Kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD) - bu isitiladigan substrat yuzasida termal yoki elektr induktsiyalangan kimyoviy reaktsiyalarni ishlatadigan, reaktivlar gaz shaklida etkazib beriladigan qoplama jarayoni. CVD odatda vakuum ostida bo'lgan yuqori sifatli, yuqori mahsuldor va qattiq materiallarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan yotqizish usuli. Yupqa plyonkalar yoki qoplamalar faollashtirilgan (issiqlik, yorug'lik, plazma) muhitda gazli reaktivlarning dissotsiatsiyasi yoki kimyoviy reaktsiyalari natijasida hosil bo'ladi.
Epitaksi" yuqori qismida"" ga tayinlangan" va boshqa qatlam ustiga qatlam hosil qilinadigan va uning kristalli tuzilishini meros qilib oladigan jarayonni ifodalaydi. Agar yotqizilgan qatlam substrat bilan bir xil materialga ega bo'lsa, homoepitaksi haqida gapirsa,&# 39 boshqa material bo'lsa,' heteroepitaksi deb ataladi. Homoepitaksiyadagi eng muhim jarayon bu kremniyning kremniyga yotqizilishi, heteroepitaksiyada odatda kremniy qatlami oksid (Silicon On Insulator: SOI) singari izolyatorga yotqizilgan. yoki qizdirilgan substrat yuzasida elektr bilan hosil bo'lgan kimyoviy reaktsiyalar, gazsimon shaklda etkazib beriladigan reagentlar bilan. CVD odatda vakuum ostida bo'lgan yuqori sifatli, yuqori mahsuldor va qattiq materiallarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan yotqizish usuli. Yupqa plyonkalar yoki qoplamalar faollashtirilgan (issiqlik, yorug'lik, plazma) muhitda gazli reaktivlarning dissotsiatsiyasi yoki kimyoviy reaktsiyalari natijasida hosil bo'ladi.
Gomoepitaksi
Jarayonga qarab gofrirovka gofret ishlab chiqaruvchisidan epitaksial qatlam bilan etkazib berilishi mumkin (masalan, CMOS texnologiyasi uchun) yoki chip ishlab chiqaruvchisi uni o'zi bajarishi kerak (masalan, bipolyar texnologiyada).
Epitaktik qatlam hosil qilish uchun gaz sifatida toza vodorod silan (SiH) bilan birgalikda ishlatiladi4), diklorosilan (SiH2Cl2) yoki kremniy tetraklorid (SiCl4). Taxminan 1000 ° C darajasida gazlar gofret yuzasiga yotqizilgan kremniydan ajralib chiqadi. Kremniy substratning tuzilishini meros qilib oladi va energetik sabablarga ko'ra ketma-ket o'sib boradi. Polikristalli kremniyni ko'paytirmaslik uchun har doim kremniy atomlarining etishmasligi ustun bo'lishi kerak, masalan, u har doim bir oz kamroq kremniyga ega, chunki material aslida o'sishi mumkin. Kremniy tetraklorid ishlatilganda reaktsiya ikki bosqichda amalga oshiriladi:
SiCl4+ H2→SiCl2+ 2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
& # 39 yo'nalishini meros qilib olish uchun sirt mutlaqo aniq bo'lishi kerak. Shuning uchun muvozanat reaktsiyasidan foydalanish mumkin. Ikkala reaktsiya ham gazlarning nisbatiga qarab boshqa yo'nalishda sodir bo'lishi mumkin. Agar xom kremniyni tozalash uchun triklorosilan jarayonida bo'lgani kabi atmosferada vodorod oz bo'lsa, xlor konsentratsiyasi yuqori bo'lganligi sababli material silikon gofret yuzasidan chiqariladi. Faqatgina vodorod o'sishi kontsentratsiyasining ortishi bilan erishiladi.
SiCl bilan4yotqizish tezligi daqiqada taxminan 1 dan 2 mikrongacha. Monokristalli kremniy faqat yalang'och yuzada o'sganligi sababli, ma'lum joylarni oksid bilan niqoblash mumkin, bu erda kremniy polikristalli kremniy sifatida o'sadi. Biroq, bu polisilikon bir kristalli kremniy bilan taqqoslaganda, orqaga qarab harakatlanadigan reaktsiya orqali juda oson yugurilgan. Diborane (B.2H6) yoki fosfin (PH3) aralashtirilgan qatlamlarni hosil qilish uchun texnologik gazlarga qo'shiladi, chunki doping gazlari yuqori haroratda parchalanadi va dopantlar kristall panjaraga qo'shiladi.
Uy-epitaktik qatlamlarni yaratish jarayoni vakuum atmosferasida amalga oshiriladi. Shuning uchun har doim kremniy yuzasida mavjud bo'lgan tabiiy oksidi olib tashlash uchun jarayon kamerasi 1200 ° C ga qadar isitiladi. Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, vodorodning past konsentratsiyasi tufayli kremniy yuzasida teskari naycha paydo bo'ladi. Bu haqiqiy jarayon boshlanishidan oldin sirtni tozalash uchun ishlatilishi mumkin. Agar gaz kontsentratsiyasi har xil bo'lsa, uni tozalash boshlanadi.
