1. Pengenalan
Proses melekatkan bahan (bahan mentah) ke permukaan bahan substrat dengan kaedah fizikal atau kimia dipanggil pertumbuhan filem nipis.
Mengikut prinsip kerja yang berbeza, pemendapan filem nipis litar bersepadu boleh dibahagikan kepada:
-Pemendapan Wap Fizikal (PVD);
-Pemendapan Wap Kimia (CVD);
-Pelanjutan.
2. Proses Pertumbuhan Filem Nipis
2.1 Pemendapan wap fizikal dan proses percikan
Proses pemendapan wap fizikal (PVD) merujuk kepada penggunaan kaedah fizikal seperti penyejatan vakum, sputtering, salutan plasma dan epitaksi rasuk molekul untuk membentuk filem nipis pada permukaan wafer.
Dalam industri VLSI, teknologi PVD yang paling banyak digunakan ialah sputtering, yang digunakan terutamanya untuk elektrod dan sambungan logam litar bersepadu. Sputtering ialah proses di mana gas nadir [seperti argon (Ar)] diionkan menjadi ion (seperti Ar+) di bawah tindakan medan elektrik luaran di bawah keadaan vakum yang tinggi, dan membedil sumber sasaran bahan di bawah persekitaran voltan tinggi, mengetuk keluar atom atau molekul bahan sasaran, dan kemudian tiba di permukaan wafer untuk membentuk filem nipis selepas proses penerbangan tanpa perlanggaran. Ar mempunyai sifat kimia yang stabil, dan ionnya tidak akan bertindak balas secara kimia dengan bahan sasaran dan filem. Apabila cip litar bersepadu memasuki era sambung tembaga 0.13μm, lapisan bahan penghalang kuprum menggunakan filem titanium nitrida (TiN) atau tantalum nitride (TaN). Permintaan untuk teknologi perindustrian telah menggalakkan penyelidikan dan pembangunan teknologi sputtering tindak balas kimia, iaitu, dalam ruang sputtering, sebagai tambahan kepada Ar, terdapat juga nitrogen gas reaktif (N2), supaya Ti atau Ta dibombardir dari bahan sasaran Ti atau Ta bertindak balas dengan N2 untuk menghasilkan filem TiN atau TaN yang diperlukan.
Terdapat tiga kaedah sputtering yang biasa digunakan, iaitu sputtering DC, sputtering RF dan sputtering magnetron. Memandangkan penyepaduan litar bersepadu terus meningkat, bilangan lapisan pendawaian logam berbilang lapisan semakin meningkat, dan aplikasi teknologi PVD menjadi semakin meluas. Bahan PVD termasuk Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, dll.
Proses PVD dan sputtering biasanya disiapkan dalam ruang tindak balas yang sangat tertutup dengan darjah vakum 1×10-7 hingga 9×10-9 Torr, yang boleh memastikan ketulenan gas semasa tindak balas; pada masa yang sama, voltan tinggi luaran diperlukan untuk mengionkan gas nadir untuk menghasilkan voltan yang cukup tinggi untuk mengebom sasaran. Parameter utama untuk menilai proses PVD dan sputtering termasuk jumlah habuk, serta nilai rintangan, keseragaman, ketebalan pemantulan dan tegasan filem yang terbentuk.
2.2 Proses Pemendapan dan Percikan Wap Kimia
Pemendapan wap kimia (CVD) merujuk kepada teknologi proses di mana pelbagai bahan tindak balas gas dengan tekanan separa yang berbeza bertindak balas secara kimia pada suhu dan tekanan tertentu, dan bahan pepejal yang dihasilkan dimendapkan pada permukaan bahan substrat untuk mendapatkan nipis yang dikehendaki. filem. Dalam proses pembuatan litar bersepadu tradisional, bahan filem nipis yang diperoleh secara amnya adalah sebatian seperti oksida, nitrida, karbida, atau bahan seperti silikon polihabluran dan silikon amorf. Pertumbuhan epitaxial terpilih, yang lebih biasa digunakan selepas nod 45nm, seperti sumber dan longkang SiGe atau pertumbuhan epitaxial terpilih Si, juga merupakan teknologi CVD.
Teknologi ini boleh terus membentuk bahan kristal tunggal dari jenis yang sama atau serupa dengan kekisi asal pada substrat kristal tunggal silikon atau bahan lain di sepanjang kekisi asal. CVD digunakan secara meluas dalam pertumbuhan filem dielektrik penebat (seperti SiO2, Si3N4 dan SiON, dll.) dan filem logam (seperti tungsten, dll.).
Secara amnya, mengikut klasifikasi tekanan, CVD boleh dibahagikan kepada pemendapan wap kimia tekanan atmosfera (APCVD), pemendapan wap kimia tekanan sub-atmosfera (SAPCVD) dan pemendapan wap kimia tekanan rendah (LPCVD).
Mengikut klasifikasi suhu, CVD boleh dibahagikan kepada pemendapan wap kimia filem oksida suhu tinggi/suhu rendah (HTO/LTO CVD) dan pemendapan wap kimia terma yang cepat (CVD Terma Cepat, RTCVD);
Mengikut sumber tindak balas, CVD boleh dibahagikan kepada CVD berasaskan silane, CVD berasaskan poliester (CVD berasaskan TEOS) dan pemendapan wap kimia organik logam (MOCVD);
Menurut klasifikasi tenaga, CVD boleh dibahagikan kepada pemendapan wap kimia terma (Thermal CVD), pemendapan wap kimia dipertingkatkan plasma (Plasma Enhanced CVD, PECVD) dan pemendapan wap kimia plasma berketumpatan tinggi (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Baru-baru ini, pemendapan wap kimia boleh alir (Flowable CVD, FCVD) dengan keupayaan mengisi jurang yang sangat baik juga telah dibangunkan.
