1. შესავალი
სუბსტრატის მასალების ზედაპირზე ნივთიერებების (ნედლეულის) მიმაგრების პროცესს ფიზიკური ან ქიმიური მეთოდებით ეწოდება თხელი ფირის ზრდა.
მუშაობის სხვადასხვა პრინციპის მიხედვით, ინტეგრირებული მიკროსქემის თხელი ფირის დეპონირება შეიძლება დაიყოს:
-ფიზიკური ორთქლის დეპონირება (PVD);
-ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD);
- გაფართოება.
2. თხელი ფირის ზრდის პროცესი
2.1 ფიზიკური ორთქლის დეპონირება და დაფქვის პროცესი
ფიზიკური ორთქლის დეპონირების პროცესი (PVD) გულისხმობს ფიზიკური მეთოდების გამოყენებას, როგორიცაა ვაკუუმური აორთქლება, დაფქვა, პლაზმური საფარი და მოლეკულური სხივის ეპიტაქსია ვაფლის ზედაპირზე თხელი ფილმის შესაქმნელად.
VLSI ინდუსტრიაში, ყველაზე ფართოდ გამოყენებული PVD ტექნოლოგია არის sputtering, რომელიც ძირითადად გამოიყენება ელექტროდებისა და ინტეგრირებული სქემების ლითონის ურთიერთდაკავშირებისთვის. გაფცქვნა არის პროცესი, რომლის დროსაც იშვიათი აირები [როგორიცაა არგონი (Ar)] იონიზირებულია იონებად (როგორიცაა Ar+) გარე ელექტრული ველის მოქმედებით მაღალი ვაკუუმის პირობებში და დაბომბავს მასალის სამიზნე წყაროს მაღალი ძაბვის გარემოში. სამიზნე მასალის ატომების ან მოლეკულების დარტყმა და შემდეგ ვაფლის ზედაპირზე ჩამოსვლა და შეჯახების გარეშე ფრენის პროცესის შემდეგ თხელი ფილმის ჩამოყალიბება. Ar-ს აქვს სტაბილური ქიმიური თვისებები და მისი იონები არ რეაგირებენ ქიმიურად სამიზნე მასალასთან და ფილმთან. როდესაც ინტეგრირებული მიკროსქემის ჩიპები შედის 0.13 μm სპილენძის ურთიერთდაკავშირების ეპოქაში, სპილენძის ბარიერის მასალის ფენა იყენებს ტიტანის ნიტრიდის (TiN) ან ტანტალის ნიტრიდის (TaN) ფილას. სამრეწველო ტექნოლოგიებზე მოთხოვნამ ხელი შეუწყო ქიმიური რეაქციის თხრილის ტექნოლოგიის შესწავლას და განვითარებას, ანუ ჭურვის პალატაში, Ar-ის გარდა, ასევე არის რეაქტიული აირის აზოტი (N2), ისე, რომ Ti ან Ta დაბომბეს. სამიზნე მასალა Ti ან Ta რეაგირებს N2-თან, რათა გამოიმუშაოს საჭირო TiN ან TaN ფილმი.
არსებობს სამი საყოველთაოდ გამოყენებული მეთოდი sputtering, კერძოდ DC sputtering, RF sputtering და მაგნეტრონული sputtering. ინტეგრირებული სქემების ინტეგრაციის ზრდასთან ერთად, მრავალფენიანი ლითონის გაყვანილობის ფენების რაოდენობა იზრდება და PVD ტექნოლოგიის გამოყენება სულ უფრო ფართოვდება. PVD მასალები მოიცავს Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 და ა.შ.
PVD და sputtering პროცესები, როგორც წესი, სრულდება უაღრესად დალუქულ სარეაქციო პალატაში, ვაკუუმის ხარისხით 1×10-7-დან 9×10-9 Torr-მდე, რაც უზრუნველყოფს გაზის სისუფთავეს რეაქციის დროს; ამავდროულად, გარე მაღალი ძაბვაა საჭირო იშვიათი გაზის იონიზაციისთვის, რათა წარმოქმნას საკმარისად მაღალი ძაბვა სამიზნის დაბომბვისთვის. ძირითადი პარამეტრები PVD და დაფქვის პროცესების შესაფასებლად მოიცავს მტვრის რაოდენობას, აგრეთვე წარმოქმნილი ფილმის წინააღმდეგობის მნიშვნელობას, ერთგვაროვნებას, არეკვლის სისქეს და სტრესს.
2.2 ქიმიური ორთქლის დეპონირება და დაფხვრის პროცესი
ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD) ეხება პროცესის ტექნოლოგიას, რომელშიც სხვადასხვა პარციალური წნევის მქონე აირისებრი რეაქტიული ნივთიერებები ქიმიურად რეაგირებენ გარკვეულ ტემპერატურასა და წნევაზე, ხოლო წარმოქმნილი მყარი ნივთიერებები დეპონირდება სუბსტრატის მასალის ზედაპირზე, რათა მიიღოთ სასურველი თხელი. ფილმი. ტრადიციული ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოების პროცესში, მიღებული თხელი ფირის მასალები ძირითადად არის ნაერთები, როგორიცაა ოქსიდები, ნიტრიდები, კარბიდები ან მასალები, როგორიცაა პოლიკრისტალური სილიციუმი და ამორფული სილიციუმი. შერჩევითი ეპიტაქსიალური ზრდა, რომელიც უფრო ხშირად გამოიყენება 45 ნმ კვანძის შემდეგ, როგორიცაა წყარო და დრენაჟი SiGe ან Si სელექციური ეპიტაქსიალური ზრდა, ასევე არის CVD ტექნოლოგია.
ამ ტექნოლოგიას შეუძლია გააგრძელოს იგივე ტიპის ან ორიგინალური მედის მსგავსი ერთკრისტალური მასალების ფორმირება სილიციუმის ან სხვა მასალების ერთ კრისტალურ სუბსტრატზე ორიგინალური მედის გასწვრივ. CVD ფართოდ გამოიყენება საიზოლაციო დიელექტრიკული ფირების (როგორიცაა SiO2, Si3N4 და SiON და სხვ.) და ლითონის ფირების (როგორიცაა ვოლფრამი და ა.შ.) ზრდაში.
ზოგადად, წნევის კლასიფიკაციის მიხედვით, CVD შეიძლება დაიყოს ატმოსფერული წნევის ქიმიურ ორთქლის დეპონირებად (APCVD), ქვეატმოსფერული წნევის ქიმიური ორთქლის დეპონირება (SAPCVD) და დაბალი წნევის ქიმიური ორთქლის დეპონირება (LPCVD).
ტემპერატურის კლასიფიკაციის მიხედვით, CVD შეიძლება დაიყოს მაღალი ტემპერატურის/დაბალი ტემპერატურის ოქსიდის ფირის ქიმიურ ორთქლის დეპონირებად (HTO/LTO CVD) და სწრაფ თერმულ ქიმიურ ორთქლის დეპონირებად (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
რეაქციის წყაროს მიხედვით, CVD შეიძლება დაიყოს სილანზე დაფუძნებულ CVD-ად, პოლიესტერზე დაფუძნებულ CVD-ად (TEOS-ზე დაფუძნებული CVD) და ლითონის ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირება (MOCVD);
ენერგეტიკული კლასიფიკაციის მიხედვით, CVD შეიძლება დაიყოს თერმოქიმიურ ორთქლის დეპონირებად (თერმული CVD), პლაზმის გაძლიერებულ ქიმიურ ორთქლის დეპონირებად (Plasma Enhanced CVD, PECVD) და მაღალი სიმკვრივის პლაზმის ქიმიურ ორთქლის დეპონირებად (High Density Plasma CVD, HDPCVD). ცოტა ხნის წინ ასევე განვითარდა დინებადი ქიმიური ორთქლის დეპონირება (Flowable CVD, FCVD) ხარვეზის შევსების შესანიშნავი უნარით.
