നേർത്ത ഫിലിം ഡിപ്പോസിഷൻ ഉപകരണങ്ങളുടെ വിശകലനം - PECVD/LPCVD/ALD ഉപകരണങ്ങളുടെ തത്വങ്ങളും പ്രയോഗങ്ങളും

അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ പ്രധാന സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലിൽ ഫിലിം പാളി പൂശുന്നതാണ് നേർത്ത ഫിലിം ഡിപ്പോസിഷൻ. ഇൻസുലേറ്റിംഗ് കോമ്പൗണ്ട് സിലിക്കൺ ഡയോക്സൈഡ്, അർദ്ധചാലക പോളിസിലിക്കൺ, മെറ്റൽ കോപ്പർ തുടങ്ങിയ വിവിധ വസ്തുക്കളാൽ ഈ ഫിലിം നിർമ്മിക്കാം. പൂശാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഉപകരണത്തെ നേർത്ത ഫിലിം ഡിപ്പോസിഷൻ ഉപകരണങ്ങൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

അർദ്ധചാലക ചിപ്പ് നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയുടെ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, അത് ഫ്രണ്ട് എൻഡ് പ്രോസസിലാണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്.

ഫിലിം രൂപീകരണ രീതി അനുസരിച്ച് നേർത്ത ഫിലിം തയ്യാറാക്കൽ പ്രക്രിയയെ രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം: ഫിസിക്കൽ നീരാവി നിക്ഷേപം (PVD), രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം(CVD), ഇതിൽ CVD പ്രോസസ്സ് ഉപകരണങ്ങൾ ഉയർന്ന അനുപാതത്തിലാണ്.

ഭൗതിക നീരാവി നിക്ഷേപം (PVD) എന്നത് മെറ്റീരിയൽ സ്രോതസ്സിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൻ്റെ ബാഷ്പീകരണത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു, ബാഷ്പീകരണം, സ്പട്ടറിംഗ്, അയോൺ ബീം മുതലായവ ഉൾപ്പെടെ, താഴ്ന്ന മർദ്ദത്തിലുള്ള വാതകം / പ്ലാസ്മ വഴി അടിവസ്ത്രത്തിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൽ നിക്ഷേപിക്കുന്നു.

രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം (സി.വി.ഡി) വാതക മിശ്രിതത്തിൻ്റെ രാസപ്രവർത്തനത്തിലൂടെ സിലിക്കൺ വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു സോളിഡ് ഫിലിം നിക്ഷേപിക്കുന്ന പ്രക്രിയയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. പ്രതികരണ സാഹചര്യങ്ങൾ അനുസരിച്ച് (മർദ്ദം, മുൻഗാമി), ഇത് അന്തരീക്ഷമർദ്ദമായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നുസി.വി.ഡി(APCVD), താഴ്ന്ന മർദ്ദംസി.വി.ഡി(LPCVD), പ്ലാസ്മ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ CVD (PECVD), ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള പ്ലാസ്മ CVD (HDPCVD), ആറ്റോമിക് ലെയർ ഡിപ്പോസിഷൻ (ALD).

LPCVD: LPCVD-ക്ക് മികച്ച സ്റ്റെപ്പ് കവറേജ് ശേഷി, നല്ല ഘടനയും ഘടനയും നിയന്ത്രണവും ഉയർന്ന ഡിപ്പോസിഷൻ നിരക്കും ഔട്ട്‌പുട്ടും ഉണ്ട്, കൂടാതെ കണികാ മലിനീകരണത്തിൻ്റെ ഉറവിടം വളരെയധികം കുറയ്ക്കുന്നു. പ്രതികരണം നിലനിർത്താൻ ചൂട് സ്രോതസ്സായി ചൂടാക്കൽ ഉപകരണങ്ങളെ ആശ്രയിക്കുന്നത്, താപനില നിയന്ത്രണം, വാതക സമ്മർദ്ദം എന്നിവ വളരെ പ്രധാനമാണ്. TopCon സെല്ലുകളുടെ പോളി ലെയർ നിർമ്മാണത്തിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

