Kimyasal buhar biriktirme (CVD), ısıtılmış bir substratın yüzeyinde, reaktifler gaz halinde sağlanan termal veya elektriksel olarak indüklenen kimyasal reaksiyonları kullanan bir kaplama işlemidir. CVD, tipik olarak vakum altında yüksek kaliteli, yüksek performanslı, katı malzemeler üretmek için kullanılan bir biriktirme yöntemidir. İnce filmler veya kaplamalar, aktifleştirilmiş (ısı, ışık, plazma) bir ortamda gaz halindeki reaktanların ayrışması veya kimyasal reaksiyonları ile üretilir.
Epitaksi,&"üstte &" anlamına gelir; veya""'ye atanır ve bir katmanın başka bir katmanın üzerinde oluşturulduğu ve kristal yapısını devraldığı bir süreci temsil eder. Birikmiş katman, substrat ile aynı materyalden ise, homoepitaksiden söz edilir, eğer' başka bir materyal ise,' heteroepitaksi olarak adlandırılır. Homoepitakside en önemli işlem silikonun silikon üzerine çökeltilmesidir, heteroepitakside genellikle oksit gibi bir yalıtkan üzerine bir silikon tabakası biriktirilir (Silicon On Insulator: SOI).Kimyasal buhar biriktirme (CVD), termal olarak kullanılan bir kaplama işlemidir. veya ısıtılmış bir substratın yüzeyindeki reaktiflerin gaz halinde tedarik edildiği elektriksel olarak indüklenen kimyasal reaksiyonlar. CVD, tipik olarak vakum altında yüksek kaliteli, yüksek performanslı, katı malzemeler üretmek için kullanılan bir biriktirme yöntemidir. İnce filmler veya kaplamalar, aktifleştirilmiş (ısı, ışık, plazma) bir ortamda gaz halindeki reaktanların ayrışması veya kimyasal reaksiyonları ile üretilir.
homoepitaksi
İşleme bağlı olarak, gofretler epitaksiyel bir katmanla (örneğin CMOS teknolojisi için) gofret üreticisinden teslim edilebilir veya yonga üreticisinin bunu kendisi yapması gerekir (örneğin bipolar teknolojide).
Epitaktik katmanı oluşturmak için bir gaz olarak, silan (SiH) ile birlikte saf hidrojen kullanılır.4), diklorosilan (SiH2Cl2) veya silikon tetraklorür (SiCl4). Yaklaşık 1000°C'de gazlar, gofret yüzeyinde biriken silikonu parçalar. Silikon, substratın yapısını devralır ve enerji nedenleriyle, art arda katman katman büyür. Bir polikristal silikonu büyütmemek için, her zaman silikon atomu eksikliğinin hakim olması gerekir, örneğin, malzeme gerçekten büyüyebileceğinden her zaman biraz daha az silikon bulunur. Silikon tetraklorür kullanıldığında reaksiyon iki adımda ilerler:
SiCl4+ H2→SiCl2+ 2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
Substratın's oryantasyonunu devralmak için yüzey kesinlikle temiz olmalıdır. Böylece kişi denge reaksiyonunu kullanabilir. Gazların oranına bağlı olarak her iki reaksiyon da diğer yönde gerçekleşebilir. Atmosferde sadece birkaç hidrojen varsa, ham silikonun saflaştırılması için triklorosilan işleminde olduğu gibi, yüksek klor konsantrasyonu nedeniyle malzeme silikon gofret yüzeyinden çıkarılır. Sadece artan hidrojen konsantrasyonu ile büyüme elde edilir.
SiCl ile4biriktirme hızı dakikada yaklaşık 1 ila 2 mikrondur. Monokristal silikon sadece çıplak yüzeyde büyüdüğü için, silikonun polikristal silikon olarak büyüdüğü belirli alanlar oksitle maskelenebilir. Bununla birlikte, bu polisilikon, geriye doğru çalışan reaksiyon yoluyla tek kristalli silikon ile karşılaştırıldığında çok kolay bir şekilde kazınır. Diboran (B2H6) veya fosfin (PH3) katkılı katmanlar oluşturmak için proses gazlarına eklenir, çünkü doping gazları yüksek sıcaklıklarda ayrışır ve dopantlar kristal kafese dahil edilir.
