1. Giriş
Maddelerin (hammaddelerin) altlık malzemelerin yüzeyine fiziksel veya kimyasal yöntemlerle bağlanması işlemine ince film büyümesi denir.
Farklı çalışma prensiplerine göre entegre devre ince film biriktirme şu şekilde ayrılabilir:
-Fiziksel Buhar Birikimi (PVD);
-Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD);
-Eklenti.
2. İnce Film Büyüme Süreci
2.1 Fiziksel buhar biriktirme ve püskürtme işlemi
Fiziksel buhar biriktirme (PVD) işlemi, bir levhanın yüzeyinde ince bir film oluşturmak için vakumlu buharlaştırma, püskürtme, plazma kaplama ve moleküler ışın epitaksisi gibi fiziksel yöntemlerin kullanılmasını ifade eder.
VLSI endüstrisinde en yaygın kullanılan PVD teknolojisi, esas olarak entegre devrelerin elektrotları ve metal ara bağlantıları için kullanılan püskürtmedir. Püskürtme, yüksek vakum koşullarında harici bir elektrik alanın etkisi altında nadir gazların [argon (Ar) gibi] iyonlara (Ar + gibi) iyonize edildiği ve malzeme hedef kaynağını yüksek voltajlı bir ortamda bombardıman ettiği bir işlemdir. hedef malzemenin atomlarını veya moleküllerini parçalamak ve ardından çarpışmasız bir uçuş sürecinin ardından ince bir film oluşturmak üzere levhanın yüzeyine ulaşmak. Ar, kararlı kimyasal özelliklere sahiptir ve iyonları, hedef malzeme ve film ile kimyasal olarak reaksiyona girmez. Entegre devre çipleri 0,13μm bakır ara bağlantı çağına girerken, bakır bariyer malzemesi katmanı titanyum nitrür (TiN) veya tantal nitrür (TaN) filmi kullanıyor. Endüstriyel teknolojiye olan talep, kimyasal reaksiyon püskürtme teknolojisinin araştırılmasını ve geliştirilmesini teşvik etmiştir; yani püskürtme odasında Ar'a ek olarak reaktif gaz nitrojen (N2) de bulunur, böylece Ti veya Ta tanktan bombalanır. hedef malzeme Ti veya Ta, gerekli TiN veya TaN filmini oluşturmak için N2 ile reaksiyona girer.
Yaygın olarak kullanılan üç püskürtme yöntemi vardır; DC püskürtme, RF püskürtme ve magnetron püskürtme. Entegre devrelerin entegrasyonu artmaya devam ettikçe, çok katmanlı metal kablolama katmanlarının sayısı da artıyor ve PVD teknolojisinin uygulaması giderek daha kapsamlı hale geliyor. PVD malzemeleri arasında Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 vb. bulunur.
PVD ve püskürtme işlemleri genellikle, reaksiyon sırasında gazın saflığını sağlayabilen, 1×10-7 ila 9×10-9 Torr vakum derecesine sahip, oldukça yalıtılmış bir reaksiyon odasında tamamlanır; aynı zamanda, hedefi bombalayacak kadar yüksek bir voltaj üretmek amacıyla nadir gazı iyonize etmek için harici bir yüksek voltaj gerekir. PVD ve püskürtme işlemlerini değerlendirmeye yönelik ana parametreler, toz miktarının yanı sıra oluşturulan filmin direnç değeri, tekdüzelik, yansıtma kalınlığı ve stresini içerir.
2.2 Kimyasal Buhar Biriktirme ve Püskürtme Prosesi
Kimyasal buhar biriktirme (CVD), farklı kısmi basınçlara sahip çeşitli gaz halindeki reaktanların belirli bir sıcaklık ve basınçta kimyasal olarak reaksiyona girdiği ve üretilen katı maddelerin istenen inceliği elde etmek için substrat malzemesinin yüzeyinde biriktirildiği bir proses teknolojisini ifade eder. film. Geleneksel entegre devre üretim prosesinde elde edilen ince film malzemeleri genellikle oksitler, nitrürler, karbürler gibi bileşikler veya polikristalin silikon ve amorf silikon gibi malzemelerdir. Kaynak ve drenaj SiGe veya Si seçici epitaksiyel büyüme gibi 45nm düğümden sonra daha yaygın olarak kullanılan seçici epitaksiyel büyüme de bir CVD teknolojisidir.
Bu teknoloji, orijinal kafes boyunca silikondan veya diğer malzemelerden oluşan tek kristal bir alt tabaka üzerinde orijinal kafesle aynı tipte veya benzer tek kristal malzemeler oluşturmaya devam edebilir. CVD, yalıtkan dielektrik filmlerin (SiO2, Si3N4 ve SiON vb.) ve metal filmlerin (tungsten vb. gibi) büyütülmesinde yaygın olarak kullanılır.
Genel olarak basınç sınıflandırmasına göre CVD, atmosferik basınçlı kimyasal buhar biriktirme (APCVD), atmosfer altı basınçlı kimyasal buhar biriktirme (SAPCVD) ve düşük basınçlı kimyasal buhar biriktirme (LPCVD) olarak ayrılabilir.
Sıcaklık sınıflandırmasına göre CVD, yüksek sıcaklık/düşük sıcaklıkta oksit film kimyasal buhar biriktirme (HTO/LTO CVD) ve hızlı termal kimyasal buhar biriktirme (Rapid Thermal CVD, RTCVD) olarak ikiye ayrılabilir;
Reaksiyon kaynağına göre CVD, silan bazlı CVD, polyester bazlı CVD (TEOS bazlı CVD) ve metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) olarak ayrılabilir;
Enerji sınıflandırmasına göre CVD, termal kimyasal buhar biriktirme (Termal CVD), plazmayla güçlendirilmiş kimyasal buhar biriktirme (Plazma Geliştirilmiş CVD, PECVD) ve yüksek yoğunluklu plazma kimyasal buhar biriktirme (Yüksek Yoğunluklu Plazma CVD, HDPCVD) olarak ayrılabilir. Son zamanlarda mükemmel boşluk doldurma özelliğine sahip akıcı kimyasal buhar biriktirme (Flowable CVD, FCVD) de geliştirilmiştir.
