1. Киришүү
Физикалык же химиялык ыкмалар менен субстраттык материалдардын бетине заттарды (чийки затты) жабыштыруу процесси жука пленканын өсүшү деп аталат.
ар кандай иш принциптерине ылайык, интегралдык микросхемалардын жука пленка катмарын бөлүүгө болот:
-Физикалык буулардын чөктүрүлүшү (PVD);
- Химиялык буулардын чөктүрүлүшү (CVD);
- Кеңейтүү.
2. Жука пленканын өсүү процесси
2.1 Физикалык бууларды жайгаштыруу жана чачыратуу процесси
Физикалык бууларды жайгаштыруу (PVD) процесси вакуумдук буулантуу, чачыратуу, плазма менен каптоо жана пластинанын бетинде жука пленканы түзүү үчүн молекулярдык нур эпитаксиси сыяктуу физикалык ыкмаларды колдонууну билдирет.
VLSI тармагында эң кеңири колдонулган PVD технологиясы - бул чачыратуу, ал негизинен электроддор жана интегралдык микросхемалардын металл байланыштары үчүн колдонулат. Чачыратуу – сейрек кездешүүчү газдар [мисалы, аргон (Ar)] иондорго (мисалы, Ar+) жогорку вакуум шартында тышкы электр талаасынын таасири астында иондошуу процесси жана жогорку чыңалуу чөйрөсүндө материалдык максаттуу булагын бомбалоо, максаттуу материалдын атомдорун же молекулаларын талкалап, андан кийин кагылышуусуз учуу процессинен кийин жука пленканы пайда кылуу үчүн пластинанын бетине келет. Ar туруктуу химиялык касиеттерге ээ жана анын иондору максаттуу материал жана пленка менен химиялык реакцияга кирбейт. Интегралдык микросхемалардын микросхемалары 0.13μm жездин өз ара байланыш дооруна киргенде, жез тосмо материал катмары титан нитриди (TiN) же тантал нитриди (TaN) тасмасын колдонот. Өнөр жай технологиясына болгон суроо-талап химиялык реакцияны чачыратуу технологиясын изилдөөгө жана өнүктүрүүгө өбөлгө түздү, башкача айтканда, чачыратуу камерасында Arдан тышкары реактивдүү газ азоту (N2) дагы бар, ошондуктан Ti же Ta максаттуу материал Ti же Ta талап кылынган TiN же TaN пленкасын түзүү үчүн N2 менен реакцияга кирет.
Көбүнчө колдонулган чачыранды чачуунун үч ыкмасы бар, атап айтканда DC чачыратуу, RF чачуу жана магнетрондук чачыратуу. Интегралдык микросхемалардын интеграциясы көбөйгөн сайын, көп катмарлуу металл зымдарынын катмарларынын саны көбөйүүдө жана PVD технологиясын колдонуу барган сайын кеңири жайылууда. PVD материалдарына Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 ж.
PVD жана чачыратуу процесстери адатта 1×10-7ден 9×10-9 Торрга чейинки вакуумдук даражасы менен катуу жабылган реакциялык камерада аяктайт, бул реакция учурунда газдын тазалыгын камсыздай алат; ошол эле учурда сейрек кездешүүчү газды иондоштуруу үчүн максатты бомбалоо үчүн жетиштүү жогорку чыңалуу керек. PVD жана чачыратуу процесстерин баалоо үчүн негизги параметрлерге чаңдын көлөмү, ошондой эле каршылыктын мааниси, бирдейлиги, чагылуусунун калыңдыгы жана пайда болгон пленканын стресси кирет.
2.2 Химиялык бууларды жайгаштыруу жана чачуу процесси
Химиялык бууларды жайгаштыруу (CVD) ар кандай жарым-жартылай басымдагы ар түрдүү газ түрүндөгү реактивдер белгилүү бир температурада жана басымда химиялык реакцияга кирип, пайда болгон катуу заттар керектүү жука затты алуу үчүн субстрат материалынын бетине жайгаштырылган процесс технологиясын билдирет. тасма. Салттуу интегралдык микросхемалардын өндүрүш процессинде алынган жука пленкалуу материалдар көбүнчө оксиддер, нитриддер, карбиддер сыяктуу кошулмалар же поликристалл кремний жана аморфтук кремний сыяктуу материалдар болуп саналат. Булак жана дренаждык SiGe же Si тандалма эпитаксиалдык өсүү сыяктуу 45 нм түйүнүнөн кийин көбүнчө колдонулган селекциялык эпитаксиалдык өсүш да CVD технологиясы болуп саналат.
Бул технология кремнийдин же башка материалдардын бир кристалл субстратында бир эле түрдөгү же баштапкы торго окшош монокристаллдык материалдарды түзүүнү уланта алат. CVD изоляциялоочу диэлектрдик пленкаларды (мисалы, SiO2, Si3N4 жана SiON ж. б.) жана металл пленкаларын (мисалы, вольфрам ж. б.) өстүрүүдө кеңири колдонулат.
Жалпысынан алганда, басым классификациясына ылайык, CVD атмосфералык басым химиялык буу катмары (APCVD), суб-атмосфералык басым химиялык буу катмары (SAPCVD) жана төмөнкү басым химиялык буу катмары (LPCVD) бөлүүгө болот.
Температуранын классификациясына ылайык, CVD жогорку температура/төмөн температурадагы оксид пленкасы химиялык буу катмары (HTO/LTO CVD) жана тез жылуулук химиялык буу катмары (Rapid Thermal CVD, RTCVD) болуп бөлүнөт;
Реакция булагына ылайык, CVD силан негизиндеги CVD, полиэстер негизиндеги CVD (TEOS негизиндеги CVD) жана металлдын органикалык химиялык буусу (MOCVD) болуп бөлүнөт;
Энергетикалык классификацияга ылайык, CVD термикалык химиялык буу чөктүрүүгө (Жылуулук CVD), плазма күчөтүлгөн химиялык буу чөктүрүүгө (Plasma Enhanced CVD, PECVD) жана жогорку тыгыздыктагы плазма химиялык буу катмарына (High Density Plasma CVD, HDPCVD) бөлүнөт. Жакында эле боштуктарды толтуруунун эң сонун жөндөмү менен агып жүрүүчү химиялык бууларды жайгаштыруу (Flowable CVD, FCVD) иштелип чыкты.
