Η εναπόθεση λεπτής μεμβράνης είναι η επίστρωση ενός στρώματος φιλμ στο κύριο υλικό υποστρώματος του ημιαγωγού. Αυτή η μεμβράνη μπορεί να κατασκευαστεί από διάφορα υλικά, όπως μονωτικό διοξείδιο του πυριτίου, πολυπυρίτιο ημιαγωγών, μεταλλικό χαλκό κ.λπ. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για την επίστρωση ονομάζεται εξοπλισμός απόθεσης λεπτής μεμβράνης.
Από την οπτική γωνία της διαδικασίας κατασκευής τσιπ ημιαγωγών, βρίσκεται στη διαδικασία μπροστινής πλευράς.
Η διαδικασία παρασκευής λεπτής μεμβράνης μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες ανάλογα με τη μέθοδο σχηματισμού φιλμ: φυσική εναπόθεση ατμού (PVD) και χημική εναπόθεση ατμού(CVD), μεταξύ των οποίων ο εξοπλισμός διεργασίας CVD αντιπροσωπεύει υψηλότερο ποσοστό.
Η φυσική εναπόθεση ατμών (PVD) αναφέρεται στην εξάτμιση της επιφάνειας της πηγής υλικού και στην εναπόθεση στην επιφάνεια του υποστρώματος μέσω αερίου/πλάσμα χαμηλής πίεσης, συμπεριλαμβανομένης της εξάτμισης, της εκτόξευσης, της δέσμης ιόντων κ.λπ.
Εναπόθεση χημικών ατμών (CVD) αναφέρεται στη διαδικασία εναπόθεσης ενός στερεού φιλμ στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου μέσω μιας χημικής αντίδρασης μίγματος αερίων. Ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης (πίεση, πρόδρομος), χωρίζεται σε ατμοσφαιρική πίεσηCVD(APCVD), χαμηλή πίεσηCVD(LPCVD), CVD ενισχυμένη με πλάσμα (PECVD), CVD πλάσματος υψηλής πυκνότητας (HDPCVD) και εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD).
LPCVD: Το LPCVD έχει καλύτερη ικανότητα κάλυψης βημάτων, καλό έλεγχο σύνθεσης και δομής, υψηλό ρυθμό εναπόθεσης και απόδοση και μειώνει σημαντικά την πηγή σωματιδιακής ρύπανσης. Η στήριξη στον εξοπλισμό θέρμανσης ως πηγή θερμότητας για τη διατήρηση της αντίδρασης, ο έλεγχος της θερμοκρασίας και η πίεση του αερίου είναι πολύ σημαντικά. Χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή πολυστρωματικών κυττάρων TopCon.
PECVD: Το PECVD βασίζεται στο πλάσμα που παράγεται από την επαγωγή ραδιοσυχνοτήτων για την επίτευξη χαμηλής θερμοκρασίας (λιγότερο από 450 μοίρες) της διαδικασίας εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης. Η εναπόθεση σε χαμηλές θερμοκρασίες είναι το κύριο πλεονέκτημά της, εξοικονομώντας έτσι ενέργεια, μειώνοντας το κόστος, αυξάνοντας την παραγωγική ικανότητα και μειώνοντας τη διάσπαση διάρκειας ζωής των μειοψηφικών φορέων σε γκοφρέτες πυριτίου που προκαλείται από υψηλή θερμοκρασία. Μπορεί να εφαρμοστεί στις διεργασίες διαφόρων κυττάρων όπως PERC, TOPCON και HJT.
ALD: Καλή ομοιομορφία μεμβράνης, πυκνό και χωρίς τρύπες, καλά χαρακτηριστικά κάλυψης βημάτων, μπορεί να πραγματοποιηθεί σε χαμηλή θερμοκρασία (θερμοκρασία δωματίου-400℃), μπορεί απλά και με ακρίβεια να ελέγξει το πάχος του φιλμ, είναι ευρέως εφαρμόσιμο σε υποστρώματα διαφορετικών σχημάτων και δεν χρειάζεται να ελέγχει την ομοιομορφία της ροής του αντιδρώντος. Αλλά το μειονέκτημα είναι ότι η ταχύτητα σχηματισμού φιλμ είναι αργή. Όπως το στρώμα εκπομπής φωτός θειούχου ψευδαργύρου (ZnS) που χρησιμοποιείται για την παραγωγή νανοδομημένων μονωτών (Al2O3/TiO2) και ηλεκτροφωταυγών οθονών λεπτής μεμβράνης (TFEL).
Η εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) είναι μια διαδικασία επίστρωσης υπό κενό που σχηματίζει ένα λεπτό φιλμ στην επιφάνεια ενός υποστρώματος στρώμα προς στρώμα με τη μορφή ενός μόνο ατομικού στρώματος. Ήδη από το 1974, ο Φινλανδός φυσικός υλικού Tuomo Suntola ανέπτυξε αυτή την τεχνολογία και κέρδισε το Βραβείο Τεχνολογίας Χιλιετίας ύψους 1 εκατομμυρίου ευρώ. Η τεχνολογία ALD χρησιμοποιήθηκε αρχικά για ηλεκτροφωταύγιες οθόνες με επίπεδη οθόνη, αλλά δεν χρησιμοποιήθηκε ευρέως. Μόλις στις αρχές του 21ου αιώνα άρχισε να υιοθετείται η τεχνολογία ALD από τη βιομηχανία ημιαγωγών. Κατασκευάζοντας εξαιρετικά λεπτά υλικά υψηλής διηλεκτρικής ενέργειας για να αντικαταστήσει το παραδοσιακό οξείδιο του πυριτίου, έλυσε επιτυχώς το πρόβλημα του ρεύματος διαρροής που προκλήθηκε από τη μείωση του εύρους γραμμής των τρανζίστορ εφέ πεδίου, ωθώντας τον νόμο του Moore να αναπτυχθεί περαιτέρω προς μικρότερα πλάτη γραμμών. Ο Δρ. Tuomo Suntola είπε κάποτε ότι η ALD μπορεί να αυξήσει σημαντικά την πυκνότητα ολοκλήρωσης των εξαρτημάτων.
