スミコンダクタ薄膜堆積装置
Aug 07, 2025
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半導体生産ラインの3つのコア機器の1つである薄膜堆積装置。
I.薄膜の堆積とは何ですか
ii。 PVD、CVDおよびALDの詳細な紹介
iii。業界における2つの重要なPECVD紹介
IV。グローバル半導体薄膜堆積機器市場
I.薄膜の堆積とは何ですか
簡単に言えば、フィルムデポジットはチップを「敷設」することです。
チップがより正確で階層化されているほど、「フィルム」の需要が大きくなります。
チップが優れているほど、ステッカーが増えます。
専門的に：薄膜堆積装置の分類薄膜堆積とは、シリコンウェーハや他の基質で処理する薄膜材料の堆積を指し、堆積した薄膜材料は、主にシリカ、ポリシリコン、その他の非金属、銅およびその他の金属、および堆積膜がamorphus、ポリクリックリネインまたはモノクライタルになる可能性があります。
CVD（化学蒸気堆積）、PVD（物理蒸気堆積）、およびALD（原子層堆積）が含まれ、その中にはALDはCVDの分岐に属します。
なぜ正確で、チップがより多くの層が多いほど、「映画」の需要が大きくなると言うのはなぜですか？
チップ製造は携帯電話にフィルムを置くようなものですが、この「フィルム」はナノレベルであり、数十または数百のレイヤーで貼り付ける必要があります！チッププロセスがますます洗練され、構造がますます複雑になるにつれて、「フィルム」の需要も大幅に増加しています。
プロセスがより進歩すればするほど、映画のより多くのレイヤー
90NMプロセスのCMOS生産ラインでは、6つの材料を含む約40の薄膜堆積プロセスが必要です。 3nmプロセスのFinfet生産ラインでは、薄膜堆積プロセスが100に増加し、材料の種類は20に近くなります。「フィルム」の各層は重要であり、層がなければ、チップは正しく機能しない場合があります。
構造が複雑になればなるほど、フィルムを適用することはより困難です
メモリチップを2D NANDから3D NANDに服用すると、構造はフラットから3次元に変化し、単一階建てのバンガローと同じように高層ビルのように層の数が大幅に増加しました。各層には正確な「コーティング」が必要であり、薄膜堆積装置の需要を自然に増加させます。
したがって、薄膜堆積装置はチップ製造の「フィルムマスター」であり、チップがより正確で階層化すればするほど、それはより切り離せません。
ii。 PVD、CVD
PVD（物理的蒸気堆積）
物理的蒸気堆積は、物理的メカニズムを使用して薄膜堆積を実行する技術であり、プロセスには化学反応は含まれません。
主に、蒸発、スパッタリング、アークプラズマコーティング、イオンコーティング、分子ビームエピタキシャルコーティングおよびその他のカテゴリが含まれます。蒸発：蒸発した材料が耐性、電子ビーム、高周波誘導、アーク、レーザーが高真空チャンバー内の蒸発源によって加熱されるコーティング技術を指し、融解温度とガス化温度に到達するため、蒸発した材料の原子または分子が蒸発し、蒸発した材料の原子または分子が蒸発し、その表面は蒸発します。蒸発して凝縮して固体膜を形成します。真空蒸発は現在、OLEDパネルの主流のプロセスです。
スパッタリング：通常、マグネトロンスパッタリングを指します。これは、特定の運動エネルギーで電界を加速するための荷電粒子を使用することを指し、1.3×10-3PAの真空状態には不活性ガスで満たされ、基質（アノード）と金属標的（コテロン）が排出されます。不活性ガス、プラズマの生成、金属標的の原子を爆破し、基板に堆積します。
スパッタコーティングは、最も広く使用されているPVDです。
分子ビームエピタキシー（MBE）：基質材料の結晶軸に沿って薄膜層を栽培する特別な真空コーティングプロセスです。 MBEは、数十の原子層を備えた単結晶フィルムを調製するだけでなく、異なる成分とドーピングを備えた薄膜を交互に調製して、超薄層量子微細構造材料を形成することができます。
イオンメッキ：真空蒸発とスパッタコーティングの組み合わせ、播種する材料は気化後に排出空間で部分的にイオン化され、その後、播種するイオンは、膜に堆積する基板に電極によって引き付けられます。