PECVD: നേർത്ത ഫിലിം ഡിപ്പോസിഷൻ പ്രക്രിയയുടെ കുറഞ്ഞ താപനില (450 ഡിഗ്രിയിൽ താഴെ) കൈവരിക്കുന്നതിന് റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഇൻഡക്ഷൻ വഴി സൃഷ്ടിക്കുന്ന പ്ലാസ്മയെ PECVD ആശ്രയിക്കുന്നു. താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവ് നിക്ഷേപം അതിൻ്റെ പ്രധാന നേട്ടമാണ്, അതുവഴി ഊർജ്ജം ലാഭിക്കുകയും ചെലവ് കുറയ്ക്കുകയും ഉൽപാദന ശേഷി വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ഉയർന്ന താപനില മൂലമുണ്ടാകുന്ന സിലിക്കൺ വേഫറുകളിലെ ന്യൂനപക്ഷ വാഹകരുടെ ആയുഷ്കാല ക്ഷയം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. PERC, TOPCON, HJT തുടങ്ങിയ വിവിധ സെല്ലുകളുടെ പ്രക്രിയകളിൽ ഇത് പ്രയോഗിക്കാവുന്നതാണ്.

ALD: നല്ല ഫിലിം യൂണിഫോം, ഇടതൂർന്നതും ദ്വാരങ്ങളില്ലാത്തതും, നല്ല സ്റ്റെപ്പ് കവറേജ് സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ, കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ (റൂം താപനില-400℃), ലളിതമായും കൃത്യമായും ഫിലിമിൻ്റെ കനം നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും, വ്യത്യസ്ത ആകൃതിയിലുള്ള അടിവസ്ത്രങ്ങൾക്ക് ഇത് വ്യാപകമായി ബാധകമാണ്. റിയാക്ടൻ്റ് ഫ്ലോയുടെ ഏകീകൃതത നിയന്ത്രിക്കേണ്ട ആവശ്യമില്ല. പക്ഷേ ഫിലിം രൂപീകരണ വേഗത കുറവാണെന്നതാണ് പോരായ്മ. നാനോസ്ട്രക്ചർ ചെയ്ത ഇൻസുലേറ്ററുകളും (Al2O3/TiO2) നേർത്ത-ഫിലിം ഇലക്ട്രോലൂമിനസെൻ്റ് ഡിസ്പ്ലേകളും (TFEL) നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന സിങ്ക് സൾഫൈഡ് (ZnS) ലൈറ്റ്-എമിറ്റിംഗ് ലെയർ പോലുള്ളവ.

ആറ്റോമിക് ലെയർ ഡിപ്പോസിഷൻ (എഎൽഡി) എന്നത് ഒരു വാക്വം കോട്ടിംഗ് പ്രക്രിയയാണ്, ഇത് ഒരു അടിവസ്ത്ര പാളിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു ആറ്റോമിക് പാളിയുടെ രൂപത്തിൽ ഒരു നേർത്ത ഫിലിം ഉണ്ടാക്കുന്നു. 1974-ൽ തന്നെ, ഫിന്നിഷ് ഭൗതിക ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ട്യൂമോ സൺടോല ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ വികസിപ്പിക്കുകയും 1 ദശലക്ഷം യൂറോയുടെ മില്ലേനിയം ടെക്നോളജി അവാർഡ് നേടുകയും ചെയ്തു. ഫ്ലാറ്റ്-പാനൽ ഇലക്ട്രോലൂമിനസെൻ്റ് ഡിസ്പ്ലേകൾക്കായാണ് ALD സാങ്കേതികവിദ്യ ആദ്യം ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്, പക്ഷേ അത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചിരുന്നില്ല. 21-ാം നൂറ്റാണ്ടിൻ്റെ ആരംഭത്തോടെയാണ് അർദ്ധചാലക വ്യവസായം ALD സാങ്കേതികവിദ്യ സ്വീകരിക്കാൻ തുടങ്ങിയത്. പരമ്പരാഗത സിലിക്കൺ ഓക്സൈഡിന് പകരമായി അൾട്രാ-നേർത്ത ഹൈ-ഡൈലക്‌ട്രിക് മെറ്റീരിയലുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിലൂടെ, ഫീൽഡ് ഇഫക്റ്റ് ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ ലൈൻ വീതി കുറയുന്നത് മൂലമുണ്ടാകുന്ന ലീക്കേജ് കറൻ്റ് പ്രശ്‌നം വിജയകരമായി പരിഹരിച്ചു, ഇത് ചെറിയ ലൈൻ വീതിയിലേക്ക് കൂടുതൽ വികസിപ്പിക്കാൻ മൂറിൻ്റെ നിയമത്തെ പ്രേരിപ്പിച്ചു. എഎൽഡിക്ക് ഘടകങ്ങളുടെ ഏകീകരണ സാന്ദ്രത ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഡോ. ടുവോമോ സൺടോല ഒരിക്കൽ പറഞ്ഞു.

