1 परिचय
भौतिक या रासायनिक तरीकों से सब्सट्रेट सामग्री की सतह पर पदार्थों (कच्चे माल) को जोड़ने की प्रक्रिया को पतली फिल्म वृद्धि कहा जाता है।
विभिन्न कार्य सिद्धांतों के अनुसार, एकीकृत सर्किट पतली फिल्म जमाव को इसमें विभाजित किया जा सकता है:
-भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी);
-रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी);
-विस्तार।
2. पतली फिल्म विकास प्रक्रिया
2.1 भौतिक वाष्प जमाव और स्पटरिंग प्रक्रिया
भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) प्रक्रिया एक वेफर की सतह पर एक पतली फिल्म बनाने के लिए वैक्यूम वाष्पीकरण, स्पटरिंग, प्लाज्मा कोटिंग और आणविक बीम एपिटेक्सी जैसे भौतिक तरीकों के उपयोग को संदर्भित करती है।
वीएलएसआई उद्योग में, सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली पीवीडी तकनीक स्पटरिंग है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से एकीकृत सर्किट के इलेक्ट्रोड और धातु इंटरकनेक्ट के लिए किया जाता है। स्पटरिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें उच्च वैक्यूम स्थितियों के तहत बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत दुर्लभ गैसों [जैसे आर्गन (Ar)] को आयनों (जैसे Ar +) में आयनित किया जाता है, और उच्च वोल्टेज वातावरण के तहत सामग्री लक्ष्य स्रोत पर बमबारी की जाती है। लक्ष्य सामग्री के परमाणुओं या अणुओं को बाहर निकालना, और फिर टकराव-मुक्त उड़ान प्रक्रिया के बाद एक पतली फिल्म बनाने के लिए वेफर की सतह पर पहुंचना। Ar में स्थिर रासायनिक गुण हैं, और इसके आयन लक्ष्य सामग्री और फिल्म के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया नहीं करेंगे। जैसे ही एकीकृत सर्किट चिप्स 0.13μm कॉपर इंटरकनेक्ट युग में प्रवेश करते हैं, कॉपर बैरियर सामग्री परत टाइटेनियम नाइट्राइड (TiN) या टैंटलम नाइट्राइड (TaN) फिल्म का उपयोग करती है। औद्योगिक प्रौद्योगिकी की मांग ने रासायनिक प्रतिक्रिया स्पटरिंग तकनीक के अनुसंधान और विकास को बढ़ावा दिया है, अर्थात, स्पटरिंग कक्ष में, Ar के अलावा, एक प्रतिक्रियाशील गैस नाइट्रोजन (N2) भी है, ताकि Ti या Ta बमबारी हो सके। लक्ष्य सामग्री Ti या Ta आवश्यक TiN या TaN फिल्म उत्पन्न करने के लिए N2 के साथ प्रतिक्रिया करती है।
आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली तीन स्पटरिंग विधियाँ हैं, अर्थात् डीसी स्पटरिंग, आरएफ स्पटरिंग और मैग्नेट्रोन स्पटरिंग। जैसे-जैसे एकीकृत सर्किट का एकीकरण बढ़ता जा रहा है, मल्टी-लेयर मेटल वायरिंग की परतों की संख्या बढ़ रही है, और पीवीडी तकनीक का अनुप्रयोग अधिक से अधिक व्यापक होता जा रहा है। PVD सामग्रियों में Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, Ni, WSi2 आदि शामिल हैं।
पीवीडी और स्पटरिंग प्रक्रियाएं आमतौर पर 1×10-7 से 9×10-9 टोर्र की वैक्यूम डिग्री के साथ एक अत्यधिक सील प्रतिक्रिया कक्ष में पूरी की जाती हैं, जो प्रतिक्रिया के दौरान गैस की शुद्धता सुनिश्चित कर सकती है; साथ ही, लक्ष्य पर बमबारी करने के लिए पर्याप्त उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए दुर्लभ गैस को आयनित करने के लिए एक बाहरी उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है। पीवीडी और स्पटरिंग प्रक्रियाओं के मूल्यांकन के लिए मुख्य मापदंडों में धूल की मात्रा, साथ ही प्रतिरोध मूल्य, एकरूपता, परावर्तन मोटाई और गठित फिल्म का तनाव शामिल है।
2.2 रासायनिक वाष्प जमाव और स्पटरिंग प्रक्रिया
रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) एक प्रक्रिया प्रौद्योगिकी को संदर्भित करता है जिसमें विभिन्न आंशिक दबाव वाले विभिन्न गैसीय अभिकारक एक निश्चित तापमान और दबाव पर रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं, और उत्पन्न ठोस पदार्थों को वांछित पतला प्राप्त करने के लिए सब्सट्रेट सामग्री की सतह पर जमा किया जाता है। पतली परत। पारंपरिक एकीकृत सर्किट निर्माण प्रक्रिया में, प्राप्त पतली फिल्म सामग्री आम तौर पर ऑक्साइड, नाइट्राइड, कार्बाइड, या पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन और अनाकार सिलिकॉन जैसे यौगिक होते हैं। चयनात्मक एपिटैक्सियल वृद्धि, जिसका उपयोग आमतौर पर 45nm नोड के बाद किया जाता है, जैसे कि स्रोत और नाली SiGe या Si चयनात्मक एपिटैक्सियल वृद्धि, भी एक CVD तकनीक है।
यह तकनीक मूल जाली के साथ सिलिकॉन या अन्य सामग्रियों के एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट पर एक ही प्रकार की या मूल जाली के समान एकल क्रिस्टल सामग्री बनाना जारी रख सकती है। सीवीडी का व्यापक रूप से इन्सुलेट ढांकता हुआ फिल्मों (जैसे SiO2, Si3N4 और SiON, आदि) और धातु फिल्मों (जैसे टंगस्टन, आदि) के विकास में उपयोग किया जाता है।
आम तौर पर, दबाव वर्गीकरण के अनुसार, सीवीडी को वायुमंडलीय दबाव रासायनिक वाष्प जमाव (एपीसीवीडी), उप-वायुमंडलीय दबाव रासायनिक वाष्प जमाव (एसएपीसीवीडी) और कम दबाव रासायनिक वाष्प जमाव (एलपीसीवीडी) में विभाजित किया जा सकता है।
तापमान वर्गीकरण के अनुसार, सीवीडी को उच्च तापमान/निम्न तापमान ऑक्साइड फिल्म रासायनिक वाष्प जमाव (एचटीओ/एलटीओ सीवीडी) और तीव्र थर्मल रासायनिक वाष्प जमाव (रैपिड थर्मल सीवीडी, आरटीसीवीडी) में विभाजित किया जा सकता है;
