1. Introduzione
U prucessu di attaccà sustanzi (materia prima) à a superficia di i materiali di sustrato per metudi fisichi o chimichi hè chjamatu crescita di film sottile.
Sicondu diversi principii di travagliu, a deposizione di film sottile di circuitu integratu pò esse divisa in:
-Depositu fisicu di vapore (PVD);
-Depositu di Vapore Chimica (CVD);
- Estensione.
2. Thin Film Growth Process
2.1 Depositu fisicu di vapore è prucessu di sputtering
U prucessu di deposizione di vapore fisicu (PVD) si riferisce à l'usu di metudi fisichi cum'è l'evaporazione in vacuum, sputtering, revestimentu di plasma è epitassi di fasci molekulari per furmà una film fina nantu à a superficia di una wafer.
In l'industria VLSI, a tecnulugia PVD più usata hè sputtering, chì hè principalmente utilizata per l'elettrodi è l'interconnessioni metalliche di circuiti integrati. U sputtering hè un prucessu in quale i gasi rari [cum'è l'argon (Ar)] sò ionizzati in ioni (cum'è Ar +) sottu l'azzione di un campu elettricu esternu in cundizioni di vacuum altu, è bombardeanu a fonte di destinazione materiale in un ambiente d'alta tensione. chjappà l'atomi o molécule di u materiale di destinazione, è poi ghjunghjenu à a superficia di l'ostia per furmà una film fina dopu un prucessu di volu senza collisione. Ar hà proprietà chimichi stabili, è i so ioni ùn reagiscenu micca chimicamente cù u materiale di destinazione è a film. Cume i chips di circuiti integrati entranu in l'era di l'interconnessione di rame di 0.13μm, a strata di materiale di barriera di rame usa film di nitruru di titaniu (TiN) o nitruru di tantalu (TaN). A dumanda di tecnulugia industriale hà prumuvutu a ricerca è u sviluppu di a tecnulugia di sputtering di reazzione chimica, vale à dì, in a camera sputtering, in più di Ar, ci hè ancu un nitrogenu gasu reattivu (N2), cusì chì u Ti o Ta bombarded from the. U materiale di destinazione Ti o Ta reagisce cù N2 per generà u film TiN o TaN necessariu.
Ci sò trè metudi di sputtering cumunimenti usati, vale à dì DC sputtering, RF sputtering è magnetron sputtering. Cume l'integrazione di i circuiti integrati cuntinueghja à cresce, u numeru di strati di cablaggio metallicu multi-layer hè in crescita, è l'applicazione di a tecnulugia PVD hè diventata sempre più larga. I materiali PVD includenu Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, etc.
I prucessi di PVD è di sputtering sò generalmente cumpleti in una camera di reazzione altamente sigillata cù un gradu di vacuum da 1 × 10-7 à 9 × 10-9 Torr, chì pò assicurà a purità di u gasu durante a reazione; à u stessu tempu, un altu voltage esternu hè necessariu per ionizà u gasu raru per generà una tensione abbastanza alta per bombarde u mira. I paràmetri principali per evaluà i prucessi di PVD è sputtering includenu a quantità di polvera, è ancu u valore di resistenza, uniformità, spessore di riflettività è stress di a film furmatu.
2.2 Depositu di Vapore Chimica è Prucessu di Sputtering
A deposizione chimica di vapore (CVD) si riferisce à una tecnulugia di prucessu in quale una varietà di reagenti gassosi cù diverse pressioni parziali reagiscenu chimicamente à una certa temperatura è pressione, è i sustanzi solidi generati sò dipositati nantu à a superficia di u materiale di sustrato per ottene a fine desiderata. filmu. In u prucessu di fabricazione di circuiti integrati tradiziunali, i materiali di film sottili ottenuti sò generalmente composti cum'è ossidi, nitruri, carburi, o materiali cum'è siliciu policristalinu è siliciu amorfu. A crescita epitaxial selettiva, chì hè più comunmente utilizata dopu à u nodu 45nm, cum'è a fonte è u drenu SiGe o a crescita epitaxial selettiva Si, hè ancu una tecnulugia CVD.
Sta tecnulugia pò cuntinuà à furmà materiali di cristalli unichi di u stessu tipu o simili à u lattice originale nantu à un sustrato di cristallu unicu di siliciu o altri materiali longu u lattice originale. CVD hè largamente utilizatu in a crescita di filmi dielettrici insulanti (cum'è SiO2, Si3N4 è SiON, etc.) è filmi di metalli (cum'è tungstenu, etc.).
In generale, secondu a classificazione di pressione, CVD pò esse divisu in a deposizione di vapore chimicu di pressione atmosferica (APCVD), a deposizione di vapore chimicu di pressione sub-atmosfera (SAPCVD) è a deposizione di vapore chimicu à bassa pressione (LPCVD).
Sicondu a classificazione di a temperatura, CVD pò esse divisu in depositu di vapore chimicu di film d'ossidu di temperatura alta / bassa temperatura (HTO / LTO CVD) è rapidu dipositu di vapore chimicu termale (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Sicondu a fonte di reazzione, CVD pò esse divisu in CVD basatu in silane, CVD basatu in poliester (CVD basatu in TEOS) è depositu di vapore chimicu organicu di metalli (MOCVD);
Sicondu a classificazione energetica, CVD pò esse divisu in deposizione di vapore chimicu termale (CVD Termale), deposizione di vapore chimicu di plasma rinfurzata (CVD Enhanced Plasma, PECVD) è deposizione di vapore chimicu di plasma d'alta densità (CVD di plasma d'alta densità, HDPCVD). Recentemente, hè stata sviluppata ancu una deposizione chimica fluida di vapore (Flowable CVD, FCVD) cù una capacità eccellente di riempimentu di gap.
