पतली फिल्म जमाव उपकरण का विश्लेषण - पीईसीवीडी/एलपीसीवीडी/एएलडी उपकरण के सिद्धांत और अनुप्रयोग

पतली फिल्म का जमाव अर्धचालक की मुख्य सब्सट्रेट सामग्री पर फिल्म की एक परत को कोट करने के लिए है। यह फिल्म विभिन्न सामग्रियों से बनाई जा सकती है, जैसे इंसुलेटिंग कंपाउंड सिलिकॉन डाइऑक्साइड, सेमीकंडक्टर पॉलीसिलिकॉन, मेटल कॉपर आदि। कोटिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण को पतली फिल्म जमाव उपकरण कहा जाता है।

सेमीकंडक्टर चिप निर्माण प्रक्रिया के दृष्टिकोण से, यह फ्रंट-एंड प्रक्रिया में स्थित है।

पतली फिल्म तैयार करने की प्रक्रिया को उसकी फिल्म बनाने की विधि के अनुसार दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) और रासायनिक वाष्प जमाव(सीवीडी), जिनमें सीवीडी प्रक्रिया उपकरण का अनुपात अधिक है।

भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) सामग्री स्रोत की सतह के वाष्पीकरण और कम दबाव वाली गैस/प्लाज्मा के माध्यम से सब्सट्रेट की सतह पर जमाव को संदर्भित करता है, जिसमें वाष्पीकरण, स्पटरिंग, आयन बीम, आदि शामिल हैं;

रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) गैस मिश्रण की रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से सिलिकॉन वेफर की सतह पर एक ठोस फिल्म जमा करने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है। प्रतिक्रिया की स्थिति (दबाव, अग्रदूत) के अनुसार, इसे वायुमंडलीय दबाव में विभाजित किया गया हैसीवीडी(एपीसीवीडी), निम्न दबावसीवीडी(एलपीसीवीडी), प्लाज्मा संवर्धित सीवीडी (पीईसीवीडी), उच्च घनत्व प्लाज्मा सीवीडी (एचडीपीसीवीडी) और परमाणु परत जमाव (एएलडी)।

एलपीसीवीडी: एलपीसीवीडी में बेहतर चरण कवरेज क्षमता, अच्छी संरचना और संरचना नियंत्रण, उच्च जमाव दर और आउटपुट है, और कण प्रदूषण के स्रोत को काफी कम कर देता है। प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए ताप स्रोत के रूप में ताप उपकरण पर भरोसा करना, तापमान नियंत्रण और गैस का दबाव बहुत महत्वपूर्ण है। टॉपकॉन कोशिकाओं के पॉली लेयर निर्माण में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

पीईसीवीडी: पीईसीवीडी पतली फिल्म जमाव प्रक्रिया के कम तापमान (450 डिग्री से कम) को प्राप्त करने के लिए रेडियो फ्रीक्वेंसी इंडक्शन द्वारा उत्पन्न प्लाज्मा पर निर्भर करता है। कम तापमान का जमाव इसका मुख्य लाभ है, जिससे ऊर्जा की बचत होती है, लागत कम होती है, उत्पादन क्षमता बढ़ती है और उच्च तापमान के कारण सिलिकॉन वेफर्स में अल्पसंख्यक वाहकों के जीवनकाल के क्षय में कमी आती है। इसे PERC, TOPCON और HJT जैसी विभिन्न कोशिकाओं की प्रक्रियाओं पर लागू किया जा सकता है।

एएलडी: अच्छी फिल्म एकरूपता, घनी और छेद रहित, अच्छी स्टेप कवरेज विशेषताएँ, कम तापमान (कमरे के तापमान -400 ℃) पर किया जा सकता है, फिल्म की मोटाई को आसानी से और सटीक रूप से नियंत्रित कर सकता है, विभिन्न आकृतियों के सब्सट्रेट्स पर व्यापक रूप से लागू होता है, और अभिकारक प्रवाह की एकरूपता को नियंत्रित करने की आवश्यकता नहीं है। लेकिन नुकसान यह है कि फिल्म निर्माण की गति धीमी है। जैसे कि जिंक सल्फाइड (ZnS) प्रकाश उत्सर्जक परत का उपयोग नैनोस्ट्रक्चर्ड इंसुलेटर (Al2O3/TiO2) और पतली-फिल्म इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट डिस्प्ले (TFEL) का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।

परमाणु परत जमाव (एएलडी) एक वैक्यूम कोटिंग प्रक्रिया है जो एकल परमाणु परत के रूप में परत दर परत सब्सट्रेट की सतह पर एक पतली फिल्म बनाती है। 1974 की शुरुआत में, फ़िनिश सामग्री भौतिक विज्ञानी तुओमो सनटोला ने इस तकनीक को विकसित किया और 1 मिलियन यूरो का मिलेनियम टेक्नोलॉजी पुरस्कार जीता। ALD तकनीक का उपयोग मूल रूप से फ्लैट-पैनल इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट डिस्प्ले के लिए किया गया था, लेकिन इसका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया था। 21वीं सदी की शुरुआत तक सेमीकंडक्टर उद्योग द्वारा ALD तकनीक को अपनाया जाना शुरू नहीं हुआ था। पारंपरिक सिलिकॉन ऑक्साइड को प्रतिस्थापित करने के लिए अल्ट्रा-पतली उच्च-ढांकता हुआ सामग्रियों का निर्माण करके, इसने क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर की लाइन चौड़ाई में कमी के कारण होने वाली रिसाव वर्तमान समस्या को सफलतापूर्वक हल किया, जिससे मूर के नियम को छोटी लाइन चौड़ाई की ओर विकसित करने के लिए प्रेरित किया गया। डॉ. तुओमो सुंतोला ने एक बार कहा था कि एएलडी घटकों के एकीकरण घनत्व को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है।

