Depozice tenkého filmu je potažení vrstvy filmu na hlavním substrátovém materiálu polovodiče. Tento film může být vyroben z různých materiálů, jako je izolační sloučenina oxidu křemičitého, polovodičový polysilikon, kovová měď atd. Zařízení používané pro potahování se nazývá zařízení pro nanášení tenkých vrstev.
Z pohledu procesu výroby polovodičového čipu se nachází v procesu front-end.
Proces přípravy tenkého filmu lze rozdělit do dvou kategorií podle jeho metody tvorby filmu: fyzikální napařování (PVD) a chemické napařování(CVD), mezi nimiž zaujímají vyšší podíl zařízení pro zpracování CVD.
Fyzikální depozice z plynné fáze (PVD) se týká odpařování povrchu zdroje materiálu a depozice na povrchu substrátu prostřednictvím nízkotlakého plynu/plazmy, včetně odpařování, naprašování, iontového paprsku atd.;
Chemická depozice par (CVD) označuje proces nanášení pevného filmu na povrch křemíkového plátku chemickou reakcí plynné směsi. Podle reakčních podmínek (tlak, prekurzor) se dělí na atmosférický tlakCVD(APCVD), nízký tlakCVD(LPCVD), plazmou zesílené CVD (PECVD), plazmové CVD s vysokou hustotou (HDPCVD) a depozice atomové vrstvy (ALD).
LPCVD: LPCVD má lepší schopnost pokrytí kroků, dobrou kontrolu složení a struktury, vysokou rychlost depozice a výkon a výrazně snižuje zdroj znečištění částicemi. Spoléhání se na topné zařízení jako zdroj tepla pro udržení reakce, řízení teploty a tlaku plynu jsou velmi důležité. Široce se používá při výrobě polyvrstvy článků TopCon.
PECVD: PECVD spoléhá na plazmu generovanou radiofrekvenční indukcí k dosažení nízké teploty (méně než 450 stupňů) procesu nanášení tenkého filmu. Nízkoteplotní depozice je jeho hlavní výhodou, čímž šetří energii, snižuje náklady, zvyšuje výrobní kapacitu a snižuje celoživotní rozpad menšinových nosičů v křemíkových destičkách způsobený vysokou teplotou. Může být aplikován na procesy různých buněk, jako jsou PERC, TOPCON a HJT.
ALD: Dobrá stejnoměrnost filmu, hustá a bez děr, dobré charakteristiky pokrytí kroků, lze provádět při nízké teplotě (pokojová teplota - 400 ° C), lze jednoduše a přesně řídit tloušťku filmu, je široce použitelná na substráty různých tvarů a nemusí řídit rovnoměrnost toku reaktantu. Nevýhodou ale je, že rychlost tvorby filmu je pomalá. Jako je například vrstva vyzařující světlo ze sulfidu zinečnatého (ZnS) používaná k výrobě nanostrukturních izolátorů (Al2O3/TiO2) a tenkovrstvých elektroluminiscenčních displejů (TFEL).
Atomic layer deposition (ALD) je proces vakuového potahování, který vytváří tenký film na povrchu substrátu vrstvu po vrstvě ve formě jediné atomové vrstvy. Již v roce 1974 tuto technologii vyvinul finský materiálový fyzik Tuomo Suntola a získal cenu 1 milion eur Millenium Technology Award. Technologie ALD byla původně používána pro ploché elektroluminiscenční displeje, ale nebyla široce používána. Teprve na začátku 21. století začal polovodičový průmysl přebírat technologii ALD. Výrobou ultratenkých vysoce dielektrických materiálů, které nahradily tradiční oxid křemíku, úspěšně vyřešil problém svodového proudu způsobený zmenšením šířky čáry tranzistorů s efektem pole, což přimělo Mooreův zákon k dalšímu vývoji směrem k menší šířce čar. Dr. Tuomo Suntola jednou řekl, že ALD může výrazně zvýšit integrační hustotu komponent.
Veřejná data ukazují, že technologii ALD vynalezl Dr. Tuomo Suntola z PICOSUN ve Finsku v roce 1974 a byla industrializována v zahraničí, jako je například vysoce dielektrický film v čipu 45/32 nanometrů vyvinutý společností Intel. V Číně zavedla moje země technologii ALD o více než 30 let později než zahraniční země. V říjnu 2010 hostily PICOSUN ve Finsku a Fudan University první domácí akademické výměnné setkání ALD, které poprvé představilo technologii ALD v Číně.
Ve srovnání s tradiční chemickou depozicí par (CVD) a fyzikální depozice z plynné fáze (PVD), výhody ALD jsou vynikající trojrozměrná konformita, velkoplošná stejnoměrnost filmu a přesné řízení tloušťky, které jsou vhodné pro pěstování ultratenkých filmů na složitých tvarech povrchů a strukturách s vysokým poměrem stran.
—Zdroj dat: Platforma pro zpracování mikronanotechnologií univerzity Tsinghua—
V post-Moorově éře se složitost a objem procesu výroby waferů výrazně zlepšily. Vezmeme-li jako příklad logické čipy, s nárůstem počtu výrobních linek s procesy pod 45nm, zejména výrobních linek s procesy 28nm a méně, jsou požadavky na tloušťku povlaku a přesné řízení vyšší. Po zavedení technologie vícenásobné expozice se počet kroků procesu ALD a potřebných zařízení výrazně zvýšil; v oblasti paměťových čipů se hlavní výrobní proces vyvinul z 2D NAND na 3D NAND strukturu, počet vnitřních vrstev se neustále zvyšoval a komponenty postupně představovaly struktury s vysokou hustotou, vysokým poměrem stran a důležitou roli ALD se začal objevovat. Z pohledu budoucího vývoje polovodičů bude hrát technologie ALD v post-Moorově éře stále důležitější roli.
Například ALD je jediná technologie depozice, která dokáže splnit požadavky na pokrytí a filmový výkon složitých 3D vrstvených struktur (jako je 3D-NAND). To je názorně vidět na obrázku níže. Fólie uložená v CVD A (modrá) zcela nepokrývá spodní část struktury; i když jsou u CVD (CVD B) provedeny určité úpravy procesu, aby se dosáhlo pokrytí, výkon filmu a chemické složení spodní oblasti jsou velmi špatné (bílá plocha na obrázku); naproti tomu použití technologie ALD vykazuje úplné pokrytí fólií a ve všech oblastech konstrukce je dosaženo vysoce kvalitních a jednotných vlastností fólie.
—-Obrázek Výhody technologie ALD ve srovnání s CVD (Zdroj: ASM)—-
Ačkoli CVD stále zaujímá v krátkodobém horizontu největší podíl na trhu, ALD se stalo jednou z nejrychleji rostoucích částí trhu zařízení pro výrobu plátků. Na tomto trhu ALD s velkým potenciálem růstu a klíčovou rolí ve výrobě čipů je ASM vedoucí společností v oblasti zařízení ALD.
Čas odeslání: 12. června 2024