Προσωπική διαδικασία στην κατασκευή τσιπ: Αποθέτηση λεπτού φιλμ

Διαδικασία Front-End στην Κατασκευή Chip: Εναπόθεση Λεπτής Επίστρωσης

Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα αποτελούνται από πολλά πολύπλοκα και εκλεπτυσμένα στάδια κατασκευής, μεταξύ των οποίων η εναπόθεση λεπτής επίστρωσης είναι μια από τις πιο κρίσιμες τεχνολογίες. Ο σκοπός της εναπόθεσης λεπτής επίστρωσης είναι η κατασκευή πολυστρωματικών στοίβων σε ημιαγωγικές συσκευές και η διασφάλιση της μόνωσης μεταξύ των στρώσεων μετάλλου. Πολλαπλά αγώγιμα μεταλλικά στρώματα και διηλεκτρικά μονωτικά στρώματα στοιβάζονται εναλλάξ στην επιφάνεια του δίσκου. Στη συνέχεια, αυτά αφαιρούνται επιλεκτικά μέσω επαναλαμβανόμενων διεργασιών χάραξης για να σχηματιστεί μια τρισδιάστατη δομή.

Ο όρος λεπτός αναφέρεται τυπικά σε φιλμ με πάχος μικρότερο από 1 μικρόμετρο, το οποίο δεν μπορεί να παραχθεί με συμβατική μηχανική κατεργασία. Η διαδικασία προσάρτησης αυτών των μοριακών ή ατομικών φιλμ στην επιφάνεια του δίσκου ονομάζεται εναπόθεση.

 

Ανάλογα με τη βασική αρχή, οι τεχνικές εναπόθεσης λεπτής επίστρωσης κατηγοριοποιούνται γενικά σε:

• Χημική Εναπόθεση Ατμών (CVD)

• Φυσική Εναπόθεση Ατμών (PVD)

• Εναπόθεση Ατομικών Στρώσεων (ALD)

Καθώς η τεχνολογία λεπτής επίστρωσης έχει εξελιχθεί, έχουν εμφανιστεί διάφορα συστήματα εναπόθεσης για να εξυπηρετήσουν διαφορετικά στάδια της κατασκευής δίσκων.

---

▌Φυσική Εναπόθεση Ατμών (PVD)

Η PVD αναφέρεται σε μια ομάδα διεργασιών που βασίζονται σε κενό και χρησιμοποιούν φυσικά μέσα για την εξάτμιση του υλικού στόχου (στερεού ή υγρού) σε άτομα ή μόρια, ή για την μερική ιονισμό τους, και τη μεταφορά τους μέσω αερίου ή πλάσματος χαμηλής πίεσης για την εναπόθεση λειτουργικών φιλμ στο υπόστρωμα.

Οι κοινές μέθοδοι PVD περιλαμβάνουν:

• Εναπόθεση με εξάτμιση

• Εναπόθεση με εκτόξευση

• Εναπόθεση πλάσματος τόξου

• Επιμετάλλωση ιόντων

• Επιταξία μοριακής δέσμης (MBE)

Η PVD χαρακτηρίζεται από:

• Υψηλή καθαρότητα φιλμ

• Σταθερή ποιότητα φιλμ

• Χαμηλότερες θερμοκρασίες επεξεργασίας

• Υψηλοί ρυθμοί εναπόθεσης

• Σχετικά χαμηλό κόστος κατασκευής

Η PVD χρησιμοποιείται κυρίως για την εναπόθεση μεταλλικών φιλμ και δεν είναι κατάλληλη για μονωτικά φιλμ. Ο λόγος είναι ότι όταν θετικά ιόντα βομβαρδίζουν έναν μονωτικό στόχο, μεταφέρουν κινητική ενέργεια στην επιφάνεια του στόχου, αλλά τα θετικά ιόντα συσσωρεύονται κυρίως στην επιφάνεια. Αυτή η συσσώρευση φορτίου δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο που απωθεί τα εισερχόμενα ιόντα και τελικά σταματά τη διαδικασία εκτόξευσης.

● Εξάτμιση κενού

Σε περιβάλλον κενού, το υλικό στόχος θερμαίνεται και εξατμίζεται. Άτομα ή μόρια εξατμίζονται από την επιφάνεια και ταξιδεύουν με ελάχιστη σύγκρουση μέσω κενού για να εναποτεθούν στο υπόστρωμα. Οι κοινές μέθοδοι θέρμανσης περιλαμβάνουν:

• Αντίσταση θέρμανσης

• Θέρμανση υψηλής συχνότητας επαγωγής

• Βομβαρδισμός δέσμης ηλεκτρονίων, δέσμης λέιζερ ή δέσμης ιόντων

● Εναπόθεση με εκτόξευση

Σε κενό, σωματίδια υψηλής ενέργειας (τυπικά ιόντα Ar⁺) βομβαρδίζουν την επιφάνεια του στόχου, προκαλώντας την εκτόξευση ατόμων και την εναπόθεσή τους στο υπόστρωμα.

● Επιμετάλλωση ιόντων

Η επιμετάλλωση ιόντων χρησιμοποιεί πλάσμα για την ιονισμό του υλικού επίστρωσης σε ιόντα και άτομα υψηλής ενέργειας. Εφαρμόζεται μια αρνητική πόλωση στο υπόστρωμα, προσελκύοντας τα ιόντα για εναπόθεση και σχηματισμό λεπτής επίστρωσης.

