Химическое осаждение паров (ССЗ) является процессом покрытия, который использует термически или электрически индуцированных химических реакций на поверхности нагретого субстрата, с реагентами, поставляемыми в газиозной форме. CVD является метод осаждения используется для производства высококачественных, высокая производительность, твердых материалов, как правило, в вакууме. Тонкие пленки или покрытия производятся диссоциацией или химическими реакциями газообразных реакционирующих средств в активированной (тепловой, световой, плазменной) среде.
Эпитаксия означает «сверху» или «назначена» и представляет собой процесс, в котором слой создается поверх другого слоя и наследует его кристаллическую структуру. Если на хранение слой имеет тот же материал, что и субстрат, то речь идет о гомеопатии, если это другой материал, то это так называемая гетероэпитаксия. Наиболее значительным процессом в гомеопатии является осаждение кремния на кремнии, в гетероэпитаксисе обычно силиконовый слой откладывается на изолятор, такой как оксид (Silicon On Insulator: SOI). Химическое осаждение паров (ССЗ) является процессом покрытия, который использует термически или электрически индуцированных химических реакций на поверхности нагретого субстрата, с реагентами, поставляемыми в газиозной форме. CVD является метод осаждения используется для производства высококачественных, высокая производительность, твердых материалов, как правило, в вакууме. Тонкие пленки или покрытия производятся диссоциацией или химическими реакциями газообразных реакционирующих средств в активированной (тепловой, световой, плазменной) среде.
Гомеопатия
В зависимости от процесса, могут быть доставлены от производителя пластин с эпитаксисным слоем (например, для технологии CMOS), или производитель чипов должен сделать это сам (например, в биполярной технологии).
В качестве газа для генерации эпитактического слоя чистый водород используется в сочетании с иланом (SiH4), дихлоросилейн (SiH2Cl2) или тетрахлорид кремния (SiCl4). При температуре около 1000 градусов по Цельсию газы отлепляются от кремния, который откладывается на поверхности пластины. Кремний наследует структуру субстрата и растет, по энергетическим соображениям, слой за слоем последовательно. Чтобы не вырастить поликристаллический кремний, всегда необходимо преобладать нехватка атомов кремния, например, это всегда немного меньше кремния доступны, как материал может реально расти. При использовании тетрахлорида кремния реакция происходит в два этапа:
SiCl4H2→SiCl22HCl
2 SiCl2→Си и SiCl4
Для того, чтобы унаследовать ориентацию субстрата, поверхность должна быть абсолютно ясной. Таким образом, можно использовать равновесную реакцию. Обе реакции могут происходить в другом направлении, в зависимости от соотношения газов. Если в атмосфере всего несколько водорода, как в процессе трихлоросилейна для очистки сырого кремния, материал удаляется из поверхности кремниевой пластины из-за высокой концентрации хлора. Только с увеличением концентрации роста водорода достигается.
С SiCl4скорость осаждения составляет примерно от 1 до 2 микрон в минуту. Так как монокристаллический кремний растет только на голой поверхности, некоторые области могут быть замаскированы оксидом, где кремний растет как поликристаллический кремний. Этот поликремния, однако, травления очень легко по сравнению с однокристаллическим кремния через обратную реакцию. Диборан (B2ч6) или фосфин (PH3) добавляются в процесс газов, для создания допинговых слоев, так как допинг-газы разлагаются при высоких температурах и dopants включены в кристаллическую решетку.
Процесс создания домашних эпитактических слоев реализуется в вакуумной атмосфере. Для этого камера процесса нагревается до 1200 градусов по Цельсию, чтобы удалить родной оксид, который всегда присутствует на поверхности кремния. Как уже упоминалось выше, из-за низкой концентрации водорода происходит назад травления на поверхности кремния. Это может быть использовано для очистки поверхности до начала фактического процесса. Если концентрация газа разнообразна после этой очистки осаждения начинается.
Иллюстрация бочкового реактора для эпитактических процессов
Из-за высоких температур процесса происходит диффузия допантов в субстрате или примеси, которые использовались в более ранних процессах, может перейти к субстрату. Если SiH2Cl2или SiH4используются нет необходимости в таких высоких температурах, поэтому эти газы используются в первую очередь. Для достижения процесса вытравливления для очистки поверхности, HCl должен быть добавлен отдельно. Недостатком этого силана является то, что они образуют микробы в атмосфере прямо перед осаждением, и, таким образом, качество слоя не так хорошо, как с SiCl4.
Часто существует потребность в слоях, которые не могут быть созданы прямо из субстрата. Для отливки слоев кремниевого нитрида или кремниевого оксинитрида необходимо использовать газы, содержащие все необходимые компоненты. Газы разлагаются с помощью тепловой энергии. Это принцип осаждения фазы химического пара: ССЗ. Поверхность пластины не реагирует с газами, но служит нижним слоем. В зависимости от параметров процесса - давления, температуры - метод ССЗ можно разделить различными методами, слои которых отличаются по плотности и охвату. Если рост на горизонтальных поверхностях так же высок, как на вертикальных поверхностях, осаждение соответствует.
Соответствие K является соотношение вертикального и горизонтального роста,К и Рвольт/Rч. Если осаждение не является идеальным, соответствие составляет менее 1 (например,Рвольт/Rч1/2 → K 0,5). Высокое соответствие может быть достигнуто только при высоких температурах процесса.
Воображаемые профили
APCVD является методом ССЗ при нормальном давлении (атмосферное давление), который используется для осаждения допинг и отмены оксидов. Отложенный оксид имеет низкую плотность, а покрытие умеренное из-за относительно низкой температуры. Благодаря усовершенствованных инструментах, БТРВД претерпевает ренессанс. Высокая пропускная способность вафель является большим преимуществом этого процесса.
