Halvledarprocess och utrustning (7/7) - Process och utrustning för tunnfilmstillväxt

1. Introduktion

Processen att fästa ämnen (råmaterial) till ytan av substratmaterial med fysikaliska eller kemiska metoder kallas tunnfilmstillväxt.
Enligt olika arbetsprinciper kan integrerad krets tunnfilmsavsättning delas in i:
-Physical Vapor Deposition (PVD);
-Kemisk ångdeposition (CVD);
-Förlängning.

 
2. Process för tunnfilmstillväxt

2.1 Fysisk ångavsättning och förstoftningsprocess

Den fysiska ångavsättningsprocessen (PVD) hänvisar till användningen av fysikaliska metoder såsom vakuumindunstning, sputtering, plasmabeläggning och molekylär strålepitaxi för att bilda en tunn film på ytan av en wafer.

Inom VLSI-industrin är den mest använda PVD-tekniken sputtering, som främst används för elektroder och metallkopplingar av integrerade kretsar. Sputtering är en process där ädelgaser [såsom argon (Ar)] joniseras till joner (såsom Ar+) under inverkan av ett externt elektriskt fält under högvakuumförhållanden och bombarderar den materiella målkällan under en högspänningsmiljö, slå ut atomer eller molekyler av målmaterialet och sedan anlända till ytan av wafern för att bilda en tunn film efter en kollisionsfri flygprocess. Ar har stabila kemiska egenskaper och dess joner kommer inte att reagera kemiskt med målmaterialet och filmen. När integrerade kretschips går in i 0,13 μm kopparinterconnect-eran, använder kopparbarriärmaterialskiktet titannitrid (TiN) eller tantalnitrid (TaN) film. Efterfrågan på industriell teknik har främjat forskning och utveckling av kemisk reaktionsförstoftningsteknik, det vill säga i sputterkammaren, förutom Ar, finns det också en reaktiv gaskväve (N2), så att Ti eller Ta bombarderas från målmaterial Ti eller Ta reagerar med N2 för att generera den erforderliga TiN- eller TaN-filmen.

Det finns tre vanliga förstoftningsmetoder, nämligen DC-förstoftning, RF-förstoftning och magnetronförstoftning. När integrationen av integrerade kretsar fortsätter att öka, ökar antalet lager av flerskikts metallledningar, och tillämpningen av PVD-teknik blir mer och mer omfattande. PVD-material inkluderar Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, etc.

PVD- och förstoftningsprocesser slutförs vanligtvis i en mycket tät reaktionskammare med en vakuumgrad på 1×10-7 till 9×10-9 Torr, vilket kan säkerställa gasens renhet under reaktionen; samtidigt krävs en extern högspänning för att jonisera ädelgasen för att generera en tillräckligt hög spänning för att bombardera målet. Huvudparametrarna för att utvärdera PVD- och sputterprocesser inkluderar mängden damm, såväl som motståndsvärdet, enhetligheten, reflektionstjockleken och spänningen hos den formade filmen.

2.2 Kemisk ångavsättning och förstoftningsprocess

Kemisk ångavsättning (CVD) avser en processteknik där en mängd olika gasformiga reaktanter med olika partialtryck reagerar kemiskt vid en viss temperatur och tryck, och de genererade fasta ämnena avsätts på ytan av substratmaterialet för att erhålla den önskade tunna filma. I den traditionella tillverkningsprocessen för integrerade kretsar är de erhållna tunnfilmsmaterialen vanligtvis föreningar såsom oxider, nitrider, karbider eller material såsom polykristallint kisel och amorft kisel. Selektiv epitaxiell tillväxt, som är vanligare efter 45nm-noden, såsom source and drain SiGe eller Si-selektiv epitaxiell tillväxt, är också en CVD-teknologi.

Denna teknik kan fortsätta att bilda enkristallmaterial av samma typ eller liknande det ursprungliga gittret på ett enkristallsubstrat av kisel eller andra material längs det ursprungliga gittret. CVD används i stor utsträckning vid tillväxten av isolerande dielektriska filmer (som SiO2, Si3N4 och SiON, etc.) och metallfilmer (som volfram, etc.).

I allmänhet, enligt tryckklassificeringen, kan CVD delas in i kemisk ångdeposition vid atmosfärstryck (APCVD), kemisk ångdeposition under atmosfärstryck (SAPCVD) och kemisk ångdeposition vid lågt tryck (LPCVD).

