1. Utangulizi
Mchakato wa kuunganisha vitu (malighafi) kwenye uso wa nyenzo za substrate kwa mbinu za kimwili au kemikali huitwa ukuaji wa filamu nyembamba.
Kulingana na kanuni tofauti za kazi, utuaji wa filamu nyembamba wa mzunguko uliojumuishwa unaweza kugawanywa katika:
-Uwekaji wa Mvuke wa Kimwili (PVD);
-Uwekaji wa Mvuke wa Kemikali (CVD);
-Ugani.
2. Mchakato wa Ukuaji wa Filamu Nyembamba
2.1 Uwekaji wa mvuke halisi na mchakato wa kunyunyiza
Mchakato wa uwekaji wa mvuke halisi (PVD) unarejelea matumizi ya mbinu za kimaumbile kama vile uvukizi wa utupu, utelezi, upakaji wa plazima na epitaksi ya molekuli kutengeneza filamu nyembamba juu ya uso wa kaki.
Katika tasnia ya VLSI, teknolojia ya PVD inayotumika sana ni sputtering, ambayo hutumiwa hasa kwa elektroni na viunganisho vya chuma vya mizunguko iliyojumuishwa. Kunyunyiza ni mchakato ambapo gesi adimu [kama vile argon (Ar)] hutiwa ioni kuwa ayoni (kama vile Ar+) chini ya utendakazi wa uwanja wa nje wa umeme chini ya hali ya utupu wa juu, na kurusha chanzo kinacholengwa cha nyenzo chini ya mazingira ya juu ya voltage, kugonga atomi au molekuli za nyenzo inayolengwa, na kisha kufika kwenye uso wa kaki kuunda filamu nyembamba baada ya mchakato wa kukimbia bila mgongano. Ar ina mali ya kemikali thabiti, na ioni zake hazitaguswa na nyenzo zinazolengwa na filamu. Chipu zilizounganishwa za saketi zinapoingia katika enzi ya muunganisho wa shaba ya 0.13μm, safu ya nyenzo ya kizuizi cha shaba hutumia nitridi ya titanium (TiN) au filamu ya tantalum nitridi (TaN). Mahitaji ya teknolojia ya viwandani yamekuza utafiti na ukuzaji wa teknolojia ya unyunyizaji wa mmenyuko wa kemikali, ambayo ni, katika chumba cha sputtering, pamoja na Ar, pia kuna nitrojeni tendaji ya gesi (N2), ili Ti au Ta ilirushwa kutoka nyenzo lengwa Ti au Ta humenyuka pamoja na N2 ili kutoa filamu ya TiN au TaN inayohitajika.
Kuna njia tatu zinazotumiwa sana za kunyunyiza, ambazo ni DC sputtering, RF sputtering na magnetron sputtering. Wakati uunganisho wa nyaya zilizounganishwa unaendelea kuongezeka, idadi ya tabaka za wiring za chuma za safu nyingi huongezeka, na matumizi ya teknolojia ya PVD yanazidi kuwa makubwa zaidi. Nyenzo za PVD ni pamoja na Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, nk.
Michakato ya PVD na sputtering kawaida hukamilishwa katika chumba cha mmenyuko kilichofungwa sana na shahada ya utupu ya 1 × 10-7 hadi 9 × 10-9 Torr, ambayo inaweza kuhakikisha usafi wa gesi wakati wa majibu; wakati huo huo, voltage ya juu ya nje inahitajika ili ionize gesi adimu ili kuzalisha voltage ya juu ya kutosha ili kupiga lengo. Vigezo kuu vya kutathmini michakato ya PVD na sputtering ni pamoja na kiasi cha vumbi, pamoja na thamani ya upinzani, usawa, unene wa kutafakari na mkazo wa filamu iliyoundwa.
2.2 Uwekaji wa Mvuke wa Kemikali na Mchakato wa Kunyunyiza
Uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD) inarejelea teknolojia ya mchakato ambapo aina mbalimbali za viitikio vya gesi vilivyo na shinikizo la sehemu tofauti hutenda kemikali kwa joto na shinikizo fulani, na dutu ngumu inayozalishwa huwekwa kwenye uso wa nyenzo ya substrate ili kupata nyembamba inayotaka. filamu. Katika mchakato wa jadi wa utengenezaji wa saketi zilizounganishwa, nyenzo za filamu nyembamba zilizopatikana kwa ujumla ni misombo kama vile oksidi, nitridi, karbidi, au nyenzo kama vile silikoni ya polycrystalline na silikoni ya amofasi. Ukuaji maalum wa epitaxial, ambao hutumiwa zaidi baada ya nodi ya 45nm, kama vile chanzo na unyevu wa SiGe au Si selective epitaxial growth, pia ni teknolojia ya CVD.
Teknolojia hii inaweza kuendelea kuunda nyenzo za fuwele za aina moja au sawa na kimiani asili kwenye substrate moja ya fuwele ya silikoni au vifaa vingine kando ya kimiani ya asili. CVD hutumiwa sana katika ukuaji wa filamu za kuhami za dielectric (kama vile SiO2, Si3N4 na SiON, nk) na filamu za chuma (kama vile tungsten, nk).
Kwa ujumla, kulingana na uainishaji wa shinikizo, CVD inaweza kugawanywa katika utuaji wa mvuke wa kemikali ya shinikizo la anga (APCVD), uwekaji wa kemikali ya shinikizo la angahewa (SAPCVD) na utuaji wa mvuke wa kemikali ya shinikizo la chini (LPCVD).
Kulingana na uainishaji wa halijoto, CVD inaweza kugawanywa katika joto la juu/joto la chini la filamu ya oksidi utuaji wa kemikali ya mvuke (HTO/LTO CVD) na uwekaji wa haraka wa mvuke wa kemikali ya joto (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Kulingana na chanzo cha majibu, CVD inaweza kugawanywa katika CVD yenye msingi wa silane, CVD yenye msingi wa polyester (CVD inayotokana na TEOS) na uwekaji wa mvuke wa kemikali ya kikaboni (MOCVD);
Kulingana na uainishaji wa nishati, CVD inaweza kugawanywa katika utuaji wa mvuke wa kemikali ya mafuta (Thermal CVD), utuaji wa kemikali ya plasma iliyoimarishwa (Plasma Enhanced CVD, PECVD) na uwekaji wa mvuke wa kemikali ya plasma ya juu (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Hivi majuzi, uwekaji wa mvuke wa kemikali unaoweza kutiririka (Flowable CVD, FCVD) yenye uwezo bora wa kujaza pengo pia umetengenezwa.