प्रतिक्रिया स्रोत के अनुसार, सीवीडी को सिलेन-आधारित सीवीडी, पॉलिएस्टर-आधारित सीवीडी (टीईओएस-आधारित सीवीडी) और धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (एमओसीवीडी) में विभाजित किया जा सकता है;
ऊर्जा वर्गीकरण के अनुसार, सीवीडी को थर्मल रासायनिक वाष्प जमाव (थर्मल सीवीडी), प्लाज्मा संवर्धित रासायनिक वाष्प जमाव (प्लाज्मा संवर्धित सीवीडी, पीईसीवीडी) और उच्च घनत्व प्लाज्मा रासायनिक वाष्प जमाव (उच्च घनत्व प्लाज्मा सीवीडी, एचडीपीसीवीडी) में विभाजित किया जा सकता है। हाल ही में, उत्कृष्ट अंतराल भरने की क्षमता के साथ प्रवाह योग्य रासायनिक वाष्प जमाव (फ्लोएबल सीवीडी, एफसीवीडी) भी विकसित किया गया है।
विभिन्न सीवीडी-विकसित फिल्मों में अलग-अलग गुण होते हैं (जैसे कि रासायनिक संरचना, ढांकता हुआ स्थिरांक, तनाव, तनाव और ब्रेकडाउन वोल्टेज) और विभिन्न प्रक्रिया आवश्यकताओं (जैसे तापमान, चरण कवरेज, भरने की आवश्यकताएं इत्यादि) के अनुसार अलग-अलग उपयोग किया जा सकता है।
2.3 परमाणु परत जमाव प्रक्रिया
परमाणु परत जमाव (एएलडी) एक सब्सट्रेट सामग्री पर परत दर परत एकल परमाणु फिल्म को विकसित करके परत दर परत परमाणुओं के जमाव को संदर्भित करता है। एक विशिष्ट ALD एक वैकल्पिक स्पंदित तरीके से रिएक्टर में गैसीय अग्रदूतों को इनपुट करने की विधि को अपनाता है।
उदाहरण के लिए, सबसे पहले, प्रतिक्रिया अग्रदूत 1 को सब्सट्रेट सतह में पेश किया जाता है, और रासायनिक सोखने के बाद, सब्सट्रेट सतह पर एक एकल परमाणु परत बनती है; फिर सब्सट्रेट सतह पर और प्रतिक्रिया कक्ष में बचे अग्रदूत 1 को एक वायु पंप द्वारा बाहर पंप किया जाता है; फिर प्रतिक्रिया अग्रदूत 2 को सब्सट्रेट सतह में पेश किया जाता है, और सब्सट्रेट सतह पर संबंधित पतली फिल्म सामग्री और संबंधित उप-उत्पाद उत्पन्न करने के लिए सब्सट्रेट सतह पर अधिशोषित अग्रदूत 1 के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करता है; जब अग्रदूत 1 पूरी तरह से प्रतिक्रिया करता है, तो प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से समाप्त हो जाएगी, जो कि एएलडी की स्व-सीमित विशेषता है, और फिर शेष अभिकारकों और उप-उत्पादों को विकास के अगले चरण की तैयारी के लिए निकाला जाता है; उपरोक्त प्रक्रिया को लगातार दोहराकर, एकल परमाणुओं के साथ परत दर परत विकसित पतली फिल्म सामग्री का जमाव प्राप्त किया जा सकता है।
एएलडी और सीवीडी दोनों सब्सट्रेट सतह पर रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने के लिए एक गैसीय रासायनिक प्रतिक्रिया स्रोत को पेश करने के तरीके हैं, लेकिन अंतर यह है कि सीवीडी के गैसीय प्रतिक्रिया स्रोत में स्व-सीमित वृद्धि की विशेषता नहीं है। यह देखा जा सकता है कि एएलडी तकनीक विकसित करने की कुंजी स्व-सीमित प्रतिक्रिया गुणों वाले अग्रदूतों को ढूंढना है।
2.4 एपिटैक्सियल प्रक्रिया
एपिटैक्सियल प्रक्रिया एक सब्सट्रेट पर पूरी तरह से व्यवस्थित एकल क्रिस्टल परत बढ़ने की प्रक्रिया को संदर्भित करती है। सामान्यतया, एपिटैक्सियल प्रक्रिया एक क्रिस्टल सब्सट्रेट पर मूल सब्सट्रेट के समान जाली अभिविन्यास के साथ एक क्रिस्टल परत विकसित करना है। सेमीकंडक्टर निर्माण में एपिटैक्सियल प्रक्रिया का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जैसे एकीकृत सर्किट उद्योग में एपिटैक्सियल सिलिकॉन वेफर्स, एमओएस ट्रांजिस्टर के एम्बेडेड स्रोत और ड्रेन एपिटैक्सियल विकास, एलईडी सब्सट्रेट्स पर एपिटैक्सियल विकास आदि।
विकास स्रोत की विभिन्न चरण अवस्थाओं के अनुसार, एपीटैक्सियल विकास विधियों को ठोस चरण एपिटैक्सी, तरल चरण एपिटैक्सी और वाष्प चरण एपिटैक्सी में विभाजित किया जा सकता है। एकीकृत सर्किट निर्माण में, आमतौर पर उपयोग की जाने वाली एपिटैक्सियल विधियां ठोस चरण एपिटैक्सी और वाष्प चरण एपिटैक्सी हैं।
ठोस चरण एपिटैक्सी: एक ठोस स्रोत का उपयोग करके सब्सट्रेट पर एकल क्रिस्टल परत की वृद्धि को संदर्भित करता है। उदाहरण के लिए, आयन आरोपण के बाद थर्मल एनीलिंग वास्तव में एक ठोस चरण एपिटेक्सी प्रक्रिया है। आयन आरोपण के दौरान, सिलिकॉन वेफर के सिलिकॉन परमाणुओं पर उच्च-ऊर्जा प्रत्यारोपित आयनों द्वारा बमबारी की जाती है, जो अपनी मूल जाली स्थिति को छोड़कर अनाकार हो जाते हैं, जिससे एक सतह अनाकार सिलिकॉन परत बनती है। उच्च तापमान थर्मल एनीलिंग के बाद, अनाकार परमाणु अपनी जाली स्थिति में लौट आते हैं और सब्सट्रेट के अंदर परमाणु क्रिस्टल अभिविन्यास के अनुरूप रहते हैं।
वाष्प चरण एपिटैक्सी की वृद्धि विधियों में रासायनिक वाष्प चरण एपिटैक्सी, आणविक बीम एपिटैक्सी, परमाणु परत एपिटैक्सी आदि शामिल हैं। एकीकृत सर्किट निर्माण में, रासायनिक वाष्प चरण एपिटैक्सी का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। रासायनिक वाष्प चरण एपिटैक्सी का सिद्धांत मूल रूप से रासायनिक वाष्प जमाव के समान है। दोनों ऐसी प्रक्रियाएं हैं जो गैस मिश्रण के बाद वेफर्स की सतह पर रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करके पतली फिल्में जमा करती हैं।
