Is próiseas brataithe é sil-leagan gaile ceimiceach (CVD) a úsáideann imoibrithe ceimiceacha a spreagtar go teirmeach nó go leictreach ag dromchla foshraithe téite, agus soláthraítear imoibrithe i bhfoirm ghásach. Is modh teistíochta é CVD a úsáidtear chun ábhair sholadacha ardchaighdeáin, ardfheidhmíochta a tháirgeadh, faoi fholús de ghnáth. Déantar scannáin nó bratuithe tanaí a tháirgeadh trí dhí-chomhcheangal nó imoibrithe ceimiceacha imoibreán gásach i dtimpeallacht ghníomhachtaithe (teas, solas, plasma).
Ciallaíonn Epitaxy quot GG; ar bharr" nó" sannta do", agus is próiseas é ina gcruthófar ciseal ar bharr ciseal eile agus a struchtúr criostail mar oidhreacht. Má tá an ciseal taiscthe den ábhar céanna leis an tsubstráit labhraíonn duine faoi homoepitaxy, más' s ábhar eile é' s heteroepitaxy mar a thugtar air. Is é an próiseas is suntasaí sa homoepitaxy ná sil-leagan sileacain ar sileacain, i heteroepitaxy de ghnáth taisctear ciseal sileacain ar inslitheoir mar ocsaíd (Silicon On Insulator: SOI). Is próiseas brataithe é sil-leagan gaile ceimiceach (CVD) a úsáideann go teirmeach nó imoibrithe ceimiceacha a spreagtar go leictreach ag dromchla foshraithe téite, agus soláthraítear imoibrithe i bhfoirm ghásach. Is modh teistíochta é CVD a úsáidtear chun ábhair sholadacha ardchaighdeáin, ardfheidhmíochta a tháirgeadh, faoi fholús de ghnáth. Déantar scannáin nó bratuithe tanaí a tháirgeadh trí dhí-chomhcheangal nó imoibrithe ceimiceacha imoibreán gásach i dtimpeallacht ghníomhachtaithe (teas, solas, plasma).
Homoepitaxy
Ag brath ar an bpróiseas, is féidir na sliseoga a sheachadadh ón monaróir wafer le ciseal epitaxial (m.sh. le haghaidh teicneolaíocht CMOS), nó caithfidh an monaróir sliseanna é a dhéanamh é féin (mar shampla sa teicneolaíocht bipolar).
Mar ghás chun an ciseal epitactical a ghiniúint, úsáidtear hidrigin íon i gcomhar le silane (SiH4), déchlorosilane (SiH2Cl2) nó teitreaclóiríd sileacain (SiCl4). Ag thart ar 1000 ° C, glanann na gáis as an sileacain, a chuirtear i dtaisce ar dhromchla an wafer. Faigheann an sileacain struchtúr an tsubstráit le hoidhreacht agus tá sé ag fás, ar chúiseanna fuinnimh, ciseal ar chiseal i ndiaidh a chéile. Chun gan sileacain pholacriostalach a fhás, ní mór go mbeadh ganntanas adamh sileacain i gcónaí, m.sh. tá sé i gcónaí beagán níos lú sileacain ar fáil mar d’fhéadfadh ábhar fás suas i ndáiríre. Nuair a úsáidtear teitreaclóiríd sileacain, téann an t-imoibriú ar aghaidh in dhá chéim:
SiCl4+ H2→SiCl2+ 2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
D’fhonn treoshuíomh an tsubstráit' s a oidhreacht caithfidh an dromchla a bheith soiléir go hiomlán. Mar sin is féidir an t-imoibriú cothromaíochta a úsáid. Is féidir leis an dá imoibriú tarlú sa treo eile, ag brath ar chóimheas na ngás. Mura bhfuil ach beagán hidrigine san atmaisféar, mar atá sa phróiseas trichlorosilane chun íon sileacain a íonú, baintear ábhar as dromchla an wafer sileacain mar gheall ar an tiúchan ard clóirín. Ní bhaintear ach le tiúchan méadaitheach fáis hidrigine.
Le SiCl4tá an ráta sil-leagain thart ar 1 go 2 mhiocrón in aghaidh an nóiméid. Ós rud é nach bhfásann an sileacain monocrystalline ach ar an dromchla lom, is féidir réimsí áirithe a chumhdach le ocsaíd nuair a fhásann an sileacain mar shilicón polacriostalach. Tá an polysilicon seo eitseáilte go héasca, áfach, i gcomparáid le sileacain aonchriostalach tríd an imoibriú siar. Diborane (B.2H6) nó fosfín (PH3) cuirtear iad leis na gáis phróisis, chun sraitheanna dópáilte a chruthú, ós rud é go ndíscaoileann na gáis dópála ag teochtaí arda agus go ndéantar na dopants a ionchorprú sa laitíse criostail.