Filem yang ditanam CVD yang berbeza mempunyai sifat yang berbeza (seperti komposisi kimia, pemalar dielektrik, ketegangan, tegasan dan voltan pecah) dan boleh digunakan secara berasingan mengikut keperluan proses yang berbeza (seperti suhu, liputan langkah, keperluan pengisian, dll.).
2.3 Proses pemendapan lapisan atom
Pemendapan lapisan atom (ALD) merujuk kepada pemendapan atom lapisan demi lapisan pada bahan substrat dengan menumbuhkan satu lapisan filem atom demi lapisan. ALD biasa menggunakan kaedah memasukkan prekursor gas ke dalam reaktor dengan cara berdenyut berselang-seli.
Sebagai contoh, pertama, prekursor tindak balas 1 dimasukkan ke dalam permukaan substrat, dan selepas penjerapan kimia, satu lapisan atom terbentuk pada permukaan substrat; maka prekursor 1 yang tinggal pada permukaan substrat dan dalam ruang tindak balas dipam keluar oleh pam udara; maka prekursor tindak balas 2 dimasukkan ke dalam permukaan substrat, dan bertindak balas secara kimia dengan prekursor 1 yang terjerap pada permukaan substrat untuk menghasilkan bahan filem nipis yang sepadan dan hasil sampingan yang sepadan pada permukaan substrat; apabila prekursor 1 bertindak balas sepenuhnya, tindak balas akan ditamatkan secara automatik, yang merupakan ciri pengehadan diri ALD, dan kemudian bahan tindak balas dan produk sampingan yang tinggal diekstrak untuk bersedia untuk peringkat pertumbuhan seterusnya; dengan mengulangi proses di atas secara berterusan, pemendapan bahan filem nipis yang ditanam lapisan demi lapisan dengan atom tunggal boleh dicapai.
Kedua-dua ALD dan CVD adalah cara untuk memperkenalkan sumber tindak balas kimia gas untuk bertindak balas secara kimia pada permukaan substrat, tetapi perbezaannya ialah sumber tindak balas gas CVD tidak mempunyai ciri pertumbuhan mengehadkan diri. Ia boleh dilihat bahawa kunci untuk membangunkan teknologi ALD adalah untuk mencari prekursor dengan sifat tindak balas mengehadkan diri.
2.4 Proses Epitaxial
Proses epitaxial merujuk kepada proses menumbuhkan lapisan kristal tunggal yang teratur sepenuhnya pada substrat. Secara umumnya, proses epitaxial adalah untuk mengembangkan lapisan kristal dengan orientasi kekisi yang sama seperti substrat asal pada substrat kristal tunggal. Proses epitaxial digunakan secara meluas dalam pembuatan semikonduktor, seperti wafer silikon epitaxial dalam industri litar bersepadu, sumber tertanam dan longkang pertumbuhan epitaxial transistor MOS, pertumbuhan epitaxial pada substrat LED, dsb.
Mengikut keadaan fasa sumber pertumbuhan yang berbeza, kaedah pertumbuhan epitaksi boleh dibahagikan kepada epitaksi fasa pepejal, epitaksi fasa cecair, dan epitaksi fasa wap. Dalam pembuatan litar bersepadu, kaedah epitaksi yang biasa digunakan ialah epitaksi fasa pepejal dan epitaksi fasa wap.
Epitaksi fasa pepejal: merujuk kepada pertumbuhan satu lapisan kristal pada substrat menggunakan sumber pepejal. Sebagai contoh, penyepuhlindapan haba selepas implantasi ion sebenarnya adalah proses epitaksi fasa pepejal. Semasa implantasi ion, atom silikon wafer silikon dihujani oleh ion implan bertenaga tinggi, meninggalkan kedudukan kekisi asalnya dan menjadi amorfus, membentuk lapisan silikon amorfus permukaan. Selepas penyepuhlindapan haba suhu tinggi, atom amorf kembali ke kedudukan kekisi mereka dan kekal konsisten dengan orientasi hablur atom di dalam substrat.
Kaedah pertumbuhan epitaksi fasa wap termasuk epitaksi fasa wap kimia, epitaksi rasuk molekul, epitaksi lapisan atom, dll. Dalam pembuatan litar bersepadu, epitaksi fasa wap kimia adalah yang paling biasa digunakan. Prinsip epitaksi fasa wap kimia pada asasnya sama dengan pemendapan wap kimia. Kedua-duanya adalah proses yang mendepositkan filem nipis dengan bertindak balas secara kimia pada permukaan wafer selepas pencampuran gas.
Perbezaannya ialah kerana epitaksi fasa wap kimia menumbuhkan satu lapisan kristal, ia mempunyai keperluan yang lebih tinggi untuk kandungan kekotoran dalam peralatan dan kebersihan permukaan wafer. Proses silikon epitaxial fasa wap kimia awal perlu dijalankan di bawah keadaan suhu tinggi (lebih daripada 1000°C). Dengan peningkatan peralatan proses, terutamanya penggunaan teknologi ruang pertukaran vakum, kebersihan rongga peralatan dan permukaan wafer silikon telah bertambah baik, dan epitaksi silikon boleh dijalankan pada suhu yang lebih rendah (600-700°). C). Proses wafer silikon epitaxial adalah untuk menumbuhkan lapisan silikon kristal tunggal pada permukaan wafer silikon.