სხვადასხვა CVD-ში მოყვანილ ფილმებს აქვთ განსხვავებული თვისებები (როგორიცაა ქიმიური შემადგენლობა, დიელექტრიკული მუდმივი, დაძაბულობა, სტრესი და დაშლის ძაბვა) და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ცალკე პროცესის სხვადასხვა მოთხოვნების შესაბამისად (როგორიცაა ტემპერატურა, საფეხურის დაფარვა, შევსების მოთხოვნები და ა.შ.).
2.3 ატომური შრის დეპონირების პროცესი
ატომური ფენის დეპონირება (ALD) ეხება ატომების ფენად დეპონირებას სუბსტრატის მასალაზე ერთი ატომური ფირის ფენით ფენის გაზრდით. ტიპიური ALD იყენებს რეაქტორში აირის წინამორბედების შეყვანის მეთოდს ალტერნატიული იმპულსური წესით.
მაგალითად, ჯერ რეაქციის წინამორბედი 1 შეჰყავთ სუბსტრატის ზედაპირზე, ხოლო ქიმიური ადსორბციის შემდეგ, სუბსტრატის ზედაპირზე წარმოიქმნება ერთი ატომური ფენა; შემდეგ სუბსტრატის ზედაპირზე და რეაქციის პალატაში დარჩენილი წინამორბედი 1 ამოტუმბავს ჰაერის ტუმბოს; შემდეგ რეაქციის წინამორბედი 2 შეჰყავთ სუბსტრატის ზედაპირზე და ქიმიურად რეაგირებს წინამორბედ 1-თან, რომელიც ადსორბირებულია სუბსტრატის ზედაპირზე, რათა წარმოქმნას შესაბამისი თხელი ფირის მასალა და შესაბამისი ქვეპროდუქტები სუბსტრატის ზედაპირზე; როდესაც წინამორბედი 1 სრულად რეაგირებს, რეაქცია ავტომატურად წყდება, რაც არის ALD-ის თვითშეზღუდვის მახასიათებელი, შემდეგ კი დარჩენილი რეაქტორები და ქვეპროდუქტები გამოიყოფა ზრდის შემდეგი ეტაპისთვის მოსამზადებლად; ზემოაღნიშნული პროცესის განუწყვეტლივ გამეორებით, შეიძლება მიღწეული იქნას თხელი ფირის მასალების დეპონირება, რომლებიც გაიზარდა ფენად ცალკეული ატომებით.
ორივე ALD და CVD არის აირისებრი ქიმიური რეაქციის წყაროს შემოღების გზები სუბსტრატის ზედაპირზე ქიმიურად რეაგირებისთვის, მაგრამ განსხვავება ისაა, რომ CVD აირისებრი რეაქციის წყაროს არ გააჩნია თვითშეზღუდვის ზრდის მახასიათებელი. ჩანს, რომ ALD ტექნოლოგიის განვითარების გასაღები არის თვითშეზღუდვის რეაქციის თვისებების მქონე წინამორბედების პოვნა.
2.4 ეპიტაქსიური პროცესი
ეპიტაქსიური პროცესი ეხება მთლიანად მოწესრიგებული ერთკრისტალური ფენის სუბსტრატზე ზრდის პროცესს. ზოგადად რომ ვთქვათ, ეპიტაქსიალური პროცესი არის ბროლის ფენის გაზრდა იმავე გისოსის ორიენტირებით, როგორც ორიგინალური სუბსტრატი ერთ ბროლის სუბსტრატზე. ეპიტაქსიალური პროცესი ფართოდ გამოიყენება ნახევარგამტარების წარმოებაში, როგორიცაა ეპიტაქსიალური სილიკონის ვაფლები ინტეგრირებული მიკროსქემის ინდუსტრიაში, ჩაშენებული წყარო და სადრენაჟო ეპიტაქსიალური ზრდა MOS ტრანზისტორების, ეპიტაქსიალური ზრდა LED სუბსტრატებზე და ა.შ.
ზრდის წყაროს სხვადასხვა ფაზის მდგომარეობის მიხედვით, ეპიტაქსიური ზრდის მეთოდები შეიძლება დაიყოს მყარი ფაზის ეპიტაქსიად, თხევადი ფაზის ეპიტაქსიად და ორთქლის ფაზის ეპიტაქსიად. ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოებაში, ხშირად გამოყენებული ეპიტაქსიური მეთოდებია მყარი ფაზის ეპიტაქსია და ორთქლის ფაზის ეპიტაქსია.
მყარი ფაზის ეპიტაქსია: გულისხმობს ერთი ბროლის ფენის ზრდას სუბსტრატზე მყარი წყაროს გამოყენებით. მაგალითად, თერმული ანეილირება იონის იმპლანტაციის შემდეგ რეალურად არის მყარი ფაზის ეპიტაქსიის პროცესი. იონის იმპლანტაციის დროს, სილიციუმის ვაფლის სილიციუმის ატომები იბომბება მაღალი ენერგიის იმპლანტირებული იონებით, ტოვებს მათ თავდაპირველ გისოსებს და ხდება ამორფული, წარმოქმნის ზედაპირულ ამორფულ სილიკონის ფენას. მაღალტემპერატურული თერმული ადუღების შემდეგ, ამორფული ატომები უბრუნდებიან თავიანთ მედის პოზიციებს და რჩებიან თანმიმდევრული ატომური ბროლის ორიენტაციასთან სუბსტრატის შიგნით.
ორთქლის ფაზის ეპიტაქსიის ზრდის მეთოდებს მიეკუთვნება ქიმიური ორთქლის ფაზის ეპიტაქსია, მოლეკულური სხივის ეპიტაქსია, ატომური შრის ეპიტაქსია და ა.შ. ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოებაში ყველაზე ხშირად გამოიყენება ქიმიური ორთქლის ფაზის ეპიტაქსია. ქიმიური ორთქლის ფაზის ეპიტაქსიის პრინციპი ძირითადად იგივეა, რაც ქიმიური ორთქლის დეპონირების პრინციპი. ორივე არის პროცესი, რომელიც ათავსებს თხელ ფენებს ქიმიურად რეაქციით ვაფლის ზედაპირზე გაზის შერევის შემდეგ.
განსხვავება ისაა, რომ იმის გამო, რომ ქიმიური ორთქლის ფაზის ეპიტაქსია ზრდის ერთ კრისტალურ ფენას, მას აქვს უფრო მაღალი მოთხოვნები აღჭურვილობაში მინარევების შემცველობაზე და ვაფლის ზედაპირის სისუფთავეზე. ადრეული ქიმიური ორთქლის ფაზის ეპიტაქსიალური სილიკონის პროცესი უნდა განხორციელდეს მაღალი ტემპერატურის პირობებში (1000°C-ზე მეტი). საპროცესო აღჭურვილობის გაუმჯობესებით, განსაკუთრებით ვაკუუმის გაცვლის კამერის ტექნოლოგიის მიღებით, მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა აღჭურვილობის ღრუს და სილიკონის ვაფლის ზედაპირის სისუფთავე და სილიკონის ეპიტაქსია შეიძლება განხორციელდეს დაბალ ტემპერატურაზე (600-700°). გ). ეპიტაქსიალური სილიკონის ვაფლის პროცესი არის სილიკონის ვაფლის ზედაპირზე ერთკრისტალური სილიკონის ფენის გაზრდა.
