1. Hyrje
Procesi i ngjitjes së substancave (lëndëve të para) në sipërfaqen e materialeve të nënshtresës me metoda fizike ose kimike quhet rritje e shtresës së hollë.
Sipas parimeve të ndryshme të punës, depozitimi i filmit të hollë të qarkut të integruar mund të ndahet në:
-Depozitimi fizik i avullit (PVD);
-Depozitimi i avullit kimik (CVD);
-Zgjatja.
2. Procesi i rritjes së filmit të hollë
2.1 Depozitimi fizik i avullit dhe procesi i spërkatjes
Procesi i depozitimit fizik të avullit (PVD) i referohet përdorimit të metodave fizike si avullimi me vakum, spërkatja, veshja e plazmës dhe epitaksia me rreze molekulare për të formuar një film të hollë në sipërfaqen e një vafere.
Në industrinë VLSI, teknologjia PVD më e përdorur është spërkatja, e cila përdoret kryesisht për elektroda dhe ndërlidhje metalike të qarqeve të integruara. Spërkatja është një proces në të cilin gazrat e rrallë [si argoni (Ar)] jonizohen në jone (si Ar+) nën veprimin e një fushe elektrike të jashtme në kushte të larta vakumi dhe bombardojnë burimin e synuar material nën një mjedis me tension të lartë. rrëzimi i atomeve ose molekulave të materialit të synuar dhe më pas mbërritja në sipërfaqen e vaferës për të formuar një shtresë të hollë pas një procesi fluturimi pa përplasje. Ar ka veti të qëndrueshme kimike dhe jonet e tij nuk do të reagojnë kimikisht me materialin e synuar dhe filmin. Ndërsa çipat e qarkut të integruar hyjnë në epokën e ndërlidhjes së bakrit 0,13μm, shtresa e materialit të barrierës së bakrit përdor film nitrid titani (TiN) ose nitrid tantal (TaN). Kërkesa për teknologji industriale ka nxitur kërkimin dhe zhvillimin e teknologjisë së spërkatjes së reaksioneve kimike, domethënë në dhomën e spërkatjes, përveç Arit, ekziston edhe një gaz reaktiv azot (N2), në mënyrë që Ti ose Ta të bombardohen nga Materiali i synuar Ti ose Ta reagon me N2 për të gjeneruar filmin e nevojshëm TiN ose TaN.
Ekzistojnë tre metoda të përdorura zakonisht të spërkatjes, përkatësisht spërkatja DC, spërkatja me RF dhe spërkatja me magnetron. Ndërsa integrimi i qarqeve të integruara vazhdon të rritet, numri i shtresave të instalimeve elektrike metalike me shumë shtresa po rritet dhe aplikimi i teknologjisë PVD po bëhet gjithnjë e më i gjerë. Materialet PVD përfshijnë Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, etj.
Proceset e PVD dhe spërkatjes zakonisht përfundojnë në një dhomë reagimi shumë të mbyllur me një shkallë vakumi prej 1×10-7 deri në 9×10-9 Torr, e cila mund të sigurojë pastërtinë e gazit gjatë reaksionit; në të njëjtën kohë, kërkohet një tension i jashtëm i lartë për të jonizuar gazin e rrallë për të gjeneruar një tension mjaft të lartë për të bombarduar objektivin. Parametrat kryesorë për vlerësimin e proceseve PVD dhe spërkatjes përfshijnë sasinë e pluhurit, si dhe vlerën e rezistencës, uniformitetin, trashësinë e reflektimit dhe stresin e filmit të formuar.
2.2 Procesi i depozitimit të avullit kimik dhe spërkatjes
Depozitimi kimik i avullit (CVD) i referohet një teknologjie procesi në të cilën një shumëllojshmëri e reaktantëve të gaztë me presione të pjesshme të ndryshme reagojnë kimikisht në një temperaturë dhe presion të caktuar, dhe substancat e ngurta të krijuara depozitohen në sipërfaqen e materialit të nënshtresës për të marrë hollën e dëshiruar. film. Në procesin tradicional të prodhimit të qarkut të integruar, materialet e fituara të filmit të hollë janë përgjithësisht komponime të tilla si oksidet, nitridet, karbidet ose materiale të tilla si silikoni polikristalor dhe silikoni amorf. Rritja selektive epitaksiale, e cila përdoret më shpesh pas nyjës 45 nm, si rritja epitaksiale e burimit dhe kullimit ose rritja epitaksiale selektive Si, është gjithashtu një teknologji CVD.
Kjo teknologji mund të vazhdojë të formojë materiale njëkristalore të të njëjtit lloj ose të ngjashëm me rrjetën origjinale në një substrat të vetëm kristal prej silikoni ose materiale të tjera përgjatë grilës origjinale. CVD përdoret gjerësisht në rritjen e filmave dielektrikë izolues (të tillë si SiO2, Si3N4 dhe SiON, etj.) dhe filmave metalikë (të tillë si tungsteni, etj.).
Në përgjithësi, sipas klasifikimit të presionit, CVD mund të ndahet në depozitimin e avullit kimik të presionit atmosferik (APCVD), depozitimin e avullit kimik nën presionin e atmosferës (SAPCVD) dhe depozitimin e avullit kimik me presion të ulët (LPCVD).
Sipas klasifikimit të temperaturës, CVD mund të ndahet në depozitimin kimik të avullit të filmit me temperaturë të lartë/temperaturë të ulët (HTO/LTO CVD) dhe depozitim të shpejtë kimik termik të avullit (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Sipas burimit të reagimit, CVD mund të ndahet në CVD me bazë silani, CVD me bazë poliester (CVD me bazë TEOS) dhe depozitim të avullit kimik organik metalik (MOCVD);
Sipas klasifikimit të energjisë, CVD mund të ndahet në depozitim kimik termik të avullit (Thermal CVD), depozitim të avullit kimik të përmirësuar të plazmës (CVD me rritje të plazmës, PECVD) dhe depozitim të avullit kimik të plazmës me densitet të lartë (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Kohët e fundit, është zhvilluar gjithashtu depozitimi i avullit kimik të rrjedhshëm (Flowable CVD, FCVD) me aftësi të shkëlqyeshme për mbushjen e boshllëqeve.
