Что такое осаждение в производстве полупроводников? Создание чипов слой за слоем с помощью CVD и PVD

В производстве полупроводников осаждение — это фундаментальный процесс нанесения тонких слоев материала на кремниевую пластину. Это аддитивный процесс, то есть он наращивает сложную, многослойную структуру микрочипа. Он прямо противоположен травлению, которое является субтрактивным процессом, удаляющим материал для создания узоров.

Осаждение — это не одно действие, а категория высококонтролируемых методов, используемых для создания чипа слой за атомным слоем. Выбранный конкретный метод — химический или физический — является критически важным инженерным решением, которое напрямую определяет конечную производительность, надежность и стоимость полупроводникового устройства.

Основной принцип: создание чипа слой за слоем

Современный микропроцессор подобен невероятно сложному, микроскопическому небоскребу с миллиардами компонентов. Осаждение — это процесс, используемый для строительства каждого этажа и проводки между ними.

Аддитивный процесс

Представьте кремниевую пластину как фундамент здания. Осаждение — это процесс добавления нового, идеально однородного слоя материала по всей этой основе. Это может быть слой изоляции, проводящий металл или другой полупроводниковый материал.

Назначение осажденных слоев

Каждый осажденный слой выполняет определенную функцию.

• Изоляторы (диэлектрики), такие как диоксид кремния (SiO₂), предотвращают утечку электрического тока между различными компонентами.
• Проводники, такие как медь или алюминий, образуют «провода» или межсоединения, которые передают сигналы по чипу.
• Полупроводники, такие как поликремний, используются для создания самих транзисторов — переключателей включения/выключения, которые являются основой всей цифровой логики.

Ключевые методы осаждения: две основные группы

Инженеры используют две основные группы методов для осаждения этих слоев, каждый из которых имеет свои преимущества и области применения. Выбор полностью зависит от осаждаемого материала и его роли в конечном устройстве.

Химическое осаждение из газовой фазы (CVD)

При CVD пластина помещается в камеру и подвергается воздействию одного или нескольких летучих прекурсорных газов. Эти газы реагируют или разлагаются на горячей поверхности пластины, образуя желаемую твердую пленку.

Это аналогично тому, как пар конденсируется в слой воды на холодном окне, но это высококонтролируемая химическая реакция, которая создает твердую пленку вместо жидкости. Плазменно-усиленное CVD (PECVD) является распространенным вариантом, который использует плазму для обеспечения этих реакций при более низких температурах.

Физическое осаждение из газовой фазы (PVD)

При PVD осаждаемый материал начинается как твердая мишень. Эта мишень бомбардируется высокоэнергетическими ионами (обычно из аргоновой плазмы) в вакууме, что физически выбивает атомы из мишени.

Затем эти выбитые атомы перемещаются через вакуум и покрывают пластину. Наиболее распространенной формой PVD является распыление, которое можно представить как своего рода пескоструйную обработку на атомном уровне, где «песок» (выбитые атомы) накапливается, образуя новый слой на пластине.

Атомно-слоевое осаждение (ALD)

Для самых передовых применений атомно-слоевое осаждение (ALD) предлагает беспрецедентную точность. Это разновидность процесса CVD, которая наращивает материал буквально по одному атомному слою за раз, обеспечивая идеальную однородность и контроль толщины.

Понимание компромиссов

Выбор между CVD и PVD не случаен; это критически важный инженерный компромисс, основанный на требованиях к слою.

Конформное покрытие

Процессы CVD, как правило, превосходят по конформности — способности равномерно покрывать сложные трехмерные поверхности. Поскольку газы-реагенты могут проникать в крошечные траншеи и отверстия до реакции, они создают однородный слой, что важно для изоляции между плотно расположенными проводами.

Чистота и плотность

PVD часто предпочтительнее для осаждения металлических пленок, потому что это процесс физического переноса, а не химического. Это может привести к получению пленок с более высокой чистотой и плотностью, что обеспечивает лучшую электропроводность.

Температура и повреждения

Традиционные процессы CVD часто требуют очень высоких температур для протекания химических реакций. Эти температуры могут повредить ранее изготовленные слои на чипе. PVD и PECVD являются ценными альтернативами, поскольку они могут работать при гораздо более низких температурах.

Правильный выбор для вашей цели

Метод осаждения всегда выбирается для выполнения определенной функции в архитектуре чипа.

• Если ваша основная задача — создание изолирующих слоев между металлическими линиями: Вы, вероятно, будете использовать форму CVD (например, PECVD) из-за ее превосходной способности заполнять зазоры и обеспечивать равномерное покрытие.
• Если ваша основная задача — осаждение металлической проводки (межсоединений): Вы, вероятно, будете использовать PVD (распыление) для создания высокочистой, плотной и высокопроводящей пленки.
• Если ваша основная задача — создание ультратонкого, критически важного затворного оксида транзистора: Вы должны использовать атомно-слоевое осаждение (ALD) для достижения требуемой точности и совершенства на атомном уровне.

В конечном итоге, освоение осаждения является фундаментальным для всей полупроводниковой промышленности, поскольку это сам процесс, посредством которого создается чип.

Сводная таблица:

Метод	Полное название	Основной принцип	Основное применение
CVD	Химическое осаждение из газовой фазы	Газы реагируют на горячей поверхности пластины, образуя твердую пленку.	Отлично подходит для однородных изолирующих слоев (например, заполнения зазоров).
PVD	Физическое осаждение из газовой фазы	Атомы физически выбиваются из мишени для покрытия пластины.	Идеально подходит для высокочистых, проводящих металлических пленок (например, межсоединений).
ALD	Атомно-слоевое осаждение	Вариант CVD, который наращивает материал по одному атомному слою за раз.	Необходим для ультратонких, критически важных слоев, требующих идеальной точности.

Готовы оптимизировать процесс производства полупроводников?

Выбор правильной технологии осаждения имеет решающее значение для производительности и выхода ваших устройств. Эксперты KINTEK специализируются на предоставлении высококачественного лабораторного оборудования и расходных материалов, адаптированных к точным потребностям исследований и разработок, а также производства полупроводников.

Мы понимаем критические компромиссы между CVD, PVD и ALD. Позвольте нам помочь вам выбрать идеальное решение для вашего конкретного применения, будь то осаждение изолирующих диэлектриков или высокопроводящих металлических межсоединений.

Свяжитесь с нашей командой сегодня, чтобы обсудить, как наши решения могут расширить возможности вашей лаборатории и продвинуть ваши инновации вперед.

Связаться сейчас