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Processo Front-End na Fabricação de Chips: Deposição de Filmes Finos

Circuitos integrados são compostos por muitas etapas de fabricação complexas e refinadas, entre as quais a deposição de filmes finos é uma das tecnologias mais críticas. O objetivo da deposição de filmes finos é construir pilhas multicamadas em dispositivos semicondutores e garantir o isolamento entre as camadas de metal. Múltiplas camadas de metal condutoras e camadas isolantes dielétricas são empilhadas alternadamente na superfície da pastilha. Estas são então removidas seletivamente por meio de processos de corrosão repetidos para formar uma estrutura 3D.

O termo fino geralmente se refere a filmes com espessura inferior a 1 mícron, que não podem ser produzidos por usinagem mecânica convencional. O processo de fixação desses filmes moleculares ou atômicos na superfície da pastilha é chamado de deposição.

Dependendo do princípio subjacente, as técnicas de deposição de filmes finos são geralmente categorizadas em:

• Deposição Química de Vapor (CVD)

• Deposição Física de Vapor (PVD)

• Deposição de Camada Atômica (ALD)

À medida que a tecnologia de filmes finos evoluiu, vários sistemas de deposição surgiram para atender a diferentes etapas da fabricação de pastilhas.

▌Deposição Física de Vapor (PVD)

PVD refere-se a um grupo de processos baseados em vácuo que usam meios físicos para vaporizar o material alvo (sólido ou líquido) em átomos ou moléculas, ou ionizá-los parcialmente, e transportá-los através de gás ou plasma de baixa pressão para depositar filmes funcionais no substrato.

Os métodos comuns de PVD incluem:

• Deposição por evaporação

• Deposição por pulverização catódica

• Deposição por plasma de arco

• Revestimento por íons

• Epitaxia por feixe molecular (MBE)

PVD é caracterizado por:

• Alta pureza do filme

• Qualidade estável do filme

• Temperaturas de processamento mais baixas

• Altas taxas de deposição

• Custo de fabricação relativamente baixo

PVD é usado principalmente para depositar filmes metálicos e não é adequado para filmes isolantes. A razão é que, quando íons positivos bombardeiam um alvo isolante, eles transferem energia cinética para a superfície do alvo, mas os próprios íons positivos se acumulam na superfície. Este acúmulo de carga gera um campo elétrico que repele os íons que entram e, eventualmente, interrompe o processo de pulverização.

● Evaporação a Vácuo

Em um ambiente de vácuo, o material alvo é aquecido e evaporado. Átomos ou moléculas vaporizam da superfície e viajam com colisão mínima através do vácuo para depositar no substrato. Os métodos comuns de aquecimento incluem:

• Aquecimento resistivo

• Indução de alta frequência

• Bombardeamento por feixe de elétrons, feixe de laser ou feixe de íons

● Deposição por Pulverização Catódica

No vácuo, partículas de alta energia (tipicamente íons Ar⁺) bombardeiam a superfície do alvo, fazendo com que os átomos sejam ejetados e depositados no substrato.

● Revestimento por Íons

O revestimento por íons usa plasma para ionizar o material de revestimento em íons e átomos neutros de alta energia. Uma polarização negativa é aplicada ao substrato, atraindo os íons para depositar e formar um filme fino.

▌Deposição Química de Vapor (CVD)

CVD utiliza reações químicas para depositar filmes finos. Gases reagentes são introduzidos em uma câmara de reação e ativados usando calor, plasma ou luz. Esses gases reagem quimicamente para formar o filme sólido desejado no substrato, enquanto os subprodutos são exauridos da câmara.

CVD inclui muitas variantes dependendo das condições:

• CVD à Pressão Atmosférica (APCVD)

• CVD a Baixa Pressão (LPCVD)

• CVD Aprimorada por Plasma (PECVD)

• PECVD de Alta Densidade (HDPECVD)

• CVD Metal-Orgânico (MOCVD)

• Deposição de Camada Atômica (ALD)

Filmes CVD geralmente exibem:

• Alta pureza

• Desempenho superior
  É o método principal para fabricar filmes de metal, dielétricos e semicondutores na fabricação de chips.

● APCVD

Realizado à pressão atmosférica e 400–800 °C, usado para produzir filmes como:

• Silício monocristalino

• Silício policristalino

• Dióxido de silício (SiO₂)

• SiO₂ dopado

● LPCVD

Aplicado em processos >90nm para produzir:

• SiO₂, PSG/BPSG

• Nitreto de silício (Si₃N₄)

• Polissilício

● PECVD

Amplamente utilizado em nós de 28–90 nm para depositar materiais dielétricos e semicondutores.
Vantagens:

• Temperaturas de deposição mais baixas

• Maior densidade e pureza do filme

• Taxas de deposição mais rápidas
  Os sistemas PECVD tornaram-se as ferramentas de filmes finos mais amplamente utilizadas em fábricas em comparação com APCVD e LPCVD.

▌Deposição de Camada Atômica (ALD)

ALD é um tipo especial de CVD que permite o crescimento de filmes ultrafinos, depositando uma camada atômica de cada vez por meio de reações de superfície autolimitantes.

Ao contrário do CVD convencional, ALD alterna pulsos precursores. Cada camada é formada por uma reação de superfície sequencial com a camada previamente depositada. Isso permite:

• Controle de espessura em escala atômica

• Cobertura conformal

• Filmes sem pinholes

ALD suporta a deposição de:

• Metais

• Óxidos

• Carbetos, nitretos, sulfetos, silicietos

• Semicondutores e supercondutores

À medida que a densidade de integração aumenta e os tamanhos dos dispositivos diminuem, os dielétricos de alto-k estão substituindo o SiO₂ nos portões de transistores. A excelente cobertura de passo e o controle preciso da espessura da ALD a tornam ideal para a fabricação de dispositivos avançados e está sendo cada vez mais adotada na produção de chips de ponta.

▌Comparação das Tecnologias de Deposição

● Desempenho da Deposição de Filmes

(Aqui você pode inserir uma tabela comparativa de conformidade, controle de espessura, cobertura de passo, etc.)

● Tecnologias e Aplicações

(Insira uma tabela mostrando os casos de uso de PVD vs. CVD vs. ALD)

● Equipamentos e Capacidades

(Insira uma tabela comparando taxas de deposição, temperaturas, uniformidade, custos)

Conclusão

O avanço das tecnologias de deposição de filmes finos é essencial para o desenvolvimento contínuo da indústria de semicondutores. Esses processos estão se tornando mais diversos e especializados, permitindo maior inovação e refinamento na fabricação de circuitos integrados.

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