Front-End-Prozess in der Chipherstellung: Dünnschichtdeposition

Front-End-Prozess in der Chipherstellung: Dünnschichtdeposition

Integrierte Schaltungen bestehen aus vielen komplexen und raffinierten Fertigungsschritten, unter denen die Dünnschichtentfernung eine der kritischsten Technologien ist.Der Zweck der Dünnschichtdeposition besteht darin, mehrschichtige Stapel in Halbleitergeräten zu bauen und eine Isolierung zwischen den Metallschichten zu gewährleistenAuf der Waferoberfläche werden abwechselnd mehrere leitfähige Metallschichten und dielektrische Isolationsschichten gestapelt.Diese werden dann durch wiederholtes Ätzen selektiv entfernt, um eine 3D-Struktur zu bilden.

Der Begriff dünn bezieht sich typischerweise auf Folien mit einer Dicke von weniger als 1 Mikron, die nicht durch konventionelle mechanische Bearbeitung hergestellt werden können.Der Prozess der Befestigung dieser molekularen oder atomaren Folien an der Waferoberfläche nennt sich Entsetzung.

Abhängig vom zugrunde liegenden Prinzip werden Dünnschichtdepositionstechniken im Allgemeinen in folgende Kategorien eingeteilt:

• Chemische Dampfdeposition (CVD)

• Physikalische Dampfdeposition (PVD)

• Atomische Deposition der Schicht (ALD)

Mit der Entwicklung der Dünnschichttechnologie sind verschiedene Ablagerungssysteme entstanden, die verschiedenen Schritten der Waferfertigung dienen.

▌Physikalische Dampfdeposition (PVD)

PVD bezeichnet eine Gruppe von Vakuumverfahren, bei denen physikalische Mittel verwendet werden, um das Zielmaterial (feste oder flüssige) in Atome oder Moleküle zu verdampfen oder teilweise zu ionisieren,und transportieren sie durch Gas oder Plasma unter niedrigem Druck, um funktionelle Folien auf dem Substrat abzulegen.

Zu den gängigen PVD-Methoden gehören:

• Verdunstungsablagerung

• Ablagerung durch Sputter

• Bogenplasmaablagerung

• Ionenbeschichtung

• Molekularstrahl-Epitaxie (MBE)

PVD ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

• Hohe Filmreinheit

• Stabile Filmqualität

• Niedrigere Verarbeitungstemperaturen

• Hohe Depositionsraten

• Relativ niedrige Produktionskosten

PVD wird hauptsächlich zur Ablagerung von Metallfolien verwendet und ist nicht für Isolierfolien geeignet.Sie übertragen kinetische Energie auf die Zieloberfläche., aber die positiven Ionen, die sie hauptsächlich zur Ablagerung von Metallfolien verwenden, sammeln sich an der Oberfläche an.Dieser Aufbau erzeugt ein elektrisches Feld, das eingehende Ionen abstößt und schließlich den Sputterprozess stoppt..

● Vakuumausdampfung

In einer Vakuumumgebung wird das Zielmaterial erhitzt und verdunstet. Atome oder Moleküle verdunsten von der Oberfläche und reisen mit minimaler Kollision durch das Vakuum, um sich auf dem Substrat abzulegen.Zu den üblichen Heizverfahren gehören:

• Widerstandsheizung

• Hochfrequenz-Induktion

• Elektronenstrahl, Laserstrahl oder Ionenstrahlbombardierung

● Sputterdeposition

Im Vakuum bombardieren hochenergetische Partikel (typischerweise Ar+-Ionen) die Zieloberfläche, wodurch Atome ausgestoßen und auf dem Substrat abgelagert werden.

● Ionenbeschichtung

Das Ionplattieren verwendet Plasma, um das Beschichtungsmaterial in Ionen und hochenergetische neutrale Atome zu ionisieren.

