Mae dyddodiad anwedd cemegol (CVD) yn broses cotio sy'n defnyddio adweithiau cemegol a ysgogwyd yn thermol neu'n drydanol ar wyneb swbstrad wedi'i gynhesu, gydag adweithyddion yn cael eu cyflenwi ar ffurf nwyol. Mae CVD yn ddull dyddodi a ddefnyddir i gynhyrchu deunyddiau solet o ansawdd uchel, perfformiad uchel, o dan wactod yn nodweddiadol. Mae ffilmiau tenau neu haenau yn cael eu cynhyrchu gan ddaduniad neu adweithiau cemegol adweithyddion nwyol mewn amgylchedd actifedig (gwres, golau, plasma).
Ystyr epitaxy yw" ar ei ben" neu" wedi'i aseinio i", ac mae'n cynrychioli proses lle mae haen yn cael ei chreu ar ben haen arall ac yn etifeddu ei strwythur grisial. Os yw'r haen a adneuwyd o'r un deunydd â'r swbstrad, mae un yn siarad am homoepitaxy, os yw'n' s deunydd arall mae'n' s heteroepitaxy fel y'i gelwir. Y broses fwyaf arwyddocaol yn y homoepitaxy yw dyddodiad silicon ar silicon, mewn heteroepitaxy fel arfer mae haen silicon yn cael ei dyddodi ar ynysydd fel ocsid (Silicon On Insulator: SOI). Mae dyddodiad anwedd cemegol (CVD) yn broses cotio sy'n defnyddio'n thermol. neu adweithiau cemegol a ysgogwyd yn drydanol ar wyneb swbstrad wedi'i gynhesu, gydag adweithyddion yn cael eu cyflenwi ar ffurf nwyol. Mae CVD yn ddull dyddodi a ddefnyddir i gynhyrchu deunyddiau solet o ansawdd uchel, perfformiad uchel, o dan wactod yn nodweddiadol. Mae ffilmiau tenau neu haenau yn cael eu cynhyrchu gan ddaduniad neu adweithiau cemegol adweithyddion nwyol mewn amgylchedd actifedig (gwres, golau, plasma).
Homoepitaxy
Yn dibynnu ar y broses, gellir danfon y wafferi oddi wrth y gwneuthurwr wafer gyda haen epitaxial (ee ar gyfer technoleg CMOS), neu mae'n rhaid i'r gwneuthurwr sglodion ei wneud ei hun (er enghraifft yn y dechnoleg deubegwn).
Fel nwy ar gyfer cynhyrchu'r haen epitactical, defnyddir hydrogen pur ar y cyd â silane (SiH4), deuichlorosilane (SiH2Cl2) neu tetraclorid silicon (SiCl4). Ar oddeutu 1000 ° C, mae'r nwyon yn hollti oddi ar y silicon, sy'n cael ei ddyddodi ar wyneb y wafer. Mae'r silicon yn etifeddu strwythur y swbstrad ac mae'n tyfu, am resymau ynni, haen wrth haen yn olynol. Er mwyn peidio â thyfu i fyny silicon polycrystalline, rhaid i bob amser drechu prinder atomau silicon, ee mae bob amser ychydig yn llai o silicon ar gael gan y gallai deunydd dyfu i fyny mewn gwirionedd. Pan ddefnyddir tetraclorid silicon, mae'r adwaith yn mynd yn ei flaen mewn dau gam:
SiCl4+ H2→SiCl2+ 2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
Er mwyn etifeddu cyfeiriadedd y swbstrad' s rhaid i'r wyneb fod yn hollol glir. Felly gall un ddefnyddio'r adwaith ecwilibriwm. Gall y ddau adwaith ddigwydd i'r cyfeiriad arall, yn dibynnu ar gymhareb y nwyon. Os mai dim ond ychydig o hydrogen sydd yn yr atmosffer, fel yn y broses trichlorosilane ar gyfer puro silicon amrwd, mae deunydd yn cael ei dynnu o wyneb y wafer silicon oherwydd y crynodiad clorin uchel. Dim ond gyda chrynodiad cynyddol o dwf hydrogen y cyflawnir.
