1. Εισαγωγή
Η διαδικασία προσκόλλησης ουσιών (πρώτων υλών) στην επιφάνεια των υλικών του υποστρώματος με φυσικές ή χημικές μεθόδους ονομάζεται ανάπτυξη λεπτής μεμβράνης.
Σύμφωνα με διαφορετικές αρχές λειτουργίας, η εναπόθεση λεπτής μεμβράνης ολοκληρωμένου κυκλώματος μπορεί να χωριστεί σε:
-Φυσική εναπόθεση ατμών (PVD);
-Χημική εναπόθεση ατμών (CVD);
-Επέκταση.
2. Διαδικασία ανάπτυξης λεπτής μεμβράνης
2.1 Φυσική εναπόθεση ατμών και διαδικασία εκτόξευσης
Η διαδικασία φυσικής εναπόθεσης ατμού (PVD) αναφέρεται στη χρήση φυσικών μεθόδων, όπως η εξάτμιση υπό κενό, η διασκορπισμός, η επίστρωση πλάσματος και η μοριακή επιταξία δέσμης για το σχηματισμό λεπτής μεμβράνης στην επιφάνεια μιας γκοφρέτας.
Στη βιομηχανία VLSI, η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία PVD είναι η sputtering, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για ηλεκτρόδια και μεταλλικές διασυνδέσεις ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η εκτόξευση είναι μια διαδικασία κατά την οποία σπάνια αέρια [όπως αργό (Ar)] ιονίζονται σε ιόντα (όπως Ar+) υπό τη δράση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου υπό συνθήκες υψηλού κενού και βομβαρδίζουν την πηγή-στόχο του υλικού σε περιβάλλον υψηλής τάσης. εκτόξευση ατόμων ή μορίων του υλικού στόχου και, στη συνέχεια, άφιξη στην επιφάνεια της γκοφρέτας για να σχηματιστεί ένα λεπτό φιλμ μετά από μια διαδικασία πτήσης χωρίς σύγκρουση. Το Ar έχει σταθερές χημικές ιδιότητες και τα ιόντα του δεν αντιδρούν χημικά με το υλικό στόχο και το φιλμ. Καθώς τα ολοκληρωμένα κυκλώματα εισέρχονται στην εποχή της διασύνδεσης χαλκού 0,13 μm, το στρώμα υλικού φραγμού χαλκού χρησιμοποιεί φιλμ νιτριδίου τιτανίου (TiN) ή νιτριδίου τανταλίου (TaN). Η ζήτηση για βιομηχανική τεχνολογία έχει προωθήσει την έρευνα και την ανάπτυξη της τεχνολογίας επιμετάλλωσης χημικών αντιδράσεων, δηλαδή στον θάλαμο εκτόξευσης, εκτός από το Ar, υπάρχει επίσης ένα αντιδραστικό αέριο άζωτο (N2), έτσι ώστε το Ti ή το Ta που βομβαρδίζεται από το Το υλικό στόχου Ti ή Ta αντιδρά με το N2 για να δημιουργήσει το απαιτούμενο φιλμ TiN ή TaN.
Υπάρχουν τρεις ευρέως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι sputtering, δηλαδή η sputtering DC, η RF sputtering και η magnetron sputtering. Καθώς η ενοποίηση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων συνεχίζει να αυξάνεται, ο αριθμός των στρωμάτων μεταλλικών καλωδίων πολλαπλών στρωμάτων αυξάνεται και η εφαρμογή της τεχνολογίας PVD γίνεται όλο και πιο εκτεταμένη. Τα υλικά PVD περιλαμβάνουν Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 κ.λπ.
Οι διεργασίες PVD και εκτόξευσης συνήθως ολοκληρώνονται σε έναν εξαιρετικά σφραγισμένο θάλαμο αντίδρασης με βαθμό κενού από 1×10-7 έως 9×10-9 Torr, που μπορεί να εξασφαλίσει την καθαρότητα του αερίου κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Ταυτόχρονα, απαιτείται εξωτερική υψηλή τάση για να ιονίσει το σπάνιο αέριο για να δημιουργήσει μια αρκετά υψηλή τάση για να βομβαρδίσει τον στόχο. Οι κύριες παράμετροι για την αξιολόγηση των διεργασιών PVD και διασκορπισμού περιλαμβάνουν την ποσότητα της σκόνης, καθώς και την τιμή αντίστασης, την ομοιομορφία, το πάχος ανακλαστικότητας και την τάση του διαμορφωμένου φιλμ.
2.2 Διαδικασία εναπόθεσης χημικών ατμών και ψεκασμού
Η εναπόθεση χημικών ατμών (CVD) αναφέρεται σε μια τεχνολογία διεργασίας στην οποία μια ποικιλία αερίων αντιδραστηρίων με διαφορετικές μερικές πιέσεις αντιδρούν χημικά σε μια ορισμένη θερμοκρασία και πίεση και οι παραγόμενες στερεές ουσίες εναποτίθενται στην επιφάνεια του υλικού υποστρώματος για να ληφθεί η επιθυμητή λεπτή ταινία. Στην παραδοσιακή διαδικασία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, τα λαμβανόμενα υλικά λεπτής μεμβράνης είναι γενικά ενώσεις όπως οξείδια, νιτρίδια, καρβίδια ή υλικά όπως πολυκρυσταλλικό πυρίτιο και άμορφο πυρίτιο. Η επιλεκτική επιταξιακή ανάπτυξη, η οποία χρησιμοποιείται πιο συχνά μετά τον κόμβο των 45 nm, όπως η επιλεκτική επιταξιακή ανάπτυξη πηγής και αποστράγγισης ή η επιλεκτική επιταξιακή ανάπτυξη Si, είναι επίσης μια τεχνολογία CVD.
Αυτή η τεχνολογία μπορεί να συνεχίσει να σχηματίζει μονοκρυσταλλικά υλικά του ίδιου τύπου ή παρόμοιου με το αρχικό πλέγμα σε ένα μόνο κρυσταλλικό υπόστρωμα από πυρίτιο ή άλλα υλικά κατά μήκος του αρχικού πλέγματος. Η CVD χρησιμοποιείται ευρέως στην ανάπτυξη μονωτικών διηλεκτρικών μεμβρανών (όπως SiO2, Si3N4 και SiON κ.λπ.) και μεταλλικών μεμβρανών (όπως βολφραμίου κ.λπ.).
Γενικά, σύμφωνα με την ταξινόμηση πίεσης, το CVD μπορεί να χωριστεί σε χημική εναπόθεση ατμών ατμοσφαιρικής πίεσης (APCVD), χημική εναπόθεση ατμών υπό ατμοσφαιρική πίεση (SAPCVD) και εναπόθεση ατμών χαμηλής πίεσης (LPCVD).
Σύμφωνα με την ταξινόμηση θερμοκρασίας, η CVD μπορεί να χωριστεί σε χημική εναπόθεση ατμού μεμβράνης οξειδίου υψηλής θερμοκρασίας/χαμηλής θερμοκρασίας (HTO/LTO CVD) και ταχεία θερμική χημική εναπόθεση ατμών (Rapid Thermal CVD, RTCVD).
Σύμφωνα με την πηγή αντίδρασης, η CVD μπορεί να χωριστεί σε CVD με βάση το σιλάνιο, CVD με βάση πολυεστέρα (CVD με βάση το TEOS) και εναπόθεση χημικών οργανικών ουσιών μετάλλων (MOCVD).
Σύμφωνα με την ενεργειακή ταξινόμηση, η CVD μπορεί να χωριστεί σε θερμική χημική εναπόθεση ατμών (Thermal CVD), ενισχυμένη με πλάσμα χημική εναπόθεση ατμών (Plasma Enhanced CVD, PECVD) και εναπόθεση χημικών ατμών πλάσματος υψηλής πυκνότητας (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Πρόσφατα, αναπτύχθηκε επίσης ρευστή χημική εναπόθεση ατμών (Flowable CVD, FCVD) με εξαιρετική ικανότητα πλήρωσης κενών.
