Ohutkalvopinnoitus on päällystää kalvokerros puolijohteen pääsubstraattimateriaalille. Tämä kalvo voidaan valmistaa erilaisista materiaaleista, kuten eristeyhdisteestä piidioksidista, puolijohtepolypiistä, metallikuparista jne. Päällystykseen käytettyjä laitteita kutsutaan ohutkalvopinnoituslaitteiksi.
Puolijohdesirun valmistusprosessin näkökulmasta se sijaitsee etupään prosessissa.
Ohutkalvon valmistusprosessi voidaan jakaa kahteen luokkaan sen kalvonmuodostusmenetelmän mukaan: fyysinen höyrypinnoitus (PVD) ja kemiallinen höyrypinnoitus(CVD), joista CVD-prosessilaitteiden osuus on suurempi.
Fysikaalinen höyrypinnoitus (PVD) viittaa materiaalilähteen pinnan höyrystymiseen ja saostumiseen substraatin pinnalle matalapaineisen kaasun/plasman kautta, mukaan lukien haihdutus, sputterointi, ionisuihku jne.;
Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) viittaa prosessiin, jossa kiinteä kalvo kerrostetaan piikiekon pinnalle kaasuseoksen kemiallisen reaktion kautta. Reaktio-olosuhteiden (paine, esiaste) mukaan se jaetaan ilmakehän paineeseenCVD(APCVD), matalapaineCVD(LPCVD), plasmatehostettu CVD (PECVD), korkeatiheyksinen plasma-CVD (HDPCVD) ja atomikerrospinnoitus (ALD).
LPCVD: LPCVD:llä on parempi askelpeittokyky, hyvä koostumuksen ja rakenteen hallinta, korkea kerrostumisnopeus ja -teho, ja se vähentää huomattavasti hiukkaspäästöjen lähdettä. Lämmityslaitteiden käyttäminen lämmönlähteenä reaktion ylläpitämiseksi, lämpötilan säätö ja kaasunpaine ovat erittäin tärkeitä. Käytetään laajasti TopCon-kennojen poly-kerrosvalmistuksessa.
PECVD: PECVD luottaa radiotaajuisen induktion tuottamaan plasmaan saavuttaakseen ohutkalvopinnoitusprosessin alhaisen lämpötilan (alle 450 astetta). Matalan lämpötilan kerrostaminen on sen tärkein etu, mikä säästää energiaa, alentaa kustannuksia, lisää tuotantokapasiteettia ja vähentää piikiekkojen vähemmistökantoaaltojen eliniän heikkenemistä korkean lämpötilan aiheuttamana. Sitä voidaan soveltaa eri solujen prosesseihin, kuten PERC, TOPCON ja HJT.
ALD: Hyvä kalvon tasaisuus, tiheä ja ilman reikiä, hyvät askelpeitto-ominaisuudet, voidaan suorittaa alhaisessa lämpötilassa (huoneenlämpötila - 400 ℃), voi yksinkertaisesti ja tarkasti ohjata kalvon paksuutta, soveltuu laajalti erimuotoisille alustoille ja ei tarvitse ohjata lähtöaineen virtauksen tasaisuutta. Mutta haittana on, että kalvonmuodostusnopeus on hidas. Kuten sinkkisulfidi (ZnS) valoa säteilevä kerros, jota käytetään nanorakenteisten eristeiden (Al2O3/TiO2) ja ohutkalvoelektroluminesoivien näyttöjen (TFEL) valmistukseen.
Atomic layer deposition (ALD) on tyhjiöpinnoitusprosessi, joka muodostaa ohuen kalvon substraatin pinnalle kerros kerrokselta yksittäisen atomikerroksen muodossa. Jo vuonna 1974 suomalainen materiaalifyysikko Tuomo Suntola kehitti tämän tekniikan ja voitti miljoonan euron Millennium Technology Award -palkinnon. ALD-tekniikkaa käytettiin alun perin litteissä elektroluminesoivissa näytöissä, mutta sitä ei käytetty laajalti. Vasta 2000-luvun alussa puolijohdeteollisuus alkoi ottaa ALD-tekniikkaa käyttöön. Valmistamalla ultraohuita korkeadielektrisiä materiaaleja korvaamaan perinteistä piioksidia, se ratkaisi onnistuneesti vuotovirta-ongelman, jonka aiheutti kenttätransistorien linjan leveyden pieneneminen, mikä sai Mooren lain kehittymään edelleen kohti pienempiä linjaleveyksiä. Tohtori Tuomo Suntola sanoi kerran, että ALD voi merkittävästi lisätä komponenttien integrointitiheyttä.
