1. Panimula
Ang proseso ng paglakip ng mga sangkap (hilaw na materyales) sa ibabaw ng mga materyal na substrate sa pamamagitan ng pisikal o kemikal na mga pamamaraan ay tinatawag na paglaki ng manipis na pelikula.
Ayon sa iba't ibang mga prinsipyo ng pagtatrabaho, ang integrated circuit thin film deposition ay maaaring nahahati sa:
-Physical Vapor Deposition (PVD);
-Chemical Vapor Deposition (CVD);
-Extension.
2. Proseso ng Paglago ng Manipis na Pelikula
2.1 Pisikal na vapor deposition at sputtering process
Ang proseso ng physical vapor deposition (PVD) ay tumutukoy sa paggamit ng mga pisikal na pamamaraan tulad ng vacuum evaporation, sputtering, plasma coating at molecular beam epitaxy upang bumuo ng manipis na pelikula sa ibabaw ng isang wafer.
Sa industriya ng VLSI, ang pinaka-tinatanggap na ginagamit na teknolohiya ng PVD ay sputtering, na pangunahing ginagamit para sa mga electrodes at metal interconnects ng integrated circuits. Ang sputtering ay isang proseso kung saan ang mga bihirang gas [gaya ng argon (Ar)] ay na-ionize sa mga ion (tulad ng Ar+) sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na electric field sa ilalim ng mataas na mga kondisyon ng vacuum, at binomba ang materyal na pinagmumulan ng target sa ilalim ng mataas na boltahe na kapaligiran, pag-knock out ng mga atomo o molekula ng target na materyal, at pagkatapos ay darating sa ibabaw ng wafer upang bumuo ng manipis na pelikula pagkatapos ng proseso ng paglipad na walang banggaan. Ang Ar ay may matatag na mga katangian ng kemikal, at ang mga ion nito ay hindi magre-react ng kemikal sa target na materyal at sa pelikula. Habang pumapasok ang integrated circuit chips sa 0.13μm copper interconnect era, ang copper barrier material layer ay gumagamit ng titanium nitride (TiN) o tantalum nitride (TaN) film. Ang pangangailangan para sa pang-industriyang teknolohiya ay nagsulong ng pananaliksik at pag-unlad ng kemikal na reaksyon sputtering teknolohiya, iyon ay, sa sputtering kamara, bilang karagdagan sa Ar, mayroon ding isang reactive gas nitrogen (N2), kaya na ang Ti o Ta bombarded mula sa Ang target na materyal na Ti o Ta ay tumutugon sa N2 upang makabuo ng kinakailangang TiN o TaN film.
Mayroong tatlong karaniwang ginagamit na paraan ng sputtering, katulad ng DC sputtering, RF sputtering at magnetron sputtering. Habang ang pagsasama-sama ng mga integrated circuit ay patuloy na tumataas, ang bilang ng mga layer ng multi-layer na mga kable ng metal ay tumataas, at ang paggamit ng teknolohiya ng PVD ay nagiging mas at mas malawak. Kasama sa mga materyales ng PVD ang Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, atbp.
Ang mga proseso ng PVD at sputtering ay karaniwang nakumpleto sa isang highly sealed reaction chamber na may vacuum degree na 1×10-7 hanggang 9×10-9 Torr, na maaaring matiyak ang kadalisayan ng gas sa panahon ng reaksyon; sa parehong oras, ang isang panlabas na mataas na boltahe ay kinakailangan upang ionize ang bihirang gas upang makabuo ng isang mataas na sapat na boltahe upang bombard ang target. Ang mga pangunahing parameter para sa pagsusuri ng PVD at mga proseso ng sputtering ay kinabibilangan ng dami ng alikabok, pati na rin ang halaga ng paglaban, pagkakapareho, kapal ng reflectivity at stress ng nabuong pelikula.
2.2 Proseso ng Pagdeposito ng Singaw ng Kimikal at Pag-sputtering
Ang chemical vapor deposition (CVD) ay tumutukoy sa isang teknolohiya ng proseso kung saan ang iba't ibang mga gaseous reactant na may iba't ibang partial pressure ay gumanti ng kemikal sa isang tiyak na temperatura at presyon, at ang mga nabuong solidong sangkap ay idineposito sa ibabaw ng materyal na substrate upang makuha ang nais na manipis. pelikula. Sa tradisyunal na proseso ng pagmamanupaktura ng integrated circuit, ang mga nakuhang materyal na manipis na pelikula ay karaniwang mga compound tulad ng mga oxide, nitride, carbide, o mga materyales tulad ng polycrystalline silicon at amorphous silicon. Ang selective epitaxial growth, na mas karaniwang ginagamit pagkatapos ng 45nm node, tulad ng source at drain SiGe o Si selective epitaxial growth, ay isa ring teknolohiyang CVD.
Ang teknolohiyang ito ay maaaring patuloy na bumuo ng mga solong kristal na materyales ng parehong uri o katulad ng orihinal na sala-sala sa isang kristal na substrate ng silikon o iba pang mga materyales kasama ang orihinal na sala-sala. Ang CVD ay malawakang ginagamit sa paglago ng mga insulating dielectric na pelikula (tulad ng SiO2, Si3N4 at SiON, atbp.) at mga metal na pelikula (tulad ng tungsten, atbp.).
Sa pangkalahatan, ayon sa pag-uuri ng presyon, ang CVD ay maaaring nahahati sa atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), sub-atmosphere pressure chemical vapor deposition (SAPCVD) at low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).
Ayon sa pag-uuri ng temperatura, ang CVD ay maaaring nahahati sa mataas na temperatura/mababang temperatura oxide film chemical vapor deposition (HTO/LTO CVD) at mabilis na thermal chemical vapor deposition (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Ayon sa pinagmulan ng reaksyon, ang CVD ay maaaring nahahati sa silane-based CVD, polyester-based CVD (TEOS-based CVD) at metal organic chemical vapor deposition (MOCVD);
Ayon sa pag-uuri ng enerhiya, ang CVD ay maaaring nahahati sa thermal chemical vapor deposition (Thermal CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (Plasma Enhanced CVD, PECVD) at high density plasma chemical vapor deposition (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Kamakailan, binuo din ang flowable chemical vapor deposition (Flowable CVD, FCVD) na may mahusay na kakayahan sa pagpuno ng gap.