Farklı CVD ile büyütülen filmler farklı özelliklere sahiptir (kimyasal bileşim, dielektrik sabiti, gerilim, stres ve arıza voltajı gibi) ve farklı proses gereksinimlerine (sıcaklık, adım kapsamı, doldurma gereksinimleri vb.) göre ayrı ayrı kullanılabilir.
2.3 Atomik katman biriktirme işlemi
Atomik katman biriktirme (ALD), tek bir atomik filmi katman katman büyüterek atomların bir substrat malzemesi üzerinde katman katman biriktirilmesini ifade eder. Tipik bir ALD, gaz halindeki öncüllerin reaktöre alternatif darbeli bir şekilde girme yöntemini benimser.
Örneğin, ilk önce reaksiyon öncüsü 1 substrat yüzeyine uygulanır ve kimyasal adsorpsiyonun ardından substrat yüzeyinde tek bir atomik katman oluşturulur; daha sonra substrat yüzeyinde ve reaksiyon odasında kalan öncül (1), bir hava pompasıyla dışarı pompalanır; daha sonra reaksiyon öncüsü (2) substrat yüzeyine uygulanır ve substrat yüzeyinde adsorbe edilen öncül (1) ile kimyasal olarak reaksiyona girerek ilgili ince film malzemesini ve substrat yüzeyinde karşılık gelen yan ürünleri üretir; öncü 1 tamamen reaksiyona girdiğinde reaksiyon otomatik olarak sona erecektir; bu, ALD'nin kendi kendini sınırlayan özelliğidir ve ardından kalan reaktanlar ve yan ürünler, büyümenin bir sonraki aşamasına hazırlanmak için ekstrakte edilir; Yukarıdaki işlemin sürekli olarak tekrarlanmasıyla, katman katman büyütülen ince film malzemelerinin tek atomlarla biriktirilmesi sağlanabilir.
Hem ALD hem de CVD, substrat yüzeyinde kimyasal olarak reaksiyona girecek gazlı bir kimyasal reaksiyon kaynağının dahil edilmesinin yollarıdır, ancak aradaki fark, CVD'nin gazlı reaksiyon kaynağının, kendi kendini sınırlayan büyüme özelliğine sahip olmamasıdır. ALD teknolojisini geliştirmenin anahtarının, kendini sınırlayan reaksiyon özelliklerine sahip öncüleri bulmak olduğu görülebilir.
2.4 Epitaksiyel Süreç
Epitaksiyel işlem, bir substrat üzerinde tamamen düzenli bir tek kristal katmanın büyütülmesi işlemini ifade eder. Genel olarak konuşursak, epitaksiyel işlem, tek bir kristal substrat üzerinde orijinal substrat ile aynı kafes oryantasyonuna sahip bir kristal katmanının büyütülmesidir. Epitaksiyel işlem, entegre devre endüstrisindeki epitaksiyel silikon levhalar, MOS transistörlerinin gömülü kaynak ve drenaj epitaksiyel büyümesi, LED alt tabakalarda epitaksiyel büyüme vb. gibi yarı iletken imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Büyüme kaynağının farklı faz durumlarına göre, epitaksiyel büyüme yöntemleri katı faz epitaksi, sıvı faz epitaksi ve buhar fazı epitaksi olarak ayrılabilir. Entegre devre üretiminde yaygın olarak kullanılan epitaksiyel yöntemler katı faz epitaksi ve buhar fazı epitaksidir.
Katı faz epitaksisi: katı bir kaynak kullanılarak bir substrat üzerinde tek bir kristal katmanın büyümesini ifade eder. Örneğin iyon implantasyonundan sonraki termal tavlama aslında bir katı faz epitaksi işlemidir. İyon implantasyonu sırasında, silikon levhanın silikon atomları, yüksek enerjili implante edilmiş iyonlar tarafından bombalanır, orijinal kafes konumlarını terk eder ve amorf hale gelerek yüzey amorf bir silikon tabakası oluşturur. Yüksek sıcaklıkta termal tavlamanın ardından amorf atomlar kafes konumlarına geri döner ve substrat içindeki atomik kristal yönelimiyle tutarlı kalır.
Buhar fazı epitaksisinin büyüme yöntemleri arasında kimyasal buhar fazı epitaksisi, moleküler ışın epitaksisi, atomik katman epitaksisi vb. yer alır. Entegre devre imalatında kimyasal buhar fazı epitaksisi en yaygın kullanılanıdır. Kimyasal buhar fazı epitaksinin prensibi temel olarak kimyasal buhar biriktirme prensibiyle aynıdır. Her ikisi de, gaz karışımından sonra levhaların yüzeyinde kimyasal reaksiyona girerek ince filmleri biriktiren işlemlerdir.
Aradaki fark, kimyasal buhar fazlı epitaksinin tek bir kristal katman oluşturması nedeniyle ekipmandaki yabancı madde içeriği ve levha yüzeyinin temizliği açısından daha yüksek gereksinimlere sahip olmasıdır. Erken kimyasal buhar fazı epitaksiyel silikon işleminin yüksek sıcaklık koşulları altında (1000°C'nin üzerinde) gerçekleştirilmesi gerekir. Proses ekipmanının gelişmesiyle, özellikle vakum değişim odası teknolojisinin benimsenmesiyle, ekipman boşluğunun ve silikon levha yüzeyinin temizliği büyük ölçüde iyileştirildi ve silikon epitaksi daha düşük bir sıcaklıkta (600-700°) gerçekleştirilebilir. C). Epitaksiyel silikon levha işlemi, silikon levhanın yüzeyinde tek kristalli bir silikon tabakasının büyütülmesidir.
