تجهیزات رسوب فیلم نازک smiconductor

تجهیزات رسوب فیلم نازک ، یکی از سه تجهیزات اصلی خط تولید نیمه هادی.

من رسوب فیلم نازک است

ii. معرفی دقیق PVD ، CVD و ALD

iii دو معرفی مهم PECVD در صنعت

IV بازار تجهیزات رسوب فیلم نازک نیمه هادی جهانی

من رسوب فیلم نازک است

به عبارت ساده: رسوب فیلم "قرار دادن" تراشه است.

هرچه تراشه دقیق تر و لایه بندی شود ، تقاضای "فیلم" بیشتر می شود.

هرچه تراشه بهتر باشد ، برچسب های بیشتری وجود دارد.

از نظر حرفه ای:طبقه بندی تجهیزات رسوب فیلم نازک رسوب فیلم نازک به رسوب مواد فیلم نازک که بر روی ویفرهای سیلیکون و سایر بسترها درمان می شود ، اشاره دارد و مواد فیلم نازک رسوب شده عمدتا سیلیس ، نیترید سیلیکون ، پلیسیلیکون ، سایر فلزات و مس و فلزات دیگر هستند ، و فیلم سپرده شده می تواند آماز باشد ، پلی کرایستالین یا مونوکریین.

این شامل CVD (رسوب بخار شیمیایی) ، PVD (رسوب بخار فیزیکی) و ALD (رسوب لایه اتمی) است که از جمله ALD متعلق به شاخه CVD است.

چرا می گوییم که هرچه تراشه دقیق تر و لایه های بیشتر باشد ، تقاضای "فیلم" بیشتر می شود؟

ساخت تراشه مانند قرار دادن فیلم بر روی تلفن همراه است ، اما این "فیلم" نانو سطح است و باید با ده ها یا حتی صدها لایه چسبانده شود! هرچه روند تراشه بیشتر و پیچیده تر شود و ساختار پیچیده تر شود ، تقاضا برای "فیلم" نیز به میزان قابل توجهی افزایش یافته است.

هرچه روند پیشرفته تر باشد ، لایه های بیشتر فیلم بیشتر است

در خط تولید CMOS فرآیند 90 نانومتری ، حدود 40 فرآیند رسوب فیلم نازک مورد نیاز است که شامل 6 ماده است. در خط تولید FINFET فرآیند 3NM ، فرآیند رسوب فیلم نازک به 100 افزایش یافته است و انواع مواد نزدیک به 20 است. هر لایه "فیلم" بسیار مهم است و بدون هیچ لایه ای ، تراشه ممکن است به درستی کار نکند.

هرچه ساختار پیچیده تر باشد ، استفاده از فیلم دشوارتر خواهد بود

با استفاده از تراشه های حافظه به عنوان نمونه ، از 2D NAND به 3D NAND ، ساختار از مسطح به سه بعدی تغییر کرده است ، و تعداد لایه ها به طور قابل توجهی افزایش یافته است ، دقیقاً مانند یک خانه ییلاقی تک طبقه به یک آسمان خراش. هر لایه به "پوشش" دقیق نیاز دارد ، که به طور طبیعی تقاضا برای تجهیزات رسوب نازک فیلم را افزایش می دهد.

بنابراین ، تجهیزات رسوب فیلم نازک "استاد فیلم" ساخت تراشه است و هرچه تراشه دقیق تر و لایه بندی شده تر باشد ، از هم جدا تر است.

ii. PVD ، CVD

PVD (رسوب بخار فیزیکی)

رسوب بخار فیزیکی فناوری است که از مکانیسم های فیزیکی برای انجام رسوب فیلم نازک استفاده می کند و این فرایند شامل واکنش های شیمیایی نمی شود.

این عمدتا شامل تبخیر ، لکه دار شدن ، پوشش پلاسما قوس ، پوشش یونی ، پوشش اپیتاکسیال پرتو مولکولی و دسته های دیگر است. تبخیر: به یک فناوری پوشش اشاره دارد که در آن مواد تبخیر شده توسط منابع تبخیر مانند مقاومت ، پرتو الکترونی ، القاء با فرکانس بالا ، قوس و لیزر در یک محفظه خلاء بالا گرم می شوند تا به دمای ذوب و گاز زدایی برسند ، به گونه ای که اتم ها یا مولکول های مواد تبخیر شده از سطح تبخیر شده و از سطح آن خارج می شوند و از سطح آن استفاده می کنند و از سطح آن استفاده می کنند و از سطح آن استفاده می کنند و از سطح آن استفاده می کنند و از سطح آن استفاده می کنند و از سطح آن استفاده می کنند و از سطح آن استفاده می کنند. تبخیر و متراکم برای تشکیل یک فیلم محکم.تبخیر خلاء در حال حاضر روند اصلی پانل های OLED است.