Ang iba't ibang CVD-grown na pelikula ay may iba't ibang katangian (tulad ng kemikal na komposisyon, dielectric constant, tension, stress at breakdown voltage) at maaaring gamitin nang hiwalay ayon sa iba't ibang mga kinakailangan sa proseso (tulad ng temperatura, step coverage, mga kinakailangan sa pagpuno, atbp.).
2.3 Atomic layer deposition proseso
Atomic layer deposition (ALD) ay tumutukoy sa deposition ng atoms layer by layer sa isang substrate material sa pamamagitan ng pagpapalaki ng isang atomic film layer by layer. Ang isang tipikal na ALD ay gumagamit ng paraan ng pag-input ng mga gaseous precursor sa reactor sa isang alternating pulsed na paraan.
Halimbawa, una, ang reaksyon precursor 1 ay ipinakilala sa ibabaw ng substrate, at pagkatapos ng kemikal na adsorption, isang solong atomic layer ang nabuo sa ibabaw ng substrate; pagkatapos ay ang precursor 1 na natitira sa ibabaw ng substrate at sa reaksyon kamara ay pumped out sa pamamagitan ng isang air pump; pagkatapos ay ang reaction precursor 2 ay ipinakilala sa substrate surface, at chemically reacts sa precursor 1 adsorbed sa substrate surface upang makabuo ng kaukulang thin film material at ang kaukulang by-product sa substrate surface; kapag ang precursor 1 ay ganap na tumugon, ang reaksyon ay awtomatikong magwawakas, na siyang self-limiting na katangian ng ALD, at pagkatapos ay ang natitirang mga reactant at by-product ay kinukuha upang maghanda para sa susunod na yugto ng paglago; sa pamamagitan ng patuloy na pag-uulit ng proseso sa itaas, ang pagtitiwalag ng manipis na mga materyales sa pelikula na pinalaki ng patong-patong na may mga solong atomo ay maaaring makamit.
Ang parehong ALD at CVD ay mga paraan ng pagpapakilala ng isang gaseous na mapagkukunan ng reaksyon ng kemikal upang mag-react ng kemikal sa ibabaw ng substrate, ngunit ang pagkakaiba ay ang gaseous na mapagkukunan ng reaksyon ng CVD ay walang katangian ng self-limiting growth. Makikita na ang susi sa pagbuo ng teknolohiya ng ALD ay ang paghahanap ng mga precursor na may self-limiting reaction properties.
2.4 Proseso ng Epitaxial
Ang proseso ng epitaxial ay tumutukoy sa proseso ng paglaki ng isang ganap na order na solong kristal na layer sa isang substrate. Sa pangkalahatan, ang proseso ng epitaxial ay ang pagpapalaki ng isang kristal na layer na may parehong oryentasyon ng sala-sala bilang orihinal na substrate sa isang solong kristal na substrate. Ang proseso ng epitaxial ay malawakang ginagamit sa pagmamanupaktura ng semiconductor, tulad ng mga epitaxial silicon wafer sa industriya ng integrated circuit, naka-embed na source at drain epitaxial growth ng MOS transistors, epitaxial growth sa LED substrates, atbp.
Ayon sa iba't ibang phase states ng growth source, ang epitaxial growth method ay maaaring nahahati sa solid phase epitaxy, liquid phase epitaxy, at vapor phase epitaxy. Sa integrated circuit manufacturing, ang karaniwang ginagamit na epitaxial na pamamaraan ay solid phase epitaxy at vapor phase epitaxy.
Solid phase epitaxy: tumutukoy sa paglaki ng isang kristal na layer sa isang substrate gamit ang solid source. Halimbawa, ang thermal annealing pagkatapos ng ion implantation ay talagang isang solid phase epitaxy process. Sa panahon ng pagtatanim ng ion, ang mga silicon na atom ng silicon wafer ay binomba ng mga high-energy na implanted na ion, na iniiwan ang kanilang orihinal na mga posisyon ng sala-sala at nagiging amorphous, na bumubuo ng isang surface na amorphous na silicon na layer. Pagkatapos ng mataas na temperatura na thermal annealing, ang mga amorphous na atom ay bumalik sa kanilang mga posisyon ng sala-sala at nananatiling pare-pareho sa oryentasyon ng atomic na kristal sa loob ng substrate.
Ang mga paraan ng paglago ng vapor phase epitaxy ay kinabibilangan ng chemical vapor phase epitaxy, molecular beam epitaxy, atomic layer epitaxy, atbp. Sa integrated circuit manufacturing, chemical vapor phase epitaxy ang pinakakaraniwang ginagamit. Ang prinsipyo ng chemical vapor phase epitaxy ay karaniwang kapareho ng sa chemical vapor deposition. Parehong mga proseso na nagdedeposito ng mga manipis na pelikula sa pamamagitan ng chemically reacting sa ibabaw ng mga wafer pagkatapos ng paghahalo ng gas.
Ang pagkakaiba ay dahil ang chemical vapor phase epitaxy ay lumalaki ng isang kristal na layer, mayroon itong mas mataas na mga kinakailangan para sa nilalaman ng karumihan sa kagamitan at ang kalinisan ng ibabaw ng wafer. Ang maagang chemical vapor phase epitaxial silicon na proseso ay kailangang isagawa sa ilalim ng mataas na temperatura (mas mataas sa 1000°C). Sa pagpapabuti ng mga kagamitan sa proseso, lalo na ang paggamit ng teknolohiya ng vacuum exchange chamber, ang kalinisan ng cavity ng kagamitan at ang ibabaw ng silicon wafer ay lubos na napabuti, at ang silicon epitaxy ay maaaring isagawa sa mas mababang temperatura (600-700° C). Ang proseso ng epitaxial silicon wafer ay upang palaguin ang isang layer ng single crystal silicon sa ibabaw ng silicon wafer.
