为什么半导体薄膜沉积工艺需要精密的温度控制？

本篇为大家介绍一下冷水机在半导体薄膜沉积工艺中的应用。首先，什么是薄膜沉积？生活中最常见的薄膜主要是保鲜膜，厚度最薄也有0.01mm。在半导体工艺中，为了创建芯片内部的微型器件，需要薄膜厚度小于1μm，此类薄膜无法通过普通的机械加工制造，只能通过物理喷镀或化学反应的方式将包含所需分子or原子的薄膜覆盖在晶圆表面上，“薄膜沉积”即通过不断地沉积一层层的薄膜并通过刻蚀去除掉其中的多余部分，另外再添加一些材料将不同的晶圆器件分离开来。

▲ 薄膜厚度MAP图

常见的薄膜沉积方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶液法以及原子层沉积（ALD）。

▲ 不同沉积方法的参数特性

①PVD（物理气相沉积）：指在真空条件下采用物理方法将材料源（固体或液体）表面气化成气态分子、原子，或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在衬底表面沉积形成连续薄膜的技术，广泛应用于半导体、电子等领域。

▲ PVD（物理气相沉积）原理

②CVD（化学气相沉积）：通过将一种或多种气体（称为前驱体）加热使其发生化学分解，产生反应生成物，并在半导体表面沉积，形成所需的薄膜，用于沉积介质绝缘层、半导体材料、金属薄膜等。

▲ CVD（化学气相沉积）原理

③ALD（原子层沉积）：是一种基于化学气相沉积的高精度薄膜沉积技术，使物质材料以单原子膜的形式基于化学气相一层层的沉积在衬底表面，可用于介质、绝缘薄膜、金属薄膜的沉积。

薄膜沉积工艺过程中通常会形成高温环境，导致沉积设备不能正常运转，影响沉积效果和稳定性，此时需要专业的温控设备进行降温管理。冷水机通过提供的冷却水可以将沉积工艺中产生的热量带走，确保设备温度处于稳定值，提高沉积效率和质量，并保证沉积系统的稳定运行。

冷水机应用-薄膜沉积

国内目前有多家供应商（如FerroTec）可以提供高质量的冷水机解决方案，这些冷水机具备高精度温控、快速响应、稳定可靠等特点，广泛应用于半导体制造等行业。其中，部分冷水机还采用了双温控装置，可保证冷却水温度维持在±0.3℃的区间，制冷量可达15KW，控温范围为20~90℃，为确保沉积过程设备的安全稳定运行，还可以根据配套设备进行温度、工作时间等参数的定制化设置，同时自行调整工作状态，确保薄膜沉积的质量和精度；另外，还有一部分冷水机能够做到精准分控设计，即一台冷水机可对三个热源（pm腔体）进行独立的温度即流量控制，同时各个通道的流体互不影响。