رسوب بخار شیمیایی (CVD) یک فرآیند پوششی است که از واکنشهای شیمیایی ناشی از حرارت یا الکتریکی در سطح بستر گرم شده ، با معرفهایی که به شکل گازی عرضه می شوند ، استفاده می کند. CVD یک روش رسوب گذاری است که برای تولید مواد جامد با کیفیت بالا ، با کارایی بالا ، به طور معمول در خلاuum استفاده می شود. فیلم ها یا پوشش های نازک در اثر تفکیک یا واکنش های شیمیایی واکنش دهنده های گازی در محیط فعال شده (گرما ، نور ، پلاسما) تولید می شوند.
اپیتاکسی به معنای"؛ در بالا"؛ یا" ؛ اختصاص داده شده به"؛ ، و فرایندی را نشان می دهد که در آن یک لایه در بالای لایه دیگری ایجاد می شود و ساختار بلوری آن را به ارث می برد. اگر لایه رسوب یافته از همان ماده زیرلایه باشد ، از هموپیتاکسی صحبت می شود ، اگر ماده&# 39 باشد ؛ ماده دیگر آن&# 39 است ؛ به اصطلاح هتروپیتاکسی است. مهمترین فرآیند در هوموپیتاکسی رسوب سیلیسیم بر روی سیلیکون است ، در هتروپیتاکسی معمولاً یک لایه سیلیکون روی عایقی مانند اکسید (Silicon On Insulator: SOI) رسوب می کند. رسوب بخار شیمیایی (CVD) یک فرآیند پوششی است که از حرارت استفاده می کند یا واکنشهای شیمیایی الکتریکی در سطح یک بستر گرم شده ، با معرفهایی که به صورت گازی عرضه می شوند. CVD یک روش رسوب گذاری است که برای تولید مواد جامد با کیفیت بالا ، با کارایی بالا ، به طور معمول در خلاuum استفاده می شود. فیلم ها یا پوشش های نازک در اثر تفکیک یا واکنش های شیمیایی واکنش دهنده های گازی در محیط فعال شده (گرما ، نور ، پلاسما) تولید می شوند.
هموپیتاکسی
بسته به فرآیند ، ویفرها را می توان از سازنده ویفر با یک لایه اپتاکسیال تحویل داد (به عنوان مثال برای فناوری CMOS) ، یا سازنده تراشه مجبور است خودش آن را بسازد (به عنوان مثال در فناوری دو قطبی).
به عنوان گازی برای تولید لایه epatactical ، از هیدروژن خالص همراه با سیلان استفاده می شود (SiH4) ، دی کلروسیلان (SiH2Cl2) یا تتراکلرید سیلیکون (SiCl4) در دمای حدود 1000 درجه سانتیگراد ، گازها از سیلیکون جدا می شوند که روی سطح ویفر رسوب می کند. سیلیکون ساختار بستر را به ارث می برد و به دلایل انرژی ، لایه به لایه پی در پی در حال رشد است. برای رشد نکردن سیلیکون پلی کریستال ، همیشه باید کمبود اتم سیلیسیم وجود داشته باشد ، به عنوان مثال سیلیکون همیشه کمی کمتر است زیرا مواد در واقع می توانند رشد کنند. هنگامی که از تتراکلرید سیلیکون استفاده می شود ، واکنش در دو مرحله ادامه می یابد:
SiCl4+ H2→SiCl2+ 2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
برای به ارث بردن جهت بستر&# 39 ، سطح باید کاملاً واضح باشد. بنابراین می توان از واکنش تعادل استفاده کرد. بسته به نسبت گازها ، هر دو واکنش می توانند در جهت دیگر نیز رخ دهند. در صورت وجود هیدروژن کم در اتمسفر ، مانند فرآیند تری کلروسیلان برای تصفیه سیلیکون خام ، به دلیل غلظت کلر زیاد ، مواد از سطح ویفر سیلیکون خارج می شود. فقط با افزایش غلظت رشد هیدروژن حاصل می شود.
با SiCl4سرعت رسوب تقریباً 1 تا 2 میکرون در دقیقه است. از آنجا که سیلیکون تک کریستالی فقط در سطح لخت رشد می کند ، مناطق خاصی را می توان با اکسید که در آن سیلیکون به عنوان سیلیکون پلی کریستالی رشد می کند ، پوشاند. با این حال ، این پلی سیلیکون در مقایسه با سیلیکون تک بلوری در اثر واکنش رو به عقب ، به راحتی اچ می شود. دیبران (ب2H6) یا فسفین (PH3) به گازهای فرایندی اضافه می شوند تا لایه های دوپ شده ایجاد شود ، زیرا گازهای دوپینگ در دمای بالا تجزیه می شوند و مواد مخدر در شبکه کریستال قرار می گیرند.
روند ایجاد لایه های حماسی خانگی در جو خلا vac محقق می شود. بدین ترتیب محفظه فرآیند تا دمای 1200 درجه سانتیگراد گرم می شود تا اکسید بومی ، که همیشه در سطح سیلیکون وجود دارد ، از بین برود. همانطور که در بالا ذکر شد ، به دلیل غلظت هیدروژن کم ، در سطح سیلیکون حکاکی پشتی رخ می دهد. این می تواند برای تمیز کردن سطح قبل از شروع روند واقعی استفاده شود. اگر غلظت گاز متنوع باشد ، پس از تمیز کردن ، رسوب گذاری شروع می شود.
