Dunne filmafzetting is het aanbrengen van een filmlaag op het hoofdsubstraatmateriaal van de halfgeleider. Deze film kan van verschillende materialen zijn gemaakt, zoals siliciumdioxide, halfgeleiderpolysilicium, metaalkoper, enz. De apparatuur die voor het coaten wordt gebruikt, wordt dunne-filmdepositieapparatuur genoemd.
Vanuit het perspectief van het productieproces van halfgeleiderchips bevindt het zich in het front-endproces.
Het voorbereidingsproces voor dunne films kan worden onderverdeeld in twee categorieën, afhankelijk van de filmvormingsmethode: fysische dampafzetting (PVD) en chemische dampafzetting.(CVD), waarvan CVD-procesapparatuur een groter aandeel voor zijn rekening neemt.
Fysische dampafzetting (PVD) verwijst naar de verdamping van het oppervlak van de materiaalbron en de afzetting op het oppervlak van het substraat door gas/plasma onder lage druk, inclusief verdamping, sputteren, ionenbundel, enz.;
Chemische dampafzetting (CVD) verwijst naar het proces waarbij een vaste film op het oppervlak van de siliciumwafel wordt afgezet door middel van een chemische reactie van een gasmengsel. Afhankelijk van de reactieomstandigheden (druk, precursor) wordt deze verdeeld in atmosferische drukCVD(APCVD), lage drukCVD(LPCVD), plasma-versterkte CVD (PECVD), plasma-CVD met hoge dichtheid (HDPCVD) en atomaire laagdepositie (ALD).
LPCVD: LPCVD heeft een beter stapdekkingsvermogen, goede samenstelling en structuurcontrole, hoge afzettingssnelheid en output, en vermindert de bron van deeltjesvervuiling aanzienlijk. Het vertrouwen op verwarmingsapparatuur als warmtebron om de reactie in stand te houden, temperatuurregeling en gasdruk zijn erg belangrijk. Op grote schaal gebruikt bij de productie van polylagen van TopCon-cellen.
PECVD: PECVD is afhankelijk van het plasma dat wordt gegenereerd door radiofrequentie-inductie om lage temperaturen (minder dan 450 graden) van het dunne-filmdepositieproces te bereiken. Depositie bij lage temperaturen is het belangrijkste voordeel ervan, waardoor energie wordt bespaard, de kosten worden verlaagd, de productiecapaciteit wordt vergroot en het levensduurverval van minderheidsdragers in siliciumwafels, veroorzaakt door hoge temperaturen, wordt verminderd. Het kan worden toegepast op de processen van verschillende cellen zoals PERC, TOPCON en HJT.
ALD: Goede filmuniformiteit, dicht en zonder gaten, goede stapdekkingseigenschappen, kan worden uitgevoerd bij lage temperatuur (kamertemperatuur - 400 ℃), kan de filmdikte eenvoudig en nauwkeurig regelen, is breed toepasbaar op substraten met verschillende vormen, en hoeft de uniformiteit van de reactantstroom niet te controleren. Maar het nadeel is dat de filmvormingssnelheid laag is. Zoals de lichtgevende laag van zinksulfide (ZnS) die wordt gebruikt voor de productie van nanogestructureerde isolatoren (Al2O3/TiO2) en dunne-film elektroluminescerende displays (TFEL).
Atomaire laagafzetting (ALD) is een vacuümcoatingproces waarbij laag voor laag een dunne film op het oppervlak van een substraat wordt gevormd in de vorm van een enkele atomaire laag. Al in 1974 ontwikkelde de Finse materiaalfysicus Tuomo Suntola deze technologie en won de Millennium Technology Award van 1 miljoen euro. ALD-technologie werd oorspronkelijk gebruikt voor elektroluminescerende platte beeldschermen, maar werd niet veel gebruikt. Pas aan het begin van de 21e eeuw begon de ALD-technologie door de halfgeleiderindustrie te worden overgenomen. Door ultradunne materialen met een hoog diëlektrische vermogen te vervaardigen ter vervanging van traditioneel siliciumoxide, werd met succes het lekstroomprobleem opgelost dat werd veroorzaakt door de vermindering van de lijnbreedte van veldeffecttransistoren, wat ertoe leidde dat de wet van Moore zich verder ontwikkelde naar kleinere lijnbreedten. Dr. Tuomo Suntola zei ooit dat ALD de integratiedichtheid van componenten aanzienlijk kan verhogen.
