Введение в методы эпитаксического осаждения в производстве полупроводников

В полупроводниковой обработкефотолитографияигравированиеНо рядом с ними есть еще одна важная категория:отложения эпитаксии.

Почему эти процессы осаждения необходимы для производства микросхем?

Вот аналогия: представьте себе простой, квадратный плоский хлеб. Без всякой начинки, он мягкий и неприметный.Другие предпочитают сладкое и сироп.Эти покрытия резко меняют вкус и характер плоского хлеба.плоский хлебпредставляет собойсубстрат, ипокрытиепредставляетфункциональный слойТак же, как разные начинки создают разные ароматы, разные отложенные пленки придают совершенно разные электрические или оптические свойства базовой пластине.

В производстве полупроводников широкий спектрфункциональные слоиКаждый тип слоя требует определенного метода осаждения. В этой статье мы кратко представляем несколько широко используемых методов осаждения, в том числе:

• MOCVD(Отложение металлико-органических химических паров)
• Магнитное распыливание
• PECVD(Плазма-усиленное химическое отложение паров)

1Металлоорганическое химическое отложение паров (MOCVD)

MOCVD является критически важным методом для отложения высококачественныхэпитаксиальные полупроводниковые слои.Эти однокристаллические пленки служат активными слоями в светодиодах, лазерах и других высокопроизводительных устройствах.

Стандартная система MOCVD состоит из пяти основных подсистем, каждая из которых играет важную и скоординированную роль в обеспечении безопасности, точности и воспроизводимости процесса роста:

(1) Система доставки газа

Эта подсистема точно контролирует поток, время и соотношение различных процессуальных газов, вводимых в реактор.

• Газопроводы-носители(обычно N2 или H2)
• Линии поставок металлико-органических прекурсоров, часто черезпузырьки или испарители
• Источники газа гидрида(например, NH3, AsH3, PH3)
• Гас-выключателидля контроля путей роста/чистки

(2) Система реактора

Реактор является ядром системы MOCVD, где происходит фактический эпитаксиальный рост.

• А.Графитный подвергатель, покрытый SiCкоторый удерживает субстрат
• А.система отопления(например, RF или резистивные нагреватели) для контроля температуры субстрата
• Датчики температуры(термопары или пирометры IR)
• Оптические смотровые полядля диагностики на месте
• Автоматизированные системы обработки пластинокдля эффективной загрузки/разгрузки подложки

(3)Система управления процессом

Весь процесс роста управляется комбинацией:

• Программируемые логические контроллеры (PLC)
• Контроллеры массового потока (MFC)
• Регуляторы давления
• А.хост-компьютердля управления рецептами и мониторинга в реальном времени

Эти системы обеспечивают точное управление температурой, скоростью потока и временем на каждом этапе процесса.

(4) Система мониторинга на месте

Для поддержания качества и согласованности пленки интегрированы инструменты мониторинга в режиме реального времени, такие как:

• Системы рефлектометриидля слеженияэпитаксиальный слойтолщина и скорость роста
• Датчики лука пластиныдля обнаружения напряжения или кривизны
• Инфракрасные пирометрыс компенсацией отражаемости для точного измерения температуры

Эти инструменты позволяют немедленно корректировать процесс, улучшая однородность и качество материала.

(5) Система уменьшения выхлопных газов

Токсичные и пирофорные побочные продукты, образующиеся в процессе, такие как арсин или фосфин, должны быть нейтрализованы.

• Машины для очистки от огней
• Тепловые окислители
• Промыватели химических веществ

Они обеспечивают соблюдение стандартов безопасности и экологии.

Конфигурация реактора с плотно связанной душевой головкой (CCS)

Многие передовые системы MOCVD используютСплоченные душевые головки (CCS)В этой конфигурации пластинка с душевой головкой впрыскивает газы группы III и группы V отдельно, но в непосредственной близости от вращающейся подложки.

Это минимизируетпаразитарные реакции газовой фазыи усиливаетэффективность использования прекурсоровКраткое расстояние между душевой головкой и пластинкой обеспечивает равномерное распределение газа по всей поверхности пластинки.вращение подтягивающегоуменьшает изменение пограничного слоя, еще больше улучшаяэпитаксиальный слойединообразие толщины.