---

▌Χημική Εναπόθεση Ατμών (CVD)

Η CVD χρησιμοποιεί χημικές αντιδράσεις για την εναπόθεση λεπτών φιλμ. Τα αντιδραστικά αέρια εισάγονται σε έναν θάλαμο αντίδρασης και ενεργοποιούνται με τη χρήση θερμότητας, πλάσματος ή φωτός. Αυτά τα αέρια αντιδρούν χημικά για να σχηματίσουν το επιθυμητό στερεό φιλμ στο υπόστρωμα, ενώ τα υποπροϊόντα εξάγονται από τον θάλαμο.

Η CVD περιλαμβάνει πολλές παραλλαγές ανάλογα με τις συνθήκες:

• CVD ατμοσφαιρικής πίεσης (APCVD)

• CVD χαμηλής πίεσης (LPCVD)

• CVD ενισχυμένη με πλάσμα (PECVD)

• PECVD υψηλής πυκνότητας (HDPECVD)

• Μεταλλο-οργανική CVD (MOCVD)

• Εναπόθεση Ατομικών Στρώσεων (ALD)

Τα φιλμ CVD παρουσιάζουν γενικά:

• Υψηλή καθαρότητα

• Ανώτερη απόδοση
  Είναι η κύρια μέθοδος για την κατασκευή μεταλλικών, διηλεκτρικών και ημιαγωγικών φιλμ στην κατασκευή chip.

● APCVD

Πραγματοποιείται σε ατμοσφαιρική πίεση και 400–800 °C, χρησιμοποιείται για την παραγωγή φιλμ όπως:

• Μονοκρυσταλλικό πυρίτιο

• Πολυκρυσταλλικό πυρίτιο

• Διοξείδιο του πυριτίου (SiO₂)

• Ντοπαρισμένο SiO₂

● LPCVD

Εφαρμόζεται σε διεργασίες >90nm για την παραγωγή:

• SiO₂, PSG/BPSG

• Νιτρίδιο του πυριτίου (Si₃N₄)

• Πολυπυρίτιο

● PECVD

Χρησιμοποιείται ευρέως σε κόμβους 28–90 nm για την εναπόθεση διηλεκτρικών και ημιαγωγικών υλικών.
Πλεονεκτήματα:

• Χαμηλότερες θερμοκρασίες εναπόθεσης

• Υψηλότερη πυκνότητα και καθαρότητα φιλμ

• Ταχύτεροι ρυθμοί εναπόθεσης
  Τα συστήματα PECVD έχουν γίνει τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα εργαλεία λεπτής επίστρωσης σε fabs σε σύγκριση με τα APCVD και LPCVD.

---

▌Εναπόθεση Ατομικών Στρώσεων (ALD)

Η ALD είναι ένας ειδικός τύπος CVD που επιτρέπει την ανάπτυξη εξαιρετικά λεπτών φιλμ εναποθέτοντας ένα ατομικό στρώμα κάθε φορά μέσω αυτοπεριοριστικών αντιδράσεων επιφάνειας.

Σε αντίθεση με την συμβατική CVD, η ALD εναλλάσσει παλμούς πρόδρομου. Κάθε στρώμα σχηματίζεται από μια διαδοχική αντίδραση επιφάνειας με το προηγουμένως εναποτεθειμένο στρώμα. Αυτό επιτρέπει:

• Έλεγχο πάχους ατομικής κλίμακας

• Συμμορφωτική κάλυψη

• Φιλμ χωρίς οπές

Η ALD υποστηρίζει την εναπόθεση:

• Μετάλλων

• Οξειδίων

• Καρβιδίων, νιτριδίων, σουλφιδίων, πυριτιδίων

• Ημιαγωγών και υπεραγωγών

Καθώς η πυκνότητα ολοκλήρωσης αυξάνεται και τα μεγέθη των συσκευών συρρικνώνονται, τα διηλεκτρικά υψηλού k αντικαθιστούν το SiO₂ στις πύλες τρανζίστορ. Η εξαιρετική κάλυψη βημάτων και ο ακριβής έλεγχος πάχους της ALD την καθιστούν ιδανική για την κατασκευή προηγμένων συσκευών και υιοθετείται όλο και περισσότερο στην παραγωγή chip αιχμής.

---

▌Σύγκριση Τεχνολογιών Εναπόθεσης

● Απόδοση Εναπόθεσης Φιλμ

(Εδώ μπορείτε να εισαγάγετε έναν συγκριτικό πίνακα συμμόρφωσης, ελέγχου πάχους, κάλυψης βημάτων κ.λπ.)

 

● Τεχνολογίες και Εφαρμογές

(Εισαγάγετε έναν πίνακα που δείχνει τις περιπτώσεις χρήσης PVD έναντι CVD έναντι ALD)

 

● Εξοπλισμός & Δυνατότητες

(Εισαγάγετε έναν πίνακα που συγκρίνει τους ρυθμούς εναπόθεσης, τις θερμοκρασίες, την ομοιομορφία, το κόστος)

---

Συμπέρασμα

Η πρόοδος των τεχνολογιών εναπόθεσης λεπτής επίστρωσης είναι απαραίτητη για τη συνεχή ανάπτυξη της βιομηχανίας ημιαγωγών. Αυτές οι διεργασίες γίνονται πιο ποικίλες και εξειδικευμένες, επιτρέποντας περαιτέρω καινοτομία και βελτίωση στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.