Filma të ndryshëm të rritur në CVD kanë veti të ndryshme (si përbërja kimike, konstanta dielektrike, tensioni, stresi dhe tensioni i prishjes) dhe mund të përdoren veçmas sipas kërkesave të ndryshme të procesit (si temperatura, mbulimi i hapave, kërkesat e mbushjes, etj.).
2.3 Procesi i depozitimit të shtresës atomike
Depozitimi i shtresës atomike (ALD) i referohet depozitimit të atomeve shtresë pas shtrese në një material nënshtresor duke rritur një shtresë të vetme filmi atomik. Një ALD tipike adopton metodën e futjes së prekursorëve të gaztë në reaktor në një mënyrë të alternuar pulsuese.
Për shembull, së pari, pararendësi i reaksionit 1 futet në sipërfaqen e nënshtresës dhe pas adsorbimit kimik, në sipërfaqen e nënshtresës formohet një shtresë e vetme atomike; atëherë pararendësi 1 i mbetur në sipërfaqen e nënshtresës dhe në dhomën e reagimit pompohet nga një pompë ajri; atëherë pararendësi i reaksionit 2 futet në sipërfaqen e nënshtresës dhe reagon kimikisht me prekursorin 1 të përthithur në sipërfaqen e nënshtresës për të gjeneruar materialin përkatës të filmit të hollë dhe nënproduktet përkatëse në sipërfaqen e nënshtresës; kur pararendësi 1 reagon plotësisht, reaksioni do të përfundojë automatikisht, që është karakteristikë vetëkufizuese e ALD, dhe më pas reaktantët dhe nënproduktet e mbetura nxirren për t'u përgatitur për fazën tjetër të rritjes; duke përsëritur vazhdimisht procesin e mësipërm, mund të arrihet depozitimi i materialeve të filmit të hollë të rritur shtresë pas shtrese me atome të vetme.
Si ALD ashtu edhe CVD janë mënyra për të futur një burim reaksioni kimik të gaztë për të reaguar kimikisht në sipërfaqen e nënshtresës, por ndryshimi është se burimi i reaksionit të gaztë i CVD nuk ka karakteristikën e rritjes vetëkufizuese. Mund të shihet se çelësi për zhvillimin e teknologjisë ALD është gjetja e prekursorëve me vetitë e reagimit vetëkufizues.
2.4 Procesi epitaksial
Procesi epitaksial i referohet procesit të rritjes së një shtrese të vetme kristali të renditur plotësisht në një nënshtresë. Në përgjithësi, procesi epitaksial është rritja e një shtrese kristali me të njëjtin orientim grilë si nënshtresa origjinale në një substrat të vetëm kristali. Procesi epitaksial përdoret gjerësisht në prodhimin e gjysmëpërçuesve, si p.sh. vaferat epitaksiale të silikonit në industrinë e qarkut të integruar, rritja epitaksiale e burimit dhe kullimit të transistorëve MOS, rritja epitaksiale në nënshtresat LED, etj.
Sipas gjendjeve të ndryshme fazore të burimit të rritjes, metodat e rritjes epitaksiale mund të ndahen në epitaksinë e fazës së ngurtë, epitaksinë e fazës së lëngshme dhe epitaksinë e fazës së avullit. Në prodhimin e qarkut të integruar, metodat epitaksiale të përdorura zakonisht janë epitaksi me fazë të ngurtë dhe epitaksia e fazës së avullit.
Epitaksia e fazës së ngurtë: i referohet rritjes së një shtrese të vetme kristali në një nënshtresë duke përdorur një burim të ngurtë. Për shembull, pjekja termike pas implantimit të joneve është në fakt një proces i epitaksisë së fazës së ngurtë. Gjatë implantimit të joneve, atomet e silikonit të vaferës së silikonit bombardohen nga jone të implantuar me energji të lartë, duke lënë pozicionet e tyre origjinale të rrjetës dhe duke u bërë amorfe, duke formuar një shtresë silikoni amorfe sipërfaqësore. Pas pjekjes termike në temperaturë të lartë, atomet amorfe kthehen në pozicionet e tyre të rrjetës dhe mbeten në përputhje me orientimin e kristalit atomik brenda nënshtresës.
Metodat e rritjes së epitaksisë së fazës së avullit përfshijnë epitaksinë kimike të fazës së avullit, epitaksinë me rreze molekulare, epitaksinë e shtresës atomike, etj. Në prodhimin e qarkut të integruar, epitaksia kimike e fazës së avullit është më e përdorura. Parimi i epitaksisë së fazës së avullit kimik është në thelb i njëjtë me atë të depozitimit kimik të avullit. Të dyja janë procese që depozitojnë filma të hollë duke reaguar kimikisht në sipërfaqen e vaferave pas përzierjes së gazit.
Dallimi është se për shkak se epitaksia e fazës së avullit kimik rrit një shtresë të vetme kristali, ajo ka kërkesa më të larta për përmbajtjen e papastërtive në pajisje dhe pastërtinë e sipërfaqes së vaferës. Procesi i hershëm i silikonit epitaksial të fazës së avullit kimik duhet të kryhet në kushte të temperaturës së lartë (më shumë se 1000°C). Me përmirësimin e pajisjeve të procesit, veçanërisht adoptimin e teknologjisë së dhomës së shkëmbimit të vakumit, pastërtia e zgavrës së pajisjes dhe e sipërfaqes së vaferës së silikonit është përmirësuar shumë dhe epitaksia e silikonit mund të kryhet në një temperaturë më të ulët (600-700° C). Procesi epitaksial i meshës së silikonit është rritja e një shtrese silikoni me një kristal në sipërfaqen e vaferës së silikonit.
