1. Кіріспе
Физикалық немесе химиялық әдістермен субстрат материалдарының бетіне заттарды (шикізаттарды) бекіту процесі жұқа қабықшаның өсуі деп аталады.
Әртүрлі жұмыс принциптеріне сәйкес интегралды схеманың жұқа пленка тұндыруын бөлуге болады:
-Физикалық буларды тұндыру (PVD);
-Химиялық булардың тұндыру (CVD);
- Кеңейтім.
2. Жұқа қабықтың өсу процесі
2.1 Будың физикалық тұндыру және шашырату процесі
Физикалық буларды тұндыру (PVD) процесі вакуумды булану, шашырату, плазмалық жабу және пластинаның бетінде жұқа қабықшаны қалыптастыру үшін молекулалық сәуленің эпитаксисі сияқты физикалық әдістерді қолдануды білдіреді.
VLSI өнеркәсібінде ең көп қолданылатын PVD технологиясы негізінен электродтар мен интегралды схемалардың металл қосылыстары үшін қолданылатын шашырату болып табылады. Шашырату – жоғары вакуум жағдайында сыртқы электр өрісінің әсерінен сирек кездесетін газдар [аргон (Ar) сияқты] иондарға (мысалы, Ar+) иондалатын және жоғары вольтты ортада материалдың мақсатты көзін бомбалайтын процесс, мақсатты материалдың атомдарын немесе молекулаларын қағып тастау, содан кейін соқтығыссыз ұшу процесінен кейін жұқа қабықшаны қалыптастыру үшін пластинаның бетіне жету. Ar тұрақты химиялық қасиеттерге ие және оның иондары мақсатты материалмен және қабықпен химиялық әрекеттеспейді. Интегралды схема микросхемалары 0,13 мкм мыс өзара байланыс дәуіріне енген кезде, мыс тосқауыл материалының қабаты титан нитриді (TiN) немесе тантал нитриді (TaN) пленкасын пайдаланады. Өнеркәсіптік технологияға сұраныс химиялық реакцияларды шашырату технологиясын зерттеуге және дамытуға ықпал етті, яғни тозаңдату камерасында Ar-дан басқа реактивті газ азоты (N2) бар, осылайша Ti немесе Ta бомбалайды. мақсатты материал Ti немесе Ta қажетті TiN немесе TaN қабықшасын жасау үшін N2-мен әрекеттеседі.
Үш жиі қолданылатын шашырату әдісі бар, атап айтқанда тұрақты токты шашырату, радиожиілік шашырату және магнетронды шашырату. Интегралдық микросхемалардың интеграциясы артып келе жатқандықтан, көп қабатты металл сымдарының қабаттарының саны артып келеді, ал PVD технологиясын қолдану барған сайын кеңейе түсуде. PVD материалдарына Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 және т.б.
ПВД және шашырату процестері әдетте 1×10-7-ден 9×10-9 Торр-ға дейінгі вакуумдық дәрежесі жоғары тығыздалған реакциялық камерада аяқталады, бұл реакция кезінде газдың тазалығын қамтамасыз ете алады; сонымен қатар нысананы бомбалау үшін жеткілікті жоғары кернеуді генерациялау үшін сирек газды иондау үшін сыртқы жоғары кернеу қажет. PVD және тозаңдату процестерін бағалаудың негізгі параметрлері шаңның мөлшерін, сонымен қатар қарсылық мәнін, біркелкілігін, шағылысу қалыңдығын және қалыптасқан пленка кернеуін қамтиды.
2.2 Химиялық буларды тұндыру және шашырату процесі
Химиялық буларды тұндыру (CVD) әртүрлі парциалды қысымдары бар әртүрлі газ тәрізді реагенттер белгілі бір температура мен қысымда химиялық әрекеттесетін және түзілген қатты заттар қажетті жұқа затты алу үшін субстрат материалының бетіне тұндырылатын технологиялық технологияны білдіреді. фильм. Дәстүрлі интегралды схемаларды өндіру процесінде алынған жұқа пленка материалдары әдетте оксидтер, нитридтер, карбидтер сияқты қосылыстар немесе поликристалды кремний және аморфты кремний сияқты материалдар болып табылады. 45 нм түйіннен кейін жиі қолданылатын селективті эпитаксиалды өсу, мысалы, SiGe көзі және дренажы немесе Si селективті эпитаксиалды өсуі де CVD технологиясы болып табылады.
Бұл технология кремнийдің бір кристалды субстратында немесе түпнұсқа тордың бойындағы басқа материалдарда бірдей типтегі немесе түпнұсқа торға ұқсас монокристалды материалдарды қалыптастыруды жалғастыра алады. CVD оқшаулағыш диэлектрлік қабықшаларды (мысалы, SiO2, Si3N4 және SiON және т.б.) және металл қабықшаларды (мысалы, вольфрам және т.б.) өсіруде кеңінен қолданылады.
Жалпы, қысымның жіктелуіне сәйкес, CVD атмосфералық қысымды химиялық бу тұндыру (APCVD), субатмосфералық қысым химиялық бу тұндыру (SAPCVD) және төмен қысымды химиялық бу тұндыру (LPCVD) бөлуге болады.
Температураның жіктелуіне сәйкес, CVD жоғары температурада/төмен температурада оксидті қабықша химиялық бу тұндыру (HTO/LTO CVD) және жылдам термиялық химиялық бу тұндыру (Rapid Thermal CVD, RTCVD) деп бөлуге болады;
Реакция көзіне сәйкес, CVD силан негізіндегі CVD, полиэфир негізіндегі CVD (TEOS негізіндегі CVD) және металл органикалық химиялық буларды тұндыру (MOCVD) деп бөлуге болады;
Энергия классификациясына сәйкес, CVD термиялық химиялық бу тұндыру (Термиялық CVD), плазмалық күшейтілген химиялық бу тұндыру (Plasma Enhanced CVD, PECVD) және жоғары тығыздықтағы плазмалық химиялық бу тұндыру (High Density Plasma CVD, HDPCVD) бөлуге болады. Жақында саңылауларды өте жақсы толтыру қабілеті бар ағынды химиялық бу тұндыру (Flowable CVD, FCVD) әзірленді.