Gyda SiCl4mae'r gyfradd ddyddodi oddeutu 1 i 2 micron y funud. Gan fod y silicon monocrystalline yn tyfu ar yr wyneb noeth yn unig, gellir cuddio rhai ardaloedd ag ocsid lle mae'r silicon yn tyfu fel silicon polycrystalline. Mae'r polysilicon hwn, fodd bynnag, wedi'i ysgythru'n hawdd iawn o'i gymharu â silicon un-grisialog trwy'r adwaith sy'n rhedeg yn ôl. Diborane (B.2H6) neu ffosffin (PH3) yn cael eu hychwanegu at y nwyon proses, i greu haenau wedi'u dopio, gan fod y nwyon dopio yn dadelfennu ar dymheredd uchel ac mae'r dopants wedi'u hymgorffori yn y dellt grisial.
Mae'r broses i greu haenau cartref-epitactical yn cael ei gwireddu o dan awyrgylch gwactod. Ar gyfer hynny mae'r siambr broses yn cael ei chynhesu i 1200 ° C i gael gwared ar yr ocsid brodorol, sydd bob amser yn bresennol ar yr wyneb silicon. Fel y soniwyd uchod, oherwydd crynodiad hydrogen isel mae ysgythriad cefn ar yr wyneb silicon. Gellir defnyddio hwn i lanhau'r wyneb cyn i'r broses wirioneddol ddechrau. Os yw'r crynodiad nwy yn amrywiol ar ôl y glanhau hwn, bydd y dyddodiad yn dechrau.
Darlun o adweithydd casgen ar gyfer prosesau epitactical
Oherwydd y tymereddau proses uchel mae' sa trylediad dopants yn y swbstrad neu'r amhureddau, a ddefnyddiwyd mewn prosesau cynharach, yn gallu symud i'r swbstrad. Os SiH2Cl2neu SiH4yn cael eu defnyddio yno' s nid oes angen tymereddau mor uchel, felly defnyddir y nwyon hyn yn bennaf. Er mwyn cyflawni'r broses ysgythru yn ôl i lanhau'r wyneb, mae'n rhaid ychwanegu HCl ar wahân. Anfantais y silanau hyn yw eu bod yn ffurfio germau yn yr atmosffer cyn eu dyddodi, ac felly nid yw ansawdd yr haen cystal â SiCl4.
Yn aml mae angen haenau y gellir' t eu creu reit o'r swbstrad. Er mwyn adneuo haenau o silicon nitride neu silicon oxynitride rhaid defnyddio nwyon sy'n cynnwys yr holl gydrannau angenrheidiol. Mae'r nwyon yn cael eu dadelfennu trwy egni thermol. Bod' s egwyddor dyddodiad y cyfnod anwedd cemegol: CVD. Nid yw wyneb y wafer' t yn adweithio gyda'r nwyon ond mae'n gwasanaethu fel haen waelod. Yn dibynnu ar baramedrau'r broses - pwysau, tymheredd - gellir rhannu'r dull CVD mewn gwahanol ddulliau y mae eu haenau'n wahanol o ran dwysedd a chwmpas. Os yw'r tyfiant ar arwynebau llorweddol mor uchel ag ar arwynebau fertigol mae'r dyddodiad yn cydymffurfio.
Y cydymffurfiaeth K yw'r gymhareb twf fertigol a llorweddol,K = Rv/Rh. Os nad yw'r dyddodiad yn ddelfrydol, mae'r cydymffurfiaeth yn llai nag 1 (eeRv/Rh= 1/2 → K = 0.5). Dim ond trwy dymheredd uchel y gellir sicrhau cydymffurfiad uchel.
