Модули химического и плазмохимического осаждения: ACADEMVAC-CVD и ACADEMVAC-PECVD

Термическое химическое осаждение из газовой фазы (ТХО, Thermal Chemical Vapor Deposition, Thermal CVD) — ключевой метод, используемый в кластерных установках для производства микроэлектронных, оптоэлектронных и МЭМС-структур. Его значимость определяется возможностью получения высококачественных, структурно однородных и конформных плёнок широкого спектра материалов, например, диэлектриков (SiO₂, Si₃N₄), проводящих слоев (поликремний, вольфрам) и полупроводниковых соединений.

ТХО-процессы востребованы, когда необходимы строгий контроль стехиометрии, высокая чистота и стабильная структура осаждаемых покрытий. Несмотря на повышенные температуры ТХО обеспечивает высокую воспроизводимость формирования конформных слоев на сложном рельефе, что делает его незаменимым при создании элементов микроэлектронных устройств.

Плазмохимическое осаждение, или ПХО, ПХГФО (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) обладает первостепенным значением для технологических процессов микроэлектроники, фотоники и тонкоплёночных солнечных элементов благодаря способности обеспечивать низкотемпературное (<500°C) осаждение широкого класса материалов — диэлектриков, полупроводников и функциональных оксидов/нитридов — с высокой управляемостью состава и свойств.

Помимо традиционного PECVD, существует ряд модификаций, таких как PECVD ICP, PECVD CCP и их комбинация, где используется индуктивно- и/или ёмкостно-связанная плазма: это позволяет дополнительно снизить температуру процесса, повысить однородность осаждаемых слоев и расширить диапазон технологических режимов. PECVD востребовано там, где необходимо комбинировать хорошее качество плёнок с термической совместимостью подложек и высокой производительностью процесса.

С базовыми принципами технологий CVD, PECVD и PECVD ICP Вы можете ознакомиться в обзорных статьях на нашем сайте:

• Химическое осаждение из газовой фазы (CVD)
• Химическое осаждение из газовой фазы, стимулированное плазмой (PE CVD)
• Индуктивно-связанная плазма в CVD-процессах: принципы и технологии PECVD ICP

Оглавление

• Особенности, цели и задачи модуля ACADEMVAC-CVD
• Основные группы слоев, которые формируют в модуле ACADEMVAC-CVD
• Технические характеристики модуля ACADEMVAC-CVD
• Варианты исполнения модуля ACADEMVAC-CVD
• Особенности, цели и задачи модулей ACADEMVAC-PECVD
• Основные группы покрытий, формируемых в модулях PECVD
• Технические характеристики модулей ACADEMVAC-PECVD
• Состав модулей ACADEMVAC-CVD
• Комплект поставки модулей
• Преимущества перед зарубежными аналогами
• Дополнительные функции и возможности

Особенности, цели и задачи модуля ACADEMVAC-CVD

Модуль ACADEMVAC-CVD отличается применением высокотемпературного метода осаждения. В этом методе температура осаждения варьируется в диапазоне от 400 до 1200⁰С. В отличие от PECVD-методов в модуле ACADEMVAC-CVD отсутствуют устройства для усиления плазмы.

Подложка подвергается интенсивному нагреву, который служит катализатором для химических реакций. Высокая температура способствует разрыву химических связей в молекулах газа-прекурсора, что позволяет атомам или молекулам осаждаться на поверхности подложки.

Ключевым преимуществом метода ACADEMVAC-CVD является его способность обеспечивать превосходную адгезию и долговечность покрытий. Высокие температуры, используемые в процессе, способствуют глубокому взаимодействию покрытия с подложкой, что значительно улучшает механические свойства и устойчивость к внешним воздействиям.

Основные группы слоев, которые формируют в модуле ACADEMVAC-CVD

1. Изолирующие слои (SiO₂)

Плёнки SiO₂, полученные методом CVD, характеризуются высокой степенью однородности и отличными изолирующими свойствами. Процесс получения SiO₂ осуществляется путем химической реакции при температурах 950-1100⁰С (если кремний в твердой фазе):

O₂ + SiCl₄ = SiO₂ + 2Cl₂

2. Полупроводниковые слои (Si)

Пары, содержащие кремний и контролируемое количество примесей p- или n- типа в газе — носителе (обычно водород), пропускаются над нагретыми пластинами, чтобы осадить кремниевые слои с введенными примесями. Одним из основных химических процессов для получения кремния является реакция разложения силана (SiH₄):

SiH₄ + Нагрев = Si + 2H₂

Кроме того, кремний может быть получен с использованием других реактивов, таких как моносилан (SiCl₂H₂), тетрахлорсилан (SiCl₃H) и тетрахлорид кремния (SiCl₄).