CVD-де өсірілген әртүрлі пленкалардың әртүрлі қасиеттері бар (мысалы, химиялық құрамы, диэлектрлік тұрақтылығы, кернеуі, кернеуі және бұзылу кернеуі) және әртүрлі технологиялық талаптарға (мысалы, температура, қадамдық қамту, толтыру талаптары және т.б.) сәйкес бөлек пайдалануға болады.
2.3 Атом қабатының тұндыру процесі
Атомдық қабаттың тұндыру (ALD) бір атомдық қабықша қабатын қабатпен өсіру арқылы субстрат материалында атомдардың қабат-қабат тұндыруын білдіреді. Әдеттегі ALD реакторға ауыспалы импульстік жолмен газ тәрізді прекурсорларды енгізу әдісін қабылдайды.
Мысалы, біріншіден, реакция прекурсоры 1 субстрат бетіне енгізіледі, ал химиялық адсорбциядан кейін субстрат бетінде бір атомдық қабат түзіледі; содан кейін субстрат бетінде және реакция камерасында қалған прекурсор 1 ауа сорғымен сорылады; содан кейін реакция прекурсоры 2 субстрат бетіне енгізіледі, ал субстрат бетінде адсорбцияланған прекурсормен 1 химиялық әрекеттесіп, субстрат бетінде сәйкес жұқа үлбірлі материалды және тиісті қосалқы өнімдерді тудырады; прекурсор 1 толық реакцияға түскенде, реакция автоматты түрде аяқталады, бұл АЛД-ның өзін-өзі шектейтін сипаттамасы болып табылады, содан кейін өсудің келесі кезеңіне дайындалу үшін қалған реагенттер мен жанама өнімдер алынады; жоғарыда аталған процесті үздіксіз қайталау арқылы қабат-қабат өсірілген жұқа пленкалық материалдардың бір атомдармен тұндырылуына қол жеткізуге болады.
ALD және CVD екеуі де субстрат бетінде химиялық әрекеттесу үшін газтәрізді химиялық реакция көзін енгізу тәсілдері болып табылады, бірақ айырмашылығы, CVD газ тәрізді реакция көзі өздігінен шектелетін өсу сипатына ие емес. ALD технологиясын дамытудың кілті өзін-өзі шектейтін реакция қасиеттері бар прекурсорларды табу екенін көруге болады.
2.4 Эпитаксиялық процесс
Эпитаксиалды процесс субстратта толығымен реттелген монокристалды қабаттың өсу процесін білдіреді. Жалпы айтқанда, эпитаксиалды процесс бір кристалды субстраттағы бастапқы субстрат сияқты тор бағытымен бірдей кристалдық қабатты өсіру болып табылады. Эпитаксиалды процесс жартылай өткізгіш өндірісінде кеңінен қолданылады, мысалы, интегралды схемалар өнеркәсібіндегі эпитаксиалды кремний пластиналары, MOS транзисторларының кірістірілген көзі және дренаждық эпитаксиалды өсуі, жарықдиодты субстраттардағы эпитаксиалды өсу және т.б.
Өсу көзінің әртүрлі фазалық күйлеріне сәйкес эпитаксиалды өсу әдістерін қатты фаза эпитаксисі, сұйық фаза эпитаксисі және бу фазасының эпитаксисі деп бөлуге болады. Интегралды микросхемалар өндірісінде жиі қолданылатын эпитаксиалды әдістер қатты фазалық эпитаксия және бу фазасының эпитаксисі болып табылады.
Қатты фаза эпитаксисі: қатты көзді пайдаланып субстраттағы бір кристалдық қабаттың өсуін білдіреді. Мысалы, иондарды имплантациялаудан кейінгі термиялық күйдіру шын мәнінде қатты фазалық эпитаксистік процесс болып табылады. Ионды имплантациялау кезінде кремний пластинкасының кремний атомдары жоғары энергиялы имплантацияланған иондармен бомбаланады, бастапқы тор орындарын қалдырады және аморфты болады, беткі аморфты кремний қабатын құрайды. Жоғары температурадағы термиялық күйдіруден кейін аморфты атомдар өздерінің тор орындарына оралады және субстрат ішіндегі атомдық кристалдық бағдарға сәйкес келеді.
Бу фазасының эпитаксисінің өсу әдістеріне химиялық бу фазасының эпитаксисі, молекулалық сәуле эпитаксисі, атомдық қабат эпитаксисі және т.б. жатады. Интегралды схемаларды өндіруде химиялық бу фазасының эпитаксисі ең жиі қолданылады. Химиялық бу фазасының эпитаксиясының принципі негізінен химиялық булардың тұндыру принципімен бірдей. Екеуі де газды араластырғаннан кейін пластинаның бетінде химиялық әрекеттесу арқылы жұқа қабықшаларды тұндыратын процестер.
Айырмашылық мынада, химиялық бу фазасының эпитаксисі бір кристалды қабатты өсіретіндіктен, ол жабдықтағы қоспалардың құрамына және пластинаның бетінің тазалығына жоғары талаптар қояды. Ерте химиялық бу фазасының эпитаксиалды кремний процесі жоғары температура жағдайында (1000 ° C-тан жоғары) жүзеге асырылуы керек. Технологиялық жабдықтың жетілдірілуімен, әсіресе вакуумдық алмасу камерасының технологиясының қабылдануымен жабдықтың қуысының және кремний пластинаның бетінің тазалығы айтарлықтай жақсарды, ал кремний эпитаксисі төмен температурада (600-700°) жүргізілуі мүмкін. C). Эпитаксиалды кремний пластинкасының процесі кремний пластинкасының бетінде бір кристалды кремний қабатын өсіру болып табылады.
