Chipproductie: dunnefilmprocessen

Wat is de basisinleiding tot dunnefilmprocessen?

Het dunnefilmafzettingsproces van halfgeleiders is een essentieel onderdeel van de moderne micro-elektronicatechnologie. Het omvat het construeren van complexe geïntegreerde schakelingen door een of meer dunne lagen materiaal op een halfgeleidersubstraat aan te brengen. Deze dunne films kunnen metalen, isolatoren of halfgeleidermaterialen zijn, die elk een andere rol spelen in verschillende lagen van de chip, zoals geleiding, isolatie en bescherming. De kwaliteit van deze dunne films heeft een directe invloed op de prestaties, betrouwbaarheid en kosten van de chip. Daarom is de ontwikkeling van dunnefilmdepositietechnologie van groot belang voor de halfgeleiderindustrie.

Hoe worden dunnefilmprocessen geclassificeerd?

Momenteel omvatten de reguliere apparatuur en technieken voor dunne-filmdepositie:Fysische dampafzetting (PVD), chemische dampafzetting (CVD) en atomaire laagafzetting (ALD). Deze drie technieken verschillen aanzienlijk wat betreft hun depositieprincipes, materialen, toepasbare filmlagen en processen.

1. Fysische dampafzetting (PVD)

Physical Vapour Deposition (PVD) is een puur fysisch proces waarbij materialen worden verdampt door verdamping of sputteren en vervolgens op het substraat worden gecondenseerd om een ​​dunne film te vormen.

Vacuümverdamping: Materialen worden onder hoogvacuümomstandigheden verwarmd tot verdamping en op het substraat afgezet.

Sputteren: Gasionen gegenereerd door gasontlading bombarderen het doelmateriaal met hoge snelheid, waardoor atomen loskomen die een film op het substraat vormen.

Ionenplating: combineert de voordelen van vacuümverdamping en sputteren, waarbij het verdampte materiaal gedeeltelijk wordt geïoniseerd in de ontladingsruimte en door het substraat wordt aangetrokken om een ​​film te vormen.

Kenmerken: PVD brengt alleen fysieke veranderingen met zich mee, zonder chemische reacties.

2. Chemische dampafzetting (CVD)

Chemical Vapour Deposition (CVD) is een techniek waarbij chemische reacties in de gasfase betrokken zijn om vaste dunne films op het substraat te vormen.

Conventionele CVD: Geschikt voor het afzetten van diverse diëlektrische en halfgeleiderfilms.

Plasma-Enhanced CVD (PECVD): Gebruikt plasma om de reactieactiviteit te verbeteren, geschikt voor afzetting bij lage temperatuur.

High-Density Plasma CVD (HDPCVD): Maakt gelijktijdige afzetting en etsen mogelijk en biedt uitstekende mogelijkheden voor het opvullen van gaten met een hoge aspectverhouding.

Sub-atmosferische CVD (SACVD): Bereikt uitstekende gatenvullende eigenschappen onder hoge drukomstandigheden door gebruik te maken van zeer reactieve zuurstofradicalen die bij hoge temperaturen worden gevormd.

Metaal-organische CVD (MOCVD): Geschikt voor halfgeleidermaterialen zoals GaN.

Kenmerken: Bij CVD zijn reactanten in de gasfase betrokken, zoals silaan, fosfine, boraan, ammoniak en zuurstof, waardoor vaste films zoals nitriden, oxiden, oxynitriden, carbiden en polysilicium worden geproduceerd onder omstandigheden van hoge temperatuur, hoge druk of plasma.

3. Atomaire laagafzetting (ALD)

Atomic Layer Deposition (ALD) is een gespecialiseerde CVD-techniek waarbij twee of meer reactanten afwisselend gepulseerd worden geïntroduceerd, waardoor een nauwkeurige afzetting in één atomaire laag wordt bereikt.

Thermische ALD (TALD): Gebruikt thermische energie voor adsorptie van precursoren en daaropvolgende chemische reacties op het substraat.

