Smiconductor Dünnfilm -Abscheidungsausrüstung

Dünnfilm -Abscheidungsausrüstung, eine der drei Kernausrüstung der Halbleiterproduktionslinie.

I.Was ist dünne Filmablagerung

Ii. Detaillierte Einführung von PVD, CVD und ALD

III. Zwei wichtige PECVD -Einführungen in der Branche

Iv. Globaler Markt für Halbleiter -Dünnfilm -Ablagerungsausrüstung

I.Was ist dünne Filmablagerung

Einfach ausgedrückt: Filmablagerung bedeutet, den Chip zu "legen".

Je präziser und geschichtet der Chip, desto größer ist die Nachfrage nach "Film".

Je besser der Chip, desto mehr Aufkleber gibt es.

Beruflich:Die Klassifizierung von Dünnfilmablagerungsausrüstungen Dünnfilmablagerung bezieht sich auf die Ablagerung von Dünnfilmmaterialien, die auf Siliziumwafern und anderen Substraten behandelt werden sollen, und die abgelagerten Dünnfilmmaterialien sind hauptsächlich Siliciumdioxid, Siliziumnitrid, Polysilicon und andere Nicht-Metalle und andere Metalle, und der abgelagerte Film kann amorph, polycrystallin oder monokristallin sein.

Es enthält CVD (chemische Dampfabscheidung), PVD (physikalische Dampfabscheidung) und ALD (Atomschichtabscheidung), unter denen ALD zum Zweig von CVD gehört.

Warum sagen wir, je präziser und mehr Schichten der Chip, desto größer ist die Nachfrage nach "Film"?

Chip Manufacturing ist wie ein Film auf ein Mobiltelefon, aber dieser "Film" ist Nano-Ebene und muss mit Dutzenden oder sogar Hunderten von Schichten eingefügt werden! Da der Chip -Prozess immer anspruchsvoller wird und die Struktur immer komplexer wird, hat sich auch die Nachfrage nach "Film" erheblich zugenommen.

Je fortschrittlicher der Prozess, desto mehr Schichten des Films

In der CMOS -Produktionslinie des 90 -nm -Prozesses sind etwa 40 Dünnfilmabscheidungsprozesse erforderlich, die 6 Materialien umfassen; In der FinFET -Produktionslinie des 3NM -Prozesses hat sich der Dünnfilmabscheidungsprozess auf 100 erhöht und die Materialtypen sind nahe 20. Jede "Filmschicht" ist entscheidend, und ohne Schicht funktioniert der Chip möglicherweise nicht richtig.

Je komplexer die Struktur ist, desto schwieriger ist es, den Film anzuwenden

Als Beispiel von 2D-NAND bis 3D-NAND hat sich die Struktur von flach zu dreidimensional geändert, und die Anzahl der Schichten hat sich wie ein einstöckiger Bungalow zu einem Wolkenkratzer erheblich zugenommen. Jede Schicht erfordert eine präzise "Beschichtung", wodurch die Nachfrage nach Dünnfilmablagerungsausrüstung auf natürliche Weise erhöht wird.

Daher ist Dünnfilmablagerungsausrüstung der "Filmmaster" der Chipherstellung, und je präziser und geschichtet der Chip, desto untrennbarer ist er.

Ii. PVD, CVD

PVD (physikalische Dampfabscheidung)

Physikalische Dampfablagerung ist eine Technologie, die physikalische Mechanismen verwendet, um eine dünne Filmablagerung durchzuführen, und der Prozess beinhaltet keine chemischen Reaktionen.

Es umfasst hauptsächlich Verdunstung, Sputter, Bogenplasmabeschichtung, Ionenbeschichtung, epitaxiale Beschichtung von molekularem Strahl und andere Kategorien. Verdunstung: Bezieht sich auf eine Beschichtungstechnologie, bei der das verdunstete Material durch Verdampfungsquellen wie Widerstand, Elektronenstrahl, Hochfrequenzinduktion, Bogen und Laser in einer hohen Vakuumkammer erhitzt wird Verdunstet und kondensiert zu einem soliden Film.Die Vakuumverdunstung ist derzeit der Mainstream -Prozess von OLED -Panels.

Sputtering: usually refers to magnetron sputtering, which refers to the use of charged particles to accelerate in the electric field with a certain kinetic energy, in a vacuum state of 1.3×10-3Pa is filled with inert gas, and between the substrate (anode) and the metal target (cathode) is added with high-voltage direct current, due to the electrons generated by glow discharge (glowdischarge) to excite the inert Gas, Plasma erzeugen, die Atome des Metallziels ausblasen und auf dem Substrat ablegen.

