1. Уводзіны
Працэс прымацавання рэчываў (сыравіны) да паверхні матэрыялаў падкладкі фізічнымі або хімічнымі метадамі называецца нарошчваннем тонкіх плёнак.
У адпаведнасці з рознымі прынцыпамі працы інтэгральную схему нанясення тонкай плёнкі можна падзяліць на:
-Physical Vapor Deposition (PVD);
-Хімічнае асаджэнне з паравой фазы (CVD);
-Пашырэнне.
2. Працэс росту тонкай плёнкі
2.1 Фізічнае асаджэнне з паравай фазы і працэс распылення
Працэс фізічнага нанясення з паравай фазы (PVD) адносіцца да выкарыстання фізічных метадаў, такіх як вакуумнае выпарэнне, распыленне, плазменнае пакрыццё і малекулярна-прамянёвая эпітаксія для фарміравання тонкай плёнкі на паверхні пласціны.
У прамысловасці VLSI найбольш шырока выкарыстоўванай тэхналогіяй PVD з'яўляецца напыленне, якое ў асноўным выкарыстоўваецца для электродаў і металічных злучэнняў інтэгральных схем. Распыленне - гэта працэс, у якім рэдкія газы [напрыклад, аргон (Ar)] іянізуюцца ў іёны (напрыклад, Ar+) пад дзеяннем знешняга электрычнага поля ва ўмовах высокага вакууму і бамбардзіруюць крыніцу матэрыяльнай мішэні пад высокім напругай, выбіваючы атамы або малекулы матэрыялу мішэні, а затым трапляючы на паверхню пласціны з адукацыяй тонкай плёнкі пасля працэсу палёту без сутыкненняў. Ar мае стабільныя хімічныя ўласцівасці, і яго іёны не будуць хімічна рэагаваць з матэрыялам мішэні і плёнкай. Калі мікрасхемы інтэгральнай схемы ўступаюць у эру медных злучэнняў 0,13 мкм, пласт меднага бар'ернага матэрыялу выкарыстоўвае плёнку з нітрыду тытана (TiN) або нітрыду тантала (TaN). Попыт на прамысловыя тэхналогіі спрыяў даследаванню і распрацоўцы тэхналогіі распылення хімічнай рэакцыі, гэта значыць у камеры распылення, акрамя Ar, ёсць таксама рэактыўны газ азот (N2), так што Ti або Ta бамбардзіруюцца з мэтавы матэрыял Ti або Ta рэагуе з N2 для стварэння неабходнай плёнкі TiN або TaN.
Ёсць тры шырока выкарыстоўваюцца метаду напылення, а менавіта напыленне пастаянным токам, радыёчастотнае напыленне і магнетроннае напыленне. Паколькі інтэграцыя інтэгральных схем працягвае павялічвацца, павялічваецца колькасць слаёў шматслойнай металічнай праводкі, а прымяненне тэхналогіі PVD становіцца ўсё больш і больш шырокім. Матэрыялы PVD ўключаюць Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 і інш.
Працэсы PVD і распылення звычайна завяршаюцца ў моцна герметычнай рэакцыйнай камеры са ступенню вакууму ад 1×10-7 да 9×10-9 Тор, што можа забяспечыць чысціню газу падчас рэакцыі; у той жа час патрабуецца знешняе высокае напружанне для іянізацыі рэдкага газу, каб стварыць дастаткова высокае напружанне для бамбардзіроўкі мэты. Асноўныя параметры для ацэнкі працэсаў PVD і распылення ўключаюць колькасць пылу, а таксама значэнне супраціву, аднастайнасць, адбівальную таўшчыню і напружанне ўтворанай плёнкі.
2.2 Працэс хімічнага асаджэння з паравай фазы і распылення
Хімічнае асаджэнне з паравай фазы (CVD) адносіцца да тэхналогіі працэсу, пры якой розныя газападобныя рэагенты з розным парцыяльным ціскам уступаюць у хімічную рэакцыю пры пэўнай тэмпературы і ціску, і атрыманыя цвёрдыя рэчывы асаджваюцца на паверхні матэрыялу падкладкі для атрымання патрэбнай тонкасці. фільм. У традыцыйным працэсе вытворчасці інтэгральных схем атрыманыя тонкаплёнкавыя матэрыялы звычайна ўяўляюць сабой такія злучэнні, як аксіды, нітрыды, карбіды, або такія матэрыялы, як полікрышталічны крэмній і аморфны крэмній. Селектыўны эпітаксіяльны рост, які часцей выкарыстоўваецца пасля 45-нм вузла, напрыклад, селектыўны эпітаксіяльны рост крыніцы і сцёку SiGe або Si, таксама з'яўляецца тэхналогіяй CVD.
Гэтая тэхналогія можа працягваць фармаваць монакрышталічныя матэрыялы таго ж тыпу або падобныя да зыходнай рашоткі на монакрышталічнай падкладцы з крэмнію або іншых матэрыялаў уздоўж зыходнай рашоткі. CVD шырока выкарыстоўваецца пры вырошчванні ізаляцыйных дыэлектрычных плёнак (такіх як SiO2, Si3N4 і SiON і інш.) і металічных плёнак (такіх як вальфрам і інш.).
Як правіла, у адпаведнасці з класіфікацыяй пад ціскам, CVD можна падзяліць на хімічнае асаджэнне з пара пры атмасферным ціску (APCVD), хімічнае асаджэнне з пара пад атмасферным ціскам (SAPCVD) і хімічнае асаджэнне з пара пры нізкім ціску (LPCVD).
У адпаведнасці з тэмпературнай класіфікацыяй CVD можна падзяліць на высокатэмпературнае/нізкатэмпературнае хімічнае асаджэнне аксіднай плёнкі з паравой фазы (HTO/LTO CVD) і хуткае тэрмічнае хімічнае асаджэнне з парнай фазы (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
У адпаведнасці з крыніцай рэакцыі CVD можна падзяліць на CVD на аснове сілану, CVD на аснове поліэстэру (CVD на аснове TEOS) і металаарганічнае хімічнае асаджэнне з паравой фазы (MOCVD);
У адпаведнасці з энергетычнай класіфікацыяй CVD можна падзяліць на тэрмічнае хімічнае паравое асаджэнне (Thermal CVD), плазменнае хімічнае асаджэнне з паравай фазы (Plasma Enhanced CVD, PECVD) і плазменна-хімічнае асаджэнне высокай шчыльнасці (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Нядаўна таксама было распрацавана цякучае хімічнае асаджэнне з паравай фазы (Flowable CVD, FCVD) з выдатнай здольнасцю запаўнення шчылін.