3. Пассивирующие слои (Si₃N₄)

Si₃N₄ используется в качестве барьерного слоя в интегральных схемах для предотвращения диффузии примесей. Его получают реакцией силана (SiH₄) с аммиаком (NH₃). Плёнки Si₃N₄, полученные методом CVD, обладают превосходными механическими свойствами и высокой устойчивостью к износу. Процесс получения Si₃N₄ осуществляется путем реакции силана с аммиаком:

3SiH₄ + 4NH₃ = Si₃N₄ + 12H₂

4. Передовые материалы (синтетические алмазы)

Процесс химического осаждения из газовой фазы также применяется для создания современных материалов с уникальными свойствами. Примером является производство синтетических алмазов, при котором углеродсодержащие газы подвергаются термическому разложению, что приводит к образованию высококачественных алмазных плёнок.

Основным ограничением этого метода является требование к материалу подложки. Он должен обладать высокой термостойкостью и способностью выдерживать значительные температурные нагрузки без плавления, деформаций и изменения своих свойств.

Технические характеристики модуля ACADEMVAC-CVD

Технические характеристики модуля ACADEMVAC-CVD (thermal CVD) кластерной установки ACADEMVAC CLUSTER:

• Размер обрабатываемых пластин до 200 мм
• Нагрев столика до 1200⁰С
• Подача химически активных газов: N₂O, SiH₄ и др.
• Количество газовых линий: 4, возможно расширение до 16 шт.
• Подача продувочного газа: Ar, N₂
• Рабочий вакуум не хуже 2∙10⁻² Торр
• Типы загрузки: поштучная (ручная), поштучная из шлюзовой камеры, кассетная из шлюза

Варианты исполнения модуля ACADEMVAC-CVD

Модуль осаждения тонких плёнок ACADEMVAC-CVD из состава кластерной установки ACADEMVAC CLUSTER может иметь следующие варианты исполнения:

• ACADEMVAC-CVD – модуль вакуумного термического химического осаждения (thermal CVD)
• ACADEMVAC-PECVD ICP – модуль вакуумного плазмохимического осаждения с индуктивно-связанной плазмой
• ACADEMVAC-PECVD CCP – модуль вакуумного плазмохимического осаждения с ёмкостно-связанной плазмой
• ACADEMVAC-PECVD ICP CCP – модуль вакуумного плазмохимического осаждения с индуктивно-связанной плазмой и ёмкостно-связанной плазмой

Особенности, цели и задачи модулей ACADEMVAC-PECVD

Все модули ACADEMVAC-PECVD в составе кластерных вакуумных систем предназначены для формирования тонких плёнок с контролируемыми физико-химическими свойствами при сравнительно низких температурах осаждения (до 500⁰С). Применение плазменного разряда в реакционной газовой среде позволяет активировать химические реакции на поверхности подложки, обеспечивая высокую плотность и однородность покрытия при сохранении высокой скорости осаждения и низкой температуре на поверхности подложки.

В отличие от магнетронных модулей, где используется физическое распыление мишени, PECVD-модули реализуют химический механизм осаждения, что делает их незаменимыми при создании диэлектрических, барьерных и функциональных слоев на чувствительных подложках.

Основные группы покрытий, формируемых в модулях PECVD

«Модули плазмохимического осаждения — ключевые элементы кластерных вакуумных установок, обеспечивающие формирование широкого спектра покрытий — от пассивирующих и изолирующих до функциональных и полупроводниковых. Их применение позволяет создавать сложные многослойные структуры с заданными электрическими, оптическими и барьерными свойствами, что существенно расширяет технологические возможности комплекса и повышает качество конечных изделий микро- и оптоэлектроники.

Технические характеристики модулей ACADEMVAC-PECVD

Технические характеристики модулей ACADEMVAC-PECVD ICP и ACADEMVAC-PECVD CCP кластерной установки ACADEMVAC CLUSTER:

• Размер обрабатываемых пластин до 200 мм
• Нагрев столика до 300⁰С в случае осаждения
• Подача химически активных газов для осаждения: N₂O, SiH₄ и др.
• Количество газовых линий: 4, возможно расширение до 16 шт.
• Подача продувочного газа: Ar, N₂
• Рабочий вакуум не хуже 2∙10⁻² Торр
• Мощность ВЧ генератора 600-3000 Вт
• Рабочая частота системы генерации плазмы 13,56 МГц
• Типы загрузки: поштучная (ручная), поштучная из шлюзовой камеры, кассетная из шлюза

Технические характеристики модуля ACADEMVAC-PECVD ICP CCP кластерной установки ACADEMVAC CLUSTER:

• Размер обрабатываемых пластин до 200 мм
• Нагрев столика до 300⁰С в случае осаждения
• Подача химически активных газов для осаждения: N₂O, SiH₄ и др.
• Количество газовых линий: 4, возможно расширение до 16 шт.
• Подача продувочного газа: Ar, N₂
• Рабочий вакуум не хуже 2∙10⁻² Торр
• Суммарная мощность ВЧ генераторов 1200-6000 Вт
• Рабочая частота системы генерации плазмы 13,56 МГц

