þekkingu

Hafnium vír er grípandi efni sem hefur vakið athygli í mismunandi hátæknifyrirtækjum, að telja hálfleiðaraframleiðslu. Eftir því sem beiðnin um þróaðari og árangursríkari rafeindagræjur heldur áfram að þróast, eru sérfræðingar og verkfræðingar alltaf að rannsaka nútíma efni og aðferðir til að uppfæra framkvæmd hálfleiðara. Í þessu bloggi munum við kanna hluta hafníumvírs í hálfleiðaraframleiðslu og takast á við nokkrar algengar spurningar um notkun þess og eiginleika.

Hver eru helstu notkun hafníums í hálfleiðaraiðnaðinum?

Hafnium hefur fundið nokkur mikilvæg notkun í hálfleiðaraiðnaðinum, fyrst og fremst vegna einstakra eiginleika þess og samhæfni við núverandi framleiðsluferli. Meðan hafníum vír sjálft er ekki notað beint í hálfleiðara tæki, hafníum byggt efnasambönd og efni gegna mikilvægu hlutverki í ýmsum þáttum hálfleiðara framleiðslu.

Ein mikilvægasta notkun hafníums í hálfleiðurum er notkun þess sem hák-rafmagnsefni. Þar sem smári hefur haldið áfram að minnka að stærð, hafa hefðbundin kísildíoxíð hlið rafeindabúnaðar orðið of þunn til að koma í veg fyrir rafeindagöng, sem leiðir til aukinnar orkunotkunar og minni frammistöðu tækisins. Hafníum-undirstaða efnasambönd, eins og hafníumoxíð (HfO2) og hafníumsílíkat (HfSiO4), hafa komið fram sem frábærir kostir vegna hærri rafstuðulfasta þeirra og getu til að mynda ofurþunn lög.

Þessar hafníum-undirstaða há-k dielectrics leyfa áframhaldandi smára skalast á meðan viðhalda lágum lekastraumum og bættum rafeiginleikum. Helstu hálfleiðaraframleiðendur, þar á meðal Intel og TSMC, hafa innlimað hafníum byggt efni í háþróaða ferlihnúta sína, sem gerir kleift að framleiða öflugri og orkusparandi flís.

Önnur mikilvæg notkun hafníums í hálfleiðaraiðnaði er í framleiðslu á málmhliðum. Þegar iðnaðurinn breyttist úr pólýkísilhliðum yfir í málmhlið til að takast á við frammistöðuvandamál við smærri vinnsluhnúta, hafa hafníum-undirstaða efni reynst frábærir frambjóðendur fyrir rafskaut úr málmhliði. Hafníumnítríð (HfN) og hafníumkarbíð (HfC) eru oft notuð í samsettri meðferð með öðrum málmum til að búa til hliðarstafla með bestu vinnuaðgerðum og rafeiginleikum.

Hafnium er einnig nýtt til framleiðslu á sérhæfðri húðun fyrir framleiðslutæki fyrir hálfleiðara. Þessi húðun hjálpar til við að vernda mikilvæga hluti fyrir tæringu og sliti, sérstaklega í plasma-undirstaða ferlum sem notuð eru við ætingu og útfellingu. Hátt bræðslumark og framúrskarandi efnafræðilegur stöðugleiki hafníums gerir það að verkum að það hentar vel í þetta krefjandi umhverfi.

Þó hafníum vír sjálft er ekki beint inn í hálfleiðara tæki, það þjónar sem forvera efni til framleiðslu á ýmsum hafníum-undirstaða efnasambönd sem notuð eru í iðnaði. Vírform hafníums er oft notað sem upphafsefni fyrir líkamlega gufuútfellingu (PVD) ferli, þar sem hægt er að gufa upp eða sputtera það til að búa til þunnar filmur af hafníum eða efnasamböndum þess á hálfleiðaraplötum.

Hvernig er hafníum í samanburði við önnur efni sem notuð eru í hálfleiðaraframleiðslu?

Hafnium hefur nokkra einstaka eiginleika sem gera það hagkvæmt miðað við önnur efni sem notuð eru í hálfleiðaraframleiðslu. Þegar valkostir eru skoðaðir er mikilvægt að meta þætti eins og rafmagnseiginleika, hitastöðugleika, samhæfni við núverandi ferla og heildaráhrif á afköst á endanleg tæki.

