सेमीकंडक्टर प्रक्रिया आणि उपकरणे(७/७)- पातळ फिल्म ग्रोथ प्रक्रिया आणि उपकरणे

1. परिचय

भौतिक किंवा रासायनिक पद्धतींनी पदार्थ (कच्चा माल) थर सामग्रीच्या पृष्ठभागावर जोडण्याच्या प्रक्रियेला पातळ फिल्म वाढ म्हणतात.
वेगवेगळ्या कामकाजाच्या तत्त्वांनुसार, एकात्मिक सर्किट पातळ फिल्म डिपॉझिशनमध्ये विभागले जाऊ शकते:
-भौतिक वाष्प जमा (पीव्हीडी);
-रासायनिक बाष्प जमा (CVD);
-विस्तार.

 
2. पातळ फिल्म वाढ प्रक्रिया

2.1 भौतिक बाष्प जमा करणे आणि थुंकणे प्रक्रिया

फिजिकल वाफ डिपॉझिशन (PVD) प्रक्रिया म्हणजे व्हॅक्यूम बाष्पीभवन, स्पटरिंग, प्लाझ्मा कोटिंग आणि आण्विक बीम एपिटॅक्सी यासारख्या भौतिक पद्धतींचा वापर वेफरच्या पृष्ठभागावर पातळ फिल्म तयार करण्यासाठी.

व्हीएलएसआय उद्योगात, सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे पीव्हीडी तंत्रज्ञान स्पटरिंग आहे, जे प्रामुख्याने एकात्मिक सर्किट्सच्या इलेक्ट्रोड्स आणि मेटल इंटरकनेक्टसाठी वापरले जाते. स्पटरिंग ही एक प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये दुर्मिळ वायू [जसे की आर्गॉन (एआर)] आयनमध्ये आयनीकरण केले जातात (जसे की Ar+) उच्च व्हॅक्यूम परिस्थितीत बाह्य विद्युत क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत, आणि उच्च व्होल्टेज वातावरणात सामग्रीच्या लक्ष्य स्त्रोतावर भडिमार करतात, लक्ष्य सामग्रीचे अणू किंवा रेणू बाहेर काढणे आणि नंतर वेफरच्या पृष्ठभागावर येऊन एक पातळ फिल्म तयार करणे टक्कर मुक्त उड्डाण प्रक्रिया. एआरमध्ये स्थिर रासायनिक गुणधर्म आहेत आणि त्याचे आयन लक्ष्यित सामग्री आणि फिल्मसह रासायनिक प्रतिक्रिया देणार नाहीत. इंटिग्रेटेड सर्किट चिप्स 0.13μm कॉपर इंटरकनेक्ट युगात प्रवेश करत असताना, कॉपर बॅरियर मटेरियल लेयर टायटॅनियम नायट्राइड (TiN) किंवा टँटलम नायट्राइड (TaN) फिल्म वापरते. औद्योगिक तंत्रज्ञानाच्या मागणीने रासायनिक अभिक्रिया स्पटरिंग तंत्रज्ञानाच्या संशोधन आणि विकासाला चालना दिली आहे, म्हणजे, स्पटरिंग चेंबरमध्ये, एआर व्यतिरिक्त, एक प्रतिक्रियाशील वायू नायट्रोजन (N2) देखील आहे, ज्यामुळे Ti किंवा Ta ​​चा भडिमार होतो. लक्ष्य सामग्री Ti किंवा Ta ​​आवश्यक TiN किंवा TaN फिल्म निर्माण करण्यासाठी N2 सह प्रतिक्रिया देते.

डीसी स्पटरिंग, आरएफ स्पटरिंग आणि मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग या तीन सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या स्पटरिंग पद्धती आहेत. इंटिग्रेटेड सर्किट्सचे एकत्रीकरण वाढत असताना, मल्टी-लेयर मेटल वायरिंगच्या थरांची संख्या वाढत आहे आणि पीव्हीडी तंत्रज्ञानाचा वापर अधिकाधिक व्यापक होत आहे. PVD सामग्रीमध्ये Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 इ.

PVD आणि स्पटरिंग प्रक्रिया सामान्यत: 1×10-7 ते 9×10-9 टॉरच्या व्हॅक्यूम डिग्रीसह अत्यंत सीलबंद प्रतिक्रिया चेंबरमध्ये पूर्ण केल्या जातात, ज्यामुळे प्रतिक्रिया दरम्यान वायूची शुद्धता सुनिश्चित होऊ शकते; त्याच वेळी, दुर्मिळ वायूचे आयनीकरण करण्यासाठी बाह्य उच्च व्होल्टेज आवश्यक आहे जेणेकरून लक्ष्यावर भडिमार करण्यासाठी पुरेसे उच्च व्होल्टेज निर्माण होईल. पीव्हीडी आणि स्पटरिंग प्रक्रियेचे मूल्यांकन करण्यासाठी मुख्य पॅरामीटर्समध्ये धूळचे प्रमाण, तसेच प्रतिरोध मूल्य, एकसमानता, परावर्तक जाडी आणि तयार झालेल्या फिल्मचा ताण यांचा समावेश होतो.

2.2 रासायनिक वाफ जमा करणे आणि थुंकणे प्रक्रिया

रासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD) एक प्रक्रिया तंत्रज्ञानाचा संदर्भ देते ज्यामध्ये विविध आंशिक दाबांसह विविध प्रकारचे वायू अभिक्रिया विशिष्ट तापमान आणि दाबावर रासायनिक प्रतिक्रिया देतात आणि तयार केलेले घन पदार्थ इच्छित पातळ प्राप्त करण्यासाठी थर सामग्रीच्या पृष्ठभागावर जमा केले जातात. चित्रपट पारंपारिक एकात्मिक सर्किट निर्मिती प्रक्रियेत, प्राप्त केलेली पातळ फिल्म सामग्री सामान्यत: ऑक्साइड, नायट्राइड, कार्बाइड किंवा पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन आणि आकारहीन सिलिकॉन सारखी सामग्री असते. निवडक एपिटॅक्सियल ग्रोथ, जी 45nm नोड नंतर अधिक वापरली जाते, जसे की सोर्स आणि ड्रेन SiGe किंवा Si सिलेक्टिव्ह एपिटॅक्सियल ग्रोथ, हे देखील एक CVD तंत्रज्ञान आहे.

हे तंत्रज्ञान सिलिकॉनच्या एकाच क्रिस्टल सब्सट्रेटवर किंवा मूळ जाळीच्या बाजूने इतर सामग्रीवर समान प्रकारचे किंवा मूळ जाळीसारखे एकल क्रिस्टल साहित्य तयार करणे सुरू ठेवू शकते. सीव्हीडीचा वापर इन्सुलेट डायलेक्ट्रिक फिल्म्स (जसे की SiO2, Si3N4 आणि SiON, इ.) आणि मेटल फिल्म्स (जसे की टंगस्टन इ.) च्या वाढीसाठी मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.

साधारणपणे, दाब वर्गीकरणानुसार, CVD ला वायुमंडलीय दाब रासायनिक वाष्प निक्षेप (APCVD), उप-वातावरण दाब रासायनिक वाष्प निक्षेप (SAPCVD) आणि कमी दाब रासायनिक वाष्प निक्षेप (LPCVD) मध्ये विभागले जाऊ शकते.

तापमान वर्गीकरणानुसार, CVD ला उच्च तापमान/कमी तापमान ऑक्साईड फिल्म रासायनिक वाष्प निक्षेप (HTO/LTO CVD) आणि जलद थर्मल रासायनिक वाष्प निक्षेप (रॅपिड थर्मल CVD, RTCVD) मध्ये विभागले जाऊ शकते;

प्रतिक्रिया स्त्रोतानुसार, सीव्हीडीला सिलेन-आधारित सीव्हीडी, पॉलिस्टर-आधारित सीव्हीडी (टीईओएस-आधारित सीव्हीडी) आणि मेटल ऑर्गेनिक केमिकल वाष्प डिपॉझिशन (एमओसीव्हीडी) मध्ये विभागले जाऊ शकते;

ऊर्जेच्या वर्गीकरणानुसार, CVD ची थर्मल केमिकल वाफ डिपॉझिशन (थर्मल CVD), प्लाझ्मा वर्धित केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (प्लाझ्मा एन्हांस्ड सीव्हीडी, पीईसीव्हीडी) आणि हाय डेन्सिटी प्लाझ्मा केमिकल वेपर डिपॉझिशन (हाय डेन्सिटी प्लाझ्मा सीव्हीडी, एचडीपीसीव्हीडी) मध्ये विभागली जाऊ शकते. अलीकडे, उत्कृष्ट अंतर भरण्याच्या क्षमतेसह प्रवाही रासायनिक वाष्प जमा (फ्लोएबल सीव्हीडी, एफसीव्हीडी) देखील विकसित केले गेले आहे.