Berbanding dengan substrat silikon asal, lapisan silikon epitaxial mempunyai ketulenan yang lebih tinggi dan lebih sedikit kecacatan kekisi, dengan itu meningkatkan hasil pembuatan semikonduktor. Di samping itu, ketebalan pertumbuhan dan kepekatan doping lapisan silikon epitaxial yang ditanam pada wafer silikon boleh direka bentuk secara fleksibel, yang membawa fleksibiliti kepada reka bentuk peranti, seperti mengurangkan rintangan substrat dan meningkatkan pengasingan substrat. Proses epitaxial saliran sumber terbenam ialah teknologi yang digunakan secara meluas dalam nod teknologi logik termaju.
Ia merujuk kepada proses silikon germanium terdop atau silikon yang tumbuh secara epitaksi di kawasan sumber dan longkang transistor MOS. Kelebihan utama memperkenalkan proses epitaxial saliran sumber tertanam termasuk: mengembangkan lapisan pseudocrystalline yang mengandungi tekanan akibat penyesuaian kekisi, meningkatkan mobiliti pembawa saluran; doping in-situ punca dan longkang boleh mengurangkan rintangan parasit simpang punca-saliran dan mengurangkan kecacatan implantasi ion bertenaga tinggi.
3. peralatan pertumbuhan filem nipis
3.1 Peralatan penyejatan vakum
Penyejatan vakum ialah kaedah salutan yang memanaskan bahan pepejal di dalam kebuk vakum untuk menyebabkannya menyejat, mengewap atau mensublimat, dan kemudiannya terpeluwap dan memendap pada permukaan bahan substrat pada suhu tertentu.
Biasanya ia terdiri daripada tiga bahagian iaitu sistem vakum, sistem sejatan dan sistem pemanasan. Sistem vakum terdiri daripada paip vakum dan pam vakum, dan fungsi utamanya adalah untuk menyediakan persekitaran vakum yang layak untuk penyejatan. Sistem penyejatan terdiri daripada jadual penyejatan, komponen pemanasan dan komponen pengukuran suhu.
Bahan sasaran yang hendak disejat (seperti Ag, Al, dsb.) diletakkan di atas meja sejatan; komponen pemanasan dan pengukuran suhu ialah sistem gelung tertutup yang digunakan untuk mengawal suhu penyejatan bagi memastikan penyejatan yang lancar. Sistem pemanasan terdiri daripada peringkat wafer dan komponen pemanasan. Peringkat wafer digunakan untuk meletakkan substrat di mana filem nipis perlu disejat, dan komponen pemanasan digunakan untuk merealisasikan pemanasan substrat dan kawalan maklum balas pengukuran suhu.
Persekitaran vakum adalah keadaan yang sangat penting dalam proses penyejatan vakum, yang berkaitan dengan kadar penyejatan dan kualiti filem. Jika tahap vakum tidak memenuhi keperluan, atom atau molekul yang terwap akan berlanggar dengan kerap dengan molekul gas sisa, menjadikan laluan bebas puratanya lebih kecil, dan atom atau molekul akan berselerak dengan teruk, seterusnya mengubah arah pergerakan dan mengurangkan filem. kadar pembentukan.
Di samping itu, disebabkan oleh kehadiran molekul gas kekotoran sisa, filem yang didepositkan telah tercemar dengan serius dan tidak berkualiti, terutamanya apabila kadar kenaikan tekanan ruang tidak memenuhi standard dan terdapat kebocoran, udara akan bocor ke dalam ruang vakum , yang akan memberi kesan serius terhadap kualiti filem.
Ciri-ciri struktur peralatan penyejatan vakum menentukan bahawa keseragaman salutan pada substrat bersaiz besar adalah lemah. Untuk meningkatkan keseragamannya, kaedah meningkatkan jarak sumber-substrat dan memutar substrat secara amnya diguna pakai, tetapi meningkatkan jarak sumber-substrat akan mengorbankan kadar pertumbuhan dan ketulenan filem. Pada masa yang sama, disebabkan peningkatan dalam ruang vakum, kadar penggunaan bahan tersejat dikurangkan.
3.2 Peralatan pemendapan wap fizikal DC
Pemendapan wap fizikal arus terus (DCPVD) juga dikenali sebagai sputtering katod atau sputtering dua peringkat DC vakum. Bahan sasaran vakum DC sputtering digunakan sebagai katod dan substrat digunakan sebagai anod. Sputtering vakum adalah untuk membentuk plasma dengan mengionkan gas proses.
Zarah bercas dalam plasma dipercepatkan dalam medan elektrik untuk mendapatkan sejumlah tenaga. Zarah-zarah dengan tenaga yang mencukupi mengebom permukaan bahan sasaran, supaya atom sasaran terpercik keluar; atom-atom terpercik dengan tenaga kinetik tertentu bergerak ke arah substrat untuk membentuk filem nipis pada permukaan substrat. Gas yang digunakan untuk sputtering biasanya gas jarang, seperti argon (Ar), jadi filem yang terbentuk oleh sputtering tidak akan tercemar; di samping itu, jejari atom argon lebih sesuai untuk sputtering.
Saiz zarah yang terpercik mestilah hampir dengan saiz atom sasaran yang akan terpercik. Jika zarah terlalu besar atau terlalu kecil, sputtering berkesan tidak boleh terbentuk. Selain faktor saiz atom, faktor jisim atom juga akan mempengaruhi kualiti sputtering. Jika sumber zarah terpercik terlalu ringan, atom sasaran tidak akan terpercik; jika zarah yang terpercik terlalu berat, sasaran akan "bengkok" dan sasaran tidak akan terbantut.
