1. Kirish
Substrat materiallari yuzasiga moddalarni (xom ashyolarni) fizik yoki kimyoviy usullar bilan biriktirish jarayoni yupqa qatlam o'sishi deb ataladi.
Turli xil ish printsiplariga ko'ra, integral mikrosxemalar yupqa plyonkali qatlamlarni quyidagilarga bo'lish mumkin:
-Jismoniy bug'ning cho'kishi (PVD);
-Kimyoviy bug'larning cho'kishi (KVD);
- Kengaytma.
2. Yupqa qatlamni o'stirish jarayoni
2.1 Jismoniy bug'larning cho'kishi va purkash jarayoni
Jismoniy bug'ni cho'ktirish (PVD) jarayoni gofret yuzasida nozik bir plyonka hosil qilish uchun vakuumli bug'lanish, püskürtme, plazma qoplamasi va molekulyar nur epitaksisi kabi jismoniy usullardan foydalanishni anglatadi.
VLSI sanoatida eng ko'p qo'llaniladigan PVD texnologiyasi püskürtme bo'lib, u asosan elektrodlar va integral mikrosxemalar metall o'zaro bog'lanishi uchun ishlatiladi. Sputtering - bu yuqori vakuum sharoitida tashqi elektr maydoni ta'sirida nodir gazlar [argon (Ar) kabi) ionlarga (masalan, Ar +) ionlangan va yuqori kuchlanishli muhitda maqsadli material manbasini bombardimon qilish jarayoni. maqsadli materialning atomlari yoki molekulalarini taqillatib, so'ngra to'qnashuvsiz parvoz jarayonidan keyin yupqa plyonka hosil qilish uchun gofret yuzasiga etib boradi. Ar barqaror kimyoviy xususiyatlarga ega va uning ionlari maqsadli material va plyonka bilan kimyoviy reaksiyaga kirishmaydi. Integral mikrosxemalar 0,13 mkm mis o'zaro bog'lanish davriga kirganda, mis to'siqli material qatlami titanium nitridi (TiN) yoki tantal nitridi (TaN) plyonkasidan foydalanadi. Sanoat texnologiyasiga bo'lgan talab kimyoviy reaktsiyalarni püskürtme texnologiyasini tadqiq qilish va rivojlantirishga yordam berdi, ya'ni püskürtme kamerasida Ar dan tashqari, reaktiv gaz azot (N2) ham mavjud bo'lib, Ti yoki Ta dan bombardimon qilinadi. maqsadli material Ti yoki Ta kerakli TiN yoki TaN plyonka hosil qilish uchun N2 bilan reaksiyaga kirishadi.
Uchta tez-tez qo'llaniladigan püskürtme usuli mavjud, ya'ni doimiy oqim, radio chastotasi va magnetronli püskürtme. Integral mikrosxemalar integratsiyasi o'sishda davom etar ekan, ko'p qatlamli metall simlarning qatlamlari soni ortib bormoqda va PVD texnologiyasini qo'llash tobora kengayib bormoqda. PVD materiallariga Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 va boshqalar kiradi.
PVD va püskürtme jarayonlari, odatda, 1 × 10-7 dan 9 × 10-9 Torr gacha bo'lgan vakuum darajasiga ega bo'lgan yuqori muhrlangan reaksiya kamerasida yakunlanadi, bu reaksiya jarayonida gazning tozaligini ta'minlashi mumkin; shu bilan birga, maqsadni bombardimon qilish uchun etarlicha yuqori kuchlanish hosil qilish uchun noyob gazni ionlash uchun tashqi yuqori kuchlanish talab qilinadi. PVD va purkash jarayonlarini baholashning asosiy parametrlari chang miqdori, shuningdek, hosil bo'lgan plyonkaning qarshilik qiymati, bir xilligi, aks ettirish qalinligi va stressini o'z ichiga oladi.
2.2 Kimyoviy bug'larni cho'ktirish va purkash jarayoni
Kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD) turli xil qisman bosimga ega bo'lgan turli xil gazsimon reaktivlar ma'lum bir harorat va bosimda kimyoviy reaksiyaga kirishadigan va hosil bo'lgan qattiq moddalar kerakli yupqalikni olish uchun substrat materialining yuzasiga yotqizilgan jarayon texnologiyasiga ishora qiladi. film. An'anaviy integral mikrosxemalar ishlab chiqarish jarayonida olingan nozik kino materiallari odatda oksidlar, nitridlar, karbidlar yoki polikristalli kremniy va amorf kremniy kabi materiallar kabi birikmalardir. Manba va drenaj SiGe yoki Si selektiv epitaksial o'sishi kabi 45nm tugunidan keyin ko'proq qo'llaniladigan selektiv epitaksial o'sish ham CVD texnologiyasidir.
Ushbu texnologiya bir xil turdagi yoki asl panjaraga o'xshash yagona kristalli materiallarni kremniyning yagona kristalli substratida yoki asl panjara bo'ylab boshqa materiallarda shakllantirishni davom ettirishi mumkin. CVD izolyatsion dielektrik plyonkalar (masalan, SiO2, Si3N4 va SiON va boshqalar) va metall plyonkalar (masalan, volfram va boshqalar) o'sishida keng qo'llaniladi.
Umuman olganda, bosim tasnifiga ko'ra, CVD atmosfera bosimi kimyoviy bug 'cho'kishi (APCVD), atmosfera ostidagi kimyoviy bug'larning cho'kishi (SAPCVD) va past bosimli kimyoviy bug'larning cho'kishi (LPCVD) ga bo'linishi mumkin.
Harorat tasnifiga ko'ra, CVD yuqori haroratli / past haroratli oksidli plyonkali kimyoviy bug 'birikishiga (HTO / LTO CVD) va tez termal kimyoviy bug'larning cho'kishiga (Rapid Thermal CVD, RTCVD) bo'linishi mumkin;
Reaktsiya manbasiga ko'ra, CVD silan asosidagi CVD, polyester asosidagi CVD (TEOS asosidagi CVD) va metall organik kimyoviy bug'larning cho'kishi (MOCVD) ga bo'linishi mumkin;
Energiya tasnifiga ko'ra, CVD termal kimyoviy bug 'cho'kishi (Termal CVD), plazma kuchaytirilgan kimyoviy bug'ning cho'kishi (Plasma Enhanced CVD, PECVD) va yuqori zichlikdagi plazma kimyoviy bug'ining cho'kishi (Yuqori zichlikli plazma CVD, HDPCVD) ga bo'linishi mumkin. So'nggi paytlarda mukammal bo'shliqni to'ldirish qobiliyatiga ega bo'lgan oquvchan kimyoviy bug 'cho'kishi (Flowable CVD, FCVD) ham ishlab chiqilgan.
