فرآیند Front-End در تولید تراشه: رسوب لایه نازک

فرآیند فرنت اِند در تولید تراشه ها: رسوب فیلم نازک

مدارهای یکپارچه از بسیاری از مراحل ساخت پیچیده و دقیق تشکیل شده اند، که در میان آنها از بین بردن فیلم نازک یکی از مهمترین فن آوری ها است.هدف از رسوب فیلم نازک این است که برای ساخت چند لایه ای در دستگاه های نیمه هادی و اطمینان از عایق بندی بین لایه های فلزیچندین لایه فلزی رسانا و لایه ای عایق دی الکتریک به طور متناوب بر روی سطح وافر قرار می گیرند.سپس این ها به صورت انتخابی از طریق فرآیندهای حکاکی مکرر برای تشکیل یک ساختار سه بعدی حذف می شوند.

اصطلاح نازک به طور معمول به فیلم هایی با ضخامت کمتر از 1 میکران اشاره دارد که نمی توانند با ماشینکاری مکانیکی معمولی تولید شوند.فرآیند اتصال این فیلم های مولکولی یا اتمی به سطح وافره به نام انحلال است.

بسته به اصل اصلی، تکنیک های رسوب فیلم نازک به طور کلی به زیر طبقه بندی می شوند:

• رسوب بخار شیمیایی (CVD)

• رسوب فزیکی بخار (PVD)

• رسوب لایه اتمی (ALD)

با تکامل فن آوری فیلم نازک، سیستم های مختلف رسوب برای مراحل مختلف ساخت وافر ظهور کرده اند.

▌رسوب فزیکی بخار (PVD)

PVD به گروهی از فرآیندهای بر پایه خلاء اشاره دارد که از روش های فیزیکی برای تبخیر مواد مورد نظر (سخت یا مایع) به اتم ها یا مولکول ها استفاده می کنند، یا آنها را به طور جزئی یونیزه می کنند.و آنها را از طریق گاز یا پلاسما با فشار پایین حمل می کنند تا فیلم های کاربردی را بر روی بستر قرار دهند.

روش های رایج PVD شامل:

• رسوب تبخیر

• رسوب اسپتر

• رسوب پلاسمای قوس

• پوشش یون

• اپیتکسی پرتو مولکولی (MBE)

PVD با این موارد مشخص می شود:

• طهارت بالای فیلم

• کیفیت فیلم پایدار

• دمای پایین تر پردازش

• نرخ بالای سپرده گذاری

• هزینه تولید نسبتا کم

PVD عمدتا برای سپرده گذاری فیلم های فلزی استفاده می شود و برای فیلم های عایق مناسب نیست. دلیل این است که هنگامی که یون های مثبت یک هدف عایق را بمباران می کنند،آنها انرژی حرکتی را به سطح هدف منتقل می کنند.، اما یون های مثبت که عمدتا برای سپرده گذاری فیلم های فلزی استفاده می شوند در سطح جمع می شوند.اين تشكيلات يك ميدان الکتريكي را به وجود مي آورد كه يون هاي ورودي را دفع مي كند و درنهايت روند اسپوتر شدن را متوقف مي كند.

● تبخیر خلاء

در محیط خلاء، ماده مورد نظر گرم می شود و تبخیر می شود. اتم ها یا مولکول ها از سطح تبخیر می شوند و با حداقل برخورد از طریق خلاء حرکت می کنند تا بر روی بستر قرار گیرند.روش های گرمایش رایج عبارتند از::

• گرمایش مقاومتی

• استیضاح فرکانس بالا

• پرتاب پرتو الکترون، پرتو لیزر یا پرتو یون

● پاشیدن اسپتر

در خلاء، ذرات با انرژی بالا (معمولا یون های Ar +) سطح هدف را بمباران می کنند و باعث می شود اتم ها بیرون رانده شوند و بر روی بستر قرار گیرند.

● پوشش یون

پوشش یون از پلاسما برای یونیزاسیون مواد پوشش به یون ها و اتم های خنثی با انرژی بالا استفاده می کند. یک تعصب منفی بر روی بستر اعمال می شود و یون ها را جذب می کند تا یک فیلم نازک تشکیل دهند.