Состав модулей ACADEMVAC-CVD

• Вакуумная камера может быть выполнена в двух форм-факторах – купольном цилиндрическом (только для варианта исполнения ACADEMVAC-CVD) или прямоугольном с подъёмной крышкой. Камера может быть изготовлена из нержавеющей стали марки AISI304 или цельной алюминиевой заготовки в зависимости от требуемой конфигурации и варианта исполнения. Вакуумная камера имеет нагреватели для поддержания заданной температуры стенок во время процесса. Камера закреплена на раме-подставке и имеет присоединительные фланцы и смотровые окна. В нижней части камеры находится механизм подъёма подложки и вакуумные вводы для установки электронагревателей. Имеется возможность размещения лицевой стороной «сквозь стену» внутрь чистых помещений.
• Система откачки включает в себя коррозионностойкие компоненты с защитным покрытием: форвакуумный винтовой насос, насос Рутса и турбомолекулярный насос в различных сочетаниях и с разной производительностью, в зависимости от варианта исполнения, а также вакуумный шиберный затвор для всех вариантов.
• Система контроля давления состоит из вакуумметров разных диапазонов измерения, дроссельной заслонки и контроллера, поддерживающего требуемое давление в вакуумной камере путём одновременного дросселирования откачки и регулирования потоков газов в камеру при необходимости.
• Газовый душ является системой равномерной подачи технологических газов и прекурсоров в вакуумную камеру. Установочный диаметр – 290 мм. Материал изготовления – алюминиевый сплав.
• Система подачи технологических газов представляет собой отдельный шкаф, содержащий баллоны с требуемыми газами, регуляторы расхода газов (РРГ), управляемые контроллером системы контроля давления, и газовые линии.
• Система охлаждения замкнутого цикла (чиллер) поставляется во всех вариантах исполнения. Дополнительно, при необходимости, установки могут комплектоваться отдельным криочиллером для охлаждения нижнего электрода — стола для пластин.
• Система генерации плазмы входит в состав модуля в вариантах исполнения ACADEMVAC-PECVD ICP, ACADEMVAC-PECVD CCP, ACADEMVAC-PECVD ICP CCP и представляет собой ВЧ-генератор и систему согласования нагрузки. Характеристики комплектующих могут меняться в зависимости от требуемой конфигурации конкретной установки.
• Стойка управления представляет собой стойку стандартного типоразмера 19”, в которой скомпонованы основные блоки управления установкой и рабочее место оператора.
• Корпус со съемными декоративными панелями выполнен в напольном вибрационно-устойчивом исполнении и представляет собой раму-подставку для вакуумной камеры и основных технологических систем и агрегатов. Комплектуется съёмными декоративно-защитными панелями.

Комплект поставки модулей

Комплект поставки модулей включает в себя:

• Вакуумную камеру в сборе
• Систему откачки
• Систему контроля давления
• Газовый душ
• Систему подачи технологических газов
• Систему охлаждения замкнутого цикла
• Систему генерации плазмы (в зависимости от варианта исполнения)
• Стойку управления
• Корпус с декоративно-защитными панелями
• Комплект ЗИП
• Комплект эксплуатационной документации на Модуль, эксплуатационную документацию на покупные составные части изделия

Преимущества перед зарубежными аналогами

• Конструкция с отвязанными от камеры верхним и нижним электродами для независимой подачи разных потенциалов
• Конструкция верхнего электрода обеспечивает равномерную подачу газа через газовый душ и распределитель газового потока в область пластины
• Контроль температуры подложки
• Система контроля давления оборудована системой с обратной связью, состоящей из регуляторов расхода газа, мембранно-ёмкостным датчиком («баратрон») и дроссельной заслонкой
• Система охлаждения (чиллер) не требует оборотной воды
• Несколько вариантов исполнения модуля CVD: ACADEMVAC-CVD, ACADEMVAC-PECVD ICP, ACADEMVAC-PECVD CCP, ACADEMVAC-PECVD ICP CCP

Дополнительные функции и возможности

• Лазерный интерферометр – Optical end point detector (in situ) – используется для мониторинга и контроля процессов нанесения, травления
• Эллипсометр (in situ) – используется для мониторинга и контроля процессов нанесения, травления и оптических свойств получаемых покрытий
• «Колибри» или Ocean optics спектрометры – используется для определения толщины, параметров плазмы, контроля поджига
• Возможность выноса модулей в технические помещения
• Доработка ПО/интерфейса под Ваши требования
• Автоматизация на различных уровнях (от ручного до полностью автоматизированного управления)
• Возможность установки как преимущественно отечественных комплектующих, так и замены на импортные (по согласованию)
• Различные виды загрузки пластин, от ручного до SMIF-контейнеров