Розныя плёнкі, выгадаваныя CVD, маюць розныя ўласцівасці (напрыклад, хімічны склад, дыэлектрычную пранікальнасць, нацяжэнне, напружанне і напружанне прабоя) і могуць выкарыстоўвацца асобна ў адпаведнасці з рознымі патрабаваннямі да працэсу (напрыклад, тэмпература, ступень пакрыцця, патрабаванні да напаўнення і г.д.).
2.3 Працэс нанясення атамнага пласта
Нанясенне атамнага пласта (ALD) адносіцца да нанясення атамаў пласт за пластом на матэрыял падкладкі шляхам вырошчвання адной атамнай плёнкі пласт за пластом. У тыповым ALD выкарыстоўваецца метад уводу газападобных папярэднікаў у рэактар пераменным імпульсным спосабам.
Напрыклад, спачатку папярэднік рэакцыі 1 уводзіцца ў паверхню падкладкі, а пасля хімічнай адсорбцыі на паверхні падкладкі ўтвараецца адзіны атамны пласт; затым прэкурсор 1, які застаўся на паверхні падкладкі і ў рэакцыйнай камеры, адпампоўваецца паветраным помпай; затым папярэднік 2 рэакцыі ўводзіцца ў паверхню падкладкі і хімічна рэагуе з папярэднікам 1, адсарбаваным на паверхні падкладкі, з атрыманнем адпаведнага тонкаплёнкавага матэрыялу і адпаведных пабочных прадуктаў на паверхні падкладкі; калі папярэднік 1 рэагуе цалкам, рэакцыя аўтаматычна спыняецца, што з'яўляецца самаабмежавальнай характарыстыкай ALD, а затым астатнія рэагенты і пабочныя прадукты здабываюцца для падрыхтоўкі да наступнай стадыі росту; бесперапынна паўтараючы апісаны вышэй працэс, можна дамагчыся нанясення тонкаплёнкавых матэрыялаў, вырашчаных пласт за пластом з асобнымі атамамі.
І ALD, і CVD - гэта спосабы ўвядзення крыніцы газавай хімічнай рэакцыі для хімічнай рэакцыі на паверхні падкладкі, але розніца ў тым, што крыніца газавай рэакцыі CVD не мае характарыстыкі самаабмежаванага росту. Можна заўважыць, што ключом да распрацоўкі тэхналогіі ALD з'яўляецца пошук папярэднікаў са ўласцівасцямі самаабмежавання рэакцыі.
2.4 Эпітаксійны працэс
Эпітаксійны працэс адносіцца да працэсу вырошчвання цалкам упарадкаванага монакрысталічнага пласта на падкладцы. Наогул кажучы, працэс эпітаксіі заключаецца ў вырошчванні крышталічнага пласта з той жа арыентацыяй рашоткі, што і зыходная падкладка, на монакрышталічнай падкладцы. Эпітаксіяльны працэс шырока выкарыстоўваецца ў вытворчасці паўправаднікоў, такіх як эпітаксіяльныя крамянёвыя пласціны ў індустрыі інтэгральных мікрасхем, эпітаксіяльны рост убудаваных крыніц і стокаў МОП-транзістараў, эпітаксіяльны рост на святлодыёдных падкладках і г.д.
У залежнасці ад розных фазавых станаў крыніцы росту метады эпітаксіяльнага росту можна падзяліць на цвёрдафазную эпітаксію, вадкасную эпітаксію і парафазную эпітаксію. У вытворчасці інтэгральных схем звычайна выкарыстоўваюцца метады эпітаксіі - цвёрдафазная і парафазная эпітаксія.
Цвёрдафазная эпітаксія: адносіцца да росту монакрысталічнага пласта на падкладцы з выкарыстаннем цвёрдай крыніцы. Напрыклад, тэрмічны адпал пасля іённай імплантацыі на самай справе з'яўляецца працэсам цвёрдафазнай эпітаксіі. Падчас іённай імплантацыі атамы крэмнію крамянёвай пласціны бамбардзіруюцца высокаэнергетычнымі імплантаванымі іёнамі, пакідаючы свае зыходныя пазіцыі рашоткі і становячыся аморфнымі, утвараючы павярхоўны аморфны крэмніевы пласт. Пасля высокатэмпературнага тэрмічнага адпалу аморфныя атамы вяртаюцца ў свае пазіцыі ў рашотцы і застаюцца ў адпаведнасці з арыентацыяй атамнага крышталя ўнутры падкладкі.
Метады вырошчвання парафазнай эпітаксіі ўключаюць хімічную парафазную эпітаксію, малекулярна-прамянёвую эпітаксію, атамна-слаёвую эпітаксію і г. д. У вытворчасці інтэгральных схем найбольш часта выкарыстоўваецца хімічная парафазная эпітаксія. Прынцып хімічнай эпітаксіі з паравой фазы ў асноўным такі ж, як і хімічнага асаджэння з парнай фазы. Абодва ўяўляюць сабой працэсы, якія асаджваюць тонкія плёнкі шляхам хімічнай рэакцыі на паверхні пласцін пасля змешвання газаў.
Розніца ў тым, што, паколькі хімічная парафазная эпітаксія вырошчвае адзіны крышталічны пласт, патрабаванні да ўтрымання прымешак у абсталяванні і чысціні паверхні пласціны больш высокія. Ранні эпітаксіяльны крэмніевы працэс у хімічнай паравой фазе неабходна праводзіць ва ўмовах высокай тэмпературы (больш за 1000°C). З удасканаленнем тэхналагічнага абсталявання, асабліва прыняццем тэхналогіі вакуумнай камеры абмену, чысціня паражніны абсталявання і паверхні крамянёвай пласціны была значна палепшана, і крамянёвая эпітаксія можа праводзіцца пры больш нізкай тэмпературы (600-700°). C). Працэс эпітаксіяльнай крамянёвай пласціны заключаецца ў вырошчванні пласта монакрышталічнага крэмнію на паверхні крамянёвай пласціны.