Διαφορετικές μεμβράνες καλλιέργειας CVD έχουν διαφορετικές ιδιότητες (όπως χημική σύνθεση, διηλεκτρική σταθερά, τάση, τάση και τάση διάσπασης) και μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωριστά σύμφωνα με διαφορετικές απαιτήσεις διεργασίας (όπως θερμοκρασία, κάλυψη βημάτων, απαιτήσεις πλήρωσης κ.λπ.).
2.3 Διαδικασία εναπόθεσης ατομικού στρώματος
Η εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) αναφέρεται στην εναπόθεση ατόμων στρώμα προς στρώμα σε ένα υλικό υποστρώματος με την ανάπτυξη ενός μόνο ατομικού φιλμ στρώμα προς στρώμα. Μια τυπική ALD υιοθετεί τη μέθοδο εισαγωγής αέριων προδρόμων στον αντιδραστήρα με εναλλασσόμενο παλμικό τρόπο.
Για παράδειγμα, πρώτα, ο πρόδρομος της αντίδρασης 1 εισάγεται στην επιφάνεια του υποστρώματος και μετά από χημική προσρόφηση, σχηματίζεται ένα μόνο ατομικό στρώμα στην επιφάνεια του υποστρώματος. τότε ο πρόδρομος 1 που παραμένει στην επιφάνεια του υποστρώματος και στον θάλαμο αντίδρασης αντλείται από μια αντλία αέρα. Στη συνέχεια ο πρόδρομος της αντίδρασης 2 εισάγεται στην επιφάνεια του υποστρώματος και αντιδρά χημικά με τον πρόδρομο 1 που έχει προσροφηθεί στην επιφάνεια του υποστρώματος για να δημιουργήσει το αντίστοιχο υλικό λεπτής μεμβράνης και τα αντίστοιχα παραπροϊόντα στην επιφάνεια του υποστρώματος. Όταν ο πρόδρομος 1 αντιδράσει πλήρως, η αντίδραση θα τερματιστεί αυτόματα, που είναι το αυτοπεριοριζόμενο χαρακτηριστικό της ALD, και στη συνέχεια τα υπόλοιπα αντιδρώντα και τα παραπροϊόντα εκχυλίζονται για να προετοιμαστούν για το επόμενο στάδιο ανάπτυξης. Με την συνεχή επανάληψη της παραπάνω διαδικασίας, μπορεί να επιτευχθεί η εναπόθεση υλικών λεπτής μεμβράνης που αναπτύσσονται στρώμα προς στρώμα με μεμονωμένα άτομα.
Τόσο η ALD όσο και η CVD είναι τρόποι εισαγωγής μιας αέριας πηγής χημικής αντίδρασης για να αντιδράσει χημικά στην επιφάνεια του υποστρώματος, αλλά η διαφορά είναι ότι η αέρια πηγή αντίδρασης CVD δεν έχει το χαρακτηριστικό της αυτοπεριοριζόμενης ανάπτυξης. Μπορεί να φανεί ότι το κλειδί για την ανάπτυξη της τεχνολογίας ALD είναι η εύρεση πρόδρομων ουσιών με αυτοπεριοριζόμενες ιδιότητες αντίδρασης.
2.4 Επιταξιακή διαδικασία
Η επιταξιακή διεργασία αναφέρεται στη διαδικασία ανάπτυξης μιας εντελώς διατεταγμένης στρώσης μονού κρυστάλλου σε ένα υπόστρωμα. Σε γενικές γραμμές, η επιταξιακή διαδικασία είναι να αναπτυχθεί ένα στρώμα κρυστάλλου με τον ίδιο δικτυωτό προσανατολισμό όπως το αρχικό υπόστρωμα σε ένα μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα. Η επιταξιακή διεργασία χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή ημιαγωγών, όπως οι επιταξιακές γκοφρέτες πυριτίου στη βιομηχανία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, η επιταξιακή ανάπτυξη της ενσωματωμένης πηγής και αποστράγγισης των τρανζίστορ MOS, η επιταξιακή ανάπτυξη σε υποστρώματα LED κ.λπ.
Σύμφωνα με τις διαφορετικές καταστάσεις φάσης της πηγής ανάπτυξης, οι μέθοδοι επιταξιακής ανάπτυξης μπορούν να χωριστούν σε επιταξία στερεάς φάσης, επιταξία υγρής φάσης και επιταξία φάσης ατμού. Στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, οι ευρέως χρησιμοποιούμενες επιταξιακές μέθοδοι είναι η επιταξία στερεάς φάσης και η επιταξία φάσης ατμού.
Επίταξη στερεάς φάσης: αναφέρεται στην ανάπτυξη ενός στρώματος κρυστάλλου σε ένα υπόστρωμα χρησιμοποιώντας μια στερεά πηγή. Για παράδειγμα, η θερμική ανόπτηση μετά την εμφύτευση ιόντων είναι στην πραγματικότητα μια διαδικασία επιταξίας στερεάς φάσης. Κατά την εμφύτευση ιόντων, τα άτομα πυριτίου της γκοφρέτας πυριτίου βομβαρδίζονται από εμφυτευμένα ιόντα υψηλής ενέργειας, αφήνοντας τις αρχικές τους θέσεις πλέγματος και γίνονται άμορφα, σχηματίζοντας ένα επιφανειακό άμορφο στρώμα πυριτίου. Μετά από θερμική ανόπτηση σε υψηλή θερμοκρασία, τα άμορφα άτομα επιστρέφουν στις θέσεις τους πλέγματος και παραμένουν συνεπή με τον προσανατολισμό των ατομικών κρυστάλλων μέσα στο υπόστρωμα.
Οι μέθοδοι ανάπτυξης της επιταξίας φάσης ατμού περιλαμβάνουν την επίταση χημικής φάσης ατμού, την επιταξία μοριακής δέσμης, την επίταση ατομικής στιβάδας, κ.λπ. Στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, η χημική επίταση φάσης ατμού είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη. Η αρχή της επιτάξεως της χημικής φάσης ατμού είναι βασικά η ίδια με αυτή της χημικής εναπόθεσης ατμών. Και οι δύο είναι διεργασίες που εναποθέτουν λεπτές μεμβράνες αντιδρώντας χημικά στην επιφάνεια των πλακών μετά την ανάμειξη αερίων.
Η διαφορά είναι ότι επειδή η χημική φάση ατμού αναπτύσσει ένα στρώμα κρυστάλλου, έχει υψηλότερες απαιτήσεις για την περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες στον εξοπλισμό και την καθαρότητα της επιφάνειας του πλακιδίου. Η διαδικασία επιταξιακού πυριτίου πρώιμης χημικής φάσης ατμού πρέπει να πραγματοποιηθεί σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας (άνω των 1000°C). Με τη βελτίωση του εξοπλισμού διεργασίας, ειδικά την υιοθέτηση της τεχνολογίας θαλάμου ανταλλαγής κενού, η καθαριότητα της κοιλότητας του εξοπλισμού και της επιφάνειας του πλακιδίου πυριτίου έχει βελτιωθεί σημαντικά και η επιταξία πυριτίου μπορεί να πραγματοποιηθεί σε χαμηλότερη θερμοκρασία (600-700° ΝΤΟ). Η διαδικασία επιταξιακής γκοφρέτας πυριτίου είναι να αναπτυχθεί ένα στρώμα μονοκρυσταλλικού πυριτίου στην επιφάνεια του πλακιδίου πυριτίου.
