1. Sarrera
Substantzia materialen gainazalean substantziak (lehengaiak) metodo fisiko edo kimikoen bidez eransteko prozesuari film mehe hazkuntza deritzo.
Lan-printzipio desberdinen arabera, zirkuitu integratuko film meheen deposizioa honela bana daiteke:
-Lurrun-jadapen fisikoa (PVD);
-Lurrun Deposizio Kimikoa (CVD);
- Luzapena.
2. Film Meheen Hazkuntza Prozesua
2.1 Lurrun-jadapen fisikoa eta sputtering-prozesua
Lurrun-deposizio fisikoa (PVD) prozesuak metodo fisikoak erabiltzeari egiten dio erreferentzia, hala nola hutsean lurruntzea, sputteringa, plasma-estaldura eta izpi molekularra epitaxia oblearen gainazalean film mehe bat osatzeko.
VLSI industrian, PVD teknologiarik erabiliena sputtering-a da, hau da, batez ere zirkuitu integratuen elektrodoetarako eta metalezko interkonexioetarako erabiltzen dena. Sputtering prozesu bat da, non gas arraroak [adibidez, argona (Ar)] ioietan (adibidez, Ar+) ionizatzen diren kanpoko eremu elektriko baten eraginez huts handiko baldintzetan, eta materialaren xede-iturria bonbardatzen dute tentsio handiko ingurune batean. xede-materialaren atomoak edo molekulak kanporatzea, eta gero oblearen gainazalera iristen da film mehe bat osatzeko talkarik gabeko hegaldi-prozesu baten ondoren. Ar-ek propietate kimiko egonkorrak ditu, eta bere ioiek ez dute kimikoki erreakzionatuko xede-materialarekin eta filmarekin. Zirkuitu integratuko txipak 0,13μm-ko kobre-interkonexioaren garaian sartzen diren heinean, kobrezko hesi materialaren geruzak titanio nitruroa (TiN) edo tantalio nitruroa (TaN) filma erabiltzen du. Industria-teknologiaren eskariak erreakzio kimikoen sputtering teknologiaren ikerketa eta garapena sustatu du, hau da, sputtering ganberan, Ar-z gain, gas nitrogeno erreaktibo bat (N2) ere badago, beraz, Ti edo Ta-k bonbardatu zuen. Ti edo Ta helburuko materialak N2rekin erreakzionatzen du beharrezko TiN edo TaN filma sortzeko.
Normalean erabiltzen diren hiru sputtering metodo daude, hots, DC sputtering, RF sputtering eta magnetron sputtering. Zirkuitu integratuen integrazioa handitzen doan heinean, geruza anitzeko metalezko kableatuaren geruzen kopurua handitzen ari da eta PVD teknologiaren aplikazioa gero eta zabalagoa da. PVD materialen artean Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, etab.
PVD eta sputtering prozesuak oso zigilatutako erreakzio-ganbera batean burutu ohi dira 1×10-7 eta 9×10-9 Torr-eko huts-graduarekin, eta horrek erreakzioan zehar gasaren purutasuna berma dezake; aldi berean, kanpoko tentsio altua behar da gas arraroa ionizatzeko helburua bonbardatzeko nahikoa tentsio altua sortzeko. PVD eta sputtering prozesuak ebaluatzeko parametro nagusiak hauts kantitatea, baita eratutako filmaren erresistentzia-balioa, uniformetasuna, erreflektibitate-lodiera eta tentsioa dira.
2.2 Lurrun Kimikoen Deposizio eta Sputtering Prozesua
Lurrun-deposizio kimikoa (CVD) prozesu-teknologia bati egiten zaio erreferentzia, non presio partzial ezberdineko gas-erreaktibo ezberdinek kimikoki erreakzionatzen duten tenperatura eta presio jakin batean, eta sortutako substantzia solidoak substratu-materialaren gainazalean metatzen diren nahi den mehea lortzeko. filma. Zirkuitu integratu tradizionalaren fabrikazio-prozesuan, lortutako film meheko materialak, oro har, oxidoak, nitruroak, karburoak edo silizio polikristalinoa eta silizio amorfoa bezalako konposatuak dira. Hazkunde epitaxial selektiboa, 45 nm-ko nodoaren ondoren erabiliagoa dena, hala nola SiGe iturri eta drainatze edo Si hazkunde epitaxial selektiboa, CVD teknologia ere bada.
Teknologia honek jatorrizko sarearen mota berekoak edo antzekoak diren kristal bakarreko materialak osatzen jarraitu dezake siliziozko kristal bakarreko substratu batean edo jatorrizko sarean zehar. CVD oso erabilia da film dielektriko isolatzaileen (adibidez, SiO2, Si3N4 eta SiON, etab.) eta metalezko filmak (hala nola wolframioa, etab.) hazteko.
Orokorrean, presio-sailkapenaren arabera, CVD lurrun-deposizio kimikoa (APCVD), presio azpiko lurrun-deposizio kimikoa (SAPCVD) eta presio baxuko lurrun-deposizio kimikoa (LPCVD) zati daiteke.
Tenperatura-sailkapenaren arabera, CVD tenperatura altuko/tenperatura baxuko oxido-filmaren lurrun-deposizio kimikoa (HTO/LTO CVD) eta lurrun-deposizio termiko azkarra (Rapid Thermal CVD, RTCVD) bana daiteke;
Erreakzio-iturriaren arabera, CVD silano-oinarritutako CVD, poliester-oinarritutako CVD (TEOS-oinarritutako CVD) eta metal organiko kimiko lurrun-deposizioa (MOCVD) bana daiteke;
Energia-sailkapenaren arabera, CVD lurrun-deposizio termikoa (Thermal CVD), plasma hobetutako lurrun-deposizio kimikoa (Plasma Enhanced CVD, PECVD) eta dentsitate handiko plasma-lurrun-deposizio kimikoa (High Density Plasma CVD, HDPCVD) zati daiteke. Berriki, lurrun-deposizio kimiko fluidoa (Flowable CVD, FCVD) hutsuneak betetzeko gaitasun bikainarekin ere garatu da.