Τα δημόσια δεδομένα δείχνουν ότι η τεχνολογία ALD εφευρέθηκε από τον Δρ. Tuomo Suntola της PICOSUN στη Φινλανδία το 1974 και έχει βιομηχανοποιηθεί στο εξωτερικό, όπως το φιλμ υψηλής διηλεκτρικής απόδοσης στο τσιπ 45/32 νανομέτρων που αναπτύχθηκε από την Intel. Στην Κίνα, η χώρα μου εισήγαγε την τεχνολογία ALD περισσότερο από 30 χρόνια αργότερα από τις ξένες χώρες. Τον Οκτώβριο του 2010, η PICOSUN στη Φινλανδία και το Πανεπιστήμιο Fudan φιλοξένησαν την πρώτη εγχώρια συνάντηση ακαδημαϊκών ανταλλαγών ALD, εισάγοντας την τεχνολογία ALD στην Κίνα για πρώτη φορά.
Σε σύγκριση με την παραδοσιακή χημική εναπόθεση ατμών (CVD) και φυσικής εναπόθεσης ατμού (PVD), τα πλεονεκτήματα του ALD είναι η εξαιρετική τρισδιάστατη συμμόρφωση, η ομοιομορφία του φιλμ μεγάλης επιφάνειας και ο ακριβής έλεγχος πάχους, που είναι κατάλληλα για την ανάπτυξη εξαιρετικά λεπτών μεμβρανών σε πολύπλοκα σχήματα επιφανειών και δομές υψηλού λόγου διαστάσεων.
—Πηγή δεδομένων: Πλατφόρμα επεξεργασίας μικρο-νανο του Πανεπιστημίου Tsinghua—
Στη μετα-Moore εποχή, η πολυπλοκότητα και ο όγκος της διαδικασίας της κατασκευής γκοφρέτας έχουν βελτιωθεί σημαντικά. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τα λογικά τσιπ, με την αύξηση του αριθμού των γραμμών παραγωγής με διεργασίες κάτω των 45 nm, ειδικά των γραμμών παραγωγής με διαδικασίες 28 nm και κάτω, οι απαιτήσεις για πάχος επίστρωσης και έλεγχο ακρίβειας είναι υψηλότερες. Μετά την εισαγωγή της τεχνολογίας πολλαπλής έκθεσης, ο αριθμός των βημάτων της διαδικασίας ALD και ο απαιτούμενος εξοπλισμός έχουν αυξηθεί σημαντικά. στον τομέα των τσιπ μνήμης, η κύρια διαδικασία κατασκευής έχει εξελιχθεί από τη δομή 2D NAND σε δομή 3D NAND, ο αριθμός των εσωτερικών στρωμάτων συνέχισε να αυξάνεται και τα εξαρτήματα παρουσίασαν σταδιακά δομές υψηλής πυκνότητας, υψηλής αναλογίας διαστάσεων και τον σημαντικό ρόλο της ALD έχει αρχίσει να αναδύεται. Από την προοπτική της μελλοντικής ανάπτυξης των ημιαγωγών, η τεχνολογία ALD θα διαδραματίσει ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο στη μετά-Moore εποχή.
Για παράδειγμα, η ALD είναι η μόνη τεχνολογία εναπόθεσης που μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις κάλυψης και απόδοσης φιλμ σύνθετων 3D στοιβαγμένων δομών (όπως το 3D-NAND). Αυτό φαίνεται καθαρά στο παρακάτω σχήμα. Η μεμβράνη που εναποτίθεται στο CVD A (μπλε) δεν καλύπτει πλήρως το κάτω μέρος της δομής. ακόμα κι αν γίνουν κάποιες προσαρμογές της διαδικασίας στο CVD (CVD B) για να επιτευχθεί κάλυψη, η απόδοση του φιλμ και η χημική σύνθεση της κάτω περιοχής είναι πολύ κακές (λευκή περιοχή στο σχήμα). Αντίθετα, η χρήση της τεχνολογίας ALD δείχνει πλήρη κάλυψη μεμβράνης και επιτυγχάνονται υψηλής ποιότητας και ομοιόμορφες ιδιότητες φιλμ σε όλους τους τομείς της δομής.
—-Εικόνα Πλεονεκτήματα της τεχνολογίας ALD σε σύγκριση με το CVD (Πηγή: ASM)—-
Αν και η CVD εξακολουθεί να κατέχει το μεγαλύτερο μερίδιο αγοράς βραχυπρόθεσμα, η ALD έχει γίνει ένα από τα ταχύτερα αναπτυσσόμενα μέρη της αγοράς εξοπλισμού γκοφρέτας. Σε αυτήν την αγορά ALD με μεγάλες δυνατότητες ανάπτυξης και βασικό ρόλο στην κατασκευή chip, η ASM είναι μια κορυφαία εταιρεία στον τομέα του εξοπλισμού ALD.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-12-2024