Smiconductor plānas plēves nogulsnēšanas aprīkojums

Plāno plēvju nogulsnēšanās aprīkojums, viens no trim pusvadītāju ražošanas līnijas galvenajiem aprīkojumiem.

I.Kas ir plānas plēves nogulsnēšanās

II. Detalizēta PVD, CVD un ALD ieviešana

III. Divi svarīgi PECVD ievadi nozarē

Iv. Globālais pusvadītāju plānas plēves nogulsnēšanas aprīkojuma tirgus

I.Kas ir plānas plēves nogulsnēšanās

Vienkārši sakot: filmas nogulsnēšanās ir "nolikt" mikroshēmu.

Jo precīzāks un slāņoja mikroshēmu, jo lielāks ir pieprasījums pēc “filmas”.

Jo labāk ir mikroshēma, jo vairāk ir uzlīmju.

Profesionāli:Plāno plēvju nogulsnēšanās aprīkojuma klasifikācija Tievās plēves nogulsnēšanās attiecas uz plānu plēvju materiālu nogulsnēšanos, kas jāapstrādā uz silīcija vafelēm un citiem substrātiem, un nogulsnētie plānas plēves materiāli galvenokārt ir silīcija, silīcija nitrīds, polisilikons un citi nemetāli, kā arī vara un citi metāli, un novietota filma var būt amorfiska, polikristalīna vai monokrystallīna.

Tas ietver CVD (ķīmisko tvaiku nogulsnēšanos), PVD (fizikālo tvaiku nogulsnēšanos) un ALD (atomu slāņa nogulsnēšanās), starp kuriem ALD pieder CVD filiālei.

Kāpēc mēs sakām, ka, jo precīzāk un jo vairāk slāņu ir mikroshēma, jo lielāks ir pieprasījums pēc “filmas”?

Čipu ražošana ir kā filmas ievietošana mobilajā tālrunī, taču šī "filma" ir nano līmenis, un tā ir jāielādē ar desmitiem vai pat simtiem slāņu! Tā kā mikroshēmas process kļūst arvien sarežģītāks un struktūra kļūst arvien sarežģītāka, pieprasījums pēc “filmas” ir arī ievērojami palielinājies.

Jo progresīvāks process, jo vairāk filmas slāņu

90 nm procesa CMOS ražošanas līnijā ir nepieciešami apmēram 40 plānas plēves nogulsnēšanas procesi, kas saistīti ar 6 materiāliem; 3nm procesa FinFET ražošanas rindā plānas plēves nogulsnēšanas process ir palielinājies līdz 100, un materiālu veidi ir tuvu 20. Katram “plēves” slānim ir izšķiroša nozīme, un bez jebkura slāņa mikroshēma var nedarboties pareizi.

Jo sarežģītāka ir struktūra, jo grūtāk ir uzklāt filmu

Atmiņas mikroshēmu kā piemēru, sākot no 2D NAND līdz 3D NAND, struktūra ir mainījusies no plakanas uz trīsdimensiju, un slāņu skaits ir ievērojami palielinājies, tāpat kā vienstāva bungalo uz debesskrāpi. Katram slānim ir nepieciešams precīzs "pārklājums", kas, protams, palielina pieprasījumu pēc plānas plēves nogulsnēšanas aprīkojuma.

Tāpēc plānas plēves nogulsnēšanās aprīkojums ir mikroshēmas ražošanas "plēves meistars", un, jo precīzāka un slāņota mikroshēma, jo vairāk tā ir neatdalāma.

II. PVD, CVD

PVD (fiziskā tvaika nogulsnēšanās)

Fiziskā tvaika nogulsnēšanās ir tehnoloģija, kas plānas plēves nogulsnēšanās veikšanai izmanto fizikālos mehānismus, un process neietver ķīmiskas reakcijas.

Tas galvenokārt ietver iztvaikošanu, izspiešanu, loka plazmas pārklājumu, jonu pārklājumu, molekulāro staru epitaksiālo pārklājumu un citas kategorijas. Evaporation: refers to a coating technology in which the evaporated material is heated by evaporation sources such as resistance, electron beam, high-frequency induction, arc and laser in a high vacuum chamber to reach the melting and gasification temperature, so that the atoms or molecules of the evaporated material are vaporized and escaped from its surface to form a vapor stream, which is incident on the surface of the substrate to be Iztvaikots un kondensēts, lai veidotu stabilu plēvi.Vakuuma iztvaikošana pašlaik ir OLED paneļu galvenais process.