CVD bidez hazitako film ezberdinek propietate desberdinak dituzte (adibidez, konposizio kimikoa, konstante dielektrikoa, tentsioa, tentsioa eta matxura-tentsioa) eta bereizita erabil daitezke prozesu-eskakizunen arabera (adibidez, tenperatura, urratsen estaldura, betetze-baldintzak, etab.).
2.3 Geruza atomikoaren jalkitze-prozesua
Geruza atomikoaren deposizioa (ALD) substratu-material batean atomoen geruzaz geruza deposizioari egiten zaio erreferentzia, film atomiko bakar bat geruzaz geruza haziz. ALD tipiko batek erreaktorean aitzindari gaseosoak txandaka pultsuetan sartzeko metodoa hartzen du.
Adibidez, lehenik, 1 erreakzio-aitzindaria substratuaren gainazalean sartzen da, eta adsortzio kimikoaren ondoren, geruza atomiko bakarra sortzen da substratuaren gainazalean; ondoren, substratuaren gainazalean eta erreakzio-ganberan geratzen den 1 aitzindaria aire-ponpa baten bidez ponpatzen da; ondoren, 2 erreakzio-aurrekaria substratuaren gainazalean sartzen da eta kimikoki erreakzionatzen du substratuaren gainazalean adsorbatutako 1 aitzindariarekin, dagokion film meheko materiala eta dagozkion azpiproduktuak substratuaren gainazalean sortzeko; 1 aitzindariak guztiz erreakzionatzen duenean, erreakzioa automatikoki amaituko da, hau da, ALDren ezaugarri automugatzailea, eta, ondoren, gainerako erreaktiboak eta azpiproduktuak ateratzen dira hurrengo hazkuntza-etaparako prestatzeko; Aurreko prozesua etengabe errepikatuz, atomo bakarreko geruzaz geruza hazitako film meheko materialen deposizioa lor daiteke.
ALD eta CVD erreakzio kimiko-iturri gaseoso bat sartzeko moduak dira substratuaren gainazalean kimikoki erreakzionatzeko, baina aldea da CVD-ren erreakzio-iturri gaseosoak ez duela hazkuntza autolimitatzailearen ezaugarria. Ikusten denez, ALD teknologia garatzeko gakoa erreakzio propietate automugatzaileak dituzten aitzindariak aurkitzea da.
2.4 Prozesu epitaxiala
Prozesu epitaxialak substratu batean kristal bakarreko geruza guztiz ordenatua hazteko prozesuari egiten dio erreferentzia. Oro har, prozesu epitaxiala kristalezko geruza bat haztea da, jatorrizko substratuaren sare-orientazio bera duen kristal bakarreko substratu batean. Prozesu epitaxiala oso erabilia da erdieroaleen fabrikazioan, hala nola, zirkuitu integratuko industrian silizio epitaxial obleak, MOS transistoreen iturburu eta drainatze epitaxiala hazkuntza epitaxiala, LED substratuetan hazkunde epitaxiala, etab.
Hazkunde-iturriaren fase-egoera desberdinen arabera, hazkuntza epitaxialeko metodoak fase solidoko epitaxia, fase likidoko epitaxia eta lurrun faseko epitaxiatan bana daitezke. Zirkuitu integratuko fabrikazioan, erabili ohi diren metodo epitaxialak fase solidoaren epitaxia eta lurrun faseko epitaxia dira.
Fase solidoaren epitaxia: iturri solido bat erabiliz substratu batean kristal geruza bakar baten hazkuntzari egiten dio erreferentzia. Esate baterako, ioiak inplantatzearen ondoren errezifratze termikoa fase solidoko epitaxia prozesu bat da. Ioien inplantazioan, silizio-oblearen silizio-atomoak energia handiko inplantatutako ioiek bonbardatzen dituzte, beren jatorrizko sare-posizioak utziz eta amorfo bihurtuz, gainazaleko silizio-geruza amorfo bat osatuz. Tenperatura handiko errezistu termikoaren ondoren, atomo amorfoak sareko posizioetara itzultzen dira eta substratuaren barruko kristal atomikoen orientazioarekin bat datoz.
Lurrun-fasearen epitaxiaren hazkuntza-metodoen artean, lurrun-fasearen epitaxia, izpi molekularra, geruza atomikoa, etab. Lurrun-fase kimikoaren epitaxiaren printzipioa funtsean lurrun-jadapen kimikoaren berdina da. Biak gasa nahastu ondoren obleen gainazalean kimikoki erreakzionatuz film meheak metatzen dituzten prozesuak dira.
Aldea da lurrun-fase kimikoko epitaxia kristal bakarreko geruza bat hazten denez, ekipamenduko ezpurutasun-edukiaren eta oblearen gainazalaren garbitasunaren baldintza handiagoak dituela. Silizio epitaxialaren hasierako lurrun-fase kimikoa tenperatura altuko baldintzetan (1000 °C baino handiagoa) egin behar da. Prozesu-ekipoen hobekuntzarekin, batez ere hutseko truke-ganberaren teknologia hartzearekin, ekipamenduaren barrunbearen eta silizio-oblearen gainazalaren garbitasuna asko hobetu da, eta silizio epitaxia tenperatura baxuagoan egin daiteke (600-700°). C). Silizio epitaxialeko oblearen prozesua siliziozko oblearen gainazalean kristal bakarreko silizio geruza bat haztea da.