वेगवेगळ्या CVD-उगवलेल्या चित्रपटांमध्ये वेगवेगळे गुणधर्म असतात (जसे की रासायनिक रचना, डायलेक्ट्रिक स्थिरता, तणाव, ताण आणि ब्रेकडाउन व्होल्टेज) आणि वेगवेगळ्या प्रक्रियेच्या आवश्यकतांनुसार (जसे की तापमान, स्टेप कव्हरेज, फिलिंग आवश्यकता इ.) स्वतंत्रपणे वापरले जाऊ शकते.

2.3 अणु स्तर जमा करण्याची प्रक्रिया

अणू थर डिपॉझिशन (ALD) म्हणजे थरांद्वारे एक अणू फिल्म स्तर वाढवून थर सामग्रीवर अणूंचा थर थर जमा करणे होय. ठराविक एएलडी अणुभट्टीमध्ये वायूच्या पूर्ववर्तींना पर्यायी स्पंदित पद्धतीने इनपुट करण्याच्या पद्धतीचा अवलंब करते.

उदाहरणार्थ, प्रथम, प्रतिक्रियेचा पूर्ववर्ती 1 सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर आणला जातो आणि रासायनिक शोषणानंतर, थरच्या पृष्ठभागावर एकच अणू थर तयार होतो; नंतर सब्सट्रेट पृष्ठभागावर आणि प्रतिक्रिया चेंबरमध्ये उरलेला अग्रदूत 1 एअर पंपद्वारे बाहेर काढला जातो; नंतर प्रतिक्रिया पूर्ववर्ती 2 सब्सट्रेट पृष्ठभागावर आणली जाते आणि सब्सट्रेट पृष्ठभागावर संबंधित पातळ फिल्म सामग्री आणि संबंधित उप-उत्पादने तयार करण्यासाठी सब्सट्रेट पृष्ठभागावर शोषलेल्या पूर्ववर्ती 1 सोबत रासायनिक प्रतिक्रिया देते; जेव्हा पूर्वगामी 1 पूर्णपणे प्रतिक्रिया देते, तेव्हा प्रतिक्रिया आपोआप संपुष्टात येईल, जे ALD चे स्वयं-मर्यादित वैशिष्ट्य आहे, आणि नंतर उर्वरित अभिक्रिया आणि उप-उत्पादने वाढीच्या पुढील टप्प्यासाठी तयार करण्यासाठी काढली जातात; वरील प्रक्रियेची सतत पुनरावृत्ती करून, एकल अणूंसह थर थराने वाढलेल्या पातळ फिल्म मटेरिअलचे डिपॉझिशन साध्य करता येते.

एएलडी आणि सीव्हीडी हे दोन्ही सब्सट्रेट पृष्ठभागावर रासायनिक प्रतिक्रिया करण्यासाठी वायू रासायनिक अभिक्रिया स्रोत सादर करण्याचे मार्ग आहेत, परंतु फरक असा आहे की सीव्हीडीच्या वायू प्रतिक्रिया स्त्रोतामध्ये स्वयं-मर्यादित वाढीचे वैशिष्ट्य नाही. हे पाहिले जाऊ शकते की ALD तंत्रज्ञान विकसित करण्याची गुरुकिल्ली स्वयं-मर्यादित प्रतिक्रिया गुणधर्मांसह पूर्ववर्ती शोधणे आहे.

2.4 एपिटॅक्सियल प्रक्रिया

एपिटॅक्सियल प्रक्रिया म्हणजे सब्सट्रेटवर पूर्णपणे ऑर्डर केलेला एकल क्रिस्टल थर वाढवण्याच्या प्रक्रियेचा संदर्भ. सर्वसाधारणपणे, एपिटॅक्सियल प्रक्रिया म्हणजे एकाच क्रिस्टल सब्सट्रेटवर मूळ सब्सट्रेट सारख्याच जाळीच्या अभिमुखतेसह क्रिस्टल थर वाढवणे. सेमीकंडक्टर उत्पादनामध्ये एपिटॅक्सियल प्रक्रिया मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते, जसे की इंटिग्रेटेड सर्किट उद्योगातील एपिटॅक्सियल सिलिकॉन वेफर्स, एमओएस ट्रान्झिस्टरची एम्बेडेड सोर्स आणि ड्रेन एपिटॅक्सियल ग्रोथ, एलईडी सब्सट्रेट्सवरील एपिटॅक्सियल ग्रोथ इ.

वाढीच्या स्त्रोताच्या वेगवेगळ्या टप्प्यांच्या अवस्थांनुसार, एपिटॅक्सियल वाढीच्या पद्धती सॉलिड फेज एपिटॅक्सी, लिक्विड फेज एपिटॅक्सी आणि वाफ फेज एपिटॅक्सीमध्ये विभागल्या जाऊ शकतात. इंटिग्रेटेड सर्किट मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये, सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या एपिटॅक्सियल पद्धती म्हणजे सॉलिड फेज एपिटॅक्सी आणि वाफ फेज एपिटॅक्सी.

सॉलिड फेज एपिटॅक्सी: घन स्रोत वापरून सब्सट्रेटवर एकाच क्रिस्टल लेयरच्या वाढीचा संदर्भ देते. उदाहरणार्थ, आयन इम्प्लांटेशन नंतर थर्मल एनीलिंग ही प्रत्यक्षात एक घन फेज एपिटॅक्सी प्रक्रिया आहे. आयन इम्प्लांटेशन दरम्यान, सिलिकॉन वेफरच्या सिलिकॉन अणूंवर उच्च-ऊर्जा प्रत्यारोपित आयनांचा भडिमार केला जातो, ज्यामुळे त्यांची मूळ जाळीची स्थिती सोडली जाते आणि अनाकार बनतात आणि पृष्ठभागावर आकारहीन सिलिकॉन थर तयार होतो. उच्च-तापमानाच्या थर्मल ॲनिलिंगनंतर, आकारहीन अणू त्यांच्या जाळीच्या स्थितीत परत येतात आणि सब्सट्रेटमधील अणू क्रिस्टल अभिमुखतेशी सुसंगत राहतात.

वाफ फेज एपिटॅक्सीच्या वाढीच्या पद्धतींमध्ये रासायनिक वाष्प फेज एपिटॅक्सी, आण्विक बीम एपिटॅक्सी, अणू स्तर एपिटॅक्सी इत्यादींचा समावेश होतो. एकात्मिक सर्किट उत्पादनामध्ये, रासायनिक वाफ फेज एपिटॅक्सी सर्वात सामान्यपणे वापरली जाते. रासायनिक वाष्प फेज एपिटॅक्सीचे तत्त्व मुळात रासायनिक वाष्प जमा करण्याच्या तत्त्वासारखेच आहे. दोन्ही अशा प्रक्रिया आहेत ज्या गॅस मिक्सिंगनंतर वेफर्सच्या पृष्ठभागावर रासायनिक प्रतिक्रिया देऊन पातळ फिल्म्स जमा करतात.

फरक असा आहे की रासायनिक वाष्प फेज एपिटॅक्सीमध्ये एकच क्रिस्टल थर वाढतो, त्यामुळे उपकरणांमधील अशुद्धता आणि वेफर पृष्ठभागाच्या स्वच्छतेसाठी जास्त आवश्यकता असते. प्रारंभिक रासायनिक बाष्प फेज एपिटॅक्सियल सिलिकॉन प्रक्रिया उच्च तापमान परिस्थितीत (1000°C पेक्षा जास्त) केली जाणे आवश्यक आहे. प्रक्रिया उपकरणांच्या सुधारणेसह, विशेषत: व्हॅक्यूम एक्सचेंज चेंबर तंत्रज्ञानाचा अवलंब केल्याने, उपकरणांच्या पोकळीची आणि सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागाची स्वच्छता मोठ्या प्रमाणात सुधारली गेली आहे आणि सिलिकॉन एपिटॅक्सी कमी तापमानात (600-700 °) चालते. सी). सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनचा थर वाढवणे ही एपिटॅक्सियल सिलिकॉन वेफर प्रक्रिया आहे.