Σε σύγκριση με το αρχικό υπόστρωμα πυριτίου, το επιταξιακό στρώμα πυριτίου έχει υψηλότερη καθαρότητα και λιγότερα ελαττώματα πλέγματος, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση της κατασκευής ημιαγωγών. Επιπλέον, το πάχος ανάπτυξης και η συγκέντρωση ντόπινγκ του επιταξιακού στρώματος πυριτίου που αναπτύσσεται στη γκοφρέτα πυριτίου μπορεί να σχεδιαστεί με ευελιξία, γεγονός που φέρνει ευελιξία στο σχεδιασμό της συσκευής, όπως μείωση της αντίστασης του υποστρώματος και ενίσχυση της απομόνωσης του υποστρώματος. Η ενσωματωμένη επιταξιακή διαδικασία πηγής-αποχέτευσης είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιείται ευρέως σε κόμβους προηγμένης λογικής τεχνολογίας.
Αναφέρεται στη διαδικασία της επιταξιακής ανάπτυξης εμποτισμένου πυριτίου γερμανίου ή πυριτίου στις περιοχές πηγής και αποστράγγισης των τρανζίστορ MOS. Τα κύρια πλεονεκτήματα της εισαγωγής της επιταξιακής διαδικασίας ενσωματωμένης πηγής-αποχέτευσης περιλαμβάνουν: ανάπτυξη ψευδοκρυσταλλικού στρώματος που περιέχει τάση λόγω προσαρμογής του πλέγματος, βελτίωση της κινητικότητας του φορέα καναλιού. Το in situ ντόπινγκ της πηγής και της αποχέτευσης μπορεί να μειώσει την παρασιτική αντίσταση της σύνδεσης πηγής-αποχέτευσης και να μειώσει τα ελαττώματα της εμφύτευσης ιόντων υψηλής ενέργειας.
3. εξοπλισμός ανάπτυξης λεπτής μεμβράνης
3.1 Εξοπλισμός εξάτμισης υπό κενό
Η εξάτμιση υπό κενό είναι μια μέθοδος επίστρωσης που θερμαίνει τα στερεά υλικά σε ένα θάλαμο κενού για να τα προκαλέσει εξάτμιση, εξάτμιση ή εξάχνωση και στη συνέχεια συμπύκνωση και απόθεση στην επιφάνεια ενός υλικού υποστρώματος σε μια ορισμένη θερμοκρασία.
Συνήθως αποτελείται από τρία μέρη, δηλαδή το σύστημα κενού, το σύστημα εξάτμισης και το σύστημα θέρμανσης. Το σύστημα κενού αποτελείται από σωλήνες κενού και αντλίες κενού και η κύρια λειτουργία του είναι να παρέχει κατάλληλο περιβάλλον κενού για εξάτμιση. Το σύστημα εξάτμισης αποτελείται από ένα τραπέζι εξάτμισης, ένα εξάρτημα θέρμανσης και ένα εξάρτημα μέτρησης θερμοκρασίας.
Το υλικό-στόχος που πρόκειται να εξατμιστεί (όπως Ag, Al, κ.λπ.) τοποθετείται στον πίνακα εξάτμισης. το εξάρτημα μέτρησης θέρμανσης και θερμοκρασίας είναι ένα σύστημα κλειστού βρόχου που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της θερμοκρασίας εξάτμισης για την εξασφάλιση ομαλής εξάτμισης. Το σύστημα θέρμανσης αποτελείται από ένα στάδιο γκοφρέτας και ένα εξάρτημα θέρμανσης. Η βαθμίδα γκοφρέτας χρησιμοποιείται για την τοποθέτηση του υποστρώματος στο οποίο πρέπει να εξατμιστεί η λεπτή μεμβράνη και το θερμαντικό στοιχείο χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση της θέρμανσης του υποστρώματος και του ελέγχου ανάδρασης μέτρησης θερμοκρασίας.
Το περιβάλλον κενού είναι μια πολύ σημαντική συνθήκη στη διαδικασία εξάτμισης υπό κενό, η οποία σχετίζεται με τον ρυθμό εξάτμισης και την ποιότητα του φιλμ. Εάν ο βαθμός κενού δεν πληροί τις απαιτήσεις, τα εξατμισμένα άτομα ή μόρια θα συγκρούονται συχνά με τα υπολειμματικά μόρια αερίου, καθιστώντας τη μέση ελεύθερη διαδρομή τους μικρότερη και τα άτομα ή τα μόρια θα διασκορπιστούν σοβαρά, αλλάζοντας έτσι την κατεύθυνση κίνησης και μειώνοντας το φιλμ ρυθμός σχηματισμού.
Επιπλέον, λόγω της παρουσίας υπολειπόμενων μορίων ακαθαρσιών αερίων, το εναποτιθέμενο φιλμ είναι σοβαρά μολυσμένο και κακής ποιότητας, ειδικά όταν ο ρυθμός αύξησης της πίεσης του θαλάμου δεν πληροί το πρότυπο και υπάρχει διαρροή, ο αέρας θα διαρρεύσει στον θάλαμο κενού , κάτι που θα έχει σοβαρό αντίκτυπο στην ποιότητα της ταινίας.
Τα δομικά χαρακτηριστικά του εξοπλισμού εξάτμισης υπό κενό καθορίζουν ότι η ομοιομορφία της επίστρωσης σε υποστρώματα μεγάλου μεγέθους είναι κακή. Προκειμένου να βελτιωθεί η ομοιομορφία του, υιοθετείται γενικά η μέθοδος αύξησης της απόστασης πηγής-υποστρώματος και περιστροφής του υποστρώματος, αλλά η αύξηση της απόστασης πηγής-υποστρώματος θα θυσιάσει τον ρυθμό ανάπτυξης και την καθαρότητα του φιλμ. Ταυτόχρονα, λόγω της αύξησης του χώρου κενού, μειώνεται ο ρυθμός αξιοποίησης του εξατμιζόμενου υλικού.
3.2 Εξοπλισμός εναπόθεσης φυσικού ατμού συνεχούς ρεύματος
Η εναπόθεση φυσικού ατμού συνεχούς ρεύματος (DCPVD) είναι επίσης γνωστή ως καθοδική επιμετάλλωση ή ενδιάμεση αέρος σε δύο στάδια. Το υλικό-στόχος της εκτόξευσης DC σε κενό χρησιμοποιείται ως κάθοδος και το υπόστρωμα χρησιμοποιείται ως άνοδος. Η εκτόξευση υπό κενό είναι να σχηματιστεί ένα πλάσμα ιονίζοντας το αέριο διεργασίας.
Τα φορτισμένα σωματίδια στο πλάσμα επιταχύνονται στο ηλεκτρικό πεδίο για να λάβουν μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας. Τα σωματίδια με αρκετή ενέργεια βομβαρδίζουν την επιφάνεια του υλικού στόχου, έτσι ώστε τα άτομα-στόχοι να διασκορπίζονται. τα διασκορπισμένα άτομα με μια ορισμένη κινητική ενέργεια κινούνται προς το υπόστρωμα για να σχηματίσουν ένα λεπτό φιλμ στην επιφάνεια του υποστρώματος. Το αέριο που χρησιμοποιείται για την εκτόξευση είναι γενικά ένα σπάνιο αέριο, όπως το αργό (Ar), επομένως η μεμβράνη που σχηματίζεται από την εκτόξευση δεν θα μολυνθεί. Επιπλέον, η ατομική ακτίνα του αργού είναι πιο κατάλληλη για ψεκασμό.
Το μέγεθος των σωματιδίων διασκορπισμού πρέπει να είναι κοντά στο μέγεθος των ατόμων στόχου που πρόκειται να διασκορπιστούν. Εάν τα σωματίδια είναι πολύ μεγάλα ή πολύ μικρά, δεν μπορεί να σχηματιστεί αποτελεσματική εκτόξευση. Εκτός από τον παράγοντα μεγέθους του ατόμου, ο συντελεστής μάζας του ατόμου θα επηρεάσει επίσης την ποιότητα της διασκορπισμού. Εάν η πηγή των σωματιδίων που διασκορπίζουν είναι πολύ ελαφριά, τα άτομα-στόχοι δεν θα διασκορπιστούν. εάν τα σωματίδια εκτόξευσης είναι πολύ βαριά, ο στόχος θα «λυγίσει» και ο στόχος δεν θα εκτοξευθεί.