Jatorrizko silizio-substratuarekin alderatuta, silizio epitaxial-geruzak garbitasun handiagoa eta sare-akats gutxiago ditu, eta horrela erdieroaleen fabrikazioaren errendimendua hobetzen du. Horrez gain, silizio-oblean hazitako silizio epitaxial geruzaren hazkunde-lodiera eta doping-kontzentrazioa malgutasunez diseinatu daitezke, eta horrek malgutasuna ekartzen dio gailuaren diseinuari, hala nola substratuaren erresistentzia murriztea eta substratuaren isolamendua hobetzea. Iturburu-hustubide epitaxial txertatua teknologia logiko aurreratuko nodoetan oso erabilia den teknologia da.
MOS transistoreen sorburu eta drainatze eskualdeetan dopatutako germanio silizio edo silizio epitaxialki hazteko prozesuari egiten dio erreferentzia. Iturri-drain epitaxial prozesu txertatuak sartzearen abantaila nagusiak hauek dira: sarearen egokitzapenaren ondorioz estresa duen geruza sasikristalino bat haztea, kanal-eramailearen mugikortasuna hobetzea; Iturburuaren eta drainatzearen in situ dopingak iturri-drainatze junturaren parasitoen erresistentzia murrizten du eta energia handiko ioien inplantazioaren akatsak murrizten ditu.
3. film mehe hazteko ekipoak
3.1 Hutsean lurruntzeko ekipoak
Hutsean lurruntzea hutseko ganbera batean material solidoak berotzen dituen estaldura-metodo bat da, lurrundu, lurrundu edo sublimatu eta, ondoren, tenperatura jakin batean substratu-material baten gainazalean kondentsatu eta metatzeko.
Normalean hiru zati ditu, hots, huts-sistema, lurruntze-sistema eta berokuntza-sistema. Huts-sistema huts-hodiek eta huts-ponpak osatzen dute, eta bere funtzio nagusia lurruntzeko huts-ingurune kualifikatua eskaintzea da. Lurruntze-sistema lurruntze-taula batek, berokuntza-osagai batek eta tenperatura neurtzeko osagai batek osatzen dute.
Lurrundu beharreko xede-materiala (adibidez, Ag, Al, etab.) lurruntze-mahaiaren gainean jartzen da; berokuntza eta tenperatura neurtzeko osagaia lurruntze-tenperatura kontrolatzeko erabiltzen den begizta itxiko sistema da, lurrunketa leuna bermatzeko. Berokuntza-sistema oblea-etapa batek eta berogailu-osagai batek osatzen dute. Wafer etapa film mehea lurrundu behar den substratua jartzeko erabiltzen da, eta berokuntza osagaia substratuaren berokuntza eta tenperatura neurtzeko feedback kontrola egiteko erabiltzen da.
Hutseko ingurunea oso baldintza garrantzitsua da hutsean lurruntzeko prozesuan, lurruntze-tasa eta filmaren kalitatearekin erlazionatuta dagoena. Huts-graduak baldintzak betetzen ez baditu, lurrundutako atomo edo molekulek maiz talka egingo dute hondar-molekulek gas-molekulak, haien batez besteko bide askea txikiagotuz, eta atomoak edo molekulak gogor sakabanatu egingo dira, horrela mugimenduaren norabidea aldatuz eta filma murriztuz. eraketa-tasa.
Horrez gain, hondakin-ezpurutasuneko gas molekulen presentzia dela eta, metatutako filma larriki kutsatuta dago eta kalitate txarrean dago, batez ere ganberaren presio-igoera tasa estandarra betetzen ez denean eta isurketa dagoenean, airea huts-ganberara isuriko da. , eta horrek eragin handia izango du filmaren kalitatean.
Hutsean lurruntzeko ekipoen egitura-ezaugarriek tamaina handiko substratuetan estalduraren uniformetasuna eskasa dela zehazten dute. Bere uniformetasuna hobetzeko, iturburu-substratu distantzia handitzeko eta substratua biratzeko metodoa hartzen da orokorrean, baina iturburu-substratu distantzia handitzeak filmaren hazkunde-tasa eta garbitasuna sakrifikatuko ditu. Aldi berean, hutseko espazioa handitzearen ondorioz, lurrundutako materialaren erabilera-tasa murrizten da.
3.2 DC lurrun-jadatze fisikoko ekipoak
Korronte zuzeneko lurrun-deposizio fisikoa (DCPVD) katodozko sputtering edo hutsean DC bi faseko sputtering gisa ere ezagutzen da. Hutsean DC sputtering-aren xede-materiala katodo gisa erabiltzen da eta substratua anodo gisa erabiltzen da. Hutsean sputtering prozesuko gasa ionizatuz plasma bat osatzea da.
Plasmako partikula kargatuak eremu elektrikoan azeleratu egiten dira energia kopuru jakin bat lortzeko. Energia nahikoa duten partikulek xede-materialaren gainazala bonbardatzen dute, xede-atomoak kanporatu daitezen; energia zinetiko jakin bat duten sputted atomoak substraturantz mugitzen dira substratuaren gainazalean film mehe bat eratzeko. Sputtering egiteko erabiltzen den gasa, oro har, gas arraroa da, adibidez, argona (Ar), beraz, sputtering bidez sortutako filma ez da kutsatuko; gainera, argonaren erradio atomikoa sputtering egiteko egokiagoa da.
Sputtering partikulen tamaina sputtering nahi diren atomoen tamainatik hurbil egon behar da. Partikulak handiegiak edo txikiegiak badira, ezin da sputtering eraginkorra sortu. Atomoaren tamaina-faktoreaz gain, atomoaren masa-faktoreak sputtering kalitatean ere eragina izango du. Sputtering partikulen iturria argiegia bada, xede-atomoak ez dira sputtering egingo; sputtering partikulak astunegiak badira, helburua "tokertuta" egongo da eta helburua ez da sputtering egingo.