मूळ सिलिकॉन सब्सट्रेटच्या तुलनेत, एपिटॅक्सियल सिलिकॉन लेयरमध्ये उच्च शुद्धता आणि कमी जाळी दोष आहेत, ज्यामुळे सेमीकंडक्टर उत्पादनाचे उत्पादन सुधारते. याव्यतिरिक्त, सिलिकॉन वेफरवर वाढलेल्या एपिटॅक्सियल सिलिकॉन लेयरची वाढीची जाडी आणि डोपिंग एकाग्रता लवचिकपणे डिझाइन केली जाऊ शकते, जे उपकरणाच्या डिझाइनमध्ये लवचिकता आणते, जसे की सब्सट्रेट प्रतिरोध कमी करणे आणि सब्सट्रेट अलगाव वाढवणे. एम्बेडेड सोर्स-ड्रेन एपिटॅक्सियल प्रक्रिया प्रगत लॉजिक तंत्रज्ञान नोड्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे तंत्रज्ञान आहे.

हे एमओएस ट्रान्झिस्टरच्या स्त्रोत आणि निचरा क्षेत्रांमध्ये डोपड जर्मेनियम सिलिकॉन किंवा सिलिकॉनच्या एपिटॅक्सिअली वाढण्याच्या प्रक्रियेचा संदर्भ देते. एम्बेडेड सोर्स-ड्रेन एपिटॅक्सियल प्रक्रियेचा परिचय करून देण्याच्या मुख्य फायद्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे: जाळीच्या अनुकूलतेमुळे तणाव असलेल्या स्यूडोक्रिस्टलाइन लेयरची वाढ, चॅनेल वाहक गतिशीलता सुधारणे; स्त्रोत आणि ड्रेनच्या इन-सीटू डोपिंगमुळे स्त्रोत-ड्रेन जंक्शनचा परजीवी प्रतिरोध कमी होऊ शकतो आणि उच्च-ऊर्जा आयन रोपणातील दोष कमी होऊ शकतो.

3. पातळ फिल्म वाढ उपकरणे

3.1 व्हॅक्यूम बाष्पीभवन उपकरणे

व्हॅक्यूम बाष्पीभवन ही एक कोटिंग पद्धत आहे जी व्हॅक्यूम चेंबरमध्ये घन पदार्थांना गरम करते ज्यामुळे त्यांचे बाष्पीभवन, वाष्पीकरण किंवा उदात्तीकरण होते आणि नंतर एका विशिष्ट तापमानावर थर सामग्रीच्या पृष्ठभागावर घनरूप आणि जमा होते.

सहसा यात व्हॅक्यूम सिस्टम, बाष्पीभवन प्रणाली आणि हीटिंग सिस्टम असे तीन भाग असतात. व्हॅक्यूम सिस्टममध्ये व्हॅक्यूम पाईप्स आणि व्हॅक्यूम पंप असतात आणि त्याचे मुख्य कार्य बाष्पीभवनसाठी योग्य व्हॅक्यूम वातावरण प्रदान करणे आहे. बाष्पीभवन प्रणालीमध्ये बाष्पीभवन सारणी, एक गरम घटक आणि तापमान मापन घटक असतात.

बाष्पीभवन करण्यासाठी लक्ष्य सामग्री (जसे की Ag, Al, इ.) बाष्पीभवन टेबलवर ठेवली जाते; गरम आणि तापमान मापन घटक ही एक बंद-लूप प्रणाली आहे जी बाष्पीभवन तापमान नियंत्रित करण्यासाठी वापरली जाते जेणेकरून बाष्पीभवन सुरळीत होईल. हीटिंग सिस्टममध्ये वेफर स्टेज आणि हीटिंग घटक असतात. वेफर स्टेजचा वापर सब्सट्रेट ठेवण्यासाठी केला जातो ज्यावर पातळ फिल्मचे बाष्पीभवन करणे आवश्यक आहे आणि हीटिंग घटकाचा वापर सब्सट्रेट हीटिंग आणि तापमान मापन फीडबॅक नियंत्रण लक्षात घेण्यासाठी केला जातो.

निर्वात वातावरण ही व्हॅक्यूम बाष्पीभवन प्रक्रियेतील एक अतिशय महत्त्वाची स्थिती आहे, जी बाष्पीभवन दर आणि चित्रपटाच्या गुणवत्तेशी संबंधित आहे. जर व्हॅक्यूम पदवी आवश्यकतेची पूर्तता करत नसेल, तर बाष्पयुक्त अणू किंवा रेणू अवशिष्ट वायूच्या रेणूंशी वारंवार आदळतील, ज्यामुळे त्यांचा मध्यम मुक्त मार्ग लहान होईल आणि अणू किंवा रेणू तीव्रपणे विखुरतील, ज्यामुळे हालचालीची दिशा बदलेल आणि फिल्म कमी होईल. निर्मिती दर.

याव्यतिरिक्त, अवशिष्ट अशुद्धता वायूच्या रेणूंच्या उपस्थितीमुळे, जमा केलेली फिल्म गंभीरपणे दूषित आणि निकृष्ट दर्जाची आहे, विशेषत: जेव्हा चेंबरचा दाब वाढीचा दर मानकांशी जुळत नाही आणि तेथे गळती होते तेव्हा व्हॅक्यूम चेंबरमध्ये हवा बाहेर पडते. , ज्याचा चित्रपटाच्या गुणवत्तेवर गंभीर परिणाम होईल.

व्हॅक्यूम बाष्पीभवन उपकरणांची संरचनात्मक वैशिष्ट्ये हे निर्धारित करतात की मोठ्या आकाराच्या सब्सट्रेट्सवरील कोटिंगची एकसमानता खराब आहे. त्याची एकसमानता सुधारण्यासाठी, स्त्रोत-सबस्ट्रेट अंतर वाढवण्याची आणि सब्सट्रेट फिरवण्याची पद्धत सामान्यतः अवलंबली जाते, परंतु स्त्रोत-सबस्ट्रेट अंतर वाढवण्यामुळे चित्रपटाच्या वाढीचा दर आणि शुद्धता नष्ट होईल. त्याच वेळी, व्हॅक्यूम स्पेसमध्ये वाढ झाल्यामुळे, बाष्पीभवन सामग्रीचा वापर दर कमी होतो.

3.2 DC भौतिक वाष्प निक्षेप उपकरणे

डायरेक्ट करंट फिजिकल वाफ डिपॉझिशन (DCPVD) याला कॅथोड स्पटरिंग किंवा व्हॅक्यूम डीसी टू-स्टेज स्पटरिंग असेही म्हणतात. व्हॅक्यूम डीसी स्पटरिंगची लक्ष्य सामग्री कॅथोड म्हणून वापरली जाते आणि सब्सट्रेट एनोड म्हणून वापरली जाते. व्हॅक्यूम स्पटरिंग म्हणजे प्रक्रिया वायूचे आयनीकरण करून प्लाझ्मा तयार करणे.

प्लाझ्मामधील चार्ज केलेले कण विद्युत क्षेत्रामध्ये विशिष्ट प्रमाणात ऊर्जा मिळविण्यासाठी प्रवेगक असतात. पुरेशी उर्जा असलेले कण लक्ष्य सामग्रीच्या पृष्ठभागावर भडिमार करतात, ज्यामुळे लक्ष्य अणू बाहेर पडतात; विशिष्ट गतिज उर्जेसह थुंकलेले अणू थराच्या पृष्ठभागावर पातळ फिल्म तयार करण्यासाठी सब्सट्रेटकडे सरकतात. थुंकण्यासाठी वापरण्यात येणारा वायू हा सामान्यतः आर्गॉन (एआर) सारखा दुर्मिळ वायू असतो, त्यामुळे स्पटरिंगमुळे तयार होणारी फिल्म दूषित होणार नाही; याव्यतिरिक्त, आर्गॉनची अणु त्रिज्या स्पटरिंगसाठी अधिक योग्य आहे.