Diversi filmi cultivati in CVD anu diverse proprietà (cum'è a cumpusizioni chimica, a constante dielettrica, a tensione, u stress è a tensione di rottura) è ponu esse aduprati separatamente secondu e diverse esigenze di prucessu (cum'è a temperatura, a copertura di u passu, i requisiti di riempimentu, etc.).
2.3 Prucessu di depositu di a strata atomica
A deposizione di a strata atomica (ALD) si riferisce à a deposizione di atomi strata per strata nantu à un materiale di sustrato crescendu una sola strata di film atomicu per stratu. Un ALD tipicu adopra u metudu di inserisce i precursori di gasu in u reattore in una manera pulsata alternata.
Per esempiu, prima, u precursore di reazzione 1 hè introduttu in a superficia di u sustrato, è dopu l'adsorption chimica, una sola capa atomica hè furmata nantu à a superficia di u sustrato; allora u precursore 1 chì resta nantu à a superficia di u sustrato è in a camera di reazzione hè pompatu da una pompa d'aria; tandu u precursore di reazzione 2 hè introduttu in a superficia di u sustrato, è reagisce chimicamente cù u precursore 1 adsorbitu nantu à a superficia di u sustrato per generà u materiale di film magre currispundente è i prudutti currispondenti nantu à a superficia di u sustrato; quandu u precursore 1 reagisce cumplettamente, a reazzione finisce automaticamente, chì hè a caratteristica autolimitante di ALD, è dopu i reactivi è i prudutti di u restu sò estratti per preparà per u prossimu stadiu di crescita; ripetendu u prucessu di sopra in modu cuntinuu, a deposizione di materiali di film magre cultivate strata per strata cù atomi unichi pò esse rializatu.
Tramindui ALD è CVD sò manere di introduzzione di una fonte di reazzione chimica gasosa per reagisce chimicamente nantu à a superficia di u sustrato, ma a diferenza hè chì a fonte di reazzione gasosa di CVD ùn hà micca a caratteristica di crescita autolimitante. Pò esse vistu chì a chjave per sviluppà a tecnulugia ALD hè di truvà precursori cù proprietà di reazione autolimitante.
2.4 Prucessu Epitaxial
U prucessu epitaxial si riferisce à u prucessu di cultivà una sola capa di cristalli cumpletamente urdinatu nantu à un sustrato. In generale, u prucessu epitaxial hè di cultivà una capa di cristallu cù a listessa orientazione di u reticulatu cum'è u sustrato originale nantu à un sustrato di cristallo unicu. U prucessu epitassiale hè largamente utilizatu in a fabricazione di semiconduttori, cum'è wafers di silicio epitassiali in l'industria di circuiti integrati, crescita epitassiale di fonte è drenu incrustati di transistor MOS, crescita epitassiale nantu à sustrati LED, etc.
Sicondu i diversi stati di fasi di a fonte di crescita, i metudi di crescita epitassiali ponu esse divisi in epitassi in fase solida, epitassi in fase liquida è epitassi in fase di vapore. In a fabricazione di circuiti integrati, i metudi epitassiali cumunimenti usati sò epitassi in fase solida è epitassi in fase di vapore.
Epitassi in fase solida: si riferisce à a crescita di una sola capa di cristalli nantu à un sustrato cù una fonte solida. Per esempiu, l'annealing termale dopu l'implantazione di ioni hè in realtà un prucessu di epitassi in fase solida. Durante l'implantazione di ioni, l'atomi di siliciu di l'oblea di siliciu sò bombardati da ioni impiantati d'alta energia, abbandunendu e so pusizioni di lattice originali è diventendu amorfu, furmendu una capa di siliciu amorfu di superficia. Dopu à l'anneling termale à alta temperatura, l'atomi amorfi tornanu à e so pusizioni di lattice è fermanu coherente cù l'orientazione di u cristallu atomicu in u sustrato.
I metudi di crescita di l'epitassia in fase di vapore includenu l'epitassia in fase di vapore chimica, l'epitassia di fasciu moleculare, l'epitassia di strati atomichi, ecc. U principiu di l'epitassia di a fase di vapore chimicu hè basicamente u listessu cum'è quellu di a deposizione di vapore chimicu. Tramindui sò prucessi chì depositanu filmi sottili per reazzione chimica nantu à a superficia di wafers dopu a mistura di gas.
A diferenza hè chì, perchè l'epitassia in fase di vapore chimicu cresce una sola capa di cristalli, hà esigenze più altu per u cuntenutu di impurità in l'equipaggiu è a pulizia di a superficia di l'ostia. U prucessu di silicium epitaxial in fase di vapore chimicu iniziale deve esse realizatu in cundizioni di alta temperatura (più di 1000 ° C). Cù a migliione di l'equipaggiu di prucessu, in particulare l'adopzione di a tecnulugia di a camera di scambiu di vacuum, a pulizia di a cavità di l'equipaggiu è a superficia di l'ostia di siliciu hè stata assai migliurata, è l'epitassi di siliciu pò esse realizatu à una temperatura più bassa (600-700 °). C). U prucessu di wafer di silicium epitaxial hè di cultivà una strata di siliciu unicu cristallu nantu à a superficia di u wafer di siliciu.