Түпнұсқа кремний субстратымен салыстырғанда, эпитаксиалды кремний қабаты жоғары тазалыққа және тор ақаулары аз болады, осылайша жартылай өткізгіш өндірісінің шығымдылығын арттырады. Сонымен қатар, кремний пластинасында өсірілген эпитаксиалды кремний қабатының өсу қалыңдығы мен легирлеу концентрациясы икемді түрде жобалануы мүмкін, бұл құрылғының дизайнына икемділік әкеледі, мысалы, субстрат кедергісін азайту және субстрат оқшаулауын жақсарту. Енгізілген көзді ағызу эпитаксиалды процесі - озық логикалық технология түйіндерінде кеңінен қолданылатын технология.
Бұл MOS транзисторларының бастапқы және ағызу аймақтарында легирленген германий кремнийінің немесе кремнийдің эпитаксистік өсу процесіне жатады. Кірістірілген көз-дренажды эпитаксиалды процесті енгізудің негізгі артықшылықтары мыналарды қамтиды: тордың бейімделуіне байланысты кернеуі бар псевдокристалды қабаттың өсуі, арна тасымалдаушысының қозғалғыштығын жақсарту; көзді және дренажды in-situ легирлеу көз-дренаж түйісуінің паразиттік төзімділігін төмендетеді және жоғары энергиялы ион имплантациясының ақауларын азайтады.
3. жұқа қабықшаны өсіретін жабдық
3.1 Вакуумды булану жабдықтары
Вакуумды булану - қатты материалдарды вакуумдық камерада қыздырып, олардың булануы, булануы немесе сублимациялануы, содан кейін конденсациялануы және белгілі бір температурада субстрат материалының бетіне шөгуін қамтамасыз ететін жабу әдісі.
Әдетте ол үш бөліктен тұрады, атап айтқанда вакуумдық жүйе, булану жүйесі және жылыту жүйесі. Вакуум жүйесі вакуумдық құбырлар мен вакуумдық сорғылардан тұрады және оның негізгі функциясы булану үшін білікті вакуумдық ортаны қамтамасыз ету болып табылады. Булану жүйесі булану үстелінен, қыздыру компонентінен және температураны өлшеу компонентінен тұрады.
Буландыратын мақсатты материал (мысалы, Ag, Al және т.б.) булану үстеліне қойылады; қыздыру және температураны өлшеу компоненті біркелкі булануды қамтамасыз ету үшін булану температурасын бақылау үшін пайдаланылатын жабық контурлы жүйе болып табылады. Жылыту жүйесі вафельді сатыдан және қыздыру компонентінен тұрады. Вафли сатысы жұқа пленканы булану қажет субстратты орналастыру үшін пайдаланылады, ал қыздыру құрамдас бөлігі субстратты қыздыру және температураны өлшеудің кері байланысын басқару үшін қолданылады.
Вакуумдық орта - бұл булану жылдамдығы мен пленка сапасына байланысты вакуумды булану процесінде өте маңызды шарт. Вакуумдық дәреже талаптарға сай болмаса, буланған атомдар немесе молекулалар қалдық газ молекулаларымен жиі соқтығысады, бұл олардың орташа еркін жолын кішірейтеді, ал атомдар немесе молекулалар қатты шашыраңқы болады, осылайша қозғалыс бағытын өзгертеді және пленканы азайтады. қалыптасу жылдамдығы.
Сонымен қатар, қалдық қоспа газ молекулаларының болуына байланысты, тұндырылған пленка қатты ластанған және сапасыз, әсіресе камераның қысымының көтерілу жылдамдығы стандартқа сәйкес келмегенде және ағып жатқанда, ауа вакуумдық камераға ағып кетеді. , бұл фильм сапасына қатты әсер етеді.
Вакуумды булану жабдығының құрылымдық сипаттамалары үлкен өлшемді негіздерде жабынның біркелкілігі нашар екенін анықтайды. Оның біркелкілігін жақсарту үшін негізінен бастапқы-субстрат арақашықтықты арттыру және негізді айналдыру әдісі қабылданады, бірақ бастапқы-субстрат аралығын арттыру пленканың өсу жылдамдығы мен тазалығын құрбан етеді. Сонымен қатар, вакуумдық кеңістіктің ұлғаюына байланысты буланған материалды пайдалану коэффициенті төмендейді.
3.2 Тұрақты токтың физикалық бу тұндырғышы
Тұрақты токтың физикалық буының тұндырылуы (DCPVD) катодты шашырату немесе вакуумды тұрақты токтың екі сатылы шашырауы ретінде де белгілі. Вакуумды тұрақты токты шашыратудың мақсатты материалы катод ретінде, ал субстрат анод ретінде пайдаланылады. Вакуумды шашырату - бұл технологиялық газды иондау арқылы плазманы қалыптастыру.
Плазмадағы зарядталған бөлшектер белгілі бір мөлшерде энергия алу үшін электр өрісінде үдетіледі. Жеткілікті энергиясы бар бөлшектер мақсатты материалдың бетін бомбалайды, осылайша нысана атомдар шашырайды; белгілі кинетикалық энергиясы бар шашыраған атомдар субстрат бетінде жұқа қабықша түзу үшін субстратқа қарай жылжиды. Шашырату үшін қолданылатын газ, әдетте, аргон (Ar) сияқты сирек газ болып табылады, сондықтан шашырату нәтижесінде пайда болған қабықша ластанбайды; Сонымен қатар, аргонның атомдық радиусы шашырату үшін қолайлы.
Шашыратушы бөлшектердің мөлшері шашыратылатын нысана атомдардың мөлшеріне жақын болуы керек. Бөлшектер тым үлкен немесе тым кішкентай болса, тиімді шашырау пайда болмайды. Атомның өлшем факторынан басқа, атомның массалық факторы да шашырау сапасына әсер етеді. Егер шашыратқыш бөлшектер көзі тым жеңіл болса, мақсатты атомдар шашырамайды; егер шашыратқыш бөлшектер тым ауыр болса, нысана «бүгіледі» және нысана шашырамайды.