Kung ikukumpara sa orihinal na silikon na substrate, ang epitaxial silicon layer ay may mas mataas na kadalisayan at mas kaunting mga depekto sa sala-sala, sa gayon ay nagpapabuti sa ani ng paggawa ng semiconductor. Bilang karagdagan, ang kapal ng paglago at konsentrasyon ng doping ng epitaxial silicon layer na lumaki sa silicon wafer ay maaaring flexible na idisenyo, na nagdudulot ng flexibility sa disenyo ng device , tulad ng pagbabawas ng substrate resistance at pagpapahusay ng substrate isolation. Ang naka-embed na source-drain epitaxial process ay isang teknolohiyang malawakang ginagamit sa mga advanced na logic technology node.
Ito ay tumutukoy sa proseso ng epitaxially na lumalagong doped germanium silicon o silicon sa source at drain region ng MOS transistors. Ang mga pangunahing bentahe ng pagpapakilala ng naka-embed na source-drain epitaxial na proseso ay kinabibilangan ng: pagpapalaki ng pseudocrystalline layer na naglalaman ng stress dahil sa lattice adaptation, pagpapabuti ng channel carrier mobility; Ang in-situ na doping ng source at drain ay maaaring mabawasan ang parasitic resistance ng source-drain junction at mabawasan ang mga depekto ng high-energy ion implantation.
3. kagamitan sa paglaki ng manipis na pelikula
3.1 Vacuum evaporation equipment
Ang vacuum evaporation ay isang paraan ng patong na nagpapainit ng mga solidong materyales sa isang silid ng vacuum upang maging sanhi ng pagsingaw, pagsingaw o pag-sublimate ng mga ito, at pagkatapos ay mag-condense at magdeposito sa ibabaw ng materyal na substrate sa isang tiyak na temperatura.
Kadalasan ito ay binubuo ng tatlong bahagi, katulad ng vacuum system, evaporation system at heating system. Ang sistema ng vacuum ay binubuo ng mga vacuum pipe at vacuum pump, at ang pangunahing tungkulin nito ay upang magbigay ng isang kwalipikadong kapaligiran ng vacuum para sa pagsingaw. Ang evaporation system ay binubuo ng isang evaporation table, isang heating component at isang temperature measurement component.
Ang target na materyal na sumingaw (tulad ng Ag, Al, atbp.) ay inilalagay sa talahanayan ng pagsingaw; ang heating at temperature measurement component ay isang closed-loop system na ginagamit para kontrolin ang evaporation temperature para matiyak ang maayos na evaporation. Ang sistema ng pag-init ay binubuo ng isang yugto ng wafer at isang bahagi ng pag-init. Ang yugto ng wafer ay ginagamit upang ilagay ang substrate kung saan ang manipis na pelikula ay kailangang sumingaw, at ang bahagi ng pag-init ay ginagamit upang mapagtanto ang pag-init ng substrate at kontrol ng feedback sa pagsukat ng temperatura.
Ang kapaligiran ng vacuum ay isang napakahalagang kondisyon sa proseso ng pagsingaw ng vacuum, na nauugnay sa rate ng pagsingaw at kalidad ng pelikula. Kung ang antas ng vacuum ay hindi nakakatugon sa mga kinakailangan, ang mga singaw na atomo o molekula ay madalas na magbabangga sa natitirang mga molekula ng gas, na ginagawang mas maliit ang kanilang ibig sabihin ng libreng landas, at ang mga atomo o mga molekula ay magkakalat nang husto, at sa gayon ay binabago ang direksyon ng paggalaw at binabawasan ang pelikula. rate ng pagbuo.
Bilang karagdagan, dahil sa pagkakaroon ng mga residual impurity gas molecules, ang idinepositong film ay seryosong kontaminado at mahina ang kalidad, lalo na kapag ang pressure rise rate ng chamber ay hindi nakakatugon sa standard at may leakage, ang hangin ay tatagas sa vacuum chamber. , na magkakaroon ng malubhang epekto sa kalidad ng pelikula.
Ang mga katangian ng istruktura ng kagamitan sa pagsingaw ng vacuum ay tumutukoy na ang pagkakapareho ng patong sa malalaking sukat na mga substrate ay mahirap. Upang mapabuti ang pagkakapareho nito, ang paraan ng pagtaas ng distansya ng source-substrate at pag-ikot ng substrate ay karaniwang pinagtibay, ngunit ang pagtaas ng distansya ng source-substrate ay magsasakripisyo sa rate ng paglago at kadalisayan ng pelikula. Kasabay nito, dahil sa pagtaas ng vacuum space, ang rate ng paggamit ng evaporated na materyal ay nabawasan.
3.2 DC pisikal na vapor deposition equipment
Direct current physical vapor deposition (DCPVD) ay kilala rin bilang cathode sputtering o vacuum DC two-stage sputtering. Ang target na materyal ng vacuum DC sputtering ay ginagamit bilang cathode at ang substrate ay ginagamit bilang anode. Ang vacuum sputtering ay upang bumuo ng isang plasma sa pamamagitan ng pag-ionize ng proseso ng gas.
Ang mga sisingilin na particle sa plasma ay pinabilis sa electric field upang makakuha ng isang tiyak na halaga ng enerhiya. Ang mga particle na may sapat na enerhiya ay binomba ang ibabaw ng target na materyal, upang ang mga target na atomo ay tumalsik; ang mga sputtered atoms na may isang tiyak na kinetic energy ay gumagalaw patungo sa substrate upang bumuo ng isang manipis na pelikula sa ibabaw ng substrate. Ang gas na ginagamit para sa sputtering sa pangkalahatan ay isang bihirang gas, tulad ng argon (Ar), kaya ang pelikula na nabuo sa pamamagitan ng sputtering ay hindi kontaminado; bilang karagdagan, ang atomic radius ng argon ay mas angkop para sa sputtering.
Ang laki ng mga sputtering particle ay dapat na malapit sa laki ng target na atoms na ibubuga. Kung ang mga particle ay masyadong malaki o masyadong maliit, ang epektibong sputtering ay hindi mabubuo. Bilang karagdagan sa laki ng kadahilanan ng atom, ang mass factor ng atom ay makakaapekto rin sa kalidad ng sputtering. Kung ang pinagmumulan ng sputtering particle ay masyadong magaan, ang mga target na atoms ay hindi mabubura; kung ang mga butil ng sputtering ay masyadong mabigat, ang target ay "baluktot" at ang puntirya ay hindi puputulin.