Enligt temperaturklassificering kan CVD delas in i hög temperatur/låg temperatur oxidfilm kemisk ångavsättning (HTO/LTO CVD) och snabb termisk kemisk ångavsättning (Rapid Thermal CVD, RTCVD);

Enligt reaktionskällan kan CVD delas in i silanbaserad CVD, polyesterbaserad CVD (TEOS-baserad CVD) och metallorganisk kemisk ångavsättning (MOCVD);

Enligt energiklassificering kan CVD delas in i termisk kemisk ångdeposition (Thermal CVD), plasmaförstärkt kemisk ångdeposition (Plasma Enhanced CVD, PECVD) och högdensitetsplasma kemisk ångdeposition (High Density Plasma CVD, HDPCVD). På senare tid har även flytbar kemisk ångavsättning (Flowable CVD, FCVD) med utmärkt spaltfyllningsförmåga utvecklats.

Olika CVD-odlade filmer har olika egenskaper (såsom kemisk sammansättning, dielektricitetskonstant, spänning, spänning och genombrottsspänning) och kan användas separat enligt olika processkrav (såsom temperatur, stegtäckning, fyllningskrav, etc.).

2.3 Atomskiktsdeponeringsprocess

Atomskiktsdeposition (ALD) hänvisar till avsättningen av atomer lager för lager på ett substratmaterial genom att odla en enda atomfilm lager för lager. En typisk ALD använder metoden att mata in gasformiga prekursorer i reaktorn på ett alternerande pulsat sätt.

Till exempel, först införs reaktionsprekursorn 1 i substratytan, och efter kemisk adsorption bildas ett enda atomskikt på substratytan; sedan pumpas prekursorn 1 som finns kvar på substratytan och i reaktionskammaren ut av en luftpump; sedan införs reaktionsprekursorn 2 i substratytan och reagerar kemiskt med prekursorn 1 adsorberad på substratytan för att generera motsvarande tunnfilmsmaterial och motsvarande biprodukter på substratytan; när prekursorn 1 reagerar fullständigt, kommer reaktionen automatiskt att avslutas, vilket är den självbegränsande egenskapen för ALD, och sedan extraheras de återstående reaktanterna och biprodukterna för att förbereda för nästa steg av tillväxt; genom att upprepa ovanstående process kontinuerligt, kan avsättningen av tunnfilmsmaterial som växer lager för lager med enstaka atomer uppnås.

Både ALD och CVD är sätt att introducera en gasformig kemisk reaktionskälla för att reagera kemiskt på substratytan, men skillnaden är att den gasformiga reaktionskällan för CVD inte har egenskapen att självbegränsa tillväxt. Det kan ses att nyckeln till att utveckla ALD-teknik är att hitta prekursorer med självbegränsande reaktionsegenskaper.

2.4 Epitaxiell process

Epitaxial process hänvisar till processen att odla ett helt ordnat enkristalllager på ett substrat. Generellt sett är den epitaxiella processen att odla ett kristallskikt med samma gitterorientering som det ursprungliga substratet på ett enkristallsubstrat. Epitaxiella processer används ofta i halvledartillverkning, såsom epitaxiella kiselskivor i den integrerade kretsindustrin, embedded source och drain epitaxiell tillväxt av MOS-transistorer, epitaxiell tillväxt på LED-substrat, etc.

Enligt tillväxtkällans olika fastillstånd kan epitaxiella tillväxtmetoder delas in i fastfasepitaxi, flytande fasepitaxi och ångfasepitaxi. Vid tillverkning av integrerade kretsar är de vanligen använda epitaximetoderna fastfasepitaxi och ångfasepitaxi.

Fastfasepitaxi: hänvisar till tillväxten av ett enkristalllager på ett substrat med användning av en fast källa. Till exempel är termisk glödgning efter jonimplantation faktiskt en fastfas epitaxiprocess. Under jonimplantation bombarderas kiselskivans kiselatomer av högenergiimplanterade joner, lämnar sina ursprungliga gitterpositioner och blir amorfa, vilket bildar ett amorft kiselskikt på ytan. Efter termisk glödgning vid hög temperatur återgår de amorfa atomerna till sina gitterpositioner och förblir i överensstämmelse med den atomära kristallorienteringen inuti substratet.

Tillväxtmetoderna för ångfasepitaxi inkluderar kemisk ångfasepitaxi, molekylstråleepitaxi, atomskiktsepitaxi, etc. Vid tillverkning av integrerade kretsar är kemisk ångfasepitaxi den vanligaste. Principen för kemisk ångfasepitaxi är i princip densamma som den för kemisk ångavsättning. Båda är processer som avsätter tunna filmer genom att kemiskt reagera på ytan av wafers efter gasblandning.

Skillnaden är att eftersom kemisk ångfasepitaxi växer till ett enkristalllager, har det högre krav på föroreningsinnehållet i utrustningen och renheten hos waferytan. Den tidiga kemiska ångfas epitaxiella kiselprocessen måste utföras under höga temperaturförhållanden (större än 1000°C). Med förbättringen av processutrustning, särskilt antagandet av vakuumväxlingskammarteknologi, har renheten i utrustningshåligheten och ytan på kiselskivan förbättrats avsevärt, och kiselepitaxin kan utföras vid en lägre temperatur (600-700°) C). Den epitaxiella kiselskivans process är att odla ett lager av enkristallkisel på ytan av kiselskivan.

