1. Pendahuluan
Proses menempelnya zat (bahan mentah) pada permukaan bahan substrat dengan cara fisika atau kimia disebut pertumbuhan film tipis.
Menurut prinsip kerja yang berbeda, deposisi film tipis sirkuit terpadu dapat dibagi menjadi:
-Deposisi Uap Fisik (PVD);
-Deposisi Uap Kimia (CVD);
-Perpanjangan.
2. Proses Pertumbuhan Film Tipis
2.1 Deposisi uap fisik dan proses sputtering
Proses deposisi uap fisik (PVD) mengacu pada penggunaan metode fisik seperti penguapan vakum, sputtering, pelapisan plasma dan epitaksi berkas molekul untuk membentuk lapisan tipis pada permukaan wafer.
Dalam industri VLSI, teknologi PVD yang paling banyak digunakan adalah sputtering, yang terutama digunakan untuk elektroda dan interkoneksi logam pada sirkuit terpadu. Sputtering adalah proses di mana gas mulia [seperti argon (Ar)] terionisasi menjadi ion (seperti Ar+) di bawah aksi medan listrik eksternal dalam kondisi vakum tinggi, dan membombardir sumber target material di bawah lingkungan bertegangan tinggi, melumpuhkan atom atau molekul bahan target, dan kemudian sampai di permukaan wafer membentuk lapisan tipis setelah proses penerbangan bebas tumbukan. Ar memiliki sifat kimia yang stabil, dan ion-ionnya tidak akan bereaksi secara kimia dengan bahan target dan film. Saat chip sirkuit terpadu memasuki era interkoneksi tembaga 0,13μm, lapisan bahan penghalang tembaga menggunakan film titanium nitrida (TiN) atau tantalum nitrida (TaN). Tuntutan akan teknologi industri mendorong perlunya penelitian dan pengembangan teknologi sputtering reaksi kimia, yaitu di dalam ruang sputtering selain Ar juga terdapat gas reaktif nitrogen (N2), sehingga Ti atau Ta membombardir dari bahan target Ti atau Ta bereaksi dengan N2 untuk menghasilkan film TiN atau TaN yang diperlukan.
Ada tiga metode sputtering yang umum digunakan, yaitu sputtering DC, sputtering RF, dan sputtering magnetron. Seiring dengan meningkatnya integrasi sirkuit terpadu, jumlah lapisan kabel logam multi-lapis semakin meningkat, dan penerapan teknologi PVD menjadi semakin luas. Bahan PVD antara lain Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2, dll.
Proses PVD dan sputtering biasanya diselesaikan dalam ruang reaksi yang sangat tertutup dengan tingkat vakum 1×10-7 hingga 9×10-9 Torr, yang dapat menjamin kemurnian gas selama reaksi; pada saat yang sama, tegangan tinggi eksternal diperlukan untuk mengionisasi gas langka untuk menghasilkan tegangan yang cukup tinggi untuk membombardir target. Parameter utama untuk mengevaluasi proses PVD dan sputtering meliputi jumlah debu, serta nilai resistansi, keseragaman, ketebalan reflektifitas dan tegangan film yang terbentuk.
2.2 Deposisi Uap Kimia dan Proses Sputtering
Deposisi uap kimia (CVD) mengacu pada teknologi proses di mana berbagai reaktan gas dengan tekanan parsial berbeda bereaksi secara kimia pada suhu dan tekanan tertentu, dan zat padat yang dihasilkan diendapkan pada permukaan bahan substrat untuk mendapatkan ketipisan yang diinginkan. film. Dalam proses pembuatan sirkuit terpadu tradisional, bahan film tipis yang diperoleh umumnya berupa senyawa seperti oksida, nitrida, karbida, atau bahan seperti silikon polikristalin dan silikon amorf. Pertumbuhan epitaksi selektif, yang lebih umum digunakan setelah node 45nm, seperti sumber dan saluran pertumbuhan epitaksi SiGe atau Si, juga merupakan teknologi CVD.
Teknologi ini dapat terus membentuk bahan kristal tunggal yang jenisnya sama atau mirip dengan kisi aslinya pada substrat kristal tunggal silikon atau bahan lain di sepanjang kisi aslinya. CVD banyak digunakan dalam pertumbuhan film dielektrik isolasi (seperti SiO2, Si3N4 dan SiON, dll.) dan film logam (seperti tungsten, dll.).
Secara umum, menurut klasifikasi tekanan, CVD dapat dibagi menjadi deposisi uap kimia bertekanan atmosferik (APCVD), deposisi uap kimia bertekanan sub-atmosfer (SAPCVD), dan deposisi uap kimia bertekanan rendah (LPCVD).
Menurut klasifikasi suhu, CVD dapat dibagi menjadi deposisi uap kimia film oksida suhu tinggi/suhu rendah (HTO/LTO CVD) dan deposisi uap kimia termal cepat (Rapid Thermal CVD, RTCVD);
Menurut sumber reaksinya, CVD dapat dibagi menjadi CVD berbasis silan, CVD berbasis poliester (CVD berbasis TEOS) dan deposisi uap kimia organik logam (MOCVD);
Menurut klasifikasi energi, CVD dapat dibagi menjadi deposisi uap kimia termal (Thermal CVD), deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma (Plasma Enhanced CVD, PECVD) dan deposisi uap kimia plasma kepadatan tinggi (High Density Plasma CVD, HDPCVD). Baru-baru ini, deposisi uap kimia yang dapat dialirkan (Flowable CVD, FCVD) dengan kemampuan mengisi celah yang sangat baik juga telah dikembangkan.
