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薄膜技术部门:在晶圆上铺设均匀的“绘图纸”

By 2021年12月13日 1月 6th, 2022 No Comments
在半导体制造中,薄膜沉积(Thinfilm Deposition)是指将1㎛(微米)或更小的分子或原子材料的超薄薄膜覆盖到晶圆表面的技术。

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在半导体制造中,薄膜沉积(Thinfilm Deposition)是指将1µm(微米)或更小的分子或原子材料的超薄薄膜覆盖到晶圆表面的技术。这层薄膜能让原本处于非导电状态的晶圆具有导电特性。换句话说,它充当了“一张白纸”,为随后绘制的精细电路铺设了空间。在SK海力士中,负责这项任务的便是制造与技术部门中的薄膜技术部门。

这次,SK海力士新闻中心与清州NAND M11 CVD(化学气相沉积,Chemical Vapor Deposition) 和 PVD(物理气相沉积,Physical Vapor Deposition)技术团队的成员见面,深入了解他们的工作和寻求的人才。

符合工艺条件的均匀薄膜沉积

薄膜沉积的目的是在晶圆上增加导电特性,并为下一步工艺奠定基础。为满足工艺条件,沉积薄膜需要计算薄膜的厚度、折射率和吸收率。最重要的技术是在整个晶圆上均匀地沉积薄膜,因为这种均匀性决定了在随后的光刻和蚀刻过程中创建电路图案的精度水平。

在各种沉积方法中,最受欢迎的是物理气相沉积 (PVD, Physical Vapor Deposition) 和化学气相沉积 (CVD, Chemical Vapor Deposition)。

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PVD在金属板上引起物理反应,从而在晶圆上涂覆金属离子。由于PVD发生在低温高真空状态,该方法具有杂质污染少和沉积速度快的优点,主要用于沉积可以传递晶圆电力和信号的金属层。
溅射(Sputtering)是PVD的典型方法之一。当氩气进入真空室并连接高压电源时,气体变成等离子体。此时施加负直流电压,会将氩原子转化为阳离子。当阳离子与金属板碰撞时,会有少量金属元素剥落。溅射是一种将这些剥落的金属元素沉积到晶圆上的方法。

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CVD则是对蒸汽施加热量或等离子体,引发化学反应,从而将反应产物沉积到晶圆上。与PVD相比,它具有更高的阶梯覆盖率(指底部/侧壁处的薄膜厚度与顶部的一致程度)。这种方法主要用于电介质层的沉积。此外,它还可用于沉积抗反射涂层 (ARC,Anti-Reflective Coating),以在光刻工艺绘制图案时控制漫反射;或用于蚀刻前,在晶圆上沉积硬掩模,以保护底层。

CVD根据操作条件分为四种方法:常压CVD (APCVD,Atmospheric Pressure CVD)、热CVD(Thermal CVD)、等离子增强CVD(PECVD,Plasma Enhanced CVD) 和高密度等离子CVD (HDP-CVD,High Density Plasma CVD)。

APCVD是大气压下的CVD方法。高晶圆产量和简单的器件结构是该工艺的一大优点,但由于真空度低,所以此方法的阶梯覆盖率比较差。

热CVD利用高温环境下的热能,这种方法沉积的薄膜均匀性高于APCVD。然而,它的沉积速度很慢,且高温环境会带来风险因素。

PECVD通过降低与等离子体中自由基发生化学反应所需的活化能,在低温下形成薄膜。它能带来高产量和令人满意的阶梯覆盖率。

在HDP-CVD的工艺中,沉积和蚀刻在腔室中同时进行,并在低压和高密度等离子体状态下进行沉积,对于填充空隙特别有用。

薄膜的核心价值:“实现技术创新,以确保最佳量产技术”

与薄膜工艺相关的团队有七个:利川FAB和清州FAB都有CVD技术团队和PVD技术团队,他们属于薄膜技术部门的一部分,负责沉积工序。技术创新团队和分布增强团队也会为这道工序提供相关支持。

除溅射之外,PVD技术团队还使用其他不同方法进行物理气相沉积,例如反应离子蚀刻 (RIE,Reactive Ion Etching)1 和镶嵌工艺(Damascene Process)2 。他们努力寻求并实践每道工序中最佳的沉积方法,并一直致力于开发沉积技术,以便在元件下方稳定形成金属线。

CVD技术团队负责通过HDP-CVD和PECVD方法稳定沉积电介质层,还负责沉积ARC和硬掩模,这对于提高后续工艺的效率至关重要。最近团队更一直专注于开发一种交替堆叠氧化硅层和氮化硅层的技术,以使薄膜更均匀。

