Plānas plēves nogulsnēšana ir jāpārklāj plēves slānis uz pusvadītāja galvenā substrāta materiāla. Šo plēvi var izgatavot no dažādiem materiāliem, piemēram, izolācijas savienojuma silīcija dioksīda, pusvadītāju polisilīcija, metāla vara utt. Pārklāšanai izmantotās iekārtas sauc par plānslāņa pārklājuma iekārtām.
No pusvadītāju mikroshēmu ražošanas procesa viedokļa tas atrodas priekšgala procesā.
Plānās kārtiņas sagatavošanas procesu var iedalīt divās kategorijās pēc plēves veidošanas metodes: fizikālā tvaiku pārklāšana (PVD) un ķīmiskā tvaiku pārklāšana.(CVD), starp kuriem CVD procesa iekārtas veido lielāku īpatsvaru.
Fiziskā tvaiku pārklāšana (PVD) attiecas uz materiāla avota virsmas iztvaikošanu un nogulsnēšanos uz substrāta virsmas, izmantojot zema spiediena gāzi/plazmu, tostarp iztvaikošanu, izsmidzināšanu, jonu staru utt.;
Ķīmiskā tvaiku nogulsnēšanās (CVD) attiecas uz cietas plēves nogulsnēšanos uz silīcija vafeles virsmas, izmantojot gāzu maisījuma ķīmisko reakciju. Atbilstoši reakcijas apstākļiem (spiediens, prekursors) to iedala atmosfēras spiedienāCVD(APCVD), zems spiediensCVD(LPCVD), plazmas uzlabota CVD (PECVD), augsta blīvuma plazmas CVD (HDPCVD) un atomu slāņa nogulsnēšanās (ALD).
LPCVD: LPCVD ir labāka pakāpeniskā pārklājuma spēja, laba sastāva un struktūras kontrole, augsts nogulsnēšanās ātrums un jauda, un tas ievērojami samazina daļiņu piesārņojuma avotu. Paļaujoties uz apkures iekārtu kā siltuma avotu, lai uzturētu reakciju, temperatūras kontrole un gāzes spiediens ir ļoti svarīgi. Plaši izmanto TopCon šūnu poli slāņa ražošanā.
PECVD: PECVD paļaujas uz plazmu, ko rada radiofrekvenču indukcijas, lai sasniegtu plānslāņa nogulsnēšanas procesa zemu temperatūru (mazāku par 450 grādiem). Zemas temperatūras nogulsnēšanās ir tā galvenā priekšrocība, tādējādi ietaupot enerģiju, samazinot izmaksas, palielinot ražošanas jaudu un samazinot silīcija plāksnēs esošo mazākuma nesēju kalpošanas laiku, ko izraisa augsta temperatūra. To var izmantot dažādu šūnu, piemēram, PERC, TOPCON un HJT, procesiem.
ALD: laba plēves viendabība, blīva un bez caurumiem, labas pakāpes pārklājuma īpašības, var veikt zemā temperatūrā (istabas temperatūra - 400 ℃), var vienkārši un precīzi kontrolēt plēves biezumu, ir plaši pielietojama dažādu formu substrātiem un nav jākontrolē reaģenta plūsmas vienmērīgums. Bet trūkums ir tas, ka filmas veidošanās ātrums ir lēns. Piemēram, cinka sulfīda (ZnS) gaismu izstarojošais slānis, ko izmanto nanostrukturētu izolatoru (Al2O3/TiO2) un plānslāņa elektroluminiscences displeju (TFEL) ražošanai.
Atomu slāņa nogulsnēšanās (ALD) ir vakuuma pārklāšanas process, kas slāni pa slānim veido plānu plēvi uz substrāta virsmas viena atomu slāņa formā. Jau 1974. gadā somu materiālu fiziķis Tuomo Suntola izstrādāja šo tehnoloģiju un ieguva 1 miljonu eiro tūkstošgades tehnoloģiju balvu. ALD tehnoloģija sākotnēji tika izmantota plakanu paneļu elektroluminiscējošiem displejiem, taču tā netika plaši izmantota. Tikai 21. gadsimta sākumā ALD tehnoloģiju sāka izmantot pusvadītāju rūpniecībā. Ražojot īpaši plānus augstas dielektriskās materiālus, lai aizstātu tradicionālo silīcija oksīdu, tas veiksmīgi atrisināja noplūdes strāvas problēmu, ko izraisīja lauka efekta tranzistoru līnijas platuma samazināšana, mudinot Mūra likumu turpināt attīstīties uz mazāku līniju platumu. Dr. Tuomo Suntola reiz teica, ka ALD var ievērojami palielināt komponentu integrācijas blīvumu.