Film hasil CVD yang berbeda memiliki sifat yang berbeda (seperti komposisi kimia, konstanta dielektrik, tegangan, tegangan, dan tegangan tembus) dan dapat digunakan secara terpisah sesuai dengan persyaratan proses yang berbeda (seperti suhu, cakupan langkah, persyaratan pengisian, dll.).
2.3 Proses pengendapan lapisan atom
Deposisi lapisan atom (ALD) mengacu pada pengendapan atom lapis demi lapis pada bahan substrat dengan menumbuhkan lapisan film atom tunggal lapis demi lapis. ALD tipikal mengadopsi metode memasukkan prekursor gas ke dalam reaktor dengan cara berdenyut bergantian.
Misalnya, pertama, prekursor reaksi 1 dimasukkan ke dalam permukaan substrat, dan setelah adsorpsi kimia, satu lapisan atom terbentuk pada permukaan substrat; kemudian prekursor 1 yang tersisa di permukaan substrat dan di dalam ruang reaksi dipompa keluar dengan pompa udara; kemudian prekursor reaksi 2 dimasukkan ke dalam permukaan substrat, dan bereaksi secara kimia dengan prekursor 1 yang teradsorpsi pada permukaan substrat untuk menghasilkan bahan film tipis yang sesuai dan produk sampingan yang sesuai pada permukaan substrat; ketika prekursor 1 bereaksi sempurna, reaksi akan berhenti secara otomatis, yang merupakan karakteristik ALD yang membatasi diri, dan kemudian sisa reaktan dan produk sampingan diekstraksi untuk mempersiapkan tahap pertumbuhan berikutnya; dengan mengulangi proses di atas secara terus menerus, pengendapan bahan film tipis yang ditumbuhkan lapis demi lapis dengan atom tunggal dapat dicapai.
Baik ALD maupun CVD merupakan cara memasukkan sumber reaksi kimia berbentuk gas untuk bereaksi secara kimia pada permukaan substrat, namun perbedaannya adalah sumber reaksi gas CVD tidak memiliki karakteristik pertumbuhan yang membatasi diri. Terlihat bahwa kunci pengembangan teknologi ALD adalah menemukan prekursor dengan sifat reaksi yang membatasi diri.
2.4 Proses Epitaksi
Proses epitaksi mengacu pada proses menumbuhkan lapisan kristal tunggal yang tertata lengkap pada substrat. Secara umum, proses epitaksi adalah menumbuhkan lapisan kristal dengan orientasi kisi yang sama dengan substrat asli pada substrat kristal tunggal. Proses epitaksi banyak digunakan dalam manufaktur semikonduktor, seperti wafer silikon epitaksi dalam industri sirkuit terpadu, sumber tertanam dan pertumbuhan epitaksi saluran pada transistor MOS, pertumbuhan epitaksi pada substrat LED, dll.
Menurut keadaan fase yang berbeda dari sumber pertumbuhan, metode pertumbuhan epitaksi dapat dibagi menjadi epitaksi fase padat, epitaksi fase cair, dan epitaksi fase uap. Dalam manufaktur sirkuit terpadu, metode epitaksi yang umum digunakan adalah epitaksi fase padat dan epitaksi fase uap.
Epitaksi fase padat: mengacu pada pertumbuhan lapisan kristal tunggal pada substrat menggunakan sumber padat. Misalnya, anil termal setelah implantasi ion sebenarnya merupakan proses epitaksi fase padat. Selama implantasi ion, atom silikon pada wafer silikon dibombardir oleh ion yang ditanamkan berenergi tinggi, meninggalkan posisi kisi aslinya dan menjadi amorf, membentuk lapisan silikon amorf permukaan. Setelah anil termal suhu tinggi, atom amorf kembali ke posisi kisi dan tetap konsisten dengan orientasi kristal atom di dalam substrat.
Metode pertumbuhan epitaksi fase uap termasuk epitaksi fase uap kimia, epitaksi berkas molekul, epitaksi lapisan atom, dll. Dalam manufaktur sirkuit terpadu, epitaksi fase uap kimia adalah yang paling umum digunakan. Prinsip epitaksi fase uap kimia pada dasarnya sama dengan prinsip pengendapan uap kimia. Keduanya adalah proses yang mengendapkan lapisan tipis melalui reaksi kimia pada permukaan wafer setelah pencampuran gas.
Perbedaannya adalah karena epitaksi fase uap kimia menumbuhkan lapisan kristal tunggal, maka ia memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk kandungan pengotor dalam peralatan dan kebersihan permukaan wafer. Proses silikon epitaksi fase uap kimia awal perlu dilakukan dalam kondisi suhu tinggi (lebih besar dari 1000°C). Dengan peningkatan peralatan proses, terutama penerapan teknologi ruang pertukaran vakum, kebersihan rongga peralatan dan permukaan wafer silikon telah meningkat pesat, dan epitaksi silikon dapat dilakukan pada suhu yang lebih rendah (600-700° C). Proses wafer silikon epitaksi adalah menumbuhkan lapisan silikon kristal tunggal pada permukaan wafer silikon.