Plasma-Enhanced ALD (PEALD): Maakt gebruik van plasma om de reactieactiviteit te verbeteren, waardoor snellere afzettingssnelheden bij lagere temperaturen mogelijk zijn.

Kenmerken: ALD biedt nauwkeurige controle van de filmdikte, uitstekende uniformiteit en consistentie, waardoor het zeer geschikt is voor filmgroei in diepe sleufconstructies.

Hoe worden verschillende dunnefilmprocessen toegepast in chips?

Metaallagen: PVD wordt voornamelijk gebruikt voor het afzetten van ultrazuivere metaal- en overgangsmetaalnitridefilms, zoals aluminium pads, harde metalen maskers, koperen barrièrelagen en koperen zaadlagen.

Al pad: Bondingpads voor PCB's.

Metaalhardmasker: gewoonlijk TiN, gebruikt in fotolithografie.

Cu-barrièrelaag: Vaak voorkomt TaN Cu-diffusie.

Cu-zaadlaag: Zuiver Cu of Cu-legering, gebruikt als zaadlaag voor daaropvolgende galvanisering.

Diëlektrische lagen: CVD wordt voornamelijk gebruikt voor het afzetten van verschillende isolatiematerialen zoals nitriden, oxiden, oxynitriden, carbiden en polysilicium, die verschillende circuitcomponenten isoleren en interferentie verminderen.

Gate Oxide Layer: Isoleert de gate en het kanaal.

Tussenlaag diëlektricum: Isoleert verschillende metaallagen.

Barrièrelagen: PVD wordt gebruikt om metaaldiffusie te voorkomen en apparaten tegen vervuiling te beschermen.

Cu-barrièrelaag: voorkomt koperdiffusie en garandeert de prestaties van het apparaat.

Harde maskers: PVD wordt gebruikt in fotolithografie om apparaatstructuren te helpen definiëren.

Metal Hard Mask: Meestal TiN, gebruikt om patronen te definiëren.

Self-Aligned Double Patterning (SADP): ALD gebruikt afstandslagen voor fijnere patronen, geschikt voor het vervaardigen van vinstructuren in FinFET's.

FinFET: gebruikt afstandslagen om harde maskers te creëren aan de randen van kernpatronen, waardoor ruimtelijke frequentievermenigvuldiging wordt bereikt.

High-K Metal Gate (HKMG): ALD wordt gebruikt om materialen en metalen poorten met een hoge diëlektrische constante af te zetten, waardoor de prestaties van de transistor worden verbeterd, vooral bij processen van 28 nm en lager.

Diëlektrische laag met hoge K: HfO2 is de meest gebruikelijke keuze, waarbij ALD de bereidingsmethode is die de voorkeur heeft.

Metal Gate: Ontwikkeld vanwege de incompatibiliteit van Hf-elementen met polysiliciumpoorten.

Andere toepassingen: ALD wordt ook veel gebruikt in koperen interconnectie-diffusiebarrièrelagen en andere technologieën.

Copper Interconnect Diffusion Barrier Layer: Voorkomt koperdiffusie en beschermt de prestaties van het apparaat.

Uit de bovenstaande inleiding kunnen we opmaken dat PVD, CVD en ALD unieke kenmerken en voordelen hebben en een onvervangbare rol spelen in de productie van halfgeleiders. PVD wordt voornamelijk gebruikt voor de afzetting van metaalfilms, CVD is geschikt voor verschillende diëlektrische en halfgeleiderfilmafzettingen, terwijl ALD uitblinkt in geavanceerde processen met zijn superieure diktecontrole en stapdekkingsmogelijkheden. De voortdurende ontwikkeling en verfijning van deze technologieën vormen een solide basis voor de vooruitgang van de halfgeleiderindustrie.**

Wij van Semicorex zijn gespecialiseerd inCVD SiC/TaC-coatingcomponententoegepast in de productie van halfgeleiders. Als u vragen heeft of aanvullende informatie nodig heeft, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen.

Contacttelefoon: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com