Osadzanie cienkiej warstwy polega na pokryciu warstwy folii na głównym materiale podłoża półprzewodnika. Folia ta może być wykonana z różnych materiałów, takich jak dwutlenek krzemu, związek izolacyjny, polikrzem półprzewodnikowy, miedź metaliczna itp. Sprzęt używany do powlekania nazywany jest sprzętem do osadzania cienkowarstwowego.
Z punktu widzenia procesu produkcji chipów półprzewodnikowych umiejscowiony jest on w procesie front-end.
Proces przygotowania cienkiej folii można podzielić na dwie kategorie w zależności od metody tworzenia folii: fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD) i chemiczne osadzanie z fazy gazowej(CVD), wśród których większy odsetek stanowią urządzenia do procesu CVD.
Fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD) odnosi się do odparowywania powierzchni źródła materiału i osadzania na powierzchni podłoża za pomocą gazu/plazmy pod niskim ciśnieniem, włączając parowanie, rozpylanie katodowe, wiązkę jonów itp.;
Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) odnosi się do procesu osadzania stałej warstwy na powierzchni płytki krzemowej w wyniku reakcji chemicznej mieszaniny gazów. W zależności od warunków reakcji (ciśnienie, prekursor) dzieli się je na ciśnienie atmosferyczneCVD(APCVD), niskie ciśnienieCVD(LPCVD), CVD wzmocnione plazmą (PECVD), CVD w plazmie o dużej gęstości (HDPCVD) i osadzanie warstwy atomowej (ALD).
LPCVD: LPCVD ma lepszą zdolność pokrycia stopni, dobrą kontrolę składu i struktury, wysoką szybkość i wydajność osadzania oraz znacznie zmniejsza źródło zanieczyszczenia cząstkami. Bardzo ważne jest korzystanie z urządzeń grzewczych jako źródła ciepła w celu utrzymania reakcji, kontrola temperatury i ciśnienie gazu. Szeroko stosowany w produkcji warstw wielowarstwowych ogniw TopCon.
PECVD: PECVD wykorzystuje plazmę wytwarzaną przez indukcję częstotliwości radiowej w celu osiągnięcia niskiej temperatury (poniżej 450 stopni) procesu osadzania cienkowarstwowego. Jego główną zaletą jest osadzanie w niskiej temperaturze, które pozwala zaoszczędzić energię, obniżyć koszty, zwiększyć moce produkcyjne i zmniejszyć żywotność nośników mniejszościowych w płytkach krzemowych spowodowaną wysoką temperaturą. Można go zastosować do procesów różnych komórek, takich jak PERC, TOPCON i HJT.
ALD: Dobra jednorodność folii, gęsta i pozbawiona dziur, dobra charakterystyka pokrycia stopniowego, można ją prowadzić w niskiej temperaturze (temperatura pokojowa-400 ℃), można w prosty i dokładny sposób kontrolować grubość folii, ma szerokie zastosowanie do podłoży o różnych kształtach i nie musi kontrolować równomierności przepływu reagenta. Wadą jest jednak to, że prędkość tworzenia filmu jest mała. Na przykład warstwa emitująca światło z siarczku cynku (ZnS) stosowana do produkcji izolatorów nanostrukturalnych (Al2O3/TiO2) i cienkowarstwowych wyświetlaczy elektroluminescencyjnych (TFEL).
Osadzanie warstwy atomowej (ALD) to proces powlekania próżniowego, w wyniku którego na powierzchni podłoża tworzy się cienka warstwa po warstwie w postaci pojedynczej warstwy atomowej. Już w 1974 roku fiński fizyk materiałowy Tuomo Suntola opracował tę technologię i zdobył nagrodę Millennium Technology Award o wartości 1 miliona euro. Technologia ALD była pierwotnie stosowana w płaskich wyświetlaczach elektroluminescencyjnych, ale nie była szeroko stosowana. Dopiero na początku XXI wieku technologia ALD zaczęła być wdrażana w przemyśle półprzewodników. Wytwarzając ultracienkie materiały o wysokiej dielektryczności, które zastąpiły tradycyjny tlenek krzemu, pomyślnie rozwiązano problem prądu upływowego spowodowany zmniejszeniem szerokości linii tranzystorów polowych, co skłoniło prawo Moore'a do dalszego rozwoju w kierunku mniejszych szerokości linii. Dr Tuomo Suntola powiedział kiedyś, że ALD może znacząco zwiększyć gęstość integracji komponentów.