Turli xil CVD o'stiriladigan plyonkalar turli xil xususiyatlarga ega (masalan, kimyoviy tarkibi, dielektrik o'tkazuvchanligi, kuchlanish, kuchlanish va buzilish kuchlanishi) va turli xil jarayon talablariga (harorat, qadam qoplamasi, to'ldirish talablari va boshqalar) ko'ra alohida ishlatilishi mumkin.
2.3 Atom qatlamini cho'ktirish jarayoni
Atom qatlamini cho'ktirish (ALD) - qatlam bo'ylab bitta atom plyonka qatlamini o'stirish orqali substrat materialida atomlarning qatlam qatlamiga cho'kishi. Oddiy ALD reaktorga o'zgaruvchan impulsli usulda gazsimon prekursorlarni kiritish usulini qo'llaydi.
Misol uchun, birinchi navbatda, reaktsiya prekursori 1 substrat yuzasiga kiritiladi va kimyoviy adsorbsiyadan so'ng substrat yuzasida yagona atom qatlami hosil bo'ladi; keyin substrat yuzasida va reaksiya kamerasida qolgan prekursor 1 havo nasosi bilan chiqariladi; keyin reaksiya prekursori 2 substrat yuzasiga kiritiladi va substrat yuzasida mos keladigan nozik plyonkali materialni va tegishli yon mahsulotlarni hosil qilish uchun substrat yuzasida adsorbsiyalangan prekursor 1 bilan kimyoviy reaksiyaga kirishadi; prekursor 1 to'liq reaksiyaga kirishganda, reaktsiya avtomatik ravishda tugaydi, bu ALDning o'zini o'zi cheklovchi xususiyatidir, keyin qolgan reaktivlar va qo'shimcha mahsulotlar o'sishning keyingi bosqichiga tayyorgarlik ko'rish uchun chiqariladi; yuqoridagi jarayonni doimiy ravishda takrorlash orqali, bir atomli qatlam bilan o'stirilgan yupqa plyonkali materiallarni cho'ktirishga erishish mumkin.
Ham ALD, ham CVD substrat yuzasida kimyoviy reaksiyaga kirishish uchun gazsimon kimyoviy reaktsiya manbasini kiritish usullaridir, ammo farq shundaki, CVD ning gazsimon reaktsiyasi manbai o'z-o'zidan o'sish xususiyatiga ega emas. Ko'rinib turibdiki, ALD texnologiyasini ishlab chiqishning kaliti o'zini o'zi cheklaydigan reaktsiya xususiyatlariga ega bo'lgan prekursorlarni topishdir.
2.4 Epitaksial jarayon
Epitaksial jarayon substratda to'liq tartiblangan yagona kristalli qatlamni o'stirish jarayonini anglatadi. Umuman olganda, epitaksial jarayon bitta kristall substratda asl substrat bilan bir xil panjara yo'nalishiga ega bo'lgan kristall qatlamni o'stirishdir. Epitaksial jarayon yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi, masalan, integral mikrosxemalar sanoatida epitaksial kremniy gofretlari, MOS tranzistorlarining o'rnatilgan manba va drenaj epitaksial o'sishi, LED substratlarida epitaksial o'sish va boshqalar.
O'sish manbasining turli faza holatlariga ko'ra, epitaksial o'sish usullarini qattiq fazali epitaksiya, suyuq fazali epitaksiya va bug 'fazasi epitaksiyasiga bo'lish mumkin. Integral mikrosxemalar ishlab chiqarishda tez-tez ishlatiladigan epitaksial usullar qattiq fazali epitaksiya va bug 'fazasi epitaksisidir.
Qattiq fazali epitaksiya: qattiq manbadan foydalangan holda substratda bitta kristall qatlamning o'sishini anglatadi. Misol uchun, ion implantatsiyasidan keyin termal tavlanish aslida qattiq fazali epitaksiya jarayonidir. Ion implantatsiyasi vaqtida kremniy plitasining kremniy atomlari yuqori energiyali implantatsiya qilingan ionlar tomonidan bombardimon qilinadi va o'zlarining dastlabki panjara holatini qoldirib, amorf bo'lib, sirt amorf kremniy qatlamini hosil qiladi. Yuqori haroratli termal tavlanishdan so'ng, amorf atomlar panjara holatiga qaytadi va substrat ichidagi atom kristalining yo'nalishiga mos keladi.
Bug 'fazasi epitaksisining o'sish usullari kimyoviy bug' fazasi epitaksisi, molekulyar nur epitaksisi, atom qatlami epitaksisi va boshqalarni o'z ichiga oladi. Integral mikrosxemalarni ishlab chiqarishda kimyoviy bug' fazasi epitaksisi eng ko'p qo'llaniladi. Kimyoviy bug 'fazasi epitaksiyasi printsipi asosan kimyoviy bug'larning cho'kishi bilan bir xil. Ikkalasi ham gaz aralashmasidan keyin gofretlar yuzasida kimyoviy reaksiyaga kirishib, yupqa plyonkalarni to'playdigan jarayonlardir.
Farqi shundaki, kimyoviy bug 'fazasi epitaksisi bitta kristall qatlamni o'stirganligi sababli, uskunadagi nopoklik tarkibi va gofret yuzasining tozaligi uchun yuqori talablarga ega. Erta kimyoviy bug 'fazasi epitaksial kremniy jarayoni yuqori harorat sharoitida (1000 ° C dan yuqori) amalga oshirilishi kerak. Texnologik asbob-uskunalarni takomillashtirish, ayniqsa vakuum almashish kamerasi texnologiyasini qabul qilish bilan jihozlar bo'shlig'ining tozaligi va kremniy gofret yuzasi sezilarli darajada yaxshilandi va kremniy epitaksisi past haroratda (600-700 °) amalga oshirilishi mumkin. C). Epitaksial kremniy gofret jarayoni kremniy gofreti yuzasida bir kristalli kremniy qatlamini o'stirishdan iborat.