Sputtering: usually refers to magnetron sputtering, which refers to the use of charged particles to accelerate in the electric field with a certain kinetic energy, in a vacuum state of 1.3×10-3Pa is filled with inert gas, and between the substrate (anode) and the metal target (cathode) is added with high-voltage direct current, due to the electrons generated by glow discharge (glowdischarge) to excite the Inerta gāze, ražo plazmu, izpūtiet metāla mērķa atomus un nogulsnējas uz pamatnes.

Sputter pārklājums ir visplašāk izmantotais PVD.

Molekulārā staru epitaksija (MBE): tas ir īpašs vakuuma pārklājuma process, kas aug plānas plēves slānī pa substrāta materiāla kristāla asi. MBE var sagatavot viena kristāla plēves ar desmitiem atomu slāņu, kā arī mainīgas plānas plēves ar dažādiem komponentiem un dopingu, veidojot īpaši plānas slāņa kvantu mikrostruktūras materiālus.

Jonu pārklājums: vakuuma iztvaikošanas un stutēšanas pārklājuma kombinācija, pārklājamais materiāls tiek daļēji jonizēts izlādes telpā pēc iztvaikošanas, un pēc tam jonus, kas pārklājošos jonus piesaista, elektrods uz substrātu, kas jāiekļauj filmā.

Sarežģītības dēļ jonu pārklājumam ir ierobežots lietojumu klāsts.

Kopumā PVD procesa laikā mainās tikai materiāls, un nav iesaistīta ķīmiska reakcija, kas ir tīras fiziskas izmaiņas. PVD ir būtisks galvenais process, lai visā pusvadītāju ražošanas procesā nogulsnētu ultra-lure metāla un pārejas metāla nitrīda plēvi.

2.CVD (ķīmisko tvaiku nogulsnēšanās)

Dielektriskās un pusvadītāju plēves CVD nogulsnēšanās ir pārklājuma process, kas ar tvaika fāzes ķīmisko reakciju, kas ir ķīmiska reakcija, uz substrāta virsmas novieto cietas plēves, kas ir ķīmiska reakcija.

CVD reakcijas prekursori parasti ir silāns, fosfors, borāns, amonjaks, skābeklis un citas gāzes izejvielas, un produkti parasti ir nitrīds, oksīds, slāpekļa oksīds, karbīds, polisilikons un citas cietas plēves, un reakcijas apstākļi parasti ir augsts temperatūra, augsta spiediena, plazmas utt. Utt.

CVD plēves veidošanās procesā parasti ir astoņi soļi:

Reaktīvā gāzes transportēšana uz nogulumiežu zonu;

membrānas prekursoru veidošanās;

membrānas prekursori, kas izkliedējas uz matricas virsmu;

membrānas prekursora adhēzija;

membrānas prekursori, kas izkliedējas membrānas augšanas zonā;

Virsmas ķīmiskā reakcija, plēve izgulsnējas un pakāpeniski aug, un visbeidzot veido nepārtrauktu plēvi un vienlaikus rada blakusproduktus;

Blakusprodukti tiek noņemti no matricas virsmas;

Blakusprodukti tiek noņemti no reakcijas kameras. Nepārtraukti progresējot procesā, pieprasījums pēc rievām un dziļa caurumu piepildīšanas ir radījis jaunas CVD tehnoloģijas, un pašreizējās vispārizglītojošās tehnoloģijas ir LPCVD, PECVD, un turpmākais attīstības virziens ir HDPCVD, SACVD.

Divi svarīgi PECVD ievadi nozarē:

Saskaņā ar plazmas ģenerēšanas biežumu PE CVD izmantoto plazmu var iedalīt divos veidos: radiofrekvences plazmā un mikroviļņu plazmā

.

Pašlaik nozarē izmantotā RF frekvences biežums parasti ir 13,56MHz. Starp tām RF plazmas savienošanas metodes parasti tiek sadalītas divos veidos: kapacititīvā savienošana (CCP) un induktīvā savienošana (ICP).

3.ald (atomu slāņa nogulsnēšanās)

ALD ir precīzas plēves biezuma kontroles iespējas, izcilu no nogulsnēto filmu vienveidības un konsistences, un tā pakāpju pārklājuma spēja ir ļoti spēcīga, padarot to piemērotu plēves augšanai dziļo rievu struktūrās. ALD ir svarīga loma vairākos procesos, piemēram, SADP, HKMG un vara metāla starpsavienojuma difūzijas barjeru slāņos.