Bahan sasaran yang digunakan dalam DCPVD mestilah konduktor. Ini kerana apabila ion argon dalam gas proses mengebom bahan sasaran, ia akan bergabung semula dengan elektron pada permukaan bahan sasaran. Apabila bahan sasaran adalah konduktor seperti logam, elektron yang digunakan oleh penggabungan semula ini lebih mudah diisi semula oleh bekalan kuasa dan elektron bebas di bahagian lain bahan sasaran melalui pengaliran elektrik, supaya permukaan bahan sasaran sebagai keseluruhan kekal bercas negatif dan sputtering dikekalkan.
Sebaliknya, jika bahan sasaran adalah penebat, selepas elektron pada permukaan bahan sasaran digabungkan semula, elektron bebas di bahagian lain bahan sasaran tidak dapat diisi semula oleh pengaliran elektrik, malah cas positif akan terkumpul pada permukaan bahan sasaran, menyebabkan potensi bahan sasaran meningkat, dan cas negatif bahan sasaran menjadi lemah sehingga ia hilang, akhirnya membawa kepada penamatan sputtering.
Oleh itu, untuk membuat bahan penebat juga boleh digunakan untuk sputtering, adalah perlu untuk mencari kaedah sputtering yang lain. Sputtering frekuensi radio ialah kaedah sputtering yang sesuai untuk kedua-dua sasaran konduktif dan bukan konduktif.
Satu lagi kelemahan DCPVD ialah voltan pencucuhan adalah tinggi dan pengeboman elektron pada substrat adalah kuat. Cara yang berkesan untuk menyelesaikan masalah ini ialah menggunakan magnetron sputtering, jadi magnetron sputtering benar-benar bernilai praktikal dalam bidang litar bersepadu.
3.3 Peralatan Pemendapan Wap Fizikal RF
Pemendapan wap fizikal frekuensi radio (RFPVD) menggunakan kuasa frekuensi radio sebagai sumber pengujaan dan merupakan kaedah PVD yang sesuai untuk pelbagai bahan logam dan bukan logam.
Frekuensi biasa bekalan kuasa RF yang digunakan dalam RFPVD ialah 13.56MHz, 20MHz dan 60MHz. Kitaran positif dan negatif bekalan kuasa RF muncul secara bergantian. Apabila sasaran PVD berada dalam separuh kitaran positif, kerana permukaan sasaran berada pada potensi positif, elektron dalam atmosfera proses akan mengalir ke permukaan sasaran untuk meneutralkan cas positif yang terkumpul pada permukaannya, dan juga terus mengumpul elektron, menjadikan permukaannya berat sebelah negatif; apabila sasaran sputtering berada dalam separuh kitaran negatif, ion positif akan bergerak ke arah sasaran dan dinetralkan sebahagiannya pada permukaan sasaran.
Perkara yang paling kritikal ialah kelajuan pergerakan elektron dalam medan elektrik RF jauh lebih cepat daripada ion positif, manakala masa separuh kitaran positif dan negatif adalah sama, jadi selepas kitaran lengkap, permukaan sasaran akan menjadi “bersih” bercas negatif. Oleh itu, dalam beberapa kitaran pertama, caj negatif permukaan sasaran menunjukkan arah aliran yang semakin meningkat; selepas itu, permukaan sasaran mencapai potensi negatif yang stabil; selepas itu, kerana cas negatif sasaran mempunyai kesan tolakan pada elektron, jumlah cas positif dan negatif yang diterima oleh elektrod sasaran cenderung untuk mengimbangi, dan sasaran menunjukkan cas negatif yang stabil.
Daripada proses di atas, dapat dilihat bahawa proses pembentukan voltan negatif tidak ada kaitan dengan sifat bahan sasaran itu sendiri, jadi kaedah RFPVD bukan sahaja dapat menyelesaikan masalah sputtering sasaran penebat, tetapi juga serasi dengan baik. dengan sasaran konduktor logam konvensional.
3.4 Peralatan sputtering magnetron
Magnetron sputtering ialah kaedah PVD yang menambahkan magnet ke belakang sasaran. Magnet tambahan dan sistem bekalan kuasa DC (atau bekalan kuasa AC) membentuk sumber pancaran magnetron. Sumber sputtering digunakan untuk membentuk medan elektromagnet interaktif dalam ruang, menangkap dan mengehadkan julat pergerakan elektron dalam plasma di dalam ruang, memanjangkan laluan pergerakan elektron, dan dengan itu meningkatkan kepekatan plasma, dan akhirnya mencapai lebih banyak pemendapan.
Di samping itu, kerana lebih banyak elektron terikat berhampiran permukaan sasaran, pengeboman substrat oleh elektron dikurangkan, dan suhu substrat dikurangkan. Berbanding dengan teknologi DCPVD plat rata, salah satu ciri paling jelas bagi teknologi pemendapan wap fizikal magnetron ialah voltan nyahcas pencucuhan adalah lebih rendah dan lebih stabil.
Kerana kepekatan plasmanya yang lebih tinggi dan hasil sputtering yang lebih besar, ia boleh mencapai kecekapan pemendapan yang sangat baik, kawalan ketebalan pemendapan dalam julat saiz yang besar, kawalan komposisi yang tepat dan voltan pencucuhan yang lebih rendah. Oleh itu, magnetron sputtering berada dalam kedudukan dominan dalam PVD filem logam semasa. Reka bentuk sumber sputtering magnetron yang paling mudah ialah meletakkan sekumpulan magnet di belakang sasaran rata (di luar sistem vakum) untuk menjana medan magnet selari dengan permukaan sasaran di kawasan setempat pada permukaan sasaran.
