半導体製造におけるエピタキシー堆積技術への導入

半導体加工においてフォトリトグラフィーそしてエッチングしかし,そのすぐ隣には別の重要なカテゴリーがあります.エピタキシ 堆積.

なぜこれらの堆積プロセスがチップ製造において不可欠なのか?

想像してみてください.平凡で四角形の平面パンです. toppingがないので,それは淡くて気軽です. 表面にピーナッツを置く方が良い.他の人は甘くてシロップを散らかして食べるのが好きこの比喩では,平面パンの味と性質は劇的に変化します.フラットパン代表する基板, そしてコーティングこれは,機能層異なるトッピングが異なる味を作り出すように,異なる堆積フィルムがベースウエファーにまったく異なる電気的または光学特性を与えます.

半導体製造では,幅広い機能層層の各種類には,特定の堆積方法が必要である.この記事では,以下を含む広く使用される堆積技術について簡単に紹介する.

• MOCVD(金属・有機化学蒸気堆積)
• マグネトロンスプッター
• PECVD(プラズマ強化化学蒸気堆積)

1金属・有機化学蒸気堆積 (MOCVD)

高品質の石灰を沈殿させるための重要な技術ですエピタキシャル半導体層これらの単結晶膜は LED,レーザー,その他の高性能装置の活性層として使用されます

標準MOCVDシステムは5つの主要なサブシステムで構成され,それぞれが成長プロセスの安全性,精度,再現性を確保するために不可欠で調整された役割を果たします.

(1) ガス供給システム

このサブシステムは,原子炉に導入される様々なプロセスガスの流れ,タイミング,比率を正確に制御する.以下を含む:

• 輸送ガス管(通常はN2またはH2)
• 金属有機前駆物供給ライン多くの場合泡機や蒸発機
• ハイドリドガス源(例えばNH3,AsH3,PH3)
• ガスの切り替え用マニホールド成長/浄化経路の制御のために

(2) 原子炉システム

原子炉はMOCVDシステムの核であり,実際の表軸生長が起こる.通常は以下を含む:

• A についてSiCで覆われたグラフィット受容体基質を保持する
• A について暖房システム(例えば,RFまたは抵抗式ヒーター) 基板の温度を制御する
• 温度センサー(熱対またはIRピロメーター)
• オプティカルビューポートインシチュー診断用
• 自動化ウエフ処理システム効率的な基板の積載/積荷のために

(3) についてプロセス制御システム

成長プロセスの全過程は,次の組み合わせによって管理されます:

• プログラム可能な論理制御装置 (PLC)
• 質量流量制御装置 (MFC)
• 圧力調節器
• A についてホストコンピュータレシピ管理とリアルタイム監視

これらのシステムは プロセスの各段階において 温度,流量,およびタイミングを正確に制御することを保証します

(4) 現地監視システム

フィルム品質と一貫性を維持するために,リアルタイムモニタリングツールが統合されています.

• 反射計システム追跡用エピタキシアル層厚さと成長率
• ワイファー弓センサーストレスを検出する
• 赤外線ピロメーター精度測定のための反射性補償付き

これらのツールは,プロセスに即座に調整し,均一性と材料の質を向上させます.

(5) 排気ガス削減システム

処理中に発生する毒性および発熱性副産物 (アルシンやフォスフィンなど) は中和しなければならない.排気システムは通常以下を含む:

• 燃焼器用スクルーバー
• 熱酸化剤
• 化学洗浄機

安全性や環境基準の遵守を保証します

密着式シャワーヘッド (CCS) 原子炉の配置

多くの高度なMOCVDシステムは密着式シャワーヘッド (CCS)この配置では,シャワーヘッドプレートは,グループIIIとグループVのガスを別々に注入するが,回転基板に近い位置に注入する.

この方法によって寄生虫のガス相反応増強する前駆物利用効率シャワーヘッドとウエファーとの間の短い距離は,ウエファー表面全体に均等なガス分布を保証します.感受器の回転境界層の変動を減少させ,さらに改善します.エピタキシアル層厚さの均一性

マグネトロンスプッター

マグネトロン噴射広く使用されています.物理蒸気堆積 (PVD)機能層と表面コーティングを製造する技術です.磁場を使用して,原子や分子の噴射を強化します.ターゲット材料銀行口座に保管されます.基板この方法 は 半導体 装置,光学 コーティング,陶器 フィルム など の 製造 に 広く 適用 さ れ て い ます.

マグネトロンスプッタリングの原理

対象材料の選択

について目標基板に堆積される原材料である.メタル,合金,オキシド,ニトリド標的は,マグネトロンカソード.

真空環境

噴射処理は高真空プロセスガスと環境汚染物質の間の望ましくない相互作用を最小限に抑える.純度そして均一性フィルムが貯蔵されている

プラズマ生成

そして惰性ガス通常アルゴン (Ar)原子炉に導入され,電離化してプラズマこのプラズマは陽電荷のAr+イオンそして自由電子発射プロセスを開始するために不可欠です.

マグネットフィールドの適用

A について磁場この磁場は,電子を標的に近い場所に閉じ込め,その経路の長さを増加させ,電離化の効率を向上させ,密度の高いプラズマ地域として知られていますマグネトロンプラズマ.

発射プロセス

Ar+イオンは負の偏向の標的表面に向かって加速し,それを爆撃し,運動量移転この放出された原子またはクラスタは,その後,室内を通って移動し,基板に凝縮し,機能性フィルム層.

プラズマ強化化学蒸気堆積 (PECVD)

プラズマ強化化学蒸気堆積 (PECVD)これは,様々な機能性薄膜を堆積する,広く使用される技術である.シリコン (Si),シリコンナイトリド (SiNx)そしてシリコン二酸化物 (SiO2)典型的なPECVDシステムの図式図は下記に示されています.
 

作業原理

PECVDでは,望ましいフィルム要素を含むガス状の前駆物質を真空堆積室に導入します.輝く放出外部電源で発生し,ガスに刺激を与え,プラズマ状態プラズマ中の反応性種は化学反応表面に固体膜が形成される.基板の表面.

プラズマ刺激は,以下のような様々なエネルギー源を用いて達成できる.

• ラジオ周波数 (RF) の刺激,
• 直流 (DC) 高電圧刺激
• パルス刺激
• マイクロ波刺激

PECVDは,優れた均一性厚さと組成の両方において強いフィルム粘着性そしてサポート高い預金率比較的低基質温度温度に敏感な用途に適しています

証言のメカニズム

PECVD膜形成プロセスは,通常,3つの重要なステップを含みます.

ステップ1: プラズマ生成
電気磁場 の 影響 下 で,光 の 放電 が 開始 さ れ,プラズマ が 形成 さ れ ます.電子前駆ガスの分子と衝突し,主要反応ガス分解してイオン,根幹そして活動種.

ステップ2 輸送と副反応
この輸送過程で,原始反応の生成物が基質に向かって移動します.副作用活性種の中で発生し,追加の中間物質やフィルムを形成する化合物を生成します.

ステップ3:表面反応とフィルム成長
基板の表面に到達すると,両方の主要性そして副産物している吸収された表面と化学反応して 固体膜を形成します揮発性副産物ガス相に放出され,室から抽出されます.

フィルム特性の精密な制御を可能にします.厚さ,密度,化学成分そして均一性PECVDを重要な技術にする半導体製造,光電池,MEMSそして光学コーティング.