Id-depożizzjoni kimika tal-fwar (CVD) hija proċess ta 'kisi li juża reazzjonijiet kimiċi kkawżati termalment jew elettrikament fil-wiċċ ta' sottostrat imsaħħan, b'reaġenti fornuti f'forma ta 'gass. CVD huwa metodu ta 'depożizzjoni użat biex jipproduċi materjali solidi ta' kwalità għolja, ta 'prestazzjoni għolja, tipikament taħt vakwu. Films irqaq jew kisi huma prodotti mid-dissoċjazzjoni jew reazzjonijiet kimiċi ta 'reattivi gassużi f'ambjent attivat (sħana, dawl, plażma).
Epitassija tfisser" fuq nett" jew" assenjat lil" ;, u jirrappreżenta proċess li fih saff jinħoloq fuq saff ieħor u jiret l-istruttura kristallika tiegħu. Jekk is-saff depożitat huwa tal-istess materjal bħas-sottostrat wieħed jitkellem dwar omoepitaxy, jekk' huwa materjal ieħor huwa' l-hekk imsejjaħ heteroepitaxy. L-iktar proċess sinifikanti fl-homoepitaxy huwa d-depożizzjoni tas-silikon fuq is-silikon, fl-eteroepitaxy ġeneralment saff tas-silikon jiġi depożitat fuq iżolatur bħal ossidu (Silicon On Insulator: SOI). Id-depożizzjoni kimika tal-fwar (CVD) hija proċess ta ’kisi li juża jew reazzjonijiet kimiċi kkawżati bl-elettriku fil-wiċċ ta 'substrat imsaħħan, b'reaġenti fornuti f'forma ta' gass. CVD huwa metodu ta 'depożizzjoni użat biex jipproduċi materjali solidi ta' kwalità għolja, ta 'prestazzjoni għolja, tipikament taħt vakwu. Films irqaq jew kisi huma prodotti mid-dissoċjazzjoni jew reazzjonijiet kimiċi ta 'reattivi gassużi f'ambjent attivat (sħana, dawl, plażma).
Homoepitaxy
Skont il-proċess, il-wejfers jistgħu jitwasslu mill-manifattur tal-wejfer b'saff epitassjali (eż. Għat-teknoloġija CMOS), jew il-manifattur taċ-ċippa jrid jagħmilha hu stess (pereżempju fit-teknoloġija bipolari).
Bħala gass għall-ġenerazzjoni tas-saff epitattiku, l-idroġenu pur jintuża flimkien mas-silane (SiH4), dichlorosilane (SiH2Cl2) jew tetraklorur tas-silikon (SiCl4). F'madwar 1000 ° C, il-gassijiet jaqtgħu s-silikon, li jiġi depożitat fuq il-wiċċ tal-wejfer. Is-silikon jiret l-istruttura tas-sottostrat u qed jikber, għal raġunijiet ta 'enerġija, saff b'saff wara xulxin. Biex ma tkabbarx silikon polikristallin, wieħed għandu dejjem jipprevali nuqqas ta 'atomi tas-silikon, eż. Huwa dejjem ftit inqas silikon disponibbli peress li l-materjal jista' fil-fatt jikber. Meta jintuża tetraklorur tas-silikon, ir-reazzjoni tipproċedi f'żewġ stadji:
SiCl4+ H2→SiCl2+ 2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
Sabiex tintiret l-orjentazzjoni tas-substrat' il-wiċċ għandu jkun assolutament ċar. Allura wieħed jista 'juża r-reazzjoni ta' ekwilibriju. Iż-żewġ reazzjonijiet jistgħu jseħħu fid-direzzjoni l-oħra, skond il-proporzjon tal-gassijiet. Jekk hemm biss ftit idroġenu fl-atmosfera, bħal fil-proċess tat-triklorosilan għall-purifikazzjoni tas-silikon mhux maħdum, il-materjal jitneħħa mill-wiċċ tal-wejfer tas-silikon minħabba l-konċentrazzjoni għolja ta 'klorin. Biss b'konċentrazzjoni dejjem akbar ta 'l-idroġenu jinkiseb.