Jika magnet kekal diletakkan, medan magnetnya agak tetap, menghasilkan pengagihan medan magnet yang agak tetap pada permukaan sasaran dalam ruang. Hanya bahan-bahan di kawasan tertentu sasaran yang tergagap, kadar penggunaan sasaran adalah rendah, dan keseragaman filem yang disediakan adalah lemah.
Terdapat kebarangkalian tertentu bahawa logam yang terpercik atau zarah bahan lain akan dimendapkan semula pada permukaan sasaran, dengan itu terkumpul menjadi zarah dan membentuk pencemaran kecacatan. Oleh itu, sumber sputtering magnetron komersial kebanyakannya menggunakan reka bentuk magnet berputar untuk meningkatkan keseragaman filem, kadar penggunaan sasaran dan sputtering sasaran penuh.
Adalah penting untuk mengimbangi ketiga-tiga faktor ini. Jika baki tidak dikendalikan dengan baik, ia mungkin menghasilkan keseragaman filem yang baik sambil mengurangkan kadar penggunaan sasaran dengan banyak (memendekkan hayat sasaran), atau gagal mencapai sputtering sasaran penuh atau kakisan sasaran penuh, yang akan menyebabkan masalah zarah semasa sputtering proses.
Dalam teknologi PVD magnetron, adalah perlu untuk mempertimbangkan mekanisme pergerakan magnet berputar, bentuk sasaran, sistem penyejukan sasaran dan sumber sputtering magnetron, serta konfigurasi fungsi tapak yang membawa wafer, seperti penjerapan wafer dan kawalan suhu. Dalam proses PVD, suhu wafer dikawal untuk mendapatkan struktur kristal yang diperlukan, saiz butiran dan orientasi, serta kestabilan prestasi.
Oleh kerana pengaliran haba antara bahagian belakang wafer dan permukaan tapak memerlukan tekanan tertentu, biasanya dalam susunan beberapa Torr, dan tekanan kerja ruang biasanya dalam susunan beberapa mTorr, tekanan pada bahagian belakang daripada wafer adalah jauh lebih besar daripada tekanan pada permukaan atas wafer, jadi chuck mekanikal atau chuck elektrostatik diperlukan untuk meletakkan dan mengehadkan wafer.
Chuck mekanikal bergantung pada beratnya sendiri dan tepi wafer untuk mencapai fungsi ini. Walaupun ia mempunyai kelebihan struktur mudah dan ketidakpekaan terhadap bahan wafer, kesan tepi wafer adalah jelas, yang tidak kondusif untuk kawalan ketat zarah. Oleh itu, ia telah digantikan secara beransur-ansur oleh chuck elektrostatik dalam proses pembuatan IC.
Untuk proses yang tidak begitu sensitif kepada suhu, kaedah rak sentuhan bukan penjerapan dan bukan tepi (tiada perbezaan tekanan antara permukaan atas dan bawah wafer) juga boleh digunakan. Semasa proses PVD, lapisan ruang dan permukaan bahagian yang bersentuhan dengan plasma akan dimendapkan dan dilindungi. Apabila ketebalan filem yang didepositkan melebihi had, filem akan retak dan mengelupas, menyebabkan masalah zarah.
Oleh itu, rawatan permukaan bahagian seperti lapisan adalah kunci untuk melanjutkan had ini. Penyemburan pasir permukaan dan penyemburan aluminium adalah dua kaedah yang biasa digunakan, tujuannya adalah untuk meningkatkan kekasaran permukaan untuk mengukuhkan ikatan antara filem dan permukaan lapisan.
3.5 Peralatan Pemendapan Wap Fizikal Pengionan
Dengan perkembangan berterusan teknologi mikroelektronik, saiz ciri menjadi lebih kecil dan lebih kecil. Memandangkan teknologi PVD tidak dapat mengawal arah pemendapan zarah, keupayaan PVD untuk masuk melalui lubang dan saluran sempit dengan nisbah aspek tinggi adalah terhad, menjadikan aplikasi teknologi PVD tradisional yang diperluaskan semakin tercabar. Dalam proses PVD, apabila nisbah aspek alur liang meningkat, liputan di bahagian bawah berkurangan, membentuk struktur terjuntai seperti cucur atap di sudut atas, dan membentuk liputan paling lemah di sudut bawah.
Teknologi pemendapan wap fizikal terion telah dibangunkan untuk menyelesaikan masalah ini. Ia mula-mula meplasmakan atom logam yang terpercik dari sasaran dengan cara yang berbeza, dan kemudian melaraskan voltan pincang yang dimuatkan pada wafer untuk mengawal arah dan tenaga ion logam untuk mendapatkan aliran ion logam berarah yang stabil untuk menyediakan filem nipis, dengan itu meningkatkan liputan bahagian bawah langkah nisbah aspek tinggi melalui lubang dan saluran sempit.
Ciri tipikal teknologi plasma logam terion ialah penambahan gegelung frekuensi radio di dalam ruang. Semasa proses, tekanan kerja ruang dikekalkan pada keadaan yang agak tinggi (5 hingga 10 kali ganda tekanan kerja biasa). Semasa PVD, gegelung frekuensi radio digunakan untuk menjana rantau plasma kedua, di mana kepekatan plasma argon meningkat dengan peningkatan kuasa frekuensi radio dan tekanan gas. Apabila atom logam terpercik dari sasaran melalui kawasan ini, mereka berinteraksi dengan plasma argon berketumpatan tinggi untuk membentuk ion logam.
