Výroba čipů: Procesy tenkého filmu

Jaký je základní úvod do procesů tenkého filmu?

Proces depozice polovodičových tenkých vrstev je nezbytnou součástí moderní mikroelektronické technologie. Zahrnuje konstrukci složitých integrovaných obvodů nanesením jedné nebo více tenkých vrstev materiálu na polovodičový substrát. Tyto tenké vrstvy mohou být kovy, izolátory nebo polovodičové materiály, z nichž každý hraje jinou roli v různých vrstvách čipu, jako je vodivost, izolace a ochrana. Kvalita těchto tenkých filmů přímo ovlivňuje výkon, spolehlivost a cenu čipu. Proto má vývoj technologie nanášení tenkých vrstev pro polovodičový průmysl značný význam.

Jak jsou klasifikovány procesy tenkého filmu?

V současné době mezi běžné zařízení a techniky nanášení tenkých vrstev patříFyzikální depozice z plynné fáze (PVD), chemická depozice z plynné fáze (CVD) a depozice z atomové vrstvy (ALD). Tyto tři techniky se výrazně liší v principech depozice, materiálech, použitelných vrstvách filmu a procesech.

1. Physical Vapour Deposition (PVD)

Fyzikální depozice z plynné fáze (PVD) je čistě fyzikální proces, při kterém se materiály odpařují odpařováním nebo naprašováním a poté kondenzují na substrátu za vzniku tenkého filmu.

Vakuové odpařování: Materiály jsou zahřívány k odpařování za podmínek vysokého vakua a nanášeny na substrát.

Rozprašování: Ionty plynu generované výbojem plynu bombardují materiál terče vysokou rychlostí a uvolňují atomy, které tvoří film na substrátu.

Iontové pokovování: Kombinuje výhody vakuového napařování a naprašování, kdy je odpařený materiál částečně ionizován ve výbojovém prostoru a přitahován k substrátu za vzniku filmu.

Charakteristika: PVD zahrnuje pouze fyzikální změny bez chemických reakcí.

2. Chemical Vapour Deposition (CVD)

Chemická depozice z plynné fáze (CVD) je technika, která zahrnuje chemické reakce v plynné fázi za vzniku pevných tenkých filmů na substrátu.

Konvenční CVD: Vhodné pro nanášení různých dielektrických a polovodičových filmů.

Plasma-Enhanced CVD (PECVD): Využívá plazmu ke zvýšení reakční aktivity, vhodné pro nízkoteplotní depozici.

High-Density Plasma CVD (HDPCVD): Umožňuje současné nanášení a leptání a nabízí vynikající možnosti vyplňování mezer s vysokým poměrem stran.

Sub-atmospheric CVD (SACVD): Dosahuje vynikající schopnosti vyplňování otvorů za podmínek vysokého tlaku pomocí vysoce reaktivních kyslíkových radikálů vznikajících při vysokých teplotách.

Metal-Organic CVD (MOCVD): Vhodné pro polovodičové materiály jako GaN.

Charakteristika: CVD zahrnuje reaktanty v plynné fázi, jako je silan, fosfin, boran, čpavek a kyslík, produkující pevné filmy jako nitridy, oxidy, oxynitridy, karbidy a polysilikon za podmínek vysoké teploty, vysokého tlaku nebo plazmy.

3. Atomic Layer Deposition (ALD)

Atomic Layer Deposition (ALD) je specializovaná CVD technika, která zahrnuje střídavé pulzní zavádění dvou nebo více reaktantů, čímž se dosahuje přesné depozice jedné atomové vrstvy.

Thermal ALD (TALD): Využívá tepelnou energii pro adsorpci prekurzoru a následné chemické reakce na substrátu.

Plasma-Enhanced ALD (PEALD): Využívá plazmu ke zvýšení reakční aktivity, což umožňuje rychlejší nanášení při nižších teplotách.

Charakteristika: ALD nabízí přesnou kontrolu tloušťky filmu, vynikající jednotnost a konzistenci, díky čemuž je velmi vhodný pro růst filmu v hlubokých výkopových strukturách.

Jak se u čipů aplikují různé procesy tenkého filmu?

Kovové vrstvy: PVD se primárně používá k nanášení filmů ultračistého kovu a nitridu přechodných kovů, jako jsou hliníkové podložky, kovové tvrdé masky, měděné bariérové ​​vrstvy a vrstvy měděných jader.

Al pad: Lepící podložky pro DPS.

Metal Hard Mask: Běžně TiN, používaný ve fotolitografii.

Cu bariérová vrstva: Často TaN, zabraňuje difúzi Cu.

Cu Seed Layer: Čistá Cu nebo slitina Cu, používaná jako vrstva jádra pro následné galvanické pokovování.

Dielektrické vrstvy: CVD se používá hlavně pro nanášení různých izolačních materiálů, jako jsou nitridy, oxidy, oxynitridy, karbidy a polysilikon, které izolují různé součásti obvodu a snižují rušení.

Gate Oxide Layer: Izoluje bránu a kanál.

Mezivrstvové dielektrikum: Izoluje různé kovové vrstvy.

Bariérové ​​vrstvy: PVD se používá k zabránění difúze kovu a ochraně zařízení před kontaminací.

Cu bariérová vrstva: Zabraňuje difúzi mědi a zajišťuje výkon zařízení.

Tvrdé masky: PVD se používá ve fotolitografii k definování struktur zařízení.

Metal Hard Mask: Běžně TiN, používaný k definování vzorů.

Self-Aligned Double Patterning (SADP): ALD používá distanční vrstvy pro jemnější vzorování, vhodné pro výrobu Fin struktur ve FinFETech.

FinFET: Používá distanční vrstvy k vytvoření tvrdých masek na okrajích vzorů jádra, čímž se dosáhne znásobení prostorové frekvence.

High-K Metal Gate (HKMG): ALD se používá k nanášení materiálů s vysokou dielektrickou konstantou a kovových hradel, čímž se zlepšuje výkon tranzistorů, zejména v procesech 28nm a nižších.

Dielektrická vrstva s vysokým K: Nejběžnější volbou je HfO2, přičemž preferovanou metodou přípravy je ALD.

Metal Gate: Vyvinuto kvůli nekompatibilitě Hf prvků s polysilikonovými hradly.

Další aplikace: ALD je také široce používán v měděných propojovacích difúzních bariérových vrstvách a dalších technologiích.

Měděná propojovací difúzní bariérová vrstva: Zabraňuje difúzi mědi a chrání výkon zařízení.

Z výše uvedeného úvodu můžeme pozorovat, že PVD, CVD a ALD mají jedinečné vlastnosti a výhody a hrají nezastupitelnou roli ve výrobě polovodičů. PVD se používá hlavně pro nanášení kovových filmů, CVD je vhodné pro různé nanášení dielektrických a polovodičových filmů, zatímco ALD vyniká v pokročilých procesech díky vynikající kontrole tloušťky a schopnostem krokového pokrytí. Neustálý vývoj a zdokonalování těchto technologií poskytuje pevný základ pro pokrok v polovodičovém průmyslu.**

My v Semicorex se specializujeme naCVD SiC/TaC povlakové komponentypoužívá se při výrobě polovodičů, pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com