Filamu tofauti zilizokuzwa na CVD zina sifa tofauti (kama vile utungaji wa kemikali, dielectric constant, tension, stress na breakdown voltage) na zinaweza kutumika kando kulingana na mahitaji tofauti ya mchakato (kama vile joto, chanjo ya hatua, mahitaji ya kujaza, nk).
2.3 Mchakato wa kuweka safu ya atomiki
Uwekaji wa safu ya atomiki (ALD) inarejelea utuaji wa safu ya atomi kwa safu kwenye nyenzo ndogo kwa kukuza safu ya filamu ya atomiki kwa safu. ALD ya kawaida inachukua mbinu ya kuingiza vitangulizi vya gesi kwenye reactor kwa njia ya kupitisha.
Kwa mfano, kwanza, mtangulizi wa majibu 1 huletwa kwenye uso wa substrate, na baada ya adsorption ya kemikali, safu moja ya atomiki huundwa kwenye uso wa substrate; kisha mtangulizi 1 iliyobaki kwenye uso wa substrate na katika chumba cha majibu hupigwa nje na pampu ya hewa; kisha kitangulizi cha 2 cha mmenyuko huletwa ndani ya uso wa substrate, na kemikali humenyuka na mtangulizi 1 kwenye uso wa substrate ili kuzalisha nyenzo zinazolingana za filamu nyembamba na bidhaa zinazofanana kwenye uso wa substrate; wakati mtangulizi 1 humenyuka kabisa, majibu yatakoma kiatomati, ambayo ni tabia ya kujizuia ya ALD, na kisha viitikio vilivyobaki na bidhaa za ziada hutolewa ili kujiandaa kwa hatua inayofuata ya ukuaji; kwa kurudia mchakato huo hapo juu kila wakati, utuaji wa nyenzo nyembamba za filamu zilizokuzwa safu kwa safu na atomi moja zinaweza kupatikana.
ALD na CVD zote ni njia za kuanzisha chanzo cha mmenyuko wa kemikali ya gesi ili kuathiri kemikali kwenye uso wa substrate, lakini tofauti ni kwamba chanzo cha mmenyuko wa gesi cha CVD hakina sifa ya ukuaji wa kujitegemea. Inaweza kuonekana kuwa ufunguo wa kukuza teknolojia ya ALD ni kupata vitangulizi vilivyo na sifa za athari za kujizuia.
2.4 Mchakato wa Epitaxial
Mchakato wa Epitaxial unarejelea mchakato wa kukuza safu moja ya fuwele iliyoamuru kabisa kwenye substrate. Kwa ujumla, mchakato wa epitaxial ni kukuza safu ya fuwele yenye mwelekeo sawa wa kimiani kama substrate asili kwenye substrate moja ya fuwele. Mchakato wa Epitaxial hutumiwa sana katika utengenezaji wa semiconductor, kama vile kaki za silicon za epitaxial katika tasnia ya saketi iliyounganishwa, chanzo kilichopachikwa na kuondoa ukuaji wa epitaxial wa transistors za MOS, ukuaji wa epitaxial kwenye substrates za LED, nk.
Kulingana na hali tofauti za awamu ya chanzo cha ukuaji, mbinu za ukuaji wa epitaksia zinaweza kugawanywa katika epitaksi ya awamu thabiti, epitaksi ya awamu ya kioevu, na epitaksi ya awamu ya mvuke. Katika utengenezaji wa mzunguko jumuishi, mbinu za epitaxial zinazotumiwa sana ni epitaksi ya awamu imara na epitaksi ya awamu ya mvuke.
Epitaksi ya awamu thabiti: inarejelea ukuaji wa safu moja ya fuwele kwenye substrate kwa kutumia chanzo kigumu. Kwa mfano, annealing ya mafuta baada ya kupandikizwa kwa ayoni ni mchakato dhabiti wa awamu ya epitaksi. Wakati wa upandikizaji wa ioni, atomi za silicon za kaki ya silicon hushambuliwa na ayoni zilizopandikizwa zenye nishati nyingi, na kuacha nafasi zao za awali za kimiani na kuwa amofasi, na kutengeneza safu ya silicon ya amofasi ya uso. Baada ya uwekaji wa joto la juu, atomi za amofasi hurudi kwenye nafasi zao za kimiani na kubaki sawa na uelekeo wa fuwele ya atomiki ndani ya substrate.
Mbinu za ukuaji za epitaksi ya awamu ya mvuke ni pamoja na epitaksi ya awamu ya mvuke, epitaksi ya boriti ya molekuli, epitaksi ya safu ya atomiki, n.k. Katika utengenezaji wa saketi jumuishi, epitaksi ya awamu ya mvuke ndiyo inayotumiwa zaidi. Kanuni ya epitaksi ya awamu ya mvuke wa kemikali kimsingi ni sawa na ile ya uwekaji wa mvuke wa kemikali. Yote ni michakato ambayo huweka filamu nyembamba kwa kuguswa kwa kemikali kwenye uso wa kaki baada ya kuchanganya gesi.
Tofauti ni kwamba kwa sababu epitaksi ya awamu ya mvuke ya kemikali hukua safu moja ya fuwele, ina mahitaji ya juu ya maudhui ya uchafu katika vifaa na usafi wa uso wa kaki. Mchakato wa awali wa silicon ya epitaxial ya awamu ya mvuke wa kemikali unahitaji kufanywa chini ya hali ya juu ya joto (zaidi ya 1000 ° C). Pamoja na uboreshaji wa vifaa vya mchakato, hasa kupitishwa kwa teknolojia ya chumba cha kubadilishana utupu, usafi wa cavity ya vifaa na uso wa kaki ya silicon umeboreshwa sana, na epitaxy ya silicon inaweza kufanywa kwa joto la chini (600-700 °). C). Mchakato wa kaki wa silicon epitaxial ni kukuza safu ya silicon moja ya fuwele kwenye uso wa kaki ya silicon.