Uit openbare gegevens blijkt dat de ALD-technologie in 1974 is uitgevonden door Dr. Tuomo Suntola van PICOSUN in Finland en in het buitenland is geïndustrialiseerd, zoals de hoge diëlektrische film in de 45/32 nanometer-chip, ontwikkeld door Intel. In China introduceerde mijn land de ALD-technologie ruim dertig jaar later dan het buitenland. In oktober 2010 organiseerden PICOSUN in Finland en de Fudan Universiteit de eerste binnenlandse academische ALD-uitwisselingsbijeenkomst, waarbij ALD-technologie voor de eerste keer in China werd geïntroduceerd.
Vergeleken met traditionele chemische dampafzetting (CVD) en fysische dampafzetting (PVD) zijn de voordelen van ALD uitstekende driedimensionale conformiteit, filmuniformiteit over een groot oppervlak en nauwkeurige diktecontrole, die geschikt zijn voor het kweken van ultradunne films op complexe oppervlaktevormen en structuren met een hoge aspectverhouding.
—Gegevensbron: Micro-nanoverwerkingsplatform van Tsinghua University—
In het post-Moore-tijdperk zijn de complexiteit en het procesvolume van de wafelproductie aanzienlijk verbeterd. Als we logica-chips als voorbeeld nemen: met de toename van het aantal productielijnen met processen onder 45 nm, vooral de productielijnen met processen van 28 nm en lager, zijn de eisen voor laagdikte en precisiecontrole hoger. Na de introductie van meervoudige belichtingstechnologie is het aantal benodigde ALD-processtappen en apparatuur aanzienlijk toegenomen; op het gebied van geheugenchips is het reguliere productieproces geëvolueerd van 2D NAND naar 3D NAND-structuur, is het aantal interne lagen blijven toenemen en hebben de componenten geleidelijk structuren met een hoge dichtheid en hoge aspectverhouding gepresenteerd, en de belangrijke rol van ALD begint op te duiken. Vanuit het perspectief van de toekomstige ontwikkeling van halfgeleiders zal ALD-technologie een steeds belangrijkere rol spelen in het post-Moore-tijdperk.
ALD is bijvoorbeeld de enige depositietechnologie die kan voldoen aan de dekkings- en filmprestatie-eisen van complexe 3D-gestapelde structuren (zoals 3D-NAND). Dit is duidelijk te zien in de onderstaande figuur. De film afgezet in CVD A (blauw) bedekt het onderste deel van de structuur niet volledig; zelfs als er enkele procesaanpassingen worden gedaan aan CVD (CVD B) om dekking te bereiken, zijn de filmprestaties en de chemische samenstelling van het onderste gebied zeer slecht (wit gebied in de figuur); het gebruik van ALD-technologie daarentegen zorgt voor een volledige filmdekking en er worden hoogwaardige en uniforme filmeigenschappen bereikt in alle delen van de structuur.
—-Afbeelding Voordelen van ALD-technologie vergeleken met CVD (Bron: ASM)—-
Hoewel CVD op de korte termijn nog steeds het grootste marktaandeel heeft, is ALD een van de snelst groeiende onderdelen van de markt voor waferfabricageapparatuur geworden. In deze ALD-markt met een groot groeipotentieel en een sleutelrol in de chipproductie is ASM een toonaangevend bedrijf op het gebied van ALD-apparatuur.
Posttijd: 12 juni 2024