Hemijsko taloženje (CVD) postupak je prevlačenja koji koristi termički ili električno inducirane hemijske reakcije na površini zagrijane podloge, a reagensi se isporučuju u plinovitom obliku. CVD je metoda taloženja koja se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih, čvrstih materijala visokih performansi, obično pod vakuumom. Tanki filmovi ili prevlake nastaju disocijacijom ili hemijskim reakcijama gasovitih reaktanata u aktiviranom okruženju (toplota, svetlost, plazma).
Epitaksija znači" na vrhu" ili" dodijeljen" ;, i predstavlja proces u kojem se sloj stvara na vrhu drugog sloja i nasljeđuje njegovu kristalnu strukturu. Ako je naslagani sloj od istog materijala kao i podloga, govori se o homoepitaksiji, ako je to&# 39, to je drugi, to je&# 39, takozvana heteroepitaksija. Najznačajniji postupak u homoepitaksiji je taloženje silicija na silicijum, u heteroepitaksiji se obično sloj silicija taloži na izolatoru kao što je oksid (Silicij na izolatoru: SOI). Kemijsko taloženje parom (CVD) postupak je presvlačenja koji se termički koristi ili električno inducirane kemijske reakcije na površini zagrijane podloge, s reagensima u plinovitom obliku. CVD je metoda taloženja koja se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih, čvrstih materijala visokih performansi, obično pod vakuumom. Tanki filmovi ili prevlake nastaju disocijacijom ili hemijskim reakcijama gasovitih reaktanata u aktiviranom okruženju (toplota, svetlost, plazma).
Homoepitaksija
Ovisno o procesu, oblatne se mogu isporučiti od proizvođača oblatni s epitaksijalnim slojem (npr. Za CMOS tehnologiju) ili ga proizvođač čipa mora sam izraditi (na primjer u bipolarnoj tehnologiji).
Kao plin za stvaranje epitaktičkog sloja koristi se čisti vodik zajedno sa silanom (SiH4), diklorosilan (SiH2Kl2) ili silicijum tetrahlorid (SiCl4). Na oko 1000 ° C, plinovi se odvajaju od silicija koji se taloži na površini oblatne. Silicij nasljeđuje strukturu podloge i iz energetskih razloga sukcesivno raste. Da ne bi izrastao polikristalni silicijum, uvijek mora prevladati nedostatak atoma silicija, npr. Uvijek je nešto manje raspoloživog silicija, jer materijal stvarno može narasti. Kada se koristi silicijum tetraklorid, reakcija se odvija u dva koraka:
SiCl4+ H2→SiCl2+ 2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
Da bi se naslijedila orijentacija podloge&# 39, površina mora biti apsolutno čista. Tako se može iskoristiti reakcija ravnoteže. Obje reakcije mogu se dogoditi u drugom smjeru, ovisno o omjeru plinova. Ako u atmosferi ima malo vodonika, kao u procesu triklorosilana za pročišćavanje sirovog silicija, materijal se uklanja sa površine silicijske pločice zbog visoke koncentracije hlora. Tek sa povećanjem koncentracije rasta vodonika se postiže.
Sa SiCl4brzina taloženja je približno 1 do 2 mikrona u minuti. Budući da monokristalni silicijum raste samo na goloj površini, određena područja mogu se prikriti oksidom gdje silicij raste kao polikristalni silicij. Međutim, ovaj polisilicij se vrlo lako nagriza u usporedbi s monokristalnim silicijem reakcijom unatrag. Diborane (B2H6) ili fosfin (PH3) dodaju se procesnim plinovima kako bi se stvorili dopirani slojevi, jer se doping plinovi raspadaju na visokim temperaturama, a dodavači su ugrađeni u kristalnu rešetku.
Proces stvaranja home-epitaktičkih slojeva realizira se u atmosferi vakuuma. Zbog toga se procesna komora zagrijava na 1200 ° C radi uklanjanja nativnog oksida, koji je uvijek prisutan na površini silicija. Kao što je gore spomenuto, zbog niske koncentracije vodika dolazi do povratnog nagrizanja na površini silicija. Ovo se može koristiti za čišćenje površine prije nego što stvarni postupak započne. Ako koncentracija plina varira nakon ovog čišćenja, taloženje započinje.