Το υλικό-στόχος που χρησιμοποιείται στο DCPVD πρέπει να είναι αγωγός. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν τα ιόντα αργού στο αέριο διεργασίας βομβαρδίζουν το υλικό στόχο, θα ανασυνδυαστούν με τα ηλεκτρόνια στην επιφάνεια του υλικού στόχου. Όταν το υλικό στόχος είναι ένας αγωγός όπως ένα μέταλλο, τα ηλεκτρόνια που καταναλώνονται από αυτόν τον ανασυνδυασμό αναπληρώνονται ευκολότερα από την παροχή ρεύματος και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε άλλα μέρη του υλικού στόχου μέσω ηλεκτρικής αγωγιμότητας, έτσι ώστε η επιφάνεια του υλικού στόχου ως ολόκληρο παραμένει αρνητικά φορτισμένο και η εκτόξευση διατηρείται.
Αντίθετα, εάν το υλικό στόχος είναι μονωτής, αφού τα ηλεκτρόνια στην επιφάνεια του υλικού στόχου ανασυνδυαστούν, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε άλλα μέρη του υλικού στόχου δεν μπορούν να αναπληρωθούν με ηλεκτρική αγωγιμότητα, και ακόμη και θετικά φορτία θα συσσωρευτούν στο επιφάνεια του υλικού στόχου, προκαλώντας την αύξηση του δυναμικού υλικού στόχου και το αρνητικό φορτίο του υλικού στόχου εξασθενεί μέχρι να εξαφανιστεί, οδηγώντας τελικά στον τερματισμό της εκτόξευσης.
Επομένως, για να γίνουν τα μονωτικά υλικά χρησιμοποιήσιμα και για ψεκασμό, είναι απαραίτητο να βρεθεί μια άλλη μέθοδος ψεκασμού. Η διασκορπισμός ραδιοσυχνοτήτων είναι μια μέθοδος sputtering που είναι κατάλληλη τόσο για αγώγιμους όσο και για μη αγώγιμους στόχους.
Ένα άλλο μειονέκτημα του DCPVD είναι ότι η τάση ανάφλεξης είναι υψηλή και ο βομβαρδισμός ηλεκτρονίων στο υπόστρωμα είναι ισχυρός. Ένας αποτελεσματικός τρόπος για να λυθεί αυτό το πρόβλημα είναι η χρήση του sputtering με μαγνητρόνιο, επομένως η επιμετάλλωση μαγνητρονίων έχει πραγματικά πρακτική αξία στον τομέα των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
3.3 Εξοπλισμός εναπόθεσης φυσικού ατμού RF
Η φυσική εναπόθεση ατμών ραδιοσυχνοτήτων (RFPVD) χρησιμοποιεί ισχύ ραδιοσυχνοτήτων ως πηγή διέγερσης και είναι μια μέθοδος PVD κατάλληλη για μια ποικιλία μεταλλικών και μη μεταλλικών υλικών.
Οι κοινές συχνότητες του τροφοδοτικού RF που χρησιμοποιείται στο RFPVD είναι 13,56 MHz, 20 MHz και 60 MHz. Ο θετικός και ο αρνητικός κύκλος του τροφοδοτικού RF εμφανίζονται εναλλάξ. Όταν ο στόχος PVD βρίσκεται στο θετικό μισό κύκλο, επειδή η επιφάνεια στόχου είναι σε θετικό δυναμικό, τα ηλεκτρόνια στην ατμόσφαιρα της διεργασίας θα ρέουν στην επιφάνεια στόχο για να εξουδετερώσουν το θετικό φορτίο που συσσωρεύεται στην επιφάνειά του, και ακόμη και να συνεχίσουν να συσσωρεύουν ηλεκτρόνια. καθιστώντας την επιφάνειά του αρνητικά προκατειλημμένη. όταν ο στόχος εκτόξευσης είναι στον αρνητικό μισό κύκλο, τα θετικά ιόντα θα κινηθούν προς τον στόχο και θα εξουδετερωθούν εν μέρει στην επιφάνεια του στόχου.
Το πιο κρίσιμο είναι ότι η ταχύτητα κίνησης των ηλεκτρονίων στο ηλεκτρικό πεδίο RF είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των θετικών ιόντων, ενώ ο χρόνος του θετικού και του αρνητικού μισού κύκλου είναι ο ίδιος, οπότε μετά από έναν πλήρη κύκλο, η επιφάνεια στόχος θα είναι «καθαρό» αρνητικά φορτισμένο. Επομένως, στους πρώτους κύκλους, το αρνητικό φορτίο της επιφάνειας στόχου παρουσιάζει αυξητική τάση. Στη συνέχεια, η επιφάνεια στόχου φτάνει σε ένα σταθερό αρνητικό δυναμικό. Στη συνέχεια, επειδή το αρνητικό φορτίο του στόχου έχει απωθητική επίδραση στα ηλεκτρόνια, η ποσότητα των θετικών και αρνητικών φορτίων που λαμβάνει το ηλεκτρόδιο στόχος τείνει να ισορροπεί και ο στόχος παρουσιάζει ένα σταθερό αρνητικό φορτίο.
Από την παραπάνω διαδικασία, μπορεί να φανεί ότι η διαδικασία σχηματισμού αρνητικής τάσης δεν έχει καμία σχέση με τις ιδιότητες του ίδιου του υλικού στόχου, επομένως η μέθοδος RFPVD μπορεί όχι μόνο να λύσει το πρόβλημα της εκτόξευσης των μονωτικών στόχων, αλλά είναι επίσης καλά συμβατή με συμβατικούς μεταλλικούς αγωγούς στόχους.
3.4 Εξοπλισμός ψεκασμού με μαγνήτρο
Η sputtering με μαγνήτρο είναι μια μέθοδος PVD που προσθέτει μαγνήτες στο πίσω μέρος του στόχου. Οι προστιθέμενοι μαγνήτες και το σύστημα τροφοδοσίας συνεχούς ρεύματος (ή τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος) σχηματίζουν μια πηγή ψεκασμού μαγνητρόν. Η πηγή εκτόξευσης χρησιμοποιείται για να σχηματίσει ένα διαδραστικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στο θάλαμο, να συλλάβει και να περιορίσει το εύρος κίνησης των ηλεκτρονίων στο πλάσμα μέσα στον θάλαμο, να επεκτείνει τη διαδρομή κίνησης των ηλεκτρονίων και έτσι να αυξήσει τη συγκέντρωση του πλάσματος και τελικά να επιτύχει περισσότερα κατάθεση.
Επιπλέον, επειδή περισσότερα ηλεκτρόνια δεσμεύονται κοντά στην επιφάνεια του στόχου, μειώνεται ο βομβαρδισμός του υποστρώματος από ηλεκτρόνια και η θερμοκρασία του υποστρώματος μειώνεται. Σε σύγκριση με την τεχνολογία επίπεδης πλάκας DCPVD, ένα από τα πιο προφανή χαρακτηριστικά της τεχνολογίας φυσικής εναπόθεσης ατμών magnetron είναι ότι η τάση εκκένωσης ανάφλεξης είναι χαμηλότερη και πιο σταθερή.
Λόγω της υψηλότερης συγκέντρωσης στο πλάσμα και της μεγαλύτερης απόδοσης εκτόξευσης, μπορεί να επιτύχει εξαιρετική απόδοση εναπόθεσης, έλεγχο πάχους εναπόθεσης σε μεγάλο εύρος μεγέθους, ακριβή έλεγχο σύνθεσης και χαμηλότερη τάση ανάφλεξης. Επομένως, η διασκορπισμός μαγνητρονίων είναι σε κυρίαρχη θέση στο τρέχον μεταλλικό φιλμ PVD. Η απλούστερη σχεδίαση της πηγής sputtering magnetron είναι να τοποθετήσετε μια ομάδα μαγνητών στο πίσω μέρος του επίπεδου στόχου (εκτός του συστήματος κενού) για να δημιουργήσετε ένα μαγνητικό πεδίο παράλληλο με την επιφάνεια στόχο σε μια τοπική περιοχή στην επιφάνεια στόχο.