DCPVD-де қолданылатын мақсатты материал өткізгіш болуы керек. Себебі технологиялық газдың құрамындағы аргон иондары мақсатты материалды бомбалағанда, олар мақсатты материалдың бетіндегі электрондармен қайта қосылады. Мақсатты материал металл сияқты өткізгіш болса, осы рекомбинация кезінде тұтынылатын электрондар қуат көзімен және мақсатты материалдың басқа бөліктеріндегі бос электрондармен электр өткізгіштігі арқылы оңай толтырылады, осылайша мақсатты материалдың беті тұтас теріс зарядты болып қалады және шашырау сақталады.
Керісінше, егер мақсатты материал оқшаулағыш болса, мақсатты материалдың бетіндегі электрондар рекомбинацияланғаннан кейін мақсатты материалдың басқа бөліктеріндегі бос электрондар электр өткізгіштігімен толықтырыла алмайды, тіпті оң зарядтар да жинақталады. мақсатты материалдың беті, бұл мақсатты материал потенциалының жоғарылауына әкеліп соғады және нысаналы материалдың теріс заряды жойылғанша әлсірейді, сайып келгенде, шашыраудың тоқтатылуына әкеледі.
Сондықтан оқшаулағыш материалдарды тозаңдату үшін де жарамды ету үшін басқа тозаңдату әдісін табу керек. Радио жиілікті шашырату – өткізгіш және өткізбейтін нысандар үшін қолайлы шашырату әдісі.
DCPVD-нің тағы бір кемшілігі - тұтану кернеуі жоғары және субстраттағы электронды бомбалау күшті. Бұл мәселені шешудің тиімді жолы - магнетронды шашыратуды қолдану, сондықтан магнетронды шашырату интегралдық схемалар саласында шын мәнінде практикалық мәнге ие.
3.3 РЖ физикалық бу тұндыру жабдығы
Радиожиілік физикалық бу тұндыру (RFPVD) қозу көзі ретінде радиожиілік қуатын пайдаланады және әртүрлі металл және металл емес материалдар үшін қолайлы PVD әдісі болып табылады.
RFPVD-де қолданылатын РЖ қуат көзінің жалпы жиіліктері 13,56 МГц, 20 МГц және 60 МГц. РЖ қуат көзінің оң және теріс циклдері кезектесіп пайда болады. PVD нысанасы оң жарты циклде болғанда, мақсатты бет оң потенциалда болғандықтан, процесс атмосферасындағы электрондар оның бетінде жиналған оң зарядты бейтараптандыру үшін мақсатты бетке ағып, тіпті электрондарды жинақтауды жалғастырады, оның бетін теріс икемді ету; шашырау нысанасы теріс жарты циклде болғанда, оң иондар нысанаға қарай жылжиды және нысана бетінде ішінара бейтараптандырылады.
Ең маңыздысы, РЖ электр өрісіндегі электрондардың қозғалыс жылдамдығы оң иондарға қарағанда әлдеқайда жылдам, ал оң және теріс жарты циклдар уақыты бірдей, сондықтан толық циклден кейін нысана беті болады. «таза» теріс зарядталған. Сондықтан алғашқы бірнеше циклде нысана бетінің теріс заряды өсу тенденциясын көрсетеді; кейіннен мақсатты бет тұрақты теріс потенциалға жетеді; бұдан кейін нысананың теріс заряды электрондарға итеруші әсер ететіндіктен, мақсатты электрод қабылдаған оң және теріс зарядтардың мөлшері теңгерімге ұмтылады, ал нысана тұрақты теріс зарядты көрсетеді.
Жоғарыда көрсетілген процестен теріс кернеудің пайда болу процесінің мақсатты материалдың қасиеттеріне ешқандай қатысы жоқ екенін көруге болады, сондықтан RFPVD әдісі оқшаулағыш нысаналардың шашырау мәселесін шешіп қана қоймайды, сонымен қатар жақсы үйлеседі. кәдімгі металл өткізгіш нысаналарымен.
3.4 Магнетронды шашыратқыш аппаратура
Магнетронды шашырату - нысанның артқы жағына магнит қосатын PVD әдісі. Қосылған магниттер мен тұрақты ток көзінің (немесе айнымалы токтың қуат көзі) жүйесі магнетронды шашырату көзін құрайды. Шашырату көзі камерада интерактивті электромагниттік өрісті қалыптастыру, камераның ішіндегі плазмадағы электрондардың қозғалыс диапазонын ұстау және шектеу, электрондардың қозғалыс жолын ұзарту, осылайша плазма концентрациясын арттыру және сайып келгенде, одан да көп нәтижеге қол жеткізу үшін қолданылады. тұндыру.
Сонымен қатар, нысананың бетіне жақын жерде көбірек электрондар байланысқандықтан, субстраттың электрондармен бомбалануы азаяды, ал субстрат температурасы төмендейді. Жалпақ тақталы DCPVD технологиясымен салыстырғанда, магнетронды физикалық бу тұндыру технологиясының ең айқын ерекшеліктерінің бірі тұтану разрядының кернеуінің төмен және тұрақты болуы болып табылады.
Плазмадағы концентрациясының жоғары болуына және шашыратудың жоғары өнімділігіне байланысты ол тамаша тұндыру тиімділігіне, үлкен өлшемдер диапазонында тұндыру қалыңдығын бақылауға, құрамды дәл бақылауға және тұтану кернеуінің төмендеуіне қол жеткізе алады. Демек, магнетронды шашырату ағымдағы PVD металл пленкасында басым жағдайда. Магнетронды шашырату көзінің ең қарапайым конструкциясы магниттер тобын жазық нысананың артқы жағына (вакуумдық жүйеден тыс) орналастыру болып табылады, бұл нысан бетіндегі жергілікті аймақта мақсатты бетке параллель магнит өрісін жасау.
