Отлагането на тънък слой е да се покрие слой от филм върху основния субстратен материал на полупроводника. Този филм може да бъде направен от различни материали, като изолиращо съединение силициев диоксид, полупроводников полисилиций, метална мед и др. Оборудването, използвано за покритие, се нарича оборудване за отлагане на тънък филм.
От гледна точка на процеса на производство на полупроводникови чипове, той се намира в предния процес.
Процесът на приготвяне на тънък слой може да бъде разделен на две категории според неговия метод за образуване на филм: физическо отлагане на пари (PVD) и химическо отлагане на пари(ССЗ), сред които CVD процесното оборудване представлява по-висок дял.
Физическото отлагане на пари (PVD) се отнася до изпаряването на повърхността на източника на материал и отлагането върху повърхността на субстрата чрез газ/плазма под ниско налягане, включително изпаряване, разпрашване, йонен лъч и др.;
Химично отлагане на пари (ССЗ) се отнася до процеса на отлагане на твърд филм върху повърхността на силиконовата пластина чрез химическа реакция на газова смес. Според условията на реакцията (налягане, прекурсор) се разделя на атмосферно наляганеССЗ(APCVD), ниско наляганеССЗ(LPCVD), плазмено усилено CVD (PECVD), плазмено CVD с висока плътност (HDPCVD) и отлагане на атомен слой (ALD).
LPCVD: LPCVD има по-добра способност за стъпаловидно покритие, добър контрол на състава и структурата, висока скорост на отлагане и изход и значително намалява източника на замърсяване с частици. Разчитането на отоплително оборудване като източник на топлина за поддържане на реакцията, контролът на температурата и налягането на газа са много важни. Широко използван в производството на полислойни клетки TopCon.
PECVD: PECVD разчита на плазмата, генерирана чрез радиочестотна индукция, за постигане на ниска температура (по-малко от 450 градуса) на процеса на отлагане на тънък слой. Отлагането при ниска температура е основното му предимство, като по този начин спестява енергия, намалява разходите, увеличава производствения капацитет и намалява разпадането през целия живот на малцинствените носители в силициевите пластини, причинено от висока температура. Може да се приложи към процесите на различни клетки като PERC, TOPCON и HJT.
ALD: Добра еднородност на филма, плътен и без дупки, добри характеристики на стъпаловидно покритие, може да се извършва при ниска температура (стайна температура-400 ℃), може просто и точно да контролира дебелината на филма, широко приложим за субстрати с различни форми и не е необходимо да контролира равномерността на потока на реагента. Но недостатъкът е, че скоростта на образуване на филм е ниска. Като например цинковия сулфиден (ZnS) светлоизлъчващ слой, използван за производството на наноструктурирани изолатори (Al2O3/TiO2) и тънкослойни електролуминесцентни дисплеи (TFEL).
Отлагането на атомен слой (ALD) е процес на вакуумно покритие, който образува тънък филм върху повърхността на субстрат слой по слой под формата на единичен атомен слой. Още през 1974 г. финландският физик на материалите Туомо Сунтола разработи тази технология и спечели наградата за технологии на хилядолетието от 1 милион евро. Технологията ALD първоначално е била използвана за електролуминесцентни дисплеи с плосък панел, но не е била широко използвана. Едва в началото на 21 век технологията ALD започва да се възприема от полупроводниковата индустрия. Чрез производството на ултратънки материали с висока диелектричност, които да заменят традиционния силициев оксид, той успешно реши проблема с тока на утечка, причинен от намаляването на ширината на линията на транзисторите с полеви ефекти, което накара Закона на Мур да се развие по-нататък към по-малки ширини на линията. Д-р Туомо Сунтола веднъж каза, че ALD може значително да увеличи плътността на интеграция на компонентите.
Публичните данни показват, че технологията ALD е изобретена от д-р Туомо Сунтола от PICOSUN във Финландия през 1974 г. и е индустриализирана в чужбина, като филма с висока диелектричност в 45/32 нанометровия чип, разработен от Intel. В Китай моята страна въведе технологията ALD повече от 30 години по-късно от чуждите страни. През октомври 2010 г. PICOSUN във Финландия и университетът Фудан бяха домакини на първата местна среща за академичен обмен на ALD, представяйки технологията ALD в Китай за първи път.
В сравнение с традиционното химическо отлагане на пари (ССЗ) и физическо отлагане на пари (PVD), предимствата на ALD са отлична триизмерна конформност, еднородност на филма с голяма площ и прецизен контрол на дебелината, които са подходящи за отглеждане на ултратънки филми върху сложни повърхностни форми и структури с високо аспектно съотношение.
—Източник на данни: Платформа за микро-нано обработка на университета Цинхуа—
В ерата след Мур сложността и обемът на процеса на производство на пластини са значително подобрени. Вземайки логическите чипове като пример, с увеличаването на броя на производствените линии с процеси под 45n, особено производствените линии с процеси от 28n и по-ниски, изискванията за дебелина на покритието и прецизен контрол са по-високи. След въвеждането на технологията за многократна експозиция, броят на стъпките на процеса на ALD и необходимото оборудване се увеличи значително; в областта на чиповете с памет основният производствен процес се разви от 2D NAND към 3D NAND структура, броят на вътрешните слоеве продължи да се увеличава и компонентите постепенно представиха структури с висока плътност и високо съотношение на страните и важната роля на на ALD започна да се появява. От гледна точка на бъдещото развитие на полупроводниците, ALD технологията ще играе все по-важна роля в ерата след Мур.
Например, ALD е единствената технология за отлагане, която може да отговори на изискванията за покритие и производителност на филма на сложни 3D подредени структури (като 3D-NAND). Това може да се види ясно на фигурата по-долу. Филмът, отложен в CVD A (син) не покрива напълно долната част на структурата; дори ако се направят някои корекции на процеса на CVD (CVD B), за да се постигне покритие, производителността на филма и химическият състав на долната област са много лоши (бяла област на фигурата); за разлика от това, използването на технологията ALD показва пълно покритие на филма и се постигат висококачествени и еднакви свойства на филма във всички области на структурата.
—-Картинни предимства на ALD технологията в сравнение с CVD (Източник: ASM)—-
Въпреки че CVD все още заема най-големия пазарен дял в краткосрочен план, ALD се превърна в една от най-бързо развиващите се части на пазара на оборудване за производство на вафли. В този пазар на ALD с голям потенциал за растеж и ключова роля в производството на чипове, ASM е водеща компания в областта на ALD оборудването.
Време на публикуване: 12 юни 2024 г