Ар кандай CVD-өстүрүлгөн пленкалар ар кандай касиеттерге ээ (мисалы, химиялык курамы, диэлектрдик туруктуулугу, чыңалуу, чыңалуу жана бузулуу чыңалуулары) жана ар кандай процесстин талаптарына (мисалы, температура, кадамды жабуу, толтуруу талаптары ж.б.) ылайык өзүнчө колдонулушу мүмкүн.
2.3 Атомдук катмардын катмарлануу процесси
Атомдук катмардын катмары (ALD) бир атомдук пленка катмарын катмардан өстүрүү жолу менен субстрат материалына атомдордун катмар-катмар катмарын билдирет. Кадимки ALD реакторго кезектешип импульстуу түрдө газ түрүндөгү прекурсорлорду киргизүү ыкмасын кабыл алат.
Мисалы, биринчиден, реакция прекурсору 1 субстраттын бетине киргизилет, ал эми химиялык адсорбциядан кийин субстрат бетинде бир атомдук катмар пайда болот; анда субстраттын бетинде жана реакциялык камерада калган прекурсор 1 аба насосу аркылуу чыгарылат; андан кийин реакция прекурсору 2 субстраттын бетине киргизилет жана субстраттын бетинде адсорбцияланган прекурсор 1 менен химиялык реакцияга кирип, тиешелүү жука пленкалуу материалды жана субстрат бетинде тиешелүү кошумча продуктуларды пайда кылат; прекурсор 1 толук реакцияга киргенде, реакция автоматтык түрдө токтойт, бул АЛДнын өзүн-өзү чектеген мүнөздөмөсү болуп саналат, андан кийин калган реагенттер жана кошумча продуктулар өсүштүн кийинки этабына даярдоо үчүн чыгарылат; жогорудагы процессти тынымсыз кайталоо менен, бир атомдор менен катмар-катмар өстүрүлгөн жука пленкалуу материалдардын чөктүрүлүшүнө жетишүүгө болот.
ALD жана CVD экөө тең субстраттын бетинде химиялык реакцияга өтүү үчүн газ түрүндөгү химиялык реакция булагын киргизүүнүн жолдору, бирок айырмасы, CVDнин газ түрүндөгү реакция булагы өзүн-өзү чектеген өсүү өзгөчөлүгүнө ээ эмес. Бул ALD технологиясын өнүктүрүүнүн ачкычы өзүн-өзү чектөө реакция касиеттери менен прекурсорлорду табуу экенин көрүүгө болот.
2.4 Эпитаксиалдык процесс
Эпитаксиалдык процесс субстратта толугу менен иреттелген монокристалл катмарын өстүрүү процессин билдирет. Жалпысынан алганда, эпитаксиалдык процесс бир кристаллдык субстраттагы баштапкы субстрат сыяктуу эле торчо багыты менен кристалл катмарын өстүрүү болуп саналат. Эпитаксиалдык процесс жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүдө кеңири колдонулат, мисалы интегралдык микросхема тармагындагы эпитаксиалдык кремний пластиналары, MOS транзисторлорунун камтылган булагы жана дренаждык эпитаксиалдык өсүшү, LED субстраттарында эпитаксиалдык өсүш ж.б.
Өсүү булагынын ар кандай фазалык абалына ылайык, эпитаксиалдык өсүү ыкмаларын катуу фазадагы эпитаксия, суюк фазадагы эпитаксия жана буу фазасынын эпитаксиясы деп бөлүүгө болот. Интегралдык микросхемаларды өндүрүүдө көбүнчө колдонулган эпитаксиялык ыкмалар катуу фазалык эпитаксия жана буу фазасынын эпитаксииясы болуп саналат.
Катуу фаза эпитаксиясы: катуу булакты колдонуу менен субстраттагы бир кристаллдык катмардын өсүшүн билдирет. Мисалы, иондук имплантациядан кийин термикалык күйгүзүү чындыгында катуу фазадагы эпитаксиялык процесс. Иондук имплантация учурунда кремний пластинкасынын кремний атомдору жогорку энергиялуу имплантацияланган иондор менен бомбаланып, баштапкы торчо абалын таштап, аморфтук абалга келип, беттик аморфтук кремний катмарын пайда кылат. Жогорку температурадагы термикалык күйгүзүүдөн кийин аморфтук атомдор торчо абалына кайтып келип, субстраттын ичиндеги атомдук кристаллдык ориентацияга шайкеш келет.
Буу фазасынын эпитаксисинин өсүү ыкмаларына химиялык буу фазалык эпитаксия, молекулярдык нур эпитаксиясы, атомдук катмар эпитаксиясы жана башкалар кирет. Интегралдык микросхемаларды өндүрүүдө химиялык буу фазасынын эпитаксиясы эң көп колдонулат. Химиялык буу фазасынын эпитаксисинин принциби, негизинен, химиялык бууларды жайгаштыруу менен бирдей. Экөө тең газ аралашкандан кийин пластинкалардын бетине химиялык реакцияга кирип, жука пленкаларды түшүрүүчү процесстер.
Айырмасы, химиялык буу фазасынын эпитаксиси бир кристалл катмарын өстүргөндөн улам, ал жабдуулардагы ыпластыктын курамына жана пластинка бетинин тазалыгына жогорку талаптарга ээ. Эрте химиялык буу фазасы эпитаксиалдык кремний процесси жогорку температуралык шарттарда (1000°Сден жогору) жүргүзүлүшү керек. Технологиялык жабдууларды өркүндөтүү менен, өзгөчө вакуумдук алмашуу камерасынын технологиясын кабыл алуу, жабдуулардын көңдөйүнүн жана кремний пластинкасынын бетинин тазалыгы абдан жакшырды жана кремний эпитаксисин төмөнкү температурада (600-700°) жүргүзүүгө болот. C). Эпитаксиалдык кремний пластинкасынын процесси кремний пластинкасынын бетинде монокристалл кремний катмарын өстүрүү болуп саналат.