Dibandingkan dengan substrat silikon asli, lapisan silikon epitaksial memiliki kemurnian lebih tinggi dan cacat kisi lebih sedikit, sehingga meningkatkan hasil produksi semikonduktor. Selain itu, ketebalan pertumbuhan dan konsentrasi doping lapisan silikon epitaksi yang ditanam pada wafer silikon dapat dirancang secara fleksibel, yang memberikan fleksibilitas pada desain perangkat, seperti mengurangi resistensi substrat dan meningkatkan isolasi substrat. Proses epitaksi saluran sumber tertanam adalah teknologi yang banyak digunakan dalam node teknologi logika tingkat lanjut.
Ini mengacu pada proses pertumbuhan silikon germanium atau silikon yang didoping secara epitaksial di daerah sumber dan saluran transistor MOS. Keuntungan utama dari memperkenalkan proses epitaksi sumber-saluran tertanam meliputi: menumbuhkan lapisan pseudokristalin yang mengandung tekanan akibat adaptasi kisi, meningkatkan mobilitas pembawa saluran; doping in-situ pada sumber dan saluran dapat mengurangi resistensi parasit pada persimpangan sumber-saluran dan mengurangi cacat implantasi ion energi tinggi.
3. peralatan pertumbuhan film tipis
3.1 Peralatan penguapan vakum
Penguapan vakum adalah metode pelapisan yang memanaskan bahan padat dalam ruang vakum hingga bahan tersebut menguap, menguap atau menyublim, kemudian mengembun dan mengendap pada permukaan bahan substrat pada suhu tertentu.
Biasanya terdiri dari tiga bagian yaitu sistem vakum, sistem evaporasi, dan sistem pemanas. Sistem vakum terdiri dari pipa vakum dan pompa vakum, dan fungsi utamanya adalah menyediakan lingkungan vakum yang memenuhi syarat untuk penguapan. Sistem evaporasi terdiri dari meja evaporasi, komponen pemanas dan komponen pengukuran suhu.
Bahan sasaran yang akan diuapkan (seperti Ag, Al, dll) diletakkan di atas meja evaporasi; komponen pemanasan dan pengukuran suhu adalah sistem loop tertutup yang digunakan untuk mengontrol suhu penguapan untuk memastikan kelancaran penguapan. Sistem pemanas terdiri dari tahap wafer dan komponen pemanas. Tahap wafer digunakan untuk menempatkan substrat di mana film tipis perlu diuapkan, dan komponen pemanas digunakan untuk mewujudkan pemanasan substrat dan kontrol umpan balik pengukuran suhu.
Lingkungan vakum merupakan kondisi yang sangat penting dalam proses penguapan vakum, yang berkaitan dengan laju penguapan dan kualitas film. Jika tingkat vakum tidak memenuhi persyaratan, atom atau molekul yang menguap akan sering bertabrakan dengan molekul gas sisa, sehingga jalur bebas rata-ratanya menjadi lebih kecil, dan atom atau molekul akan berhamburan dengan kuat, sehingga mengubah arah pergerakan dan mengurangi lapisan film. tingkat pembentukan.
Selain itu, karena adanya sisa molekul gas pengotor, film yang diendapkan menjadi terkontaminasi serius dan kualitasnya buruk, terutama bila laju kenaikan tekanan ruangan tidak memenuhi standar dan terjadi kebocoran, udara akan bocor ke dalam ruang vakum. , yang akan berdampak serius pada kualitas film.
Karakteristik struktural peralatan penguapan vakum menentukan bahwa keseragaman lapisan pada substrat berukuran besar buruk. Untuk meningkatkan keseragamannya, metode peningkatan jarak sumber-substrat dan rotasi substrat umumnya digunakan, tetapi peningkatan jarak sumber-substrat akan mengorbankan laju pertumbuhan dan kemurnian film. Pada saat yang sama, karena bertambahnya ruang vakum, tingkat pemanfaatan bahan yang diuapkan berkurang.
3.2 Peralatan pengendapan uap fisik DC
Deposisi uap fisik arus searah (DCPVD) juga dikenal sebagai sputtering katoda atau sputtering dua tahap vakum DC. Bahan target sputtering DC vakum digunakan sebagai katoda dan substrat digunakan sebagai anoda. Sputtering vakum adalah pembentukan plasma dengan mengionisasi gas proses.
Partikel bermuatan dalam plasma dipercepat dalam medan listrik untuk memperoleh sejumlah energi tertentu. Partikel-partikel dengan energi yang cukup membombardir permukaan bahan target, sehingga atom-atom target tergagap; atom-atom yang tergagap dengan energi kinetik tertentu bergerak menuju substrat membentuk lapisan tipis pada permukaan substrat. Gas yang digunakan untuk sputtering umumnya merupakan gas langka seperti argon (Ar), sehingga lapisan film yang terbentuk dari sputtering tidak akan terkontaminasi; selain itu, jari-jari atom argon lebih cocok untuk sputtering.
Ukuran partikel yang tergagap harus mendekati ukuran atom target yang akan tergagap. Jika partikelnya terlalu besar atau terlalu kecil, sputtering yang efektif tidak dapat terbentuk. Selain faktor ukuran atom, faktor massa atom juga akan mempengaruhi kualitas sputtering. Jika sumber partikel yang tergagap terlalu ringan, atom target tidak akan tergagap; jika partikel yang tergagap terlalu berat, target akan “bengkok” dan target tidak akan tergagap.