Krahasuar me substratin origjinal të silikonit, shtresa epitaksiale e silikonit ka pastërti më të lartë dhe më pak defekte grilë, duke përmirësuar kështu rendimentin e prodhimit të gjysmëpërçuesve. Për më tepër, trashësia e rritjes dhe përqendrimi i dopingut të shtresës epitaksiale të silikonit të rritur në vaferën e silikonit mund të dizajnohen në mënyrë fleksibël, gjë që sjell fleksibilitet në dizajnin e pajisjes, siç është zvogëlimi i rezistencës së substratit dhe rritja e izolimit të substratit. Procesi epitaksial i ngulitur burim-drain është një teknologji e përdorur gjerësisht në nyjet e avancuara të teknologjisë logjike.
Ai i referohet procesit të rritjes epitaksiale të silikonit ose silikonit të germaniumit të dopuar në rajonet e burimit dhe kullimit të transistorëve MOS. Përparësitë kryesore të prezantimit të procesit epitaksial të ngulitur burim-drain përfshijnë: rritjen e një shtrese pseudokristale që përmban stres për shkak të përshtatjes së rrjetës, përmirësimin e lëvizshmërisë së bartësit të kanalit; Dopingu in-situ i burimit dhe kullimit mund të zvogëlojë rezistencën parazitare të kryqëzimit burim-kullues dhe të zvogëlojë defektet e implantimit të joneve me energji të lartë.
3. pajisje për rritjen e filmit të hollë
3.1 Pajisjet e avullimit me vakum
Avullimi me vakum është një metodë veshjeje që ngroh materialet e ngurta në një dhomë vakumi për t'i shkaktuar avullimin, avullimin ose sublimimin e tyre dhe më pas kondensimin dhe depozitimin në sipërfaqen e një materiali nënshtresor në një temperaturë të caktuar.
Zakonisht ai përbëhet nga tre pjesë, përkatësisht sistemi i vakumit, sistemi i avullimit dhe sistemi i ngrohjes. Sistemi i vakumit përbëhet nga tuba vakum dhe pompa vakum, dhe funksioni i tij kryesor është të sigurojë një mjedis vakum të kualifikuar për avullim. Sistemi i avullimit përbëhet nga një tabelë avullimi, një komponent ngrohje dhe një komponent për matjen e temperaturës.
Materiali i synuar që do të avullohet (si Ag, Al, etj.) vendoset në tryezën e avullimit; komponenti i ngrohjes dhe matjes së temperaturës është një sistem me qark të mbyllur që përdoret për të kontrolluar temperaturën e avullimit për të siguruar avullim të qetë. Sistemi i ngrohjes përbëhet nga një fazë vafere dhe një komponent ngrohjeje. Faza e vaferit përdoret për të vendosur nënshtresën mbi të cilën duhet të avullohet filmi i hollë, dhe komponenti ngrohës përdoret për të realizuar kontrollin e reagimit të ngrohjes së nënshtresës dhe matjes së temperaturës.
Mjedisi me vakum është një kusht shumë i rëndësishëm në procesin e avullimit me vakum, i cili lidhet me shpejtësinë e avullimit dhe cilësinë e filmit. Nëse shkalla e vakumit nuk i plotëson kërkesat, atomet ose molekulat e avulluara do të përplasen shpesh me molekulat e gazit të mbetur, duke e bërë rrugën e tyre mesatare të lirë më të vogël, dhe atomet ose molekulat do të shpërndahen rëndë, duke ndryshuar drejtimin e lëvizjes dhe duke zvogëluar filmin. shkalla e formimit.
Përveç kësaj, për shkak të pranisë së molekulave të gazit të papastërtisë së mbetur, filmi i depozituar është seriozisht i kontaminuar dhe me cilësi të dobët, veçanërisht kur shkalla e rritjes së presionit të dhomës nuk plotëson standardin dhe ka rrjedhje, ajri do të rrjedhë në dhomën e vakumit. , e cila do të ketë një ndikim serioz në cilësinë e filmit.
Karakteristikat strukturore të pajisjeve të avullimit me vakum përcaktojnë që uniformiteti i veshjes në nënshtresat me përmasa të mëdha është i dobët. Për të përmirësuar uniformitetin e tij, metoda e rritjes së distancës burim-substrat dhe rrotullimit të nënshtresës është miratuar përgjithësisht, por rritja e distancës burim-substrat do të sakrifikojë shkallën e rritjes dhe pastërtinë e filmit. Në të njëjtën kohë, për shkak të rritjes së hapësirës së vakumit, shkalla e përdorimit të materialit të avulluar zvogëlohet.
3.2 Pajisjet e depozitimit fizik të avullit DC
Depozitimi i avullit fizik të rrymës së drejtpërdrejtë (DCPVD) njihet gjithashtu si spërkatje me katodë ose spërkatje me dy faza DC me vakum. Materiali i synuar i spërkatjes me vakum DC përdoret si katodë dhe substrati përdoret si anodë. Spërkatja me vakum është për të formuar një plazmë duke jonizuar gazin e procesit.
Grimcat e ngarkuara në plazmë përshpejtohen në fushën elektrike për të marrë një sasi të caktuar energjie. Grimcat me energji të mjaftueshme bombardojnë sipërfaqen e materialit të synuar, në mënyrë që atomet e synuara të spërkaten; atomet e spërkatura me një energji të caktuar kinetike lëvizin drejt nënshtresës për të formuar një shtresë të hollë në sipërfaqen e nënshtresës. Gazi i përdorur për spërkatje është përgjithësisht një gaz i rrallë, si argoni (Ar), kështu që filmi i formuar nga spërkatja nuk do të kontaminohet; përveç kësaj, rrezja atomike e argonit është më e përshtatshme për spërkatje.
Madhësia e grimcave spërkatëse duhet të jetë afër madhësisë së atomeve të synuara që do të spërkaten. Nëse grimcat janë shumë të mëdha ose shumë të vogla, spërkatja efektive nuk mund të formohet. Përveç faktorit të madhësisë së atomit, faktori i masës së atomit do të ndikojë gjithashtu në cilësinë e spërkatjes. Nëse burimi i grimcave spërkatës është shumë i lehtë, atomet e synuara nuk do të spërkaten; nëse grimcat spërkatëse janë shumë të rënda, objektivi do të "përkulet" dhe objektivi nuk do të spërkatet.