Menggunakan sumber RF pada pembawa wafer (seperti chuck elektrostatik) boleh meningkatkan pincang negatif pada wafer untuk menarik ion positif logam ke bahagian bawah alur liang. Aliran ion logam berarah ini berserenjang dengan permukaan wafer meningkatkan liputan bawah langkah bagi liang nisbah aspek tinggi dan saluran sempit.
Pincang negatif yang dikenakan pada wafer juga menyebabkan ion mengebom permukaan wafer (reverse sputtering), yang melemahkan struktur melengkung mulut alur liang dan memercikkan filem yang dimendapkan di bahagian bawah ke dinding sisi di sudut bahagian bawah liang alur, dengan itu meningkatkan liputan langkah di sudut.
3.6 Peralatan Pemendapan Wap Kimia Tekanan Atmosfera
Peralatan pemendapan wap kimia tekanan atmosfera (APCVD) merujuk kepada peranti yang menyembur sumber tindak balas gas pada kelajuan tetap ke permukaan substrat pepejal yang dipanaskan di bawah persekitaran dengan tekanan yang hampir dengan tekanan atmosfera, menyebabkan sumber tindak balas bertindak balas secara kimia pada permukaan substrat, dan hasil tindak balas dimendapkan pada permukaan substrat untuk membentuk filem nipis.
Peralatan APCVD ialah peralatan CVD yang terawal dan masih digunakan secara meluas dalam pengeluaran perindustrian dan penyelidikan saintifik. Peralatan APCVD boleh digunakan untuk menyediakan filem nipis seperti silikon kristal tunggal, silikon polihabluran, silikon dioksida, zink oksida, titanium dioksida, kaca fosfosilikat, dan kaca borophosphosilicate.
3.7 Peralatan Pemendapan Wap Kimia Tekanan Rendah
Peralatan pemendapan wap kimia bertekanan rendah (LPCVD) merujuk kepada peralatan yang menggunakan bahan mentah gas untuk bertindak balas secara kimia pada permukaan substrat pepejal di bawah persekitaran yang dipanaskan (350-1100°C) dan tekanan rendah (10-100mTorr), dan bahan tindak balas dimendapkan pada permukaan substrat untuk membentuk filem nipis. Peralatan LPCVD dibangunkan berdasarkan APCVD untuk meningkatkan kualiti filem nipis, meningkatkan keseragaman pengedaran parameter ciri seperti ketebalan dan kerintangan filem, dan meningkatkan kecekapan pengeluaran.
Ciri utamanya ialah dalam persekitaran medan terma tekanan rendah, gas proses bertindak balas secara kimia pada permukaan substrat wafer, dan produk tindak balas dimendapkan pada permukaan substrat untuk membentuk filem nipis. Peralatan LPCVD mempunyai kelebihan dalam penyediaan filem nipis berkualiti tinggi dan boleh digunakan untuk menyediakan filem nipis seperti silikon oksida, silikon nitrida, polisilikon, silikon karbida, galium nitrida dan graphene.
Berbanding dengan APCVD, persekitaran tindak balas tekanan rendah peralatan LPCVD meningkatkan purata laluan bebas dan pekali resapan gas dalam ruang tindak balas.
Gas tindak balas dan molekul gas pembawa dalam ruang tindak balas boleh diagihkan sama rata dalam masa yang singkat, dengan itu meningkatkan keseragaman ketebalan filem, keseragaman rintangan dan liputan langkah filem, dan penggunaan gas tindak balas juga kecil. Di samping itu, persekitaran tekanan rendah juga mempercepatkan kelajuan penghantaran bahan gas. Kekotoran dan hasil sampingan tindak balas yang disebarkan daripada substrat boleh dengan cepat dibawa keluar dari zon tindak balas melalui lapisan sempadan, dan gas tindak balas dengan cepat melalui lapisan sempadan untuk mencapai permukaan substrat untuk tindak balas, dengan itu berkesan menekan doping sendiri, menyediakan filem berkualiti tinggi dengan zon peralihan yang curam, dan juga meningkatkan kecekapan pengeluaran.
3.8 Peralatan Pemendapan Wap Kimia Dipertingkat Plasma
Pemendapan wap kimia dipertingkatkan plasma (PECVD) ialah t yang digunakan secara meluashin teknologi pemendapan filem. Semasa proses plasma, prekursor gas diionkan di bawah tindakan plasma untuk membentuk kumpulan aktif teruja, yang meresap ke permukaan substrat dan kemudian menjalani tindak balas kimia untuk melengkapkan pertumbuhan filem.
Mengikut kekerapan penjanaan plasma, plasma yang digunakan dalam PECVD boleh dibahagikan kepada dua jenis: plasma frekuensi radio (plasma RF) dan plasma gelombang mikro (plasma gelombang mikro). Pada masa ini, frekuensi radio yang digunakan dalam industri biasanya 13.56MHz.
Pengenalan plasma frekuensi radio biasanya dibahagikan kepada dua jenis: gandingan kapasitif (CCP) dan gandingan induktif (ICP). Kaedah gandingan kapasitif biasanya kaedah tindak balas plasma langsung; manakala kaedah gandingan induktif boleh menjadi kaedah plasma terus atau kaedah plasma jauh.
