Výroba čipov: Procesy tenkých vrstiev

Aký je základný úvod do procesov tenkých vrstiev?

Proces nanášania polovodičových tenkých vrstiev je základnou súčasťou modernej mikroelektronickej technológie. Zahŕňa konštrukciu zložitých integrovaných obvodov nanesením jednej alebo viacerých tenkých vrstiev materiálu na polovodičový substrát. Tieto tenké vrstvy môžu byť kovy, izolátory alebo polovodičové materiály, z ktorých každý hrá inú úlohu v rôznych vrstvách čipu, ako je vedenie, izolácia a ochrana. Kvalita týchto tenkých vrstiev priamo ovplyvňuje výkon, spoľahlivosť a cenu čipu. Preto má vývoj technológie nanášania tenkých vrstiev pre polovodičový priemysel veľký význam.

Ako sa klasifikujú procesy tenkých vrstiev?

V súčasnosti patria medzi bežné zariadenia a techniky na nanášanie tenkých vrstievFyzikálna depozícia z plynnej fázy (PVD), chemická depozícia z plynnej fázy (CVD) a depozícia z atómovej vrstvy (ALD). Tieto tri techniky sa výrazne líšia v princípoch nanášania, materiáloch, použiteľných vrstvách filmu a procesoch.

1. Physical Vapour Deposition (PVD)

Fyzikálne nanášanie pár (PVD) je čisto fyzikálny proces, pri ktorom sa materiály odparujú odparovaním alebo naprašovaním a potom kondenzujú na substráte za vzniku tenkého filmu.

Vákuové odparovanie: Materiály sa zahrievajú do odparovania za podmienok vysokého vákua a ukladajú sa na substrát.

Rozprašovanie: Plynové ióny generované výbojom plynu bombardujú cieľový materiál vysokou rýchlosťou, pričom uvoľňujú atómy, ktoré tvoria film na substráte.

Iónové pokovovanie: Kombinuje výhody vákuového naparovania a naprašovania, kde sa odparený materiál čiastočne ionizuje vo výbojovom priestore a priťahuje sa k substrátu za vzniku filmu.

Charakteristika: PVD zahŕňa iba fyzikálne zmeny bez chemických reakcií.

2. Chemical Vapour Deposition (CVD)

Chemická depozícia z plynnej fázy (CVD) je technika, ktorá zahŕňa chemické reakcie v plynnej fáze za vzniku pevných tenkých vrstiev na substráte.

Konvenčné CVD: Vhodné na nanášanie rôznych dielektrických a polovodičových filmov.

Plasma-Enhanced CVD (PECVD): Využíva plazmu na zvýšenie reakčnej aktivity, vhodné na depozíciu pri nízkych teplotách.

Vysokohustotné plazmové CVD (HDPCVD): Umožňuje simultánne nanášanie a leptanie a ponúka vynikajúce možnosti vyplnenia medzier s vysokým pomerom strán.

Sub-atmospheric CVD (SACVD): Dosahuje vynikajúce schopnosti vyplnenia otvorov pri vysokotlakových podmienkach pomocou vysoko reaktívnych kyslíkových radikálov vytvorených pri vysokých teplotách.

Metal-Organic CVD (MOCVD): Vhodné pre polovodičové materiály ako GaN.

Charakteristika: CVD zahŕňa reaktanty v plynnej fáze, ako je silán, fosfín, borán, amoniak a kyslík, vytvárajúce pevné filmy, ako sú nitridy, oxidy, oxynitridy, karbidy a polysilikón za podmienok vysokej teploty, vysokého tlaku alebo plazmy.

3. Atomic Layer Deposition (ALD)

Atomic Layer Deposition (ALD) je špecializovaná CVD technika, ktorá zahŕňa striedavé pulzné zavádzanie dvoch alebo viacerých reaktantov, čím sa dosiahne presné nanášanie jednej atómovej vrstvy.

Thermal ALD (TALD): Využíva tepelnú energiu na adsorpciu prekurzora a následné chemické reakcie na substráte.