Julkiset tiedot osoittavat, että ALD-teknologian keksi PICOSUNin tohtori Tuomo Suntola Suomessa vuonna 1974 ja sitä on teollistettu ulkomailla, kuten Intelin kehittämä korkeadielektrinen kalvo 45/32 nanometrin sirussa. Kiinassa kotimaani esitteli ALD-teknologian yli 30 vuotta myöhemmin kuin ulkomailla. Lokakuussa 2010 PICOSUN Suomessa ja Fudanin yliopisto isännöivät ensimmäistä kotimaista ALD-akateemista vaihtokokousta, joka esitteli ALD-teknologiaa ensimmäistä kertaa Kiinassa.
Perinteiseen kemialliseen höyrypinnoitukseen verrattuna (CVD) ja fyysinen höyrypinnoitus (PVD), ALD:n etuja ovat erinomainen kolmiulotteinen yhdenmukaisuus, suuren alueen kalvon tasaisuus ja tarkka paksuuden säätö, jotka soveltuvat erittäin ohuiden kalvojen kasvattamiseen monimutkaisille pintamuodoille ja korkean kuvasuhteen rakenteille.
-Tietolähde: Tsinghuan yliopiston mikronanokäsittelyalusta-
Mooren jälkeisellä aikakaudella kiekkojen valmistuksen monimutkaisuus ja prosessivolyymi on parantunut huomattavasti. Esimerkkinä logiikkasirut, alle 45 nm:n prosessien tuotantolinjojen lisääntyessä, erityisesti tuotantolinjojen, joiden prosesseja on 28 nm ja alle, vaatimukset pinnoitteen paksuudelle ja tarkkuusohjaukselle ovat korkeammat. Monialtistustekniikan käyttöönoton jälkeen ALD-prosessivaiheiden ja tarvittavien laitteiden määrä on lisääntynyt merkittävästi; muistisirujen alalla valtavirran valmistusprosessi on kehittynyt 2D NAND -rakenteesta 3D NAND -rakenteeseen, sisäisten kerrosten määrä on jatkanut kasvuaan ja komponentit ovat vähitellen esittäneet tiheitä, korkean kuvasuhteen rakenteita ja tärkeä rooli. ALD on alkanut ilmaantua. Puolijohteiden tulevan kehityksen näkökulmasta ALD-teknologialla tulee olemaan yhä tärkeämpi rooli Mooren jälkeisellä aikakaudella.
Esimerkiksi ALD on ainoa pinnoitustekniikka, joka voi täyttää monimutkaisten 3D-pinottujen rakenteiden (kuten 3D-NAND) peitto- ja kalvon suorituskykyvaatimukset. Tämä näkyy elävästi alla olevasta kuvasta. CVD A:ssa (sininen) kerrostettu kalvo ei peitä kokonaan rakenteen alaosaa; vaikka CVD:hen (CVD B) tehdään joitain prosessisäätöjä peittävyyden saavuttamiseksi, pohja-alueen kalvon suorituskyky ja kemiallinen koostumus ovat erittäin huonot (kuvassa valkoinen alue); Sitä vastoin ALD-teknologian käyttö näyttää täydellisen kalvopeiton ja laadukkaat ja tasaiset kalvoominaisuudet saavutetaan kaikilla rakenteen osa-alueilla.
---Kuva ALD-tekniikan edut verrattuna CVD:hen (Lähde: ASM)--
Vaikka CVD:llä on edelleen suurin markkinaosuus lyhyellä aikavälillä, ALD:stä on tullut yksi nopeimmin kasvavista osista kiekkokankaiden markkinoilla. Näillä ALD-markkinoilla, joilla on suuri kasvupotentiaali ja keskeinen rooli siruvalmistuksessa, ASM on johtava yritys ALD-laitteiden alalla.
Postitusaika: 12.6.2024