स्पटरिंग कणांचा आकार स्पटर करण्यासाठी लक्ष्य अणूंच्या आकाराच्या जवळ असणे आवश्यक आहे. जर कण खूप मोठे किंवा खूप लहान असतील तर प्रभावी थुंकणे तयार होऊ शकत नाही. अणूच्या आकाराच्या घटकाव्यतिरिक्त, अणूचा वस्तुमान घटक देखील स्पटरिंग गुणवत्तेवर परिणाम करेल. जर थुंकणारा कण स्त्रोत खूप हलका असेल, तर लक्ष्य अणू थुंकले जाणार नाहीत; थुंकणारे कण खूप जड असल्यास, लक्ष्य "वाकलेले" असेल आणि लक्ष्य थुंकले जाणार नाही.

DCPVD मध्ये वापरलेली लक्ष्य सामग्री कंडक्टर असणे आवश्यक आहे. याचे कारण असे की जेव्हा प्रक्रियेतील वायूमधील आर्गॉन आयन लक्ष्य सामग्रीवर भडिमार करतात, तेव्हा ते लक्ष्य सामग्रीच्या पृष्ठभागावरील इलेक्ट्रॉन्ससह पुन्हा एकत्रित होतील. जेव्हा लक्ष्य सामग्री हे धातूसारखे कंडक्टर असते, तेव्हा या पुनर्संयोजनाद्वारे वापरण्यात येणारे इलेक्ट्रॉन अधिक सहजपणे वीज पुरवठ्याद्वारे भरून काढले जातात आणि विद्युत वहनातून लक्ष्य सामग्रीच्या इतर भागांमध्ये मुक्त इलेक्ट्रॉन्स भरले जातात, जेणेकरून लक्ष्य सामग्रीची पृष्ठभाग एक म्हणून संपूर्ण नकारात्मक चार्ज राहते आणि थुंकणे राखले जाते.

याउलट, लक्ष्य सामग्री एक इन्सुलेटर असल्यास, लक्ष्य सामग्रीच्या पृष्ठभागावरील इलेक्ट्रॉन्स पुन्हा एकत्र केल्यानंतर, लक्ष्य सामग्रीच्या इतर भागांमधील मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत वहनातून पुन्हा भरले जाऊ शकत नाहीत आणि त्यावर सकारात्मक शुल्क देखील जमा होईल. लक्ष्य सामग्रीची पृष्ठभाग, ज्यामुळे लक्ष्य सामग्रीची संभाव्यता वाढू शकते आणि लक्ष्य सामग्रीचे नकारात्मक चार्ज ते अदृश्य होईपर्यंत कमकुवत होते, ज्यामुळे अखेरीस संपुष्टात येते. थुंकणे

म्हणून, इन्सुलेट सामग्री देखील स्पटरिंगसाठी वापरण्यायोग्य बनविण्यासाठी, स्पटरिंगची दुसरी पद्धत शोधणे आवश्यक आहे. रेडिओ फ्रिक्वेन्सी स्पटरिंग ही स्पटरिंग पद्धत आहे जी प्रवाहकीय आणि नॉन-कंडक्टिव्ह दोन्ही लक्ष्यांसाठी योग्य आहे.

डीसीपीव्हीडीचा आणखी एक तोटा असा आहे की इग्निशन व्होल्टेज जास्त आहे आणि सब्सट्रेटवर इलेक्ट्रॉनचा भडिमार मजबूत आहे. या समस्येचे निराकरण करण्याचा एक प्रभावी मार्ग म्हणजे मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग वापरणे, त्यामुळे इंटिग्रेटेड सर्किट्सच्या क्षेत्रात मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग खरोखरच व्यावहारिक मूल्य आहे.

3.3 RF भौतिक वाष्प निक्षेप उपकरणे

रेडिओ फ्रिक्वेन्सी फिजिकल व्हेपर डिपॉझिशन (RFPVD) रेडिओ फ्रिक्वेन्सी पॉवरचा उत्तेजित स्त्रोत म्हणून वापर करते आणि ही PVD पद्धत विविध धातू आणि नॉन-मेटल सामग्रीसाठी योग्य आहे.

RFPVD मध्ये वापरल्या जाणाऱ्या RF पॉवर सप्लायच्या सामान्य फ्रिक्वेन्सी 13.56MHz, 20MHz आणि 60MHz आहेत. आरएफ पॉवर सप्लायचे सकारात्मक आणि नकारात्मक चक्र वैकल्पिकरित्या दिसतात. जेव्हा PVD लक्ष्य सकारात्मक अर्ध्या चक्रात असते, कारण लक्ष्य पृष्ठभाग सकारात्मक क्षमतेवर असतो, तेव्हा प्रक्रियेच्या वातावरणातील इलेक्ट्रॉन त्याच्या पृष्ठभागावर जमा झालेल्या सकारात्मक चार्जला तटस्थ करण्यासाठी लक्ष्य पृष्ठभागावर प्रवाहित होतील आणि इलेक्ट्रॉन जमा करणे सुरू ठेवतात, त्याची पृष्ठभाग नकारात्मक पक्षपाती बनवणे; जेव्हा स्पटरिंग टार्गेट ऋणात्मक अर्धचक्रामध्ये असते, तेव्हा सकारात्मक आयन लक्ष्याच्या दिशेने जातील आणि लक्ष्य पृष्ठभागावर अंशतः तटस्थ होतील.

सर्वात गंभीर गोष्ट अशी आहे की आरएफ इलेक्ट्रिक फील्डमधील इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीचा वेग सकारात्मक आयनांपेक्षा खूप वेगवान आहे, तर सकारात्मक आणि ऋण अर्धचक्राचा वेळ समान आहे, म्हणून पूर्ण चक्रानंतर, लक्ष्य पृष्ठभाग असेल. "नेट" नकारात्मक चार्ज. म्हणून, पहिल्या काही चक्रांमध्ये, लक्ष्य पृष्ठभागावरील नकारात्मक शुल्क वाढणारी प्रवृत्ती दर्शवते; नंतर, लक्ष्य पृष्ठभाग स्थिर नकारात्मक संभाव्यतेपर्यंत पोहोचते; त्यानंतर, लक्ष्याच्या नकारात्मक शुल्काचा इलेक्ट्रॉनांवर तिरस्करणीय प्रभाव पडत असल्याने, लक्ष्य इलेक्ट्रोडद्वारे प्राप्त झालेल्या सकारात्मक आणि नकारात्मक शुल्काचे प्रमाण संतुलित होते आणि लक्ष्य स्थिर ऋण शुल्क सादर करते.

वरील प्रक्रियेवरून, हे लक्षात येते की नकारात्मक व्होल्टेज तयार करण्याच्या प्रक्रियेचा लक्ष्य सामग्रीच्या गुणधर्मांशी काहीही संबंध नाही, म्हणून RFPVD पद्धत केवळ इन्सुलेटिंग लक्ष्यांच्या स्पटरिंगची समस्या सोडवू शकत नाही, तर ते सुसंगत देखील आहे. पारंपारिक मेटल कंडक्टर लक्ष्यांसह.

3.4 मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग उपकरणे

मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग ही PVD पद्धत आहे जी लक्ष्याच्या मागील बाजूस मॅग्नेट जोडते. जोडलेले चुंबक आणि डीसी पॉवर सप्लाय (किंवा एसी पॉवर सप्लाय) सिस्टीम मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग स्रोत तयार करतात. स्पटरिंग स्त्रोताचा वापर चेंबरमध्ये परस्परसंवादी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड तयार करण्यासाठी, चेंबरच्या आत प्लाझ्मामधील इलेक्ट्रॉनची हालचाल श्रेणी कॅप्चर करण्यासाठी आणि मर्यादित करण्यासाठी, इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीचा मार्ग वाढवण्यासाठी आणि अशा प्रकारे प्लाझमाची एकाग्रता वाढवण्यासाठी आणि शेवटी अधिक साध्य करण्यासाठी केला जातो. पदच्युती

याव्यतिरिक्त, लक्ष्याच्या पृष्ठभागाजवळ अधिक इलेक्ट्रॉन्स बांधलेले असल्यामुळे, इलेक्ट्रॉन्सद्वारे सब्सट्रेटवर होणारा भडिमार कमी होतो आणि सब्सट्रेटचे तापमान कमी होते. फ्लॅट-प्लेट DCPVD तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत, मॅग्नेट्रॉन भौतिक वाष्प निक्षेप तंत्रज्ञानाचे सर्वात स्पष्ट वैशिष्ट्य म्हणजे इग्निशन डिस्चार्ज व्होल्टेज कमी आणि अधिक स्थिर आहे.

