A kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD) egy olyan bevonási folyamat, amely hő- vagy elektromosan indukált kémiai reakciókat alkalmaz a fűtött szubsztrátum felületén, reagensekkel gáz halmazállapotban. A CVD egy olyan lerakási módszer, amelyet kiváló minőségű, nagy teljesítményű, szilárd anyagok előállítására használnak, általában vákuumban. Vékony filmek vagy bevonatok keletkeznek a gáznemű reaktánsok disszociációjával vagy kémiai reakcióival aktivált (hő, fény, plazma) környezetben.
Az epitaxia jelentése &, a tetején pedig &; vagy a&-hez rendelt &, és egy olyan folyamatot jelent, amelyben egy réteg egy másik réteg tetején jön létre, és örökli annak kristályszerkezetét. Ha a lerakódott réteg ugyanabból az anyagból áll, mint a szubsztrát, akkor a homoepitaxiáról beszélünk, ha ez egy másik anyag, akkor az úgynevezett heteroepitaxiáról van szó. A homoepitaxiában a legjelentősebb folyamat a szilícium szilíciumra történő lerakódása, a heteroepitaxiában általában egy szilíciumréteg van egy szigetelőn, például oxidon (Silicon On Insulator: SOI). A kémiai gőzleválasztás (CVD) egy hőkezeléssel történő bevonási folyamat. vagy elektromosan indukált kémiai reakciók egy fűtött szubsztrátum felületén, gáz formában szállított reagensekkel. A CVD egy olyan lerakási módszer, amelyet kiváló minőségű, nagy teljesítményű, szilárd anyagok előállítására használnak, általában vákuumban. Vékony filmek vagy bevonatok keletkeznek a gáznemű reaktánsok disszociációjával vagy kémiai reakcióival aktivált (hő, fény, plazma) környezetben.
Homoepitaxy
Az ostya az eljárástól függően epitaxiális réteggel szállítható az ostya gyártótól (pl. CMOS technológiához), vagy a chipgyártónak magának kell elkészítenie (például a bipoláris technológiában).
Az epitaktikai réteg előállításához gázként tiszta hidrogént használnak a szilánnal (SiH4), diklór-szilán (SiH2Cl2) vagy szilícium-tetraklorid (SiCl4). Körülbelül 1000 ° C-on a gázok lebontják a szilíciumot, amely az ostya felületére rakódik le. A szilícium örökli az aljzat szerkezetét, és energetikai okokból rétegenként növekszik. Ahhoz, hogy ne nőjön fel polikristályos szilícium, mindig érvényesülnie kell a szilíciumatom hiányának, pl. Mindig valamivel kevesebb szilícium áll rendelkezésre, mivel az anyag valójában felnőhet. Szilícium-tetraklorid alkalmazása esetén a reakció két lépésben halad:
SiCl4+ H2→SiCl22HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
A szubsztrát&# 39 orientációjának öröklése érdekében a felületnek teljesen tisztanak kell lennie. Tehát ki lehet használni az egyensúlyi reakciót. Mindkét reakció a másik irányban fordulhat elő, a gázok arányától függően. Ha csak kevés hidrogén van a légkörben, mint például a nyers szilícium tisztítására szolgáló triklór-szilános eljárásban, az anyagot eltávolítják a szilícium ostya felületéről a magas klórkoncentráció miatt. Csak a hidrogén növekedésének növekvő koncentrációjával érhető el.
SiCl-val4a lerakódás sebessége körülbelül 1-2 mikron / perc. Mivel a monokristályos szilícium csak a csupasz felületen nő, bizonyos területeket oxiddal lehet elfedni, ahol a szilícium polikristályos szilíciumként növekszik. Ezt a poliszilíciumot azonban az egykristályos szilíciumhoz képest nagyon könnyen maratják a visszafutó reakció révén. Diborane (B.2H6) vagy foszfin (PH3) adnak a folyamatgázokhoz adalékolt rétegek létrehozása céljából, mivel az adalékgázok magas hőmérsékleten lebomlanak, és az adalékanyagok beépülnek a kristályrácsba.