Jämfört med det ursprungliga kiselsubstratet har det epitaxiella kiselskiktet högre renhet och färre gitterdefekter, vilket förbättrar utbytet av halvledartillverkning. Dessutom kan tillväxttjockleken och dopningskoncentrationen av det epitaxiella kiselskiktet som odlas på kiselskivan utformas flexibelt, vilket ger flexibilitet till utformningen av enheten, såsom att minska substratmotstånd och förbättra substratisolering. Den inbäddade käll-drain-epitaxialprocessen är en teknik som används allmänt i noder för avancerad logikteknologi.

Det hänvisar till processen att epitaxiellt växande dopat germaniumkisel eller kisel i source- och dräneringsområdena för MOS-transistorer. De främsta fördelarna med att introducera den inbäddade source-drain-epitaxialprocessen inkluderar: odling av ett pseudokristallint skikt som innehåller stress på grund av gitteranpassning, förbättrad kanalbärarrörlighet; in-situ-dopning av source och drain kan minska parasitmotståndet i source-drain-övergången och minska defekterna vid högenergijonimplantation.

3. Utrustning för tillväxt av tunnfilm

3.1 Vakuumförångningsutrustning

Vakuumindunstning är en beläggningsmetod som värmer fast material i en vakuumkammare för att få dem att avdunsta, förångas eller sublimera, och sedan kondensera och avsätta på ytan av ett substratmaterial vid en viss temperatur.

Vanligtvis består den av tre delar, nämligen vakuumsystemet, förångningssystemet och värmesystemet. Vakuumsystemet består av vakuumrör och vakuumpumpar och dess huvudsakliga funktion är att tillhandahålla en kvalificerad vakuummiljö för förångning. Indunstningssystemet består av ett förångningsbord, en värmekomponent och en temperaturmätningskomponent.

Målmaterialet som ska förångas (såsom Ag, Al, etc.) placeras på förångningsbordet; komponenten för uppvärmning och temperaturmätning är ett slutet system som används för att kontrollera förångningstemperaturen för att säkerställa smidig avdunstning. Värmesystemet består av ett wafersteg och en värmekomponent. Wafersteget används för att placera substratet på vilket den tunna filmen behöver förångas, och uppvärmningskomponenten används för att realisera substratuppvärmning och temperaturmätningsåterkopplingskontroll.

Vakuummiljön är ett mycket viktigt tillstånd i vakuumindunstningsprocessen, vilket är relaterat till förångningshastigheten och filmens kvalitet. Om vakuumgraden inte uppfyller kraven kommer de förångade atomerna eller molekylerna ofta att kollidera med de kvarvarande gasmolekylerna, vilket gör deras genomsnittliga fria väg mindre, och atomerna eller molekylerna kommer att spridas kraftigt, vilket därigenom ändrar rörelseriktningen och reducerar filmen. bildningstakt.

Dessutom, på grund av närvaron av kvarvarande föroreningsgasmolekyler, är den avsatta filmen allvarligt förorenad och av dålig kvalitet, särskilt när tryckökningshastigheten för kammaren inte uppfyller standarden och det finns läckage, kommer luft att läcka in i vakuumkammaren , vilket kommer att ha en allvarlig inverkan på filmkvaliteten.

De strukturella egenskaperna hos vakuumförångningsutrustningen bestämmer att likformigheten hos beläggningen på stora substrat är dålig. För att förbättra dess likformighet används i allmänhet metoden att öka avståndet mellan källan och substratet och rotera substratet, men en ökning av avståndet mellan källan och substratet kommer att offra filmens tillväxthastighet och renhet. Samtidigt, på grund av ökningen av vakuumutrymmet, reduceras utnyttjandegraden av det förångade materialet.

3.2 DC fysisk ångdeponeringsutrustning

Likström fysisk ångdeposition (DCPVD) är också känd som katodförstoftning eller vakuum DC tvåstegsförstoftning. Målmaterialet för vakuum DC-förstoftning används som katod och substratet används som anod. Vakuumförstoftning är att bilda ett plasma genom att jonisera processgasen.

De laddade partiklarna i plasman accelereras i det elektriska fältet för att få en viss mängd energi. Partiklarna med tillräcklig energi bombarderar ytan av målmaterialet, så att målatomerna sputteras ut; de förstoftade atomerna med en viss kinetisk energi rör sig mot substratet för att bilda en tunn film på ytan av substratet. Gasen som används för förstoftning är i allmänhet en ädelgas, såsom argon (Ar), så filmen som bildas genom förstoftning kommer inte att förorenas; dessutom är argons atomradie mer lämplig för sputtering.