Asl kremniy substrat bilan solishtirganda, epitaksial kremniy qatlami yuqori poklik va kamroq panjara nuqsonlariga ega va shu bilan yarimo'tkazgich ishlab chiqarish rentabelligini oshiradi. Bundan tashqari, silikon gofretda o'stirilgan epitaksial kremniy qatlamining o'sish qalinligi va doping kontsentratsiyasi moslashuvchan tarzda ishlab chiqilishi mumkin, bu esa qurilma dizayniga moslashuvchanlikni keltirib chiqaradi, masalan, substrat qarshiligini pasaytirish va substrat izolyatsiyasini kuchaytirish. O'rnatilgan manba-drenaj epitaksial jarayoni ilg'or mantiqiy texnologiya tugunlarida keng qo'llaniladigan texnologiyadir.
Bu MOS tranzistorlarining manba va drenaj hududlarida epitaksial ravishda o'sib borayotgan germaniy kremniy yoki kremniy jarayoniga ishora qiladi. O'rnatilgan manba-drenaj epitaksial jarayonini joriy etishning asosiy afzalliklari quyidagilardan iborat: panjara moslashuvi tufayli stressni o'z ichiga olgan psevdokristal qatlamni o'stirish, kanal tashuvchining harakatchanligini yaxshilash; manba va drenajning in-situ dopingi manba-drenaj birikmasining parazitar qarshiligini kamaytirishi va yuqori energiyali ion implantatsiyasining nuqsonlarini kamaytirishi mumkin.
3. yupqa plyonka o'sish uskunasi
3.1 Vakuumli bug'lanish uskunalari
Vakuumli bug'lanish - bu vakuum kamerasida qattiq materiallarni bug'lanishiga, bug'lanishiga yoki sublimatsiyalanishiga olib keladigan va keyin kondensatsiyalanishi va ma'lum bir haroratda substrat materialining yuzasiga cho'kishi uchun isitiladigan qoplama usuli.
Odatda u uch qismdan, ya'ni vakuum tizimi, bug'lanish tizimi va isitish tizimidan iborat. Vakuum tizimi vakuum quvurlari va vakuum nasoslaridan iborat bo'lib, uning asosiy vazifasi bug'lanish uchun malakali vakuum muhitini ta'minlashdir. Bug'lanish tizimi bug'lanish stoli, isitish komponenti va haroratni o'lchash komponentidan iborat.
Bug'lanish uchun mo'ljallangan material (Ag, Al va boshqalar) bug'lanish stoliga qo'yiladi; isitish va haroratni o'lchash komponenti silliq bug'lanishni ta'minlash uchun bug'lanish haroratini nazorat qilish uchun ishlatiladigan yopiq pastadir tizimidir. Isitish tizimi gofret bosqichi va isitish komponentidan iborat. Gofret bosqichi yupqa plyonka bug'lanishi kerak bo'lgan substratni joylashtirish uchun ishlatiladi va isitish komponenti substratni isitish va haroratni o'lchash geribildirim nazoratini amalga oshirish uchun ishlatiladi.
Vakuum muhiti vakuumli bug'lanish jarayonida juda muhim shart bo'lib, bug'lanish tezligi va plyonka sifati bilan bog'liq. Agar vakuum darajasi talablarga javob bermasa, bug'langan atomlar yoki molekulalar qoldiq gaz molekulalari bilan tez-tez to'qnashadi, bu ularning o'rtacha erkin yo'lini kichikroq qiladi va atomlar yoki molekulalar jiddiy ravishda tarqalib ketadi va shu bilan harakat yo'nalishini o'zgartiradi va plyonkani kamaytiradi. shakllanish darajasi.
Bundan tashqari, qoldiq nopok gaz molekulalari mavjudligi sababli, yotqizilgan plyonka jiddiy ifloslangan va sifatsiz bo'ladi, ayniqsa kameraning bosimining ko'tarilish tezligi standartga mos kelmasa va oqish bo'lsa, havo vakuum kamerasiga oqib chiqadi. , bu film sifatiga jiddiy ta'sir qiladi.
Vakuumli bug'lanish uskunasining strukturaviy xususiyatlari katta o'lchamli substratlarda qoplamaning bir xilligi yomon ekanligini aniqlaydi. Uning bir xilligini yaxshilash uchun manba-substrat masofasini oshirish va substratni aylantirish usuli odatda qabul qilinadi, lekin manba-substrat masofasini oshirish filmning o'sish tezligi va tozaligini qurbon qiladi. Shu bilan birga, vakuum maydonining ko'payishi tufayli bug'langan materialdan foydalanish darajasi kamayadi.
3.2 DC jismoniy bug 'cho'ktirish uskunasi
To'g'ridan-to'g'ri oqimdagi jismoniy bug 'cho'kishi (DCPVD) katodli püskürtme yoki vakuumli DC ikki bosqichli püskürtme sifatida ham tanilgan. Vakuumli to'g'ridan-to'g'ri purkashning maqsadli materiali katod sifatida ishlatiladi va substrat anod sifatida ishlatiladi. Vakuumli püskürtme - bu texnologik gazni ionlash orqali plazma hosil qilish.
Plazmadagi zaryadlangan zarralar ma'lum miqdorda energiya olish uchun elektr maydonida tezlashadi. Etarli energiyaga ega bo'lgan zarralar maqsadli materialning sirtini bombardimon qiladi, shuning uchun maqsadli atomlar tarqaladi; ma'lum bir kinetik energiyaga ega bo'lgan sochilgan atomlar substrat yuzasida yupqa qatlam hosil qilish uchun substrat tomon harakatlanadi. Buzilish uchun ishlatiladigan gaz odatda argon (Ar) kabi kam uchraydigan gazdir, shuning uchun püskürtme natijasida hosil bo'lgan plyonka ifloslanmaydi; Bundan tashqari, argonning atom radiusi püskürtme uchun ko'proq mos keladi.
Chaqnayotgan zarrachalarning o'lchami püskürtülecek maqsadli atomlarning o'lchamiga yaqin bo'lishi kerak. Agar zarrachalar juda katta yoki juda kichik bo'lsa, samarali püskürtme hosil bo'lmaydi. Atomning o'lcham omiliga qo'shimcha ravishda, atomning massa omili ham püskürtme sifatiga ta'sir qiladi. Agar chayqaladigan zarrachalar manbai juda engil bo'lsa, maqsadli atomlar sochilmaydi; agar chayqaladigan zarrachalar juda og'ir bo'lsa, nishon "egilib" bo'ladi va nishon purkamaydi.
