ترسيب الأغشية الرقيقة هو طلاء طبقة من الفيلم على مادة الركيزة الرئيسية لأشباه الموصلات. يمكن تصنيع هذا الفيلم من مواد مختلفة، مثل ثاني أكسيد السيليكون المركب العازل، والبولي سيليكون شبه الموصل، والنحاس المعدني، وما إلى ذلك. وتسمى المعدات المستخدمة للطلاء بمعدات ترسيب الأغشية الرقيقة.
من منظور عملية تصنيع شرائح أشباه الموصلات، فهي تقع في عملية الواجهة الأمامية.
يمكن تقسيم عملية تحضير الفيلم الرقيق إلى فئتين وفقًا لطريقة تشكيل الفيلم: ترسيب البخار الفيزيائي (PVD) وترسيب البخار الكيميائي(الأمراض القلبية الوعائية)، والتي تمثل معدات معالجة الأمراض القلبية الوعائية نسبة أعلى.
يشير ترسيب البخار الفيزيائي (PVD) إلى تبخر سطح مصدر المادة والترسب على سطح الركيزة من خلال الغاز/البلازما ذات الضغط المنخفض، بما في ذلك التبخر، والخرق، والشعاع الأيوني، وما إلى ذلك؛
ترسيب البخار الكيميائي (الأمراض القلبية الوعائية) يشير إلى عملية ترسيب طبقة صلبة على سطح رقاقة السيليكون من خلال تفاعل كيميائي لخليط الغاز. وفقا لظروف التفاعل (الضغط، السلائف)، فإنه ينقسم إلى ضغط جويالأمراض القلبية الوعائية(APCVD)، الضغط المنخفضالأمراض القلبية الوعائية(LPCVD)، الأمراض القلبية الوعائية المعززة بالبلازما (PECVD)، الأمراض القلبية الوعائية البلازما عالية الكثافة (HDPCVD) وترسب الطبقة الذرية (ALD).
LPCVD: يتمتع LPCVD بقدرة أفضل على تغطية الخطوات، وتكوين جيد والتحكم في الهيكل، ومعدل ترسيب مرتفع وإخراج، ويقلل بشكل كبير من مصدر تلوث الجسيمات. إن الاعتماد على معدات التسخين كمصدر للحرارة للحفاظ على التفاعل، والتحكم في درجة الحرارة وضغط الغاز أمر في غاية الأهمية. يستخدم على نطاق واسع في تصنيع طبقة بولي لخلايا TopCon.
PECVD: يعتمد PECVD على البلازما الناتجة عن تحريض الترددات الراديوية لتحقيق درجة حرارة منخفضة (أقل من 450 درجة) لعملية ترسيب الأغشية الرقيقة. يعتبر الترسيب في درجة حرارة منخفضة هو ميزته الرئيسية، وبالتالي توفير الطاقة، وخفض التكاليف، وزيادة القدرة الإنتاجية، وتقليل العمر الافتراضي لحاملات الأقلية في رقائق السيليكون الناتجة عن ارتفاع درجة الحرارة. ويمكن تطبيقه على عمليات الخلايا المختلفة مثل PERC، وTOPCON، وHJT.
ALD: يمكن تنفيذ التوحيد الجيد للفيلم، الكثيف وبدون ثقوب، وخصائص تغطية الخطوة الجيدة، عند درجة حرارة منخفضة (درجة حرارة الغرفة -400 درجة مئوية)، ويمكنه التحكم ببساطة ودقة في سمك الفيلم، وهو قابل للتطبيق على نطاق واسع على ركائز ذات أشكال مختلفة، و لا يحتاج إلى التحكم في انتظام تدفق المواد المتفاعلة. ولكن العيب هو أن سرعة تشكيل الفيلم بطيئة. مثل الطبقة الباعثة للضوء من كبريتيد الزنك (ZnS) المستخدمة لإنتاج العوازل ذات البنية النانوية (Al2O3/TiO2) وشاشات العرض ذات الأغشية الرقيقة الكهربائية (TFEL).