▌Chemische Dampfdeposition (CVD)

CVD verwendet chemische Reaktionen, um dünne Folien abzulegen. Reaktante Gase werden in eine Reaktionskammer gebracht und mit Hilfe von Wärme, Plasma oder Licht aktiviert.Diese Gase reagieren chemisch und bilden den gewünschten festen Film auf dem Substrat, während die Nebenprodukte aus der Kammer gelöst werden.

CVD hat viele Varianten, abhängig von den Bedingungen:

• CVD unter Atmosphärendruck

• Niederdruck-KVD (LPCVD)

• Plasmaverstärkte Herz-Kreislauf-Krankheit (PECVD)

• Hochdichte-PECVD (HDPECVD)

• Metall-organische CVD (MOCVD)

• Atomische Deposition der Schicht (ALD)

CVD-Filme zeigen im Allgemeinen:

• Hohe Reinheit

• Überlegene Leistung
  Es ist die übliche Methode zur Herstellung von Metall-, Dielektrik- und Halbleiterfilmen in der Chipherstellung.

● APCVD

bei Atmosphärendruck und 400°C bis 800°C hergestellt, zur Herstellung von Filmen wie:

• Einkristallines Silizium

• Polykristallines Silizium

• Siliziumdioxid (SiO2)

• Doped SiO2

● LPCVD

in Verfahren mit einer Breite von > 90 nm zur Herstellung von

• SiO2, PSG/BPSG

• Silikonnitrid (Si3N4)

• Polysilicium

● PECVD

Weit verbreitet in Knoten von 28 ̊90 nm zur Ablagerung von dielektrischen und Halbleitermaterialien.
Vorteile:

• Niedrigere Ablagerungstemperaturen

• Höhere Filmdichte und Reinheit

• Schnellere Einzahlungsquoten
  PECVD-Systeme sind im Vergleich zu APCVD und LPCVD zu den am weitesten verbreiteten Dünnschichtwerkzeugen in Fabriken geworden.

▌Atomische Deposition der Schicht (ALD)

ALD ist eine spezielle Art von CVD, die das Wachstum von ultradünnen Folien ermöglicht, indem eine atomare Schicht auf einmal über selbstbegrenzende Oberflächenreaktionen abgelagert wird.

Im Gegensatz zur herkömmlichen Herz-Kreislauf-Krankheit wechselt ALD die Vorläuferpulse ab. Jede Schicht wird durch eine sequentielle Oberflächenreaktion mit der zuvor abgelagerten Schicht gebildet.

• Atomstärke-Steuerung

• Konformitätsdeckung

• Filme ohne Nadellöcher

ALD unterstützt die Ablegung von:

• Metalle

• Oxide

• Karbide, Nitride, Sulfide und Silicide

• Halbleiter und Supraleiter

Da die Integrationsdichte zunimmt und die Gerätegrößen schrumpfen, ersetzen die hochk-Dielektriken SiO2 in Transistor-Gates.ALDs hervorragende Schrittdeckung und präzise Dickenkontrolle machen sie ideal für die Fertigung fortschrittlicher Geräte und wird zunehmend in der Spitzentechnologie verwendet.

▌Vergleich von Ablagerungstechnologien

●Filmdeposition

(Hier kann eine Vergleichstabelle der Konformität, der Dicke, der Schrittdeckung usw. eingefügt werden.)

● Technologien und Anwendungen

(Tabelle mit Anwendungsfällen für PVD vs. CVD vs. ALD)

● Ausrüstung und Fähigkeiten

(Einfügen einer Tabelle, in der die Absetzungsraten, Temperaturen, Einheitlichkeit und Kosten verglichen werden)

Schlussfolgerung

Der Fortschritt der Dünnschicht-Depositionstechnologien ist für die Weiterentwicklung der Halbleiterindustrie unerlässlich.die weitere Innovation und Verfeinerung in der Fertigung von integrierten Schaltungen ermöglicht.