Storleken på förstoftningspartiklarna måste vara nära storleken på målatomerna som ska förstoftas. Om partiklarna är för stora eller för små kan effektiv sputtering inte bildas. Förutom atomens storleksfaktor kommer atomens massfaktor också att påverka förstoftningskvaliteten. Om förstoftningspartikelkällan är för lätt kommer målatomerna inte att sputtras; om sputtrande partiklar är för tunga kommer målet att "böjas" och målet kommer inte att sputtras.

Målmaterialet som används i DCPVD måste vara en ledare. Detta beror på att när argonjonerna i processgasen bombarderar målmaterialet, kommer de att rekombinera med elektronerna på ytan av målmaterialet. När målmaterialet är en ledare, såsom en metall, fylls elektronerna som förbrukas av denna rekombination lättare av strömförsörjningen och fria elektroner i andra delar av målmaterialet genom elektrisk ledning, så att ytan på målmaterialet som en hela förblir negativt laddat och sputtering bibehålls.

Tvärtom, om målmaterialet är en isolator, efter att elektronerna på ytan av målmaterialet har rekombinerats, kan de fria elektronerna i andra delar av målmaterialet inte fyllas på genom elektrisk ledning, och även positiva laddningar kommer att ackumuleras på ytan av målmaterialet, vilket gör att målmaterialets potential stiger, och den negativa laddningen av målmaterialet försvagas tills den försvinner, vilket så småningom leder till att sputtering upphör.

För att göra isoleringsmaterial även användbara för förstoftning är det därför nödvändigt att hitta en annan förstoftningsmetod. Radiofrekvensförstoftning är en sputtermetod som är lämplig för både ledande och icke-ledande mål.

En annan nackdel med DCPVD är att tändspänningen är hög och elektronbombardementet på substratet är starkt. Ett effektivt sätt att lösa detta problem är att använda magnetronförstoftning, så magnetronförstoftning är verkligen av praktiskt värde inom området integrerade kretsar.

3.3 Utrustning för RF-fysisk ångavsättning

Radiofrekvensfysisk ångdeposition (RFPVD) använder radiofrekvenskraft som excitationskälla och är en PVD-metod som är lämplig för en mängd olika metaller och icke-metalliska material.

De vanliga frekvenserna för RF-strömförsörjningen som används i RFPVD är 13,56MHz, 20MHz och 60MHz. De positiva och negativa cyklerna för RF-strömförsörjningen visas omväxlande. När PVD-målet är i den positiva halvcykeln, eftersom målytan har en positiv potential, kommer elektronerna i processatmosfären att flöda till målytan för att neutralisera den positiva laddningen som ackumulerats på dess yta, och till och med fortsätta att ackumulera elektroner, gör dess yta negativt partisk; när sputtermålet är i den negativa halvcykeln kommer de positiva jonerna att röra sig mot målet och neutraliseras delvis på målytan.

Det mest kritiska är att rörelsehastigheten för elektroner i det elektriska RF-fältet är mycket snabbare än för positiva joner, medan tiden för de positiva och negativa halvcyklerna är densamma, så efter en fullständig cykel kommer målytan att vara "netto" negativt laddat. Därför visar den negativa laddningen av målytan under de första cyklerna en ökande trend; efteråt når målytan en stabil negativ potential; därefter, eftersom målets negativa laddning har en frånstötande effekt på elektroner, tenderar mängden positiva och negativa laddningar som tas emot av målelektroden att balansera, och målet uppvisar en stabil negativ laddning.

Från ovanstående process kan det ses att processen med negativ spänningsbildning inte har något att göra med egenskaperna hos själva målmaterialet, så RFPVD-metoden kan inte bara lösa problemet med sputtering av isolerande mål, utan är också väl kompatibel. med konventionella metallledarmål.

3.4 Magnetronförstoftningsutrustning

Magnetronsputtering är en PVD-metod som lägger till magneter på baksidan av målet. De tillagda magneterna och DC-strömförsörjningssystemet (eller AC-strömförsörjningen) bildar en magnetronförstoftningskälla. Sputtringskällan används för att bilda ett interaktivt elektromagnetiskt fält i kammaren, fånga och begränsa rörelseområdet för elektroner i plasman inuti kammaren, förlänga elektronernas rörelsebana och därmed öka plasmakoncentrationen och i slutändan uppnå mer deposition.

Dessutom, eftersom fler elektroner är bundna nära målets yta, reduceras bombarderingen av substratet av elektroner och temperaturen på substratet reduceras. Jämfört med platt-DCPVD-tekniken är en av de mest uppenbara egenskaperna hos magnetrons fysiska ångavsättningsteknik att tändurladdningsspänningen är lägre och mer stabil.

