiese dampneerlegging (PVD);
-Chemiese dampneerlegging (CVD);
- Uitbreiding.
2. Dunfilmgroeiproses
2.1 Fisiese dampneerlegging en sputterproses
Die fisiese dampneerslag (PVD) proses verwys na die gebruik van fisiese metodes soos vakuumverdamping, sputtering, plasmabedekking en molekulêre straalepitaxy om 'n dun film op die oppervlak van 'n wafer te vorm.
In die VLSI-industrie is die mees gebruikte PVD-tegnologie sputtering, wat hoofsaaklik gebruik word vir elektrodes en metaalverbindings van geïntegreerde stroombane. Sputtering is 'n proses waarin seldsame gasse [soos argon (Ar)] in ione (soos Ar+) geïoniseer word onder die werking van 'n eksterne elektriese veld onder hoë vakuumtoestande, en die materiaal teikenbron onder 'n hoëspanningsomgewing bombardeer, atome of molekules van die teikenmateriaal uitslaan, en dan by die oppervlak van die wafer aankom om 'n dun film te vorm na 'n botsingsvrye vlugproses. Ar het stabiele chemiese eienskappe, en sy ione sal nie chemies met die teikenmateriaal en die film reageer nie. Soos geïntegreerde stroombaanskyfies die 0.13μm koperverbindingstydperk binnegaan, gebruik die koperversperringsmateriaallaag titaniumnitried (TiN) of tantaalnitried (TaN) film. Die vraag na industriële tegnologie het die navorsing en ontwikkeling van chemiese reaksie-sputtertegnologie bevorder, dit wil sê in die sputterkamer, benewens Ar, is daar ook 'n reaktiewe gasstikstof (N2), sodat die Ti of Ta gebombardeer vanaf die teikenmateriaal Ti of Ta reageer met N2 om die vereiste TiN- of TaN-film te genereer.
Daar is drie algemeen gebruikte sputtermetodes, naamlik DC sputtering, RF sputtering en magnetron sputtering. Namate die integrasie van geïntegreerde stroombane aanhou toeneem, neem die aantal lae meerlaagmetaalbedrading toe, en die toepassing van PVD-tegnologie word al hoe meer omvangryk. PVD-materiaal sluit in Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, ens.
PVD- en sputterprosesse word gewoonlik voltooi in 'n hoogs verseëlde reaksiekamer met 'n vakuumgraad van 1×10-7 tot 9×10-9 Torr, wat die suiwerheid van die gas tydens die reaksie kan verseker; terselfdertyd word 'n eksterne hoë spanning benodig om die seldsame gas te ioniseer om 'n hoog genoeg spanning op te wek om die teiken te bombardeer. Die belangrikste parameters vir die evaluering van PVD en sputterprosesse sluit die hoeveelheid stof in, sowel as die weerstandswaarde, eenvormigheid, reflektiwiteitsdikte en spanning van die gevormde film.
2.2 Chemiese dampneerlegging en sputterproses
Chemiese dampneerslag (CVD) verwys na 'n prosestegnologie waarin 'n verskeidenheid gasvormige reaktante met verskillende parsiële druk chemies reageer by 'n sekere temperatuur en druk, en die gegenereerde vaste stowwe op die oppervlak van die substraatmateriaal neergesit word om die verlangde dun te verkry. film. In die tradisionele vervaardigingsproses van geïntegreerde stroombaan is die verkrygde dunfilmmateriaal gewoonlik verbindings soos oksiede, nitriede, karbiede of materiale soos polikristallyne silikon en amorfe silikon. Selektiewe epitaksiale groei, wat meer algemeen gebruik word na die 45nm nodus, soos bron- en drein SiGe of Si selektiewe epitaksiale groei, is ook 'n CVD tegnologie.
Hierdie tegnologie kan voortgaan om enkelkristalmateriale van dieselfde tipe of soortgelyk aan die oorspronklike rooster op 'n enkelkristalsubstraat van silikon of ander materiale langs die oorspronklike rooster te vorm. CVD word wyd gebruik in die groei van isolerende diëlektriese films (soos SiO2, Si3N4 en SiON, ens.) en metaalfilms (soos wolfram, ens.).
Oor die algemeen, volgens die drukklassifikasie, kan CVD verdeel word in atmosferiese druk chemiese dampneerslag (APCVD), sub-atmosfeer druk chemiese dampneerslag (SAPCVD) en lae druk chemiese dampneerslag (LPCVD).
Volgens temperatuurklassifikasie kan CVD verdeel word in hoë temperatuur / lae temperatuur oksied film chemiese dampneerslag (HTO / LTO CVD) en vinnige termiese chemiese dampneerslag (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Volgens die reaksiebron kan CVD verdeel word in silaan-gebaseerde CVD, poliëster-gebaseerde CVD (TEOS-gebaseerde CVD) en metaal organiese chemiese dampneerslag (MOCVD);
Volgens energieklassifikasie kan CVD verdeel word in termiese chemiese dampneerslag (Termiese CVD), plasma verbeterde chemiese dampneerslag (Plasma Enhanced CVD, PECVD) en hoëdigtheid plasma chemiese dampneerslag (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Onlangs is vloeibare chemiese dampneerslag (Flowable CVD, FCVD) met uitstekende gapingsvulvermoë ook ontwikkel.