У параўнанні з арыгінальнай крэмніевай падкладкай, эпітаксіяльны крэмніевы пласт мае больш высокую чысціню і менш дэфектаў рашоткі, што спрыяе павышэнню прадукцыйнасці вытворчасці паўправаднікоў. Акрамя таго, можна гнутка распрацоўваць таўшчыню росту і канцэнтрацыю легіравання эпітаксіяльнага крэмніевага пласта, вырашчанага на крамянёвай пласціне, што забяспечвае гнуткасць канструкцыі прылады, напрыклад, памяншаючы супраціў падкладкі і паляпшаючы ізаляцыю падкладкі. Убудаваны працэс эпітаксіі крыніца-сток - гэта тэхналогія, якая шырока выкарыстоўваецца ў перадавых лагічных тэхналагічных вузлах.
Гэта адносіцца да працэсу эпітаксіяльнага вырошчвання крэмнію з легіраванага германію або крэмнію ў вобласці вытоку і сцёку МОП-транзістараў. Асноўныя перавагі ўкаранення ўбудаванага працэсу эпітаксіі крыніца-сток ўключаюць: вырошчванне псеўдакрышталічнага пласта, які змяшчае напружанне за кошт адаптацыі рашоткі, паляпшэнне рухомасці носьбітаў канала; легіраванне крыніцы і сцёку на месцы можа паменшыць паразітарнае супраціўленне злучэння крыніца-сток і паменшыць дэфекты імплантацыі іёнаў высокай энергіі.
3. абсталяванне для росту тонкай плёнкі
3.1 Абсталяванне для вакуумнага выпарвання
Вакуумнае выпарванне - гэта спосаб нанясення пакрыцця, які награвае цвёрдыя матэрыялы ў вакуумнай камеры, каб прымусіць іх выпарыць, выпарыць або сублімаваць, а затым кандэнсаваць і асаджваць на паверхні матэрыялу падкладкі пры пэўнай тэмпературы.
Звычайна ён складаецца з трох частак, а менавіта вакуумнай сістэмы, сістэмы выпарэння і сістэмы ацяплення. Вакуумная сістэма складаецца з вакуумных труб і вакуумных помпаў, і яе асноўная функцыя - забяспечыць кваліфікаванае вакуумнае асяроддзе для выпарэння. Сістэма выпарэння складаецца з выпарнага стала, награвальнага кампанента і кампанента для вымярэння тэмпературы.
Мэтавы матэрыял, які трэба выпарыць (напрыклад, Ag, Al і г.д.), змяшчаецца на стол для выпарвання; кампанент вымярэння нагрэву і тэмпературы - гэта замкнёная сістэма, якая выкарыстоўваецца для кантролю тэмпературы выпарэння для забеспячэння плыўнага выпарэння. Сістэма ацяплення складаецца з вафельнай прыступкі і награвальнага элемента. Стадыя пласціны выкарыстоўваецца для размяшчэння падкладкі, на якой неабходна выпарыць тонкую плёнку, а награвальны кампанент выкарыстоўваецца для рэалізацыі нагрэву падкладкі і кантролю тэмпературы па зваротнай сувязі.
Вакуумнае асяроддзе - вельмі важная ўмова ў працэсе вакуумнага выпарвання, якое звязана з хуткасцю выпарэння і якасцю плёнкі. Калі ступень вакууму не адпавядае патрабаванням, выпараныя атамы або малекулы будуць часта сутыкацца з малекуламі рэшткавага газу, робячы іх сярэдні свабодны прабег меншым, і атамы або малекулы будуць моцна рассейвацца, тым самым змяняючы кірунак руху і памяншаючы плёнку. хуткасць фарміравання.
Акрамя таго, з-за наяўнасці рэшткавых газавых малекул прымешак нанесеная плёнка сур'ёзна забруджаная і дрэннай якасці, асабліва калі хуткасць павышэння ціску ў камеры не адпавядае стандарту і ёсць уцечка, паветра будзе прасочвацца ў вакуумную камеру. , што сур'ёзна паўплывае на якасць фільма.
Структурныя характарыстыкі абсталявання для вакуумнага выпарвання вызначаюць, што аднастайнасць пакрыцця на падкладках вялікага памеру дрэнная. Для паляпшэння яго аднастайнасці звычайна выкарыстоўваецца метад павелічэння адлегласці ад крыніцы да падкладкі і павароту падкладкі, але павелічэнне адлегласці ад крыніцы да падкладкі прывядзе ў ахвяру хуткасцю росту і чысцінёй плёнкі. Пры гэтым за кошт павелічэння вакуумнай прасторы зніжаецца каэфіцыент выкарыстання выпараецца матэрыялу.
3.2 Абсталяванне для фізічнага нанясення з паравай фазы пастаяннага току
Фізічнае напыленне з пара на пастаянным току (DCPVD) таксама вядома як катоднае распыленне або двухступеністае вакуумнае напыленне пастаянным токам. Матэрыял мішэні вакуумнага распылення пастаяннага току выкарыстоўваецца ў якасці катода, а падкладка - у якасці анода. Вакуумнае распыленне заключаецца ў фарміраванні плазмы шляхам іянізацыі тэхналагічнага газу.
Зараджаныя часціцы ў плазме паскараюцца ў электрычным полі для атрымання пэўнай колькасці энергіі. Часціцы з дастатковай энергіяй бамбардуюць паверхню матэрыялу мішэні, так што атамы мішэні распыляюцца; распыленыя атамы з пэўнай кінэтычнай энергіяй рухаюцца да падкладкі, утвараючы тонкую плёнку на паверхні падкладкі. Газ, які выкарыстоўваецца для напылення, як правіла, з'яўляецца рэдкім газам, такім як аргон (Ar), таму плёнка, якая ўтвараецца пры напыленні, не будзе забруджана; акрамя таго, атамны радыус аргону больш падыходзіць для распылення.