ترسيب الطبقة الذرية (ALD) عبارة عن عملية طلاء مفرغ تشكل طبقة رقيقة على سطح طبقة الركيزة طبقة تلو الأخرى على شكل طبقة ذرية واحدة. وفي وقت مبكر من عام 1974، قام عالم فيزياء المواد الفنلندي تومو سونتولا بتطوير هذه التكنولوجيا وفاز بجائزة الألفية للتكنولوجيا التي تبلغ قيمتها مليون يورو. تم استخدام تقنية ALD في الأصل لشاشات العرض المسطحة الكهربائية، ولكن لم يتم استخدامها على نطاق واسع. لم يكن الأمر كذلك حتى بداية القرن الحادي والعشرين عندما بدأت صناعة أشباه الموصلات في اعتماد تقنية ALD. من خلال تصنيع مواد عازلة كهربائية رفيعة للغاية لتحل محل أكسيد السيليكون التقليدي، نجحت في حل مشكلة تسرب التيار الناتجة عن تقليل عرض خط الترانزستورات ذات التأثير الميداني، مما دفع قانون مور إلى مزيد من التطور نحو خطوط عرض أصغر. قال الدكتور تومو سونتولا ذات مرة أن ALD يمكن أن يزيد بشكل كبير من كثافة تكامل المكونات.
تظهر البيانات العامة أن تقنية ALD اخترعها الدكتور تومو سونتولا من PICOSUN في فنلندا عام 1974 وتم تصنيعها في الخارج، مثل الفيلم العازل العالي في شريحة 45/32 نانومتر التي طورتها شركة إنتل. وفي الصين، قدمت بلادي تقنية ALD بعد مرور أكثر من 30 عامًا على الدول الأجنبية. في أكتوبر 2010، استضافت PICOSUN في فنلندا وجامعة فودان أول اجتماع تبادل أكاديمي محلي لـ ALD، حيث تم تقديم تكنولوجيا ALD إلى الصين لأول مرة.
بالمقارنة مع ترسيب البخار الكيميائي التقليدي (الأمراض القلبية الوعائية) وترسيب البخار الفيزيائي (PVD)، تتمثل مزايا ALD في المطابقة الممتازة ثلاثية الأبعاد، وتوحيد الأفلام بمساحة كبيرة، والتحكم الدقيق في السُمك، وهي مناسبة لزراعة أفلام رقيقة جدًا على أشكال سطحية معقدة وهياكل ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية.
—مصدر البيانات: منصة معالجة النانو الدقيقة بجامعة تسينغهوا —
في حقبة ما بعد مور، تم تحسين تعقيد وحجم عملية تصنيع الرقائق بشكل كبير. بأخذ الرقائق المنطقية كمثال، مع زيادة عدد خطوط الإنتاج بعمليات أقل من 45 نانومتر، وخاصة خطوط الإنتاج بعمليات 28 نانومتر وما دون، فإن متطلبات سمك الطلاء والتحكم الدقيق تكون أعلى. بعد إدخال تقنية التعرض المتعدد، زاد عدد خطوات عملية ALD والمعدات المطلوبة بشكل ملحوظ؛ في مجال رقائق الذاكرة، تطورت عملية التصنيع السائدة من بنية NAND ثنائية الأبعاد إلى بنية NAND ثلاثية الأبعاد، واستمر عدد الطبقات الداخلية في الزيادة، وقدمت المكونات تدريجيًا هياكل عالية الكثافة ونسبة عرض إلى ارتفاع عالية، والدور المهم لقد بدأت ALD في الظهور. من منظور التطور المستقبلي لأشباه الموصلات، ستلعب تقنية ALD دورًا متزايد الأهمية في حقبة ما بعد مور.
على سبيل المثال، ALD هي تقنية الترسيب الوحيدة التي يمكنها تلبية متطلبات التغطية وأداء الفيلم للهياكل المعقدة ثلاثية الأبعاد (مثل 3D-NAND). ويمكن رؤية ذلك بوضوح في الشكل أدناه. الفيلم المودع في CVD A (الأزرق) لا يغطي الجزء السفلي من الهيكل بالكامل؛ حتى لو تم إجراء بعض تعديلات العملية على CVD (CVD B) لتحقيق التغطية، فإن أداء الفيلم والتركيب الكيميائي للمنطقة السفلية يكونان سيئين للغاية (المنطقة البيضاء في الشكل)؛ في المقابل، يُظهر استخدام تقنية ALD تغطية كاملة للفيلم، ويتم تحقيق خصائص فيلم عالية الجودة وموحدة في جميع مناطق الهيكل.
—-مزايا الصورة لتقنية ALD مقارنة بأمراض القلب والأوعية الدموية (المصدر: ASM) —-
على الرغم من أن CVD لا تزال تحتل أكبر حصة في السوق على المدى القصير، إلا أن ALD أصبحت واحدة من أسرع الأجزاء نموًا في سوق معدات تصنيع الرقائق. في سوق ALD هذا الذي يتمتع بإمكانات نمو كبيرة ودور رئيسي في تصنيع الرقائق، تعد ASM شركة رائدة في مجال معدات ALD.
وقت النشر: 12 يونيو 2024