Химичното отлагане на пари (CVD) е процес на нанасяне на покритие, който използва термично или електрически индуцирани химични реакции на повърхността на нагрят субстрат, с реагенти, доставени в газообразна форма. CVD е метод за отлагане, използван за получаване на висококачествени, високоефективни, твърди материали, обикновено под вакуум. Тънки филми или покрития се получават чрез дисоциация или химични реакции на газообразни реагенти в активирана среда (топлина, светлина, плазма).
Епитаксията означава" отгоре" или" присвоен на" ;, и представлява процес, при който слой се създава върху друг слой и наследява неговата кристална структура. Ако нанесеният слой е от същия материал като субстрата, това говори за хомоепитаксия, ако' това е друг материал, това' е така наречената хетероепитаксия. Най-значимият процес в хомоепитаксията е отлагането на силиций върху силиций, в хетероепитаксията обикновено се нанася силициев слой върху изолатор като оксид (Silicon On Insulator: SOI). или електрически индуцирани химични реакции на повърхността на нагрят субстрат, с реагенти, доставени в газообразна форма. CVD е метод за отлагане, използван за получаване на висококачествени, високоефективни, твърди материали, обикновено под вакуум. Тънки филми или покрития се получават чрез дисоциация или химични реакции на газообразни реагенти в активирана среда (топлина, светлина, плазма).
Хомоепитаксия
В зависимост от процеса, вафлите могат да бъдат доставени от производителя на вафли с епитаксиален слой (например за CMOS технология) или производителят на чипове трябва да го направи сам (например в биполярната технология).
Като газ за генериране на епитактичния слой се използва чист водород заедно със силан (SiH4), дихлоросилан (SiH2Cl2) или силициев тетрахлорид (SiCl4). При около 1000 ° C газовете се отделят от силиция, който се отлага върху повърхността на пластината. Силицият наследява структурата на основата и нараства, поради енергийни причини, слой по слой последователно. За да не се израства поликристален силиций, винаги трябва да се преобладава недостигът на силициеви атоми, напр. Винаги има малко по-малко силиций, тъй като материалът всъщност може да порасне. Когато се използва силициев тетрахлорид, реакцията протича в два етапа:
SiCl4+ H2→SiCl2+ 2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
За да се наследи ориентацията на основата' повърхността трябва да е абсолютно чиста. Така че човек може да използва равновесната реакция. И двете реакции могат да протичат в другата посока, в зависимост от съотношението на газовете. Ако в атмосферата има само малко водород, както при трихлоросилановия процес за пречистване на суров силиций, материалът се отстранява от повърхността на силициевите пластини поради високата концентрация на хлор. Само с увеличаване на концентрацията на растеж на водород се постига.
Със SiCl4скоростта на отлагане е приблизително 1 до 2 микрона в минута. Тъй като монокристалният силиций расте само на голата повърхност, определени области могат да бъдат маскирани с оксид, където силицийът расте като поликристален силиций. Този полисилиций обаче се гравира много лесно в сравнение с монокристалния силиций чрез протичащата назад реакция. Диборан (Б2H6) или фосфин (PH3) се добавят към технологичните газове, за да се създадат легирани слоеве, тъй като легиращите газове се разлагат при високи температури и добавките се включват в кристалната решетка.
Процесът на създаване на домашно-епитактични слоеве се осъществява под вакуумна атмосфера. За това технологичната камера се нагрява до 1200 ° C за отстраняване на естествения оксид, който винаги присъства на силициевата повърхност. Както бе споменато по-горе, поради ниската концентрация на водород се получава обратно офорт върху силициевата повърхност. Това може да се използва за почистване на повърхността, преди да започне действителният процес. Ако концентрацията на газ варира след това почистване, отлагането започва.
Илюстрация на барел реактор за епитактични процеси
Поради високите температури на процеса там' дифузията на добавки в субстрата или примесите, които са били използвани в по-ранни процеси, могат да се преместят към субстрата. Ако SiH2Cl2или SiH4се използват там' няма нужда от толкова високи температури, така че тези газове се използват предимно. За да се постигне процесът на обратно ецване за почистване на повърхността, HCl трябва да се добави отделно. Недостатъкът на тези силани е, че те образуват микроби в атмосферата непосредствено преди отлагането и по този начин качеството на слоя не е толкова добро, колкото при SiCl4.
Често има нужда от слоеве, които' не могат да бъдат създадени точно от основата. За отлагане на слоеве от силициев нитрид или силициев оксинитрид трябва да се използват газове, които съдържат всички необходими компоненти. Газовете се разлагат чрез топлинна енергия. Това е' принципът на химичното отлагане на парна фаза: CVD. Повърхността на пластината не реагира' не реагира с газовете, но служи като долен слой. В зависимост от параметрите на процеса - налягане, температура - методът CVD може да бъде разделен на различни методи, чиито слоеве се различават по плътност и покритие. Ако растежът на хоризонтални повърхности е толкова висок, колкото на вертикални повърхности, отлагането е в съответствие.
Съответствието K е съотношението на вертикален и хоризонтален растеж,K = Rv/Rh. Ако отлагането не е идеално, съответствието е по-малко от 1 (напрRv/Rh= 1/2 → K = 0.5). Високо съответствие може да се постигне само при високи температурни температури.
Представими профили
APCVD е CVD метод при нормално налягане (атмосферно налягане), който се използва за отлагане на легирани и нелегирани оксиди. Отложеният оксид има ниска плътност и покритието е умерено поради относително ниска температура. Поради подобрените инструменти APCVD претърпява ренесанс. Голямата производителност на вафли е голямо предимство на този процес.