Bis-SiCl4ir-rata ta 'depożizzjoni hija madwar 1 sa 2 mikroni kull minuta. Peress li s-silikon monokristallin jikber biss fuq il-wiċċ mikxuf, ċerti żoni jistgħu jiġu mgħottija bl-ossidu fejn is-silikon jikber bħala silikon polikristallin. Dan il-polysilicon, madankollu, huwa nċiż faċilment meta mqabbel ma 'silikon kristallin wieħed permezz tar-reazzjoni li tmur lura. Diborane (B2H6) jew fosfina (PH3) huma miżjuda mal-gassijiet tal-proċess, biex joħolqu saffi drogati, billi l-gassijiet dopanti jiddekomponu f'temperaturi għoljin u d-dopanti huma inkorporati fil-kannizzata tal-kristall.
Il-proċess biex jinħolqu saffi epitattiċi tad-dar huwa realizzat taħt atmosfera vakwu. Għalih il-kamra tal-proċess tissaħħan sa 1200 ° C biex tneħħi l-ossidu nattiv, li huwa dejjem preżenti fuq il-wiċċ tas-silikon. Kif imsemmi hawn fuq, minħabba konċentrazzjoni baxxa ta 'idroġenu hemm inċiżjoni ta' wara fuq il-wiċċ tas-silikon. Dan jista 'jintuża biex jitnaddaf il-wiċċ qabel ma jibda l-proċess attwali. Jekk il-konċentrazzjoni tal-gass hija varjata wara din it-tindif tibda d-depożizzjoni.
Illustrazzjoni ta 'reattur tal-kanna għal proċessi epitattiċi
Minħabba t-temperaturi għoljin tal-proċess hemmhekk' diffużjoni ta 'dopanti fis-sottostrat jew impuritajiet, li ntużaw fi proċessi preċedenti, jistgħu jimxu lejn is-sottostrat. Jekk SiH2Cl2jew SiH4jintużaw hemm' m'hemmx bżonn ta 'temperaturi għoljin bħal dawn, għalhekk dawn il-gassijiet jintużaw primarjament. Biex jinkiseb il-proċess ta 'etch back biex jitnaddaf il-wiċċ, l-HCl irid jiżdied separatament. L-iżvantaġġ ta 'dan is-silanes huwa li jiffurmaw mikrobi fl-atmosfera eżatt qabel id-depożizzjoni, u b'hekk il-kwalità tas-saff mhix tajba daqs is-SiCl4.
Ħafna drabi jkun hemm bżonn ta 'saffi li ma jistgħux&jinħolqu eżatt mis-sottostrat. Biex tiddepożita saffi ta 'silikon nitrur jew silikon ossinitridu wieħed irid juża gassijiet li jkun fihom il-komponenti kollha meħtieġa. Il-gassijiet huma dekomposti permezz tal-enerġija termali. Dak' huwa l-prinċipju tad-depożizzjoni tal-fażi kimika tal-fwar: CVD. Il-wiċċ tal-wejfer ma jirreaġixxix' mal-gassijiet iżda jservi bħala saff tal-qiegħ. Skond il-parametri tal-proċess - pressjoni, temperatura - il-metodu CVD jista 'jinqasam f'metodi differenti li s-saffi tagħhom ivarjaw fid-densità u l-kopertura. Jekk it-tkabbir fuq uċuħ orizzontali huwa għoli daqs fuq uċuħ vertikali d-depożizzjoni hija konformi.
Il-konformità K hija l-proporzjon tat-tkabbir vertikali u orizzontali,K = Rv/Rh. Jekk id-depożizzjoni mhix ideali, il-konformità hija inqas minn 1 (eżRv/Rh= 1/2 → K = 0.5). Konformità għolja tista 'tinkiseb biss b'temperaturi għoljin tal-proċess.