▌رسوب بخار شیمیایی (CVD)

CVD از واکنش های شیمیایی برای قرار دادن فیلم های نازک استفاده می کند. گاز های واکنش دهنده به اتاق واکنش وارد می شوند و با استفاده از گرما، پلاسما یا نور فعال می شوند.این گازهای به صورت شیمیایی واکنش نشان می دهند تا فیلم جامد مورد نظر را بر روی بستر تشکیل دهند، در حالی که محصولات جانبی از اتاق تخلیه می شوند.

بیماری قلبی عروقی شامل انواع مختلفی است که بستگی به شرایط دارد:

• CVD فشار جوی (APCVD)

• CVD با فشار پایین (LPCVD)

• بیماری قلبی عروقی تقویت شده توسط پلاسما (PECVD)

• PECVD با تراکم بالا (HDPECVD)

• CVD فلزی آلی (MOCVD)

• رسوب لایه اتمی (ALD)

فیلم های CVD به طور کلی نشان می دهند:

• خالصیت بالا

• عملکرد برتر
  این روش اصلی برای ساخت فیلم های فلزی، دی الکتریک و نیمه هادی در تولید تراشه است.

● APCVD

در فشار اتمسفر و ۴۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد انجام می شود و برای تولید فیلم هایی مانند:

• سیلیکون تک کریستالی

• سیلیکون پلی کریستالین

• دی اکسید سیلیکون (SiO2)

• SiO2 داروی شده

● LPCVD

استفاده شده در فرایندهای >90nm برای تولید:

• SiO2، PSG/BPSG

• نیترید سیلیکون (Si3N4)

• پلی سیلیکون

● PECVD

به طور گسترده ای در گره های 28~90 نانومتر برای سپرده گذاری مواد دی الکتریک و نیمه هادی استفاده می شود.
مزایا:

• دمای پایین تر رسوب

• تراکم و خلوص فیلم بالاتر

• نرخ سپرده گذاری سریعتر
  سیستم های PECVD در مقایسه با APCVD و LPCVD به گسترده ترین ابزار فیلم نازک در کارخانه ها تبدیل شده اند.

▌رسوب لایه اتمی (ALD)

ALD یک نوع خاص از CVD است که رشد فیلم فوق نازک را با سپرده گذاری یک لایه اتمی در یک زمان از طریق واکنش های سطح خود محدود می کند.

برخلاف CVD معمولی، ALD پالس های پیشرو را جایگزین می کند. هر لایه با واکنش سطحی دنباله دار با لایه ای که قبلاً سپرده شده است تشکیل می شود. این امکان را فراهم می کند:

• کنترل ضخامت در مقیاس اتمی

• پوشش تطابق

• فیلم های بدون سوراخ

ALD از ارائه:

• فلزات

• اکسید ها

• کربید، نیترید، سولفید، سیلیکید

• نیمه هادی ها و ابر هادی ها

با افزایش تراکم یکپارچه سازی و کوچک شدن اندازه دستگاه، دی الکتریک های K بالا جایگزین SiO2 در دروازه های ترانزیستور می شوند.پوشش گام عالی ALD و کنترل ضخامت دقیق آن را برای ساخت دستگاه های پیشرفته ایده آل می کند و به طور فزاینده ای در تولید تراشه های پیشرفته استفاده می شود.

▌مقایسه تکنولوژی های رسوب

●عملکرد سپرده گذاری فیلم

(در اینجا می توانید یک جدول مقایسه ای از سازگاری، کنترل ضخامت، پوشش گام و غیره وارد کنید.)

● تکنولوژی ها و کاربردها

(وارد نمودار نشان دهنده موارد استفاده PVD در مقابل CVD در مقابل ALD)

● تجهیزات و توانایی ها

(جدول مقایسه نرخ رسوب، دمای، یکسانی، هزینه ها)

نتیجه گیری

پیشرفت فن آوری های سپرده گذاری فیلم نازک برای توسعه مداوم صنعت نیمه هادی ضروری است.امکان نوآوری و اصلاح بیشتر در تولید مدارهای یکپارچه.