სილიკონის თავდაპირველ სუბსტრატთან შედარებით, ეპიტაქსიალურ სილიკონის ფენას აქვს უფრო მაღალი სისუფთავე და ნაკლები გისოსების დეფექტები, რითაც აუმჯობესებს ნახევარგამტარების წარმოების ეფექტურობას. გარდა ამისა, სილიკონის ვაფლზე გაზრდილი ეპიტაქსიალური სილიკონის ფენის ზრდის სისქე და დოპინგური კონცენტრაცია შეიძლება მოქნილად იყოს დაპროექტებული, რაც მოაქვს მოქნილობას მოწყობილობის დიზაინში, როგორიცაა სუბსტრატის წინააღმდეგობის შემცირება და სუბსტრატის იზოლაციის გაძლიერება. ჩაშენებული წყარო-დრენაჟის ეპიტაქსიალური პროცესი არის ტექნოლოგია, რომელიც ფართოდ გამოიყენება მოწინავე ლოგიკური ტექნოლოგიის კვანძებში.
ეს ეხება ეპიტაქსიურად მზარდი დოპირებული გერმანიუმის სილიციუმის ან სილიციუმის პროცესს MOS ტრანზისტორების წყაროსა და გადინების რეგიონებში. ჩაშენებული წყარო-დრენაჟის ეპიტაქსიალური პროცესის დანერგვის ძირითადი უპირატესობები მოიცავს: მედის ადაპტაციის გამო სტრესის შემცველი ფსევდოკრისტალური ფენის გაზრდას, არხის გადამზიდის მობილობის გაუმჯობესებას; წყაროსა და დრენაჟის in-situ დოპინგს შეუძლია შეამციროს წყარო-დრენაჟის შეერთების პარაზიტული წინააღმდეგობა და შეამციროს მაღალი ენერგიის იონების იმპლანტაციის დეფექტები.
3. თხელი ფირის ზრდის მოწყობილობა
3.1 ვაკუუმური აორთქლების მოწყობილობა
ვაკუუმური აორთქლება არის საფარის მეთოდი, რომელიც ათბობს მყარ მასალებს ვაკუუმურ პალატაში, რათა გამოიწვიოს მათი აორთქლება, აორთქლება ან სუბლიმაცია, შემდეგ კი კონდენსაცია და დეპონირება სუბსტრატის მასალის ზედაპირზე გარკვეულ ტემპერატურაზე.
ჩვეულებრივ, იგი შედგება სამი ნაწილისგან, კერძოდ ვაკუუმის სისტემისგან, აორთქლების სისტემისგან და გათბობის სისტემისგან. ვაკუუმური სისტემა შედგება ვაკუუმური მილებისა და ვაკუუმის ტუმბოებისგან და მისი ძირითადი ფუნქციაა უზრუნველყოს კვალიფიციური ვაკუუმური გარემო აორთქლისთვის. აორთქლების სისტემა შედგება აორთქლების მაგიდის, გათბობის კომპონენტისა და ტემპერატურის საზომი კომპონენტისგან.
აორთქლების სამიზნე მასალა (როგორიცაა Ag, Al და ა.შ.) მოთავსებულია აორთქლების მაგიდაზე; გათბობის და ტემპერატურის საზომი კომპონენტი არის დახურული მარყუჟის სისტემა, რომელიც გამოიყენება აორთქლების ტემპერატურის გასაკონტროლებლად, გლუვი აორთქლების უზრუნველსაყოფად. გათბობის სისტემა შედგება ვაფლის ეტაპისა და გათბობის კომპონენტისგან. ვაფლის საფეხური გამოიყენება სუბსტრატის დასაყენებლად, რომელზედაც საჭიროა თხელი ფილმის აორთქლება, ხოლო გამაცხელებელი კომპონენტი გამოიყენება სუბსტრატის გაცხელებისა და ტემპერატურის გაზომვის უკუკავშირის კონტროლის განსახორციელებლად.
ვაკუუმური გარემო არის ძალიან მნიშვნელოვანი პირობა ვაკუუმური აორთქლების პროცესში, რაც დაკავშირებულია აორთქლების სიჩქარესთან და ფილმის ხარისხთან. თუ ვაკუუმის ხარისხი არ აკმაყოფილებს მოთხოვნებს, აორთქლებული ატომები ან მოლეკულები ხშირად შეეჯახება ნარჩენი გაზის მოლეკულებს, რაც მათ საშუალო თავისუფალ გზას ამცირებს და ატომები ან მოლეკულები მკვეთრად გაიფანტება, რითაც იცვლება მოძრაობის მიმართულება და შემცირდება ფილმი. ფორმირების მაჩვენებელი.
გარდა ამისა, ნარჩენი მინარევების გაზის მოლეკულების არსებობის გამო, დეპონირებული ფილმი სერიოზულად არის დაბინძურებული და უხარისხო, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც კამერის წნევის აწევის სიჩქარე არ შეესაბამება სტანდარტს და არის გაჟონვა, ჰაერი გაჟონავს ვაკუუმში. , რაც სერიოზულ გავლენას მოახდენს ფილმის ხარისხზე.
ვაკუუმური აორთქლების აღჭურვილობის სტრუქტურული მახასიათებლები განსაზღვრავს, რომ საფარის ერთგვაროვნება დიდი ზომის სუბსტრატებზე ცუდია. მისი ერთგვაროვნების გასაუმჯობესებლად, ზოგადად მიღებულია წყარო-სუბსტრატის მანძილის გაზრდისა და სუბსტრატის ბრუნვის მეთოდი, მაგრამ წყარო-სუბსტრატის მანძილის გაზრდა მსხვერპლად შეიწირავს ფილმის ზრდის ტემპს და სისუფთავეს. ამავდროულად, ვაკუუმის სივრცის გაზრდის გამო, აორთქლებული მასალის უტილიზაციის მაჩვენებელი მცირდება.
3.2 DC ფიზიკური ორთქლის დეპონირების მოწყობილობა
პირდაპირი დენის ფიზიკური ორთქლის დეპონირება (DCPVD) ასევე ცნობილია, როგორც კათოდური თხრილი ან ვაკუუმური DC ორეტაპიანი ნახვრეტი. სამიზნე მასალა ვაკუუმ DC sputtering გამოიყენება როგორც კათოდი და სუბსტრატი გამოიყენება როგორც ანოდი. ვაკუუმური დაფრქვევა არის პლაზმის ფორმირება პროცესის აირის იონიზაციის გზით.
პლაზმაში დამუხტული ნაწილაკები ელექტრულ ველში აჩქარდებიან გარკვეული რაოდენობის ენერგიის მისაღებად. საკმარისი ენერგიის მქონე ნაწილაკები ბომბავს სამიზნე მასალის ზედაპირს, ისე, რომ სამიზნე ატომები იშლება; გარკვეული კინეტიკური ენერგიის მქონე ატომები მოძრაობენ სუბსტრატისკენ, რათა წარმოქმნან თხელი ფილმი სუბსტრატის ზედაპირზე. გაჟღენთვისთვის გამოყენებული გაზი, როგორც წესი, იშვიათი აირია, როგორიცაა არგონი (Ar), ასე რომ, შპრიცის შედეგად წარმოქმნილი ფილმი არ იქნება დაბინძურებული; გარდა ამისა, არგონის ატომური რადიუსი უფრო შესაფერისია თხრილისთვის.
ცურვის ნაწილაკების ზომა უნდა იყოს მიახლოებული სამიზნე ატომების ზომასთან. თუ ნაწილაკები ძალიან დიდია ან ძალიან მცირეა, ეფექტური დაშლა ვერ წარმოიქმნება. გარდა ატომის ზომის კოეფიციენტისა, ატომის მასის კოეფიციენტი ასევე გავლენას მოახდენს დაფრქვევის ხარისხზე. თუ დაფრქვევის ნაწილაკების წყარო ძალიან მსუბუქია, სამიზნე ატომები არ დაფრქვევა; თუ დაფრქვევის ნაწილაკები ძალიან მძიმეა, სამიზნე იქნება „მოხრილი“ და სამიზნე არ იქნება დაფრქვეული.