Εάν τοποθετηθεί ένας μόνιμος μαγνήτης, το μαγνητικό του πεδίο είναι σχετικά σταθερό, με αποτέλεσμα μια σχετικά σταθερή κατανομή μαγνητικού πεδίου στην επιφάνεια στόχο στον θάλαμο. Μόνο τα υλικά σε συγκεκριμένες περιοχές του στόχου διασκορπίζονται, ο ρυθμός χρήσης του στόχου είναι χαμηλός και η ομοιομορφία της προετοιμασμένης μεμβράνης είναι κακή.
Υπάρχει μια ορισμένη πιθανότητα τα σωματίδια μετάλλου ή άλλου υλικού να εναποτεθούν πίσω στην επιφάνεια στόχο, με αποτέλεσμα να συσσωματωθούν σε σωματίδια και να σχηματίσουν ελαττωματικές μολύνσεις. Επομένως, οι εμπορικές πηγές ψεκασμού μαγνητρόν χρησιμοποιούν ως επί το πλείστον ένα σχέδιο περιστρεφόμενου μαγνήτη για τη βελτίωση της ομοιομορφίας του φιλμ, του ρυθμού χρήσης του στόχου και του πλήρους διασκορπισμού στόχου.
Είναι σημαντικό να εξισορροπηθούν αυτοί οι τρεις παράγοντες. Εάν η ζυγαριά δεν αντιμετωπιστεί σωστά, μπορεί να οδηγήσει σε καλή ομοιομορφία μεμβράνης, ενώ μειώνεται σημαντικά ο ρυθμός χρήσης του στόχου (μείωση της διάρκειας ζωής του στόχου) ή η αποτυχία επίτευξης πλήρους διασκορπισμού στόχου ή η πλήρης διάβρωση του στόχου, γεγονός που θα προκαλέσει προβλήματα σωματιδίων κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης διαδικασία.
Στην τεχνολογία magnetron PVD, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη ο μηχανισμός κίνησης του περιστρεφόμενου μαγνήτη, το σχήμα του στόχου, το σύστημα ψύξης στόχου και η πηγή sputtering magnetron, καθώς και η λειτουργική διαμόρφωση της βάσης που φέρει το πλακίδιο, όπως η προσρόφηση του πλακιδίου και ο έλεγχος θερμοκρασίας. Στη διαδικασία PVD, η θερμοκρασία της γκοφρέτας ελέγχεται για να ληφθεί η απαιτούμενη κρυσταλλική δομή, το μέγεθος και ο προσανατολισμός των κόκκων, καθώς και η σταθερότητα της απόδοσης.
Δεδομένου ότι η αγωγιμότητα θερμότητας μεταξύ του πίσω μέρους της πλακέτας και της επιφάνειας της βάσης απαιτεί μια ορισμένη πίεση, συνήθως της τάξης πολλών Torr, και η πίεση εργασίας του θαλάμου είναι συνήθως της τάξης πολλών mTorr, η πίεση στο πίσω μέρος της γκοφρέτας είναι πολύ μεγαλύτερη από την πίεση στην επάνω επιφάνεια της γκοφρέτας, επομένως απαιτείται ένα μηχανικό τσοκ ή ένα ηλεκτροστατικό τσοκ για την τοποθέτηση και τον περιορισμό της γκοφρέτας.
Το μηχανικό τσοκ βασίζεται στο δικό του βάρος και στην άκρη της γκοφρέτας για να επιτύχει αυτή τη λειτουργία. Αν και έχει τα πλεονεκτήματα της απλής δομής και της μη ευαισθησίας στο υλικό της γκοφρέτας, η επίδραση της ακμής της γκοφρέτας είναι προφανής, η οποία δεν ευνοεί τον αυστηρό έλεγχο των σωματιδίων. Ως εκ τούτου, έχει αντικατασταθεί σταδιακά από ένα ηλεκτροστατικό τσοκ στη διαδικασία κατασκευής IC.
Για διεργασίες που δεν είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στη θερμοκρασία, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί μια μέθοδος ραφιών χωρίς προσρόφηση, χωρίς ακμές επαφής (χωρίς διαφορά πίεσης μεταξύ της άνω και της κάτω επιφάνειας του πλακιδίου). Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας PVD, η επένδυση του θαλάμου και η επιφάνεια των εξαρτημάτων που έρχονται σε επαφή με το πλάσμα θα εναποτεθούν και θα καλυφθούν. Όταν το πάχος του εναποτιθέμενου φιλμ υπερβαίνει το όριο, το φιλμ θα σπάσει και θα αποκολληθεί, προκαλώντας προβλήματα σωματιδίων.
Επομένως, η επιφανειακή επεξεργασία εξαρτημάτων όπως η επένδυση είναι το κλειδί για την επέκταση αυτού του ορίου. Η επιφανειακή αμμοβολή και ο ψεκασμός αλουμινίου είναι δύο κοινά χρησιμοποιούμενες μέθοδοι, σκοπός των οποίων είναι η αύξηση της τραχύτητας της επιφάνειας για την ενίσχυση της συγκόλλησης μεταξύ της μεμβράνης και της επιφάνειας επένδυσης.
3.5 Εξοπλισμός εναπόθεσης φυσικού ατμού ιονισμού
Με τη συνεχή ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής τεχνολογίας, τα μεγέθη χαρακτηριστικών γίνονται όλο και μικρότερα. Δεδομένου ότι η τεχνολογία PVD δεν μπορεί να ελέγξει την κατεύθυνση εναπόθεσης των σωματιδίων, η ικανότητα της PVD να εισέρχεται μέσω οπών και στενών καναλιών με υψηλούς λόγους διαστάσεων είναι περιορισμένη, καθιστώντας την διευρυμένη εφαρμογή της παραδοσιακής τεχνολογίας PVD ολοένα και πιο αμφισβητήσιμη. Στη διαδικασία PVD, καθώς αυξάνεται η αναλογία διαστάσεων του αυλακιού πόρων, η κάλυψη στο κάτω μέρος μειώνεται, σχηματίζοντας μια προεξέχουσα δομή που μοιάζει με μαρκίζα στην επάνω γωνία και σχηματίζοντας την πιο αδύναμη κάλυψη στην κάτω γωνία.
Η τεχνολογία εναπόθεσης ιονισμένου φυσικού ατμού αναπτύχθηκε για την επίλυση αυτού του προβλήματος. Πρώτα πλασματοποιεί τα άτομα μετάλλου που διασκορπίζονται από τον στόχο με διαφορετικούς τρόπους και στη συνέχεια προσαρμόζει την τάση πόλωσης που φορτώνεται στη γκοφρέτα για να ελέγχει την κατεύθυνση και την ενέργεια των μεταλλικών ιόντων για να ληφθεί μια σταθερή κατευθυντική ροή μεταλλικών ιόντων για την προετοιμασία μιας λεπτής μεμβράνης, βελτιώνοντας έτσι την κάλυψη του κάτω μέρους των σκαλοπατιών υψηλής αναλογίας διαστάσεων μέσω οπών και στενών καναλιών.
Το τυπικό χαρακτηριστικό της τεχνολογίας πλάσματος ιονισμένου μετάλλου είναι η προσθήκη ενός πηνίου ραδιοσυχνοτήτων στον θάλαμο. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, η πίεση λειτουργίας του θαλάμου διατηρείται σε σχετικά υψηλή κατάσταση (5 έως 10 φορές την κανονική πίεση εργασίας). Κατά τη διάρκεια του PVD, το πηνίο ραδιοσυχνότητας χρησιμοποιείται για τη δημιουργία της δεύτερης περιοχής πλάσματος, στην οποία η συγκέντρωση του αργού στο πλάσμα αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος ραδιοσυχνότητας και της πίεσης αερίου. Όταν τα άτομα μετάλλου που διασκορπίζονται από τον στόχο περνούν από αυτήν την περιοχή, αλληλεπιδρούν με το πλάσμα αργού υψηλής πυκνότητας για να σχηματίσουν μεταλλικά ιόντα.