Ikilinganishwa na sehemu ndogo ya awali ya silicon, safu ya silikoni ya epitaxial ina usafi wa hali ya juu na kasoro chache za kimiani, na hivyo kuboresha mavuno ya utengenezaji wa semiconductor. Kwa kuongeza, unene wa ukuaji na mkusanyiko wa doping wa safu ya silicon ya epitaxial iliyopandwa kwenye kaki ya silicon inaweza kutengenezwa kwa urahisi, ambayo huleta kubadilika kwa muundo wa kifaa , kama vile kupunguza upinzani wa substrate na kuimarisha kutengwa kwa substrate. Mchakato wa epitaxial uliopachikwa wa chanzo ni teknolojia inayotumiwa sana katika nodi za teknolojia ya mantiki ya hali ya juu.
Inarejelea mchakato wa kukuza silikoni ya germanium iliyochanganywa kwa muda mrefu au silikoni katika sehemu za chanzo na mifereji ya maji ya transistors za MOS. Faida kuu za kuanzisha mchakato wa epitaxial uliopachikwa wa chanzo-chanzo ni pamoja na: kukua safu ya pseudocrystalline yenye mkazo kutokana na kukabiliana na kimiani, kuboresha uhamaji wa carrier wa channel; doping katika-situ ya chanzo na mifereji ya maji inaweza kupunguza upinzani wa vimelea wa makutano ya mifereji ya maji ya chanzo na kupunguza kasoro za upandikizaji wa ioni za nishati nyingi.
3. vifaa vya ukuaji wa filamu nyembamba
3.1 Vifaa vya uvukizi wa ombwe
Uvukizi wa ombwe ni njia ya upako ambayo hupasha joto nyenzo ngumu katika chumba cha utupu ili kuvifanya kuyeyuka, kuyeyuka au kufifia, kisha kufinyangwa na kuweka juu ya uso wa nyenzo ndogo kwa joto fulani.
Kawaida ina sehemu tatu, yaani mfumo wa utupu, mfumo wa uvukizi na mfumo wa joto. Mfumo wa utupu una mabomba ya utupu na pampu za utupu, na kazi yake kuu ni kutoa mazingira ya utupu yenye sifa ya uvukizi. Mfumo wa uvukizi una meza ya uvukizi, sehemu ya joto na sehemu ya kipimo cha joto.
Nyenzo inayolengwa ya kuyeyushwa (kama vile Ag, Al, n.k.) imewekwa kwenye jedwali la uvukizi; sehemu ya kipimo cha joto na joto ni mfumo wa kitanzi funge unaotumiwa kudhibiti joto la uvukizi ili kuhakikisha uvukizi laini. Mfumo wa joto hujumuisha hatua ya kaki na sehemu ya joto. Hatua ya kaki hutumika kuweka substrate ambayo filamu nyembamba inahitaji kuyeyushwa, na sehemu ya kupokanzwa hutumika kutambua joto la substrate na udhibiti wa maoni ya kipimo cha joto.
Mazingira ya utupu ni hali muhimu sana katika mchakato wa uvukizi wa utupu, unaohusiana na kiwango cha uvukizi na ubora wa filamu. Ikiwa kiwango cha utupu hakikidhi mahitaji, atomi au molekuli zilizovukizwa zitagongana mara kwa mara na molekuli za gesi zilizobaki, na kufanya njia yao ya bure kuwa ndogo, na atomi au molekuli zitatawanyika sana, na hivyo kubadilisha mwelekeo wa harakati na kupunguza filamu. kiwango cha malezi.
Aidha, kutokana na kuwepo kwa molekuli za gesi ya uchafu iliyobaki, filamu iliyowekwa imechafuliwa sana na ya ubora duni, hasa wakati kiwango cha kupanda kwa shinikizo cha chumba hakifikii kiwango na kuna uvujaji, hewa itavuja kwenye chumba cha utupu. , ambayo itakuwa na athari kubwa kwa ubora wa filamu.
Tabia za kimuundo za vifaa vya uvukizi wa utupu huamua kuwa usawa wa mipako kwenye substrates za ukubwa mkubwa ni duni. Ili kuboresha ulinganifu wake, mbinu ya kuongeza umbali wa chanzo-chanzo na kuzungusha substrate kwa ujumla inakubaliwa, lakini kuongeza umbali wa chanzo-substrate kutagharimu kiwango cha ukuaji na usafi wa filamu. Wakati huo huo, kutokana na ongezeko la nafasi ya utupu, kiwango cha matumizi ya nyenzo za uvukizi hupunguzwa.
3.2 DC kifaa cha kuweka mvuke halisi
Uwekaji wa mvuke halisi wa sasa wa moja kwa moja (DCPVD) pia hujulikana kama kunyunyiza kwa cathode au utupu wa DC wa hatua mbili. Nyenzo inayolengwa ya umwagiliaji wa DC wa utupu hutumiwa kama cathode na sehemu ndogo hutumika kama anode. Kunyunyiza kwa utupu ni kuunda plasma kwa ionizing mchakato wa gesi.
Chembe za kushtakiwa katika plasma zinaharakishwa katika uwanja wa umeme ili kupata kiasi fulani cha nishati. Chembe zenye nishati ya kutosha hushambulia uso wa nyenzo inayolengwa, ili atomi zinazolengwa zisambazwe nje; atomi zilizotapakaa zenye nishati fulani ya kinetiki husogea kuelekea sehemu ndogo ili kutengeneza filamu nyembamba kwenye uso wa substrate. Gesi inayotumiwa kwa kunyunyiza kwa ujumla ni gesi adimu, kama vile argon (Ar), kwa hivyo filamu inayoundwa na sputtering haitachafuliwa; kwa kuongeza, radius ya atomiki ya argon inafaa zaidi kwa sputtering.
Ukubwa wa chembe za kunyunyiza lazima iwe karibu na saizi ya atomi inayolengwa ya kunyunyiziwa. Ikiwa chembe ni kubwa sana au ndogo sana, sputtering yenye ufanisi haiwezi kuundwa. Mbali na sababu ya ukubwa wa atomi, kipengele cha wingi cha atomi pia kitaathiri ubora wa kunyunyiza. Ikiwa chanzo cha chembe ya sputtering ni nyepesi sana, atomi zinazolengwa hazitapunjwa; ikiwa chembe za sputtering ni nzito sana, lengo "litakuwa limeinama" na lengo halitapigwa.