DCPVD-ში გამოყენებული სამიზნე მასალა უნდა იყოს გამტარი. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც პროცესის გაზში არგონის იონები ბომბავს სამიზნე მასალას, ისინი ხელახლა გაერთიანდებიან სამიზნე მასალის ზედაპირზე არსებულ ელექტრონებთან. როდესაც სამიზნე მასალა არის ისეთი გამტარი, როგორიცაა ლითონი, ამ რეკომბინაციის შედეგად მოხმარებული ელექტრონები უფრო ადვილად ივსება ელექტროგადამცემით და თავისუფალი ელექტრონები სამიზნე მასალის სხვა ნაწილებში ელექტრული გამტარობის გზით, ასე რომ, სამიზნე მასალის ზედაპირი მთელი რჩება უარყოფითად დამუხტული და შენარჩუნებულია sputtering.
პირიქით, თუ სამიზნე მასალა არის იზოლატორი, სამიზნე მასალის ზედაპირზე ელექტრონების რეკომბინაციის შემდეგ, სამიზნე მასალის სხვა ნაწილებში თავისუფალი ელექტრონები ვერ შეივსება ელექტრული გამტარობით და დადებითი მუხტებიც კი დაგროვდება. სამიზნე მასალის ზედაპირი, რაც იწვევს სამიზნე მატერიალური პოტენციალის აწევას და სამიზნე მასალის უარყოფითი მუხტი სუსტდება მანამ, სანამ ის არ გაქრება, რაც საბოლოოდ იწვევს ჭურვის შეწყვეტას.
ამიტომ, იმისთვის, რომ საიზოლაციო მასალები ასევე გამოსაყენებელი იყოს თხრილისთვის, საჭიროა სხვა მეთოდის მოძიება. რადიოსიხშირული თხრილი არის დახშობის მეთოდი, რომელიც შესაფერისია როგორც გამტარ, ასევე არაგამტარ სამიზნეებზე.
DCPVD-ის კიდევ ერთი მინუსი ის არის, რომ აალების ძაბვა მაღალია და ელექტრონული დაბომბვა სუბსტრატზე ძლიერია. ამ პრობლემის გადასაჭრელად ეფექტური გზაა მაგნეტრონული ჭურჭლის გამოყენება, ამიტომ მაგნიტრონის დახშობა ნამდვილად პრაქტიკული ღირებულებაა ინტეგრირებული სქემების სფეროში.
3.3 RF ფიზიკური ორთქლის დეპონირების მოწყობილობა
რადიოსიხშირული ფიზიკური ორთქლის დეპონირება (RFPVD) იყენებს რადიოსიხშირულ ენერგიას, როგორც აგზნების წყაროს და არის PVD მეთოდი, რომელიც შესაფერისია სხვადასხვა ლითონის და არალითონური მასალისთვის.
RFPVD-ში გამოყენებული RF ელექტრომომარაგების საერთო სიხშირეებია 13.56MHz, 20MHz და 60MHz. RF ელექტრომომარაგების დადებითი და უარყოფითი ციკლები მონაცვლეობით ჩნდება. როდესაც PVD სამიზნე დადებით ნახევარ ციკლშია, რადგან სამიზნე ზედაპირი დადებით პოტენციალზეა, პროცესის ატმოსფეროში ელექტრონები მიედინება სამიზნე ზედაპირზე, რათა გაანეიტრალონ მის ზედაპირზე დაგროვილი დადებითი მუხტი და კიდევ გააგრძელონ ელექტრონების დაგროვება. მისი ზედაპირის უარყოფითად მიკერძოება; როდესაც დაფრქვევის სამიზნე უარყოფით ნახევარ ციკლშია, დადებითი იონები გადაადგილდებიან სამიზნისკენ და ნაწილობრივ განეიტრალდებიან სამიზნე ზედაპირზე.
ყველაზე მნიშვნელოვანი ის არის, რომ ელექტრონების გადაადგილების სიჩქარე RF ელექტრულ ველში ბევრად უფრო სწრაფია, ვიდრე დადებითი იონებისა, ხოლო დადებითი და უარყოფითი ნახევარციკლების დრო იგივეა, ასე რომ, სრული ციკლის შემდეგ, სამიზნე ზედაპირი იქნება. "ბადე" უარყოფითად დამუხტული. ამიტომ პირველ რამდენიმე ციკლში სამიზნე ზედაპირის უარყოფითი მუხტი ზრდის ტენდენციას აჩვენებს; ამის შემდეგ, სამიზნე ზედაპირი აღწევს სტაბილურ უარყოფით პოტენციალს; ამის შემდეგ, იმის გამო, რომ სამიზნის უარყოფითი მუხტი აიძულებს ელექტრონებს, სამიზნე ელექტროდის მიერ მიღებული დადებითი და უარყოფითი მუხტების რაოდენობა დაბალანსდება და სამიზნე წარმოადგენს სტაბილურ უარყოფით მუხტს.
ზემოაღნიშნული პროცესიდან ჩანს, რომ უარყოფითი ძაბვის წარმოქმნის პროცესს არავითარი კავშირი არ აქვს თავად სამიზნე მასალის თვისებებთან, ამიტომ RFPVD მეთოდს შეუძლია არა მხოლოდ გადაჭრას საიზოლაციო სამიზნეების დახშობის პრობლემა, არამედ კარგად არის თავსებადი. ჩვეულებრივი ლითონის გამტარი სამიზნეებით.
3.4 მაგნიტრონის დაფრქვევის მოწყობილობა
მაგნიტრონი sputtering არის PVD მეთოდი, რომელიც ამატებს მაგნიტებს სამიზნის უკანა მხარეს. დამატებული მაგნიტები და მუდმივი დენის მიწოდება (ან AC ელექტრომომარაგება) სისტემა ქმნიან მაგნეტრონის დაფრქვევის წყაროს. დაფრქვევის წყარო გამოიყენება კამერაში ინტერაქტიული ელექტრომაგნიტური ველის ფორმირებისთვის, პლაზმაში ელექტრონების მოძრაობის დიაპაზონის დასაჭერად და შეზღუდვისთვის, ელექტრონების მოძრაობის გზის გასაგრძელებლად და ამით პლაზმის კონცენტრაციის გაზრდისთვის და საბოლოო ჯამში მეტის მისაღწევად. დეპონირება.
გარდა ამისა, იმის გამო, რომ მეტი ელექტრონი არის მიბმული სამიზნის ზედაპირთან, მცირდება სუბსტრატის დაბომბვა ელექტრონებით და მცირდება სუბსტრატის ტემპერატურა. ბრტყელი ფირფიტის DCPVD ტექნოლოგიასთან შედარებით, მაგნეტრონის ფიზიკური ორთქლის დეპონირების ტექნოლოგიის ერთ-ერთი ყველაზე აშკარა მახასიათებელია ის, რომ აალების გამონადენი ძაბვა უფრო დაბალი და სტაბილურია.
პლაზმაში უფრო მაღალი კონცენტრაციისა და უფრო დიდი გამონაყარის გამო, მას შეუძლია მიაღწიოს დეპონირების შესანიშნავი ეფექტურობას, დეპონირების სისქის კონტროლს დიდი ზომის დიაპაზონში, შემადგენლობის ზუსტი კონტროლი და აალების დაბალი ძაბვა. მაშასადამე, მაგნიტრონის დაფქვა დომინანტურ მდგომარეობაშია მიმდინარე ლითონის ფირის PVD-ში. მაგნიტრონის დაფრქვევის წყაროს უმარტივესი დიზაინი არის მაგნიტების ჯგუფის განთავსება ბრტყელი სამიზნის უკანა მხარეს (ვაკუუმის სისტემის გარეთ), რათა გამოიმუშაოს სამიზნე ზედაპირის პარალელურად მაგნიტური ველი სამიზნე ზედაპირზე ლოკალურ არეში.
