Nanášanie tenkého filmu je nanesenie vrstvy filmu na hlavný substrátový materiál polovodiča. Tento film môže byť vyrobený z rôznych materiálov, ako je izolačná zlúčenina oxidu kremičitého, polovodičový polysilikón, kovová meď atď. Zariadenie používané na poťahovanie sa nazýva zariadenie na nanášanie tenkých vrstiev.
Z pohľadu procesu výroby polovodičového čipu sa nachádza v procese front-end.
Proces prípravy tenkého filmu možno rozdeliť do dvoch kategórií podľa spôsobu vytvárania filmu: fyzikálne nanášanie pár (PVD) a chemické nanášanie pár(CVD), medzi ktorými majú vyšší podiel zariadenia na spracovanie CVD.
Fyzikálne naparovanie (PVD) označuje odparovanie povrchu zdroja materiálu a nanášanie na povrch substrátu prostredníctvom nízkotlakového plynu/plazmy, vrátane vyparovania, rozprašovania, iónového lúča atď.;
Chemická depozícia z pár (CVD) označuje proces nanášania pevného filmu na povrch kremíkového plátku chemickou reakciou plynnej zmesi. Podľa reakčných podmienok (tlak, prekurzor) sa delí na atmosférický tlakCVD(APCVD), nízky tlakCVD(LPCVD), plazmou zosilnené CVD (PECVD), vysokohustotné plazmové CVD (HDPCVD) a ukladanie atómovej vrstvy (ALD).
LPCVD: LPCVD má lepšiu schopnosť pokrytia krokov, dobrú kontrolu zloženia a štruktúry, vysokú rýchlosť depozície a výkon a výrazne znižuje zdroj znečistenia časticami. Spoliehanie sa na vykurovacie zariadenie ako zdroj tepla na udržanie reakcie, kontrola teploty a tlak plynu sú veľmi dôležité. Široko používaný pri výrobe polyvrstvy článkov TopCon.
PECVD: PECVD sa spolieha na plazmu generovanú rádiofrekvenčnou indukciou na dosiahnutie nízkej teploty (menej ako 450 stupňov) procesu nanášania tenkého filmu. Jeho hlavnou výhodou je ukladanie pri nízkej teplote, čím sa šetrí energia, znižujú sa náklady, zvyšuje sa výrobná kapacita a znižuje sa celoživotný rozpad menšinových nosičov v kremíkových doštičkách spôsobený vysokou teplotou. Môže byť aplikovaný na procesy rôznych buniek, ako sú PERC, TOPCON a HJT.
ALD: Dobrá rovnomernosť filmu, hustá a bez otvorov, dobré charakteristiky krokového pokrytia, môže sa vykonávať pri nízkej teplote (izbová teplota - 400 ° C), môže jednoducho a presne kontrolovať hrúbku filmu, je široko použiteľná na substráty rôznych tvarov a nemusí kontrolovať rovnomernosť toku reaktantov. Nevýhodou však je, že rýchlosť tvorby filmu je pomalá. Napríklad vrstva vyžarujúca svetlo sulfidu zinočnatého (ZnS) používaná na výrobu nanoštruktúrovaných izolátorov (Al2O3/TiO2) a tenkovrstvových elektroluminiscenčných displejov (TFEL).
Nanášanie atómovej vrstvy (ALD) je proces vákuového nanášania, ktorý vytvára tenký film na povrchu substrátu vrstvu po vrstve vo forme jednej atómovej vrstvy. Už v roku 1974 fínsky materiálový fyzik Tuomo Suntola vyvinul túto technológiu a získal ocenenie Millennium Technology Award v hodnote 1 milión eur. Technológia ALD sa pôvodne používala pre ploché elektroluminiscenčné displeje, ale nebola široko používaná. Až začiatkom 21. storočia sa technológia ALD začala presadzovať v polovodičovom priemysle. Výrobou ultratenkých vysoko dielektrických materiálov, ktoré nahrádzajú tradičný oxid kremičitý, úspešne vyriešil problém zvodového prúdu spôsobený zmenšením šírky čiary tranzistorov s efektom poľa, čo podnietilo Moorov zákon k ďalšiemu vývoju smerom k menším šírkam čiar. Dr. Tuomo Suntola raz povedal, že ALD môže výrazne zvýšiť integračnú hustotu komponentov.