Orijinal silikon alt katmanla karşılaştırıldığında, epitaksiyel silikon katman daha yüksek saflığa ve daha az kafes kusuruna sahiptir, böylece yarı iletken üretimin verimi artar. Ek olarak, silikon levha üzerinde büyütülen epitaksiyel silikon katmanının büyüme kalınlığı ve doping konsantrasyonu esnek bir şekilde tasarlanabilir; bu, alt tabaka direncini azaltmak ve alt tabaka izolasyonunu arttırmak gibi cihazın tasarımına esneklik getirir. Gömülü kaynak-drenaj epitaksiyel işlemi, gelişmiş mantık teknolojisi düğümlerinde yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir.
MOS transistörlerinin kaynak ve boşaltma bölgelerinde epitaksiyel olarak katkılı germanyum silikon veya silikonun büyütülmesi sürecini ifade eder. Gömülü kaynak-drenaj epitaksiyel prosesinin tanıtılmasının ana avantajları arasında şunlar yer alır: kafes adaptasyonundan dolayı stres içeren bir psödokristalin tabakanın büyütülmesi, kanal taşıyıcı hareketliliğinin iyileştirilmesi; Kaynağın ve drenajın yerinde katkılanması, kaynak-drenaj bağlantısının parazit direncini azaltabilir ve yüksek enerjili iyon implantasyonunun kusurlarını azaltabilir.
3. ince film büyütme ekipmanı
3.1 Vakumlu buharlaştırma ekipmanı
Vakumlu buharlaştırma, katı malzemeleri bir vakum odasında ısıtarak bunların buharlaşmasına, buharlaşmasına veya süblimleşmesine ve daha sonra yoğunlaşmasına ve belirli bir sıcaklıkta bir alt tabaka malzemesinin yüzeyinde birikmesine neden olan bir kaplama yöntemidir.
Genellikle vakum sistemi, buharlaştırma sistemi ve ısıtma sistemi olmak üzere üç bölümden oluşur. Vakum sistemi vakum boruları ve vakum pompalarından oluşur ve ana işlevi buharlaşma için nitelikli bir vakum ortamı sağlamaktır. Buharlaştırma sistemi bir buharlaştırma tablosundan, bir ısıtma bileşeninden ve bir sıcaklık ölçüm bileşeninden oluşur.
Buharlaştırılacak hedef malzeme (Ag, Al vb. gibi) buharlaştırma masasına yerleştirilir; ısıtma ve sıcaklık ölçüm bileşeni, düzgün buharlaşmayı sağlamak amacıyla buharlaşma sıcaklığını kontrol etmek için kullanılan kapalı devre bir sistemdir. Isıtma sistemi bir gofret kademesinden ve bir ısıtma bileşeninden oluşur. Gofret aşaması, üzerine ince filmin buharlaştırılması gereken alt tabakayı yerleştirmek için kullanılır ve ısıtma bileşeni, alt tabaka ısıtmasını ve sıcaklık ölçümü geri bildirim kontrolünü gerçekleştirmek için kullanılır.
Vakumlu buharlaştırma işleminde vakum ortamı, buharlaşma hızı ve filmin kalitesiyle ilişkili çok önemli bir durumdur. Vakum derecesi gereklilikleri karşılamıyorsa, buharlaşan atomlar veya moleküller artık gaz molekülleriyle sık sık çarpışacak, ortalama serbest yolları küçültecek ve atomlar veya moleküller ciddi şekilde dağılacak, böylece hareketin yönü değişecek ve film tabakası azalacaktır. oluşum oranı.
Ek olarak, artık safsızlık gaz moleküllerinin varlığı nedeniyle, biriken film ciddi şekilde kirlenmiş ve kalitesizdir, özellikle odanın basınç artış hızı standardı karşılamadığında ve sızıntı olduğunda, vakum odasına hava sızacaktır. Bu da filmin kalitesini ciddi şekilde etkileyecektir.
Vakumlu buharlaştırma ekipmanının yapısal özellikleri, büyük boyutlu alt tabakalar üzerindeki kaplamanın homojenliğinin zayıf olduğunu belirler. Tekdüzeliğini geliştirmek için, kaynak-tabaka mesafesini arttırma ve alt tabakayı döndürme yöntemi genellikle benimsenir, ancak kaynak-alt tabaka mesafesini arttırmak filmin büyüme hızını ve saflığını feda edecektir. Aynı zamanda vakum alanının artması nedeniyle buharlaşan malzemenin kullanım oranı azalır.
3.2 DC fiziksel buhar biriktirme ekipmanı
Doğru akım fiziksel buhar biriktirme (DCPVD), katot püskürtme veya vakumlu DC iki aşamalı püskürtme olarak da bilinir. Vakumlu DC püskürtmenin hedef malzemesi katot olarak kullanılır ve alt tabaka anot olarak kullanılır. Vakum püskürtme, proses gazını iyonize ederek bir plazma oluşturmaktır.
Plazmadaki yüklü parçacıklar elektrik alanında hızlandırılarak belirli miktarda enerji elde edilir. Yeterli enerjiye sahip parçacıklar hedef malzemenin yüzeyini bombalar, böylece hedef atomlar saçılır; Belirli bir kinetik enerjiye sahip püskürtülen atomlar, altlığın yüzeyinde ince bir film oluşturmak üzere altlığa doğru hareket eder. Püskürtme için kullanılan gaz genellikle argon (Ar) gibi nadir bir gazdır, dolayısıyla püskürtmeyle oluşturulan film kirlenmeyecektir; Ayrıca argonun atom yarıçapı püskürtme için daha uygundur.