Егер тұрақты магнит қойылса, оның магнит өрісі салыстырмалы түрде бекітілген, нәтижесінде камерадағы мақсатты бетке салыстырмалы түрде бекітілген магнит өрісінің таралуы. Нысананың нақты аймақтарындағы материалдар ғана шашырайды, мақсатты пайдалану көрсеткіші төмен және дайындалған пленканың біркелкілігі нашар.
Шашыраған металдың немесе басқа материал бөлшектерінің мақсатты бетке қайта жиналуының белгілі бір ықтималдығы бар, осылайша бөлшектерге біріктіріліп, ақаулық ластануды қалыптастырады. Сондықтан коммерциялық магнетронды шашырату көздері пленканың біркелкілігін, мақсатты пайдалану жылдамдығын және толық мақсатты шашырауды жақсарту үшін көбінесе айналмалы магнит дизайнын пайдаланады.
Осы үш факторды теңестіру өте маңызды. Егер тепе-теңдік дұрыс өңделмесе, бұл мақсатты пайдалану жылдамдығын айтарлықтай төмендете отырып (мақсатты қызмет ету мерзімін қысқарту) жақсы пленка біркелкілігіне әкелуі мүмкін немесе толық мақсатты шашыратуға немесе толық мақсатты коррозияға қол жеткізе алмауы мүмкін, бұл тозаңдату кезінде бөлшектер проблемаларын тудырады. процесс.
Магнетронды PVD технологиясында айналмалы магниттің қозғалыс механизмін, нысана пішінін, мақсатты салқындату жүйесін және магнетронды шашырату көзін, сондай-ақ пластинаны тасымалдайтын негіздің функционалды конфигурациясын, мысалы, пластинаның адсорбциясы және температураны бақылау қажет. PVD процесінде пластинаның температурасы қажетті кристалдық құрылымды, түйіршік өлшемін және бағытын, сондай-ақ өнімділік тұрақтылығын алу үшін бақыланады.
Вафлидің артқы жағы мен негіз беті арасындағы жылу өткізгіштік белгілі бір қысымды қажет ететіндіктен, әдетте бірнеше Торр ретімен, ал камераның жұмыс қысымы әдетте бірнеше мТорр ретімен болады, артқы жағындағы қысым. пластинаның жоғарғы бетіндегі қысымнан әлдеқайда көп, сондықтан вафлиді орналастыру және шектеу үшін механикалық патрон немесе электростатикалық патрон қажет.
Бұл функцияны орындау үшін механикалық патрон өз салмағына және пластинаның жиегіне сүйенеді. Қарапайым құрылымның және пластинаның материалына сезімталдықтың артықшылықтарына ие болғанымен, вафлидің шеткі әсері анық, бұл бөлшектерді қатаң бақылауға мүмкіндік бермейді. Сондықтан ол IC өндіру процесінде біртіндеп электростатикалық патронмен ауыстырылды.
Температураға аса сезімтал емес процестер үшін адсорбцияланбайтын, жиегі жоқ жанаспайтын сөре әдісін де (вафлидің жоғарғы және төменгі беттері арасындағы қысым айырмашылығы жоқ) қолдануға болады. PVD процесі кезінде камераның төсемі және плазмамен жанасатын бөліктердің беті шөгеді және жабылады. Шөгілген пленка қалыңдығы шектен асқанда, пленка жарылып, қабыршақтанып, бөлшектер проблемаларын тудырады.
Сондықтан қаптама сияқты бөлшектердің бетін өңдеу бұл шектеуді ұзартудың кілті болып табылады. Беткі құммен тазарту және алюминийді бүрку - екі жиі қолданылатын әдіс, олардың мақсаты пленка мен төсеу беті арасындағы байланысты нығайту үшін беттің кедір-бұдырлығын арттыру болып табылады.
3.5 Иондаудың физикалық буының тұндырғышы
Микроэлектроника технологиясының үздіксіз дамуымен функция өлшемдері кішірек және кішірейіп барады. PVD технологиясы бөлшектердің тұндыру бағытын басқара алмайтындықтан, PVD-ның жоғары арақатынасы бар тесіктер мен тар арналар арқылы кіру мүмкіндігі шектеулі, бұл дәстүрлі PVD технологиясын кеңейтілген қолдануды қиындатады. PVD процесінде кеуекті ойықтың арақатынасы артқан сайын, төменгі жағындағы жабу төмендейді, үстіңгі бұрышта карниз тәрізді асып түсетін құрылымды құрайды, ал төменгі бұрышта ең әлсіз жабуды құрайды.
Бұл мәселені шешу үшін иондалған физикалық буларды тұндыру технологиясы жасалды. Ол алдымен нысанадан шашыраған металл атомдарын әртүрлі тәсілдермен плазматизациялайды, содан кейін жұқа пленканы дайындау үшін тұрақты бағытталған металл иондарының ағынын алу үшін металл иондарының бағыты мен энергиясын басқару үшін пластинаға жүктелген ығысу кернеуін реттейді, осылайша жақсартады. тесіктер мен тар арналар арқылы жоғары пропорционалды қадамдардың түбін жабу.
Иондалған металл плазма технологиясының тән ерекшелігі камераға радиожиілік катушкасын қосу болып табылады. Процесс кезінде камераның жұмыс қысымы салыстырмалы түрде жоғары күйде сақталады (қалыпты жұмыс қысымынан 5-тен 10 есеге дейін). PVD кезінде радиожиілік орамы екінші плазмалық аймақты генерациялау үшін пайдаланылады, онда аргон плазмасының концентрациясы радиожиілік қуаты мен газ қысымының жоғарылауымен артады. Нысанадан шашыраған металл атомдары осы аймақ арқылы өткенде, олар жоғары тығыздықтағы аргон плазмасымен әрекеттесіп, металл иондарын түзеді.