ALD princips:Izmantojot gāzes fāzes prekursora impulsu, mainot iekļūšanu reaktorā un veidojot plēves slāni pa slāni uz pamatnes virsmas viena atoma slāņa režīmā, reakcijas posmos ietilpst:

A prekursors nonāk reakcijas kamerā un tiek adsorbēts uz matricas virsmas;

Noskalojiet reakcijas kameru ar inertu gāzi un notīriet atlikušo priekšteci a;

B priekšgājējs nonāk reakcijas kamerā un adsorbos uz matricas virsmas, ķīmiski reaģē ar prekursoru A, veidojot mērķa plēvi;

Inertā gāze izskalo reakcijas kameru, lai noņemtu blakusproduktus, ko rada ķīmiskā reakcija no reakcijas kameras, un pabeidz atomu slāņa plānas plēvju nogulsnēšanos. Šis cikls ļauj nogulsnēties plānas plēves atomu līmenī.

III. Kas ir plānas plēves nogulsnēšanās aprīkojums?

Plāna plēves nogulsnēšanās ir galvenais pusvadītāju aprīkojums. Kā norāda nosaukums, tas galvenokārt ir atbildīgs par dielektriskā slāņa un metāla slāņa nogulsnēšanos katrā procesa posmā.

Vakuuma un spiediena kontroles sistēmas sastāvs: mehāniskais sūknis, molekulārais sūknis, vakuuma vārsts, vakuuma mērītājs utt.

Funkcija: nodrošiniet stabilu vakuuma vidi nogulsnēšanās procesam, samaziniet slāpekļa, skābekļa un ūdens tvaiku ietekmi uz plēves kvalitāti. Zemu vakuumu ekstrahē ar sausu sūkni, lai izvairītos no substrāta eļļas piesārņojuma. Molekulāro sūkni izmanto, lai iegūtu augstu vakuumu, kam ir spēcīga spēja noņemt ūdens tvaikus un nodrošināt reakcijas kameras tīrību.

Svarīgums: Vakuuma vide ir būtiska filmas nogulsnēšanai, tieši ietekmējot filmas tīrību un vienveidību.

Noguldījumu sistēmas sastāvs: RF barošanas avots, ūdens dzesēšanas sistēma, pamatnes sildītājs utt.

Funkcija: RF barošanas avots: jonizē reakcijas gāzi, ģenerē plazmu un veicina ķīmiskas reakcijas. Ūdens dzesēšanas sistēma: nodrošina dzesēšanu sūkņa un reakcijas kamerai, novēršot aprīkojuma pārkaršanu un trauksmes izraisīšanu pārmērīgas temperatūras gadījumā. Dzesēšanas ūdens līnijas ir izolētas, lai izvairītos no elektriskiem traucējumiem.

Substrāta sildītājs: silda substrātu, lai noņemtu virsmas piemaisījumus un uzlabotu plēves saķeri ar substrātu. Svarīgums: Sedimentācijas sistēma ir plēves nogulsnēšanās kodols un tieši ietekmē filmas kvalitāti un izpildījumu.

Gāzes un plūsmas kontroles sistēmas sastāvs: gāzes cilindrs, gāzes skapis, masas plūsmas mērītājs, gāzes pārraides cauruļvads utt.

Funkcija:

Gāzes avots: reakcijas gāzi (piemēram, silānu, amonjaku, slāpekli utt.) Nodrošina gāzes cilindri.

Gāzes piegāde: gāze tiek transportēta uz procesa kameru caur gāzes skapi.

Plūsmas kontrole: Masas plūsmas mērītāji tiek izmantoti, lai precīzi kontrolētu gāzes plūsmu, lai nodrošinātu stabilu reaktīvo gāzu proporciju un plūsmas ātrumu.

Nozīme:Gāzes plūsmas kontrole tieši ietekmē plēves sastāvu, biezumu un vienveidību.

Reakcijas kameras sistēmas sastāvs: reakcijas kamera, substrāta paplāte, gāzes sadalītājs, elektrods utt.

Funkcijas:

(1) Reakcijas kamera:Nodrošina reakcijas vietu plānas plēves nogulsnēšanās, parasti izgatavota no augstas temperatūras un izturīgiem pret koroziju.

Substrāta paplāte: nostipriniet substrātu un pārliecinieties, ka tas ir vienmērīgi sildīts.

Gāzes izplatītājs: vienmērīgi sadaliet reakcijas gāzi, lai nodrošinātu plēves nogulsnēšanās vienveidību.

