సన్నని ఫిల్మ్ డిపాజిషన్ పరికరాల విశ్లేషణ – PECVD/LPCVD/ALD పరికరాల సూత్రాలు మరియు అప్లికేషన్లు

సెమీకండక్టర్ యొక్క ప్రధాన సబ్‌స్ట్రేట్ మెటీరియల్‌పై ఫిల్మ్ పొరను పూయడం సన్నని ఫిల్మ్ డిపాజిషన్. ఈ ఫిల్మ్‌ను ఇన్సులేటింగ్ కాంపౌండ్ సిలికాన్ డయాక్సైడ్, సెమీకండక్టర్ పాలిసిలికాన్, మెటల్ కాపర్ మొదలైన వివిధ పదార్థాలతో తయారు చేయవచ్చు. పూత కోసం ఉపయోగించే పరికరాలను థిన్ ఫిల్మ్ డిపాజిషన్ ఎక్విప్‌మెంట్ అంటారు.

సెమీకండక్టర్ చిప్ తయారీ ప్రక్రియ యొక్క కోణం నుండి, ఇది ఫ్రంట్-ఎండ్ ప్రక్రియలో ఉంది.

ఫిల్మ్ ఫార్మింగ్ పద్ధతి ప్రకారం సన్నని ఫిల్మ్ తయారీ ప్రక్రియను రెండు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు: భౌతిక ఆవిరి నిక్షేపణ (PVD) మరియు రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ(CVD), వీటిలో CVD ప్రాసెస్ పరికరాలు అధిక నిష్పత్తిలో ఉన్నాయి.

భౌతిక ఆవిరి నిక్షేపణ (PVD) అనేది పదార్థ మూలం యొక్క ఉపరితలం యొక్క బాష్పీభవనాన్ని సూచిస్తుంది మరియు బాష్పీభవనం, స్పుట్టరింగ్, అయాన్ పుంజం మొదలైనవాటితో సహా తక్కువ-పీడన వాయువు/ప్లాస్మా ద్వారా ఉపరితల ఉపరితలంపై నిక్షేపణను సూచిస్తుంది.

రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD) గ్యాస్ మిశ్రమం యొక్క రసాయన ప్రతిచర్య ద్వారా సిలికాన్ పొర యొక్క ఉపరితలంపై ఘన చలనచిత్రాన్ని జమ చేసే ప్రక్రియను సూచిస్తుంది. ప్రతిచర్య పరిస్థితుల ప్రకారం (పీడనం, పూర్వగామి), ఇది వాతావరణ పీడనంగా విభజించబడిందిCVD(APCVD), అల్పపీడనంCVD(LPCVD), ప్లాస్మా మెరుగుపరచబడిన CVD (PECVD), అధిక సాంద్రత కలిగిన ప్లాస్మా CVD (HDPCVD) మరియు అటామిక్ లేయర్ డిపాజిషన్ (ALD).

LPCVD: LPCVD మెరుగైన స్టెప్ కవరేజ్ సామర్థ్యం, ​​మంచి కూర్పు మరియు నిర్మాణ నియంత్రణ, అధిక నిక్షేపణ రేటు మరియు అవుట్‌పుట్ కలిగి ఉంది మరియు కణ కాలుష్యం యొక్క మూలాన్ని బాగా తగ్గిస్తుంది. ప్రతిచర్యను నిర్వహించడానికి ఉష్ణ మూలంగా తాపన పరికరాలపై ఆధారపడటం, ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ మరియు వాయువు పీడనం చాలా ముఖ్యమైనవి. TopCon కణాల పాలీ లేయర్ తయారీలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

PECVD: సన్నని ఫిల్మ్ డిపాజిషన్ ప్రక్రియలో తక్కువ ఉష్ణోగ్రత (450 డిగ్రీల కంటే తక్కువ) సాధించడానికి రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ ఇండక్షన్ ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే ప్లాస్మాపై PECVD ఆధారపడుతుంది. తక్కువ ఉష్ణోగ్రత నిక్షేపణ దాని ప్రధాన ప్రయోజనం, తద్వారా శక్తిని ఆదా చేయడం, ఖర్చులు తగ్గించడం, ఉత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని పెంచడం మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత వల్ల కలిగే సిలికాన్ పొరలలో మైనారిటీ క్యారియర్‌ల జీవితకాల క్షీణతను తగ్గించడం. ఇది PERC, TOPCON మరియు HJT వంటి వివిధ కణాల ప్రక్రియలకు వర్తించవచ్చు.