Баштапкы кремний субстрат менен салыштырганда, эпитаксиалдык кремний катмары жогорку тазалыкка ээ жана тордогу кемчиликтер аз, ошону менен жарым өткөргүч өндүрүшүнүн түшүмүн жакшыртат. Мындан тышкары, кремний пластинасында өстүрүлгөн эпитаксиалдык кремний катмарынын өсүү калыңдыгы жана допинг концентрациясы ийкемдүү иштелип чыгышы мүмкүн, бул субстраттын каршылыгын азайтуу жана субстрат изоляциясын жогорулатуу сыяктуу түзүлүштүн дизайнына ийкемдүүлүктү алып келет. Камтылган булак-дренаждык эпитаксиалдык процесс өнүккөн логикалык технология түйүндөрүндө кеңири колдонулган технология.
Бул MOS транзисторлорунун булагы жана дренаждык аймактарында легирленген германий кремнийинин же кремнийдин эпитаксиалдык өсүү процессине тиешелүү. Камтылган булак-дренаждык эпитаксиалдык процессти киргизүүнүн негизги артыкчылыктары төмөнкүлөрдү камтыйт: тордун ыңгайлашуусунан улам стрессти камтыган псевдокристаллдык катмарды өстүрүү, каналды алып жүрүүчүнүн мобилдүүлүгүн жакшыртуу; булактын жана дренанын in-situ допинги булак-дренаж түйүнүнүн мителик каршылыгын азайтат жана жогорку энергиялуу ион имплантациясынын кемчиликтерин азайтат.
3. жука пленканы өстүрүүчү жабдуулар
3.1 Вакуумдук буулантуучу жабдуулар
Вакуумдук буулантуу – бул катуу материалдарды вакуумдук камерада ысытуу үчүн аларды буулантууга, буулантууга же сублимациялоого, андан кийин конденсацияга жана белгилүү бир температурада субстраттык материалдын бетине жайгаштырууга түрткү берүүчү каптоо ыкмасы.
Адатта, ал үч бөлүктөн турат, атап айтканда, вакуум системасы, буулануу системасы жана жылытуу системасы. Вакуум системасы вакуумдук түтүктөрдөн жана вакуумдук насостордон турат жана анын негизги милдети буулануу үчүн квалификациялуу вакуумдук чөйрөнү камсыз кылуу болуп саналат. буулантуу системасы буулануу үстөлүнөн, жылытуу компонентинен жана температураны өлчөөчү компоненттен турат.
буулантыла турган максаттуу материал (мисалы, Ag, Al, ж.б.) буулантуу үстөлүнө коюлат; жылытуу жана температураны өлчөө компоненти жылмакай бууланууну камсыз кылуу үчүн буулануу температурасын көзөмөлдөө үчүн колдонулган жабык цикл системасы болуп саналат. Жылытуу системасы пластинкадан жана жылытуу компонентинен турат. Вафли этабы жука пленканы буулантуу керек болгон субстратты жайгаштыруу үчүн колдонулат, ал эми жылытуу компоненти субстратты жылытуу жана температураны өлчөө боюнча пикирди көзөмөлдөө үчүн колдонулат.
Вакуумдук чөйрө вакуумдук буулануу процессинде өтө маанилүү шарт болуп саналат, ал буулануу ылдамдыгына жана пленканын сапатына байланыштуу. Эгерде вакуум даражасы талаптарга жооп бербесе, бууланган атомдор же молекулалар калдык газ молекулалары менен тез-тез кагылышып, алардын орточо эркин жолун кичирээк кылып, атомдор же молекулалар катуу чачырап, кыймылдын багытын өзгөртүп, пленканы азайтат. түзүү ылдамдыгы.
Мындан тышкары, калдык газ молекулаларынын болушуна байланыштуу, депонирленген пленка олуттуу булганган жана сапаты начар, айрыкча камеранын басымынын көтөрүлүү ылдамдыгы стандартка жооп бербесе жана агып кетсе, аба вакуумдук камерага агып кетет. , бул фильмдин сапатына олуттуу таасирин тийгизет.
Вакуумдук буулантуучу жабдуулардын структуралык мүнөздөмөлөрү чоң өлчөмдөгү субстраттарда жабуунун бирдейлиги начар экендигин аныктайт. Анын бирдейлигин жакшыртуу үчүн булак-субстрат аралыкты көбөйтүү жана субстратты айлантуу ыкмасы жалпысынан кабыл алынган, бирок булак-субстрат аралыкты көбөйтүү пленканын өсүү темпин жана тазалыгын курмандыкка чалышат. Ошол эле учурда вакуумдук мейкиндиктин көбөйүшүнө байланыштуу бууланган материалды пайдалануу коэффициенти төмөндөйт.
3.2 Туруктуу токтун физикалык бууларын түшүрүү жабдуулары
Түз токтун физикалык буусунун чөктүрүлүшү (DCPVD) ошондой эле катоддук чачыратуу же вакуумдук DC эки баскычтуу чачыратуу деп аталат. Катод катары вакуумдук туруктуу ток чачуунун максаттуу материалы, анод катары субстрат колдонулат. Вакуумдук чачыратуу процесс газын иондоштуруу жолу менен плазманы түзүү болуп саналат.
Плазмадагы заряддуу бөлүкчөлөр электр талаасында ылдамдашып, белгилүү бир энергияны алышат. Жетиштүү энергияга ээ бөлүкчөлөр максаттуу материалдын бетин бомбалап, максаттуу атомдор чачырап чыгат; белгилүү кинетикалык энергияга ээ болгон чачыраган атомдор субстраттын бетинде жука пленканы пайда кылуу үчүн субстрат тарапка жылышат. Чачыратуу үчүн колдонулган газ көбүнчө аргон (Ar) сыяктуу сейрек кездешүүчү газ, ошондуктан чачыратуудан пайда болгон пленка булганбайт; Мындан тышкары, аргондун атомдук радиусу чачыратуу үчүн көбүрөөк ылайыктуу.
Чачыра турган бөлүкчөлөрдүн өлчөмү чачыра турган максаттуу атомдордун өлчөмүнө жакын болушу керек. Эгерде бөлүкчөлөр өтө чоң же өтө кичине болсо, эффективдүү чачыратуу пайда болушу мүмкүн эмес. Атомдун өлчөмү факторунан тышкары, атомдун масса фактору да чачыратуу сапатына таасир этет. Эгерде чачыраткыч бөлүкчөлөрдүн булагы өтө жеңил болсо, максаттуу атомдор чачырабайт; эгерде чачыраган бөлүкчөлөр өтө оор болсо, бутага "бүгүлөт" жана бутага чачырабайт.