Ang target na materyal na ginamit sa DCPVD ay dapat na isang konduktor. Ito ay dahil kapag ang mga argon ions sa proseso ng gas ay binomba ang target na materyal, sila ay muling magsasama sa mga electron sa ibabaw ng target na materyal. Kapag ang target na materyal ay isang konduktor tulad ng isang metal, ang mga electron na natupok ng recombination na ito ay mas madaling mapunan ng power supply at mga libreng electron sa iba pang mga bahagi ng target na materyal sa pamamagitan ng electrical conduction, upang ang ibabaw ng target na materyal bilang isang ang kabuuan ay nananatiling negatibong sisingilin at ang sputtering ay pinananatili.
Sa kabaligtaran, kung ang target na materyal ay isang insulator, pagkatapos na ang mga electron sa ibabaw ng target na materyal ay muling pinagsama, ang mga libreng electron sa iba pang mga bahagi ng target na materyal ay hindi na muling mapunan ng electrical conduction, at kahit na ang mga positibong singil ay maipon sa ibabaw ng target na materyal, na nagiging sanhi ng pagtaas ng potensyal ng target na materyal, at ang negatibong singil ng target na materyal ay humina hanggang sa mawala ito, na kalaunan ay humahantong sa pagwawakas ng sputtering.
Samakatuwid, upang makagawa ng mga insulating material na magagamit din para sa sputtering, kinakailangan upang makahanap ng isa pang paraan ng sputtering. Ang radio frequency sputtering ay isang paraan ng sputtering na angkop para sa parehong conductive at non-conductive na mga target.
Ang isa pang kawalan ng DCPVD ay ang boltahe ng pag-aapoy ay mataas at ang pagbomba ng elektron sa substrate ay malakas. Ang isang epektibong paraan upang malutas ang problemang ito ay ang paggamit ng magnetron sputtering, kaya ang magnetron sputtering ay talagang praktikal na halaga sa larangan ng integrated circuits.
3.3 RF Pisikal na Vapor Deposition Kagamitan
Ang radio frequency physical vapor deposition (RFPVD) ay gumagamit ng radio frequency power bilang excitation source at isang PVD method na angkop para sa iba't ibang metal at non-metal na materyales.
Ang mga karaniwang frequency ng RF power supply na ginagamit sa RFPVD ay 13.56MHz, 20MHz, at 60MHz. Ang positibo at negatibong mga cycle ng RF power supply ay lumilitaw nang halili. Kapag ang PVD target ay nasa positibong kalahating cycle, dahil ang target na ibabaw ay nasa positibong potensyal, ang mga electron sa proseso ng kapaligiran ay dadaloy sa target na ibabaw upang neutralisahin ang positibong singil na naipon sa ibabaw nito, at kahit na patuloy na mag-ipon ng mga electron, ginagawang negatibong bias ang ibabaw nito; kapag ang sputtering target ay nasa negatibong kalahating cycle, ang mga positibong ion ay lilipat patungo sa target at bahagyang neutralisahin sa target na ibabaw.
Ang pinaka-kritikal na bagay ay ang bilis ng paggalaw ng mga electron sa RF electric field ay mas mabilis kaysa sa mga positibong ion, habang ang oras ng positibo at negatibong kalahating cycle ay pareho, kaya pagkatapos ng kumpletong cycle, ang target na ibabaw ay magiging "net" na negatibong sinisingil. Samakatuwid, sa unang ilang mga cycle, ang negatibong singil ng target na ibabaw ay nagpapakita ng isang pagtaas ng trend; pagkatapos, ang target na ibabaw ay umabot sa isang matatag na negatibong potensyal; pagkatapos noon, dahil ang negatibong singil ng target ay may nakakasuklam na epekto sa mga electron, ang dami ng positibo at negatibong singil na natanggap ng target na elektrod ay may posibilidad na balansehin, at ang target ay nagpapakita ng isang matatag na negatibong singil.
Mula sa proseso sa itaas, makikita na ang proseso ng pagbuo ng negatibong boltahe ay walang kinalaman sa mga katangian ng target na materyal mismo, kaya ang paraan ng RFPVD ay hindi lamang malulutas ang problema ng sputtering ng mga insulating target, ngunit mahusay din na katugma. na may maginoo na mga target na konduktor ng metal.
3.4 Magnetron sputtering equipment
Ang Magnetron sputtering ay isang paraan ng PVD na nagdaragdag ng mga magnet sa likod ng target. Ang mga idinagdag na magnet at ang DC power supply (o AC power supply) system ay bumubuo ng magnetron sputtering source. Ang sputtering source ay ginagamit upang bumuo ng isang interactive na electromagnetic field sa silid, makuha at limitahan ang hanay ng paggalaw ng mga electron sa plasma sa loob ng silid, pahabain ang landas ng paggalaw ng mga electron, at sa gayon ay mapataas ang konsentrasyon ng plasma, at sa huli ay makamit ang higit pa pagtitiwalag.
Bilang karagdagan, dahil mas maraming mga electron ang nakatali malapit sa ibabaw ng target, ang pambobomba ng substrate ng mga electron ay nabawasan, at ang temperatura ng substrate ay nabawasan. Kung ikukumpara sa flat-plate na teknolohiya ng DCPVD, ang isa sa mga pinaka-halatang tampok ng magnetron physical vapor deposition technology ay mas mababa at mas matatag ang ignition discharge voltage.
Dahil sa mas mataas na konsentrasyon nito sa plasma at mas malaking ani ng sputtering, makakamit nito ang mahusay na kahusayan sa pag-deposito, kontrol sa kapal ng deposition sa isang malaking hanay ng laki, tumpak na kontrol sa komposisyon at mas mababang boltahe ng pag-aapoy. Samakatuwid, ang magnetron sputtering ay nasa nangingibabaw na posisyon sa kasalukuyang metal film PVD. Ang pinakasimpleng disenyo ng pinagmumulan ng magnetron sputtering ay ang paglalagay ng grupo ng mga magnet sa likod ng patag na target (sa labas ng vacuum system) upang makabuo ng magnetic field na kahanay sa target na ibabaw sa isang lokal na lugar sa target na ibabaw.