Магнитное распыливание

Магнитное распыливаниешироко используется.физическое осаждение паров (PVD)Это метод изготовления функциональных слоев и поверхностных покрытий.Целевой материал, которые затем депонируются насубстратЭтот метод широко применяется при производстве полупроводниковых устройств, оптических покрытий, керамических пленок и многого другого.

Принцип работы магнитронного распыливания

Выбор целевого материала

ВЦельявляется исходным материалом, который должен быть отложен на субстрат.металл,сплав,окись,нитридЦель устанавливается на устройство, известное какмагниторонный катод.

Вакуумная среда

Процесс распыливания проводится подвысокий вакуумЭто обеспечивает безопасность и безопасность.чистотаиединообразиеот сделанной пленки.

Производство плазмы

- Что?инертный газ, обычноаргон (Ar), вводится в камеру и ионизируется, образуяплазмаЭта плазма состоит изположительно заряженные ионы Ar+исвободные электроны, которые необходимы для начала процесса распыливания.

Применение магнитного поля

А.магнитное полеЭто магнитное поле ловит электроны близко к цели, увеличивая их длину пути и повышая эффективность ионизации, что приводит кплотная плазмаРегион, известный какмагниторонная плазма.

Процесс распыливания

Ионы Ar+ ускоряются к отрицательно наклонной поверхности цели, бомбардируя ее и вытесняя атомы от цели черезпередача импульсаЭти выброшенные атомы или кластеры затем проходят через камеру и конденсируются на подложке, образуяфункциональный слой пленки.

Осаждение химических паров, усиленное плазмой (PECVD)

Осаждение химических паров, усиленное плазмой (PECVD)является широко используемой техникой для отложения различных функциональных тонких пленок, таких каккремний (Si),нитрид кремния (SiNx), идиоксид кремния (SiO2)Ниже приведена схематическая схема типичной системы PECVD.
 

Рабочий принцип

В PECVD газообразные прекурсоры, содержащие желаемые элементы пленки, вводятся в камеру вакуумного осаждения.светящийся разрядПроизводится с помощью внешнего источника питания, который возбуждает газы всостояние плазмыРеактивные виды в плазме подвергаютсяхимические реакции, что приводит к образованию твердой пленки на поверхности.поверхность подложки.

Разбуждение плазмы может быть достигнуто с использованием различных источников энергии, в том числе:

• Радиочастотное (RF) возбуждение,
• Высоковольтное возбуждение постоянным током (DC)
• Пульсирующее возбуждение
• Микроволновое возбуждение

PECVD позволяет выращивать пленки сотличная однородностьКроме того, данный метод обеспечиваетсильное сцепление пленкии поддержкивысокие показатели депозитаотносительнонизкие температуры субстрата, что делает его подходящим для температурно чувствительных приложений.

Механизм сдачи показаний

Процесс формирования пленки PECVD обычно включает три ключевых этапа:

Шаг 1: генерация плазмы
Под воздействием электромагнитного поля возникает светящийся разряд, образующий плазму.электроныстолкнуться с молекулами прекурсора газа, инициируяпервичные реакциикоторые расщепляют газы вионы,радикалы, иактивные виды.

Шаг 2: Транспорт и вторичные реакции
Продукты первичной реакции мигрируют к субстрату.Вторичные реакциивозникают среди активных видов, генерируя дополнительные промежуточные вещества или пленкообразующие соединения.

Шаг 3: Реакция поверхности и рост пленки
При достижении поверхности подложки, обапервичныйивторичные видыОниадсорбированыи химически реагируют с поверхностью, образуя твердую пленку.летучие побочные продуктыЧасти реакции выделяются в газовую фазу и выкачиваются из камеры.

Этот многоступенчатый процесс позволяет точно контролировать свойства пленки, такие как:толщина,плотность,химический состав, иединообразие¢превращение ПЭКВД в критически важную технологию впроизводство полупроводников,фотоэлектрическая энергия,MEMS, иоптические покрытия.