Памер распыляемых часціц павінен быць блізкі да памеру мэтавых атамаў, якія будуць распыляцца. Калі часціцы занадта вялікія або занадта малыя, эфектыўнае распыленне не можа быць створана. У дадатак да каэфіцыента памеру атама, каэфіцыент масы атама таксама будзе ўплываць на якасць распылення. Калі крыніца распыляемых часціц занадта лёгкая, мэтавыя атамы не будуць распыляцца; калі часціцы распылення занадта цяжкія, мішэнь будзе «сагнутая», і мішэнь не будзе распылена.
Мэтавы матэрыял, які выкарыстоўваецца ў DCPVD, павінен быць правадніком. Гэта адбываецца таму, што калі іёны аргону ў тэхналагічным газе бамбардзіруюць матэрыял мішэні, яны рэкамбінуюць з электронамі на паверхні матэрыялу мішэні. Калі матэрыялам мішэні з'яўляецца праваднік, напрыклад метал, электроны, якія спажываюцца пры гэтай рэкамбінацыі, лягчэй папаўняюцца крыніцай харчавання, а свабодныя электроны ў іншых частках матэрыялу мішэні праз электраправоднасць, так што паверхня матэрыялу мішэні як увесь застаецца адмоўна зараджаным і распыленне захоўваецца.
Наадварот, калі матэрыял мішэні з'яўляецца ізалятарам, пасля рэкамбінацыі электронаў на паверхні матэрыялу мішэні свабодныя электроны ў іншых частках матэрыялу мішэні не могуць аднаўляцца за кошт электраправоднасці, і нават станоўчыя зарады будуць назапашвацца на паверхні матэрыялу мішэні, у выніку чаго патэнцыял матэрыялу мішэні расце, а адмоўны зарад матэрыялу мішэні аслабляецца, пакуль не знікне, што ў канчатковым выніку прыводзіць да спынення распылення.
Такім чынам, каб зрабіць ізаляцыйныя матэрыялы таксама прыдатнымі для напылення, неабходна знайсці іншы метад напылення. Радыёчастотнае напыленне - гэта метад напылення, які падыходзіць як для токаправодных, так і для неправодных мішэняў.
Яшчэ адным недахопам DCPVD з'яўляецца тое, што напружанне запальвання высокае, а электронная бамбардзіроўка падкладкі моцная. Эфектыўным спосабам вырашэння гэтай праблемы з'яўляецца выкарыстанне магнетроннага напылення, таму магнетроннае напыленне сапраўды мае практычнае значэнне ў галіне інтэгральных схем.
3.3 ВЧ-абсталяванне для фізічнага нанясення пара
Радыёчастотнае фізічнае асаджэнне з паравай фазы (RFPVD) выкарыстоўвае радыёчастотную магутнасць у якасці крыніцы ўзбуджэння і з'яўляецца метадам PVD, прыдатным для розных металічных і неметалічных матэрыялаў.
Агульныя частоты радыёчастотнага крыніцы харчавання, якія выкарыстоўваюцца ў RFPVD, складаюць 13,56 МГц, 20 МГц і 60 МГц. Станоўчыя і адмоўныя цыклы ВЧ крыніцы харчавання з'яўляюцца па чарзе. Калі мішэнь PVD знаходзіцца ў дадатным паўцыкле, паколькі паверхня мішэні мае станоўчы патэнцыял, электроны ў атмасферы працэсу будуць цячы да паверхні мішэні, каб нейтралізаваць станоўчы зарад, назапашаны на яе паверхні, і нават працягваць назапашваць электроны, робячы яго паверхню адмоўна прадузятай; калі мішэнь распылення знаходзіцца ў адмоўным паўцыкле, станоўчыя іёны будуць рухацца да мішэні і часткова нейтралізавацца на паверхні мішэні.
Самае важнае, што хуткасць руху электронаў у радыёчастотным электрычным полі значна большая, чым у станоўчых іёнаў, у той час як час дадатнага і адмоўнага паўцыклаў аднолькавы, таму пасля поўнага цыклу паверхня мішэні будзе «чысты» адмоўна зараджаны. Такім чынам, у першыя некалькі цыклаў адмоўны зарад паверхні мішэні паказвае тэндэнцыю да павелічэння; пасля гэтага паверхня мішэні дасягае стабільнага адмоўнага патэнцыялу; пасля гэтага, паколькі адмоўны зарад мішэні аказвае адштурхвальны эфект на электроны, колькасць станоўчых і адмоўных зарадаў, атрыманых электродам мішэні, мае тэндэнцыю да балансу, і мішэнь уяўляе стабільны адмоўны зарад.
З прыведзенага вышэй працэсу відаць, што працэс фарміравання адмоўнага напружання не мае нічога агульнага са ўласцівасцямі самога матэрыялу мішэні, таму метад RFPVD можа не толькі вырашыць праблему распылення ізаляцыйных мішэняў, але і добра сумяшчальны са звычайнымі металічнымі правадніковымі мішэнямі.
3.4 Абсталяванне магнетроннага распылення
Магнетроннае распыленне - гэта метад PVD, які дадае магніты да задняй часткі мішэні. Дададзеныя магніты і сістэма сілкавання пастаяннага току (або сілкавання пераменнага току) утвараюць крыніцу магнетроннага распылення. Крыніца распылення выкарыстоўваецца для фарміравання інтэрактыўнага электрамагнітнага поля ў камеры, захопу і абмежавання дыяпазону руху электронаў у плазме ўнутры камеры, пашырэння шляху руху электронаў і, такім чынам, павышэння канцэнтрацыі плазмы, і ў канчатковым выніку дасягнення большага адклад.
Акрамя таго, паколькі больш электронаў звязана каля паверхні мішэні, бамбардзіроўка падкладкі электронамі памяншаецца, і тэмпература падкладкі зніжаецца. У параўнанні з тэхналогіяй плоскай пласціны DCPVD адна з найбольш відавочных асаблівасцей тэхналогіі магнетроннага фізічнага асаджэння з паравай фазы заключаецца ў тым, што напружанне разраду запальвання ніжэйшае і больш стабільнае.
