Каков процесс осаждения в полупроводниках? Создание точных тонких пленок для ваших ИС

В производстве полупроводников осаждение — это фундаментальный процесс нанесения тонких слоев материала на кремниевую пластину. Это чисто аддитивный процесс, при котором такие материалы, как изоляторы, проводники или полупроводники, наращиваются или наносятся на поверхность пластины, часто по несколько атомных слоев за раз. Это основной метод построения сложных многослойных структур, из которых состоят современные интегральные схемы.

Ключевая концепция, которую необходимо понять, заключается в том, что осаждение заключается в добавлении однородного слоя материала к пластине. Это отличается от фотолитографии (создание рисунка на слое) и травления (селективное удаление частей слоя), которые являются отдельными последующими этапами в последовательности изготовления.

Основная функция осаждения

Построение схемы слой за слоем

Представьте себе микропроцессор как микроскопический многоэтажный небоскреб. Осаждение — это процесс добавления каждого нового этажа (изолирующего слоя) или проводки внутри стен (проводящего слоя).

Этот процесс повторяется сотни раз для построения сложной вертикальной структуры современного чипа. Качество и точность каждого нанесенного слоя имеют первостепенное значение для конечной производительности устройства.

Почему тонкие пленки необходимы

Тонкие пленки, создаваемые методом осаждения, выполняют определенные критически важные функции:

• Изоляторы (например, диоксид кремния, нитрид кремния) предотвращают утечку или короткое замыкание электрических токов между различными компонентами.
• Проводники (например, медь, алюминий, вольфрам) образуют микроскопические провода, или «межсоединения», которые передают сигналы между транзисторами.
• Полупроводники (например, поликремний) используются для создания основных строительных блоков схемы, таких как затворы транзисторов.

Основные методы осаждения: CVD против PVD

Хотя существует множество конкретных методов, почти все процессы осаждения делятся на две основные группы: химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и физическое осаждение из паровой фазы (PVD).

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)

CVD — это химический процесс. Газы-прекурсоры вводятся в реакционную камеру, содержащую нагретую пластину.

Эти газы вступают в реакцию на горячей поверхности, оставляя после себя тонкую твердую пленку желаемого материала и выделяя другие газообразные побочные продукты, которые затем удаляются. Этот метод известен тем, что производит высокооднородные и чистые слои.

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD)

PVD — это физический процесс, который часто сравнивают с распылением на атомном уровне. В вакуумной камере твердый исходный материал (называемый «мишенью») бомбардируется ионами высокой энергии.

Эта бомбардировка выбивает атомы из мишени. Затем эти атомы проходят через вакуум и покрывают пластину, наращивая тонкую пленку атом за атомом.

Понимание компромиссов

Выбор между CVD и PVD определяется материалом, который осаждается, и структурными требованиями слоя.

CVD: Конформность против сложности

Сила CVD заключается в его конформности. Поскольку химическая реакция происходит по всей поверхности, он может равномерно покрывать дно и стенки очень глубоких, узких траншей в топографии пластины.

Обратная сторона — сложность. CVD часто требует высоких температур и включает летучие химические реакции, которые должны быть точно контролируемы для обеспечения чистоты слоя и предотвращения дефектов.

PVD: Простота против направленности

PVD часто является более простым процессом при более низкой температуре, что идеально подходит для осаждения металлов, которые не выдерживают высокой температуры CVD.

Его основной недостаток — направленность. Поскольку атомы движутся по «прямой видимости» от мишени к пластине, PVD может с трудом равномерно покрывать боковые стенки глубоких элементов, что известно как плохая «покрытие ступеней» (step coverage).

Как осаждение вписывается в полный процесс

Шаги, описанные в некоторых руководствах по производству, могут сбить с толку. Осаждение — это лишь первая часть трехэтапного цикла, который повторяется снова и снова.

Шаг 1: Осаждение (Добавление слоя)

Однородный слой материала, такого как нитрид кремния, наносится на всю поверхность пластины с использованием такого метода, как CVD.

Шаг 2: Литография (Создание трафарета)

На нанесенный слой наносится светочувствительный материал, называемый фоторезистом. Затем он подвергается воздействию УФ-света через маску с рисунком, и рисунок проявляется, создавая защитный трафарет.

Шаг 3: Травление (Удаление ненужного материала)

Процесс химического или плазменного травления удаляет нитрид кремния в областях, не защищенных трафаретом из фоторезиста. Наконец, оставшийся фоторезист удаляется, оставляя желаемый рисунок схемы.

Выбор правильного варианта для вашей цели

Выбор между методами осаждения полностью зависит от конкретной функции слоя в интегральной схеме.

• Если ваш основной фокус — создание высококачественного изолирующего слоя (например, оксида затвора транзистора): предпочтительным методом является химическое осаждение из паровой фазы (CVD) из-за его превосходной однородности и чистоты.
• Если ваш основной фокус — создание металлических межсоединений (проводов): для эффективного осаждения металлов, таких как медь или алюминий, обычно используется физическое осаждение из паровой фазы (PVD).
• Если ваш основной фокус — обеспечение полного покрытия в глубоких узких траншеях: требуются передовые методы, такие как атомно-слоевое осаждение (ALD), точный подтип CVD, благодаря их непревзойденной конформности.

В конечном счете, овладение осаждением заключается в выборе правильного аддитивного метода для точного построения основы для каждого последующего этапа нанесения рисунка и травления.

Сводная таблица:

Метод осаждения	Тип процесса	Ключевая сила	Основной сценарий использования
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)	Химический	Отличная конформность	Изолирующие слои, однородные покрытия
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD)	Физический	Простота, осаждение металлов	Проводящие межсоединения (провода)

Готовы улучшить свой процесс изготовления полупроводников с помощью точного осаждения? KINTEK специализируется на высококачественном лабораторном оборудовании и расходных материалах для исследований и разработок полупроводников и производства. Независимо от того, требуются ли вам системы CVD для однородных изолирующих слоев или установки PVD для надежных металлических межсоединений, наши решения разработаны для удовлетворения строгих требований современного производства чипов. Свяжитесь с нашими экспертами сегодня, чтобы обсудить, как мы можем поддержать специфические потребности вашей лаборатории в области осаждения и помочь вам создавать лучшие интегральные схемы.

Визуальное руководство