Peralatan pemendapan filem smiconductor nipis

Peralatan pemendapan filem tipis, salah satu daripada tiga peralatan teras barisan pengeluaran semikonduktor.

I.Apa pemendapan filem nipis

Ii. Pengenalan terperinci PVD, CVD dan ALD

Iii. Dua perkenalan PECVD penting dalam industri

Iv. Pasaran Peralatan Pemendapan Filem Semikonduktor Global

I.Apa pemendapan filem nipis

Untuk meletakkannya semata -mata: pemendapan filem adalah untuk "meletakkan" cip itu.

Semakin tepat dan berlapis cip, semakin besar permintaan untuk "filem".

Lebih baik cip, lebih banyak pelekat ada.

Secara profesional:Klasifikasi peralatan pemendapan filem nipis pemendapan filem nipis merujuk kepada pemendapan bahan-bahan filem nipis yang akan dirawat di wafer silikon dan substrat lain, dan bahan-bahan filem nipis yang disimpan terutamanya silika, silikon nitrida, polysilicon dan logam bukan logam dan lain-lain.

Ia termasuk CVD (pemendapan wap kimia), PVD (pemendapan wap fizikal), dan ALD (pemendapan lapisan atom), di antaranya ALD milik cawangan CVD.

Kenapa kita mengatakan bahawa lebih tepat dan lebih banyak lapisan cip, semakin besar permintaan untuk "filem"?

Pembuatan cip adalah seperti meletakkan filem di telefon bimbit, tetapi "filem" ini adalah peringkat nano, dan ia perlu disisipkan dengan berpuluh-puluh atau beratus-ratus lapisan! Memandangkan proses cip menjadi semakin canggih dan struktur menjadi semakin kompleks, permintaan untuk "filem" juga meningkat dengan ketara.

Semakin maju proses, lebih banyak lapisan filem

Dalam barisan pengeluaran CMOS proses 90nm, kira -kira 40 proses pemendapan filem nipis diperlukan, melibatkan 6 bahan; Dalam barisan pengeluaran FinFET dalam proses 3nm, proses pemendapan filem nipis telah meningkat kepada 100 dan jenis bahan hampir 20. Setiap lapisan "filem" adalah penting, dan tanpa sebarang lapisan, cip itu mungkin tidak berfungsi dengan baik.

Struktur yang lebih kompleks, semakin sukar untuk menerapkan filem itu

Mengambil cip ingatan sebagai contoh, dari 2D NAND hingga 3D NAND, struktur telah berubah dari rata ke tiga dimensi, dan bilangan lapisan telah meningkat dengan ketara, seperti banglo satu tingkat ke pencakar langit. Setiap lapisan memerlukan "salutan" yang tepat, yang secara semulajadi meningkatkan permintaan untuk peralatan pemendapan filem nipis.

Oleh itu, peralatan pemendapan filem nipis adalah "tuan filem" pembuatan cip, dan lebih tepat dan berlapis cip, lebih tidak dapat dipisahkan.

Ii. PVD, CVD

PVD (pemendapan wap fizikal)

Pemendapan wap fizikal adalah teknologi yang menggunakan mekanisme fizikal untuk melakukan pemendapan filem nipis, dan prosesnya tidak melibatkan tindak balas kimia.

Ia terutamanya termasuk penyejatan, sputtering, salutan plasma arka, salutan ion, salutan epitaxial rasuk molekul dan kategori lain. Penyejatan: Merujuk kepada teknologi salutan di mana bahan yang disejat dipanaskan oleh sumber penyejatan seperti rintangan, rasuk elektron, induksi frekuensi tinggi, arka dan laser dalam ruang vakum yang tinggi untuk mencapai suhu lebur dan gasifikasi, sehingga atom-atom atau molekul yang dibentuk di dalamnya adalah penguapan yang diuap dan dibentuk dari segi penguapan, yang dibentuk dari segi penguapan, yang dibentuk dari urap. disejat dan dipeluwap untuk membentuk filem pepejal.Penyejatan vakum kini merupakan proses arus perdana panel OLED.