Die Sputterbeschichtung ist die am häufigsten verwendete PVD.

Molekularstrahl -Epitaxie (MBE): Es ist ein spezieller Vakuumbeschichtungsprozess, der dünne Filme Schicht für Schicht entlang der Kristallachse des Substratmaterials wachsen. MBE kann einzelne Kristallfilme mit Dutzenden von Atomschichten sowie wechselnde Dünnfilme mit unterschiedlichen Komponenten und Dotierung zur Bildung von quantenmikrostrukturmaterialien von ultradeindünnen Schicht herstellen.

Ionenbeschichtung: Eine Kombination aus Vakuumverdampfung und Sputterbeschichtung, das zu plattierte Material ist nach der Verdampfung teilweise ionisiert, und dann werden die zu plattierten Ionen von der Elektrode an das Substrat in einen Film angezogen.

Aufgrund seiner Komplexität hat die Ionenbeschichtung einen begrenzten Anwendungsbereich.

Alles in allem ändert sich während des PVD -Prozesses nur die Materialform, und es ist keine chemische Reaktion beteiligt, was eine reine physikalische Veränderung ist. PVD ist ein wesentlicher Schlüsselprozess zur Ablagerung von Ultra-Pure-Metall- und Übergangsmetallnitridfilmen im gesamten Prozess der Semiconductor-Herstellung.

2.CVD (chemische Dampfabscheidung)

Die Ablagerung von Dielektrikum und Halbleiterfilm CVD ist ein Beschichtungsprozess, der durch eine chemische Reaktion der Dampfphase feste Filme auf der Oberfläche eines Substrats ablegt, was eine chemische Reaktion darstellt.

CVD -Reaktionsvorläufer sind im Allgemeinen Silan-, Phosphor-, Boran-, Ammoniak-, Sauerstoff- und andere Gas Rohstoffe, und die Produkte sind im Allgemeinen Nitrid, Oxid, Stickstoffoxid, Carbid, Polysilizium und andere feste Filme, und die Reaktionsbedingungen sind im Allgemeinen hohe Temperatur, hohen Druck, Plasma usw. usw.

Der CVD -Filmbildungsprozess enthält im Allgemeinen acht Schritte:

Reaktiver Gastransport zum Sedimentbereich;

Bildung von Membranvorläufer;

Membranvorläufer diffundieren an die Oberfläche der Matrix;

Membranvorläuferadhäsion;

Membranvorläufer diffundieren in die Membranwachstumsfläche;

Die chemische Oberflächenreaktion schlägt der Film aus und wächst allmählich und bildet schließlich einen kontinuierlichen Film und erzeugt gleichzeitig Nebenprodukte.

Nebenprodukte werden von der Oberfläche der Matrix entfernt;

Nebenprodukte werden aus der Reaktionskammer entfernt. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt des Prozesses hat die Nachfrage nach Grooves und tiefe Lochfüllung neue CVD -Technologien zur Welt gebracht, und die aktuellen Mainstream -angewandten Technologien sind LPCVD, PECVD, und die zukünftige Entwicklungsrichtung ist HDPCVD, SACV.

Zwei wichtige PECVD -Einführungen in der Branche:

Gemäß der Häufigkeit der Plasmaerzeugung kann das in PE CVD verwendete Plasma in zwei Arten unterteilt werden: Funkfrequenzplasma und Mikrowellenplasma

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Derzeit beträgt die in der Branche verwendete HF -Frequenzfrequenz im Allgemeinen 13,56 MHz. Unter ihnen sind HF -Plasma -Kopplungsmethoden normalerweise in zwei Arten unterteilt: kapazitive Kopplung (CCP) und induktive Kopplung (ICP).

3.ALD (Atomschichtabscheidung)

ALD verfügt über genaue Funktionen der Filmdicke, eine hervorragende Gleichmäßigkeit der Dicke und die Konsistenz von abgelagerten Filmen, und die Kapazität der Stufenabdeckung ist sehr stark, wodurch es für das Wachstum des Films in Deep Groove -Strukturen geeignet ist. ALD spielt eine wichtige Rolle bei mehreren Prozessen wie SADP-, HKMG- und Kupfermetall -Interconnect -Diffusionsbarrierschichten.