Proffiliau dychmygus
Mae APCVD yn ddull CVD ar bwysedd arferol (gwasgedd atmosfferig) a ddefnyddir i ddyddodi ocsidau wedi'u dopio a heb eu gorchuddio. Mae gan yr ocsid a adneuwyd ddwysedd isel ac mae'r gorchudd yn gymedrol oherwydd tymheredd cymharol isel. Oherwydd gwell offer, mae'r APCVD yn destun dadeni. Mae'r trwybwn wafer uchel yn fantais fawr o'r broses hon.
Fel nwyon proses silane SiH4(wedi'i delio'n fawr â nitrogen N.2) ac ocsigen O.2yn cael eu defnyddio. Mae'r nwyon yn thermol pydredig ar oddeutu 400 ° C ac yn adweithio â'i gilydd i ffurfio'r ffilm a ddymunir.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105° Pa)
Ychwanegwyd osôn O.3yn gallu achosi gwell cydymffurfiad oherwydd ei fod yn gwella symudedd y gronynnau cronedig. Mae'r ocsid yn ansefydlog hydraidd a thrydanol a gellir ei ddwysáu trwy broses tymheredd uchel.
Er mwyn osgoi ymylon a all arwain at anawsterau wrth ddyddodi haenau ychwanegol, defnyddir gwydr ffosfforws silicad (PSG) ar gyfer ymyrwyr. At hynny, ychwanegir ffosffin at SiH4ac O.2, fel bod yr ocsid a adneuwyd yn cynnwys ffosfforws 4 i 8%. Mae llawer iawn o ffosfforws yn arwain at gynnydd uchel yn yr eiddo llif, fodd bynnag, gellir ffurfio asid ffosfforig sy'n cyrydu alwminiwm (llwybrau dargludyddion).
Oherwydd bod anelio yn effeithio ar brosesau cynharach (ee dopio) dim ond tymheru byr sy'n cael ei wneud gyda lampau argon pwerus (sawl hundrets kW, llai na 10s, T=1100 ° C) yn lle anelio mewn prosesau ffwrnais hirfaith.
Gellir ychwanegu analog at boron PSG ar yr un pryd (gwydr silicad ffosfforws boron, BPSG, 4% B a 4% P).
Darlun o adweithydd APCVD llorweddol
Yn LPCVD defnyddir gwactod. Ffilmiau tenau o nitrid silicon (Si3N4), ocsiditrid silicon (SiON), SiO2gellir creu und twngsten (W). Mae prosesau LPCVD yn galluogi cydymffurfiad uchel o bron i 1. Mae hyn oherwydd y gwasgedd isel o 10 i 100Pa (gwasgedd atmosfferig=100.000Pa) sy'n arwain at symudiad y gronynnau heb fod yn unffurf. Mae'r gronynnau'n gwasgaru oherwydd gwrthdrawiadau ac yn gorchuddio arwynebau fertigol yn ogystal â rhai llorweddol. Cefnogir y cydymffurfiaeth gan dymheredd uchel o hyd at 900 ° C. O'i gymharu ag APCVD mae'r dwysedd a'r sefydlogrwydd yn uchel iawn.
Yr ymatebion ar gyfer Si3N4, SiON, SiO2ac mae twngsten fel a ganlyn:
a) Si3N4(850 ° C): 4NH3+ 3SiH2Cl2→Si3N4+ 6HCl + 6H2
b) SiON (900 ° C): NH3+ SiH2Cl2+ N2O→Si3N4+ Nebenprodukte
c) SiO2(700 ° C): SiO4C8H20→SiO2+ Nebenprodukte
d) Wolfram (400 ° C): WF6+ 3H2→W + 6HF
Mewn cyferbyniad â rhagflaenwyr nwyol a ddefnyddir ar gyfer Si3N4, SiON a thwngsten, defnyddir orthosilicate tetraethyl hylif ar gyfer SiO2. Heblaw mae yna ffynonellau hylif eraill fel DTBS (SiH2C8H20) neu tetramethylcyclotetrasiloxane (TMTCS, Si4O4C4H16).
Dim ond ar silicon noeth y gellir ffugio ffilm twngsten. Felly mae'n rhaid ychwanegu silane os nad oes swbstrad silicon.