Déantar an próiseas chun sraitheanna baile-epitactical a chruthú faoi atmaisféar folúis. Chuige sin téitear an seomra próisis go 1200 ° C chun an ocsaíd dhúchasach a bhaint, atá i gcónaí ar an dromchla sileacain. Mar a luadh thuas, mar gheall ar thiúchan íseal hidrigine tá eitse droma ar an dromchla sileacain. Is féidir é seo a úsáid chun an dromchla a ghlanadh sula dtosaíonn an próiseas iarbhír. Má athraítear an tiúchan gáis tar éis an ghlantacháin seo tosaíonn an sil-leagan.
Léiriú ar imoibreoir bairille do phróisis epitactical
Mar gheall ar na teochtaí arda próisis is féidir le' sa idirleathadh dopants sa tsubstráit nó na neamhíonachtaí, a úsáideadh i bpróisis roimhe seo, bogadh go dtí an tsubstráit. Má SiH2Cl2nó SiH4úsáidtear' s ní gá teocht chomh hard sin, mar sin úsáidtear na gáis seo go príomha. Chun an próiseas ar ais eitse a bhaint amach chun an dromchla a ghlanadh, caithfear HCl a chur leis ar leithligh. Is é an míbhuntáiste a bhaineann leis na siollaí seo ná go bhfoirmíonn siad frídíní san atmaisféar díreach roimh an sil-leagan, agus dá bhrí sin níl cáilíocht na sraithe chomh maith le SiCl4.
Is minic go mbíonn sraitheanna de dhíth ar féidir' t a chruthú díreach ón tsubstráit. Chun sraitheanna de nítríd sileacain nó oxynitride sileacain a thaisceadh ní mór gáis a úsáid ina bhfuil na comhpháirteanna riachtanacha go léir. Déantar na gáis a dhianscaoileadh trí fhuinneamh teirmeach. Sin' s prionsabal an sil-leagain gaile ceimiceach: CVD. Ní imoibríonn dromchla an wafer' t leis na gáis ach feidhmíonn sé mar chiseal bun. Ag brath ar pharaiméadair an phróisis - brú, teocht - is féidir an modh CVD a chaitheamh ar mhodhanna éagsúla a bhfuil a ndlús agus a gclúdach difriúil. Má tá an fás ar dhromchlaí cothrománacha chomh hard le dromchlaí ingearacha tá an sil-leagan i gcomhréir.
Is é an comhréireacht K an cóimheas idir fás ingearach agus cothrománach,K = Rv/Rh. Mura bhfuil an teistíocht oiriúnach, tá an comhréireacht níos lú ná 1 (m.sh.Rv/Rh= 1/2 → K = 0.5). Ní féidir comhréireacht ard a bhaint amach ach trí theochtaí arda próisis.
Próifílí samhlaíocha
Is modh CVD é APCVD ag gnáthbhrú (brú atmaisféarach) a úsáidtear chun ocsaídí dópáilte agus neamh-scoite a thaisceadh. Tá dlús íseal ag an ocsaíd taiscthe agus tá an clúdach measartha mar gheall ar theocht réasúnta íseal. Mar gheall ar uirlisí feabhsaithe, déantar athbheochan ar an APCVD. Is buntáiste mór den phróiseas seo an tréchur ard wafer.
Mar gháis phróisis silane SiH4(an-teorannaithe le nítrigin N.2) agus ocsaigin O.2úsáidtear. Déantar na gáis a dhianscaoileadh teirmeach ag thart ar 400 ° C agus imoibríonn siad lena chéile chun an scannán atá ag teastáil a fhoirmiú.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105° Pa)
Ózón breise O.3is féidir comhréireacht níos fearr a chur faoi deara toisc go bhfeabhsaíonn sé soghluaisteacht na gcáithníní carntha. Tá an ocsaíd scagach agus éagobhsaí leictreach agus is féidir é a dhlúthú trí phróiseas ardteochta.
Chun imill a sheachaint a bhféadfadh deacrachtaí a bheith leo maidir le sil-leagan sraitheanna breise, úsáidtear gloine fosfáit sileacáit (PSG) le haghaidh idirleagairí. Cuirtear fosfair chuige sin le SiH4agus O.2, ionas go mbeidh 4 go 8% fosfar san ocsaíd taiscthe. Mar thoradh ar mhéid ard fosfair tá méadú ard ar na hairíonna sreafa, áfach, is féidir aigéad fosfarach a fhoirmiú a chreimeann alúmanam (cosáin seoltóra).
Toisc go mbíonn tionchar ag annealing ar phróisis níos luaithe (m.sh. dópáil) ní dhéantar ach faghartha gairid le lampaí argóin cumhachtacha (roinnt hundrets kW, níos lú ná 10s, T=1100 ° C) in ionad annealing i bpróisis foirnéise fada.
Is féidir analógach le bórón PSG a chur leis ag an am céanna (gloine sileacáit fosfair bórón, BPSG, 4% B agus 4% P).