Profili immaġinabbli
APCVD huwa metodu CVD bi pressjoni normali (pressjoni atmosferika) li jintuża għad-depożizzjoni ta 'ossidi doped u undoped. L-ossidu depożitat għandu densità baxxa u l-kopertura hija moderata minħabba temperatura relattivament baxxa. Minħabba għodda mtejba, l-APCVD jgħaddi minn rinaxximent. Il-volum għoli ta 'wejfer huwa vantaġġ kbir ta' dan il-proċess.
Bħala proċess ta 'gassijiet silane SiH4(deluż ħafna bin - nitroġenu N2) u ossiġnu O2jintużaw. Il-gassijiet huma dekomposti termali f'madwar 400 ° C u jirreaġixxu ma 'xulxin biex jiffurmaw il-film mixtieq.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105° Pa)
Ożonu miżjud O3jista 'jikkawża konformità aħjar għax itejjeb il-mobbiltà tal-partiċelli akkumulati. L-ossidu huwa poruż u elettriku instabbli u jista 'jiġi densifikat bi proċess ta' temperatura għolja.
Sabiex jiġu evitati truf li jistgħu jirriżultaw f'diffikultajiet fid-depożizzjoni ta 'saffi addizzjonali, il-ħġieġ tas-silikat tal-fosfru (PSG) jintuża għas-saffi ta' bejn is-saffi. Għaldaqstant il-fosfina hija miżjuda mas-SiH4u O2, sabiex l-ossidu depożitat ikun fih 4 sa 8% fosfru. Ammont għoli ta 'fosfru jwassal għal żieda għolja fil-proprjetajiet tal-fluss, madankollu, l-aċidu fosforiku jista' jiġi ffurmat li jissaddad l-aluminju (mogħdijiet tal-kondutturi).
Minħabba li l-ittemprar jaffettwa proċessi preċedenti (eż. Id-doping) biss ittemprar qasir isir b'bozoz ta 'l-argon qawwija (bosta hundrets kW, inqas minn 10s, T=1100 ° C) minflok ittemprar fi proċessi ta' fran fit-tul.
Analogu mal-boron PSG jista 'jiżdied simultanjament (ħġieġ silikat tal-fosfru tal-boron, BPSG, 4% B u 4% P).
Illustrazzjoni ta 'reattur orizzontali APCVD
F'LPCVD jintuża vakwu. Films irqaq ta 'nitrid tas-silikon (Si3N4), oxynitride tas-silikon (SiON), SiO2jista 'jinħoloq und tungsten (W). Il-proċessi LPCVD jippermettu konformità għolja ta 'kważi 1. Dan minħabba l-pressjoni baxxa ta' 10 sa 100Pa (pressjoni atmosferika=100.000Pa) li twassal għal moviment mhux uniformi tal-partikoli. Il-partiċelli jinfirxu minħabba kolliżjonijiet u jkopru uċuħ vertikali kif ukoll dawk orizzontali. Il-konformità hija sostnuta b'temperatura għolja sa 900 ° C. Meta mqabbel ma 'APCVD id-densità u l-istabbiltà huma għoljin ħafna.
Ir-reazzjonijiet għal Si3N4, SiON, SiO2u t-tungstenu huma kif ġej:
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) Wolfram (400 ° C): WF6+ 3H2→W + 6HF
B'kuntrast mal-prekursuri tal-gass li jintużaw għas-Si3N4, SiON u tungstenu, tetraethyl orthosilicate likwidu jintuża għal SiO2. Barra minn hekk hemm sorsi likwidi oħra bħad-DTBS (SiH2C8H20) jew tetramethylcyclotetrasiloxane (TMTCS, Si4O4C4H16).
Film tat-tungstenu jista 'jkun iffabbrikat biss fuq silikon mikxuf. Għalhekk is-silane għandu jiżdied jekk ma jkunx hemm substrat tas-silikon.