DCPVD da ishlatiladigan maqsadli material o'tkazgich bo'lishi kerak. Buning sababi shundaki, jarayon gazidagi argon ionlari maqsadli materialni bombardimon qilganda, ular maqsadli material yuzasidagi elektronlar bilan qayta birlashadilar. Maqsadli material metall kabi o'tkazgich bo'lsa, bu rekombinatsiya tomonidan iste'mol qilinadigan elektronlar elektr o'tkazuvchanligi orqali maqsadli materialning boshqa qismlarida elektr ta'minoti va erkin elektronlar bilan osonroq to'ldiriladi, shuning uchun maqsadli materialning yuzasi butun manfiy zaryadlangan bo'lib qoladi va chayqalish saqlanib qoladi.
Aksincha, agar maqsadli material izolyator bo'lsa, maqsadli material yuzasidagi elektronlar rekombinatsiya qilingandan so'ng, maqsadli materialning boshqa qismlaridagi erkin elektronlar elektr o'tkazuvchanligi bilan to'ldirilmaydi va hatto musbat zaryadlar ham to'planadi. maqsadli materialning yuzasi, maqsadli material potentsialining ko'tarilishiga olib keladi va maqsadli materialning manfiy zaryadi yo'qolguncha zaiflashadi, natijada purkashning tugashiga olib keladi.
Shuning uchun, izolyatsion materiallarni purkash uchun ham yaroqli holga keltirish uchun boshqa püskürtme usulini topish kerak. Radiochastota purkash - bu o'tkazuvchan va o'tkazmaydigan maqsadlar uchun mos keladigan püskürtme usuli.
DCPVD ning yana bir kamchiligi shundaki, ateşleme kuchlanishi yuqori va substratdagi elektron bombardimonlari kuchli. Ushbu muammoni hal qilishning samarali yo'li magnetronli chayqalishdan foydalanishdir, shuning uchun magnetronli püskürtme integral mikrosxemalar sohasida haqiqatan ham amaliy ahamiyatga ega.
3.3 RF fizik bug 'cho'ktirish uskunasi
Radiochastota fizik bug 'cho'kishi (RFPVD) qo'zg'atuvchi manba sifatida radio chastotasi quvvatidan foydalanadi va turli metall va metall bo'lmagan materiallar uchun mos PVD usuli hisoblanadi.
RFPVDda ishlatiladigan RF quvvat manbaining umumiy chastotalari 13,56MHz, 20MHz va 60MHz. RF quvvat manbaining ijobiy va salbiy davrlari navbatma-navbat paydo bo'ladi. PVD maqsadi ijobiy yarim tsiklda bo'lsa, maqsadli sirt musbat potentsialda bo'lganligi sababli, jarayon atmosferasidagi elektronlar uning yuzasida to'plangan musbat zaryadni zararsizlantirish uchun maqsadli sirtga oqadi va hatto elektronlarni to'plashni davom ettiradi, uning sirtini salbiy tomonga yo'naltirish; purkash maqsadi salbiy yarim siklda bo'lsa, musbat ionlar nishonga qarab harakatlanadi va maqsadli sirtda qisman neytrallanadi.
Eng muhimi shundaki, RF elektr maydonidagi elektronlarning harakat tezligi musbat ionlarga qaraganda ancha tezdir, ijobiy va salbiy yarim davrlarning vaqti bir xil, shuning uchun to'liq tsikldan so'ng maqsad sirt bo'ladi. "aniq" manfiy zaryadlangan. Shuning uchun, dastlabki bir necha davrlarda maqsadli sirtning salbiy zaryadi ortib borayotgan tendentsiyani ko'rsatadi; keyinchalik maqsadli sirt barqaror salbiy potentsialga etadi; shundan so'ng, maqsadning manfiy zaryadi elektronlarga itarish ta'siriga ega bo'lganligi sababli, maqsad elektrod tomonidan qabul qilingan musbat va manfiy zaryadlar miqdori muvozanatga intiladi va maqsad barqaror salbiy zaryadni taqdim etadi.
Yuqoridagi jarayondan ko'rinib turibdiki, salbiy kuchlanish hosil bo'lish jarayoni maqsadli materialning o'ziga xos xususiyatlariga hech qanday aloqasi yo'q, shuning uchun RFPVD usuli nafaqat izolyatsion nishonlarning püskürtülmesi muammosini hal qila oladi, balki yaxshi mos keladi. an'anaviy metall o'tkazgich nishonlari bilan.
3.4 Magnetron purkash uskunasi
Magnetron purkash - bu nishonning orqa tomoniga magnit qo'shadigan PVD usuli. Qo'shilgan magnitlar va shahar quvvat manbai (yoki o'zgaruvchan tok manbai) tizimi magnetronli chayqalish manbasini hosil qiladi. Chaqmoq manbai kamerada interfaol elektromagnit maydon hosil qilish, kamera ichidagi plazmadagi elektronlarning harakatlanish diapazonini ushlash va cheklash, elektronlarning harakat yo'lini kengaytirish va shu bilan plazma kontsentratsiyasini oshirish va oxir-oqibat ko'proq natijaga erishish uchun ishlatiladi. yotqizish.
Bundan tashqari, nishon yuzasi yaqinida ko'proq elektronlar bog'langanligi sababli, substratning elektronlar tomonidan bombardimon qilinishi kamayadi va substratning harorati pasayadi. Yassi plastinkali DCPVD texnologiyasi bilan solishtirganda, magnetronning jismoniy bug 'cho'ktirish texnologiyasining eng aniq xususiyatlaridan biri shundaki, ateşleme tushirish kuchlanishi pastroq va barqarorroqdir.
Plazmadagi yuqori konsentratsiyali va ko'proq chayqalish rentabelligi tufayli u mukammal cho'kma samaradorligiga, katta o'lchamdagi cho'kma qalinligini nazorat qilishga, kompozitsiyani aniq boshqarishga va pastroq tutashuv kuchlanishiga erisha oladi. Shu sababli, hozirgi metall plyonka PVDda magnetronning chayqalishi dominant holatda. Eng oddiy magnetron purkash manbasi dizayni, maqsadli sirtdagi mahalliy maydonda maqsadli sirtga parallel magnit maydon hosil qilish uchun tekis nishonning orqa tomoniga (vakuum tizimidan tashqarida) magnitlar guruhini joylashtirishdir.