Kung ang isang permanenteng magnet ay inilagay, ang magnetic field nito ay medyo naayos, na nagreresulta sa isang medyo nakapirming pamamahagi ng magnetic field sa target na ibabaw sa silid. Tanging ang mga materyales sa mga partikular na lugar ng target ang nabubulol, ang target na utilization rate ay mababa, at ang pagkakapareho ng inihandang pelikula ay hindi maganda.
May tiyak na posibilidad na ang tumalsik na metal o iba pang materyal na particle ay ideposito pabalik sa target na ibabaw, at sa gayon ay magsasama-sama sa mga particle at bumubuo ng depektong kontaminasyon. Samakatuwid, ang komersyal na magnetron sputtering source ay kadalasang gumagamit ng umiikot na disenyo ng magnet upang mapabuti ang pagkakapareho ng pelikula, target na rate ng paggamit, at buong target na sputtering.
Napakahalagang balansehin ang tatlong salik na ito. Kung hindi maayos na pinangangasiwaan ang balanse, maaari itong magresulta sa isang magandang pagkakapareho ng pelikula habang lubos na binabawasan ang target na rate ng paggamit (pinaiikli ang target na buhay), o hindi naabot ang buong target na sputtering o full target na kaagnasan, na magdudulot ng mga problema sa particle sa panahon ng sputtering proseso.
Sa teknolohiya ng magnetron PVD, kinakailangang isaalang-alang ang umiikot na mekanismo ng paggalaw ng magnet, hugis ng target, sistema ng paglamig ng target at pinagmumulan ng magnetron sputtering, pati na rin ang functional configuration ng base na nagdadala ng wafer, tulad ng wafer adsorption at temperatura control. Sa proseso ng PVD, ang temperatura ng wafer ay kinokontrol upang makuha ang kinakailangang kristal na istraktura, laki ng butil at oryentasyon, pati na rin ang katatagan ng pagganap.
Dahil ang pagpapadaloy ng init sa pagitan ng likod ng wafer at ng ibabaw ng base ay nangangailangan ng isang tiyak na presyon, kadalasan sa pagkakasunud-sunod ng ilang Torr, at ang gumaganang presyon ng silid ay karaniwang nasa pagkakasunud-sunod ng ilang mTorr, ang presyon sa likod ng wafer ay mas malaki kaysa sa presyon sa itaas na ibabaw ng wafer, kaya kailangan ng mechanical chuck o electrostatic chuck para iposisyon at limitahan ang wafer.
Ang mechanical chuck ay umaasa sa sarili nitong timbang at sa gilid ng wafer upang makamit ang function na ito. Kahit na mayroon itong mga pakinabang ng simpleng istraktura at kawalan ng pakiramdam sa materyal ng ostiya, ang gilid na epekto ng ostiya ay halata, na hindi nakakatulong sa mahigpit na kontrol ng mga particle. Samakatuwid, ito ay unti-unting pinalitan ng isang electrostatic chuck sa proseso ng pagmamanupaktura ng IC.
Para sa mga prosesong hindi partikular na sensitibo sa temperatura, maaari ding gumamit ng non-adsorption, non-edge contact shelving method (walang pagkakaiba sa presyon sa pagitan ng upper at lower surface ng wafer). Sa panahon ng proseso ng PVD, ang lining ng chamber at ang ibabaw ng mga bahaging nakikipag-ugnayan sa plasma ay idedeposito at sakop. Kapag lumampas sa limitasyon ang kapal ng nadeposito na pelikula, ang pelikula ay magbi-crack at mag-peel off, na magdudulot ng mga problema sa particle.
Samakatuwid, ang paggamot sa ibabaw ng mga bahagi tulad ng lining ay ang susi sa pagpapalawak ng limitasyong ito. Ang pang-ibabaw na sandblasting at pag-spray ng aluminyo ay dalawang karaniwang ginagamit na pamamaraan, ang layunin nito ay pataasin ang pagkamagaspang sa ibabaw upang palakasin ang pagbubuklod sa pagitan ng pelikula at ng ibabaw ng lining.
3.5 Ionization Physical Vapor Deposition Equipment
Sa patuloy na pag-unlad ng teknolohiyang microelectronics, ang mga laki ng tampok ay nagiging mas maliit at mas maliit. Dahil hindi makokontrol ng teknolohiya ng PVD ang direksyon ng pagdeposito ng mga particle, ang kakayahan ng PVD na makapasok sa pamamagitan ng mga butas at makitid na channel na may mataas na aspect ratio ay limitado, na ginagawang lalong hinahamon ang pinalawak na aplikasyon ng tradisyonal na teknolohiya ng PVD. Sa proseso ng PVD, habang tumataas ang aspect ratio ng pore groove, bumababa ang coverage sa ibaba, na bumubuo ng parang eaves na naka-overhang na istraktura sa tuktok na sulok, at bumubuo ng pinakamahina na coverage sa ibabang sulok.
Ionized physical vapor deposition technology ay binuo upang malutas ang problemang ito. Pina-plasmatize muna nito ang mga metal na atom na nag-sputter mula sa target sa iba't ibang paraan, at pagkatapos ay inaayos ang bias na boltahe na na-load sa wafer upang makontrol ang direksyon at enerhiya ng mga metal ions upang makakuha ng isang matatag na direksyon ng daloy ng ion ng metal upang maghanda ng isang manipis na pelikula, at sa gayon ay mapabuti ang saklaw ng ilalim ng mga hakbang ng mataas na aspect ratio sa pamamagitan ng mga butas at makitid na mga channel.