Как процесс газов силана SiH4(высоко заблуждаемый азотом N2) и кислород O2используются. Газы разлагаются тепловыми при температуре около 400 градусов по Цельсию и реагируют друг с другом, образуя нужную пленку.
SiH4О2→Рин22Ч2(Т 430 КК, р 105Па)
Добавлен озон O3может привести к лучшему соответствию, поскольку он улучшает движение накопленных частиц. Оксид является пористым и электрическим нестабильным и может быть уплотнен в процессе высокой температуры.
Чтобы избежать краев, которые могут привести к трудностям при осаждении дополнительных слоев, фосфор силикатное стекло (PSG) используется для интерслой. Для этого фосфин добавляется в SiH4и O2, так что отложенный оксид содержит от 4 до 8% фосфора. Большое количество фосфора приводит к высокому увеличению свойств потока, однако, фосфорная кислота может быть сформирована, которая разъедает алюминий (проводник пути).
Потому что аннеалирование влияет на более ранние процессы (например, допинг) только короткое закалка делается с мощными аргонными лампами (несколько hundrets kW, менее 10s, T и 1100 C) вместо annealing в длительных процессах печи.
Аналог бора PSG можно добавить одновременно (кремникатное стекло бора фосфора, BPSG, 4% B и 4% P).
Иллюстрация горизонтального реактора APCVD
В LPCVD используется вакуум. Тонкие пленки кремниевого нитрида (Si3н4), кремний оксинитрид (SiON), SiO2und вольфрама (W) может быть создан. Процессы LPCVD обеспечивают высокое соответствие почти 1. Это связано с низким давлением от 10 до 100 па (атмосферное давление 100.000 Па), что приводит к не однородному движению частиц. Частицы разобщаться из-за столкновений и покрытия вертикальных поверхностей, а также горизонтальных. Соответствие поддерживается высокой температурой до 900 градусов по Цельсию. По сравнению с БТРВД плотность и стабильность очень высоки.
Реакция на Si3н4, СиОН, Сио2и вольфрам являются следующими:
а) Си3н4(850 КК): 4NH33SiH2Cl2→си3н46HCl и 6H2
б) СиОН (900 КК): NH3SiH2Cl2N2о→си3н4- Небензяпрукте
в) СиО2(700 КК): SiO4до8ч20→Рин2- Небензяпрукте
г) Вольфрам (400 градусов по Цельсию): WF63Ч2→W и 6HF
В отличие от газусных прекурсоров, которые используются для Si3н4, SiON и вольфрам, жидкий тетраэтил ортозиликат используется для SiO2. Кроме того, существуют и другие источники жидкости, такие как DTBS (SiH2до8ч20) или теттраметилциклотратратрасилоксана (TMTCS, Si4о4до4ч16).
Вольфрамовая пленка может быть изготовлена только на голом кремнии. Поэтому силан должен быть добавлен, если нет кремниевого субстрата.
Иллюстрация реактора LPCVD для пленок TEOS
УИКВД проходит при 250-350 градусах Цельсия. Из-за низких температур процесс газов не может быть разложен тепловым. При высокочастотном напряжении газ преобразуется в плазменное состояние. Плазма энергична и удаляется на поверхности. Поскольку металлизация, например алюминий, не может подвергаться воздействию высоких температур, PECVD используется для SiO2и Si3н4осаждения поверх металлических слоев. Вместо силана SiH2Cl2 используется, потому что он разлагается при более низкой температуре. Соответствие не так хорошо, как в LPCVD (0,6 до 0,8), однако, осаждение ставка гораздо выше (0,5 микрон в минуту).
Иллюстрация реактора PECVD
Atomic Layer Deposition (ALD) — модифицированный процесс ССЗ для производства тонких пленок. Процесс использует несколько газов, которые привели в процесс камеры чередования. Каждый газ реагирует таким образом, что текущая поверхность насыщена, и поэтому реакция застояется. Альтернативный газ способен так же реагировать с этой поверхностью. Между реакциями этих газов камера очищается инертным газом, таким как азот или аргон. Простой процесс ALD может выглядеть так:
Конкретным примером для процесса ALD является осаждение оксида алюминия, это может быть реализовано с триметилалюмином (TMA, C3ч9Al) и воды (H2O).
Первым шагом является устранение атомов водорода, которые связаны с кислородом на поверхности вафель. Метиловые группы (CH3) TMA может реагировать с водородом, чтобы сформировать метан (CH4). Остальные молекулы связаны с ненасыщенным кислородом.
Если эти атомы насыщены, молекулы TMA больше не могут реагировать на поверхности.
Камера очищается и последующий водяной пар велась в камеру. Всегда один атом водопода H2Молекулы O теперь могут реагировать с бывшими отложенными атомами поверхности, чтобы сформировать метан, в то время как гидроксиловый анион связан с атомами алюминия.
Таким образом, есть новые атомы водорода на поверхности, которые могут реагировать в потом шаг с TMA, как в начале.
Осаждение атомного слоя дает значительные преимущества по сравнению с другими методами осаждения, и поэтому это очень важный процесс производства тонких пленок. С ALD даже трехмерные структуры могут быть отложены очень равномерно. Возможны изоляционные пленки, а также проводящие, которые могут быть созданы на субстратах differet (полупроводники, полимеры, ...). Толщина пленки можно контролировать очень точно по количеству циклов. Поскольку реактивные газы не веются в камеру одновременно, они не могут образовывать микробы прямо перед фактическим осаждением. При этом качество фильмов очень высокое.