ALD: మంచి ఫిల్మ్ ఏకరూపత, దట్టమైన మరియు రంధ్రాలు లేకుండా, మంచి స్టెప్ కవరేజ్ లక్షణాలు, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత (గది ఉష్ణోగ్రత-400℃) వద్ద నిర్వహించబడతాయి, ఫిల్మ్ మందాన్ని సరళంగా మరియు ఖచ్చితంగా నియంత్రించవచ్చు, వివిధ ఆకృతుల ఉపరితలాలకు విస్తృతంగా వర్తిస్తుంది మరియు ప్రతిచర్య ప్రవాహం యొక్క ఏకరూపతను నియంత్రించాల్సిన అవసరం లేదు. కానీ ప్రతికూలత ఏమిటంటే, సినిమా నిర్మాణం వేగం నెమ్మదిగా ఉంది. నానోస్ట్రక్చర్డ్ ఇన్సులేటర్లు (Al2O3/TiO2) మరియు థిన్-ఫిల్మ్ ఎలక్ట్రోల్యూమినిసెంట్ డిస్‌ప్లేలు (TFEL) ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించే జింక్ సల్ఫైడ్ (ZnS) కాంతి-ఉద్గార పొర వంటివి.

అటామిక్ లేయర్ డిపాజిషన్ (ALD) అనేది వాక్యూమ్ పూత ప్రక్రియ, ఇది ఒకే అణు పొర రూపంలో పొర ద్వారా ఉపరితల పొర యొక్క ఉపరితలంపై సన్నని చలనచిత్రాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. 1974లోనే, ఫిన్నిష్ మెటీరియల్ ఫిజిసిస్ట్ టుమో సుంటోలా ఈ సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేసి 1 మిలియన్ యూరో మిలీనియం టెక్నాలజీ అవార్డును గెలుచుకున్నారు. ALD సాంకేతికత వాస్తవానికి ఫ్లాట్-ప్యానెల్ ఎలక్ట్రోల్యూమినిసెంట్ డిస్‌ప్లేల కోసం ఉపయోగించబడింది, అయితే ఇది విస్తృతంగా ఉపయోగించబడలేదు. 21వ శతాబ్దం ప్రారంభం వరకు ALD సాంకేతికతను సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ స్వీకరించడం ప్రారంభించింది. సాంప్రదాయ సిలికాన్ ఆక్సైడ్ స్థానంలో అల్ట్రా-సన్నని అధిక-విద్యుత్విద్యుత్ పదార్థాలను తయారు చేయడం ద్వారా, ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్‌ల లైన్ వెడల్పును తగ్గించడం వల్ల ఏర్పడిన లీకేజ్ కరెంట్ సమస్యను ఇది విజయవంతంగా పరిష్కరించింది, ఇది చిన్న లైన్ వెడల్పుల వైపు మరింత అభివృద్ధి చెందడానికి మూర్ యొక్క చట్టాన్ని ప్రేరేపించింది. డాక్టర్ Tuomo Suntola ఒకసారి ALD భాగాలు ఏకీకరణ సాంద్రతను గణనీయంగా పెంచుతుందని చెప్పారు.

ALD సాంకేతికతను 1974లో ఫిన్‌లాండ్‌లోని PICOSUNకు చెందిన డాక్టర్ టుమో సుంటోలా కనుగొన్నారని మరియు ఇంటెల్ అభివృద్ధి చేసిన 45/32 నానోమీటర్ చిప్‌లోని హై డైలెక్ట్రిక్ ఫిల్మ్ వంటి విదేశాల్లో పారిశ్రామికీకరించబడిందని పబ్లిక్ డేటా చూపిస్తుంది. చైనాలో, నా దేశం విదేశీ దేశాల కంటే 30 సంవత్సరాల తరువాత ALD సాంకేతికతను పరిచయం చేసింది. అక్టోబరు 2010లో, ఫిన్లాండ్‌లోని PICOSUN మరియు ఫుడాన్ విశ్వవిద్యాలయం మొదటి దేశీయ ALD విద్యా మార్పిడి సమావేశాన్ని నిర్వహించాయి, ALD సాంకేతికతను చైనాకు మొదటిసారిగా పరిచయం చేసింది.
సాంప్రదాయ రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణతో పోలిస్తే (CVD) మరియు భౌతిక ఆవిరి నిక్షేపణ (PVD), ALD యొక్క ప్రయోజనాలు అద్భుతమైన త్రీ-డైమెన్షనల్ కన్ఫార్మాలిటీ, పెద్ద-ఏరియా ఫిల్మ్ ఏకరూపత మరియు ఖచ్చితమైన మందం నియంత్రణ, ఇవి సంక్లిష్ట ఉపరితల ఆకారాలు మరియు అధిక కారక నిష్పత్తి నిర్మాణాలపై అల్ట్రా-సన్నని ఫిల్మ్‌లను పెంచడానికి అనుకూలంగా ఉంటాయి.