Püskürtme parçacıklarının boyutu, püskürtülecek hedef atomların boyutuna yakın olmalıdır. Parçacıkların çok büyük ya da çok küçük olması durumunda etkin püskürtme sağlanamaz. Atomun boyut faktörünün yanı sıra atomun kütle faktörü de püskürtme kalitesini etkileyecektir. Püskürtme parçacık kaynağı çok hafifse, hedef atomlar püskürtme olmayacaktır; Püskürtülen parçacıklar çok ağırsa hedef "bükülecek" ve hedef püskürtülmeyecektir.
DCPVD'de kullanılan hedef malzeme iletken olmalıdır. Bunun nedeni, proses gazındaki argon iyonlarının hedef malzemeyi bombardıman etmesi durumunda, hedef malzemenin yüzeyindeki elektronlarla yeniden birleşecek olmalarıdır. Hedef malzeme metal gibi bir iletken olduğunda, bu rekombinasyon tarafından tüketilen elektronlar, güç kaynağı tarafından daha kolay bir şekilde yenilenir ve hedef malzemenin diğer kısımlarındaki serbest elektronlar, elektrik iletimi yoluyla, böylece hedef malzemenin yüzeyi bir iletken olarak kalır. tamamı negatif yüklü kalır ve püskürtme korunur.
Aksine, hedef malzeme yalıtkan ise, hedef malzemenin yüzeyindeki elektronlar yeniden birleştikten sonra, hedef malzemenin diğer kısımlarındaki serbest elektronlar elektriksel iletimle yenilenemez ve hatta pozitif yükler hedef malzemenin üzerinde birikecektir. Hedef malzemenin yüzeyi, hedef malzeme potansiyelinin yükselmesine neden olur ve hedef malzemenin negatif yükü, yok olana kadar zayıflatılır ve sonunda püskürtmenin sona ermesine yol açar.
Bu nedenle, yalıtım malzemelerinin püskürtme için de kullanılabilir hale getirilmesi için başka bir püskürtme yönteminin bulunması gerekmektedir. Radyo frekansı püskürtme, hem iletken hem de iletken olmayan hedefler için uygun bir püskürtme yöntemidir.
DCPVD'nin diğer bir dezavantajı ise ateşleme voltajının yüksek olması ve alt tabaka üzerindeki elektron bombardımanının güçlü olmasıdır. Bu sorunu çözmenin etkili bir yolu magnetron püskürtmeyi kullanmaktır, dolayısıyla magnetron püskürtmenin entegre devreler alanında gerçekten pratik değeri vardır.
3.3 RF Fiziksel Buhar Biriktirme Ekipmanı
Radyo frekansı fiziksel buhar biriktirme (RFPVD), uyarma kaynağı olarak radyo frekansı gücünü kullanır ve çeşitli metal ve metal olmayan malzemeler için uygun bir PVD yöntemidir.
RFPVD'de kullanılan RF güç kaynağının ortak frekansları 13,56MHz, 20MHz ve 60MHz'dir. RF güç kaynağının pozitif ve negatif döngüleri dönüşümlü olarak görünür. PVD hedefi pozitif yarı döngüde olduğunda, hedef yüzey pozitif potansiyelde olduğundan, proses atmosferindeki elektronlar hedef yüzeye akarak yüzeyinde biriken pozitif yükü nötralize edecek ve hatta elektron biriktirmeye devam edecektir. yüzeyini olumsuz yönde önyargılı hale getirmek; Püskürtme hedefi negatif yarı döngüde olduğunda, pozitif iyonlar hedefe doğru hareket edecek ve hedef yüzeyinde kısmen nötralize edilecektir.
En kritik nokta, RF elektrik alanındaki elektronların hareket hızının, pozitif iyonlarınkinden çok daha hızlı olması, pozitif ve negatif yarı döngülerin süresinin aynı olması, dolayısıyla tam bir döngüden sonra hedef yüzeyin “net” negatif yüklü. Bu nedenle ilk birkaç döngüde hedef yüzeyin negatif yükü artan bir eğilim gösterir; daha sonra hedef yüzey kararlı bir negatif potansiyele ulaşır; bundan sonra, hedefin negatif yükünün elektronlar üzerinde itici bir etkisi olduğundan, hedef elektrot tarafından alınan pozitif ve negatif yüklerin miktarı dengelenme eğilimi gösterir ve hedef, kararlı bir negatif yük sunar.
Yukarıdaki süreçten, negatif voltaj oluşumu sürecinin hedef malzemenin özellikleriyle hiçbir ilgisi olmadığı görülebilir, dolayısıyla RFPVD yöntemi yalnızca yalıtım hedeflerinin püskürtülmesi sorununu çözmekle kalmaz, aynı zamanda oldukça uyumludur geleneksel metal iletken hedeflerle.
3.4 Magnetron püskürtme ekipmanı
Magnetron püskürtme, hedefin arkasına mıknatıs ekleyen bir PVD yöntemidir. Eklenen mıknatıslar ve DC güç kaynağı (veya AC güç kaynağı) sistemi, bir magnetron püskürtme kaynağı oluşturur. Püskürtme kaynağı, haznede etkileşimli bir elektromanyetik alan oluşturmak, hazne içindeki plazmadaki elektronların hareket aralığını yakalamak ve sınırlamak, elektronların hareket yolunu genişletmek ve böylece plazmanın konsantrasyonunu arttırmak ve sonuçta daha fazlasını elde etmek için kullanılır. ifade.
Ayrıca hedefin yüzeyine daha fazla elektron bağlandığından, substratın elektronlar tarafından bombardımanı azalır ve substratın sıcaklığı düşer. Düz plaka DCPVD teknolojisi ile karşılaştırıldığında magnetron fiziksel buhar biriktirme teknolojisinin en belirgin özelliklerinden biri ateşleme deşarj voltajının daha düşük ve daha kararlı olmasıdır.
