1. Introdución
O proceso de unir substancias (materias primas) á superficie dos materiais do substrato por métodos físicos ou químicos chámase crecemento de película fina.
Segundo os diferentes principios de funcionamento, a deposición de película fina do circuíto integrado pódese dividir en:
-Deposición física de vapor (PVD);
-Deposición química en vapor (CVD);
-Ampliación.
2. Proceso de crecemento de película fina
2.1 Proceso físico de deposición de vapor e pulverización catódica
O proceso de deposición física de vapor (PVD) refírese ao uso de métodos físicos como a evaporación ao baleiro, a pulverización catódica, o recubrimento de plasma e a epitaxia de feixe molecular para formar unha película delgada na superficie dunha oblea.
Na industria VLSI, a tecnoloxía PVD máis utilizada é a pulverización catódica, que se usa principalmente para electrodos e interconexións metálicas de circuítos integrados. A pulverización catódica é un proceso no que gases raros [como o argón (Ar)] son ionizados en ións (como Ar+) baixo a acción dun campo eléctrico externo en condicións de alto baleiro, e bombardean a fonte obxecto de material nun ambiente de alta tensión. eliminando átomos ou moléculas do material obxectivo, e despois chegando á superficie da oblea para formar unha película delgada despois dun proceso de voo sen colisións. Ar ten propiedades químicas estables e os seus ións non reaccionan químicamente co material obxectivo e coa película. A medida que os chips de circuítos integrados entran na era de interconexión de cobre de 0,13 μm, a capa de material de barreira de cobre usa película de nitruro de titanio (TiN) ou nitruro de tántalo (TaN). A demanda de tecnoloxía industrial promoveu a investigación e o desenvolvemento da tecnoloxía de pulverización de reaccións químicas, é dicir, na cámara de pulverización catódica, ademais de Ar, tamén hai un nitróxeno de gas reactivo (N2), polo que o Ti ou o Ta bombardeado dende o o material obxectivo Ti ou Ta reacciona co N2 para xerar a película de TiN ou TaN necesaria.
Existen tres métodos de sputtering comúnmente utilizados, a saber, sputtering DC, sputtering RF e sputtering magnetrón. A medida que a integración de circuítos integrados segue aumentando, o número de capas de cableado metálico multicapa aumenta e a aplicación da tecnoloxía PVD é cada vez máis extensa. Os materiais PVD inclúen Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, etc.
Os procesos de PVD e sputtering adoitan completarse nunha cámara de reacción altamente selada cun grao de baleiro de 1×10-7 a 9×10-9 Torr, o que pode garantir a pureza do gas durante a reacción; ao mesmo tempo, é necesaria unha alta tensión externa para ionizar o gas raro para xerar unha tensión suficientemente alta para bombardear o obxectivo. Os principais parámetros para avaliar os procesos de PVD e pulverización catódica inclúen a cantidade de po, así como o valor de resistencia, uniformidade, espesor de reflectividade e tensión da película formada.
2.2 Proceso de deposición de vapor químico e pulverización catódica
A deposición química de vapor (CVD) refírese a unha tecnoloxía de proceso na que unha variedade de reactivos gasosos con diferentes presións parciais reaccionan quimicamente a unha determinada temperatura e presión, e as substancias sólidas xeradas deposítanse na superficie do material do substrato para obter o espesor desexado. película. No proceso tradicional de fabricación de circuítos integrados, os materiais de película delgada obtidos son xeralmente compostos como óxidos, nitruros, carburos ou materiais como o silicio policristalino e o silicio amorfo. O crecemento epitaxial selectivo, que se usa máis habitualmente despois do nodo de 45 nm, como o SiGe de orixe e drenaxe ou o crecemento epitaxial selectivo de Si, tamén é unha tecnoloxía CVD.
Esta tecnoloxía pode seguir formando materiais monocristais do mesmo tipo ou semellantes á rede orixinal sobre un substrato monocristal de silicio ou outros materiais ao longo da rede orixinal. O CVD úsase amplamente no crecemento de películas dieléctricas illantes (como SiO2, Si3N4 e SiON, etc.) e películas metálicas (como volframio, etc.).
Xeralmente, segundo a clasificación de presión, o CVD pódese dividir en deposición de vapor químico a presión atmosférica (APCVD), deposición de vapor químico a presión subatmosférica (SAPCVD) e deposición de vapor químico a baixa presión (LPCVD).
Segundo a clasificación da temperatura, o CVD pódese dividir en deposición de vapor químico de película de óxido de alta temperatura/baixa temperatura (HTO/LTO CVD) e deposición de vapor químico térmico rápido (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Segundo a fonte de reacción, o CVD pódese dividir en CVD baseado en silano, CVD baseado en poliéster (CVD baseado en TEOS) e deposición de vapor químico orgánico metálico (MOCVD);
Segundo a clasificación enerxética, o CVD pódese dividir en deposición de vapor químico térmico (Thermal CVD), deposición de vapor químico mellorada por plasma (CVD mellorado por plasma, PECVD) e deposición de vapor químico por plasma de alta densidade (CVD de plasma de alta densidade, HDPCVD). Recentemente, tamén se desenvolveu a deposición de vapor químico fluído (Flowable CVD, FCVD) cunha excelente capacidade de recheo de ocos.