DCPVDn erabilitako xede-materialak eroalea izan behar du. Hau da, prozesuko gasaren argon ioiak xede-materiala bonbardatzen dutenean, xede-materialaren gainazaleko elektroiekin birkonbinatuko direlako. Xede-materiala metal bat bezalako eroalea denean, birkonbinazio honek kontsumitzen dituen elektroiak errazago berritzen dira elikadura-hornidurak eta xede-materialaren beste ataletako elektroi askeak eroapen elektrikoaren bidez, beraz, xede-materialaren gainazala gisa osoa negatiboki kargatuta geratzen da eta sputtering mantentzen da.
Aitzitik, xede-materiala isolatzailea bada, xede-materialaren gainazaleko elektroiak birkonbinatu ondoren, xede-materialaren beste ataletako elektroi askeak ezin dira eroapen elektrikoaren bidez berritu, eta karga positiboak ere pilatuko dira. xede-materialaren gainazala, xede-materialaren potentziala igotzea eraginez, eta xede-materialaren karga negatiboa ahuldu egiten da desagertu arte, azkenean amaierara eramanez. sputtering.
Hori dela eta, material isolatzaileak sputtering egiteko ere erabilgarri izan daitezen, beharrezkoa da beste sputtering metodo bat aurkitu. Irrati-maiztasunaren sputtering sputtering metodo bat da, bai eroale zein ez-eroale helburuetarako egokia.
DCPVDren beste desabantaila bat pizte-tentsioa altua dela eta substratuaren gaineko elektroien bonbardaketa indartsua dela da. Arazo hau konpontzeko modu eraginkor bat magnetron sputtering erabiltzea da, beraz magnetron sputtering-ak benetan balio praktikoa du zirkuitu integratuen arloan.
3.3 RF Lurrun-jadatze-ekipo fisikoa
Irrati-maiztasuneko lurrun-deposizio fisikoa (RFPVD) irrati-maiztasunaren potentzia erabiltzen du kitzikapen-iturri gisa eta PVD metodo bat da metalezko eta ez-metalezko material ezberdinetarako egokia.
RFPVDn erabiltzen den RF elikadura-iturriaren maiztasun arruntak 13,56 MHz, 20 MHz eta 60 MHz dira. RF elikatze-iturriaren ziklo positiboak eta negatiboak txandaka agertzen dira. PVD helburua erdi-ziklo positiboan dagoenean, xede-azalera potentzial positibo batean dagoenez, prozesuko atmosferako elektroiak xede-azalera joango dira bere gainazalean metatutako karga positiboa neutralizatzeko, eta baita elektroiak pilatzen jarraitzeko ere. bere gainazala negatiboki alboratuta; Sputtering helburua erdi-ziklo negatiboan dagoenean, ioi positiboak helbururantz mugituko dira eta partzialki neutralizatuko dira xede gainazalean.
Garrantzitsuena da RF eremu elektrikoan elektroien mugimendu-abiadura ioi positiboena baino askoz azkarragoa dela, ziklo erdi positibo eta negatiboen denbora berdina den bitartean, beraz, ziklo oso baten ondoren, xede-azalera izango da. "garbia" negatiboki kargatuta. Horregatik, lehenengo zikloetan, xede-azaleraren karga negatiboak goranzko joera erakusten du; ondoren, xede-azalera potentzial negatibo egonkor batera iristen da; hortik aurrera, xedearen karga negatiboak elektroiengan eragin aldaratzailea duelako, xede-elektrodoak jasotzen dituen karga positibo eta negatiboen kopurua orekatzeko joera du, eta helburuak karga negatibo egonkorra aurkezten du.
Goiko prozesutik, ikus daiteke tentsio negatiboaren eraketa prozesuak ez duela zerikusirik xede-materialaren beraren propietateekin, beraz, RFPVD metodoak helburu isolatzaileen sputtering arazoa konpondu ez ezik, ondo bateragarria da. metalezko ohiko eroale helburuekin.
3.4 Magnetron sputtering ekipoak
Magnetron sputtering helburuaren atzealdean imanak gehitzen dituen PVD metodo bat da. Gehitutako imanek eta DC elikatze-hornidura (edo AC elikatze-hornidura) sistema magnetron sputtering iturri bat osatzen dute. Sputtering iturria ganbaran eremu elektromagnetiko interaktibo bat osatzeko erabiltzen da, ganbararen barneko plasmako elektroien mugimendu-eremua harrapatzeko eta mugatzeko, elektroien mugimendu-bidea luzatzeko eta, horrela, plasmaren kontzentrazioa handitzeko eta, azken finean, gehiago lortzeko. deposizio.
Gainera, xedearen gainazaletik gertu elektroi gehiago lotzen direnez, elektroiek substratuaren bonbardaketa murrizten da, eta substratuaren tenperatura murrizten da. DCPVD plaka lauko teknologiarekin alderatuta, magnetron lurrun-deposizio fisikoaren teknologiaren ezaugarririk nabarmenenetako bat pizte-deskarga-tentsioa txikiagoa eta egonkorragoa da.
Plasma-kontzentrazio handiagoa eta sputtering errendimendu handiagoa direla eta, deposizio-eraginkortasun bikaina lor dezake, deposizio-lodieraren kontrola tamaina handiko gaman, konposizio-kontrol zehatza eta pizte-tentsio txikiagoa. Hori dela eta, magnetron sputtering posizio nagusi batean dago egungo PVD metalezko filmean. Magnetron sputtering-iturriaren diseinurik errazena helburu lauaren atzealdean iman talde bat jartzea da (huts-sistematik kanpo) xede-gainazaleko eremu lokal batean eremu magnetiko bat sortzeko.