1974-ൽ ഫിൻലാൻഡിലെ PICOSUN-ലെ ഡോ. ട്യൂമോ സൺടോലയാണ് ALD സാങ്കേതികവിദ്യ കണ്ടുപിടിച്ചതെന്നും ഇൻ്റൽ വികസിപ്പിച്ച 45/32 നാനോമീറ്റർ ചിപ്പിലെ ഹൈ ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ഫിലിം പോലെ വിദേശത്ത് വ്യവസായവൽക്കരിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെന്നും പൊതുവിവരങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. ചൈനയിൽ, വിദേശ രാജ്യങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് 30 വർഷത്തിലേറെ കഴിഞ്ഞ് എൻ്റെ രാജ്യം ALD സാങ്കേതികവിദ്യ അവതരിപ്പിച്ചു. 2010 ഒക്ടോബറിൽ, ഫിൻലാൻഡിലെ PICOSUN ഉം ഫുഡാൻ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയും ആദ്യത്തെ ആഭ്യന്തര ALD അക്കാദമിക് എക്‌സ്‌ചേഞ്ച് മീറ്റിംഗിന് ആതിഥേയത്വം വഹിച്ചു, ALD സാങ്കേതികവിദ്യ ചൈനയിൽ ആദ്യമായി അവതരിപ്പിച്ചു.
പരമ്പരാഗത രാസ നീരാവി നിക്ഷേപവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ (സി.വി.ഡി) ഫിസിക്കൽ നീരാവി നിക്ഷേപം (PVD), ALD യുടെ ഗുണങ്ങൾ മികച്ച ത്രിമാന അനുരൂപത, വലിയ ഏരിയ ഫിലിം യൂണിഫോം, കൃത്യമായ കനം നിയന്ത്രണം എന്നിവയാണ്, സങ്കീർണ്ണമായ ഉപരിതല രൂപങ്ങളിലും ഉയർന്ന വീക്ഷണാനുപാത ഘടനയിലും അൾട്രാ-നേർത്ത ഫിലിമുകൾ വളർത്തുന്നതിന് അനുയോജ്യമാണ്.

—ഡാറ്റ ഉറവിടം: സിംഗുവ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയുടെ മൈക്രോ-നാനോ പ്രോസസ്സിംഗ് പ്ലാറ്റ്ഫോം-