Bahan target yang digunakan dalam DCPVD harus berupa konduktor. Hal ini karena ketika ion argon dalam gas proses membombardir material target, mereka akan bergabung kembali dengan elektron pada permukaan material target. Ketika bahan target adalah konduktor seperti logam, elektron yang dikonsumsi oleh rekombinasi ini lebih mudah diisi ulang oleh catu daya dan elektron bebas di bagian lain dari bahan target melalui konduksi listrik, sehingga permukaan bahan target menjadi seperti a. keseluruhan tetap bermuatan negatif dan sputtering dipertahankan.
Sebaliknya, jika bahan target merupakan isolator, setelah elektron pada permukaan bahan target digabungkan kembali, elektron bebas di bagian lain bahan target tidak dapat diisi ulang melalui konduksi listrik, bahkan muatan positif akan terakumulasi pada bahan tersebut. permukaan bahan target, menyebabkan potensi bahan target naik, dan muatan negatif bahan target melemah hingga menghilang, yang pada akhirnya menyebabkan terhentinya sputtering.
Oleh karena itu, agar bahan isolasi juga dapat digunakan untuk sputtering, perlu dicari metode sputtering lain. Sputtering frekuensi radio adalah metode sputtering yang cocok untuk target konduktif dan non-konduktif.
Kerugian lain dari DCPVD adalah tegangan pengapiannya tinggi dan bombardir elektron pada substratnya kuat. Cara efektif untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menggunakan magnetron sputtering, sehingga magnetron sputtering benar-benar mempunyai nilai praktis di bidang sirkuit terpadu.
3.3 Peralatan Deposisi Uap Fisik RF
Deposisi uap fisik frekuensi radio (RFPVD) menggunakan daya frekuensi radio sebagai sumber eksitasi dan merupakan metode PVD yang cocok untuk berbagai bahan logam dan non-logam.
Frekuensi umum catu daya RF yang digunakan dalam RFPVD adalah 13,56MHz, 20MHz, dan 60MHz. Siklus positif dan negatif dari catu daya RF muncul secara bergantian. Ketika target PVD berada pada setengah siklus positif, karena permukaan target berada pada potensial positif, maka elektron dalam atmosfer proses akan mengalir ke permukaan target untuk menetralkan muatan positif yang terkumpul di permukaannya, bahkan terus mengakumulasi elektron, membuat permukaannya menjadi bias negatif; ketika target sputtering berada pada setengah siklus negatif, ion positif akan bergerak menuju target dan sebagian dinetralkan pada permukaan target.
Yang paling kritis adalah kecepatan pergerakan elektron dalam medan listrik RF jauh lebih cepat dibandingkan dengan ion positif, sedangkan waktu setengah siklus positif dan negatifnya sama, sehingga setelah satu siklus penuh, permukaan target akan menjadi “bersih” bermuatan negatif. Oleh karena itu, dalam beberapa siklus pertama, muatan negatif permukaan target menunjukkan tren yang meningkat; setelah itu, permukaan target mencapai potensi negatif yang stabil; setelah itu, karena muatan negatif target mempunyai efek tolak menolak elektron, jumlah muatan positif dan negatif yang diterima elektroda target cenderung seimbang, dan target menghasilkan muatan negatif yang stabil.
Dari proses diatas terlihat bahwa proses pembentukan tegangan negatif tidak ada hubungannya dengan sifat bahan target itu sendiri, sehingga metode RFPVD tidak hanya dapat menyelesaikan masalah sputtering pada target isolasi, tetapi juga sangat kompatibel. dengan target konduktor logam konvensional.
3.4 Peralatan sputtering magnetron
Sputtering magnetron adalah metode PVD yang menambahkan magnet ke bagian belakang target. Magnet tambahan dan sistem catu daya DC (atau catu daya AC) membentuk sumber sputtering magnetron. Sumber sputtering digunakan untuk membentuk medan elektromagnetik interaktif di dalam ruangan, menangkap dan membatasi jangkauan pergerakan elektron dalam plasma di dalam ruangan, memperluas jalur pergerakan elektron, dan dengan demikian meningkatkan konsentrasi plasma, dan pada akhirnya mencapai lebih banyak. endapan.
Selain itu, karena lebih banyak elektron terikat di dekat permukaan target, pemboman substrat oleh elektron berkurang, dan suhu substrat berkurang. Dibandingkan dengan teknologi DCPVD pelat datar, salah satu fitur yang paling jelas dari teknologi pengendapan uap fisik magnetron adalah tegangan pelepasan penyalaan lebih rendah dan lebih stabil.
Karena konsentrasi plasmanya yang lebih tinggi dan hasil sputtering yang lebih besar, ia dapat mencapai efisiensi deposisi yang sangat baik, kontrol ketebalan deposisi dalam rentang ukuran yang besar, kontrol komposisi yang tepat, dan tegangan pengapian yang lebih rendah. Oleh karena itu, sputtering magnetron berada pada posisi dominan dalam PVD film logam saat ini. Desain sumber sputtering magnetron yang paling sederhana adalah dengan menempatkan sekelompok magnet di bagian belakang target datar (di luar sistem vakum) untuk menghasilkan medan magnet yang sejajar dengan permukaan target di area lokal pada permukaan target.