Iman iraunkor bat jartzen bada, bere eremu magnetikoa nahiko finkoa da, eta ondorioz eremu magnetikoen banaketa nahiko finkoa da ganberako xede-azalera. Helburuaren eremu zehatzetako materialak soilik sputtertzen dira, helburuaren erabilera-tasa baxua da eta prestatutako filmaren uniformetasuna eskasa da.
Sputtered metala edo beste material partikula batzuk helburuko gainazalean berriro metatzeko probabilitatea dago, eta, ondorioz, partikulatan elkartu eta akatsen kutsadura sortuko dute. Hori dela eta, magnetron sputtering iturri komertzialak gehienbat iman birakarien diseinua erabiltzen dute filmaren uniformetasuna, helburuaren erabilera-tasa eta helburu osoa sputtering hobetzeko.
Funtsezkoa da hiru faktore horiek orekatzea. Balantzea ondo maneiatzen ez bada, filmaren uniformetasun ona izan daiteke helburuaren erabilera-tasa asko murrizten duen bitartean (helburuaren bizitza laburtuz), edo helburu osoa sputtering edo helburu osoa korrosioa lortu ezean, eta horrek partikulen arazoak sortuko ditu sputtering zehar. prozesua.
Magnetron PVD teknologian, beharrezkoa da iman birakaria mugimenduaren mekanismoa, xede-forma, xede-hozte-sistema eta magnetron sputtering iturria kontuan hartzea, baita oblea daraman oinarriaren konfigurazio funtzionala ere, hala nola obleen adsortzioa eta tenperatura kontrola. PVD prozesuan, oblearen tenperatura kontrolatzen da beharrezkoa den kristal-egitura, alearen tamaina eta orientazioa lortzeko, baita errendimenduaren egonkortasuna lortzeko.
Oblearen atzealdearen eta oinarriaren gainazalaren arteko bero-eroapenak presio jakin bat eskatzen duenez, normalean hainbat Torr-en ordenan, eta ganberaren lan-presioa normalean hainbat mTorr-en araberakoa izan ohi da, atzeko presioa. oblearen goiko gainazalean dagoen presioa baino askoz handiagoa da, beraz, oblea kokatzeko eta mugatzeko txorrota mekanikoa edo elektrostatiko bat behar da.
Mandril mekanikoa bere pisuan eta oblearen ertzean oinarritzen da funtzio hori lortzeko. Egitura sinplearen eta oblearen materialarekiko sentsibilitatearen abantailak baditu ere, oblearen ertz-efektua begi-bistakoa da, eta hori ez da partikulen kontrol zorrotza lortzeko. Hori dela eta, pixkanaka-pixkanaka chuck elektrostatiko batek ordezkatu du IC fabrikazio-prozesuan.
Tenperaturarekin bereziki sentikorrak ez diren prozesuetarako, adsortziorik gabekoa, ertzekin kontaktuan jartzeko apalategi metodo bat ere erabil daiteke (ez dago oblearen goiko eta beheko gainazalen presio-diferentziarik). PVD prozesuan, ganberaren estaldura eta plasmarekin kontaktuan dauden piezen gainazala metatu eta estali egingo da. Jarritako filmaren lodierak muga gainditzen duenean, filma pitzatu eta zuritu egingo da, partikulen arazoak sortuz.
Hori dela eta, estaldura bezalako piezen gainazaleko tratamendua da muga hori zabaltzeko gakoa. Gainazaleko hareaz egitea eta aluminiozko ihinztadura erabili ohi diren bi metodo dira, eta horien helburua gainazaleko zimurtasuna areagotzea da, filmaren eta estalkiaren gainazalaren arteko lotura sendotzeko.
3.5 Ionizazio-lurrun-jarrera fisikoko ekipoak
Mikroelektronikako teknologiaren etengabeko garapenarekin, ezaugarrien tamaina gero eta txikiagoa da. PVD teknologiak ezin duenez partikulen jalkitze-norabidea kontrolatu, PVD-ak aspektu-erlazio handiko zulo eta kanal estuetatik sartzeko gaitasuna mugatua da, eta PVD teknologia tradizionalaren aplikazio hedatua gero eta erronka handiagoa da. PVD prozesuan, poroen zirrikituaren aspektu-erlazioa handitzen den heinean, beheko estaldura murrizten da, goiko ertzean teilatu-itxurako egitura bat osatuz eta beheko izkinan estaldura ahulena osatuz.
Arazo hau konpontzeko lurrun fisiko ionizatuaren deposizio teknologia garatu zen. Lehenik, helburutik jaurtitako metalezko atomoak modu ezberdinetan plasmatizatzen ditu, eta, ondoren, oblean kargatutako alborapen-tentsioa doitzen du metal ioien norabidea eta energia kontrolatzeko, metalezko ioi-fluxu egonkorra lortzeko, film mehe bat prestatzeko, eta horrela hobetuz. aspektu-erlazio handiko urratsen behealdeko estaldura zuloen eta kanal estuen bidez.
Plasma metaliko ionizatuaren teknologiaren ezaugarri tipikoa ganbaran irrati-maiztasuneko bobina bat gehitzea da. Prozesuan zehar, ganberaren lan-presioa egoera altu samarrean mantentzen da (5 eta 10 aldiz ohiko lan-presioa). PVD-an, irrati-maiztasunaren bobina erabiltzen da bigarren plasma-eskualdea sortzeko, eta bertan argonaren plasma-kontzentrazioa handitzen da irrati-maiztasun-potentzia eta gas-presioa handitu ahala. Helburutik botatako metal atomoek eskualde honetatik igarotzen direnean, dentsitate handiko argon plasmarekin elkarreragiten dute ioi metalikoak sortzeko.
