Жартылай өткізгіш құрылғылардың кішірейіп, көбірек функционалдылықтарды біріктіруіне байланысты қаптама технологиялары бұрын-соңды болмаған қиындықтарға тап болуда. Вакуумдық жабын жасау озық жартылай өткізгіш қаптамада негізгі мүмкіндік беретін процесс ретінде пайда болды, бұл құрылғылардың миниатюризациясын, жоғары өнімділікті және ұзақ мерзімді сенімділікті қамтамасыз етеді. Физикалық бу тұндыру (PVD), химиялық бу тұндыру (CVD) және атомдық қабат тұндыру (ALD) сияқты жұқа қабықшалы инженерлік әдістерді пайдалану арқылы өндірушілер келесі буын чиптеріндегі кедергілерді қорғау, электрлік өнімділік және жылулық басқаруға қойылатын маңызды талаптарды қанағаттандыра алады.
Жартылай өткізгіш қаптамадағы жиі кездесетін қиындықтар
Жартылай өткізгіш қаптамаенді қарапайым қорғаныс қадамы емес, өнімділікке маңызды кезең. Әдеттегі қиындықтарға мыналар жатады:
Ылғал және оттегінің енуі
Капсулаланған құрылғылар қоршаған орта әсеріне өте сезімтал. Тіпті ылғалдың немесе оттегінің диффузиясының іздік деңгейі коррозияға, металдың миграциясына немесе диэлектриктің ыдырауына әкелуі мүмкін.
Тосқауыл қабатының сенімділігі
Дәстүрлі полимер капсулалары көбінесе жеткіліксіз тосқауыл қасиеттерін көрсетеді. Берік жұқа қабықшалы жабындарсыз чиптер жоғары ылғалдылықта немесе жоғары температура жағдайында сенімділіктің бұзылуына бейім.
Электромиграция және өзара байланыс тұрақтылығы
Жетілдірілген түйіндердегі жоғары ток тығыздығы электромиграцияны жеделдетеді. Нашар адгезия немесе біркелкі емес жабындар өзара байланыстың қызмет ету мерзіміне әсер етуі мүмкін.
Жылулық диссипацияның шектеулері
Құрылғының қуат тығыздығы артқан сайын, жылу басқару жабындарының жеткіліксіздігі жергілікті ыстық нүктелердің пайда болуына, өнімділіктің төмендеуіне және құрылғының қызмет ету мерзімінің қысқаруына әкелуі мүмкін.
Миниатюризация және арақатынасты қамту
Кремнийлі өткізгіштер (TSV) және шыны өткізгіштер (TGV) сияқты озық қаптама құрылымдары жоғары арақатынасты траншеялар мен өткізгіштердің ішіне конформды жабындарды қажет етеді, бұл негізгі техникалық кедергі болып қала береді.
Вакуумдық жабын ерітінділері
1. Ылғал/оттегі тосқауылы жабындары
PVD немесе ALD арқылы тұндырылған SiO₂, SiNₓ және Al₂O₃ жұқа қабықшалары герметикалық инкапсуляция қабаттары ретінде қызмет етеді, бұл су буының өткізгіштік жылдамдығын (WVTR) айтарлықтай төмендетеді.
Бейорганикалық және гибридті қабаттарды біріктіретін көп қабатты тосқауылдық стектері жоғары сенімділікке қол жеткізеді, бұл РФ модульдері мен MEMS қаптамасы үшін маңызды.
2. Адгезияны күшейту және интерфейс қабаттары
Ti, Cr немесе TiN адгезия қабаттары металлдау қабаттары мен диэлектриктер арасындағы байланыс беріктігін арттырады, термиялық цикл кезінде қабаттардың бөлінуіне жол бермейді.
Плазмалық беттік өңдеулер беттік энергиясы төмен субстраттарда ылғалдануды және қабықшаның ядролануын одан әрі жақсартады.
