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半导体设备入门——薄膜设备

发布日期:2024-08-08
  1. 什么是薄膜?

提到薄膜,顾名思义膜厚度比较小,那么多少才是薄膜?有薄膜对应的就有厚膜。一般小于10um厚度的膜称为薄膜,但绝大部分的薄膜的膜厚都是小于1um。大多都是以nm为膜厚的单位进行衡量。薄膜 需要基体进行长膜,而厚膜无需要基体,因为本身就有一定的厚度可以自己独立成膜。

薄膜主要用于半导体、光伏、光学器件、面板行业;而厚膜多用于电子器件中,如印刷电路的电阻、电容等。厚膜的精度往往比较差,但是其工艺简单,价格低廉。不像薄膜设备需要复杂昂贵的设备。

2. 半导体中薄膜及其作用?

半导体行业中使用薄膜,而不是厚膜,一方面其需要高的精度、另一方面其需要小的尺寸。

下面是逻辑芯片中的薄膜种类和其所使用的薄膜沉积设备。

下图是3D NAND Memory 芯片中的薄膜及其所使用的薄膜沉积设备。

从上面可以看到芯片的不断堆叠、需要不断的进行光刻、沉积、刻蚀。根据统计。薄膜沉积设备占到了半导体设备的20%左右,其作为半导体产线的三大核心设备之一,起到了关键的作用。刻蚀是半导体制造过程中的“减法设备”,而薄膜沉积设备则是半导体制造过程中的“加法”设备。

3. 薄膜设备的分类

薄膜沉积设备可以分为三大类:PVD、CVD、ALD。

PVD 物理气相沉积,即沉积过程中没有发生化学反应,可以理解为物质测升华、凝华。

CVD化学气相沉积,即沉积过程中发生了化学反应,有新的生成物产生。

ALD原子层沉积,顾名思义,其是一个原子一个原子的沉积在表面,可想而知,它相对于前面两者会更加慢。

4. PVD 分类

薄膜沉积设备种类比较多,今天我们先讲解一下PVD设备,后面再分别介绍CVD和ALD。

PVD 设备主要有:

(1)真空蒸镀

高真空条件下加热靶材到汽化,然后沉积到基体上成膜。

所使用的蒸发源即加热装置:高频感应加热、电弧加热、辐射加热、激光加热等。

(2)溅射镀膜

气体放电产生的气体离子高速轰击靶材表面、靶材原子被轰击出沉积在基板表面成膜。它是应用最广泛的

在真空环境中充入氩气(Ar),并在高电压下使氩气进行辉光放电,可使氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)。氩离子在电场力的作用下,加速轰击在镀料制作的阴极靶材,靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。

溅射镀膜可分为直流溅射射频溅射磁控溅射,其对应的辉光放电电压源和控制场分别为高压直流电、射频(RF)交流电和磁控(M)场。

(3)离子镀

真空蒸镀和溅射镀膜的结合体,待镀材料气化后在放电空间部分电离,之后待镀离子被电极吸引至基板沉积成膜,较为复杂,应用范围不广。

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