Oblean RF iturri bat aplikatzeak (adibidez, chuck elektrostatikoa) oblearen alborapen negatiboa areagotu dezake metalezko ioi positiboak poroaren behealdera erakartzeko. Metal ioi-fluxu noranzko honek oblearen gainazaletik perpendikularra den urratsaren beheko estaldura hobetzen du aspektu-erlazio handiko poroen eta kanal estuen.
Obleari aplikatzen zaion alborapen negatiboak ioiak oblearen gainazala bonbardatzea eragiten du (alderantzizko sputtering), eta horrek poroaren zirrikitu-ahoaren gainegiko egitura ahuldu egiten du eta behealdean metatutako filma poroaren beheko ertzetan alboko hormetan botatzen du. zirrikitua, horrela ertzetan urratsen estaldura hobetuz.
3.6 Presio atmosferikoko lurrun kimikoak jalkitzeko ekipoak
Presio atmosferikoko lurrun-deposizio kimikoa (APCVD) ekipamenduak erreakzio-iturri gaseoso bat abiadura konstantean berotutako substratu solido baten gainazalean presioa atmosferikoaren hurbileko presioa duen ingurune batean ihinztatzen duen gailu bati deritzo, erreakzio iturriak kimikoki erreakzionatzen duelarik. substratuaren gainazala, eta erreakzio-produktua substratuaren gainazalean metatzen da film mehe bat osatzeko.
APCVD ekipamendua CVD ekipamendurik zaharrena da eta oraindik asko erabiltzen da industria-ekoizpenean eta ikerketa zientifikoan. APCVD ekipamendua film meheak prestatzeko erabil daiteke, hala nola kristal bakarreko silizioa, silizio polikristalinoa, silizio dioxidoa, zink oxidoa, titanio dioxidoa, fosfosilikato beira eta borofosfosilikato beira.
3.7 Presio baxuko lurrun kimikoak jalkitzeko ekipoak
Presio baxuko lurrun-deposizio kimikoa (LPCVD) ekipamenduak substratu solido baten gainazalean kimikoki erreakzionatzeko lehengai gaseosoak erabiltzen dituzten ekipamenduak dira, berotutako (350-1100 °C) eta presio baxuko (10-100 mTorr) ingurune batean, eta erreaktiboak substratuaren gainazalean metatzen dira film mehe bat osatzeko. LPCVD ekipamendua APCVD-n oinarrituta garatzen da film meheen kalitatea hobetzeko, filmaren lodiera eta erresistentzia bezalako parametro bereizgarrien banaketa-uniformitatea hobetzeko eta ekoizpenaren eraginkortasuna hobetzeko.
Bere ezaugarri nagusia da presio baxuko eremu termikoko ingurune batean, prozesuko gasak kimikoki erreakzionatzen duela obleen substratuaren gainazalean, eta erreakzio-produktuak substratuaren gainazalean metatzen direla film mehe bat osatzeko. LPCVD ekipamenduak abantailak ditu kalitate handiko film meheak prestatzeko eta film meheak prestatzeko erabil daiteke, hala nola silizio oxidoa, silizio nitruroa, polisilizioa, silizio karburoa, galio nitruroa eta grafenoa.
APCVD-rekin alderatuta, LPCVD ekipoen presio baxuko erreakzio-inguruneak erreakzio-ganberan gasaren bide askea eta difusio-koefizientea handitzen ditu.
Erreakzio-ganberako erreakzio-gasa eta gas eramailearen molekulak denbora laburrean uniformeki banatu daitezke, horrela filmaren lodieraren uniformetasuna, erresistentzia-uniformitatea eta filmaren urratsen estaldura asko hobetuz, eta erreakzio gasaren kontsumoa ere txikia da. Gainera, presio baxuko inguruneak gas substantzien transmisio-abiadura ere bizkortzen du. Substratutik hedatutako ezpurutasunak eta erreakzio-azpiproduktuak azkar atera daitezke erreakzio-eremutik muga-geruzaren bidez, eta erreakzio-gasa azkar pasatzen da muga-geruzatik erreakziorako substratuaren gainazalera iristeko, eta horrela auto-dopina modu eraginkorrean ezabatzen da, prestatzen. kalitate handiko filmak trantsizio gune aldapatsuak dituztenak, eta produkzio-eraginkortasuna ere hobetzea.
3.8 Plasma hobetutako lurrun kimikoen metaketa-ekipoa
Plasma hobetutako lurrun-deposizio kimikoa (PECVD) oso erabilia da thin film deposizio teknologia. Plasma-prozesuan zehar, aitzindari gaseosoa plasmaren eraginez ionizatu egiten da talde aktibo kitzikatuak eratzeko, substratuaren gainazalera hedatzen direnak eta ondoren filmaren hazkundea osatzeko erreakzio kimikoak jasaten dituztenak.
Plasma sortzeko maiztasunaren arabera, PECVDn erabiltzen den plasma bi motatan bana daiteke: irrati-maiztasunaren plasma (RF plasma) eta mikrouhin-plasma (Microuhin plasma). Gaur egun, industrian erabiltzen den irrati-maiztasuna, oro har, 13,56 MHz-koa da.
Irrati-maiztasunaren plasmaren sarrera bi motatan banatu ohi da: akoplamendu kapazitiboa (CCP) eta akoplamendu induktiboa (ICP). Akoplamendu kapazitiboaren metodoa plasma zuzeneko erreakzio metodoa izan ohi da; akoplamendu induktiboaren metodoa, berriz, plasma zuzeneko metodoa edo urruneko plasma metodoa izan daiteke.