Verskillende CVD-gegroeide films het verskillende eienskappe (soos chemiese samestelling, diëlektriese konstante, spanning, spanning en afbreekspanning) en kan afsonderlik gebruik word volgens verskillende prosesvereistes (soos temperatuur, stapbedekking, vulvereistes, ens.).
2.3 Atoomlaagneerleggingsproses
Atoomlaagafsetting (ALD) verwys na die afsetting van atome laag vir laag op 'n substraatmateriaal deur 'n enkele atoomfilm laag vir laag te laat groei. 'n Tipiese ALD gebruik die metode om gasvormige voorlopers op 'n afwisselende gepulseerde wyse in die reaktor in te voer.
Byvoorbeeld, eerstens word die reaksievoorloper 1 in die substraatoppervlak ingebring, en na chemiese adsorpsie word 'n enkele atoomlaag op die substraatoppervlak gevorm; dan word die voorloper 1 wat op die substraatoppervlak en in die reaksiekamer oorbly deur 'n lugpomp uitgepomp; dan word die reaksievoorloper 2 in die substraatoppervlak ingebring, en reageer chemies met die voorloper 1 wat op die substraatoppervlak geadsorbeer is om die ooreenstemmende dunfilmmateriaal en die ooreenstemmende neweprodukte op die substraatoppervlak te genereer; wanneer die voorloper 1 heeltemal reageer, sal die reaksie outomaties beëindig word, wat die selfbeperkende eienskap van ALD is, en dan word die oorblywende reaktante en neweprodukte onttrek om voor te berei vir die volgende groeistadium; deur bogenoemde proses voortdurend te herhaal, kan die afsetting van dunfilmmateriaal wat laag vir laag met enkelatome gegroei is, bereik word.
Beide ALD en CVD is maniere om 'n gasagtige chemiese reaksiebron in te voer om chemies op die substraatoppervlak te reageer, maar die verskil is dat die gasvormige reaksiebron van CVD nie die kenmerk van selfbeperkende groei het nie. Dit kan gesien word dat die sleutel tot die ontwikkeling van ALD-tegnologie is om voorlopers met selfbeperkende reaksie-eienskappe te vind.
2.4 Epitaksiale Proses
Epitaksiale proses verwys na die proses om 'n volledig geordende enkelkristallaag op 'n substraat te laat groei. Oor die algemeen is die epitaksiale proses om 'n kristallaag met dieselfde roosteroriëntasie as die oorspronklike substraat op 'n enkelkristalsubstraat te laat groei. Epitaksiale proses word wyd gebruik in halfgeleiervervaardiging, soos epitaksiale silikonwafers in die geïntegreerde stroombaanbedryf, ingebedde bron- en dreineer-epitaksiale groei van MOS-transistors, epitaksiale groei op LED-substrate, ens.
Volgens die verskillende fasetoestande van die groeibron kan epitaksiale groeimetodes in vastefase-epitaksie, vloeistoffase-epitaksie en dampfase-epitaksie verdeel word. In die vervaardiging van geïntegreerde stroombaan is die epitaksiale metodes wat algemeen gebruik word, vaste fase epitaksie en dampfase epitaksie.
Vastefase-epitaksie: verwys na die groei van 'n enkelkristallaag op 'n substraat deur 'n soliede bron te gebruik. Byvoorbeeld, termiese uitgloeiing na ioon-inplanting is eintlik 'n soliede fase epitaksie proses. Tydens iooninplanting word die silikonatome van die silikonwafel gebombardeer deur hoë-energie-geïnplanteerde ione, wat hul oorspronklike roosterposisies verlaat en amorf word, wat 'n oppervlakte-amorfe silikonlaag vorm. Na hoë-temperatuur termiese uitgloeiing keer die amorfe atome terug na hul roosterposisies en bly in ooreenstemming met die atoomkristaloriëntasie binne die substraat.
Die groeimetodes van dampfase-epitaksie sluit in chemiese dampfase-epitaksie, molekulêre bundel-epitaksie, atoomlaag-epitaksie, ens. In geïntegreerde stroombaanvervaardiging is chemiese dampfase-epitaksie die algemeenste gebruik. Die beginsel van chemiese dampfase-epitaksie is basies dieselfde as dié van chemiese dampneerslag. Albei is prosesse wat dun films neerslaan deur chemies op die oppervlak van wafers te reageer na gasmenging.
Die verskil is dat omdat chemiese dampfase-epitaxie 'n enkele kristallaag laat groei, dit hoër vereistes het vir die onsuiwerheidsinhoud in die toerusting en die netheid van die wafeloppervlak. Die vroeë chemiese dampfase epitaksiale silikonproses moet onder hoë temperatuurtoestande (meer as 1000°C) uitgevoer word. Met die verbetering van prosestoerusting, veral die aanvaarding van vakuumuitruilkamertegnologie, is die netheid van die toerustingholte en die oppervlak van die silikonwafel aansienlik verbeter, en silikonepitaxy kan by 'n laer temperatuur (600-700°) uitgevoer word. C). Die epitaksiale silikonwafelproses is om 'n laag enkelkristalsilikon op die oppervlak van die silikonwafer te laat groei.
In vergelyking met die oorspronklike silikonsubstraat, het die epitaksiale silikonlaag hoër suiwerheid en minder roosterdefekte, wat die opbrengs van halfgeleiervervaardiging verbeter. Daarbenewens kan die groeidikte en dopingkonsentrasie van die epitaksiale silikonlaag wat op die silikonwafel gegroei word, buigsaam ontwerp word, wat buigsaamheid aan die ontwerp van die toestel bring, soos die vermindering van substraatweerstand en die verbetering van substraatisolasie. Die ingebedde bron-drein epitaksiale proses is 'n tegnologie wat wyd gebruik word in gevorderde logika tegnologie nodusse.