تصویری از یک راکتور بشکه برای فرایندهای epatactical
با توجه به درجه حرارت بالای فرآیند وجود دارد&# 39 ؛ بنابراین انتشار مواد مخدر در بستر یا ناخالصی ها ، که در فرآیندهای قبلی استفاده شده است ، می تواند به بستر منتقل شود. اگر SiH2Cl2یا SiH4در آنجا مورد استفاده قرار نگرفته است. برای دستیابی به روند برگشت اچ برای تمیز کردن سطح ، HCl باید جداگانه اضافه شود. عیب این سیلان ها این است که آنها درست قبل از رسوب میکروب ها را در جو تشکیل می دهند و بنابراین کیفیت لایه به خوبی SiCl نیست.4.
غالباً به لایه هایی احتیاج داریم که نمی توانند&# 39 درست از بستر ایجاد شوند. برای رسوب لایه های نیترید سیلیکون یا اکسی نیترید سیلیکون باید از گازهایی استفاده کرد که حاوی تمام اجزای لازم هستند. گازها از طریق انرژی حرارتی تجزیه می شوند. [39] این&اصل رسوب شیمیایی فاز بخار است: CVD. سطح ویفر&# 39 ؛ با گازها واکنش نشان نمی دهد اما به عنوان لایه پایین عمل می کند. بسته به پارامترهای فرآیند - فشار ، دما - روش CVD را می توان در روشهای مختلف تقسیم کرد که لایه های آنها از نظر تراکم و پوشش متفاوت هستند. اگر رشد در سطوح افقی به اندازه سطوح عمودی باشد رسوب انطباق دارد.
انطباق K نسبت رشد عمودی و افقی است ،K = Rv/Rh. اگر رسوب ایده آل نباشد ، انطباق کمتر از 1 است (به عنوان مثالRv/Rh= 1/2 → K = 0.5) انطباق بالا فقط با دماهای بالای فرآیند حاصل می شود.
پروفایل های قابل تصور
APCVD یک روش CVD در فشار طبیعی (فشار اتمسفر) است که برای رسوب اکسیدهای دوپ شده و بدون گاز استفاده می شود. اکسید رسوب شده چگالی کمی دارد و به دلیل دمای نسبتاً پایین پوشش متوسطی است. به دلیل ابزارهای بهبود یافته ، APCVD تحت نوزایی قرار می گیرد. توان بالای ویفر یک مزیت بزرگ در این فرآیند است.
به عنوان گازهای فرایند silane SiH4(با نیتروژن N بسیار غلیظ است2) و اکسیژن O2استفاده می شود. گازها در دمای حدود 400 درجه سانتی گراد تجزیه می شوند و با یکدیگر واکنش می دهند و فیلم مورد نظر را تشکیل می دهند.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105° Pa)
ازن O اضافه شده است3می تواند سازگاری بهتری ایجاد کند زیرا باعث بهبود حرکت ذرات جمع شده می شود. اکسید متخلخل و ناپایدار الکتریکی است و می تواند با یک فرآیند دمای بالا متراکم شود.
برای جلوگیری از لبه هایی که منجر به ایجاد مشکل در رسوب لایه های اضافی می شوند ، از شیشه سیلیکات فسفر (PSG) برای لایه های بین لایه استفاده می شود. بنابراین فسفین به SiH اضافه می شود4و ای2، به طوری که اکسید رسوب شده حاوی 4 تا 8 درصد فسفر است. مقدار زیادی فسفر منجر به افزایش زیاد خصوصیات جریان می شود ، با این حال می توان اسید فسفر را تشکیل داد که باعث خوردگی آلومینیوم (مسیرهای رسانا) می شود.
از آنجا که بازپخت فرآیندهای قبلی را تحت تأثیر قرار می دهد (به عنوان مثال دوپینگ) فقط کوتاه شدن دما با لامپ های آرگون قدرتمند انجام می شود (چندین هکتار کیلووات ، کمتر از 10 ثانیه ، T=1100 درجه سانتیگراد) به جای آن که در فرآیندهای طولانی کوره ، آنیل شود.
آنالوگ به PSG بور می تواند به طور همزمان اضافه شود (شیشه سیلیکات فسفر بور ، BPSG ، 4٪ B و 4 P P).
تصویر راکتور APCVD افقی
در LPCVD از خلا استفاده می شود. فیلمهای نازک نیترید سیلیکون (Si3N4) ، اکسی نیترید سیلیکون (SiON) ، SiO2und tungsten (W) قابل ایجاد است. فرآیندهای LPCVD انطباق بالایی از تقریباً 1 را امکان پذیر می کنند. این به دلیل فشار کم 10 تا 100Pa (فشار اتمسفر=100000Pa) است که منجر به حرکت غیر یکنواخت ذرات می شود. ذرات به دلیل برخورد پراکنده می شوند و سطوح عمودی و همچنین سطوح افقی را می پوشانند. انطباق با دمای بالا تا 900 درجه سانتیگراد پشتیبانی می شود. در مقایسه با APCVD چگالی و پایداری بسیار زیاد است.