Jika magnet permanen ditempatkan, medan magnetnya relatif tetap, sehingga menghasilkan distribusi medan magnet yang relatif tetap pada permukaan target di dalam ruangan. Hanya bahan di area target tertentu yang tergagap, tingkat pemanfaatan target rendah, dan keseragaman film yang disiapkan buruk.
Ada kemungkinan tertentu bahwa partikel logam atau material lain yang tergagap akan disimpan kembali pada permukaan target, sehingga berkumpul menjadi partikel dan membentuk kontaminasi cacat. Oleh karena itu, sumber sputtering magnetron komersial sebagian besar menggunakan desain magnet berputar untuk meningkatkan keseragaman film, tingkat pemanfaatan target, dan sputtering target penuh.
Penting untuk menyeimbangkan ketiga faktor ini. Jika keseimbangan tidak ditangani dengan baik, hal ini dapat mengakibatkan keseragaman film yang baik sekaligus mengurangi tingkat pemanfaatan target (memperpendek umur target), atau gagal mencapai target sputtering penuh atau korosi target penuh, yang akan menyebabkan masalah partikel selama sputtering. proses.
Dalam teknologi magnetron PVD, perlu diperhatikan mekanisme pergerakan magnet berputar, bentuk target, sistem pendingin target dan sumber sputtering magnetron, serta konfigurasi fungsional alas yang membawa wafer, seperti adsorpsi wafer dan pengatur suhu. Dalam proses PVD, suhu wafer dikontrol untuk mendapatkan struktur kristal yang diperlukan, ukuran dan orientasi butir, serta stabilitas kinerja.
Karena konduksi panas antara bagian belakang wafer dan permukaan alas memerlukan tekanan tertentu, biasanya dalam urutan beberapa Torr, dan tekanan kerja ruangan biasanya dalam urutan beberapa mTorr, tekanan di bagian belakang wafer jauh lebih besar daripada tekanan pada permukaan atas wafer, sehingga diperlukan pencekam mekanis atau pencekam elektrostatis untuk memposisikan dan membatasi wafer.
Chuck mekanis mengandalkan beratnya sendiri dan tepi wafer untuk mencapai fungsi ini. Meskipun memiliki keunggulan struktur sederhana dan ketidakpekaan terhadap bahan wafer, efek tepi wafer terlihat jelas, yang tidak mendukung kontrol partikel yang ketat. Oleh karena itu, secara bertahap telah digantikan oleh chuck elektrostatis dalam proses pembuatan IC.
Untuk proses yang tidak terlalu sensitif terhadap suhu, metode rak kontak non-adsorpsi dan non-tepi (tidak ada perbedaan tekanan antara permukaan atas dan bawah wafer) juga dapat digunakan. Selama proses PVD, lapisan ruang dan permukaan bagian yang bersentuhan dengan plasma akan diendapkan dan ditutup. Ketika ketebalan film yang diendapkan melebihi batas, film akan retak dan terkelupas sehingga menimbulkan masalah partikel.
Oleh karena itu, perawatan permukaan pada bagian-bagian seperti lapisan adalah kunci untuk memperluas batas ini. Sandblasting permukaan dan penyemprotan aluminium adalah dua metode yang umum digunakan, yang tujuannya adalah untuk meningkatkan kekasaran permukaan guna memperkuat ikatan antara film dan permukaan lapisan.
3.5 Peralatan Deposisi Uap Fisik Ionisasi
Dengan terus berkembangnya teknologi mikroelektronika, ukuran fitur menjadi semakin kecil. Karena teknologi PVD tidak dapat mengontrol arah pengendapan partikel, kemampuan PVD untuk masuk melalui lubang dan saluran sempit dengan rasio aspek tinggi menjadi terbatas, sehingga perluasan penerapan teknologi PVD tradisional semakin menantang. Dalam proses PVD, seiring dengan meningkatnya rasio aspek alur pori, cakupan di bagian bawah berkurang, membentuk struktur menjorok seperti atap di sudut atas, dan membentuk cakupan terlemah di sudut bawah.
Teknologi pengendapan uap fisik terionisasi dikembangkan untuk mengatasi masalah ini. Pertama-tama plasmatisasi atom logam yang tergagap dari target dengan cara yang berbeda, dan kemudian menyesuaikan tegangan bias yang dimuat pada wafer untuk mengontrol arah dan energi ion logam untuk mendapatkan aliran ion logam terarah yang stabil untuk menyiapkan film tipis, sehingga meningkatkan cakupan bagian bawah anak tangga dengan rasio aspek tinggi melalui lubang dan saluran sempit.
Ciri khas teknologi plasma logam terionisasi adalah penambahan kumparan frekuensi radio di dalam ruangan. Selama proses berlangsung, tekanan kerja ruangan dipertahankan pada kondisi yang relatif tinggi (5 hingga 10 kali tekanan kerja normal). Selama PVD, kumparan frekuensi radio digunakan untuk menghasilkan wilayah plasma kedua, di mana konsentrasi plasma argon meningkat seiring dengan peningkatan daya frekuensi radio dan tekanan gas. Ketika atom logam yang tergagap dari target melewati wilayah ini, mereka berinteraksi dengan plasma argon berdensitas tinggi untuk membentuk ion logam.
