การผลิตชิป: กระบวนการฟิล์มบาง

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับกระบวนการฟิล์มบางคืออะไร?

กระบวนการสะสมฟิล์มบางของเซมิคอนดักเตอร์เป็นองค์ประกอบสำคัญของเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ มันเกี่ยวข้องกับการสร้างวงจรรวมที่ซับซ้อนโดยการฝากวัสดุบาง ๆ หนึ่งชั้นขึ้นไปไว้บนพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์ ฟิล์มบางเหล่านี้อาจเป็นโลหะ ฉนวน หรือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ โดยแต่ละชั้นมีบทบาทที่แตกต่างกันในชั้นต่างๆ ของชิป เช่น การนำไฟฟ้า ฉนวน และการป้องกัน คุณภาพของฟิล์มบางเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และราคาของชิป ดังนั้นการพัฒนาเทคโนโลยีการสะสมฟิล์มบางจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

กระบวนการฟิล์มบางถูกจำแนกประเภทอย่างไร

ปัจจุบันอุปกรณ์และเทคนิคการสะสมฟิล์มบางกระแสหลัก ได้แก่การสะสมไอทางกายภาพ (PVD), การสะสมไอสารเคมี (CVD) และการสะสมชั้นอะตอม (ALD)- เทคนิคทั้งสามนี้แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดในหลักการการสะสม วัสดุ ชั้นฟิล์มที่เกี่ยวข้อง และกระบวนการ

1. การสะสมไอทางกายภาพ (PVD)

การตกสะสมไอทางกายภาพ (PVD) เป็นกระบวนการทางกายภาพล้วนๆ โดยวัสดุจะถูกระเหยผ่านการระเหยหรือการสปัตเตอร์ แล้วควบแน่นบนพื้นผิวเพื่อสร้างฟิล์มบางๆ

การระเหยแบบสุญญากาศ: วัสดุถูกให้ความร้อนจนกลายเป็นไอภายใต้สภาวะสุญญากาศที่สูง และสะสมอยู่บนพื้นผิว

การสปัตเตอร์: ไอออนของก๊าซที่เกิดจากการปล่อยก๊าซจะโจมตีวัสดุเป้าหมายด้วยความเร็วสูง ทำให้อะตอมหลุดออกมาซึ่งก่อตัวเป็นแผ่นฟิล์มบนพื้นผิว

การชุบไอออน: รวมข้อดีของการระเหยแบบสุญญากาศและการสปัตเตอร์ โดยที่วัสดุที่ระเหยจะถูกไอออนไนซ์บางส่วนในพื้นที่ระบายออก และดึงดูดเข้ากับซับสเตรตเพื่อสร้างฟิล์ม

ลักษณะเฉพาะ: PVD เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเท่านั้นโดยไม่มีปฏิกิริยาเคมี

2. การสะสมไอสารเคมี (CVD)

การสะสมไอสารเคมี (CVD) เป็นเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีในสถานะก๊าซเพื่อสร้างฟิล์มบางแข็งบนพื้นผิว

CVD แบบธรรมดา: เหมาะสำหรับการฝากฟิล์มอิเล็กทริกและเซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ

Plasma-Enhanced CVD (PECVD): ใช้พลาสมาเพื่อเพิ่มกิจกรรมปฏิกิริยา เหมาะสำหรับการสะสมที่อุณหภูมิต่ำ

พลาสมาความหนาแน่นสูง CVD (HDPCVD): ช่วยให้เกิดการสะสมและการแกะสลักไปพร้อมๆ กัน โดยให้ความสามารถในการเติมช่องว่างอัตราส่วนภาพสูงที่ยอดเยี่ยม

CVD ใต้ชั้นบรรยากาศ (SACVD): บรรลุความสามารถในการอุดรูที่ดีเยี่ยมภายใต้สภาวะแรงดันสูง โดยการใช้อนุมูลออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยาสูงซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง

โลหะ-อินทรีย์ CVD (MOCVD): เหมาะสำหรับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เช่น GaN

ลักษณะเฉพาะ: CVD เกี่ยวข้องกับสารตั้งต้นในเฟสก๊าซ เช่น ไซเลน ฟอสฟีน โบเรน แอมโมเนีย และออกซิเจน ทำให้เกิดฟิล์มแข็ง เช่น ไนไตรด์ ออกไซด์ ออกซิไนไตรด์ คาร์ไบด์ และโพลีซิลิคอนภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ความดันสูง หรือพลาสมา

3. การสะสมของชั้นอะตอม (ALD)

การตกสะสมของชั้นอะตอม (ALD) เป็นเทคนิค CVD เฉพาะทางที่เกี่ยวข้องกับการแนะนำสารตั้งต้นตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปโดยสลับกันเป็นพัลส์ เพื่อให้ได้การสะสมของชั้นอะตอมเดี่ยวที่แม่นยำ

Thermal ALD (TALD): ใช้พลังงานความร้อนในการดูดซับสารตั้งต้นและปฏิกิริยาเคมีที่ตามมาบนพื้นผิว