त्याच्या उच्च प्लाझ्मा एकाग्रता आणि मोठ्या प्रमाणात स्पटरिंग उत्पन्नामुळे, ते उत्कृष्ट डिपॉझिशन कार्यक्षमता, मोठ्या आकाराच्या श्रेणीमध्ये डिपॉझिशन जाडी नियंत्रण, अचूक रचना नियंत्रण आणि कमी इग्निशन व्होल्टेज प्राप्त करू शकते. म्हणून, सध्याच्या मेटल फिल्म पीव्हीडीमध्ये मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग प्रबळ स्थितीत आहे. सर्वात सोपा मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग स्त्रोत डिझाइन म्हणजे लक्ष्य पृष्ठभागावरील स्थानिक क्षेत्रात लक्ष्य पृष्ठभागाच्या समांतर चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करण्यासाठी सपाट लक्ष्याच्या मागील बाजूस (व्हॅक्यूम सिस्टमच्या बाहेर) चुंबकांचा समूह ठेवणे.

कायमस्वरूपी चुंबक ठेवल्यास, त्याचे चुंबकीय क्षेत्र तुलनेने स्थिर असते, परिणामी चेंबरमधील लक्ष्य पृष्ठभागावर तुलनेने निश्चित चुंबकीय क्षेत्र वितरण होते. लक्ष्याच्या विशिष्ट भागात फक्त सामग्रीच थुंकली जाते, लक्ष्य वापर दर कमी आहे आणि तयार फिल्मची एकसमानता खराब आहे.

एक निश्चित संभाव्यता आहे की थुंकलेले धातू किंवा इतर सामग्रीचे कण लक्ष्य पृष्ठभागावर परत जमा केले जातील, ज्यामुळे कणांमध्ये एकत्रित होईल आणि दोष दूषित होईल. म्हणून, व्यावसायिक मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग स्रोत मुख्यतः फिल्म एकसमानता, लक्ष्य वापर दर आणि पूर्ण लक्ष्य स्पटरिंग सुधारण्यासाठी फिरणारे चुंबक डिझाइन वापरतात.

या तीन घटकांचा समतोल राखणे महत्त्वाचे आहे. जर समतोल व्यवस्थित हाताळला गेला नाही, तर त्याचा परिणाम लक्ष्य वापर दर मोठ्या प्रमाणात कमी करताना (लक्ष्य आयुर्मान कमी करणे) किंवा पूर्ण लक्ष्य थुंकणे किंवा पूर्ण लक्ष्य गंज प्राप्त करण्यात अयशस्वी होऊन चांगली फिल्म एकरूपता येऊ शकते, ज्यामुळे स्पटरिंग दरम्यान कण समस्या निर्माण होतील. प्रक्रिया

मॅग्नेट्रॉन पीव्हीडी तंत्रज्ञानामध्ये, रोटेटिंग मॅग्नेट हालचाल यंत्रणा, लक्ष्य आकार, लक्ष्य कूलिंग सिस्टम आणि मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग स्त्रोत तसेच वेफरचे शोषण आणि तापमान नियंत्रण यासारख्या वेफरचे कार्यात्मक कॉन्फिगरेशन विचारात घेणे आवश्यक आहे. पीव्हीडी प्रक्रियेत, आवश्यक क्रिस्टल संरचना, धान्य आकार आणि अभिमुखता तसेच कामगिरीची स्थिरता प्राप्त करण्यासाठी वेफरचे तापमान नियंत्रित केले जाते.

वेफरचा मागील भाग आणि पायाच्या पृष्ठभागाच्या दरम्यान उष्णता वाहकतेसाठी विशिष्ट दाब आवश्यक असतो, सामान्यत: अनेक टॉरच्या क्रमाने आणि चेंबरचा कार्यरत दबाव सामान्यत: अनेक mTorr च्या क्रमाने असतो, मागील दाब वेफरचा दाब वेफरच्या वरच्या पृष्ठभागावरील दाबापेक्षा खूप जास्त असतो, म्हणून वेफरला ठेवण्यासाठी आणि मर्यादित करण्यासाठी यांत्रिक चक किंवा इलेक्ट्रोस्टॅटिक चक आवश्यक आहे.

हे कार्य साध्य करण्यासाठी यांत्रिक चक स्वतःच्या वजनावर आणि वेफरच्या काठावर अवलंबून असतो. जरी त्यात साधी रचना आणि वेफरच्या सामग्रीची असंवेदनशीलता यांचे फायदे असले तरी, वेफरचा कडा प्रभाव स्पष्ट आहे, जो कणांच्या कठोर नियंत्रणासाठी अनुकूल नाही. म्हणून, IC उत्पादन प्रक्रियेत ते हळूहळू इलेक्ट्रोस्टॅटिक चकने बदलले आहे.

तपमानासाठी विशेषत: संवेदनशील नसलेल्या प्रक्रियांसाठी, नॉन-शोषण, नॉन-एज कॉन्टॅक्ट शेल्व्हिंग पद्धत (वेफरच्या वरच्या आणि खालच्या पृष्ठभागामध्ये दबाव फरक नसतो) देखील वापरला जाऊ शकतो. पीव्हीडी प्रक्रियेदरम्यान, चेंबरचे अस्तर आणि प्लाझ्माच्या संपर्कात असलेल्या भागांची पृष्ठभाग जमा केली जाईल आणि झाकली जाईल. जेव्हा जमा केलेल्या फिल्मची जाडी मर्यादेपेक्षा जास्त असेल, तेव्हा फिल्म क्रॅक होईल आणि सोलून जाईल, ज्यामुळे कण समस्या निर्माण होतील.

म्हणून, अस्तरांसारख्या भागांची पृष्ठभागावरील उपचार ही मर्यादा वाढवण्याची गुरुकिल्ली आहे. पृष्ठभाग सँडब्लास्टिंग आणि ॲल्युमिनियम फवारणी या दोन सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या पद्धती आहेत, ज्याचा उद्देश फिल्म आणि अस्तर पृष्ठभाग यांच्यातील संबंध मजबूत करण्यासाठी पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा वाढवणे आहे.

3.5 आयनीकरण भौतिक वाष्प संचय उपकरणे

मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञानाच्या सतत विकासासह, वैशिष्ट्यांचे आकार लहान आणि लहान होत आहेत. PVD तंत्रज्ञान कणांच्या निक्षेपणाची दिशा नियंत्रित करू शकत नसल्यामुळे, PVD ची छिद्र आणि अरुंद चॅनेलमधून उच्च गुणोत्तरांमध्ये प्रवेश करण्याची क्षमता मर्यादित आहे, ज्यामुळे पारंपारिक PVD तंत्रज्ञानाचा विस्तारित वापर अधिकाधिक आव्हानात्मक बनतो. PVD प्रक्रियेत, छिद्र खोबणीचे आस्पेक्ट रेशो जसजसे वाढते तसतसे तळाशी कव्हरेज कमी होते, वरच्या कोपऱ्यात ओव्हरहँगिंग स्ट्रक्चर बनते आणि खालच्या कोपर्यात सर्वात कमकुवत कव्हरेज तयार होते.

या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी आयनीकृत भौतिक बाष्प जमा करण्याचे तंत्रज्ञान विकसित केले गेले. हे प्रथम लक्ष्यापासून थुंकलेल्या धातूच्या अणूंना वेगवेगळ्या प्रकारे प्लाझमॅटाइज करते आणि नंतर पातळ फिल्म तयार करण्यासाठी स्थिर दिशात्मक मेटल आयन प्रवाह मिळविण्यासाठी मेटल आयनची दिशा आणि उर्जा नियंत्रित करण्यासाठी वेफरवर लोड केलेले बायस व्होल्टेज समायोजित करते, ज्यामुळे सुधारणा होते. छिद्रे आणि अरुंद चॅनेलद्वारे उच्च गुणोत्तराच्या चरणांच्या तळाशी कव्हरेज.