每个团队又根据任务的性质,分为工艺部和设备部。工艺部负责优化工艺,以确保薄膜在晶圆上的稳定沉积,还通过分析响应数据和缺陷数据来增强分布。

设备部负责设备维护及其性能的提高。例如,管理设备的使用历史,应对薄膜缺陷,并根据工作和生产计划进行设备的设置或搬迁。

技术创新团队致力于利用从每个FAB的设备收集而来的各种数据稳定设备,而分布增强团队则负责改进每个FAB的工序分布。这两个团队为每个FAB的团队提供支持,并为提高产量做出贡献。

尽管团队按工序流程划分,但他们有着同样的目标:“实现技术创新,以确保最佳量产技术。”在此过程中,他们不断地相互沟通并改进工艺技术。

以下是来自我们工程师的一些建议。

SK海力士新闻中心与薄膜技术部门的初级成员进行了见面对谈,以了解他们工作所需的能力以及素质。

清州NAND M11 PVD技术团队,金炫焘Technical Leader(TL)

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问:请向我们介绍一下您的工作。
我是清州NAND M11 PVD技术团队的工艺工程师,致力于提高薄膜质量。我负责监控团队整个PVD过程,以检查在线(生产线中的连续操作序列)可能会出现的任何问题。出现缺陷时,我会分析响应数据和缺陷数据,以确定原因并改进分布。

问:您能介绍一下您的工作需要的一些能力吗?
你必须对PVD技术有很好的了解,学习半导体材料的性质和真空状态的物理原理也会很有帮助。此外,由于我们在半导体制造中会使用大数据,熟悉统计学也很重要,尤其是如何使用统计工具,并解读处理后的数据。

问:您遇到过哪些挑战?又是如何克服它们的?
我觉得生产数量和质量问题发生冲突时最具挑战性,因为当我们过度增加产量时,就会出现质量问题。为了应对这一挑战,我们根据其他FAB的备份评估和增产实验结果,增加了产量。我们还仔细管理数据,以防出现任何质量问题。此外,我们正努力寻找用于缺陷分析的新数据。

问:您的工作有哪些吸引人的方面?
我喜欢在出现问题时,与团队成员或其他团队不断沟通,以便找出问题的原因。

问:您所在的团队氛围如何?
我们自由地表达和分享我们的意见。每当需要帮助时,我们都会一起工作并公开分享我们的想法。这个过程使我们能够拓宽视野并成长。

问:完成您的团队工作需要哪些技能?您对那些想加入团队的人有什么想说的?
责任感和对细节的关注。由于我们处理薄膜的工作性质,发生事故的风险更高。因此,重要的是注重细节并坚持到底。此外,那些能够与他人良好沟通的人非常适合我们的团队,因为在团队内部以及与其他团队需要进行很多合作。

清州NAND M11 PVD技术团队,金民浩TL

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问:请向我们介绍一下您的工作。
作为清州NAND M11 PVD技术团队的一员,我负责控制PVD工艺中使用的钛 (Ti) 和氮化钛 (TiN) 气体的设备。我的工作是项目管理(PM,Project Management),涉及设备操作和根据生产量进行工作管理。当在晶圆中发现缺陷时,我会与工艺工程师一起解决问题。

问:能介绍一下您工作所需的一些能力吗?
半导体设备处理功率、温度、压力和流量等不同的条件,并根据每种情况应用这些条件。因此,我们要能根据所学的知识有所拓展,从大学的主要课程中积累基础知识是非常有帮助的。另一个有助于完成这项工作的能力,是数据分析能力,要能处理通过各种传感器监控参数所得到的信息(例如设备的温度和压力)。

问:您遇到过哪些挑战?又是如何克服它们的?
在操作设备和解决问题时,会与许多人一起工作。当生产线上出现问题时,现场和办公室之间的顺畅沟通,是针对情况采取适当措施的关键。公司为员工提供了更深入了解半导体以及不同情况下重要信息的机会,例如SK海力士大学(SKHU,SK hynix University)课程,还有制造与技术部门每周组织的周四课程。

问:您的工作有哪些吸引人的方面?
通过一个新假设解决一个难题时,感觉非常棒。当晶圆在工艺过程中出现问题时,我们是无法检查腔室内部的。因此,我们必须根据观察提出不同的假设。这个过程并不容易,但当我们找到解决方案时,就是最激动人心的时刻。