Darlun o adweithydd LPCVD ar gyfer ffilmiau TEOS
Mae'r PECVD yn digwydd ar 250 i 350 ° C. Oherwydd tymereddau isel, ni all nwyon y broses fod yn thermol dadelfennu. Gyda foltedd amledd uchel, mae'r nwy yn cael ei drawsnewid yn gyflwr plasma. Mae'r plasma yn egnïol ac yn cael gwared ar yr wyneb. Oherwydd na all metaleiddio, fel alwminiwm, fod yn agored i dymheredd uchel, defnyddir y PECVD ar gyfer SiO2a Si3N4dyddodiad ar ben haenau metel. Yn lle SiH2Cl2silane yn cael ei ddefnyddio oherwydd ei fod yn dadelfennu ar dymheredd is. Nid yw'r cydymffurfiad cystal ag yn LPCVD (0.6 i 0.8), fodd bynnag, mae'r gyfradd ddyddodi yn llawer uwch (0.5 micron y funud).
Darlun o adweithydd PECVD
Mae Dyddodiad Haen Atomig (ALD) yn broses CVD wedi'i haddasu i gynhyrchu ffilmiau tenau. Mae'r broses yn defnyddio sawl nwy sy'n cael eu harwain i mewn i'r siambr broses bob yn ail. Mae pob nwy yn adweithio yn y fath fodd fel bod yr arwyneb presennol yn dirlawn, ac felly mae'r adwaith yn dod i stop. Mae'r nwy amgen yn gallu ymateb gyda'r arwyneb hwn yn yr un modd. Rhwng adweithiau'r nwyon hyn mae'r siambr wedi'i glanhau â nwy anadweithiol, fel nitrogen neu argon. Gallai proses ALD syml edrych fel hyn:
adwaith hunangyfyngol ar yr wyneb â nwy cyntaf
glanhau gyda nwy anadweithiol
adwaith hunangyfyngol ar yr wyneb ag ail nwy
glanhau gyda nwy anadweithiol
Enghraifft benodol ar gyfer proses ALD yw dyddodiad alwminiwm ocsid, gellir gwireddu hyn gyda trimethylaluminum (TMA, C3H9Al) a dŵr (H.2O).
Y cam cyntaf yw dileu atomau hydrogen sy'n rhwym i ocsigen ar wyneb y wafer. Y grwpiau methyl (CH3) gall TMA ymateb gyda'r hydrogen i ffurfio methan (CH4). Mae'r moleciwlau sy'n weddill yn bondio â'r ocsigen annirlawn.
Os yw'r atomau hyn yn dirlawn, ni all mwy o foleciwlau TMA ymateb ar yr wyneb.
Mae'r siambr wedi'i glanhau ac mae stêm ddŵr ddilynol yn cael ei harwain i'r siambr. Erioed un atom hydrogen yr H.2Erbyn hyn, gall moleciwlau O ymateb gyda'r hen atomau wyneb a adneuwyd i ffurfio methan, tra bod yr anion hydrocsyl yn bond â'r atomau alwminiwm.
Felly, mae atomau hydrogen newydd ar yr wyneb a all ymateb mewn cam wedi hynny gyda TMA fel yn y dechrau.
Mae'r dyddodiad haen atomig yn darparu manteision sylweddol dros dechnegau dyddodi eraill, ac felly mae'n' sa broses bwysig iawn i gynhyrchu ffilmiau tenau. Gyda ALD gellir hyd yn oed strwythurau 3 dimensiwn gael eu hadneuo'n unffurf iawn. Mae ffilmiau ynysu yn bosibl yn ogystal â rhai dargludol, y gellir eu creu ar swbstradau differret (lled-ddargludyddion, polymerau, ...). Gellir rheoli trwch y ffilm yn fanwl iawn yn ôl nifer y cylchoedd. Gan nad yw'r nwyon adweithiol yn cael eu harwain i'r siambr ar yr un pryd, ni allant ffurfio germau cyn y dyddodiad gwirioneddol. Felly mae ansawdd y ffilmiau yn uchel iawn.