—డేటా మూలం: సింఘువా విశ్వవిద్యాలయం యొక్క మైక్రో-నానో ప్రాసెసింగ్ ప్లాట్‌ఫాం—

మూర్ అనంతర కాలంలో, పొరల తయారీ సంక్లిష్టత మరియు ప్రక్రియ పరిమాణం బాగా మెరుగుపడింది. లాజిక్ చిప్‌లను ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, 45nm కంటే తక్కువ ప్రాసెస్‌లతో ఉత్పత్తి లైన్ల సంఖ్య పెరగడంతో, ముఖ్యంగా 28nm మరియు అంతకంటే తక్కువ ప్రక్రియలతో ఉత్పత్తి లైన్‌లు, పూత మందం మరియు ఖచ్చితత్వ నియంత్రణ కోసం అవసరాలు ఎక్కువగా ఉంటాయి. మల్టిపుల్ ఎక్స్‌పోజర్ టెక్నాలజీని ప్రవేశపెట్టిన తర్వాత, ALD ప్రక్రియ దశలు మరియు అవసరమైన పరికరాల సంఖ్య గణనీయంగా పెరిగింది; మెమరీ చిప్‌ల రంగంలో, ప్రధాన స్రవంతి తయారీ ప్రక్రియ 2D NAND నుండి 3D NAND నిర్మాణానికి అభివృద్ధి చెందింది, అంతర్గత పొరల సంఖ్య పెరుగుతూనే ఉంది మరియు భాగాలు క్రమంగా అధిక-సాంద్రత, అధిక కారక నిష్పత్తి నిర్మాణాలు మరియు ముఖ్యమైన పాత్రను అందించాయి. ALD ఉద్భవించడం ప్రారంభించింది. సెమీకండక్టర్ల భవిష్యత్తు అభివృద్ధి కోణం నుండి, మూర్ అనంతర కాలంలో ALD సాంకేతికత చాలా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది.

ఉదాహరణకు, సంక్లిష్టమైన 3D పేర్చబడిన నిర్మాణాల (3D-NAND వంటివి) కవరేజ్ మరియు ఫిల్మ్ పనితీరు అవసరాలను తీర్చగల ఏకైక డిపాజిషన్ టెక్నాలజీ ALD. ఇది క్రింది చిత్రంలో స్పష్టంగా చూడవచ్చు. CVD A (నీలం)లో నిక్షిప్తం చేయబడిన చలనచిత్రం నిర్మాణం యొక్క దిగువ భాగాన్ని పూర్తిగా కవర్ చేయదు; కవరేజీని సాధించడానికి CVD (CVD B)కి కొన్ని ప్రక్రియ సర్దుబాట్లు చేసినప్పటికీ, దిగువ ప్రాంతం యొక్క చలనచిత్ర పనితీరు మరియు రసాయన కూర్పు చాలా తక్కువగా ఉంటుంది (చిత్రంలో తెల్లటి ప్రాంతం); దీనికి విరుద్ధంగా, ALD సాంకేతికత యొక్క ఉపయోగం పూర్తి ఫిల్మ్ కవరేజీని చూపుతుంది మరియు నిర్మాణం యొక్క అన్ని రంగాలలో అధిక-నాణ్యత మరియు ఏకరీతి చలనచిత్ర లక్షణాలు సాధించబడతాయి.

—-CVDతో పోలిస్తే ALD సాంకేతికత యొక్క చిత్ర ప్రయోజనాలు (మూలం: ASM)—-

CVD ఇప్పటికీ స్వల్పకాలిక అతిపెద్ద మార్కెట్ వాటాను ఆక్రమించినప్పటికీ, ALD వేఫర్ ఫ్యాబ్ పరికరాల మార్కెట్‌లో వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న భాగాలలో ఒకటిగా మారింది. ఈ ALD మార్కెట్‌లో గొప్ప వృద్ధి సామర్థ్యం మరియు చిప్ తయారీలో కీలక పాత్ర, ASM ALD పరికరాల రంగంలో ప్రముఖ సంస్థ.