Dit verwys na die proses van epitaksiaal groei van gedoteerde germaniumsilikon of silikon in die bron- en dreinstreke van MOS-transistors. Die belangrikste voordele van die bekendstelling van die ingebedde bron-drein epitaksiale proses sluit in: groei van 'n pseudokristallyne laag wat stres bevat as gevolg van roosteraanpassing, die verbetering van kanaaldraermobiliteit; in-situ doping van die bron en drein kan die parasitiese weerstand van die bron-drein aansluiting verminder en die defekte van hoë-energie ioon inplanting verminder.
3. dun film groei toerusting
3.1 Vakuum verdampingstoerusting
Vakuumverdamping is 'n deklaagmetode wat soliede materiale in 'n vakuumkamer verhit om dit te laat verdamp, verdamp of sublimeer, en dan kondenseer en neerslaan op die oppervlak van 'n substraatmateriaal by 'n sekere temperatuur.
Gewoonlik bestaan dit uit drie dele, naamlik die vakuumstelsel, verdampingstelsel en verhittingstelsel. Die vakuumstelsel bestaan uit vakuumpype en vakuumpompe, en sy hooffunksie is om 'n gekwalifiseerde vakuumomgewing vir verdamping te verskaf. Die verdampingstelsel bestaan uit 'n verdampingstabel, 'n verhittingskomponent en 'n temperatuurmetingskomponent.
Die teikenmateriaal wat verdamp moet word (soos Ag, Al, ens.) word op die verdampingstafel geplaas; die verhitting- en temperatuurmetingskomponent is 'n geslote lusstelsel wat gebruik word om die verdampingstemperatuur te beheer om gladde verdamping te verseker. Die verhittingstelsel bestaan uit 'n wafer stadium en 'n verwarmingskomponent. Die wafer stadium word gebruik om die substraat te plaas waarop die dun film verdamp moet word, en die verwarmingskomponent word gebruik om substraatverhitting en temperatuurmeting-terugvoerbeheer te realiseer.
Die vakuumomgewing is 'n baie belangrike toestand in die vakuumverdampingsproses, wat verband hou met die verdampingstempo en die kwaliteit van die film. As die vakuumgraad nie aan die vereistes voldoen nie, sal die verdampte atome of molekules gereeld met die oorblywende gasmolekules bots, wat hul gemiddelde vrye pad kleiner maak, en die atome of molekules sal ernstig verstrooi, waardeur die rigting van beweging verander en die film verminder word. formasietempo.
Daarbenewens, as gevolg van die teenwoordigheid van oorblywende onsuiwerheidsgasmolekules, is die gedeponeerde film ernstig besoedel en van swak gehalte, veral wanneer die drukstygtempo van die kamer nie aan die standaard voldoen nie en daar lekkasie is, sal lug in die vakuumkamer lek. , wat 'n ernstige impak op die filmkwaliteit sal hê.
Die strukturele eienskappe van die vakuumverdampingstoerusting bepaal dat die eenvormigheid van die deklaag op groot-grootte substrate swak is. Om die eenvormigheid daarvan te verbeter, word die metode om die bron-substraatafstand te vergroot en die substraat te draai oor die algemeen aangeneem, maar die verhoging van die bron-substraatafstand sal die groeitempo en suiwerheid van die film opoffer. Terselfdertyd, as gevolg van die toename in die vakuumruimte, word die benuttingstempo van die verdampte materiaal verminder.
3.2 GS fisiese dampneerslagtoerusting
Gelykstroom fisiese dampneerlegging (DCPVD) staan ook bekend as katode-sputtering of vakuum DC-twee-stadium sputtering. Die teikenmateriaal van vakuum-DC-sputtering word as die katode gebruik en die substraat word as die anode gebruik. Vakuumsputtering is om 'n plasma te vorm deur die prosesgas te ioniseer.
Die gelaaide deeltjies in die plasma word in die elektriese veld versnel om 'n sekere hoeveelheid energie te verkry. Die deeltjies met voldoende energie bombardeer die oppervlak van die teikenmateriaal, sodat die teikenatome uitgespat word; die gesputterde atome met 'n sekere kinetiese energie beweeg na die substraat om 'n dun film op die oppervlak van die substraat te vorm. Die gas wat vir sputtering gebruik word, is oor die algemeen 'n seldsame gas, soos argon (Ar), dus die film wat deur sputtering gevorm word, sal nie besoedel word nie; boonop is die atoomradius van argon meer geskik vir sputtering.
Die grootte van die sputterdeeltjies moet naby aan die grootte van die teikenatome wees wat gesputter moet word. As die deeltjies te groot of te klein is, kan effektiewe sputtering nie gevorm word nie. Benewens die groottefaktor van die atoom, sal die massafaktor van die atoom ook die sputterkwaliteit beïnvloed. As die sputterende deeltjiebron te lig is, sal die teikenatome nie gesputter word nie; as die sputterdeeltjies te swaar is, sal die teiken “gebuig” wees en die teiken sal nie gesputter word nie.