Ilustracija bačvastog reaktora za epitaktičke procese
Zbog visokih temperatura procesa' difuzija dopantera u podlozi ili nečistoće, koje su korištene u ranijim procesima, mogu se premjestiti na podlogu. Ako je SiH2Kl2ili SiH4tamo se koriste' nisu potrebne tako visoke temperature, pa se ovi plinovi primarno koriste. Da bi se postigao postupak nagrizanja za čišćenje površine, HCl se mora dodati odvojeno. Nedostatak ovih silana je što stvaraju klice u atmosferi neposredno prije taloženja, a samim tim i kvaliteta sloja nije tako dobra kao kod SiCl4.
Često su potrebni slojevi koji se ne mogu stvoriti iz podloge. Za taloženje slojeva silicijum nitrida ili silicijum oksitnitrida treba koristiti gasove koji sadrže sve potrebne komponente. Plinovi se razlažu toplotnom energijom. To je' princip taloženja hemijske pare u fazi: CVD. Površina oblatne&# 39 ne reagira s plinovima, ali služi kao donji sloj. Ovisno o parametrima procesa - tlaku, temperaturi - metoda CVD može se podijeliti na različite metode čiji se slojevi razlikuju u gustoći i pokrivnosti. Ako je rast na vodoravnim površinama tako visok kao na vertikalnim površinama, taloženje je u skladu.
Konformnost K je omjer vertikalnog i horizontalnog rasta,K = Rv/Rh. Ako taloženje nije idealno, sukladnost je manja od 1 (nprRv/Rh= 1/2 → K = 0.5). Visoka usaglašenost može se postići samo visokim temperaturama procesa.
Zamislivi profili
APCVD je CVD metoda pri normalnom tlaku (atmosferskom tlaku) koja se koristi za taloženje dopiranih i nedopiranih oksida. Naloženi oksid ima malu gustinu, a pokrivenost je umjerena zbog relativno niske temperature. Zbog poboljšanih alata, APCVD prolazi kroz renesansu. Velika propusnost pločica velika je prednost ovog procesa.
Kao procesni gasovi silan SiH4(visoko zanesen dušikom N2) i kiseonik O2se koriste. Plinovi se termički raspadaju na oko 400 ° C i međusobno reagiraju da bi stvorili željeni film.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105° Pa)
Dodan je ozon O3može prouzročiti bolju usklađenost jer poboljšava pokretljivost nakupljenih čestica. Oksid je porozan i električno je nestabilan i može se zgusnuti postupkom visoke temperature.
Da bi se izbjegle ivice koje mogu rezultirati poteškoćama pri nanošenju dodatnih slojeva, za međuslojeve se koristi fosfor silikatno staklo (PSG). Zbog toga se fosfin dodaje SiH4i O2, tako da deponovani oksid sadrži 4 do 8% fosfora. Velika količina fosfora dovodi do visokog povećanja protočnih svojstava, međutim, može se stvoriti fosforna kiselina koja nagriza aluminijum (vodičke staze).
Budući da žarenje utječe na ranije procese (npr. Doping), samo se kratko kaljenje vrši snažnim argonskim žaruljama (nekoliko hundrets kW, manje od 10 s, T=1100 ° C) umjesto žarenja u dugim procesima peći.
Analog PSG boru može se dodavati istovremeno (bor fosfor silikatno staklo, BPSG, 4% B i 4% P).
Ilustracija horizontalnog APCVD reaktora
U LPCVD se koristi vakuum. Tanki filmovi silicijum nitrida (Si3N4), silicijum oksitnitrid (SiON), SiO2može se stvoriti i volfram (W). LPCVD procesi omogućavaju visoku usklađenost od gotovo 1. To je zbog niskog pritiska od 10 do 100Pa (atmosferski pritisak=100.000Pa) što dovodi do nejednolikog kretanja čestica. Čestice se šire zbog sudara i prekrivaju vertikalne i vodoravne površine. Sukladnost je podržana visokom temperaturom do 900 ° C. U odnosu na APCVD gustina i stabilnost su vrlo visoki.
