Deposisi film tipis adalah melapisi lapisan film pada bahan substrat utama semikonduktor. Film ini dapat dibuat dari berbagai bahan, seperti senyawa isolasi silikon dioksida, polisilikon semikonduktor, logam tembaga, dll. Peralatan yang digunakan untuk pelapisan disebut peralatan pengendapan film tipis.
Dari segi proses pembuatan chip semikonduktor terletak pada proses front-end.
Proses preparasi film tipis dapat dibagi menjadi dua kategori menurut metode pembentukan filmnya: deposisi uap fisik (PVD) dan deposisi uap kimia.(CVD), dimana peralatan proses CVD mempunyai proporsi yang lebih tinggi.
Deposisi uap fisik (PVD) mengacu pada penguapan permukaan sumber material dan pengendapan pada permukaan substrat melalui gas/plasma bertekanan rendah, termasuk penguapan, sputtering, berkas ion, dll.;
Deposisi uap kimia (CVD) mengacu pada proses pengendapan film padat pada permukaan wafer silikon melalui reaksi kimia campuran gas. Menurut kondisi reaksi (tekanan, prekursor), dibagi menjadi tekanan atmosferCVD(APCVD), tekanan rendahCVD(LPCVD), CVD yang ditingkatkan plasma (PECVD), CVD plasma kepadatan tinggi (HDPCVD) dan deposisi lapisan atom (ALD).
LPCVD: LPCVD memiliki kemampuan cakupan langkah yang lebih baik, komposisi dan kontrol struktur yang baik, laju deposisi dan keluaran yang tinggi, dan sangat mengurangi sumber polusi partikel. Mengandalkan peralatan pemanas sebagai sumber panas untuk menjaga reaksi, pengendalian suhu dan tekanan gas sangatlah penting. Banyak digunakan dalam pembuatan lapisan Poli sel TopCon.
PECVD: PECVD mengandalkan plasma yang dihasilkan oleh induksi frekuensi radio untuk mencapai suhu rendah (kurang dari 450 derajat) dari proses pengendapan film tipis. Deposisi suhu rendah adalah keuntungan utamanya, sehingga menghemat energi, mengurangi biaya, meningkatkan kapasitas produksi, dan mengurangi peluruhan seumur hidup pembawa minoritas dalam wafer silikon yang disebabkan oleh suhu tinggi. Ini dapat diterapkan pada proses berbagai sel seperti PERC, TOPCON, dan HJT.
ALD: Keseragaman film yang baik, padat dan tanpa lubang, karakteristik cakupan langkah yang baik, dapat dilakukan pada suhu rendah (suhu kamar-400℃), dapat mengontrol ketebalan film dengan sederhana dan akurat, dapat diterapkan secara luas pada substrat dengan berbagai bentuk, dan tidak perlu mengontrol keseragaman aliran reaktan. Namun kekurangannya adalah kecepatan pembentukan film yang lambat. Seperti lapisan pemancar cahaya zinc sulfide (ZnS) yang digunakan untuk memproduksi isolator berstruktur nano (Al2O3/TiO2) dan layar electroluminescent film tipis (TFEL).
Deposisi lapisan atom (ALD) merupakan proses pelapisan vakum yang membentuk lapisan tipis pada permukaan substrat selapis demi selapis dalam bentuk lapisan atom tunggal. Pada awal tahun 1974, fisikawan material Finlandia Tuomo Suntola mengembangkan teknologi ini dan memenangkan Penghargaan Teknologi Milenium senilai 1 juta euro. Teknologi ALD awalnya digunakan untuk layar electroluminescent panel datar, namun tidak digunakan secara luas. Baru pada awal abad ke-21 teknologi ALD mulai diadopsi oleh industri semikonduktor. Dengan memproduksi bahan dielektrik tinggi yang sangat tipis untuk menggantikan silikon oksida tradisional, produk ini berhasil memecahkan masalah arus bocor yang disebabkan oleh pengurangan lebar garis transistor efek medan, sehingga mendorong Hukum Moore untuk berkembang lebih jauh ke arah lebar garis yang lebih kecil. Tuomo Suntola pernah berkata bahwa ALD dapat meningkatkan kepadatan integrasi komponen secara signifikan.
Data publik menunjukkan bahwa teknologi ALD ditemukan oleh Dr. Tuomo Suntola dari PICOSUN di Finlandia pada tahun 1974 dan telah diindustrialisasi di luar negeri, seperti film dielektrik tinggi dalam chip 45/32 nanometer yang dikembangkan oleh Intel. Di Tiongkok, negara saya memperkenalkan teknologi ALD lebih dari 30 tahun lebih lambat dibandingkan negara asing. Pada bulan Oktober 2010, PICOSUN di Finlandia dan Universitas Fudan menjadi tuan rumah pertemuan pertukaran akademik ALD domestik pertama, yang memperkenalkan teknologi ALD ke Tiongkok untuk pertama kalinya.
Dibandingkan dengan deposisi uap kimia tradisional (CVD) dan deposisi uap fisik (PVD), keunggulan ALD adalah kesesuaian tiga dimensi yang sangat baik, keseragaman film area luas, dan kontrol ketebalan yang tepat, yang cocok untuk menumbuhkan film ultra-tipis pada bentuk permukaan kompleks dan struktur rasio aspek tinggi.
—Sumber data: Platform pemrosesan mikro-nano Universitas Tsinghua—
Di era pasca-Moore, kompleksitas dan volume proses pembuatan wafer telah meningkat pesat. Mengambil contoh chip logika, dengan bertambahnya jumlah jalur produksi dengan proses di bawah 45nm, terutama jalur produksi dengan proses 28nm ke bawah, persyaratan untuk ketebalan lapisan dan kontrol presisi menjadi lebih tinggi. Setelah diperkenalkannya teknologi paparan ganda, jumlah langkah proses ALD dan peralatan yang diperlukan telah meningkat secara signifikan; di bidang chip memori, proses manufaktur utama telah berevolusi dari struktur 2D NAND ke 3D NAND, jumlah lapisan internal terus meningkat, dan komponen secara bertahap menghadirkan struktur kepadatan tinggi, rasio aspek tinggi, dan peran penting ALD sudah mulai muncul. Dari perspektif perkembangan semikonduktor di masa depan, teknologi ALD akan memainkan peran yang semakin penting di era pasca-Moore.
Misalnya, ALD adalah satu-satunya teknologi deposisi yang dapat memenuhi persyaratan cakupan dan kinerja film dari struktur tumpukan 3D yang kompleks (seperti 3D-NAND). Hal ini terlihat jelas pada gambar di bawah ini. Film yang disimpan dalam CVD A (biru) tidak sepenuhnya menutupi bagian bawah struktur; bahkan jika beberapa penyesuaian proses dilakukan pada CVD (CVD B) untuk mencapai cakupan, kinerja film dan komposisi kimia di area bawah sangat buruk (area putih pada gambar); sebaliknya, penggunaan teknologi ALD menunjukkan cakupan film yang lengkap, dan sifat film berkualitas tinggi dan seragam dicapai di semua area struktur.
—-Gambar Keunggulan teknologi ALD dibandingkan CVD (Sumber: ASM)—-
Meskipun CVD masih menempati pangsa pasar terbesar dalam jangka pendek, ALD telah menjadi salah satu bagian dengan pertumbuhan tercepat di pasar peralatan wafer fab. Di pasar ALD dengan potensi pertumbuhan besar dan peran penting dalam manufaktur chip, ASM adalah perusahaan terkemuka di bidang peralatan ALD.
Waktu posting: 12 Juni 2024