ALD -Prinzip:Durch den Impuls der Gasphasenvorläufer durch abwechselnde Penetration in den Reaktor und die Bildung einer Filmschicht für Schicht auf der Substratoberfläche im Modus einer einzelnen Atomschicht umfassen die Reaktionsschritte:

Vorläufer A tritt in die Reaktionskammer ein und wird auf der Oberfläche der Matrix adsorbiert;

Spülen Sie die Reaktionskammer mit inertem Gas aus und reinigen Sie den verbleibenden Vorläufer A;

Vorläufer B tritt in die Reaktionskammer ein und adsorbiert auf der Oberfläche der Matrix, reagiert chemisch mit Vorläufer A, um den Zielfilm zu bilden.

Das inerte Gas spült die Reaktionskammer, um die durch die chemischen Reaktion aus der Reaktionskammer erzeugten Nebenprodukte zu entfernen, und vervollständigt die Ablagerung von Atomschichtdünnfilmen. Dieser Zyklus ermöglicht die Ablagerung von dünnen Filmen auf atomarer Ebene.

III. Was ist Dünnfilm -Abscheidungsausrüstung?

Dünnfilmablagerung ist eine Schlüsselausrüstung für Halbleiter. Wie der Name schon sagt, ist er hauptsächlich für die Ablagerung der dielektrischen Schicht und der Metallschicht in jedem Prozessschritt verantwortlich.

Vakuum- und Druckkontrollsystemzusammensetzung: Mechanische Pumpe, Molekularpumpe, Vakuumventil, Vakuummesser usw.

Funktion: Stellen Sie eine stabile Vakuumumgebung für den Abscheidungsprozess bereit, verringern Sie die Auswirkungen von Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf auf die Qualität des Films. Niedriges Vakuum wird durch Trockenpumpe extrahiert, um die Ölverschmutzung des Substrats zu vermeiden. Die molekulare Pumpe wird verwendet, um ein hohes Vakuum zu extrahieren, was eine starke Fähigkeit hat, Wasserdampf zu entfernen und die Sauberkeit der Reaktionskammer zu gewährleisten.

Wichtigkeit: Die Vakuumumgebung ist für die Filmablagerung von grundlegender Bedeutung und beeinflusst direkt die Reinheit und Einheitlichkeit des Films.

Die Zusammensetzung des Einlagensystems: HF -Stromversorgung, Wasserkühlsystem, Substratheizung usw.

Funktion: HF -Stromversorgung: ionisiert das Reaktionsgas, erzeugt Plasma und fördert chemische Reaktionen. Wasserkühlsystem: Bietet Abkühlung für die Pumpe und die Reaktionskammer, wodurch die Ausrüstung bei Übertemperatur zu einer Überhitzung und Auslösung von Alarmen verhindern wird. Kühlwasserleitungen werden isoliert, um elektrische Störungen zu vermeiden.

Substratheizung: Erhitzt das Substrat, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen und die Adhäsion des Films an das Substrat zu verbessern. Wichtigkeit: Das Sedimentationssystem ist der Kern der Filmablagerung und beeinflusst direkt die Qualität und Leistung des Films.

Zusammensetzung des Gas- und Durchflussregelungssystems: Gaszylinder, Gasschrank, Massenströmungsmesser, Gasübertragungsrohrlinie usw.

Funktion:

Gasquelle: Reaktionsgas (wie Silan, Ammoniak, Stickstoff usw.) wird durch Gaszylinder bereitgestellt.

Gaslieferung: Gas wird durch ein Gasschrank in die Prozesskammer gebracht.

Durchflussregelung: Massenströmungsmessgeräte werden verwendet, um den Gasfluss genau zu steuern, um stabile Anteile und Durchflussraten von reaktiven Gasen sicherzustellen.

Bedeutung:Die Gasströmungsregelung wirkt sich direkt auf die Zusammensetzung, Dicke und Gleichmäßigkeit des Films aus.

Zusammensetzung des Reaktionskammersystems: Reaktionskammer, Substratschale, Gasverteiler, Elektrode usw.

Funktionen:

(1) Reaktionskammer:Bietet Reaktionsraum für dünne Filmablagerung, die normalerweise aus Hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Materialien bestehen.

Substratschale: Sicherstellen Sie das Substrat und stellen Sie sicher, dass es gleichmäßig erhitzt wird.