Publiczne dane pokazują, że technologia ALD została wynaleziona przez dr Tuomo Suntolę z PICOSUN w Finlandii w 1974 r. i została wdrożona za granicą, jak np. warstwa o wysokiej dielektrycznej warstwie w chipie 45/32 nanometrów opracowanym przez firmę Intel. W Chinach mój kraj wprowadził technologię ALD ponad 30 lat później niż inne kraje. W październiku 2010 r. PICOSUN w Finlandii i Uniwersytet Fudan były gospodarzami pierwszego krajowego spotkania wymiany akademickiej ALD, podczas którego po raz pierwszy zaprezentowano technologię ALD w Chinach.
W porównaniu z tradycyjnym chemicznym osadzaniem z fazy gazowej (CVD) i fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD), zaletami ALD są doskonała zgodność trójwymiarowa, jednorodność folii na dużej powierzchni i precyzyjna kontrola grubości, które są odpowiednie do uprawy ultracienkich folii na złożonych kształtach powierzchni i strukturach o wysokim współczynniku kształtu.
—Źródło danych: platforma przetwarzania mikronano Uniwersytetu Tsinghua—
W epoce post-Moore'a złożoność i wielkość procesu produkcji płytek zostały znacznie ulepszone. Biorąc za przykład chipy logiczne, wraz ze wzrostem liczby linii produkcyjnych z procesami poniżej 45 nm, zwłaszcza linii produkcyjnych z procesami 28 nm i poniżej, wymagania dotyczące grubości powłok i precyzji kontroli są wyższe. Po wprowadzeniu technologii wielokrotnego narażenia liczba etapów procesu ALD i wymaganego sprzętu znacznie wzrosła; w dziedzinie układów pamięci główny proces produkcyjny ewoluował od struktury 2D NAND do 3D NAND, liczba warstw wewnętrznych stale rośnie, a komponenty stopniowo prezentują struktury o dużej gęstości i wysokim współczynniku proporcji oraz ważną rolę ALD zaczęła się pojawiać. Z punktu widzenia przyszłego rozwoju półprzewodników technologia ALD będzie odgrywać coraz większą rolę w epoce post-Moore’a.
Na przykład ALD to jedyna technologia osadzania, która może spełnić wymagania dotyczące pokrycia i wydajności filmu złożonych struktur 3D (takich jak 3D-NAND). Można to wyraźnie zobaczyć na poniższym rysunku. Folia osadzona w CVD A (niebieska) nie pokrywa całkowicie dolnej części konstrukcji; nawet jeśli wprowadzono pewne modyfikacje procesu w CVD (CVD B), aby uzyskać pokrycie, działanie folii i skład chemiczny dolnej części są bardzo słabe (biały obszar na rysunku); natomiast zastosowanie technologii ALD pozwala na uzyskanie pełnego pokrycia folii, a we wszystkich obszarach konstrukcji uzyskuje się wysoką jakość i jednolite właściwości folii.
—-Obraz Zalety technologii ALD w porównaniu z CVD (źródło: ASM)—-
Chociaż w krótkim okresie CVD nadal ma największy udział w rynku, ALD stała się jedną z najszybciej rozwijających się części rynku sprzętu do produkcji płytek półprzewodnikowych. Na tym rynku ALD, charakteryzującym się dużym potencjałem wzrostu i kluczową rolą w produkcji chipów, ASM jest wiodącą firmą w dziedzinie sprzętu ALD.
Czas publikacji: 12 czerwca 2024 r