Erdieroaleen fabrikazio prozesuetan, PECVD sarritan erabiltzen da film meheak hazteko metalak edo tenperatura sentikorrak diren beste egitura batzuk dituzten substratuetan. Esate baterako, zirkuitu integratuen atzeko metalen interkonexioaren arloan, gailuaren iturri, ate eta drainatze egiturak front-end prozesuan eratu direnez, metalen interkonexioaren eremuan film meheen hazkuntza gaia da. Aurrekontu termikoen muga oso zorrotzei, beraz normalean plasma laguntzarekin osatu ohi da. Plasma-prozesuaren parametroak egokituz, PECVD-k hazitako film mehearen dentsitatea, konposizio kimikoa, ezpurutasun-edukia, gogortasun mekanikoa eta estres-parametroak egokitu eta optimizatu daitezke tarte jakin batean.
3.9 Geruza atomikoen deposizio-ekipoa
Geruza atomikoaren deposizioa (ALD) geruza ia-monoatomiko moduan aldian-aldian hazten den film meheen deposizio-teknologia da. Bere ezaugarria da metatutako filmaren lodiera zehatz-mehatz doi daitekeela hazkuntza-zikloen kopurua kontrolatuz. Lurrun-deposizio kimikoaren (CVD) prozesua ez bezala, ALD prozesuko bi aitzindari (edo gehiago) txandaka igarotzen dira substratuaren gainazaletik eta modu eraginkorrean isolatzen dira gas arraroen purgaketaren bidez.
Bi aitzindariak ez dira nahastu eta gas-fasean elkartuko kimikoki erreakzionatzeko, baizik eta substratuaren gainazaleko adsortzio kimikoaren bidez erreakzionatzen dute. ALD ziklo bakoitzean, substratuaren gainazalean adsorbatutako aitzindari kopurua substratuaren gainazaleko talde aktiboen dentsitatearekin erlazionatuta dago. Substratuaren gainazaleko talde erreaktiboak agortzen direnean, aitzindari gehiegizko bat sartu arren, adsortzio kimikoa ez da substratuaren gainazalean gertatuko.
Erreakzio-prozesu honi gainazaleko erreakzio autolimitatzailea deitzen zaio. Prozesu-mekanismo honek ALD prozesuko ziklo bakoitzean hazitako pelikularen lodiera konstante bihurtzen du, beraz, ALD prozesuak lodiera zehatzaren kontrol eta filmaren urratsen estaldura onaren abantailak ditu.
3.10 Sortu molekularra epitaxia ekipoak
Molecular Beam Epitaxy (MBE) sistemak energia termikoko habe atomiko edo molekular izpi bat edo gehiago erabiltzen dituen gailu epitaxial bati deritzo, substratuaren gainazalean berotutako gainazalean abiadura jakin batean ihinztatzeko, huts oso altuko baldintzetan, eta substratuaren gainazalean xurgatzeko eta migratzeko. substratu-materialaren kristal-ardatzaren norabidean zehar kristal bakarreko film meheak epitaxialki hazteko. Orokorrean, bero-ezkutua duen zorrotada-labe baten bidez berotzeko baldintzapean, izpiaren iturriak habe atomiko bat edo molekularra eratzen du, eta filma geruzaz geruza hazten da substratuaren materialaren kristal-ardatzaren norabidean zehar.
Bere ezaugarriak hazkunde epitaxialaren tenperatura baxua dira, eta lodiera, interfazea, konposizio kimikoa eta ezpurutasun-kontzentrazioa zehatz-mehatz kontrolatu daitezke maila atomikoan. MBE kristal bakarreko film ultramehe erdieroaleen prestaketatik sortu bazen ere, gaur egun bere aplikazioa hainbat material-sistematara hedatu da, hala nola, metalak eta dielektriko isolatzaileak, eta III-V, II-VI, silizioa, silizio germanioa (SiGe) presta ditzake. ), grafenoa, oxidoak eta film organikoak.
Izpi molekularra epitaxia (MBE) sistema batez ere huts oso handiko sistema batek, izpi molekularreko iturri batek, substratuak finkatzeko eta berotzeko sistemak, laginak transferitzeko sistemak, in situ monitorizatzeko sistema batek, kontrol sistema batek eta proba batek osatzen dute. sistema.
Huts-sistemak huts-ponpak (ponpa mekanikoak, ponpa molekularrak, ioi-ponpak eta kondentsazio-ponpak, etab.) eta hainbat balbula biltzen ditu, huts oso handiko hazkuntza-ingurune bat sor dezaketenak. Orokorrean lor daitekeen huts-gradua 10-8 eta 10-11 Torr bitartekoa da. Hutseko sistemak, batez ere, hiru hutseko lan-ganbera ditu, hots, laginaren injekzio-ganbera, aurretratamendu- eta gainazalaren analisi-ganbera eta hazkuntza-ganbera.
Laginaren injekzio-ganbera laginak kanpoko mundura transferitzeko erabiltzen da, beste ganberen hutsune handiko baldintzak bermatzeko; aurretratamenduaren eta gainazalaren analisi-ganberak laginaren injekzio-ganbera eta hazkuntza-ganbera lotzen ditu, eta bere funtzio nagusia lagina aldez aurretik prozesatzea da (tenperatura altuko desgasifikazioa substratuaren gainazalaren garbitasun osoa bermatzeko) eta gainazalaren aurretiazko analisia egitea da. garbitutako lagina; hazkuntza-ganbera MBE sistemaren oinarrizko zatia da, batez ere iturri-labe batek eta dagokion pertsianaren muntaia, laginaren kontrol-kontsola, hozte sistema, islada energia handiko elektroi-difrakzioa (RHEED) eta in situ monitorizatzeko sistemaz osatua. . Produkzio MBE ekipo batzuek hazkuntza-ganberaren konfigurazio anitz dituzte. MBE ekipamenduaren egituraren eskema-diagrama behean erakusten da:
Silizio materialaren MBE-k purutasun handiko silizioa erabiltzen du lehengai gisa, oso hutsean hazten da (10-10~10-11Torr) baldintzetan eta hazkuntza-tenperatura 600~900 ℃ da, Ga (P mota) eta Sb ( N motakoa) dopin iturri gisa. Normalean P, As eta B bezalako dopin iturriak oso gutxitan erabiltzen dira izpi iturri gisa lurruntzen zailak direlako.