Дзякуючы больш высокай канцэнтрацыі ў плазме і большай эфектыўнасці распылення, ён можа дасягнуць выдатнай эфектыўнасці нанясення, кантролю таўшчыні нанясення ў вялікім дыяпазоне памераў, дакладнага кантролю складу і больш нізкага напружання запальвання. Такім чынам, магнетроннае распыленне займае дамінуючае становішча ў сучасным металічным плёнкавым PVD. Самая простая канструкцыя крыніцы магнетроннага распылення заключаецца ў размяшчэнні групы магнітаў на задняй частцы плоскай мішэні (па-за вакуумнай сістэмай) для стварэння магнітнага поля, паралельнага паверхні мішэні ў лакальнай вобласці на паверхні мішэні.
Калі размешчаны пастаянны магніт, яго магнітнае поле адносна фіксаванае, што прыводзіць да адносна фіксаванага размеркавання магнітнага поля на паверхні мішэні ў камеры. Напыляюцца толькі матэрыялы ў пэўных месцах мішэні, каэфіцыент выкарыстання мішэні нізкі, а аднастайнасць падрыхтаванай плёнкі дрэнная.
Існуе пэўная верагоднасць таго, што распыленыя часціцы металу або іншага матэрыялу будуць адкладзены назад на паверхню мішэні, тым самым агрэгуючы ў часціцы і ўтвараючы забруджванне дэфектаў. Такім чынам, камерцыйныя крыніцы магнетроннага распылення ў асноўным выкарыстоўваюць канструкцыю з верціцца магнітам для паляпшэння аднастайнасці плёнкі, хуткасці выкарыстання мэты і поўнага распылення мэты.
Вельмі важна збалансаваць гэтыя тры фактары. Калі баланс не выконваецца належным чынам, гэта можа прывесці да добрай аднастайнасці плёнкі, адначасова значна зніжаючы каэфіцыент выкарыстання мішэні (скарачаючы тэрмін службы мішэні) або не дасягаючы поўнага распылення мішэні або поўнай карозіі мішэні, што прывядзе да праблем з часціцамі падчас напылення. працэс.
У магнетроннай тэхналогіі PVD неабходна ўлічваць механізм руху паваротнага магніта, форму мішэні, сістэму астуджэння мішэні і крыніцу магнетроннага распылення, а таксама функцыянальную канфігурацыю асновы, якая нясе пласціну, напрыклад, адсорбцыю пласціны і кантроль тэмпературы. У працэсе PVD тэмпература пласціны кантралюецца для атрымання неабходнай крышталічнай структуры, памеру збожжа і арыентацыі, а таксама стабільнасці прадукцыйнасці.
Паколькі цеплаправоднасць паміж тыльным бокам пласціны і паверхняй асновы патрабуе пэўнага ціску, звычайна парадку некалькіх Тор, а працоўны ціск камеры звычайна складае парадку некалькіх мТор, ціск на тыльны бок пласціны значна больш, чым ціск на верхнюю паверхню пласціны, таму для размяшчэння і абмежавання пласціны неабходны механічны або электрастатычны патрон.
Для дасягнення гэтай функцыі механічны патрон абапіраецца на ўласную вагу і край пласціны. Нягледзячы на тое, што ён мае такія перавагі, як простая структура і неадчувальнасць да матэрыялу пласціны, эфект краю пласціны відавочны, што не спрыяе строгаму кантролю часціц. Такім чынам, у працэсе вытворчасці мікрасхем ён паступова быў заменены электрастатычным патронам.
Для працэсаў, якія не асабліва адчувальныя да тэмпературы, таксама можа быць выкарыстаны неадсарбцыйны метад стэлажоў без краёвага кантакту (без розніцы ціску паміж верхняй і ніжняй паверхнямі пласціны). У працэсе PVD абліцоўванне камеры і паверхні дэталяў, якія кантактуюць з плазмай, будуць нанесены і пакрытыя. Калі таўшчыня нанесенай плёнкі перавышае ліміт, плёнка трэскаецца і адслойваецца, выклікаючы праблемы з часціцамі.
Такім чынам, апрацоўка паверхні такіх частак, як падкладка, з'яўляецца ключом да пашырэння гэтага ліміту. Пескоструйная апрацоўка паверхні і напыленне алюмінія - два часта выкарыстоўваюцца метаду, мэтай якіх з'яўляецца павелічэнне шурпатасці паверхні для ўмацавання сувязі паміж плёнкай і паверхняй падшэўкі.
3.5 Абсталяванне для фізічнага асаджэння з іянізацыі
З бесперапынным развіццём тэхналогій мікраэлектронікі памеры функцый становяцца ўсё меншымі і меншымі. Паколькі тэхналогія PVD не можа кантраляваць кірунак нанясення часціц, здольнасць PVD пранікаць праз адтуліны і вузкія каналы з высокімі суадносінамі бакоў абмежаваная, што робіць пашыранае прымяненне традыцыйнай тэхналогіі PVD усё больш складанай задачай. У працэсе PVD па меры павелічэння суадносін баразёнак поравай канаўкі пакрыццё ў ніжняй частцы памяншаецца, утвараючы структуру, падобную на карніз, у верхнім куце і ўтвараючы самае слабое пакрыццё ў ніжнім куце.
Для вырашэння гэтай праблемы была распрацавана тэхналогія іянізаванага фізічнага нанясення з паравай фазы. Спачатку ён рознымі спосабамі плазматызуе атамы металу, якія распыляюцца з мішэні, а затым рэгулюе напружанне зрушэння, загружанае на пласціну, каб кантраляваць кірунак і энергію іёнаў металу для атрымання стабільнага накіраванага патоку іёнаў металу для атрымання тонкай плёнкі, тым самым паляпшаючы пакрыццё ніжняй частцы прыступак высокай прапорцыі праз адтуліны і вузкія каналы.
Характэрнай асаблівасцю тэхналогіі іянізаванай металічнай плазмы з'яўляецца даданне ў камеру радыёчастотнай шпулькі. Падчас працэсу працоўны ціск у камеры падтрымліваецца на адносна высокім узроўні (ад 5 да 10 разоў перавышае нармальны працоўны ціск). Падчас PVD радыёчастотная шпулька выкарыстоўваецца для генерацыі другой вобласці плазмы, у якой канцэнтрацыя аргону ў плазме павялічваецца з павелічэннем магутнасці радыёчастоты і ціску газу. Калі атамы металу, распыленыя з мішэні, праходзяць праз гэтую вобласць, яны ўзаемадзейнічаюць з плазмай аргону высокай шчыльнасці, утвараючы іёны металу.