Nyenzo inayolengwa inayotumiwa katika DCPVD lazima iwe kondakta. Hii ni kwa sababu wakati ioni za argon katika mchakato wa gesi hupiga nyenzo lengwa, zitaungana tena na elektroni kwenye uso wa nyenzo inayolengwa. Wakati nyenzo inayolengwa ni kondakta kama vile chuma, elektroni zinazotumiwa na muunganisho huu hujazwa tena kwa urahisi na usambazaji wa nguvu na elektroni za bure katika sehemu zingine za nyenzo inayolengwa kupitia upitishaji wa umeme, ili uso wa nyenzo inayolengwa iwe kama nyenzo. nzima inabaki na chaji hasi na sputtering ni iimarishwe.
Kinyume chake, ikiwa nyenzo inayolengwa ni kizio, baada ya elektroni kwenye uso wa nyenzo inayolengwa kuunganishwa tena, elektroni za bure katika sehemu zingine za nyenzo inayolengwa haziwezi kujazwa tena na upitishaji wa umeme, na hata malipo chanya yatajilimbikiza kwenye uso wa nyenzo inayolengwa, na kusababisha uwezekano wa nyenzo inayolengwa kuongezeka, na chaji hasi ya nyenzo inayolengwa inadhoofika hadi inatoweka, na mwishowe kusababisha kukomeshwa kwa sputtering.
Kwa hiyo, ili kufanya vifaa vya kuhami pia vinavyoweza kutumika kwa sputtering, ni muhimu kutafuta njia nyingine ya sputtering. Usambazaji wa masafa ya redio ni njia ya kunyunyiza ambayo inafaa kwa shabaha za conductive na zisizo za conductive.
Hasara nyingine ya DCPVD ni kwamba voltage ya kuwasha ni ya juu na bombardment ya elektroni kwenye substrate ni nguvu. Njia bora ya kutatua tatizo hili ni kutumia magnetron sputtering, hivyo magnetron sputtering ni kweli ya thamani ya vitendo katika uwanja wa nyaya jumuishi.
3.3 Vifaa vya Uwekaji wa Mvuke wa Kimwili wa RF
Uwekaji wa mvuke halisi wa masafa ya redio (RFPVD) hutumia nguvu ya masafa ya redio kama chanzo cha msisimko na ni mbinu ya PVD inayofaa kwa aina mbalimbali za nyenzo za chuma na zisizo za metali.
Masafa ya kawaida ya usambazaji wa umeme wa RF unaotumiwa katika RFPVD ni 13.56MHz, 20MHz, na 60MHz. Mzunguko mzuri na hasi wa usambazaji wa umeme wa RF huonekana kwa njia mbadala. Wakati lengo la PVD liko katika mzunguko wa nusu chanya, kwa sababu uso unaolengwa uko katika uwezo chanya, elektroni katika anga ya mchakato zitapita kwenye uso unaolengwa ili kugeuza chaji chanya iliyokusanywa kwenye uso wake, na hata kuendelea kujilimbikiza elektroni. kufanya uso wake upendeleo mbaya; wakati shabaha ya kunyunyiza iko katika mzunguko wa nusu hasi, ioni chanya zitasonga kuelekea kwenye lengo na kutengwa kwa sehemu kwenye uso unaolengwa.
Jambo muhimu zaidi ni kwamba kasi ya harakati ya elektroni kwenye uwanja wa umeme wa RF ni haraka sana kuliko ile ya ions chanya, wakati wakati wa mizunguko chanya na hasi ni sawa, kwa hivyo baada ya mzunguko kamili, uso unaolengwa utakuwa. "wavu" imechajiwa vibaya. Kwa hiyo, katika mizunguko michache ya kwanza, malipo mabaya ya uso wa lengo yanaonyesha hali inayoongezeka; baada ya hapo, uso unaolengwa unafikia uwezo hasi thabiti; baada ya hapo, kwa sababu chaji hasi ya lengo ina athari ya kuchukiza kwa elektroni, kiasi cha chaji chanya na hasi kilichopokelewa na elektrodi inayolengwa huelekea kusawazisha, na lengo linatoa malipo hasi thabiti.
Kutoka kwa mchakato ulio hapo juu, inaweza kuonekana kuwa mchakato wa uundaji wa voltage hasi hauhusiani na mali ya nyenzo inayolengwa yenyewe, kwa hivyo njia ya RFPVD haiwezi tu kutatua shida ya sputtering ya malengo ya kuhami joto, lakini pia inaendana vizuri. na malengo ya kawaida ya kondakta wa chuma.
3.4 Vifaa vya kunyunyizia sumaku
Magnetron sputtering ni njia ya PVD ambayo huongeza sumaku nyuma ya lengo. Sumaku zilizoongezwa na mfumo wa usambazaji wa umeme wa DC (au ugavi wa umeme wa AC) huunda chanzo cha magnetron sputtering. Chanzo cha kunyunyiza hutumiwa kuunda uwanja unaoingiliana wa sumaku-umeme kwenye chemba, kukamata na kupunguza safu ya elektroni kwenye plasma ndani ya chemba, kupanua njia ya elektroni, na hivyo kuongeza mkusanyiko wa plasma, na hatimaye kufikia zaidi. utuaji.
Kwa kuongeza, kwa sababu elektroni nyingi zimefungwa karibu na uso wa lengo, bombardment ya substrate na elektroni hupunguzwa, na joto la substrate hupunguzwa. Ikilinganishwa na teknolojia ya gorofa-sahani ya DCPVD, mojawapo ya vipengele vya wazi zaidi vya teknolojia ya uwekaji wa mvuke ya magnetron ni kwamba voltage ya kutokwa kwa moto iko chini na imara zaidi.
Kwa sababu ya mkusanyiko wake wa juu wa plasma na mavuno makubwa ya sputtering, inaweza kufikia ufanisi bora wa utuaji, udhibiti wa unene wa uwekaji katika safu kubwa ya saizi, udhibiti sahihi wa utunzi na voltage ya chini ya kuwasha. Kwa hiyo, magnetron sputtering iko katika nafasi kubwa katika filamu ya sasa ya chuma PVD. Muundo rahisi zaidi wa chanzo cha sumaku ni kuweka kundi la sumaku nyuma ya shabaha bapa (nje ya mfumo wa utupu) ili kuzalisha uga wa sumaku sambamba na uso unaolengwa katika eneo la karibu kwenye uso unaolengwa.