Η εφαρμογή μιας πηγής ραδιοσυχνοτήτων στον φορέα του πλακιδίου (όπως ένα ηλεκτροστατικό τσοκ) μπορεί να αυξήσει την αρνητική πόλωση στη γκοφρέτα για να προσελκύσει μεταλλικά θετικά ιόντα στο κάτω μέρος της αυλάκωσης πόρων. Αυτή η κατευθυντική ροή μεταλλικών ιόντων κάθετα στην επιφάνεια του πλακιδίου βελτιώνει την κάλυψη του βυθού των πόρων υψηλής αναλογίας διαστάσεων και των στενών καναλιών.
Η αρνητική μεροληψία που εφαρμόζεται στη γκοφρέτα προκαλεί επίσης ιόντα να βομβαρδίζουν την επιφάνεια του πλακιδίου (αντίστροφη διασκορπισμός), η οποία αποδυναμώνει την προεξέχουσα δομή του στομίου της αυλάκωσης των πόρων και εκτοξεύει το φιλμ που εναποτίθεται στο κάτω μέρος στα πλευρικά τοιχώματα στις γωνίες του πυθμένα του πόρου αυλάκι, ενισχύοντας έτσι την κάλυψη βημάτων στις γωνίες.
3.6 Εξοπλισμός εναπόθεσης ατμών σε ατμοσφαιρική πίεση
Ο εξοπλισμός χημικής εναπόθεσης ατμών ατμοσφαιρικής πίεσης (APCVD) αναφέρεται σε μια συσκευή που ψεκάζει μια αέρια πηγή αντίδρασης με σταθερή ταχύτητα στην επιφάνεια ενός θερμαινόμενου στερεού υποστρώματος κάτω από ένα περιβάλλον με πίεση κοντά στην ατμοσφαιρική πίεση, προκαλώντας την χημική αντίδραση της πηγής αντίδρασης την επιφάνεια του υποστρώματος και το προϊόν της αντίδρασης εναποτίθεται στην επιφάνεια του υποστρώματος για να σχηματιστεί ένα λεπτό φιλμ.
Ο εξοπλισμός APCVD είναι ο πρώτος εξοπλισμός CVD και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανική παραγωγή και στην επιστημονική έρευνα. Ο εξοπλισμός APCVD μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή λεπτών μεμβρανών όπως μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, πολυκρυσταλλικό πυρίτιο, διοξείδιο του πυριτίου, οξείδιο ψευδαργύρου, διοξείδιο τιτανίου, φωσφοπυριτικό γυαλί και βοροφωσφωσοπυριτικό γυαλί.
3.7 Εξοπλισμός απόθεσης χημικών ατμών χαμηλής πίεσης
Ο εξοπλισμός χαμηλής πίεσης χημικής εναπόθεσης ατμών (LPCVD) αναφέρεται σε εξοπλισμό που χρησιμοποιεί αέριες πρώτες ύλες για να αντιδράσει χημικά στην επιφάνεια ενός στερεού υποστρώματος σε θερμαινόμενο (350-1100°C) και χαμηλής πίεσης (10-100 mTorr) περιβάλλον και Τα αντιδρώντα εναποτίθενται στην επιφάνεια του υποστρώματος για να σχηματίσουν ένα λεπτό φιλμ. Ο εξοπλισμός LPCVD αναπτύσσεται με βάση το APCVD για τη βελτίωση της ποιότητας των λεπτών φιλμ, τη βελτίωση της ομοιομορφίας κατανομής χαρακτηριστικών παραμέτρων όπως το πάχος και την ειδική αντίσταση του φιλμ και τη βελτίωση της απόδοσης παραγωγής.
Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι ότι σε περιβάλλον θερμικού πεδίου χαμηλής πίεσης, το αέριο διεργασίας αντιδρά χημικά στην επιφάνεια του υποστρώματος του πλακιδίου και τα προϊόντα αντίδρασης εναποτίθενται στην επιφάνεια του υποστρώματος για να σχηματίσουν ένα λεπτό φιλμ. Ο εξοπλισμός LPCVD έχει πλεονεκτήματα στην παρασκευή λεπτών μεμβρανών υψηλής ποιότητας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή λεπτών μεμβρανών όπως οξείδιο του πυριτίου, νιτρίδιο πυριτίου, πολυπυρίτιο, καρβίδιο του πυριτίου, νιτρίδιο του γαλλίου και γραφένιο.
Σε σύγκριση με το APCVD, το περιβάλλον αντίδρασης χαμηλής πίεσης του εξοπλισμού LPCVD αυξάνει τη μέση ελεύθερη διαδρομή και τον συντελεστή διάχυσης του αερίου στον θάλαμο αντίδρασης.
Τα μόρια του αερίου αντίδρασης και του φέροντος αερίου στον θάλαμο αντίδρασης μπορούν να κατανεμηθούν ομοιόμορφα σε σύντομο χρονικό διάστημα, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την ομοιομορφία του πάχους της μεμβράνης, την ομοιομορφία της ειδικής αντίστασης και την κάλυψη του βήματος της μεμβράνης, και η κατανάλωση αερίου αντίδρασης είναι επίσης μικρή. Επιπλέον, το περιβάλλον χαμηλής πίεσης επιταχύνει επίσης την ταχύτητα μετάδοσης των αερίων ουσιών. Οι ακαθαρσίες και τα υποπροϊόντα αντίδρασης που διαχέονται από το υπόστρωμα μπορούν να αφαιρεθούν γρήγορα από τη ζώνη αντίδρασης μέσω του οριακού στρώματος και το αέριο αντίδρασης περνά γρήγορα μέσω του οριακού στρώματος για να φτάσει στην επιφάνεια του υποστρώματος για αντίδραση, καταστέλλοντας έτσι αποτελεσματικά την αυτο-ντόπινγκ, προετοιμάζοντας ταινίες υψηλής ποιότητας με απότομες ζώνες μετάβασης, καθώς και βελτίωση της απόδοσης παραγωγής.
3.8 Εξοπλισμός εναπόθεσης χημικών ατμών ενισχυμένου πλάσματος
Η εναπόθεση χημικών ατμών ενισχυμένης με πλάσμα (PECVD) είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενητεχνολογία εναπόθεσης φιλμ hin. Κατά τη διαδικασία πλάσματος, ο αέριος πρόδρομος ιονίζεται υπό τη δράση του πλάσματος για να σχηματίσει διεγερμένες ενεργές ομάδες, οι οποίες διαχέονται στην επιφάνεια του υποστρώματος και στη συνέχεια υφίστανται χημικές αντιδράσεις για να ολοκληρωθεί η ανάπτυξη του φιλμ.
Ανάλογα με τη συχνότητα παραγωγής πλάσματος, το πλάσμα που χρησιμοποιείται στο PECVD μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους: πλάσμα ραδιοσυχνοτήτων (πλάσμα RF) και πλάσμα μικροκυμάτων (πλάσμα μικροκυμάτων). Επί του παρόντος, η ραδιοσυχνότητα που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία είναι γενικά 13,56 MHz.
Η εισαγωγή του πλάσματος ραδιοσυχνοτήτων συνήθως χωρίζεται σε δύο τύπους: χωρητική σύζευξη (CCP) και επαγωγική σύζευξη (ICP). Η μέθοδος χωρητικής σύζευξης είναι συνήθως μια μέθοδος άμεσης αντίδρασης πλάσματος. ενώ η μέθοδος επαγωγικής σύζευξης μπορεί να είναι μέθοδος απευθείας πλάσματος ή μέθοδος απομακρυσμένου πλάσματος.
