Tynnfilmavsetning er å belegge et lag med film på hovedsubstratmaterialet til halvlederen. Denne filmen kan være laget av forskjellige materialer, som isolasjonsforbindelse silisiumdioksid, halvlederpolysilisium, metallkobber osv. Utstyret som brukes til belegg kalles tynnfilmavsetningsutstyr.
Fra perspektivet til produksjonsprosessen for halvlederbrikke, er den plassert i front-end-prosessen.
Tynnfilmfremstillingsprosessen kan deles inn i to kategorier i henhold til dens filmdannende metode: fysisk dampavsetning (PVD) og kjemisk dampavsetning(CVD), blant annet CVD-prosessutstyr står for en høyere andel.
Fysisk dampavsetning (PVD) refererer til fordamping av overflaten av materialkilden og avsetning på overflaten av substratet gjennom lavtrykksgass/plasma, inkludert fordampning, sputtering, ionestråle, etc.;
Kjemisk dampavsetning (CVD) refererer til prosessen med å avsette en fast film på overflaten av silisiumplaten gjennom en kjemisk reaksjon av gassblanding. I henhold til reaksjonsbetingelsene (trykk, forløper) er det delt inn i atmosfærisk trykkCVD(APCVD), lavtrykkCVD(LPCVD), plasmaforsterket CVD (PECVD), plasma-CVD med høy tetthet (HDPCVD) og atomlagsavsetning (ALD).
LPCVD: LPCVD har bedre trinndekningsevne, god sammensetning og strukturkontroll, høy avsetningshastighet og produksjon, og reduserer kilden til partikkelforurensning betydelig. Å stole på varmeutstyr som varmekilde for å opprettholde reaksjonen, temperaturkontroll og gasstrykk er svært viktig. Mye brukt i polylagproduksjonen av TopCon-celler.
PECVD: PECVD er avhengig av plasmaet som genereres av radiofrekvensinduksjon for å oppnå lav temperatur (mindre enn 450 grader) i tynnfilmavsetningsprosessen. Lavtemperaturavsetning er dens viktigste fordel, og sparer dermed energi, reduserer kostnader, øker produksjonskapasiteten og reduserer levetiden til minoritetsbærere i silisiumskiver forårsaket av høy temperatur. Den kan brukes på prosessene til forskjellige celler som PERC, TOPCON og HJT.
ALD: God filmensartethet, tett og uten hull, gode trinndekningsegenskaper, kan utføres ved lav temperatur (romtemperatur-400 ℃), kan enkelt og nøyaktig kontrollere filmtykkelsen, er allment anvendelig på underlag med forskjellige former, og trenger ikke å kontrollere jevnheten til reaktantstrømmen. Men ulempen er at filmdannelseshastigheten er lav. Slik som det lysemitterende laget av sinksulfid (ZnS) som brukes til å produsere nanostrukturerte isolatorer (Al2O3/TiO2) og tynnfilm elektroluminescerende skjermer (TFEL).
Atomic layer deposition (ALD) er en vakuumbeleggingsprosess som danner en tynn film på overflaten av et substrat lag for lag i form av et enkelt atomlag. Allerede i 1974 utviklet den finske materialfysikeren Tuomo Suntola denne teknologien og vant 1 million euro Millennium Technology Award. ALD-teknologi ble opprinnelig brukt for flatpanel-elektroluminescerende skjermer, men den ble ikke mye brukt. Det var først på begynnelsen av det 21. århundre at ALD-teknologi begynte å bli tatt i bruk av halvlederindustrien. Ved å produsere ultratynne høy-dielektriske materialer for å erstatte tradisjonelt silisiumoksid, løste det vellykket lekkasjestrømproblemet forårsaket av reduksjonen av linjebredden til felteffekttransistorer, noe som fikk Moores lov til å videreutvikle seg mot mindre linjebredder. Dr. Tuomo Suntola sa en gang at ALD kan øke integrasjonstettheten til komponenter betydelig.
Offentlige data viser at ALD-teknologien ble oppfunnet av Dr. Tuomo Suntola fra PICOSUN i Finland i 1974 og har blitt industrialisert i utlandet, for eksempel den høye dielektriske filmen i 45/32 nanometer-brikken utviklet av Intel. I Kina introduserte landet mitt ALD-teknologi mer enn 30 år senere enn utlandet. I oktober 2010 var PICOSUN i Finland og Fudan University vertskap for det første innenlandske ALD akademiske utvekslingsmøtet, og introduserte ALD-teknologi til Kina for første gang.
Sammenlignet med tradisjonell kjemisk dampavsetning (CVD) og fysisk dampavsetning (PVD), fordelene med ALD er utmerket tredimensjonal konformalitet, filmuniformitet med stort område og presis tykkelseskontroll, som er egnet for dyrking av ultratynne filmer på komplekse overflateformer og strukturer med høyt sideforhold.
—Datakilde: Micro-nano prosesseringsplattform ved Tsinghua University—
I post-Moore-epoken har kompleksiteten og prosessvolumet ved waferproduksjon blitt kraftig forbedret. For å ta logiske brikker som et eksempel, med økningen i antall produksjonslinjer med prosesser under 45nm, spesielt produksjonslinjene med prosesser på 28nm og under, er kravene til beleggtykkelse og presisjonskontroll høyere. Etter introduksjonen av flereksponeringsteknologi har antallet ALD-prosesstrinn og nødvendig utstyr økt betydelig; innen minnebrikker har den vanlige produksjonsprosessen utviklet seg fra 2D NAND til 3D NAND-struktur, antallet interne lag har fortsatt å øke, og komponentene har gradvis presentert strukturer med høy tetthet, høyt sideforhold og den viktige rollen av ALD har begynt å dukke opp. Fra perspektivet til den fremtidige utviklingen av halvledere, vil ALD-teknologi spille en stadig viktigere rolle i post-Moore-tiden.
For eksempel er ALD den eneste avsetningsteknologien som kan møte kravene til dekning og filmytelse til komplekse 3D-stablede strukturer (som 3D-NAND). Dette kan tydelig sees i figuren nedenfor. Filmen avsatt i CVD A (blå) dekker ikke helt den nedre delen av strukturen; selv om det gjøres noen prosessjusteringer av CVD (CVD B) for å oppnå dekning, er filmytelsen og den kjemiske sammensetningen av bunnområdet svært dårlig (hvitt område i figuren); i kontrast viser bruken av ALD-teknologi fullstendig filmdekning, og høykvalitets og ensartede filmegenskaper oppnås i alle områder av strukturen.
—-Bilde Fordeler med ALD-teknologi sammenlignet med CVD (Kilde: ASM)—-
Selv om CVD fortsatt har den største markedsandelen på kort sikt, har ALD blitt en av de raskest voksende delene av waferfab-utstyrsmarkedet. I dette ALD-markedet med stort vekstpotensial og en nøkkelrolle innen brikkeproduksjon, er ASM et ledende selskap innen ALD-utstyr.
Innleggstid: 12. juni 2024