Agar doimiy magnit o'rnatilgan bo'lsa, uning magnit maydoni nisbatan qattiq bo'ladi, natijada kameradagi maqsadli sirtda nisbatan qattiq magnit maydon taqsimoti paydo bo'ladi. Maqsadning ma'lum joylarida faqat materiallar püskürtülür, maqsadli foydalanish darajasi past va tayyorlangan plyonkaning bir xilligi yomon.
To'kilgan metall yoki boshqa material zarralari yana maqsadli yuzada to'planib, zarrachalarga birikishi va nuqsonli ifloslanishni hosil qilish ehtimoli bor. Shuning uchun, tijoriy magnetronli püskürtme manbalari asosan plyonkaning bir xilligini, maqsadli foydalanish tezligini va to'liq maqsadli püskürtmeyi yaxshilash uchun aylanadigan magnit dizaynidan foydalanadi.
Ushbu uchta omilni muvozanatlash juda muhimdir. Agar muvozanat yaxshi ishlanmasa, bu yaxshi plyonkaning bir xilligiga olib kelishi mumkin, shu bilan birga maqsadli foydalanish tezligini sezilarli darajada kamaytiradi (maqsadli ishlash muddatini qisqartiradi) yoki to'liq maqsadli püskürtmeye yoki to'liq maqsadli korroziyaga erisha olmaydi, bu esa püskürtme paytida zarracha muammolarini keltirib chiqaradi. jarayon.
Magnetron PVD texnologiyasida aylanadigan magnit harakat mexanizmini, maqsad shaklini, maqsadli sovutish tizimini va magnetronni püskürtme manbasini, shuningdek, gofretni olib yuradigan bazaning funktsional konfiguratsiyasini, masalan, gofret adsorbsiyasini va haroratni nazorat qilishni hisobga olish kerak. PVD jarayonida gofretning harorati kerakli kristall strukturani, don hajmini va yo'nalishini, shuningdek ishlashning barqarorligini olish uchun nazorat qilinadi.
Gofretning orqa tomoni va poydevor yuzasi orasidagi issiqlik o'tkazuvchanligi ma'lum bir bosimni talab qilganligi sababli, odatda bir necha Torr tartibida va kameraning ish bosimi odatda bir necha mTorr tartibida bo'ladi, orqa tarafdagi bosim. gofretning ustki yuzasidagi bosimdan ancha katta, shuning uchun gofretni joylashtirish va cheklash uchun mexanik chuck yoki elektrostatik chuck kerak bo'ladi.
Mexanik chuck bu funktsiyani bajarish uchun o'z vazniga va gofretning chetiga tayanadi. Oddiy tuzilish va gofret materialiga befarqlik afzalliklariga ega bo'lsa-da, gofretning chekka ta'siri aniq, bu zarrachalarni qattiq nazorat qilish uchun qulay emas. Shuning uchun u IC ishlab chiqarish jarayonida asta-sekin elektrostatik chuck bilan almashtirildi.
Haroratga ayniqsa sezgir bo'lmagan jarayonlar uchun adsorbsiyasiz, chekka bo'lmagan kontaktli raf usuli (gofretning yuqori va pastki yuzalarida bosim farqi yo'q) ham qo'llanilishi mumkin. PVD jarayonida kameraning qoplamasi va plazma bilan aloqa qiladigan qismlarning yuzasi yotqiziladi va qoplanadi. Qolgan plyonka qalinligi chegaradan oshib ketganda, plyonka yorilib, tozalanadi, bu esa zarrachalar bilan bog'liq muammolarni keltirib chiqaradi.
Shuning uchun, astar kabi qismlarning sirtini qayta ishlash bu chegarani kengaytirishning kalitidir. Yuzaki qum va alyuminiy püskürtme ikki tez-tez ishlatiladigan usul bo'lib, ularning maqsadi plyonka va astar yuzasi o'rtasidagi bog'lanishni mustahkamlash uchun sirt pürüzlülüğünü oshirishdir.
3.5 Ionlashning fizik bug'larini joylashtirish uskunasi
Mikroelektronika texnologiyasining uzluksiz rivojlanishi bilan xususiyatlar o'lchamlari kichikroq va kichikroq bo'lib bormoqda. PVD texnologiyasi zarrachalarning cho'kma yo'nalishini nazorat qila olmasligi sababli, PVD ning yuqori nisbatli teshiklar va tor kanallar orqali kirish qobiliyati cheklangan bo'lib, an'anaviy PVD texnologiyasining kengaytirilgan qo'llanilishini tobora qiyinlashtirmoqda. PVD jarayonida, gözenekli yivning nisbati ortib borayotganligi sababli, pastki qismdagi qoplama pasayadi, yuqori burchakda kornişga o'xshash osilgan strukturani hosil qiladi va pastki burchakda eng zaif qoplamani hosil qiladi.
Ushbu muammoni hal qilish uchun ionlashtirilgan fizik bug'larni joylashtirish texnologiyasi ishlab chiqilgan. U dastlab nishondan sochilgan metall atomlarini turli yo'llar bilan plazmalashtiradi, so'ngra yupqa plyonka tayyorlash uchun barqaror yo'nalishli metall ionlari oqimini olish uchun metall ionlarining yo'nalishi va energiyasini nazorat qilish uchun gofretga yuklangan kuchlanish kuchlanishini sozlaydi va shu bilan yaxshilanadi. teshiklar va tor kanallar orqali yuqori nisbatli qadamlarning pastki qismini qoplash.
Ionlashtirilgan metall plazma texnologiyasining o'ziga xos xususiyati kamerada radio chastotali lasan qo'shilishi hisoblanadi. Jarayon davomida kameraning ish bosimi nisbatan yuqori holatda (normal ish bosimidan 5 dan 10 martagacha) saqlanadi. PVD vaqtida radiochastota bobini ikkinchi plazma hududini hosil qilish uchun ishlatiladi, unda argon plazmasi kontsentratsiyasi radiochastota quvvati va gaz bosimi ortishi bilan ortadi. Nishondan otilib chiqqan metall atomlari shu hududdan oʻtganda ular yuqori zichlikdagi argon plazmasi bilan oʻzaro taʼsirlashib, metall ionlarini hosil qiladi.