Materiali i synuar i përdorur në DCPVD duhet të jetë një përcjellës. Kjo ndodh sepse kur jonet e argonit në gazin e procesit bombardojnë materialin e synuar, ato do të rikombinohen me elektronet në sipërfaqen e materialit të synuar. Kur materiali i synuar është një përcjellës siç është një metal, elektronet e konsumuara nga ky rikombinim plotësohen më lehtë nga furnizimi me energji elektrike dhe elektronet e lira në pjesë të tjera të materialit të synuar përmes përçueshmërisë elektrike, në mënyrë që sipërfaqja e materialit të synuar si një e tëra mbetet e ngarkuar negativisht dhe spërkatja ruhet.
Përkundrazi, nëse materiali i synuar është një izolues, pasi elektronet në sipërfaqen e materialit të synuar janë rikombinuar, elektronet e lira në pjesët e tjera të materialit të synuar nuk mund të plotësohen nga përçueshmëria elektrike, madje edhe ngarkesat pozitive do të grumbullohen në sipërfaqja e materialit të synuar, duke bërë që potenciali i materialit të synuar të rritet dhe ngarkesa negative e materialit të synuar dobësohet derisa të zhduket, duke çuar përfundimisht në përfundimin e spërkatjes.
Prandaj, për t'i bërë materialet izoluese të përdorshme edhe për spërkatje, është e nevojshme të gjendet një metodë tjetër e spërkatjes. Gërmimi i frekuencave radio është një metodë spërkatjeje që është e përshtatshme si për objektivat përçues ashtu edhe për ato jopërçues.
Një tjetër disavantazh i DCPVD është se voltazhi i ndezjes është i lartë dhe bombardimi elektronik në nënshtresë është i fortë. Një mënyrë efektive për të zgjidhur këtë problem është përdorimi i spërkatjes me magnetron, kështu që spërkatja me magnetron është me të vërtetë me vlerë praktike në fushën e qarqeve të integruara.
3.3 Pajisjet e depozitimit fizik të avullit RF
Depozitimi fizik i avullit të frekuencës së radios (RFPVD) përdor fuqinë e radiofrekuencës si burim ngacmimi dhe është një metodë PVD e përshtatshme për një sërë materialesh metalike dhe jometale.
Frekuencat e zakonshme të furnizimit me energji RF të përdorura në RFPVD janë 13,56 MHz, 20 MHz dhe 60 MHz. Ciklet pozitive dhe negative të furnizimit me energji RF shfaqen në mënyrë alternative. Kur objektivi PVD është në gjysmë ciklin pozitiv, për shkak se sipërfaqja e synuar është në një potencial pozitiv, elektronet në atmosferën e procesit do të rrjedhin në sipërfaqen e synuar për të neutralizuar ngarkesën pozitive të akumuluar në sipërfaqen e saj, dhe madje do të vazhdojnë të grumbullojnë elektrone. duke e bërë sipërfaqen e saj të njëanshme negative; kur objektivi i spërkatjes është në gjysmë ciklin negativ, jonet pozitive do të lëvizin drejt objektivit dhe do të neutralizohen pjesërisht në sipërfaqen e synuar.
Gjëja më kritike është se shpejtësia e lëvizjes së elektroneve në fushën elektrike RF është shumë më e shpejtë se ajo e joneve pozitive, ndërsa koha e gjysmë cikleve pozitive dhe negative është e njëjtë, kështu që pas një cikli të plotë, sipërfaqja e synuar do të jetë "neto" e ngarkuar negativisht. Prandaj, në ciklet e para, ngarkesa negative e sipërfaqes së synuar tregon një tendencë në rritje; më pas, sipërfaqja e synuar arrin një potencial negativ të qëndrueshëm; më pas, për shkak se ngarkesa negative e objektivit ka një efekt refuzues mbi elektronet, sasia e ngarkesave pozitive dhe negative të marra nga elektroda e synuar tenton të balancohet dhe objektivi paraqet një ngarkesë negative të qëndrueshme.
Nga procesi i mësipërm, mund të shihet se procesi i formimit të tensionit negativ nuk ka të bëjë fare me vetitë e vetë materialit të synuar, kështu që metoda RFPVD jo vetëm që mund të zgjidhë problemin e spërkatjes së objektivave izolues, por gjithashtu është mirë në përputhje. me objektiva përçues metalikë konvencionalë.
3.4 Pajisjet e spërkatjes me magnet
Spërkatja me magnetron është një metodë PVD që shton magnet në pjesën e pasme të objektivit. Magnetët e shtuar dhe sistemi i furnizimit me energji DC (ose furnizimi me energji AC) formojnë një burim spërkatjeje magnetron. Burimi i spërkatjes përdoret për të formuar një fushë elektromagnetike ndërvepruese në dhomë, për të kapur dhe kufizuar diapazonin e lëvizjes së elektroneve në plazmë brenda dhomës, për të zgjatur rrugën e lëvizjes së elektroneve dhe për të rritur kështu përqendrimin e plazmës dhe përfundimisht për të arritur më shumë depozitimi.
Përveç kësaj, për shkak se më shumë elektrone janë të lidhura afër sipërfaqes së objektivit, bombardimi i substratit nga elektronet zvogëlohet dhe temperatura e substratit zvogëlohet. Krahasuar me teknologjinë DCPVD me pllakë të sheshtë, një nga tiparet më të dukshme të teknologjisë së depozitimit fizik të avullit magnetron është se voltazhi i shkarkimit të ndezjes është më i ulët dhe më i qëndrueshëm.
Për shkak të përqendrimit më të lartë të plazmës dhe rendimentit më të madh të spërkatjes, ai mund të arrijë efikasitet të shkëlqyeshëm të depozitimit, kontroll të trashësisë së depozitimit në një gamë të madhe madhësie, kontroll të saktë të përbërjes dhe tension më të ulët të ndezjes. Prandaj, spërkatja me magnetron është në një pozicion dominues në filmin aktual metalik PVD. Dizajni më i thjeshtë i burimit të spërkatjes me magnetron është vendosja e një grupi magnetësh në pjesën e pasme të objektivit të sheshtë (jashtë sistemit të vakumit) për të gjeneruar një fushë magnetike paralele me sipërfaqen e synuar në një zonë lokale në sipërfaqen e synuar.