DCPVDде колдонулган максаттуу материал өткөргүч болушу керек. Себеби, газ процессиндеги аргон иондору максаттуу материалды бомбалаганда, алар максаттуу материалдын бетиндеги электрондор менен кайра биригет. Максаттуу материал металл сыяктуу өткөргүч болгондо, бул рекомбинацияда сарпталган электрондор электр өткөргүч аркылуу максаттуу материалдын башка бөлүктөрүндөгү бош электрондор менен электр энергиясы менен оңой толтурулат, ошондуктан максаттуу материалдын бети бүтүндөй терс заряддуу бойдон калат жана чачыратуу сакталат.
Тескерисинче, эгер максаттуу материал изолятор болсо, максаттуу материалдын бетиндеги электрондор рекомбинациялангандан кийин, максаттуу материалдын башка бөлүктөрүндөгү бош электрондор электр өткөргүч менен толукталышы мүмкүн эмес, ал тургай оң заряддар да топтолот. максаттуу материалдын бети, бул максаттуу материалдык потенциалдын көтөрүлүшүнө алып келет, ал эми максаттуу материалдын терс заряды ал жоголгонго чейин алсырап, акыры чачыранды токтотууга алып келет.
Ошондуктан изоляциялоочу материалдарды чачыратууга да жарактуу кылуу үчүн чачуунун башка ыкмасын табуу керек. Радио жыштык чачыратуу - бул өткөргүч жана өткөргүч эмес буталар үчүн ылайыктуу чачыратуу ыкмасы.
DCPVD дагы бир кемчилиги - от алдыруу чыңалуусу жогору жана субстраттагы электрон бомбалоосу күчтүү. Бул маселени чечүүнүн эффективдүү жолу - магнетрондук чачыранды колдонуу, ошондуктан интегралдык микросхемалар тармагында магнетрондук чачыратуу чындыгында практикалык мааниге ээ.
3.3 RF физикалык бууларды жайгаштыруу үчүн жабдуулар
Радио жыштыктын физикалык буусунун чөктүрүүсү (RFPVD) толкундоо булагы катары радио жыштык күчүн колдонот жана ар кандай металл жана металл эмес материалдар үчүн ылайыктуу PVD ыкмасы болуп саналат.
RFPVDде колдонулган RF кубат менен камсыздоонун жалпы жыштыктары 13,56 МГц, 20 МГц жана 60 МГц. RF энергия менен камсыздоонун оң жана терс циклдери кезектешип пайда болот. PVD бутасы оң жарым циклде болгондо, максаттуу бет оң потенциалда болгондуктан, процесстин атмосферасындагы электрондор анын бетинде чогулган оң зарядды нейтралдаштыруу үчүн максаттуу бетке агып, ал тургай электрондорду топтоону улантат, анын бетин терс өңүттө кылуу; чачыратуу бутасы терс жарым циклде болгондо, оң иондор бутага карай жылып, бутанын бетинде жарым-жартылай нейтралдаштырылат.
Эң маанилүү нерсе, RF электр талаасындагы электрондордун кыймыл ылдамдыгы оң иондорго караганда бир топ ылдамыраак, ал эми оң жана терс жарым циклдердин убактысы бирдей, ошондуктан толук циклден кийин максаттуу бет болот. "таза" терс заряддуу. Демек, алгачкы бир нече циклде, максаттуу беттин терс заряды өсүү тенденциясын көрсөтөт; кийин, максаттуу бети туруктуу терс потенциалга жетет; андан кийин, бутанын терс заряды электрондорго түртүүчү таасирин тийгизгендиктен, максаттуу электрод кабыл алган оң жана терс заряддардын көлөмү тең салмактуулукка умтулат, ал эми бутага туруктуу терс заряд пайда болот.
Жогорудагы процесстен көрүнүп тургандай, терс чыңалуунун пайда болуу процесси максаттуу материалдын касиеттери менен эч кандай байланышы жок, ошондуктан RFPVD ыкмасы изоляциялык буталарды чачыратуу маселесин чече албайт, ошондой эле жакшы шайкеш келет. кадимки металл өткөргүч максаттары менен.
3.4 Магнетронду чачыраткыч жабдуулар
Магнетронду чачыратуу - бул бутанын артына магниттерди кошо турган PVD ыкмасы. Кошулган магниттер жана туруктуу ток менен камсыздоо (же AC электр менен камсыздоо) системасы магнетрон чачыратуу булагын түзөт. Чачыратуу булагы камерада интерактивдүү электромагниттик талааны түзүү, камеранын ичиндеги плазмадагы электрондордун кыймыл диапазонун кармоо жана чектөө, электрондордун кыймыл жолун кеңейтүү жана ошентип плазманын концентрациясын жогорулатуу жана акырында көбүрөөк натыйжага жетишүү үчүн колдонулат. салуу.
Мындан тышкары, бутанын бетине жакын жерде көбүрөөк электрон байлангандыктан, субстраттын электрондор тарабынан бомбаланышы азаят жана субстраттын температурасы төмөндөйт. Жалпак пластинкалуу DCPVD технологиясы менен салыштырганда, магнетрондун физикалык бууларын жайгаштыруу технологиясынын эң айкын өзгөчөлүктөрүнүн бири - бул от алдыруу чыңалуусунун төмөн жана туруктуу.
Плазмадагы концентрациясынын жогору болушуна жана чачыратуу түшүмдүүлүгүнүн жогору болушуна байланыштуу, ал эң сонун чөктүрүүнүн эффективдүүлүгүнө, чоң өлчөмдөгү диапазондо чөктүрүүнүн калыңдыгын көзөмөлдөөгө, курамын так көзөмөлдөөгө жана от алдыруу чыңалуусуна жетише алат. Ошондуктан, магнетрон чачыратуу учурдагы металл пленкасы PVD үстөмдүк абалда турат. Эң жөнөкөй магнетрон чачыратуу булагы конструкциясы магниттердин тобун жалпак бутанын артына (вакуум системасынын сыртына) жайгаштыруу, максаттуу беттеги локалдык аймакта максаттуу бетке параллелдүү магнит талаасын түзүү болуп саналат.
