Sprzęt do osadzania cienkiego warstwy smiconductor

Sprzęt do osadzania cienkiego, jeden z trzech podstawowych urządzeń z linii produkcyjnej półprzewodnikowej.

I. Co to jest osadzanie się cienkiego warstwy

Ii. Szczegółowe wprowadzenie PVD, CVD i ALD

Iii. Dwa ważne wprowadzenie PECVD w branży

Iv. Globalny rynek urządzeń do osadzania się na półprzewodnika

I. Co to jest osadzanie się cienkiego warstwy

Mówiąc najprościej: zeznanie filmu to „położyć” chip.

Im bardziej precyzyjne i warstwowe chip, tym większe zapotrzebowanie na „film”.

Im lepszy układ, tym więcej jest naklejek.

Zawodowo:Klasyfikacja cienkiego urządzenia do osadzania się odkładania cienkiego warstwy odnosi się do osadzania materiałów cienkich warstw, które mają być traktowane na waflach krzemowych i innych podłożach, a zdeponowane materiały do cienkiego warstwy to głównie krzemionka, azotek krzemowy, polisilikon i inne nie-metale oraz miedź i inne metale.

Obejmuje CVD (chemiczne osadzanie pary), PVD (fizyczne osadzanie pary) i ALD (osadzanie warstwy atomowej), wśród których ALD należy do gałęzi CVD.

Dlaczego mówimy, że im bardziej precyzyjne i bardziej warstwy chip, tym większe zapotrzebowanie na „film”?

Produkcja chipów jest jak umieszczenie filmu na telefonie komórkowym, ale ten „film” jest na poziomie nano i należy ją wkleić z dziesiątkami, a nawet setkami warstw! Ponieważ proces CIP staje się coraz bardziej wyrafinowany, a struktura staje się coraz bardziej złożona, zapotrzebowanie na „film” również znacznie wzrosło.

Im bardziej zaawansowany proces, tym więcej warstw filmu

W linii produkcyjnej CMOS procesu 90 nm wymagane jest około 40 procesów osadzania się cienkiego warstwy, obejmujące 6 materiałów; W linii produkcyjnej FINFET procesu 3NM proces osadzania cienkiego warstwy wzrósł do 100, a typy materiałów są blisko 20. Każda warstwa „folii” jest kluczowa, a bez żadnej warstwy układ może nie działać poprawnie.

Im bardziej złożona struktura, tym trudniej jest zastosować film

Przykładając chipy pamięci, od 2D NAND do 3D NAND, struktura zmieniła się z płaskiego na trójwymiarową, a liczba warstw znacznie wzrosła, podobnie jak jednopiętrowy bungalow do drapacza biegownika. Każda warstwa wymaga precyzyjnej „powłoki”, która naturalnie zwiększa zapotrzebowanie na sprzęt do osadzania się cienkiego warstwy.

Dlatego sprzęt do osadzania się cienkiego filmu jest „mistrzem folii” produkcji chipów, a im bardziej precyzyjne i warstwowe chip, tym bardziej jest to nierozłączne.

Ii. PVD, CVD

PVD (fizyczne osadzanie pary)

Fizyczne odkładanie pary to technologia wykorzystująca mechanizmy fizyczne do wykonywania osadzania cienkiego warstwy, a proces nie wiąże się z reakcjami chemicznymi.

Obejmuje to głównie parowanie, rozpylanie, powłokę w osoczu ARC, powłokę jonową, powłokę epitaksjalną wiązki molekularnej i inne kategorie. Parowanie: odnosi się do technologii powlekania, w której wyparowany materiał jest ogrzewany przez źródła parowania, takie jak oporność, wiązka elektronów, indukcja wysokiej częstotliwości, łuk i laser w komorze wysokiej próżniowej, aby osiągnąć temperaturę topnienia i zgazowania, tak że atomy lub cząsteczki wyparowanego materiału są waporowane i uciekane od jego powierzchni do tworzenia wapory, która jest na powierzchni powierzchniowej powierzchni do albumu do odparowane i skondensowane, tworząc solidny film.Parowanie próżniowe jest obecnie głównym procesem paneli OLED.

