Õhukese kilega sadestamine on kilekihi katmine pooljuhi põhimaterjalile. Seda kilet saab valmistada erinevatest materjalidest, nagu isolatsiooniühend ränidioksiid, pooljuhtpolüräni, metallvask jne. Katmiseks kasutatavaid seadmeid nimetatakse õhukese kile sadestamise seadmeteks.
Pooljuhtkiibi tootmisprotsessi vaatenurgast asub see esiotsa protsessis.
Õhukese kile valmistamise protsessi võib kile moodustamise meetodi järgi jagada kahte kategooriasse: füüsikaline aurustamine-sadestamine (PVD) ja keemiline aurustamine-sadestamine(CVD), mille hulgas on suurema osa CVD protsessiseadmetest.
Füüsiline aurustamine-sadestamine (PVD) viitab materjali allika pinna aurustamisele ja sadestumisele substraadi pinnale madala rõhuga gaasi/plasma kaudu, sealhulgas aurustamine, pihustamine, ioonkiir jne;
Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD) viitab protsessile, mille käigus sadestatakse räniplaadi pinnale gaasisegu keemilise reaktsiooni kaudu tahke kile. Vastavalt reaktsioonitingimustele (rõhk, prekursor) jagatakse see atmosfäärirõhuksCVD(APCVD), madal rõhkCVD(LPCVD), plasma täiustatud CVD (PECVD), suure tihedusega plasma CVD (HDPCVD) ja aatomkihtsadestamine (ALD).
LPCVD: LPCVD-l on parem astmeline katvus, hea koostise ja struktuuri kontroll, kõrge sadestumise kiirus ja väljund ning see vähendab oluliselt osakeste saasteallikat. Reaktsiooni säilitamiseks kuumutusseadmetele kui soojusallikale tuginemine, temperatuuri reguleerimine ja gaasirõhk on väga olulised. Laialdaselt kasutatav TopCon rakkude polükihi tootmisel.
PECVD: PECVD tugineb õhukese kile sadestamise protsessi madala temperatuuri (alla 450 kraadi) saavutamiseks raadiosagedusliku induktsiooni tekitatud plasmale. Madaltemperatuuriline sadestamine on selle peamine eelis, säästes seeläbi energiat, vähendades kulusid, suurendades tootmisvõimsust ja vähendades räniplaatides olevate vähemuskandjate eluea kõrgest temperatuurist tingitud lagunemist. Seda saab rakendada mitmesuguste rakkude nagu PERC, TOPCON ja HJT protsessides.
ALD: hea kile ühtlus, tihe ja ilma aukudeta, head astmelised katvusomadused, saab teostada madalal temperatuuril (toatemperatuur -400 ℃), saab lihtsalt ja täpselt reguleerida kile paksust, on laialdaselt kasutatav erineva kujuga aluspindadele ja ei pea kontrollima reagendi voolu ühtlust. Kuid puuduseks on see, et kile moodustumise kiirus on aeglane. Näiteks tsinksulfiidi (ZnS) valgust kiirgav kiht, mida kasutatakse nanostruktureeritud isolaatorite (Al2O3/TiO2) ja õhukese kilega elektroluminestsentskuvarite (TFEL) tootmiseks.
Aatomkihtsadestamine (ALD) on vaakumkatmise protsess, mille käigus moodustub substraadi pinnale kihthaaval õhuke kile ühe aatomikihina. Juba 1974. aastal töötas Soome materjalifüüsik Tuomo Suntola selle tehnoloogia välja ja pälvis 1 miljoni euro suuruse aastatuhande tehnoloogiaauhinna. ALD-tehnoloogiat kasutati algselt lameekraaniga elektroluminestsentskuvarite jaoks, kuid seda ei kasutatud laialdaselt. Alles 21. sajandi alguses hakkas pooljuhtide tööstus ALD-tehnoloogiat kasutusele võtma. Traditsioonilise ränioksiidi asendamiseks üliõhukeste kõrgdielektriliste materjalide valmistamisega lahendas see edukalt väljatransistoride liinilaiuse vähenemisest põhjustatud lekkevooluprobleemi, ajendades Moore'i seadust edasi arendama väiksemate liinilaiuste suunas. Dr Tuomo Suntola ütles kunagi, et ALD võib oluliselt suurendada komponentide integratsioonitihedust.
