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氣體冷卻機在CVD/PVD沉積工藝中的薄膜應力控制?

來源:無錫冠亞智能裝備有限公司   2025年06月04日 14:58  

氣體冷卻機在CVD與PVD工藝中的作用:賦能晶圓級薄膜質量提升;
  在半導體制造領域,化學氣相沉積(CVD)與物理氣相沉積(PVD)是薄膜制備的核心工藝。氣體冷卻機通過控制反應腔溫度與工藝氣體狀態,從熱力學根源化解上述難題,成為提升晶圓級涂層性能的裝備。
  一、沉積工藝熱失控風險與控溫需求的深度解析
  1.溫度波動對薄膜質量的致命影響
  在CVD工藝中,溫度直接影響前驅體分解速率與氣相反應平衡。而在PVD濺射過程中,靶材溫度過高會導致金屬顆粒異常濺射,產生表面凸起缺陷。
  2.工藝氣體溫度的鏈式反應機制
  工藝氣體溫度不僅影響前驅體輸運效率,更直接調控反應動力學進程。
  若進氣溫度不穩定,將導致分解速率波動,使晶粒尺寸分布不均,顯著降低薄膜導電性。氣體冷卻機通過將工藝氣體穩定在±0.5℃區間,確保反應速率恒定性,從源頭減少厚度偏差。
  二、典型應用場景的技術實現路徑
  場景1:氮化硅絕緣層沉積——氣體冷卻保障介電性能
  在功率器件制造中,Si?N?薄膜需具備高絕緣強度與低應力特性。氣體冷卻機對氮氣實施溫控(典型值-10℃至5℃),實現三重優化:
  抑制氣相成核,減少顆粒污染;
  平衡Si-Cl鍵與N-H鍵反應速率,降低薄膜氫含量;
  場景2:銅互連金屬化——靶材冷卻抑制濺射缺陷
  先進制程銅互連工藝中,PVD靶材局部過熱會引發“微液滴濺射”。冷卻機采用二級制冷策略:
  初級循環:-30℃乙二醇溶液冷卻靶材背板,維持表面溫度;
  次級深冷:通入-70℃氬氣直接冷卻濺射區,減少熔融銅顆粒飛濺。
  實測表明,該方案使晶圓表面顆粒缺陷密度降低。
  三、技術突破與創新設計
  1.高壓耐受性結構革新
  針對PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)腔內>2.5MPa的高壓環境,冷卻機采用:
鈦合金板式換熱器:承壓強度達3.2MPa,耐腐蝕壽命提升;
  多流道渦旋設計:在高壓下保持氣流湍流狀態,換熱效率提升。
  2.動態PID溫控算法
  傳統單回路PID在負載突變時易產生溫度過沖。創新采用主從雙PID回路架構:
  主回路預測反應腔熱容變化趨勢;
  從回路實時補償氣體比熱容波動;
  隨著3nm以下制程對原子級沉積精度的需求比較多,氣體冷卻技術將與溫控模型、量子傳感測溫深度融合,開啟半導體制造的發展篇章。





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