A vékonyréteg-leválasztás célja egy filmréteg bevonása a félvezető fő hordozóanyagára. Ez a fólia különféle anyagokból készülhet, például szilícium-dioxid szigetelőanyagból, félvezető poliszilíciumból, fémrézből stb. A bevonáshoz használt berendezést vékonyréteg-leválasztó berendezésnek nevezik.
A félvezető chipek gyártási folyamata szempontjából a front-end folyamatban található.
A vékonyréteg-előkészítési eljárás filmképző módszere szerint két kategóriába sorolható: fizikai gőzleválasztás (PVD) és kémiai gőzleválasztás.(CVD), amelyek között nagyobb arányt képviselnek a CVD-feldolgozó berendezések.
A fizikai gőzlerakódás (PVD) az anyagforrás felületének elpárologtatására és a szubsztrát felületére történő lerakódásra utal alacsony nyomású gázon/plazmán keresztül, beleértve a párologtatást, porlasztást, ionsugarat stb.;
Kémiai gőzleválasztás (CVD) a szilícium lapka felületére szilárd filmréteg felvitele gázkeverék kémiai reakciója során. A reakciókörülmények (nyomás, prekurzor) szerint légköri nyomásra oszlikCVD(APCVD), alacsony nyomásúCVD(LPCVD), plazmanövelt CVD (PECVD), nagy sűrűségű plazma CVD (HDPCVD) és atomi réteglerakódás (ALD).
LPCVD: Az LPCVD jobb lépésfedési képességgel, jó összetétel- és szerkezetszabályozással, magas lerakódási sebességgel és kimenettel rendelkezik, és nagymértékben csökkenti a részecskeszennyezés forrását. A fűtőberendezésre, mint hőforrásra támaszkodva a reakció fenntartásához nagyon fontos a hőmérséklet szabályozása és a gáznyomás. Széles körben használják a TopCon cellák Poly réteg gyártásában.
PECVD: A PECVD a rádiófrekvenciás indukció által generált plazmára támaszkodik a vékonyréteg-leválasztási folyamat alacsony hőmérsékletének (kevesebb, mint 450 fok) eléréséhez. Az alacsony hőmérsékletű leválasztás a fő előnye, ezáltal energia takarítható meg, csökkennek a költségek, nő a termelési kapacitás, és csökken a szilícium lapkákban lévő kisebb hordozók élettartama során a magas hőmérséklet által okozott bomlása. Alkalmazható különféle sejtek, például PERC, TOPCON és HJT folyamataiban.
ALD: Jó film egyenletessége, sűrű és lyukak nélkül, jó lépésfedési jellemzők, alacsony hőmérsékleten (szobahőmérséklet - 400 ℃) elvégezhető, egyszerűen és pontosan szabályozható a film vastagsága, széles körben alkalmazható különböző formájú hordozókra, és nem kell szabályoznia a reagens áramlásának egyenletességét. A hátránya azonban az, hogy a filmképződés lassú. Ilyen például a cink-szulfid (ZnS) fénykibocsátó réteg, amelyet nanostrukturált szigetelők (Al2O3/TiO2) és vékonyfilmes elektrolumineszcens kijelzők (TFEL) gyártására használnak.
Az atomi réteges leválasztás (ALD) egy vákuum bevonási eljárás, amely a hordozó felületén rétegről rétegre vékony filmet képez egyetlen atomréteg formájában. Tuomo Suntola finn anyagfizikus már 1974-ben kifejlesztette ezt a technológiát, és elnyerte az 1 millió eurós Millenniumi Technológiai Díjat. Az ALD technológiát eredetileg lapos elektrolumineszcens kijelzőkhöz használták, de nem terjedt el széles körben. Az ALD technológiát csak a 21. század elején kezdte átvenni a félvezetőipar. A hagyományos szilícium-oxidot helyettesítő ultravékony, nagy dielektromos anyagok gyártásával sikeresen megoldotta a szivárgási áram problémáját, amelyet a térhatású tranzisztorok vonalszélességének csökkenése okozott, és arra késztette a Moore-törvényt, hogy továbbfejlessze a kisebb vonalszélességek felé. Dr. Tuomo Suntola egyszer azt mondta, hogy az ALD jelentősen növelheti az alkatrészek integrációs sűrűségét.
Nyilvános adatok azt mutatják, hogy az ALD technológiát Dr. Tuomo Suntola, a finn PICOSUN munkatársa találta fel 1974-ben, és külföldön is iparosították, például az Intel által kifejlesztett 45/32 nanométeres chipben található nagy dielektromos fóliát. Kínában, hazámban több mint 30 évvel később vezették be az ALD technológiát, mint a külföldi országokban. 2010 októberében a finnországi PICOSUN és a Fudan Egyetem adott otthont az első hazai ALD akadémiai cseretalálkozónak, ahol először mutatták be Kínában az ALD technológiát.
A hagyományos kémiai gőzleválasztáshoz képest (CVD) és a fizikai gőzfázisú leválasztás (PVD), az ALD előnyei a kiváló háromdimenziós konformitás, a nagy felületű film egyenletessége és a precíz vastagságszabályozás, amelyek alkalmasak ultravékony filmek termesztésére összetett felületi formákon és nagy oldalarányú szerkezeteken.
– Adatforrás: a Tsinghua Egyetem mikro-nano feldolgozó platformja –
A Moore utáni korszakban az ostyagyártás összetettsége és folyamatmennyisége jelentősen javult. Példának okáért a logikai chipeket tekintve a 45 nm alatti folyamatokat alkalmazó gyártósorok számának növekedésével, különösen a 28 nm-es és az alatti folyamatokkal rendelkező gyártósorok számának növekedésével a bevonatvastagságra és a precíziós szabályozásra vonatkozó követelmények magasabbak. A többszörös expozíciós technológia bevezetése után jelentősen megnőtt az ALD folyamatlépések és a szükséges berendezések száma; a memóriachipek területén a főáramú gyártási folyamat a 2D NAND-ról 3D NAND-struktúrára fejlődött, a belső rétegek száma tovább nőtt, és a komponensek fokozatosan nagy sűrűségű, nagy képarányú struktúrákat mutattak be, és fontos szerepük van. az ALD kezdett kialakulni. A félvezetők jövőbeli fejlődése szempontjából az ALD technológia egyre fontosabb szerepet fog játszani a Moore utáni korszakban.
Például az ALD az egyetlen leválasztási technológia, amely képes megfelelni az összetett 3D halmozott struktúrák (például a 3D-NAND) fedési és filmteljesítmény-követelményeinek. Ez jól látható az alábbi ábrán. A CVD A-ban lerakott film (kék) nem fedi be teljesen a szerkezet alsó részét; még ha a lefedettség elérése érdekében bizonyos folyamatmódosításokat is végeznek a CVD-n (CVD B), az alsó rész filmteljesítménye és kémiai összetétele nagyon gyenge (az ábrán fehér terület); ezzel szemben az ALD technológia alkalmazása teljes filmfedettséget mutat, és a szerkezet minden területén jó minőségű és egyenletes filmtulajdonság érhető el.
---Kép Az ALD technológia előnyei a CVD-hez képest (Forrás: ASM)--
Bár a CVD még mindig a legnagyobb piaci részesedést foglalja el rövid távon, az ALD az egyik leggyorsabban növekvő részévé vált az ostyagyártású berendezések piacának. Ezen a nagy növekedési potenciállal és a chipgyártásban kulcsszerepet játszó ALD piacon az ASM vezető vállalat az ALD berendezések területén.
Feladás időpontja: 2024. június 12