Στις διαδικασίες κατασκευής ημιαγωγών, το PECVD χρησιμοποιείται συχνά για την ανάπτυξη λεπτών μεμβρανών σε υποστρώματα που περιέχουν μέταλλα ή άλλες δομές ευαίσθητες στη θερμοκρασία. Για παράδειγμα, στον τομέα της διασύνδεσης μετάλλων οπίσθιου άκρου των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, δεδομένου ότι οι δομές πηγής, πύλης και αποστράγγισης της συσκευής έχουν διαμορφωθεί στη διαδικασία του μπροστινού άκρου, η ανάπτυξη λεπτών μεμβρανών στον τομέα της μεταλλικής διασύνδεσης υπόκειται σε πολύ αυστηρούς περιορισμούς θερμικού προϋπολογισμού, επομένως συνήθως ολοκληρώνεται με υποβοήθηση πλάσματος. Προσαρμόζοντας τις παραμέτρους της διαδικασίας πλάσματος, η πυκνότητα, η χημική σύνθεση, η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες, η μηχανική αντοχή και οι παράμετροι καταπόνησης της λεπτής μεμβράνης που αναπτύσσεται από το PECVD μπορούν να ρυθμιστούν και να βελτιστοποιηθούν σε ένα συγκεκριμένο εύρος.
3.9 Εξοπλισμός εναπόθεσης ατομικού στρώματος
Η εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) είναι μια τεχνολογία εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης που αναπτύσσεται περιοδικά με τη μορφή οιονεί μονοατομικού στρώματος. Το χαρακτηριστικό του είναι ότι το πάχος του εναποτιθέμενου φιλμ μπορεί να ρυθμιστεί με ακρίβεια ελέγχοντας τον αριθμό των κύκλων ανάπτυξης. Σε αντίθεση με τη διαδικασία χημικής εναπόθεσης ατμού (CVD), οι δύο (ή περισσότεροι) πρόδρομοι στη διαδικασία ALD περνούν εναλλάξ μέσω της επιφάνειας του υποστρώματος και απομονώνονται αποτελεσματικά με την κάθαρση σπάνιου αερίου.
Οι δύο πρόδρομοι δεν θα αναμειχθούν και δεν θα συναντηθούν στην αέρια φάση για να αντιδράσουν χημικά, αλλά θα αντιδράσουν μόνο μέσω χημικής προσρόφησης στην επιφάνεια του υποστρώματος. Σε κάθε κύκλο ALD, η ποσότητα του προδρόμου που προσροφάται στην επιφάνεια του υποστρώματος σχετίζεται με την πυκνότητα των ενεργών ομάδων στην επιφάνεια του υποστρώματος. Όταν οι αντιδραστικές ομάδες στην επιφάνεια του υποστρώματος εξαντληθούν, ακόμη και αν εισαχθεί περίσσεια πρόδρομου, δεν θα συμβεί χημική προσρόφηση στην επιφάνεια του υποστρώματος.
Αυτή η διαδικασία αντίδρασης ονομάζεται επιφανειακή αυτοπεριοριζόμενη αντίδραση. Αυτός ο μηχανισμός διεργασίας καθιστά σταθερό το πάχος της μεμβράνης που αναπτύσσεται σε κάθε κύκλο της διαδικασίας ALD, επομένως η διαδικασία ALD έχει τα πλεονεκτήματα του ακριβούς ελέγχου πάχους και της καλής κάλυψης βημάτων φιλμ.
3.10 Εξοπλισμός Επιταξίας Μοριακής Δέσμης
Το σύστημα Molecular Beam Epitaxy (MBE) αναφέρεται σε μια επιταξιακή συσκευή που χρησιμοποιεί μία ή περισσότερες ατομικές δέσμες θερμικής ενέργειας ή μοριακές δέσμες για να ψεκάσει στην θερμαινόμενη επιφάνεια του υποστρώματος με μια ορισμένη ταχύτητα υπό συνθήκες εξαιρετικά υψηλού κενού και να προσροφήσει και να μετακινηθεί στην επιφάνεια του υποστρώματος για να αναπτυχθούν επιταξιακά λεπτές μεμβράνες μονοκρυστάλλου κατά μήκος της κατεύθυνσης του άξονα κρυστάλλου του υλικού του υποστρώματος. Γενικά, υπό την προϋπόθεση της θέρμανσης από έναν κλίβανο εκτόξευσης με θερμική ασπίδα, η πηγή δέσμης σχηματίζει μια ατομική δέσμη ή μια μοριακή δέσμη και η μεμβράνη αναπτύσσεται στρώμα προς στρώμα κατά μήκος της κατεύθυνσης του άξονα κρυστάλλου του υλικού υποστρώματος.
Τα χαρακτηριστικά του είναι η χαμηλή επιταξιακή θερμοκρασία ανάπτυξης και το πάχος, η διεπαφή, η χημική σύνθεση και η συγκέντρωση ακαθαρσιών μπορούν να ελεγχθούν με ακρίβεια σε ατομικό επίπεδο. Αν και το MBE προέρχεται από την παρασκευή ημιαγωγών εξαιρετικά λεπτών μονοκρυσταλλικών μεμβρανών, η εφαρμογή του έχει επεκταθεί πλέον σε μια ποικιλία συστημάτων υλικών όπως μέταλλα και μονωτικά διηλεκτρικά και μπορεί να παρασκευάσει III-V, II-VI, πυρίτιο, γερμάνιο πυριτίου (SiGe ), γραφένιο, οξείδια και οργανικές μεμβράνες.
Το σύστημα επιτάξεως μοριακής δέσμης (MBE) αποτελείται κυρίως από ένα σύστημα εξαιρετικά υψηλού κενού, μια πηγή μοριακής δέσμης, ένα σύστημα στερέωσης και θέρμανσης υποστρώματος, ένα σύστημα μεταφοράς δείγματος, ένα σύστημα επί τόπου παρακολούθησης, ένα σύστημα ελέγχου και μια δοκιμή σύστημα.
Το σύστημα κενού περιλαμβάνει αντλίες κενού (μηχανικές αντλίες, μοριακές αντλίες, αντλίες ιόντων και αντλίες συμπύκνωσης κ.λπ.) και διάφορες βαλβίδες, οι οποίες μπορούν να δημιουργήσουν ένα περιβάλλον ανάπτυξης εξαιρετικά υψηλού κενού. Ο γενικά επιτεύξιμος βαθμός κενού είναι 10-8 έως 10-11 Torr. Το σύστημα κενού έχει κυρίως τρεις θαλάμους εργασίας κενού, δηλαδή τον θάλαμο έγχυσης δείγματος, τον θάλαμο προεπεξεργασίας και ανάλυσης επιφάνειας και τον θάλαμο ανάπτυξης.
Ο θάλαμος έγχυσης δείγματος χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δειγμάτων στον έξω κόσμο για να διασφαλίσει τις συνθήκες υψηλού κενού σε άλλους θαλάμους. ο θάλαμος προεπεξεργασίας και ανάλυσης επιφάνειας συνδέει τον θάλαμο έγχυσης δείγματος και τον θάλαμο ανάπτυξης και η κύρια λειτουργία του είναι η προεπεξεργασία του δείγματος (απαέρωση σε υψηλή θερμοκρασία για να εξασφαλιστεί η πλήρης καθαριότητα της επιφάνειας του υποστρώματος) και η προκαταρκτική ανάλυση επιφάνειας στο καθαρισμένο δείγμα. ο θάλαμος ανάπτυξης είναι το βασικό μέρος του συστήματος MBE, που αποτελείται κυρίως από έναν φούρνο πηγής και το αντίστοιχο συγκρότημα κλείστρου, μια κονσόλα ελέγχου δείγματος, ένα σύστημα ψύξης, μια διάθλαση ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας ανάκλασης (RHEED) και ένα σύστημα επιτόπου παρακολούθησης . Ορισμένος εξοπλισμός MBE παραγωγής έχει πολλαπλές διαμορφώσεις θαλάμων ανάπτυξης. Το σχηματικό διάγραμμα της δομής εξοπλισμού MBE φαίνεται παρακάτω:
Το MBE υλικού πυριτίου χρησιμοποιεί πυρίτιο υψηλής καθαρότητας ως πρώτη ύλη, αναπτύσσεται υπό συνθήκες εξαιρετικά υψηλού κενού (10-10~10-11Torr) και η θερμοκρασία ανάπτυξης είναι 600~900℃, με Ga (τύπου P) και Sb ( τύπου Ν) ως πηγές ντόπινγκ. Οι κοινώς χρησιμοποιούμενες πηγές ντόπινγκ όπως τα P, As και B χρησιμοποιούνται σπάνια ως πηγές δέσμης επειδή είναι δύσκολο να εξατμιστούν.
