Smiconductor dunne filmafzettingapparatuur

Dunne filmafzettingapparatuur, een van de drie kernapparatuur van de productielijn van de halfgeleider.

I. Wat is dunne filmafzetting

II. Gedetailleerde introductie van PVD, CVD en ALD

Iii. Twee belangrijke PECVD -introducties in de industrie

IV. Global Semiconductor Dunne Film Deposition Equipment Market

I. Wat is dunne filmafzetting

Simpel gezegd: filmafzetting is om de chip te "leggen".

Hoe preciezer en gelaagd de chip, hoe groter de vraag naar "film".

Hoe beter de chip, hoe meer stickers er zijn.

Professioneel:Classificatie van dunne filmafzettingapparatuur dunne filmafzetting verwijst naar de afzetting van dunne filmmaterialen die moeten worden behandeld op siliciumwafels en andere substraten, en de afgezette dunne filmmaterialen zijn voornamelijk silica, siliciumnitride, polysilicon en andere niet-metalen en andere metalen en andere metalen, en de afgezette film kan amorfisch, polycrystallijn of monokrystalline zijn.

Het omvat CVD (chemische dampafzetting), PVD (fysische dampafzetting) en ALD (atomaire laagafzetting), waaronder ALD tot de tak van CVD behoort.

Waarom zeggen we dat hoe preciezer en hoe meer lagen de chip, hoe groter de vraag naar "film"?

Chip Manufacturing is als een film op een mobiele telefoon plaatsen, maar deze "film" is nano-niveaus en het moet worden geplakt met tientallen of zelfs honderden lagen! Naarmate het chipproces steeds verfijnder wordt en de structuur steeds complexer wordt, is de vraag naar "film" ook aanzienlijk toegenomen.

Hoe geavanceerder het proces, hoe meer lagen van de film

In de CMOS -productielijn van het 90 nm -proces zijn ongeveer 40 dunne filmafzettingsprocessen vereist, waarbij 6 materialen betrokken zijn; In de FINFET -productielijn van het 3NM -proces is het dunne filmafzettingsproces toegenomen tot 100 en de soorten materialen zijn bijna 20. Elke laag "film" is cruciaal, en zonder enige laag werkt de chip mogelijk niet goed.

Hoe complexer de structuur, hoe moeilijker het is om de film toe te passen

Het nemen van geheugenchips als een voorbeeld, van 2D NAND tot 3D NAND, is de structuur veranderd van plat naar driedimensionaal, en het aantal lagen is aanzienlijk toegenomen, net als een bungalow met één verdieping naar een wolkenkrabber. Elke laag vereist een precieze "coating", die natuurlijk de vraag naar dunne filmafzettingapparatuur verhoogt.

Daarom is dunne filmafzettingapparatuur de "filmmeester" van chipproductie, en hoe preciezer en gelaagd de chip, hoe onafscheidelijker het is.

II. PVD, CVD

PVD (fysieke dampafzetting)

Fysieke dampafzetting is een technologie die fysieke mechanismen gebruikt om dunne filmafzetting uit te voeren, en het proces omvat geen chemische reacties.

Het omvat voornamelijk verdamping, sputtering, boogplasma -coating, ionencoating, moleculaire bundelpitaxiale coating en andere categorieën. Verdamping: verwijst naar een coatingtechnologie waarin het verdampte materiaal wordt verwarmd door verdampingsbronnen zoals resistentie, elektronenstraal, hoogfrequente inductie, boog en laser in een hoge vacuümkamer om het smelten- en vergassingstemperatuur te bereiken, die het substraat van het oppervlak is, die is ontsnapt aan een damp. en gecondenseerd om een solide film te vormen.Vacuümverdamping is momenteel het reguliere proces van OLED -panelen.

