Dix types de technologies de dépôt : introduction aux produits PVD, CVD et AMAT
Le dépôt de couches minces est une technologie essentielle dans la fabrication des semi-conducteurs. Il s'agit d'une série d'étapes comprenant l'adsorption d'atomes, leur diffusion à la surface et leur coalescence à des endroits précis pour former progressivement une couche et assurer sa croissance. Lors de la construction d'une nouvelle usine de fabrication de plaquettes, 80 % du budget est consacré à l'acquisition d'équipements. Parmi ceux-ci, les équipements de dépôt de couches minces constituent une étape cruciale de la fabrication des plaquettes et représentent environ 25 % du budget total.
Les procédés de dépôt de couches minces se divisent principalement en dépôt physique en phase vapeur (PVD) et dépôt chimique en phase vapeur (CVD). La technologie PVD utilise des méthodes physiques pour vaporiser une source de matière (surface solide ou liquide) en atomes, molécules ou ions gazeux, sous vide, grâce à un procédé utilisant un gaz (ou plasma) à basse pression. Cette technique permet de déposer une couche mince aux propriétés spécifiques sur la surface d'un substrat. Le principe du PVD peut être globalement classé en trois catégories : évaporation, pulvérisation cathodique et dépôt ionique. Il inclut notamment diverses technologies de revêtement telles que l'épitaxie par jets moléculaires (MBE). Actuellement, la technologie PVD permet de déposer non seulement des films métalliques et d'alliages, mais aussi des composés, des céramiques, des semi-conducteurs, des polymères, etc.
Avec le développement technologique, la technologie PVD innove constamment ; il existe de nombreuses technologies spécialisées pour certaines utilisations, et cet inventaire spécial permet à chacun de découvrir une variété de technologies PVD.
technologie de revêtement par évaporation sous vide
Le revêtement par évaporation sous vide est réalisé sous vide. Le matériau à évaporer est chauffé par l'évaporateur jusqu'à sa sublimation. Le flux de particules ainsi obtenu est directement dirigé vers le substrat, où il se dépose pour former un film solide. Ce procédé, également appelé revêtement par évaporation sous vide, repose sur la conversion de l'énergie en chaleur du matériau de revêtement jusqu'à son évaporation ou sa sublimation. Les particules ainsi formées deviennent des particules gazeuses (atomes, molécules ou groupes atomiques) d'une énergie spécifique (0,1 à 0,3 eV). En quittant la surface de revêtement, ces particules gazeuses sont transportées à grande vitesse vers le substrat en ligne droite, quasiment sans collision. Au contact de la surface, elles se condensent et forment des germes de nucléation qui croissent pour former des films solides. Les atomes constituant le film se réorganisent ou se lient chimiquement.
technique d'évaporation par faisceau d'électrons
L'évaporation par faisceau d'électrons est un type de dépôt physique en phase vapeur. Contrairement aux méthodes d'évaporation traditionnelles, elle utilise avec précision des électrons de haute énergie pour bombarder le matériau cible dans le creuset, le faisant fondre puis le déposant sur le substrat grâce à un champ électromagnétique. L'évaporation par faisceau d'électrons est couramment employée pour la préparation de films d'alliages ou d'oxydes d'Al, CO, Ni, Fe, de SiO₂, de ZrO₂, ainsi que de films d'oxydes résistants à la corrosion et aux hautes températures.
technologie de revêtement par pulvérisation cathodique
La technologie de pulvérisation cathodique consiste à bombarder la surface d'une cible avec des ions. Le phénomène de projection des atomes de la cible est appelé pulvérisation cathodique. Les atomes ainsi produits se déposent sur la surface du substrat pour former un film appelé revêtement. L'ionisation gazeuse est généralement induite par une décharge gazeuse. Sous l'action d'un champ électrique, les ions positifs de cette décharge bombardent la cible cathodique à grande vitesse, arrachant des atomes ou des molécules qui migrent vers la surface du substrat pour s'y déposer sous forme de film.
technologie de pulvérisation cathodique RF
La pulvérisation cathodique RF est une technique de revêtement par pulvérisation. Le système de pulvérisation cathodique AC utilise une alimentation en courant alternatif (CA) au lieu d'une alimentation en courant continu (CC), car la fréquence de l'alimentation CA couramment utilisée se situe dans la gamme des radiofréquences (RF), par exemple 13,56 MHz.