अंतर यह है कि क्योंकि रासायनिक वाष्प चरण एपिटैक्सी एक एकल क्रिस्टल परत को विकसित करता है, इसमें उपकरण में अशुद्धता सामग्री और वेफर सतह की सफाई के लिए उच्च आवश्यकताएं होती हैं। प्रारंभिक रासायनिक वाष्प चरण एपिटैक्सियल सिलिकॉन प्रक्रिया को उच्च तापमान स्थितियों (1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक) के तहत पूरा करने की आवश्यकता होती है। प्रक्रिया उपकरणों में सुधार के साथ, विशेष रूप से वैक्यूम एक्सचेंज चैम्बर प्रौद्योगिकी को अपनाने से, उपकरण गुहा और सिलिकॉन वेफर की सतह की सफाई में काफी सुधार हुआ है, और सिलिकॉन एपिटेक्सी को कम तापमान (600-700 डिग्री) पर किया जा सकता है सी)। एपिटैक्सियल सिलिकॉन वेफर प्रक्रिया सिलिकॉन वेफर की सतह पर एकल क्रिस्टल सिलिकॉन की एक परत विकसित करने के लिए है।
मूल सिलिकॉन सब्सट्रेट की तुलना में, एपिटैक्सियल सिलिकॉन परत में उच्च शुद्धता और कम जाली दोष होते हैं, जिससे अर्धचालक विनिर्माण की उपज में सुधार होता है। इसके अलावा, सिलिकॉन वेफर पर विकसित एपिटैक्सियल सिलिकॉन परत की वृद्धि मोटाई और डोपिंग एकाग्रता को लचीले ढंग से डिजाइन किया जा सकता है, जो डिवाइस के डिजाइन में लचीलापन लाता है, जैसे सब्सट्रेट प्रतिरोध को कम करना और सब्सट्रेट अलगाव को बढ़ाना। एम्बेडेड सोर्स-ड्रेन एपिटैक्सियल प्रक्रिया एक ऐसी तकनीक है जिसका व्यापक रूप से उन्नत तर्क प्रौद्योगिकी नोड्स में उपयोग किया जाता है।
यह एमओएस ट्रांजिस्टर के स्रोत और नाली क्षेत्रों में एपिटैक्सियल रूप से डोप्ड जर्मेनियम सिलिकॉन या सिलिकॉन बढ़ने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है। एम्बेडेड सोर्स-ड्रेन एपिटैक्सियल प्रक्रिया को शुरू करने के मुख्य लाभों में शामिल हैं: जाली अनुकूलन के कारण तनाव युक्त एक स्यूडोक्रिस्टलाइन परत का बढ़ना, चैनल वाहक गतिशीलता में सुधार; स्रोत और नाली की इन-सीटू डोपिंग स्रोत-नाली जंक्शन के परजीवी प्रतिरोध को कम कर सकती है और उच्च-ऊर्जा आयन आरोपण के दोषों को कम कर सकती है।
3. पतली फिल्म विकास उपकरण
3.1 वैक्यूम वाष्पीकरण उपकरण
वैक्यूम वाष्पीकरण एक कोटिंग विधि है जो एक वैक्यूम कक्ष में ठोस पदार्थों को गर्म करके उन्हें वाष्पीकृत, वाष्पीकृत या उर्ध्वपातित करती है, और फिर एक निश्चित तापमान पर सब्सट्रेट सामग्री की सतह पर संघनित और जमा करती है।
आमतौर पर इसमें तीन भाग होते हैं, अर्थात् वैक्यूम सिस्टम, वाष्पीकरण सिस्टम और हीटिंग सिस्टम। वैक्यूम सिस्टम में वैक्यूम पाइप और वैक्यूम पंप होते हैं, और इसका मुख्य कार्य वाष्पीकरण के लिए एक योग्य वैक्यूम वातावरण प्रदान करना है। वाष्पीकरण प्रणाली में एक वाष्पीकरण तालिका, एक ताप घटक और एक तापमान माप घटक शामिल होता है।
वाष्पीकृत की जाने वाली लक्षित सामग्री (जैसे एजी, अल, आदि) को वाष्पीकरण तालिका पर रखा जाता है; हीटिंग और तापमान माप घटक एक बंद-लूप प्रणाली है जिसका उपयोग सुचारू वाष्पीकरण सुनिश्चित करने के लिए वाष्पीकरण तापमान को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। हीटिंग सिस्टम में एक वेफर चरण और एक हीटिंग घटक होता है। वेफर चरण का उपयोग उस सब्सट्रेट को रखने के लिए किया जाता है जिस पर पतली फिल्म को वाष्पित करने की आवश्यकता होती है, और हीटिंग घटक का उपयोग सब्सट्रेट हीटिंग और तापमान माप प्रतिक्रिया नियंत्रण का एहसास करने के लिए किया जाता है।
वैक्यूम वाष्पीकरण प्रक्रिया में वैक्यूम वातावरण एक बहुत ही महत्वपूर्ण स्थिति है, जो वाष्पीकरण दर और फिल्म की गुणवत्ता से संबंधित है। यदि वैक्यूम डिग्री आवश्यकताओं को पूरा नहीं करती है, तो वाष्पीकृत परमाणु या अणु अवशिष्ट गैस अणुओं के साथ बार-बार टकराएंगे, जिससे उनका औसत मुक्त पथ छोटा हो जाएगा, और परमाणु या अणु गंभीर रूप से बिखर जाएंगे, जिससे गति की दिशा बदल जाएगी और फिल्म कम हो जाएगी। गठन दर.
इसके अलावा, अवशिष्ट अशुद्धता गैस अणुओं की उपस्थिति के कारण, जमा फिल्म गंभीर रूप से दूषित और खराब गुणवत्ता की है, खासकर जब कक्ष की दबाव वृद्धि दर मानक को पूरा नहीं करती है और रिसाव होता है, हवा निर्वात कक्ष में लीक हो जाएगी जिसका फिल्म की गुणवत्ता पर गंभीर प्रभाव पड़ेगा।
वैक्यूम वाष्पीकरण उपकरण की संरचनात्मक विशेषताएं यह निर्धारित करती हैं कि बड़े आकार के सब्सट्रेट्स पर कोटिंग की एकरूपता खराब है। इसकी एकरूपता में सुधार करने के लिए, स्रोत-सब्सट्रेट दूरी को बढ़ाने और सब्सट्रेट को घुमाने की विधि आम तौर पर अपनाई जाती है, लेकिन स्रोत-सब्सट्रेट दूरी बढ़ाने से फिल्म की विकास दर और शुद्धता का नुकसान होगा। इसी समय, वैक्यूम स्पेस में वृद्धि के कारण वाष्पित सामग्री की उपयोग दर कम हो जाती है।
3.2 डीसी भौतिक वाष्प जमाव उपकरण
प्रत्यक्ष धारा भौतिक वाष्प जमाव (डीसीपीवीडी) को कैथोड स्पटरिंग या वैक्यूम डीसी टू-स्टेज स्पटरिंग के रूप में भी जाना जाता है। वैक्यूम डीसी स्पटरिंग की लक्ष्य सामग्री का उपयोग कैथोड के रूप में किया जाता है और सब्सट्रेट का उपयोग एनोड के रूप में किया जाता है। वैक्यूम स्पटरिंग प्रक्रिया गैस को आयनित करके प्लाज्मा बनाना है।
प्लाज्मा में आवेशित कणों को एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करने के लिए विद्युत क्षेत्र में त्वरित किया जाता है। पर्याप्त ऊर्जा वाले कण लक्ष्य सामग्री की सतह पर बमबारी करते हैं, जिससे लक्ष्य परमाणु बाहर निकल जाते हैं; एक निश्चित गतिज ऊर्जा के साथ थूके हुए परमाणु सब्सट्रेट की सतह पर एक पतली फिल्म बनाने के लिए सब्सट्रेट की ओर बढ़ते हैं। स्पटरिंग के लिए उपयोग की जाने वाली गैस आम तौर पर एक दुर्लभ गैस होती है, जैसे कि आर्गन (Ar), इसलिए स्पटरिंग से बनी फिल्म दूषित नहीं होगी; इसके अलावा, आर्गन की परमाणु त्रिज्या स्पटरिंग के लिए अधिक उपयुक्त है।