Ang karaniwang tampok ng teknolohiya ng ionized metal plasma ay ang pagdaragdag ng isang radio frequency coil sa silid. Sa panahon ng proseso, ang gumaganang presyon ng kamara ay pinananatili sa isang medyo mataas na estado (5 hanggang 10 beses ang normal na presyon ng pagtatrabaho). Sa panahon ng PVD, ang radio frequency coil ay ginagamit upang makabuo ng pangalawang rehiyon ng plasma, kung saan tumataas ang konsentrasyon ng argon plasma sa pagtaas ng kapangyarihan ng dalas ng radyo at presyon ng gas. Kapag ang mga atomo ng metal na tumalsik mula sa target ay dumaan sa rehiyong ito, nakikipag-ugnayan sila sa high-density na argon plasma upang bumuo ng mga metal ions.
Ang paglalagay ng RF source sa wafer carrier (tulad ng electrostatic chuck) ay maaaring magpapataas ng negatibong bias sa wafer upang maakit ang mga metal na positibong ion sa ilalim ng pore groove. Ang direksyong daloy ng metal na ion na ito na patayo sa ibabaw ng wafer ay nagpapabuti sa ilalim ng hakbang na saklaw ng mga pores na may mataas na aspect ratio at makitid na mga channel.
Ang negatibong pagkiling na inilapat sa ostiya ay nagdudulot din ng mga ions na bombahin ang ibabaw ng ostiya (reverse sputtering), na nagpapahina sa nakaumbok na istraktura ng pore groove mouth at nag-sputter sa pelikulang idineposito sa ibaba sa mga sidewall sa mga sulok ng ilalim ng butas. uka, sa gayo'y pinapahusay ang saklaw ng hakbang sa mga sulok.
3.6 Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition Equipment
Ang kagamitan sa atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) ay tumutukoy sa isang device na nagsa-spray ng gaseous na pinagmumulan ng reaksyon sa patuloy na bilis sa ibabaw ng isang pinainit na solidong substrate sa ilalim ng isang kapaligiran na may presyon na malapit sa atmospheric pressure, na nagiging sanhi ng reaksyon ng pinagmulan ng kemikal na reaksyon sa ibabaw ng substrate, at ang produkto ng reaksyon ay idineposito sa ibabaw ng substrate upang bumuo ng isang manipis na pelikula.
Ang kagamitang APCVD ay ang pinakaunang kagamitan sa CVD at malawak pa ring ginagamit sa produksyong pang-industriya at siyentipikong pananaliksik. Maaaring gamitin ang kagamitan ng APCVD upang maghanda ng mga manipis na pelikula tulad ng single crystal silicon, polycrystalline silicon, silicon dioxide, zinc oxide, titanium dioxide, phosphosilicate glass, at borophosphosilicate glass.
3.7 Mababang Presyon ng Chemical Vapor Deposition Equipment
Ang low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) na kagamitan ay tumutukoy sa mga kagamitan na gumagamit ng mga gaseous na hilaw na materyales upang mag-react ng kemikal sa ibabaw ng solidong substrate sa ilalim ng isang pinainit na (350-1100°C) at mababang presyon (10-100mTorr) na kapaligiran, at ang mga reactant ay idineposito sa ibabaw ng substrate upang bumuo ng isang manipis na pelikula. Ang kagamitan ng LPCVD ay binuo batay sa APCVD upang mapabuti ang kalidad ng mga manipis na pelikula, mapabuti ang pagkakapareho ng pamamahagi ng mga katangiang parameter tulad ng kapal at resistivity ng pelikula, at mapabuti ang kahusayan sa produksyon.
Ang pangunahing tampok nito ay na sa isang mababang presyon ng thermal field na kapaligiran, ang proseso ng gas ay tumutugon sa kemikal sa ibabaw ng wafer substrate, at ang mga produkto ng reaksyon ay idineposito sa ibabaw ng substrate upang bumuo ng isang manipis na pelikula. Ang kagamitan ng LPCVD ay may mga pakinabang sa paghahanda ng mga de-kalidad na manipis na pelikula at maaaring magamit upang maghanda ng mga manipis na pelikula tulad ng silicon oxide, silicon nitride, polysilicon, silicon carbide, gallium nitride at graphene.
Kung ikukumpara sa APCVD, pinapataas ng low-pressure reaction environment ng LPCVD equipment ang mean free path at diffusion coefficient ng gas sa reaction chamber.
Ang reaksyon ng gas at mga molekula ng gas ng carrier sa silid ng reaksyon ay maaaring maipamahagi nang pantay-pantay sa maikling panahon, sa gayon ay lubos na nagpapabuti sa pagkakapareho ng kapal ng pelikula, pagkakapareho ng resistivity at pagsakop ng hakbang ng pelikula, at ang pagkonsumo ng reaksyon ng gas ay maliit din. Bilang karagdagan, ang mababang presyon na kapaligiran ay nagpapabilis din sa bilis ng paghahatid ng mga sangkap ng gas. Ang mga dumi at mga produkto ng reaksyon na nakakalat mula sa substrate ay maaaring mabilis na maalis sa zone ng reaksyon sa pamamagitan ng boundary layer, at ang reaksyon ng gas ay mabilis na dumaan sa boundary layer upang maabot ang substrate surface para sa reaksyon, kaya epektibong pinipigilan ang self-doping, paghahanda. mga de-kalidad na pelikula na may matarik na mga transition zone, at pagpapabuti din ng kahusayan sa produksyon.
3.8 Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Equipment
Ang plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) ay isang malawakang ginagamit na thin film deposition technology. Sa panahon ng proseso ng plasma, ang gaseous precursor ay na-ionize sa ilalim ng pagkilos ng plasma upang bumuo ng mga nasasabik na aktibong grupo, na nagkakalat sa ibabaw ng substrate at pagkatapos ay sumasailalim sa mga reaksiyong kemikal upang makumpleto ang paglaki ng pelikula.
Ayon sa dalas ng pagbuo ng plasma, ang plasma na ginamit sa PECVD ay maaaring nahahati sa dalawang uri: radio frequency plasma (RF plasma) at microwave plasma (Microwave plasma). Sa kasalukuyan, ang dalas ng radyo na ginagamit sa industriya ay karaniwang 13.56MHz.
