La deposizione di film sottile consiste nel rivestire uno strato di film sul materiale del substrato principale del semiconduttore. Questo film può essere costituito da vari materiali, come composto isolante biossido di silicio, polisilicio semiconduttore, rame metallico, ecc. L'attrezzatura utilizzata per il rivestimento è chiamata attrezzatura per la deposizione di film sottile.
Dal punto di vista del processo di produzione dei chip semiconduttori, si trova nel processo front-end.
Il processo di preparazione del film sottile può essere suddiviso in due categorie in base al metodo di formazione del film: deposizione fisica da vapore (PVD) e deposizione chimica da vapore(CVD), tra i quali le apparecchiature di processo CVD rappresentano una percentuale maggiore.
La deposizione fisica da vapore (PVD) si riferisce alla vaporizzazione della superficie della fonte del materiale e alla deposizione sulla superficie del substrato attraverso gas/plasma a bassa pressione, inclusi evaporazione, sputtering, fascio ionico, ecc.;
Deposizione chimica da vapore (CVD) si riferisce al processo di deposito di una pellicola solida sulla superficie del wafer di silicio attraverso una reazione chimica di miscela di gas. A seconda delle condizioni di reazione (pressione, precursore), si divide in pressione atmosfericaCVD(APCVD), bassa pressioneCVD(LPCVD), CVD potenziato dal plasma (PECVD), CVD plasmatico ad alta densità (HDPCVD) e deposizione di strato atomico (ALD).
LPCVD: LPCVD ha una migliore capacità di copertura dei gradini, una buona composizione e controllo della struttura, un tasso e un rendimento di deposizione elevati e riduce notevolmente la fonte di inquinamento da particelle. Affidarsi ad apparecchiature di riscaldamento come fonte di calore per mantenere la reazione, il controllo della temperatura e la pressione del gas sono molto importanti. Ampiamente utilizzato nella produzione di strati Poly di celle TopCon.
PECVD: PECVD si basa sul plasma generato dall'induzione a radiofrequenza per raggiungere la bassa temperatura (meno di 450 gradi) del processo di deposizione di film sottile. La deposizione a bassa temperatura è il suo vantaggio principale, poiché consente di risparmiare energia, ridurre i costi, aumentare la capacità di produzione e ridurre il decadimento durante la vita dei portatori minoritari nei wafer di silicio causato dall'alta temperatura. Può essere applicato ai processi di varie celle come PERC, TOPCON e HJT.
ALD: buona uniformità del film, denso e senza fori, buone caratteristiche di copertura dei gradini, può essere eseguito a bassa temperatura (temperatura ambiente-400 ℃), può controllare in modo semplice e accurato lo spessore del film, è ampiamente applicabile a substrati di diverse forme e non ha bisogno di controllare l'uniformità del flusso dei reagenti. Ma lo svantaggio è che la velocità di formazione del film è lenta. Come lo strato emettitore di luce di solfuro di zinco (ZnS) utilizzato per produrre isolanti nanostrutturati (Al2O3/TiO2) e display elettroluminescenti a film sottile (TFEL).
La deposizione di strati atomici (ALD) è un processo di rivestimento sotto vuoto che forma una pellicola sottile sulla superficie di un substrato strato per strato sotto forma di un singolo strato atomico. Già nel 1974, il fisico finlandese dei materiali Tuomo Suntola sviluppò questa tecnologia e vinse il Millennium Technology Award da 1 milione di euro. La tecnologia ALD era originariamente utilizzata per i display elettroluminescenti a pannello piatto, ma non era ampiamente utilizzata. Fu solo all’inizio del 21° secolo che la tecnologia ALD iniziò ad essere adottata dall’industria dei semiconduttori. Producendo materiali ultrasottili ad alto dielettrico per sostituire il tradizionale ossido di silicio, ha risolto con successo il problema della corrente di dispersione causato dalla riduzione della larghezza della linea dei transistor a effetto di campo, spingendo la legge di Moore a svilupparsi ulteriormente verso larghezze di linea più piccole. Il Dr. Tuomo Suntola una volta disse che l'ALD può aumentare significativamente la densità di integrazione dei componenti.
I dati pubblici mostrano che la tecnologia ALD è stata inventata dal Dr. Tuomo Suntola della PICOSUN in Finlandia nel 1974 ed è stata industrializzata all'estero, come la pellicola ad alto dielettrico nel chip da 45/32 nanometri sviluppato da Intel. In Cina, il mio paese ha introdotto la tecnologia ALD più di 30 anni dopo rispetto ai paesi stranieri. Nell'ottobre 2010, PICOSUN in Finlandia e l'Università di Fudan hanno ospitato il primo incontro nazionale di scambio accademico ALD, introducendo per la prima volta la tecnologia ALD in Cina.
Rispetto alla tradizionale deposizione chimica da fase vapore (CVD) e deposizione fisica da fase vapore (PVD), i vantaggi dell'ALD sono l'eccellente conformità tridimensionale, l'uniformità della pellicola su ampia area e il controllo preciso dello spessore, adatti per la crescita di pellicole ultrasottili su forme superficiali complesse e strutture ad alto rapporto d'aspetto.
—Fonte dati: piattaforma di elaborazione micro-nano dell'Università di Tsinghua—
Nell’era post-Moore, la complessità e il volume dei processi di produzione dei wafer sono stati notevolmente migliorati. Prendendo ad esempio i chip logici, con l'aumento del numero di linee di produzione con processi inferiori a 45 nm, in particolare le linee di produzione con processi di 28 nm e inferiori, i requisiti di spessore del rivestimento e controllo di precisione sono più elevati. Dopo l'introduzione della tecnologia dell'esposizione multipla, il numero di fasi del processo ALD e di apparecchiature necessarie è aumentato in modo significativo; nel campo dei chip di memoria, il processo di produzione tradizionale si è evoluto dalla struttura 2D NAND alla struttura 3D NAND, il numero di strati interni ha continuato ad aumentare e i componenti hanno gradualmente presentato strutture ad alta densità e con proporzioni elevate e l'importante ruolo dell’ALD ha cominciato ad emergere. Dal punto di vista del futuro sviluppo dei semiconduttori, la tecnologia ALD svolgerà un ruolo sempre più importante nell’era post-Moore.
Ad esempio, ALD è l'unica tecnologia di deposizione in grado di soddisfare i requisiti di copertura e prestazioni della pellicola di complesse strutture impilate 3D (come 3D-NAND). Questo può essere visto chiaramente nella figura seguente. La pellicola depositata nel CVD A (blu) non ricopre completamente la parte inferiore della struttura; anche se vengono apportate alcune modifiche al processo CVD (CVD B) per ottenere la copertura, le prestazioni del film e la composizione chimica dell'area inferiore sono molto scarse (area bianca nella figura); al contrario, l'uso della tecnologia ALD mostra una copertura completa della pellicola e si ottengono proprietà uniformi e di alta qualità in tutte le aree della struttura.
—-Immagine Vantaggi della tecnologia ALD rispetto a CVD (Fonte: ASM)—-
Sebbene CVD occupi ancora la quota di mercato maggiore nel breve termine, ALD è diventata una delle parti in più rapida crescita del mercato delle apparecchiature per la produzione di wafer. In questo mercato ALD con un grande potenziale di crescita e un ruolo chiave nella produzione di chip, ASM è un'azienda leader nel campo delle apparecchiature ALD.
Orario di pubblicazione: 12 giugno 2024