Главная - Продукция - Научно-производственное оборудование - Оборудование для осаждения и травления тонких пленок - ЭЦР-оборудование

ЭЦР-оборудование

Оборудование и технологии для прецизионного плазмохимического травления и осаждения тонких пленок



В настоящее время в мире ведутся активные фундаментальные и прикладные исследования в области создания и применения приборов и устройств на основе широкозонных полупроводников, а именно нитридов третьей группы, карбида кремния и алмаза. Интерес к широкозонным полупроводникам прежде всего связан с тем, что параметры изготавливаемых по традиционной арсенид-галлиеовой и кремниевой технологии полупроводниковых устройств подошли  к физическому пределу. Транзисторы нового поколения и мощные светодиоды будут изготавливаться именно на основе широкозонных полупроводников. Перспективность применения таких полупроводниковых материалов определяется уникальным сочетанием их электрофизических и химико-технологических характеристик. Приборы, основанные на широкозонных материалах, могут эксплуатироваться в экстремальных условиях: при высоких температурах (до 300–400° С), в химически агрессивных средах и под воздействием радиации.

Другое направление развития современной микроэлектроники – это миниатюризация полупроводниковых и микромеханических устройств. Все больше элементов имеет характерный размер порядка или даже менее 100 нм.

Основными производителями технологического оборудования осаждения и травления тонких пленок являются: AIXTRON, EMCORE, Thomas Swan, Veeco, Oxford Instruments, UNAXIS, Leybold.

ФГУП ЭЗАН совместно с российской научной компанией ЭпиЛаб и Институтом проблем технологии микроэлектроники РАН (ИПТМ) и разрабатывают и изготавливают автоматизированное оборудование для прецизионного травления и осаждения тонких пленок. В данном оборудовании применяется СВЧ плазма в условиях электронного циклотронного резонанса (ЭЦР). Условием такого резонанса является совпадение частоты СВЧ накачки плазмы с собственной частотой вращения электронов плазмы в магнитном поле. Применение ЭЦР плазмы дает целый ряд преимуществ по сравнению с традиционным технологическим оборудованием. Макетные образцы ЭЦР оборудования работают в ИПТМ более 15 лет. Лаборатория Эпитаксиальных структур ИПТМ РАН собрала и поставила за рубеж порядка десяти подобных пилотных установок. Заказчиками выступили институты США, Швеции и Китая. Все установки успешно работают и используются исследовательскими группами при создании полупроводниковых и микромеханических структур для фундаментальных и прикладных исследований.

Макетная установка для эпитаксиального осаждения слоев GaN модифицированным методом MOCVD с применением ЭЦР-источника. Оборудование проходит испытания в Институте проблем технологии микроэлектроники РАН.


ЭЦР оборудование обладает рядом уникальных свойств, выделяющих его из ряда стандартного технологического оборудования:

- низкая энергия частиц, взаимодействующих с образцом (~20 эВ против сотен эВ в другом плазменном оборудовании), что снижает количество повреждений и дефектов обрабатываемых структур;
- высокая плотность плазмы (на порядок выше чем в стандартном плазменном оборудовании), что обеспечивает большее количество активных частиц в камере реактора;
- низкое давление в рабочем объеме (0,1–20 мторр против 0,1-10 торр) и длина свободного пробега частиц порядка размера камеры, что исключает протекание реакций в объеме – при этом все реакции идут на поверхности подложки и не происходит образование кластеров и других паразитный соединений;
- применение ЭЦР источника в качестве поставщика атомарного азота позволяет избежать использования аммиака при приготовлении содержащих азот структур типа III-V и нитрида кремния, что значительно упрощает работу с установкой и снижает загрязнение окружающей среды;
- источник плазмы удален от образца, что снижает степень повреждения обрабатываемой тонкопленочной структуры;
- имеется возможность анизотропного травления с применением ВЧ смещения, что позволяет проводить процессы управляемого физического распыления.