As diferentes películas cultivadas con CVD teñen propiedades diferentes (como composición química, constante dieléctrica, tensión, tensión e tensión de ruptura) e pódense usar por separado segundo os diferentes requisitos do proceso (como temperatura, cobertura de pasos, requisitos de recheo, etc.).
2.3 Proceso de deposición da capa atómica
A deposición en capa atómica (ALD) refírese á deposición de átomos capa por capa sobre un material de substrato facendo crecer unha única película atómica capa por capa. Un ALD típico adopta o método de introducir precursores gasosos no reactor de forma alternada por pulsos.
Por exemplo, primeiro, o precursor da reacción 1 introdúcese na superficie do substrato e, despois da adsorción química, fórmase unha única capa atómica na superficie do substrato; entón o precursor 1 que queda na superficie do substrato e na cámara de reacción é bombeado por unha bomba de aire; entón o precursor de reacción 2 introdúcese na superficie do substrato e reacciona quimicamente co precursor 1 adsorbido na superficie do substrato para xerar o material de película fina correspondente e os correspondentes subprodutos na superficie do substrato; cando o precursor 1 reacciona por completo, a reacción terminará automaticamente, que é a característica autolimitada da ALD, e despois extráense os reactivos e subprodutos restantes para prepararse para a seguinte etapa de crecemento; repetindo o proceso anterior de forma continua, pódese conseguir a deposición de materiais de película fina cultivados capa por capa con átomos únicos.
Tanto ALD como CVD son formas de introducir unha fonte de reacción química gasosa para reaccionar quimicamente na superficie do substrato, pero a diferenza é que a fonte de reacción gasosa de CVD non ten a característica de crecemento autolimitado. Pódese ver que a clave para desenvolver a tecnoloxía ALD é atopar precursores con propiedades de reacción autolimitantes.
2.4 Proceso epitaxial
O proceso epitaxial refírese ao proceso de cultivar unha capa de cristal único completamente ordenada nun substrato. En xeral, o proceso epitaxial consiste en facer crecer unha capa de cristal coa mesma orientación da rede que o substrato orixinal nun substrato de cristal único. O proceso epitaxial úsase amplamente na fabricación de semicondutores, como obleas de silicio epitaxiais na industria de circuítos integrados, o crecemento epitaxial de fonte e drenaxe integrada de transistores MOS, o crecemento epitaxial en substratos LED, etc.
Segundo os diferentes estados de fase da fonte de crecemento, os métodos de crecemento epitaxial pódense dividir en epitaxia en fase sólida, epitaxia en fase líquida e epitaxia en fase de vapor. Na fabricación de circuítos integrados, os métodos de epitaxia comúnmente utilizados son a epitaxia en fase sólida e a epitaxia en fase de vapor.
Epitaxia en fase sólida: refírese ao crecemento dunha única capa de cristal nun substrato utilizando unha fonte sólida. Por exemplo, o recocido térmico despois da implantación iónica é en realidade un proceso de epitaxia en fase sólida. Durante a implantación de ións, os átomos de silicio da oblea de silicio son bombardeados por ións implantados de alta enerxía, deixando as súas posicións orixinais da rede e tornándose amorfo, formando unha capa superficial de silicio amorfo. Despois do recocido térmico a alta temperatura, os átomos amorfos volven ás súas posicións de rede e permanecen consistentes coa orientación do cristal atómico no interior do substrato.
Os métodos de crecemento da epitaxia en fase de vapor inclúen a epitaxia en fase de vapor química, a epitaxia de feixe molecular, a epitaxia de capa atómica, etc. Na fabricación de circuítos integrados, a epitaxia en fase de vapor química é a máis utilizada. O principio da epitaxia en fase de vapor química é basicamente o mesmo que o da deposición química de vapor. Ambos son procesos que depositan películas finas ao reaccionar químicamente na superficie das obleas despois da mestura de gases.
A diferenza é que debido a que a epitaxia en fase de vapor química fai crecer unha única capa de cristal, ten requisitos máis elevados para o contido de impurezas no equipo e a limpeza da superficie da oblea. O proceso inicial de silicio epitaxial en fase de vapor químico debe levarse a cabo en condicións de alta temperatura (maiores de 1000 °C). Coa mellora dos equipos de proceso, especialmente a adopción da tecnoloxía de cámara de intercambio ao baleiro, mellorouse moito a limpeza da cavidade do equipo e da superficie da oblea de silicio e pódese realizar a epitaxia de silicio a unha temperatura máis baixa (600-700 °C). C). O proceso de oblea de silicio epitaxial consiste en facer crecer unha capa de silicio monocristal na superficie da oblea de silicio.