Ikiwa sumaku ya kudumu imewekwa, uwanja wake wa sumaku umewekwa kwa kiasi, na kusababisha usambazaji wa shamba la sumaku uliowekwa kwenye uso unaolengwa kwenye chumba. Nyenzo tu katika maeneo maalum ya lengo hupigwa, kiwango cha matumizi ya lengo ni cha chini, na usawa wa filamu iliyoandaliwa ni duni.
Kuna uwezekano fulani kwamba chuma kilichomwagika au chembe nyingine za nyenzo zitawekwa nyuma kwenye uso unaolengwa, na hivyo kukusanyika katika chembe na kutengeneza uchafuzi wa kasoro. Kwa hivyo, vyanzo vya kibiashara vya magnetron sputtering zaidi hutumia muundo wa sumaku unaozunguka ili kuboresha usawa wa filamu, kiwango cha matumizi inayolengwa, na unyunyizaji kamili wa shabaha.
Ni muhimu kusawazisha mambo haya matatu. Ikiwa usawa hautashughulikiwa vizuri, inaweza kusababisha usawa mzuri wa filamu huku ikipunguza sana kiwango cha utumiaji lengwa (kufupisha maisha lengwa), au kushindwa kufikia urushaji kamili wa shabaha au kutu kamili inayolengwa, ambayo itasababisha shida za chembe wakati wa kunyunyiza. mchakato.
Katika teknolojia ya magnetron PVD, ni muhimu kuzingatia utaratibu wa harakati ya sumaku inayozunguka, umbo la lengo, mfumo wa baridi unaolenga na chanzo cha magnetron sputtering, pamoja na usanidi wa kazi wa msingi unaobeba kaki, kama vile adsorption ya kaki na udhibiti wa joto. Katika mchakato wa PVD, hali ya joto ya kaki inadhibitiwa ili kupata muundo wa kioo unaohitajika, ukubwa wa nafaka na mwelekeo, pamoja na utulivu wa utendaji.
Kwa kuwa upitishaji wa joto kati ya nyuma ya kaki na uso wa msingi unahitaji shinikizo fulani, kwa kawaida katika mpangilio wa Torr kadhaa, na shinikizo la kufanya kazi la chumba kawaida huwa katika mpangilio wa mTorr kadhaa, shinikizo nyuma. ya kaki ni kubwa zaidi kuliko shinikizo kwenye uso wa juu wa kaki, kwa hivyo chuck ya mitambo au chuck ya kielektroniki inahitajika ili kuweka na kupunguza kaki.
Chuck ya mitambo inategemea uzito wake mwenyewe na makali ya kaki ili kufikia kazi hii. Ingawa ina faida za muundo rahisi na kutokuwa na hisia kwa nyenzo za kaki, athari ya makali ya kaki ni dhahiri, ambayo haifai kwa udhibiti mkali wa chembe. Kwa hivyo, imebadilishwa hatua kwa hatua na chuck ya kielektroniki katika mchakato wa utengenezaji wa IC.
Kwa michakato ambayo sio nyeti sana kwa halijoto, njia isiyo ya adsorption, isiyo na makali ya kuwekewa rafu (hakuna tofauti ya shinikizo kati ya nyuso za juu na za chini za kaki) pia inaweza kutumika. Wakati wa mchakato wa PVD, bitana vya chumba na uso wa sehemu zinazogusana na plasma zitawekwa na kufunikwa. Wakati unene wa filamu uliowekwa unazidi kikomo, filamu itapasuka na kujiondoa, na kusababisha matatizo ya chembe.
Kwa hivyo, matibabu ya uso wa sehemu kama vile bitana ndio ufunguo wa kupanua kikomo hiki. Kunyunyizia mchanga wa uso na kunyunyizia alumini ni njia mbili za kawaida zinazotumiwa, madhumuni ya ambayo ni kuongeza ukali wa uso ili kuimarisha kuunganisha kati ya filamu na uso wa bitana.
3.5 Vifaa vya Uwekaji wa Mvuke wa Ionization
Pamoja na maendeleo endelevu ya teknolojia ya microelectronics, ukubwa wa vipengele unakuwa mdogo na mdogo. Kwa kuwa teknolojia ya PVD haiwezi kudhibiti mwelekeo wa utuaji wa chembe, uwezo wa PVD kuingia kupitia mashimo na njia nyembamba zilizo na uwiano wa hali ya juu ni mdogo, na kufanya utumizi uliopanuliwa wa teknolojia ya jadi ya PVD kukabiliwa na changamoto. Katika mchakato wa PVD, kadiri uwiano wa sehemu ya shimo unavyoongezeka, ufunikaji chini hupungua, na kutengeneza muundo wa kuning'inia unaofanana na miisho kwenye kona ya juu, na kutengeneza kifuniko dhaifu zaidi kwenye kona ya chini.
Teknolojia ya uwekaji wa mvuke wa ionized ilitengenezwa ili kutatua tatizo hili. Ni kwanza plasmatize atomi chuma sputtered kutoka lengo kwa njia tofauti, na kisha kurekebisha voltage upendeleo kubeba juu ya kaki kudhibiti mwelekeo na nishati ya ioni chuma kupata imara directional ioni mtiririko wa chuma kuandaa filamu nyembamba, na hivyo kuboresha. chanjo ya chini ya hatua za uwiano wa kipengele cha juu kupitia mashimo na njia nyembamba.
Kipengele cha kawaida cha teknolojia ya plasma ya ionized ya chuma ni kuongeza ya coil ya mzunguko wa redio kwenye chumba. Wakati wa mchakato, shinikizo la kazi la chumba huhifadhiwa kwa hali ya juu (mara 5 hadi 10 ya shinikizo la kawaida la kufanya kazi). Wakati wa PVD, coil ya mzunguko wa redio hutumiwa kuzalisha eneo la pili la plasma, ambalo mkusanyiko wa plasma ya argon huongezeka kwa ongezeko la nguvu za mzunguko wa redio na shinikizo la gesi. Wakati atomi za chuma zinazotapakaa kutoka kwa shabaha hupitia eneo hili, huingiliana na plasma ya argon yenye msongamano wa juu kuunda ayoni za chuma.
