Guía de obxectivos de pulverización catódica: materiais clave para circuítos integrados

  Obxectivos de pulverización catódica de alta pureza Refírense principalmente a obxectivos metálicos ou non metálicos cunha pureza do 99,9 % ao 99,9999 % (de 3 N a 6 N), utilizados no proceso de deposición física de vapor (PVD) para a fabricación de compoñentes electrónicos. Son materiais esenciais para a fabricación de chips de circuítos integrados, pantallas planas, células solares fotovoltaicas e outras películas electrónicas.

A deposición física en fase de vapor (PVD) é unha técnica que utiliza ións xerados a partir dunha fonte de ións, que se aceleran no baleiro para formar un feixe de ións de alta velocidade que bombardea a superficie dun material obxectivo. O intercambio enerxético entre os ións entrantes e os átomos na superficie obxectivo fai que os átomos sexan expulsados ​​do sólido e depositados sobre a superficie dun substrato, o que a converte nunha das principais tecnoloxías para a preparación de materiais de película fina.

O proceso de fabricación de circuítos integrados impón requisitos rigorosos sobre a pureza dos materiais obxectivo, o control de impurezas e defectos, a uniformidade do tamaño e orientación do gran, así como a precisión do procesamento; sitúase como o máis alto en esixencias técnicas entre todas as aplicacións dos materiais obxectivo. O desenvolvemento da tecnoloxía dos materiais obxectivo está estreitamente relacionado cos avances na tecnoloxía de películas de circuítos integrados.

A medida que a tecnoloxía de fabricación de circuítos integrados continúa a avanzar, a mellora do rendemento dos chips depende cada vez máis do desenvolvemento da tecnoloxía de materiais e da tecnoloxía de integración de sistemas, o que leva ao desenvolvemento continuo de varios metais de alta pureza, novas aliaxes e películas funcionais de compostos.

A aplicación destes novos materiais xoga un papel crucial na fabricación de dispositivos de circuítos integrados con velocidades de funcionamento máis altas, características de rendemento máis fortes e menor consumo de enerxía. Actualmente, os materiais obxectivo empregados para a fabricación de circuítos integrados inclúen principalmente obxectivos de aluminio, obxectivos de titanio, obxectivos de cobre, obxectivos de tántalo e as súas aliaxes, así como obxectivos de cobalto, níquel e Obxectivo de aliaxes e obxectivos de metais preciosos, entre outros.

• Aluminio (Al) e os seus materiais obxectivo de aliaxe

 O aluminio (Al) de alta pureza e os seus materiais de aliaxe teñen as seguintes aplicacións principais: en procesos en nodos tecnolóxicos de máis de 0,13 µm, utilízanse principalmente nos procesos de interconexión metálica backend da fabricación de circuítos integrados; nos dous procesos CMOS planares en nodos tecnolóxicos de 45 nm e 28 nm, serven como materiais de función de traballo en procesos de porta metálica de alta k, axustando a tensión limiar dos dispositivos; en todos os nodos tecnolóxicos, pódense aplicar como almofadas de aluminio (Al Pad) na capa superior do metal, formando conexións metálicas con circuítos externos a través de almofadas de aluminio. En función dos diferentes requisitos de aplicación, o aluminio e os seus materiais de aliaxe inclúen principalmente variedades como Al puro de 5N a 5N5 (99,999 % a 99,9995 %), Al-0,5 % Cu, Al-1 % Si e Al-1 % Si-0,5 % Cu. Ademais, o aluminio e os seus materiais de aliaxe tamén se utilizan en procesos de empaquetado de chips, incluíndo Al puro 5N e 5N5, Al-0,5 % Cu e Al-4 % Cu.

• Material obxectivo de titanio (Ti)