Daha yüksek plazma konsantrasyonu ve daha büyük püskürtme verimi nedeniyle mükemmel biriktirme verimliliği, geniş boyut aralığında biriktirme kalınlığı kontrolü, hassas bileşim kontrolü ve daha düşük ateşleme voltajı elde edebilir. Bu nedenle magnetron püskürtme, mevcut metal film PVD'de baskın bir konumdadır. En basit magnetron püskürtme kaynağı tasarımı, hedef yüzeyindeki yerel bir alanda hedef yüzeye paralel bir manyetik alan oluşturmak için düz hedefin arkasına (vakum sisteminin dışına) bir grup mıknatıs yerleştirmektir.
Kalıcı bir mıknatıs yerleştirilirse, manyetik alanı nispeten sabittir, bu da odadaki hedef yüzeyde nispeten sabit bir manyetik alan dağılımına neden olur. Yalnızca hedefin belirli alanlarındaki malzemeler püskürtülür, hedef kullanım oranı düşüktür ve hazırlanan filmin homojenliği zayıftır.
Püskürtülen metal veya diğer malzeme parçacıklarının hedef yüzeyde geri birikmesi, dolayısıyla parçacıklar halinde toplanması ve kusurlu kirlenme oluşturması belirli bir olasılıktır. Bu nedenle, ticari magnetron püskürtme kaynakları, film homojenliğini, hedef kullanım oranını ve tam hedef püskürtmeyi geliştirmek için çoğunlukla dönen bir mıknatıs tasarımı kullanır.
Bu üç faktörün dengelenmesi çok önemli. Denge iyi yönetilmezse, hedef kullanım oranını büyük ölçüde azaltırken (hedef ömrünü kısaltarak) iyi bir film bütünlüğüne neden olabilir veya tam hedef püskürtme veya tam hedef korozyonuna ulaşılamayabilir ve bu da püskürtme sırasında parçacık sorunlarına neden olabilir işlem.
Magnetron PVD teknolojisinde, dönen mıknatıs hareket mekanizması, hedef şekli, hedef soğutma sistemi ve magnetron püskürtme kaynağının yanı sıra levha adsorpsiyonu ve sıcaklık kontrolü gibi levhayı taşıyan tabanın işlevsel konfigürasyonunun da dikkate alınması gerekir. PVD işleminde, gerekli kristal yapıyı, tane boyutunu ve yönelimini ve ayrıca performans stabilitesini elde etmek için levhanın sıcaklığı kontrol edilir.
Plakanın arkası ile taban yüzeyi arasındaki ısı iletimi, genellikle birkaç Torr düzeyinde belirli bir basınç gerektirdiğinden ve odanın çalışma basıncı genellikle birkaç mTorr düzeyinde olduğundan, arka kısımdaki basınç Levhanın maksimum basıncı levhanın üst yüzeyindeki basınçtan çok daha fazladır, dolayısıyla levhayı konumlandırmak ve sınırlamak için mekanik bir aynaya veya elektrostatik bir aynaya ihtiyaç vardır.
Mekanik ayna bu işlevi gerçekleştirmek için kendi ağırlığına ve levhanın kenarına dayanır. Basit yapı ve gofretin malzemesine duyarsızlık gibi avantajlara sahip olmasına rağmen, gofretin kenar etkisi açıktır ve bu da parçacıkların sıkı kontrolüne elverişli değildir. Bu nedenle, entegre devre üretim sürecinde yavaş yavaş yerini elektrostatik ayna almıştır.
Sıcaklığa özellikle duyarlı olmayan işlemler için, adsorpsiyonsuz, kenarlara temas etmeyen bir raflama yöntemi de (waferin üst ve alt yüzeyleri arasında basınç farkı yok) kullanılabilir. PVD işlemi sırasında bölme astarı ve plazma ile temas eden parçaların yüzeyi biriktirilecek ve kaplanacaktır. Biriktirilen film kalınlığı sınırı aştığında film çatlayacak ve soyulacak, bu da parçacık sorunlarına neden olacaktır.
Bu nedenle astar gibi parçaların yüzey işlemi bu sınırın uzatılmasında anahtardır. Yüzey kumlama ve alüminyum püskürtme yaygın olarak kullanılan iki yöntemdir; amacı film ile astar yüzeyi arasındaki bağı güçlendirmek için yüzey pürüzlülüğünü arttırmaktır.
3.5 İyonizasyon Fiziksel Buhar Biriktirme Ekipmanı
Mikroelektronik teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte özellik boyutları giderek küçülüyor. PVD teknolojisi parçacıkların birikme yönünü kontrol edemediğinden, PVD'nin yüksek en boy oranlarına sahip deliklerden ve dar kanallardan girme yeteneği sınırlıdır, bu da geleneksel PVD teknolojisinin genişletilmiş uygulamasını giderek daha fazla zorlaştırmaktadır. PVD işleminde gözenek oluğunun en-boy oranı arttıkça alt kısımdaki örtücülük azalarak üst köşede saçak benzeri sarkık bir yapı, alt köşede ise en zayıf örtücülük oluşur.
İyonize fiziksel buhar biriktirme teknolojisi bu sorunu çözmek için geliştirildi. İlk önce hedeften farklı şekillerde püskürtülen metal atomlarını plazma haline getirir ve ardından ince bir film hazırlamak için kararlı bir yönlü metal iyon akışı elde etmek amacıyla metal iyonlarının yönünü ve enerjisini kontrol etmek için levhaya yüklenen ön gerilim voltajını ayarlar, böylece ince bir film hazırlanır. Yüksek en-boy oranına sahip basamakların alt kısımlarının delikler ve dar kanallar aracılığıyla kaplanması.
İyonize metal plazma teknolojisinin tipik özelliği, odaya bir radyo frekansı bobininin eklenmesidir. İşlem sırasında odanın çalışma basıncı nispeten yüksek bir durumda tutulur (normal çalışma basıncının 5 ila 10 katı). PVD sırasında radyo frekansı bobini, radyo frekansı gücü ve gaz basıncının artmasıyla argon plazma konsantrasyonunun arttığı ikinci plazma bölgesini oluşturmak için kullanılır. Hedeften saçılan metal atomları bu bölgeden geçerken yüksek yoğunluklu argon plazması ile etkileşime girerek metal iyonları oluştururlar.