Ο θάλαμος αντίδρασης του MBE έχει ένα περιβάλλον εξαιρετικά υψηλού κενού, το οποίο αυξάνει τη μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων και μειώνει τη μόλυνση και την οξείδωση στην επιφάνεια του αναπτυσσόμενου υλικού. Το επιταξιακό υλικό που παρασκευάζεται έχει καλή επιφανειακή μορφολογία και ομοιομορφία και μπορεί να κατασκευαστεί σε πολυστρωματική δομή με διαφορετικό ντόπινγκ ή διαφορετικά συστατικά υλικού.
Η τεχνολογία MBE επιτυγχάνει την επαναλαμβανόμενη ανάπτυξη εξαιρετικά λεπτών επιταξιακών στρωμάτων με πάχος ενός μόνο ατομικού στρώματος και η διεπαφή μεταξύ των επιταξιακών στρωμάτων είναι απότομη. Προωθεί την ανάπτυξη ημιαγωγών III-V και άλλων ετερογενών υλικών πολλαπλών συστατικών. Προς το παρόν, το σύστημα MBE έχει γίνει ένας προηγμένος εξοπλισμός διαδικασίας για την παραγωγή μιας νέας γενιάς συσκευών μικροκυμάτων και οπτοηλεκτρονικών συσκευών. Τα μειονεκτήματα της τεχνολογίας MBE είναι ο αργός ρυθμός ανάπτυξης του φιλμ, οι υψηλές απαιτήσεις κενού και το υψηλό κόστος χρήσης εξοπλισμού και εξοπλισμού.
3.11 Σύστημα επιταξίας φάσης ατμού
Το σύστημα επιταξίας φάσης ατμού (VPE) αναφέρεται σε μια συσκευή επιταξιακής ανάπτυξης που μεταφέρει αέριες ενώσεις σε ένα υπόστρωμα και λαμβάνει ένα στρώμα κρυσταλλικού υλικού με την ίδια διάταξη πλέγματος με το υπόστρωμα μέσω χημικών αντιδράσεων. Το επιταξιακό στρώμα μπορεί να είναι ένα ομοεπιταξιακό στρώμα (Si/Si) ή ένα ετεροεπιταξιακό στρώμα (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 κ.λπ.). Επί του παρόντος, η τεχνολογία VPE έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στους τομείς της προετοιμασίας νανοϋλικών, των συσκευών ισχύος, των οπτοηλεκτρονικών συσκευών ημιαγωγών, των ηλιακών φωτοβολταϊκών και των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Το τυπικό VPE περιλαμβάνει επιταξία ατμοσφαιρικής πίεσης και επιταξία μειωμένης πίεσης, εναπόθεση χημικών ατμών εξαιρετικά υψηλού κενού, εναπόθεση ατμών οργανικών χημικών μετάλλων κ.λπ. έλεγχος πίεσης και σταθερότητας, έλεγχος σωματιδίων και ελαττωμάτων κ.λπ.
Προς το παρόν, η κατεύθυνση ανάπτυξης των βασικών εμπορικών συστημάτων VPE είναι η μεγάλη φόρτωση πλακιδίων, ο πλήρως αυτόματος έλεγχος και η παρακολούθηση της θερμοκρασίας και της διαδικασίας ανάπτυξης σε πραγματικό χρόνο. Τα συστήματα VPE έχουν τρεις δομές: κάθετη, οριζόντια και κυλινδρική. Οι μέθοδοι θέρμανσης περιλαμβάνουν θέρμανση με αντίσταση, θέρμανση επαγωγής υψηλής συχνότητας και θέρμανση με υπέρυθρη ακτινοβολία.
Προς το παρόν, τα συστήματα VPE χρησιμοποιούν ως επί το πλείστον οριζόντιες δομές δίσκων, οι οποίες έχουν τα χαρακτηριστικά της καλής ομοιομορφίας της επιταξιακής ανάπτυξης του φιλμ και της μεγάλης φόρτωσης πλακιδίων. Τα συστήματα VPE αποτελούνται συνήθως από τέσσερα μέρη: αντιδραστήρα, σύστημα θέρμανσης, σύστημα διαδρομής αερίου και σύστημα ελέγχου. Επειδή ο χρόνος ανάπτυξης των επιταξιακών μεμβρανών GaAs και GaN είναι σχετικά μεγάλος, χρησιμοποιούνται κυρίως επαγωγική θέρμανση και θέρμανση με αντίσταση. Στο VPE πυριτίου, η ανάπτυξη παχύρρευστη επιταξιακή μεμβράνη χρησιμοποιεί κυρίως επαγωγική θέρμανση. Η ανάπτυξη λεπτής επιταξιακής μεμβράνης χρησιμοποιεί ως επί το πλείστον υπέρυθρη θέρμανση για την επίτευξη του σκοπού της ταχείας αύξησης/πτώσης της θερμοκρασίας.
3.12 Σύστημα Επιτάξεως Υγρής Φάσης
Το σύστημα υγρής φάσης Epitaxy (LPE) αναφέρεται στον εξοπλισμό επιταξιακής ανάπτυξης που διαλύει το υλικό που πρόκειται να αναπτυχθεί (όπως Si, Ga, As, Al, κ.λπ.) και προσμείξεις (όπως Zn, Te, Sn, κ.λπ.) σε μέταλλο με χαμηλότερο σημείο τήξης (όπως Ga, In, κ.λπ.), έτσι ώστε η διαλυμένη ουσία να είναι κορεσμένη ή υπερκορεσμένη στον διαλύτη και στη συνέχεια ο μονοκρύσταλλος Το υπόστρωμα έρχεται σε επαφή με το διάλυμα και η διαλυμένη ουσία κατακρημνίζεται από τον διαλύτη με σταδιακή ψύξη και ένα στρώμα κρυσταλλικού υλικού με κρυσταλλική δομή και σταθερά πλέγματος παρόμοια με αυτή του υποστρώματος αναπτύσσεται στην επιφάνεια του υποστρώματος.
Η μέθοδος LPE προτάθηκε από τους Nelson et al. το 1963. Χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη λεπτών μεμβρανών Si και μονοκρυσταλλικών υλικών, καθώς και υλικών ημιαγωγών όπως ομάδες III-IV και τελλουριδίου του καδμίου υδραργύρου, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή διαφόρων οπτοηλεκτρονικών συσκευών, συσκευών μικροκυμάτων, συσκευών ημιαγωγών και ηλιακών κυψελών .
—————————————————————————————————————————————— ————————————-
Το Semicera μπορεί να παρέχειμέρη γραφίτη, μαλακή/άκαμπτη τσόχα, μέρη καρβιδίου του πυριτίου, Μέρη καρβιδίου του πυριτίου CVD, καιΜέρη με επικάλυψη SiC/TaCμε σε 30 ημέρες.
Εάν ενδιαφέρεστε για τα παραπάνω προϊόντα ημιαγωγών,μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας την πρώτη φορά.
Τηλ: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Ώρα δημοσίευσης: 31-8-2024