Что такое процесс осаждения в производстве полупроводниковых пластин? Руководство по созданию слоев чипа с помощью CVD и PVD

В производстве полупроводниковых пластин осаждение — это фундаментальный процесс нанесения тонкой пленки материала на поверхность кремниевой пластины. Эти слои, которые могут быть металлами, изоляторами или полупроводниками, являются основными строительными блоками, используемыми для создания сложных трехмерных структур интегральных схем, таких как транзисторы и их соединительная проводка.

Суть полупроводникового производства — это цикл добавления и удаления материалов для создания микроскопического города на кремниевой пластине. Осаждение — это «строительный» этап — точное нанесение каждого нового слоя, который в конечном итоге станет функциональной частью чипа.

Почему осаждение является краеугольным камнем производства чипов

Осаждение — это не просто нанесение покрытия; это высококонтролируемый инженерный процесс, предназначенный для создания слоев с определенными, предсказуемыми свойствами. Каждая нанесенная пленка выполняет определенную функцию в конечном устройстве.

Цель: создание многослойной схемы

Современные микросхемы не плоские. Это невероятно сложные 3D-структуры, часто состоящие из более чем 100 различных слоев, наложенных друг на друга. Осаждение — это процесс, используемый для послойного создания каждой из этих структур.

Создание проводящих и изолирующих слоев

Основная функция этих пленок — контроль потока электричества.

• Изоляторы, такие как диоксид кремния, наносятся для предотвращения протекания электрического тока там, где это нежелательно.
• Проводники, такие как медь или вольфрам, наносятся для формирования «проводов», соединяющих миллионы или миллиарды транзисторов на чипе.
• Полупроводники, такие как поликремний, наносятся для формирования критически важных компонентов самих транзисторов, например, затвора.

Улучшение свойств подложки

Помимо проводимости, нанесенные пленки могут защищать нижележащие слои от химического или физического повреждения во время последующих этапов производства, или они могут быть специально разработаны для взаимодействия со светом определенным образом для оптических применений.

Основные методологии осаждения

Хотя цель всегда состоит в добавлении пленки, используемый метод сильно зависит от осаждаемого материала и требуемых характеристик пленки, таких как ее чистота и однородность. Двумя доминирующими методами являются химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и физическое осаждение из паровой фазы (PVD).

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)

CVD — это процесс, использующий химические реакции для создания пленки. Реагирующие газы вводятся в камеру, содержащую пластину. Эти газы адсорбируются на горячей поверхности пластины, вступают в реакцию с образованием твердой пленки, а затем выделяются газообразные побочные продукты, которые удаляются из камеры.

Этот процесс отлично подходит для создания высокооднородных пленок, которые могут идеально повторять сложную, неровную поверхность пластины — свойство, известное как высокая конформность.

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD)

PVD, напротив, является механическим или физическим процессом. Наиболее распространенной формой является распыление (sputtering).

1. В камере создается высокий вакуум для удаления загрязняющих веществ.
2. Вводится инертный газ, такой как аргон, для создания плазмы.
3. Эта плазма используется для бомбардировки «мишени», изготовленной из материала, который необходимо осадить.
4. Бомбардировка физически выбивает атомы из мишени, которые затем перемещаются и покрывают пластину, образуя тонкую пленку.

PVD часто описывается как процесс «прямой видимости», аналогичный распылению краски, поскольку распыленные атомы движутся по относительно прямой линии от мишени к пластине.

Понимание компромиссов: CVD против PVD

Выбор между CVD и PVD включает в себя критические компромиссы, связанные с конкретным создаваемым слоем. Не существует единственного «лучшего» метода; выбор диктуется инженерными требованиями данного конкретного этапа.

Качество пленки и конформность

CVD превосходно справляется с покрытием сложной топографии, поскольку реагирующие газы могут проникать и реагировать в глубоких канавках и сложных формах. Природа прямой видимости PVD может привести к более тонким покрытиям на боковых стенках канавки и более толстым покрытиям сверху, что может вызвать проблемы.

Температура и тепловой бюджет

Процессы CVD часто требуют высоких температур для инициирования необходимых химических реакций. Это может быть существенным ограничением, поскольку тепло может потенциально повредить или изменить слои, которые уже были изготовлены на пластине. Многие процессы PVD могут работать при значительно более низких температурах, сохраняя целостность существующих структур.

Выбор материала

Основным фактором является осаждаемый материал. CVD идеально подходит для сложных материалов, таких как диоксид кремния (SiO₂) или нитрид кремния (Si₃N₄). PVD, особенно распыление, очень эффективно для осаждения чистых металлов и сплавов, обеспечивая превосходный контроль над чистотой пленки.

Как применить это к вашей цели

Выбор метода осаждения — это стратегическое решение, основанное на конкретных требованиях к слою пленки, который вы создаете.

• Если ваша основная цель — создание однородного изолирующего слоя поверх сложной топографии: CVD часто является лучшим выбором из-за его превосходной конформности, обеспечивающей равномерное покрытие везде.
• Если ваша основная цель — осаждение чистой металлической пленки для проводки или контактов: PVD/распыление обеспечивает высокую чистоту и точный контроль в процессе, который часто лучше совместим с чувствительными к температуре структурами устройства.
• Если ваша основная цель — управление тепловым бюджетом для защиты ранее существовавших слоев: Более низкая температура процесса PVD может стать критическим преимуществом по сравнению с высокотемпературным процессом CVD.

В конечном счете, осаждение — это универсальный и незаменимый инструмент, позволяющий производителям чипов точно создавать основные слои, которые питают всю современную электронику.

Сводная таблица:

Метод осаждения	Основной сценарий использования	Ключевое преимущество	Что следует учитывать
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)	Изолирующие слои (например, SiO₂), покрытия с высокой конформностью	Отличное покрытие сложных 3D-структур	Часто требует высоких температур
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD/Распыление)	Проводящие металлические слои (например, Cu, W), контакты	Высокая чистота материала, процесс при более низкой температуре	Покрытие прямой видимости может привести к неравномерному покрытию боковых стенок

Готовы создавать чипы следующего поколения?

Точное нанесение тонких пленок имеет решающее значение для успеха вашего полупроводникового производства. KINTEK специализируется на предоставлении высокопроизводительного лабораторного оборудования и расходных материалов для передовых процессов осаждения, включая системы CVD и PVD.

Мы помогаем нашим лабораторным партнерам достигать превосходного качества пленки, однородности и выхода годных. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить, как наши решения могут удовлетворить ваши конкретные потребности в производстве полупроводниковых пластин.

Свяжитесь с KINTEK для консультации

Визуальное руководство