  Obxectivo de titanio (Ti) de alta pureza Os materiais utilízanse para a pulverización catódica PVD de películas finas de titanio de alta pureza. Nos procesos en nodos tecnolóxicos por riba de 0,25 µm, o titanio xeralmente se pulveriza mediante a tecnoloxía PVD SIP (plasma autoionizado). Co avance da tecnoloxía de semicondutores, a tecnoloxía PVD IMP (plasma de metal ionizado) emprégase principalmente en procesos en nodos tecnolóxicos de 0,18 µm e inferiores. O titanio, debido á súa cobertura de pasos e taxa de deposición favorables, utilízase principalmente nas interconexións globais de backend que implican principalmente interconexións de metal de aluminio en nodos tecnolóxicos por riba de 0,13 µm, así como nas interconexións locais para buratos de contacto en varios nodos tecnolóxicos. O titanio e as súas películas de nitruro combínanse para servir como capas de barreira de interconexión metálica. Nos nodos tecnolóxicos de 45 nm e inferiores, os nitruros de metal de titanio tamén poden funcionar como materiais de máscara dura nos procesos de interconexión de metal de cobre de backend, o que permite vías de interconexión ben controladas e estruturas finas de trincheira. En procesos por riba de 0,25 µm, o titanio pode formar siliciuros (TiSi) mediante a tecnoloxía PVD para aplicacións autoalineadas nas rexións fonte-dreno e porta, o que reduce eficazmente a resistencia de contacto. Ademais, os materiais diana de titanio utilízanse en procesos de empaquetado de chips. A pureza dos materiais diana de titanio adoita oscilar entre 4N5 e 5N (do 99,995 % ao 99,999 %).

• Cobre (Cu) e os seus materiais obxectivo de aliaxe

No proceso de interconexión de circuítos integrados a grande escala, a medida que os nodos tecnolóxicos continúan a reducirse, a débil resistencia á electromigración e a capacidade de migración de tensión dos fíos de aluminio conducen facilmente á formación de defectos de baleiros nos fíos, o que resulta en fallos no circuíto. Para mellorar a condutividade e a fiabilidade das interconexións de metal aluminio, o cobre foi adoptando gradualmente como substituto do aluminio como material de interconexión metálica a partir do nodo tecnolóxico de 0,13 µm. Este cambio permite que os dispositivos sexan máis pequenos e densos, e o cableado de cobre tamén se pode facer máis delgado para reducir a interferencia de impedancia entre as interconexións. Non obstante, debido ás dificultades para gravar o cobre, utilízanse procesos integrados para as interconexións de cobre, concretamente a tecnoloxía Damascene. Este proceso implica a pulverización catódica dunha capa de barreira de difusión e unha capa de semente de cobre dentro das ranuras gravadas, seguida de encher as ranuras con cobre mediante galvanoplastia e, finalmente, lograr a planarización mediante pulido CMP. A pulverización catódica da capa de semente de cobre require obxectivos de metal cobre de alta pureza. A medida que o ancho de liña dos circuítos integrados se fai máis fino, para reducir a contaminación metálica causada pola difusión dos átomos de cobre, escóllense selectivamente obxectivos de aliaxe de cobre que conteñen trazas de aluminio (0,11 % en peso de Al) e manganeso (0,5-10 % en peso de Mn) en función dos requisitos de deseño do produto e do proceso. Ademais, necesítase cobre que contén fósforo (CuP) como ánodo para o cobre electrodepositado. Normalmente, o requisito de pureza para os obxectivos de Cu de alta pureza é de 6 N (99,9999 %) ou superior, mentres que o contido de fósforo nos ánodos de CuP debe estar dentro do rango de 400 a 650 ppm.

• Materiais obxectivo de volframio (W) e aliaxes.

Wolframio de alta pureza (W) O metal úsase principalmente nos procesos de orificios de contacto de dispositivos lóxicos e chips de memoria. Cando o ancho de liña é relativamente grande, pódese empregar o proceso de pulverización catódica PVD para a preparación. Cos rápidos avances tecnolóxicos, desde o nodo tecnolóxico de 0,25 µm, os procesos para dispositivos lóxicos adoptaron plenamente a tecnoloxía CVD con maiores capacidades de recheo para a fabricación. Non obstante, nalgunhas aplicacións de memoria, os requisitos de velocidade operativa non son tan críticos como os dos dispositivos lóxicos, e o ancho de liña dos orificios de contacto tende a ser maior, polo que aínda se utiliza a técnica de pulverización catódica PVD con materiais obxectivo W de alta pureza para rechear películas de orificios de contacto. Non obstante, como a memoria tridimensional segue a esixir requisitos máis altos para as interconexións, a tecnoloxía de recheo de orificios de contacto tamén pode pasar aos métodos de deposición CVD no futuro. Os materiais obxectivo de aliaxe de tungsteno-titanio (W-10% en peso de Ti) pódense usar para as capas de barreira de empaquetado posteriores. silicona de volframio (WSi) As aliaxes poden servir como capas de barreira de porta nas estruturas apiladas das portas de memoria. A pureza dos materiais diana de W e das aliaxes de W é xeralmente superior a 5N (99,999%).