Gofret tashuvchisiga RF manbasini qo'llash (masalan, elektrostatik chuck) metall musbat ionlarini g'ovak truba tubiga jalb qilish uchun gofretdagi salbiy moyillikni oshirishi mumkin. Gofret yuzasiga perpendikulyar bo'lgan ushbu yo'nalishli metall ion oqimi yuqori nisbatli gözenekler va tor kanallarning qadam pastki qoplamasini yaxshilaydi.
Gofretga qo'llaniladigan salbiy moyillik, shuningdek, ionlarning gofret yuzasini bombardimon qilishiga olib keladi (teskari chayqalish), bu g'ovak truba og'zining haddan tashqari tuzilishini zaiflashtiradi va pastki qismida joylashgan plyonkani g'ovak tubining burchaklaridagi yon devorlarga sepadi. yiv, shu bilan burchaklardagi qadam qoplamini kuchaytiradi.
3.6 Atmosfera bosimining kimyoviy bug'larini joylashtirish uskunasi
Atmosfera bosimi kimyoviy bug'larini cho'ktirish (APCVD) uskunasi atmosfera bosimiga yaqin bosimli muhitda isitiladigan qattiq substrat yuzasiga gazsimon reaktsiya manbasini doimiy tezlikda püskürterek, reaktsiya manbasini kimyoviy reaktsiyaga olib keladigan qurilmani anglatadi. substrat yuzasi va reaksiya mahsuloti yupqa plyonka hosil qilish uchun substrat yuzasiga yotqiziladi.
APCVD uskunasi eng qadimgi CVD uskunasi bo'lib, sanoat ishlab chiqarishida va ilmiy tadqiqotlarda hali ham keng qo'llaniladi. APCVD uskunasi bitta kristalli kremniy, polikristal kremniy, kremniy dioksidi, sink oksidi, titanium dioksidi, fosfosilikat shishasi va borofosfosilikat oynasi kabi nozik plyonkalarni tayyorlash uchun ishlatilishi mumkin.
3.7 Past bosimli kimyoviy bug'larni joylashtirish uskunasi
Past bosimli kimyoviy bug'larni cho'ktirish (LPCVD) uskunasi isitiladigan (350-1100 ° C) va past bosimli (10-100 mTorr) muhitda qattiq substrat yuzasida kimyoviy reaksiyaga kirishish uchun gaz xomashyosidan foydalanadigan uskunani anglatadi va reaktivlar yupqa plyonka hosil qilish uchun substrat yuzasiga yotqiziladi. LPCVD uskunasi APCVD asosida yupqa plyonkalar sifatini yaxshilash, plyonka qalinligi va qarshilik kabi xarakterli parametrlarni taqsimlash bir xilligini yaxshilash va ishlab chiqarish samaradorligini oshirish uchun ishlab chiqilgan.
Uning asosiy xususiyati shundaki, past bosimli termal maydon muhitida texnologik gaz gofret substratining yuzasida kimyoviy reaksiyaga kirishadi va reaksiya mahsulotlari nozik plyonka hosil qilish uchun substrat yuzasiga yotqiziladi. LPCVD uskunasi yuqori sifatli yupqa plyonkalarni tayyorlashda afzalliklarga ega va kremniy oksidi, kremniy nitridi, polisilikon, kremniy karbid, galliy nitridi va grafen kabi nozik plyonkalarni tayyorlash uchun ishlatilishi mumkin.
APCVD bilan solishtirganda, LPCVD uskunasining past bosimli reaktsiya muhiti reaktsiya kamerasida gazning o'rtacha erkin yo'lini va diffuziya koeffitsientini oshiradi.
Reaktsiya kamerasidagi reaktsiya gazi va tashuvchi gaz molekulalari qisqa vaqt ichida teng ravishda taqsimlanishi mumkin, shuning uchun plyonka qalinligining bir xilligini, qarshilikning bir xilligini va plyonkaning qadam qoplamini sezilarli darajada yaxshilaydi va reaksiya gazining iste'moli ham kichikdir. Bundan tashqari, past bosimli muhit ham gaz moddalarining uzatish tezligini tezlashtiradi. Substratdan tarqalgan nopokliklar va reaktsiyaning qo'shimcha mahsulotlari chegara qatlami orqali tezda reaksiya zonasidan chiqarilishi mumkin va reaksiya gazi reaktsiya uchun substrat yuzasiga etib borish uchun chegara qatlamidan tezda o'tib, o'z-o'zidan dopingni samarali ravishda bostiradi, tayyorlaydi. tik o'tish zonalari bo'lgan yuqori sifatli filmlar, shuningdek, ishlab chiqarish samaradorligini oshirish.
3.8 Plazmada mustahkamlangan kimyoviy bug'larni joylashtirish uskunasi
Plazmada kuchaytirilgan kimyoviy bug 'cho'kmasi (PECVD) keng qo'llaniladigan tfilmni joylashtirish texnologiyasi. Plazma jarayonida gazsimon kashshof plazma ta'sirida ionlashtirilib, qo'zg'aluvchan faol guruhlarni hosil qiladi, ular substrat yuzasiga tarqaladi va keyin kino o'sishini yakunlash uchun kimyoviy reaktsiyalarga uchraydi.
Plazma hosil qilish chastotasiga ko'ra, PECVDda ishlatiladigan plazma ikki turga bo'linishi mumkin: radiochastota plazmasi (RF plazmasi) va mikroto'lqinli plazma (Mikroto'lqinli plazma). Hozirgi vaqtda sanoatda ishlatiladigan radio chastotasi odatda 13,56 MGts ni tashkil qiladi.
Radiochastota plazmasining kiritilishi odatda ikki turga bo'linadi: sig'imli ulanish (CCP) va induktiv ulanish (ICP). Kapasitiv ulanish usuli odatda to'g'ridan-to'g'ri plazma reaktsiyasi usuli hisoblanadi; induktiv ulanish usuli esa to'g'ridan-to'g'ri plazma usuli yoki masofaviy plazma usuli bo'lishi mumkin.
Yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqarish jarayonlarida PECVD ko'pincha metall yoki boshqa haroratga sezgir tuzilmalarni o'z ichiga olgan substratlarda yupqa plyonkalarni etishtirish uchun ishlatiladi. Masalan, integral mikrosxemalarning orqa tomonidagi metallni o'zaro bog'lash sohasida, qurilmaning manba, eshik va drenaj konstruktsiyalari oldingi jarayonda shakllanganligi sababli, metallni o'zaro bog'lash sohasida nozik plyonkalarning o'sishiga bog'liq. juda qattiq termal byudjet cheklovlariga, shuning uchun odatda plazma yordami bilan yakunlanadi. Plazma jarayoni parametrlarini sozlash orqali PECVD tomonidan o'stirilgan nozik plyonkaning zichligi, kimyoviy tarkibi, nopoklik tarkibi, mexanik chidamliligi va stress parametrlari ma'lum bir diapazonda sozlanishi va optimallashtirilishi mumkin.
3.9 Atom qatlamini joylashtirish uskunasi
Atom qatlamini cho'ktirish (ALD) - vaqti-vaqti bilan kvazi-monoatomik qatlam shaklida o'sib boruvchi yupqa qatlamli cho'kma texnologiyasi. Uning xarakteristikasi shundaki, yotqizilgan plyonkaning qalinligi o'sish davrlari sonini nazorat qilish orqali aniq sozlanishi mumkin. Kimyoviy bug 'cho'kishi (CVD) jarayonidan farqli o'laroq, ALD jarayonida ikkita (yoki undan ko'p) prekursorlar navbatma-navbat substrat yuzasidan o'tadi va noyob gazni tozalash orqali samarali ravishda ajratiladi.
Ikki prekursor kimyoviy reaksiyaga kirishish uchun gaz fazasida aralashmaydi va uchrashmaydi, faqat substrat yuzasida kimyoviy adsorbsiya orqali reaksiyaga kirishadi. Har bir ALD siklida substrat yuzasida adsorbsiyalangan prekursor miqdori substrat yuzasidagi faol guruhlarning zichligi bilan bog'liq. Substrat yuzasida reaktiv guruhlar tugagach, hatto prekursorning ortiqcha miqdori kiritilgan bo'lsa ham, substrat yuzasida kimyoviy adsorbsiya sodir bo'lmaydi.
Ushbu reaksiya jarayoni sirt o'zini o'zi cheklovchi reaktsiya deb ataladi. Ushbu jarayon mexanizmi ALD jarayonining har bir tsiklida o'stirilgan plyonkaning qalinligini doimiy qiladi, shuning uchun ALD jarayoni aniq qalinlikni nazorat qilish va yaxshi plyonka bosqichini qoplash afzalliklariga ega.
3.10 Molekulyar nurli epitaksiya uskunalari
Molekulyar nur epitaksisi (MBE) tizimi ultra yuqori vakuum sharoitida ma'lum bir tezlikda qizdirilgan substrat yuzasiga püskürtülmesi va substrat yuzasida adsorbsiyalanishi va ko'chib o'tishi uchun bir yoki bir nechta termal energiya atom nurlari yoki molekulyar nurlardan foydalanadigan epitaksial qurilmaga ishora qiladi. substrat materialining kristall o'qi yo'nalishi bo'ylab bitta kristalli yupqa plyonkalarni epitaksial ravishda o'stirish. Odatda, issiqlik pardasi bo'lgan jet o'choq bilan isitish sharti ostida, nur manbai atom nurini yoki molekulyar nurni hosil qiladi va plyonka substrat materialining kristall o'qi yo'nalishi bo'ylab qatlam qatlami o'sib boradi.
Uning xarakteristikalari past epitaksial o'sish harorati va qalinligi, interfeysi, kimyoviy tarkibi va nopoklik kontsentratsiyasi atom darajasida aniq nazorat qilinishi mumkin. MBE yarimo'tkazgichli ultra yupqa monokristal plyonkalarni tayyorlashdan kelib chiqqan bo'lsa-da, uning qo'llanilishi hozirda metallar va izolyatsion dielektriklar kabi turli xil materiallar tizimlariga kengaydi va III-V, II-VI, kremniy, kremniy germaniy (SiGe) tayyorlashi mumkin. ), grafen, oksidlar va organik plyonkalar.
Molekulyar nur epitaksisi (MBE) tizimi asosan ultra yuqori vakuum tizimi, molekulyar nur manbai, substratni mahkamlash va isitish tizimi, namunani uzatish tizimi, in-situ monitoring tizimi, nazorat qilish tizimi va sinovdan iborat. tizimi.
Vakuum tizimi vakuum nasoslarini (mexanik nasoslar, molekulyar nasoslar, ion nasoslari va kondensatsiya nasoslari va boshqalar) va turli xil klapanlarni o'z ichiga oladi, ular ultra yuqori vakuum o'sishi muhitini yaratishi mumkin. Odatda erishish mumkin bo'lgan vakuum darajasi 10-8 dan 10-11 Torrgacha. Vakuum tizimida asosan uchta vakuumli ish kamerasi, ya'ni namunani quyish kamerasi, dastlabki ishlov berish va sirtni tahlil qilish kamerasi va o'sish kamerasi mavjud.
Namuna quyish kamerasi boshqa kameralarning yuqori vakuum sharoitlarini ta'minlash uchun namunalarni tashqi dunyoga o'tkazish uchun ishlatiladi; Oldindan ishlov berish va sirtni tahlil qilish kamerasi namunani quyish kamerasi va o'sish kamerasini bog'laydi va uning asosiy vazifasi namunani oldindan qayta ishlash (substrat yuzasining to'liq tozaligini ta'minlash uchun yuqori haroratli degazatsiya) va sirt ustida dastlabki sirt tahlilini o'tkazishdir. tozalangan namuna; O'sish kamerasi MBE tizimining asosiy qismi bo'lib, u asosan manba o'chog'i va unga mos keladigan panjur majmuasi, namunaviy boshqaruv konsoli, sovutish tizimi, yuqori energiyali elektron difraksiyasi (RHEED) va in-situ monitoring tizimidan iborat. . Ba'zi ishlab chiqarish MBE uskunalari bir nechta o'sish kamerasi konfiguratsiyasiga ega. MBE uskunalari tuzilishining sxematik diagrammasi quyida ko'rsatilgan:
Silikon materialning MBE xom ashyo sifatida yuqori toza kremniydan foydalanadi, ultra yuqori vakuum (10-10 ~ 10-11Torr) sharoitida o'sadi va o'sish harorati 600 ~ 900 ℃, Ga (P-tipi) va Sb ( N-tipi) doping manbalari sifatida. P, As va B kabi keng tarqalgan ishlatiladigan doping manbalari kamdan-kam hollarda nur manbalari sifatida ishlatiladi, chunki ularni bug'lanishi qiyin.