Epitaktik jarayonlar uchun barrel reaktori tasviri
Jarayonning yuqori harorati tufayli' avvalgi jarayonlarda ishlatilgan substratdagi aralashmalar yoki aralashmalarning sa diffuziyasi substratga o'tishi mumkin. Agar SiH2Cl2yoki SiH4u erda ishlatiladi' bunday yuqori haroratga hojat yo'q, shuning uchun bu gazlar asosan ishlatiladi. Sirtni tozalash uchun orqaga qaytarish jarayoniga erishish uchun HCl alohida qo'shilishi kerak. Ushbu silanlarning zararli tomoni shundaki, ular atmosferada cho'ktirishdan oldin mikroblarni hosil qiladi va shu bilan qatlamning sifati SiCl kabi yaxshi emas4.
Ko'pincha&# 39 to'g'ridan-to'g'ri substratdan yaratilishi mumkin bo'lgan qatlamlarga ehtiyoj bor. Kremniy nitrid yoki silikon oksinitrid qatlamlarini yotqizish uchun barcha kerakli komponentlarni o'z ichiga olgan gazlardan foydalanish kerak. Gazlar issiqlik energiyasi bilan ajralib chiqadi. Kimyoviy bug 'fazasini cho'ktirish printsipi&# 39: CVD. Gofret yuzasi' gazlar bilan reaksiyaga kirishmaydi, lekin pastki qatlam vazifasini bajaradi. Jarayon parametrlariga qarab - bosim, harorat - CVD usuli qatlamlari zichligi va qamrovi jihatidan farq qiladigan turli xil usullarda taqsimlanishi mumkin. Agar gorizontal sirtlarda o'sish vertikal sirtlarda bo'lgani kabi yuqori bo'lsa, cho'kma mos keladi.
Muvofiqlik - bu vertikal va gorizontal o'sishning nisbati,K = Rv/Rh. Agar cho'kma ideal bo'lmasa, muvofiqlik 1 dan kam (masalan, masalan)Rv/Rh= 1/2 → K = 0.5). Yuqori muvofiqlikka faqat yuqori texnologik haroratlarda erishish mumkin.
Tasavvur qiladigan profillar
APCVD - normal bosimdagi (atmosfera bosimi) CVD usuli, bu qo'shilgan va tozalanmagan oksidlarni cho'ktirish uchun ishlatiladi. Cho'kkan oksid past zichlikka ega va nisbatan past harorat tufayli qoplama o'rtacha. Yaxshilangan vositalar tufayli APCVD uyg'onish davrini boshdan kechirmoqda. Gofretning yuqori ishlashi bu jarayonning katta afzalligi.
Jarayon gazlari sifatida silan SiH4(azot N bilan yuqori darajada ajralgan2) va kislorod O2ishlatiladi. Gazlar taxminan 400 ° C haroratda parchalanadi va kerakli filmni hosil qilish uchun bir-biri bilan reaksiyaga kirishadi.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105° Pa)
Ozon O qo'shilgan3yaxshi muvofiqlikni keltirib chiqarishi mumkin, chunki u to'plangan zarralarning harakatlanish qobiliyatini yaxshilaydi. Oksid g'ovakli va elektrda beqaror bo'lib, yuqori haroratli jarayon bilan zichlashishi mumkin.
Qo'shimcha qatlamlarni cho'ktirishda qiyinchiliklarga olib keladigan qirralarning oldini olish uchun qatlamlar uchun fosforli silikat shishadan (PSG) foydalaniladi. Shuning uchun fosfin SiH ga qo'shiladi4va O2, shunday qilib cho'kindi oksid tarkibida 4 dan 8% gacha fosfor bo'ladi. Fosforning katta miqdori oqim xususiyatlarining yuqori o'sishiga olib keladi, ammo alyuminiyni (o'tkazgich yo'llarini) zanglaydigan fosfor kislotasi hosil bo'lishi mumkin.
Kuydirish oldingi jarayonlarga ta'sir qilganligi sababli (masalan, doping) uzoq muddatli pech jarayonlarida kuydirish o'rniga faqat qisqa temperaturali kuchli argon lampalar (bir necha hundrets kVt, 10s dan kam, T=1100 ° C) bilan ishlaydi.
PSG boriga analog bir vaqtning o'zida qo'shilishi mumkin (bor fosforli silikat shishasi, BPSG, 4% B va 4% P).
Gorizontal APCVD reaktori tasviri
LPCVDda vakuum ishlatiladi. Kremniy nitridining ingichka plyonkalari (Si3N4), kremniy oksinitrid (SiON), SiO2und volfram (V) yaratilishi mumkin. LPCVD jarayonlari deyarli 1 ga muvofiqlikni ta'minlaydi, chunki bu 10 dan 100Pa gacha bo'lgan past bosim (atmosfera bosimi=100.000Pa) va bu zarrachalarning bir tekis harakatlanishiga olib keladi. Zarralar to'qnashuv tufayli tarqalib, vertikal va gorizontal yuzalarni qoplaydi. Muvofiqlikni 900 ° S gacha bo'lgan yuqori harorat qo'llab-quvvatlaydi. APCVD bilan taqqoslaganda zichlik va barqarorlik juda yuqori.