In cunfrontu cù u sustrato di siliciu uriginale, a capa di siliciu epitassiale hà una purezza più alta è menu difetti di reticulata, migliurà cusì u rendimentu di a fabricazione di semiconduttori. Inoltre, u spessore di crescita è a cuncentrazione di doping di a strata di siliciu epitaxiale cultivata nantu à u wafer di siliciu pò esse cuncepitu in modu flessibile, chì porta flessibilità à u disignu di u dispusitivu, cum'è riducendu a resistenza di u sustrato è rinfurzà l'isolamentu di u sustrato. U prucessu epitaxial incrustatu di fonte-drain hè una tecnulugia largamente usata in i nodi di tecnulugia logica avanzata.
Si riferisce à u prucessu di crescita epitaxiale di silicium o siliciu di germaniu dopatu in e regioni di fonte è drenu di transistors MOS. I vantaghji principali di l'introduzione di u prucessu epitaxial di drenu di fonte incrustatu includenu: crescita di una capa pseudocristalina chì cuntene stress per l'adattazione di lattice, migliurà a mobilità di u trasportatore di u canali; Doping in situ di a surgente è u drenu pò riduce a resistenza parassita di a junction fonte-drain è riduce i difetti di l'implantazione di ioni d'alta energia.
3. equipamentu di crescita di film magre
3.1 Equipamentu di evaporazione di vacuum
L'evaporazione di vacuum hè un metudu di revestimentu chì riscalda i materiali solidi in una camera di vacuum per fà evaporà, vaporizà o sublimate, è poi cundensà è deposita nantu à a superficia di un materiale sustrato à una certa temperatura.
Di solitu hè custituitu di trè parti, à dì u sistema di vacuum, u sistema di evaporazione è u sistema di riscaldamentu. U sistema di vacuum hè custituitu da tubi di vacuum è pompe di vacuum, è a so funzione principale hè di furnisce un ambiente di vacuum qualificatu per l'evaporazione. U sistema di evaporazione hè custituitu da una tavola di evaporazione, un cumpunente di riscaldamentu è un cumpunente di misurazione di a temperatura.
U materiale di destinazione per esse evaporatu (cum'è Ag, Al, etc.) hè postu nantu à a tavula di evaporazione; u cumpunente di misurazione di u riscaldamentu è a temperatura hè un sistema di ciclu chjusu utilizatu per cuntrullà a temperatura di l'evaporazione per assicurà una evaporazione liscia. U sistema di riscaldamentu hè custituitu da una tappa di wafer è un componente di riscaldamentu. U palcuscenicu di l'ostia hè aduprata per mette u sustrato nantu à quale a film fina deve esse evaporata, è u cumpunente di riscaldamentu hè utilizatu per realizà u riscaldamentu di u sustrato è u cuntrollu di feedback di a temperatura.
L'ambiente di vacuum hè una cundizione assai impurtante in u prucessu di evaporazione di vacuum, chì hè in relazione cù a rata di evaporazione è a qualità di a film. Se u gradu di vacuum ùn risponde micca à i requisiti, l'atomi o molécule vaporizzati scontranu spessu cù e molécule di gas residuale, facendu u so percorsu liberu mediu più chjucu, è l'atomi o molécule sparghjeranu severamente, cambiando cusì a direzzione di u muvimentu è riducendu a film. ritmu di furmazione.
Inoltre, per via di a prisenza di molécule di gas impurità residuali, u film dipositu hè seriamente contaminatu è di qualità povera, soprattuttu quandu a tarifa di crescita di pressione di a camera ùn risponde micca à u standard è ci hè una fuga, l'aria sguasserà in a camera di vacuum. , chì avarà un impattu seriu nantu à a qualità di film.
E caratteristiche strutturali di l'equipaggiu di evaporazione di vacuum determinanu chì l'uniformità di u revestimentu nantu à sustrati di grande dimensione hè povira. Per migliurà a so uniformità, u metudu di aumentà a distanza fonte-sustrato è di rotazione di u sustrato hè generalmente aduttatu, ma l'aumentu di a distanza fonte-sustrattu sacrificà a crescita è a purità di a film. À u listessu tempu, per via di l'aumentu di u spaziu di vacuum, a rata d'utilizazione di u materiale evaporatu hè ridutta.
3.2 Equipamentu di depositu di vapore fisicu DC
A deposizione di vapore fisicu in corrente diretta (DCPVD) hè ancu cunnisciuta cum'è sputtering cathode o sputtering DC in dui fasi di vacuum. U materiale di destinazione di u vacuum DC sputtering hè adupratu cum'è catodu è u sustrato hè utilizatu cum'è anodu. U sputtering di vacuum hè di furmà un plasma ionizzandu u gasu di prucessu.
I particeddi carichi in u plasma sò accelerati in u campu elettricu per ottene una certa quantità di energia. I particeddi cù l'energia sufficiente bombardeanu a superficia di u materiale di destinazione, perchè l'atomi di destinazione sò sputtered fora; l'atomi sputtered cù una certa energia cinetica si move versu u sustrato per furmà una film fina nantu à a superficia di u sustrato. U gasu utilizatu per sputtering hè in generale un gasu raru, cum'è l'argon (Ar), perchè u filmu furmatu da sputtering ùn serà micca contaminatu; in più, u raghju atomicu di l'argon hè più adattatu per sputtering.
A dimensione di i particeddi sputtering deve esse vicinu à a dimensione di l'atomi di destinazione per esse sputtered. Sì i particeddi sò troppu grande o troppu chjuchi, ùn pò micca esse furmatu sputtering efficace. In più di u fattore di dimensione di l'atomu, u fattore di massa di l'atomu affetterà ancu a qualità di sputtering. Sì a fonte di particella sputtering hè troppu ligera, l'atomi di destinazione ùn saranu micca sputtered; se i particeddi sputtering sò troppu pisanti, u mira serà "curvatu" è u mira ùn serà micca sputtered.