Ang pagpapakilala ng radio frequency plasma ay karaniwang nahahati sa dalawang uri: capacitive coupling (CCP) at inductive coupling (ICP). Ang capacitive coupling method ay karaniwang isang direktang paraan ng reaksyon ng plasma; habang ang inductive coupling method ay maaaring direktang plasma method o remote plasma method.
Sa mga proseso ng pagmamanupaktura ng semiconductor, ang PECVD ay kadalasang ginagamit upang palaguin ang mga manipis na pelikula sa mga substrate na naglalaman ng mga metal o iba pang istrukturang sensitibo sa temperatura. Halimbawa, sa larangan ng back-end metal interconnection ng integrated circuits, dahil ang pinagmulan, gate at drain structure ng device ay nabuo sa front-end na proseso, ang paglago ng manipis na mga pelikula sa larangan ng metal interconnection ay napapailalim. sa napakahigpit na mga hadlang sa thermal budget, kaya karaniwan itong nakumpleto sa tulong ng plasma. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng mga parameter ng proseso ng plasma, ang densidad, komposisyon ng kemikal, nilalaman ng karumihan, tibay ng makina at mga parameter ng stress ng manipis na pelikula na pinalaki ng PECVD ay maaaring iakma at ma-optimize sa loob ng isang tiyak na hanay.
3.9 Atomic Layer Deposition Equipment
Atomic layer deposition (ALD) ay isang manipis na film deposition technology na pana-panahong lumalaki sa anyo ng isang quasi-monoatomic layer. Ang katangian nito ay ang kapal ng idineposito na pelikula ay maaaring tumpak na maisaayos sa pamamagitan ng pagkontrol sa bilang ng mga cycle ng paglago. Hindi tulad ng proseso ng chemical vapor deposition (CVD), ang dalawa (o higit pa) na mga precursor sa proseso ng ALD ay salit-salit na dumadaan sa ibabaw ng substrate at epektibong nabubukod sa pamamagitan ng paglilinis ng bihirang gas.
Ang dalawang precursor ay hindi maghahalo at magtagpo sa gas phase upang mag-react ng kemikal, ngunit tumutugon lamang sa pamamagitan ng kemikal na adsorption sa ibabaw ng substrate. Sa bawat ALD cycle, ang dami ng precursor na na-adsorbed sa substrate surface ay nauugnay sa density ng mga aktibong grupo sa substrate surface. Kapag ang mga reaktibong grupo sa ibabaw ng substrate ay naubos, kahit na ang labis na precursor ay ipinakilala, ang kemikal na adsorption ay hindi magaganap sa ibabaw ng substrate.
Ang proseso ng reaksyong ito ay tinatawag na surface self-limiting reaction. Ginagawa ng mekanismo ng prosesong ito ang kapal ng film na lumago sa bawat cycle ng proseso ng ALD na pare-pareho, kaya ang proseso ng ALD ay may mga bentahe ng tumpak na kontrol sa kapal at magandang film step coverage.
3.10 Molecular Beam Epitaxy Equipment
Ang Molecular Beam Epitaxy (MBE) system ay tumutukoy sa isang epitaxial device na gumagamit ng isa o higit pang thermal energy na mga atomic beam o molekular na beam upang mag-spray sa pinainit na ibabaw ng substrate sa isang tiyak na bilis sa ilalim ng napakataas na mga kondisyon ng vacuum, at nag-adsorb at nag-migrate sa ibabaw ng substrate upang epitaxially palaguin ang mga solong kristal na manipis na pelikula sa kahabaan ng kristal na direksyon ng axis ng materyal na substrate. Sa pangkalahatan, sa ilalim ng kondisyon ng pag-init sa pamamagitan ng isang jet furnace na may heat shield, ang beam source ay bumubuo ng isang atomic beam o isang molecular beam, at ang film ay lumalaki ng layer sa pamamagitan ng layer kasama ang crystal axis na direksyon ng substrate material.
Ang mga katangian nito ay mababang temperatura ng paglago ng epitaxial, at ang kapal, interface, komposisyon ng kemikal at konsentrasyon ng karumihan ay maaaring tumpak na kontrolin sa antas ng atom. Bagaman ang MBE ay nagmula sa paghahanda ng mga semiconductor ultra-thin single crystal films, ang aplikasyon nito ay lumawak na ngayon sa iba't ibang materyal na sistema tulad ng mga metal at insulating dielectrics, at maaaring maghanda ng III-V, II-VI, silicon, silicon germanium (SiGe ), graphene, oxide at mga organikong pelikula.
Ang molecular beam epitaxy (MBE) system ay pangunahing binubuo ng isang ultra-high vacuum system, isang molecular beam source, isang substrate fixing at heating system, isang sample transfer system, isang in-situ monitoring system, isang control system, at isang pagsubok. sistema.
Kasama sa vacuum system ang mga vacuum pump (mechanical pump, molecular pump, ion pump, at condensation pump, atbp.) at iba't ibang valve, na maaaring lumikha ng napakataas na kapaligiran ng paglago ng vacuum. Ang karaniwang matamo na antas ng vacuum ay 10-8 hanggang 10-11 Torr. Ang vacuum system ay higit sa lahat ay may tatlong vacuum working chamber, katulad ng sample injection chamber, ang pretreatment at surface analysis chamber, at ang growth chamber.
Ang sample injection chamber ay ginagamit upang ilipat ang mga sample sa labas ng mundo upang matiyak ang mataas na vacuum na kondisyon ng iba pang mga kamara; ang pretreatment at surface analysis chamber ay nagkokonekta sa sample injection chamber at sa growth chamber, at ang pangunahing tungkulin nito ay ang paunang pagproseso ng sample (degassing ng mataas na temperatura upang matiyak ang kumpletong kalinisan ng ibabaw ng substrate) at upang magsagawa ng paunang pagsusuri sa ibabaw sa nalinis na sample; ang growth chamber ay ang pangunahing bahagi ng MBE system, higit sa lahat ay binubuo ng source furnace at ang kaukulang shutter assembly nito, sample control console, cooling system, reflection high energy electron diffraction (RHEED), at in-situ monitoring system . Ang ilang kagamitan sa produksyon ng MBE ay may maraming configuration ng growth chamber. Ang schematic diagram ng MBE equipment structure ay ipinapakita sa ibaba:
Ang MBE ng silicon na materyal ay gumagamit ng high-purity na silicon bilang raw material, lumalaki sa ilalim ng ultra-high vacuum (10-10～10-11Torr) na mga kondisyon, at ang growth temperature ay 600～900℃, na may Ga (P-type) at Sb ( N-type) bilang mga mapagkukunan ng doping. Ang mga karaniwang ginagamit na pinagmumulan ng doping gaya ng P, As at B ay bihirang ginagamit bilang mga pinagmumulan ng sinag dahil mahirap itong sumingaw.