Kuweka chanzo cha RF kwenye kibebea cha kaki (kama vile chuck ya kielektroniki) kunaweza kuongeza upendeleo hasi kwenye kaki ili kuvutia ayoni chanya za chuma chini ya shimo la shimo. Mtiririko huu wa ioni ya chuma unaoelekea kwa uso wa kaki huboresha chanjo ya chini ya sehemu ya pores ya uwiano wa juu na njia nyembamba.
Upendeleo hasi unaowekwa kwenye kaki pia husababisha ayoni kulipua uso wa kaki (reverse sputtering), ambayo hudhoofisha muundo unaoning'inia wa mdomo wa shimo la pore na kunyunyiza filamu iliyowekwa chini kwenye kuta za kando kwenye pembe za chini ya pore. groove, na hivyo kuimarisha chanjo ya hatua kwenye pembe.
3.6 Kifaa cha Kuweka Mvuke wa Shinikizo la Anga
Vifaa vya uwekaji wa mvuke wa kemikali ya shinikizo la angahewa (APCVD) hurejelea kifaa ambacho hunyunyizia chanzo cha mmenyuko wa gesi kwa kasi isiyobadilika kwenye uso wa sehemu ndogo iliyopashwa joto chini ya mazingira yenye shinikizo karibu na shinikizo la anga, na kusababisha chanzo cha mmenyuko kuguswa na kemikali. uso wa substrate, na bidhaa ya mmenyuko huwekwa kwenye uso wa substrate ili kuunda filamu nyembamba.
Vifaa vya APCVD ndicho kifaa cha mapema zaidi cha CVD na bado kinatumika sana katika uzalishaji wa viwandani na utafiti wa kisayansi. Vifaa vya APCVD vinaweza kutumika kuandaa filamu nyembamba kama vile silikoni ya fuwele moja, silikoni ya polycrystalline, dioksidi ya silicon, oksidi ya zinki, dioksidi ya titani, glasi ya phosphosilicate, na glasi ya borophosphosilicate.
3.7 Kifaa cha Uwekaji wa Mvuke wa Shinikizo la Chini
Vifaa vya uwekaji wa mvuke wa kemikali yenye shinikizo la chini (LPCVD) hurejelea vifaa vinavyotumia malighafi ya gesi kuitikia kwa kemikali kwenye uso wa sehemu ndogo iliyo imara chini ya mazingira yenye joto (350-1100°C) na shinikizo la chini (10-100mTorr), na viitikio huwekwa kwenye uso wa substrate ili kuunda filamu nyembamba. Vifaa vya LPCVD vinatengenezwa kwa msingi wa APCVD ili kuboresha ubora wa filamu nyembamba, kuboresha usawa wa usambazaji wa vigezo vya sifa kama vile unene wa filamu na upinzani, na kuboresha ufanisi wa uzalishaji.
Kipengele chake kuu ni kwamba katika mazingira ya chini ya shinikizo la mafuta, mchakato wa gesi humenyuka kwa kemikali kwenye uso wa substrate ya kaki, na bidhaa za majibu huwekwa kwenye uso wa substrate ili kuunda filamu nyembamba. Vifaa vya LPCVD vina faida katika utayarishaji wa filamu nyembamba za ubora wa juu na vinaweza kutumika kuandaa filamu nyembamba kama vile oksidi ya silicon, nitridi ya silicon, polysilicon, silicon carbudi, nitridi ya gallium na graphene.
Ikilinganishwa na APCVD, mazingira ya athari ya shinikizo la chini ya vifaa vya LPCVD huongeza wastani wa njia isiyolipishwa na mgawo wa usambaaji wa gesi kwenye chumba cha athari.
Gesi ya mmenyuko na molekuli za gesi ya carrier katika chumba cha mmenyuko zinaweza kusambazwa sawasawa kwa muda mfupi, hivyo kuboresha sana usawa wa unene wa filamu, usawa wa kupinga na chanjo ya hatua ya filamu, na matumizi ya gesi ya mmenyuko pia ni ndogo. Aidha, mazingira ya chini ya shinikizo pia huharakisha kasi ya maambukizi ya vitu vya gesi. Uchafu na athari za bidhaa zilizosambazwa kutoka kwa substrate zinaweza kutolewa haraka nje ya eneo la athari kupitia safu ya mpaka, na gesi ya mmenyuko hupita haraka kwenye safu ya mpaka kufikia uso wa substrate kwa athari, na hivyo kukandamiza kwa ufanisi dawa za kibinafsi, kuandaa. filamu za ubora wa juu na kanda za mpito zenye mwinuko, na pia kuboresha ufanisi wa uzalishaji.
3.8 Plasma Kifaa Kilichoimarishwa cha Kuweka Mvuke wa Kemikali
Plasma kuimarishwa mvuke kemikali utuaji (PECVD) ni sana kutumika tteknolojia ya uwekaji filamu ya hin. Wakati wa mchakato wa plasma, kitangulizi cha gesi hutiwa ionized chini ya hatua ya plasma ili kuunda vikundi vilivyo na msisimko, ambavyo huenea kwenye uso wa substrate na kisha hupitia athari za kemikali ili kukamilisha ukuaji wa filamu.
Kulingana na mzunguko wa kizazi cha plasma, plasma inayotumiwa katika PECVD inaweza kugawanywa katika aina mbili: plasma ya mzunguko wa redio (RF plasma) na plasma ya microwave (Microwave plasma). Kwa sasa, mzunguko wa redio unaotumiwa katika sekta hiyo kwa ujumla ni 13.56MHz.
Kuanzishwa kwa plasma ya mzunguko wa redio kawaida hugawanywa katika aina mbili: capacitive coupling (CCP) na inductive coupling (ICP). Njia ya kuunganisha capacitive ni kawaida njia ya majibu ya plasma ya moja kwa moja; wakati njia ya kuunganisha kwa kufata neno inaweza kuwa njia ya plasma ya moja kwa moja au njia ya plasma ya mbali.
