Chip Manufacturing: Thin Film Processes

Ποια είναι η βασική εισαγωγή στις διεργασίες λεπτής μεμβράνης;

Η διαδικασία εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης ημιαγωγών είναι ένα ουσιαστικό συστατικό της σύγχρονης τεχνολογίας μικροηλεκτρονικής. Περιλαμβάνει την κατασκευή πολύπλοκων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με την εναπόθεση ενός ή περισσότερων λεπτών στρωμάτων υλικού σε ένα υπόστρωμα ημιαγωγών. Αυτές οι λεπτές μεμβράνες μπορεί να είναι μέταλλα, μονωτές ή υλικά ημιαγωγών, με το καθένα να παίζει διαφορετικό ρόλο σε διάφορα στρώματα του τσιπ, όπως αγωγιμότητα, μόνωση και προστασία. Η ποιότητα αυτών των λεπτών μεμβρανών επηρεάζει άμεσα την απόδοση, την αξιοπιστία και το κόστος του τσιπ. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη της τεχνολογίας απόθεσης λεπτής μεμβράνης είναι σημαντική για τη βιομηχανία ημιαγωγών.

Πώς ταξινομούνται οι διεργασίες λεπτής μεμβράνης;

Επί του παρόντος, ο κύριος εξοπλισμός και οι τεχνικές εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης περιλαμβάνουνΦυσική εναπόθεση ατμών (PVD), εναπόθεση χημικών ατμών (CVD) και εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD). Αυτές οι τρεις τεχνικές διαφέρουν σημαντικά ως προς τις αρχές εναπόθεσής τους, τα υλικά, τα εφαρμοστέα στρώματα φιλμ και τις διαδικασίες τους.

1. Φυσική εναπόθεση ατμών (PVD)

Η φυσική εναπόθεση ατμών (PVD) είναι μια καθαρά φυσική διαδικασία όπου τα υλικά εξατμίζονται μέσω εξάτμισης ή ψεκασμού και στη συνέχεια συμπυκνώνονται στο υπόστρωμα για να σχηματίσουν ένα λεπτό φιλμ.

Εξάτμιση υπό κενό: Τα υλικά θερμαίνονται μέχρι εξάτμισης υπό συνθήκες υψηλού κενού και εναποτίθενται στο υπόστρωμα.

Εκτόξευση: Τα ιόντα αερίου που παράγονται από την εκκένωση αερίου βομβαρδίζουν το υλικό στόχο με υψηλή ταχύτητα, αποσπώντας άτομα που σχηματίζουν μια μεμβράνη στο υπόστρωμα.

Επιμετάλλωση ιόντων: Συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της εξάτμισης υπό κενό και της ψεκασμού, όπου το εξατμισμένο υλικό ιονίζεται εν μέρει στο χώρο εκκένωσης και έλκεται στο υπόστρωμα για να σχηματίσει ένα φιλμ.

Χαρακτηριστικά: Το PVD περιλαμβάνει μόνο φυσικές αλλαγές χωρίς χημικές αντιδράσεις.

2. Εναπόθεση χημικών ατμών (CVD)

Η χημική εναπόθεση ατμών (CVD) είναι μια τεχνική που περιλαμβάνει χημικές αντιδράσεις σε αέρια φάση για το σχηματισμό στερεών λεπτών μεμβρανών στο υπόστρωμα.

Συμβατικό CVD: Κατάλληλο για εναπόθεση διαφόρων μεμβρανών διηλεκτρικών και ημιαγωγών.

CVD με πλάσμα ενισχυμένο (PECVD): Χρησιμοποιεί το πλάσμα για να ενισχύσει τη δραστηριότητα της αντίδρασης, κατάλληλο για εναπόθεση σε χαμηλή θερμοκρασία.

CVD Plasma High-Density (HDPCVD): Επιτρέπει την ταυτόχρονη εναπόθεση και χάραξη, προσφέροντας εξαιρετικές δυνατότητες πλήρωσης κενών με υψηλή αναλογία.

Sub-Atmospheric CVD (SACVD): Επιτυγχάνει εξαιρετικές δυνατότητες πλήρωσης οπών υπό συνθήκες υψηλής πίεσης, χρησιμοποιώντας ρίζες οξυγόνου υψηλής αντίδρασης που σχηματίζονται σε υψηλές θερμοκρασίες.

Metal-Organic CVD (MOCVD): Κατάλληλο για ημιαγωγικά υλικά όπως το GaN.

Χαρακτηριστικά: Η CVD περιλαμβάνει αντιδρώντα αέριας φάσης όπως σιλάνιο, φωσφίνη, βοράνιο, αμμωνία και οξυγόνο, παράγοντας στερεές μεμβράνες όπως νιτρίδια, οξείδια, οξυνιτρίδια, καρβίδια και πολυπυρίτιο υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής πίεσης ή πλάσματος.

3. Εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD)

Η εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) είναι μια εξειδικευμένη τεχνική CVD που περιλαμβάνει εναλλασσόμενες παλμικές εισαγωγές δύο ή περισσότερων αντιδραστηρίων, επιτυγχάνοντας ακριβή εναπόθεση μονής στοιβάδας.

Θερμική ALD (TALD): Χρησιμοποιεί θερμική ενέργεια για την προσρόφηση προδρόμων και τις επακόλουθες χημικές αντιδράσεις στο υπόστρωμα.

