薄膜沉積技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
薄膜沉積技術(shù)的實例教程
芯片是由一系列有源和無源電路元件堆疊而成的3D結(jié)構(gòu)，薄膜沉積是芯片前道制造的核心工藝之一。從芯片截取橫截面來看，芯片是由一層層納米級元件堆疊而成，所有有源電路元件（例如晶體管、存儲單元等）集中在芯片底部，另外的部分由上層的鋁/銅互連形成的金屬層及各層金屬之間的絕緣介質(zhì)層組成。芯片前道制造工藝包括氧化擴散、薄膜沉積、涂膠顯影、光刻、離子注入、刻蝕、清洗、檢測等，薄膜沉積是其中的核心工藝之一，作用是在晶圓表面通過物理/化學(xué)方法交替堆疊SiO2、SiN等絕緣介質(zhì)薄膜和Al、Cu等金屬導(dǎo)電膜等，在這些薄膜上可以進行掩膜版圖形轉(zhuǎn)移（光刻）、刻蝕等工藝，最終形成各層電路結(jié)構(gòu)。由于制造工藝中需要薄膜沉積技術(shù)在晶圓上重復(fù)堆疊薄膜，因此薄膜沉積技術(shù)可視為前道制造中的“加法工藝”。
薄膜沉積是決定薄膜性能的關(guān)鍵，相關(guān)工藝和設(shè)備壁壘很高。芯片制造的關(guān)鍵在于將電路圖形轉(zhuǎn)移到薄膜上這一過程，薄膜的性能除了與沉積材料有關(guān)，最主要受到薄膜沉積工藝的影響。薄膜沉積工藝/設(shè)備壁壘很高，主要來自：第一，芯片由不同模塊工藝集成，薄膜沉積是大多數(shù)模塊工藝的關(guān)鍵步驟，薄膜本身在不同模塊/器件中的性能要求繁多且差異化明顯；第二，薄膜沉積工藝需要滿足不同薄膜性能要求，新材料出現(xiàn)或器件結(jié)構(gòu)的改變要求不斷研發(fā)新的工藝或設(shè)備；第三，更嚴格的熱預(yù)算要求更低溫的生長工藝，薄膜性能不斷提升要求設(shè)備具備更好集成度，另外，沉積過程還要考慮沉積速率、環(huán)境污染等指標。下面幾節(jié)，我們從薄膜種類與應(yīng)用、芯片制造模塊工藝、性能指標等角度來闡釋薄膜沉積行業(yè)的高壁壘。
展開 CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，眾所周知，在先進的電子器件制造領(lǐng)域，特別是有機發(fā)光二極管（OLED）制造領(lǐng)域，薄膜沉積技術(shù)發(fā)揮著非常關(guān)鍵作用，目前市場上常見的薄膜沉積技術(shù)主要有兩種具體方案：溶液制程和真空沉積。事實上，這兩種方法在方法和應(yīng)用上都有所不同，不過可以滿足OLED制造過程中各種不同的細微需求。
解決制程方案：一種經(jīng)濟且通用的方法
溶液制程是一種提前將功能材料溶解在溶劑中，然后將整個溶液涂布在基材/基板上的薄膜沉積技術(shù)，事實上這種方案一直憑借其非常高的成本效益和規(guī)模化量產(chǎn)性而聞名于業(yè)內(nèi)。根據(jù)具體涂布溶液方式的不同，這種溶液制程可以進一步分為旋涂（Spin Coating）、浸涂（Dip Coating）和噴墨印刷（Inkjet Printing）等。這種方案的實施簡單性，以及該方法對各種材料和基材的適應(yīng)性使其成為一種非常有吸引力的選擇，尤其是一些大尺寸器件的制作。不過，一直以來，控制薄膜形態(tài)的挑戰(zhàn)、溶劑選擇的復(fù)雜性以及純度和均勻性問題讓這種方案在被選擇時多了很多顧慮。
圖1. 業(yè)內(nèi)常見的各種溶液制程方法（來源：RSC）
真空沉積方案：薄膜制造中的精度和純度
相比于前面提到的溶液制程方案，真空沉積，包括真空環(huán)境下的熱蒸發(fā)和濺射等方法，擁有更高的精度。另外，真空沉積方案對薄膜厚度、成分以及薄膜更高純度和均勻性的控制也是無與倫比的。真空沉積方案對于有序分子填充（Ordered Molecular Packing）和材料使用效率至關(guān)重要的應(yīng)用尤其有益。不過，這種高精度優(yōu)勢是有代價的，無論是字面上還是形象上，由于其實施設(shè)備的復(fù)雜性和更高的生產(chǎn)成本，該方法并不太適合一些大尺寸的應(yīng)用。
圖2.
