Nanos tankega filma je nanos plasti filma na glavni substratni material polprevodnika. Ta film je lahko izdelan iz različnih materialov, kot je izolacijska spojina silicijev dioksid, polprevodniški polisilicij, kovinski baker itd. Oprema, ki se uporablja za nanašanje prevleke, se imenuje oprema za nanašanje tankega filma.
Z vidika procesa izdelave polprevodniških čipov se nahaja v procesu front-end.
Postopek priprave tankega filma lahko razdelimo v dve kategoriji glede na metodo oblikovanja filma: fizično naparjevanje (PVD) in kemično naparjevanje.(KVB), med katerimi ima večji delež CVD procesna oprema.
Fizično naparjevanje (PVD) se nanaša na uparjanje površine vira materiala in nanašanje na površino podlage s plinom/plazmo pod nizkim tlakom, vključno z izhlapevanjem, razprševanjem, ionskim žarkom itd.;
Kemično naparjanje (KVB) se nanaša na postopek nanosa trdnega filma na površino silicijeve rezine s kemično reakcijo mešanice plinov. Glede na reakcijske pogoje (tlak, prekurzor) ga delimo na atmosferski tlakKVB(APCVD), nizek tlakKVB(LPCVD), s plazmo izboljšano CVD (PECVD), CVD z visoko gostoto plazme (HDPCVD) in atomsko plastno odlaganje (ALD).
LPCVD: LPCVD ima boljšo zmožnost pokritosti korakov, dobro kontrolo sestave in strukture, visoko stopnjo usedanja in izhod ter močno zmanjša vir onesnaženja z delci. Zanašanje na opremo za ogrevanje kot vir toplote za vzdrževanje reakcije, nadzor temperature in tlak plina so zelo pomembni. Pogosto se uporablja pri proizvodnji poliplastnih celic TopCon.
PECVD: PECVD se opira na plazmo, ustvarjeno z radiofrekvenčno indukcijo, da doseže nizko temperaturo (manj kot 450 stopinj) postopka nanašanja tankega filma. Nizkotemperaturno nanašanje je njegova glavna prednost, s čimer prihrani energijo, zmanjša stroške, poveča proizvodno zmogljivost in zmanjša življenjsko dobo razpada manjšinskih nosilcev v silicijevih rezinah, ki jih povzroča visoka temperatura. Uporablja se lahko za procese različnih celic, kot so PERC, TOPCON in HJT.
ALD: Dobra enakomernost filma, gosta in brez lukenj, dobre lastnosti pokritosti korakov, lahko se izvaja pri nizki temperaturi (sobna temperatura-400 ℃), lahko preprosto in natančno nadzoruje debelino filma, je široko uporaben za podlage različnih oblik in ni treba nadzorovati enakomernosti pretoka reaktantov. Pomanjkljivost pa je, da je hitrost nastajanja filma počasna. Kot na primer svetlobna plast cinkovega sulfida (ZnS), ki se uporablja za izdelavo nanostrukturnih izolatorjev (Al2O3/TiO2) in tankoslojnih elektroluminiscenčnih zaslonov (TFEL).
Atomsko plastno nanašanje (ALD) je postopek vakuumskega nanašanja, ki tvori tanek film na površini substrata plast za plastjo v obliki ene same atomske plasti. Že leta 1974 je finski materialni fizik Tuomo Suntola razvil to tehnologijo in prejel 1 milijon evrov vredno nagrado Millennium Technology Award. Tehnologija ALD je bila prvotno uporabljena za ravne elektroluminiscenčne zaslone, vendar ni bila široko uporabljena. Šele v začetku 21. stoletja je polprevodniška industrija začela prevzemati tehnologijo ALD. S proizvodnjo ultratankih materialov z visokim dielektrikom za zamenjavo tradicionalnega silicijevega oksida je uspešno rešil problem uhajanja toka, ki ga je povzročilo zmanjšanje širine črte tranzistorjev z efektom polja, kar je spodbudilo Moorov zakon k nadaljnjemu razvoju v smeri manjših širin črt. Dr. Tuomo Suntola je nekoč dejal, da lahko ALD znatno poveča gostoto integracije komponent.
Javni podatki kažejo, da je tehnologijo ALD izumil dr. Tuomo Suntola iz PICOSUN na Finskem leta 1974 in je bila industrializirana v tujini, kot je film z visoko dielektričnostjo v 45/32 nanometrskem čipu, ki ga je razvil Intel. Na Kitajskem je moja država uvedla tehnologijo ALD več kot 30 let pozneje kot tuje države. Oktobra 2010 sta PICOSUN na Finskem in univerza Fudan gostila prvo domače srečanje akademske izmenjave ALD, ki je prvič predstavilo tehnologijo ALD na Kitajskem.
V primerjavi s tradicionalnim nanašanjem s kemično paro (KVB) in fizičnega naparjevanja (PVD) so prednosti ALD odlična tridimenzionalna konformalnost, enakomernost filma velike površine in natančen nadzor debeline, ki so primerni za gojenje ultratankih filmov na kompleksnih površinskih oblikah in strukturah z visokim razmerjem stranic.
—Vir podatkov: Mikro-nano procesna platforma Univerze Tsinghua—
V obdobju po Mooru sta se kompleksnost in obseg postopka proizvodnje rezin močno izboljšala. Če za primer vzamemo logične čipe, so s povečanjem števila proizvodnih linij s procesi pod 45 nm, zlasti proizvodnih linij s procesi 28 nm in manj, višje zahteve glede debeline prevleke in nadzora natančnosti. Po uvedbi tehnologije večkratne izpostavljenosti se je število procesnih korakov ALD in potrebne opreme znatno povečalo; na področju pomnilniških čipov se je glavni proizvodni proces razvil iz 2D NAND v 3D NAND strukturo, število notranjih plasti se je še naprej povečevalo, komponente pa so postopoma predstavljale strukture visoke gostote z visokim razmerjem stranic in pomembno vlogo ALD se je začela pojavljati. Z vidika prihodnjega razvoja polprevodnikov bo imela tehnologija ALD v obdobju po Mooru vse pomembnejšo vlogo.
Na primer, ALD je edina tehnologija nanašanja, ki lahko izpolni zahteve glede pokritosti in učinkovitosti filma za kompleksne 3D-zložene strukture (kot je 3D-NAND). To je nazorno razvidno iz spodnje slike. Film, odložen v CVD A (moder), ne prekriva popolnoma spodnjega dela strukture; tudi če se izvede nekaj prilagoditev postopka za CVD (CVD B), da se doseže pokritost, sta učinkovitost filma in kemična sestava spodnjega dela zelo slaba (belo območje na sliki); nasprotno pa uporaba tehnologije ALD kaže popolno pokritost s filmom, visokokakovostne in enakomerne lastnosti filma pa so dosežene na vseh področjih strukture.
—-Picture Prednosti tehnologije ALD v primerjavi s CVD (Vir: ASM)—-
Čeprav CVD kratkoročno še vedno zavzema največji tržni delež, je ALD postal eden najhitreje rastočih delov trga opreme za proizvodnjo rezin. Na tem trgu ALD z velikim potencialom rasti in ključno vlogo pri proizvodnji čipov je ASM vodilno podjetje na področju opreme ALD.
Čas objave: jun-12-2024