Illustrazzjoni ta 'reattur LPCVD għal films TEOS
Il-PECVD iseħħ bejn 250 u 350 ° C. Minħabba temperaturi baxxi l-gassijiet tal-proċess ma jistgħux jiġu dekomposti termali. B’vultaġġ ta ’frekwenza għolja, il-gass jinbidel fi stat ta’ plażma. Il-plażma hija enerġetika u tiddisponi fuq il-wiċċ. Minħabba li l-metallizzazzjoni, bħall-aluminju, ma tistax tkun esposta għal temperaturi għoljin, il-PECVD jintuża għal SiO2u Si3N4depożizzjoni fuq saffi tal-metall. Minflok SiH2Cl2silane jintuża għax jiddekomponi f'temperatura aktar baxxa. Il-konformità mhix tajba daqs f'LPCVD (0.6 sa 0.8), madankollu, ir-rata ta 'depożizzjoni hija ħafna ogħla (0.5 mikroni kull minuta).
Illustrazzjoni ta 'reattur PECVD
Id-Depożizzjoni tas-Saff Atomiku (ALD) hija proċess CVD modifikat biex timmanifattura films irqaq. Il-proċess juża diversi gassijiet li huma mmexxija fil-kompartiment tal-proċess li jalterna. Kull gass jirreaġixxi b'tali mod li l-wiċċ tal-kurrent ikun saturat, u għalhekk ir-reazzjoni tieqaf. Il-gass alternattiv kapaċi jirreaġixxi ma 'dan il-wiċċ bl-istess mod. Bejn ir-reazzjonijiet ta 'dawn il-gassijiet il-kamra titnaddaf b'gass inert, bħan-nitroġenu jew l-argon. Proċess ALD sempliċi jista 'jidher bħal dan:
Eżempju speċifiku għal proċess ALD huwa d-deposizzjoni ta 'ossidu tal-aluminju, dan jista' jiġi realizzat bit-trimetilaluminju (TMA, C3H9Al) u ilma (H2O).
L-ewwel pass huwa l-eliminazzjoni ta 'atomi ta' l-idroġenu li huma marbuta ma 'l-ossiġenu fil-wiċċ tal-wejfer. Il-gruppi tal-metil (CH3) ta 'TMA jista' jirreaġixxi ma 'l-idroġenu biex jifforma metanu (CH4). Il-molekuli li jifdal jingħaqdu ma 'l-ossiġenu mhux saturat.
Jekk dawn l-atomi huma saturati, ma jistgħux jirreaġixxu aktar molekuli TMA fil-wiċċ.
Il-kamra titnaddaf u l-istim tal-ilma sussegwenti jiddaħħal fil-kamra. Qatt atomu tal-idroġenu wieħed tal-H2Molekuli O issa jistgħu jirreaġixxu ma 'l-atomi tal-wiċċ iddepożitati qabel biex jiffurmaw metanu, filwaqt li l-anjon idrossiliku huwa marbut ma' l-atomi ta 'l-aluminju.
Għalhekk, hemm atomi tal-idroġenu ġodda fil-wiċċ li jistgħu jirreaġixxu fi stadju sussegwenti bit-TMA bħal fil-bidu.
Id-depożizzjoni ta 'saff atomiku tipprovdi vantaġġi sinifikanti fuq tekniki oħra ta' depożizzjoni, u għalhekk' huwa proċess importanti ħafna għall-manifattura ta 'films irqaq. Bl-ALD anke strutturi tridimensjonali jistgħu jiġu depożitati uniformi ħafna. Films iżolanti huma possibbli kif ukoll dawk konduttivi, li jistgħu jinħolqu fuq sustrati differenti (semikondutturi, polimeri, ...). Il-ħxuna tal-film tista 'tiġi kkontrollata preċiża ħafna bin-numru ta' ċikli. Peress li l-gassijiet reattivi mhumiex imdaħħla fil-kamra simultanjament, ma jistgħux jiffurmaw mikrobi eżatt qabel id-depożizzjoni attwali. Għalhekk il-kwalità tal-films hija għolja ħafna.