Az otthoni epitaktikai rétegek létrehozásának folyamata vákuum atmoszférában valósul meg. Ezért a folyamatkamrát 1200 ° C-ra melegítik, hogy eltávolítsák a natív oxidot, amely mindig jelen van a szilícium felületén. Amint fentebb említettük, az alacsony hidrogénkoncentráció miatt a szilícium felületén egy hátmaratás következik be. Ezzel fel lehet tisztítani a felületet a tényleges folyamat megkezdése előtt. Ha a gázkoncentráció változik a tisztítás után, megkezdődik a lerakódás.
Hordóreaktor illusztrációja epitaktikai folyamatokhoz
A magas eljárási hőmérséklet miatt' az adalékanyagok diffúziója a szubsztrátumban vagy a korábbi folyamatokban alkalmazott szennyeződések a szubsztrátumra költözhetnek. Ha SiH2Cl2vagy SiH4használják ott' nincs szükség ilyen magas hőmérsékletre, ezért elsősorban ezeket a gázokat használják. A felület megtisztításához szükséges maratási folyamat eléréséhez külön kell hozzáadni a sósavat. Ennek a szilánnak az a hátránya, hogy közvetlenül a lerakódás előtt csírákat képeznek az atmoszférában, és így a réteg minősége nem olyan jó, mint a SiCl esetében4.
Gyakran szükség van olyan rétegekre, amelyek' nem hozhatók létre közvetlenül az aljzatból. A szilícium-nitrid vagy szilícium-oxinitrid rétegek lerakódásához olyan gázokat kell használni, amelyek minden szükséges komponenst tartalmaznak. A gázokat hőenergia bontja. Ez a' a kémiai gőzfázisú lerakódás elve: CVD. Az ostya felülete nem reagál a gázokkal, hanem alsó rétegként szolgál. A CVD módszer a folyamat paramétereitől - nyomástól, hőmérséklettől függően - különböző módszerek szerint osztható el, amelyek rétegei sűrűségükben és fedésükben különböznek. Ha a vízszintes felületeken a növekedés olyan magas, mint a függőleges felületeken, a lerakódás megfelelő.
A K megfelelőség a függőleges és vízszintes növekedés aránya,K = Rv/Rh. Ha a lerakódás nem ideális, a megfelelőség kisebb, mint 1 (plRv/Rh= 1/2 → K = 0.5). Magas megfelelőség csak magas eljárási hőmérsékletekkel érhető el.
Elképzelhető profilok
Az APCVD egy CVD módszer normál nyomáson (légköri nyomáson), amelyet adalékolt és nem doppingolt oxidok lerakására használnak. A lerakódott oxid alacsony sűrűségű, és a viszonylag alacsony hőmérséklet miatt a lefedettség mérsékelt. A továbbfejlesztett eszközök miatt az APCVD reneszánszon megy keresztül. A nagy ostya áteresztőképesség ennek a folyamatnak nagy előnye.
Folyamatgázként szilán SiH4(nagyon nitrogén-nitrogénnel delutált2) és oxigén O2használt. A gázokat termikusan lebontják körülbelül 400 ° C-on, és egymással reagálva képezik a kívánt filmet.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105° Pa)
Hozzáadott ózon O3jobb megfelelőséget okozhat, mert javítja a felgyülemlett részecskék mozgékonyságát. Az oxid porózus és elektromos instabil, és magas hőmérsékletű eljárással sűríthető.
Annak elkerülése érdekében, hogy a további rétegek lerakódása nehézségeket okozhasson, foszfor-szilikát üveget (PSG) használnak a rétegek között. Ezért foszfint adnak az SiH-hoz4és O2, így a lerakódott oxid 4–8% foszfort tartalmaz. A nagy mennyiségű foszfor az áramlási tulajdonságok magas növekedéséhez vezet, azonban foszforsav képződhet, amely korrodálja az alumíniumot (vezető utak).
Mivel a hőkezelés hatással van a korábbi folyamatokra (pl. Doppingolás), csak rövid temperálást végeznek erőteljes argonlámpákkal (több hundret kW, kevesebb, mint 10 másodperc, T=1100 ° C), ahelyett, hogy hosszan tartó kemence-folyamatokban izzítanák.
A PSG analóg bórjához egyidejűleg adhatunk (bór-foszfor-szilikát üveg, BPSG, 4% B és 4% P).