Die teikenmateriaal wat in DCPVD gebruik word, moet 'n geleier wees. Dit is omdat wanneer die argon-ione in die prosesgas die teikenmateriaal bombardeer, hulle met die elektrone op die oppervlak van die teikenmateriaal sal herkombineer. Wanneer die teikenmateriaal 'n geleier soos 'n metaal is, word die elektrone wat deur hierdie rekombinasie verbruik word makliker aangevul deur die kragtoevoer en vrye elektrone in ander dele van die teikenmateriaal deur elektriese geleiding, sodat die oppervlak van die teikenmateriaal as 'n geheel bly negatief gelaai en sputtering word gehandhaaf.
Inteendeel, as die teikenmateriaal 'n isolator is, nadat die elektrone op die oppervlak van die teikenmateriaal gerekombineer is, kan die vrye elektrone in ander dele van die teikenmateriaal nie deur elektriese geleiding aangevul word nie, en selfs positiewe ladings sal op die teikenmateriaal ophoop. oppervlak van die teikenmateriaal, wat veroorsaak dat die teikenmateriaalpotensiaal styg, en die negatiewe lading van die teikenmateriaal word verswak totdat dit verdwyn, wat uiteindelik lei tot die beëindiging van sputtering.
Om isolasiemateriaal ook vir sputtering bruikbaar te maak, is dit dus nodig om 'n ander sputtermetode te vind. Radiofrekwensie sputtering is 'n sputtermetode wat geskik is vir beide geleidende en nie-geleidende teikens.
Nog 'n nadeel van DCPVD is dat die ontstekingsspanning hoog is en die elektronbombardement op die substraat sterk is. 'n Effektiewe manier om hierdie probleem op te los, is om magnetronsputtering te gebruik, dus is magnetronsputtering werklik van praktiese waarde op die gebied van geïntegreerde stroombane.
3.3 RF Fisiese dampneerleggingstoerusting
Radiofrekwensie fisiese dampneerlegging (RFPVD) gebruik radiofrekwensiekrag as die opwekkingsbron en is 'n PVD-metode wat geskik is vir 'n verskeidenheid metaal- en nie-metaalmateriale.
Die algemene frekwensies van die RF-kragtoevoer wat in RFPVD gebruik word, is 13.56MHz, 20MHz en 60MHz. Die positiewe en negatiewe siklusse van die RF-kragtoevoer verskyn afwisselend. Wanneer die PVD-teiken in die positiewe halfsiklus is, omdat die teikenoppervlak op 'n positiewe potensiaal is, sal die elektrone in die prosesatmosfeer na die teikenoppervlak vloei om die positiewe lading wat op sy oppervlak opgehoopte is te neutraliseer, en selfs voortgaan om elektrone op te bou, maak sy oppervlak negatief bevooroordeeld; wanneer die sputterteiken in die negatiewe halfsiklus is, sal die positiewe ione na die teiken beweeg en gedeeltelik op die teikenoppervlak geneutraliseer word.
Die mees kritieke ding is dat die bewegingspoed van elektrone in die RF elektriese veld baie vinniger is as dié van positiewe ione, terwyl die tyd van die positiewe en negatiewe halfsiklusse dieselfde is, dus na 'n volledige siklus sal die teikenoppervlak wees "netto" negatief gelaai. Daarom, in die eerste paar siklusse, toon die negatiewe lading van die teikenoppervlak 'n toenemende neiging; daarna bereik die teikenoppervlak 'n stabiele negatiewe potensiaal; daarna, omdat die negatiewe lading van die teiken 'n afstotende effek op elektrone het, is die hoeveelheid positiewe en negatiewe ladings wat deur die teikenelektrode ontvang word, geneig om te balanseer, en die teiken vertoon 'n stabiele negatiewe lading.
Uit die bogenoemde proses kan gesien word dat die proses van negatiewe spanningsvorming niks te doen het met die eienskappe van die teikenmateriaal self nie, dus kan die RFPVD-metode nie net die probleem van sputtering van isolerende teikens oplos nie, maar ook goed versoenbaar is. met konvensionele metaalgeleierteikens.
3.4 Magnetron sputtertoerusting
Magnetronsputtering is 'n PVD-metode wat magnete aan die agterkant van die teiken byvoeg. Die bygevoegde magnete en die GS-kragtoevoer (of WS-kragtoevoer) stelsel vorm 'n magnetron sputtering bron. Die sputterbron word gebruik om 'n interaktiewe elektromagnetiese veld in die kamer te vorm, die bewegingsreeks van elektrone in die plasma binne die kamer vas te vang en te beperk, die bewegingspad van elektrone uit te brei en sodoende die konsentrasie van die plasma te verhoog, en uiteindelik meer te bereik. afsetting.
Daarbenewens, omdat meer elektrone naby die oppervlak van die teiken gebind word, word die bombardement van die substraat deur elektrone verminder, en die temperatuur van die substraat word verminder. In vergelyking met die platplaat DCPVD-tegnologie, is een van die mees voor die hand liggende kenmerke van magnetron-fisiese dampneerslagtegnologie dat die ontsteking-ontladingsspanning laer en meer stabiel is.
As gevolg van sy hoër plasmakonsentrasie en groter sputteropbrengs, kan dit uitstekende afsettingsdoeltreffendheid, afsettingsdiktebeheer in 'n groot groottereeks, presiese samestellingbeheer en laer ontstekingspanning bereik. Daarom is magnetronsputtering in 'n dominante posisie in die huidige metaalfilm PVD. Die eenvoudigste magnetron-sputterbronontwerp is om 'n groep magnete op die agterkant van die plat teiken (buite die vakuumstelsel) te plaas om 'n magnetiese veld parallel met die teikenoppervlak in 'n plaaslike area op die teikenoppervlak te genereer.