Avalikud andmed näitavad, et ALD-tehnoloogia leiutas 1974. aastal Soomes PICOSUNi dr Tuomo Suntola ja see on tööstuslikult arendatud välismaal, näiteks Inteli välja töötatud 45/32 nanomeetrises kiibis olev kõrge dielektriline kile. Hiinas tutvustas minu riik ALD-tehnoloogiat rohkem kui 30 aastat hiljem kui välisriigid. 2010. aasta oktoobris võõrustasid PICOSUN Soomes ja Fudani ülikool esimest kodumaist ALD akadeemilist vahetuskohtumist, kus tutvustati esmakordselt ALD tehnoloogiat Hiinas.
Võrreldes traditsioonilise keemilise aurustamise-sadestamisega (CVD) ja füüsikalise aurustamise-sadestamise (PVD), ALD eelised on suurepärane kolmemõõtmeline konformaalsus, suure pindalaga kile ühtlus ja täpne paksuse reguleerimine, mis sobivad üliõhukeste kilede kasvatamiseks keerukatel pinnakujudel ja kõrge kuvasuhtega struktuuridel.
—Andmeallikas: Tsinghua ülikooli mikro-nanotöötlusplatvorm —
Moore'i järgsel ajastul on vahvlite valmistamise keerukus ja protsessi maht oluliselt paranenud. Kui võtta näiteks loogikakiibid, siis alla 45 nm protsessidega tootmisliinide arvu suurenemisega, eriti tootmisliinide puhul, mille protsessid on 28 nm ja alla selle, on nõuded katte paksusele ja täpsuskontrollile kõrgemad. Pärast mitmekordse kokkupuute tehnoloogia kasutuselevõttu on ALD protsessi etappide ja vajalike seadmete arv oluliselt suurenenud; mälukiipide valdkonnas on põhiline tootmisprotsess arenenud 2D NAND-ist 3D NAND-struktuuriks, sisemiste kihtide arv on jätkuvalt kasvanud ning komponendid on järk-järgult esitanud suure tihedusega, suure kuvasuhtega struktuure ja olulist rolli. ALD on hakanud tekkima. Pooljuhtide edasise arengu seisukohalt hakkab ALD-tehnoloogia Moore'i järgsel ajastul üha olulisemat rolli mängima.
Näiteks on ALD ainuke sadestamise tehnoloogia, mis suudab täita keeruliste 3D virnastatud struktuuride (nt 3D-NAND) katvuse ja filmi jõudluse nõudeid. Seda on eredalt näha alloleval joonisel. CVD A (sinine) sadestatud kile ei kata täielikult konstruktsiooni alumist osa; isegi kui katvuse saavutamiseks tehakse CVD (CVD B) protsessi mõningaid muudatusi, on põhjapiirkonna kile jõudlus ja keemiline koostis väga halb (joonisel valge ala); seevastu ALD tehnoloogia kasutamine näitab täielikku kilekattust ning kvaliteetsed ja ühtlased kileomadused saavutatakse konstruktsiooni kõikides piirkondades.
---Pilt ALD-tehnoloogia eelised võrreldes CVD-ga (Allikas: ASM)--
Kuigi CVD-l on lühiajaliselt endiselt suurim turuosa, on ALD-st saanud üks kiiremini kasvavaid osi vahvlitoodete seadmete turul. Sellel suure kasvupotentsiaaliga ja kiipide valmistamisel võtmerolliga ALD turul on ASM juhtiv ettevõte ALD seadmete valdkonnas.
Postitusaeg: juuni-12-2024