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前驱体专家会
嘉宾:外资气体厂商前驱体专家
时间:202205
纪要仅代表专家个人观点,涉及上市公司数据请以公告为准
前驱体学术层面上的定义是获得目前产物前的一种形式,通常以有机/无机配合物或者混合物固
定形式存在,但在半导体行业,每个公司对前驱体的理解都各有不同,比如液空公司对前驱体的
定义是ALAM (airliquide advanced materials),默克公司对前驱体的定义是ADM (advanced deposition
materials),两家公司都强调了advanced ,即先进材料,根据专家个人理解,在一些落后制程上使
用的材料,即使是用于CVD 的或液体化形式的,都不一定算作前驱体。比如部分本土的公司将
TEOS 也认为是前驱体,但国际公司一般不将其视为前驱体,因为该材料晶圆厂已经使用了 20
多年了。前驱体大多数以液体形式存在,一般是不锈钢桶包装,通过液体的VCR 阀送到客户端。
半导体芯片的工艺流程一般是利用晶圆(wafer )切割出2000-3000 个晶粒(die),之后对晶粒进
行封装,之后进行布线和放置器件及晶体管,最后形成一个CPU 或内存结构。这是非常精密的
过程,以苹果的Iphone 12 的CPU 为例,一个CPU 器件就含有150 亿个晶体管,这个过程很复
杂,且未来会越来越复杂。
晶圆的加工顺序是研磨、光刻、薄膜、刻蚀、离子注入(implant )、抛光,加工过程中会反复进
行上述过程,前驱体在芯片生产过程中主要用在薄膜区(thin film )。
在ALD 工艺出现之前,薄膜工艺主要有PVD 和CVD :
PVD ,物理气相沉积,即通过物理方式处理靶材,利用蒸发溅射去镀膜,因为本身是物理反应,
所以台阶覆盖性一般,这种工艺的优点在于反应温度低,且无杂质,反应速度快,均匀性50A 。
CVD ,化学气相沉积,工艺的台阶覆盖性要优于PVD ,但其缺点是反应温度较高(800 摄氏度以
上),速度相对PVD 稍慢,因为是化学反应,因此杂质相对PVD 更多。均匀性1-10A。
ALD ,原子层沉积,表面层状生长,台阶覆盖性优秀,均匀性小于1A ,反应温度低,一般在室
温-400 摄氏度下进行,产生的杂质少,但反应速度慢。
随着现代工艺的进步,半导体制程越来越先进,线宽越来越小,除了考虑台阶覆盖性外,还要考
虑反应温度的问题,随着线宽变窄,每个晶圆的热预算(heat budget )就会变得非常低,因此要
求材料要在越来越低的温度下进行反应,这也是不能使用硅烷材料的原因(反应温度高,过于稳
定),而部分有机配位材料的反应温度很低,材料就发生了从无机到有机的演变。
1) 金属有机系列(除硅外的金属有机物),种类比较多,如high-k (高介电常数),conductive barrier ,
Metal layers 等,conducive barrier 与high-k 相对应,high-k 一般使用氧化铪,氧化锆等类型的
膜,conductive barrier 一般是氮化铪,氮化钛,氮化锆。Metal layer 主要用于后端布线方面,
随着线宽变窄,选择的金属也越来越多,目前在14nm 以下的制程中,钨是主要使用的金属,
未来可能会选择铷、钼等金属,但目前还在研发过程中。ALD 系列使用的元器件等与LED
使用的比较类似,只是用途不同,个人认为过去做LED 产品的工厂在ALD 系列上存在一
些天然的优势。
ALD 系列种类多,但每种产品用量小,单价高,增长速度快。此外,High-k 是一个非常好
的产品系列,以后会被普遍使用,增长会很快。
2) 硅系列,主要种类有spacer (光刻阻挡层,如HCDS, 乙硅烷等)和low-k (low-k 主要用于
金属布线时做阻挡层,如二乙基甲基硅烷)。
客户端使用的设备是LDS (liquid delivery system),前驱体的储存罐(canister)就接在设备的product
tank 上,canister 连接有两个管道,分别是气相端和液相端,气相端通过push
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