Sản xuất chip: Quy trình màng mỏng

Giới thiệu cơ bản về quy trình màng mỏng là gì?

Quá trình lắng đọng màng mỏng bán dẫn là một thành phần thiết yếu của công nghệ vi điện tử hiện đại. Nó liên quan đến việc xây dựng các mạch tích hợp phức tạp bằng cách đặt một hoặc nhiều lớp vật liệu mỏng lên đế bán dẫn. Những màng mỏng này có thể là kim loại, chất cách điện hoặc vật liệu bán dẫn, mỗi loại đóng một vai trò khác nhau trong các lớp khác nhau của chip, chẳng hạn như dẫn điện, cách điện và bảo vệ. Chất lượng của những màng mỏng này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, độ tin cậy và giá thành của chip. Vì vậy, sự phát triển của công nghệ lắng đọng màng mỏng có tầm quan trọng đáng kể đối với ngành bán dẫn.

Quy trình màng mỏng được phân loại như thế nào?

Hiện nay, các thiết bị và kỹ thuật lắng đọng màng mỏng chủ đạo bao gồmLắng đọng hơi vật lý (PVD), Lắng đọng hơi hóa học (CVD) và Lắng đọng lớp nguyên tử (ALD). Ba kỹ thuật này khác nhau rõ rệt về nguyên tắc lắng đọng, vật liệu, lớp màng áp dụng và quy trình.

1. Lắng đọng hơi vật lý (PVD)

Lắng đọng hơi vật lý (PVD) là một quá trình vật lý thuần túy trong đó vật liệu được hóa hơi thông qua bay hơi hoặc phún xạ và sau đó ngưng tụ trên đế để tạo thành một màng mỏng.

Bay hơi chân không: Vật liệu được nung nóng đến bay hơi trong điều kiện chân không cao và lắng đọng trên bề mặt.

Phún xạ: Các ion khí được tạo ra bằng cách phóng khí bắn phá vật liệu mục tiêu ở tốc độ cao, đánh bật các nguyên tử tạo thành màng trên đế.

Mạ ion: Kết hợp các ưu điểm của bay hơi chân không và phún xạ, trong đó vật liệu bay hơi bị ion hóa một phần trong không gian phóng điện và bị hút vào chất nền để tạo thành màng.

Đặc điểm: PVD chỉ liên quan đến những thay đổi vật lý mà không có phản ứng hóa học.

2. Lắng đọng hơi hóa học (CVD)

Lắng đọng hơi hóa học (CVD) là một kỹ thuật bao gồm các phản ứng hóa học ở pha khí để tạo thành các màng mỏng rắn trên bề mặt.

CVD thông thường: Thích hợp để lắng đọng các màng điện môi và bán dẫn khác nhau.

CVD tăng cường plasma (PECVD): Sử dụng plasma để tăng cường hoạt động phản ứng, thích hợp cho quá trình lắng đọng ở nhiệt độ thấp.

CVD plasma mật độ cao (HDPCVD): Cho phép lắng đọng và khắc đồng thời, mang lại khả năng lấp đầy khoảng trống tỷ lệ khung hình cao tuyệt vời.

CVD dưới khí quyển (SACVD): Đạt được khả năng lấp đầy lỗ tuyệt vời trong điều kiện áp suất cao bằng cách sử dụng các gốc oxy phản ứng cao được hình thành ở nhiệt độ cao.

CVD kim loại-hữu cơ (MOCVD): Thích hợp cho vật liệu bán dẫn như GaN.

Đặc điểm: CVD liên quan đến các chất phản ứng ở pha khí như silane, phosphine, borane, amoniac và oxy, tạo ra các màng rắn như nitrit, oxit, oxynitrit, cacbua và polysilicon trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao hoặc plasma.

3. Lắng đọng lớp nguyên tử (ALD)

Lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) là một kỹ thuật CVD chuyên biệt bao gồm việc đưa vào xung xen kẽ hai hoặc nhiều chất phản ứng, đạt được sự lắng đọng một lớp nguyên tử chính xác.

ALD nhiệt (TALD): Sử dụng năng lượng nhiệt để hấp phụ tiền chất và các phản ứng hóa học tiếp theo trên bề mặt.