Plaka taşıyıcısına (elektrostatik ayna gibi) bir RF kaynağının uygulanması, metal pozitif iyonları gözenek oluğunun tabanına çekmek için plaka üzerindeki negatif eğilimi artırabilir. Plaka yüzeyine dik olan bu yönlü metal iyon akışı, yüksek en-boy oranlı gözeneklerin ve dar kanalların basamak tabanı kapsamını geliştirir.
Levhaya uygulanan negatif eğilim ayrıca iyonların levha yüzeyini bombardıman etmesine (ters püskürtme) neden olur, bu da gözenek oluğu ağzının sarkan yapısını zayıflatır ve altta biriken filmi gözenek tabanının köşelerindeki yan duvarlara sıçratır. oluk, böylece köşelerdeki adım kapsamını arttırır.
3.6 Atmosfer Basıncı Kimyasal Buhar Biriktirme Ekipmanı
Atmosfer basıncında kimyasal buhar biriktirme (APCVD) ekipmanı, atmosferik basınca yakın bir basınca sahip bir ortam altında ısıtılmış bir katı alt tabakanın yüzeyine gaz halindeki bir reaksiyon kaynağını sabit bir hızda püskürten ve reaksiyon kaynağının kimyasal olarak reaksiyona girmesine neden olan bir cihazı ifade eder. Substrat yüzeyi ve reaksiyon ürünü, ince bir film oluşturmak üzere substrat yüzeyinde biriktirilir.
APCVD ekipmanı en eski CVD ekipmanıdır ve hala endüstriyel üretimde ve bilimsel araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. APCVD ekipmanı, tek kristalli silikon, polikristalin silikon, silikon dioksit, çinko oksit, titanyum dioksit, fosfosilikat cam ve borofosfosilikat cam gibi ince filmler hazırlamak için kullanılabilir.
3.7 Düşük Basınçlı Kimyasal Buhar Biriktirme Ekipmanı
Düşük basınçlı kimyasal buhar biriktirme (LPCVD) ekipmanı, ısıtılmış (350-1100°C) ve düşük basınçlı (10-100mTorr) ortam altında katı bir alt tabakanın yüzeyinde kimyasal olarak reaksiyona girmek için gaz halindeki hammaddeleri kullanan ekipmanı ifade eder ve reaktanlar ince bir film oluşturmak üzere substrat yüzeyinde biriktirilir. LPCVD ekipmanı, ince filmlerin kalitesini artırmak, film kalınlığı ve direnç gibi karakteristik parametrelerin dağıtım tekdüzeliğini geliştirmek ve üretim verimliliğini artırmak için APCVD temel alınarak geliştirilmiştir.
Ana özelliği, düşük basınçlı bir termal alan ortamında, proses gazının, levha substratının yüzeyinde kimyasal olarak reaksiyona girmesi ve reaksiyon ürünlerinin, ince bir film oluşturmak üzere substrat yüzeyinde birikmesidir. LPCVD ekipmanının yüksek kaliteli ince filmlerin hazırlanmasında avantajları vardır ve silikon oksit, silikon nitrür, polisilikon, silikon karbür, galyum nitrür ve grafen gibi ince filmlerin hazırlanmasında kullanılabilir.
APCVD ile karşılaştırıldığında, LPCVD ekipmanının düşük basınçlı reaksiyon ortamı, reaksiyon odasındaki gazın ortalama serbest yolunu ve difüzyon katsayısını artırır.
Reaksiyon odasındaki reaksiyon gazı ve taşıyıcı gaz molekülleri kısa sürede eşit şekilde dağıtılabilir, böylece film kalınlığının tekdüzeliği, özdirenç tekdüzeliği ve filmin adım kapsamı büyük ölçüde iyileştirilir ve reaksiyon gazı tüketimi de küçüktür. Ayrıca düşük basınçlı ortam gazlı maddelerin iletim hızını da hızlandırır. Substrattan yayılan safsızlıklar ve reaksiyon yan ürünleri, sınır tabakası yoluyla reaksiyon bölgesinden hızlı bir şekilde çıkarılabilir ve reaksiyon gazı, reaksiyon için substrat yüzeyine ulaşmak üzere sınır tabakasından hızlı bir şekilde geçer, böylece kendi kendine dopingi etkili bir şekilde bastırır, hazırlar. dik geçiş bölgelerine sahip yüksek kaliteli filmler sağlar ve aynı zamanda üretim verimliliğini artırır.
3.8 Plazmayla Geliştirilmiş Kimyasal Buhar Biriktirme Ekipmanı
Plazma ile güçlendirilmiş kimyasal buhar biriktirme (PECVD), yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir.Hin film biriktirme teknolojisi. Plazma işlemi sırasında, gaz halindeki öncü, plazmanın etkisi altında iyonize edilerek uyarılmış aktif gruplar oluşturulur; bunlar substrat yüzeyine yayılır ve daha sonra film büyümesini tamamlamak için kimyasal reaksiyonlara girer.
Plazma oluşum sıklığına göre PECVD'de kullanılan plazma iki tipe ayrılabilir: radyo frekanslı plazma (RF plazma) ve mikrodalga plazma (Mikrodalga plazma). Şu anda endüstride kullanılan radyo frekansı genellikle 13.56MHz'dir.
Radyo frekanslı plazmanın tanıtımı genellikle iki türe ayrılır: kapasitif bağlantı (CCP) ve endüktif bağlantı (ICP). Kapasitif birleştirme yöntemi genellikle doğrudan bir plazma reaksiyon yöntemidir; endüktif birleştirme yöntemi ise doğrudan plazma yöntemi veya uzak plazma yöntemi olabilir.