Прымяненне радыёчастотнай крыніцы на носьбіце пласціны (напрыклад, электрастатычнага патрона) можа павялічыць адмоўнае зрушэнне на пласціне, каб прыцягнуць станоўчыя іёны металу да дна поравай канаўкі. Гэты накіраваны паток іёнаў металу, перпендыкулярны паверхні пласціны, паляпшае пакрыццё дна прыступкі пор з высокім суадносінамі бакоў і вузкіх каналаў.
Адмоўнае зрушэнне, прымененае да пласціны, таксама прымушае іёны бамбардзіраваць паверхню пласціны (зваротнае распыленне), што аслабляе навіслую структуру вусця поравай канаўкі і распыляе плёнку, якая асядае ўнізе, на бакавыя сценкі ў кутах ніжняй часткі пары. пазы, тым самым узмацняючы ступень пакрыцця па кутах.
3.6 Абсталяванне для хімічнага асаджэння з пара пры атмасферным ціску
Абсталяванне для хімічнага асаджэння з пара пры атмасферным ціску (APCVD) адносіцца да прылады, якое распыляе крыніцу газападобнай рэакцыі з пастаяннай хуткасцю на паверхню нагрэтай цвёрдай падкладкі ў асяроддзі з ціскам, блізкім да атмасфернага, у выніку чаго крыніца рэакцыі ўступае ў хімічную рэакцыю на паверхню падкладкі, і прадукт рэакцыі асядае на паверхні падкладкі з адукацыяй тонкай плёнкі.
Абсталяванне APCVD з'яўляецца самым раннім абсталяваннем CVD і да гэтага часу шырока выкарыстоўваецца ў прамысловай вытворчасці і навуковых даследаваннях. Абсталяванне APCVD можна выкарыстоўваць для атрымання тонкіх плёнак, такіх як монакрышталічны крэмній, полікрышталічны крэмній, дыяксід крэмнія, аксід цынку, дыяксід тытана, фасфасілікатнае і борофосфиликатное шкло.
3.7 Абсталяванне для хімічнага асаджэння з пара нізкага ціску
Абсталяванне для хімічнага асаджэння з пара пры нізкім ціску (LPCVD) адносіцца да абсталявання, якое выкарыстоўвае газападобныя сыравінныя матэрыялы для хімічнай рэакцыі на паверхні цвёрдай падкладкі ў нагрэтым (350-1100°C) і нізкім ціску (10-100 мТорр) асяроддзі, і рэагенты асядаюць на паверхні падкладкі з адукацыяй тонкай плёнкі. Абсталяванне LPCVD распрацавана на аснове APCVD для паляпшэння якасці тонкіх плёнак, паляпшэння раўнамернасці размеркавання такіх характэрных параметраў, як таўшчыня плёнкі і ўдзельнае супраціўленне, і павышэння эфектыўнасці вытворчасці.
Яго галоўная асаблівасць заключаецца ў тым, што ў асяроддзі цеплавога поля нізкага ціску тэхналагічны газ уступае ў хімічную рэакцыю на паверхні падкладкі пласціны, а прадукты рэакцыі асядаюць на паверхні падкладкі, утвараючы тонкую плёнку. Абсталяванне LPCVD мае перавагі ў падрыхтоўцы высакаякасных тонкіх плёнак і можа выкарыстоўвацца для падрыхтоўкі тонкіх плёнак, такіх як аксід крэмнію, нітрыд крэмнія, полісілікій, карбід крэмнію, нітрыд галію і графен.
У параўнанні з APCVD рэакцыйнае асяроддзе нізкага ціску абсталявання LPCVD павялічвае сярэднюю даўжыню вольнага прабегу і каэфіцыент дыфузіі газу ў рэакцыйнай камеры.
Малекулы рэакцыйнага газу і газу-носьбіта ў рэакцыйнай камеры могуць быць раўнамерна размеркаваны за кароткі прамежак часу, што значна паляпшае аднастайнасць таўшчыні плёнкі, аднастайнасць удзельнага супраціўлення і ступень пакрыцця плёнкі, а расход рэакцыйнага газу таксама невялікі. Акрамя таго, асяроддзе нізкага ціску таксама паскарае хуткасць перадачы газавых рэчываў. Прымешкі і пабочныя прадукты рэакцыі, якія дыфундзіравалі з падкладкі, могуць быць хутка выдалены з зоны рэакцыі праз памежны пласт, і рэакцыйны газ хутка праходзіць праз памежны пласт, каб дасягнуць паверхні падкладкі для рэакцыі, такім чынам эфектыўна падаўляючы самалегіраванне, рыхтуючы якасныя плёнкі з рэзкімі пераходнымі зонамі, а таксама павышэнне эфектыўнасці вытворчасці.
3.8 Плазменнае абсталяванне для хімічнага нанясення з паравай фазы
Плазменнае хімічнае асаджэнне з паравай фазы (PECVD) з'яўляецца шырока выкарыстоўваным ттэхналогія нанясення плёнкі. Падчас плазменнага працэсу газападобны папярэднік іянізуецца пад дзеяннем плазмы з адукацыяй узбуджаных актыўных груп, якія дыфузіююць на паверхню падкладкі і затым падвяргаюцца хімічным рэакцыям для завяршэння росту плёнкі.
У залежнасці ад частаты генерацыі плазмы плазму, якая выкарыстоўваецца ў PECVD, можна падзяліць на два тыпы: радыёчастотная плазма (ВЧ-плазма) і мікрахвалевая плазма (мікрахвалевая плазма). У цяперашні час радыёчастата, якая выкарыстоўваецца ў прамысловасці, звычайна складае 13,56 МГц.
Увядзенне радыёчастотнай плазмы звычайна падзяляецца на два тыпу: ёмістная сувязь (CCP) і індуктыўная сувязь (ICP). Метад ёмістнай сувязі звычайна з'яўляецца метадам прамой плазменнай рэакцыі; у той час як метад індуктыўнай сувязі можа быць прамым плазменным метадам або дыстанцыйным плазменным метадам.
