Tunnfilmsavsättning är att belägga ett skikt av film på halvledarens huvudsakliga substratmaterial. Denna film kan vara gjord av olika material, såsom isolerande sammansatta kiseldioxid, halvledarpolykisel, metallkoppar, etc. Utrustningen som används för beläggning kallas tunnfilmsavsättningsutrustning.
Ur halvledarchiptillverkningsprocessens perspektiv ligger den i front-end-processen.
Processen för beredning av tunnfilm kan delas in i två kategorier enligt dess filmbildande metod: fysikalisk ångavsättning (PVD) och kemisk ångavsättning(CVD), bland vilka CVD-procesutrustning står för en högre andel.
Fysisk ångavsättning (PVD) hänvisar till förångningen av materialkällans yta och avsättning på ytan av substratet genom lågtrycksgas/plasma, inklusive förångning, förstoftning, jonstråle, etc.;
Kemisk ångavsättning (CVD) hänvisar till processen att avsätta en fast film på ytan av kiselskivan genom en kemisk reaktion av gasblandning. Beroende på reaktionsförhållandena (tryck, prekursor) delas den in i atmosfärstryckCVD(APCVD), lågtryckCVD(LPCVD), plasmaförstärkt CVD (PECVD), högdensitetsplasma-CVD (HDPCVD) och atomskiktsdeposition (ALD).
LPCVD: LPCVD har bättre stegtäckningsförmåga, bra sammansättning och strukturkontroll, hög avsättningshastighet och produktion och minskar källan till partikelföroreningar avsevärt. Att förlita sig på värmeutrustning som värmekälla för att upprätthålla reaktionen, temperaturkontroll och gastryck är mycket viktigt. Används i stor utsträckning vid tillverkning av polylager av TopCon-celler.
PECVD: PECVD förlitar sig på plasman som genereras av radiofrekvensinduktion för att uppnå låg temperatur (mindre än 450 grader) i tunnfilmsprocessen. Lågtemperaturavsättning är dess främsta fördel, vilket sparar energi, minskar kostnader, ökar produktionskapaciteten och minskar livslängden för minoritetsbärare i kiselskivor orsakade av hög temperatur. Det kan appliceras på processerna i olika celler som PERC, TOPCON och HJT.
ALD: Bra filmlikformighet, tät och utan hål, bra stegtäckningsegenskaper, kan utföras vid låg temperatur (rumstemperatur -400 ℃), kan enkelt och exakt kontrollera filmtjockleken, är allmänt användbar på substrat av olika former, och behöver inte kontrollera enhetligheten hos reaktantflödet. Men nackdelen är att filmbildningshastigheten är långsam. Såsom zinksulfid (ZnS) ljusemitterande skikt som används för att producera nanostrukturerade isolatorer (Al2O3/TiO2) och tunnfilmselektroluminiscerande displayer (TFEL).
Atomic layer deposition (ALD) är en vakuumbeläggningsprocess som bildar en tunn film på ytan av ett substrat lager för lager i form av ett enda atomlager. Redan 1974 utvecklade den finska materialfysikern Tuomo Suntola denna teknik och vann Millennium Technology Award på 1 miljon euro. ALD-teknik användes ursprungligen för platta elektroluminescerande skärmar, men den användes inte i stor utsträckning. Det var inte förrän i början av 2000-talet som ALD-tekniken började anammas av halvledarindustrin. Genom att tillverka ultratunna högdielektriska material för att ersätta traditionell kiseloxid, löste det framgångsrikt läckströmsproblemet orsakat av minskningen av linjebredden på fälteffekttransistorer, vilket fick Moores lag att vidareutvecklas mot mindre linjebredder. Dr. Tuomo Suntola sa en gång att ALD avsevärt kan öka integrationstätheten av komponenter.
Offentliga data visar att ALD-tekniken uppfanns av Dr. Tuomo Suntola från PICOSUN i Finland 1974 och har industrialiserats utomlands, såsom den höga dielektriska filmen i 45/32 nanometerchipet som utvecklats av Intel. I Kina introducerade mitt land ALD-teknik mer än 30 år senare än utlandet. I oktober 2010 var PICOSUN i Finland och Fudan University värdar för det första inhemska akademiska utbytesmötet för ALD, och introducerade ALD-teknik i Kina för första gången.
Jämfört med traditionell kemisk ångavsättning (CVD) och fysisk ångavsättning (PVD), fördelarna med ALD är utmärkt tredimensionell överensstämmelse, filmlikformighet med stor yta och exakt tjocklekskontroll, som är lämpliga för odling av ultratunna filmer på komplexa ytformer och strukturer med högt sidförhållande.
—Datakälla: Micro-nano processing platform of Tsinghua University—
Under tiden efter Moore har komplexiteten och processvolymen för wafertillverkning förbättrats avsevärt. Med logikchips som ett exempel, med ökningen av antalet produktionslinjer med processer under 45nm, speciellt produktionslinjerna med processer på 28nm och lägre, är kraven på beläggningstjocklek och precisionskontroll högre. Efter införandet av multipelexponeringsteknik har antalet ALD-processteg och utrustning som krävs ökat avsevärt; inom området minneschips har den vanliga tillverkningsprocessen utvecklats från 2D NAND till 3D NAND-struktur, antalet interna lager har fortsatt att öka och komponenterna har gradvis presenterat strukturer med hög densitet, högt bildförhållande och den viktiga rollen av ALD har börjat dyka upp. Ur perspektivet av den framtida utvecklingen av halvledare kommer ALD-tekniken att spela en allt viktigare roll i post-Moore-eran.
Till exempel är ALD den enda deponeringstekniken som kan uppfylla kraven på täckning och filmprestanda för komplexa 3D-staplade strukturer (som 3D-NAND). Detta kan tydligt ses i figuren nedan. Filmen avsatt i CVD A (blått) täcker inte helt den nedre delen av strukturen; även om vissa processjusteringar görs av CVD (CVD B) för att uppnå täckning, är filmens prestanda och kemiska sammansättning av bottenområdet mycket dålig (vitt område i figuren); Däremot visar användningen av ALD-teknik fullständig filmtäckning och högkvalitativa och enhetliga filmegenskaper uppnås i alla delar av strukturen.
—-Bild Fördelar med ALD-teknik jämfört med CVD (Källa: ASM)—-
Även om CVD fortfarande upptar den största marknadsandelen på kort sikt, har ALD blivit en av de snabbast växande delarna av marknaden för waferfab-utrustning. På denna ALD-marknad med stor tillväxtpotential och en nyckelroll inom chiptillverkning är ASM ett ledande företag inom området ALD-utrustning.
Posttid: 2024-jun-12