स्पटरिंग कणों का आकार स्पटर किए जाने वाले लक्ष्य परमाणुओं के आकार के करीब होना चाहिए। यदि कण बहुत बड़े या बहुत छोटे हैं, तो प्रभावी स्पटरिंग नहीं बन सकती है। परमाणु के आकार कारक के अलावा, परमाणु का द्रव्यमान कारक भी स्पटरिंग गुणवत्ता को प्रभावित करेगा। यदि स्पटरिंग कण स्रोत बहुत हल्का है, तो लक्ष्य परमाणु स्पटरिंग नहीं होंगे; यदि स्पटरिंग कण बहुत भारी हैं, तो लक्ष्य "मुड़ा हुआ" होगा और लक्ष्य स्पटरिंग नहीं होगा।
डीसीपीवीडी में प्रयुक्त लक्ष्य सामग्री एक कंडक्टर होनी चाहिए। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब प्रक्रिया में आर्गन आयन लक्ष्य सामग्री पर गैस बमबारी करते हैं, तो वे लक्ष्य सामग्री की सतह पर इलेक्ट्रॉनों के साथ पुनः संयोजित होंगे। जब लक्ष्य सामग्री धातु जैसे कंडक्टर होती है, तो इस पुनर्संयोजन द्वारा उपभोग किए गए इलेक्ट्रॉनों को विद्युत प्रवाह के माध्यम से लक्ष्य सामग्री के अन्य हिस्सों में बिजली की आपूर्ति और मुक्त इलेक्ट्रॉनों द्वारा अधिक आसानी से भर दिया जाता है, ताकि लक्ष्य सामग्री की सतह एक के रूप में हो संपूर्ण ऋणावेशित रहता है और स्पटरिंग बनी रहती है।
इसके विपरीत, यदि लक्ष्य सामग्री एक इन्सुलेटर है, तो लक्ष्य सामग्री की सतह पर इलेक्ट्रॉनों के पुनर्संयोजन के बाद, लक्ष्य सामग्री के अन्य हिस्सों में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को विद्युत चालन द्वारा पुनः प्राप्त नहीं किया जा सकता है, और यहां तक कि सकारात्मक चार्ज भी जमा हो जाएंगे। लक्ष्य सामग्री की सतह, जिससे लक्ष्य सामग्री की क्षमता बढ़ जाती है, और लक्ष्य सामग्री का नकारात्मक चार्ज गायब होने तक कमजोर हो जाता है, जिससे अंततः स्पटरिंग समाप्त हो जाती है।
इसलिए, इन्सुलेशन सामग्री को स्पटरिंग के लिए भी उपयोगी बनाने के लिए, एक और स्पटरिंग विधि ढूंढना आवश्यक है। रेडियो फ़्रीक्वेंसी स्पटरिंग एक स्पटरिंग विधि है जो प्रवाहकीय और गैर-प्रवाहकीय दोनों लक्ष्यों के लिए उपयुक्त है।
डीसीपीवीडी का एक और नुकसान यह है कि इग्निशन वोल्टेज अधिक है और सब्सट्रेट पर इलेक्ट्रॉन बमबारी मजबूत है। इस समस्या को हल करने का एक प्रभावी तरीका मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग का उपयोग करना है, इसलिए एकीकृत सर्किट के क्षेत्र में मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग वास्तव में व्यावहारिक मूल्य है।
3.3 आरएफ भौतिक वाष्प जमाव उपकरण
रेडियो फ्रीक्वेंसी भौतिक वाष्प जमाव (आरएफपीवीडी) उत्तेजना स्रोत के रूप में रेडियो फ्रीक्वेंसी शक्ति का उपयोग करता है और विभिन्न धातु और गैर-धातु सामग्री के लिए उपयुक्त एक पीवीडी विधि है।
RFPVD में उपयोग की जाने वाली RF बिजली आपूर्ति की सामान्य आवृत्तियाँ 13.56MHz, 20MHz और 60MHz हैं। आरएफ बिजली आपूर्ति के सकारात्मक और नकारात्मक चक्र बारी-बारी से दिखाई देते हैं। जब पीवीडी लक्ष्य सकारात्मक आधे चक्र में होता है, क्योंकि लक्ष्य सतह सकारात्मक क्षमता पर होती है, तो प्रक्रिया वातावरण में इलेक्ट्रॉन अपनी सतह पर जमा सकारात्मक चार्ज को बेअसर करने के लिए लक्ष्य सतह पर प्रवाहित होंगे, और यहां तक कि इलेक्ट्रॉनों को जमा करना जारी रखेंगे, इसकी सतह को नकारात्मक रूप से पक्षपाती बनाना; जब स्पटरिंग लक्ष्य नकारात्मक आधे चक्र में होता है, तो सकारात्मक आयन लक्ष्य की ओर बढ़ेंगे और लक्ष्य सतह पर आंशिक रूप से बेअसर हो जाएंगे।
सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि आरएफ विद्युत क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों की गति की गति सकारात्मक आयनों की तुलना में बहुत तेज है, जबकि सकारात्मक और नकारात्मक आधे चक्र का समय समान है, इसलिए एक पूर्ण चक्र के बाद, लक्ष्य सतह होगी "नेट" नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया। इसलिए, पहले कुछ चक्रों में, लक्ष्य सतह का ऋणात्मक आवेश बढ़ती प्रवृत्ति दर्शाता है; बाद में, लक्ष्य सतह एक स्थिर नकारात्मक क्षमता तक पहुंच जाती है; इसके बाद, क्योंकि लक्ष्य के नकारात्मक चार्ज का इलेक्ट्रॉनों पर प्रतिकारक प्रभाव पड़ता है, लक्ष्य इलेक्ट्रोड द्वारा प्राप्त सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज की मात्रा संतुलित हो जाती है, और लक्ष्य एक स्थिर नकारात्मक चार्ज प्रस्तुत करता है।
उपरोक्त प्रक्रिया से, यह देखा जा सकता है कि नकारात्मक वोल्टेज निर्माण की प्रक्रिया का लक्ष्य सामग्री के गुणों से कोई लेना-देना नहीं है, इसलिए आरएफपीवीडी विधि न केवल इन्सुलेट लक्ष्यों के स्पटरिंग की समस्या को हल कर सकती है, बल्कि अच्छी तरह से संगत भी है पारंपरिक धातु कंडक्टर लक्ष्य के साथ।
3.4 मैग्नेट्रोन स्पटरिंग उपकरण
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग एक पीवीडी विधि है जो लक्ष्य के पीछे मैग्नेट जोड़ती है। जोड़े गए चुंबक और डीसी बिजली आपूर्ति (या एसी बिजली आपूर्ति) प्रणाली एक मैग्नेट्रोन स्पटरिंग स्रोत बनाती है। स्पटरिंग स्रोत का उपयोग कक्ष में एक इंटरैक्टिव विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाने, कक्ष के अंदर प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉनों की गति सीमा को पकड़ने और सीमित करने, इलेक्ट्रॉनों के आंदोलन पथ का विस्तार करने और इस प्रकार प्लाज्मा की एकाग्रता को बढ़ाने और अंततः अधिक प्राप्त करने के लिए किया जाता है। बयान.