Ev epitaktik katmanları oluşturma işlemi, vakum atmosferi altında gerçekleştirilir. Bu nedenle, silikon yüzeyinde her zaman mevcut olan doğal oksidi çıkarmak için işlem odası 1200°C'ye ısıtılır. Yukarıda bahsedildiği gibi, düşük hidrojen konsantrasyonu nedeniyle silikon yüzeyinde bir sırt aşınması meydana gelir. Bu, asıl işlem başlamadan önce yüzeyi temizlemek için kullanılabilir. Bu temizlemeden sonra gaz konsantrasyonu değişirse, çökelme başlar.
Epitaktik işlemler için bir varil reaktörünün çizimi
Oradaki yüksek işlem sıcaklıklarından dolayı' daha önceki işlemlerde kullanılmış olan katkı maddelerinin alt tabaka veya safsızlıklar içinde difüzyonu alt tabakaya hareket edebilir. Eğer SiH2Cl2veya SiH4orada kullanılır' bu kadar yüksek sıcaklıklara gerek yoktur, bu nedenle öncelikle bu gazlar kullanılır. Yüzeyi temizlemek için asitleme işlemini gerçekleştirmek için HCl'nin ayrı olarak eklenmesi gerekir. Bu silanların dezavantajı, çökelmeden hemen önce atmosferde mikrop oluşturmaları ve bu nedenle tabakanın kalitesinin SiCl ile olduğu kadar iyi olmamasıdır.4.
Genellikle doğrudan alt tabakadan oluşturulamayan katmanlara ihtiyaç vardır. Silisyum nitrür veya silisyum oksinitrür katmanları biriktirmek için gerekli tüm bileşenleri içeren gazların kullanılması gerekir. Gazlar termal enerji ile ayrıştırılır. Bu' kimyasal buhar fazı biriktirme ilkesidir: CVD. Gofret yüzeyi gazlarla reaksiyona girmez ancak alt tabaka görevi görür. Proses parametrelerine bağlı olarak - basınç, sıcaklık - CVD yöntemi, katmanları yoğunluk ve kapsama açısından farklılık gösteren farklı yöntemlere ayrılabilir. Yatay yüzeylerdeki büyüme, dikey yüzeylerdeki kadar yüksekse, çökelme uygundur.
Uygunluk K, dikey ve yatay büyümenin oranıdır,K = Rv/Rh. Biriktirme ideal değilse, uygunluk 1'den küçüktür (örn.Rv/Rh= 1/2 → K = 0.5). Yüksek bir uygunluk ancak yüksek proses sıcaklıkları ile sağlanabilir.
hayal edilebilir profiller
APCVD, katkılı ve katkısız oksitlerin biriktirilmesi için kullanılan normal basınçta (atmosferik basınç) bir CVD yöntemidir. Biriken oksit, düşük bir yoğunluğa sahiptir ve nispeten düşük bir sıcaklık nedeniyle kapsama alanı orta düzeydedir. Geliştirilmiş araçlar nedeniyle APCVD bir rönesans geçiriyor. Yüksek gofret verimi, bu işlemin büyük bir avantajıdır.
Proses gazları olarak silan SiH4(azot N ile yüksek oranda seyreltilmiş2) ve oksijen O2kullanılmış. Gazlar, yaklaşık 400°C'de termal olarak ayrıştırılır ve istenen filmi oluşturmak üzere birbirleriyle reaksiyona girer.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105°Pa)
Ozon O eklendi3biriken parçacıkların hareketliliğini geliştirdiği için daha iyi bir uyuma neden olabilir. Oksit gözenekli ve elektriksel olarak kararsızdır ve yüksek sıcaklık işlemi ile yoğunlaştırılabilir.
Ek katmanların birikmesinde zorluklara neden olabilecek kenarlardan kaçınmak için ara katmanlar için fosfor silikat cam (PSG) kullanılır. Bunun için SiH'ye fosfin eklenir4ve O2, böylece biriken oksit % 4 ila 8 fosfor içerir. Yüksek miktarda fosfor, akış özelliklerinin yüksek oranda artmasına neden olur, ancak alüminyumu (iletken yolları) aşındıran fosforik asit oluşabilir.
Tavlama daha önceki süreçleri (örneğin doping) etkilediğinden, uzun fırın süreçlerinde tavlama yerine sadece güçlü argon lambalarıyla (birkaç yüz kW, 10s'den az, T=1100°C) kısa tavlama yapılır.
Analog - PSG bor aynı anda eklenebilir (bor fosfor silikat cam, BPSG, %4 B ve %4 P).