Reakcije za Si3N4, SiON, SiO2i volfram su sljedeći:
a) Si3N4(850 ° C): 4 NH3+ 3SiH2Kl2→Si3N4+ 6HCl + 6H2
b) SiON (900 ° C): NH3+ SiH2Kl2+ N2O→Si3N4+ Nebenprodukte
c) SiO2(700 ° C): SiO4C8H20→SiO2+ Nebenprodukte
d) Wolfram (400 ° C): WF6+ 3H2→W + 6HF
Za razliku od plinovitih prekursora koji se koriste za Si3N4, SiON i volfram, tečni tetraetil ortosilikat koristi se za SiO2. Pored toga postoje i drugi izvori tečnosti poput DTBS (SiH2C8H20) ili tetrametilciklotetrasiloksan (TMTCS, Si4O4C4H16).
Volfram film može se izraditi samo na golom silicijumu. Stoga se silan mora dodati ako nema silikonske podloge.
Ilustracija LPCVD reaktora za TEOS filmove
PECVD se odvija na 250 do 350 ° C. Zbog niskih temperatura procesni gasovi se ne mogu toplotno razložiti. Uz visokofrekventni napon, plin se pretvara u stanje plazme. Plazma je energična i odlaže se na površinu. Budući da metalizacija, poput aluminijuma, ne može biti izložena visokim temperaturama, PECVD se koristi za SiO2i Si3N4taloženje na vrhu metalnih slojeva. Umjesto SiH2Cl2 koristi se silan jer se razgrađuje na nižoj temperaturi. Konformnost nije tako dobra kao kod LPCVD (0,6 do 0,8), međutim, brzina taloženja je mnogo veća (0,5 mikrona u minuti).
Ilustracija PECVD reaktora
Nanošenje atomskog sloja (ALD) modificirani je CVD postupak za proizvodnju tankih filmova. U procesu se koristi nekoliko plinova koji se izmjenično uvode u procesnu komoru. Svaki plin reagira na takav način da je trenutna površina zasićena, pa reakcija zastaje. Alternativni plin može reagirati s ovom površinom na isti način. Između reakcija ovih plinova komora se pročišćava inertnim plinom, poput dušika ili argona. Jednostavan ALD postupak mogao bi izgledati ovako:
samoograničavajuća reakcija na površini s prvim plinom
pročišćavanje inertnim plinom
samoograničavajuća reakcija na površini s drugim plinom
pročišćavanje inertnim plinom
Specifičan primjer za ALD postupak je taloženje aluminij oksida, što se može postići trimetilaluminijem (TMA, C3H9Al) i vode (H2O).
Prvi korak je uklanjanje atoma vodika koji su na površini pločice vezani za kisik. Metilne skupine (CH3) TMA može reagirati s vodikom dajući metan (CH4). Preostali molekuli se vezuju za nezasićeni kiseonik.
Ako su ovi atomi zasićeni, na površini više ne mogu reagirati molekuli TMA.
Komora se pročišćava i naknadna vodena para dovodi u komoru. Ikad jedan atom vodonika u H2Molekuli O sada mogu reagirati s bivšim taloženim površinskim atomima da bi stvorili metan, dok je hidroksilni anion vezan za atome aluminijuma.
Dakle, na površini su novi atomi vodonika koji u naknadnom koraku mogu reagirati s TMA kao na početku.
Taloženje atomskog sloja pruža značajne prednosti u odnosu na druge tehnike taloženja, pa je stoga&# 39 vrlo važan postupak za proizvodnju tankih filmova. S ALD-om se čak i trodimenzionalne strukture mogu nanijeti vrlo jednolike. Mogući su izolacijski filmovi, kao i provodljivi, koji se mogu stvoriti na različitim podlogama (poluprovodnici, polimeri ...). Debljina filma može se precizno kontrolirati brojem ciklusa. Budući da se reaktivni plinovi ne uvode istovremeno u komoru, oni ne mogu stvoriti klice neposredno prije stvarnog taloženja. Stoga je kvaliteta filmova vrlo visoka.