U materiale di destinazione utilizatu in DCPVD deve esse un cunduttore. Questu hè chì quandu l'ioni d'argon in u prucessu di gasu bombardeanu u materiale di destinazione, recombineranu cù l'elettroni nantu à a superficia di u materiale di destinazione. Quandu u materiale di destinazione hè un cunduttore cum'è un metallu, l'elettroni cunsumati da questa recombinazione sò più facilmente rimpiazzati da l'alimentazione è l'elettroni liberi in altre parti di u materiale di destinazione per via di a cunduzzione elettrica, cusì chì a superficia di u materiale di destinazione cum'è un tuttu resta carica negativamente è sputtering hè mantinutu.
À u cuntrariu, se u materiale di destinazione hè un insulatore, dopu chì l'elettroni nantu à a superficia di u materiale di destinazione sò ricombinati, l'elettroni liberi in altre parti di u materiale di destinazione ùn ponu micca esse rimpiazzati da a cunduzzione elettrica, è ancu i carichi pusitivi s'acumuleranu nantu à u materiale. superficia di u materiale di destinazione, pruvucannu u putenziale di u materiale di destinazione à risurrezzione, è a carica negativa di u materiale di destinazione hè debilitatu finu à chì sparisce, eventualmente purtendu à a terminazione di sputtering.
Dunque, per fà i materiali insulanti ancu utilizabili per sputtering, hè necessariu di truvà un altru mètudu sputtering. A sputtering di radiofrequenza hè un metudu di sputtering chì hè adattatu per i miri cunduttori è non-conduttivi.
Un altru svantaghju di DCPVD hè chì a tensione d'ignizione hè alta è u bumbardamentu elettronicu nantu à u sustrato hè forte. Un modu efficae per risolve stu prublema hè di utilizà a sputtering magnetron, cusì u sputtering magnetron hè veramente di valore praticu in u campu di i circuiti integrati.
3.3 Equipamentu di Depositu di Vapuri Fìsica RF
A deposizione fisica di vapore di radiofrequenza (RFPVD) usa a putenza di freccia di radiofrequenza cum'è fonte di eccitazione è hè un metudu PVD adattatu per una varietà di materiali metallichi è non metallici.
E frequenze cumuni di l'alimentazione RF utilizata in RFPVD sò 13.56MHz, 20MHz è 60MHz. I ciculi pusitivi è negativi di l'alimentazione RF appariscenu alternativamente. Quandu u target PVD hè in u mezzu ciclu pusitivu, perchè a superficia di destinazione hè à un putenziale pusitivu, l'elettroni in l'atmosfera di u prucessu scorriranu à a superficia di destinazione per neutralizà a carica positiva accumulata nantu à a so superficia, è ancu cuntinuà à accumulà elettroni. facendu a so superficia negativamente biased; quandu l'obiettivu di sputtering hè in a mità di ciculu negativu, l'ioni pusitivi si movenu versu u mira è esse neutralizzati parzialmente nantu à a superficia di destinazione.
A cosa più critica hè chì a velocità di u muvimentu di l'elettroni in u campu elettricu RF hè assai più veloce di quella di ioni pusitivi, mentre chì u tempu di i ciculi pusitivi è negativi hè u listessu, cusì dopu à un ciculu cumpletu, a superficia di destinazione serà. "net" carica negativamente. Dunque, in i primi ciculi, a carica negativa di a superficia di destinazione mostra una tendenza crescente; dopu, a superficia di mira righjunghji un putenziale negativu stabile; dopu, perchè a carica negativa di u mira hà un effettu repulsive nantu à l'elettroni, a quantità di carichi pusitivi è negativi ricevuti da l'elettrodu di destinazione tende à equilibrà, è u mira presenta una carica negativa stabile.
Da u prucessu di sopra, si pò vede chì u prucessu di furmazione di tensione negativa ùn hà nunda di fà cù e pruprietà di u materiale di destinazione stessu, cusì u metudu RFPVD ùn pò micca solu risolve u prublema di sputtering di mira insulating, ma hè ancu bè cumpatibile. cù ughjetti cunduttori di metalli cunvinziunali.
3.4 Equipamentu di sputtering Magnetron
Magnetron sputtering hè un metudu PVD chì aghjunghje magneti à u spinu di u mira. I magneti aghjuntu è u sistema di alimentazione DC (o alimentazione AC) formanu una fonte di magnetron sputtering. A fonte di sputtering hè aduprata per furmà un campu elettromagneticu interattivu in a camera, catturà è limità a gamma di movimentu di l'elettroni in u plasma in a camera, allargà u percorsu di u muvimentu di l'elettroni, è cusì aumentà a cuncentrazione di u plasma, è infine ottene più. deposizione.
Inoltre, perchè più elettroni sò ligati vicinu à a superficia di u mira, u bumbardamentu di u sustrato da l'elettroni hè ridutta, è a temperatura di u sustrato hè ridutta. In cunfrontu cù a tecnulugia DCPVD flat-plate, una di e caratteristiche più evidenti di a tecnulugia di depositu di vapore fisicu magnetron hè chì a tensione di scarica di ignition hè più bassa è più stabile.