इसके अलावा, क्योंकि अधिक इलेक्ट्रॉन लक्ष्य की सतह के पास बंधे होते हैं, इलेक्ट्रॉनों द्वारा सब्सट्रेट की बमबारी कम हो जाती है, और सब्सट्रेट का तापमान कम हो जाता है। फ्लैट-प्लेट डीसीपीवीडी तकनीक की तुलना में, मैग्नेट्रोन भौतिक वाष्प जमाव तकनीक की सबसे स्पष्ट विशेषताओं में से एक यह है कि इग्निशन डिस्चार्ज वोल्टेज कम और अधिक स्थिर है।
इसकी उच्च प्लाज्मा सांद्रता और बड़ी स्पटरिंग उपज के कारण, यह उत्कृष्ट जमाव दक्षता, बड़े आकार की सीमा में जमाव मोटाई नियंत्रण, सटीक संरचना नियंत्रण और कम इग्निशन वोल्टेज प्राप्त कर सकता है। इसलिए, वर्तमान धातु फिल्म पीवीडी में मैग्नेट्रोन स्पटरिंग एक प्रमुख स्थान पर है। सबसे सरल मैग्नेट्रोन स्पटरिंग स्रोत डिज़ाइन लक्ष्य सतह पर एक स्थानीय क्षेत्र में लक्ष्य सतह के समानांतर एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए फ्लैट लक्ष्य (वैक्यूम सिस्टम के बाहर) के पीछे मैग्नेट के एक समूह को रखना है।
यदि एक स्थायी चुंबक रखा जाता है, तो इसका चुंबकीय क्षेत्र अपेक्षाकृत स्थिर होता है, जिसके परिणामस्वरूप कक्ष में लक्ष्य सतह पर चुंबकीय क्षेत्र का वितरण अपेक्षाकृत निश्चित होता है। केवल लक्ष्य के विशिष्ट क्षेत्रों में सामग्री बिखरी हुई है, लक्ष्य उपयोग दर कम है, और तैयार फिल्म की एकरूपता खराब है।
इस बात की निश्चित संभावना है कि बिखरे हुए धातु या अन्य सामग्री के कण वापस लक्ष्य सतह पर जमा हो जाएंगे, जिससे कणों में एकत्रित होकर दोष संदूषण बनेगा। इसलिए, वाणिज्यिक मैग्नेट्रोन स्पटरिंग स्रोत फिल्म की एकरूपता, लक्ष्य उपयोग दर और पूर्ण लक्ष्य स्पटरिंग में सुधार के लिए ज्यादातर घूर्णन चुंबक डिजाइन का उपयोग करते हैं।
इन तीन कारकों को संतुलित करना महत्वपूर्ण है। यदि संतुलन को अच्छी तरह से नियंत्रित नहीं किया जाता है, तो इसके परिणामस्वरूप लक्ष्य उपयोग दर को बहुत कम करते हुए (लक्ष्य जीवन को छोटा करते हुए), या पूर्ण लक्ष्य स्पटरिंग या पूर्ण लक्ष्य क्षरण प्राप्त करने में विफल होने पर अच्छी फिल्म एकरूपता हो सकती है, जिससे स्पटरिंग के दौरान कण समस्याएं पैदा होंगी प्रक्रिया।
मैग्नेट्रोन पीवीडी तकनीक में, घूर्णन चुंबक आंदोलन तंत्र, लक्ष्य आकार, लक्ष्य शीतलन प्रणाली और मैग्नेट्रोन स्पटरिंग स्रोत, साथ ही वेफर को ले जाने वाले आधार के कार्यात्मक विन्यास, जैसे वेफर सोखना और तापमान नियंत्रण पर विचार करना आवश्यक है। पीवीडी प्रक्रिया में, आवश्यक क्रिस्टल संरचना, अनाज के आकार और अभिविन्यास, साथ ही प्रदर्शन की स्थिरता प्राप्त करने के लिए वेफर के तापमान को नियंत्रित किया जाता है।
चूंकि वेफर के पिछले हिस्से और आधार की सतह के बीच ताप संचालन के लिए एक निश्चित दबाव की आवश्यकता होती है, आमतौर पर कई टोर के क्रम में, और चैम्बर का कामकाजी दबाव आमतौर पर कई एमटीओआरआर के क्रम में होता है, इसलिए पीठ पर दबाव वेफर का दबाव वेफर की ऊपरी सतह पर दबाव से कहीं अधिक होता है, इसलिए वेफर को स्थापित करने और सीमित करने के लिए एक यांत्रिक चक या इलेक्ट्रोस्टैटिक चक की आवश्यकता होती है।
इस कार्य को प्राप्त करने के लिए यांत्रिक चक अपने वजन और वेफर के किनारे पर निर्भर करता है। यद्यपि इसमें सरल संरचना और वेफर की सामग्री के प्रति असंवेदनशीलता के फायदे हैं, वेफर का किनारा प्रभाव स्पष्ट है, जो कणों के सख्त नियंत्रण के लिए अनुकूल नहीं है। इसलिए, आईसी विनिर्माण प्रक्रिया में इसे धीरे-धीरे इलेक्ट्रोस्टैटिक चक द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है।
उन प्रक्रियाओं के लिए जो विशेष रूप से तापमान के प्रति संवेदनशील नहीं हैं, एक गैर-सोखना, गैर-किनारे संपर्क शेल्विंग विधि (वेफर की ऊपरी और निचली सतहों के बीच कोई दबाव अंतर नहीं) का भी उपयोग किया जा सकता है। पीवीडी प्रक्रिया के दौरान, चैम्बर अस्तर और प्लाज्मा के संपर्क में आने वाले हिस्सों की सतह को जमा किया जाएगा और कवर किया जाएगा। जब जमा हुई फिल्म की मोटाई सीमा से अधिक हो जाती है, तो फिल्म टूट जाएगी और छिल जाएगी, जिससे कण संबंधी समस्याएं पैदा होंगी।
इसलिए, अस्तर जैसे हिस्सों की सतह का उपचार इस सीमा को बढ़ाने की कुंजी है। सतह पर सैंडब्लास्टिंग और एल्युमीनियम छिड़काव आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली दो विधियाँ हैं, जिनका उद्देश्य फिल्म और अस्तर की सतह के बीच संबंध को मजबूत करने के लिए सतह की खुरदरापन को बढ़ाना है।
3.5 आयनीकरण भौतिक वाष्प जमाव उपकरण
माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के साथ, फीचर आकार छोटे और छोटे होते जा रहे हैं। चूंकि पीवीडी तकनीक कणों के जमाव की दिशा को नियंत्रित नहीं कर सकती है, इसलिए उच्च पहलू अनुपात वाले छिद्रों और संकीर्ण चैनलों के माध्यम से प्रवेश करने की पीवीडी की क्षमता सीमित है, जिससे पारंपरिक पीवीडी तकनीक के विस्तारित अनुप्रयोग को तेजी से चुनौती मिल रही है। पीवीडी प्रक्रिया में, जैसे-जैसे छिद्र खांचे का पहलू अनुपात बढ़ता है, नीचे का कवरेज कम हो जाता है, जिससे शीर्ष कोने पर एक चील जैसी लटकती संरचना बन जाती है, और नीचे के कोने पर सबसे कमजोर कवरेज बन जाता है।
इस समस्या को हल करने के लिए आयनित भौतिक वाष्प जमाव तकनीक विकसित की गई थी। यह पहले अलग-अलग तरीकों से लक्ष्य से अलग किए गए धातु परमाणुओं को प्लास्मेटाइज करता है, और फिर एक पतली फिल्म तैयार करने के लिए एक स्थिर दिशात्मक धातु आयन प्रवाह प्राप्त करने के लिए धातु आयनों की दिशा और ऊर्जा को नियंत्रित करने के लिए वेफर पर लोड किए गए पूर्वाग्रह वोल्टेज को समायोजित करता है, जिससे सुधार होता है छिद्रों और संकीर्ण चैनलों के माध्यम से उच्च पहलू अनुपात के चरणों के नीचे का कवरेज।