Menerapkan sumber RF pada pembawa wafer (seperti chuck elektrostatis) dapat meningkatkan bias negatif pada wafer untuk menarik ion positif logam ke dasar alur pori. Aliran ion logam terarah yang tegak lurus terhadap permukaan wafer meningkatkan cakupan bagian bawah pori-pori dengan rasio aspek tinggi dan saluran sempit.
Bias negatif yang diterapkan pada wafer juga menyebabkan ion-ion membombardir permukaan wafer (sputtering terbalik), yang melemahkan struktur mulut alur pori yang menjorok dan membuat lapisan film yang disimpan di bagian bawah tergagap ke dinding samping di sudut bagian bawah pori. alur, sehingga meningkatkan cakupan langkah di sudut.
3.6 Peralatan Deposisi Uap Kimia Tekanan Atmosfer
Peralatan pengendapan uap kimia tekanan atmosfer (APCVD) mengacu pada perangkat yang menyemprotkan sumber reaksi gas dengan kecepatan konstan ke permukaan substrat padat yang dipanaskan di bawah lingkungan dengan tekanan mendekati tekanan atmosfer, menyebabkan sumber reaksi bereaksi secara kimia pada permukaan substrat, dan produk reaksi diendapkan pada permukaan substrat untuk membentuk film tipis.
Peralatan APCVD merupakan peralatan CVD paling awal dan masih banyak digunakan dalam produksi industri dan penelitian ilmiah. Peralatan APCVD dapat digunakan untuk membuat film tipis seperti silikon kristal tunggal, silikon polikristalin, silikon dioksida, seng oksida, titanium dioksida, kaca fosfosilikat, dan kaca borofosfosilikat.
3.7 Peralatan Deposisi Uap Kimia Tekanan Rendah
Peralatan pengendapan uap kimia bertekanan rendah (LPCVD) mengacu pada peralatan yang menggunakan bahan mentah gas untuk bereaksi secara kimia pada permukaan substrat padat di bawah lingkungan yang dipanaskan (350-1100°C) dan bertekanan rendah (10-100mTorr), dan reaktan diendapkan pada permukaan substrat membentuk lapisan tipis. Peralatan LPCVD dikembangkan berdasarkan APCVD untuk meningkatkan kualitas film tipis, meningkatkan keseragaman distribusi parameter karakteristik seperti ketebalan dan resistivitas film, serta meningkatkan efisiensi produksi.
Fitur utamanya adalah bahwa dalam lingkungan medan termal bertekanan rendah, gas proses bereaksi secara kimia pada permukaan substrat wafer, dan produk reaksi diendapkan pada permukaan substrat untuk membentuk film tipis. Peralatan LPCVD memiliki keunggulan dalam pembuatan film tipis berkualitas tinggi dan dapat digunakan untuk membuat film tipis seperti silikon oksida, silikon nitrida, polisilikon, silikon karbida, galium nitrida dan graphene.
Dibandingkan dengan APCVD, lingkungan reaksi bertekanan rendah pada peralatan LPCVD meningkatkan jalur bebas rata-rata dan koefisien difusi gas dalam ruang reaksi.
Molekul gas reaksi dan gas pembawa dalam ruang reaksi dapat didistribusikan secara merata dalam waktu singkat, sehingga sangat meningkatkan keseragaman ketebalan film, keseragaman resistivitas dan cakupan langkah film, dan konsumsi gas reaksi juga kecil. Selain itu, lingkungan bertekanan rendah juga mempercepat kecepatan transmisi zat gas. Kotoran dan produk samping reaksi yang tersebar dari substrat dapat dengan cepat dikeluarkan dari zona reaksi melalui lapisan batas, dan gas reaksi dengan cepat melewati lapisan batas untuk mencapai permukaan substrat untuk bereaksi, sehingga secara efektif menekan doping sendiri, mempersiapkan film berkualitas tinggi dengan zona transisi yang curam, dan juga meningkatkan efisiensi produksi.
3.8 Peralatan Deposisi Uap Kimia yang Ditingkatkan Plasma
Deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma (PECVD) adalah metode yang banyak digunakanteknologi deposisi film hin. Selama proses plasma, prekursor gas terionisasi di bawah aksi plasma untuk membentuk gugus aktif tereksitasi, yang berdifusi ke permukaan substrat dan kemudian mengalami reaksi kimia untuk menyelesaikan pertumbuhan film.
Menurut frekuensi pembangkitan plasma, plasma yang digunakan dalam PECVD dapat dibagi menjadi dua jenis: plasma frekuensi radio (RF plasma) dan plasma gelombang mikro (Microwave plasma). Saat ini frekuensi radio yang digunakan di industri umumnya 13,56MHz.
Pengenalan plasma frekuensi radio biasanya dibagi menjadi dua jenis: kopling kapasitif (CCP) dan kopling induktif (ICP). Metode kopling kapasitif biasanya merupakan metode reaksi plasma langsung; sedangkan metode kopling induktif dapat berupa metode plasma langsung atau metode plasma jarak jauh.