En comparación co substrato de silicio orixinal, a capa de silicio epitaxial ten maior pureza e menos defectos de rede, mellorando así o rendemento da fabricación de semicondutores. Ademais, o grosor de crecemento e a concentración de dopaxe da capa de silicio epitaxial cultivada na oblea de silicio pódense deseñar de forma flexible, o que aporta flexibilidade ao deseño do dispositivo, como a redución da resistencia do substrato e o illamento do substrato. O proceso epitaxial fonte-dren incorporado é unha tecnoloxía moi utilizada nos nodos de tecnoloxía lóxica avanzada.
Refírese ao proceso de crecemento epitaxial de silicio ou silicio de xermanio dopado nas rexións de orixe e drenaxe dos transistores MOS. As principais vantaxes de introducir o proceso epitaxial fonte-dren incorporado inclúen: o crecemento dunha capa pseudocristalina que contén estrés debido á adaptación da rede, mellorando a mobilidade do portador da canle; A dopaxe in situ da fonte e drenaxe pode reducir a resistencia parasitaria da unión fonte-drenaxe e reducir os defectos da implantación de ións de alta enerxía.
3. equipos de crecemento de película fina
3.1 Equipos de evaporación ao baleiro
A evaporación ao baleiro é un método de revestimento que quenta materiais sólidos nunha cámara de baleiro para facer que se evaporen, vaporicen ou sublimen, e despois se condensen e depositen na superficie dun material de substrato a unha determinada temperatura.
Normalmente consta de tres partes, a saber, o sistema de baleiro, o sistema de evaporación e o sistema de calefacción. O sistema de baleiro consta de tubos de baleiro e bombas de baleiro, e a súa función principal é proporcionar un ambiente de baleiro cualificado para a evaporación. O sistema de evaporación consta dunha táboa de evaporación, un compoñente de calefacción e un compoñente de medición de temperatura.
O material obxectivo a evaporar (como Ag, Al, etc.) colócase sobre a mesa de evaporación; o compoñente de medición de calefacción e temperatura é un sistema de bucle pechado usado para controlar a temperatura de evaporación para garantir unha evaporación suave. O sistema de calefacción consta dunha etapa de oblea e un compoñente de calefacción. A etapa de oblea utilízase para colocar o substrato sobre o que se debe evaporar a película delgada e o compoñente de calefacción utilízase para realizar o control do quecemento do substrato e da medición da temperatura.
O ambiente ao baleiro é unha condición moi importante no proceso de evaporación ao baleiro, que está relacionada coa taxa de evaporación e a calidade da película. Se o grao de baleiro non cumpre os requisitos, os átomos ou moléculas vaporizados chocarán frecuentemente coas moléculas do gas residual, facendo que o seu camiño libre medio sexa máis pequeno, e os átomos ou moléculas espallaranse severamente, cambiando así a dirección do movemento e reducindo a película. taxa de formación.
Ademais, debido á presenza de moléculas de gas impuro residual, a película depositada está seriamente contaminada e de mala calidade, especialmente cando a taxa de aumento da presión da cámara non cumpre o estándar e hai fugas, o aire filtrarase á cámara de baleiro. , o que terá un grave impacto na calidade da película.
As características estruturais do equipo de evaporación ao baleiro determinan que a uniformidade do revestimento en substratos de gran tamaño é pobre. Para mellorar a súa uniformidade, adoita adoptarse o método de aumentar a distancia fonte-substrato e rotar o substrato, pero o aumento da distancia fonte-substrato sacrificará a taxa de crecemento e pureza da película. Ao mesmo tempo, debido ao aumento do espazo de baleiro, a taxa de utilización do material evaporado redúcese.
3.2 Equipos de deposición física de vapor de CC
A deposición física de vapor de corrente continua (DCPVD) tamén se coñece como pulverización catódica ou pulverización catódica en dúas etapas de CC. O material obxectivo da pulverización catódica continua ao baleiro úsase como cátodo e o substrato como ánodo. A pulverización catódica ao baleiro consiste en formar un plasma ionizando o gas de proceso.
As partículas cargadas do plasma son aceleradas no campo eléctrico para obter unha certa cantidade de enerxía. As partículas con enerxía suficiente bombardean a superficie do material obxectivo, de xeito que os átomos obxectivo son expulsados; os átomos pulverizados cunha certa enerxía cinética móvense cara ao substrato para formar unha fina película na superficie do substrato. O gas empregado para a pulverización catódica é xeralmente un gas raro, como o argón (Ar), polo que a película formada pola pulverización non se contaminará; ademais, o radio atómico do argón é máis axeitado para a pulverización catódica.
O tamaño das partículas de pulverización debe ser próximo ao tamaño dos átomos obxectivo a pulverizar. Se as partículas son demasiado grandes ou demasiado pequenas, non se pode formar unha pulverización catódica efectiva. Ademais do factor de tamaño do átomo, o factor de masa do átomo tamén afectará á calidade da pulverización. Se a fonte de partículas pulverizadas é demasiado lixeira, os átomos obxectivo non serán pulverizados; se as partículas de pulverización son demasiado pesadas, o obxectivo estará "dobrado" e non se realizará.