Sputtering: Biasanya merujuk kepada magnetron sputtering, yang merujuk kepada penggunaan zarah-zarah yang dikenakan untuk mempercepatkan di medan elektrik dengan tenaga kinetik tertentu, dalam keadaan vakum 1.3 × 10-3Pa dipenuhi dengan gas lengai, dan di antara sasaran metal. Gas inert, menghasilkan plasma, letupan atom sasaran logam, dan deposit pada substrat.

Salutan Sputter adalah PVD yang paling banyak digunakan.

Epitaxy rasuk molekul (MBE): Ia adalah proses salutan vakum khas yang tumbuh lapisan filem nipis dengan lapisan di sepanjang paksi kristal bahan substrat. MBE boleh menyediakan filem kristal tunggal dengan berpuluh-puluh lapisan atom, serta filem-filem nipis yang berselang-seli dengan komponen yang berbeza dan doping untuk membentuk bahan mikrostruktur kuantum lapisan ultra tipis.

Penyaduran ion: Gabungan penyejatan vakum dan salutan sputter, bahan yang akan disalut sebahagiannya diionisasi dalam ruang pelepasan selepas pengewapan, dan kemudian ion -ion yang disalut ditarik oleh elektrod ke substrat yang akan didepositkan ke dalam filem.

Oleh kerana kerumitannya, penyaduran ion mempunyai pelbagai aplikasi yang terhad.

Secara keseluruhannya, semasa proses PVD, hanya perubahan bentuk material, dan tiada tindak balas kimia yang terlibat, yang merupakan perubahan fizikal yang murni. PVD adalah proses utama yang penting untuk mendepositkan filem nitrida logam dan logam peralihan ultra-tujuan dalam keseluruhan proses pembuatan semikonduktor.

2.cvd (pemendapan wap kimia)

Pemendapan filem dielektrik dan semikonduktor CVD adalah proses salutan yang mendepositkan filem pepejal di permukaan substrat melalui reaksi kimia fasa wap, yang merupakan tindak balas kimia.

Prekursor tindak balas CVD umumnya silane, fosforus, borane, ammonia, oksigen dan bahan mentah gas lain, dan produk umumnya nitrida, oksida, nitrogen oksida, karbida, polysilicon dan lain -lain filem pepejal, dan keadaan reaksi umumnya suhu tinggi, tekanan tinggi, plasma, dan lain -lain.

Proses pembentukan filem CVD umumnya termasuk lapan langkah:

Pengangkutan gas reaktif ke kawasan sedimen;

Pembentukan prekursor membran;

Prekursor membran meresap ke permukaan matriks;

melekat prekursor membran;

Prekursor membran meresap ke kawasan pertumbuhan membran;

Reaksi kimia permukaan, filem itu mendahului dan secara beransur-ansur tumbuh, dan akhirnya membentuk filem yang berterusan dan menghasilkan produk sampingan pada masa yang sama;

Produk sampingan dikeluarkan dari permukaan matriks;

Produk sampingan dikeluarkan dari ruang tindak balas. Dengan kemajuan berterusan proses, permintaan untuk alur dan pengisian lubang dalam telah melahirkan teknologi CVD baru, dan teknologi arus perdana semasa adalah LPCVD, PECVD, dan arahan pembangunan masa depan adalah HDPCVD, SACVD.

Dua perkenalan PECVD penting dalam industri:

Menurut kekerapan penjanaan plasma, plasma yang digunakan dalam CVD PE boleh dibahagikan kepada dua jenis: plasma frekuensi radio dan plasma gelombang mikro

.

Pada masa ini, kekerapan kekerapan RF yang digunakan dalam industri umumnya 13.56MHz. Antaranya, kaedah gandingan plasma RF biasanya dibahagikan kepada dua jenis: gandingan kapasitif (CCP) dan gandingan induktif (ICP).

3.Ald (pemendapan lapisan atom)

ALD mempunyai keupayaan kawalan ketebalan filem yang tepat, keseragaman ketebalan yang sangat baik dan konsistensi filem yang didepositkan, dan kapasiti liputan langkahnya sangat kuat, menjadikannya sesuai untuk pertumbuhan filem dalam struktur alur yang mendalam. ALD memainkan peranan penting dalam pelbagai proses seperti lapisan penghalang penyebaran logam SADP, HKMG, dan tembaga.