technologie de pulvérisation magnétronique
La pulvérisation cathodique magnétronique, appartenant à la technologie PVD (dépôt physique en phase vapeur), est une méthode importante pour la préparation de couches minces. Elle utilise des particules chargées, accélérées par un champ électrique et dotées d'une énergie cinétique spécifique. Ces ions sont dirigés vers le matériau cible constitué de l'électrode (cathode), et les atomes de la cible sont pulvérisés et projetés vers le substrat pour y déposer un film. L'équipement de pulvérisation cathodique magnétronique permet de contrôler l'épaisseur et l'uniformité du revêtement, et le film obtenu présente une bonne densité, une forte adhérence et une grande pureté. Cette technologie est devenue un moyen essentiel pour la fabrication de divers films fonctionnels.
technologie de revêtement ionique
Le dépôt ionique est une nouvelle technologie de revêtement développée à partir du dépôt par évaporation sous vide et de la pulvérisation cathodique. Différentes méthodes de décharge gazeuse sont introduites dans le domaine du dépôt en phase vapeur. L'ensemble du processus de dépôt se déroule dans un plasma. Il comprend le dépôt ionique par pulvérisation cathodique magnétron, le dépôt ionique réactif, le dépôt ionique par décharge à cathode creuse (méthode d'évaporation à cathode creuse), le dépôt ionique par arcs multiples (dépôt ionique à arc cathodique), etc. Le dépôt ionique améliore considérablement l'énergie des particules de la couche mince et permet d'obtenir une couche aux performances supérieures, élargissant ainsi le champ d'application des films minces. C'est une technologie émergente en plein essor et de plus en plus populaire.
Placage ionique à arc multiple (MAIP)
Le dépôt ionique multi-arc est une méthode d'évaporation directe de métal sur une cible cathodique solide par décharge d'arc. L'évaporation se produit lorsque les ions de la substance cathodique sont libérés du point lumineux de l'arc cathodique, puis déposés sur la surface du substrat sous forme de film.
Épitaxie par jets moléculaires (MBE)
L'épitaxie par jets moléculaires (EJM) est une méthode de fabrication de films épitaxiaux récemment développée. Cette technologie permet la croissance de films cristallins de haute qualité sur des substrats cristallins. Sous ultravide, la vapeur générée par le four chauffé avec les composants nécessaires, le faisceau moléculaire ou atomique formé après collimation à travers un orifice de petite taille, est injectée directement dans le substrat monocristallin à la température appropriée. Le faisceau moléculaire est contrôlé pour balayer le substrat, permettant ainsi l'organisation couche par couche des molécules ou des atomes, formant un film.
Dépôt laser pulsé (PLD)
Le dépôt laser pulsé (PLD), également appelé ablation laser pulsée (PLA), est une technique qui consiste à bombarder un objet avec un laser, puis à déposer le matériau obtenu sur un autre substrat. Ce procédé permet d'obtenir un précipité ou un film.
Épitaxie par jets moléculaires laser (L-MBE)
L'épitaxie par jets moléculaires laser (L-MBE) est une nouvelle technologie de préparation de films développée ces dernières années, qui est une combinaison organique de l'épitaxie par jets moléculaires et de la technologie de dépôt laser pulsé, et de la technologie de revêtement par évaporation laser dans les conditions de l'épitaxie par jets moléculaires.
Actuellement, les principaux équipements PVD dans le processus de fabrication des puces comprennent principalement les équipements PVD à masque dur, les équipements PVD d'interconnexion en cuivre (CuBS) et les équipements PVD de revêtement en aluminium (Al PAD), utilisant principalement la technologie de revêtement par pulvérisation cathodique.
1. Concept de PVD et CVD
Le dépôt physique en phase vapeur (PVD), également appelé dépôt physique en phase vapeur, est une technique de préparation de couches minces qui consiste à déposer des matériaux sur la surface d'objets par des procédés physiques sous vide. Cette technique de revêtement se divise principalement en trois catégories : la pulvérisation cathodique sous vide, le revêtement ionique sous vide et l'évaporation sous vide. Elle permet de revêtir divers substrats, notamment le plastique, le verre, le métal, les films, la céramique et autres.