O material obxectivo utilizado no DCPVD debe ser un condutor. Isto débese a que cando os ións de argón do gas de proceso bombardean o material obxectivo, recombinaranse cos electróns da superficie do material obxectivo. Cando o material obxectivo é un condutor como un metal, os electróns consumidos por esta recombinación son máis facilmente reabastecidos pola fonte de alimentación e os electróns libres noutras partes do material obxectivo a través da condución eléctrica, polo que a superficie do material obxectivo como un todo permanece cargado negativamente e mantense a pulverización catódica.
Pola contra, se o material obxectivo é un illante, despois de recombinar os electróns da superficie do material obxectivo, os electróns libres doutras partes do material obxectivo non se poden repoñer mediante condución eléctrica e ata acumularanse cargas positivas no superficie do material obxectivo, facendo que o potencial do material obxectivo aumente, e a carga negativa do material obxectivo se debilita ata que desaparece, o que finalmente leva á terminación do material obxectivo. pulverizando.
Polo tanto, para que os materiais illantes sexan tamén utilizables para a pulverización, é necesario atopar outro método de pulverización. A sputtering por radiofrecuencia é un método de sputtering adecuado tanto para obxectivos condutores como non condutores.
Outra desvantaxe do DCPVD é que a tensión de ignición é alta e o bombardeo electrónico sobre o substrato é forte. Unha forma eficaz de resolver este problema é utilizar a catódica catódica con magnetrón, polo que a catódica catódica con magnetrón é realmente de valor práctico no campo dos circuítos integrados.
3.3 Equipos de deposición física de vapor de RF
A deposición física de vapor por radiofrecuencia (RFPVD) usa enerxía de radiofrecuencia como fonte de excitación e é un método PVD axeitado para unha variedade de materiais metálicos e non metálicos.
As frecuencias comúns da fonte de alimentación de RF utilizadas en RFPVD son 13,56 MHz, 20 MHz e 60 MHz. Os ciclos positivo e negativo da fonte de alimentación de RF aparecen alternativamente. Cando o obxectivo PVD está no medio ciclo positivo, debido a que a superficie do obxectivo está nun potencial positivo, os electróns da atmosfera do proceso fluirán cara á superficie do obxectivo para neutralizar a carga positiva acumulada na súa superficie, e incluso continuarán acumulando electróns. facendo que a súa superficie sexa negativamente sesgada; cando o obxectivo de pulverización está no medio ciclo negativo, os ións positivos moveranse cara ao obxectivo e neutralizaranse parcialmente na superficie do obxectivo.
O máis crítico é que a velocidade de movemento dos electróns no campo eléctrico de RF é moito máis rápida que a dos ións positivos, mentres que o tempo dos semiciclos positivo e negativo é o mesmo, polo que despois dun ciclo completo, a superficie obxectivo será "net" cargado negativamente. Polo tanto, nos primeiros ciclos, a carga negativa da superficie obxectivo mostra unha tendencia crecente; despois, a superficie obxectivo alcanza un potencial negativo estable; despois, debido a que a carga negativa do obxectivo ten un efecto repulsivo sobre os electróns, a cantidade de cargas positivas e negativas recibidas polo electrodo obxectivo tende a equilibrarse e o obxectivo presenta unha carga negativa estable.
Do proceso anterior, pódese ver que o proceso de formación de tensión negativa non ten nada que ver coas propiedades do propio material obxectivo, polo que o método RFPVD non só pode resolver o problema da pulverización catódica dos obxectivos illantes, senón que tamén é ben compatible. con obxectivos condutores metálicos convencionais.
3.4 Equipos de pulverización catódica con magnetrón
A pulverización catódica con magnetrón é un método PVD que engade imáns na parte traseira do obxectivo. Os imáns engadidos e o sistema de fonte de alimentación de CC (ou fonte de alimentación de CA) forman unha fonte de magnetrón. A fonte de pulverización utilízase para formar un campo electromagnético interactivo na cámara, capturar e limitar o rango de movemento dos electróns no plasma dentro da cámara, estender o camiño de movemento dos electróns e, así, aumentar a concentración do plasma e, finalmente, conseguir máis deposición.
Ademais, porque máis electróns están unidos preto da superficie do obxectivo, o bombardeo do substrato por electróns redúcese e a temperatura do substrato redúcese. En comparación coa tecnoloxía DCPVD de placa plana, unha das características máis obvias da tecnoloxía de deposición física de vapor de magnetrón é que a tensión de descarga de ignición é máis baixa e máis estable.