واکنش ها برای Si3N4، SiON ، SiO2و تنگستن به شرح زیر است:
الف) Si3N4(850 درجه سانتیگراد): 4NH3+ 3SiH2Cl2→سی3N4+ 6HCl + 6H2
ب) SiON (900 درجه سانتیگراد): NH3+ SiH2Cl2+ N2O→سی3N4+ Nebenprodukte
ج) SiO2(700 درجه سانتیگراد): SiO4C8H20→SiO2+ Nebenprodukte
د) ولفرام (400 درجه سانتیگراد): WF6+ 3H2→W + 6HF
در مقابل پیش سازهای گازی که برای Si استفاده می شود3N4، SiON و تنگستن ، ارتوسیلیکات مایع تتر اتیل برای SiO استفاده می شود2. علاوه بر این منابع مایع دیگری مانند DTBS (SiH) وجود دارد2C8H20) یا تترامتیل سیکلوترا ترسیلوکسان (TMTCS ، Si4O4C4H16).
یک فیلم تنگستن را فقط می توان روی سیلیکون لخت ساخت. بنابراین در صورت عدم وجود بستر سیلیکون ، سیلان باید اضافه شود.
تصویر یک راکتور LPCVD برای فیلم های TEOS
PECVD در دمای 250 تا 350 درجه سانتی گراد انجام می شود. به دلیل دمای پایین ، گازهای فرآیندی نمی توانند به صورت حرارتی تجزیه شوند. با ولتاژ فرکانس بالا ، گاز به حالت پلاسما تبدیل می شود. پلاسما انرژی زا است و روی سطح دفع می شود. از آنجا که فلزاسیون ، مانند آلومینیوم ، نمی تواند در معرض دمای بالا قرار گیرد ، PECVD برای SiO استفاده می شود2و Si3N4رسوب در بالای لایه های فلزی. به جای SiH2Cl2silane استفاده می شود زیرا در دمای پایین تجزیه می شود. انطباق به خوبی LPCVD نیست (0.6 تا 0.8) ، با این حال ، میزان رسوب بسیار بیشتر است (0.5 میکرون در دقیقه).
تصویر راکتور PECVD
رسوب لایه اتمی (ALD) یک فرآیند اصلاح شده CVD برای تولید فیلم های نازک است. این فرآیند از چندین گاز استفاده می کند که به طور متناوب به داخل محفظه فرآیند هدایت می شوند. هر گاز به گونه ای واکنش نشان می دهد که سطح فعلی اشباع شده و بنابراین واکنش به حالت سکون در می آید. گاز جایگزین قادر است با این سطح به همان شیوه واکنش نشان دهد. بین واکنش این گازها ، محفظه با یک گاز بی اثر مانند نیتروژن یا آرگون خالص می شود. یک روند ساده ALD می تواند به این شکل باشد:
یک مثال خاص برای یک فرآیند ALD رسوب اکسید آلومینیوم است ، این را می توان با تری متیل آلومینیوم تحقق بخشید (TMA ، C3H9آل) و آب (H2O).
اولین مرحله حذف اتم های هیدروژن است که در سطح ویفر به اکسیژن متصل می شوند. گروههای متیل (CH3) TMA می تواند با هیدروژن واکنش داده و متان را تشکیل دهد (CH4) مولکول های باقیمانده با اکسیژن اشباع نشده پیوند می یابند.
اگر این اتم ها اشباع شده باشند ، دیگر هیچ مولکول TMA نمی تواند در سطح واکنش نشان دهد.
محفظه تصفیه شده و بخار آب بعدی به داخل محفظه هدایت می شود. همیشه یک اتم هیدروژن از H2اکنون مولکولهای O می توانند با اتمهای سطح رسوب داده شده قبلی واکنش داده و متان تشکیل دهند ، در حالی که آنیون هیدروکسیل به اتمهای آلومینیوم پیوند دارد.
از این رو ، اتمهای هیدروژن جدیدی در سطح وجود دارند که می توانند مانند مرحله اول در مرحله بعد با TMA واکنش دهند.
رسوب لایه اتمی مزایای قابل توجهی نسبت به سایر روشهای رسوب فراهم می کند و بنابراین&# 39 فرآیند بسیار مهمی در ساخت فیلمهای نازک است. با استفاده از ALD حتی ساختارهای 3 بعدی نیز می توانند بسیار یکنواخت ته نشین شوند. فیلم های عایق و همچنین رسانا ها امکان پذیر است ، که می تواند روی لایه های مختلف (نیمه هادی ها ، پلیمرها ، ...) ایجاد شود. ضخامت فیلم را می توان با تعداد چرخه بسیار دقیق کنترل کرد. از آنجا که گازهای واکنشی به طور همزمان به داخل محفظه هدایت نمی شوند ، نمی توانند درست قبل از رسوب واقعی میکروب تشکیل دهند. بنابراین کیفیت فیلم ها بسیار بالا است.