Эгерде туруктуу магнит жайгаштырылса, анын магнит талаасы салыштырмалуу туруктуу болот, натыйжада камерадагы максаттуу бетинде салыштырмалуу туруктуу магнит талаасынын бөлүштүрүлүшү пайда болот. Максаттын конкреттуу участокторундагы материалдар гана чачылат, максаттуу пайдалануу коэффициенти темен, даярдалган пленканын текшилиги начар.
Чачылган металл же башка материалдык бөлүкчөлөр кайра максаттуу бетке түшүп, ошону менен бөлүкчөлөргө биригип, кемтиктин булганышын пайда кылуунун белгилүү бир ыктымалдыгы бар. Ошондуктан, коммерциялык магнетрон чачыратуу булактары пленканын бирдейлигин, максаттуу пайдалануу ылдамдыгын жана толук максаттуу чачыранды жакшыртуу үчүн көбүнчө айлануучу магнит дизайнын колдонушат.
Бул үч факторду тең салмактоо абдан маанилүү. Эгерде баланс жакшы иштетилбесе, бул жакшы пленканын бирдейлигине алып келиши мүмкүн, ошол эле учурда максаттуу пайдалануу ылдамдыгын бир топ төмөндөтөт (максаттуу иштөө мөөнөтүн кыскартат) же толук максаттуу чачыратууга же толук максаттуу коррозияга жетишпей калышы мүмкүн, бул чачыратуу учурунда бөлүкчөлөрдүн көйгөйлөрүн жаратат. процесс.
Магнетрон PVD технологиясында айлануучу магниттин кыймылынын механизмин, максаттуу формасын, максаттуу муздатуу системасын жана магнетронду чачыратуу булагын, ошондой эле пластинаны алып жүрүүчү базанын функционалдуу конфигурациясын, мисалы, вафли адсорбциясы жана температураны көзөмөлдөө зарыл. PVD процессинде пластинанын температурасы талап кылынган кристалл структурасын, дан өлчөмүн жана багытын, ошондой эле аткаруунун туруктуулугун алуу үчүн көзөмөлдөнөт.
Пластинанын арткы тарабы менен негиздин бетинин ортосундагы жылуулук өткөрүмдүүлүк белгилүү бир басымды талап кылгандыктан, адатта бир нече Торр тартибинде, ал эми камеранын жумушчу басымы адатта бир нече mTorr тартибинде болот, аркадагы басым пластинанын үстүнкү бетиндеги басымдан алда канча чоң, ошондуктан вафлиди жайгаштыруу жана чектөө үчүн механикалык патрон же электростатикалык патрон керектелет.
Бул функцияга жетүү үчүн механикалык патрон өзүнүн салмагына жана пластинка четине таянат. Жөнөкөй түзүлүштүн жана вафлидин материалына сезимсиздиктин артыкчылыктарына ээ болсо да, пластинанын четинин эффектиси айкын, бул бөлүкчөлөрдү катуу көзөмөлдөөгө шарт түзбөйт. Ошондуктан, ал IC өндүрүш процессинде акырындык менен электростатикалык патрон менен алмаштырылды.
Температурага өзгөчө сезгич болбогон процесстер үчүн адсорбцияланбаган, жээк менен байланышпаган текче ыкмасын (вафлидин үстүнкү жана астыңкы беттеринин ортосунда басымдын айырмасы жок) да колдонсо болот. PVD процессинде камеранын каптоосу жана плазма менен байланышта болгон бөлүктөрүнүн бети чөктүрүлөт жана жабылат. Депозиттик пленканын калыңдыгы чектен ашканда, пленка жарака кетип, сыйрып, бөлүкчөлөрдүн көйгөйлөрүн жаратат.
Ошондуктан, мисалы, подкладка сыяктуу бөлүктөрүнүн беттик дарылоо бул чекти узартуу үчүн ачкычы болуп саналат. Беттик кум чачуу жана алюминий чачуу эки кеңири колдонулган ыкмалар болуп саналат, алардын максаты пленка менен каптоочу беттин ортосундагы байланышты бекемдөө үчүн беттин оройлугун жогорулатуу болуп саналат.
3.5 Иондоштуруучу физикалык бууларды жайгаштыруу үчүн жабдуулар
Микроэлектроника технологиясынын тынымсыз өнүгүшү менен, өзгөчөлүк өлчөмдөрү кичирейип баратат. PVD технологиясы бөлүкчөлөрдүн түшүү багытын көзөмөлдөй албагандыктан, PVDнин тешиктер жана жогорку пропорциядагы тар каналдар аркылуу кирүү мүмкүнчүлүгү чектелген, бул салттуу PVD технологиясын кеңейтилген колдонууну барган сайын кыйындатат. PVD процессинде тешикче оюктун пропорциясынын жогорулашы менен ылдый жагындагы жабуу азайып, үстүнкү бурчта карниз сымал асылып турган структураны түзөт, ал эми төмөнкү бурчта эң начар жабууну түзөт.
Бул маселени чечүү үчүн иондоштурулган физикалык бууларды түшүрүү технологиясы иштелип чыккан. Ал алгач бутадан чачыраган металл атомдорун ар кандай жолдор менен плазмалаштырат, андан кийин жука пленканы даярдоо үчүн металл ионунун туруктуу багыттуу агымын алуу үчүн металл иондорунун багытын жана энергиясын башкаруу үчүн пластинкага жүктөлгөн чыңалууну тууралайт, ошону менен тешиктер жана тар каналдар аркылуу жогорку пропорциядагы кадамдардын түбүн жабуу.
Иондоштурулган металл плазма технологиясынын мүнөздүү өзгөчөлүгү камерага радио жыштык катушкасын кошуу болуп саналат. Процесстин жүрүшүндө камеранын жумушчу басымы салыштырмалуу жогорку абалда (нормалдуу жумушчу басымдан 5—10 эсе) сакталат. PVD учурунда радио жыштык катушкасы экинчи плазма аймагын түзүү үчүн колдонулат, мында аргон плазмасынын концентрациясы радио жыштыктын күчү жана газ басымынын жогорулашы менен көбөйөт. Бутадан чачыраган металл атомдору бул аймактан өткөндө, алар жогорку тыгыздыктагы аргон плазмасы менен өз ара аракеттенип, металл иондорун пайда кылат.