Nëse vendoset një magnet i përhershëm, fusha e tij magnetike është relativisht e fiksuar, duke rezultuar në një shpërndarje relativisht të fiksuar të fushës magnetike në sipërfaqen e synuar në dhomë. Vetëm materialet në zona specifike të objektivit spërkaten, shkalla e përdorimit të synuar është e ulët dhe uniformiteti i filmit të përgatitur është i dobët.
Ekziston një probabilitet i caktuar që grimcat metalike të spërkatura ose materiale të tjera të depozitohen përsëri në sipërfaqen e synuar, duke grumbulluar kështu në grimca dhe duke formuar ndotje të defektit. Prandaj, burimet komerciale të spërkatjes me magnetron përdorin kryesisht një dizajn magneti rrotullues për të përmirësuar uniformitetin e filmit, shkallën e përdorimit të objektivit dhe spërkatjen e plotë të objektivit.
Është thelbësore të balancohen këta tre faktorë. Nëse bilanci nuk trajtohet mirë, mund të rezultojë në një uniformitet të mirë të filmit, duke ulur ndjeshëm shkallën e përdorimit të synuar (duke shkurtuar jetën e synuar), ose duke dështuar në arritjen e spërkatjes së plotë të objektivit ose korrozionit të plotë të objektivit, gjë që do të shkaktojë probleme të grimcave gjatë spërkatjes. procesi.
Në teknologjinë magnetron PVD, është e nevojshme të merret parasysh mekanizmi i lëvizjes së magnetit rrotullues, forma e objektivit, sistemi i ftohjes së objektivit dhe burimi i spërkatjes së magnetronit, si dhe konfigurimi funksional i bazës që mbart vaferin, si adsorbimi i vaferës dhe kontrolli i temperaturës. Në procesin PVD, temperatura e vaferit kontrollohet për të marrë strukturën e kërkuar kristalore, madhësinë dhe orientimin e kokrrizave, si dhe stabilitetin e performancës.
Meqenëse përçimi i nxehtësisë midis pjesës së pasme të vaferit dhe sipërfaqes së bazës kërkon një presion të caktuar, zakonisht në rendin e disa Torr, dhe presioni i punës i dhomës është zakonisht në rendin e disa mTorr, presioni në pjesën e pasme i vaferit është shumë më i madh se presioni në sipërfaqen e sipërme të vaferës, kështu që nevojitet një çak mekanik ose një çak elektrostatik për të vendosur dhe kufizuar vaferin.
Çaku mekanik mbështetet në peshën e vet dhe buzën e vaferës për të arritur këtë funksion. Megjithëse ka avantazhet e strukturës së thjeshtë dhe pandjeshmërisë ndaj materialit të vaferës, efekti i skajit të vaferit është i dukshëm, gjë që nuk është e favorshme për kontrollin e rreptë të grimcave. Prandaj, ajo është zëvendësuar gradualisht nga një çak elektrostatik në procesin e prodhimit të IC.
Për proceset që nuk janë veçanërisht të ndjeshme ndaj temperaturës, mund të përdoret gjithashtu një metodë e rafteve jo-adsorbuese dhe pa kontakt (pa dallim presioni midis sipërfaqeve të sipërme dhe të poshtme të vaferës). Gjatë procesit PVD, rreshtimi i dhomës dhe sipërfaqja e pjesëve në kontakt me plazmën do të depozitohen dhe mbulohen. Kur trashësia e filmit të depozituar tejkalon kufirin, filmi do të plasaritet dhe do të zhvishet, duke shkaktuar probleme me grimcat.
Prandaj, trajtimi sipërfaqësor i pjesëve të tilla si rreshtimi është çelësi për zgjerimin e këtij kufiri. Spërkatja me rërë në sipërfaqe dhe spërkatja me alumin janë dy metoda të përdorura zakonisht, qëllimi i të cilave është rritja e vrazhdësisë së sipërfaqes për të forcuar lidhjen midis filmit dhe sipërfaqes së veshjes.
3.5 Pajisjet e depozitimit fizik të avullit të jonizimit
Me zhvillimin e vazhdueshëm të teknologjisë së mikroelektronikës, madhësitë e veçorive po bëhen gjithnjë e më të vogla. Meqenëse teknologjia PVD nuk mund të kontrollojë drejtimin e depozitimit të grimcave, aftësia e PVD për të hyrë nëpër vrima dhe kanale të ngushta me raporte të larta të pamjes është e kufizuar, duke e bërë aplikimin e zgjeruar të teknologjisë tradicionale PVD gjithnjë e më të sfiduar. Në procesin PVD, ndërsa raporti i pamjes së brazdës së poreve rritet, mbulimi në pjesën e poshtme zvogëlohet, duke formuar një strukturë të varur në formë qepalla në këndin e sipërm dhe duke formuar mbulimin më të dobët në këndin e poshtëm.
Teknologjia e depozitimit fizik të avullit të jonizuar u zhvillua për të zgjidhur këtë problem. Fillimisht plazmatizon atomet metalike të spërkatura nga objektivi në mënyra të ndryshme, dhe më pas rregullon tensionin e paragjykimit të ngarkuar në vafer për të kontrolluar drejtimin dhe energjinë e joneve metalike për të marrë një rrjedhë të qëndrueshme të joneve metalike për të përgatitur një film të hollë, duke përmirësuar kështu mbulimi i pjesës së poshtme të shkallëve me raport të lartë pamjeje përmes vrimave dhe kanaleve të ngushta.
Tipari tipik i teknologjisë së plazmës së metalit të jonizuar është shtimi i një spirale të frekuencës radio në dhomë. Gjatë procesit, presioni i punës i dhomës mbahet në një gjendje relativisht të lartë (5 deri në 10 herë presioni normal i punës). Gjatë PVD, spiralja e radiofrekuencës përdoret për të gjeneruar rajonin e dytë të plazmës, në të cilin përqendrimi i plazmës së argonit rritet me rritjen e fuqisë së radiofrekuencës dhe presionit të gazit. Kur atomet metalike të spërkatura nga objektivi kalojnë nëpër këtë rajon, ato ndërveprojnë me plazmën e argonit me densitet të lartë për të formuar jone metalike.