Verejné údaje ukazujú, že technológiu ALD vynašiel Dr. Tuomo Suntola z PICOSUN vo Fínsku v roku 1974 a bola industrializovaná v zahraničí, ako napríklad vysoko dielektrický film v 45/32 nanometrovom čipe vyvinutý spoločnosťou Intel. V Číne zaviedla moja krajina technológiu ALD o viac ako 30 rokov neskôr ako zahraničné krajiny. V októbri 2010 usporiadali PICOSUN vo Fínsku a Fudan University prvé domáce akademické výmenné stretnutie ALD, ktoré po prvýkrát predstavilo technológiu ALD v Číne.
V porovnaní s tradičným chemickým nanášaním pár (CVD) a fyzikálne nanášanie pár (PVD), výhody ALD sú vynikajúca trojrozmerná konformita, veľkoplošná rovnomernosť filmu a presná kontrola hrúbky, ktoré sú vhodné na pestovanie ultratenkých filmov na zložitých tvaroch povrchov a štruktúrach s vysokým pomerom strán.
—Zdroj údajov: Platforma mikro-nano spracovania Univerzity Tsinghua—
V post-Mooreovej ére sa zložitosť a objem procesu výroby doštičiek výrazne zlepšili. Ak vezmeme ako príklad logické čipy, s nárastom počtu výrobných liniek s procesmi pod 45 nm, najmä výrobných liniek s procesmi 28 nm a menej, sú požiadavky na hrúbku povlaku a presnú kontrolu vyššie. Po zavedení technológie viacnásobnej expozície sa počet krokov procesu ALD a potrebných zariadení výrazne zvýšil; v oblasti pamäťových čipov sa hlavný výrobný proces vyvinul z 2D NAND na 3D NAND štruktúru, počet vnútorných vrstiev sa neustále zvyšoval a komponenty postupne predstavovali štruktúry s vysokou hustotou, vysokým pomerom strán a dôležitú úlohu ALD sa začala objavovať. Z pohľadu budúceho vývoja polovodičov bude v post-Moorovej ére hrať čoraz dôležitejšiu úlohu technológia ALD.
Napríklad ALD je jediná technológia nanášania, ktorá dokáže splniť požiadavky na pokrytie a filmový výkon zložitých 3D skladaných štruktúr (ako je 3D-NAND). To je možné jasne vidieť na obrázku nižšie. Film uložený v CVD A (modrý) úplne nepokrýva spodnú časť štruktúry; aj keď sa vykonajú určité úpravy procesu na CVD (CVD B), aby sa dosiahlo pokrytie, výkonnosť filmu a chemické zloženie spodnej časti sú veľmi slabé (biela oblasť na obrázku); naproti tomu použitie technológie ALD vykazuje úplné pokrytie filmom a vo všetkých oblastiach konštrukcie sa dosahujú vysokokvalitné a jednotné vlastnosti filmu.
—-Obrázok Výhody technológie ALD v porovnaní s CVD (Zdroj: ASM)—-
Hoci CVD stále zaberá z krátkodobého hľadiska najväčší podiel na trhu, ALD sa stala jednou z najrýchlejšie rastúcich častí trhu zariadení na výrobu plátkov. Na tomto trhu ALD s veľkým potenciálom rastu a kľúčovou úlohou vo výrobe čipov je ASM vedúcou spoločnosťou v oblasti zariadení ALD.
Čas odoslania: 12. júna 2024