CVD : L’évaporation chimique en phase vapeur (CVD), également connue sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), est une méthode qui fait référence à la réaction gazeuse à haute température, à la décomposition thermique d’halogénures métalliques, de composés organiques, d’hydrocarbures, etc., à la réduction par l’hydrogène ou à la réaction biochimique de leur mélange sous haute température pour précipiter des matériaux inorganiques tels que des métaux, des oxydes, des carbures, etc. Elle est largement utilisée dans la fabrication de couches de matériaux résistants à la chaleur, la production de métaux de haute pureté et la production de films semi-conducteurs.
2. Procédé de dépôt physique en phase vapeur (PVD)
1) Revêtement par pulvérisation cathodique sous vide : Lorsque des particules de haute énergie sont accélérées par un champ électrique, elles percutent une surface solide. Les atomes/molécules de la surface échangent alors de l’énergie cinétique avec ces particules, provoquant leur éjection ; ce phénomène est appelé pulvérisation cathodique. Selon le mode d’injection, on distingue la pulvérisation cathodique et anodique, la pulvérisation à trois ou quatre étages, la pulvérisation haute fréquence, la pulvérisation polarisée, la pulvérisation asymétrique en courant alternatif, la pulvérisation par adsorption, etc. La plus couramment utilisée est la pulvérisation cathodique magnétron.
2) Revêtement par évaporation sous vide : Il s'agit d'une méthode de chauffage et d'évaporation du matériau solide sous vide pour le condenser sur la surface du substrat afin de former un film.
3) Le principe de base du dépôt ionique sous vide repose sur l'utilisation, sous vide, d'une technique d'ionisation par plasma pour ioniser partiellement les atomes du substrat en ions, tout en produisant de nombreux atomes neutres de haute énergie. Une polarisation négative est ensuite appliquée au substrat. Ainsi, sous l'effet de cette forte polarisation négative, des ions se déposent sur la surface du substrat pour former un film mince.
Le procédé de dépôt PVD peut être globalement divisé en trois parties : l’évaporation du revêtement, la migration du revêtement et le dépôt du revêtement.
3. Procédé CVD (évaporation chimique en phase vapeur)
L'évaporation chimique en phase vapeur (CVD) est un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) qui repose sur une réaction en phase gazeuse à haute température. Ce procédé est largement utilisé pour la fabrication de couches de matériaux réfractaires, la production de métaux de haute pureté et la production de films semi-conducteurs.
Les sources de matériaux réactifs CVD peuvent être divisées en :
- Sources de matières gazeuses : substances gazeuses à température ambiante (H₂, N₂, CH₄, Ar, etc.). L’utilisation d’une source de matière gazeuse simplifie considérablement le système de dépôt par couches, car seul le débit du gaz de réaction doit être contrôlé par le débitmètre, et non la température.
- Sources de matériaux liquides : substances réactives liquides à température ambiante, telles que TiCl4, CH3CN, SiCl4 et BCl3. La quantité de matériau liquide introduite dans la chambre de dépôt est contrôlée par le débit du gaz vecteur et la température de chauffage lors de l’utilisation d’un flux de matériau liquide.
- Sources de matières premières solides : Substances solides à température ambiante, telles que AlCl₃, NbCl₅, TaCl₅, ZrCl₅ et HfCl₄. Comme ce type de matériau nécessite la sublimation de la quantité de vapeur requise à une température plus élevée, la température de chauffage et la capacité de transport doivent être strictement contrôlées lors de l’utilisation de ce procédé.
Présentation des produits AMAT PVD
Le procédé de dépôt PVD est utilisé dans la fabrication de semi-conducteurs pour produire des films ultra-minces et ultra-purs de métaux et de nitrures de métaux de transition destinés à divers dispositifs logiques et de mémoire. Les applications PVD les plus courantes sont la métallisation de plaques et de plots en aluminium, le dépôt de revêtements en titane et en nitrure de titane, le dépôt de barrières et le dépôt d'amorces de barrière en cuivre pour la métallisation des interconnexions.
Le procédé de dépôt de films PVD nécessite une plateforme à vide poussé sur laquelle il est intégré à des technologies de dégazage et de prétraitement de surface afin d'obtenir une interface et une qualité de film optimales. La plateforme Endura d'Applied Materials est actuellement la référence du secteur en matière de métallisation PVD.
Fountyl Technologies PTE Ltd se concentre sur l'industrie de la fabrication de semi-conducteurs. Ses principaux produits comprennent : mandrins à broches, mandrins à rainure annulaire, mandrins en céramique poreuse, effecteurs terminaux en céramique, poutres et guides en céramique, pièces structurelles en céramique. N'hésitez pas à nous contacter pour toute négociation !