Plasma-Enhanced ALD (PEALD): ใช้พลาสมาเพื่อเพิ่มกิจกรรมปฏิกิริยา ช่วยให้อัตราการสะสมเร็วขึ้นที่อุณหภูมิต่ำลง

ลักษณะเฉพาะ: ALD ให้การควบคุมความหนาของฟิล์มที่แม่นยำ ความสม่ำเสมอที่ยอดเยี่ยม และความสม่ำเสมอ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเจริญเติบโตของฟิล์มในโครงสร้างร่องลึกลึก

กระบวนการฟิล์มบางต่างๆ นำไปใช้ในชิปได้อย่างไร

ชั้นโลหะ: PVD ใช้เป็นหลักในการสะสมฟิล์มโลหะบริสุทธิ์พิเศษและฟิล์มไนไตรด์ของโลหะทรานซิชัน เช่น แผ่นอะลูมิเนียม แผ่นมาส์กแข็งที่เป็นโลหะ ชั้นกั้นทองแดง และชั้นเมล็ดทองแดง

แผ่นอัล: แผ่นประสานสำหรับ PCB

Metal Hard Mask: โดยทั่วไปคือ TiN ใช้ในการพิมพ์หินด้วยแสง

Cu Barrier Layer: มักเป็น TaN ป้องกันการแพร่กระจายของ Cu

ชั้นเมล็ด Cu: โลหะผสม Cu บริสุทธิ์หรือ Cu ใช้เป็นชั้นเมล็ดสำหรับการชุบด้วยไฟฟ้าในภายหลัง

ชั้นอิเล็กทริก: CVD ใช้เป็นหลักในการสะสมวัสดุฉนวนต่างๆ เช่น ไนไตรด์ ออกไซด์ ออกซิไนไตรด์ คาร์ไบด์ และโพลีซิลิคอน ซึ่งแยกส่วนประกอบวงจรที่แตกต่างกันและลดการรบกวน

ชั้นเกตออกไซด์: แยกเกตและช่องสัญญาณ

Interlayer Dielectric: แยกชั้นโลหะต่างๆ

ชั้นกั้น: PVD ใช้เพื่อป้องกันการแพร่กระจายของโลหะและป้องกันอุปกรณ์จากการปนเปื้อน

Cu Barrier Layer: ป้องกันการแพร่กระจายของทองแดง ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของอุปกรณ์

ฮาร์ดมาสก์: PVD ใช้ในการพิมพ์หินด้วยแสงเพื่อช่วยกำหนดโครงสร้างของอุปกรณ์

Metal Hard Mask: โดยทั่วไปคือ TiN ใช้เพื่อกำหนดรูปแบบ

Self-Aligned Double Patterning (SADP): ALD ใช้ชั้น spacer สำหรับการสร้างลวดลายที่ละเอียดยิ่งขึ้น เหมาะสำหรับการผลิตโครงสร้าง Fin ใน FinFET

FinFET: ใช้เลเยอร์ตัวเว้นวรรคเพื่อสร้างฮาร์ดมาสก์ที่ขอบของรูปแบบหลัก ทำให้เกิดการคูณความถี่เชิงพื้นที่

High-K Metal Gate (HKMG): ALD ใช้เพื่อฝากวัสดุคงที่ไดอิเล็กตริกสูงและประตูโลหะ ปรับปรุงประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์ โดยเฉพาะในกระบวนการ 28 นาโนเมตรและต่ำกว่า

ชั้นไดอิเล็กตริก High-K: HfO2 เป็นตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุด โดย ALD เป็นวิธีการเตรียมที่ต้องการ

ประตูโลหะ: พัฒนาขึ้นเนื่องจากองค์ประกอบ Hf ไม่เข้ากันกับประตูโพลีซิลิคอน

การใช้งานอื่น ๆ: ALD ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในชั้นกั้นการแพร่กระจายของการเชื่อมต่อระหว่างทองแดงและเทคโนโลยีอื่น ๆ

Copper Interconnect Diffusion Barrier Layer: ป้องกันการแพร่กระจายของทองแดง ปกป้องประสิทธิภาพของอุปกรณ์

จากบทนำข้างต้น เราจะสังเกตได้ว่า PVD, CVD และ ALD มีลักษณะเฉพาะและข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์ โดยมีบทบาทที่ไม่อาจทดแทนได้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ PVD ใช้เป็นหลักสำหรับการสะสมฟิล์มโลหะ CVD เหมาะสำหรับการสะสมฟิล์มอิเล็กทริกและเซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ ในขณะที่ ALD เป็นเลิศในกระบวนการขั้นสูงด้วยความสามารถในการควบคุมความหนาที่เหนือกว่าและความสามารถในการครอบคลุมขั้นตอน การพัฒนาและปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีเหล่านี้ทำให้เกิดรากฐานที่มั่นคงสำหรับความก้าวหน้าของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์**

พวกเราที่ Semicorex เชี่ยวชาญด้านส่วนประกอบการเคลือบ CVD SiC/TaCใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ: +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com