Una introducción a las técnicas de deposición epitaxi en la fabricación de semiconductores

En el procesamiento de semiconductores,fotolitografíayel grabadoPero justo al lado de ellos hay otra categoría crucial:deposición de epitaxia.

¿Por qué son esenciales estos procesos de deposición en la fabricación de chips?

Aquí hay una analogía: imaginen un pan plano plano y cuadrado. Sin ningún topping, es suave y sin importancia. Algunas personas prefieren poner mejor el maní en la superficie.Otros prefieren dulce y sirope.Estos recubrimientos cambian dramáticamente el sabor y el carácter del pan plano.pan planorepresenta elel substrato, y elRevestimientorepresenta unacapa funcionalAl igual que los diferentes aditivos crean diferentes sabores, las diferentes películas depositadas confieren propiedades eléctricas u ópticas completamente diferentes a la oblea base.

En la fabricación de semiconductores, una amplia gama decapas funcionalesCada tipo de capa requiere un método de deposición específico. En este artículo presentamos brevemente varias técnicas de deposición ampliamente utilizadas, incluyendo:

• Se trata de un sistema de control.(Deposición química de vapor metálico-orgánico)
• Dispersión por pulverización magnética
• PECVD(Deposición química de vapor reforzada por plasma)

1. Deposición química de vapor metálico-orgánico (MOCVD)

El MOCVD es una técnica crítica para la deposición de materiales de alta calidad.las capas de semiconductores epitaxiales.Estas películas monocristalinas sirven como capas activas en LED, láseres y otros dispositivos de alto rendimiento.

Un sistema MOCVD estándar consta de cinco subsistemas principales, cada uno de los cuales desempeña un papel esencial y coordinado para garantizar la seguridad, precisión y reproducibilidad del proceso de crecimiento:

(1) Sistema de suministro de gas

Este subsistema controla con precisión el flujo, el tiempo y la proporción de varios gases de proceso introducidos en el reactor.

• Líneas de gas portadoras(normalmente N2 o H2)
• Líneas de suministro de precursores orgánicos y metálicos, a menudo a través deLas demás máquinas y aparatos para la fabricación de máquinas
• Fuentes de gas hidrógeno(por ejemplo, NH3, AsH3, PH3)
• Los demás aparatos de transmisión de gasespara controlar las vías de crecimiento/purga

(2) Sistema del reactor

El reactor es el núcleo del sistema MOCVD, donde se produce el crecimiento epitaxial real.

• A. NoSusceptor de grafito recubierto con SiCque sostiene el sustrato
• A. NoSistema de calefacción(por ejemplo, radiofrecuencias o calentadores resistivos) para controlar la temperatura del sustrato
• Sensores de temperatura(termopares o pirómetros infrarrojos)
• Puertos de visión ópticospara el diagnóstico in situ
• Sistemas automatizados de manipulación de obleaspara una carga/descarga eficiente del sustrato

(3) ElSistema de control de procesos

Todo el proceso de crecimiento se gestiona mediante una combinación de:

• Los demás aparatos y aparatos para la fabricación de la siguiente clase:
• Control de caudal de masa (MFC)
• Los reguladores de presión
• A. Nocomputadora hostpara la gestión de recetas y el seguimiento en tiempo real

Estos sistemas aseguran un control preciso de la temperatura, las tasas de flujo y el tiempo en cada etapa del proceso.

(4) Sistema de seguimiento in situ

Para mantener la calidad y la consistencia de la película, se integran herramientas de monitorización en tiempo real, tales como:

• Sistemas de reflectometríapara el seguimientocapa epitaxialespesor y tasa de crecimiento
• Sensores de arco de obleaspara detectar tensión o curvatura
• Los demás aparatos para la fabricación de piezascon compensación de reflectividad para una medición precisa de la temperatura

Estas herramientas permiten ajustes inmediatos del proceso, mejorando la uniformidad y la calidad del material.

(5) Sistema de reducción de gases de escape

Los subproductos tóxicos y pirofóricos generados durante el proceso, como el arsino o la fosfina, deben neutralizarse.

• Las demás máquinas de limpieza
• Oxidantes térmicos
• Máquinas de limpieza de productos químicos

Estos garantizan el cumplimiento de las normas de seguridad y medioambientales.

Configuración del reactor de cabeza de ducha de acoplamiento cerrado (CCS)

Muchos sistemas MOCVD avanzados adoptan unaCuello de ducha de acoplamiento cerrado (CCS)En esta configuración, una placa de cabeza de ducha inyecta los gases del grupo III y del grupo V por separado, pero muy cerca del sustrato giratorio.

