Tyndfilmsaflejring er at belægge et lag film på halvlederens hovedsubstratmateriale. Denne film kan være lavet af forskellige materialer, såsom isolerende sammensat siliciumdioxid, halvlederpolysilicium, metalkobber osv. Udstyret, der bruges til belægning, kaldes tyndfilmaflejringsudstyr.
Fra halvlederchipfremstillingsprocessens perspektiv er den placeret i front-end-processen.
Tyndfilmsfremstillingsprocessen kan opdeles i to kategorier i henhold til dens filmdannende metode: fysisk dampaflejring (PVD) og kemisk dampaflejring(CVD), blandt hvilke CVD-procesudstyr udgør en højere andel.
Fysisk dampaflejring (PVD) refererer til fordampning af overfladen af materialekilden og aflejring på overfladen af substratet gennem lavtryksgas/plasma, herunder fordampning, sputtering, ionstråle osv.;
Kemisk dampaflejring (CVD) refererer til processen med at afsætte en fast film på overfladen af siliciumwaferen gennem en kemisk reaktion af gasblanding. Ifølge reaktionsbetingelserne (tryk, forløber) er det opdelt i atmosfærisk trykCVD(APCVD), lavtrykCVD(LPCVD), plasmaforstærket CVD (PECVD), plasma-CVD med høj densitet (HDPCVD) og atomlagsdeposition (ALD).
LPCVD: LPCVD har bedre trindækningsevne, god sammensætning og strukturkontrol, høj aflejringshastighed og output og reducerer i høj grad kilden til partikelforurening. At stole på varmeudstyr som varmekilde for at opretholde reaktionen, temperaturkontrol og gastryk er meget vigtigt. Udbredt i poly-laget fremstilling af TopCon-celler.
PECVD: PECVD er afhængig af plasma genereret af radiofrekvensinduktion for at opnå lav temperatur (mindre end 450 grader) af tyndfilmaflejringsprocessen. Lavtemperaturaflejring er dens største fordel, hvilket sparer energi, reducerer omkostningerne, øger produktionskapaciteten og reducerer levetiden for minoritetsbærere i siliciumwafere forårsaget af høj temperatur. Det kan anvendes på processerne i forskellige celler såsom PERC, TOPCON og HJT.
ALD: God filmensartethed, tæt og uden huller, gode trindækkende egenskaber, kan udføres ved lav temperatur (stuetemperatur-400 ℃), kan enkelt og præcist kontrollere filmtykkelsen, er bredt anvendelig til substrater af forskellige former, og behøver ikke at kontrollere ensartetheden af reaktantstrømmen. Men ulempen er, at filmdannelseshastigheden er langsom. Såsom zinksulfid (ZnS) lysemitterende lag, der bruges til at producere nanostrukturerede isolatorer (Al2O3/TiO2) og tyndfilm elektroluminescerende skærme (TFEL).
Atomic layer deposition (ALD) er en vakuumbelægningsproces, der danner en tynd film på overfladen af et substrat lag for lag i form af et enkelt atomlag. Allerede i 1974 udviklede den finske materialefysiker Tuomo Suntola denne teknologi og vandt 1 million euro Millennium Technology Award. ALD-teknologi blev oprindeligt brugt til fladskærms elektroluminescerende skærme, men den blev ikke udbredt. Det var først i begyndelsen af det 21. århundrede, at ALD-teknologien begyndte at blive adopteret af halvlederindustrien. Ved at fremstille ultratynde højdielektriske materialer til at erstatte traditionel siliciumoxid, løste det med succes lækstrømsproblemet forårsaget af reduktionen af linjebredden af felteffekttransistorer, hvilket fik Moores lov til at udvikle sig videre mod mindre linjebredder. Dr. Tuomo Suntola sagde engang, at ALD betydeligt kan øge integrationstætheden af komponenter.
Offentlige data viser, at ALD-teknologien blev opfundet af Dr. Tuomo Suntola fra PICOSUN i Finland i 1974 og er blevet industrialiseret i udlandet, såsom den høje dielektriske film i 45/32 nanometer-chippen udviklet af Intel. I Kina introducerede mit land ALD-teknologi mere end 30 år senere end udlandet. I oktober 2010 var PICOSUN i Finland og Fudan University vært for det første indenlandske ALD akademiske udvekslingsmøde, hvor de introducerede ALD-teknologi til Kina for første gang.
Sammenlignet med traditionel kemisk dampaflejring (CVD) og fysisk dampaflejring (PVD), fordelene ved ALD er fremragende tredimensionel overensstemmelse, stor-areal filmensartethed og præcis tykkelseskontrol, som er velegnet til dyrkning af ultratynde film på komplekse overfladeformer og strukturer med højt aspektforhold.
—Datakilde: Micro-nano-behandlingsplatform fra Tsinghua University—
I post-Moore-æraen er kompleksiteten og procesvolumen af waferfremstilling blevet væsentligt forbedret. Tager man logiske chips som eksempel, med stigningen i antallet af produktionslinjer med processer under 45nm, især produktionslinjerne med processer på 28nm og derunder, er kravene til belægningstykkelse og præcisionskontrol højere. Efter introduktionen af multieksponeringsteknologi er antallet af ALD-procestrin og det nødvendige udstyr steget betydeligt; inden for hukommelseschips har den almindelige fremstillingsproces udviklet sig fra 2D NAND til 3D NAND-struktur, antallet af interne lag er fortsat med at stige, og komponenterne har gradvist præsenteret strukturer med høj tæthed, højt billedformat og den vigtige rolle af ALD er begyndt at dukke op. Fra perspektivet af den fremtidige udvikling af halvledere vil ALD-teknologi spille en stadig vigtigere rolle i post-Moore-æraen.
For eksempel er ALD den eneste aflejringsteknologi, der kan opfylde kravene til dækning og filmydelse for komplekse 3D-stablede strukturer (såsom 3D-NAND). Dette kan tydeligt ses på figuren nedenfor. Filmen aflejret i CVD A (blå) dækker ikke fuldstændigt den nederste del af strukturen; selvom der foretages nogle procesjusteringer af CVD (CVD B) for at opnå dækning, er filmydeevnen og den kemiske sammensætning af bundområdet meget dårlig (hvidt område i figuren); i modsætning hertil viser brugen af ALD-teknologi fuldstændig filmdækning, og der opnås højkvalitets og ensartede filmegenskaber i alle områder af strukturen.
—-Billede Fordele ved ALD-teknologi sammenlignet med CVD (Kilde: ASM)—-
Selvom CVD stadig optager den største markedsandel på kort sigt, er ALD blevet en af de hurtigst voksende dele af markedet for wafer fab-udstyr. På dette ALD-marked med stort vækstpotentiale og en nøglerolle inden for chipfremstilling er ASM en førende virksomhed inden for ALD-udstyr.
Indlægstid: 12-jun-2024