Yatay bir APCVD reaktörünün çizimi
LPCVD'de bir vakum kullanılır. İnce silikon nitrür filmleri (Si3N4), silikon oksinitrür (SiON), SiO2ve tungsten (W) oluşturulabilir. LPCVD prosesleri, neredeyse 1'lik yüksek bir uygunluk sağlar. Bunun nedeni, partiküllerin homojen olmayan bir hareketine yol açan 10 ila 100Pa (atmosferik basınç=100.000Pa) arasındaki düşük basınçtır. Parçacıklar çarpışmalar nedeniyle yayılır ve yatay yüzeylerin yanı sıra dikey yüzeyleri de kaplar. Uygunluk, 900°C'ye kadar yüksek bir sıcaklıkla desteklenir. APCVD ile karşılaştırıldığında yoğunluk ve kararlılık çok yüksektir.
Si için tepkiler3N4, SiON, SiO2ve tungsten aşağıdaki gibidir:
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
Si için kullanılan gazlı öncülerin aksine3N4, SiON ve tungsten, SiO için sıvı tetraetil ortosilikat kullanılır2. Ayrıca DTBS (SiH) gibi başka sıvı kaynakları da vardır.2C8H20) veya tetrametilsiklotetrasiloksan (TMTCS, Si4O4C4H16).
Bir tungsten film sadece çıplak silikon üzerinde üretilebilir. Bu nedenle, silikon substrat yoksa silan eklenmelidir.
TEOS filmleri için bir LPCVD reaktörünün çizimi
PECVD 250 ila 350°C arasında gerçekleşir. Düşük sıcaklıklar nedeniyle proses gazları termal olarak ayrıştırılamaz. Yüksek frekanslı bir voltajla gaz, bir plazma durumuna dönüştürülür. Plazma enerjiktir ve yüzeyde bulunur. Alüminyum gibi metalizasyon yüksek sıcaklıklara maruz bırakılamadığından, SiO2 için PECVD kullanılır.2ve Si3N4metal tabakaların üzerine çökelme. Daha düşük sıcaklıkta bozunduğu için SiH2Cl2silan yerine kullanılır. Uygunluk, LPCVD'deki (0,6 ila 0,8) kadar iyi değildir, ancak biriktirme hızı çok daha yüksektir (dakikada 0,5 mikron).
Bir PECVD reaktörünün çizimi
Atomik Katman Biriktirme (ALD), ince filmler üretmek için modifiye edilmiş bir CVD işlemidir. İşlem, dönüşümlü olarak işlem odasına yönlendirilen birkaç gaz kullanır. Her gaz, mevcut yüzey doymuş olacak şekilde reaksiyona girer ve bu nedenle reaksiyon durur. Alternatif gaz da bu yüzeyle aynı şekilde reaksiyona girebilmektedir. Bu gazların reaksiyonları arasında oda, nitrojen veya argon gibi bir soy gazla temizlenir. Basit bir ALD süreci şöyle görünebilir:
ALD işlemi için özel bir örnek, alüminyum oksit biriktirmedir, bu, trimetilalüminyum (TMA, C) ile gerçekleştirilebilir.3H9Al) ve su (H2O).
İlk adım, gofret yüzeyinde oksijene bağlı olan hidrojen atomlarının elimine edilmesidir. Metil grupları (CH3) TMA hidrojen ile reaksiyona girerek metan (CH4). Kalan moleküller doymamış oksijen ile bağlanır.
Bu atomlar doymuşsa, yüzeyde daha fazla TMA molekülü reaksiyona giremez.
Hazne temizlenir ve ardından su buharı hazneye yönlendirilir. H'nin hiç bir hidrojen atomu2O molekülleri artık eski biriken yüzey atomlarıyla metan oluşturmak üzere reaksiyona girebilirken, hidroksil anyonu alüminyum atomlarına bağlanır.
Bu nedenle, başlangıçta olduğu gibi TMA ile sonraki bir adımda reaksiyona girebilen yüzeyde yeni hidrojen atomları vardır.
Atomik katman biriktirme, diğer biriktirme tekniklerine göre önemli avantajlar sağlar ve bu nedenle ince filmler üretmek için çok önemli bir işlemdir. ALD ile 3 boyutlu yapılar bile çok üniform olarak biriktirilebilir. Yalıtkan filmler, farklı alt tabakalar (yarı iletkenler, polimerler, ...) üzerinde oluşturulabilen iletken filmler kadar mümkündür. Film kalınlığı, döngü sayısı ile çok hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Reaktif gazlar aynı anda hazneye yönlendirilmedikleri için asıl çökelmeden hemen önce mikrop oluşturamazlar. Bu nedenle filmlerin kalitesi çok yüksektir.