РЖ көзін пластинаны тасымалдаушыға қолдану (мысалы, электростатикалық патрон) металл оң иондарын кеуекті ойықтың түбіне тарту үшін пластинаның теріс ығысуын арттыруы мүмкін. Бұл пластинаның бетіне перпендикуляр бағытталған металл ионының ағыны жоғары пропорционалды кеуектер мен тар арналардың қадамдық төменгі жабуын жақсартады.
Вафлиге қолданылатын теріс иілу сонымен қатар иондардың пластинаның бетін бомбалауын тудырады (кері шашырау), бұл кеуек ойығының аузының асып түсетін құрылымын әлсіретеді және түбінде орналасқан пленканы кеуектің түбінің бұрыштарындағы бүйір қабырғаларына шашыратады. ойық, осылайша бұрыштардағы қадамды жабуды жақсартады.
3.6 Атмосфералық қысымды химиялық буларды тұндыруға арналған жабдық
Атмосфералық қысымды химиялық буларды тұндыру (APCVD) жабдығы деп атмосфералық қысымға жақын қысымы бар ортада қыздырылған қатты субстраттың бетіне тұрақты жылдамдықпен газ тәрізді реакция көзін шашыратып, реакция көзінің химиялық реакцияға түсуін қамтамасыз ететін құрылғыны айтады. субстрат беті, ал реакция өнімі жұқа қабықша түзу үшін субстрат бетіне қойылады.
APCVD жабдығы CVD-ның ең ерте жабдығы болып табылады және өнеркәсіптік өндірісте және ғылыми зерттеулерде әлі де кеңінен қолданылады. APCVD жабдығы монокристалды кремний, поликристалды кремний, кремний диоксиді, мырыш оксиді, титан диоксиді, фосфосиликат шыны және борфосфосиликат шыны сияқты жұқа қабықшаларды дайындау үшін пайдаланылуы мүмкін.
3.7 Төмен қысымды химиялық буларды тұндыруға арналған жабдық
Төмен қысымды химиялық буларды тұндыру (LPCVD) жабдығы қыздырылған (350-1100°C) және төмен қысымды (10-100mTorr) ортада қатты субстрат бетінде химиялық әрекеттесу үшін газ тәрізді шикізатты пайдаланатын жабдықты және реактивтер жұқа қабықша түзу үшін субстрат бетіне қойылады. LPCVD жабдығы жұқа қабықшалардың сапасын жақсарту, пленка қалыңдығы мен кедергісі сияқты сипаттамалық параметрлердің таралу біркелкілігін жақсарту және өндіріс тиімділігін арттыру үшін APCVD негізінде әзірленген.
Оның негізгі ерекшелігі төмен қысымды жылу өрісі жағдайында технологиялық газ пластинканың астар бетінде химиялық реакцияға түседі, ал реакция өнімдері жұқа қабықша түзу үшін субстрат бетіне шөгеді. LPCVD жабдығы жоғары сапалы жұқа қабықшаларды дайындауда артықшылықтарға ие және кремний оксиді, кремний нитриді, полисилиций, кремний карбиді, галлий нитриді және графен сияқты жұқа қабықшаларды дайындау үшін пайдаланылуы мүмкін.
APCVD-мен салыстырғанда, LPCVD жабдығының төмен қысымды реакция ортасы реакция камерасындағы газдың орташа еркін жолын және диффузия коэффициентін арттырады.
Реакциялық газ бен тасымалдаушы газ молекулаларын реакция камерасындағы қысқа уақыт ішінде біркелкі бөлуге болады, осылайша пленка қалыңдығының біркелкілігін, кедергінің біркелкілігін және пленканың қадамдық жабуын айтарлықтай жақсартады, сонымен қатар реакция газының шығыны да аз. Сонымен қатар, төмен қысымды орта да газ заттардың берілу жылдамдығын жылдамдатады. Субстраттан диффузияланған қоспалар мен реакцияның жанама өнімдері шекаралық қабат арқылы реакция аймағынан тез шығарылуы мүмкін, ал реакция газы реакция үшін субстрат бетіне жету үшін шекаралық қабат арқылы тез өтеді, осылайша өзін-өзі қоспалауды тиімді түрде басады, дайындайды. тік өту аймақтары бар жоғары сапалы пленкалар, сонымен қатар өндіріс тиімділігін арттырады.
3.8 Плазмалық күшейтілген химиялық буларды тұндыру жабдығы
Плазмадағы күшейтілген химиялық бу тұндыру (PECVD) кеңінен қолданылатын тфильмді тұндыру технологиясы. Плазма процесі кезінде газ тәріздес прекурсор плазманың әсерінен қозғалған белсенді топтар түзу үшін иондалады, олар субстрат бетіне диффузияланады, содан кейін қабықшаның өсуін аяқтау үшін химиялық реакцияларға түседі.
Плазма генерациясының жиілігі бойынша PECVD-де қолданылатын плазманы екі түрге бөлуге болады: радиожиілік плазмасы (RF плазмасы) және микротолқынды плазма (Микротолқынды плазма). Қазіргі уақытта өнеркәсіпте қолданылатын радиожиілік әдетте 13,56 МГц құрайды.
Радиожиілік плазмасын енгізу әдетте екі түрге бөлінеді: сыйымдылық (CCP) және индуктивті байланыс (ICP). Сыйымдылықты біріктіру әдісі әдетте тікелей плазмалық реакция әдісі болып табылады; ал индуктивті қосылу әдісі тікелей плазмалық әдіс немесе қашықтағы плазмалық әдіс болуы мүмкін.