A causa di a so più alta concentrazione di plasma è di un rendimentu di sputtering più grande, pò ottene un'eccellente efficienza di deposizione, un cuntrollu di spessore di deposizione in una larga gamma di dimensioni, un cuntrollu precisu di a cumpusizioni è una tensione d'ignizione più bassa. Per quessa, u magnetron sputtering hè in una pusizioni duminanti in l'attuale film metallicu PVD. U disignu più simplice di fonte di magnetron sputtering hè di mette un gruppu di magneti nantu à u spinu di u target flat (fora di u sistema di vacuum) per generà un campu magneticu parallelu à a superficia di destinazione in una zona lucale nantu à a superficia di destinazione.
Se un magnetu permanente hè piazzatu, u so campu magneticu hè relativamente fissu, risultatu in una distribuzione di u campu magneticu relativamente fissu nantu à a superficia di destinazione in a camera. Solu i materiali in spazii specifichi di u mira sò sputtered, u tassu d'utilizazione di destinazione hè bassu, è l'uniformità di a film preparata hè povira.
Ci hè una certa probabilità chì u metale sputtered o altre particelle di materiale seranu dipositu torna nantu à a superficia di destinazione, aggregate cusì in particeddi è furmendu a contaminazione di difetti. Dunque, e fonti di sputtering di magnetroni cummirciali utilizanu soprattuttu un designu di magnetroni rotanti per migliurà l'uniformità di u filmu, u tassu d'utilizazione di u target, è a sputtering di destinazione piena.
Hè cruciale per equilibrà questi trè fatturi. Se l'equilibriu ùn hè micca trattatu bè, pò esse risultatu in una bona uniformità di film mentre riduce assai u tassu d'utilizazione di u mira (accurcendu a vita di u mira), o ùn riesce à ottene u sputtering di destinazione cumpleta o a corrosione di u mira sanu, chì pruvucarà prublemi di particelle durante u sputtering. prucessu.
In a tecnulugia di magnetron PVD, hè necessariu di cunsiderà u mecanismu di u muvimentu di magnetroni rotanti, a forma di destinazione, u sistema di rinfrescante di destinazione è a fonte di magnetron sputtering, è ancu a cunfigurazione funziunale di a basa chì porta l'ostia, cum'è l'adsorption di wafer è u cuntrollu di temperatura. In u prucessu PVD, a temperatura di l'oblea hè cuntrullata per ottene a struttura di cristallu necessaria, a dimensione di u granu è l'orientazione, è ancu a stabilità di u rendiment.
Siccomu a cunduzzione di u calore trà u spinu di l'ostia è a superficia di a basa hè bisognu di una certa pressione, di solitu in l'ordine di parechji Torr, è a pressione di travagliu di a camera hè di solitu in l'ordine di parechji mTorr, a pressione nantu à u spinu. di l'ostia hè assai più grande di a prissioni annantu à a superficia superiore di l'ostia, cusì un chuck meccanicu o un chuck elettrostaticu hè necessariu per pusà è limità l'ostia.
U chuck meccanicu si basa nantu à u so propiu pesu è u bordu di l'ostia per ottene sta funzione. Ancu s'ellu hà i vantaghji di a struttura simplice è insensibilità à u materiale di l'ostia, l'effettu di u bordu di l'ostia hè evidenti, chì ùn hè micca favurevule à u cuntrollu strettu di particeddi. Per quessa, hè statu rimpiazzatu gradualmente da un mandrinu elettrostaticu in u prucessu di fabricazione IC.
Per i prucessi chì ùn sò micca particularmente sensibili à a temperatura, pò ancu esse aduprata un metudu di scaffalatura di cuntattu senza adsorption (senza differenza di pressione trà a superficia superiore è inferiore di l'ostia). Duranti u prucessu PVD, u rivestimentu di a camera è a superficia di e parti in cuntattu cù u plasma seranu dipositu è cuparti. Quandu u spessore di u film dipositu supera u limitu, u film crack è sbuchjarà, causendu prublemi di particelle.
Per quessa, u trattamentu di a superficia di e parti cum'è u lining hè a chjave per allargà stu limitu. A sabbiatura di a superficia è a spruzzatura d'aluminiu sò dui metudi cumunimenti utilizati, u scopu di quale hè di aumentà a rugosità di a superficia per rinfurzà u ligame trà a film è a superficia di rivestimentu.
3.5 Equipamentu di Depositu di Vapore Fisicu di Ionizazione
Cù u sviluppu cuntinuu di a tecnulugia di microelettronica, e dimensioni di e caratteristiche sò diventate più chjuche è più chjuche. Siccomu a tecnulugia PVD ùn pò micca cuntrullà a direzzione di depositu di particelle, a capacità di PVD per entra per buchi è canali stretti cù alti rapporti d'aspettu hè limitata, facendu l'applicazione ampliata di a tecnulugia PVD tradiziunale sempre più sfida. In u prucessu PVD, cum'è u rapportu di l'aspettu di u groove di poru aumenta, a cobertura in u fondu diminuisce, furmendu una struttura sopra à l'eaves-like in l'angulu superiore, è furmendu a cobertura più debule in u cantonu fondu.
A tecnulugia di depositu di vapore fisicu ionizatu hè stata sviluppata per risolve stu prublema. Prima plasmatizza l'atomi di metalli sputted da u mira in modi diffirenti, è poi aghjusta a tensione di bias caricata nantu à l'ostia per cuntrullà a direzzione è l'energia di l'ioni metallichi per ottene un flussu di ioni metalliche direzzione stabile per preparà un film sottile, migliurà cusì. a cupertura di u fondu di i passi di altu rapportu d'aspettu attraversu buchi è canali stretti.