Debido á súa maior concentración de plasma e maior rendemento de pulverización catódica, pode acadar unha excelente eficiencia de deposición, control do espesor de deposición nun rango de tamaño grande, control preciso da composición e menor tensión de ignición. Polo tanto, a pulverización catódica con magnetrón está nunha posición dominante no actual PVD de película metálica. O deseño máis sinxelo da fonte de pulverización de magnetróns é colocar un grupo de imáns na parte traseira do obxectivo plano (fóra do sistema de baleiro) para xerar un campo magnético paralelo á superficie do obxectivo nunha área local da superficie do obxectivo.
Se se coloca un imán permanente, o seu campo magnético é relativamente fixo, o que resulta nunha distribución relativamente fixa do campo magnético na superficie obxectivo da cámara. Só se pulverizan materiais en áreas específicas do obxectivo, a taxa de utilización do obxectivo é baixa e a uniformidade da película preparada é pobre.
Hai certa probabilidade de que as partículas metálicas ou outras partículas materiais se depositen de novo na superficie do obxectivo, agregándose así en partículas e formando contaminación por defectos. Polo tanto, as fontes comerciais de pulverización catódica de magnetróns usan principalmente un deseño de imán rotativo para mellorar a uniformidade da película, a taxa de utilización do obxectivo e a pulverización catódica completa.
É fundamental equilibrar estes tres factores. Se a balanza non se manexa ben, pode producir unha boa uniformidade da película mentres se reduce considerablemente a taxa de utilización do obxectivo (acurta a vida útil do obxectivo) ou non se consegue a pulverización catódica total do obxectivo ou a corrosión do obxectivo total, o que causará problemas de partículas durante a pulverización catódica. proceso.
Na tecnoloxía magnetrón PVD, é necesario ter en conta o mecanismo de movemento do imán rotativo, a forma do obxectivo, o sistema de refrixeración do obxectivo e a fonte de pulverización catódica con magnetrón, así como a configuración funcional da base que leva a oblea, como a adsorción da oblea e o control da temperatura. No proceso PVD, a temperatura da oblea contrólase para obter a estrutura cristalina requirida, o tamaño e a orientación do gran, así como a estabilidade do rendemento.
Dado que a condución de calor entre a parte traseira da oblea e a superficie da base require unha certa presión, xeralmente da orde de varios Torr, e a presión de traballo da cámara adoita ser da orde de varios mTorr, a presión na parte traseira da oblea é moito maior que a presión sobre a superficie superior da oblea, polo que se necesita un portabrocas mecánico ou electrostático para posicionar e limitar a oblea.
O portabrocas mecánico depende do seu propio peso e do bordo da oblea para conseguir esta función. Aínda que ten as vantaxes dunha estrutura simple e da insensibilidade ao material da oblea, o efecto de bordo da oblea é obvio, o que non conduce ao control estrito das partículas. Polo tanto, foi substituído gradualmente por un portabrocas electrostático no proceso de fabricación de IC.
Para procesos que non son especialmente sensibles á temperatura, tamén se pode utilizar un método de estantería sen adsorción e sen contacto con bordos (sen diferenza de presión entre as superficies superior e inferior da oblea). Durante o proceso de PVD depositarase e cubrirase o revestimento da cámara e a superficie das pezas en contacto co plasma. Cando o espesor da película depositada supera o límite, a película racharase e despegarase, causando problemas de partículas.
Polo tanto, o tratamento superficial de pezas como o revestimento é a clave para ampliar este límite. O chorro de area e a pulverización de aluminio son dous métodos de uso común, cuxo propósito é aumentar a rugosidade da superficie para reforzar a unión entre a película e a superficie do revestimento.
3.5 Equipos de deposición física de vapor de ionización
Co desenvolvemento continuo da tecnoloxía microelectrónica, os tamaños das características son cada vez máis pequenos. Dado que a tecnoloxía PVD non pode controlar a dirección de deposición das partículas, a capacidade do PVD para entrar a través de buratos e canles estreitas con relacións de aspecto elevadas é limitada, o que fai que a aplicación ampliada da tecnoloxía PVD tradicional sexa cada vez máis desafiante. No proceso PVD, a medida que aumenta a relación de aspecto do suco dos poros, a cobertura na parte inferior diminúe, formando unha estrutura sobresaínte tipo aleiro na esquina superior e formando a cobertura máis débil na esquina inferior.
Desenvolveuse a tecnoloxía de deposición física de vapor ionizado para resolver este problema. Primeiro plasma os átomos metálicos pulverizados desde o obxectivo de diferentes xeitos, e despois axusta a tensión de polarización cargada na oblea para controlar a dirección e a enerxía dos ións metálicos para obter un fluxo de ións metálicos direccional estable para preparar unha película delgada, mellorando así. a cobertura da parte inferior dos pasos de alta relación de aspecto a través de buratos e canles estreitas.
A característica típica da tecnoloxía de plasma de metal ionizado é a adición dunha bobina de radiofrecuencia na cámara. Durante o proceso, a presión de traballo da cámara mantense nun estado relativamente alto (5 a 10 veces a presión de traballo normal). Durante a PVD, a bobina de radiofrecuencia úsase para xerar a segunda rexión de plasma, na que a concentración de plasma de argón aumenta co aumento da potencia de radiofrecuencia e da presión do gas. Cando os átomos metálicos pulverizados dende o obxectivo pasan por esta rexión, interaccionan co plasma de argón de alta densidade para formar ións metálicos.