У працэсах вытворчасці паўправаднікоў PECVD часта выкарыстоўваецца для вырошчвання тонкіх плёнак на падкладках, якія змяшчаюць металы або іншыя адчувальныя да тэмпературы структуры. Напрыклад, у галіне ўнутраных металічных узаемасувязяў інтэгральных схем, паколькі структуры вытоку, засаўкі і сцёку прылады былі сфарміраваны ў працэсе ўваходных частак, рост тонкіх плёнак у галіне металічных узаемасувязяў падлягае да вельмі строгіх цеплавых бюджэтных абмежаванняў, таму звычайна камплектуецца плазменнай дапамогай. Шляхам рэгулявання параметраў плазменнага працэсу можна рэгуляваць і аптымізаваць у пэўным дыяпазоне шчыльнасць, хімічны склад, утрыманне прымешак, механічную трываласць і параметры напружання тонкай плёнкі, вырашчанай з дапамогай PECVD.
3.9 Абсталяванне для атамна-пластовага нанясення
Нанясенне атамнага пласта (ALD) - гэта тэхналогія нанясення тонкай плёнкі, якая перыядычна расце ў выглядзе квазіаднаатамнага пласта. Яго асаблівасцю з'яўляецца тое, што таўшчыню нанесенай плёнкі можна дакладна рэгуляваць шляхам кантролю колькасці цыклаў росту. У адрозненне ад працэсу хімічнага асаджэння з паравай фазы (CVD), у працэсе ALD два (ці больш) папярэднікі па чарзе праходзяць праз паверхню падкладкі і эфектыўна ізалююцца шляхам прадзьмуху інертнага газу.
Два папярэднікі не будуць змешвацца і сустракацца ў газавай фазе для хімічнай рэакцыі, а ўступаць у рэакцыю толькі шляхам хімічнай адсорбцыі на паверхні падкладкі. У кожным цыкле ALD колькасць папярэдніка, адсарбаванага на паверхні падкладкі, залежыць ад шчыльнасці актыўных груп на паверхні падкладкі. Калі рэактыўныя групы на паверхні падкладкі вычарпаны, нават калі ўводзіцца лішак папярэдніка, хімічная адсорбцыя на паверхні падкладкі не адбудзецца.
Гэты працэс рэакцыі называецца рэакцыяй самаабмежавання паверхні. Гэты механізм працэсу робіць таўшчыню плёнкі, вырашчанай у кожным цыкле працэсу ALD, пастаяннай, таму працэс ALD мае такія перавагі, як дакладны кантроль таўшчыні і добрае пакрыццё крокаў плёнкі.
3.10 Абсталяванне для малекулярна-прамянёвай эпітаксіі
Сістэма малекулярна-прамянёвай эпітаксіі (MBE) адносіцца да эпітаксіяльнай прылады, якая выкарыстоўвае адзін або некалькі атамных або малекулярных пучкоў цеплавой энергіі для распылення на нагрэтую паверхню падкладкі з пэўнай хуткасцю ва ўмовах звышвысокага вакууму, адсарбцыі і міграцыі на паверхні падкладкі. эпітаксіяльна вырошчваць монакрышталічныя тонкія плёнкі ўздоўж напрамку восі крышталя матэрыялу падкладкі. Як правіла, ва ўмовах нагрэву ў рэактыўнай печы з цеплавым экранам крыніца прамяня ўтварае атамны або малекулярны пучок, і плёнка расце пласт за пластом уздоўж напрамку восі крышталя матэрыялу падкладкі.
Яго характарыстыкамі з'яўляюцца нізкая эпітаксіяльная тэмпература росту, а таўшчыню, інтэрфейс, хімічны склад і канцэнтрацыю прымешак можна дакладна кантраляваць на атамным узроўні. Нягледзячы на тое, што MBE паходзіць ад падрыхтоўкі звыштонкіх паўправадніковых монакрышталічных плёнак, цяпер яго прымяненне пашырылася на розныя матэрыяльныя сістэмы, такія як металы і ізаляцыйныя дыэлектрыкі, і можа атрымліваць III-V, II-VI, крэмній, крэмній-германій (SiGe ), графен, аксіды і арганічныя плёнкі.
Сістэма малекулярна-прамянёвай эпітаксіі (MBE) у асноўным складаецца з сістэмы звышвысокага вакууму, крыніцы малекулярнага пучка, сістэмы фіксацыі і нагрэву падкладкі, сістэмы перадачы ўзораў, сістэмы маніторынгу на месцы, сістэмы кіравання і тэсту сістэма.
Вакуумная сістэма ўключае вакуумныя помпы (механічныя помпы, малекулярныя помпы, іённыя помпы, кандэнсацыйныя помпы і г.д.) і розныя клапаны, якія могуць ствараць звышвысокае вакуумнае асяроддзе росту. Звычайна дасягальная ступень вакууму складае ад 10-8 да 10-11 Торр. Вакуумная сістэма ў асноўным мае тры вакуумныя працоўныя камеры, а менавіта камеру ўпырску пробы, камеру папярэдняй апрацоўкі і аналізу паверхні і камеру росту.
Камера для ўпырску ўзораў выкарыстоўваецца для перадачы ўзораў у знешні свет для забеспячэння ўмоў высокага вакууму ў іншых камерах; камера папярэдняй апрацоўкі і аналізу паверхні злучае камеру ўпырску ўзору і камеру росту, і яе асноўнай функцыяй з'яўляецца папярэдняя апрацоўка ўзору (дэгазацыя пры высокай тэмпературы для забеспячэння поўнай чысціні паверхні падкладкі) і выкананне папярэдняга аналізу паверхні на вычышчаны ўзор; камера вырошчвання з'яўляецца асноўнай часткай сістэмы МЛЭ, якая ў асноўным складаецца з печы крыніцы і адпаведнай засаўкі, кансолі кіравання ўзорам, сістэмы астуджэння, дыфракцыі электронаў высокай энергіі пры адлюстраванні (RHEED) і сістэмы маніторынгу на месцы . Некаторае вытворчае абсталяванне MBE мае некалькі канфігурацый камер росту. Прынцыповая схема структуры абсталявання MBE паказана ніжэй:
MBE крамянёвага матэрыялу выкарыстоўвае крэмній высокай чысціні ў якасці сыравіны, расце ва ўмовах звышвысокага вакууму (10-10 ~ 10-11 Torr), а тэмпература росту складае 600 ~ 900 ℃, з Ga (P-тыпу) і Sb ( N-тыпу) у якасці крыніц допінгу. Звычайна выкарыстоўваюцца крыніцы допінгу, такія як P, As і B, рэдка выкарыстоўваюцца ў якасці крыніц пучка, таму што іх цяжка выпараць.