(4) Elektrods: tādos procesos kā PECVD to izmanto plazmas ģenerēšanai.

Svarīgums: reakcijas kamera ir filmu nogulsnēšanās galvenā joma, un tās dizains tieši ietekmē filmas kvalitāti un izpildījumu.

5.Kontroles sistēmas sastāvs:PLC (programmējams loģikas kontrolieris), sensors, cilvēka un mašīnas interfeiss (HMI) utt.

Funkcijas:

(1) Automātiska vadība:Saprotiet katras aprīkojuma sistēmas automātisko darbību caur PLC.

(2) Parametru uzraudzība:Galveno parametru, piemēram, temperatūras, spiediena un gāzes plūsmas, reālā laika uzraudzība.

(3) Kļūdas trauksme:izraisīt trauksmi un patoloģiskos apstākļos automātiski apturiet mašīnu.

Nozīme:Vadības sistēma nodrošina stabilu aprīkojuma darbību, uzlabojot procesa konsekvenci un uzticamību.

Tīrīšanas un apkopes sistēmas sastāvs: Gāzes tīrīšana (piemēram, NF₃, CF₄), tīrīšanas cauruļvads, izplūdes gāzes apstrādes ierīce utt.

Funkcija:

Kameras tīrīšana:Regulāri noņemiet nogulumus reakcijas kamerā, lai izvairītos no piesārņojuma.

Izplūdes gāzu apstrāde:Ārstējiet kaitīgas gāzes, kas rodas reakcijas procesā, lai nodrošinātu vides aizsardzību un drošību.

Svarīgi: tīrīšanas un apkopes sistēmas pagarina aprīkojuma kalpošanas laiku un nodrošina plēves nogulsnēšanās stabilitāti un konsekvenci.

Iv. Starptautiskais plānas plēves nogulsnēšanas aprīkojuma tirgus

Saskaņā ar daļēji mērījumu datiem, litogrāfijas mašīnas, kodināšanas mašīnas un plānas plēves nogulsnēšanās aprīkojums veido attiecīgi aptuveni 24%, 20%un 20%no pusvadītāju aprīkojuma tirgus.

Plāno plēvju nogulsnēšanās aprīkojums ir viens no trim pusvadītāju ražošanas līnijas galvenajiem aprīkojumiem, un tā tirgus lielums turpinās pieaugt ar procesa gaitu.

Globālais plānas filmas nogulsnēšanas aprīkojuma tirgus lielums 2022. gadā bija aptuveni 20 miljardi USD. Paredzams, ka tirgus līdz 2026. gadam pieaugs līdz USD 30 miljardiem, un saliktais gada pieauguma temps (CAGR) bija aptuveni 8–10%.

Izaugsmes virzītāji:

Papildu procesa prasības: Tā kā pusvadītāju procesi attīstās līdz 3 nm, 2nm un zem mezgliem, plānu plēvju nogulsnēšanās procesu skaits un sarežģītība ir ievērojami palielinājusies. Piemēram, 3nm procesa plānas plēves nogulsnēšanās process ir 2,5 reizes lielāks nekā 90 nm procesā.

Atmiņas mikroshēmas jauninājumi: no 2D NAND līdz 3D NAND plānu plēvju nogulsnēšanās slāņu skaits ir ievērojami palielinājies. 3D NAND sakrauto slāņu skaits ir pieaudzis no 32 līdz vairāk nekā 200, un ir strauji pieaugošs pieprasījums pēc plānas plēves nogulsnēšanas aprīkojuma.

3. Jaunās lietojumprogrammas, kas balstītas: pieprasījums pēc augstas veiktspējas mikroshēmām jaunajās tehnoloģijās, piemēram, 5G, mākslīgais intelekts, lietu internets un autonoms braukšana turpina augt, virzot plānas plēves nogulsnēšanas aprīkojuma tirgus paplašināšanu.

4. Tirgus segmenta daļa: CVD aprīkojums: veido apmēram 60% no plānas plēvju nogulsnēšanas aprīkojuma tirgus, kas ir lielākais segments. PVD aprīkojums: veido apmēram 25% no plānas plēves nogulsnēšanas aprīkojuma tirgus. ALD aprīkojums: veido apmēram 15% no plānas plēvju nogulsnēšanas aprīkojuma tirgus, bet tas pieaug visātrāk, un nākamajos piecos gados CAGR ir vairāk nekā 15%.