A aplicación dunha fonte de RF no soporte da oblea (como un portabrocas electrostática) pode aumentar a polarización negativa da oblea para atraer ións metálicos positivos ao fondo da ranura do poro. Este fluxo direccional de ións metálicos perpendicular á superficie da oblea mellora a cobertura inferior do paso dos poros de alta relación de aspecto e das canles estreitas.
O sesgo negativo aplicado á oblea tamén fai que os ións bombardeen a superficie da oblea (sputtering inverso), o que debilita a estrutura sobresaínte da boca do suco do poro e pulveriza a película depositada na parte inferior nas paredes laterais nas esquinas do fondo do poro. suco, mellorando así a cobertura do paso nas esquinas.
3.6 Equipos de deposición de vapor químico a presión atmosférica
O equipo de deposición química de vapor a presión atmosférica (APCVD) refírese a un dispositivo que pulveriza unha fonte de reacción gasosa a unha velocidade constante sobre a superficie dun substrato sólido quente nun ambiente cunha presión próxima á presión atmosférica, facendo que a fonte de reacción reaccione químicamente a superficie do substrato e o produto de reacción deposítase na superficie do substrato para formar unha película fina.
Os equipos APCVD son os primeiros equipos CVD e aínda se usan amplamente na produción industrial e na investigación científica. Os equipos APCVD pódense usar para preparar películas finas como silicio monocristalino, silicio policristalino, dióxido de silicio, óxido de cinc, dióxido de titanio, vidro fosfosilicato e vidro borosilicato.
3.7 Equipos de deposición de vapor químico a baixa presión
Os equipos de deposición química de vapor a baixa presión (LPCVD) refírese a equipos que utilizan materias primas gasosas para reaccionar químicamente na superficie dun substrato sólido nun ambiente quente (350-1100 °C) e de baixa presión (10-100 mTorr). os reactivos son depositados na superficie do substrato para formar unha fina película. Os equipos LPCVD desenvólvense con base en APCVD para mellorar a calidade das películas finas, mellorar a uniformidade da distribución de parámetros característicos como o grosor e a resistividade da película e mellorar a eficiencia da produción.
A súa principal característica é que nun ambiente de campo térmico de baixa presión, o gas de proceso reacciona quimicamente na superficie do substrato da oblea e os produtos de reacción deposítanse na superficie do substrato para formar unha película delgada. Os equipos LPCVD teñen vantaxes na preparación de películas finas de alta calidade e pódense usar para preparar películas finas como óxido de silicio, nitruro de silicio, polisilicio, carburo de silicio, nitruro de galio e grafeno.
En comparación co APCVD, o ambiente de reacción a baixa presión dos equipos LPCVD aumenta o camiño libre medio e o coeficiente de difusión do gas na cámara de reacción.
O gas de reacción e as moléculas de gas portador na cámara de reacción pódense distribuír uniformemente en pouco tempo, mellorando así moito a uniformidade do grosor da película, a uniformidade da resistividade e a cobertura de pasos da película, e o consumo de gas de reacción tamén é pequeno. Ademais, o ambiente de baixa presión tamén acelera a velocidade de transmisión das substancias gaseosas. As impurezas e os subprodutos de reacción difundidos dende o substrato pódense sacar rapidamente da zona de reacción a través da capa límite, e o gas de reacción pasa rapidamente pola capa límite para chegar á superficie do substrato para a reacción, suprimindo así eficazmente o autodopaxe, preparando películas de alta calidade con zonas de transición pronunciadas e tamén mellorando a eficiencia da produción.
3.8 Equipos de deposición de vapor químico mellorados por plasma
A deposición química de vapor potenciada por plasma (PECVD) é un ttecnoloxía de deposición de película. Durante o proceso de plasma, o precursor gasoso ionízase baixo a acción do plasma para formar grupos activos excitados, que se difunden á superficie do substrato e despois sofren reaccións químicas para completar o crecemento da película.
Segundo a frecuencia de xeración de plasma, o plasma utilizado no PECVD pódese dividir en dous tipos: plasma de radiofrecuencia (plasma de RF) e plasma de microondas (plasma de microondas). Na actualidade, a frecuencia de radio utilizada na industria é xeralmente de 13,56 MHz.
A introdución de plasma de radiofrecuencia adoita dividirse en dous tipos: acoplamento capacitivo (CCP) e acoplamento indutivo (ICP). O método de acoplamento capacitivo adoita ser un método de reacción directa de plasma; mentres que o método de acoplamento indutivo pode ser un método de plasma directo ou un método de plasma remoto.