Жартылай өткізгішті өндіру процестерінде PECVD көбінесе металдар немесе басқа температураға сезімтал құрылымдар бар субстраттарда жұқа пленкаларды өсіру үшін қолданылады. Мысалы, интегралдық микросхемалардың артқы металды өзара байланысы саласында, құрылғының көзі, қақпасы және дренаждық құрылымдары фронтальды процесте қалыптасқандықтан, металды өзара байланыстыру саласындағы жұқа пленкалардың өсуі байқалады. өте қатаң жылу бюджетінің шектеулеріне, сондықтан ол әдетте плазмалық көмекпен аяқталады. Плазмалық процестің параметрлерін реттеу арқылы PECVD арқылы өсірілген жұқа қабықтың тығыздығын, химиялық құрамын, қоспаларының құрамын, механикалық беріктігін және кернеу параметрлерін белгілі бір диапазонда реттеуге және оңтайландыруға болады.
3.9 Атом қабатын тұндыру жабдығы
Атомдық қабаттың тұндыру (ALD) – квазимоноатомды қабат түрінде кезеңді түрде өсетін жұқа қабықша тұндыру технологиясы. Оның ерекшелігі - тұндырылған пленканың қалыңдығын өсу циклдерінің санын бақылау арқылы дәл реттеуге болады. Химиялық булардың тұндыру (CVD) процесіне қарағанда, ALD процесіндегі екі (немесе одан да көп) прекурсорлар субстрат бетінен кезекпен өтеді және сирек газды тазарту арқылы тиімді оқшауланады.
Екі прекурсор химиялық реакцияға түсу үшін газ фазасында араласпайды және кездеспейді, тек субстрат бетіндегі химиялық адсорбция арқылы әрекеттеседі. Әрбір ALD циклінде субстрат бетінде адсорбцияланған прекурсордың мөлшері субстрат бетіндегі белсенді топтардың тығыздығына байланысты. Субстрат бетіндегі реактивті топтар таусылғанда, прекурсордың артық мөлшері енгізілсе де, субстрат бетінде химиялық адсорбция болмайды.
Бұл реакция процесі беттік өздігінен шектелетін реакция деп аталады. Бұл процесс механизмі ALD процесінің әрбір циклінде өсетін пленка қалыңдығын тұрақты етеді, сондықтан ALD процесінің қалыңдығын дәл бақылау және пленка қадамының жақсы жабу артықшылықтары бар.
3.10 Молекулярлық сәулелік эпитаксия жабдығы
Молекулалық сәуленің эпитаксисі (MBE) жүйесі ультра жоғары вакуум жағдайында қыздырылған субстрат бетіне белгілі бір жылдамдықпен шашырату және субстрат бетінде адсорбциялау және көшу үшін бір немесе бірнеше жылу энергиясын атомдық сәулелерді немесе молекулалық сәулелерді қолданатын эпитаксиалды құрылғыны білдіреді. субстрат материалының кристалдық осінің бағыты бойынша монокристалды жұқа қабықшаларды эпитаксистік жолмен өсіру. Әдетте, жылу қалқаны бар реактивті пешпен қыздыру жағдайында сәуле көзі атомдық сәулені немесе молекулалық сәулені құрайды, ал пленка субстрат материалының кристалдық осінің бағыты бойынша қабат-қабат өседі.
Оның сипаттамалары төмен эпитаксиалды өсу температурасы болып табылады, ал қалыңдығын, интерфейсін, химиялық құрамын және қоспалардың концентрациясын атомдық деңгейде дәл бақылауға болады. MBE жартылай өткізгішті ультра жұқа монокристалды пленкаларды дайындаудан пайда болғанымен, оның қолданылуы металдар және оқшаулағыш диэлектриктер сияқты әртүрлі материалдық жүйелерге дейін кеңейді және III-V, II-VI, кремний, кремний германийін (SiGe) дайындай алады. ), графен, оксидтер және органикалық қабықшалар.
Молекулалық сәуленің эпитаксисі (MBE) жүйесі негізінен ультра жоғары вакуумдық жүйеден, молекулалық сәуле көзінен, субстратты бекіту және жылыту жүйесінен, үлгіні тасымалдау жүйесінен, жергілікті бақылау жүйесінен, басқару жүйесінен және сынақтан тұрады. жүйесі.
Вакуумдық жүйе вакуумдық сорғыларды (механикалық сорғылар, молекулалық сорғылар, иондық сорғылар және конденсациялық сорғылар және т.б.) және ультра жоғары вакуумдық өсу ортасын жасай алатын әртүрлі клапандарды қамтиды. Жалпы қол жеткізуге болатын вакуумдық дәрежесі 10-8-ден 10-11 Торрға дейін. Вакуумдық жүйеде негізінен үш вакуумдық жұмыс камерасы бар, атап айтқанда сынама бүрку камерасы, алдын ала өңдеу және бетті талдау камерасы және өсу камерасы.
Үлгіні айдау камерасы басқа камералардың жоғары вакуумдық жағдайларын қамтамасыз ету үшін үлгілерді сыртқы әлемге беру үшін пайдаланылады; алдын ала өңдеу және беттік талдау камерасы сынама айдау камерасы мен өсу камерасын байланыстырады және оның негізгі функциясы үлгіні алдын ала өңдеу (негіз бетінің толық тазалығын қамтамасыз ету үшін жоғары температурада газсыздандыру) және беткі қабатта алдын ала талдау жасау болып табылады. тазартылған үлгі; өсу камерасы MBE жүйесінің негізгі бөлігі болып табылады, ол негізінен бастапқы пештен және оған сәйкес келетін ысырмалар жинағынан, үлгіні басқару консолінен, салқындату жүйесінен, шағылысу жоғары энергиялы электрон дифракциясынан (RHEED) және жердегі бақылау жүйесінен тұрады. . Кейбір өндірістік MBE жабдықтарының бірнеше өсу камерасының конфигурациялары бар. MBE жабдықтарының құрылымының принципиалды диаграммасы төменде көрсетілген:
Кремний материалының MBE шикізат ретінде жоғары таза кремнийді пайдаланады, ультра жоғары вакуумда (10-10～10-11Torr) өседі және өсу температурасы 600～900℃, Ga (P-түрі) және Sb ( N-типі) допинг көздері ретінде. P, As және B сияқты жиі қолданылатын допинг көздері сәуле көздері ретінде сирек пайдаланылады, өйткені оларды булану қиын.