Sputeren: verwijst meestal naar magnetron sputeren, dat verwijst naar het gebruik van geladen deeltjes om in het elektrische veld te versnellen met een bepaalde kinetische energie, in een vacuümstatus van 1,3 x 10-3pa wordt gevuld met inert gas en tussen het substraat (anode) wordt toegevoegd met een hoogste stroomdichte drijfstroom. Gas, produceer plasma, schiet de atomen van het metalen doelwit uit en afzetting op het substraat.

Sputtercoating is de meest gebruikte PVD.

Moleculaire bundelpitaxie (MBE): het is een speciaal vacuümcoatingproces dat dunne films laag groeit door laag langs de kristalas van het substraatmateriaal. MBE kan enkele kristalfilms bereiden met tientallen atomaire lagen, evenals afwisselende dunne films met verschillende componenten en doping om ultradunne laag kwantummicrostructuurmaterialen te vormen.

Ionplating: een combinatie van vacuümverdamping en sputtercoating, het te plaatsen materiaal wordt gedeeltelijk geïoniseerd in de ontladingsruimte na verdamping, en vervolgens worden de te platen ionen aangetrokken door de elektrode naar het substraat dat in een film wordt afgezet.

Vanwege de complexiteit heeft ionenplaten een beperkt scala aan toepassingen.

Al met al, tijdens het PVD -proces, verandert alleen de materiaalvorm en er is geen chemische reactie bij betrokken, wat een pure fysieke verandering is. PVD is een essentieel sleutelproces voor het afzetten van ultrazuiver metaal- en overgangsmetaalnitridefilms in het hele proces van de productie van halfgeleiders.

2.CVD (chemische dampafzetting)

Afzetting van diëlektrische en halfgeleiderfilm CVD is een coatingproces dat vaste films op het oppervlak van een substraat afzet door een chemische reactie van een dampfase, wat een chemische reactie is.

CVD -reactie -voorlopers zijn in het algemeen silaan, fosfor, boraan, ammoniak, zuurstof en andere gasgroepstoffen, en de producten zijn in het algemeen nitride, oxide, stikstofoxide, carbide, polysilicium en andere vaste films, en de reactieomstandigheden zijn in het algemeen hoge temperatuur, hoge druk, plasma, enz.

Het CVD -filmvormingsproces bevat over het algemeen acht stappen:

Reactief gastransport naar het sedimentaire gebied;

Membraanvoorlopersvorming;

Membraanvoorlopers diffunderen naar het oppervlak van de matrix;

Membraanvoorloperadhesie;

Membraanprecursoren diffunderen naar het membraangroeipergebied;

Oppervlaktechemische reactie, de film neerslaat en groeit geleidelijk, en vormt uiteindelijk een continue film en genereert tegelijkertijd bijproducten;

Bijproducten worden verwijderd van het oppervlak van de matrix;

Bijproducten worden uit de reactiekamer verwijderd. Met de voortdurende vooruitgang van het proces, heeft de vraag naar groeven en diepe gatenvulling nieuwe CVD -technologieën bevallen, en de huidige mainstream toegepaste technologieën zijn LPCVD, PECVD en de toekomstige ontwikkelingsrichting is HDPCVD, SACVD.

Twee belangrijke PECVD -introducties in de industrie:

Volgens de frequentie van plasma -generatie kan het plasma dat in PE CVD wordt gebruikt, worden onderverdeeld in twee soorten: radiofrequentie plasma en magnetron plasma

.

Momenteel is de RF -frequentiefrequentie die in de industrie wordt gebruikt over het algemeen 13,56 MHz. Onder hen zijn RF -plasma -koppelingsmethoden meestal onderverdeeld in twee soorten: capacitieve koppeling (CCP) en inductieve koppeling (ICP).

3.ald (afzetting van atoomlaag)

ALD heeft precieze besturingsmogelijkheden van de filmdikte, uitstekende dikte -uniformiteit en consistentie van afgezette films en de stappendekkingcapaciteit is zeer sterk, waardoor het geschikt is voor filmgroei in diepe groefstructuren. ALD speelt een belangrijke rol in meerdere processen zoals SADP-, HKMG- en koperen metaal interconnect diffusiebarrièrelagen.