Ang reaction chamber ng MBE ay may ultra-high vacuum na kapaligiran, na nagpapataas ng mean free path ng mga molecule at binabawasan ang kontaminasyon at oksihenasyon sa ibabaw ng lumalagong materyal. Ang epitaxial na materyal na inihanda ay may magandang ibabaw na morpolohiya at pagkakapareho, at maaaring gawin sa isang multilayer na istraktura na may iba't ibang doping o iba't ibang mga sangkap ng materyal.
Nakakamit ng teknolohiya ng MBE ang paulit-ulit na paglaki ng mga ultra-manipis na epitaxial layer na may kapal ng isang solong atomic layer, at ang interface sa pagitan ng mga epitaxial layer ay matarik. Itinataguyod nito ang paglago ng III-V semiconductor at iba pang multi-component heterogenous na materyales. Sa kasalukuyan, ang MBE system ay naging isang advanced na kagamitan sa proseso para sa produksyon ng isang bagong henerasyon ng mga microwave device at optoelectronic device. Ang mga kawalan ng teknolohiya ng MBE ay mabagal na rate ng paglago ng pelikula, mataas na mga kinakailangan sa vacuum, at mataas na gastos sa paggamit ng kagamitan at kagamitan.
3.11 Vapor Phase Epitaxy System
Ang sistema ng vapor phase epitaxy (VPE) ay tumutukoy sa isang epitaxial growth device na naglilipat ng mga gaseous compound sa isang substrate at nakakakuha ng isang crystal material layer na may parehong lattice arrangement gaya ng substrate sa pamamagitan ng mga kemikal na reaksyon. Ang epitaxial layer ay maaaring isang homoepitaxial layer (Si/Si) o isang heteroepitaxial layer (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, atbp.). Sa kasalukuyan, ang teknolohiya ng VPE ay malawakang ginagamit sa larangan ng paghahanda ng nanomaterial, mga power device, semiconductor optoelectronic device, solar photovoltaics, at integrated circuits.
Kasama sa karaniwang VPE ang atmospheric pressure epitaxy at reduced pressure epitaxy, ultra-high vacuum chemical vapor deposition, metal organic chemical vapor deposition, atbp. Ang mga pangunahing punto sa teknolohiya ng VPE ay ang disenyo ng reaction chamber, mode ng daloy ng gas at pagkakapareho, pagkakapareho ng temperatura at kontrol ng katumpakan, kontrol at katatagan ng presyon, kontrol ng butil at depekto, atbp.
Sa kasalukuyan, ang direksyon ng pagbuo ng mga pangunahing komersyal na VPE system ay malaking wafer loading, ganap na awtomatikong kontrol, at real-time na pagsubaybay sa temperatura at proseso ng paglago. Ang mga sistema ng VPE ay may tatlong istruktura: patayo, pahalang at cylindrical. Kasama sa mga paraan ng pag-init ang pag-init ng paglaban, pag-init ng induction ng mataas na dalas at pag-init ng infrared radiation.
Sa kasalukuyan, ang mga sistema ng VPE ay kadalasang gumagamit ng mga pahalang na istruktura ng disc, na may mga katangian ng mahusay na pagkakapareho ng paglaki ng epitaxial film at malaking paglo-load ng wafer. Ang mga VPE system ay karaniwang binubuo ng apat na bahagi: reactor, heating system, gas path system at control system. Dahil medyo mahaba ang growth time ng GaAs at GaN epitaxial films, kadalasang ginagamit ang induction heating at resistance heating. Sa silicon VPE, ang makapal na epitaxial film growth ay kadalasang gumagamit ng induction heating; ang thin epitaxial film growth ay kadalasang gumagamit ng infrared heating upang makamit ang layunin ng mabilis na pagtaas/pagbagsak ng temperatura.
3.12 Liquid Phase Epitaxy System
Ang Liquid Phase Epitaxy (LPE) system ay tumutukoy sa epitaxial growth equipment na tumutunaw sa materyal na ipapatubo (tulad ng Si, Ga, As, Al, atbp.) at dopants (tulad ng Zn, Te, Sn, atbp.) sa isang metal na may mas mababang punto ng pagkatunaw (tulad ng Ga, In, atbp.), upang ang solute ay puspos o supersaturated sa solvent, at pagkatapos ay ang solong kristal na substrate ay nakipag-ugnayan sa solusyon, at ang solute ay namuo mula sa solvent sa pamamagitan ng unti-unting lumalamig, at isang layer ng kristal na materyal na may isang kristal na istraktura at sala-sala pare-pareho na katulad ng sa substrate ay lumago sa ibabaw ng substrate.
Ang pamamaraan ng LPE ay iminungkahi ni Nelson et al. noong 1963. Ito ay ginagamit upang palaguin ang mga Si thin film at single crystal na materyales, pati na rin ang mga semiconductor na materyales tulad ng III-IV group at mercury cadmium telluride, at maaaring gamitin para gumawa ng iba't ibang optoelectronic device, microwave device, semiconductor device at solar cell .
—————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Maaaring magbigay ang Semiceramga bahagi ng grapayt, malambot/matigas ang pakiramdam, mga bahagi ng silicon carbide, Mga bahagi ng CVD silicon carbide, atMga bahaging pinahiran ng SiC/TaCkasama sa loob ng 30 araw.
Kung interesado ka sa mga produktong semiconductor sa itaas,mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa amin sa unang pagkakataon.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Oras ng post: Aug-31-2024