Esto minimizareacciones en fase gaseosa parasitariay mejoraeficiencia de utilización de los precursoresLa corta distancia entre la cabeza de ducha y la oblea garantiza una distribución uniforme del gas a través de la superficie de la oblea.rotación del susceptorreduce la variación de la capa de frontera, mejorando aún máscapa epitaxialuniformidad del espesor.

Dispersión por pulverización magnética

Dispersión por pulverización magnéticaes un método ampliamente utilizadodeposición física de vapor (PVD)La técnica de fabricación de capas funcionales y recubrimientos superficiales utiliza un campo magnético para aumentar la eyección de átomos o moléculas de un material.material objetivo, que luego se depositan en unel substratoEste método se aplica ampliamente en la fabricación de dispositivos semiconductores, recubrimientos ópticos, películas cerámicas y más.

Principio de funcionamiento del pulverizador magnético

Selección del material objetivo

ElobjetivoEl material de origen que debe depositarse en el sustrato.el metal,de aleación,el óxido,el nitruroEl objetivo está montado en un dispositivo conocido comocatodo de magnetrón.

Medio ambiente en vacío

El proceso de pulverización se lleva a cabo bajoBajo vacíoEl objetivo es reducir al mínimo las interacciones no deseadas entre los gases de proceso y los contaminantes ambientales.la purezayla uniformidadde la película depositada.

Generación de plasma

UnGas inerte, por lo generalArgón (Ar), se introduce en la cámara y se ioniza para formar unel plasmaEste plasma se compone deiones Ar+ cargados positivamenteyelectrones libres, que son esenciales para iniciar el proceso de pulverización.

Aplicación del campo magnético

A. Nocampo magnéticoEste campo magnético atrapa los electrones cerca del objetivo, aumentando su longitud de trayectoria y mejorando la eficiencia de ionización, lo que conduce a unaplasma densoregión conocida comoPlasma de magnetrón.

Proceso de pulverización

Los iones Ar+ se aceleran hacia la superficie de blanco sesgada negativamente, bombardeándola y desalojando átomos del objetivo a través detransferencia de impulsoEstos átomos o grupos expulsados viajan a través de la cámara y se condensan en el sustrato, formando uncapa de película funcional.

Deposición química de vapor reforzada por plasma (PECVD)

Deposición química de vapor reforzada por plasma (PECVD)es una técnica ampliamente utilizada para depositar una variedad de películas finas funcionales, tales comoel silicio (Si),Nitruro de silicio (SiNx), ydióxido de silicio (SiO2)A continuación se muestra un diagrama esquemático de un sistema PECVD típico.
 

Principio de trabajo

En el PECVD, los precursores gaseosos que contienen los elementos de película deseados se introducen en una cámara de deposición al vacío.Descarga de luzSe genera mediante una fuente de energía externa, que excita los gases en unestado plasmáticoLas especies reactivas en el plasma son sometidas areacciones químicas, lo que conduce a la formación de una película sólida en elsuperficie del sustrato.

La excitación del plasma se puede lograr utilizando diferentes fuentes de energía, incluyendo:

• Excitación por radiofrecuencia (RF),
• Excitación de alta tensión de corriente continua (CC)
• Excitación pulsada
• Excitación por microondas

El PECVD permite el crecimiento de películas conexcelencia de la uniformidadAdemás, esta técnica proporciona una gran variedad deadhesión de película fuertey soportesAltas tasas de depósitoEn relaciónBajas temperaturas del sustrato, por lo que es adecuado para aplicaciones sensibles a la temperatura.

Mecanismo de deposición

El proceso de formación de película de PECVD generalmente implica tres pasos clave:

Paso 1: generación de plasma
Bajo la influencia de un campo electromagnético, se inicia una descarga de brillo, formando un plasma.electronescolisionan con las moléculas de gas precursor, iniciandoreacciones primariasque descomponen los gases enIones,los radicales, yespecies activas.

Paso 2: Transporte y reacciones secundarias
Los productos de la reacción primaria migran hacia el sustrato.reacciones secundariasSe producen entre las especies activas, generando intermedios adicionales o compuestos formadores de película.

Paso 3: Reacción superficial y crecimiento de la película
Al llegar a la superficie del sustrato, ambosprimarioyespecies secundariassonadsorbidoy reaccionan químicamente con la superficie, formando una película sólida.subproductos volátilesde la reacción se liberan en la fase gaseosa y se bomban fuera de la cámara.

Este proceso de varios pasos permite un control preciso de las propiedades de la película, tales como:espesor,densidad,composición química, yla uniformidad¢convertir la PECVD en una tecnología crítica en laFabricación de semiconductores,energía fotovoltaica,MEMS, yrevestimientos ópticos.