Aplikimi i një burimi RF në mbajtësin e vaferës (siç është një çak elektrostatik) mund të rrisë animin negativ në vafer për të tërhequr jonet pozitive metalike në fund të brazdës së poreve. Kjo rrjedhje e drejtuar e joneve metalike pingul me sipërfaqen e vaferës përmirëson mbulimin e shkallës së poshtme të poreve me raport të lartë pamjeje dhe kanaleve të ngushta.
Paragjykimi negativ i aplikuar në vafer gjithashtu shkakton që jonet të bombardojnë sipërfaqen e vaferës (spërkatje e kundërt), e cila dobëson strukturën e mbivarur të grykës së brazdës së poreve dhe hedh filmin e depozituar në fund në muret anësore në qoshet e fundit të poreve. brazdë, duke rritur kështu mbulimin e hapave në qoshe.
3.6 Pajisjet e depozitimit të avullit kimik me presion atmosferik
Pajisjet e depozitimit të avullit kimik me presion atmosferik (APCVD) i referohen një pajisjeje që spërkat një burim reaksioni të gaztë me një shpejtësi konstante mbi sipërfaqen e një nënshtrese të ngurtë të ndezur nën një mjedis me një presion afër presionit atmosferik, duke bërë që burimi i reagimit të reagojë kimikisht në sipërfaqja e nënshtresës dhe produkti i reagimit depozitohet në sipërfaqen e nënshtresës për të formuar një shtresë të hollë.
Pajisjet APCVD janë pajisjet më të hershme CVD dhe ende përdoren gjerësisht në prodhimin industrial dhe kërkimin shkencor. Pajisjet APCVD mund të përdoren për të përgatitur filma të hollë si silikoni me një kristal, silic polikristalor, dioksid silikoni, oksid zinku, dioksid titani, qelqi fosfosilikat dhe qelqi borofosfosilikat.
3.7 Pajisjet e depozitimit të avullit kimik me presion të ulët
Pajisjet e depozitimit të avullit kimik me presion të ulët (LPCVD) i referohen pajisjeve që përdorin lëndë të para të gazta për të reaguar kimikisht në sipërfaqen e një substrati të ngurtë nën një mjedis të nxehtë (350-1100°C) dhe me presion të ulët (10-100 mTorr), dhe reaktantët depozitohen në sipërfaqen e nënshtresës për të formuar një shtresë të hollë. Pajisjet LPCVD janë zhvilluar në bazë të APCVD për të përmirësuar cilësinë e filmave të hollë, për të përmirësuar uniformitetin e shpërndarjes së parametrave karakteristikë si trashësia dhe rezistenca e filmit dhe për të përmirësuar efikasitetin e prodhimit.
Karakteristika e tij kryesore është se në një mjedis të fushës termike me presion të ulët, gazi i procesit reagon kimikisht në sipërfaqen e nënshtresës së vaferës dhe produktet e reagimit depozitohen në sipërfaqen e nënshtresës për të formuar një film të hollë. Pajisjet LPCVD kanë përparësi në përgatitjen e filmave të hollë me cilësi të lartë dhe mund të përdoren për të përgatitur filma të hollë si oksidi i silikonit, nitridi i silikonit, polisilikoni, karbidi i silikonit, nitridi i galiumit dhe grafeni.
Krahasuar me APCVD, mjedisi i reagimit me presion të ulët të pajisjeve LPCVD rrit rrugën mesatare të lirë dhe koeficientin e difuzionit të gazit në dhomën e reagimit.
Molekulat e gazit të reagimit dhe gazit bartës në dhomën e reaksionit mund të shpërndahen në mënyrë të barabartë në një kohë të shkurtër, duke përmirësuar kështu në masë të madhe uniformitetin e trashësisë së filmit, uniformitetin e rezistencës dhe mbulimin e hapit të filmit, dhe konsumi i gazit të reaksionit është gjithashtu i vogël. Përveç kësaj, mjedisi me presion të ulët gjithashtu përshpejton shpejtësinë e transmetimit të substancave të gazit. Papastërtitë dhe nënproduktet e reaksionit të shpërndara nga nënshtresa mund të nxirren shpejt nga zona e reagimit përmes shtresës kufitare, dhe gazi i reaksionit kalon shpejt përmes shtresës kufitare për të arritur në sipërfaqen e substratit për reagim, duke shtypur kështu në mënyrë efektive vetëdopingun, duke u përgatitur filma me cilësi të lartë me zona të pjerrëta të tranzicionit, dhe gjithashtu duke përmirësuar efikasitetin e prodhimit.
3.8 Pajisje për depozitimin e avullit kimik të përmirësuar me plazmë
Depozitimi i avullit kimik i përmirësuar me plazmën (PECVD) është një tteknologjia e depozitimit të filmit hin. Gjatë procesit të plazmës, pararendësi i gaztë jonizohet nën veprimin e plazmës për të formuar grupe aktive të ngacmuara, të cilat shpërndahen në sipërfaqen e substratit dhe më pas i nënshtrohen reaksioneve kimike për të përfunduar rritjen e filmit.
Sipas frekuencës së gjenerimit të plazmës, plazma e përdorur në PECVD mund të ndahet në dy lloje: plazma e radiofrekuencës (plazma RF) dhe plazma me mikrovalë (plazma me mikrovalë). Aktualisht, frekuenca radio e përdorur në industri është përgjithësisht 13.56 MHz.
Futja e plazmës së radiofrekuencës zakonisht ndahet në dy lloje: bashkim kapacitiv (CCP) dhe bashkim induktiv (ICP). Metoda e bashkimit kapacitiv është zakonisht një metodë e reagimit të drejtpërdrejtë të plazmës; ndërsa metoda e bashkimit induktiv mund të jetë një metodë plazmatike direkte ose një metodë plazmatike në distancë.
