תצהיר אדים כימי (CVD) הוא תהליך ציפוי המשתמש בתגובות כימיות הנגרמות תרמית או חשמלית על פני מצע מחומם, עם ריאגנטים המסופקים בצורה גזית. CVD היא שיטת בתצהיר המשמשת לייצור חומרים מוצקים באיכות גבוהה ובעל ביצועים גבוהים, בדרך כלל תחת ואקום. סרטים או ציפויים דקים מיוצרים על ידי דיסוציאציה או תגובות כימיות של מגיבים גזיים בסביבה מופעלת (חום, אור, פלזמה).
Epitaxy פירושו" על גבי" או" מוקצה ל-" ;, ומייצג תהליך בו נוצרת שכבה על גבי שכבה אחרת ויורשת את מבנה הגביש שלה. אם השכבה המופקדת היא מאותו חומר כמו המצע מדברים על הומואפיטקסיה, אם זה' זה חומר אחר זה&# מה שמכונה heteroepitaxy. התהליך המשמעותי ביותר ב- homoepitaxy הוא התצהיר של סיליקון על סיליקון, ב heteroepitaxy בדרך כלל מופקדת שכבת סיליקון על מבודד כגון תחמוצת (Silicon On Isolator: SOI). בתצהיר אדי כימי (CVD) הוא תהליך ציפוי המשתמש בתרמית. או תגובות כימיות הנגרמות באמצעות חשמל על פני מצע מחומם, עם ריאגנטים המסופקים בצורה גזית. CVD היא שיטת בתצהיר המשמשת לייצור חומרים מוצקים באיכות גבוהה ובעל ביצועים גבוהים, בדרך כלל תחת ואקום. סרטים או ציפויים דקים מיוצרים על ידי דיסוציאציה או תגובות כימיות של מגיבים גזיים בסביבה מופעלת (חום, אור, פלזמה).
Homoepitaxy
בהתאם לתהליך, ניתן להעביר את הוופלים מיצרן הוופלים עם שכבה אפיטקסיאלית (למשל עבור טכנולוגיית CMOS), או על יצרן השבבים להכין אותו בעצמו (למשל בטכנולוגיה הדו קוטבית).
כגז לייצור השכבה האפיטקטית, משתמשים במימן טהור בשילוב עם סילאן (SiH4), דיכלורוסילן (SiH2קל2) או טיטרכלוריד מסיליקון (SiCl4). בטמפרטורה של כ -1000 מעלות צלזיוס הגזים מנקרים את הסיליקון המופקד על משטח הוופל. הסיליקון יורש את מבנה המצע וגדל, מסיבות אנרגיה, שכבה אחר שכבה ברציפות. כדי לא לגדל סיליקון פוליקריסטריאלי, תמיד צריך לשרוד מחסור באטומי סיליקון, למשל, הוא תמיד זמין מעט פחות מסיליקון מכיוון שחומר באמת יכול להתבגר. כאשר משתמשים בסיליקון טטרכלוריד, התגובה מתנהלת בשני שלבים:
SiCl4+ H2→SiCl2H 2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
על מנת לרשת את כיוון המצע&מס '39 המשטח חייב להיות ברור לחלוטין. אז אפשר להשתמש בתגובת שיווי המשקל. שתי התגובות יכולות להתרחש בכיוון השני, תלוי ביחס הגזים. אם יש מעט מימן באטמוספרה, כמו בתהליך הטריכלורוסילן לטיהור סיליקון גולמי, חומר מוסר משטח רקיק הסיליקון עקב ריכוז הכלור הגבוה. רק עם ריכוז גדל והולך של צמיחת מימן מושגת.
עם SiCl4קצב התצהיר הוא בערך 1 עד 2 מיקרון לדקה. מכיוון שהסיליקון החד-גבישי גדל רק על פני השטח החשוף, ניתן להסוות אזורים מסוימים בתחמוצת כאשר הסיליקון גדל כסיליקון רב-גבישי. פוליסיליקון זה, לעומת זאת, נחרט בקלות רבה בהשוואה לסיליקון גבישי יחיד באמצעות התגובה לאחור. דיבוריין (ב2H6) או פוספין (PH3) מתווספים לגזי התהליך, ליצירת שכבות מסוממות, מכיוון שגזי הסימום מתפרקים בטמפרטורות גבוהות והסמים משולבים בסריג הקריסטל.
התהליך ליצירת שכבות ביתיות אפיטקטיות מתממש באווירת ואקום. לכן תא התהליך מחומם ל 1200 מעלות צלזיוס כדי להסיר את התחמוצת הילידית, שנמצאת תמיד על משטח הסיליקון. כאמור לעיל, עקב ריכוז מימן נמוך מתרחש תחריט אחורי על פני הסיליקון. ניתן להשתמש בזה לניקוי פני השטח לפני שמתחיל התהליך בפועל. אם ריכוז הגז שונה לאחר ניקוי זה מתחיל התצהיר.