आयनाइज्ड मेटल प्लाझ्मा तंत्रज्ञानाचे वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्य म्हणजे चेंबरमध्ये रेडिओ फ्रिक्वेन्सी कॉइल जोडणे. प्रक्रियेदरम्यान, चेंबरचे कामकाजाचा दाब तुलनेने उच्च स्थितीत (सामान्य कामकाजाच्या दाबापेक्षा 5 ते 10 पट) राखला जातो. पीव्हीडी दरम्यान, रेडिओ फ्रिक्वेन्सी कॉइलचा वापर दुसरा प्लाझ्मा प्रदेश निर्माण करण्यासाठी केला जातो, ज्यामध्ये रेडिओ फ्रिक्वेन्सी पॉवर आणि गॅस प्रेशरच्या वाढीसह आर्गॉन प्लाझ्मा एकाग्रता वाढते. जेव्हा लक्ष्यातून थुंकलेले धातूचे अणू या प्रदेशातून जातात तेव्हा ते धातूचे आयन तयार करण्यासाठी उच्च-घनतेच्या आर्गॉन प्लाझ्माशी संवाद साधतात.

वेफर वाहक (जसे की इलेक्ट्रोस्टॅटिक चक) वर आरएफ स्त्रोत लागू केल्याने छिद्र खोबणीच्या तळाशी धातूचे सकारात्मक आयन आकर्षित करण्यासाठी वेफरवरील नकारात्मक पूर्वाग्रह वाढू शकतो. वेफर पृष्ठभागावर लंब असलेला हा डायरेक्शनल मेटल आयन प्रवाह उच्च गुणोत्तर छिद्र आणि अरुंद चॅनेलच्या पायरी तळाशी कव्हरेज सुधारतो.

वेफरवर लागू केलेल्या नकारात्मक पूर्वाग्रहामुळे वेफरच्या पृष्ठभागावर आयनांचा भडिमार होतो (रिव्हर्स स्पटरिंग), ज्यामुळे छिद्र खोबणीच्या तोंडाची ओव्हरहँगिंग रचना कमकुवत होते आणि तळाशी जमा झालेली फिल्म छिद्राच्या तळाच्या कोपऱ्यात असलेल्या साइडवॉलवर थुंकते. खोबणी, ज्यामुळे कोपऱ्यांवर स्टेप कव्हरेज वाढते.

3.6 वायुमंडलीय दाब रासायनिक वाफ जमा करणारे उपकरणे

वायुमंडलीय दाब रासायनिक वाष्प निक्षेपण (APCVD) उपकरणे अशा उपकरणाचा संदर्भ देते जे वायुमंडलीय दाबाच्या जवळ असलेल्या दाबाने वातावरणात तापलेल्या घन सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर स्थिर गतीने वायू प्रतिक्रिया स्त्रोत फवारते, ज्यामुळे प्रतिक्रिया स्त्रोत रासायनिक प्रतिक्रिया देतात. थर पृष्ठभाग, आणि प्रतिक्रिया उत्पादन एक पातळ फिल्म तयार करण्यासाठी थर पृष्ठभाग वर जमा आहे.

APCVD उपकरणे ही सर्वात जुनी CVD उपकरणे आहेत आणि अजूनही औद्योगिक उत्पादन आणि वैज्ञानिक संशोधनात मोठ्या प्रमाणावर वापरली जातात. सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, सिलिकॉन डायऑक्साइड, झिंक ऑक्साईड, टायटॅनियम डायऑक्साइड, फॉस्फोसिलिकेट ग्लास आणि बोरोफॉस्फोसिलिकेट ग्लास यासारख्या पातळ फिल्म्स तयार करण्यासाठी APCVD उपकरणे वापरली जाऊ शकतात.

3.7 कमी दाबाचे रासायनिक वाफ जमा करणारे उपकरण

कमी-दाब रासायनिक वाष्प निक्षेपण (LPCVD) उपकरणे म्हणजे गरम (350-1100°C) आणि कमी-दाब (10-100mTorr) वातावरणात घन सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर रासायनिक प्रतिक्रिया देण्यासाठी वायूयुक्त कच्चा माल वापरणारी उपकरणे, आणि एक पातळ फिल्म तयार करण्यासाठी अभिक्रियाक थर पृष्ठभागावर जमा केले जातात. पातळ फिल्म्सची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी, फिल्मची जाडी आणि प्रतिरोधकता यांसारख्या वैशिष्ट्यपूर्ण पॅरामीटर्सची वितरण एकसमानता सुधारण्यासाठी आणि उत्पादन कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी APCVD च्या आधारावर LPCVD उपकरणे विकसित केली जातात.

त्याचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे कमी दाबाच्या थर्मल फील्ड वातावरणात, प्रक्रिया वायू वेफर सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर रासायनिक रीतीने प्रतिक्रिया देते आणि प्रतिक्रिया उत्पादने पातळ फिल्म तयार करण्यासाठी सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर जमा केली जातात. एलपीसीव्हीडी उपकरणांचे उच्च-गुणवत्तेचे पातळ चित्रपट तयार करण्याचे फायदे आहेत आणि सिलिकॉन ऑक्साईड, सिलिकॉन नायट्राइड, पॉलिसिलिकॉन, सिलिकॉन कार्बाइड, गॅलियम नायट्राइड आणि ग्राफीन यासारख्या पातळ फिल्म्स तयार करण्यासाठी वापरल्या जाऊ शकतात.

APCVD च्या तुलनेत, LPCVD उपकरणांच्या कमी-दाब प्रतिक्रिया वातावरणामुळे प्रतिक्रिया कक्षातील वायूचा मध्यम मुक्त मार्ग आणि प्रसार गुणांक वाढतो.

प्रतिक्रिया कक्षातील प्रतिक्रिया वायू आणि वाहक वायूचे रेणू थोड्याच वेळात समान रीतीने वितरीत केले जाऊ शकतात, त्यामुळे चित्रपटाची जाडी, प्रतिरोधकता एकसमानता आणि चित्रपटाच्या चरण कव्हरेजमध्ये मोठ्या प्रमाणात सुधारणा होते आणि प्रतिक्रिया वायूचा वापर देखील कमी होतो. याव्यतिरिक्त, कमी-दाब वातावरण देखील वायू पदार्थांच्या प्रसारणाची गती वाढवते. सब्सट्रेटमधून पसरलेली अशुद्धता आणि प्रतिक्रिया उप-उत्पादने त्वरीत प्रतिक्रिया झोनमधून सीमा स्तरातून बाहेर काढली जाऊ शकतात आणि प्रतिक्रिया वायू त्वरीत सीमा स्तरातून उत्तीर्ण होऊन प्रतिक्रियेसाठी सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर पोहोचतात, अशा प्रकारे सेल्फ-डोपिंग प्रभावीपणे दाबून, तयारी करणे तीव्र संक्रमण झोनसह उच्च-गुणवत्तेचे चित्रपट आणि उत्पादन कार्यक्षमता देखील सुधारते.

3.8 प्लाझ्मा वर्धित रासायनिक वाष्प जमा करणारे उपकरण

प्लाझ्मा एन्हांस्ड केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (पीईसीव्हीडी) हे मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे टीहिन फिल्म डिपॉझिशन तंत्रज्ञान. प्लाझ्मा प्रक्रियेदरम्यान, प्लाझमाच्या क्रियेखाली वायूचे पूर्ववर्ती आयनीकरण केले जाते ज्यामुळे उत्तेजित सक्रिय गट तयार होतात, जे थरच्या पृष्ठभागावर पसरतात आणि नंतर फिल्मची वाढ पूर्ण करण्यासाठी रासायनिक अभिक्रिया करतात.

प्लाझ्मा निर्मितीच्या वारंवारतेनुसार, PECVD मध्ये वापरलेला प्लाझ्मा दोन प्रकारांमध्ये विभागला जाऊ शकतो: रेडिओ फ्रिक्वेन्सी प्लाझमा (RF प्लाझमा) आणि मायक्रोवेव्ह प्लाझमा (मायक्रोवेव्ह प्लाझ्मा). सध्या, उद्योगात वापरलेली रेडिओ वारंवारता साधारणपणे 13.56MHz आहे.

रेडिओ फ्रिक्वेन्सी प्लाझमाचा परिचय सहसा दोन प्रकारांमध्ये विभागला जातो: कॅपेसिटिव्ह कपलिंग (सीसीपी) आणि इंडक्टिव कपलिंग (आयसीपी). कॅपेसिटिव्ह कपलिंग पद्धत सामान्यतः थेट प्लाझ्मा प्रतिक्रिया पद्धत असते; तर प्रेरक कपलिंग पद्धत थेट प्लाझ्मा पद्धत किंवा रिमोट प्लाझ्मा पद्धत असू शकते.

सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियेमध्ये, PECVD चा वापर अनेकदा धातू किंवा इतर तापमान-संवेदनशील संरचना असलेल्या सब्सट्रेट्सवर पातळ फिल्म्स वाढवण्यासाठी केला जातो. उदाहरणार्थ, इंटिग्रेटेड सर्किट्सच्या बॅक-एंड मेटल इंटरकनेक्शनच्या क्षेत्रात, डिव्हाइसचे स्त्रोत, गेट आणि ड्रेन स्ट्रक्चर्स फ्रंट-एंड प्रक्रियेत तयार झाल्यामुळे, मेटल इंटरकनेक्शनच्या क्षेत्रात पातळ फिल्म्सची वाढ विषय आहे. अत्यंत कठोर थर्मल बजेट मर्यादांपर्यंत, त्यामुळे ते सहसा प्लाझ्मा सहाय्याने पूर्ण केले जाते. प्लाझ्मा प्रक्रिया पॅरामीटर्स समायोजित करून, PECVD द्वारे उगवलेल्या पातळ फिल्मची घनता, रासायनिक रचना, अशुद्धता सामग्री, यांत्रिक कणखरपणा आणि ताण पॅरामीटर्स समायोजित आणि ऑप्टिमाइझ केले जाऊ शकतात.

3.9 अणू थर ठेवण्याचे उपकरण

अणु लेयर डिपॉझिशन (ALD) हे पातळ फिल्म डिपॉझिशन तंत्रज्ञान आहे जे अर्ध-मोनोएटॉमिक लेयरच्या रूपात वेळोवेळी वाढते. त्याचे वैशिष्ट्य असे आहे की जमा केलेल्या फिल्मची जाडी वाढीच्या चक्रांची संख्या नियंत्रित करून अचूकपणे समायोजित केली जाऊ शकते. रासायनिक वाष्प संचयन (CVD) प्रक्रियेच्या विपरीत, ALD प्रक्रियेतील दोन (किंवा अधिक) पूर्ववर्ती पर्यायीपणे सब्सट्रेट पृष्ठभागातून जातात आणि दुर्मिळ वायूच्या शुद्धीकरणाद्वारे प्रभावीपणे वेगळे केले जातात.

रासायनिक अभिक्रिया करण्यासाठी दोन पूर्ववर्ती गॅस टप्प्यात मिसळणार नाहीत आणि भेटणार नाहीत, परंतु केवळ थर पृष्ठभागावर रासायनिक शोषणाद्वारे प्रतिक्रिया देतात. प्रत्येक ALD चक्रामध्ये, सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर शोषलेल्या पूर्वगामीचे प्रमाण हे सब्सट्रेट पृष्ठभागावरील सक्रिय गटांच्या घनतेशी संबंधित आहे. जेव्हा सब्सट्रेट पृष्ठभागावरील प्रतिक्रियाशील गट संपुष्टात येतात, जरी जास्त प्रमाणात पूर्ववर्ती परिचय झाला तरीही, थर पृष्ठभागावर रासायनिक शोषण होणार नाही.

या प्रतिक्रिया प्रक्रियेला पृष्ठभाग स्वयं-मर्यादित प्रतिक्रिया म्हणतात. ही प्रक्रिया यंत्रणा ALD प्रक्रियेच्या प्रत्येक चक्रात वाढलेल्या फिल्मची जाडी स्थिर ठेवते, त्यामुळे ALD प्रक्रियेमध्ये अचूक जाडी नियंत्रण आणि चांगल्या फिल्म स्टेप कव्हरेजचे फायदे आहेत.

3.10 आण्विक बीम एपिटॅक्सी उपकरणे

मॉलिक्युलर बीम एपिटॅक्सी (एमबीई) सिस्टीम हे एपिटॅक्सियल यंत्रास संदर्भित करते जे एक किंवा अधिक थर्मल एनर्जी अणु बीम किंवा आण्विक बीम वापरते ज्यामुळे अति-उच्च व्हॅक्यूम परिस्थितीत एका विशिष्ट वेगाने गरम सब्सट्रेट पृष्ठभागावर फवारणी केली जाते आणि सब्सट्रेट पृष्ठभागावर शोषून आणि स्थलांतरित होते. च्या क्रिस्टल अक्षाच्या दिशेने एकल क्रिस्टल पातळ फिल्म्स epitaxially वाढण्यासाठी थर साहित्य. सामान्यतः, हीट शील्ड असलेल्या जेट फर्नेसद्वारे गरम करण्याच्या स्थितीत, बीम स्त्रोत एक अणू बीम किंवा आण्विक बीम बनवतो आणि थर थर सामग्रीच्या क्रिस्टल अक्षाच्या दिशेने फिल्म थराने वाढते.

त्याची वैशिष्ट्ये कमी एपिटॅक्सियल वाढीचे तापमान आहेत आणि जाडी, इंटरफेस, रासायनिक रचना आणि अशुद्धता एकाग्रता अणू स्तरावर अचूकपणे नियंत्रित केली जाऊ शकते. जरी MBE ची उत्पत्ती अर्धसंवाहक अल्ट्रा-थिन सिंगल क्रिस्टल फिल्म्सच्या तयारीपासून झाली असली तरी, त्याचा वापर आता धातू आणि इन्सुलेटिंग डायलेक्ट्रिक्ससारख्या विविध भौतिक प्रणालींमध्ये विस्तारला आहे आणि III-V, II-VI, सिलिकॉन, सिलिकॉन जर्मेनियम (SiGe) तयार करू शकतो. ), ग्राफीन, ऑक्साइड आणि सेंद्रिय चित्रपट.

आण्विक बीम एपिटॅक्सी (एमबीई) प्रणाली मुख्यत्वे अल्ट्रा-हाय व्हॅक्यूम सिस्टम, एक आण्विक बीम स्त्रोत, एक सब्सट्रेट फिक्सिंग आणि हीटिंग सिस्टम, एक नमुना हस्तांतरण प्रणाली, एक इन-सीटू मॉनिटरिंग सिस्टम, एक नियंत्रण प्रणाली आणि एक चाचणी यांनी बनलेली असते. प्रणाली

व्हॅक्यूम सिस्टीममध्ये व्हॅक्यूम पंप (यांत्रिक पंप, आण्विक पंप, आयन पंप आणि कंडेन्सेशन पंप इ.) आणि विविध व्हॉल्व्ह समाविष्ट आहेत, जे अल्ट्रा-हाय व्हॅक्यूम वाढीचे वातावरण तयार करू शकतात. सामान्यतः साध्य करण्यायोग्य व्हॅक्यूम डिग्री 10-8 ते 10-11 टॉर असते. व्हॅक्यूम सिस्टीममध्ये प्रामुख्याने तीन व्हॅक्यूम वर्किंग चेंबर असतात, म्हणजे सॅम्पल इंजेक्शन चेंबर, प्रीट्रीटमेंट आणि पृष्ठभाग विश्लेषण चेंबर आणि ग्रोथ चेंबर.

इतर चेंबर्सच्या उच्च व्हॅक्यूम परिस्थितीची खात्री करण्यासाठी नमुना इंजेक्शन चेंबरचा वापर नमुने बाहेरील जगात हस्तांतरित करण्यासाठी केला जातो; प्रीट्रीटमेंट आणि पृष्ठभाग विश्लेषण कक्ष नमुना इंजेक्शन चेंबर आणि ग्रोथ चेंबरला जोडतो आणि त्याचे मुख्य कार्य म्हणजे नमुन्याची पूर्व-प्रक्रिया (सब्सट्रेट पृष्ठभागाची संपूर्ण स्वच्छता सुनिश्चित करण्यासाठी उच्च-तापमान डिगॅसिंग) आणि पृष्ठभागावरील प्राथमिक विश्लेषण करणे. स्वच्छ नमुना; ग्रोथ चेंबर हा MBE प्रणालीचा मुख्य भाग आहे, ज्यामध्ये मुख्यतः स्त्रोत भट्टी आणि त्याच्याशी संबंधित शटर असेंब्ली, एक नमुना नियंत्रण कन्सोल, कूलिंग सिस्टम, रिफ्लेक्शन हाय एनर्जी इलेक्ट्रॉन डिफ्रॅक्शन (RHEED) आणि इन-सीटू मॉनिटरिंग सिस्टम यांचा समावेश आहे. . काही उत्पादन MBE उपकरणांमध्ये अनेक ग्रोथ चेंबर कॉन्फिगरेशन असतात. MBE उपकरणाच्या संरचनेचा योजनाबद्ध आकृती खाली दर्शविला आहे:

सिलिकॉन मटेरियलचे MBE कच्चा माल म्हणून उच्च-शुद्धता सिलिकॉन वापरते, अल्ट्रा-हाय व्हॅक्यूम (10-10～10-11Torr) परिस्थितीत वाढते आणि वाढीचे तापमान 600～900℃ असते, Ga (P-प्रकार) आणि Sb ( एन-प्रकार) डोपिंग स्त्रोत म्हणून. P, As आणि B सारखे सामान्यतः वापरले जाणारे डोपिंग स्त्रोत क्वचितच बीम स्त्रोत म्हणून वापरले जातात कारण ते बाष्पीभवन करणे कठीण आहे.