3. Диффузия және электромиграцияны басу қабаттары
Магнетронды шашырату арқылы тұндырылған Ta, TaN және Ru тосқауыл қабаттары Cu өзара байланыстарында тиімді диффузиялық тосқауылдар ретінде әрекет етеді.
Бұл қабаттар электр миграциясын азайтады, жоғары ток кернеуі кезінде байланыс өткізгіштігін сақтайды.
4. Жылулық басқару жабындары
Алмаз тәрізді көміртек (DLC) немесе AlN пленкалары сияқты жоғары жылу өткізгіштік жабындар жылудың таралуын күшейтеді.
Арнайы жабындар қуатты жартылай өткізгіш модульдерге, SiC/GaN құрылғыларына және жоғары өнімді есептеу (HPC) чиптеріне интеграциялауға мүмкіндік береді.
5. Жоғары арақатынасты құрылымдарға арналған конформальды жабындар
ALD атом деңгейіндегі басқаруды қамтамасыз етеді, TSV және TGV-де 10:1-ден асатын проекциялық арақатынасы бар конформды және түйреуішсіз қабықшаларды қамтамасыз етеді.
Бұл 3D интегралды қаптама үшін өте маңызды, мұнда өзара байланыстың тығыздығы мен сенімділігі өнімділікке тікелей әсер етеді.
Іс қолдану
MEMS қаптамасы: Al₂O₃/SiNₓ стектері бар жұқа қабықшалы капсула герметикалықты жақсартады, автомобиль және өнеркәсіптік ортада құрылғының қызмет ету мерзімін ұзартады.
РФ алдыңғы модульдері: көп қабатты тосқауыл жабындары паразиттік сыйымдылықты және ылғалдан туындаған өнімділік дрейфін азайтады.
Power Electronics: DLC жылу таратқыш жабындары SiC негізіндегі MOSFET-терде жылудың таралуын жақсартады, бұл жұмыс тиімділігін арттырады.
3D интеграциясы: TSV/TGV конформальды ALD жабындары жоғары өткізу қабілетті жады (HBM) құрылғылары үшін оқшаулау және металлдау арқылы сенімділікті қамтамасыз етеді.
Қаптамада вакуумдық жабынның артықшылықтары
Жоғары сенімділік: Жоғары кедергі және адгезия өнімділігі құрылғының ұзақ мерзімді тұрақтылығын қамтамасыз етеді.
Масштабталу мүмкіндігі: Вакуумдық тұндыру жүйелері пластина деңгейіндегі қаптаманы (WLP) және панель деңгейіндегі қаптаманы (PLP) қолдайды, бұл жаппай өндірісті үнемді етуге мүмкіндік береді.
Процестің икемділігі: Әртүрлі материалдармен (Si, GaAs, SiC, шыны, полимерлер) үйлесімді, гетерогенді интеграция қажеттіліктерін қанағаттандырады.
Қоршаған ортаға сәйкестік: Жасыл өндіріс стандарттарына сәйкес келетін электрохимиялық қаптау сияқты жоғары ластануды тудыратын ылғалды процестерді жояды.
Қорытынды
Вакуумдық жабын алдыңғы қатарлы жартылай өткізгіш қаптаманың негізіне айналды, кедергілерден қорғау, жылуды басқару және жоғары арақатынасты жабу саласындағы қиындықтарды шешеді. Өнеркәсіп гетерогенді интеграцияға, чиплет архитектураларына және 3D стекингке көшкен сайын, дәл жұқа қабықшалы тұндыруға деген сұраныс арта түседі.
PVD, ALD және гибридті жабын платформаларындағы үздіксіз инновациялар арқылы вакуумдық жабын шешімдері сенімділікті арттырып қана қоймай, жартылай өткізгіш қаптаманың болашағын белсенді түрде қамтамасыз етеді.
— Бұл мақаланы жариялағанвакуумдық жабын жабдықтарыөндіруші Zhenhua шаңсорғышы
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 27 қыркүйек