Katika michakato ya utengenezaji wa semiconductor, PECVD mara nyingi hutumiwa kukuza filamu nyembamba kwenye substrates zenye metali au miundo mingine inayohimili joto. Kwa mfano, katika uwanja wa uunganisho wa chuma wa nyuma wa mizunguko iliyounganishwa, kwa kuwa chanzo, lango na miundo ya kukimbia ya kifaa imeundwa katika mchakato wa mwisho wa mbele, ukuaji wa filamu nyembamba katika uwanja wa uunganisho wa chuma ni chini. kwa vikwazo vikali vya bajeti ya mafuta, hivyo kawaida hukamilishwa kwa usaidizi wa plasma. Kwa kurekebisha vigezo vya mchakato wa plasma, wiani, muundo wa kemikali, maudhui ya uchafu, ugumu wa mitambo na vigezo vya mkazo vya filamu nyembamba iliyopandwa na PECVD inaweza kubadilishwa na kuboreshwa ndani ya aina fulani.
3.9 Vifaa vya Kuweka Tabaka la Atomiki
Uwekaji wa safu ya atomiki (ALD) ni teknolojia nyembamba ya uwekaji wa filamu ambayo hukua mara kwa mara katika mfumo wa safu ya quasi-monoatomic. Tabia yake ni kwamba unene wa filamu iliyowekwa inaweza kubadilishwa kwa usahihi kwa kudhibiti idadi ya mizunguko ya ukuaji. Tofauti na mchakato wa uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD), watangulizi wawili (au zaidi) katika mchakato wa ALD hupita kupitia uso wa substrate na hutengwa kwa ufanisi na utakaso wa gesi adimu.
Vitangulizi viwili havitachanganyika na kukutana katika awamu ya gesi ili kuguswa na kemikali, lakini huguswa tu kupitia adsorption ya kemikali kwenye uso wa substrate. Katika kila mzunguko wa ALD, kiasi cha mtangulizi wa adsorbed kwenye uso wa substrate kinahusiana na msongamano wa vikundi vinavyofanya kazi kwenye uso wa substrate. Wakati vikundi tendaji kwenye uso wa substrate vimechoka, hata ikiwa ziada ya mtangulizi italetwa, adsorption ya kemikali haitatokea kwenye uso wa substrate.
Utaratibu huu wa mmenyuko unaitwa mmenyuko wa kujitegemea wa uso. Utaratibu huu wa mchakato hufanya unene wa filamu iliyokuzwa katika kila mzunguko wa mchakato wa ALD mara kwa mara, hivyo mchakato wa ALD una faida za udhibiti sahihi wa unene na chanjo nzuri ya hatua ya filamu.
3.10 Nyenzo ya Epitaxy ya Boriti ya Molekuli
Mfumo wa Molecular Beam Epitaxy (MBE) hurejelea kifaa cha epitaxial ambacho hutumia miale moja au zaidi ya miale ya atomiki ya nishati ya joto au miale ya molekuli kunyunyizia uso wa substrate yenye joto kwa kasi fulani chini ya hali ya utupu wa hali ya juu, na kutangaza na kuhamia kwenye uso wa substrate. kwa epitaxially kukua moja kioo filamu nyembamba pamoja na mwelekeo wa mhimili kioo wa nyenzo substrate. Kwa ujumla, chini ya hali ya kupokanzwa na tanuru ya ndege yenye ngao ya joto, chanzo cha boriti huunda boriti ya atomiki au boriti ya molekuli, na filamu inakua safu kwa safu pamoja na mwelekeo wa mhimili wa kioo wa nyenzo za substrate.
Sifa zake ni joto la chini la ukuaji wa epitaxial, na unene, kiolesura, muundo wa kemikali na mkusanyiko wa uchafu unaweza kudhibitiwa kwa usahihi katika kiwango cha atomiki. Ijapokuwa MBE ilitokana na utayarishaji wa filamu za fuwele nyembamba zaidi ya semiconductor, matumizi yake sasa yamepanuka hadi kufikia mifumo mbalimbali ya nyenzo kama vile metali na dielectrics za kuhami joto, na inaweza kuandaa III-V, II-VI, silicon, silicon gerimani (SiGe). ), graphene, oksidi na filamu za kikaboni.
Mfumo wa molekuli ya epitaksi ya boriti (MBE) huundwa hasa na mfumo wa utupu wa hali ya juu zaidi, chanzo cha boriti ya molekuli, mfumo wa kurekebisha substrate na joto, mfumo wa uhamishaji wa sampuli, mfumo wa ufuatiliaji wa in-situ, mfumo wa udhibiti na mtihani. mfumo.
Mfumo wa utupu ni pamoja na pampu za utupu (pampu za mitambo, pampu za molekuli, pampu za ioni, na pampu za condensation, nk.) na vali mbalimbali, ambazo zinaweza kuunda mazingira ya ukuaji wa utupu wa juu zaidi. Kiwango cha utupu kinachoweza kufikiwa kwa ujumla ni 10-8 hadi 10-11 Torr. Mfumo wa utupu hasa una vyumba vitatu vya kufanya kazi vya utupu, ambavyo ni sampuli ya chumba cha sindano, chemba ya matibabu ya mapema na ya uso, na chumba cha ukuaji.
Chumba cha sindano ya sampuli hutumiwa kuhamisha sampuli kwa ulimwengu wa nje ili kuhakikisha hali ya juu ya utupu wa vyumba vingine; chumba cha uchanganuzi wa matayarisho na uso huunganisha chemba ya sindano ya sampuli na chumba cha ukuaji, na kazi yake kuu ni kuchakata sampuli mapema (uondoaji wa gesi kwenye joto la juu ili kuhakikisha usafi kamili wa uso wa substrate) na kufanya uchambuzi wa awali wa uso kwenye sampuli iliyosafishwa; chumba cha ukuaji ni sehemu ya msingi ya mfumo wa MBE, inayoundwa hasa na tanuru ya chanzo na mkusanyiko wake wa shutter unaofanana, console ya udhibiti wa sampuli, mfumo wa baridi, kutafakari kwa diffraction ya elektroni ya juu ya nishati (RHEED), na mfumo wa ufuatiliaji wa in-situ. . Vifaa vingine vya uzalishaji vya MBE vina usanidi wa vyumba vingi vya ukuaji. Mchoro wa muundo wa vifaa vya MBE umeonyeshwa hapa chini:
MBE ya nyenzo za silicon hutumia silicon ya kiwango cha juu kama malighafi, hukua chini ya hali ya utupu wa hali ya juu (10-10～10-11Torr), na halijoto ya ukuaji ni 600°900℃, pamoja na Ga (P-aina) na Sb ( N-aina) kama vyanzo vya doping. Vyanzo vinavyotumika mara kwa mara kama vile P, As na B hazitumiki sana kama vyanzo vya boriti kwa sababu ni vigumu kuyeyuka.