ALD -principe:Door de puls van de gasfase-voorloper door een afwisselende penetratie in de reactor en een filmlaag te vormen door laag op het substraatoppervlak in de modus van een enkele atoomlaag, zijn de reactiestappen:

Voorloper A komt de reactiekamer binnen en wordt geadsorbeerd op het oppervlak van de matrix;

Spoel de reactiekamer met inert gas en reinig de resterende voorloper A;

Voorloper B komt de reactiekamer en adsorbs op het oppervlak van de matrix binnen, reageert chemisch met voorloper A om de richtfilm te vormen;

Het inerte gas spoelt de reactiekamer door om de bijproducten te verwijderen die worden gegenereerd door de chemische reactie van de reactiekamer en voltooit de afzetting van dunne atoomlaagfilms. Deze cyclus zorgt voor de afzetting van dunne films op atomair niveau.

Iii. Wat is dunne filmafzettingapparatuur?

Dunne filmafzetting is een belangrijke apparatuur voor halfgeleiders. Zoals de naam al doet vermoeden, is het voornamelijk verantwoordelijk voor de afzetting van de diëlektrische laag en de metalen laag in elke processtap.

Samenstelling van vacuüm- en drukregelsysteem: mechanische pomp, moleculaire pomp, vacuümklep, vacuümmeter, etc.

Functie: zorg voor een stabiele vacuümomgeving voor het afzettingsproces, vermindert de impact van stikstof, zuurstof en waterdamp op de kwaliteit van de film. Laag vacuüm wordt geëxtraheerd door een droge pomp om olieverontreiniging van het substraat te voorkomen. De moleculaire pomp wordt gebruikt om een hoog vacuüm te extraheren, wat een sterk vermogen heeft om waterdamp te verwijderen en de netheid van de reactiekamer te waarborgen.

Belang: de vacuümomgeving is van fundamenteel belang voor filmafzetting, die de zuiverheid en uniformiteit van de film direct beïnvloedt.

De samenstelling van het afzettingssysteem: RF -voeding, waterkoelsysteem, substraatverwarming, enz.

Functie: RF -voeding: ioniseert het reactiegas, genereert plasma en bevordert chemische reacties. Waterkoelsysteem: zorgt voor koeling voor de pomp en de reactiekamer, waardoor apparatuur wordt voorkomen dat er oververhit raakt en alarmen veroorzaken in het geval van overtemperatuur. Koelwaterleidingen zijn geïsoleerd om elektrische interferentie te voorkomen.

Substraatverwarming: verwarmt het substraat om oppervlakte -onzuiverheden te verwijderen en de hechting van de film aan het substraat te verbeteren. Belang: het sedimentatiesysteem is de kern van filmafzetting en heeft direct invloed op de kwaliteit en uitvoering van de film.

Samenstelling van gas- en stroomcontrolesysteem: gascilinder, gaskast, massastroommeter, gastransmissiepijpleiding, etc.

Functie:

Gasbron: reactiegas (zoals silaan, ammoniak, stikstof, enz.) Wordt geleverd door gascilinders.

Gasafgifte: gas wordt via een gaskast naar de proceskamer getransporteerd.

Stroomregeling: massastroommeters worden gebruikt om de gasstroom nauwkeurig te regelen om stabiele verhoudingen en stroomsnelheden van reactieve gassen te garanderen.

Belang:Gasstroomcontrole heeft direct invloed op de samenstelling, dikte en uniformiteit van de film.

Reactiekamersysteem Samenstelling: reactiekamer, substraatlade, gasverdeler, elektrode, enz.

Functies:

(1) Reactiekamer:Biedt reactieruimte voor dunne filmafzetting, meestal gemaakt van hoge temperatuur en corrosiebestendige materialen.

Substraatvak: zet het substraat vast en zorg ervoor dat het gelijkmatig wordt verwarmd.