Sputowanie: zwykle odnosi się do rozpylania magnetronowego, które odnosi się do zastosowania naładowanych cząstek do przyspieszenia w polu elektrycznym pewną energią kinetyczną, w stanie próżniowym 1,3 × 10-3PA jest wypełniona gazem obojętnym (pomiędzy podłożem (anoda) i metalowym celem (katodą) jest dodawana z wysokim napięciem prądem stałym, z powodu wydzielania elektrony wylotu glow) do wyładowania glows) do rzutów) do recTite'a do recTite'a do końca. Gaz, wytwarzaj osocze, wysadzaj atomy metalowego celu i osadzaj się na podłożu.

Powłoka rozpylania jest najczęściej używaną PVD.

Epitaksja wiązki molekularnej (MBE): Jest to specjalny proces powlekania próżniowego, który rośnie cienkie warstwy warstwą wzdłuż osi kryształowej materiału podłoża. MBE może przygotować pojedyncze kryształowe warstwy z dziesiątkami warstw atomowych, a także naprzemiennie cienkie warstwy z różnymi komponentami i domieszkowaniem, aby utworzyć ultracienne materiały mikrostrukturalne.

Posiewanie jonów: Połączenie parowania próżniowego i powłoki rozpylania materiał, który ma być wysadzany, jest częściowo zjonizowany w przestrzeni rozładowania po odparowaniu, a następnie jony, które mają być wysadzane, są przyciągane przez elektrodę do podłoża do zdeponowania w filmie.

Ze względu na złożoność poszycie jonowe ma ograniczony zakres zastosowań.

Podsumowując, podczas procesu PVD zmienia się tylko forma materiału i nie ma reakcji chemicznej, co jest czystą zmianą fizyczną. PVD jest niezbędnym kluczowym procesem osadzania folii azotków z metali i przejściowego azotku metalu w całym procesie produkcji półprzewodników.

2.CVD (chemiczne osadzanie pary)

Odkładanie CVD folii dielektrycznej i półprzewodnikowej jest procesem powlekania, który osadza filmy stałe na powierzchni substratu poprzez reakcję chemiczną w fazie pary, która jest reakcją chemiczną.

Prekursory reakcji CVD to na ogół silan, fosfor, boran, amoniak, tlen i inne surowce gazowe, a produkty są na ogół azotek, tlenek, tlenek azotu, węgiel, polisilikon i inne filmy stałe, a warunki reakcji są ogólnie wysoką temperaturą, wysokim ciśnieniem, plazma itp.

Proces formacji filmu CVD zwykle obejmuje osiem kroków:

Reaktywny transport gazu do obszaru osadowego;

tworzenie prekursorów błony;

Prekursory membranowe rozpraszają się do powierzchni matrycy;

adhezja prekursora błony;

Prekursory błony rozproszone do obszaru wzrostu błony;

Reakcja chemiczna powierzchniowa, film wytrąca się i stopniowo rośnie, a ostatecznie tworzy ciągły film i generuje jednocześnie produkty uboczne;

Produkty uboczne są usuwane z powierzchni matrycy;

Produkty uboczne są usuwane z komory reakcji. Wraz z ciągłym postępem procesu zapotrzebowanie na rowki i napełnianie głębokich dziur urodziło nowe technologie CVD, a obecnymi technologiami stosowanymi głównym nurtem są LPCVD, PECVD, a przyszłym kierunkiem rozwoju jest HDPCVD, SACVD.

Dwa ważne wprowadzenie PECVD w branży:

Zgodnie z częstotliwością wytwarzania osocza plazmę stosowaną w PE CVD można podzielić na dwa typy: Radio częstotliwość częstotliwości radiowej i plazma mikrofalowa

.

Obecnie częstotliwość częstotliwości RF stosowana w branży wynosi na ogół 13,56 MHz. Wśród nich metody sprzężenia plazmy RF są zwykle podzielone na dwa typy: sprzężenie pojemnościowe (CCP) i sprzężenie indukcyjne (ICP).