सार्वजनिक डेटा से पता चलता है कि ALD तकनीक का आविष्कार 1974 में फिनलैंड में PICOSUN के डॉ. तुओमो सनटोला द्वारा किया गया था और इसे विदेशों में औद्योगिकीकृत किया गया है, जैसे इंटेल द्वारा विकसित 45/32 नैनोमीटर चिप में उच्च ढांकता हुआ फिल्म। चीन में, मेरे देश ने विदेशों की तुलना में 30 से अधिक वर्षों के बाद ALD तकनीक पेश की। अक्टूबर 2010 में, फ़िनलैंड में PICOSUN और फ़ुडन विश्वविद्यालय ने पहली घरेलू ALD शैक्षणिक विनिमय बैठक की मेजबानी की, जिसमें पहली बार चीन में ALD तकनीक पेश की गई।
पारंपरिक रासायनिक वाष्प जमाव की तुलना में (सीवीडी) और भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी), एएलडी के फायदे उत्कृष्ट त्रि-आयामी अनुरूपता, बड़े क्षेत्र की फिल्म एकरूपता और सटीक मोटाई नियंत्रण हैं, जो जटिल सतह आकार और उच्च पहलू अनुपात संरचनाओं पर अल्ट्रा-पतली फिल्मों को विकसित करने के लिए उपयुक्त हैं।

-डेटा स्रोत: सिंघुआ विश्वविद्यालय का माइक्रो-नैनो प्रसंस्करण मंच-

मूर के बाद के युग में, वेफर निर्माण की जटिलता और प्रक्रिया की मात्रा में काफी सुधार हुआ है। एक उदाहरण के रूप में लॉजिक चिप्स लेते हुए, 45 एनएम से नीचे की प्रक्रियाओं के साथ उत्पादन लाइनों की संख्या में वृद्धि के साथ, विशेष रूप से 28 एनएम और नीचे की प्रक्रियाओं के साथ उत्पादन लाइनों में, कोटिंग की मोटाई और सटीक नियंत्रण की आवश्यकताएं अधिक हैं। मल्टीपल एक्सपोज़र तकनीक की शुरुआत के बाद, एएलडी प्रक्रिया चरणों और आवश्यक उपकरणों की संख्या में काफी वृद्धि हुई है; मेमोरी चिप्स के क्षेत्र में, मुख्यधारा की निर्माण प्रक्रिया 2D NAND से 3D NAND संरचना तक विकसित हुई है, आंतरिक परतों की संख्या में वृद्धि जारी रही है, और घटकों ने धीरे-धीरे उच्च-घनत्व, उच्च पहलू अनुपात संरचनाओं और महत्वपूर्ण भूमिका प्रस्तुत की है ALD का उभरना शुरू हो गया है। अर्धचालकों के भविष्य के विकास के परिप्रेक्ष्य से, मूर के बाद के युग में एएलडी तकनीक तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी।

उदाहरण के लिए, ALD एकमात्र जमाव तकनीक है जो जटिल 3D स्टैक्ड संरचनाओं (जैसे 3D-NAND) की कवरेज और फिल्म प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है। इसे नीचे दिए गए चित्र में स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है। सीवीडी ए (नीला) में जमा फिल्म संरचना के निचले हिस्से को पूरी तरह से कवर नहीं करती है; भले ही कवरेज प्राप्त करने के लिए सीवीडी (सीवीडी बी) में कुछ प्रक्रिया समायोजन किए गए हों, फिल्म का प्रदर्शन और निचले क्षेत्र की रासायनिक संरचना बहुत खराब है (चित्र में सफेद क्षेत्र); इसके विपरीत, एएलडी तकनीक का उपयोग पूर्ण फिल्म कवरेज दिखाता है, और संरचना के सभी क्षेत्रों में उच्च गुणवत्ता और समान फिल्म गुण प्राप्त होते हैं।

—-चित्र सीवीडी की तुलना में एएलडी प्रौद्योगिकी के लाभ (स्रोत: एएसएम)—-

हालाँकि सीवीडी अभी भी अल्पावधि में सबसे बड़ी बाजार हिस्सेदारी पर है, एएलडी वेफर फैब उपकरण बाजार के सबसे तेजी से बढ़ते हिस्सों में से एक बन गया है। इस एएलडी बाजार में विकास की अपार संभावनाएं और चिप निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका के साथ, एएसएम एएलडी उपकरण के क्षेत्र में एक अग्रणी कंपनी है।