MBEren erreakzio-ganberak huts oso handiko ingurunea du, eta horrek molekulen batez besteko bide librea areagotzen du eta hazten den materialaren gainazalean kutsadura eta oxidazioa murrizten du. Prestatutako material epitaxialak gainazaleko morfologia eta uniformitate ona du, eta geruza anitzeko egitura batean egin daiteke doping ezberdinekin edo material osagai ezberdinekin.
MBE teknologiak geruza atomiko bakar baten lodiera duten geruza epitaxial ultrameheen behin eta berriz haztea lortzen du, eta geruza epitaxialen arteko interfazea aldapatsua da. III-V erdieroaleen eta osagai anitzeko material heterogeneoen hazkundea sustatzen du. Gaur egun, MBE sistema mikrouhin-gailuen eta gailu optoelektronikoen belaunaldi berri bat ekoizteko prozesu-ekipo aurreratu bat bihurtu da. MBE teknologiaren desabantailak filmaren hazkunde-tasa motela, huts-eskakizun handiak eta ekipamendu eta ekipoen erabilera kostu handiak dira.
3.11 Lurrun-fasearen epitaxi-sistema
Lurrun faseko epitaxia (VPE) sistemak hazkuntza epitaxial-gailu bati egiten dio erreferentzia, gas-konposatuak substratu batera garraiatzen dituena eta erreakzio kimikoen bidez substratuaren sare-antolaketa berdina duen material kristalezko geruza bakarra lortzen duena. Geruza epitaxiala geruza homoepitaxiala (Si/Si) edo geruza heteroepitaxiala (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, etab.) izan daiteke. Gaur egun, VPE teknologia oso erabilia izan da nanomaterialen prestaketaren, potentzia-gailuen, erdieroaleen gailu optoelektronikoen, eguzki fotovoltaikoen eta zirkuitu integratuen alorretan.
VPE tipikoak presio atmosferikoko epitaxia eta presio murriztuko epitaxia, huts ultra-altuko lurrun kimikoen deposizioa, metal organiko kimikoen lurrunaren deposizioa, etab. VPE teknologiaren funtsezko puntuak erreakzio-ganberaren diseinua, gas-fluxuaren modua eta uniformetasuna, tenperaturaren uniformetasuna eta doitasun-kontrola dira. presio-kontrola eta egonkortasuna, partikulen eta akatsen kontrola, etab.
Gaur egun, VPE sistema komertzialen garapenaren norabidea obleen karga handia, kontrol guztiz automatikoa eta tenperatura eta hazkuntza prozesuaren denbora errealean kontrolatzea da. VPE sistemek hiru egitura dituzte: bertikala, horizontala eta zilindrikoa. Berokuntza-metodoen artean erresistentzia-berokuntza, maiztasun handiko indukzio-berokuntza eta erradiazio infragorrien berokuntza daude.
Gaur egun, VPE sistemek gehienbat disko-egitura horizontalak erabiltzen dituzte, film epitaxialaren hazkuntzaren uniformetasun ona eta obleen karga handiaren ezaugarriak dituztenak. VPE sistemak lau zati izan ohi ditu: erreaktorea, berokuntza-sistema, gasaren bide-sistema eta kontrol-sistema. GaAs eta GaN epitaxial filmen hazkuntza-denbora nahiko luzea denez, indukzio-berokuntza eta erresistentzia-berokuntza erabiltzen dira gehienbat. Silizio VPE-n, film epitaxial lodiaren hazkundeak indukziozko berokuntza erabiltzen du gehienbat; Film epitaxial mehearen hazkundeak berokuntza infragorria erabiltzen du batez ere tenperatura igoera/jaitsiera azkarra lortzeko.
3.12 Fase likidoaren epitaxi-sistema
Fase Likidoaren Epitaxia (LPE) sistema hazi beharreko materiala (adibidez, Si, Ga, As, Al, etab.) eta dopatzaileak (adibidez, Zn, Te, Sn, etab.) batean disolbatzen dituen epitaxia-ekipoari egiten dio erreferentzia. urtze-puntu txikiagoa duen metala (adibidez, Ga, In, etab.), solutua disolbatzailean saturatuta edo gainsaturatuta egon dadin, eta, ondoren, kristal bakarreko substratua kontaktuan jartzen da. disoluzioa, eta solutua hauspeatzen da disolbatzailetik pixkanaka hoztuz, eta substratuaren gainazalean kristalaren egitura eta sare konstantea duen kristalezko material geruza bat hazten da substratuaren gainazalean.
LPE metodoa Nelson et al-ek proposatu zuten. 1963an. Si film meheak eta kristal bakarreko materialak hazteko erabiltzen da, baita material erdieroaleak, hala nola III-IV taldeak eta merkurio kadmio telururoa, eta hainbat gailu optoelektroniko, mikrouhin gailu, gailu erdieroale eta eguzki-zelulak egiteko erabil daiteke. .
—————————————————————————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicerak eman dezakegrafito zatiak, feltro biguna/zurruna, silizio karburozko piezak, CVD silizio-karburozko piezak, etaSiC/TaC estalitako piezak30 egunetan.
Goiko produktu erdieroaleetan interesa baduzu,mesedez, ez izan zalantzarik lehen aldiz gurekin harremanetan jartzeko.
Tel.: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Argitalpenaren ordua: 2024-abuztuaren 31