As 'n permanente magneet geplaas word, is sy magnetiese veld relatief vas, wat lei tot 'n relatief vaste magnetiese veldverspreiding op die teikenoppervlak in die kamer. Slegs materiale in spesifieke areas van die teiken word gesputter, die teikenbenuttingstempo is laag en die eenvormigheid van die voorbereide film is swak.
Daar is 'n sekere waarskynlikheid dat die gesputterde metaal- of ander materiaaldeeltjies terug op die teikenoppervlak neergelê sal word, en daardeur in deeltjies saamvoeg en defekbesoedeling sal vorm. Daarom gebruik kommersiële magnetron-sputtering-bronne meestal 'n roterende magneetontwerp om filmuniformiteit, teikenbenuttingstempo en volle teikensputtering te verbeter.
Dit is van kardinale belang om hierdie drie faktore te balanseer. As die balans nie goed hanteer word nie, kan dit 'n goeie film eenvormigheid tot gevolg hê, terwyl die teikenbenuttingskoers aansienlik verminder word (die teikenlewe verkort), of nie volle teikensputtering of volle teikenkorrosie kan bereik nie, wat deeltjieprobleme tydens die sputtering sal veroorsaak. proses.
In magnetron-PVD-tegnologie is dit nodig om die roterende magneetbewegingsmeganisme, teikenvorm, teikenverkoelingstelsel en magnetron-sputteringbron in ag te neem, sowel as die funksionele konfigurasie van die basis wat die wafer dra, soos wafeladsorpsie en temperatuurbeheer. In die PVD-proses word die temperatuur van die wafer beheer om die vereiste kristalstruktuur, korrelgrootte en oriëntasie te verkry, sowel as die stabiliteit van werkverrigting.
Aangesien die hittegeleiding tussen die agterkant van die wafer en die oppervlak van die basis 'n sekere druk vereis, gewoonlik in die orde van verskeie Torr, en die werksdruk van die kamer gewoonlik in die orde van verskeie mTorr is, is die druk op die rug van die wafer is baie groter as die druk op die boonste oppervlak van die wafer, so 'n meganiese chuck of 'n elektrostatiese chuck is nodig om die wafer te posisioneer en te beperk.
Die meganiese chuck maak staat op sy eie gewig en die rand van die wafer om hierdie funksie te bereik. Alhoewel dit die voordele van 'n eenvoudige struktuur en onsensitiwiteit vir die materiaal van die wafer het, is die randeffek van die wafer duidelik, wat nie bevorderlik is vir die streng beheer van deeltjies nie. Daarom is dit geleidelik vervang deur 'n elektrostatiese chuck in die IC-vervaardigingsproses.
Vir prosesse wat nie besonder sensitief is vir temperatuur nie, kan 'n nie-adsorpsie, nie-rand kontak rak-metode (geen drukverskil tussen die boonste en onderste oppervlaktes van die wafer) ook gebruik word. Tydens die PVD-proses sal die kamervoering en die oppervlak van die dele wat met die plasma in aanraking kom, neergelê en bedek word. Wanneer die gedeponeerde filmdikte die limiet oorskry, sal die film kraak en afdop, wat deeltjieprobleme veroorsaak.
Daarom is die oppervlakbehandeling van dele soos die voering die sleutel om hierdie limiet te verleng. Oppervlaksandstraal en aluminiumbespuiting is twee algemeen gebruikte metodes, waarvan die doel is om die oppervlakruwheid te verhoog om die binding tussen die film en die voeringoppervlak te versterk.
3.5 Ionisasie Fisiese Dampneerlegging Toerusting
Met die voortdurende ontwikkeling van mikro-elektroniese tegnologie word kenmerkgroottes al hoe kleiner. Aangesien PVD-tegnologie nie die afsettingsrigting van deeltjies kan beheer nie, is die vermoë van PVD om deur gate en smal kanale met hoë aspekverhoudings binne te gaan beperk, wat die uitgebreide toepassing van tradisionele PVD-tegnologie toenemend bevraagteken. In die PVD-proses, soos die aspekverhouding van die poriegroef toeneem, verminder die bedekking aan die onderkant, wat 'n dakrandagtige oorhangende struktuur by die boonste hoek vorm, en die swakste bedekking by die onderste hoek vorm.
Geïoniseerde fisiese dampneerslagtegnologie is ontwikkel om hierdie probleem op te los. Dit plasmatiseer eers die metaalatome wat op verskillende maniere van die teiken af gesputter word, en pas dan die voorspanning wat op die wafer gelaai word aan om die rigting en energie van die metaalione te beheer om 'n stabiele rigtinggewende metaalioonvloei te verkry om 'n dun film voor te berei, en sodoende te verbeter die dekking van die onderkant van die trappe van hoë aspekverhouding deur gate en smal kanale.
Die tipiese kenmerk van geïoniseerde metaalplasma-tegnologie is die toevoeging van 'n radiofrekwensiespoel in die kamer. Tydens die proses word die werksdruk van die kamer op 'n relatief hoë toestand gehandhaaf (5 tot 10 keer die normale werksdruk). Tydens PVD word die radiofrekwensiespoel gebruik om die tweede plasmagebied te genereer, waarin die argonplasmakonsentrasie toeneem met die toename in radiofrekwensiekrag en gasdruk. Wanneer die metaalatome wat van die teiken gesputter word deur hierdie gebied gaan, tree hulle in wisselwerking met die hoëdigtheid argonplasma om metaalione te vorm.