Chumba cha mmenyuko cha MBE kina mazingira ya utupu ya hali ya juu, ambayo huongeza njia ya bure ya molekuli na inapunguza uchafuzi na oxidation kwenye uso wa nyenzo zinazokua. Nyenzo ya epitaxial iliyoandaliwa ina morphology nzuri ya uso na usawa, na inaweza kufanywa katika muundo wa multilayer na doping tofauti au vipengele tofauti vya nyenzo.
Teknolojia ya MBE inafanikisha ukuaji unaorudiwa wa tabaka za epitaxial nyembamba zaidi na unene wa safu moja ya atomiki, na kiolesura kati ya tabaka za epitaxial ni mwinuko. Inakuza ukuaji wa semiconductors III-V na vifaa vingine vingi vya tofauti. Kwa sasa, mfumo wa MBE umekuwa vifaa vya mchakato wa juu kwa ajili ya uzalishaji wa kizazi kipya cha vifaa vya microwave na vifaa vya optoelectronic. Hasara za teknolojia ya MBE ni kasi ya ukuaji wa filamu polepole, mahitaji ya juu ya utupu, na gharama kubwa za matumizi ya vifaa na vifaa.
3.11 Mfumo wa Epitaksi wa Awamu ya Mvuke
Mfumo wa epitaksi wa awamu ya mvuke (VPE) hurejelea kifaa cha ukuaji wa epitaxial ambacho husafirisha misombo ya gesi hadi kwenye substrate na kupata safu moja ya nyenzo za fuwele yenye mpangilio sawa wa kimiani na substrate kupitia athari za kemikali. Safu ya epitaxial inaweza kuwa safu ya homoepitaxial (Si/Si) au safu ya heteroepitaxial (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, nk.). Hivi sasa, teknolojia ya VPE imetumika sana katika nyanja za utayarishaji wa nanomaterial, vifaa vya nguvu, vifaa vya optoelectronic semiconductor, photovoltaics ya jua, na saketi zilizojumuishwa.
VPE ya kawaida inajumuisha epitaksi ya shinikizo la anga na epitaksi ya shinikizo iliyopunguzwa, uwekaji wa mvuke wa kemikali ya utupu wa juu zaidi, uwekaji wa mvuke ya kemikali ya kikaboni ya chuma, n.k. Mambo muhimu katika teknolojia ya VPE ni muundo wa chemba ya athari, hali ya mtiririko wa gesi na usawa, usawa wa halijoto na udhibiti wa usahihi. udhibiti wa shinikizo na utulivu, udhibiti wa chembe na kasoro, nk.
Kwa sasa, mwelekeo wa ukuzaji wa mifumo ya kawaida ya kibiashara ya VPE ni upakiaji mkubwa wa kaki, udhibiti wa kiotomatiki kikamilifu, na ufuatiliaji wa wakati halisi wa joto na mchakato wa ukuaji. Mifumo ya VPE ina miundo mitatu: wima, usawa na cylindrical. Njia za kupokanzwa ni pamoja na kupokanzwa upinzani, inapokanzwa kwa uingizaji wa juu-frequency na inapokanzwa mionzi ya infrared.
Kwa sasa, mifumo ya VPE hutumia zaidi miundo ya diski ya mlalo, ambayo ina sifa ya usawa mzuri wa ukuaji wa filamu ya epitaxial na upakiaji mkubwa wa kaki. Mifumo ya VPE kawaida huwa na sehemu nne: reactor, mfumo wa joto, mfumo wa njia ya gesi na mfumo wa kudhibiti. Kwa sababu muda wa ukuaji wa filamu za GaAs na GaN epitaxial ni mrefu kiasi, inapokanzwa induction na inapokanzwa upinzani hutumiwa zaidi. Katika silicon VPE, ukuaji nene wa filamu ya epitaxial hutumia joto la induction; ukuaji wa filamu nyembamba ya epitaxial mara nyingi hutumia upashaji joto wa infrared kufikia madhumuni ya kupanda/kushuka kwa kasi kwa joto.
3.12 Mfumo wa Epitaxy Awamu ya Kioevu
Mfumo wa Liquid Phase Epitaxy (LPE) hurejelea vifaa vya ukuaji wa epitaxial ambavyo huyeyusha nyenzo zitakazokuzwa (kama vile Si, Ga, As, Al, n.k.) na dopants (kama vile Zn, Te, Sn, n.k.) katika a. chuma kilicho na kiwango cha chini cha kuyeyuka (kama vile Ga, In, nk), ili soluti ijazwe au imejaa zaidi katika kutengenezea, na kisha substrate moja ya kioo inaguswa na ufumbuzi, na solute hutolewa kutoka kwa kutengenezea. hatua kwa hatua kupoa chini, na safu ya vifaa vya kioo na muundo wa kioo na kimiani mara kwa mara sawa na ile ya substrate ni mzima juu ya uso wa substrate.
Mbinu ya LPE ilipendekezwa na Nelson et al. mwaka wa 1963. Inatumika kukuza filamu za Si nyembamba na vifaa vya fuwele moja, pamoja na vifaa vya semiconductor kama vile vikundi vya III-IV na zebaki cadmium telluride, na inaweza kutumika kutengeneza vifaa mbalimbali vya optoelectronic, vifaa vya microwave, vifaa vya semiconductor na seli za jua. .
—————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicera inaweza kutoasehemu za grafiti, kuhisi laini/imara, sehemu za silicon, Sehemu za kaboni za silicon za CVD, naSehemu zilizofunikwa za SiC/TaCna ndani ya siku 30.
Ikiwa una nia ya bidhaa za semiconductor hapo juu,tafadhali usisite kuwasiliana nasi kwa mara ya kwanza.
Simu: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Muda wa kutuma: Aug-31-2024