RF булагын пластинка алып жүрүүчүгө колдонуу (мисалы, электростатикалык патрон сыяктуу) металл оң иондорун тешикче оюктун түбүнө тартуу үчүн пластинкадагы терс багытты жогорулатат. Вафли бетине перпендикуляр болгон бул багыттагы металл ионунун агымы жогорку пропорциядагы тешикчелердин жана тар каналдардын кадам түбүн жабууну жакшыртат.
Вафлиге колдонулуучу терс тенденция ошондой эле иондордун пластинанын үстүн бомбалоосуна алып келет (тескери чачыратуу), бул тешикче оюктун оозунун ашыкча түзүлүшүн алсыратат жана түбүндө жайгашкан пленканы тешикченин түбүнүн бурчтарындагы капталдарына чачыратат. оюк, ошону менен бурчтарда кадам жабууну күчөтөт.
3.6 Атмосфералык басымдагы химиялык бууларды жайгаштыруу үчүн жабдуулар
Атмосфералык басымдагы химиялык бууларды түшүрүү (APCVD) жабдуулары - бул газ түрүндөгү реакция булагын туруктуу ылдамдыкта ысытылган катуу субстраттын бетине атмосфералык басымга жакын басымдагы чөйрөдө чачып, реакция булагын химиялык реакцияга алып келүүчү түзүлүш. субстрат бетине, ал эми реакция продуктусу жука пленка түзүү үчүн субстрат бетине жайгаштырылат.
APCVD жабдуулары эң алгачкы CVD жабдуулары болуп саналат жана дагы эле өнөр жай өндүрүшүндө жана илимий изилдөөдө кеңири колдонулат. APCVD жабдуусу монокристалл кремний, поликристалл кремний, кремний диоксиди, цинк оксиди, титандын диоксиди, фосфосиликат айнек жана борофосфосиликат айнек сыяктуу жука пленкаларды даярдоо үчүн колдонулушу мүмкүн.
3.7 Төмөн басымдагы химиялык бууларды жайгаштыруу үчүн жабдуулар
Төмөн басымдагы химиялык бууларды түшүрүү (LPCVD) жабдуулары ысытылган (350-1100°C) жана төмөнкү басымдагы (10-100mTorr) чөйрөдө катуу субстраттын бетинде химиялык реакцияга газ түрүндөгү чийки заттарды колдонгон жабдууларды билдирет, жана реагенттер жука пленканы пайда кылуу үчүн субстраттын бетине жайгаштырылат. LPCVD жабдуулары APCVD базасында жука пленкалардын сапатын жакшыртуу, пленканын калыңдыгы жана каршылыгы сыяктуу мүнөздүү параметрлердин бөлүштүрүлүшүнүн бирдейлигин жакшыртуу жана өндүрүштүн натыйжалуулугун жогорулатуу үчүн иштелип чыккан.
Анын негизги өзгөчөлүгү төмөнкү басымдагы жылуулук талаасынын чөйрөсүндө процесстик газ пластинка субстратынын бетинде химиялык реакцияга кирип, реакция продуктылары жука пленканы пайда кылуу үчүн субстраттын бетине жайгаштырылат. LPCVD жабдуулары жогорку сапаттагы жука пленкаларды даярдоодо артыкчылыктарга ээ жана кремний оксиди, кремний нитриди, полисиликий, кремний карбиди, галлий нитриди жана графен сыяктуу жука пленкаларды даярдоо үчүн колдонулушу мүмкүн.
APCVD менен салыштырганда, LPCVD жабдууларынын төмөнкү басымдагы реакция чөйрөсү реакция камерасындагы газдын орточо эркин жолун жана диффузия коэффициентин жогорулатат.
Реакция камерасындагы реакция газы жана ташуучу газ молекулалары кыска убакыттын ичинде бир калыпта бөлүштүрүлүшү мүмкүн, ошентип пленканын калыңдыгынын бирдейлигин, каршылыктын бирдейлигин жана пленканын тепкичтүү жабууну абдан жакшыртат, ошондой эле реакция газын керектөө да аз. Мындан тышкары, төмөнкү басымдуу чөйрө да газ заттардын өтүү ылдамдыгын тездетет. Субстраттан таралган аралашмалар жана реакциянын кошумча продуктулары чек ара катмары аркылуу реакция аймагынан тез чыгарылат, ал эми реакция газы реакция үчүн субстраттын бетине жетүү үчүн чек ара катмарынан тез өтөт, ошентип өзүн-өзү допингди эффективдүү басат, тик өткөөл зоналары менен жогорку сапаттагы тасмалар, ошондой эле өндүрүштүн натыйжалуулугун жогорулатуу.
3.8 Плазмадагы жакшыртылган химиялык бууларды жайгаштыруу үчүн жабдуулар
Плазманын күчөтүлгөн химиялык буу катмары (PECVD) кеңири колдонулган тхин пленка коюу технологиясы. Плазма процессинде газ түрүндөгү прекурсор плазманын таасири астында иондоштурулуп, толкунданган активдүү топторду пайда кылат, алар субстраттын бетине диффузияланат жана андан кийин пленканын өсүшүн аяктоо үчүн химиялык реакцияларга кирет.
Плазманын пайда болуу жыштыгы боюнча, PECVDде колдонулган плазманы эки түргө бөлүүгө болот: радио жыштык плазмасы (RF плазмасы) жана микротолкундуу плазма (Микротолкундуу плазма). Азыркы учурда, өнөр жайда колдонулган радио жыштык жалпысынан 13.56MHz болуп саналат.
Радио жыштык плазмасын киргизүү, адатта, эки түргө бөлүнөт: сыйымдуулук байланыш (CCP) жана индуктивдүү байланыш (ICP). Capacitive бириктирүү ыкмасы, адатта, түздөн-түз плазма реакция ыкмасы болуп саналат; ал эми индуктивдүү кошулуу ыкмасы түз плазма ыкмасы же алыскы плазма ыкмасы болушу мүмкүн.
