A deposição de filme fino consiste em revestir uma camada de filme no material do substrato principal do semicondutor. Este filme pode ser feito de vários materiais, como composto isolante de dióxido de silício, polissilício semicondutor, cobre metálico, etc. O equipamento usado para revestimento é chamado de equipamento de deposição de filme fino.
Do ponto de vista do processo de fabricação de chips semicondutores, ele está localizado no processo front-end.
O processo de preparação de filmes finos pode ser dividido em duas categorias de acordo com seu método de formação de filme: deposição física de vapor (PVD) e deposição química de vapor.(DCV), entre os quais os equipamentos de processo CVD representam uma proporção maior.
A deposição física de vapor (PVD) refere-se à vaporização da superfície da fonte do material e à deposição na superfície do substrato através de gás/plasma de baixa pressão, incluindo evaporação, pulverização catódica, feixe de íons, etc.;
Deposição química de vapor (DCV) refere-se ao processo de deposição de um filme sólido na superfície do wafer de silício por meio de uma reação química de mistura de gases. De acordo com as condições de reação (pressão, precursor), é dividido em pressão atmosféricaDCV(APCVD), baixa pressãoDCV(LPCVD), CVD com plasma aumentado (PECVD), CVD com plasma de alta densidade (HDPCVD) e deposição de camada atômica (ALD).
LPCVD: LPCVD tem melhor capacidade de cobertura de etapas, boa composição e controle de estrutura, alta taxa de deposição e produção e reduz bastante a fonte de poluição por partículas. Contar com equipamentos de aquecimento como fonte de calor para manter a reação, o controle da temperatura e da pressão do gás são muito importantes. Amplamente utilizado na fabricação de camadas Poly de células TopCon.
PECVD: PECVD depende do plasma gerado por indução de radiofrequência para atingir baixa temperatura (menos de 450 graus) do processo de deposição de filme fino. A deposição em baixa temperatura é sua principal vantagem, economizando energia, reduzindo custos, aumentando a capacidade de produção e reduzindo a deterioração da vida útil dos portadores minoritários em pastilhas de silício causada pela alta temperatura. Pode ser aplicado aos processos de diversas células, como PERC, TOPCON e HJT.
ALD: Boa uniformidade do filme, denso e sem furos, boas características de cobertura de etapas, pode ser realizado em baixa temperatura (temperatura ambiente-400 ℃), pode controlar de forma simples e precisa a espessura do filme, é amplamente aplicável a substratos de diferentes formatos, e não precisa controlar a uniformidade do fluxo do reagente. Mas a desvantagem é que a velocidade de formação do filme é lenta. Como a camada emissora de luz de sulfeto de zinco (ZnS) usada para produzir isoladores nanoestruturados (Al2O3/TiO2) e displays eletroluminescentes de filme fino (TFEL).
A deposição de camada atômica (ALD) é um processo de revestimento a vácuo que forma uma película fina na superfície de um substrato, camada por camada, na forma de uma única camada atômica. Já em 1974, o físico de materiais finlandês Tuomo Suntola desenvolveu esta tecnologia e ganhou o Prémio de Tecnologia do Milénio no valor de 1 milhão de euros. A tecnologia ALD foi originalmente usada para monitores eletroluminescentes de tela plana, mas não foi amplamente utilizada. Somente no início do século 21 é que a tecnologia ALD começou a ser adotada pela indústria de semicondutores. Ao fabricar materiais ultrafinos de alto dielétrico para substituir o óxido de silício tradicional, resolveu com sucesso o problema da corrente de fuga causado pela redução da largura da linha dos transistores de efeito de campo, levando a Lei de Moore a se desenvolver ainda mais em direção a larguras de linha menores. Dr. Tuomo Suntola disse uma vez que ALD pode aumentar significativamente a densidade de integração dos componentes.
Dados públicos mostram que a tecnologia ALD foi inventada pelo Dr. Tuomo Suntola da PICOSUN na Finlândia em 1974 e foi industrializada no exterior, como o filme de alto dielétrico no chip de 45/32 nanômetros desenvolvido pela Intel. Na China, o meu país introduziu a tecnologia ALD mais de 30 anos depois dos países estrangeiros. Em outubro de 2010, a PICOSUN na Finlândia e a Universidade Fudan organizaram a primeira reunião nacional de intercâmbio acadêmico ALD, apresentando a tecnologia ALD à China pela primeira vez.
Comparado com a deposição química de vapor tradicional (DCV) e deposição física de vapor (PVD), as vantagens do ALD são excelente conformalidade tridimensional, uniformidade de filme em grandes áreas e controle preciso de espessura, que são adequados para o cultivo de filmes ultrafinos em formatos de superfície complexos e estruturas de alta proporção.
—Fonte de dados: Plataforma de processamento micro-nano da Universidade de Tsinghua—
Na era pós-Moore, a complexidade e o volume do processo de fabricação de wafers melhoraram bastante. Tomando como exemplo os chips lógicos, com o aumento do número de linhas de produção com processos abaixo de 45nm, especialmente as linhas de produção com processos de 28nm e abaixo, os requisitos de espessura de revestimento e controle de precisão são maiores. Após a introdução da tecnologia de exposição múltipla, o número de etapas do processo ALD e equipamentos necessários aumentou significativamente; no campo de chips de memória, o processo de fabricação convencional evoluiu de estrutura 2D NAND para 3D NAND, o número de camadas internas continuou a aumentar e os componentes apresentaram gradualmente estruturas de alta densidade e alta proporção, e o importante papel da ALD começou a surgir. Do ponto de vista do desenvolvimento futuro dos semicondutores, a tecnologia ALD desempenhará um papel cada vez mais importante na era pós-Moore.
Por exemplo, ALD é a única tecnologia de deposição que pode atender aos requisitos de cobertura e desempenho de filme de estruturas empilhadas 3D complexas (como 3D-NAND). Isso pode ser visto vividamente na figura abaixo. O filme depositado no CVD A (azul) não cobre completamente a parte inferior da estrutura; mesmo que sejam feitos alguns ajustes no processo de CVD (CVD B) para obter cobertura, o desempenho do filme e a composição química da área inferior são muito pobres (área branca na figura); em contraste, o uso da tecnologia ALD mostra uma cobertura completa do filme, e propriedades de filme uniformes e de alta qualidade são alcançadas em todas as áreas da estrutura.
—-Imagem Vantagens da tecnologia ALD em comparação com CVD (Fonte: ASM)—-
Embora a CVD ainda ocupe a maior participação de mercado no curto prazo, a ALD tornou-se uma das partes que mais cresce no mercado de equipamentos para fabricação de wafer. Neste mercado ALD com grande potencial de crescimento e um papel fundamental na fabricação de chips, a ASM é uma empresa líder na área de equipamentos ALD.
Horário da postagem: 12 de junho de 2024