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原位拉曼系統(tǒng)--實時監(jiān)測半導(dǎo)體薄膜生長全過程

上海昊量光電設(shè)備有限公司 ? 2023-08-14 10:02 ? 次閱讀
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原位拉曼系統(tǒng)可以實時監(jiān)測半導(dǎo)體薄膜生長全過程,利用共聚焦拉曼光譜的“In-Situ”方式,在石英爐中原位觀察半導(dǎo)體薄膜生長過程,并且通過監(jiān)控不同的生長因素對薄膜生長的影響,優(yōu)化生長工藝,大大節(jié)省了人力、物力和調(diào)試時間。經(jīng)過實驗證明,該裝置有高度重復(fù)性,并成功幫助半導(dǎo)體薄膜材料研究課題組和多家半導(dǎo)體薄膜材料生產(chǎn)企業(yè)進行半導(dǎo)體薄膜生產(chǎn)。

在半導(dǎo)體工藝中,薄膜沉積是在半導(dǎo)體原材料硅晶圓上分階段生長薄膜的核心工藝。它在半導(dǎo)體電路之間起到區(qū)分、連接和保護作用。由于其厚度非常薄,在晶圓上形成均勻地薄膜具有很高的難度。所以在化學(xué)沉積過程中,確認薄膜材料是否正常生長,以及能否產(chǎn)生所需的特定物性,就非常重要。

為了確保薄膜沉積按照預(yù)期進行,通常將已長成的薄膜從真空化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室中取出,然后用分析儀器進行檢查。它被稱為“Ex-Situ”方法,是從外部而不是在腔室內(nèi)部進行分析。但是,從真空室中取出的薄膜可能會與大氣中的氧氣或水分接觸,從而改變物性,很難進行準確的分析。即使通過分析發(fā)現(xiàn)問題,也需要花費大量的時間和精力來確定問題發(fā)生的時間及原因。

為了解決這個問題,許勛首席研究員于3年前成立“創(chuàng)意型融合研究項目”課題,著手進行“化學(xué)沉積材料實時沉積膜監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備開發(fā)”的研究。課題結(jié)束后同步完成了分析設(shè)備的開發(fā),并與半導(dǎo)體材料企業(yè)合作進行商業(yè)化。

許勛首席研究院研究組開發(fā)的設(shè)備與以往不同,其特點是能夠?qū)崟r分析硅晶圓腔內(nèi)形成薄膜的全過程。這不是“Ex-Situ”方式,而是“In-Situ”方式。從形成薄膜到完成,可以分析整個過程的機制。制造半導(dǎo)體薄膜材料的企業(yè)、制造工藝設(shè)備的企業(yè)、三星電子或SK海力士等制造半導(dǎo)體的企業(yè)都可以派上用場。

首席研究員許勛表示:“我們開發(fā)出了可以在任何時間點觀察和分析CVD腔室的薄膜沉積過程的設(shè)備”,“不僅可以在半導(dǎo)體領(lǐng)域使用,還可以在OLED材料、二次電池用電極材料、太陽能電池用電極材料等多個領(lǐng)域使用?!?/p>

研究組利用拉曼光譜作為分析薄膜材料沉積過程的主要檢測手段。拉曼光譜法使用“拉曼效應(yīng)”,當(dāng)單色光在氣體、透明液體和固體中照射時,散射光中的波長略有不同。使用這種現(xiàn)象分析拉曼光譜可以獲得有關(guān)材料結(jié)構(gòu)的信息。在 CVD 腔室中安裝 In-situ 拉曼,就可以在形成薄膜的腔室中實時分析薄膜材料的濃度、晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性等性能。此外,還可以檢驗化學(xué)沉積過程中所需的化合物氣體、反應(yīng)氣體、薄膜生長溫度、生長時間等工藝條件,以找到最佳工藝方案。

研究組還開發(fā)了通過分析半導(dǎo)體薄膜物性來推斷遺傳率的分析技術(shù)。介電率是指在電場中產(chǎn)生電極化的程度。例如SiO2是一種傳統(tǒng)的層間絕緣材料,但由于介電率高,在實現(xiàn)高密度和高速化方面存在問題,就可以通過沉積具有低電離電特性的電介質(zhì)來補充。再通過磷酸光光譜法確定其沉積過程和處理條件的物性變化。

為了確保所需遺傳率特性的薄膜的正確產(chǎn)生,研究組將能夠產(chǎn)生紫外線(UV)區(qū)域和可見光(可見光)區(qū)域激光的拉曼光譜源組成復(fù)合型拉曼。成功的對具有低介電率特性的SiOCH薄膜形成過程和具有較高遺傳率的二氧化鈦(TiO2)薄膜形成過程進行實時監(jiān)測并對薄膜物性進行實時分析。

首席研究員許勛表示:“為了確認開發(fā)的系統(tǒng)的可重復(fù)性,通過相同工藝的薄膜生長和分析驗證了設(shè)備的可靠性”,“使用企業(yè)提供的薄膜材料樣品,成功啟動和演示了設(shè)備,確保了企業(yè)的適用性和實用性。為了滿足如三星電子、SK海力士等國內(nèi)半導(dǎo)體工藝專家的客戶要求,還主動跟蹤回訪,解決相關(guān)問題?!?/p>

研究組開發(fā)的設(shè)備還有望幫助開發(fā)新的半導(dǎo)體薄膜材料。首席研究員許勛表示:“克服了現(xiàn)有分析方法的局限性,可以減少薄膜分析的時間和精力”,“目前,由于日本出口限制,材料及零部件、設(shè)備研究開發(fā)變得尤為重要,本研究組的目標就是幫助缺乏設(shè)備開發(fā)和投資余力的中小企業(yè)開發(fā)半導(dǎo)體材料源技術(shù)。

本項目中使用的Nanobase生產(chǎn)的顯微共焦拉曼系統(tǒng)采用透射式體相全息光柵的結(jié)構(gòu)設(shè)計,和傳統(tǒng)的反射式光柵相比,效率曲線均勻,且具備更高的效率,十分擅長針對微弱信號進行探測。以較高的靈敏度和穩(wěn)定性保障了項目的順利實施。獨特的振鏡掃描技術(shù)能夠在樣品不動的情況下實現(xiàn)快速的二維成像mapping,使得原位探測的同時還可以進行成像分析成為了可能。

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XperRam系列拉曼光譜儀可以根據(jù)您的實際需求進行光源的選擇和光譜儀的配置,不僅提供更緊湊的C系列,也提供超高光譜分辨率的S系列,以優(yōu)異的性價比和靈活度在科研級拉曼市場展露頭角。

Nanobase與上海昊量合作,目前可以在上海完成您的設(shè)備定制化、原位和聯(lián)用工作,國內(nèi)外均有各種成功案例。歡迎您與我們進行更詳盡的溝通,實現(xiàn)您的更多的奇思妙想。

文中設(shè)備使用的配置:

激發(fā)光:532nm 633nm 785nm

低波數(shù)水平:10cm-1@532nm

光譜儀焦長:200mm

光譜分辨率:2cm-1

光譜重復(fù)性:0.7cm-1

空間分辨率:1.5um with 50x LW物鏡

光斑位移精度:20nm

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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