La deposición de película delgada consiste en recubrir una capa de película sobre el material del sustrato principal del semiconductor. Esta película puede estar hecha de diversos materiales, como compuesto aislante de dióxido de silicio, polisilicio semiconductor, cobre metálico, etc. El equipo utilizado para el recubrimiento se denomina equipo de deposición de película delgada.
Desde la perspectiva del proceso de fabricación de chips semiconductores, se encuentra en el proceso inicial.
El proceso de preparación de película delgada se puede dividir en dos categorías según su método de formación de película: deposición física de vapor (PVD) y deposición química de vapor.(ECV), entre los cuales los equipos de proceso CVD representan una mayor proporción.
La deposición física de vapor (PVD) se refiere a la vaporización de la superficie de la fuente del material y la deposición en la superficie del sustrato a través de gas/plasma a baja presión, incluida la evaporación, la pulverización catódica, el haz de iones, etc.;
Deposición química de vapor (ECV) se refiere al proceso de depositar una película sólida sobre la superficie de la oblea de silicio mediante una reacción química de una mezcla de gases. Según las condiciones de reacción (presión, precursor), se divide en presión atmosférica.ECV(APCVD), baja presiónECV(LPCVD), CVD mejorada con plasma (PECVD), CVD con plasma de alta densidad (HDPCVD) y deposición de capas atómicas (ALD).
LPCVD: LPCVD tiene una mejor capacidad de cobertura de pasos, buen control de composición y estructura, alta tasa de deposición y producción, y reduce en gran medida la fuente de contaminación por partículas. Depender del equipo de calefacción como fuente de calor para mantener la reacción, el control de la temperatura y la presión del gas son muy importantes. Ampliamente utilizado en la fabricación de capas de polietileno de celdas TopCon.
PECVD: PECVD se basa en el plasma generado por inducción de radiofrecuencia para lograr una temperatura baja (menos de 450 grados) del proceso de deposición de película delgada. La deposición a baja temperatura es su principal ventaja, lo que permite ahorrar energía, reducir costos, aumentar la capacidad de producción y reducir la degradación de la vida útil de los portadores minoritarios en las obleas de silicio causada por las altas temperaturas. Se puede aplicar a los procesos de varias células como PERC, TOPCON y HJT.
ALD: Buena uniformidad de la película, densa y sin agujeros, buenas características de cobertura de pasos, se puede realizar a baja temperatura (temperatura ambiente-400 ℃), puede controlar de manera simple y precisa el espesor de la película, es ampliamente aplicable a sustratos de diferentes formas y No necesita controlar la uniformidad del flujo de reactivo. Pero la desventaja es que la velocidad de formación de la película es lenta. Como la capa emisora de luz de sulfuro de zinc (ZnS) utilizada para producir aisladores nanoestructurados (Al2O3/TiO2) y pantallas electroluminiscentes de película delgada (TFEL).
La deposición de capas atómicas (ALD) es un proceso de recubrimiento al vacío que forma una película delgada sobre la superficie de un sustrato capa por capa en forma de una sola capa atómica. Ya en 1974, el físico finlandés de materiales Tuomo Suntola desarrolló esta tecnología y ganó el premio Millennium Technology Award, dotado con un millón de euros. La tecnología ALD se utilizó originalmente para pantallas electroluminiscentes de panel plano, pero no se utilizó ampliamente. No fue hasta principios del siglo XXI que la tecnología ALD comenzó a ser adoptada por la industria de los semiconductores. Al fabricar materiales ultrafinos de alto dieléctrico para reemplazar el óxido de silicio tradicional, resolvió con éxito el problema de corriente de fuga causado por la reducción del ancho de línea de los transistores de efecto de campo, lo que llevó a que la Ley de Moore se desarrollara aún más hacia anchos de línea más pequeños. El Dr. Tuomo Suntola dijo una vez que ALD puede aumentar significativamente la densidad de integración de componentes.
Los datos públicos muestran que la tecnología ALD fue inventada por el Dr. Tuomo Suntola de PICOSUN en Finlandia en 1974 y ha sido industrializada en el extranjero, como la película de alto dieléctrico en el chip de 45/32 nanómetros desarrollado por Intel. En China, mi país introdujo la tecnología ALD más de 30 años después que los países extranjeros. En octubre de 2010, PICOSUN en Finlandia y la Universidad de Fudan organizaron la primera reunión de intercambio académico nacional de ALD, introduciendo la tecnología ALD en China por primera vez.
En comparación con la deposición química de vapor tradicional (ECV) y deposición física de vapor (PVD), las ventajas de ALD son una excelente conformidad tridimensional, uniformidad de película de área grande y control preciso del espesor, que son adecuados para cultivar películas ultrafinas en formas de superficie complejas y estructuras de alta relación de aspecto.
—Fuente de datos: plataforma de micronanoprocesamiento de la Universidad de Tsinghua—
En la era posterior a Moore, la complejidad y el volumen del proceso de fabricación de obleas han mejorado considerablemente. Tomando los chips lógicos como ejemplo, con el aumento en el número de líneas de producción con procesos por debajo de 45 nm, especialmente las líneas de producción con procesos de 28 nm o menos, los requisitos para el espesor del recubrimiento y el control de precisión son mayores. Después de la introducción de la tecnología de exposición múltiple, la cantidad de pasos del proceso ALD y el equipo requerido ha aumentado significativamente; En el campo de los chips de memoria, el proceso de fabricación convencional ha evolucionado de la estructura 2D NAND a la estructura 3D NAND, el número de capas internas ha seguido aumentando y los componentes han presentado gradualmente estructuras de alta densidad y alta relación de aspecto, y el papel importante de ALD ha comenzado a surgir. Desde la perspectiva del desarrollo futuro de los semiconductores, la tecnología ALD desempeñará un papel cada vez más importante en la era posterior a Moore.
Por ejemplo, ALD es la única tecnología de deposición que puede cumplir con los requisitos de cobertura y rendimiento de la película de estructuras apiladas 3D complejas (como 3D-NAND). Esto se puede ver claramente en la siguiente figura. La película depositada en CVD A (azul) no cubre completamente la parte inferior de la estructura; incluso si se realizan algunos ajustes en el proceso de CVD (CVD B) para lograr la cobertura, el rendimiento de la película y la composición química del área inferior son muy deficientes (área blanca en la figura); por el contrario, el uso de la tecnología ALD muestra una cobertura completa de la película y se logran propiedades de película uniformes y de alta calidad en todas las áreas de la estructura.
—-Imagen Ventajas de la tecnología ALD en comparación con CVD (Fuente: ASM)—-
Aunque CVD sigue ocupando la mayor cuota de mercado a corto plazo, ALD se ha convertido en una de las partes de más rápido crecimiento del mercado de equipos de fabricación de obleas. En este mercado ALD con gran potencial de crecimiento y un papel clave en la fabricación de chips, ASM es una empresa líder en el campo de los equipos ALD.
Hora de publicación: 12 de junio de 2024