Die toepassing van 'n RF-bron by die wafeldraer (soos 'n elektrostatiese chuck) kan die negatiewe voorspanning op die wafer verhoog om metaal positiewe ione na die onderkant van die poriegroef te lok. Hierdie rigtinggewende metaalioonvloei loodreg op die wafeloppervlak verbeter die trapbodembedekking van hoë aspekverhouding porieë en smal kanale.
Die negatiewe vooroordeel wat op die wafer toegepas word, veroorsaak ook dat ione die wafeloppervlak bombardeer (omgekeerde sputtering), wat die oorhangende struktuur van die poriegroefmond verswak en die film wat aan die onderkant neergelê is, op die sywande by die hoeke van die onderkant van die porie spat. groef, waardeur die trapbedekking by die hoeke verbeter word.
3.6 Atmosferiese druk Chemiese dampneerslagtoerusting
Atmosferiese druk chemiese dampneerslag (APCVD) toerusting verwys na 'n toestel wat 'n gasvormige reaksiebron teen 'n konstante spoed op die oppervlak van 'n verhitte soliede substraat onder 'n omgewing met 'n druk naby aan atmosferiese druk spuit, wat veroorsaak dat die reaksiebron chemies reageer op die substraatoppervlak, en die reaksieproduk word op die substraatoppervlak neergesit om 'n dun film te vorm.
APCVD-toerusting is die vroegste CVD-toerusting en word steeds wyd gebruik in industriële produksie en wetenskaplike navorsing. APCVD-toerusting kan gebruik word om dun films soos enkelkristal silikon, polikristallyne silikon, silikondioksied, sinkoksied, titaandioksied, fosfosilikaatglas en borofosfosilikaatglas voor te berei.
3.7 Laedruk chemiese dampneerslagtoerusting
Laedruk chemiese dampneerslag (LPCVD) toerusting verwys na toerusting wat gasvormige grondstowwe gebruik om chemies te reageer op die oppervlak van 'n soliede substraat onder 'n verhitte (350-1100°C) en laedruk (10-100mTorr) omgewing, en die reaktante word op die substraatoppervlak neergesit om 'n dun film te vorm. LPCVD-toerusting word ontwikkel op die basis van APCVD om die kwaliteit van dun films te verbeter, die verspreidingsuniformiteit van kenmerkende parameters soos filmdikte en weerstand te verbeter, en produksiedoeltreffendheid te verbeter.
Die belangrikste kenmerk daarvan is dat die prosesgas in 'n laedruk termiese veldomgewing chemies op die oppervlak van die wafelsubstraat reageer, en die reaksieprodukte word op die substraatoppervlak neergesit om 'n dun film te vorm. LPCVD-toerusting het voordele in die voorbereiding van hoë kwaliteit dun films en kan gebruik word om dun films soos silikonoksied, silikonnitried, polisilicon, silikonkarbied, galliumnitried en grafeen voor te berei.
In vergelyking met APCVD, verhoog die laedruk reaksie-omgewing van LPCVD-toerusting die gemiddelde vrye pad en diffusiekoëffisiënt van die gas in die reaksiekamer.
Die reaksiegas en draergasmolekules in die reaksiekamer kan eweredig in 'n kort tydjie versprei word, wat dus die eenvormigheid van filmdikte, weerstandsuniformiteit en stapbedekking van die film aansienlik verbeter, en die verbruik van reaksiegas is ook klein. Daarbenewens versnel die laedruk-omgewing ook die transmissiespoed van gasstowwe. Onsuiwerhede en reaksie neweprodukte wat van die substraat diffundeer kan vinnig deur die grenslaag uit die reaksiesone gehaal word, en die reaksiegas gaan vinnig deur die grenslaag om die substraatoppervlak vir reaksie te bereik, en sodoende selfdotering effektief onderdruk, voorberei hoë kwaliteit films met steil oorgangsones, en verbeter ook produksiedoeltreffendheid.
3.8 Plasma-verbeterde chemiese dampneerslagtoerusting
Plasma-versterkte chemiese dampneerslag (PECVD) is 'n algemeen gebruikte thin filmafsettingstegnologie. Tydens die plasmaproses word die gasvormige voorloper onder die werking van plasma geïoniseer om opgewonde aktiewe groepe te vorm, wat na die substraatoppervlak diffundeer en dan chemiese reaksies ondergaan om die filmgroei te voltooi.
Volgens die frekwensie van plasmagenerering kan die plasma wat in PECVD gebruik word, in twee tipes verdeel word: radiofrekwensieplasma (RF-plasma) en mikrogolfplasma (mikrogolfplasma). Tans is die radiofrekwensie wat in die bedryf gebruik word, oor die algemeen 13.56MHz.
Die bekendstelling van radiofrekwensieplasma word gewoonlik in twee tipes verdeel: kapasitiewe koppeling (CCP) en induktiewe koppeling (ICP). Die kapasitiewe koppelingsmetode is gewoonlik 'n direkte plasmareaksiemetode; terwyl die induktiewe koppelingsmetode 'n direkte plasmametode of 'n afgeleë plasmametode kan wees.