Ενισχυμένη με πλάσμα ALD (PEALD): Χρησιμοποιεί το πλάσμα για να ενισχύσει τη δραστηριότητα της αντίδρασης, επιτρέποντας ταχύτερους ρυθμούς εναπόθεσης σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.

Χαρακτηριστικά: Το ALD προσφέρει ακριβή έλεγχο πάχους μεμβράνης, εξαιρετική ομοιομορφία και συνέπεια, καθιστώντας το εξαιρετικά κατάλληλο για ανάπτυξη φιλμ σε δομές βαθιάς τάφρου.

Πώς εφαρμόζονται διάφορες διεργασίες λεπτής μεμβράνης στα τσιπ;

Μεταλλικά στρώματα: Το PVD χρησιμοποιείται κυρίως για την εναπόθεση εξαιρετικά καθαρών μεμβρανών νιτριδίου μετάλλου και μετάλλου μεταπτώσεως, όπως επιθέματα αλουμινίου, μεταλλικές σκληρές μάσκες, στρώματα φραγμού χαλκού και στρώματα σπόρων χαλκού.

Al pad: Τακάκια συγκόλλησης για PCB.

Μεταλλική Σκληρή Μάσκα: Συνήθως TiN, που χρησιμοποιείται στη φωτολιθογραφία.

Cu Barrier Layer: Συχνά TaN, εμποδίζει τη διάχυση Cu.

Cu Seed Layer: Καθαρό κράμα Cu ή Cu, που χρησιμοποιείται ως στρώμα σπόρων για επακόλουθη ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση.

Διηλεκτρικά στρώματα: Το CVD χρησιμοποιείται κυρίως για την εναπόθεση διαφόρων μονωτικών υλικών όπως νιτρίδια, οξείδια, οξυνιτρίδια, καρβίδια και πολυπυρίτιο, τα οποία απομονώνουν διαφορετικά εξαρτήματα κυκλώματος και μειώνουν τις παρεμβολές.

Gate Oxide Layer: Απομονώνει την πύλη και το κανάλι.

Διηλεκτρικό ενδιάμεσο στρώμα: Απομονώνει διαφορετικά μεταλλικά στρώματα.

Στρώματα φραγμού: Το PVD χρησιμοποιείται για την πρόληψη της διάχυσης μετάλλων και την προστασία των συσκευών από τη μόλυνση.

Cu Barrier Layer: Αποτρέπει τη διάχυση του χαλκού, διασφαλίζοντας την απόδοση της συσκευής.

Σκληρές μάσκες: Το PVD χρησιμοποιείται στη φωτολιθογραφία για να βοηθήσει στον καθορισμό των δομών της συσκευής.

Μεταλλική σκληρή μάσκα: Συνήθως TiN, που χρησιμοποιείται για τον καθορισμό μοτίβων.

Αυτοευθυγραμμισμένο διπλό μοτίβο (SADP): Το ALD χρησιμοποιεί διαχωριστικά στρώματα για λεπτότερα σχέδια, κατάλληλα για την κατασκευή δομών πτερυγίων σε FinFET.

FinFET: Χρησιμοποιεί διαχωριστικά στρώματα για να δημιουργήσει σκληρές μάσκες στις άκρες των βασικών μοτίβων, επιτυγχάνοντας πολλαπλασιασμό χωρικής συχνότητας.

High-K Metal Gate (HKMG): Το ALD χρησιμοποιείται για την εναπόθεση υλικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς και μεταλλικές πύλες, βελτιώνοντας την απόδοση του τρανζίστορ, ειδικά σε διεργασίες 28nm και κάτω.

Διηλεκτρικό στρώμα υψηλής K: Το HfO2 είναι η πιο κοινή επιλογή, με την ALD να είναι η προτιμώμενη μέθοδος παρασκευής.

Μεταλλική Πύλη: Αναπτύχθηκε λόγω της ασυμβατότητας των στοιχείων Hf με πύλες πολυπυριτίου.

Άλλες εφαρμογές: Το ALD χρησιμοποιείται επίσης ευρέως σε στρώματα φραγμού διάχυσης διασύνδεσης χαλκού και σε άλλες τεχνολογίες.

Copper Interconnect Diffusion Barrier Layer: Αποτρέπει τη διάχυση του χαλκού, προστατεύοντας την απόδοση της συσκευής.

Από την παραπάνω εισαγωγή, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι τα PVD, CVD και ALD έχουν μοναδικά χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα, παίζοντας αναντικατάστατους ρόλους στην κατασκευή ημιαγωγών. Το PVD χρησιμοποιείται κυρίως για εναπόθεση μεταλλικών φιλμ, το CVD είναι κατάλληλο για διάφορες αποθέσεις διηλεκτρικών και ημιαγωγών φιλμ, ενώ το ALD υπερέχει στις προηγμένες διαδικασίες με τον ανώτερο έλεγχο πάχους και τις δυνατότητες κάλυψης βημάτων. Η συνεχής ανάπτυξη και τελειοποίηση αυτών των τεχνολογιών παρέχει μια σταθερή βάση για την πρόοδο της βιομηχανίας ημιαγωγών.**

Εμείς στη Semicorex ειδικευόμαστε σεΣυστατικά επίστρωσης CVD SiC/TaCεφαρμόζεται στην κατασκευή ημιαγωγών, εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή χρειάζεστε πρόσθετες λεπτομέρειες, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας.

Τηλέφωνο επικοινωνίας: +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com