ALD tăng cường huyết tương (PEALD): Sử dụng huyết tương để tăng cường hoạt động phản ứng, cho phép tốc độ lắng đọng nhanh hơn ở nhiệt độ thấp hơn.

Đặc điểm: ALD cung cấp khả năng kiểm soát độ dày màng chính xác, tính đồng nhất và nhất quán tuyệt vời, khiến nó rất phù hợp cho việc phát triển màng trong các cấu trúc rãnh sâu.

Các quy trình màng mỏng khác nhau được áp dụng trong chip như thế nào?

Lớp kim loại: PVD chủ yếu được sử dụng để lắng đọng kim loại siêu tinh khiết và màng nitrit kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn như miếng nhôm, mặt nạ cứng kim loại, lớp rào cản đồng và lớp hạt đồng.

Al pad: Miếng đệm liên kết cho PCB.

Mặt nạ cứng kim loại: Thường là TiN, được sử dụng trong quang khắc.

Lớp rào cản Cu: Thường là TaN, ngăn cản sự khuếch tán Cu.

Lớp hạt Cu: Hợp kim Cu hoặc Cu nguyên chất, dùng làm lớp hạt cho quá trình mạ điện tiếp theo.

Lớp điện môi: CVD chủ yếu được sử dụng để lắng đọng các vật liệu cách điện khác nhau như nitrit, oxit, oxynitrit, cacbua và polysilicon, giúp cách ly các thành phần mạch khác nhau và giảm nhiễu.

Lớp oxit cổng: Cô lập cổng và kênh.

Điện môi xen kẽ: Cô lập các lớp kim loại khác nhau.

Lớp rào cản: PVD được sử dụng để ngăn chặn sự khuếch tán kim loại và bảo vệ các thiết bị khỏi bị nhiễm bẩn.

Lớp rào cản Cu: Ngăn chặn sự khuếch tán của đồng, đảm bảo hiệu suất thiết bị.

Mặt nạ cứng: PVD được sử dụng trong quang khắc để giúp xác định cấu trúc thiết bị.

Mặt nạ cứng kim loại: Thường là TiN, dùng để xác định mẫu.

Tạo khuôn đôi tự căn chỉnh (SADP): ALD sử dụng các lớp đệm để tạo khuôn mịn hơn, phù hợp để sản xuất các cấu trúc Vây trong FinFET.

FinFET: Sử dụng các lớp đệm để tạo mặt nạ cứng ở các cạnh của mẫu lõi, đạt được phép nhân tần số không gian.

Cổng kim loại High-K (HKMG): ALD được sử dụng để lắng đọng các vật liệu có hằng số điện môi cao và cổng kim loại, cải thiện hiệu suất bóng bán dẫn, đặc biệt là trong các quy trình 28nm trở xuống.

Lớp điện môi K cao: HfO2 là lựa chọn phổ biến nhất, với ALD là phương pháp điều chế được ưa thích.

Cổng kim loại: Được phát triển do sự không tương thích của các phần tử Hf với cổng polysilicon.

Các ứng dụng khác: ALD cũng được sử dụng rộng rãi trong các lớp rào cản khuếch tán liên kết bằng đồng và các công nghệ khác.

Lớp rào cản khuếch tán kết nối đồng: Ngăn chặn sự khuếch tán đồng, bảo vệ hiệu suất thiết bị.

Từ phần giới thiệu ở trên, chúng ta có thể nhận thấy rằng PVD, CVD và ALD có những đặc điểm và ưu điểm riêng, đóng vai trò không thể thay thế trong sản xuất chất bán dẫn. PVD chủ yếu được sử dụng để lắng đọng màng kim loại, CVD phù hợp cho các lắng đọng màng điện môi và bán dẫn khác nhau, trong khi ALD vượt trội trong các quy trình tiên tiến với khả năng kiểm soát độ dày và khả năng bao phủ bước vượt trội. Sự phát triển và cải tiến liên tục của những công nghệ này mang lại nền tảng vững chắc cho sự phát triển của ngành bán dẫn.**

Chúng tôi tại Semicorex chuyên vềThành phần lớp phủ CVD SiC/TaCáp dụng trong sản xuất chất bán dẫn, nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Điện thoại liên hệ: +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com