Рэакцыйная камера MBE мае асяроддзе звышвысокага вакууму, што павялічвае сярэднюю даўжыню вольнага прабегу малекул і памяншае забруджванне і акісленне на паверхні матэрыялу, які расце. Атрыманы эпітаксійны матэрыял мае добрую марфалогію і аднастайнасць паверхні і можа быць ператвораны ў шматслаёвую структуру з рознымі легіраваннямі або рознымі кампанентамі матэрыялу.
Тэхналогія MBE дасягае шматразовага росту звыштонкіх эпітаксіяльных слаёў таўшчынёй у адзін атамны пласт, а мяжа падзелу паміж эпітаксіяльнымі пластамі крута. Гэта спрыяе росту паўправаднікоў III-V і іншых шматкампанентных гетэрагенных матэрыялаў. У цяперашні час сістэма MBE стала перадавым тэхналагічным абсталяваннем для вытворчасці новага пакалення мікрахвалевых прыбораў і оптыка-электронных прыбораў. Недахопамі тэхналогіі MBE з'яўляюцца павольная хуткасць росту плёнкі, высокія патрабаванні да вакууму і высокі кошт абсталявання і выкарыстання абсталявання.
3.11 Сістэма эпітаксіі ў паравой фазе
Сістэма парафазнай эпітаксіі (VPE) адносіцца да прылады для эпітаксіяльнага вырошчвання, якая транспартуе газападобныя злучэнні на падкладку і ў выніку хімічных рэакцый атрымлівае адзіны крышталічны пласт матэрыялу з такім жа размяшчэннем рашоткі, што і падкладка. Эпітаксіяльны пласт можа быць гомаэпітаксіяльным (Si/Si) або гетэраэпітаксіяльным (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 і інш.). У цяперашні час тэхналогія VPE шырока выкарыстоўваецца ў галіне падрыхтоўкі нанаматэрыялаў, сілавых прыбораў, паўправадніковых оптаэлектронных прыбораў, сонечнай фотаэлектрыкі і інтэгральных схем.
Тыповы VPE ўключае эпітаксію пры атмасферным і паніжаным цісках, хімічнае асаджэнне з пара ў звышвысокім вакууме, металаарганічнае хімічнае асаджэнне з пара і г. д. Ключавымі момантамі ў тэхналогіі VPE з'яўляюцца канструкцыя рэакцыйнай камеры, рэжым і аднастайнасць газавага патоку, аднастайнасць тэмпературы і кантроль дакладнасці, кантроль ціску і стабільнасці, кантроль часціц і дэфектаў і г.д.
У цяперашні час кірунак развіцця асноўных камерцыйных сістэм VPE - вялікая загрузка пласцін, цалкам аўтаматычны кантроль і маніторынг тэмпературы і працэсу росту ў рэжыме рэальнага часу. Сістэмы VPE маюць тры структуры: вертыкальную, гарызантальную і цыліндрычную. Метады нагрэву ўключаюць супраціўляльны нагрэў, высокачашчынны індукцыйны нагрэў і нагрэў інфрачырвоным выпраменьваннем.
У цяперашні час у сістэмах VPE у асноўным выкарыстоўваюцца гарызантальныя дыскавыя структуры, якія валодаюць характарыстыкамі добрай аднастайнасці росту эпітаксіяльнай плёнкі і вялікай нагрузкі на пласціны. Сістэмы VPE звычайна складаюцца з чатырох частак: рэактара, сістэмы ацяплення, сістэмы газаправода і сістэмы кіравання. Паколькі час росту эпітаксіяльных плёнак GaAs і GaN адносна вялікі, у асноўным выкарыстоўваюцца індукцыйны нагрэў і супраціўляльны нагрэў. У крэмніевым VPE для росту тоўстай эпітаксіяльнай плёнкі ў асноўным выкарыстоўваецца індукцыйны нагрэў; Рост тонкай эпітаксіяльнай плёнкі ў асноўным выкарыстоўвае інфрачырвоны нагрэў для дасягнення мэты хуткага павышэння/падзення тэмпературы.
3.12 Сістэма эпітаксіі ў вадкай фазе
Сістэма вадкаснай эпітаксіі (LPE) адносіцца да абсталявання для эпітаксіяльнага вырошчвання, якое растварае матэрыял для вырошчвання (напрыклад, Si, Ga, As, Al і г.д.) і дабаўкі (напрыклад, Zn, Te, Sn і г.д.) у метал з больш нізкай тэмпературай плаўлення (напрыклад, Ga, In і інш.), так што растворанае рэчыва насычаецца або перанасычаецца ў растваральніку, а затым монакрышталічная падкладка кантактуе з растворам, і растворанае рэчыва выпадае ў асадак з растваральніка паступова астуджаючыся, і на паверхні падкладкі вырастае пласт крышталічнага матэрыялу з крышталічнай структурай і сталай рашоткі, падобнымі да структуры падкладкі.
Метад LPE быў прапанаваны Nelson і соавт. у 1963 г. Ён выкарыстоўваецца для вырошчвання тонкіх плёнак Si і монакрышталічных матэрыялаў, а таксама паўправадніковых матэрыялаў, такіх як III-IV групы і тэлурыд ртуці, кадмію, і можа выкарыстоўвацца для вырабу розных оптаэлектронных прылад, мікрахвалевых прылад, паўправадніковых прыбораў і сонечных элементаў .
——————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera можа дацьграфітавыя дэталі, мяккі/цвёрды фетр, дэталі з карбіду крэмнію, CVD дэталі з карбіду крэмнію, іДэталі з пакрыццём SiC/TaCз на працягу 30 дзён.
Калі вы зацікаўлены ў вышэйзгаданых паўправадніковых прадуктах,калі ласка, не саромейцеся звяртацца да нас у першы раз.
Тэл.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Час публікацыі: 31 жніўня 2024 г