Léiriú ar imoibreoir cothrománach APCVD
I bhfolús LPCVD úsáidtear folús. Scannáin tanaí de nítríd sileacain (Si3N4), oxynitride sileacain (SiON), SiO2is féidir und tungstain (W) a chruthú. Cumasaíonn próisis LPCVD comhréireacht ard de bheagnach 1. Tá sé seo mar gheall ar an mbrú íseal 10 go 100Pa (brú atmaisféarach=100.000Pa) as a dtagann gluaiseacht neamh-aonfhoirmeach na gcáithníní. Scaipeann na cáithníní de bharr imbhuailtí agus clúdaíonn siad dromchlaí ingearacha chomh maith le cinn chothrománacha. Tacaíonn teocht ard suas le 900 ° C leis an gcomhréireacht. I gcomparáid le APCVD tá an dlús agus an chobhsaíocht an-ard.
Na frithghníomhartha do Si3N4, SiON, SiO2is iad seo a leanas tungstain:
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
I gcodarsnacht le réamhtheachtaithe gásacha a úsáidtear le haghaidh Si3N4, Úsáidtear SiON agus tungstain, orthosilicate tetraethyl leachtach le haghaidh SiO2. Chomh maith leis sin tá foinsí leachtacha eile cosúil le DTBS (SiH2C8H20) nó tetramethylcyclotetrasiloxane (TMTCS, Si4O4C4H16).
Ní féidir scannán tungstain a dhéanamh ach ar shilicón lom. Mar sin caithfear silane a chur leis mura bhfuil foshraith sileacain ann.
Léiriú ar imoibreoir LPCVD do scannáin TEOS
Tarlaíonn an PECVD ag 250 go 350 ° C. Mar gheall ar theochtaí ísle ní féidir na gáis phróisis a bheith dianscaoilte teirmeach. Le voltas ardmhinicíochta, athraítear an gás go stát plasma. Tá an plasma fuinniúil agus diúscraíonn sé ar an dromchla. Toisc nach féidir miotalaithe, mar alúmanam, a bheith nochtaithe do theochtaí arda, úsáidtear an PECVD le haghaidh SiO2agus Si3N4sil-leagan ar bharr na sraitheanna miotail. Úsáidtear SiH2Cl2silane in ionad toisc go ndíscaoileann sé ag teocht níos ísle. Níl an comhréireacht chomh maith agus atá i LPCVD (0.6 go 0.8), áfach, tá an ráta sil-leagain i bhfad níos airde (0.5 miocrón in aghaidh an nóiméid).
Léiriú ar imoibreoir PECVD
Is próiseas modhnaithe CVD é Taisceadh Sraithe Adamhach (ALD) chun scannáin tanaí a mhonarú. Úsáideann an próiseas roinnt gás a thugtar isteach sa seomra próisis gach re seach. Imoibríonn gach gás sa chaoi is go bhfuil an dromchla reatha sáithithe, agus dá bhrí sin tagann an t-imoibriú chun stad. Tá an gás malartach in ann freagairt leis an dromchla seo ar an mbealach céanna. Idir imoibrithe na ngás seo glantar an seomra le gás támh, cosúil le nítrigin nó argón. D’fhéadfadh próiseas simplí ALD breathnú mar seo:
Sampla sonrach do phróiseas ALD is ea sil-leagan ocsaíd alúmanaim, is féidir é seo a bhaint amach le trimethylaluminum (TMA, C3H9Al) agus uisce (H.2O).
Is é an chéad chéim deireadh a chur le hadaimh hidrigine atá ceangailte le hocsaigin ag dromchla an wafer. Na grúpaí meitile (CH3) is féidir le TMA imoibriú leis an hidrigin chun meatán a fhoirmiú (CH4). Ceanglaíonn na móilíní eile leis an ocsaigin neamhsháithithe.
Má tá na hadaimh seo sáithithe, ní féidir le níos mó móilíní TMA imoibriú ag an dromchla.
Glantar an seomra agus tugtar gaile uisce ina dhiaidh sin isteach sa seomra. Adamh hidrigine amháin den H riamh2Anois is féidir le móilíní O imoibriú leis na hadaimh dromchla taiscthe roimhe seo chun meatán a fhoirmiú, agus tá an t-anion hiodrocsaile nasctha leis na hadaimh alúmanaim.
Dá réir sin, tá adamh hidrigine nua ag an dromchla ar féidir leo freagairt i gcéim ina dhiaidh sin le TMA mar a bhí sa tús.
Soláthraíonn taisceadh na gciseal adamhach buntáistí suntasacha thar theicnící sil-leagain eile, agus dá bhrí sin is próiseas an-tábhachtach é' sa chun scannáin tanaí a mhonarú. Le ALD is féidir fiú struchtúir 3-thoiseach a thaisceadh an-aonfhoirmeach. Is féidir scannáin inslithe a dhéanamh chomh maith le scannáin seoltaí, ar féidir iad a chruthú ar fhoshraitheanna éagsúla (leathsheoltóirí, polaiméirí, ...). Is féidir tiús an scannáin a rialú go beacht de réir líon na dtimthriallta. Ós rud é nach dtugtar na gáis imoibríocha isteach sa seomra ag an am céanna, ní féidir leo frídíní a fhoirmiú díreach roimh an sil-leagan iarbhír. Mar sin tá cáilíocht na scannán an-ard.