മൂറിന് ശേഷമുള്ള കാലഘട്ടത്തിൽ, വേഫർ നിർമ്മാണത്തിൻ്റെ സങ്കീർണ്ണതയും പ്രക്രിയയുടെ അളവും വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്. ലോജിക് ചിപ്പുകൾ ഉദാഹരണമായി എടുത്താൽ, 45nm-ൽ താഴെയുള്ള പ്രക്രിയകളുള്ള പ്രൊഡക്ഷൻ ലൈനുകളുടെ എണ്ണത്തിൽ വർദ്ധനവ്, പ്രത്യേകിച്ച് 28nm ഉം അതിൽ താഴെയുള്ള പ്രക്രിയകളുമുള്ള പ്രൊഡക്ഷൻ ലൈനുകൾ, കോട്ടിംഗ് കനവും കൃത്യതയും നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള ആവശ്യകതകൾ കൂടുതലാണ്. മൾട്ടിപ്പിൾ എക്‌സ്‌പോഷർ ടെക്‌നോളജി അവതരിപ്പിച്ച ശേഷം, ALD പ്രോസസ്സ് ഘട്ടങ്ങളുടെയും ആവശ്യമായ ഉപകരണങ്ങളുടെയും എണ്ണം ഗണ്യമായി വർദ്ധിച്ചു; മെമ്മറി ചിപ്പുകളുടെ മേഖലയിൽ, മുഖ്യധാരാ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയ 2D NAND-ൽ നിന്ന് 3D NAND ഘടനയിലേക്ക് പരിണമിച്ചു, ആന്തരിക പാളികളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു, ഘടകങ്ങൾ ക്രമേണ ഉയർന്ന സാന്ദ്രത, ഉയർന്ന വീക്ഷണാനുപാത ഘടനകൾ, പ്രധാന പങ്ക് എന്നിവ അവതരിപ്പിച്ചു. ALD യുടെ രോഗം കണ്ടുതുടങ്ങി. അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഭാവി വികസനത്തിൻ്റെ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, മൂറിന് ശേഷമുള്ള കാലഘട്ടത്തിൽ ALD സാങ്കേതികവിദ്യ കൂടുതൽ പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കും.

ഉദാഹരണത്തിന്, സങ്കീർണ്ണമായ 3D സ്റ്റാക്ക് ചെയ്ത ഘടനകളുടെ (3D-NAND പോലുള്ളവ) കവറേജും ഫിലിം പ്രകടന ആവശ്യകതകളും നിറവേറ്റാൻ കഴിയുന്ന ഒരേയൊരു ഡിപ്പോസിഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് ALD. ചുവടെയുള്ള ചിത്രത്തിൽ ഇത് വ്യക്തമായി കാണാൻ കഴിയും. CVD A (നീല) യിൽ നിക്ഷേപിച്ചിരിക്കുന്ന ഫിലിം ഘടനയുടെ താഴത്തെ ഭാഗം പൂർണ്ണമായും ഉൾക്കൊള്ളുന്നില്ല; കവറേജ് നേടുന്നതിനായി CVD (CVD B) യിൽ ചില പ്രോസസ്സ് ക്രമീകരണങ്ങൾ വരുത്തിയാലും, താഴെയുള്ള പ്രദേശത്തിൻ്റെ ഫിലിം പ്രകടനവും രാസഘടനയും വളരെ മോശമാണ് (ചിത്രത്തിലെ വെളുത്ത വിസ്തീർണ്ണം); നേരെമറിച്ച്, ALD സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഉപയോഗം പൂർണ്ണമായ ഫിലിം കവറേജ് കാണിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഘടനയുടെ എല്ലാ മേഖലകളിലും ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ളതും ഏകീകൃതവുമായ ഫിലിം പ്രോപ്പർട്ടികൾ കൈവരിക്കുന്നു.

—-സിവിഡിയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ALD സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ചിത്ര ഗുണങ്ങൾ (ഉറവിടം: ASM)—-

ഹ്രസ്വകാലത്തേക്ക് CVD ഇപ്പോഴും ഏറ്റവും വലിയ വിപണി വിഹിതം കൈവശം വച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ALD, വേഫർ ഫാബ് ഉപകരണ വിപണിയുടെ അതിവേഗം വളരുന്ന ഭാഗങ്ങളിലൊന്നായി മാറിയിരിക്കുന്നു. മികച്ച വളർച്ചാ സാധ്യതയും ചിപ്പ് നിർമ്മാണത്തിൽ പ്രധാന പങ്കും വഹിക്കുന്ന ഈ ALD വിപണിയിൽ, ALD ഉപകരണങ്ങളുടെ മേഖലയിലെ ഒരു മുൻനിര കമ്പനിയാണ് ASM.