MBE реакциялық камерасында молекулалардың орташа еркін жолын арттыратын және өсіп келе жатқан материалдың бетіндегі ластану мен тотығуды азайтатын ультра жоғары вакуумдық орта бар. Дайындалған эпитаксиалды материал жақсы беттік морфологияға және біркелкілікке ие және әртүрлі қоспалармен немесе әртүрлі материал компоненттерімен көп қабатты құрылымға айналуы мүмкін.
MBE технологиясы бір атомдық қабаттың қалыңдығымен ультра жұқа эпитаксиалды қабаттардың бірнеше рет өсуіне қол жеткізеді, ал эпитаксиалды қабаттар арасындағы интерфейс тік болады. Ол III-V жартылай өткізгіштердің және басқа да көп компонентті гетерогенді материалдардың өсуіне ықпал етеді. Қазіргі уақытта MBE жүйесі жаңа буын микротолқынды құрылғылар мен оптоэлектронды құрылғыларды өндіруге арналған озық технологиялық жабдыққа айналды. MBE технологиясының кемшіліктері пленканың баяу өсу қарқыны, жоғары вакуум талаптары және жабдық пен жабдықты пайдаланудың жоғары шығындары болып табылады.
3.11 Бу фазасының эпитаксия жүйесі
Бу фазасының эпитаксисі (VPE) жүйесі газтәрізді қосылыстарды субстратқа тасымалдайтын және химиялық реакциялар арқылы субстратпен бірдей тор орналасуы бар бір кристалды материал қабатын алатын эпитаксиалды өсу құрылғысына жатады. Эпитаксиалды қабат гомоэпитаксиалды қабат (Si/Si) немесе гетероэпитаксиалды қабат (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 және т.б.) болуы мүмкін. Қазіргі уақытта VPE технологиясы наноматериалдарды дайындау, қуат құрылғылары, жартылай өткізгішті оптоэлектрондық құрылғылар, күн фотоэлектрлері және интегралды схемалар салаларында кеңінен қолданылады.
Әдеттегі VPE атмосфералық қысым эпитаксисі және төмендетілген қысым эпитаксисі, ультра жоғары вакуумдағы химиялық бу тұндыру, металл органикалық химиялық бу тұндыру және т.б. қамтиды. VPE технологиясының негізгі сәттері реакция камерасының дизайны, газ ағынының режимі және біркелкілігі, температураның біркелкілігі мен дәлдігін бақылау, қысымды бақылау және тұрақтылық, бөлшектер мен ақауларды бақылау және т.б.
Қазіргі уақытта негізгі коммерциялық VPE жүйелерінің даму бағыты үлкен вафлиді жүктеу, толық автоматты басқару және температура мен өсу процесін нақты уақыт режимінде бақылау болып табылады. VPE жүйелерінің үш құрылымы бар: тік, көлденең және цилиндрлік. Жылыту әдістеріне қарсылық қыздыру, жоғары жиілікті индукциялық қыздыру және инфрақызыл сәулемен жылыту жатады.
Қазіргі уақытта VPE жүйелерінде көбінесе эпитаксиалды қабықшаның өсуінің жақсы біркелкілігі мен пластинаның үлкен жүктелуінің сипаттамалары бар көлденең диск құрылымдары қолданылады. VPE жүйелері әдетте төрт бөліктен тұрады: реактор, жылыту жүйесі, газ жолы жүйесі және басқару жүйесі. GaAs және GaN эпитаксиалды қабықшаларының өсу уақыты салыстырмалы түрде ұзақ болғандықтан, көбінесе индукциялық қыздыру және қарсылық қыздыру қолданылады. Кремний VPE-де қалың эпитаксиалды қабықшаның өсуі көбінесе индукциялық қыздыруды пайдаланады; жұқа эпитаксиалды қабықшаның өсуі температураның жылдам көтерілу/төмендету мақсатына жету үшін көбінесе инфрақызыл қыздыруды пайдаланады.
3.12 Сұйық фазалық эпитаксия жүйесі
Liquid Phase Epitaxy (LPE) жүйесі өсірілетін материалды (мысалы, Si, Ga, As, Al, т.б.) және қоспаларды (Zn, Te, Sn және т. балқу температурасы төмен металды (мысалы, Ga, In және т.б.), осылайша еріген зат еріткіште қаныққан немесе аса қаныққан, содан кейін монокристалды субстрат ерітіндімен жанасады, ал еріген зат еріткіштен тұнбаға түседі. бірте-бірте салқындап, субстрат бетінде кристалдық құрылымы және субстратқа ұқсас тор тұрақтысы бар кристалды материал қабаты өседі.
LPE әдісін Нельсон және т.б. 1963 ж. Ол Si жұқа қабықшалары мен монокристалды материалдарды, сондай-ақ III-IV топтары және сынап кадмий теллуриді сияқты жартылай өткізгіш материалдарды өсіру үшін қолданылады және әртүрлі оптоэлектрондық құрылғыларды, микротолқынды құрылғыларды, жартылай өткізгіш құрылғыларды және күн батареяларын жасау үшін пайдаланылуы мүмкін. .
————————————————————————————————————————————————————————————————————————— ————————————
Semicera қамтамасыз ете аладыграфит бөліктері, жұмсақ/қатты киіз, кремний карбиді бөліктері, CVD кремний карбиді бөліктері, жәнеSiC/TaC қапталған бөлшектер30 күн ішінде.
Егер сізді жоғарыда аталған жартылай өткізгіш өнімдер қызықтырса,бірінші рет бізге хабарласудан тартынбаңыз.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Жіберу уақыты: 31 тамыз 2024 ж