Einn helsti kostur hafníum-undirstaða efna, sérstaklega í há-k raforkunotkun, er verulega hærri rafstuðull þeirra samanborið við hefðbundið kísildíoxíð. Þó að kísildíoxíð hafi rafstuðul um 3.9, getur hafníumoxíð náð gildi á bilinu 18 til 25. Þessi hærri rafstuðull gerir þykkari eðlislög og heldur sömu rafþykkt, dregur í raun úr lekastraumum og bætir heildarafköst tækisins.

Í samanburði við önnur há-k efni eins og áloxíð (Al2O3) eða sirkonoxíð (ZrO2), sýna hafníum-undirstaða díselefni oft betri hitastöðugleika og samhæfni við sílikon. Þessi eindrægni er afar mikilvæg til að viðhalda hágæða viðmóti milli rafeinda og kísilrásar, sem hefur bein áhrif á hreyfanleika rafeinda og afköst tækisins.

Að því er varðar málmhliðarnotkun bjóða hafníum-undirstaða efni upp á framúrskarandi stillingar á vinnuvirkni þegar þau eru sameinuð öðrum málmum. Þetta gerir hálfleiðaraframleiðendum kleift að hámarka þröskuldsspennu bæði NMOS og PMOS smára, sem er nauðsynlegt til að ná jafnvægi í CMOS hringrásum. Önnur málmhliðarefni, eins og títannítríð (TiN) eða tantalnítríð (TaN), gætu ekki boðið upp á sama sveigjanleika eða samhæfni við hák rafeindabúnað.

Hafnium sýnir einnig yfirburða viðnám gegn háhitaferli samanborið við mörg önnur efni sem notuð eru í hálfleiðaraframleiðslu. Þessi hitastöðugleiki er sérstaklega mikilvægur þar sem vinnsluhitastig í háþróuðum hnútum getur náð allt að 1000°C eða hærra meðan á glæðingarskrefum stendur. Efni sem þola ekki þetta hitastig geta brotnað niður eða brugðist óhagstæð, sem leiðir til áreiðanleika tækjanna.

Þegar hugað er að notkun hafníums í hlífðarhúðun fyrir framleiðslubúnað fyrir hálfleiðara, gerir hátt bræðslumark þess (2233°C) og framúrskarandi tæringarþol það að verkum að það sker sig úr í samanburði við valkosti eins og títan eða sirkon. Þessir eiginleikar tryggja að húðun sem byggir á hafníum þolir erfiðar aðstæður sem eru til staðar í plasma ætingar- og útfellingarhólfum, lengja líftíma mikilvægra íhluta og draga úr viðhaldstíma.

Þrátt fyrir kosti þess er rétt að hafa í huga að hafníum er tiltölulega sjaldgæft og dýrt frumefni miðað við suma valkosti. Hins vegar, það litla magn sem krafist er í hálfleiðaraforritum og umtalsverður ávinningur af afköstum réttlætir oft notkun þess í háþróuðum ferlihnútum.

Hver eru áskoranirnar við að innlima hafníum í hálfleiðaratæki?

Þó að hafníum hafi reynst dýrmætt efni í hálfleiðaraframleiðslu er innlimun þess í tæki og ferla ekki án áskorana. Það er mikilvægt að skilja og takast á við þessar áskoranir til að hámarka ávinninginn af efnum sem eru byggðir á hafníum í hálfleiðurum.

Ein helsta áskorunin í að vinna með hafníum vír er að stjórna oxunarástandi þess og gæðum viðmóts. Þegar hafníum-undirstaða rafefni eru lögð fyrir er nauðsynlegt að viðhalda nákvæmri stjórn á oxunarferlinu til að ná æskilegri stoichiometric og lágmarka galla. Ofgnótt súrefnis getur leitt til myndunar óæskilegs milliflatalags á milli há-k díelectric og sílikon hvarfefnisins, sem hugsanlega rýrir afköst tækisins. Á hinn bóginn getur ófullnægjandi oxun leitt til mikillar styrks súrefnislausra, sem geta virkað sem hleðslugildrur og stuðlað að óstöðugleika þröskuldsspennu.

Önnur mikilvæg áskorun er að stjórna kristöllun hafníum-undirstaða rafefna. Þó að formlaust hafníumoxíð sé almennt ákjósanlegt vegna einsleitra rafeiginleika þess, geta háhitaferli valdið kristöllun, sem leiðir til aukinna lekastrauma og áreiðanleikavandamála. Til að bregðast við þessu hafa vísindamenn og framleiðendur kannað ýmsar aðferðir, svo sem að innlima sílikon eða köfnunarefni í hafníumoxíðið til að auka kristöllunarhitastig þess eða nota fjöllaga mannvirki til að hindra kornvöxt.