आयनित धातु प्लाज्मा प्रौद्योगिकी की विशिष्ट विशेषता कक्ष में एक रेडियो फ्रीक्वेंसी कॉइल को जोड़ना है। प्रक्रिया के दौरान, चैम्बर का कामकाजी दबाव अपेक्षाकृत उच्च स्थिति (सामान्य कामकाजी दबाव से 5 से 10 गुना) पर बनाए रखा जाता है। पीवीडी के दौरान, रेडियो फ्रीक्वेंसी कॉइल का उपयोग दूसरे प्लाज्मा क्षेत्र को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जिसमें रेडियो फ्रीक्वेंसी पावर और गैस के दबाव में वृद्धि के साथ आर्गन प्लाज्मा एकाग्रता बढ़ जाती है। जब लक्ष्य से निकले धातु के परमाणु इस क्षेत्र से गुजरते हैं, तो वे धातु आयन बनाने के लिए उच्च घनत्व वाले आर्गन प्लाज्मा के साथ संपर्क करते हैं।
वेफर वाहक (जैसे इलेक्ट्रोस्टैटिक चक) पर एक आरएफ स्रोत लगाने से धातु के सकारात्मक आयनों को छिद्र खांचे के नीचे आकर्षित करने के लिए वेफर पर नकारात्मक पूर्वाग्रह बढ़ सकता है। वेफर सतह पर लंबवत यह दिशात्मक धातु आयन प्रवाह उच्च पहलू अनुपात वाले छिद्रों और संकीर्ण चैनलों के स्टेप बॉटम कवरेज में सुधार करता है।
वेफर पर लागू नकारात्मक पूर्वाग्रह भी आयनों को वेफर सतह (रिवर्स स्पटरिंग) पर बमबारी करने का कारण बनता है, जो छिद्र नाली मुंह की लटकती संरचना को कमजोर करता है और छिद्र के नीचे के कोनों पर साइडवॉल पर नीचे जमा फिल्म को छिड़कता है। ग्रूव, जिससे कोनों पर स्टेप कवरेज बढ़ जाता है।
3.6 वायुमंडलीय दबाव रासायनिक वाष्प जमाव उपकरण
वायुमंडलीय दबाव रासायनिक वाष्प जमाव (एपीसीवीडी) उपकरण एक ऐसे उपकरण को संदर्भित करता है जो वायुमंडलीय दबाव के करीब दबाव वाले वातावरण के तहत एक गर्म ठोस सब्सट्रेट की सतह पर एक स्थिर गति से गैसीय प्रतिक्रिया स्रोत का छिड़काव करता है, जिससे प्रतिक्रिया स्रोत रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करता है। सब्सट्रेट सतह, और प्रतिक्रिया उत्पाद एक पतली फिल्म बनाने के लिए सब्सट्रेट सतह पर जमा होता है।
एपीसीवीडी उपकरण सबसे पुराना सीवीडी उपकरण है और अभी भी औद्योगिक उत्पादन और वैज्ञानिक अनुसंधान में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। एपीसीवीडी उपकरण का उपयोग सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, सिलिकॉन डाइऑक्साइड, जिंक ऑक्साइड, टाइटेनियम डाइऑक्साइड, फॉस्फोसिलिकेट ग्लास और बोरोफॉस्फोसिलिकेट ग्लास जैसी पतली फिल्में तैयार करने के लिए किया जा सकता है।
3.7 निम्न दबाव रासायनिक वाष्प जमाव उपकरण
निम्न दबाव रासायनिक वाष्प जमाव (एलपीसीवीडी) उपकरण उन उपकरणों को संदर्भित करता है जो गर्म (350-1100°C) और कम दबाव (10-100mTorr) वातावरण के तहत ठोस सब्सट्रेट की सतह पर रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने के लिए गैसीय कच्चे माल का उपयोग करते हैं, और एक पतली फिल्म बनाने के लिए अभिकारकों को सब्सट्रेट सतह पर जमा किया जाता है। पतली फिल्मों की गुणवत्ता में सुधार, फिल्म की मोटाई और प्रतिरोधकता जैसे विशिष्ट मापदंडों की वितरण एकरूपता में सुधार और उत्पादन दक्षता में सुधार के लिए एलपीसीवीडी उपकरण एपीसीवीडी के आधार पर विकसित किया गया है।
इसकी मुख्य विशेषता यह है कि कम दबाव वाले तापीय क्षेत्र के वातावरण में, प्रक्रिया गैस वेफर सब्सट्रेट की सतह पर रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करती है, और प्रतिक्रिया उत्पाद एक पतली फिल्म बनाने के लिए सब्सट्रेट सतह पर जमा हो जाते हैं। एलपीसीवीडी उपकरण के उच्च गुणवत्ता वाली पतली फिल्में तैयार करने में फायदे हैं और इसका उपयोग सिलिकॉन ऑक्साइड, सिलिकॉन नाइट्राइड, पॉलीसिलिकॉन, सिलिकॉन कार्बाइड, गैलियम नाइट्राइड और ग्राफीन जैसी पतली फिल्में तैयार करने के लिए किया जा सकता है।
एपीसीवीडी की तुलना में, एलपीसीवीडी उपकरण का कम दबाव वाला प्रतिक्रिया वातावरण प्रतिक्रिया कक्ष में गैस के औसत मुक्त पथ और प्रसार गुणांक को बढ़ाता है।
प्रतिक्रिया कक्ष में प्रतिक्रिया गैस और वाहक गैस अणुओं को कम समय में समान रूप से वितरित किया जा सकता है, इस प्रकार फिल्म की मोटाई, प्रतिरोधकता एकरूपता और फिल्म की चरण कवरेज की एकरूपता में काफी सुधार होता है, और प्रतिक्रिया गैस की खपत भी कम होती है। इसके अलावा, कम दबाव वाला वातावरण गैस पदार्थों की संचरण गति को भी तेज करता है। सब्सट्रेट से फैली अशुद्धियों और प्रतिक्रिया उप-उत्पादों को सीमा परत के माध्यम से प्रतिक्रिया क्षेत्र से जल्दी से बाहर निकाला जा सकता है, और प्रतिक्रिया गैस प्रतिक्रिया के लिए सब्सट्रेट सतह तक पहुंचने के लिए सीमा परत से तेजी से गुजरती है, इस प्रकार प्रभावी ढंग से स्व-डोपिंग को दबाती है, तैयारी करती है तीव्र संक्रमण क्षेत्रों के साथ उच्च गुणवत्ता वाली फिल्में, और उत्पादन दक्षता में भी सुधार।
3.8 प्लाज्मा संवर्धित रासायनिक वाष्प जमाव उपकरण
प्लाज्मा संवर्धित रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला उपकरण हैहिन फिल्म जमाव प्रौद्योगिकी। प्लाज्मा प्रक्रिया के दौरान, गैसीय अग्रदूत को उत्तेजित सक्रिय समूहों को बनाने के लिए प्लाज्मा की क्रिया के तहत आयनित किया जाता है, जो सब्सट्रेट सतह पर फैल जाता है और फिर फिल्म विकास को पूरा करने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं से गुजरता है।
प्लाज्मा उत्पादन की आवृत्ति के अनुसार, PECVD में उपयोग किए जाने वाले प्लाज्मा को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: रेडियो फ्रीक्वेंसी प्लाज्मा (आरएफ प्लाज्मा) और माइक्रोवेव प्लाज्मा (माइक्रोवेव प्लाज्मा)। वर्तमान में, उद्योग में उपयोग की जाने वाली रेडियो फ्रीक्वेंसी आम तौर पर 13.56 मेगाहर्ट्ज है।