MBE ning reaktsiya kamerasi juda yuqori vakuumli muhitga ega, bu molekulalarning o'rtacha erkin yo'lini oshiradi va o'sayotgan material yuzasida ifloslanish va oksidlanishni kamaytiradi. Tayyorlangan epitaksial material yaxshi sirt morfologiyasi va bir xilligiga ega va turli xil doping yoki turli xil materiallar komponentlari bilan ko'p qatlamli tuzilishga aylanishi mumkin.
MBE texnologiyasi bitta atom qatlamining qalinligi bilan ultra yupqa epitaksial qatlamlarning takroriy o'sishiga erishadi va epitaksial qatlamlar orasidagi interfeys tikdir. III-V yarimo'tkazgichlar va boshqa ko'p komponentli heterojen materiallarning o'sishiga yordam beradi. Hozirgi vaqtda MBE tizimi yangi avlod mikroto'lqinli qurilmalar va optoelektronik qurilmalarni ishlab chiqarish uchun ilg'or texnologik uskunaga aylandi. MBE texnologiyasining kamchiliklari sekin plyonka o'sish tezligi, yuqori vakuum talablari va yuqori asbob-uskunalar va uskunalardan foydalanish xarajatlaridir.
3.11 Buxoriy fazali epitaksiya tizimi
Bug 'fazasi epitaksisi (VPE) tizimi gazsimon birikmalarni substratga o'tkazadigan va kimyoviy reaktsiyalar orqali substrat bilan bir xil panjara tartibiga ega bo'lgan yagona kristalli material qatlamini oladigan epitaksial o'sish moslamasini anglatadi. Epitaksial qatlam gomoepitaxial qatlam (Si/Si) yoki geteroepitaxial qatlam (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 va boshqalar) bo'lishi mumkin. Hozirgi vaqtda VPE texnologiyasi nanomateriallarni tayyorlash, quvvat qurilmalari, yarimo'tkazgichli optoelektronik qurilmalar, quyosh fotovoltaiklari va integral mikrosxemalar sohalarida keng qo'llanilmoqda.
Odatda VPE atmosfera bosimi epitaksisi va pasaytirilgan bosim epitaksisi, o'ta yuqori vakuumli kimyoviy bug'larning cho'kishi, metall organik kimyoviy bug'larning cho'kishi va boshqalarni o'z ichiga oladi. VPE texnologiyasining asosiy nuqtalari reaksiya kamerasi dizayni, gaz oqimi rejimi va bir xilligi, haroratning bir xilligi va aniqligini nazorat qilish, bosim nazorati va barqarorligi, zarrachalar va nuqsonlarni nazorat qilish va boshqalar.
Hozirgi vaqtda asosiy tijorat VPE tizimlarining rivojlanish yo'nalishi katta gofret yuklash, to'liq avtomatik boshqarish va harorat va o'sish jarayonini real vaqt rejimida kuzatishdir. VPE tizimlari uchta tuzilishga ega: vertikal, gorizontal va silindrsimon. Isitish usullari qarshilik isitish, yuqori chastotali induksion isitish va infraqizil radiatsiya isitishni o'z ichiga oladi.
Hozirgi vaqtda VPE tizimlari asosan gorizontal diskli tuzilmalardan foydalanadi, ular epitaksial plyonka o'sishi va katta gofret yuklanishining yaxshi bir xilligi xususiyatlariga ega. VPE tizimlari odatda to'rt qismdan iborat: reaktor, isitish tizimi, gaz yo'llari tizimi va boshqaruv tizimi. GaAs va GaN epitaksial plyonkalarning o'sish vaqti nisbatan uzoq bo'lgani uchun induksion isitish va qarshilik isitish asosan ishlatiladi. Silikon VPEda qalin epitaksial plyonka o'sishi asosan induksion isitishdan foydalanadi; yupqa epitaksial plyonka o'sishi asosan tez harorat ko'tarilishi / tushishi maqsadiga erishish uchun infraqizil isitishdan foydalanadi.
3.12 Suyuq fazali epitaksiya tizimi
Suyuq fazali epitaksiya (LPE) tizimi o'stiriladigan materialni (masalan, Si, Ga, As, Al va boshqalar) va dopantlarni (Zn, Te, Sn va boshqalar) eritib yuboradigan epitaksial o'sish uskunasiga ishora qiladi. erish nuqtasi pastroq bo'lgan metall (masalan, Ga, In va boshqalar), shuning uchun erigan modda erituvchida to'yingan yoki o'ta to'yingan bo'ladi, so'ngra monokristalli substrat eritma bilan aloqa qiladi va erigan modda erituvchidan cho'ktiriladi. asta-sekin soviydi va substrat yuzasida substratga o'xshash kristall tuzilishga va panjara doimiysiga ega bo'lgan kristall material qatlami o'stiriladi.
LPE usuli Nelson va boshqalar tomonidan taklif qilingan. 1963 yilda Si yupqa plyonkalar va monokristalli materiallar, shuningdek, III-IV guruhlari va simob kadmiy telluri kabi yarimo'tkazgichli materiallarni etishtirish uchun ishlatiladi va turli optoelektronik qurilmalar, mikroto'lqinli qurilmalar, yarim o'tkazgich qurilmalari va quyosh batareyalari ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. .
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————— —————————————
Semicera taqdim etishi mumkingrafit qismlari, yumshoq/qattiq namat, kremniy karbid qismlari, CVD silikon karbid qismlari, vaSiC/TaC bilan qoplangan qismlar30 kun ichida.
Agar siz yuqoridagi yarimo'tkazgich mahsulotlariga qiziqsangiz,Iltimos, birinchi marta biz bilan bog'lanishdan qo'rqmang.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Yuborilgan vaqt: 2024 yil 31-avgust