Le dépôt de couches minces consiste à recouvrir une couche de film sur le matériau de substrat principal du semi-conducteur. Ce film peut être constitué de divers matériaux, tels que du dioxyde de silicium, un composé isolant, du polysilicium semi-conducteur, du cuivre métallique, etc. L'équipement utilisé pour le revêtement est appelé équipement de dépôt de couches minces.
Du point de vue du processus de fabrication des puces semi-conductrices, il se situe dans le processus frontal.
Le procédé de préparation de couches minces peut être divisé en deux catégories selon sa méthode de formation de film : le dépôt physique en phase vapeur (PVD) et le dépôt chimique en phase vapeur.(MCV), parmi lesquels les équipements de traitement CVD représentent une proportion plus élevée.
Le dépôt physique en phase vapeur (PVD) fait référence à la vaporisation de la surface de la source de matériau et au dépôt sur la surface du substrat par gaz/plasma à basse pression, y compris l'évaporation, la pulvérisation cathodique, le faisceau d'ions, etc. ;
Dépôt chimique en phase vapeur (MCV) fait référence au processus de dépôt d'un film solide sur la surface de la plaquette de silicium par une réaction chimique d'un mélange gazeux. Selon les conditions de réaction (pression, précurseur), elle se divise en pression atmosphériqueMCV(APCVD), basse pressionMCV(LPCVD), CVD amélioré par plasma (PECVD), CVD par plasma haute densité (HDPCVD) et dépôt de couche atomique (ALD).
LPCVD : LPCVD a une meilleure capacité de couverture des étapes, un bon contrôle de la composition et de la structure, un taux de dépôt et un rendement élevés et réduit considérablement la source de pollution particulaire. S'appuyant sur un équipement de chauffage comme source de chaleur pour maintenir la réaction, le contrôle de la température et de la pression du gaz est très important. Largement utilisé dans la fabrication de couches Poly de cellules TopCon.
PECVD : PECVD s'appuie sur le plasma généré par induction radiofréquence pour atteindre une basse température (moins de 450 degrés) du processus de dépôt de couches minces. Le dépôt à basse température constitue son principal avantage, permettant ainsi d'économiser de l'énergie, de réduire les coûts, d'augmenter la capacité de production et de réduire la durée de vie des porteurs minoritaires dans les tranches de silicium provoquée par une température élevée. Il peut être appliqué aux processus de diverses cellules telles que PERC, TOPCON et HJT.
ALD : une bonne uniformité du film, dense et sans trous, de bonnes caractéristiques de couverture par étapes, peut être réalisée à basse température (température ambiante-400 ℃), peut contrôler simplement et précisément l'épaisseur du film, est largement applicable aux substrats de différentes formes, et n'a pas besoin de contrôler l'uniformité du flux de réactifs. Mais l’inconvénient est que la vitesse de formation du film est lente. Comme la couche électroluminescente de sulfure de zinc (ZnS) utilisée pour produire des isolants nanostructurés (Al2O3/TiO2) et des écrans électroluminescents à couches minces (TFEL).
Le dépôt de couche atomique (ALD) est un processus de revêtement sous vide qui forme un film mince sur la surface d'un substrat couche par couche sous la forme d'une seule couche atomique. Dès 1974, le physicien des matériaux finlandais Tuomo Suntola a développé cette technologie et a remporté le Millennium Technology Award d'un million d'euros. La technologie ALD était à l’origine utilisée pour les écrans plats électroluminescents, mais elle n’était pas largement utilisée. Ce n’est qu’au début du 21e siècle que la technologie ALD a commencé à être adoptée par l’industrie des semi-conducteurs. En fabriquant des matériaux ultra-minces à haute diélectrique pour remplacer l'oxyde de silicium traditionnel, l'entreprise a réussi à résoudre le problème de courant de fuite provoqué par la réduction de la largeur de ligne des transistors à effet de champ, ce qui a incité la loi de Moore à évoluer davantage vers des largeurs de ligne plus petites. Le Dr Tuomo Suntola a dit un jour que l'ALD pouvait augmenter considérablement la densité d'intégration des composants.
Les données publiques montrent que la technologie ALD a été inventée par le Dr Tuomo Suntola de PICOSUN en Finlande en 1974 et a été industrialisée à l'étranger, comme le film hautement diélectrique de la puce 45/32 nanomètres développée par Intel. En Chine, mon pays a introduit la technologie ALD plus de 30 ans plus tard que les pays étrangers. En octobre 2010, PICOSUN en Finlande et l'Université de Fudan ont organisé la première réunion nationale d'échange universitaire ALD, introduisant pour la première fois la technologie ALD en Chine.
Par rapport au dépôt chimique en phase vapeur traditionnel (MCV) et le dépôt physique en phase vapeur (PVD), les avantages de l'ALD sont une excellente conformalité tridimensionnelle, une uniformité de film sur une grande surface et un contrôle précis de l'épaisseur, qui conviennent à la croissance de films ultra-minces sur des formes de surface complexes et des structures à rapport d'aspect élevé.
—Source de données : Plateforme de traitement micro-nano de l'Université Tsinghua—
Dans l’ère post-Moore, la complexité et le volume du processus de fabrication des plaquettes ont été considérablement améliorés. En prenant l'exemple des puces logiques, avec l'augmentation du nombre de lignes de production avec des processus inférieurs à 45 nm, en particulier les lignes de production avec des processus de 28 nm et moins, les exigences en matière d'épaisseur de revêtement et de contrôle de précision sont plus élevées. Après l'introduction de la technologie d'exposition multiple, le nombre d'étapes du processus ALD et l'équipement requis ont considérablement augmenté ; dans le domaine des puces mémoire, le processus de fabrication traditionnel a évolué de la structure 2D NAND à la structure 3D NAND, le nombre de couches internes a continué d'augmenter et les composants ont progressivement présenté des structures à haute densité et à rapport d'aspect élevé, et le rôle important de l’ALD a commencé à émerger. Du point de vue du développement futur des semi-conducteurs, la technologie ALD jouera un rôle de plus en plus important dans l’ère post-Moore.
Par exemple, ALD est la seule technologie de dépôt capable de répondre aux exigences de couverture et de performances de film de structures empilées 3D complexes (telles que 3D-NAND). Cela se voit clairement dans la figure ci-dessous. Le film déposé en CVD A (bleu) ne recouvre pas entièrement la partie basse de la structure ; même si certains ajustements du processus sont apportés au CVD (CVD B) pour obtenir une couverture, les performances du film et la composition chimique de la zone inférieure sont très mauvaises (zone blanche sur la figure) ; en revanche, l'utilisation de la technologie ALD permet d'obtenir une couverture complète du film et des propriétés de film uniformes et de haute qualité sont obtenues dans toutes les zones de la structure.
—-Photo Avantages de la technologie ALD par rapport au CVD (Source : ASM)—-
Bien que le CVD occupe toujours la plus grande part de marché à court terme, l’ALD est devenu l’un des segments à la croissance la plus rapide du marché des équipements de fabrication de plaquettes. Sur ce marché ALD à fort potentiel de croissance et jouant un rôle clé dans la fabrication de puces, ASM est une entreprise leader dans le domaine des équipements ALD.
Heure de publication : 12 juin 2024