Proces Front-End w Produkcji Układów Scalonych: Osadzanie Cienkich Warstw

Proces Front-End w produkcji chipów: Depozycja cienkiej folii

Obwody zintegrowane składają się z wielu skomplikowanych i wyrafinowanych etapów wytwarzania, wśród których rozkład cienkich folii jest jedną z najważniejszych technologii.Celem osadzenia cienkich folii jest zbudowanie wielowarstwowych stosów w urządzeniach półprzewodnikowych i zapewnienie izolacji między warstwami metaluNa powierzchni płytki umieszczane są wielokrotnie przewodzące warstwy metalowe i warstwy izolacyjne dielektryczne.Następnie są one selektywnie usuwane poprzez powtarzające się procesy grafowania w celu utworzenia struktury 3D.

Pojęcie cienkie odnosi się zazwyczaj do folii o grubości mniejszej niż 1 mikron, których nie można wytworzyć za pomocą konwencjonalnego obróbki mechanicznej.Proces przymocowania tych molekularnych lub atomowych folii do powierzchni płytki nazywa się złożeniem.

W zależności od podstawowej zasady techniki osadzenia cienkich folii są ogólnie klasyfikowane na:

• Depozycja par chemicznych (CVD)

• Depozycja fizyczna pary (PVD)

• Depozycja warstwy atomowej (ALD)

Wraz z rozwojem technologii cienkich folii pojawiły się różne systemy osadzania, które służą różnym etapom produkcji płytek.

▌Depozycja fizyczna pary (PVD)

PVD odnosi się do grupy procesów bazujących na próżni, które wykorzystują środki fizyczne do parowania materiału docelowego (stałego lub ciekłego) na atomy lub cząsteczki lub ich częściowego jonizowania,i transportować je przez gaz niskiego ciśnienia lub plazmę w celu osadzania funkcjonalnych folii na podłożu.

Do powszechnych metod PVD należą:

• Depozycja parowa

• Depozycja sputtera

• Depozycja plazmy łukowej

• Płyty jonowe

• Epitaxia wiązki molekularnej (MBE)

PVD charakteryzuje się:

• Wysoka czystość folii

• Stabilna jakość folii

• Niższe temperatury przetwarzania

• Wysoki wskaźnik depozytów

• Stosunkowo niskie koszty produkcji

PVD jest wykorzystywany głównie do osadzania folii metalowych, a nie nadaje się do folii izolacyjnych.Przenoszą energię kinetyczną na powierzchnię celu., ale jony dodatnie, których używa się głównie do osadzania folii metalowych, gromadzą się na powierzchni.To nagromadzenie ładunku generuje pole elektryczne, które odpycha przychodzące jony i ostatecznie zatrzymuje proces rozpylania.

● Wyparowanie próżni

W środowisku próżniowym materiał docelowy podgrzewa się i odparowuje.Do najczęstszych metod ogrzewania należą::

• Podgrzewanie oporowe

• Indukcja wysokiej częstotliwości

• Bombowanie wiązką elektronów, wiązką laserową lub wiązką jonową

● Depozycja rozpylacza

W próżni cząstki o wysokiej energii (zwykle jony Ar+) bombardują powierzchnię docelową, powodując wyrzucanie atomów i odkładanie ich na podłożu.

● Płyty jonowe

Płaty jonowe wykorzystują plazmę do jonizacji materiału powłokowego na jony i wysokoenergetyczne neutralne atomy.

▌Depozycja par chemicznych (CVD)

CVD wykorzystuje reakcje chemiczne do odkładania cienkich filmów.Gazy te reagują chemicznie, tworząc pożądaną warstwę stałą na podłożu, podczas gdy produkty uboczne są wyprowadzane z komory.

CVD obejmuje wiele wariantów w zależności od warunków:

• CVD ciśnienia atmosferycznego (APCVD)

• CVD niskiego ciśnienia (LPCVD)

• Wzmocniona przez plazmę CVD (PECVD)

• PECVD o wysokiej gęstości (HDPECVD)

• CVD metalowo-organiczne (MOCVD)

• Depozycja warstwy atomowej (ALD)

Filmy CVD zazwyczaj wykazują:

• Wysoka czystość

• Wyższe osiągi
  Jest to główna metoda wytwarzania płyt metalowych, dielektrycznych i półprzewodnikowych w produkcji chipów.

● APCVD

Wykonywane przy ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze 400-800 °C, stosowane do produkcji filmów takich jak:

• Węgiel, włączając

• Węgiel poliaminowy

• Dwutlenek krzemu (SiO2)

• Doping SiO2

● LPCVD

Wykorzystywane w procesach > 90 nm do produkcji:

• SiO2, PSG/BPSG

• Nitrid krzemu (Si3N4)

• Pozostałe

● PECVD

Szeroko stosowane w węzłach 28 ̊90 nm do osadzania materiałów dielektrycznych i półprzewodników.
Zalety:

• Niższe temperatury osadzenia

• Wyższa gęstość i czystość folii

• Szybsze stawki depozytów
  Systemy PECVD stały się najczęściej stosowanymi narzędziami z cienkim filmem w fabrykach w porównaniu z APCVD i LPCVD.

▌Depozycja warstwy atomowej (ALD)

ALD jest specjalnym typem CVD, który umożliwia wzrost ultracienkiej folii poprzez odkładanie jednej warstwy atomowej na raz poprzez samoograniczające się reakcje powierzchniowe.

W przeciwieństwie do konwencjonalnej choroby sercowo-naczyniowej, ALD wymienia impulsy prekursorów. Każda warstwa powstaje w wyniku sekwencyjnej reakcji powierzchniowej z wcześniej osadzoną warstwą.

• Kontrola grubości w skali atomowej

• Obejście zgodne z wymogami

• Filmy bez otworów szpilkowych

ALD wspiera złożenie zeznań:

• Metali

• Oksydy

• Węglowodany, azotyny, siarczany, silikany

• Półprzewodniki i superprzewodniki

Wraz ze wzrostem gęstości integracji i zmniejszaniem wielkości urządzeń, dielektryki o wysokim k zastępują SiO2 w bramach tranzystorów.Doskonałe pokrycie stopnia ALD i precyzyjna kontrola grubości sprawiają, że jest idealny do zaawansowanej produkcji urządzeń i jest coraz częściej stosowany w produkcji najnowocześniejszych chipów.

▌Porównanie technologii osadzania

●Wykonanie odłożenia filmu

(W tym miejscu można umieścić porównawczą tabelę zgodności, kontroli grubości, pokrycia stopnia itp.)

● Technologie i zastosowania

(Wprowadzenie tabeli przedstawiającej przypadki stosowania PVD vs CVD vs ALD)

● Wyposażenie i możliwości

(Wprowadzenie tabeli porównującej tempo osadzenia, temperatury, jednolitość, koszty)

Wniosek

Rozwój technologii osadzania cienkich folii jest niezbędny dla dalszego rozwoju przemysłu półprzewodnikowego.umożliwiające dalsze innowacje i doskonalenie w produkcji układów scalonych.