Gasverdeler: Verdeel het reactiegas gelijkmatig om de uniformiteit van filmafzetting te waarborgen.

(4) Elektrode: in processen zoals PECVD wordt het gebruikt om plasma te genereren.

Belang: de reactiekamer is het kerngebied van filmafzetting en het ontwerp ervan heeft direct invloed op de kwaliteit en prestaties van de film.

5. Samenstelling van het systeem:PLC (programmeerbare logische controller), sensor, mens-machine interface (HMI), enz.

Functies:

(1) Automatische besturing:Realiseer de automatische werking van elk systeem van de apparatuur via PLC.

(2) Parameterbewaking:Real-time monitoring van belangrijke parameters zoals temperatuur, druk en gasstroom.

(3) Foutalarm:Trigger het alarm en stop de machine automatisch onder abnormale omstandigheden.

Belang:Het besturingssysteem zorgt voor een stabiele werking van de apparatuur en verbetert de consistentie en betrouwbaarheid van het proces.

Samenstelling van reiniging en onderhoudssysteem: reinigingsgas (zoals NF₃, CF₄), reinigingspijpleiding, uitlaatgasbehandelingsapparaat, enz.

Functie:

Kamerreiniging:Verwijder regelmatig sediment in de reactiekamer om verontreiniging te voorkomen.

Uitlaatgasbehandeling:Behandel schadelijke gassen die tijdens het reactieproces worden gegenereerd om de bescherming en veiligheid van het milieu te waarborgen.

BELANGRIJK: Reinigings- en onderhoudssystemen verlengen de levensduur van de apparatuur en zorgen voor de stabiliteit en consistentie van filmafzetting.

Iv.internationale markt voor dunne filmafzettingapparatuur

Volgens semi -meetgegevens zijn lithografiemachines, etsmachines en dunne filmafzettingapparatuur goed voor respectievelijk ongeveer 24%, 20%en 20%van de markt voor halfgeleiderapparatuur.

Dunne filmdepositieapparatuur is een van de drie kernapparatuur van de productielijn van de halfgeleider en de marktomvang zal blijven groeien met de voortgang van het proces.

De wereldwijde marktgrootte van de dunne filmafzetting was rond de USD 20 miljard in 2022. De markt zal naar verwachting groeien tot $ 30 miljard in 2026, met een samengestelde jaarlijkse groeipercentage (CAGR) van ongeveer 8-10%.

Groeistrijders:

Geavanceerde procesvereisten: Naarmate halfgeleiderprocessen evolueren naar 3nm, 2 nm en onder knooppunten, zijn het aantal en de complexiteit van dunne filmafzettingsprocessen aanzienlijk toegenomen. Het dunne filmafzettingsproces van het 3nm -proces is bijvoorbeeld 2,5 keer hoger dan dat van het 90 NM -proces.

Geheugenchip -upgrades: van 2d NAND tot 3D NAND is het aantal dunne filmafzettingslagen aanzienlijk toegenomen. Het aantal gestapelde lagen van 3D NAND is gegroeid van 32 naar meer dan 200, en de vraag naar dunne filmafzettingapparatuur is omhooggeschoten.

3. Opkomende toepassingen aangedreven: de vraag naar high-performance chips in opkomende technologieën zoals 5G, kunstmatige intelligentie, internet der dingen en autonoom rijden blijft groeien, waardoor de uitbreiding van de markt voor dunne filmafzettingapparatuur stimuleert.

4. Marktsegmentaandeel: CVD -apparatuur: is goed voor ongeveer 60% van de markt voor dunne filmafzettingapparatuur, het grootste segment. PVD -apparatuur: is goed voor ongeveer 25% van de markt voor dunne filmafzettingapparatuur. ALD -apparatuur: is goed voor ongeveer 15% van de markt voor dunne filmafzettingapparatuur, maar het groeit het snelst, met een CAGR van meer dan 15% in de komende vijf jaar.