På grund av dess högre plasmakoncentration och större förstoftningsutbyte kan den uppnå utmärkt avsättningseffektivitet, kontroll av avsättningstjocklek i ett stort storleksintervall, exakt sammansättningskontroll och lägre tändspänning. Därför har magnetronförstoftning en dominerande ställning i den nuvarande metallfilmen PVD. Den enklaste magnetronförstoftningskällans design är att placera en grupp magneter på baksidan av det platta målet (utanför vakuumsystemet) för att generera ett magnetiskt fält parallellt med målytan i ett lokalt område på målytan.

Om en permanentmagnet placeras är dess magnetfält relativt fixerat, vilket resulterar i en relativt fixerad magnetfältsfördelning på målytan i kammaren. Endast material i specifika områden av målet sputteras, målutnyttjningsgraden är låg och likformigheten hos den preparerade filmen är dålig.

Det finns en viss sannolikhet att de förstoftade metall- eller andra materialpartiklarna kommer att avsättas tillbaka på målytan och därigenom aggregeras till partiklar och bilda defektföroreningar. Därför använder kommersiella magnetronförstoftningskällor för det mesta en roterande magnetdesign för att förbättra filmens enhetlighet, målutnyttjandegrad och full målförstoftning.

Det är avgörande att balansera dessa tre faktorer. Om balansen inte hanteras väl kan det resultera i en god filmlikformighet samtidigt som målutnyttjningsgraden minskar kraftigt (förkortar mållivslängden) eller misslyckas med att uppnå full målförstoftning eller full målkorrosion, vilket kommer att orsaka partikelproblem under förstoftningen. behandla.

I magnetron PVD-teknik är det nödvändigt att överväga den roterande magnetrörelsemekanismen, målformen, målkylsystemet och magnetronförstoftningskällan, såväl som den funktionella konfigurationen av basen som bär skivan, såsom waferadsorption och temperaturkontroll. I PVD-processen kontrolleras skivans temperatur för att erhålla den erforderliga kristallstrukturen, kornstorleken och orienteringen, samt prestandastabiliteten.

Eftersom värmeledningen mellan skivans baksida och basens yta kräver ett visst tryck, vanligtvis i storleksordningen flera torr, och kammarens arbetstryck vanligtvis är i storleksordningen flera mTorr, är trycket på baksidan av skivan är mycket större än trycket på den övre ytan av skivan, så en mekanisk chuck eller en elektrostatisk chuck behövs för att placera och begränsa skivan.

Den mekaniska chucken förlitar sig på sin egen vikt och kanten på skivan för att uppnå denna funktion. Även om det har fördelarna med enkel struktur och okänslighet för skivans material, är skivans kanteffekt uppenbar, vilket inte bidrar till den strikta kontrollen av partiklar. Därför har den gradvis ersatts av en elektrostatisk chuck i IC-tillverkningsprocessen.

För processer som inte är särskilt känsliga för temperatur, kan en icke-adsorption, icke-kantkontakt hyllmetod (ingen tryckskillnad mellan skivans övre och undre yta) också användas. Under PVD-processen kommer kammarbeklädnaden och ytan av delarna i kontakt med plasman att avsättas och täckas. När den avsatta filmtjockleken överskrider gränsen kommer filmen att spricka och lossna, vilket orsakar partikelproblem.

Därför är ytbehandlingen av delar som fodret nyckeln till att utöka denna gräns. Ytsandblästring och aluminiumsprutning är två vanliga metoder, vars syfte är att öka ytjämnheten för att stärka bindningen mellan filmen och foderytan.

3.5 Fysisk ångavsättningsutrustning för jonisering

Med den kontinuerliga utvecklingen av mikroelektronikteknik blir funktionernas storlek mindre och mindre. Eftersom PVD-teknik inte kan styra avsättningsriktningen för partiklar, är förmågan för PVD att komma in genom hål och smala kanaler med höga bildförhållanden begränsad, vilket gör den utökade tillämpningen av traditionell PVD-teknik alltmer utmanad. I PVD-processen, när bildförhållandet för porspåret ökar, minskar täckningen i botten, vilket bildar en takfotsliknande överhängande struktur i det övre hörnet och bildar den svagaste täckningen i det nedre hörnet.

Teknik för joniserad fysisk ångavsättning utvecklades för att lösa detta problem. Den plasmatiserar först metallatomerna som sputtras från målet på olika sätt och justerar sedan förspänningen som laddas på skivan för att kontrollera metalljonernas riktning och energi för att erhålla ett stabilt riktat metalljonflöde för att förbereda en tunn film, och därigenom förbättra täckningen av botten av stegen med högt bildförhållande genom hål och smala kanaler.

Den typiska egenskapen för joniserad metallplasmateknik är tillägget av en radiofrekvensspole i kammaren. Under processen hålls arbetstrycket i kammaren vid ett relativt högt tillstånd (5 till 10 gånger det normala arbetstrycket). Under PVD används radiofrekvensspolen för att generera den andra plasmaregionen, i vilken argonplasmakoncentrationen ökar med ökningen av radiofrekvenseffekt och gastryck. När metallatomerna som sputteras från målet passerar genom denna region, interagerar de med högdensitetsargonplasman för att bilda metalljoner.