Në proceset e prodhimit të gjysmëpërçuesve, PECVD përdoret shpesh për të rritur filma të hollë në nënshtresa që përmbajnë metale ose struktura të tjera të ndjeshme ndaj temperaturës. Për shembull, në fushën e ndërlidhjes metalike të pasme të qarqeve të integruara, meqenëse strukturat e burimit, porta dhe kullimi i pajisjes janë formuar në procesin e pjesës së përparme, rritja e filmave të hollë në fushën e ndërlidhjes metalike është subjekt ndaj kufizimeve shumë strikte të buxhetit termik, kështu që zakonisht plotësohet me asistencë plazma. Duke rregulluar parametrat e procesit të plazmës, densiteti, përbërja kimike, përmbajtja e papastërtisë, qëndrueshmëria mekanike dhe parametrat e stresit të filmit të hollë të rritur nga PECVD mund të rregullohen dhe optimizohen brenda një diapazoni të caktuar.
3.9 Pajisjet e depozitimit të shtresës atomike
Depozitimi i shtresës atomike (ALD) është një teknologji e depozitimit të shtresës së hollë që rritet periodikisht në formën e një shtrese kuazi-monoatomike. Karakteristika e tij është se trashësia e filmit të depozituar mund të rregullohet saktësisht duke kontrolluar numrin e cikleve të rritjes. Ndryshe nga procesi i depozitimit të avullit kimik (CVD), dy (ose më shumë) prekursorë në procesin ALD kalojnë në mënyrë alternative përmes sipërfaqes së nënshtresës dhe izolohen në mënyrë efektive nga pastrimi i gazit të rrallë.
Dy prekursorët nuk do të përzihen dhe takohen në fazën e gazit për të reaguar kimikisht, por reagojnë vetëm përmes adsorbimit kimik në sipërfaqen e nënshtresës. Në çdo cikël ALD, sasia e prekursorit të përthithur në sipërfaqen e nënshtresës lidhet me densitetin e grupeve aktive në sipërfaqen e nënshtresës. Kur grupet reaktive në sipërfaqen e nënshtresës janë shterur, edhe nëse futet një tepricë e prekursorit, adsorbimi kimik nuk do të ndodhë në sipërfaqen e nënshtresës.
Ky proces reagimi quhet një reaksion vetëkufizues sipërfaqësor. Ky mekanizëm procesi e bën trashësinë e filmit të rritur në çdo cikël të procesit ALD konstante, kështu që procesi ALD ka avantazhet e kontrollit të saktë të trashësisë dhe mbulimit të mirë të hapave të filmit.
3.10 Pajisje për epitaksinë e rrezeve molekulare
Sistemi Molecular Beam Epitaxy (MBE) i referohet një pajisjeje epitaksiale që përdor një ose më shumë rreze atomike të energjisë termike ose trarë molekularë për të spërkatur mbi sipërfaqen e nënshtresës së nxehtë me një shpejtësi të caktuar në kushte vakumi ultra të lartë dhe për të thithur dhe migruar në sipërfaqen e nënshtresës për të rritur në mënyrë epitaksiale filma të hollë njëkristalor përgjatë drejtimit të boshtit kristal të materialit të nënshtresës. Në përgjithësi, në kushtet e ngrohjes nga një furre jet me një mburojë nxehtësie, burimi i rrezes formon një rreze atomike ose një rreze molekulare dhe filmi rritet shtresë pas shtrese përgjatë drejtimit të boshtit kristal të materialit të nënshtresës.
Karakteristikat e tij janë temperatura e ulët e rritjes epitaksiale dhe trashësia, ndërfaqja, përbërja kimike dhe përqendrimi i papastërtive mund të kontrollohen saktësisht në nivelin atomik. Edhe pse MBE e ka origjinën nga përgatitja e filmave gjysmëpërçues ultra të hollë me një kristal, aplikimi i tij tani është zgjeruar në një sërë sistemesh materiale si metalet dhe dielektrikët izolues, dhe mund të përgatisë III-V, II-VI, silikon, silic germanium (SiGe ), grafeni, oksidet dhe filmat organikë.
Sistemi i epitaksisë së rrezeve molekulare (MBE) përbëhet kryesisht nga një sistem vakum ultra të lartë, një burim rreze molekulare, një sistem fiksimi dhe ngrohjeje të nënshtresës, një sistem transferimi kampioni, një sistem monitorimi in-situ, një sistem kontrolli dhe një test sistemi.
Sistemi i vakumit përfshin pompa vakum (pompa mekanike, pompa molekulare, pompa jonike dhe pompa kondensimi, etj.) dhe valvola të ndryshme, të cilat mund të krijojnë një mjedis të rritjes së vakumit ultra të lartë. Shkalla e përgjithshme e arritshme e vakumit është 10-8 deri në 10-11 Torr. Sistemi i vakumit ka kryesisht tre dhoma pune me vakum, përkatësisht dhomën e injektimit të mostrës, dhomën e paratrajtimit dhe analizës së sipërfaqes dhe dhomën e rritjes.
Dhoma e injektimit të mostrës përdoret për transferimin e mostrave në botën e jashtme për të siguruar kushtet e larta të vakumit të dhomave të tjera; dhoma e paratrajtimit dhe analizës së sipërfaqes lidh dhomën e injektimit të kampionit dhe dhomën e rritjes, dhe funksioni i saj kryesor është të parapërpunojë kampionin (degazimi në temperaturë të lartë për të siguruar pastërtinë e plotë të sipërfaqes së nënshtresës) dhe të kryejë analizën paraprake të sipërfaqes në mostra e pastruar; dhoma e rritjes është pjesa thelbësore e sistemit MBE, e përbërë kryesisht nga një furrë burimi dhe montimi i saj përkatës i grilave, një konzollë kontrolli kampioni, një sistem ftohjeje, një difraksion elektroni me energji të lartë reflektimi (RHEED) dhe një sistem monitorimi në vend . Disa pajisje MBE të prodhimit kanë konfigurime të shumta të dhomës së rritjes. Diagrami skematik i strukturës së pajisjeve MBE është paraqitur më poshtë:
MBE e materialit të silikonit përdor silikon me pastërti të lartë si lëndë të parë, rritet në kushte vakum ultra të lartë (10-10 ~ 10-11 Torr) dhe temperatura e rritjes është 600 ~ 900 ℃, me Ga (lloj P) dhe Sb ( Lloji N) si burime dopingu. Burimet e zakonshme të dopingut si P, As dhe B përdoren rrallë si burime rrezesh sepse janë të vështira për t'u avulluar.