لکه دار کردن: معمولاً به لکه دار شدن مگنترون اشاره دارد ، که به استفاده از ذرات بارگذاری شده برای تسریع در میدان الکتریکی با انرژی جنبشی خاص اشاره دارد ، در حالت خلاء 10-3pa با گاز بی اثر پر شده است و بین بستر (آند) و هدف فلز (کاتد) با استفاده از Glow Glow به دلیل جریان مستقیم با ولتاژ ، به دلیل جریان مستقیم با ولتاژ اضافه می شود. گاز ، تولید پلاسما ، انفجار اتمهای هدف فلزی و رسوب بر روی بستر.

پوشش پاتر پرکاربردترین PVD است.

پرتو مولکولی Epitaxy (MBE): این یک فرآیند ویژه پوشش خلاء است که لایه های فیلم های نازک را به صورت لایه ای در امتداد محور کریستالی مواد بستر رشد می دهد. MBE می تواند فیلم های کریستالی منفرد را با ده ها لایه اتمی و همچنین فیلم های نازک متناوب با اجزای مختلف و دوپینگ تهیه کند تا مواد ریزساختار کوانتومی لایه فوق العاده نازک تشکیل شود.

آبکاری یون: ترکیبی از تبخیر خلاء و پوشش لکه دار ، ماده ای که باید پس از تبخیر در فضای تخلیه یونیزه شود ، و سپس یونهایی که باید آبکاری شوند توسط الکترود به بستر جذب می شوند تا به یک فیلم سپرده شوند.

به دلیل پیچیدگی ، آبکاری یون دارای طیف محدودی از برنامه ها است.

در کل ، در طی فرآیند PVD ، فقط شکل مواد تغییر می کند و هیچ واکنش شیمیایی درگیر نیست ، که یک تغییر فیزیکی خالص است. PVD یک فرآیند مهم برای رسمیت فیلم های نیترید فلزی فوق العاده و فلزی در کل فرآیند تولید نیمه هادی است.

2.CVD (رسوب بخار شیمیایی)

رسوب CVD فیلم دی الکتریک و نیمه هادی یک فرآیند پوشش است که فیلم های جامد را بر روی سطح یک بستر از طریق یک واکنش شیمیایی فاز بخار ، که یک واکنش شیمیایی است ، قرار می دهد.

پیش سازهای واکنش CVD به طور کلی سیلان ، فسفر ، بوران ، آمونیاک ، اکسیژن و سایر مواد اولیه گاز هستند و محصولات به طور کلی نیترید ، اکسید ، اکسید نیتروژن ، کاربید ، پلی سیلیکون و سایر فیلم های جامد هستند و شرایط واکنش به طور کلی درجه حرارت بالا ، فشار بالا ، پلاسما و غیره است.

فرآیند شکل گیری فیلم CVD به طور کلی شامل هشت مرحله است:

حمل و نقل گاز واکنشی به منطقه رسوبی ؛

تشکیل پیش سازنده غشای ؛

پیش سازهای غشایی به سطح ماتریس پراکنده می شوند.

چسبندگی پیشرو غشای ؛

پیش سازهای غشایی به منطقه رشد غشای پراکنده می شوند.

واکنش شیمیایی سطحی ، فیلم رسوب می کند و به تدریج رشد می کند ، و در نهایت یک فیلم مداوم تشکیل می دهد و همزمان محصولات جانبی را تولید می کند.

محصولات جانبی از سطح ماتریس خارج می شوند.

محصولات جانبی از محفظه واکنش خارج می شوند. با پیشرفت مداوم فرآیند ، تقاضا برای شیارها و پر کردن سوراخ عمیق به فناوری های جدید CVD به وجود آمده است ، و فن آوری های کاربردی جریان فعلی LPCVD ، PECVD و جهت توسعه آینده HDPCVD ، SACVD است.

دو معرفی مهم PECVD در صنعت:

با توجه به فرکانس تولید پلاسما ، پلاسما مورد استفاده در PE CVD می تواند به دو نوع تقسیم شود: فرکانس رادیویی پلاسما و پلاسما مایکروویو

.

در حال حاضر ، فرکانس RF مورد استفاده در صنعت به طور کلی 13.56 مگاهرتز است. در میان آنها ، روش های اتصال پلاسما RF معمولاً به دو نوع تقسیم می شوند: اتصال خازنی (CCP) و اتصال القایی (ICP).