Publiskie dati liecina, ka ALD tehnoloģiju 1974. gadā izgudroja Dr. Tuomo Suntola no PICOSUN Somijā un tā ir industrializēta ārzemēs, piemēram, Intel izstrādātā augstas dielektriskās plēves 45/32 nanometru mikroshēmā. Ķīnā manā valstī ALD tehnoloģiju ieviesa vairāk nekā 30 gadus vēlāk nekā ārvalstīs. 2010. gada oktobrī PICOSUN Somijā un Fudanas Universitātē notika pirmā vietējā ALD akadēmiskās apmaiņas sanāksme, pirmo reizi iepazīstinot ar ALD tehnoloģiju Ķīnā.
Salīdzinājumā ar tradicionālo ķīmisko tvaiku pārklāšanu (CVD) un fizikālā tvaiku nogulsnēšanās (PVD), ALD priekšrocības ir lieliska trīsdimensiju atbilstība, liela laukuma plēves viendabīgums un precīza biezuma kontrole, kas ir piemērotas īpaši plānu plēvju audzēšanai uz sarežģītām virsmas formām un augstas proporcijas struktūrām.
— Datu avots: Tsinghua Universitātes mikronano apstrādes platforma —
Laikā pēc Mūra vafeļu ražošanas sarežģītība un procesa apjoms ir ievērojami uzlabots. Ņemot par piemēru loģiskās mikroshēmas, palielinoties ražošanas līniju skaitam ar procesiem, kas ir zem 45 nm, jo īpaši ražošanas līnijām ar procesiem līdz 28 nm, prasības pārklājuma biezumam un precizitātes kontrolei ir augstākas. Pēc daudzkārtējas ekspozīcijas tehnoloģijas ieviešanas ievērojami palielinājies ALD procesa soļu un nepieciešamo iekārtu skaits; Atmiņas mikroshēmu jomā galvenais ražošanas process ir attīstījies no 2D NAND uz 3D NAND struktūru, iekšējo slāņu skaits ir turpinājis palielināties, un komponenti pakāpeniski ir parādījuši augsta blīvuma, augstu malu attiecību struktūras un svarīgo lomu. ALD ir sācis parādīties. No pusvadītāju turpmākās attīstības perspektīvas ALD tehnoloģijai būs arvien lielāka loma laikmetā pēc Mūra.
Piemēram, ALD ir vienīgā uzklāšanas tehnoloģija, kas var izpildīt pārklājuma un filmas veiktspējas prasības sarežģītām 3D stacked struktūrām (piemēram, 3D-NAND). To var spilgti redzēt attēlā zemāk. CVD A (zilā krāsā) nogulsnētā plēve pilnībā nenosedz konstrukcijas apakšējo daļu; pat ja CVD (CVD B) tiek veiktas dažas procesa korekcijas, lai panāktu pārklājumu, plēves veiktspēja un apakšējā laukuma ķīmiskais sastāvs ir ļoti vāji (attēlā balts laukums); turpretim ALD tehnoloģijas izmantošana parāda pilnīgu plēves pārklājumu, un visās konstrukcijas zonās tiek panāktas augstas kvalitātes un viendabīgas plēves īpašības.
- Attēls ALD tehnoloģijas priekšrocības salīdzinājumā ar CVD (avots: ASM) -
Lai gan CVD joprojām aizņem lielāko tirgus daļu īstermiņā, ALD ir kļuvusi par vienu no visstraujāk augošajām vafeļu izstrādājumu aprīkojuma tirgus daļām. Šajā ALD tirgū ar lielu izaugsmes potenciālu un galveno lomu mikroshēmu ražošanā ASM ir vadošais uzņēmums ALD iekārtu jomā.
Publicēšanas laiks: 12. jūnijs 2024