A caratteristica tipica di a tecnulugia di plasma di metallu ionizatu hè l'aghjunzione di una bobina di freccia radio in a camera. Durante u prucessu, a pressione di travagliu di a camera hè mantinuta à un statu relativamente altu (5 à 10 volte a pressione di travagliu normale). Durante u PVD, a bobina di freccia radio hè aduprata per generà a seconda regione di plasma, in quale a concentrazione di plasma di argon aumenta cù l'aumentu di a putenza di freccia di radio è a pressione di gas. Quandu l'atomi di metalli sputtered da u target passanu per questa regione, interagiscenu cù u plasma d'argon d'alta densità per furmà ioni di metalli.
L'applicazione di una fonte RF à u trasportatore di wafer (cum'è un chuck elettrostaticu) pò aumentà u preghjudiziu negativu nantu à l'ostia per attruverà ioni pusitivi di metalli à u fondu di u solcu di poru. Stu flussu direzionale di ioni metallici perpendiculari à a superficia di l'ostia migliurà a copertura di u fondu di u passu di i pori d'aspettu elevatu è i canali stretti.
U preghjudiziu negativu applicatu à l'ostia provoca ancu i ioni per bombardà a superficia di l'ostia (sputtering inversa), chì debilita a struttura di sopra di a bocca di u groove di poru è sputters a film dipositu à u fondu nantu à i fianchi à i cantoni di u fondu di u poru. groove, rinforzendu cusì a copertura di u passu à i cantoni.
3.6 Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition Equipment
L'equipaggiu di deposizione di vapore chimicu à pressione atmosferica (APCVD) si riferisce à un dispositivu chì spruzza una fonte di reazione gasosa à una velocità constante nantu à a superficia di un sustrato solidu riscaldatu sottu un ambiente cù una pressione vicinu à a pressione atmosferica, facendu chì a fonte di reazione reagisce chimicamente a superficia di u sustrato, è u pruduttu di reazzione hè dipositu nantu à a superficia di u sustrato per furmà una film fina.
L'equipaggiu APCVD hè u primu equipamentu CVD è hè sempre largamente utilizatu in a produzzione industriale è a ricerca scientifica. L'equipaggiu APCVD pò esse usatu per preparà filmi sottili cum'è siliciu monocristalinu, siliciu policristalinu, diossidu di siliciu, ossidu di zincu, diossidu di titaniu, vetru fosfosilicate è vetru borofosfosilicate.
3.7 Attrezzatura di depositu di vapore chimicu à bassa pressione
L'equipaggiu di depositu di vapore chimicu à bassa pressione (LPCVD) si riferisce à l'equipaggiu chì usa materie prime gasose per reagisce chimicamente nantu à a superficia di un sustrato solidu sottu un ambiente riscaldatu (350-1100 ° C) è bassa pressione (10-100 mTorr), è i reactanti sò dipositati nantu à a superficia di u sustrato per furmà una film fina. L'equipaggiu LPCVD hè sviluppatu nantu à a basa di APCVD per migliurà a qualità di filmi sottili, migliurà l'uniformità di distribuzione di paràmetri caratteristiche cum'è u spessore di u film è a resistività, è migliurà l'efficienza di a produzzione.
A so caratteristica principale hè chì in un ambiente di campu termale di bassa pressione, u gasu di prucessu reagisce chimicamente nantu à a superficia di u sustrato di wafer, è i prudutti di reazzione sò dipositati nantu à a superficia di u sustrato per furmà una film fina. L'equipaggiu LPCVD hà vantaghji in a preparazione di filmi sottili d'alta qualità è pò esse usatu per preparà filmi sottili cum'è l'ossidu di siliciu, nitruru di siliciu, polisilicu, carburu di siliciu, nitruru di galiu è graphene.
Comparatu cù APCVD, l'ambiente di reazzione di bassa pressione di l'equipaggiu LPCVD aumenta u percorsu liberu mediu è u coefficient di diffusione di u gasu in a camera di reazzione.
U gasu di reazzione è e molécule di gas di trasportu in a camera di reazzione ponu esse distribuiti in modu uniforme in pocu tempu, migliurà cusì assai l'uniformità di u grossu di u film, l'uniformità di resistività è a copertura di u passu di a film, è u cunsumu di gasu di reazzione hè ancu chjucu. Inoltre, l'ambiente di bassa pressione accelera ancu a velocità di trasmissione di sustanzi di gas. L'impurità è i sottoprodotti di reazzione diffusi da u sustrato ponu esse rapidamente eliminati da a zona di reazzione attraversu u stratu di cunfini, è u gasu di reazione passa rapidamente à traversu u stratu di cunfini per ghjunghje à a superficia di u sustrato per a reazione, cusì efficacemente suppressing self-doping, preparendu filmi d'alta qualità cù zoni di transizione ripida, è ancu migliurà l'efficienza di a produzzione.
3.8 Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Equipment
Depositu di vapore chimicu rinfurzatu di plasma (PECVD) hè un ttecnulugia di depositu di film. Duranti u prucessu di plasma, u precursore gasu hè ionizatu sottu à l'azzione di u plasma per furmà gruppi attivi eccitati, chì si diffondenu à a superficia di u sustrato è dopu sottumettenu reazzione chimica per cumpletà a crescita di film.
Sicondu a frequenza di generazione di plasma, u plasma utilizatu in PECVD pò esse divisu in dui tipi: plasma di frequenze radio (plasma RF) è plasma microwave (plasma microwave). Attualmente, a freccia radiu usata in l'industria hè generalmente 13.56MHz.
