Front-end proces in de chipfabricage: dunne-film depositie

Front-endproces in chipfabricage: dunne film afzetting

Geïntegreerde schakelingen bestaan uit vele complexe en verfijnde fabricage-stappen, waaronder dunne filmverwijdering is een van de meest kritische technologieën.Het doel van dunne film afzetting is het bouwen van meerlagige stapels in halfgeleiderapparaten en zorgen voor isolatie tussen lagen van metaalOp het oppervlak van de wafer worden afwisselend meerdere geleidende metalen lagen en dielektrische isolerende lagen gestapeld.Deze worden vervolgens selectief verwijderd via herhaalde etseringsprocessen om een 3D-structuur te vormen.

De term dun verwijst doorgaans naar films met een dikte van minder dan 1 micron, die niet kunnen worden geproduceerd door conventionele mechanische bewerking.Het proces van het vastmaken van deze moleculaire of atoomfilms op het oppervlak van de wafer wordt ontbinding genoemd.

Afhankelijk van het onderliggende principe worden dunne filmdepositietechnieken in het algemeen ingedeeld in:

• Chemische dampafzetting (CVD)

• Fysieke dampafzetting (PVD)

• Afzetting van de atoomlaag (ALD)

Naarmate de dunne filmtechnologie is geëvolueerd, zijn er verschillende afzettingssystemen ontstaan om verschillende stappen van de waferfabricatie te bedienen.

▌Fysieke dampafzetting (PVD)

PVD verwijst naar een groep op vacuüm gebaseerde processen waarbij fysieke middelen worden gebruikt om het doelmateriaal (vast of vloeibaar) te verdampen tot atomen of moleculen, of deze gedeeltelijk te ioniseren,en ze door een gas of plasma onder lage druk vervoeren om functionele films op het substraat te deponeren.

Tot de gebruikelijke PVD-methoden behoren:

• Verdampingsafzetting

• Depositie van sputters

• Plasmaplasma-afzetting door boog

• Ionplating

• Moleculaire straal-epitaxie (MBE)

PVD wordt gekenmerkt door:

• Hoge filmzuiverheid

• Stabiele filmkwaliteit

• Lagere verwerkingstemperaturen

• Hoge depositopercentages

• Relatief lage productiekosten

PVD wordt hoofdzakelijk gebruikt voor het deponeren van metalen folies en is niet geschikt voor isolerende folies.Ze brengen kinetische energie over naar het doeloppervlak., maar de positieve ionen die voornamelijk worden gebruikt om metalen folies te deponeren, verzamelen zich op het oppervlak.Deze ophoping van lading genereert een elektrisch veld dat inkomende ionen afstoot en uiteindelijk het sputteringsproces stopt.

● Vacuüm verdampen

In een vacuümomgeving wordt het doelmateriaal verwarmd en verdampt. Atomen of moleculen verdampen van het oppervlak en reizen met minimale botsing door het vacuüm om zich op het substraat af te leggen.De gebruikelijke verwarmingsmethoden zijn::

• Resistieve verwarming

• Hoogfrequente inductie

• Elektronenstraal, laserstraal of ionstraal bombardement

● Afzetting door spatter

In het vacuüm bombarderen hoogenergetische deeltjes (typisch Ar+ ionen) het doeloppervlak, waardoor atomen worden uitgeworpen en op het substraat worden afgezet.

● Ionenbekleding

Ionplating maakt gebruik van plasma om het coatingmateriaal te ioniseren tot ionen en neutrale atomen met een hoge energie.

▌Chemische dampafzetting (CVD)

CVD maakt gebruik van chemische reacties om dunne films te deponeren.Deze gassen reageren chemisch om de gewenste vaste film op het substraat te vormen, terwijl de bijproducten uit de kamer worden afgevoerd.

CVD heeft veel varianten, afhankelijk van de aandoeningen:

• CVD onder atmosferische druk (APCVD)

• CVD onder lage druk (LPCVD)

• Plasma-verbeterde CVD (PECVD)

• PECVD met een hoge dichtheid (HDPECVD)

• Metalen-organische CVD (MOCVD)

• Afzetting van de atoomlaag (ALD)

CVD-films vertonen over het algemeen:

• Hoge zuiverheid

• Superieure prestaties
  Het is de belangrijkste methode voor het vervaardigen van metalen, dielectrische en halfgeleiderfilms in chipproductie.

● APCVD

Geproduceerd onder atmosferische druk en 400°C tot 800°C, gebruikt voor de productie van films zoals:

• met een breedte van niet meer dan 50 mm

• polycrystallisch silicium

• Siliciumdioxide (SiO2)

• Doped SiO2

● LPCVD

Gebruikt bij processen van > 90 nm voor de productie van:

• SiO2, PSG/BPSG

• Siliciumnitride (Si3N4)

• Polysilicium

● PECVD

Op grote schaal gebruikt in knopen van 28 ̊90 nm voor het deponeren van dielectrische en halfgeleidermaterialen.
Voordelen:

• Lagere afzettingstemperaturen

• Hoger filmdichtheid en zuiverheid

• Snellere depositopercentages
  PECVD-systemen zijn in vergelijking met APCVD en LPCVD de meest gebruikte dunne film gereedschappen in fabrieken geworden.

▌Afzetting van de atoomlaag (ALD)

ALD is een speciaal type CVD dat ultradunne filmgroei mogelijk maakt door via zelfbeperkende oppervlakte-reacties één atoomlaag tegelijk te deponeren.

In tegenstelling tot conventionele CVD wisselt ALD van voorloperpuls af. Elke laag wordt gevormd door een sequentiële oppervlakte-reactie met de eerder gedeponeerde laag.

• Beheersing van de dikte op atoomschaal

• Conforme dekking

• Filmen zonder gaten

ALD ondersteunt de afspraak van:

• Metalen

• Oxiden

• Carbiden, nitriden, sulfiden, siliciden

• met een vermogen van niet meer dan 50 W

Naarmate de integratiedichtheid toeneemt en de grootte van de apparaten krimpen, vervangen dielektrische elementen met een hoge k-waarde SiO2 in transistorpoorten.ALD's uitstekende stappendekking en nauwkeurige diktecontrole maken het ideaal voor geavanceerde fabricage van apparaten en wordt steeds vaker gebruikt in de geavanceerde chipproductie.

▌Vergelijking van afzettingstechnologieën

●Film afzetting prestaties

(Hier kunt u een vergelijkende tabel van conformiteit, diktecontrole, trapdekking enz. plaatsen.)

● Technologieën en toepassingen

(In te voegen tabel met PVD versus CVD versus ALD gebruik gevallen)

● Uitrusting en mogelijkheden

(In te voegen tabel met vergelijking van de afzetting, temperaturen, uniformiteit, kosten)

Conclusies

De vooruitgang van de technologieën voor dunne folie-afzetting is van essentieel belang voor de verdere ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie.het mogelijk maken van verdere innovatie en verfijning in de productie van geïntegreerde schakelingen.