3.ald (osadzanie warstwy atomowej)

ALD ma precyzyjne możliwości kontroli grubości grubości, doskonałą jednolitość grubości i konsystencję zdeponowanych filmów, a jego zdolność zasięgu jest bardzo silna, co sprawia, że nadaje się do wzrostu folii w głębokich strukturach. ALD odgrywa ważną rolę w wielu procesach, takich jak SADP, HKMG i warstwa bariery dyfuzyjnej między metalem miedzi.

Zasada ALD:Poprzez puls prekursora fazy gazowej poprzez przemienną penetrację do reaktora i utworzenie warstwy warstwy przez warstwę na powierzchni podłoża w trybie pojedynczej warstwy atomowej, etapy reakcji obejmują:

prekursor A wchodzi do komory reakcji i jest adsorbowany na powierzchni matrycy;

Spłucz komorę reakcyjną gazem obojętnym i wyczyść pozostały prekursor A;

Prekursor B wchodzi do komory reakcji i adsorbów na powierzchni matrycy, reaguje chemicznie z prekursorem A, tworząc film docelowy;

Gaz obojętny spłukuje komorę reakcji, aby usunąć produkty uboczne wytwarzane przez reakcję chemiczną z komory reakcyjnej i uzupełnia osadzanie cienkich warstw warstwy atomowej. Ten cykl pozwala na osadzanie cienkich warstw na poziomie atomowym.

Iii. Co to jest sprzęt do osadzania cienkiego?

Cienkie osadzanie się jest kluczowym sprzętem dla półprzewodników. Jak sama nazwa wskazuje, jest ona głównie odpowiedzialna za osadzanie warstwy dielektrycznej i warstwy metalowej na każdym etapie procesu.

Układ próżni i kontroli ciśnienia: pompa mechaniczna, pompa molekularna, zawór próżniowy, wskaźnik próżni itp.

Funkcja: Zapewnij stabilne środowisko próżniowe do procesu osadzania, zmniejsz wpływ azotu, tlenu i pary wodnej na jakość filmu. Niska próżnia jest ekstrahowana przez suchą pompę, aby uniknąć zanieczyszczenia oleju podłoża. Pompa molekularna służy do wydobywania wysokiej próżni, która ma silną zdolność do usuwania pary wodnej i zapewnienia czystości komory reakcyjnej.

Znaczenie: Środowisko próżniowe ma fundamentalne znaczenie dla odkładania się filmu, bezpośrednio wpływające na czystość i jednolitość filmu.

Skład systemu depozytowego: zasilacz RF, system chłodzenia wody, grzejnik podłoża itp.

Funkcja: zasilacz RF: Jonizuje gaz reakcyjny, generuje osocze i promuje reakcje chemiczne. System chłodzenia wody: Zapewnia chłodzenie pompy i komory reakcyjnej, zapobiegając przegrzaniu sprzętu i wyzwalaniu alarmów w przypadku przewagi. Linie wodne chłodzące są izolowane, aby uniknąć zakłóceń elektrycznych.

Podstawa podłoża: podgrzewa podłoże w celu usunięcia zanieczyszczeń powierzchniowych i poprawy przyczepności warstwy do podłoża. Znaczenie: System sedymentacji jest rdzeniem składania filmu i bezpośrednio wpływa na jakość i wydajność filmu.

Skład systemu kontroli gazu i przepływu: Cylinder gazowy, szafka gazowa, miernik przepływu masy, rurociąg przenoszenia gazu itp.

Funkcjonować:

Źródło gazu: Gaz reakcyjny (taki jak silan, amoniak, azot itp.) Jest dostarczany przez cylindry gazowe.

Dostawa gazu: Gaz jest transportowany do komory procesowej przez szafkę gazową.

Kontrola przepływu: Mierniki masy są używane do precyzyjnego kontrolowania przepływu gazu w celu zapewnienia stabilnych proporcji i szybkości przepływu gazów reaktywnych.

Znaczenie:Kontrola przepływu gazu bezpośrednio wpływa na skład, grubość i jednolitość filmu.

Skład układu reakcji: komora reakcyjna, taca podłoża, dystrybutor gazu, elektroda itp.