Nos procesos de fabricación de semicondutores, PECVD úsase a miúdo para facer crecer películas finas sobre substratos que conteñan metais ou outras estruturas sensibles á temperatura. Por exemplo, no campo da interconexión metálica de fondo de circuítos integrados, xa que as estruturas de orixe, porta e drenaxe do dispositivo foron formadas no proceso frontal, o crecemento de películas finas no campo da interconexión metálica está suxeito. a restricións orzamentarias térmicas moi estritas, polo que adoita completarse con asistencia de plasma. Ao axustar os parámetros do proceso de plasma, a densidade, a composición química, o contido de impurezas, a dureza mecánica e os parámetros de tensión da película delgada cultivada por PECVD pódense axustar e optimizar dentro dun determinado intervalo.
3.9 Equipos de deposición de capas atómicas
A deposición en capa atómica (ALD) é unha tecnoloxía de deposición de película fina que crece periodicamente en forma de capa case monoatómica. A súa característica é que o grosor da película depositada pódese axustar con precisión controlando o número de ciclos de crecemento. A diferenza do proceso de deposición química en vapor (CVD), os dous (ou máis) precursores do proceso ALD pasan alternativamente pola superficie do substrato e son illados de forma efectiva pola purga de gas raro.
Os dous precursores non se mesturan e se atopan na fase gaseosa para reaccionar químicamente, senón que só reaccionan mediante adsorción química na superficie do substrato. En cada ciclo ALD, a cantidade de precursor adsorbida na superficie do substrato está relacionada coa densidade dos grupos activos na superficie do substrato. Cando se esgotan os grupos reactivos da superficie do substrato, aínda que se introduza un exceso de precursor, a adsorción química non se producirá na superficie do substrato.
Este proceso de reacción chámase reacción autolimitada superficial. Este mecanismo de proceso fai que o espesor da película cultivada en cada ciclo do proceso ALD sexa constante, polo que o proceso ALD ten as vantaxes dun control preciso do espesor e unha boa cobertura de pasos da película.
3.10 Equipos de epitaxia de feixe molecular
O sistema de epitaxia de feixes moleculares (MBE) refírese a un dispositivo epitaxial que utiliza un ou máis feixes atómicos de enerxía térmica ou feixes moleculares para pulverizar sobre a superficie do substrato quente a unha certa velocidade en condicións de baleiro ultra-alto, e adsorber e migrar na superficie do substrato. para facer crecer epitaxialmente películas finas de cristal único ao longo da dirección do eixe cristalino do material do substrato. Xeralmente, baixo a condición de quecemento por un forno de chorro cun escudo térmico, a fonte do feixe forma un feixe atómico ou un feixe molecular, e a película crece capa por capa ao longo da dirección do eixe cristalino do material do substrato.
As súas características son a baixa temperatura de crecemento epitaxial e o grosor, a interface, a composición química e a concentración de impurezas pódense controlar con precisión a nivel atómico. Aínda que o MBE orixinouse da preparación de películas monocristais ultrafinas de semicondutores, a súa aplicación estendeuse agora a unha variedade de sistemas materiais, como metais e dieléctricos illantes, e pode preparar III-V, II-VI, silicio, silicio xermanio (SiGe). ), grafeno, óxidos e películas orgánicas.
O sistema de epitaxia de feixe molecular (MBE) está composto principalmente por un sistema de baleiro ultra-alto, unha fonte de feixe molecular, un sistema de fixación e quecemento do substrato, un sistema de transferencia de mostras, un sistema de monitorización in situ, un sistema de control e unha proba. sistema.
O sistema de baleiro inclúe bombas de baleiro (bombas mecánicas, bombas moleculares, bombas iónicas e bombas de condensación, etc.) e varias válvulas, que poden crear un ambiente de crecemento de baleiro ultra alto. O grao de baleiro xeralmente alcanzable é de 10-8 a 10-11 Torr. O sistema de baleiro ten principalmente tres cámaras de traballo ao baleiro, é dicir, a cámara de inxección da mostra, a cámara de pretratamento e análise de superficie e a cámara de crecemento.
A cámara de inxección de mostras úsase para transferir mostras ao mundo exterior para garantir as condicións de alto baleiro doutras cámaras; a cámara de pretratamento e análise de superficie conecta a cámara de inxección da mostra e a cámara de crecemento, e a súa función principal é procesar previamente a mostra (desgasificación a alta temperatura para garantir a limpeza completa da superficie do substrato) e realizar análises superficiales preliminares no mostra limpa; a cámara de crecemento é a parte central do sistema MBE, composta principalmente por un forno fonte e o seu correspondente conxunto de obturadores, unha consola de control de mostra, un sistema de refrixeración, unha difracción de electróns de alta enerxía de reflexión (RHEED) e un sistema de monitorización in situ. . Algúns equipos MBE de produción teñen varias configuracións de cámara de crecemento. O diagrama esquemático da estrutura do equipamento MBE móstrase a continuación:
O MBE de material de silicio usa silicio de alta pureza como materia prima, crece en condicións de baleiro ultraalto (10-10~10-11Torr) e a temperatura de crecemento é de 600~900 ℃, con Ga (tipo P) e Sb ( tipo N) como fontes de dopaxe. As fontes de dopaxe de uso habitual, como P, As e B, úsanse raramente como fontes de feixe porque son difíciles de evaporar.