L'intruduzioni di plasma di radiofrequenza hè generalmente divisa in dui tipi: accoppiamentu capacitivu (CCP) è accoppiamentu induttivu (ICP). U metudu di accoppiamentu capacitivu hè di solitu un metudu di reazzione diretta di plasma; mentre chì u metudu di accoppiamentu induttivu pò esse un metudu di plasma direttu o un metudu di plasma à distanza.
In i prucessi di fabricazione di semiconductor, PECVD hè spessu usatu per cultivà filmi sottili nantu à sustrati chì cuntenenu metalli o altre strutture sensibili à a temperatura. Per esempiu, in u campu di l'interconnessione metallica back-end di circuiti integrati, postu chì a fonte, a porta è e strutture di drenu di u dispusitivu sò state furmate in u prucessu di front-end, a crescita di filmi sottili in u campu di l'interconnessione metallica hè sughjettu. à limitazioni di bilanciu termale assai strette, per quessa hè di solitu cumpletu cù l'assistenza di plasma. Ajustendu i paràmetri di u prucessu di plasma, a densità, a cumpusizioni chimica, u cuntenutu di impurità, a tenacità meccanica è i paràmetri di stress di a film fina cultivata da PECVD ponu esse aghjustate è ottimisate in un certu intervallu.
3.9 Atomic Layer Deposition Equipment
A deposizione di a strata atomica (ALD) hè una tecnulugia di deposizione di film sottile chì cresce periodicamente in forma di una capa quasi monoatomica. A so caratteristica hè chì u gruixu di a film dipositu pò esse aghjustatu precisamente cuntrullendu u numeru di ciculi di crescita. A cuntrariu di u prucessu di depositu di vapore chimicu (CVD), i dui (o più) precursori in u prucessu ALD passanu alternativamente per a superficia di u sustrato è sò effittivamenti isolati da a purga di gas raru.
I dui precursori ùn si mischianu è si scontranu in a fase di gasu per reagisce chimicamente, ma solu reagiscenu per l'adsorzione chimica nantu à a superficia di u sustrato. In ogni ciculu ALD, a quantità di precursore adsorbitu nantu à a superficia di u sustrato hè ligata à a densità di i gruppi attivi nantu à a superficia di u sustrato. Quandu i gruppi reattivi nantu à a superficia di u sustrato sò esauriti, ancu s'ellu hè introduttu un eccessu di precursore, l'adsorption chimica ùn hè micca accadutu nantu à a superficia di u sustrato.
Stu prucessu di reazzione hè chjamatu una reazione autolimitante di a superficia. Stu mekanismu di prucessu rende u gruixu di a film cultivatu in ogni ciculu di u prucessu ALD constante, cusì u prucessu ALD hà i vantaghji di un cuntrollu precisu di spessore è una bona copertura di u passu di film.
3.10 Equipamentu di epitassi di fasciu moleculare
U sistema Molecular Beam Epitaxy (MBE) si riferisce à un dispositivu epitassiale chì usa unu o più fasci atomichi d'energia termica o fasci moleculari per spruzzà nantu à a superficia di u sustrato riscaldatu à una certa velocità in cundizioni di vacu ultra-altu, è adsorbe è migranu nantu à a superficia di u sustrato. per cultivà epitaxially films sottili di cristalli unichi longu a direzzione di l'assi di cristalli di u materiale di sustrato. In generale, sottu a cundizione di riscaldamentu da un furnace à jet cù un scudo termicu, a fonte di u fasciu forma un fasciu atomicu o un fasciu moleculare, è a film cresce stratu per stratu longu a direzzione di l'assi di cristallo di u materiale di sustrato.
E so caratteristiche sò a temperatura di crescita epitaxial bassu, è u gruixu, l'interfaccia, a cumpusizioni chimica è a cuncentrazione di impurità ponu esse cuntrullati precisamente à u livellu atomicu. Ancu l'MBE hè urigginatu da a preparazione di semiconduttori ultra-sottili di film monocristalli, a so applicazione hè avà allargata à una varietà di sistemi di materiale cum'è metalli è dielettrici insulanti, è pò preparà III-V, II-VI, silicio, silicium germanium (SiGe). ), grafene, ossidi è film organici.
U sistema di epitassi di fasci molekulari (MBE) hè principalmente cumpostu da un sistema di vacu ultra-altu, una fonte di fasci moleculare, un sistema di fissazione è riscaldamentu di sustrato, un sistema di trasferimentu di mostra, un sistema di monitoraghju in situ, un sistema di cuntrollu è una prova. sistema.
U sistema di vacuum include pompe di vacuum (pompe meccaniche, pompe molecolari, pompe ioniche e pompe di condensazione, ecc.) U gradu di vacuum generalmente ottenibile hè da 10-8 à 10-11 Torr. U sistema di vacuum hà principalmente trè camere di travagliu di vacuum, à dì a camera d'iniezione di mostra, a camera di pretrattamentu è di analisi di a superficia, è a camera di crescita.