Prinsip ALD:Melalui denyutan prekursor fasa gas melalui penembusan bergantian ke dalam reaktor dan membentuk lapisan filem dengan lapisan pada permukaan substrat dalam mod satu lapisan atom, langkah-langkah tindak balas termasuk:

Prekursor A memasuki ruang tindak balas dan diserap di permukaan matriks;

Bilas ruang tindak balas dengan gas lengai dan bersihkan prekursor yang tinggal A;

Prekursor B memasuki ruang tindak balas dan penyerap pada permukaan matriks, bertindak balas secara kimia dengan prekursor A untuk membentuk filem sasaran;

Gas lengai memancarkan ruang tindak balas untuk mengeluarkan produk sampingan yang dihasilkan oleh tindak balas kimia dari ruang tindak balas dan melengkapkan pemendapan filem nipis lapisan atom. Kitaran ini membolehkan pemendapan filem nipis di peringkat atom.

Iii. Apakah peralatan pemendapan filem nipis?

Pemendapan filem nipis adalah peralatan utama untuk semikonduktor. Seperti namanya, ia bertanggungjawab terutamanya untuk pemendapan lapisan dielektrik dan lapisan logam dalam setiap langkah proses.

Komposisi Sistem Kawalan Vakum dan Tekanan: Pam mekanikal, pam molekul, injap vakum, tolok vakum, dll.

Fungsi: Menyediakan persekitaran vakum yang stabil untuk proses pemendapan, mengurangkan kesan nitrogen, oksigen dan wap air pada kualiti filem. Vakum rendah diekstrak oleh pam kering untuk mengelakkan pencemaran minyak substrat. Pam molekul digunakan untuk mengekstrak vakum yang tinggi, yang mempunyai keupayaan yang kuat untuk mengeluarkan wap air dan memastikan kebersihan ruang reaksi.

Kepentingan: Persekitaran vakum adalah asas untuk pemendapan filem, secara langsung mempengaruhi kesucian dan keseragaman filem.

Komposisi sistem deposit: bekalan kuasa RF, sistem penyejukan air, pemanas substrat, dll.

Fungsi: Bekalan Kuasa RF: Mengionkan gas reaksi, menghasilkan plasma, dan menggalakkan tindak balas kimia. Sistem Penyejukan Air: Menyediakan penyejukan untuk pam dan ruang reaksi, menghalang peralatan daripada terlalu panas dan mencetuskan penggera dalam kes overemperature. Garis air penyejuk adalah terlindung untuk mengelakkan gangguan elektrik.

Pemanas substrat: Panaskan substrat untuk menghilangkan kekotoran permukaan dan memperbaiki lekatan filem ke substrat. Kepentingan: Sistem pemendapan adalah teras pemendapan filem dan secara langsung mempengaruhi kualiti dan prestasi filem.

Komposisi Sistem Kawalan Gas dan Aliran: Silinder gas, kabinet gas, meter aliran massa, saluran paip penghantaran gas, dll.

Fungsi:

Sumber gas: gas reaksi (seperti silane, ammonia, nitrogen, dan lain -lain) disediakan oleh silinder gas.

Penghantaran Gas: Gas diangkut ke ruang proses melalui kabinet gas.

Kawalan Aliran: Meter aliran massa digunakan untuk mengawal aliran gas dengan tepat untuk memastikan perkadaran yang stabil dan kadar aliran gas reaktif.

Kepentingan:Kawalan aliran gas secara langsung memberi kesan kepada komposisi, ketebalan, dan keseragaman filem.

Komposisi Sistem Ruang Reaksi: Ruang Reaksi, Dulang Substrat, Pengedar Gas, Elektrod, dll.

Fungsi:

(1) Ruang tindak balas:Menyediakan ruang tindak balas untuk pemendapan filem nipis, biasanya diperbuat daripada bahan suhu tinggi dan tahan kakisan.

Substrat Dulang: Selamatkan substrat dan pastikan ia dipanaskan sama rata.