თუ მუდმივი მაგნიტი მოთავსებულია, მისი მაგნიტური ველი შედარებით ფიქსირდება, რის შედეგადაც ხდება შედარებით ფიქსირებული მაგნიტური ველის განაწილება სამიზნე ზედაპირზე პალატაში. მხოლოდ მასალები სამიზნის კონკრეტულ უბნებში იფურთხება, მიზნობრივი გამოყენების მაჩვენებელი დაბალია და მომზადებული ფილმის ერთგვაროვნება ცუდია.
არსებობს გარკვეული ალბათობა იმისა, რომ გაფცქვნილი ლითონის ან სხვა მასალის ნაწილაკები დაბრუნდება სამიზნე ზედაპირზე, რითაც დაგროვდება ნაწილაკებად და წარმოქმნის დეფექტის დაბინძურებას. ამიტომ, კომერციული მაგნიტრონის დაფქვის წყაროები ძირითადად იყენებენ მბრუნავ მაგნიტის დიზაინს ფირის ერთგვაროვნების, სამიზნეების გამოყენების სიჩქარისა და სრული სამიზნე ჭურვის გასაუმჯობესებლად.
მნიშვნელოვანია ამ სამი ფაქტორის დაბალანსება. თუ ბალანსი კარგად არ არის დამუშავებული, ამან შეიძლება გამოიწვიოს ფილმის კარგი ერთგვაროვნება და მნიშვნელოვნად შეამციროს სამიზნე გამოყენების სიჩქარე (შემოკლდება სამიზნე სიცოცხლე), ან ვერ მიიღწევა სამიზნე სრულყოფილება ან სრული კოროზია, რაც გამოიწვევს ნაწილაკების პრობლემებს დაფქვის დროს. პროცესი.
მაგნეტრონის PVD ტექნოლოგიაში აუცილებელია გავითვალისწინოთ მბრუნავი მაგნიტის მოძრაობის მექანიზმი, სამიზნე ფორმა, სამიზნე გაგრილების სისტემა და მაგნიტრონის დაფრქვევის წყარო, ასევე ვაფლის მატარებელი ბაზის ფუნქციური კონფიგურაცია, როგორიცაა ვაფლის ადსორბცია და ტემპერატურის კონტროლი. PVD პროცესში ვაფლის ტემპერატურა კონტროლდება საჭირო კრისტალური სტრუქტურის, მარცვლის ზომისა და ორიენტაციის მისაღებად, ასევე მუშაობის სტაბილურობისთვის.
ვინაიდან ვაფლის უკანა მხარესა და ფუძის ზედაპირს შორის სითბოს გამტარობა მოითხოვს გარკვეულ წნევას, ჩვეულებრივ, რამდენიმე Torr-ის რიგით, და კამერის სამუშაო წნევა, როგორც წესი, არის რამდენიმე mTorr-ის რიგითობა, წნევა უკანა მხარეს. ვაფლის ზეწოლა ბევრად აღემატება ვაფლის ზედა ზედაპირზე, ამიტომ ვაფლის განლაგებისა და შეზღუდვისთვის საჭიროა მექანიკური ჩაკი ან ელექტროსტატიკური ჩაკი.
ამ ფუნქციის მისაღწევად მექანიკური ჩაკი ეყრდნობა საკუთარ წონას და ვაფლის კიდეს. მიუხედავად იმისა, რომ მას აქვს მარტივი სტრუქტურისა და ვაფლის მასალის მიმართ მგრძნობელობის უპირატესობები, ვაფლის ნაპირების ეფექტი აშკარაა, რაც ხელს არ უწყობს ნაწილაკების მკაცრ კონტროლს. ამიტომ, ის თანდათან შეიცვალა ელექტროსტატიკური ჩაკით IC წარმოების პროცესში.
პროცესებისთვის, რომლებიც არ არის განსაკუთრებით მგრძნობიარე ტემპერატურის მიმართ, ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას არაადსორბციული, არაკონტაქტური თაროების მეთოდი (წნევის სხვაობა ვაფლის ზედა და ქვედა ზედაპირებს შორის). PVD პროცესის დროს, კამერის უგულებელყოფა და პლაზმასთან კონტაქტში მყოფი ნაწილების ზედაპირი დეპონირებული და დაფარული იქნება. როდესაც დეპონირებული ფირის სისქე გადააჭარბებს ლიმიტს, ფილმი გაიბზარება და იშლება, რაც იწვევს ნაწილაკების პრობლემებს.
ამიტომ, ნაწილების ზედაპირის დამუშავება, როგორიცაა უგულებელყოფა, არის ამ ლიმიტის გაფართოების გასაღები. ზედაპირის ქვიშაქვა და ალუმინის შესხურება ორი საყოველთაოდ გამოყენებული მეთოდია, რომელთა დანიშნულებაა ზედაპირის უხეშობის გაზრდა ფილმისა და საფარის ზედაპირს შორის კავშირის გასაძლიერებლად.
3.5 იონიზაციის ფიზიკური ორთქლის დეპონირების მოწყობილობა
მიკროელექტრონული ტექნოლოგიის უწყვეტი განვითარებით, მახასიათებლების ზომები სულ უფრო და უფრო მცირე ხდება. ვინაიდან PVD ტექნოლოგია ვერ აკონტროლებს ნაწილაკების დეპონირების მიმართულებას, PVD-ის უნარი შევიდეს ხვრელებისა და ვიწრო არხებიდან მაღალი ასპექტის შეფარდებით, შეზღუდულია, რაც ართულებს ტრადიციული PVD ტექნოლოგიის გაფართოებულ გამოყენებას. PVD პროცესში, როგორც ფორების ღარი ასპექტის თანაფარდობა იზრდება, დაფარვა ქვედა ნაწილში მცირდება, ფორმირდება კეფის მსგავსი გადახურული სტრუქტურა ზედა კუთხეში და ქმნის ყველაზე სუსტ საფარს ქვედა კუთხეში.
ამ პრობლემის გადასაჭრელად შეიქმნა იონიზებული ფიზიკური ორთქლის დეპონირების ტექნოლოგია. იგი ჯერ ახორციელებს სამიზნედან გამოფრქვეული ლითონის ატომების პლაზმატიზაციას სხვადასხვა გზით, შემდეგ კი არეგულირებს ვაფლზე დატვირთულ მიკერძოებულ ძაბვას, რომ აკონტროლოს ლითონის იონების მიმართულება და ენერგია, რათა მიიღოს სტაბილური მიმართულების ლითონის იონების ნაკადი თხელი ფილმის მოსამზადებლად, რითაც უმჯობესდება. მაღალი ასპექტის თანაფარდობის საფეხურების ქვედა ნაწილის დაფარვა ხვრელებისა და ვიწრო არხების მეშვეობით.
იონიზებული მეტალის პლაზმური ტექნოლოგიის ტიპიური თვისებაა პალატაში რადიოსიხშირული კოჭის დამატება. პროცესის დროს კამერის სამუშაო წნევა შენარჩუნებულია შედარებით მაღალ მდგომარეობაში (5-დან 10-ჯერ აღემატება ნორმალურ სამუშაო წნევას). PVD-ის დროს რადიოსიხშირული კოჭა გამოიყენება მეორე პლაზმური რეგიონის შესაქმნელად, რომელშიც არგონის პლაზმური კონცენტრაცია იზრდება რადიოსიხშირული სიმძლავრის და გაზის წნევის მატებასთან ერთად. როდესაც სამიზნედან ამოფრქვეული ლითონის ატომები გადიან ამ რეგიონში, ისინი ურთიერთქმედებენ მაღალი სიმკვრივის არგონის პლაზმასთან და წარმოქმნიან ლითონის იონებს.