Vízszintes APCVD reaktor illusztrációja
Az LPCVD-ben vákuumot alkalmaznak. Vékony szilícium-nitrid-filmek (Si3N4), szilícium-oxinitrid (SiON), SiO2und volfrám (W) hozható létre. Az LPCVD folyamatok lehetővé teszik a nagy, majdnem 1-es megfelelőséget. Ennek oka az alacsony 10-100Pa nyomás (légköri nyomás=100.000Pa), amely a részecskék nem egyenletes mozgásához vezet. A részecskék az ütközések következtében szétszóródnak, és függőleges, valamint vízszintes felületeket takarnak. A megfelelőséget magas, akár 900 ° C-os hőmérséklet is támogatja. Az APCVD-hez képest a sűrűség és a stabilitás nagyon magas.
A Si reakciói3N4, SiON, SiO2és volfrám a következők:
mint én3N4(850 ° C): 4NH33SiH2Cl2→Si3N46HCl = 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
Ellentétben a Si-hez használt gáznemű prekurzorokkal3N4, SiON-ot és volfrámot, folyékony tetraetil-ortoszilikátot használnak a SiO-hoz2. Ezen kívül vannak más folyékony források, mint a DTBS (SiH2C8H20) vagy tetrametil-ciklotetrasziloxán (TMTCS, Si4O4C4H16).
A volfrámfilmet csak csupasz szilíciumra lehet gyártani. Ezért szilánt kell hozzáadni, ha nincs szilícium-szubsztrát.
A TEOS filmek LPCVD reaktorának illusztrációja
A PECVD 250-350 ° C-on történik. Alacsony hőmérséklet miatt a folyamatgázok nem bomlanak le termikusan. Nagy frekvenciájú feszültség esetén a gáz plazma állapotba alakul át. A plazma energikus és a felszínen van. Mivel a fémképződést, például az alumíniumot nem lehet kitenni magas hőmérsékletnek, a PECVD-t SiO-hoz használják2és Si3N4lerakódás a fémrétegek tetején. SiH2Cl2 helyett szilánt használnak, mert alacsonyabb hőmérsékleten lebomlik. A megfelelőség nem olyan jó, mint az LPCVD-ben (0,6-0,8), azonban a lerakódási sebesség sokkal magasabb (0,5 mikron / perc).
PECVD reaktor illusztrációja
Az atomréteg-leválasztás (ALD) egy módosított CVD-eljárás vékony filmek gyártására. A folyamat során több gázt használnak, amelyeket felváltva vezetnek be a folyamatkamrába. Mindegyik gáz úgy reagál, hogy az áramfelület telített legyen, ezért a reakció leáll. Az alternatív gáz ugyanúgy képes reagálni ezzel a felülettel. Ezen gázok reakciói között a kamrát inert gázzal, például nitrogénnel vagy argonnal tisztítják. Egy egyszerű ALD folyamat így nézhet ki:
Egy specifikus példa az ALD-folyamatra az alumínium-oxid lerakódása, amely trimetil-alumíniummal (TMA, C3H9Al) és víz (H2O).
Az első lépés az ostya felületén oxigénhez kötött hidrogénatomok eltávolítása. A metilcsoportok (CH3) TMA reakcióba léphet a hidrogénnel metán (CH4). A fennmaradó molekulák kötődnek a telítetlen oxigénhez.
Ha ezek az atomok telítettek, akkor a TMA-molekulák már nem reagálhatnak a felszínen.
A kamrát átöblítjük, majd a következő vízgőzt vezetjük a kamrába. Valaha a hidrogénatom egy hidrogénatomja2Az O-molekulák most reagálhatnak a korábban lerakódott felületi atomokkal metánt képezve, míg a hidroxil-anion az alumínium atomokhoz kötődik.
Ezért vannak olyan új hidrogénatomok a felszínen, amelyek egy későbbi lépésben reagálhatnak a TMA-val, mint az elején.
Az atomréteg-lerakódás jelentős előnyöket nyújt más lerakódási technikákkal szemben, ezért a vékony filmek gyártásának nagyon fontos eljárása. ALD-vel még a háromdimenziós struktúrák is nagyon egyenletesen rakódhatnak le. Szigetelő fóliák lehetségesek, valamint vezetők is, amelyek differenciális szubsztrátokon (félvezetők, polimerek stb.) Hozhatók létre. A filmvastagság nagyon pontosan szabályozható a ciklusok számával. Mivel a reaktív gázokat nem vezetik be egyidejűleg a kamrába, nem tudnak közvetlenül a tényleges lerakódás előtt baktériumokat képezni. Így a filmek minősége nagyon magas.