Pengedar Gas: Secara merata mengedarkan gas reaksi untuk memastikan keseragaman pemendapan filem.

(4) Elektrod: Dalam proses seperti PECVD, ia digunakan untuk menghasilkan plasma.

Kepentingan: Ruang tindak balas adalah kawasan teras pemendapan filem, dan reka bentuknya secara langsung mempengaruhi kualiti dan prestasi filem.

5. Komposisi Sistem Kontrol:PLC (pengawal logik yang boleh diprogramkan), sensor, antara muka manusia-mesin (HMI), dll.

Fungsi:

(1) Kawalan automatik:Menyedari operasi automatik setiap sistem peralatan melalui PLC.

(2) Pemantauan parameter:Pemantauan masa nyata parameter utama seperti suhu, tekanan, dan aliran gas.

(3) penggera kesalahan:mencetuskan penggera dan secara automatik menghentikan mesin di bawah keadaan yang tidak normal.

Kepentingan:Sistem kawalan memastikan operasi peralatan yang stabil, meningkatkan konsistensi dan kebolehpercayaan proses.

Komposisi Sistem Pembersihan dan Penyelenggaraan: Pembersihan Gas (seperti NF₃, CF₄), Paip Pembersihan, Peranti Rawatan Gas Ekzos, dan lain -lain.

Fungsi:

Pembersihan ruang:Secara kerap mengeluarkan sedimen dalam ruang tindak balas untuk mengelakkan pencemaran.

Rawatan Gas Ekzos:Rawat gas berbahaya yang dihasilkan semasa proses tindak balas untuk memastikan perlindungan dan keselamatan alam sekitar.

Penting: Sistem pembersihan dan penyelenggaraan memanjangkan hayat peralatan dan memastikan kestabilan dan konsistensi pemendapan filem.

IV. Pasar International untuk Peralatan Pemendapan Filem Nipis

Menurut data pengukuran separuh, mesin litografi, mesin etsa, dan peralatan pemendapan filem nipis menyumbang kira -kira 24%, 20%, dan 20%daripada pasaran peralatan semikonduktor.

Peralatan pemendapan filem nipis adalah salah satu daripada tiga peralatan teras barisan pengeluaran semikonduktor, dan saiz pasarannya akan terus berkembang dengan kemajuan proses.

Saiz pasaran Peralatan Filem Nipis Global adalah sekitar USD 20 bilion pada tahun 2022. Pasaran dijangka meningkat kepada $ 30 bilion menjelang 2026, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun (CAGR) kira-kira 8-10%.

Pemandu Pertumbuhan:

Keperluan proses lanjutan: Sebagai proses semikonduktor berkembang menjadi 3nm, 2nm dan bawah nod, bilangan dan kerumitan proses pemendapan filem nipis telah meningkat dengan ketara. Sebagai contoh, proses pemendapan filem nipis proses 3nm adalah 2.5 kali lebih tinggi daripada proses 90nm.

Peningkatan CHIP Memori: Dari 2D NAND hingga 3D NAND, bilangan lapisan pemendapan filem nipis telah meningkat dengan ketara. Bilangan lapisan yang disusun 3D NAND telah berkembang dari 32 kepada lebih daripada 200, dan permintaan untuk peralatan pemendapan filem nipis telah meroket.

3. Aplikasi Muncul Didorong: Permintaan untuk cip berprestasi tinggi dalam teknologi baru seperti 5G, kecerdasan buatan, internet perkara, dan memandu autonomi terus berkembang, memacu pengembangan pasaran peralatan pemendapan filem nipis.

4. Segmen Segmen Pasaran: Peralatan CVD: menyumbang kira -kira 60% daripada pasaran peralatan pemendapan filem nipis, yang merupakan segmen terbesar. Peralatan PVD: menyumbang kira -kira 25% daripada pasaran peralatan pemendapan filem nipis. Peralatan ALD: menyumbang kira -kira 15% daripada pasaran peralatan pemendapan filem nipis, tetapi ia berkembang dengan pesat, dengan CAGR lebih daripada 15% dalam tempoh lima tahun akan datang.