Yarı iletken üretim süreçlerinde PECVD genellikle metaller veya diğer sıcaklığa duyarlı yapılar içeren alt tabakalar üzerinde ince filmler büyütmek için kullanılır. Örneğin entegre devrelerin arka uç metal ara bağlantısı alanında, cihazın kaynak, geçit ve drenaj yapıları ön uç sürecinde oluşturulduğundan, metal ara bağlantı alanında ince filmlerin büyümesi söz konusudur. çok katı termal bütçe kısıtlamalarına tabi olduğundan genellikle plazma yardımı ile tamamlanır. Plazma proses parametrelerinin ayarlanmasıyla, PECVD ile büyütülen ince filmin yoğunluğu, kimyasal bileşimi, safsızlık içeriği, mekanik tokluğu ve stres parametreleri belirli bir aralıkta ayarlanabilmekte ve optimize edilebilmektedir.
3.9 Atomik Katman Biriktirme Ekipmanı
Atomik katman biriktirme (ALD), yarı monoatomik bir katman şeklinde periyodik olarak büyüyen bir ince film biriktirme teknolojisidir. Karakteristik özelliği, biriktirilen filmin kalınlığının, büyüme döngülerinin sayısı kontrol edilerek hassas bir şekilde ayarlanabilmesidir. Kimyasal buhar biriktirme (CVD) işleminden farklı olarak, ALD işlemindeki iki (veya daha fazla) öncü, dönüşümlü olarak alt tabaka yüzeyinden geçer ve nadir gazın temizlenmesiyle etkili bir şekilde izole edilir.
İki öncü kimyasal olarak reaksiyona girmek için gaz fazında karışmayacak ve buluşmayacak, yalnızca substrat yüzeyinde kimyasal adsorpsiyon yoluyla reaksiyona girecek. Her ALD döngüsünde, substrat yüzeyinde adsorbe edilen öncül miktarı, substrat yüzeyindeki aktif grupların yoğunluğuyla ilişkilidir. Substrat yüzeyindeki reaktif gruplar tükendiğinde, aşırı miktarda öncü madde eklense bile substrat yüzeyinde kimyasal adsorpsiyon meydana gelmeyecektir.
Bu reaksiyon sürecine yüzeysel kendini sınırlayan reaksiyon denir. Bu işlem mekanizması, ALD işleminin her döngüsünde büyütülen filmin kalınlığını sabit hale getirir, dolayısıyla ALD işlemi, hassas kalınlık kontrolü ve iyi film adımı kapsamı avantajlarına sahiptir.
3.10 Moleküler Işın Epitaksi Ekipmanı
Moleküler Işın Epitaksi (MBE) sistemi, ultra yüksek vakum koşulları altında ısıtılmış alt tabaka yüzeyine belirli bir hızda püskürtmek için bir veya daha fazla termal enerji atomik ışın veya moleküler ışın kullanan ve alt katman yüzeyinde adsorbe edip göç eden bir epitaksiyel cihazı ifade eder. Substrat malzemesinin kristal ekseni yönü boyunca tek kristalli ince filmleri epitaksiyel olarak büyütmek için. Genel olarak, bir ısı kalkanı ile bir jet fırını ile ısıtma koşulu altında, ışın kaynağı bir atomik ışın veya bir moleküler ışın oluşturur ve film, substrat malzemesinin kristal ekseni yönü boyunca katman katman büyür.
Özellikleri düşük epitaksiyel büyüme sıcaklığıdır ve kalınlık, arayüz, kimyasal bileşim ve safsızlık konsantrasyonu atomik seviyede hassas bir şekilde kontrol edilebilir. MBE, yarı iletken ultra ince tek kristal filmlerin hazırlanmasından kaynaklanmış olmasına rağmen, uygulaması artık metaller ve yalıtkan dielektrikler gibi çeşitli malzeme sistemlerini kapsayacak şekilde genişledi ve III-V, II-VI, silikon, silikon germanyum (SiGe) hazırlayabilir. ), grafen, oksitler ve organik filmler.
Moleküler ışın epitaksi (MBE) sistemi esas olarak ultra yüksek vakum sistemi, moleküler ışın kaynağı, substrat sabitleme ve ısıtma sistemi, numune transfer sistemi, yerinde izleme sistemi, kontrol sistemi ve testten oluşur. sistem.
Vakum sistemi, ultra yüksek vakum büyüme ortamı yaratabilen vakum pompalarını (mekanik pompalar, moleküler pompalar, iyon pompaları ve yoğuşma pompaları vb.) ve çeşitli valfleri içerir. Genel olarak ulaşılabilir vakum derecesi 10-8 ila 10-11 Torr'dur. Vakum sistemi temel olarak numune enjeksiyon odası, ön işlem ve yüzey analiz odası ve büyüme odası olmak üzere üç vakum çalışma odasına sahiptir.
Numune enjeksiyon odası, diğer odaların yüksek vakum koşullarını sağlamak amacıyla numuneleri dış dünyaya aktarmak için kullanılır; ön işlem ve yüzey analiz odası, numune enjeksiyon odası ile büyütme odasını birbirine bağlar ve ana işlevi, numuneyi ön işleme tabi tutmak (alt tabaka yüzeyinin tam temizliğini sağlamak için yüksek sıcaklıkta gaz giderme) ve numune üzerinde ön yüzey analizi gerçekleştirmektir. temizlenmiş numune; Büyüme odası, esas olarak bir kaynak fırını ve buna karşılık gelen kapak tertibatı, bir numune kontrol konsolu, bir soğutma sistemi, bir yansıma yüksek enerjili elektron kırınımı (RHEED) ve bir yerinde izleme sisteminden oluşan MBE sisteminin temel parçasıdır. . Bazı üretim MBE ekipmanlarının birden fazla büyüme odası konfigürasyonu vardır. MBE ekipman yapısının şematik diyagramı aşağıda gösterilmiştir:
Silikon malzemenin MBE'si, hammadde olarak yüksek saflıkta silikon kullanır, ultra yüksek vakum (10-10~10-11Torr) koşulları altında büyür ve büyüme sıcaklığı Ga (P tipi) ve Sb ile 600~900°C'dir ( N-tipi) doping kaynakları olarak. Yaygın olarak kullanılan P, As ve B gibi katkı kaynakları, buharlaşmaları zor olduğundan ışın kaynağı olarak nadiren kullanılır.