展開 因此薄膜沉積是最核心的工藝之一。
而薄膜工藝從實現(xiàn)原理包括，物理氣相沉積（PVD），化學(xué)氣相沉積（CVD），熱氧化法等，甚至45nm制程以下還需要用到更先進的原子層沉積（ALD）設(shè)備。
沉積對象包括，各類阻擋層，介質(zhì)層，各種金屬薄膜等，技術(shù)難度非常大。
其中PECVD設(shè)備常用來沉積二氧化硅，氮化硅等其他氧化物在內(nèi)的介質(zhì)層薄膜，這是芯片制造中最關(guān)鍵的幾個步奏。金屬互聯(lián)層的埋線前需要先在介質(zhì)層上挖深槽，做深孔，為后續(xù)工藝打下基礎(chǔ)，因此薄膜質(zhì)量有著至關(guān)重要的意義。
此外ALD（原子層薄膜沉積），廣泛用于45nm以下其他薄膜材料沉積，比如阻擋層沉積，High-k材料沉積，導(dǎo)電膜沉積等。
ALD在自對準圖形技術(shù)中起到關(guān)鍵作用，能比當前的光刻技術(shù)形成更小的圖形，在這種技術(shù)中，薄間隔物被沉積在預(yù)先定義的特征上。
展開 今天為大家分享一下關(guān)于造成光學(xué)薄膜損傷影響因素的內(nèi)容，歡迎大家學(xué)習(xí)一下哦！
薄膜厚度
隨著光學(xué)薄膜的厚度增加，LIDT會迅速減小。首先，光學(xué)薄膜中可能出現(xiàn)的駐波場分布直接受光學(xué)薄膜厚度大小的影響，從前面的分析可知，激光與薄膜相互作用的場效應(yīng)首先發(fā)生在靠近空氣的幾個膜層厚度中；其次，由于應(yīng)力的累積效應(yīng)，單一膜層內(nèi)的應(yīng)力總是會隨著膜層數(shù)目的增加而增加：最后，雜質(zhì)缺陷吸收的概率隨著光學(xué)薄膜的厚度逐漸增大而增加，導(dǎo)致吸收源變多，從而使薄膜更易于發(fā)生損傷。
薄膜內(nèi)雜質(zhì)缺陷
對于一般的電介質(zhì)光學(xué)薄膜來說，非線性吸收效應(yīng)作用不大，此時光學(xué)薄膜中的雜質(zhì)缺陷是導(dǎo)致激光破壞的重要因素。鍍膜前對基底的加工、清洗、處理等過程會不可避免地引入雜質(zhì)：蒸發(fā)鍍膜過程中，往往在鍍膜材料中會形成雜質(zhì)，主要有異于原材料的污染介質(zhì)、膜層非正常生長而形成的結(jié)瘤和微孔以及材料非正常結(jié)合的覆蓋物等。由于雜質(zhì)缺陷在光學(xué)薄膜中的存在，增大了激光作用時被損傷破壞的可能，降低了光學(xué)薄膜的LIDT。另外，作為吸收激光能量的潛在熱源，膜層內(nèi)雜質(zhì)區(qū)域熱量的異常吸收和積累總是會引起局部區(qū)域材料體積膨脹，膜層內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，進而發(fā)生損傷。
薄膜制備工藝
由于光學(xué)薄膜的沉積技術(shù)、制備原理、方法和工藝的不同，導(dǎo)致薄膜特性差異明顯，如微觀結(jié)構(gòu)不同、折射率等光學(xué)參數(shù)不同、雜質(zhì)缺陷的引入量不同等，這些因素都會影響薄膜的激光損傷破壞機理和過程，因此有不同的破壞閾值。對于蒸鍍法，適當增大沉積速率會促使薄膜向著顆粒細小且致密的方向生長形成膜層，增大了薄膜的折射率。而薄膜的晶粒尺寸、吸收效應(yīng)和殘余應(yīng)力都會隨沉積溫度的升高而變大，這些都會減小薄膜的LIDT。例如，離子束輔助沉積最突出的特點是使薄膜變得致密，有利于提高LIDT。
展開 無源方法包括使用薄膜來阻擋或?qū)崃繌碾娮釉O(shè)備的熱點處帶走。這樣的散熱器必須具有高導(dǎo)熱性，但它們通常必須是電絕緣體，以防止組件之間的干擾，因此只有少數(shù)材料（如氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)和金剛石）才具有這些特性。
AlN由于其大帶隙(約6.1 eV)和優(yōu)異導(dǎo)熱系數(shù)而引起了人們的廣泛關(guān)注。事實上，AlN薄膜的熱導(dǎo)率已被證明為數(shù)百和幾微米厚，但這種薄膜通常在1200°C以上沉積。而且，集成電子學(xué)也將受益于更薄的微尺度AlN薄膜，其導(dǎo)熱性尚未得到優(yōu)化，其熱極限也知之甚少。
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成果掠影
近期，斯坦福大學(xué)Kenneth E. Goodson、Christopher Perez團隊聯(lián)合桑迪亞國家實驗室Suhas Kumar針對開發(fā)低溫沉積高導(dǎo)熱性的氮化鋁薄膜取得最新進展。氮化鋁(AlN)是少數(shù)具有優(yōu)異導(dǎo)熱性的電絕緣材料之一，但高質(zhì)量的薄膜通常需要極高的沉積溫度(>1000°C)。對于密集或高功率集成電路中的熱管理應(yīng)用，重要的是在低溫(<500°C)下沉積散熱片才不會影響底層電子器件。本文展示了通過低溫(<100°C)濺射獲得的100 nm至1.7 μm厚的AlN薄膜，并通過x射線衍射，透射x射線顯微鏡以及拉曼和俄蓋光譜分析了其熱性能與晶粒尺寸和界面質(zhì)量之間的關(guān)系。通過控制反應(yīng)的沉積條件，該文實現(xiàn)了~ 600 nm薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)(~ 36?104 W/mK)，其上限代表了室溫下這種薄膜厚度的最高值之一，特別是在低于100°C的沉積溫度下。