איור של כור חבית לתהליכים אפיטקטיים
עקב טמפרטורות התהליך הגבוהות שם' דיפוזיה של חומרים מסוממים במצע או זיהומים, ששימשו בתהליכים קודמים, יכולים לעבור למצע. אם SiH2קל2או SiH4משמשים שם' אין צורך בטמפרטורות כה גבוהות, ולכן משתמשים בגזים אלה בעיקר. כדי להשיג את תהליך החריטה לאחור כדי לנקות את המשטח, יש להוסיף HCl בנפרד. החיסרון של הסילאנים הזה הוא שהם יוצרים חיידקים באטמוספירה ממש לפני התצהיר, וכך איכות השכבה לא טובה כמו עם SiCl4.
לעיתים קרובות יש צורך בשכבות שלא ניתן ליצור&מספר 39 ישירות מהמצע. כדי להפקיד שכבות של סיליקון ניטריד או סיליקון אוקסיניטריד יש להשתמש בגזים המכילים את כל הרכיבים הדרושים. הגזים מפורקים באמצעות אנרגיה תרמית. זה' הוא העיקרון של התצהיר בשלב האדי הכימי: CVD. משטח הוופל אינו מגיב עם הגזים אלא משמש כשכבה תחתונה. בהתאם לפרמטרים של התהליך - לחץ, טמפרטורה - ניתן לחלק את שיטת ה- CVD בשיטות שונות ששכבותיהן שונות בצפיפות ובכיסוי. אם הצמיחה על משטחים אופקיים גבוהה כמו על משטחים אנכיים התצהיר הוא תואם.
הקונפורמיות K היא היחס בין צמיחה אנכית ואופקית,K = Rv/Rh. אם התצהיר אינו אידיאלי, הקונפורמיות קטנה מ -1 (למשלRv/Rh= 1/2 → K = 0.5). תאימות גבוהה יכולה להיות מושגת רק על ידי טמפרטורות תהליכים גבוהות.
פרופילים שניתן לדמיין
APCVD היא שיטת CVD בלחץ רגיל (לחץ אטמוספרי) המשמש לתצהיר של תחמוצות מסוממות ולא מסוממות. לתחמוצת המופקדת יש צפיפות נמוכה והכיסוי בינוני בגלל טמפרטורה נמוכה יחסית. בגלל כלים משופרים, ה- APCVD עובר רנסנס. תפוקת רקיק גבוהה היא יתרון גדול בתהליך זה.
כגזי תהליך סילאן SiH4(דליל מאוד עם חנקן N2) וחמצן O2משומשים. הגזים מפורקים תרמית בכ -400 מעלות צלזיוס ומגיבים זה עם זה ליצירת הסרט הרצוי.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105° אבא)
הוסיף אוזון אוזון3יכול לגרום לקונפורמיות טובה יותר מכיוון שהוא משפר את יכולת התנועה של החלקיקים המצטברים. התחמוצת היא נקבובית וחסרת יציבות וניתנת לצפיפות בתהליך בטמפרטורה גבוהה.
כדי להימנע מקצוות העלולים לגרום לקשיים בתצהיר של שכבות נוספות, זכוכית סיליקט זרחן (PSG) משמשת לשכבות. לכן מוסיפים פוספין ל- SiH4ו- O2כך שהתחמוצת המופקדת מכילה 4 עד 8% זרחן. כמות גבוהה של זרחן מובילה לעלייה גבוהה בתכונות הזרימה, אולם ניתן ליצור חומצה זרחנית אשר מאכלת אלומיניום (שבילי מוליך).
מכיוון שהחישול משפיע על תהליכים קודמים (למשל סימום) רק הרפיה קצרה נעשית עם מנורות ארגון חזקות (כמה hundrets קילוואט, פחות מ 10s, T=1100 ° C) במקום חישול בתהליכי תנור ארוכים.
ניתן להוסיף אנלוגי לבורן PSG בו זמנית (זכוכית סיליקט בורון זרחן, BPSG, 4% B ו -4% P).
איור של כור אופקי APCVD
ב- LPCVD משתמשים בוואקום. סרטים דקים של ניטריד סיליקון (Si3N4), אוקסיניטריד מסיליקון (SiON), SiO2und Tungsten (W) ניתן ליצור. תהליכי LPCVD מאפשרים קונפורמיות גבוהה של כמעט 1. זאת בגלל הלחץ הנמוך של 10 עד 100Pa (לחץ אטמוספרי=100.000Pa) שמוביל לתנועה לא אחידה של החלקיקים. החלקיקים מתפזרים עקב התנגשויות ומכסים משטחים אנכיים וגם אופקיים. הקונפורמיות נתמכת על ידי טמפרטורה גבוהה של עד 900 מעלות צלזיוס. בהשוואה ל- APCVD הצפיפות והיציבות גבוהים מאוד.
