Fabricación de chips: deposición de película delgada

En el mundo microscópico de los chips, los transistores deben ser aislados y los cables de metal deben conectarse mediante capas conductoras: este grosor nanométrico (1 nanómetro=mil millones de una película de espesor) es como un cepillo que "dibuja circuitos" para chips. Las tres tecnologías de deposición de películas delgadas en el núcleo en la fabricación de semiconductores: ALD, CVD, PVD, cada una juega un papel irremplazable.

Comparación de las tres principales tecnologías

Característica	Deposición de la capa atómica (ALD)	Deposición de vapor químico (CVD)	Deposición de vapor físico (PVD)
Tasa de deposición	Extremadamente lento (1-10 nm/minutos)	Medio (10-100 nm/minutos)	Extremadamente rápido (100 nm-1 μm/minutos)
Capacidades de cobertura	Perfecto conforme (100% de cobertura de trincheras profundas)	Medio conforme (dependiente de la transmisión de gas)	Cobertura de línea recta (capa de superficie
Materiales aplicables:	Óxidos/nitruros/óxidos de metal/metales	Compuestos de óxido/nitruro/metal	Óxidos parciales de metal/aleación
Temperatura del proceso	Temperatura amplia (50-400 grados)	Alta temperatura (300-1000 grados)	Baja temperatura (temperatura ambiente -500 grados)
Deposición	Crecimiento de la capa atómica autolimitada (capa apilada por capa como una pared)	Deposición de reacciones químicas en fase gaseosa (por ejemplo, gas "nieve")	Sputtering/evaporación física (como la pintura)
Direccionalidad	Isotropía (cobertura uniforme en todas las direcciones)	Isotrópico (el gas puede penetrar en grietas)	Dirección recta (rocíe solo al área de vista directa)

ALD: dispositivos de precisión

Ventaja: recubrimiento uniforme a escala atómica en la superficie de las estructuras 3D (por ejemplo, las aletas de finfet).

Aplicaciones típicas: capa dieléctrica de puerta de alto K para chips por debajo de 7 nm, capa de aislamiento capacitiva para chips de memoria. Costo: velocidad lenta y alto costo.

2. CVD: películas a gran escala

Ventajas: deposición eficiente de compuestos complejos (por ejemplo, aislamiento de sílice, capa de pasivación de nitruro de silicio).

Dirección de innovación: la CVD mejorada por plasma (PECVD) reduce la temperatura y reduce el daño a la capa inferior.

PVD: interconexión de metal

Ventajas: deposición rápida de alambres de cobre/aluminio, barreras de titanio/tántalo.

Flaw fatal: no se puede cubrir profundamente a través de las paredes laterales → requiere usar con ALD/CVD.

0021-02395 Rev.B Insertar anillo, aluminio DXZ SACVD

Desafío de ingeniería: cuando la estructura del chip tiene una relación de profundidad a ancho de 40: 1 (equivalente a un diámetro de la cabeza de pozo de 1 metro y una profundidad del pozo de 40 metros), ¡solo ALD puede cubrir completamente la pared del pozo!

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¿Por qué necesitas tres tecnologías?

Requisitos de precisión: el grosor de la capa dieléctrica de la puerta del transistor ≈ 12 átomos, que no es controlable sin ALD.

Balance de eficiencia: la capa de conductor de metal se completa en 10 minutos con PVD, y ALD lleva 10 horas.

Adaptabilidad estructural: estructura plana → CVD/PVD; Nanoholes 3D → Deben ser Ald.

Consecuencias del fracaso cinematográfico grosor desigual:

La diferencia de la capa dieléctrica de la puerta es 1 átomo → la fuga del transistor aumenta en cien veces más.

Defecto de cubierta: la pared lateral del orificio profundo no está cubierta → Cortocircuito de conductores de metal.