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薄膜沉積技術(shù)的最新內(nèi)容
2、SiON薄膜沉積：采用ICPCVD技術(shù)，通過調(diào)節(jié)N?O流量控制折射率，Ar氣保障膜厚均勻性。
3、薄膜蝕刻：用Cr硬掩模選擇性蝕刻上層4層SiON，保留底層用于模場耦合。
4、溝槽制備：EBL光刻后ICP-RIE刻蝕溝槽，防止光泄漏。
CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，德國化學(xué)材料專業(yè)廠商默克（Merck）正通過提供高端汽車顯示解決方案，加速向柔性O(shè)LED市場的擴張。在柔性O(shè)LED的核心技術(shù)——薄膜封裝（TFE）工藝中，默克導(dǎo)入了原子層沉積（ALD）方法，以替代傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積（CVD）方法。
根據(jù)韓媒Sisajournal報道，據(jù)顯示行業(yè)8月27日消息，默克公司已成功開發(fā)了一種適用于ALD工藝的前驅(qū)體，并將其應(yīng)用于柔性
來源 | ACS Nano
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背景介紹
熱的產(chǎn)生影響了幾乎所有現(xiàn)代電子設(shè)備的性能和壽命。在高密度集成電路和電源或射頻(RF)電子器件中尤其如此，在這些器件中，高溫會降低晶體管的性能，增加漏電，最終縮短器件的使用壽命。溫度高于最佳工作范圍僅5°C就會使某些設(shè)備的使用壽命減半。
熱管理可以通過主動調(diào)節(jié)熱流和管理熱瞬變來實現(xiàn)，例如使用新興的熱晶體管和二極管
CINNO research產(chǎn)業(yè)資訊，2023年12月14日-全球領(lǐng)先的納米電子、數(shù)字技術(shù)研究和創(chuàng)新中心Imec與日本領(lǐng)先的化學(xué)公司和EUV薄膜供應(yīng)商三井化學(xué)宣布，開始就極紫外光刻用碳納米管（CNT）基薄膜（Pellicle）的商業(yè)化建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。根據(jù)這一合作伙伴關(guān)系，三井化學(xué)將把imec的碳納米管基薄膜創(chuàng)新地整合到其現(xiàn)有碳納米管薄膜技術(shù)中，以建立完整的生產(chǎn)規(guī)格。這一合作的目標是在2025
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五月的南京夏意盎然，由江蘇省光學(xué)學(xué)會主辦，薄膜光學(xué)技術(shù)專業(yè)委員會承辦，南京波長光電科技股份有限公司協(xié)辦的“第二十二屆江蘇省光學(xué)薄膜技術(shù)交流會”于2023年5月26日在南京順利召開了！
來自江蘇、上海、浙江、吉林、天津、北京、廣東、四川等地的專家、企業(yè)代表等百余人參加了本次會議。江蘇省光學(xué)學(xué)會副理事長、薄膜光學(xué)專委會主任查家明出席會議并致歡迎詞，南京波長光電科技股份有限公司總經(jīng)理吳玉堂先生代表協(xié)辦方進行了致辭
4月28日，“第二屆電子紙產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展高峰論壇”在上海寶山落幕。本次活動由上海市科委、寶山區(qū)政府指導(dǎo)，寶山區(qū)發(fā)展改革委、寶山區(qū)科委主辦，CINNO?ePaper Insight、上海市寶山青川電子紙產(chǎn)業(yè)促進中心與上海長江軟件園聯(lián)合承辦。 電子紙產(chǎn)業(yè)藍皮書的主編單位，CINNO Research旗下ePaper Insight是專注電子紙產(chǎn)業(yè)鏈觀察的子品牌，在本次論壇上解讀了2022年電子紙產(chǎn)業(yè)的發(fā)
薄膜制備工藝
由于光學(xué)薄膜的沉積技術(shù)、制備原理、方法和工藝的不同，導(dǎo)致薄膜特性差異明顯，如微觀結(jié)構(gòu)不同、折射率等光學(xué)參數(shù)不同、雜質(zhì)缺陷的引入量不同等，這些因素都會影響薄膜的激光損傷破壞機理和過程，因此有不同的破壞閾值。對于蒸鍍法，適當增大沉積速率會促使薄膜向著顆粒細小且致密的方向生長形成膜層，增大了薄膜的折射率。
CINNO Research
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