Dalam proses manufaktur semikonduktor, PECVD sering digunakan untuk menumbuhkan film tipis pada substrat yang mengandung logam atau struktur sensitif suhu lainnya. Misalnya, di bidang interkoneksi logam ujung belakang pada sirkuit terpadu, karena struktur sumber, gerbang, dan saluran perangkat telah dibentuk dalam proses ujung depan, maka pertumbuhan lapisan tipis di bidang interkoneksi logam dapat terjadi. hingga batasan anggaran termal yang sangat ketat, sehingga biasanya dilengkapi dengan bantuan plasma. Dengan menyesuaikan parameter proses plasma, kepadatan, komposisi kimia, kandungan pengotor, ketangguhan mekanis, dan parameter tegangan film tipis yang ditumbuhkan oleh PECVD dapat disesuaikan dan dioptimalkan dalam kisaran tertentu.
3.9 Peralatan Deposisi Lapisan Atom
Deposisi lapisan atom (ALD) merupakan teknologi pengendapan lapisan tipis yang tumbuh secara berkala dalam bentuk lapisan kuasi-monoatomik. Karakteristiknya adalah ketebalan lapisan film yang diendapkan dapat diatur secara tepat dengan mengontrol jumlah siklus pertumbuhan. Berbeda dengan proses deposisi uap kimia (CVD), dua (atau lebih) prekursor dalam proses ALD secara bergantian melewati permukaan substrat dan diisolasi secara efektif melalui pembersihan gas mulia.
Kedua prekursor tersebut tidak akan bercampur dan bertemu dalam fasa gas untuk bereaksi secara kimia, melainkan hanya bereaksi melalui adsorpsi kimia pada permukaan substrat. Pada setiap siklus ALD, jumlah prekursor yang teradsorpsi pada permukaan substrat berhubungan dengan kepadatan gugus aktif pada permukaan substrat. Ketika gugus reaktif pada permukaan substrat habis, meskipun prekursor yang dimasukkan berlebih, adsorpsi kimia tidak akan terjadi pada permukaan substrat.
Proses reaksi ini disebut reaksi permukaan yang membatasi diri. Mekanisme proses ini membuat ketebalan film yang bertambah pada setiap siklus proses ALD menjadi konstan, sehingga proses ALD memiliki keunggulan pada kontrol ketebalan yang presisi dan cakupan langkah film yang baik.
3.10 Peralatan Epitaksi Berkas Molekuler
Sistem Molecular Beam Epitaxy (MBE) mengacu pada perangkat epitaksi yang menggunakan satu atau lebih berkas atom atau berkas molekul energi panas untuk disemprotkan ke permukaan substrat yang dipanaskan dengan kecepatan tertentu dalam kondisi vakum sangat tinggi, dan menyerap serta bermigrasi pada permukaan substrat. untuk menumbuhkan film tipis kristal tunggal secara epitaksi sepanjang arah sumbu kristal bahan substrat. Umumnya, dalam kondisi pemanasan oleh tungku jet dengan pelindung panas, sumber berkas membentuk berkas atom atau berkas molekul, dan film tumbuh lapis demi lapis sepanjang arah sumbu kristal bahan substrat.
Karakteristiknya adalah suhu pertumbuhan epitaksi yang rendah, dan ketebalan, antarmuka, komposisi kimia, dan konsentrasi pengotor dapat dikontrol secara tepat pada tingkat atom. Meskipun MBE berasal dari pembuatan film kristal tunggal ultra-tipis semikonduktor, penerapannya kini telah diperluas ke berbagai sistem material seperti logam dan dielektrik isolasi, dan dapat menyiapkan III-V, II-VI, silikon, silikon germanium (SiGe ), graphene, oksida dan film organik.
Sistem epitaksi berkas molekul (MBE) terutama terdiri dari sistem vakum ultra-tinggi, sumber berkas molekul, sistem pemasangan dan pemanasan substrat, sistem transfer sampel, sistem pemantauan in-situ, sistem kontrol, dan pengujian. sistem.
Sistem vakum mencakup pompa vakum (pompa mekanis, pompa molekuler, pompa ion, dan pompa kondensasi, dll.) dan berbagai katup, yang dapat menciptakan lingkungan pertumbuhan vakum sangat tinggi. Tingkat vakum yang umumnya dapat dicapai adalah 10-8 hingga 10-11 Torr. Sistem vakum terutama memiliki tiga ruang kerja vakum, yaitu ruang injeksi sampel, ruang pretreatment dan analisis permukaan, dan ruang pertumbuhan.
Ruang injeksi sampel digunakan untuk mentransfer sampel ke dunia luar untuk memastikan kondisi vakum yang tinggi di ruang lain; ruang pra-perawatan dan analisis permukaan menghubungkan ruang injeksi sampel dan ruang pertumbuhan, dan fungsi utamanya adalah untuk melakukan pra-proses sampel (degassing suhu tinggi untuk memastikan kebersihan lengkap permukaan substrat) dan untuk melakukan analisis permukaan awal pada sampel yang dibersihkan; ruang pertumbuhan adalah bagian inti dari sistem MBE, terutama terdiri dari tungku sumber dan rakitan rana yang sesuai, konsol kontrol sampel, sistem pendingin, difraksi elektron energi tinggi refleksi (RHEED), dan sistem pemantauan di tempat . Beberapa peralatan MBE produksi memiliki beberapa konfigurasi ruang pertumbuhan. Diagram skema struktur peralatan MBE ditunjukkan di bawah ini:
MBE bahan silikon menggunakan silikon dengan kemurnian tinggi sebagai bahan baku, tumbuh dalam kondisi vakum sangat tinggi (10-10～10-11Torr), dan suhu pertumbuhan 600～900℃, dengan Ga (tipe P) dan Sb ( Tipe-N) sebagai sumber doping. Sumber doping yang umum digunakan seperti P, As dan B jarang digunakan sebagai sumber berkas karena sulit untuk diuapkan.