Области применения ЭЦР оборудования:

- проведение процессов деликатного и прецизионного травления полупроводниковых структур;
- проведение процессов анизотропного травления многослойных тонкопленочных структур;
- создание объектов микромеханики с характерными размерами менее 100 нм;
- пассивация мощных и малошумящих транзисторов;
- формирование межслойной и межэлементной изоляции;
- формирование высококачественных эпитаксиальных гетероструктур типа AlGaN/GaN;
- формирование микромеханических сенсоров непосредственно на кристаллах считывающих схем;
- осаждение алмазоподобных пленок; - осаждение алмазоподобных покрытий для различного инструмента;
- выращивание объемных кристаллов алмаза.

Примеры использования ЭЦРоборудования

 
Т-образные затворы малошумящего и мощного транзисторов. Ширина затвора 100 нм.



 
«Подвешенный» элемент неохлаждаемой болометрической матрицы и фрагмент «гекконового» покрытия.


 
Увеличение выходной мощности и КПД после пассивации транзистора нитридом кремния Si3N4.




Рентгенограмма эпитаксиальной пленки GaN, осажденной при 700º С в макетной установке с применением ЭЦР-источника.


Накопленный сотрудниками ИПТМ РАН опыт был дополнен техническими и технологическими решениями компании ЭпиЛаб. Для реализации проекта по разработке и изготовлению автоматизированного ЭЦР оборудования в качестве соразработчика и изготовителя выступил ФГУП ЭЗАН. Конструкторская документация на узлы и элементы установки, а также на стойку управления и программное обеспечение были созданы Специальным конструкторским бюро ЭЗАН, оснащенным самыми современными системами автоматизированного проектирования (ProEngineer и T-Flex), в котором работают высококлассные инженеры-разработчики.

Производственные мощности ЭЗАН обеспечили изготовление следующих узлов и частей установки:

- вакуумные камеры, фланцы, системы загрузки образца, несущие конструкции и т.п.;
- блоки питания и управления магнитными катушками, магнетроном и высокочастотным генератором;
- технические средства системы автоматизации.

Откачная и газовая системы установки укомплектовываются насосами, фильтрами, шиберами, клапанами и mass-flow-метрами и т.п. фирм Alcatel, Edwards MKS, SMC, Festo и др.

Конечную сборку установки осуществляли производственные подразделения ЭЗАН. 

Схематическое изображение ЭЦР установки


Состав установки:

- Аналитический узел
  • Камера загрузки
  • Рабочая камера
  • Система транспортировки и крепления образца
  • Каркас - ЭЦР источник
- Газовый блок
- Вакуумная система
- Система охлаждения
- Система питания
- Система управления

Макропараметры оборудования:

- Максимальная СВЧ мощность до 5 кВт,
- Рабочая частота 2,45 ГГц ± 10 МГц,
- Магнитное поле по оси реактора 875-920 Гаусс,
- Предельный вакуум в камерах 10 -7 торр,
- Размеры пластин: 150 мм для установки травления,
- Подложкодержатель охлаждается водой и газообразным гелием,
- Допустимое давление сжатого воздуха в пневмосистемах 6 атм,
- Допустимое давление охлаждающей воды 6 атм., температура 20º С,
- Расход охлаждающей воды 20 литров в минуту,
- Электрическая мощность 8 кВА,
- Питающее напряжение трёхфазное, 380 В,
- Вес не более 1000 кг,
- Габаритные размеры 1300х700х2000 мм.

Автоматизированная система управления:

- Управление всеми подсоединенными устройствами
- Контролирование состояние устройств
- Дублирование аппаратные блокировки - Оповещение оператора о возникновении критических ситуаций
- При необходимости произведение корректного отключения оборудования
- Работа в ручном и автоматическом режиме
- Ведение журнал событий
- Представление информации о процессе в графическом и текстовом виде
- Модули подготовки запрограммированных процессов с последующей отработкой их на эмуляторе установки.  


 
Узлы установки (высоковакуумная камера и волноводный тракт), разработанные с применением автоматизированной системы проектирования


Фрагмент электрической схемы ЭЦР оборудования





 
Общий вид автоматизированной ЭЦР установки для плазмохимического травления


Применяемые в ЭЦР оборудовании технические решения и соответствующие технологии защищены патентом Российской Федерации (№ 2216818, приоритет от 28 января 2003 года).