MBE च्या रिॲक्शन चेंबरमध्ये अल्ट्रा-हाय व्हॅक्यूम वातावरण आहे, जे रेणूंचा मध्यम मुक्त मार्ग वाढवते आणि वाढत्या सामग्रीच्या पृष्ठभागावर दूषित आणि ऑक्सिडेशन कमी करते. तयार केलेल्या एपिटॅक्सियल मटेरियलमध्ये पृष्ठभागाची रचना आणि एकसमानता चांगली असते आणि विविध डोपिंग किंवा भिन्न सामग्री घटकांसह बहुस्तरीय रचना बनवता येते.

MBE तंत्रज्ञान एकाच अणू थराच्या जाडीसह अति-पातळ एपिटॅक्सियल लेयरची पुनरावृत्ती वाढवते आणि एपिटॅक्सियल लेयर्समधील इंटरफेस तीव्र आहे. हे III-V अर्धसंवाहक आणि इतर बहु-घटक विषम पदार्थांच्या वाढीस प्रोत्साहन देते. सध्या, MBE प्रणाली मायक्रोवेव्ह उपकरणे आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या नवीन पिढीच्या उत्पादनासाठी एक प्रगत प्रक्रिया उपकरण बनली आहे. MBE तंत्रज्ञानाचे तोटे म्हणजे मंद फिल्म वाढीचा दर, उच्च व्हॅक्यूम आवश्यकता आणि उच्च उपकरणे आणि उपकरणे वापरण्याची किंमत.

3.11 वाष्प फेज एपिटॅक्सी सिस्टम

वाफ फेज एपिटॅक्सी (व्हीपीई) प्रणाली एक एपिटॅक्सियल ग्रोथ डिव्हाइसचा संदर्भ देते जे सब्सट्रेटमध्ये वायूयुक्त संयुगे वाहून नेते आणि रासायनिक अभिक्रियांद्वारे सब्सट्रेट प्रमाणेच जाळीच्या व्यवस्थेसह एकल क्रिस्टल मटेरियल लेयर प्राप्त करते. एपिटॅक्सियल लेयर हा होमोएपिटॅक्सियल लेयर (Si/Si) किंवा हेटरोएपिटॅक्सियल लेयर (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, इ.) असू शकतो. सध्या, व्हीपीई तंत्रज्ञानाचा वापर नॅनोमटेरियल तयार करणे, उर्जा उपकरणे, सेमीकंडक्टर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, सोलर फोटोव्होल्टिक्स आणि एकात्मिक सर्किट्सच्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर केला जात आहे.

ठराविक VPE मध्ये वायुमंडलीय दाब एपिटॅक्सी आणि कमी दाब एपिटॅक्सी, अल्ट्रा-हाय व्हॅक्यूम रासायनिक बाष्प जमा करणे, धातूचे सेंद्रिय रासायनिक वाष्प जमा करणे इत्यादींचा समावेश होतो. VPE तंत्रज्ञानातील मुख्य मुद्दे म्हणजे प्रतिक्रिया कक्ष डिझाइन, गॅस प्रवाह मोड आणि एकसमानता, तापमान एकरूपता आणि अचूक नियंत्रण. दबाव नियंत्रण आणि स्थिरता, कण आणि दोष नियंत्रण इ.

सध्या, मुख्य प्रवाहातील व्यावसायिक VPE प्रणालींच्या विकासाची दिशा म्हणजे मोठे वेफर लोडिंग, पूर्णपणे स्वयंचलित नियंत्रण आणि तापमान आणि वाढीच्या प्रक्रियेचे वास्तविक-वेळेचे निरीक्षण. व्हीपीई सिस्टममध्ये तीन संरचना आहेत: अनुलंब, क्षैतिज आणि दंडगोलाकार. हीटिंग पद्धतींमध्ये प्रतिरोधक हीटिंग, उच्च-फ्रिक्वेंसी इंडक्शन हीटिंग आणि इन्फ्रारेड रेडिएशन हीटिंगचा समावेश आहे.

सध्या, व्हीपीई प्रणाली बहुतेक क्षैतिज डिस्क संरचना वापरतात, ज्यामध्ये एपिटॅक्सियल फिल्म वाढ आणि मोठ्या वेफर लोडिंगची चांगली एकसमानता ही वैशिष्ट्ये आहेत. व्हीपीई सिस्टममध्ये सहसा चार भाग असतात: अणुभट्टी, हीटिंग सिस्टम, गॅस पाथ सिस्टम आणि कंट्रोल सिस्टम. GaAs आणि GaN एपिटॅक्सियल फिल्म्सचा वाढीचा काळ तुलनेने मोठा असल्याने, इंडक्शन हीटिंग आणि रेझिस्टन्स हीटिंगचा वापर केला जातो. सिलिकॉन व्हीपीईमध्ये, जाड एपिटॅक्सियल फिल्मची वाढ मुख्यतः इंडक्शन हीटिंगचा वापर करते; पातळ एपिटॅक्सियल फिल्म ग्रोथ मुख्यतः इन्फ्रारेड हीटिंगचा वापर जलद तापमान वाढ/पडण्याचा उद्देश साध्य करण्यासाठी करते.

3.12 लिक्विड फेज एपिटॅक्सी सिस्टम

लिक्विड फेज एपिटॅक्सी (एलपीई) सिस्टीम म्हणजे एपिटॅक्सियल ग्रोथ उपकरणे ज्यामध्ये वाढवल्या जाणाऱ्या सामग्री (जसे की Si, Ga, As, Al, इ.) आणि डोपेंट्स (जसे की Zn, Te, Sn, इ.) विरघळतात. कमी हळुवार बिंदू असलेली धातू (जसे की Ga, In, इ.), जेणेकरून विद्राव्य विद्राव्यमध्ये संतृप्त किंवा अतिसंतृप्त होईल आणि नंतर एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटचा द्रावणाशी संपर्क साधला जातो आणि द्रावण हळूहळू थंड होऊन विद्रावकातून उपसले जाते, आणि थराच्या पृष्ठभागावर क्रिस्टल स्ट्रक्चर आणि जाळीच्या स्थिरतेप्रमाणे क्रिस्टल सामग्रीचा थर तयार होतो.

LPE पद्धत नेल्सन एट अल यांनी प्रस्तावित केली होती. 1963 मध्ये. याचा वापर Si पातळ फिल्म्स आणि सिंगल क्रिस्टल मटेरियल, तसेच सेमीकंडक्टर मटेरियल जसे की III-IV गट आणि पारा कॅडमियम टेल्युराइड वाढवण्यासाठी केला जातो आणि विविध ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, मायक्रोवेव्ह उपकरणे, सेमीकंडक्टर उपकरणे आणि सौर सेल तयार करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो. .

———————————————————————————————————————————————————— ———————————-

सेमिसेरा देऊ शकतातग्रेफाइट भाग, मऊ/कठोर वाटले, सिलिकॉन कार्बाइड भाग, CVD सिलिकॉन कार्बाइड भाग, आणिSiC/TaC लेपित भाग30 दिवसात.

तुम्हाला वरील सेमीकंडक्टर उत्पादनांमध्ये स्वारस्य असल्यास,कृपया प्रथमच आमच्याशी संपर्क साधण्यास अजिबात संकोच करू नका.

दूरध्वनी: +८६-१३३७३८८९६८३

WhatsAPP: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com