Dalam proses pembuatan semikonduktor, PECVD sering digunakan untuk mengembangkan filem nipis pada substrat yang mengandungi logam atau struktur sensitif suhu lain. Sebagai contoh, dalam bidang sambungan logam bahagian belakang litar bersepadu, kerana struktur sumber, pintu dan longkang peranti telah dibentuk dalam proses bahagian hadapan, pertumbuhan filem nipis dalam bidang sambung logam tertakluk kepada kekangan bajet terma yang sangat ketat, jadi ia biasanya dilengkapkan dengan bantuan plasma. Dengan melaraskan parameter proses plasma, ketumpatan, komposisi kimia, kandungan kekotoran, keliatan mekanikal dan parameter tekanan filem nipis yang ditanam oleh PECVD boleh dilaraskan dan dioptimumkan dalam julat tertentu.
3.9 Peralatan Pemendapan Lapisan Atom
Pemendapan lapisan atom (ALD) ialah teknologi pemendapan filem nipis yang tumbuh secara berkala dalam bentuk lapisan kuasi-monoatomik. Cirinya ialah ketebalan filem yang didepositkan boleh diselaraskan dengan tepat dengan mengawal bilangan kitaran pertumbuhan. Tidak seperti proses pemendapan wap kimia (CVD), dua (atau lebih) prekursor dalam proses ALD secara bergilir-gilir melalui permukaan substrat dan diasingkan dengan berkesan oleh pembersihan gas nadir.
Kedua-dua prekursor tidak akan bercampur dan bertemu dalam fasa gas untuk bertindak balas secara kimia, tetapi hanya bertindak balas melalui penjerapan kimia pada permukaan substrat. Dalam setiap kitaran ALD, jumlah prekursor yang terjerap pada permukaan substrat adalah berkaitan dengan ketumpatan kumpulan aktif pada permukaan substrat. Apabila kumpulan reaktif pada permukaan substrat habis, walaupun lebihan prekursor diperkenalkan, penjerapan kimia tidak akan berlaku pada permukaan substrat.
Proses tindak balas ini dipanggil tindak balas menghadkan diri permukaan. Mekanisme proses ini menjadikan ketebalan filem yang ditanam dalam setiap kitaran proses ALD malar, jadi proses ALD mempunyai kelebihan kawalan ketebalan yang tepat dan liputan langkah filem yang baik.
3.10 Peralatan Epitaksi Rasuk Molekul
Sistem Molecular Beam Epitaxy (MBE) merujuk kepada peranti epitaxial yang menggunakan satu atau lebih rasuk atom tenaga haba atau rasuk molekul untuk menyembur ke permukaan substrat yang dipanaskan pada kelajuan tertentu di bawah keadaan vakum ultra tinggi, dan menjerap dan berhijrah pada permukaan substrat untuk mengembangkan filem nipis kristal tunggal secara epitaxial di sepanjang arah paksi kristal bahan substrat. Secara amnya, di bawah keadaan pemanasan oleh relau jet dengan perisai haba, sumber rasuk membentuk rasuk atom atau rasuk molekul, dan filem itu tumbuh lapisan demi lapisan sepanjang arah paksi kristal bahan substrat.
Ciri-cirinya ialah suhu pertumbuhan epitaxial yang rendah, dan ketebalan, antara muka, komposisi kimia dan kepekatan kekotoran boleh dikawal dengan tepat pada tahap atom. Walaupun MBE berasal daripada penyediaan filem kristal tunggal ultra-nipis semikonduktor, aplikasinya kini telah berkembang kepada pelbagai sistem bahan seperti logam dan dielektrik penebat, dan boleh menyediakan III-V, II-VI, silikon, silikon germanium (SiGe). ), graphene, oksida dan filem organik.
Sistem epitaksi rasuk molekul (MBE) terutamanya terdiri daripada sistem vakum ultra tinggi, sumber rasuk molekul, sistem penetapan dan pemanasan substrat, sistem pemindahan sampel, sistem pemantauan in-situ, sistem kawalan dan ujian. sistem.
Sistem vakum termasuk pam vakum (pam mekanikal, pam molekul, pam ion, dan pam pemeluwapan, dll.) dan pelbagai injap, yang boleh mewujudkan persekitaran pertumbuhan vakum ultra tinggi. Darjah vakum yang boleh dicapai secara amnya ialah 10-8 hingga 10-11 Torr. Sistem vakum terutamanya mempunyai tiga ruang kerja vakum, iaitu ruang suntikan sampel, ruang prarawatan dan analisis permukaan, dan ruang pertumbuhan.
Ruang suntikan sampel digunakan untuk memindahkan sampel ke dunia luar untuk memastikan keadaan vakum yang tinggi bagi ruang lain; ruang prarawatan dan analisis permukaan menghubungkan ruang suntikan sampel dan ruang pertumbuhan, dan fungsi utamanya adalah untuk pra-memproses sampel (penyahgasan suhu tinggi untuk memastikan kebersihan lengkap permukaan substrat) dan untuk melakukan analisis permukaan awal pada sampel yang dibersihkan; ruang pertumbuhan ialah bahagian teras sistem MBE, terutamanya terdiri daripada relau sumber dan pemasangan pengatup yang sepadan, konsol kawalan sampel, sistem penyejukan, pembelauan elektron tenaga tinggi pantulan (RHEED), dan sistem pemantauan in-situ . Sesetengah peralatan MBE pengeluaran mempunyai pelbagai konfigurasi ruang pertumbuhan. Gambar rajah skema struktur peralatan MBE ditunjukkan di bawah:
MBE bahan silikon menggunakan silikon ketulenan tinggi sebagai bahan mentah, tumbuh di bawah keadaan vakum ultra tinggi (10-10～10-11Torr), dan suhu pertumbuhan ialah 600～900℃, dengan Ga (jenis P) dan Sb ( N-type) sebagai sumber doping. Sumber doping yang biasa digunakan seperti P, As dan B jarang digunakan sebagai sumber rasuk kerana ia sukar untuk menguap.