Plasma-Enhanced ALD (PEALD): Využíva plazmu na zvýšenie reakčnej aktivity, čo umožňuje rýchlejšie nanášanie pri nižších teplotách.

Charakteristika: ALD ponúka presnú kontrolu hrúbky filmu, vynikajúcu jednotnosť a konzistenciu, vďaka čomu je veľmi vhodný na rast filmu v hlbokých výkopových štruktúrach.

Ako sa v čipoch aplikujú rôzne procesy tenkých vrstiev?

Kovové vrstvy: PVD sa primárne používa na nanášanie filmov z ultračistého kovu a nitridu prechodného kovu, ako sú hliníkové podložky, tvrdé kovové masky, medené bariérové ​​vrstvy a vrstvy medených zárodkov.

Al pad: Lepiace podložky pre DPS.

Kovová tvrdá maska: Bežne TiN, používaná vo fotolitografii.

Cu bariérová vrstva: Často TaN, zabraňuje difúzii Cu.

Cu Seed Layer: Čistá Cu alebo zliatina Cu, používaná ako vrstva semien pre následné galvanické pokovovanie.

Dielektrické vrstvy: CVD sa používa hlavne na nanášanie rôznych izolačných materiálov, ako sú nitridy, oxidy, oxynitridy, karbidy a polysilikón, ktoré izolujú rôzne komponenty obvodu a znižujú rušenie.

Gate Oxide Layer: Izoluje bránu a kanál.

Medzivrstvové dielektrikum: Izoluje rôzne kovové vrstvy.

Bariérové ​​vrstvy: PVD sa používa na zabránenie difúzie kovu a ochranu zariadení pred kontamináciou.

Cu bariérová vrstva: Zabraňuje difúzii medi a zabezpečuje výkon zariadenia.

Tvrdé masky: PVD sa používa vo fotolitografii na pomoc pri definovaní štruktúr zariadenia.

Kovová tvrdá maska: Bežne TiN, používa sa na definovanie vzorov.

Self-Aligned Double Patterning (SADP): ALD používa dištančné vrstvy na jemnejšie vzorovanie, vhodné na výrobu Fin štruktúr vo FinFET.

FinFET: Používa dištančné vrstvy na vytvorenie tvrdých masiek na okrajoch vzorov jadra, čím sa dosiahne znásobenie priestorovej frekvencie.

High-K Metal Gate (HKMG): ALD sa používa na nanášanie materiálov s vysokou dielektrickou konštantou a kovových brán, čím sa zlepšuje výkon tranzistorov, najmä v procesoch 28nm a nižších.

Dielektrická vrstva s vysokým K: HfO2 je najbežnejšou voľbou, pričom preferovanou metódou prípravy je ALD.

Metal Gate: Vyvinuté kvôli nekompatibilite Hf prvkov s polysilikónovými bránami.

Iné aplikácie: ALD sa tiež široko používa v medených prepojovacích difúznych bariérových vrstvách a iných technológiách.

Medená prepojovacia difúzna bariérová vrstva: Zabraňuje difúzii medi a chráni výkon zariadenia.

Z vyššie uvedeného úvodu môžeme pozorovať, že PVD, CVD a ALD majú jedinečné vlastnosti a výhody, ktoré zohrávajú nezastupiteľnú úlohu vo výrobe polovodičov. PVD sa používa hlavne na nanášanie kovových filmov, CVD je vhodné na nanášanie rôznych dielektrických a polovodičových filmov, zatiaľ čo ALD vyniká v pokročilých procesoch vďaka vynikajúcej kontrole hrúbky a schopnostiam krokového pokrytia. Neustály vývoj a zdokonaľovanie týchto technológií poskytuje pevný základ pre pokrok v polovodičovom priemysle.**

My v Semicorex sa špecializujeme naCVD SiC/TaC povlakové komponentypoužívané pri výrobe polovodičov, ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktný telefón: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com