Dhoma e reagimit të MBE ka një mjedis vakum ultra të lartë, i cili rrit rrugën mesatare të lirë të molekulave dhe redukton ndotjen dhe oksidimin në sipërfaqen e materialit në rritje. Materiali epitaksial i përgatitur ka morfologji dhe uniformitet të mirë sipërfaqësor dhe mund të bëhet një strukturë shumështresore me doping të ndryshëm ose përbërës të ndryshëm material.
Teknologjia MBE arrin rritjen e përsëritur të shtresave epitaksiale ultra të holla me një trashësi prej një shtrese të vetme atomike, dhe ndërfaqja midis shtresave epitaksiale është e pjerrët. Promovon rritjen e gjysmëpërçuesve III-V dhe materialeve të tjera heterogjene me shumë përbërës. Aktualisht, sistemi MBE është bërë një pajisje procesi e avancuar për prodhimin e një gjenerate të re të pajisjeve mikrovalore dhe pajisjeve optoelektronike. Disavantazhet e teknologjisë MBE janë ritmi i ngadaltë i rritjes së filmit, kërkesat e larta për vakum dhe kostot e larta të përdorimit të pajisjeve dhe pajisjeve.
3.11 Sistemi i epitaksisë në fazën e avullit
Sistemi i epitaksisë së fazës së avullit (VPE) i referohet një pajisjeje të rritjes epitaksiale që transporton komponimet e gazta në një substrat dhe merr një shtresë të vetme materiali kristal me të njëjtin rregullim grilë si nënshtresa përmes reaksioneve kimike. Shtresa epitaksiale mund të jetë një shtresë homoepitaksiale (Si/Si) ose një shtresë heteroepitaksiale (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, etj.). Aktualisht, teknologjia VPE është përdorur gjerësisht në fushat e përgatitjes së nanomaterialeve, pajisjeve të energjisë, pajisjeve optoelektronike gjysmëpërçuese, fotovoltaikëve diellorë dhe qarqeve të integruara.
VPE tipike përfshin epitaksinë e presionit atmosferik dhe epitaksinë e presionit të reduktuar, depozitimin e avullit kimik me vakum ultra të lartë, depozitimin e avullit kimik organik metalik, etj. Pikat kryesore në teknologjinë VPE janë dizajni i dhomës së reagimit, mënyra dhe uniformiteti i rrjedhës së gazit, uniformiteti i temperaturës dhe kontrolli i saktësisë, kontrolli i presionit dhe qëndrueshmëria, kontrolli i grimcave dhe defekteve, etj.
Aktualisht, drejtimi i zhvillimit të sistemeve kryesore komerciale VPE është ngarkimi i madh i vaferëve, kontrolli plotësisht automatik dhe monitorimi në kohë reale i temperaturës dhe procesit të rritjes. Sistemet VPE kanë tre struktura: vertikale, horizontale dhe cilindrike. Metodat e ngrohjes përfshijnë ngrohjen me rezistencë, ngrohje me induksion me frekuencë të lartë dhe ngrohje me rrezatim infra të kuqe.
Aktualisht, sistemet VPE përdorin kryesisht struktura disku horizontale, të cilat kanë karakteristikat e njëtrajtshmërisë së mirë të rritjes së filmit epitaksial dhe ngarkimit të madh të vaferës. Sistemet VPE zakonisht përbëhen nga katër pjesë: reaktori, sistemi i ngrohjes, sistemi i rrugës së gazit dhe sistemi i kontrollit. Për shkak se koha e rritjes së filmave epitaksial GaAs dhe GaN është relativisht e gjatë, ngrohja me induksion dhe ngrohja me rezistencë përdoren kryesisht. Në silikon VPE, rritja e trashë epitaksiale e filmit përdor kryesisht ngrohjen me induksion; Rritja e filmit të hollë epitaksial kryesisht përdor ngrohje infra të kuqe për të arritur qëllimin e rritjes/rënies së shpejtë të temperaturës.
3.12 Sistemi i epitaksisë me fazë të lëngshme
Sistemi i epitaksisë së fazës së lëngshme (LPE) i referohet pajisjes së rritjes epitaksiale që shpërndan materialin që do të rritet (si Si, Ga, As, Al, etj.) dhe dopantët (si Zn, Te, Sn, etj.) në një metali me një pikë shkrirjeje më të ulët (si Ga, In, etj.), në mënyrë që lënda e tretur të jetë e ngopur ose e mbingopur në tretës, dhe më pas nënshtresa njëkristalore kontaktohet me tretësirën, dhe substanca e tretur precipitohet nga tretësi nga duke u ftohur gradualisht, dhe në sipërfaqen e nënshtresës rritet një shtresë materiali kristal me strukturë kristalore dhe konstante grilë të ngjashme me atë të nënshtresës.
Metoda LPE u propozua nga Nelson et al. në 1963. Përdoret për të rritur filma të hollë Si dhe materiale me një kristal, si dhe materiale gjysmëpërçuese si grupet III-IV dhe teluridi i kadmiumit të merkurit, dhe mund të përdoret për të bërë pajisje të ndryshme optoelektronike, pajisje mikrovalore, pajisje gjysmëpërçuese dhe qeliza diellore. .
—————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera mund të sigurojëpjesë grafiti, ndjesi e butë/e ngurtë, pjesë të karbitit të silikonit, Pjesë karabit silikoni CVD, dhePjesë të veshura me SiC/TaCme në 30 ditë.
Nëse jeni të interesuar për produktet gjysmëpërçuese të mësipërme,ju lutemi mos hezitoni të na kontaktoni herën e parë.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Koha e postimit: 31 gusht 2024