Gasverteiler: Verbreiten Sie das Reaktionsgas gleichmäßig, um die Gleichmäßigkeit der Filmablagerung zu gewährleisten.

(4) Elektrode: In Prozessen wie PECVD wird sie zum Erzeugen von Plasma verwendet.

Wichtigkeit: Die Reaktionskammer ist der Kernbereich der Filmablagerung, und ihr Design wirkt sich direkt auf die Qualität und Leistung des Films aus.

5. CONTROL -Systemzusammensetzung:SPS (programmierbarer Logikregler), Sensor, Human-Machine-Grenzfläche (HMI) usw.

Funktionen:

(1) Automatische Steuerung:Erkennen Sie den automatischen Betrieb jedes Systems der Geräte über SPS.

(2) Parameterüberwachung:Echtzeitüberwachung von Schlüsselparametern wie Temperatur, Druck und Gasfluss.

(3) Fehleralarm:Lösen Sie den Alarm aus und stoppen Sie die Maschine automatisch unter abnormalen Umständen.

Bedeutung:Das Steuerungssystem sorgt für den stabilen Betrieb der Geräte und verbessert die Prozesskonsistenz und -zuverlässigkeit.

Reinigungs- und Wartungssystemzusammensetzung: Reinigungsgas (wie NF₃, CF₄), Reinigungsrohrlinie, Abgasbehandlungsvorrichtung usw.

Funktion:

Kammerreinigung:Entfernen Sie regelmäßig Sediment in der Reaktionskammer, um eine Kontamination zu vermeiden.

Abgasbehandlung:Behandeln Sie schädliche Gase, die während des Reaktionsprozesses erzeugt wurden, um den Umweltschutz und die Sicherheit zu gewährleisten.

Wichtig: Reinigungs- und Wartungssysteme erweitern die Lebensdauer der Ausrüstung und gewährleisten die Stabilität und Konsistenz der Filmablagerung.

IV.Internationaler Markt für Dünnfilm -Abscheidungsausrüstung

Laut Semi -Messdaten machen Lithographiemaschinen, Ätzmaschinen und Dünnfilm -Abscheidungsgeräte etwa 24%, 20%und 20%des Marktes für Halbleiterausrüstung aus.

Dünnfilm -Abscheidungsausrüstung ist eines der drei Kerngeräte der Halbleiterproduktionslinie, und seine Marktgröße wird mit dem Fortschritt des Prozesses weiter wachsen.

Die Marktgröße für die globale Dünnfilm-Abscheidungsausrüstung betrug 2022 rund 20 Milliarden US-Dollar. Der Markt wird voraussichtlich bis 2026 auf 30 Milliarden US-Dollar wachsen, wobei eine zusammengesetzte jährliche Wachstumsrate (CAGR) von rund 8-10%.

Wachstumstreiber:

Fortgeschrittene Prozessanforderungen: Wenn sich Halbleiterprozesse zu 3nm, 2nm und unterhalb der Knoten entwickeln, haben die Anzahl und Komplexität von Dünnfilmabscheidungsprozessen erheblich zugenommen. Beispielsweise ist der Dünnfilmabscheidungsprozess des 3NM -Prozesses 2,5 -mal höher als der des 90 -nm -Prozesses.

Memory Chip -Upgrades: Von 2D -NAND bis 3D -NAND hat die Anzahl der Ablagerungsschichten der Dünnschicht erheblich zugenommen. Die Anzahl der gestapelten 3D -NAND -Schichten ist von 32 auf mehr als 200 gewachsen, und die Nachfrage nach Dünnfilm -Abscheidungsausrüstung ist in die Höhe geschossen.

3. Emerging Applications gesteuert: Die Nachfrage nach Hochleistungschips in aufstrebenden Technologien wie 5G, künstliche Intelligenz, Internet der Dinge und autonomes Fahren wächst weiter und treibt die Ausweitung des Marktes für Dünnfilm-Ablagerungsausrüstung aus.

4. Marktsegmentanteil: CVD -Geräte: macht etwa 60% des Marktes für Dünnfilm -Ablagerungsausrüstung, dem größten Segment, aus. PVD -Ausrüstung: macht etwa 25% des Marktes für Dünnfilm -Ablagerungsausrüstung aus. ALD -Geräte: macht etwa 15% des Marktes für Dünnfilm -Ablagerungsausrüstung aus, wächst jedoch am schnellsten mit einer CAGR von mehr als 15% in den nächsten fünf Jahren.