התגובות לסי3N4, SiON, SiO2וטונגסטן הם כדלקמן:
א) סי3N4(850 מעלות צלזיוס): 4NH3S 3SiH2קל2→סִי3N4+ 6HCl + 6H2
ב) SiON (900 מעלות צלזיוס): NH3+ SiH2קל2+ N2O→סִי3N4+ Nebenprodukte
ג) SiO2(700 מעלות צלזיוס): SiO4C8H20→SiO2+ Nebenprodukte
ד) וולפרם (400 מעלות צלזיוס): WF6+ 3H2→W + 6HF
בניגוד למבשרים גזיים המשמשים ל- Si3N4, SiON וטונגסטן, אורתוסיליקט טטראאתיל נוזלי משמש ל SiO2. חוץ מזה ישנם מקורות נוזליים אחרים כמו DTBS (SiH2C8H20) או tetramethylcyclotetrasiloxane (TMTCS, Si4O4C4H16).
ניתן לייצר סרט טונגסטן רק על סיליקון חשוף. לכן יש להוסיף סילאן אם אין מצע סיליקון.
איור של כור LPCVD לסרטי TEOS
ה- PECVD מתקיים בטמפרטורות של 250 עד 350 מעלות צלזיוס. בגלל טמפרטורות נמוכות לא ניתן לפרק את גזי התהליך בצורה תרמית. עם מתח בתדר גבוה, הגז הופך למצב פלזמה. הפלזמה אנרגטית ונמצאת על פני השטח. מכיוון שהמטליזציה, כגון אלומיניום, אינה יכולה להיחשף לטמפרטורות גבוהות, ה- PECVD משמש ל SiO2וסי3N4בתצהיר על גבי שכבות מתכת. במקום SiH2Cl2silane משמש כי הוא מתפרק בטמפרטורה נמוכה יותר. הקונפורמיות אינה טובה כמו ב- LPCVD (0.6 עד 0.8), אולם שיעור התצהיר גבוה בהרבה (0.5 מיקרון לדקה).
איור של כור PECVD
הצבת שכבות אטומית (ALD) היא תהליך CVD שונה לייצור סרטים דקים. בתהליך משתמשים בכמה גזים המובלים לסירוגין לתא התהליך. כל גז מגיב בצורה כזו שמשטח הזרם רווי, ולכן התגובה נעצרת. הגז האלטרנטיבי מסוגל להגיב עם משטח זה באותו אופן. בין התגובות של גזים אלה, המטהור מתנקה עם גז אינרטי, כמו חנקן או ארגון. תהליך ALD פשוט יכול להיראות כך:
דוגמה ספציפית לתהליך ALD היא בתצהיר של תחמוצת אלומיניום, ניתן לממש זאת באמצעות trimethylaluminum (TMA, C3H9אל) ומים (ח2O).
השלב הראשון הוא חיסול אטומי מימן אשר קשורים לחמצן על פני השטח. קבוצות המתיל (CH3) של TMA יכול להגיב עם המימן ליצירת מתאן (CH4). המולקולות הנותרות נקשרות עם החמצן הבלתי רווי.
אם אטומים אלה רוויים, אין מולקולות TMA נוספות שיכולות להגיב על פני השטח.
החדר מטוהר ואדי המים הבאים מובלים לחדר. אי פעם אטום מימן אחד של ה- H2מולקולות O יכולות כעת להגיב עם אטומי השטח שהופקעו לשעבר ליצירת מתאן, בעוד האניון ההידרוקסילי נקשר לאטומי האלומיניום.
לפיכך, ישנם אטומי מימן חדשים על פני השטח אשר יכולים להגיב בשלב אחר כך עם TMA כמו בהתחלה.
התצהיר של שכבת האטום מספק יתרונות משמעותיים על פני טכניקות בתצהיר אחרות, ולכן&# 39 הוא תהליך חשוב מאוד לייצור סרטים דקים. עם ALD ניתן להפקיד אפילו מבנים תלת מימד אחידים מאוד. סרטי בידוד אפשריים כמו גם מוליכים, אשר ניתן ליצור על מצעים שונים (מוליכים למחצה, פולימרים, ...). ניתן לשלוט על עובי הסרט בצורה מדויקת מאוד על ידי מספר המחזורים. מכיוון שהגזים התגובתיים אינם מובלים לחדר בו זמנית, הם אינם יכולים ליצור חיידקים ממש לפני התצהיר בפועל. כך איכות הסרטים גבוהה מאוד.
