Application de l'ozone dans le procédé CVD des semi-conducteurs

Le dépôt chimique en phase vapeur est l'une des techniques les plus utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs pour déposer divers matériaux.

Y compris les matériaux isolants, la plupart des matériaux métalliques et les matériaux en alliage métallique.

En bref, il s'agit du processus d'introduction de deux ou plusieurs matières premières gazeuses dans une chambre de réaction, où une réaction chimique se produit pour déposer un nouveau matériau sur la surface du cristal.

Mais en fait, les réactions qui se produisent dans la chambre de réaction sont très complexes et limitées par diverses conditions. Telles que le débit de gaz, le rapport, la pression, la température, la distance entre la cathode et l'anode, ou s'il existe des sources d'énergie supplémentaires telles que l'énergie du plasma et la tension de polarisation.

La technologie CVD est classée par type de réaction ou par pression, y compris le CVD basse pression (LPCVD), le CVD à pression atmosphérique (APCVD), le CVD à pression sous-atmosphérique (SACVD), le CVD à ultra-vide (UHCVD), le CVD amélioré par plasma (PECVD), le CVD à plasma haute densité (HDPCVD) et le CVD thermique rapide (RTCVD), le CVD à opportunité de métal (MOCVD), etc.

L'ozone, en raison de sa forte capacité d'oxydation, est souvent utilisé pour fournir de l'oxygène comme l'un des réactifs, qui se combine avec différents matériaux chimiques pour former un dépôt de verre.

TEOS+O3→SiO2 USG, silicium non dopé

TEPO+TEOS+O3 → Verre dopé au phosphore PSG

TEB+TEPO+TEOS+O3 → verre borophosphaté BPSG

Le TEB et le TEPO peuvent également être remplacés par le TMB TMP, qui sont tous deux des lipides organiques à base de silicium contenant du bore ou du phosphore

Certaines usines utilisent également ses propriétés oxydantes pour réaliser des procédés de traitement par voie humide via des cuves acides (Wet Bench), mais cette année, il a été remplacé par le peroxyde d'hydrogène en raison de sa stabilité et de la complexité du système de contrôle.

Prenons l'exemple du système SACVD. Le dépôt chimique en phase vapeur (SACVD) à pression atmosphérique est utilisé pour les réactions chimiques. La pression dans la chambre de réaction atteint souvent 200 Torr, voire plus de 600 Torr ; on parle alors de dépôt chimique en phase vapeur sous-atmosphérique (CVD).

Formé par la réaction de l'orthosilicate de tétraéthyle (TEOS) et de l'ozone appliqué directement à une certaine température (généralement 400 °C ou 480 °C) et pression (généralement 450 Torr ou 200 Torr)

Le TEOS est liquide à température ambiante et nécessite qu'un vecteur tel que l'hélium gazeux soit poussé vers un dispositif de conversion liquide-gaz spécifique (tel qu'une vanne d'injection ou un réservoir à bulles) à basse pression et chauffé à environ 110 degrés Celsius, puis passé à travers un débitmètre de liquide précis/contrôleur de débit massique dans la chambre de réaction.

L'oxygène de haute pureté fourni par le système de gestion de l'usine est dosé par le MFC, puis acheminé vers le générateur d'ozone. Le rapport d'ajout d'une petite quantité d'azote gazeux affecte directement le processus de réaction chimique dans la chambre de réaction ; la concentration d'ozone est donc cruciale. En raison de l'instabilité de l'ozone (les atomes d'oxygène peuvent se séparer et se recombiner en molécules d'oxygène à tout moment), le générateur d'ozone doit maintenir un état de fonctionnement stable pour obtenir une concentration stable du mélange d'ozone. La pression à l'entrée et à la sortie du gaz, ainsi que la température du générateur, doivent être strictement contrôlées. Par exemple, pour appliquer un contrôle précis de la température, un refroidisseur est nécessaire pour contrôler le processus d'échange thermique dans la chambre du générateur.

L'ozone généré par le générateur d'ozone est généralement d'environ 13 % dans le mélangeur O2/O3. Afin de réaliser une surveillance en ligne, l'application de détecteurs d'ozone a été introduite.

En utilisant un tube de dérivation à la sortie d'un générateur d'ozone et en échantillonnant à travers un spectromètre avec une fenêtre en quartz, un spectre spécifique peut être obtenu en transmettant une lumière ultraviolette d'une certaine longueur d'onde à travers le gaz, vérifiant ainsi la teneur massique en ozone dans le gaz.

En mode veille, le mélange d'ozone pénètre en continu dans la vanne de dérivation, puis fusionne avec le gaz de dérivation utilisé par le détecteur d'ozone en ligne. Le flux traverse le destructeur d'O3 du dispositif de décomposition des gaz résiduaires (un dispositif de filtration en nid d'abeille contenant du dioxyde de manganèse) pour favoriser la dégradation de l'ozone en oxygène, qui est évacué dans la canalisation d'échappement générale du procédé.

Lorsque l'ozone est nécessaire à la réaction du procédé, la vanne de dérivation Diver sera contrôlée par une vanne électromagnétique pour basculer vers le côté menant à la chambre de réaction, guidant le mélangeur pour participer à la réaction. Le gaz restant de la réaction passera par la pompe à vide du procédé avec d'autres sous-produits de réaction, puis sera traité pour le gaz de queue par la tour de lavage centrale.

Afin de garantir l'efficacité du traitement du destructeur de gaz d'échappement 03, un détecteur de faible concentration d'ozone résiduel en ligne peut être installé. La méthode courante d'absorption ultraviolette (loi de Bilombo) utilise une lumière ultraviolette de longueur d'onde caractéristique pour irradier le gaz détecté, et le signal obtenu est converti et comparé pour garantir la sécurité des gaz d'échappement émis vers l'échappement général.

En raison des différentes conditions de réaction, le matériel requis varie également en conséquence. Le SACVD peut être grossièrement divisé en

1. Mainframe (MAINFRAME)

2. Armoire de commande électrique (contrôleur)

3. Chambre de traitement

4. Armoire de contrôle du gaz (GASPANEL)

5. Équipements auxiliaires : échangeur de chaleur, générateur d'ozone, pompe à vide, etc.