A cámara de reacción de MBE ten un ambiente de baleiro ultra alto, que aumenta o camiño libre medio das moléculas e reduce a contaminación e oxidación na superficie do material en crecemento. O material epitaxial preparado ten unha boa morfoloxía superficial e uniformidade, e pódese converter nunha estrutura multicapa con diferentes dopaxes ou diferentes compoñentes de materiais.
A tecnoloxía MBE logra o crecemento repetido de capas epitaxiais ultrafinas cun espesor dunha única capa atómica, e a interface entre as capas epitaxiais é empinada. Promove o crecemento de semicondutores III-V e outros materiais heteroxéneos de varios compoñentes. Na actualidade, o sistema MBE converteuse nun equipo de proceso avanzado para a produción dunha nova xeración de dispositivos de microondas e dispositivos optoelectrónicos. As desvantaxes da tecnoloxía MBE son a baixa taxa de crecemento da película, os altos requisitos de baleiro e os altos custos de uso de equipos e equipos.
3.11 Sistema de epitaxia en fase de vapor
O sistema de epitaxia en fase de vapor (VPE) fai referencia a un dispositivo de crecemento epitaxial que transporta compostos gasosos a un substrato e obtén unha única capa de material cristalino coa mesma disposición reticular que o substrato mediante reaccións químicas. A capa epitaxial pode ser unha capa homoepitaxial (Si/Si) ou unha capa heteroepitaxial (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, etc.). Actualmente, a tecnoloxía VPE utilizouse amplamente nos campos da preparación de nanomateriais, dispositivos de enerxía, dispositivos optoelectrónicos semicondutores, solar fotovoltaico e circuítos integrados.
O VPE típico inclúe a epitaxia a presión atmosférica e a epitaxia a presión reducida, a deposición de vapor químico a ultra-alto baleiro, a deposición de vapor químico orgánico metálico, etc. Os puntos clave da tecnoloxía VPE son o deseño da cámara de reacción, o modo e uniformidade de fluxo de gas, a uniformidade da temperatura e o control de precisión. control de presión e estabilidade, control de partículas e defectos, etc.
Na actualidade, a dirección de desenvolvemento dos principais sistemas comerciais de VPE é a gran carga de obleas, o control totalmente automático e o seguimento en tempo real da temperatura e do proceso de crecemento. Os sistemas VPE teñen tres estruturas: vertical, horizontal e cilíndrica. Os métodos de calefacción inclúen o quecemento por resistencia, o quecemento por indución de alta frecuencia e o quecemento por radiación infravermella.
Na actualidade, os sistemas VPE usan principalmente estruturas de disco horizontais, que teñen as características dunha boa uniformidade do crecemento da película epitaxial e unha gran carga de obleas. Os sistemas VPE adoitan constar de catro partes: reactor, sistema de calefacción, sistema de vía de gas e sistema de control. Debido a que o tempo de crecemento das películas epitaxiais de GaAs e GaN é relativamente longo, utilízase principalmente o quecemento por indución e o quecemento por resistencia. No VPE de silicio, o crecemento da película epitaxial grosa usa principalmente o quecemento por indución; O crecemento da película epitaxial fina usa principalmente o quecemento infravermello para conseguir o propósito de aumentar/descenso rápido a temperatura.
3.12 Sistema de epitaxia en fase líquida
O sistema de epitaxia en fase líquida (LPE) refírese ao equipo de crecemento epitaxial que disolve o material a cultivar (como Si, Ga, As, Al, etc.) e dopantes (como Zn, Te, Sn, etc.) nun metal cun punto de fusión máis baixo (como Ga, In, etc.), de xeito que o soluto está saturado ou supersaturado no disolvente, e despois o substrato monocristal entra en contacto co solución, e o soluto precísase do disolvente arrefriándose gradualmente, e na superficie do substrato crece unha capa de material cristalino cunha estrutura cristalina e unha constante de rede similar á do substrato.
O método LPE foi proposto por Nelson et al. en 1963. Utilízase para cultivar películas finas de Si e materiais monocristais, así como materiais semicondutores como os grupos III-IV e telururo de mercurio-cadmio, e pódese usar para fabricar varios dispositivos optoelectrónicos, dispositivos de microondas, dispositivos semicondutores e células solares. .
———————————————————————————————————————————————————— —————————————
Semicera pode proporcionarpezas de grafito, feltro suave/ríxido, pezas de carburo de silicio, Pezas de carburo de silicio CVD, ePezas recubertas de SiC/TaCcon en 30 días.
Se estás interesado nos produtos de semicondutores anteriores,por favor, non dubide en contactar connosco a primeira vez.
Teléfono: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Hora de publicación: 31-Ago-2024