ვაფლის მატარებელზე RF წყაროს გამოყენებამ (როგორიცაა ელექტროსტატიკური ჩაკი) შეიძლება გაზარდოს ვაფლის უარყოფითი მიკერძოება, რათა მიიზიდოს ლითონის დადებითი იონები ფორების ღარში. ლითონის იონების ეს მიმართული ნაკადი ვაფლის ზედაპირზე პერპენდიკულარული აუმჯობესებს საფეხურის ქვედა დაფარვას მაღალი თანაფარდობის ფორებისა და ვიწრო არხების მიმართ.
ვაფლის მიმართ გამოყენებული უარყოფითი მიკერძოება ასევე იწვევს იონების დაბომბვას ვაფლის ზედაპირის (პირდაპირი გაფცქვნა), რაც ასუსტებს ფორების ღარის პირის გადახურულ სტრუქტურას და აფრქვევს ბოლოში დეპონირებულ ფილას ფორების ქვედა კუთხეების გვერდებზე. ღარი, რითაც აძლიერებს საფეხურის დაფარვას კუთხეებში.
3.6 ატმოსფერული წნევის ქიმიური ორთქლის დეპონირების მოწყობილობა
ატმოსფერული წნევის ქიმიური ორთქლის დეპონირების მოწყობილობა (APCVD) ეხება მოწყობილობას, რომელიც აფრქვევს აირისებრი რეაქციის წყაროს მუდმივი სიჩქარით გაცხელებული მყარი სუბსტრატის ზედაპირზე ატმოსფერულ წნევასთან ახლოს ზეწოლის მქონე გარემოში, რაც იწვევს რეაქციის წყაროს ქიმიურ რეაქციას. სუბსტრატის ზედაპირი და რეაქციის პროდუქტი დეპონირებულია სუბსტრატის ზედაპირზე თხელი ფილმის წარმოქმნით.
APCVD მოწყობილობა არის ყველაზე ადრეული CVD მოწყობილობა და ჯერ კიდევ ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო წარმოებასა და სამეცნიერო კვლევებში. APCVD აღჭურვილობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას თხელი ფენების მოსამზადებლად, როგორიცაა ერთკრისტალური სილიციუმი, პოლიკრისტალური სილიციუმი, სილიციუმის დიოქსიდი, თუთიის ოქსიდი, ტიტანის დიოქსიდი, ფოსფოსილიკატური მინა და ბოროფოსფოსილიკატური მინა.
3.7 დაბალი წნევის ქიმიური ორთქლის დეპონირების მოწყობილობა
დაბალი წნევის ქიმიური ორთქლის დეპონირების მოწყობილობა (LPCVD) ეხება მოწყობილობას, რომელიც იყენებს აირისებრ ნედლეულს მყარი სუბსტრატის ზედაპირზე ქიმიურად რეაგირებისთვის გახურებულ (350-1100°C) და დაბალი წნევის (10-100 mTorr) გარემოში, და რეაქტიული ნივთიერებები დეპონირებულია სუბსტრატის ზედაპირზე, რათა წარმოიქმნას თხელი ფილმი. LPCVD აღჭურვილობა შემუშავებულია APCVD-ის საფუძველზე თხელი ფენების ხარისხის გასაუმჯობესებლად, დამახასიათებელი პარამეტრების განაწილების ერთგვაროვნების გასაუმჯობესებლად, როგორიცაა ფირის სისქე და წინააღმდეგობა, და გააუმჯობესოს წარმოების ეფექტურობა.
მისი მთავარი მახასიათებელია ის, რომ დაბალი წნევის თერმული ველის გარემოში, პროცესის გაზი ქიმიურად რეაგირებს ვაფლის სუბსტრატის ზედაპირზე და რეაქციის პროდუქტები დეპონირდება სუბსტრატის ზედაპირზე, რათა წარმოიქმნას თხელი ფილმი. LPCVD მოწყობილობას აქვს უპირატესობები მაღალი ხარისხის თხელი ფენების მომზადებაში და შეიძლება გამოყენებულ იქნას თხელი ფენების მოსამზადებლად, როგორიცაა სილიციუმის ოქსიდი, სილიციუმის ნიტრიდი, პოლისილიციუმი, სილიციუმის კარბიდი, გალიუმის ნიტრიდი და გრაფენი.
APCVD-თან შედარებით, LPCVD აღჭურვილობის დაბალი წნევის რეაქციის გარემო ზრდის რეაქციის პალატაში გაზის საშუალო თავისუფალ გზას და დიფუზიის კოეფიციენტს.
რეაქციის გაზისა და გადამზიდავი აირის მოლეკულები რეაქციის პალატაში შეიძლება თანაბრად გადანაწილდეს მოკლე დროში, რითაც მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება ფირის სისქის ერთგვაროვნება, წინააღმდეგობის ერთგვაროვნება და ფილმის საფეხურის დაფარვა, ასევე რეაქციის გაზის მოხმარება მცირეა. გარდა ამისა, დაბალი წნევის გარემო ასევე აჩქარებს გაზის ნივთიერებების გადაცემის სიჩქარეს. სუბსტრატიდან დიფუზური მინარევები და რეაქციის ქვეპროდუქტები შეიძლება სწრაფად გამოვიდეს რეაქციის ზონიდან სასაზღვრო ფენის მეშვეობით, ხოლო რეაქციის გაზი სწრაფად გადის სასაზღვრო ფენაში, რათა მიაღწიოს სუბსტრატის ზედაპირს რეაქციისთვის, რითაც ეფექტურად თრგუნავს თვითდოპინგს, ემზადება. მაღალი ხარისხის ფილმები ციცაბო გარდამავალი ზონებით და ასევე აუმჯობესებს წარმოების ეფექტურობას.
3.8 პლაზმური გაძლიერებული ქიმიური ორთქლის დეპონირების მოწყობილობა
პლაზმური გაძლიერებული ქიმიური ორთქლის დეპონირება (PECVD) ფართოდ გამოიყენება ტhin ფილმის დეპონირების ტექნოლოგია. პლაზმური პროცესის დროს აირისებრი წინამორბედი იონიზდება პლაზმის მოქმედებით, რათა წარმოიქმნას აღგზნებული აქტიური ჯგუფები, რომლებიც დიფუზობენ სუბსტრატის ზედაპირზე და შემდეგ განიცდიან ქიმიურ რეაქციებს ფირის ზრდის დასასრულებლად.
პლაზმის წარმოქმნის სიხშირის მიხედვით, PECVD-ში გამოყენებული პლაზმა შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად: რადიოსიხშირული პლაზმა (RF პლაზმა) და მიკროტალღური პლაზმა (Microwave plasma). ამჟამად, ინდუსტრიაში გამოყენებული რადიოსიხშირეა ზოგადად 13.56 MHz.
რადიოსიხშირული პლაზმის დანერგვა ჩვეულებრივ იყოფა ორ ტიპად: capacitive coupling (CCP) და inductive coupling (ICP). capacitive coupling მეთოდი, როგორც წესი, არის პირდაპირი პლაზმური რეაქციის მეთოდი; ხოლო ინდუქციური შეერთების მეთოდი შეიძლება იყოს პირდაპირი პლაზმური მეთოდი ან დისტანციური პლაზმური მეთოდი.