Жарым өткөргүч өндүрүш процесстеринде, PECVD көбүнчө металлдарды же башка температурага сезгич структураларды камтыган субстраттарда ичке пленкаларды өстүрүү үчүн колдонулат. Мисалы, интегралдык микросхемалардын арткы металлды өз ара байланыштыруу тармагында, аппараттын булагы, дарбазасы жана дренаждык структуралары фронттук процессте калыптангандыктан, металлдын өз ара байланышы тармагында жука пленкалардын өсүшү байкалат. абдан катуу жылуулук бюджет чектөөлөргө, ошондуктан, адатта, плазма жардамы менен аяктады. Плазма процессинин параметрлерин тууралоо менен, PECVD тарабынан өстүрүлгөн жука пленканын тыгыздыгы, химиялык курамы, ыпластыктын курамы, механикалык бышыктыгы жана стресс параметрлери белгилүү бир диапазондо жөнгө салынып, оптималдаштырылышы мүмкүн.
3.9 Атомдук катмарларды жайгаштыруу үчүн жабдуулар
Атомдук катмардын катмары (ALD) - бул квази-моноатомдук катмар түрүндө мезгил-мезгили менен өсүүчү жука пленка коюу технологиясы. Анын өзгөчөлүгү - өсүү циклдеринин санын көзөмөлдөө менен салынган пленканын калыңдыгын так жөнгө салууга болот. Химиялык бууларды жайгаштыруу (CVD) процессинен айырмаланып, ALD процессиндеги эки (же андан көп) прекурсорлор кезектешип субстраттын бетинен өтүп, сейрек кездешүүчү газды тазалоо менен натыйжалуу изоляцияланат.
Эки прекурсор химиялык реакцияга газ фазасында аралашпайт жана жолугушат, бирок субстрат бетинде химиялык адсорбция аркылуу гана реакцияга кирет. Ар бир ALD циклинде субстрат бетинде адсорбцияланган прекурсордун саны субстрат бетиндеги активдүү топтордун тыгыздыгына байланыштуу. Субстрат бетиндеги реактивдүү топтор түгөнүп калганда, прекурсордун ашыкчасы киргизилсе да, субстрат бетинде химиялык адсорбция болбойт.
Бул реакция процесси беттик өзүн-өзү чектөө реакциясы деп аталат. Бул процесс механизми ALD процессинин ар бир циклинде өскөн пленканын калыңдыгын туруктуу кылат, ошондуктан ALD процесси так калыңдыкты көзөмөлдөө жана жакшы пленка кадамын жабуунун артыкчылыктарына ээ.
3.10 Молекулярдык нурдун эпитаксиялык аппаратурасы
Molecular Beam Epitaxy (MBE) системасы бир же бир нече жылуулук энергиясын атомдук нурларды же молекулярдык нурларды ультра жогорку вакуум шарттарында ысытылган субстраттын бетине белгилүү бир ылдамдыкта чачуу жана субстраттын бетинде адсорбциялоо жана миграциялоо үчүн колдонгон эпитаксиалдык түзүлүштү билдирет. субстрат материалынын кристалл огунун багыты боюнча монокристаллдуу жука пленкаларды эпитаксиалдык өстүрүүгө. Жалпысынан алганда, жылуулук калканч менен реактивдүү меш менен жылытуу шартында, нур булагы атомдук нурду же молекулалык нурду түзөт, ал эми пленка субстрат материалынын кристалл огунун багыты боюнча катмар-кабат өсөт.
Анын мүнөздөмөлөрү төмөн эпитаксиалдык өсүү температурасы болуп саналат, жана жоондугу, Interface, химиялык курамы жана ыпластык концентрациясы так атомдук денгээлде көзөмөлдөнүшү мүмкүн. MBE жарым өткөргүчтүү ультра жука монокристалл пленкаларын даярдоодон келип чыкканына карабастан, анын колдонулушу азыр металлдар жана изоляциялоочу диэлектриктер сыяктуу ар кандай материалдык системаларга чейин кеңейди жана III-V, II-VI, кремний, кремний германий (SiGe) даярдай алат. ), графен, оксиддер жана органикалык пленкалар.
Молекулярдык нур эпитаксиясы (MBE) системасы, негизинен, өтө жогорку вакуум системасы, молекулярдык нур булагы, субстрат бекитүү жана жылытуу системасы, үлгү өткөрүп берүү системасы, жеринде мониторинг системасы, башкаруу системасы, жана тесттен турат. системасы.
Вакуумдук системага вакуумдук насостор (механикалык насостор, молекулярдык насостор, иондук насостор жана конденсация насостору ж.б.) жана ар кандай клапандар кирет, алар өтө жогорку вакуумдук өсүү чөйрөсүн түзө алат. Жалпысынан жетүүгө мүмкүн болгон вакуумдук даража 10-8ден 10-11 Торрго чейин. Вакуум системасы негизинен үч вакуумдук жумушчу камерага ээ, атап айтканда, үлгү инъекциялык камера, алдын ала тазалоо жана беттик талдоо камерасы жана өсүү камерасы.
Үлгү инъекциялык камера башка камералардын жогорку вакуумдук шарттарын камсыз кылуу үчүн үлгүлөрдү тышкы дүйнөгө өткөрүп берүү үчүн колдонулат; алдын ала тазалоо жана беттик талдоо камерасы үлгү инъекциялык камераны жана өстүрүүчү камераны бириктирет жана анын негизги милдети үлгүнү алдын ала иштетүү (субстраттын бетинин толук тазалыгын камсыз кылуу үчүн жогорку температурадагы газсыздандыруу) жана беттин алдын ала анализин жүргүзүү. тазаланган үлгү; өсүү камерасы MBE тутумунун негизги бөлүгү болуп саналат, негизинен булак мешинен жана анын тиешелүү жапкыч жыйындысынан, үлгү башкаруу консолунан, муздатуу тутумунан, чагылдыруучу жогорку энергиялуу электрон дифракциясынан (RHEED) жана жеринде мониторинг тутумунан турат. . Кээ бир өндүрүш MBE жабдуулары бир нече өсүү камерасынын конфигурацияларына ээ. MBE жабдууларынын структурасынын схемалык схемасы төмөндө көрсөтүлгөн:
Кремний материалынын MBE чийки зат катары жогорку тазалыктагы кремнийди колдонот, өтө жогорку вакуум (10-10～10-11Torr) шарттарында өсөт жана өсүү температурасы 600～900℃, Ga (P-тип) жана Sb ( N-тип) допинг булактары катары. P, As жана B сыяктуу кеңири колдонулган допинг булактары нур булактары катары сейрек колдонулат, анткени аларды буулантуу кыйын.