Funkcje:

(1) Komora reakcyjna:Zapewnia przestrzeń reakcji do osadzania się cienkiego warstwy, zwykle wykonanej z materiałów o wysokiej temperaturze i oporności na korozję.

Taca podłoża: Zabezpiecz podłoże i upewnij się, że jest równomiernie podgrzewana.

Dystrybutor gazu: równomiernie rozkładaj gaz reakcyjny, aby zapewnić jednorodność osadzania się filmu.

(4) Elektroda: W procesach takich jak PECVD jest używany do generowania plazmy.

Znaczenie: Komora reakcyjna jest głównym obszarem osadzania się filmu, a jej projekt bezpośrednio wpływa na jakość i wydajność filmu.

5. Kontrola Systemu:PLC (programowalny sterownik logiczny), czujnik, interfejs ludzkiej maszyny (HMI) itp.

Funkcje:

(1) Automatyczna kontrola:Zdaj sobie sprawę z automatycznego działania każdego systemu sprzętu za pośrednictwem PLC.

(2) Monitorowanie parametrów:Monitorowanie kluczowych parametrów, takich jak temperatura, ciśnienie i przepływ gazu.

(3) alarm błędu:Uruchom alarm i automatycznie zatrzymaj maszynę w nienormalnych okolicznościach.

Znaczenie:System sterowania zapewnia stabilne działanie sprzętu, poprawia spójność procesu i niezawodność.

System systemu czyszczenia i konserwacji: Gaz czyszczenia (taki jak NF₃, CF₄), rurociąg czyszczący, urządzenie do oczyszczania gazu spalin itp.

Funkcjonować:

Czyszczenie komory:Regularnie usuwaj osad w komorze reakcyjnej, aby uniknąć zanieczyszczenia.

Obróbka gazu spalinowego:Lecz szkodliwe gazy generowane podczas procesu reakcji, aby zapewnić ochronę środowiska i bezpieczeństwo.

WAŻNE: Systemy czyszczenia i konserwacji rozszerzają żywotność sprzętu i zapewniają stabilność i spójność osadzania się filmu.

IV. ANTERNATYCZNY RYNKU DLA CIENKOWEGO FILMU SPRZEDAŻY

Zgodnie z danymi półprodukcyjnymi, maszynami litograficznymi, maszynami do trawienia i urządzeń do odkładania cienkiego warstwy stanowią odpowiednio około 24%, 20%i 20%rynku sprzętu półprzewodnikowego.

Sprzęt do osadzania się cienkiego filmu jest jednym z trzech podstawowych urządzeń z półprzewodnikowej linii produkcyjnej, a jego wielkość rynku będzie nadal rosła wraz z postępem procesu.

Globalna wielkość rynku urządzeń do osadzania się cienkiego folii wynosiła około 20 miliardów USD w 2022 r. Oczekuje się, że rynek wzrośnie do 30 miliardów dolarów do 2026 r., Z złożoną roczną stopą wzrostu (CAGR) wynoszącą około 8-10%.

Kierowcy wzrostu:

Zaawansowane wymagania procesu: W miarę ewolucji procesów półprzewodnikowych do 3NM, 2NM i poniżej węzłów liczba i złożoność procesów osadzania cienkiego warstwy znacznie wzrosły. Na przykład proces osadzania cienkiego warstwy procesu 3NM jest 2,5 razy wyższy niż w procesie 90 nm.

Ulepszenia układu pamięci: Od 2D NAND do 3D NAND liczba warstw osadzania cienkiego warstwy znacznie wzrosła. Liczba ułożonych warstw 3D NAND wzrosła z 32 do ponad 200, a zapotrzebowanie na sprzęt do osadzania się cienkiego folii gwałtownie wzrósł.

2

4. Udział w segmencie rynku: CVD Sprzęt: stanowi około 60% rynku urządzeń do osadzania się na folii, który jest największym segmentem. Sprzęt PVD: stanowi około 25% rynku urządzeń do osadzania się cienkiego filmu. Sprzęt ALD: stanowi około 15% rynku urządzeń do osadzania się na folii, ale rośnie najszybciej, z CAGR ponad 15% w ciągu najbliższych pięciu lat.