A camera d'iniezione di mostra hè aduprata per trasfiriri campioni à u mondu esternu per assicurà e cundizioni d'altu vacuum di altre camere; a camera di pretrattamentu è di analisi di a superficia cunnetta a camera d'iniezione di campionu è a camera di crescita, è a so funzione principale hè di pre-processà a mostra (degassing à alta temperatura per assicurà a pulizia completa di a superficia di u sustrato) è di realizà l'analisi di a superficia preliminare nantu à a superficie. mostra pulita; a camera di crescita hè a parte core di u sistema MBE, cumpostu principarmenti di un furnace fonte è u so assemblea di otturatore currispundente, una cunsola di cuntrollu di mostra, un sistema di rinfrescante, una diffrazione d'elettroni d'alta energia di riflessione (RHEED), è un sistema di surviglianza in situ. . Certi equipaghji di produzzione MBE anu parechje cunfigurazioni di camera di crescita. U schema schematicu di a struttura di l'equipaggiu MBE hè mostratu quì sottu:
MBE di materiale di siliciu usa siliciu d'alta purezza cum'è materia prima, cresce in cundizioni ultra-altu vacuum (10-10~10-11Torr), è a temperatura di crescita hè 600 ~ 900 ℃, cù Ga (P-type) è Sb ( N-type) cum'è fonti di doping. I fonti di doping cumunimenti usati cum'è P, As è B sò raramente usati cum'è fonti di fasciu perchè sò difficiuli di evaporà.
A camera di reazzione di MBE hà un ambiente di vacu ultra-altu, chì aumenta u percorsu liberu mediu di molécule è riduce a contaminazione è l'ossidazione nantu à a superficia di u materiale in crescita. U materiale epitaxial preparatu hà una bona morfologia di a superficia è uniformità, è pò esse fattu in una struttura multilayer cù diversi doping o cumpunenti di materiale.
A tecnulugia MBE ottene a crescita ripetuta di strati epitassiali ultra-sottili cù un spessore di una sola capa atomica, è l'interfaccia trà i strati epitassiali hè ripida. Si prumove a crescita di semiconduttori III-V è altri materiali heterogeneous multi-cumpunenti. Attualmente, u sistema MBE hè diventatu un equipamentu di prucessu avanzatu per a pruduzzione di una nova generazione di dispusitivi à microonde è apparecchi optoelettronici. I svantaghji di a tecnulugia MBE sò a rata di crescita di film lenta, esigenze elevate di vacuum, è alti costi di l'equipaggiu è l'usu di l'equipaggiu.
3.11 Sistema di epitassi di fase di vapore
U sistema di epitassi in fase di vapore (VPE) si riferisce à un dispositivu di crescita epitassiale chì trasporta composti gasosi à un sustrato è ottene una sola capa di materiale di cristallo cù a listessa dispusizione di reticule cum'è u sustrato per reazzione chimica. U stratu epitaxial pò esse un stratu omoepitaxial (Si/Si) o un stratu heteroepitaxial (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, etc.). Attualmente, a tecnulugia VPE hè stata largamente usata in i campi di a preparazione di nanomateriali, i dispositi di putenza, i dispositi optoelettronici semiconduttori, i fotovoltaici solari è i circuiti integrati.
VPE tipicu include epitassi di pressione atmosferica è epitassi di pressione ridutta, depositu di vapore chimicu ultra-high vacuum, depositu di vapore chimicu organico metallicu, etc. I punti chjave in a tecnulugia VPE sò u disignu di a camera di reazione, u modu di flussu di gas è uniformità, uniformità di temperatura è cuntrollu di precisione. cuntrollu di pressione è stabilità, cuntrollu di particelle è difetti, etc.
Attualmente, a direzzione di sviluppu di i sistemi VPE cummirciali mainstream hè una grande carica di wafer, un cuntrollu cumplettamente automaticu è un monitoraghju in tempu reale di a temperatura è u prucessu di crescita. I sistemi VPE anu trè strutture: verticale, horizontale è cilindrica. I metudi di riscaldamentu includenu u riscaldamentu di resistenza, u riscaldamentu d'induzione d'alta frequenza è u riscaldamentu di radiazione infrared.
Attualmente, i sistemi VPE usanu soprattuttu strutture di discu horizontale, chì anu e caratteristiche di una bona uniformità di a crescita di film epitaxial è una grande carica di wafer. I sistemi VPE sò generalmente custituiti da quattru parti: reattore, sistema di riscaldamentu, sistema di percorsu di gas è sistema di cuntrollu. Perchè u tempu di crescita di i film epitassiali GaAs è GaN hè relativamente longu, u riscaldamentu d'induzione è u riscaldamentu di resistenza sò soprattuttu usati. In u silicone VPE, a crescita di film epitaxial densu usa soprattuttu riscaldamentu per induzione; A crescita di film epitaxial sottile usa soprattuttu riscaldamentu infrarossu per ottene u scopu di una rapida crescita / caduta di a temperatura.
3.12 Liquid Phase Epitaxy System
U sistema di Epitassi in fase liquida (LPE) si riferisce à l'equipaggiu di crescita epitassiale chì dissolve u materiale da cultivà (cum'è Si, Ga, As, Al, etc.) è dopants (cum'è Zn, Te, Sn, etc.) metallu cù un puntu di fusione più bassu (cum'è Ga, In, etc.), in modu chì u solutu hè saturatu o supersaturatu in u disolvente, è dopu u sustrato di cristallo unicu hè cuntattatu cù a suluzione, è u solutu hè precipitatu da u disolvente. rinfriscà gradualmente, è una strata di materiale di cristallu cù una struttura di cristalli è un lattice constante simili à quellu di u sustrato hè cultivatu nantu à a superficia di u sustrato.
U metudu LPE hè statu prupostu da Nelson et al. in u 1963. Si veni usatu di cresce filmi magre Si è materiali unicu cristallu, oltri a materiali semiconductor cum'è III-IV gruppi è mercuriu cadmium telluride, è pò ièssiri usatu pi fari vari dispusitivi optoelectronic, dispusitivi micru, dispusitivi semiconductor è cellula sulari .
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