Att applicera en RF-källa på waferbäraren (såsom en elektrostatisk chuck) kan öka den negativa förspänningen på wafern för att attrahera positiva metalljoner till botten av porskåran. Detta riktade metalljonflöde vinkelrätt mot skivans yta förbättrar bottentäckningen av porer med högt sidförhållande och smala kanaler.

Den negativa förspänningen som appliceras på wafern får också joner att bombardera waferns yta (omvänd sputtering), vilket försvagar den överhängande strukturen av porrännans mynning och sputter filmen som avsatts i botten på sidoväggarna vid hörnen av porens botten. spår, vilket förbättrar stegtäckningen vid hörnen.

3.6 Atmosfäriskt tryck Kemisk ångavsättningsutrustning

Atmospheric Press Chemical Vapor Deposition-utrustning (APCVD) avser en anordning som sprutar en gasformig reaktionskälla med konstant hastighet på ytan av ett uppvärmt fast substrat under en miljö med ett tryck nära atmosfärstrycket, vilket får reaktionskällan att reagera kemiskt på substratytan, och reaktionsprodukten avsätts på substratytan för att bilda en tunn film.

APCVD-utrustning är den tidigaste CVD-utrustningen och används fortfarande i stor utsträckning inom industriell produktion och vetenskaplig forskning. APCVD-utrustning kan användas för att framställa tunna filmer såsom enkristallint kisel, polykristallint kisel, kiseldioxid, zinkoxid, titandioxid, fosfosilikatglas och borofosfosilikatglas.

3.7 Lågtrycksutrustning för kemisk ångavsättning

Lågtrycks kemisk ångavsättning (LPCVD) utrustning avser utrustning som använder gasformiga råmaterial för att reagera kemiskt på ytan av ett fast substrat under en uppvärmd (350-1100°C) och lågtrycksmiljö (10-100mTorr), och reaktanterna avsätts på substratytan för att bilda en tunn film. LPCVD-utrustning är utvecklad på basis av APCVD för att förbättra kvaliteten på tunna filmer, förbättra distributionslikformigheten för karakteristiska parametrar som filmtjocklek och resistivitet och förbättra produktionseffektiviteten.

Dess huvudsakliga egenskap är att processgasen i en termisk fältmiljö med lågt tryck reagerar kemiskt på ytan av wafersubstratet, och reaktionsprodukterna avsätts på substratytan för att bilda en tunn film. LPCVD-utrustning har fördelar vid framställning av tunna filmer av hög kvalitet och kan användas för att framställa tunna filmer som kiseloxid, kiselnitrid, polykisel, kiselkarbid, galliumnitrid och grafen.

Jämfört med APCVD ökar lågtrycksreaktionsmiljön för LPCVD-utrustning den genomsnittliga fria vägen och diffusionskoefficienten för gasen i reaktionskammaren.

Reaktionsgasen och bärargasmolekylerna i reaktionskammaren kan fördelas jämnt på kort tid, vilket avsevärt förbättrar likformigheten i filmtjocklek, resistivitetslikformighet och stegtäckning av filmen, och förbrukningen av reaktionsgas är också liten. Dessutom påskyndar lågtrycksmiljön också överföringshastigheten för gasämnen. Föroreningar och reaktionsbiprodukter som diffunderar från substratet kan snabbt tas ut ur reaktionszonen genom gränsskiktet, och reaktionsgasen passerar snabbt genom gränsskiktet för att nå substratytan för reaktion, vilket effektivt undertrycker självdoping, förbereder högkvalitativa filmer med branta övergångszoner och förbättrar även produktionseffektiviteten.

3.8 Plasmaförbättrad kemisk ångavsättningsutrustning

Plasmaförstärkt kemisk ångdeposition (PECVD) är en allmänt använd thin filmdeponeringsteknik. Under plasmaprocessen joniseras den gasformiga prekursorn under inverkan av plasma för att bilda exciterade aktiva grupper, som diffunderar till substratytan och sedan genomgår kemiska reaktioner för att fullborda filmtillväxten.

Beroende på frekvensen av plasmagenerering kan plasman som används i PECVD delas in i två typer: radiofrekvensplasma (RF-plasma) och mikrovågsplasma (mikrovågsplasma). För närvarande är radiofrekvensen som används i branschen i allmänhet 13,56 MHz.

Införandet av radiofrekvensplasma delas vanligtvis in i två typer: kapacitiv koppling (CCP) och induktiv koppling (ICP). Den kapacitiva kopplingsmetoden är vanligtvis en direkt plasmareaktionsmetod; medan den induktiva kopplingsmetoden kan vara en direkt plasmametod eller en fjärrplasmametod.