Að samþætta hafníum-undirstaða efni í núverandi hálfleiðara framleiðsluferli felur einnig í sér áskoranir. Innleiðing nýrra efna krefst oft breytinga á útfellingu, ætingu og hreinsunarskrefum, sem geta haft áhrif á heildarferlisflæði og afrakstur. Til dæmis getur æting á hafníum-undirstaða díselefni verið krefjandi en æta hefðbundið kísildíoxíð, sem krefst þróunar nýrra ætunarefna og ferla.

Samhæfni við önnur efni í tækjastaflanum er annað mikilvægt atriði. Samspil hafníumsmiðaðra rafefna og málmhliða, sem og áhrif þeirra á undirliggjandi kísilrás, verður að vera vandlega stjórnað til að hámarka afköst tækisins. Þetta felur oft í sér umfangsmikla efnisverkfræði og tengiverkfræði til að ná tilætluðum rafeiginleikum og áreiðanleika.

Mengunarvarnir eru einnig veruleg áskorun þegar unnið er með hafníum í hálfleiðaraframleiðslu. Sem umbreytingarmálmur getur hafníum hugsanlega sett óæskileg óhreinindi inn í uppbyggingu tækisins ef það er ekki rétt meðhöndlað. Strangar gæðaeftirlitsráðstafanir og sérhæfðar hreinsunaraðferðir eru nauðsynlegar til að tryggja hreinleika hafníums efna og koma í veg fyrir mengun annarra vinnsluþrepa.

Að lokum getur kostnaður og framboð hafníums valdið áskorunum fyrir víðtæka notkun í hálfleiðaraiðnaðinum. Sem tiltölulega sjaldgæfur frumefni er aðfangakeðjan fyrir hafníum minna þróuð samanborið við algengari efni eins og sílikon eða ál. Þetta getur leitt til verðsveiflna og hugsanlegra framboðstakmarkana, sem hálfleiðaraframleiðendur verða að stjórna vandlega til að tryggja stöðugt framleiðsluumhverfi.

Þrátt fyrir þessar áskoranir hefur ávinningurinn af því að fella hafníum-undirstaða efni í hálfleiðarabúnað knúið áfram áframhaldandi rannsóknar- og þróunarviðleitni. Eftir því sem iðnaðurinn öðlast meiri reynslu af því að vinna með hafníum vír og þróar nýstárlegar lausnir til að takast á við þessar áskoranir, getum við búist við að sjá enn víðtækari innleiðingu á tækni sem byggir á hafníum í komandi hálfleiðarakynslóðum.

Hjá SHAANXI CXMET TECHNOLOGY CO., LTD, erum við stolt af víðtæku vöruúrvali okkar, sem kemur til móts við fjölbreyttar þarfir viðskiptavina. Fyrirtækið okkar er búið framúrskarandi framleiðslu- og vinnslugetu, sem tryggir hágæða og nákvæmni vöru okkar. Við erum staðráðin í nýsköpun og kappkostum stöðugt að þróa nýjar vörur og halda okkur í fremstu röð í iðnaði okkar. Með leiðandi tækniþróunargetu getum við aðlagast og þróast á markaði sem breytist hratt. Ennfremur bjóðum við upp á sérsniðnar lausnir til að mæta sérstökum kröfum viðskiptavina okkar. Ef þú hefur áhuga á vörum okkar eða vilt læra meira um flóknar upplýsingar um tilboð okkar skaltu ekki hika við að hafa samband við okkur á sales@cxmet.com. Lið okkar er alltaf tilbúið til að aðstoða þig.

Meðmæli

1. Wilk, GD, Wallace, RM og Anthony, JM (2001). Rafmagn hágáttar: Núverandi stöðu og efniseiginleikar. Journal of Applied Physics, 89(10), 5243-5275.

2. Choi, C., o.fl. (2002). Framleiðsla á HfO2 hliði rafdrifnum MOSFETs með pólýkísilhliðarskautum fyrir afkastamikil CMOS forrit. IEEE viðskipti á rafeindatækjum, 49(7), 1259-1264.

3. Robertson, J. (2006). Hár rafstuðull oxíð. The European Physical Journal Applied Physics, 28(3), 265-291.

4. Huff, HR, & Gilmer, DC (ritstj.). (2005). Hár rafstuðull efni: VLSI MOSFET forrit. Springer Science & Business Media.

5. Kamata, Y. (2008). High-k/Ge MOSFETs fyrir framtíðar nanó rafeindatækni. Efni í dag, 11(1-2), 30-38.

6. Houssa, M. (ritstj.). (2003). Há-k hlið rafeindabúnaður. CRC Press.