Като технологични газове силан SiH4(силно заблуден с азот N2) и кислород O2са използвани. Газовете се разлагат термично при около 400 ° C и реагират помежду си, за да образуват желания филм.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105° Па)
Добавен озон O3може да доведе до по-добро съответствие, тъй като подобрява подвижността на натрупаните частици. Оксидът е порест и електрически нестабилен и може да бъде уплътнен чрез високотемпературен процес.
За да се избегнат ръбове, които могат да доведат до трудности при отлагането на допълнителни слоеве, фосфорно силикатно стъкло (PSG) се използва за междинни слоеве. За това фосфин се добавя към SiH4и O2, така че отложеният оксид съдържа 4 до 8% фосфор. Високото количество фосфор води до силно увеличаване на свойствата на потока, но може да се образува фосфорна киселина, която корозира алуминия (проводникови пътища).
Тъй като отгряването засяга по-ранни процеси (напр. Допинг), само кратко закаляване се извършва с мощни аргонови лампи (няколко hundrets kW, по-малко от 10 секунди, T=1100 ° C) вместо отгряване при продължителни пещни процеси.
Аналог на PSG бор може да се добави едновременно (бор фосфор силикатно стъкло, BPSG, 4% B и 4% P).
Илюстрация на хоризонтален реактор APCVD
В LPCVD се използва вакуум. Тънки филми от силициев нитрид (Si3N4), силициев оксинитрид (SiON), SiO2може да се създаде и волфрам (W). LPCVD процесите позволяват високо съответствие на почти 1. Това се дължи на ниското налягане от 10 до 100Pa (атмосферно налягане=100.000Pa), което води до неравномерно движение на частиците. Частиците се разпространяват поради сблъсъци и покриват вертикални повърхности, както и хоризонтални. Съответствието се поддържа от висока температура до 900 ° C. В сравнение с APCVD плътността и стабилността са много високи.
Реакциите за Si3N4, SiON, SiO2и волфрам са както следва:
а) Si3N4(850 ° С): 4NH3+ 3SiH2Cl2→Si3N4+ 6HCl + 6H2
б) SiON (900 ° С): NH3+ SiH2Cl2+ N2O→Si3N4+ Nebenprodukte
в) SiO2(700 ° С): SiO4C8H20→SiO2+ Nebenprodukte
г) Wolfram (400 ° C): WF6+ 3H2→W + 6HF
За разлика от газовите прекурсори, които се използват за Si3N4, SiON и волфрам, течен тетраетил ортосиликат се използва за SiO2. Освен това има и други течни източници като DTBS (SiH2C8H20) или тетраметилциклотетрасилоксан (TMTCS, Si4O4C4H16).
Волфрамов филм може да бъде произведен само от гол силиций. Следователно силан трябва да се добави, ако няма силициев субстрат.
Илюстрация на LPCVD реактор за TEOS филми
PECVD се провежда при 250 до 350 ° C. Поради ниските температури процесните газове не могат да бъдат разложени термично. При високочестотно напрежение газът се трансформира в плазмено състояние. Плазмата е енергична и изхвърля на повърхността. Тъй като метализацията, като алуминий, не може да бъде изложена на високи температури, PECVD се използва за SiO2и Si3N4отлагане върху метални слоеве. Вместо SiH2Cl2 се използва силан, тъй като той се разлага при по-ниска температура. Съответствието не е толкова добро, колкото при LPCVD (0,6 до 0,8), но скоростта на отлагане е много по-висока (0,5 микрона в минута).
Илюстрация на PECVD реактор
Атомното отлагане на слоеве (ALD) е модифициран CVD процес за производство на тънки филми. В процеса се използват няколко газове, които се вкарват в технологичната камера редуващи се. Всеки газ реагира по такъв начин, че текущата повърхност е наситена и следователно реакцията спира. Алтернативният газ може да реагира с тази повърхност по същия начин. Между реакциите на тези газове камерата се продухва с инертен газ, като азот или аргон. Един прост ALD процес може да изглежда така:
Специфичен пример за ALD процес е отлагането на алуминиев оксид, което може да се реализира с триметилалуминий (TMA, C3H9Al) и вода (H2O).
Първата стъпка е премахването на водородните атоми, които са свързани с кислород на повърхността на пластината. Метиловите групи (СН3) на ТМА може да реагира с водорода, образувайки метан (СН4). Останалите молекули се свързват с ненаситения кислород.
Ако тези атоми са наситени, повече ТМА молекули не могат да реагират на повърхността.
Камерата се продухва и последващата водна пара се отвежда в камерата. Някога един водороден атом на Н2O молекулите вече могат да реагират с предишните отложени повърхностни атоми, за да образуват метан, докато хидроксилният анион е свързан с алуминиевите атоми.
Следователно има нови водородни атоми на повърхността, които могат да реагират в последващ етап с ТМА, както в началото.
Отлагането на атомния слой предоставя значителни предимства пред другите техники за отлагане и следователно' е много важен процес за производство на тънки филми. С ALD дори триизмерните структури могат да бъдат отложени много еднакво. Възможни са изолационни филми, както и проводими, които могат да бъдат създадени върху различни подложки (полупроводници, полимери, ...). Дебелината на филма може да се контролира много прецизно от броя на циклите. Тъй като реактивните газове не се водят едновременно в камерата, те не могат да образуват микроби точно преди действителното отлагане. По този начин качеството на филмите е много високо.