ნახევარგამტარების წარმოების პროცესებში PECVD ხშირად გამოიყენება ლითონების ან სხვა ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე სტრუქტურების შემცველ სუბსტრატებზე თხელი ფენების გასაშენებლად. მაგალითად, ინტეგრირებული სქემების უკანა ლითონის ურთიერთდაკავშირების სფეროში, ვინაიდან მოწყობილობის წყარო, კარიბჭე და სადრენაჟო სტრუქტურები ჩამოყალიბდა წინა ბოლოში, ლითონის ურთიერთდაკავშირების სფეროში თხელი ფირების ზრდა ექვემდებარება. ძალიან მკაცრ თერმული ბიუჯეტის შეზღუდვებთან მიმართებაში, ამიტომ ის ჩვეულებრივ სრულდება პლაზმური დახმარებით. პლაზმური პროცესის პარამეტრების კორექტირებით, PECVD-ით გაზრდილი თხელი ფილმის სიმკვრივის, ქიმიური შემადგენლობის, მინარევების შემცველობა, მექანიკური სიმტკიცე და სტრესის პარამეტრები შეიძლება დარეგულირდეს და ოპტიმიზდეს გარკვეულ დიაპაზონში.
3.9 ატომური ფენის დეპონირების მოწყობილობა
ატომური ფენის დეპონირება (ALD) არის თხელი ფირის დეპონირების ტექნოლოგია, რომელიც პერიოდულად იზრდება კვაზი-მონოატომური ფენის სახით. მისი მახასიათებელი ის არის, რომ დეპონირებული ფირის სისქე შეიძლება ზუსტად დარეგულირდეს ზრდის ციკლების რაოდენობის კონტროლით. ქიმიური ორთქლის დეპონირების (CVD) პროცესისგან განსხვავებით, ALD პროცესში ორი (ან მეტი) წინამორბედი მონაცვლეობით გადის სუბსტრატის ზედაპირზე და ეფექტურად იზოლირებულია იშვიათი გაზის გაწმენდით.
ორი წინამორბედი არ ერევა და არ ხვდება გაზის ფაზაში ქიმიურად რეაგირებისთვის, არამედ რეაგირებს მხოლოდ ქიმიური ადსორბციით სუბსტრატის ზედაპირზე. თითოეულ ALD ციკლში, სუბსტრატის ზედაპირზე შეწოვილი წინამორბედის რაოდენობა დაკავშირებულია სუბსტრატის ზედაპირზე აქტიური ჯგუფების სიმკვრივესთან. როდესაც სუბსტრატის ზედაპირზე რეაქტიული ჯგუფები ამოიწურება, მაშინაც კი, თუ წინამორბედის ჭარბი შეყვანაა, ქიმიური ადსორბცია არ მოხდება სუბსტრატის ზედაპირზე.
ამ რეაქციის პროცესს ეწოდება ზედაპირული თვითშეზღუდვის რეაქცია. პროცესის ეს მექანიზმი ხდის ALD პროცესის თითოეულ ციკლში გაზრდილი ფილმის სისქეს მუდმივ, ამიტომ ALD პროცესს აქვს სისქის ზუსტი კონტროლის უპირატესობა და ფილმის საფეხურის კარგი დაფარვის უპირატესობა.
3.10 მოლეკულური სხივის ეპიტაქსიის მოწყობილობა
მოლეკულური სხივის ეპიტაქსია (MBE) სისტემა ეხება ეპიტაქსიალურ მოწყობილობას, რომელიც იყენებს ერთ ან მეტ თერმული ენერგიის ატომურ სხივს ან მოლეკულურ სხივს ულტრა მაღალი ვაკუუმის პირობებში გარკვეული სიჩქარით გაცხელებულ სუბსტრატის ზედაპირზე შესასხურებლად და სუბსტრატის ზედაპირზე მიგრაციის მიზნით. ეპიტაქსიურად გაიზარდოს ერთკრისტალური თხელი ფილმები სუბსტრატის მასალის ბროლის ღერძის მიმართულებით. ზოგადად, გამანადგურებელი ღუმელით გათბობის პირობებში, სხივის წყარო ქმნის ატომურ სხივს ან მოლეკულურ სხივს, ხოლო ფილმი იზრდება ფენით ფენით სუბსტრატის მასალის ბროლის ღერძის მიმართულებით.
მისი მახასიათებლებია დაბალი ეპიტაქსიალური ზრდის ტემპერატურა, ხოლო სისქე, ინტერფეისი, ქიმიური შემადგენლობა და მინარევების კონცენტრაცია ზუსტად შეიძლება კონტროლდებოდეს ატომურ დონეზე. მიუხედავად იმისა, რომ MBE წარმოიშვა ნახევარგამტარული ულტრა თხელი ერთკრისტალური ფირების მომზადებისგან, მისი გამოყენება ახლა გაფართოვდა სხვადასხვა მატერიალურ სისტემებზე, როგორიცაა ლითონები და საიზოლაციო დიელექტრიკები, და შეუძლია III-V, II-VI, სილიციუმის, სილიკონის გერმანიუმის მომზადება (SiGe ), გრაფენი, ოქსიდები და ორგანული ფილმები.
მოლეკულური სხივის ეპიტაქსია (MBE) სისტემა ძირითადად შედგება ულტრა მაღალი ვაკუუმის სისტემისგან, მოლეკულური სხივის წყაროსგან, სუბსტრატის ფიქსაციისა და გათბობის სისტემისგან, ნიმუშის გადაცემის სისტემისგან, ადგილზე მონიტორინგის სისტემისგან, კონტროლის სისტემისგან და ტესტისგან. სისტემა.
ვაკუუმის სისტემა მოიცავს ვაკუუმურ ტუმბოებს (მექანიკური ტუმბოები, მოლეკულური ტუმბოები, იონური ტუმბოები და კონდენსაციის ტუმბოები და ა.შ.) და სხვადასხვა სარქველებს, რომლებსაც შეუძლიათ შექმნან ულტრა მაღალი ვაკუუმის ზრდის გარემო. ზოგადად მისაღწევი ვაკუუმის ხარისხი არის 10-8-დან 10-11 Torr-მდე. ვაკუუმურ სისტემას ძირითადად აქვს სამი ვაკუუმური სამუშაო კამერა, კერძოდ, ნიმუშის ინექციის კამერა, წინასწარი დამუშავებისა და ზედაპირის ანალიზის კამერა და ზრდის კამერა.
ნიმუშის საინექციო კამერა გამოიყენება ნიმუშების გარე სამყაროში გადასატანად, რათა უზრუნველყოს სხვა კამერების მაღალი ვაკუუმის პირობები; წინასწარი დამუშავებისა და ზედაპირის ანალიზის კამერა აკავშირებს ნიმუშის საინექციო პალატას და ზრდის კამერას და მისი მთავარი ფუნქციაა ნიმუშის წინასწარი დამუშავება (მაღალტემპერატურული დეგაზირება სუბსტრატის ზედაპირის სრული სისუფთავის უზრუნველსაყოფად) და ზედაპირის წინასწარი ანალიზის ჩატარება. გაწმენდილი ნიმუში; ზრდის კამერა არის MBE სისტემის ძირითადი ნაწილი, რომელიც ძირითადად შედგება წყაროს ღუმელისგან და მისი შესაბამისი ჩამკეტის შეკრებისგან, ნიმუშის კონტროლის კონსოლისგან, გაგრილების სისტემისგან, არეკვლის მაღალი ენერგიის ელექტრონების დიფრაქციისგან (RHEED) და ადგილზე მონიტორინგის სისტემისგან. . ზოგიერთი წარმოების MBE მოწყობილობას აქვს მრავალი ზრდის კამერის კონფიგურაცია. MBE აღჭურვილობის სტრუქტურის სქემატური დიაგრამა ნაჩვენებია ქვემოთ:
სილიკონის მასალის MBE იყენებს მაღალი სისუფთავის სილიკონს, როგორც ნედლეულს, იზრდება ულტრა მაღალი ვაკუუმის პირობებში (10-10-10-11Torr) და ზრდის ტემპერატურაა 600-900℃, Ga (P-ტიპი) და Sb ( N-ტიპი), როგორც დოპინგ წყაროები. ხშირად გამოყენებული დოპინგ წყაროები, როგორიცაა P, As და B, იშვიათად გამოიყენება სხივის წყაროდ, რადგან ძნელია აორთქლება.