3.ALD (رسوب لایه اتمی)

ALD از قابلیت های دقیق کنترل ضخامت فیلم ، یکنواختی ضخامت عالی و قوام فیلم های سپرده شده برخوردار است و ظرفیت پوشش گام آن بسیار قوی است و این امر را برای رشد فیلم در ساختارهای شیار عمیق مناسب می کند. ALD نقش مهمی در فرآیندهای مختلف مانند SADP ، HKMG و لایه های سد پراکندگی اتصال فلز مس بازی می کند.

اصل ALD:از طریق پالس پیش ساز فاز گاز از طریق نفوذ متناوب به داخل راکتور و تشکیل یک لایه فیلم توسط لایه بر روی سطح بستر در حالت یک لایه اتمی منفرد ، مراحل واکنش عبارتند از:

پیشرو A وارد محفظه واکنش می شود و روی سطح ماتریس جذب می شود.

محفظه واکنش را با گاز بی اثر بشویید و پیش ساز باقی مانده A را تمیز کنید.

پیش ساز B وارد محفظه واکنش می شود و بر روی سطح ماتریس جذب می شود ، از نظر شیمیایی با پیشرو A واکنش نشان می دهد تا فیلم هدف را تشکیل دهد.

گاز بی اثر محفظه واکنش را برای از بین بردن محصولات جانبی تولید شده توسط واکنش شیمیایی از محفظه واکنش ، از بین می برد و رسوب فیلم های نازک لایه اتمی را تکمیل می کند. این چرخه امکان رسوب فیلم های نازک در سطح اتمی را فراهم می کند.

iii تجهیزات رسوب فیلم نازک چیست؟

رسوب فیلم نازک تجهیزات اصلی برای نیمه هادی ها است. همانطور که از نام آن پیداست ، عمدتاً مسئول رسوب لایه دی الکتریک و لایه فلزی در هر مرحله فرآیند است.

خلاء و ترکیب سیستم کنترل فشار: پمپ مکانیکی ، پمپ مولکولی ، شیر خلاء ، دستگاه خلاء و غیره

عملکرد: یک محیط خلاء پایدار را برای فرآیند رسوب فراهم کنید ، تأثیر نیتروژن ، اکسیژن و بخار آب را بر کیفیت فیلم کاهش دهید. خلاء کم توسط پمپ خشک استخراج می شود تا از آلودگی روغن بستر جلوگیری شود. از پمپ مولکولی برای استخراج خلاء بالا استفاده می شود که توانایی قوی در از بین بردن بخار آب و اطمینان از پاکیزگی محفظه واکنش دارد.

اهمیت: محیط خلاء برای رسوب فیلم اساسی است و به طور مستقیم بر خلوص و یکنواختی فیلم تأثیر می گذارد.

ترکیب سیستم سپرده: منبع تغذیه RF ، سیستم خنک کننده آب ، بخاری بستر و غیره.

عملکرد: منبع تغذیه RF: گاز واکنش را یونیزه می کند ، پلاسما تولید می کند و واکنشهای شیمیایی را ترویج می کند. سیستم خنک کننده آب: خنک کننده را برای پمپ و محفظه واکنش فراهم می کند و از گرمای بیش از حد تجهیزات و تحریک هشدارها در صورت وجود بیش از حد جلوگیری می کند. خطوط آب خنک کننده برای جلوگیری از تداخل الکتریکی عایق بندی می شوند.

بخاری بستر: بستر را گرم می کند تا ناخالصی های سطح را از بین ببرد و چسبندگی فیلم به بستر را بهبود بخشد. اهمیت: سیستم رسوب هسته اصلی رسوب فیلم است و به طور مستقیم بر کیفیت و عملکرد فیلم تأثیر می گذارد.

ترکیب سیستم کنترل گاز و جریان: سیلندر گاز ، کابینت گاز ، کنتور جریان جرم ، خط لوله انتقال گاز و غیره

عملکرد:

منبع گاز: گاز واکنش (مانند سیلین ، آمونیاک ، نیتروژن و غیره) توسط سیلندرهای گاز تهیه می شود.

تحویل گاز: گاز از طریق کابینت گاز به محفظه فرآیند منتقل می شود.

کنترل جریان: از کنتورهای جریان جرم برای کنترل دقیق جریان گاز برای اطمینان از نسبت های پایدار و سرعت جریان گازهای واکنشی استفاده می شود.

اهمیت:کنترل جریان گاز به طور مستقیم بر ترکیب ، ضخامت و یکنواختی فیلم تأثیر می گذارد.

ترکیب سیستم اتاق واکنش: محفظه واکنش ، سینی بستر ، توزیع کننده گاز ، الکترود و غیره

توابع:

(1) اتاق واکنش:فضای واکنش برای رسوب فیلم نازک ، که معمولاً از مواد درجه حرارت بالا و مقاوم در برابر خوردگی ساخته شده است ، فراهم می کند.