I halvledartillverkningsprocesser används PECVD ofta för att odla tunna filmer på substrat som innehåller metaller eller andra temperaturkänsliga strukturer. Till exempel, inom området back-end metallsammankoppling av integrerade kretsar, eftersom käll-, gate- och drainstrukturerna för enheten har formats i front-end-processen, är tillväxten av tunna filmer inom området metallinterconnection föremål för till mycket strikta termiska budgetrestriktioner, så det slutförs vanligtvis med plasmahjälp. Genom att justera plasmaprocessparametrarna kan densiteten, den kemiska sammansättningen, föroreningsinnehållet, mekanisk seghet och spänningsparametrar för den tunna filmen som odlas av PECVD justeras och optimeras inom ett visst område.

3.9 Utrustning för deponering av atomskikt

Atomic layer deposition (ALD) är en tunnfilmsdepositionsteknik som växer periodiskt i form av ett kvasi-monoatomiskt lager. Dess egenskap är att tjockleken på den avsatta filmen kan justeras exakt genom att kontrollera antalet tillväxtcykler. Till skillnad från processen för kemisk ångavsättning (CVD) passerar de två (eller flera) prekursorerna i ALD-processen växelvis genom substratytan och isoleras effektivt genom rening av ädelgas.

De två prekursorerna kommer inte att blandas och mötas i gasfasen för att reagera kemiskt, utan reagerar endast genom kemisk adsorption på substratytan. I varje ALD-cykel är mängden prekursor som adsorberas på substratytan relaterad till densiteten av de aktiva grupperna på substratytan. När de reaktiva grupperna på substratytan är uttömda, även om ett överskott av prekursor införs, kommer kemisk adsorption inte att ske på substratytan.

Denna reaktionsprocess kallas en självbegränsande ytreaktion. Denna processmekanism gör att tjockleken på filmen som växer i varje cykel av ALD-processen är konstant, så ALD-processen har fördelarna med exakt tjocklekskontroll och bra täckning av filmsteg.

3.10 Molekylär strålepitaxiutrustning

Molecular Beam Epitaxy (MBE) system hänvisar till en epitaxiell enhet som använder en eller flera atomstrålar med termisk energi eller molekylstrålar för att spruta på den uppvärmda substratytan med en viss hastighet under ultrahöga vakuumförhållanden, och adsorbera och migrera på substratytan att epitaxiellt växa enkristalltunna filmer längs substratmaterialets kristallaxelriktning. I allmänhet bildar strålkällan en atomstråle eller en molekylär stråle, under tillståndet av uppvärmning av en jetugn med en värmesköld, och filmen växer lager för lager längs substratmaterialets kristallaxelriktning.

Dess egenskaper är låg epitaxiell tillväxttemperatur, och tjocklek, gränssnitt, kemisk sammansättning och föroreningskoncentration kan kontrolleras exakt på atomnivå. Även om MBE härrörde från framställningen av halvledar-ultratunna enkristallfilmer, har dess tillämpning nu utökats till en mängd olika materialsystem såsom metaller och isolerande dielektrika, och kan framställa III-V, II-VI, kisel, kiselgermanium (SiGe) ), grafen, oxider och organiska filmer.

Molecular beam epitaxy (MBE) systemet består huvudsakligen av ett ultrahögt vakuumsystem, en molekylär strålkälla, ett substratfixering och uppvärmningssystem, ett provöverföringssystem, ett in-situ övervakningssystem, ett kontrollsystem och ett test system.

Vakuumsystemet inkluderar vakuumpumpar (mekaniska pumpar, molekylpumpar, jonpumpar och kondensationspumpar, etc.) och olika ventiler, som kan skapa en miljö med ultrahögt vakuum. Den generellt uppnåbara vakuumgraden är 10-8 till 10-11 Torr. Vakuumsystemet har huvudsakligen tre vakuumarbetskammare, nämligen provinsprutningskammaren, förbehandlings- och ytanalyskammaren och tillväxtkammaren.

Provinsprutningskammaren används för att överföra prover till omvärlden för att säkerställa höga vakuumförhållanden i andra kammare; förbehandlings- och ytanalyskammaren förbinder provinsprutningskammaren och tillväxtkammaren, och dess huvudsakliga funktion är att förbehandla provet (avgasning vid hög temperatur för att säkerställa fullständig renhet av substratytan) och att utföra preliminär ytanalys på rengjort prov; tillväxtkammaren är kärnan i MBE-systemet, huvudsakligen sammansatt av en källugn och dess motsvarande slutarenhet, en provkontrollkonsol, ett kylsystem, en reflekterande högenergielektrondiffraktion (RHEED) och ett in-situ övervakningssystem . Viss produktions-MBE-utrustning har flera tillväxtkammarkonfigurationer. Det schematiska diagrammet över MBE-utrustningens struktur visas nedan:

MBE av kiselmaterial använder högrent kisel som råmaterial, växer under ultrahögt vakuum (10-10~10-11Torr) förhållanden och tillväxttemperaturen är 600~900 ℃, med Ga (P-typ) och Sb ( N-typ) som dopningskällor. Vanligt använda dopningskällor som P, As och B används sällan som strålkällor eftersom de är svåra att avdunsta.