In halfgeleiervervaardigingsprosesse word PECVD dikwels gebruik om dun films te laat groei op substrate wat metale of ander temperatuursensitiewe strukture bevat. Byvoorbeeld, op die gebied van back-end metaal interkonneksie van geïntegreerde stroombane, aangesien die bron-, hek- en dreinstrukture van die toestel in die front-end proses gevorm is, is die groei van dun films in die veld van metaal interkonneksie onderhewig tot baie streng termiese begrotingsbeperkings, dus word dit gewoonlik met plasmabystand voltooi. Deur die plasmaprosesparameters aan te pas, kan die digtheid, chemiese samestelling, onsuiwerheidsinhoud, meganiese taaiheid en spanningsparameters van die dun film wat deur PECVD gekweek word, binne 'n sekere reeks aangepas en geoptimaliseer word.
3.9 Atoomlaagneerleggingstoerusting
Atoomlaagneerslag (ALD) is 'n dunfilmafsettingstegnologie wat periodiek groei in die vorm van 'n kwasi-monoatomiese laag. Die kenmerk daarvan is dat die dikte van die gedeponeerde film presies aangepas kan word deur die aantal groeisiklusse te beheer. Anders as die chemiese dampneerslag (CVD) proses, gaan die twee (of meer) voorlopers in die ALD-proses afwisselend deur die substraatoppervlak en word effektief geïsoleer deur die suiwering van seldsame gas.
Die twee voorlopers sal nie meng en ontmoet in die gasfase om chemies te reageer nie, maar reageer slegs deur chemiese adsorpsie op die substraatoppervlak. In elke ALD-siklus is die hoeveelheid voorloper wat op die substraatoppervlak geadsorbeer word, verwant aan die digtheid van die aktiewe groepe op die substraatoppervlak. Wanneer die reaktiewe groepe op die substraatoppervlak uitgeput is, selfs al word 'n oormaat voorloper ingebring, sal chemiese adsorpsie nie op die substraatoppervlak plaasvind nie.
Hierdie reaksieproses word 'n oppervlak-selfbeperkende reaksie genoem. Hierdie prosesmeganisme maak die dikte van die film wat in elke siklus van die ALD-proses gegroei word konstant, dus het die ALD-proses die voordele van presiese diktebeheer en goeie filmstapdekking.
3.10 Molekulêre Straal Epitaksie Toerusting
Molecular Beam Epitaxy (MBE) stelsel verwys na 'n epitaksiale toestel wat een of meer termiese energie atoomstrale of molekulêre strale gebruik om op die verhitte substraatoppervlak te spuit teen 'n sekere spoed onder ultrahoë vakuumtoestande, en adsorbeer en migreer op die substraatoppervlak om enkelkristal dun films epitaksiaal langs die kristal-as-rigting van die substraatmateriaal te laat groei. Oor die algemeen, onder die toestand van verhitting deur 'n straaloond met 'n hitteskild, vorm die bundelbron 'n atoombundel of 'n molekulêre bundel, en die film groei laag vir laag langs die kristal-asrigting van die substraatmateriaal.
Die kenmerke daarvan is lae epitaksiale groeitemperatuur, en die dikte, raakvlak, chemiese samestelling en onsuiwerheidskonsentrasie kan presies op atoomvlak beheer word. Alhoewel MBE ontstaan het uit die voorbereiding van halfgeleier ultradun enkelkristalfilms, het die toepassing daarvan nou uitgebrei na 'n verskeidenheid materiaalstelsels soos metale en isolerende diëlektrika, en kan III-V, II-VI, silikon, silikongermanium (SiGe) voorberei ), grafeen, oksiede en organiese films.
Die molekulêre bundel epitaksie (MBE) stelsel is hoofsaaklik saamgestel uit 'n ultrahoë vakuum stelsel, 'n molekulêre bundel bron, 'n substraat bevestiging en verhitting stelsel, 'n monster oordragstelsel, 'n in-situ moniteringstelsel, 'n beheerstelsel en 'n toets stelsel.
Die vakuumstelsel sluit vakuumpompe (meganiese pompe, molekulêre pompe, ioonpompe, en kondensasiepompe, ens.) en verskeie kleppe in, wat 'n ultrahoë vakuumgroei-omgewing kan skep. Die algemeen haalbare vakuumgraad is 10-8 tot 10-11 Torr. Die vakuumstelsel het hoofsaaklik drie vakuumwerkkamers, naamlik die monsterinspuitkamer, die voorbehandelings- en oppervlakontledingskamer en die groeikamer.
Die monster-inspuitkamer word gebruik om monsters na die buitewêreld oor te dra om die hoë vakuumtoestande van ander kamers te verseker; die voorbehandelings- en oppervlakontledingskamer verbind die monsterinspuitkamer en die groeikamer, en sy hooffunksie is om die monster vooraf te verwerk (hoë-temperatuur ontgassing om die volledige netheid van die substraatoppervlak te verseker) en om voorlopige oppervlakanalise op die skoongemaakte monster; die groeikamer is die kerndeel van die MBE-stelsel, hoofsaaklik saamgestel uit 'n bronoond en sy ooreenstemmende sluitersamestelling, 'n monsterbeheerkonsole, 'n verkoelingstelsel, 'n refleksie hoë-energie elektrondiffraksie (RHEED) en 'n in-situ moniteringstelsel . Sommige produksie-MBE-toerusting het veelvuldige groeikamerkonfigurasies. Die skematiese diagram van die MBE-toerustingstruktuur word hieronder getoon:
MBE van silikonmateriaal gebruik hoësuiwer silikon as grondstof, groei onder ultrahoë vakuum (10-10～10-11Torr) toestande, en die groeitemperatuur is 600～900℃, met Ga (P-tipe) en Sb ( N-tipe) as dopingbronne. Algemeen gebruikte dopingbronne soos P, As en B word selde as straalbronne gebruik omdat dit moeilik is om te verdamp.