سینی بستر: بستر را ایمن کنید و اطمینان حاصل کنید که به طور مساوی گرم می شود.

توزیع کننده گاز: برای اطمینان از یکنواختی رسوب فیلم ، به طور مساوی گاز واکنش را توزیع کنید.

(4) الکترود: در فرآیندهای مانند PECVD ، از آن برای تولید پلاسما استفاده می شود.

اهمیت: محفظه واکنش منطقه اصلی رسوب فیلم است و طراحی آن به طور مستقیم بر کیفیت و عملکرد فیلم تأثیر می گذارد.

5. ترکیب سیستم کنترل:PLC (کنترل کننده منطق قابل برنامه ریزی) ، سنسور ، رابط انسان-ماشین (HMI) و غیره.

توابع:

(1) کنترل خودکار:عملکرد خودکار هر سیستم تجهیزات را از طریق PLC تحقق بخشید.

(2) نظارت بر پارامتر:نظارت بر زمان واقعی پارامترهای کلیدی مانند دما ، فشار و جریان گاز.

(3) هشدار گسل:زنگ هشدار را تحریک کرده و به طور خودکار دستگاه را تحت شرایط غیر طبیعی متوقف کنید.

اهمیت:سیستم کنترل از عملکرد پایدار تجهیزات ، بهبود قوام فرآیند و قابلیت اطمینان را تضمین می کند.

ترکیب سیستم تمیز کردن و نگهداری: تمیز کردن گاز (مانند NF₃ ، CF₄) ، تمیز کردن خط لوله ، دستگاه تصفیه گاز اگزوز و غیره.

عملکرد:

تمیز کردن اتاق:برای جلوگیری از آلودگی ، به طور مرتب رسوبات را در محفظه واکنش جدا کنید.

تصفیه گاز اگزوز:برای اطمینان از حفاظت از محیط زیست و ایمنی ، گازهای مضر تولید شده در طی فرایند واکنش را درمان کنید.

مهم: سیستم های تمیز کردن و نگهداری عمر تجهیزات را افزایش داده و از ثبات و ثبات رسوب فیلم اطمینان می یابد.

IV.international برای تجهیزات رسوب فیلم نازک

براساس داده های نیمه اندازه گیری ، دستگاه های لیتوگرافی ، دستگاه های اچینگ و تجهیزات رسوب فیلم نازک به ترتیب حدود 24 ٪ ، 20 ٪ و 20 ٪ از بازار تجهیزات نیمه هادی را تشکیل می دهند.

تجهیزات رسوب فیلم نازک یکی از سه تجهیزات اصلی خط تولید نیمه هادی است و اندازه بازار آن با پیشرفت روند ادامه خواهد یافت.

اندازه بازار تجهیزات فیلمبرداری فیلم نازک جهانی در سال 2022 حدود 20 میلیارد دلار بود. پیش بینی می شود بازار تا سال 2026 به 30 میلیارد دلار برسد ، با نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) حدود 8-10 ٪.

رانندگان رشد:

الزامات پیشرفته فرآیند: همانطور که فرآیندهای نیمه هادی به گره های 3NM ، 2NM و زیر تکامل می یابند ، تعداد و پیچیدگی فرآیندهای رسوب فیلم نازک به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. به عنوان مثال ، فرآیند رسوب فیلم نازک فرآیند 3NM 2.5 برابر بیشتر از فرآیند 90 نانومتر است.

به روزرسانی های تراشه حافظه: از 2D NAND تا 3D NAND ، تعداد لایه های رسوب فیلم نازک به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. تعداد لایه های انباشته شده از 3D NAND از 32 به بیش از 200 افزایش یافته است و تقاضا برای تجهیزات رسوب فیلم نازک افزایش یافته است.

3. برنامه های نوظهور محور: تقاضا برای تراشه های با کارایی بالا در فن آوری های نوظهور مانند 5G ، هوش مصنوعی ، اینترنت اشیاء و رانندگی خودمختار همچنان در حال رشد است و باعث گسترش بازار تجهیزات رسوب فیلم نازک می شود.

سهم بخش بازار: تجهیزات CVD: حدود 60 ٪ از بازار تجهیزات نازک رسوب فیلم را تشکیل می دهد که بزرگترین بخش است. تجهیزات PVD: حدود 25 ٪ از بازار تجهیزات نازک رسوب فیلم را تشکیل می دهد. تجهیزات ALD: حدود 15 ٪ از بازار تجهیزات نازک رسوب فیلم را به خود اختصاص می دهد ، اما سریعترین در حال رشد است ، با CAGR بیش از 15 ٪ در پنج سال آینده.