Нанесение тонких пленок заключается в нанесении слоя пленки на основной материал подложки полупроводника. Эта пленка может быть изготовлена из различных материалов, таких как изолирующий состав диоксида кремния, полупроводниковый поликремний, металлическая медь и т. д. Оборудование, используемое для нанесения покрытия, называется оборудованием для нанесения тонких пленок.
С точки зрения процесса производства полупроводниковых чипов, он находится на начальном этапе.
Процесс изготовления тонких пленок можно разделить на две категории в зависимости от метода формирования пленки: физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и химическое осаждение из паровой фазы.(ССЗ), среди которых более высокая доля приходится на технологическое оборудование CVD.
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) означает испарение поверхности источника материала и осаждение на поверхность подложки с помощью газа/плазмы низкого давления, включая испарение, распыление, ионный луч и т. д.;
Химическое осаждение из паровой фазы (ССЗ) относится к процессу нанесения твердой пленки на поверхность кремниевой пластины посредством химической реакции газовой смеси. По условиям реакции (давление, прекурсор) ее разделяют на атмосферное давление.ССЗ(APCVD), низкое давлениеССЗ(LPCVD), плазменное CVD (PECVD), плазменное CVD высокой плотности (HDPCVD) и атомно-слоевое осаждение (ALD).
LPCVD: LPCVD имеет лучшее покрытие ступеней, хороший контроль состава и структуры, высокую скорость осаждения и производительность, а также значительно снижает источник загрязнения частицами. Если использовать нагревательное оборудование в качестве источника тепла для поддержания реакции, очень важно контролировать температуру и давление газа. Широко используется при производстве полислойных элементов TopCon.
PECVD: PECVD использует плазму, генерируемую радиочастотной индукцией, для достижения низкой температуры (менее 450 градусов) процесса осаждения тонкой пленки. Низкотемпературное осаждение является его основным преимуществом, что позволяет экономить энергию, снижать затраты, увеличивать производственную мощность и уменьшать срок службы неосновных носителей носителей в кремниевых пластинах, вызванный высокой температурой. Его можно применять к процессам различных ячеек, таких как PERC, TOPCON и HJT.
ALD: Хорошая однородность пленки, плотная и без отверстий, хорошие характеристики ступенчатого покрытия, может выполняться при низкой температуре (комнатная температура - 400 ℃), позволяет просто и точно контролировать толщину пленки, широко применим к подложкам различной формы и не требуется контролировать равномерность потока реагента. Но недостатком является низкая скорость формирования пленки. Например, светоизлучающий слой сульфида цинка (ZnS), используемый для производства наноструктурированных изоляторов (Al2O3/TiO2) и тонкопленочных электролюминесцентных дисплеев (TFEL).
Атомно-слоевое осаждение (ALD) — это процесс нанесения покрытия в вакууме, при котором на поверхности подложки слой за слоем формируется тонкая пленка в виде одного атомного слоя. Еще в 1974 году финский физик-материалист Туомо Сунтола разработал эту технологию и получил премию Millennium Technology Award в 1 миллион евро. Технология ALD изначально использовалась для плоских электролюминесцентных дисплеев, но не получила широкого распространения. Лишь в начале 21 века технология ALD начала применяться в полупроводниковой промышленности. Произведя ультратонкие материалы с высокой диэлектрической проницаемостью для замены традиционного оксида кремния, компания успешно решила проблему тока утечки, вызванную уменьшением ширины линии полевых транзисторов, что побудило закон Мура к дальнейшему развитию в сторону меньшей ширины линии. Доктор Туомо Сунтола однажды сказал, что ALD может значительно повысить плотность интеграции компонентов.
Публичные данные показывают, что технология ALD была изобретена доктором Туомо Сунтола из PICOSUN в Финляндии в 1974 году и была промышленно внедрена за рубежом, например, пленка с высокой диэлектрической проницаемостью в чипе 45/32 нанометра, разработанная Intel. В Китае моя страна внедрила технологию ALD более чем на 30 лет позже, чем зарубежные страны. В октябре 2010 года PICOSUN в Финляндии и Фуданьский университет провели первую внутреннюю встречу по академическому обмену ALD, впервые представив технологию ALD в Китае.
По сравнению с традиционным химическим осаждением из паровой фазы (ССЗ) и физического осаждения из паровой фазы (PVD), преимуществами ALD являются превосходная трехмерная конформность, однородность пленки большой площади и точный контроль толщины, которые подходят для выращивания ультратонких пленок на поверхностях сложной формы и структурах с высоким соотношением сторон.
—Источник данных: Платформа микронанообработки Университета Цинхуа—
В эпоху после Мура сложность и объемы производства пластин значительно улучшились. Если взять в качестве примера логические чипы, то с увеличением количества производственных линий с процессами ниже 45 нм, особенно производственных линий с процессами 28 нм и ниже, требования к толщине покрытия и контролю точности повышаются. После внедрения технологии многократного воздействия количество этапов процесса ALD и требуемого оборудования значительно увеличилось; В области микросхем памяти основной производственный процесс превратился из структуры 2D NAND в структуру 3D NAND, количество внутренних слоев продолжает увеличиваться, а компоненты постепенно представляют структуры с высокой плотностью и высоким соотношением сторон, и важную роль АЛД начал появляться. С точки зрения будущего развития полупроводников, технология ALD будет играть все более важную роль в эпоху после Мура.
Например, ALD — единственная технология осаждения, которая может удовлетворить требования к покрытию и характеристикам пленки сложных многослойных трехмерных структур (таких как 3D-NAND). Это можно наглядно увидеть на рисунке ниже. Пленка, нанесенная методом CVD А (синяя), не полностью покрывает нижнюю часть структуры; даже если в процесс CVD (CVD B) внесены некоторые корректировки для достижения покрытия, характеристики пленки и химический состав нижней области очень плохие (белая область на рисунке); напротив, использование технологии ALD обеспечивает полное покрытие пленки, а качественные и равномерные свойства пленки достигаются во всех областях структуры.
—-Изображение Преимущества технологии ALD по сравнению с CVD (Источник: ASM)—-
Хотя CVD по-прежнему занимает наибольшую долю рынка в краткосрочной перспективе, ALD стала одной из самых быстрорастущих частей рынка оборудования для производства пластин. На этом рынке ALD с большим потенциалом роста и ключевой ролью в производстве микросхем ASM является ведущей компанией в области оборудования ALD.
Время публикации: 12 июня 2024 г.