MBE-ის რეაქციის კამერას აქვს ულტრა მაღალი ვაკუუმური გარემო, რაც ზრდის მოლეკულების საშუალო თავისუფალ გზას და ამცირებს დაბინძურებას და დაჟანგვას მზარდი მასალის ზედაპირზე. მომზადებულ ეპიტაქსიურ მასალას აქვს კარგი ზედაპირის მორფოლოგია და ერთგვაროვნება და შეიძლება დამზადდეს მრავალშრიანი სტრუქტურა სხვადასხვა დოპინგით ან სხვადასხვა მატერიალური კომპონენტით.
MBE ტექნოლოგია აღწევს ულტრა თხელი ეპიტაქსიალური ფენების განმეორებით ზრდას ერთი ატომური ფენის სისქით, ხოლო ეპიტაქსიურ ფენებს შორის ინტერფეისი ციცაბოა. იგი ხელს უწყობს III-V ნახევარგამტარების და სხვა მრავალკომპონენტიანი ჰეტეროგენული მასალების ზრდას. ამჟამად MBE სისტემა გახდა მოწინავე პროცესის მოწყობილობა ახალი თაობის მიკროტალღური მოწყობილობებისა და ოპტოელექტრონული მოწყობილობების წარმოებისთვის. MBE ტექნოლოგიის უარყოფითი მხარეა ფილმის ზრდის ნელი ტემპი, ვაკუუმის მაღალი მოთხოვნები და აღჭურვილობისა და აღჭურვილობის გამოყენების მაღალი ღირებულება.
3.11 ორთქლის ფაზის ეპიტაქსიის სისტემა
ორთქლის ფაზის ეპიტაქსია (VPE) სისტემა ეხება ეპიტაქსიალური ზრდის მოწყობილობას, რომელიც გადააქვს აირისებრ ნაერთებს სუბსტრატში და იღებს ერთი კრისტალური მასალის ფენას იგივე გისოსებით, როგორც სუბსტრატი ქიმიური რეაქციების გზით. ეპიტაქსიალური შრე შეიძლება იყოს ჰომეპიტაქსიური ფენა (Si/Si) ან ჰეტეროეპიტაქსიური ფენა (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3 და სხვ.). ამჟამად VPE ტექნოლოგია ფართოდ გამოიყენება ნანომასალების მომზადების, ენერგეტიკული მოწყობილობების, ნახევარგამტარული ოპტოელექტრონული მოწყობილობების, მზის ფოტოელექტროსადგურების და ინტეგრირებული სქემების სფეროებში.
ტიპიური VPE მოიცავს ატმოსფერული წნევის ეპიტაქსიას და შემცირებული წნევის ეპიტაქსიას, ულტრა მაღალი ვაკუუმური ქიმიური ორთქლის დეპონირებას, ლითონის ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირებას და ა.შ. VPE ტექნოლოგიის ძირითადი პუნქტებია რეაქციის კამერის დიზაინი, გაზის ნაკადის რეჟიმი და ერთგვაროვნება, ტემპერატურის ერთგვაროვნება და ზუსტი კონტროლი. წნევის კონტროლი და სტაბილურობა, ნაწილაკების და დეფექტების კონტროლი და ა.შ.
ამჟამად, ძირითადი კომერციული VPE სისტემების განვითარების მიმართულებაა დიდი ვაფლის ჩატვირთვა, სრულად ავტომატური კონტროლი და ტემპერატურისა და ზრდის პროცესის რეალურ დროში მონიტორინგი. VPE სისტემებს აქვს სამი სტრუქტურა: ვერტიკალური, ჰორიზონტალური და ცილინდრული. გათბობის მეთოდები მოიცავს წინააღმდეგობის გათბობას, მაღალი სიხშირის ინდუქციურ გათბობას და ინფრაწითელი გამოსხივების გათბობას.
ამჟამად, VPE სისტემები ძირითადად იყენებენ ჰორიზონტალურ დისკის სტრუქტურებს, რომლებსაც აქვთ ეპიტაქსიური ფირის ზრდის კარგი ერთგვაროვნების და დიდი ვაფლის დატვირთვის მახასიათებლები. VPE სისტემები ჩვეულებრივ შედგება ოთხი ნაწილისგან: რეაქტორი, გათბობის სისტემა, გაზის ბილიკის სისტემა და კონტროლის სისტემა. იმის გამო, რომ GaAs და GaN ეპიტაქსიალური ფილმების ზრდის დრო შედარებით გრძელია, ძირითადად გამოიყენება ინდუქციური გათბობა და წინააღმდეგობის გათბობა. სილიკონის VPE-ში, სქელი ეპიტაქსიალური ფირის ზრდა ძირითადად იყენებს ინდუქციურ გათბობას; თხელი ეპიტაქსიალური ფირის ზრდა ძირითადად იყენებს ინფრაწითელ გათბობას ტემპერატურის სწრაფი აწევა/დაწევის მიზნის მისაღწევად.
3.12 თხევადი ფაზის ეპიტაქსიის სისტემა
თხევადი ფაზის ეპიტაქსიის (LPE) სისტემა ეხება ეპიტაქსიალური ზრდის მოწყობილობას, რომელიც ხსნის გასაშენებელ მასალას (როგორიცაა Si, Ga, As, Al და ა.შ.) და დოპანტებს (როგორიცაა Zn, Te, Sn და ა.შ.) ლითონი დაბალი დნობის წერტილით (როგორიცაა Ga, In და ა.შ.), ისე, რომ გამხსნელი იყოს გაჯერებული ან ზეგაჯერებული, შემდეგ კი ერთკრისტალი. სუბსტრატს უკავშირებენ ხსნარს და გამხსნელიდან თანდათანობით გაცივება ხდება გამხსნელიდან, და სუბსტრატის ზედაპირზე იზრდება კრისტალური მასალის ფენა კრისტალური სტრუქტურით და გისოსის მუდმივით სუბსტრატის მსგავსი.
LPE მეთოდი შემოგვთავაზა ნელსონმა და სხვებმა. 1963 წელს. გამოიყენება Si თხელი ფენების და ერთკრისტალური მასალების, აგრეთვე ნახევარგამტარული მასალების, როგორიცაა III-IV ჯგუფები და ვერცხლისწყლის კადმიუმის ტელურიდი, და შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა ოპტოელექტრონული მოწყობილობების, მიკროტალღური მოწყობილობების, ნახევარგამტარული მოწყობილობების და მზის უჯრედების დასამზადებლად. .
———————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera შეუძლია უზრუნველყოსგრაფიტის ნაწილები, რბილი/ხისტი იგრძნობა, სილიციუმის კარბიდის ნაწილები, CVD სილიციუმის კარბიდის ნაწილები, დაSiC/TaC დაფარული ნაწილებითან 30 დღეში.
თუ თქვენ დაინტერესებული ხართ ზემოაღნიშნული ნახევარგამტარული პროდუქტებით,გთხოვთ, ნუ მოგერიდებათ დაგვიკავშირდეთ პირველად.
ტელ: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
გამოქვეყნების დრო: აგვისტო-31-2024