MBE реакциялык камерасы өтө жогорку вакуумдук чөйрөгө ээ, ал молекулалардын орточо эркин жолун көбөйтөт жана өсүп жаткан материалдын бетинде булганууну жана кычкылданууну азайтат. Даярдалган эпитаксиалдык материал жакшы беттик морфологияга жана бир тектүүлүккө ээ жана ар кандай допинг же ар кандай материалдык компоненттер менен көп катмарлуу түзүлүшкө айландырылат.
MBE технологиясы бир атомдук катмардын калыңдыгы менен ультра жука эпитаксиалдык катмарлардын кайра-кайра өсүшүнө жетишет жана эпитаксиалдык катмарлардын ортосундагы интерфейс тик. Ал III-V жарым өткөргүчтөрдүн жана башка көп компоненттүү гетерогендүү материалдардын өсүшүнө өбөлгө түзөт. Азыркы учурда MBE системасы микротолкундуу приборлордун жана оптоэлектрондук приборлордун жаны муундагы про-грессивдуу технологиялык жабдуулар болуп калды. MBE технологиясынын кемчиликтери пленканын жай өсүү темпи, жогорку вакуум талаптары жана жабдууларды жана жабдууларды колдонууга кеткен чыгымдарды камтыйт.
3.11 Буу фазасынын эпитаксиялык системасы
Буу фазалык эпитаксия (VPE) системасы газ түрүндөгү кошулмаларды субстратка ташыган жана химиялык реакциялар аркылуу субстрат сыяктуу торчо түзүлүштөгү бир кристаллдык материал катмарын алган эпитаксиалдык өстүрүүчү түзүлүштү билдирет. Эпитаксиалдык катмар гомоэпитаксиалдык катмар (Si/Si) же гетероэпитаксиалдык катмар (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 ж. б.) болушу мүмкүн. Азыркы учурда, VPE технологиясы наноматериалдарды даярдоо, энергетикалык түзүлүштөр, жарым өткөргүчтүү оптоэлектрондук приборлор, күн фотоэлектрлери жана интегралдык микросхемалар тармактарында кеңири колдонулуп келет.
Типтүү VPEге атмосфералык басымдын эпитаксиясы жана кыскартылган басым эпитаксиясы, ультра жогорку вакуумдагы химиялык буулардын чөктүрүлүшү, металлдын органикалык химиялык буусунун түшүүсү, ж.б. кирет. VPE технологиясынын негизги пункттары реакция камерасынын дизайны, газ агымынын режими жана бирдейлиги, температуранын бирдейлиги жана тактыгын көзөмөлдөө, басымды көзөмөлдөө жана туруктуулук, бөлүкчөлөрдү жана кемчиликтерди көзөмөлдөө, ж.б.
Азыркы учурда, негизги коммерциялык VPE системаларынын өнүгүү багыты чоң пластинкаларды жүктөө, толук автоматтык башкаруу жана температуранын жана өсүү процессинин реалдуу убакыт режиминде мониторинги. VPE системалары үч түзүлүшкө ээ: вертикалдуу, горизонталдуу жана цилиндрдик. Жылытуу ыкмаларына каршылык жылытуу, жогорку жыштыктагы индукциялык жылытуу жана инфракызыл нурлануу жылытуу кирет.
Азыркы учурда, VPE системалары көбүнчө эпитаксиалдык пленканын өсүшүнүн жакшы бирдейлиги жана чоң пластинка жүктөлүү өзгөчөлүктөрүнө ээ горизонталдуу диск структураларын колдонушат. VPE системалары, адатта, төрт бөлүктөн турат: реактор, жылытуу системасы, газ жолу системасы жана башкаруу системасы. GaAs жана GaN эпитаксиалдык пленкалардын өсүү убактысы салыштырмалуу узак болгондуктан, көбүнчө индукциялык жылытуу жана каршылык жылытуу колдонулат. кремний VPE, коюу эпитаксиалдык пленка өсүшү негизинен индукциялык жылытуу колдонот; жука эпитаксиалдык пленканын өсүшү көбүнчө температуранын тез көтөрүлүшү/түшүрүү максатына жетүү үчүн инфракызыл жылытууну колдонот.
3.12 Суюк фазалык эпитаксиялык система
Суюк фазалык эпитаксия (LPE) системасы өстүрүлө турган материалды (мисалы, Si, Ga, As, Al, ж.б.) жана кошумча заттарды (мисалы, Zn, Te, Sn ж.б.) эритүүчү эпитаксиалдык өстүрүүчү жабдууларды билдирет төмөн эрүү температурасы бар металл (мисалы, Ga, In ж.б.), ошону менен эриген зат эриткичте каныккан же ашыкча каныккан, андан кийин монокристаллдык субстрат эритме менен байланышып, эриткичтен ээриген зат менен тундурулган. акырындык менен муздап, субстраттын бетинде кристаллдык түзүлүшкө жана решетка константасына окшош кристалл материалынын катмары өсөт.
LPE ыкмасы Nelson жана башкалар тарабынан сунушталган. 1963-жылы Si жука пленкаларын жана монокристаллдык материалдарды, ошондой эле III-IV топтору жана сымап кадмий теллуриди сыяктуу жарым өткөргүч материалдарды өстүрүү үчүн колдонулат жана ар кандай оптоэлектрондук приборлорду, микротолкундуу приборлорду, жарым өткөргүч приборлорду жана күн батареяларын жасоо үчүн колдонулушу мүмкүн. .
——————————————————————————————————————————————————————————————— ————————————
Semicera камсыз кыла алатграфит бөлүктөрү, жумшак/катуу кийиз, кремний карбид бөлүктөрү, CVD кремний карбид бөлүктөрү, жанаSiC/TaC капталган бөлүктөрүменен 30 күндүн ичинде.
Эгерде сизди жогорудагы жарым өткөргүч өнүмдөр кызыктырса,сураныч, биринчи жолу биз менен байланышуудан тартынба.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Посттун убактысы: 31-август-2024