その複雑さにより、イオンメッキのアプリケーションの範囲は限られています。
全体として、PVDプロセス中に、材料形式のみが変化し、化学反応は関係ありません。これは純粋な物理的変化です。 PVDは、半導体製造のプロセス全体に超純金金属および遷移窒化物フィルムを堆積するための重要な重要なプロセスです。
2.CVD（化学蒸気堆積）
誘電体および半導体フィルムCVDの堆積は、化学反応である蒸気相の化学反応を介して基質の表面に固体膜を堆積するコーティングプロセスです。
CVD反応前駆体は一般にシラン、リン、ボラン、アンモニア、酸素、およびその他のガス原料であり、一般に製品は窒素、酸化物、酸化窒素、炭化物、ポリシリコンおよびその他の固体膜であり、反応条件は一般に高温、高圧、プラズマなどです。
CVDフィルムフォーメーションプロセスには、一般に8つのステップが含まれます。
堆積地域への反応性ガス輸送。
膜前駆体形成;
膜前駆体はマトリックスの表面に拡散します。
膜前駆体接着;
膜前駆体は膜成長領域に拡散します。
表面化学的反応、フィルムは沈殿し、徐々に成長し、最終的に連続膜を形成し、同時に副産物を生成します。
副産物はマトリックスの表面から除去されます。
副産物は反応チャンバーから除去されます。プロセスの継続的な進行により、溝の需要と深い穴の充填が新しいCVDテクノロジーを生み出し、現在の主流の応用技術はLPCVD、PECVD、将来の開発方向はHDPCVD、SACVDです。
業界における2つの重要なPECVD紹介：
血漿生成の頻度に応じて、PE CVDで使用される血漿は、無線周波数プラズマとマイクロ波血漿の2つのタイプに分けることができます。
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現在、業界で使用されているRF周波数は一般に13.56MHzです。その中で、RFプラズマカップリング方法は通常、容量カップリング（CCP）と誘導結合（ICP）の2つのタイプに分けられます。
3.Ald（原子層の堆積）
ALDには、正確なフィルムの厚さ制御能力、優れた厚さの均一性と堆積膜の一貫性があり、そのステップカバレッジ能力は非常に強力であり、深い溝構造のフィルム成長に適しています。 ALDは、SADP、HKMG、銅金属相互接続拡散バリア層などの複数のプロセスで重要な役割を果たします。
ALD原則：反応器に交互に浸透し、単一の原子層のモードで基質表面に層ごとに膜層を形成することにより、ガス相前駆体のパルスを通して、反応ステップには以下が含まれます。
前駆体Aは反応チャンバーに入り、マトリックスの表面に吸着されます。
反応チャンバーを不活性ガスですすぎ、残りの前駆体Aをきれいにします。
前駆体Bは、マトリックスの表面に反応チャンバーと吸着剤に入り、前駆体Aと化学的に反応して標的膜を形成します。
不活性ガスは、反応チャンバーを洗い流して、反応チャンバーから化学反応によって生成された副産物を除去し、原子層薄膜の堆積を完了します。このサイクルにより、原子レベルでの薄膜の堆積が可能になります。
iii。薄膜堆積装置とは何ですか？
薄膜の堆積は、半導体にとって重要な機器です。名前が示すように、それは主に各プロセスステップにおける誘電層と金属層の堆積の原因です。
真空および圧力制御システムの組成：機械ポンプ、分子ポンプ、真空バルブ、真空ゲージなど。
機能：堆積プロセスに安定した真空環境を提供し、窒素、酸素、水蒸気がフィルムの品質に与える影響を減らします。基質の油汚染を避けるために、低真空がドライポンプによって抽出されます。分子ポンプは、高真空を抽出するために使用されます。これは、水蒸気を除去し、反応チャンバーの清潔さを確保する強力な能力を備えています。
重要性：真空環境はフィルム堆積の基本であり、フィルムの純度と均一性に直接影響します。
鉱床システムの組成：RF電源、水冷システム、基板ヒーターなど。
機能：RF電源：反応ガスをイオン化し、血漿を生成し、化学反応を促進します。水冷却システム：ポンプと反応室の冷却を提供し、機器が過熱しないようにし、過度の拡張の場合のアラームのトリガーを防ぎます。冷却水道は、電気干渉を避けるために断熱されています。