Ruang tindak balas MBE mempunyai persekitaran vakum ultra tinggi, yang meningkatkan purata laluan bebas molekul dan mengurangkan pencemaran dan pengoksidaan pada permukaan bahan yang semakin meningkat. Bahan epitaxial yang disediakan mempunyai morfologi permukaan yang baik dan keseragaman, dan boleh dijadikan struktur berbilang lapisan dengan doping yang berbeza atau komponen bahan yang berbeza.
Teknologi MBE mencapai pertumbuhan berulang lapisan epitaxial ultra-nipis dengan ketebalan lapisan atom tunggal, dan antara muka antara lapisan epitaxial adalah curam. Ia menggalakkan pertumbuhan semikonduktor III-V dan bahan heterogen berbilang komponen lain. Pada masa ini, sistem MBE telah menjadi peralatan proses termaju untuk pengeluaran peranti gelombang mikro dan peranti optoelektronik generasi baharu. Kelemahan teknologi MBE ialah kadar pertumbuhan filem yang perlahan, keperluan vakum yang tinggi, dan kos penggunaan peralatan dan peralatan yang tinggi.
3.11 Sistem Epitaksi Fasa Wap
Sistem epitaksi fasa wap (VPE) merujuk kepada peranti pertumbuhan epitaxial yang mengangkut sebatian gas ke substrat dan memperoleh satu lapisan bahan kristal dengan susunan kekisi yang sama dengan substrat melalui tindak balas kimia. Lapisan epitaxial boleh menjadi lapisan homoepitaxial (Si/Si) atau lapisan heteroepitaxial (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, dll.). Pada masa ini, teknologi VPE telah digunakan secara meluas dalam bidang penyediaan bahan nano, peranti kuasa, peranti optoelektronik semikonduktor, fotovoltaik suria, dan litar bersepadu.
VPE biasa termasuk epitaksi tekanan atmosfera dan epitaksi tekanan terkurang, pemendapan wap kimia vakum ultra tinggi, pemendapan wap kimia organik logam, dll. Perkara utama dalam teknologi VPE ialah reka bentuk ruang tindak balas, mod aliran gas dan keseragaman, keseragaman suhu dan kawalan ketepatan, kawalan tekanan dan kestabilan, kawalan zarah dan kecacatan, dsb.
Pada masa ini, hala tuju pembangunan sistem VPE komersial arus perdana ialah pemuatan wafer yang besar, kawalan automatik sepenuhnya, dan pemantauan masa nyata suhu dan proses pertumbuhan. Sistem VPE mempunyai tiga struktur: menegak, mendatar dan silinder. Kaedah pemanasan termasuk pemanasan rintangan, pemanasan aruhan frekuensi tinggi dan pemanasan sinaran inframerah.
Pada masa ini, sistem VPE kebanyakannya menggunakan struktur cakera mendatar, yang mempunyai ciri-ciri keseragaman yang baik bagi pertumbuhan filem epitaxial dan pemuatan wafer yang besar. Sistem VPE biasanya terdiri daripada empat bahagian: reaktor, sistem pemanasan, sistem laluan gas dan sistem kawalan. Oleh kerana masa pertumbuhan filem epitaxial GaAs dan GaN agak panjang, pemanasan aruhan dan pemanasan rintangan kebanyakannya digunakan. Dalam VPE silikon, pertumbuhan filem epitaxial tebal kebanyakannya menggunakan pemanasan aruhan; pertumbuhan filem epitaxial nipis kebanyakannya menggunakan pemanasan inframerah untuk mencapai tujuan kenaikan/kejatuhan suhu yang cepat.
3.12 Sistem Epitaksi Fasa Cecair
Sistem Epitaksi Fasa Cecair (LPE) merujuk kepada peralatan pertumbuhan epitaxial yang melarutkan bahan yang akan ditanam (seperti Si, Ga, As, Al, dll.) dan dopan (seperti Zn, Te, Sn, dll.) dalam logam dengan takat lebur yang lebih rendah (seperti Ga, In, dsb.), supaya zat terlarut tepu atau supertepu dalam pelarut, dan kemudian substrat kristal tunggal bersentuhan dengan larutan, dan zat terlarut dimendakan daripada pelarut dengan secara beransur-ansur menyejuk, dan lapisan bahan kristal dengan struktur kristal dan pemalar kekisi serupa dengan substrat ditanam di permukaan substrat.
Kaedah LPE telah dicadangkan oleh Nelson et al. pada tahun 1963. Ia digunakan untuk mengembangkan filem nipis Si dan bahan kristal tunggal, serta bahan semikonduktor seperti kumpulan III-IV dan telluride merkuri kadmium, dan boleh digunakan untuk membuat pelbagai peranti optoelektronik, peranti gelombang mikro, peranti semikonduktor dan sel suria .
————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera boleh sediakanbahagian grafit, terasa lembut/tegar, bahagian silikon karbida, Bahagian silikon karbida CVD, danBahagian bersalut SiC/TaCdengan dalam 30 hari.
Jika anda berminat dengan produk semikonduktor di atas,sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami pada kali pertama.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Masa siaran: 31 Ogos 2024