Die reaksiekamer van MBE het 'n ultrahoë vakuumomgewing, wat die gemiddelde vrye pad van molekules verhoog en kontaminasie en oksidasie op die oppervlak van die groeiende materiaal verminder. Die voorbereide epitaksiale materiaal het goeie oppervlakmorfologie en eenvormigheid, en kan in 'n meerlaagstruktuur gemaak word met verskillende doping of verskillende materiaalkomponente.
MBE-tegnologie bereik die herhaalde groei van ultra-dun epitaksiale lae met 'n dikte van 'n enkele atoomlaag, en die raakvlak tussen die epitaksiale lae is steil. Dit bevorder die groei van III-V halfgeleiers en ander multi-komponent heterogene materiale. Tans het die MBE-stelsel 'n gevorderde prosestoerusting geword vir die vervaardiging van 'n nuwe generasie mikrogolftoestelle en opto-elektroniese toestelle. Die nadele van MBE-tegnologie is stadige filmgroeitempo, hoë vakuumvereistes en hoë toerusting- en toerustinggebruikskoste.
3.11 Dampfase-epitaksiestelsel
Die dampfase-epitaksie (VPE)-stelsel verwys na 'n epitaksiale groeitoestel wat gasvormige verbindings na 'n substraat vervoer en 'n enkele kristalmateriaallaag verkry met dieselfde roosterrangskikking as die substraat deur chemiese reaksies. Die epitaksiale laag kan 'n homoepitaksiale laag (Si/Si) of 'n heteroepitaksiale laag (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, ens.) wees. Tans word VPE-tegnologie wyd gebruik in die velde van nanomateriaalvoorbereiding, kragtoestelle, halfgeleier-opto-elektroniese toestelle, sonkragfotovoltaïese en geïntegreerde stroombane.
Tipiese VPE sluit atmosferiese druk epitaksie en verminderde druk epitaksie, ultra-hoë vakuum chemiese dampneerslag, metaal organiese chemiese dampneerslag, ens. Die sleutelpunte in VPE tegnologie is reaksie kamer ontwerp, gasvloei modus en eenvormigheid, temperatuur eenvormigheid en presisie beheer, drukbeheer en stabiliteit, partikel- en defekbeheer, ens.
Tans is die ontwikkelingsrigting van hoofstroom kommersiële VPE-stelsels groot wafellaai, ten volle outomatiese beheer en intydse monitering van temperatuur en groeiproses. VPE-stelsels het drie strukture: vertikaal, horisontaal en silindries. Die verhittingsmetodes sluit in weerstandsverhitting, hoëfrekwensie-induksieverhitting en infrarooistralingsverhitting.
Tans gebruik VPE-stelsels meestal horisontale skyfstrukture, wat die eienskappe van goeie eenvormigheid van epitaksiale filmgroei en groot wafellading het. VPE-stelsels bestaan gewoonlik uit vier dele: reaktor, verwarmingstelsel, gaspadstelsel en beheerstelsel. Omdat die groeityd van GaAs en GaN epitaksiale films relatief lank is, word induksieverhitting en weerstandsverhitting meestal gebruik. In silikon-VPE gebruik dik epitaksiale filmgroei meestal induksieverhitting; dun epitaksiale filmgroei gebruik meestal infrarooi verwarming om die doel van vinnige temperatuurstyging/daling te bereik.
3.12 Liquid Phase Epitakxy System
Liquid Phase Epitaxy (LPE)-stelsel verwys na die epitaksiale groeitoerusting wat die materiaal wat gekweek moet word (soos Si, Ga, As, Al, ens.) en doteermiddels (soos Zn, Te, Sn, ens.) oplos in 'n metaal met 'n laer smeltpunt (soos Ga, In, ens.), sodat die opgeloste stof in die oplosmiddel versadig of oorversadig is, en dan is die enkelkristal substraat met die oplossing in aanraking gekom het, en die opgeloste stof word uit die oplosmiddel gepresipiteer deur geleidelik af te koel, en 'n laag kristalmateriaal met 'n kristalstruktuur en roosterkonstante soortgelyk aan dié van die substraat word op die oppervlak van die substraat gegroei.
Die LPE-metode is voorgestel deur Nelson et al. in 1963. Dit word gebruik om Si-dunfilms en enkelkristalmateriale te kweek, asook halfgeleiermateriale soos III-IV-groepe en kwikkadmiumtelluried, en kan gebruik word om verskeie opto-elektroniese toestelle, mikrogolftoestelle, halfgeleiertoestelle en sonselle te maak .
—————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera kan verskafgrafiet dele, sagte/rigiede vilt, silikonkarbiedonderdele, CVD silikonkarbiedonderdele, enSiC/TaC-bedekte delemet in 30 dae.
As jy belangstel in die bogenoemde halfgeleierprodukte,moet asseblief nie huiwer om ons die eerste keer te kontak nie.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Pos tyd: Aug-31-2024