基板ヒーター：基質を加熱して表面不純物を除去し、膜の基質への接着を改善します。重要性：堆積システムはフィルム堆積の中核であり、フィルムの品質とパフォーマンスに直接影響します。
ガスおよびフロー制御システムの組成：ガスシリンダー、ガスキャビネット、質量流量計、ガス伝達パイプラインなど。
関数：
ガス源：反応ガス（シラン、アンモニア、窒素など）は、ガスシリンダーによって提供されます。
ガス配送：ガスは、ガスキャビネットを介してプロセスチャンバーに輸送されます。
フロー制御：質量流量計は、正確にガスの流れを正確に制御して、反応性ガスの安定した割合と流量を確保するために使用されます。
重要性：ガスの流れ制御は、フィルムの組成、厚さ、均一性に直接影響します。
反応チャンバーシステムの組成：反応チャンバー、基板トレイ、ガスディストリビューター、電極など。
関数：
(1) 反応チャンバー：通常、高温および腐食耐性材料で作られた薄膜堆積の反応空間を提供します。
基板トレイ：基質を固定し、均等に加熱していることを確認します。
ガスディストリビューター：反応ガスを均等に分配して、フィルム堆積の均一性を確保します。
（4）電極：PECVDなどのプロセスでは、プラズマの生成に使用されます。
重要性：反応室はフィルム堆積の中核領域であり、そのデザインはフィルムの品質とパフォーマンスに直接影響します。
5.制御システムの構成：PLC（プログラム可能なロジックコントローラー）、センサー、ヒューマンマシンインターフェイス（HMI）など。
関数：
（1）自動制御：PLCを介した機器の各システムの自動操作を実現します。
（2）パラメーター監視：温度、圧力、ガスの流れなどの重要なパラメーターのリアルタイム監視。
（3）障害アラーム：アラームをトリガーし、異常な状況下で機械を自動的に停止します。
重要性：制御システムは、機器の安定した動作を保証し、プロセスの一貫性と信頼性を向上させます。
清掃およびメンテナンスシステムの組成：ガスの洗浄（NF₃、CF₄など）、パイプラインの洗浄、排気ガス処理装置など。
関数：
チャンバークリーニング：汚染を避けるために、反応チャンバー内の堆積物を定期的に除去します。
排気ガス処理：環境保護と安全性を確保するために、反応プロセス中に生成された有害なガスを治療します。
重要：清掃およびメンテナンスシステムは、機器の寿命を延ばし、フィルム堆積の安定性と一貫性を確保します。
IV。薄膜堆積装置の国際市場
セミ測定データによると、リソグラフィマシン、エッチングマシン、薄膜堆積機器は、それぞれ半導体機器市場の約24％、20％、20％を占めています。
薄膜堆積装置は、半導体生産ラインの3つのコア機器の1つであり、その市場規模はプロセスの進行とともに成長し続けます。
世界の薄膜堆積機器の市場規模は2022年には約200億米ドルでした。市場は2026年までに300億ドルに成長すると予想され、複合年間成長率（CAGR）は約8〜10％です。
成長ドライバー：
高度なプロセス要件：半導体プロセスが3nm、2nm、およびノード以下に進化するにつれて、薄膜堆積プロセスの数と複雑さが大幅に増加しています。たとえば、3nmプロセスの薄膜堆積プロセスは、90nmプロセスの薄膜堆積プロセスの2.5倍です。
メモリチップのアップグレード：2D NANDから3D NANDまで、薄膜堆積層の数が大幅に増加しています。 3D NANDの積み重ねられた層の数は32から200以上に増加し、薄膜堆積装置の需要が急上昇しました。
3.新興アプリケーション駆動型：5G、人工知能、モノのインターネット、自律運転などの新興技術における高性能チップの需要は成長し続け、薄膜堆積機器市場の拡大を推進しています。
4。市場セグメントシェア：CVD機器：最大のセグメントである薄膜堆積機器市場の約60％を占めています。 PVD機器：薄膜堆積機器市場の約25％を占めています。 ALD機器：薄膜堆積機器市場の約15％を占めていますが、今後5年間で15％以上のCAGRで最速で成長しています。
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