Ruang reaksi MBE memiliki lingkungan vakum ultra-tinggi, yang meningkatkan jalur bebas rata-rata molekul dan mengurangi kontaminasi dan oksidasi pada permukaan bahan yang sedang tumbuh. Bahan epitaksi yang dibuat memiliki morfologi dan keseragaman permukaan yang baik, serta dapat dibuat menjadi struktur multilayer dengan doping berbeda atau komponen material berbeda.
Teknologi MBE mencapai pertumbuhan berulang lapisan epitaksi ultra-tipis dengan ketebalan satu lapisan atom, dan antarmuka antara lapisan epitaksi sangat curam. Ini mendorong pertumbuhan semikonduktor III-V dan material heterogen multi-komponen lainnya. Saat ini, sistem MBE telah menjadi peralatan proses canggih untuk produksi perangkat gelombang mikro dan perangkat optoelektronik generasi baru. Kerugian dari teknologi MBE adalah laju pertumbuhan film yang lambat, kebutuhan vakum yang tinggi, dan biaya penggunaan peralatan dan peralatan yang tinggi.
3.11 Sistem Epitaksi Fase Uap
Sistem epitaksi fase uap (VPE) mengacu pada perangkat pertumbuhan epitaksi yang mengangkut senyawa gas ke substrat dan memperoleh lapisan bahan kristal tunggal dengan susunan kisi yang sama dengan substrat melalui reaksi kimia. Lapisan epitaksi dapat berupa lapisan homoepitaksial (Si/Si) atau lapisan heteroepitaksial (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, dan sebagainya). Saat ini teknologi VPE telah banyak digunakan dalam bidang preparasi material nano, perangkat listrik, perangkat optoelektronik semikonduktor, fotovoltaik surya, dan sirkuit terpadu.
VPE yang umum mencakup epitaksi tekanan atmosfer dan epitaksi tekanan tereduksi, deposisi uap kimia vakum ultra-tinggi, deposisi uap kimia organik logam, dll. Poin-poin penting dalam teknologi VPE adalah desain ruang reaksi, mode dan keseragaman aliran gas, keseragaman suhu dan kontrol presisi, kontrol tekanan dan stabilitas, kontrol partikel dan cacat, dll.
Saat ini, arah pengembangan sistem VPE komersial arus utama adalah pemuatan wafer dalam jumlah besar, kontrol otomatis penuh, dan pemantauan suhu dan proses pertumbuhan secara real-time. Sistem VPE memiliki tiga struktur: vertikal, horizontal dan silinder. Metode pemanasannya meliputi pemanasan resistansi, pemanasan induksi frekuensi tinggi, dan pemanasan radiasi infra merah.
Saat ini, sistem VPE sebagian besar menggunakan struktur cakram horizontal, yang memiliki karakteristik keseragaman pertumbuhan film epitaksi yang baik dan pemuatan wafer yang besar. Sistem VPE biasanya terdiri dari empat bagian: reaktor, sistem pemanas, sistem jalur gas, dan sistem kontrol. Karena waktu pertumbuhan film epitaksi GaAs dan GaN relatif lama, pemanasan induksi dan pemanasan resistansi paling banyak digunakan. Pada VPE silikon, pertumbuhan film epitaksi tebal sebagian besar menggunakan pemanasan induksi; pertumbuhan film epitaksi tipis sebagian besar menggunakan pemanasan inframerah untuk mencapai tujuan kenaikan/penurunan suhu yang cepat.
3.12 Sistem Epitaksi Fase Cair
Sistem Epitaksi Fase Cair (LPE) mengacu pada peralatan pertumbuhan epitaksi yang melarutkan bahan yang akan ditumbuhkan (seperti Si, Ga, As, Al, dll.) dan dopan (seperti Zn, Te, Sn, dll.) dalam a logam dengan titik leleh lebih rendah (seperti Ga, In, dll.), sehingga zat terlarut menjadi jenuh atau jenuh dalam pelarut, kemudian substrat kristal tunggal dikontakkan dengan larutan, dan zat terlarut diendapkan dari pelarut dengan cara pendinginan secara bertahap, dan lapisan bahan kristal dengan struktur kristal dan kisi konstan yang mirip dengan substrat ditanam di permukaan substrat.
Metode LPE diusulkan oleh Nelson et al. pada tahun 1963. Digunakan untuk menumbuhkan film tipis Si dan bahan kristal tunggal, serta bahan semikonduktor seperti golongan III-IV dan merkuri kadmium telurida, dan dapat digunakan untuk membuat berbagai perangkat optoelektronik, perangkat gelombang mikro, perangkat semikonduktor, dan sel surya .
------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------
Semicera dapat menyediakanbagian grafit, terasa lembut/kaku, bagian silikon karbida, Bagian silikon karbida CVD, DanBagian yang dilapisi SiC/TaCdengan dalam 30 hari.
Jika Anda tertarik dengan produk semikonduktor di atas,jangan ragu untuk menghubungi kami pada saat pertama.
Telp: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Waktu posting: 31 Agustus-2024