问:您所在的团队氛围如何?
PVD技术团队内都是思想开放、尊重他人意见的成员。这样的环境,让我在工作中培养了灵活的思维,也提高了我的工作效率。

问:完成您所在的团队工作需要哪些技能?您对那些想加入团队的人有什么想说的?
我想说,第一技能是灵活的思维。随着半导体产品变得越来越成熟复杂,有时现有方法不足以解决问题。那样的话,死板的思维方式是解决不了难题的;相反,你必须从一开始就提出一个新的假设。对于未来加入PVD技术团队的成员,我建议他们将此过程视为每天学习新事物、积累知识并成为专家的机会,而不是一个艰难的过程。

清州NAND M11 CVD技术团队,沈升彧TL

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问:请向我们介绍一下您的工作。
我在清州NAND M11 CVD技术团队担任工艺工程师。我根据制造计划管理工序历史,并检查连锁 。我的另一个重要任务是在开发下一代产品或转移新设备时,与相关团队合作建立流程。

问:您能介绍一下您工作所需的一些能力吗?
能准确分析设备间数据显著差异的细致能力是至关重要的。因为对于提高产量来说,设备间无物理差异的均匀沉积薄膜是必不可少的。为此,你应该具有分析能力,可以快速与团队分享沉积后收集的结果。

问:您遇到过哪些挑战?又是如何克服它们的?
对我来说最大的挑战,是在生产过程中很难找到问题的确切原因。我们与负责沉积前后其他流程的团队密切合作,并利用SK海力士大数据分析系统来识别问题并实施连锁,以防止同样的问题再次发生。

问:您的工作有哪些吸引人的方面?
我喜欢与他人合作,并实现自己无法独自完成的事情。出于我的工作性质,我能就产出值与相关团队进行合作。这时我就有机会能了解其他流程并解决问题,这对我来说就是两全其美的事情。

问:您所在的团队氛围如何?
在外界看来,半导体制造业的形象是“死板的”。然而,CVD技术团队从组织上是扁平化的,我们欢迎新成员的新想法。

问:完成您的团队工作需要哪些技能?您对那些想加入团队的人有什么想说的?
只要你热衷于解决问题,不惧怕挑战,加入公司后任何困难便都可以克服。薄膜技术部门还特别为新人提供了结构合理的培训计划,让你在团队中看到自己的成长。

清州NAND M11 CVD技术团队,赵泰昱TL

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问:请向我们介绍一下您的工作。
我在清州NAND M11 CVD技术团队的设备部工作。我为批量生产设备的稳定运行制定了PM(Project Management)计划。同时,我负责设置新设备或转移多余设备,以及审查设备的问题并与相关团队合作解决问题。

问:您能介绍一下您工作所需的一些能力吗?
注重细节对于设备部工作很重要。有时因为一个非常小的细节没有得到妥善解决,设备就会出现问题。为防止这种情况发生,仔细检查设备及其运行情况是非常有必要的。

问:您遇到过哪些挑战,然后你是如何克服的?
要解决一台设备的一个长期存在的问题,便需要花费大量的时间和人力。而且即使解决了问题,也很难确定其原因。这就是我不断管理设备历史和数据,并优先考虑不同解决方案的原因。为改进设备,我还会走进生产线,亲身观察触碰它们。

问:您的工作有哪些吸引人的方面?
我曾负责设置FAB中新设备。基本上,这项工作要为FAB内设备准备每一个零件,就像我在进行从无到有的创作一样。看到这些设备为生产做出贡献,我感到很自豪。

问:您所在的团队氛围如何?
自公司引入弹性工作制以来,每个人在工作中获得了更多的自主权。我们可以在一定的标准下灵活地工作,这有助于我们改善工作与生活的平衡。

问:完成您的团队工作需要哪些技能?您对那些想加入团队的人有什么想说的?
我建议大家展现出自己的勤奋和积极学习的态度。大家为加入我们公司而做所有努力和所有过往经历都将得到回报,并成为大家在SK海力士工作的基础。大家要有信心,并相信自己。

 

1反应离子蚀刻 (RIE,Reactive Ion Etching):金属化工序的一部分,它“为电流创造了一条路径”。首先沉积铝 (AI,Aluminum) 膜,然后进行光刻工艺和AI蚀刻,随后沉积二氧化硅非金属膜。
2镶嵌(Damascene):这是金属化工序的一部分。首先沉积二氧化硅非金属薄膜,然后进行光刻和蚀刻工艺以创建电路图案。之后,在内部沉积金属膜,然后进行化学机械抛光 (CMP,Chemical Mechanical Polish) 工艺,从而创建独立的金属线。

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