रेडियो फ्रीक्वेंसी प्लाज्मा की शुरूआत को आमतौर पर दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: कैपेसिटिव कपलिंग (सीसीपी) और इंडक्टिव कपलिंग (आईसीपी)। कैपेसिटिव युग्मन विधि आमतौर पर एक प्रत्यक्ष प्लाज्मा प्रतिक्रिया विधि है; जबकि आगमनात्मक युग्मन विधि प्रत्यक्ष प्लाज्मा विधि या दूरस्थ प्लाज्मा विधि हो सकती है।
सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रियाओं में, PECVD का उपयोग अक्सर धातुओं या अन्य तापमान-संवेदनशील संरचनाओं वाले सब्सट्रेट्स पर पतली फिल्मों को विकसित करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, एकीकृत सर्किट के बैक-एंड मेटल इंटरकनेक्शन के क्षेत्र में, चूंकि डिवाइस के स्रोत, गेट और ड्रेन संरचनाएं फ्रंट-एंड प्रक्रिया में बनाई गई हैं, मेटल इंटरकनेक्शन के क्षेत्र में पतली फिल्मों का विकास विषय है बहुत सख्त थर्मल बजट बाधाओं के लिए, इसलिए इसे आमतौर पर प्लाज्मा सहायता से पूरा किया जाता है। प्लाज्मा प्रक्रिया मापदंडों को समायोजित करके, PECVD द्वारा विकसित पतली फिल्म के घनत्व, रासायनिक संरचना, अशुद्धता सामग्री, यांत्रिक कठोरता और तनाव मापदंडों को एक निश्चित सीमा के भीतर समायोजित और अनुकूलित किया जा सकता है।
3.9 परमाणु परत जमाव उपकरण
परमाणु परत जमाव (एएलडी) एक पतली फिल्म जमाव तकनीक है जो समय-समय पर अर्ध-मोनोआटोमिक परत के रूप में बढ़ती है। इसकी विशेषता यह है कि जमा फिल्म की मोटाई को विकास चक्रों की संख्या को नियंत्रित करके सटीक रूप से समायोजित किया जा सकता है। रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) प्रक्रिया के विपरीत, एएलडी प्रक्रिया में दो (या अधिक) अग्रदूत वैकल्पिक रूप से सब्सट्रेट सतह से गुजरते हैं और दुर्लभ गैस के शुद्धिकरण द्वारा प्रभावी ढंग से अलग हो जाते हैं।
रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने के लिए दो अग्रदूत गैस चरण में मिश्रित और मिलेंगे नहीं, बल्कि केवल सब्सट्रेट सतह पर रासायनिक सोखना के माध्यम से प्रतिक्रिया करेंगे। प्रत्येक एएलडी चक्र में, सब्सट्रेट सतह पर अधिशोषित अग्रदूत की मात्रा सब्सट्रेट सतह पर सक्रिय समूहों के घनत्व से संबंधित होती है। जब सब्सट्रेट सतह पर प्रतिक्रियाशील समूह समाप्त हो जाते हैं, भले ही अग्रदूत की अधिकता पेश की जाए, सब्सट्रेट सतह पर रासायनिक सोखना नहीं होगा।
इस प्रतिक्रिया प्रक्रिया को सतही स्व-सीमित प्रतिक्रिया कहा जाता है। यह प्रक्रिया तंत्र ALD प्रक्रिया के प्रत्येक चक्र में बढ़ी हुई फिल्म की मोटाई को स्थिर बनाता है, इसलिए ALD प्रक्रिया में सटीक मोटाई नियंत्रण और अच्छी फिल्म चरण कवरेज के फायदे हैं।
3.10 आणविक बीम एपिटैक्सी उपकरण
आणविक बीम एपिटैक्सी (एमबीई) प्रणाली एक एपिटैक्सियल डिवाइस को संदर्भित करती है जो अल्ट्रा-हाई वैक्यूम स्थितियों के तहत एक निश्चित गति से गर्म सब्सट्रेट सतह पर स्प्रे करने के लिए एक या अधिक तापीय ऊर्जा परमाणु बीम या आणविक बीम का उपयोग करती है, और सोखती है और सब्सट्रेट सतह पर स्थानांतरित होती है। सब्सट्रेट सामग्री की क्रिस्टल अक्ष दिशा के साथ एकल क्रिस्टल पतली फिल्मों को विशेष रूप से विकसित करने के लिए। आम तौर पर, हीट शील्ड के साथ जेट भट्ठी द्वारा हीटिंग की स्थिति के तहत, बीम स्रोत एक परमाणु बीम या आणविक बीम बनाता है, और फिल्म सब्सट्रेट सामग्री के क्रिस्टल अक्ष दिशा के साथ परत दर परत बढ़ती है।
इसकी विशेषताएं कम एपीटैक्सियल विकास तापमान हैं, और मोटाई, इंटरफ़ेस, रासायनिक संरचना और अशुद्धता एकाग्रता को परमाणु स्तर पर सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। हालाँकि MBE की उत्पत्ति सेमीकंडक्टर अल्ट्रा-थिन सिंगल क्रिस्टल फिल्मों की तैयारी से हुई है, लेकिन इसका अनुप्रयोग अब विभिन्न प्रकार की सामग्री प्रणालियों जैसे कि धातुओं और इन्सुलेटिंग डाइलेक्ट्रिक्स तक विस्तारित हो गया है, और III-V, II-VI, सिलिकॉन, सिलिकॉन जर्मेनियम (SiGe) तैयार कर सकता है। ), ग्राफीन, ऑक्साइड और कार्बनिक फिल्में।
आणविक बीम एपिटैक्सी (एमबीई) प्रणाली मुख्य रूप से एक अल्ट्रा-हाई वैक्यूम सिस्टम, एक आणविक बीम स्रोत, एक सब्सट्रेट फिक्सिंग और हीटिंग सिस्टम, एक नमूना स्थानांतरण प्रणाली, एक इन-सीटू निगरानी प्रणाली, एक नियंत्रण प्रणाली और एक परीक्षण से बनी है। प्रणाली।
वैक्यूम प्रणाली में वैक्यूम पंप (मैकेनिकल पंप, आणविक पंप, आयन पंप और संघनन पंप, आदि) और विभिन्न वाल्व शामिल हैं, जो एक अति-उच्च वैक्यूम विकास वातावरण बना सकते हैं। आम तौर पर प्राप्य वैक्यूम डिग्री 10-8 से 10-11 टोर है। वैक्यूम प्रणाली में मुख्य रूप से तीन वैक्यूम कार्य कक्ष होते हैं, अर्थात् नमूना इंजेक्शन कक्ष, प्रीट्रीटमेंट और सतह विश्लेषण कक्ष, और विकास कक्ष।
नमूना इंजेक्शन कक्ष का उपयोग अन्य कक्षों की उच्च वैक्यूम स्थितियों को सुनिश्चित करने के लिए नमूनों को बाहरी दुनिया में स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है; प्रीट्रीटमेंट और सतह विश्लेषण कक्ष नमूना इंजेक्शन कक्ष और विकास कक्ष को जोड़ता है, और इसका मुख्य कार्य नमूना को पूर्व-संसाधित करना (सब्सट्रेट सतह की पूर्ण सफाई सुनिश्चित करने के लिए उच्च तापमान डीगैसिंग) और प्रारंभिक सतह विश्लेषण करना है। साफ़ किया गया नमूना; विकास कक्ष एमबीई प्रणाली का मुख्य हिस्सा है, जो मुख्य रूप से एक स्रोत भट्ठी और इसके संबंधित शटर असेंबली, एक नमूना नियंत्रण कंसोल, एक शीतलन प्रणाली, एक प्रतिबिंब उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन (आरएचईईडी), और एक इन-सीटू निगरानी प्रणाली से बना है। . कुछ उत्पादन एमबीई उपकरणों में एकाधिक विकास कक्ष विन्यास होते हैं। एमबीई उपकरण संरचना का योजनाबद्ध आरेख नीचे दिखाया गया है:
सिलिकॉन सामग्री का एमबीई कच्चे माल के रूप में उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन का उपयोग करता है, अल्ट्रा-हाई वैक्यूम (10-10 ~ 10-11Torr) स्थितियों के तहत बढ़ता है, और विकास तापमान 600 ~ 900 ℃ है, Ga (पी-प्रकार) और एसबी के साथ ( एन-प्रकार) डोपिंग स्रोतों के रूप में। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले डोपिंग स्रोत जैसे पी, एएस और बी का उपयोग बीम स्रोतों के रूप में शायद ही कभी किया जाता है क्योंकि उन्हें वाष्पित करना मुश्किल होता है।
एमबीई के प्रतिक्रिया कक्ष में एक अति-उच्च वैक्यूम वातावरण होता है, जो अणुओं के औसत मुक्त पथ को बढ़ाता है और बढ़ती सामग्री की सतह पर प्रदूषण और ऑक्सीकरण को कम करता है। तैयार की गई एपिटैक्सियल सामग्री में अच्छी सतह आकृति विज्ञान और एकरूपता होती है, और इसे विभिन्न डोपिंग या विभिन्न सामग्री घटकों के साथ एक बहुपरत संरचना में बनाया जा सकता है।
एमबीई तकनीक एकल परमाणु परत की मोटाई के साथ अति पतली एपिटैक्सियल परतों की बार-बार वृद्धि को प्राप्त करती है, और एपिटैक्सियल परतों के बीच का इंटरफ़ेस तीव्र होता है। यह III-V अर्धचालकों और अन्य बहु-घटक विषम सामग्रियों के विकास को बढ़ावा देता है। वर्तमान में, एमबीई प्रणाली नई पीढ़ी के माइक्रोवेव उपकरणों और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के उत्पादन के लिए एक उन्नत प्रक्रिया उपकरण बन गई है। एमबीई प्रौद्योगिकी के नुकसान धीमी फिल्म विकास दर, उच्च वैक्यूम आवश्यकताएं, और उच्च उपकरण और उपकरण उपयोग लागत हैं।
3.11 वाष्प चरण एपिटैक्सी प्रणाली
वाष्प चरण एपिटैक्सी (वीपीई) प्रणाली एक एपिटैक्सियल विकास उपकरण को संदर्भित करती है जो गैसीय यौगिकों को एक सब्सट्रेट तक पहुंचाती है और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से सब्सट्रेट के समान जाली व्यवस्था के साथ एक एकल क्रिस्टल सामग्री परत प्राप्त करती है। एपिटैक्सियल परत एक होमोएपिटैक्सियल परत (Si/Si) या हेटरोएपिटैक्सियल परत (SiGe/Si, SiC/Si, GaN/Al2O3, आदि) हो सकती है। वर्तमान में, वीपीई तकनीक का उपयोग नैनोमटेरियल तैयारी, बिजली उपकरणों, सेमीकंडक्टर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, सौर फोटोवोल्टिक्स और एकीकृत सर्किट के क्षेत्र में व्यापक रूप से किया गया है।
विशिष्ट वीपीई में वायुमंडलीय दबाव एपिटैक्सी और कम दबाव एपिटैक्सी, अल्ट्रा-उच्च वैक्यूम रासायनिक वाष्प जमाव, धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव आदि शामिल हैं। वीपीई तकनीक में प्रमुख बिंदु प्रतिक्रिया कक्ष डिजाइन, गैस प्रवाह मोड और एकरूपता, तापमान एकरूपता और सटीक नियंत्रण हैं। दबाव नियंत्रण और स्थिरता, कण और दोष नियंत्रण, आदि।
वर्तमान में, मुख्यधारा के वाणिज्यिक वीपीई सिस्टम की विकास दिशा बड़ी वेफर लोडिंग, पूरी तरह से स्वचालित नियंत्रण और तापमान और विकास प्रक्रिया की वास्तविक समय की निगरानी है। वीपीई सिस्टम की तीन संरचनाएं होती हैं: ऊर्ध्वाधर, क्षैतिज और बेलनाकार। तापन विधियों में प्रतिरोध तापन, उच्च-आवृत्ति प्रेरण तापन और अवरक्त विकिरण तापन शामिल हैं।
वर्तमान में, वीपीई सिस्टम ज्यादातर क्षैतिज डिस्क संरचनाओं का उपयोग करते हैं, जिनमें एपिटैक्सियल फिल्म विकास और बड़े वेफर लोडिंग की अच्छी एकरूपता की विशेषताएं होती हैं। वीपीई सिस्टम में आमतौर पर चार भाग होते हैं: रिएक्टर, हीटिंग सिस्टम, गैस पथ सिस्टम और नियंत्रण प्रणाली। क्योंकि GaAs और GaN एपिटैक्सियल फिल्मों का विकास समय अपेक्षाकृत लंबा है, इसलिए इंडक्शन हीटिंग और रेजिस्टेंस हीटिंग का ज्यादातर उपयोग किया जाता है। सिलिकॉन वीपीई में, मोटी एपिटैक्सियल फिल्म वृद्धि ज्यादातर प्रेरण हीटिंग का उपयोग करती है; तापमान में तेजी से वृद्धि/गिरावट के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए पतली एपिटैक्सियल फिल्म वृद्धि ज्यादातर इन्फ्रारेड हीटिंग का उपयोग करती है।
3.12 तरल चरण एपिटैक्सी प्रणाली
लिक्विड फेज़ एपिटॉक्सी (एलपीई) प्रणाली एपिटैक्सियल विकास उपकरण को संदर्भित करती है जो उगाई जाने वाली सामग्री (जैसे सी, गा, एएस, अल, आदि) और डोपेंट (जैसे जेएन, टी, एसएन, आदि) को एक में घोल देती है। कम गलनांक वाली धातु (जैसे गा, इन आदि), ताकि विलेय विलायक में संतृप्त या अतिसंतृप्त हो, और फिर एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट को समाधान के साथ संपर्क किया जाता है, और विलेय को विलायक से अवक्षेपित किया जाता है धीरे-धीरे ठंडा हो रहा है, और सब्सट्रेट की सतह पर क्रिस्टल संरचना और सब्सट्रेट के समान जाली स्थिरांक के साथ क्रिस्टल सामग्री की एक परत उगती है।
एलपीई पद्धति नेल्सन एट अल द्वारा प्रस्तावित की गई थी। 1963 में। इसका उपयोग सी पतली फिल्मों और एकल क्रिस्टल सामग्री, साथ ही सेमीकंडक्टर सामग्री जैसे III-IV समूह और पारा कैडमियम टेलुराइड को विकसित करने के लिए किया जाता है, और इसका उपयोग विभिन्न ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस, माइक्रोवेव डिवाइस, सेमीकंडक्टर डिवाइस और सौर सेल बनाने के लिए किया जा सकता है। .
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सेमीसेरा प्रदान कर सकता हैग्रेफाइट भाग, नरम/कठोर महसूस किया गया, सिलिकॉन कार्बाइड भाग, सीवीडी सिलिकॉन कार्बाइड भाग, औरSiC/TaC लेपित भाग30 दिनों में.
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पोस्ट करने का समय: अगस्त-31-2024