Reaktionskammaren i MBE har en miljö med ultrahögt vakuum, vilket ökar den genomsnittliga fria vägen för molekyler och minskar kontaminering och oxidation på ytan av det växande materialet. Det framställda epitaxialmaterialet har god ytmorfologi och enhetlighet och kan göras till en flerskiktsstruktur med olika dopning eller olika materialkomponenter.

MBE-teknologin uppnår den upprepade tillväxten av ultratunna epitaxiella lager med en tjocklek av ett enda atomlager, och gränsytan mellan de epitaxiella lagren är brant. Det främjar tillväxten av III-V-halvledare och andra heterogena flerkomponentmaterial. För närvarande har MBE-systemet blivit en avancerad processutrustning för produktion av en ny generation av mikrovågsenheter och optoelektroniska enheter. Nackdelarna med MBE-teknik är långsam filmtillväxt, höga vakuumkrav och höga kostnader för användning av utrustning och utrustning.

3.11 Vapor Phase Epitaxi System

Vapor phase epitaxi (VPE) systemet hänvisar till en epitaxiell tillväxtanordning som transporterar gasformiga föreningar till ett substrat och erhåller ett enda kristallmaterialskikt med samma gitterarrangemang som substratet genom kemiska reaktioner. Det epitaxiella skiktet kan vara ett homoepitaxiellt skikt (Si/Si) eller ett heteroepitaxialt skikt (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, etc.). För närvarande har VPE-teknik använts i stor utsträckning inom områdena nanomaterialberedning, kraftenheter, optoelektroniska halvledarenheter, solceller och integrerade kretsar.

Typisk VPE inkluderar atmosfärstryckepitaxi och reducerat tryckepitaxi, ultrahögt vakuum kemisk ångdeposition, metallorganisk kemisk ångdeposition, etc. Nyckelpunkterna i VPE-tekniken är reaktionskammardesign, gasflödesläge och enhetlighet, temperaturlikformighet och precisionskontroll, tryckkontroll och stabilitet, partikel- och defektkontroll m.m.

För närvarande är utvecklingsriktningen för vanliga kommersiella VPE-system stor waferladdning, helautomatisk kontroll och realtidsövervakning av temperatur och tillväxtprocess. VPE-system har tre strukturer: vertikal, horisontell och cylindrisk. Uppvärmningsmetoderna inkluderar motståndsvärme, högfrekvent induktionsvärme och infraröd strålningsvärme.

För närvarande använder VPE-system mestadels horisontella skivstrukturer, som har egenskaperna för god likformighet av epitaxiell filmtillväxt och stor waferbelastning. VPE-system består vanligtvis av fyra delar: reaktor, värmesystem, gasledningssystem och styrsystem. Eftersom tillväxttiden för GaAs och GaN epitaxiella filmer är relativt lång, används oftast induktionsuppvärmning och motståndsuppvärmning. I kisel-VPE använder tjock epitaxiell filmtillväxt mestadels induktionsvärmning; tunn epitaxiell filmtillväxt använder oftast infraröd uppvärmning för att uppnå syftet med snabb temperaturökning/-fall.

3.12 Vätskefas epitaxisystem

Liquid Phase Epitaxy (LPE) system hänvisar till den epitaxiella tillväxtutrustningen som löser upp materialet som ska odlas (som Si, Ga, As, Al, etc.) och dopämnen (som Zn, Te, Sn, etc.) i en metall med en lägre smältpunkt (som Ga, In, etc.), så att det lösta ämnet är mättat eller övermättat i lösningsmedlet, och sedan är enkristallsubstratet bringas i kontakt med lösningen, och det lösta ämnet fälls ut från lösningsmedlet genom gradvis nedkylning, och ett skikt av kristallmaterial med en kristallstruktur och gitterkonstant liknande den hos substratet odlas på ytan av substratet.

LPE-metoden föreslogs av Nelson et al. 1963. Det används för att odla Si-tunna filmer och enkristallmaterial, samt halvledarmaterial som III-IV-grupper och kvicksilverkadmiumtellurid, och kan användas för att tillverka olika optoelektroniska enheter, mikrovågsenheter, halvledarenheter och solceller .

————————————————————————————————————————————————— ———————————-

Semicera kan tillhandahållagrafitdelar, mjuk/styv filt, delar av kiselkarbid, CVD kiselkarbiddelar, ochSiC/TaC-belagda delarmed om 30 dagar.

Om du är intresserad av ovanstående halvledarprodukter,tveka inte att kontakta oss vid första gången.

Tel: +86-13373889683

WhatsAPP: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com