MBE'nin reaksiyon odası, moleküllerin ortalama serbest yolunu artıran ve büyüyen malzemenin yüzeyindeki kirlenmeyi ve oksidasyonu azaltan ultra yüksek bir vakum ortamına sahiptir. Hazırlanan epitaksiyel malzeme iyi bir yüzey morfolojisine ve tek biçimliliğe sahiptir ve farklı katkılar veya farklı malzeme bileşenleri ile çok katmanlı bir yapıya dönüştürülebilir.
MBE teknolojisi, tek bir atomik katman kalınlığında ultra ince epitaksiyel katmanların tekrar tekrar büyümesini sağlar ve epitaksiyel katmanlar arasındaki arayüz diktir. III-V yarı iletkenlerin ve diğer çok bileşenli heterojen malzemelerin büyümesini destekler. Şu anda MBE sistemi, yeni nesil mikrodalga cihazları ve optoelektronik cihazların üretimi için gelişmiş bir proses ekipmanı haline geldi. MBE teknolojisinin dezavantajları, yavaş film büyüme hızı, yüksek vakum gereksinimleri ve yüksek ekipman ve ekipman kullanım maliyetleridir.
3.11 Buhar Fazlı Epitaksi Sistemi
Buhar fazı epitaksi (VPE) sistemi, gazlı bileşikleri bir substrata taşıyan ve kimyasal reaksiyonlar yoluyla substratla aynı kafes düzenlemesine sahip tek bir kristal malzeme katmanı elde eden bir epitaksiyel büyüme cihazını ifade eder. Epitaksiyel katman, bir homoepitaksiyel katman (Si/Si) veya bir heteroepitaksiyel katman (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, vb.) olabilir. Şu anda VPE teknolojisi nanomateryal hazırlama, güç cihazları, yarı iletken optoelektronik cihazlar, güneş fotovoltaikleri ve entegre devreler alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Tipik VPE, atmosferik basınç epitaksisini ve azaltılmış basınçlı epitaksiyi, ultra yüksek vakumlu kimyasal buhar biriktirmeyi, metal organik kimyasal buhar biriktirmeyi vb. içerir. VPE teknolojisindeki kilit noktalar reaksiyon odası tasarımı, gaz akış modu ve tekdüzeliği, sıcaklık tekdüzeliği ve hassas kontroldür. basınç kontrolü ve stabilite, parçacık ve kusur kontrolü vb.
Şu anda ana ticari VPE sistemlerinin gelişim yönü, büyük levha yükleme, tam otomatik kontrol ve sıcaklık ve büyüme sürecinin gerçek zamanlı izlenmesidir. VPE sistemleri üç yapıya sahiptir: dikey, yatay ve silindirik. Isıtma yöntemleri, dirençli ısıtma, yüksek frekanslı indüksiyonlu ısıtma ve kızılötesi radyasyonla ısıtmayı içerir.
Şu anda, VPE sistemleri çoğunlukla epitaksiyel film büyümesi ve büyük levha yüklemesi gibi iyi bir tekdüzelik özelliklerine sahip yatay disk yapıları kullanmaktadır. VPE sistemleri genellikle dört bölümden oluşur: reaktör, ısıtma sistemi, gaz yolu sistemi ve kontrol sistemi. GaAs ve GaN epitaksiyel filmlerin büyüme süresi nispeten uzun olduğundan, çoğunlukla indüksiyonla ısıtma ve rezistansla ısıtma kullanılır. Silikon VPE'de kalın epitaksiyel film büyütme çoğunlukla indüksiyonla ısıtmayı kullanır; ince epitaksiyel film büyütme, hızlı sıcaklık artışı/düşüş amacına ulaşmak için çoğunlukla kızılötesi ısıtmayı kullanır.
3.12 Sıvı Fazlı Epitaksi Sistemi
Sıvı Fazlı Epitaksi (LPE) sistemi, büyütülecek malzemeyi (Si, Ga, As, Al vb.) ve katkı maddelerini (Zn, Te, Sn vb.) bir ortamda çözen epitaksiyel büyütme ekipmanını ifade eder. Daha düşük bir erime noktasına sahip metal (Ga, In vb. gibi), böylece çözünen madde solvent içinde doyurulur veya aşırı doyurulur ve daha sonra tek kristal substrat çözelti ile temas ettirilir ve çözünen madde solventten çökeltilir. yavaş yavaş soğur ve substratınkine benzer bir kristal yapıya ve kafes sabitine sahip bir kristal malzeme tabakası, substratın yüzeyinde büyütülür.
LPE yöntemi Nelson ve arkadaşları tarafından önerildi. Si ince filmleri ve tek kristal malzemelerin yanı sıra III-IV grupları ve cıva kadmiyum tellür gibi yarı iletken malzemeleri büyütmek için kullanılır ve çeşitli optoelektronik cihazlar, mikrodalga cihazlar, yarı iletken cihazlar ve güneş pilleri yapmak için kullanılabilir. .
—————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera sağlayabilirgrafit parçaları, yumuşak/sert keçe, silisyum karbür parçalar, CVD silisyum karbür parçalar, VeSiC/TaC kaplı parçalar30 gün içinde.
Yukarıdaki yarı iletken ürünlerle ilgileniyorsanız,lütfen ilk kez bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Gönderim zamanı: Ağu-31-2024