Si uchun reaktsiyalar3N4, SiON, SiO2va volfram quyidagilar:
a) Si3N4(850 ° C): 4NH3+ 3SiH2Cl2→Si3N4+ 6HCl + 6H2
b) SiON (900 ° C): NH3+ SiH2Cl2+ N2O→Si3N4+ Nebenprodukte
c) SiO2(700 ° C): SiO4C8H20→SiO2+ Nebenprodukte
d) Volfram (400 ° C): WF6+ 3H2→W + 6HF
Si uchun ishlatiladigan gazli prekursorlardan farqli o'laroq3N4, SiO va volfram, suyuq tetraetil ortosilikat SiO uchun ishlatiladi2. Bundan tashqari, DTBS (SiH) kabi boshqa suyuqlik manbalari mavjud2C8H20) yoki tetrametilsiklotetrasiloksan (TMTCS, Si4O4C4H16).
Volfram plyonkasini faqat yalang'och kremniyda tayyorlash mumkin. Shuning uchun agar kremniy substrat bo'lmasa silan qo'shilishi kerak.
TEOS filmlari uchun LPCVD reaktorining tasviri
PECVD 250 dan 350 ° S gacha bo'ladi. Tufayli past harorat tufayli jarayon gazlar parchalanishi mumkin emas termal. Yuqori chastotali kuchlanish bilan gaz plazma holatiga aylanadi. Plazma baquvvat va sirt ustida yo'q qilinadi. Metallizatsiya, masalan, alyuminiy, yuqori harorat ta'siriga tushmasligi sababli, PECVD SiO uchun ishlatiladi2va Si3N4metall qatlamlarning ustiga yotqizish. SiH2Cl2silan o'rniga past haroratda parchalanishi sababli ishlatiladi. Muvofiqlik LPCVD-da bo'lgani kabi yaxshi emas (0,6 dan 0,8 gacha), ammo yotish darajasi ancha yuqori (daqiqada 0,5 mikron).
PECVD reaktori tasviri
Atom qatlamini cho'ktirish (ALD) - bu ingichka plyonkalarni ishlab chiqarish uchun o'zgartirilgan CVD jarayoni. Jarayon jarayonida bir nechta gazlar ishlatiladi, ular jarayon kamerasiga almashtiriladi. Har bir gaz tokning to'yinganligi bilan reaksiyaga kirishadi va shu sababli reaksiya to'xtab qoladi. Shu bilan muqobil gaz ham shu sirt bilan reaksiyaga kirisha oladi. Ushbu gazlarning reaktsiyalari o'rtasida xona azot yoki argon kabi inert gaz bilan tozalanadi. Oddiy ALD jarayoni quyidagicha ko'rinishi mumkin:
ALD jarayoni uchun alyuminiy oksidini cho'ktirish bu o'ziga xos misol bo'lib, uni trimetilaluminiy (TMA, C) bilan amalga oshirish mumkin.3H9Al) va suv (H2O).
Birinchi qadam, gofret yuzasida kislorod bilan bog'langan vodorod atomlarini yo'q qilishdir. Metil guruhlari (CH3) TMA vodorod bilan reaksiyaga kirishib metan (CH) hosil qilishi mumkin4). Qolgan molekulalar to'yinmagan kislorod bilan bog'lanadi.
Agar bu atomlar to'yingan bo'lsa, endi TMA molekulalari yuzada reaksiyaga kirisha olmaydi.
Kamera tozalanadi va keyingi suv bug'i kameraga olib keladi. H ning har doim bitta vodorod atomi2Endi O molekulalari avval yotqizilgan sirt atomlari bilan reaksiyaga kirishib metan hosil qilishi mumkin, gidroksil anion esa alyuminiy atomlari bilan bog'lanadi.
Demak, sirtda yangi vodorod atomlari mavjud bo'lib, ular keyingi bosqichda TMA bilan boshlangandek reaksiyaga kirisha oladi.
Atom qatlamini cho'ktirish boshqa cho'ktirish texnikalariga nisbatan ancha katta afzalliklarga ega va shu sababli' yupqa plyonkalar ishlab chiqarish juda muhim jarayon. ALD bilan hatto 3 o'lchovli tuzilmalar ham bir xilda yotqizilishi mumkin. Izolyatsiya plyonkalari bilan bir qatorda, differentsial substratlarda (yarimo'tkazgichlar, polimerlar, ...) yaratilishi mumkin bo'lgan Supero'tkazuvchilar ham mumkin. Filmning qalinligi tsikllar soniga ko'ra juda aniq boshqarilishi mumkin. Reaktiv gazlar bir vaqtning o'zida kameraga olib kirilmagani uchun ular mikroorganizmlarni hosil bo'lishidan oldin hosil qila olmaydi. Shunday qilib filmlarning sifati juda yuqori.
