การสะสมของฟิล์มบางคือการเคลือบชั้นของฟิล์มบนวัสดุพื้นผิวหลักของเซมิคอนดักเตอร์ ฟิล์มนี้สามารถทำจากวัสดุต่างๆ เช่น ฉนวนสารประกอบซิลิคอนไดออกไซด์, สารกึ่งตัวนำโพลีซิลิคอน, โลหะทองแดง เป็นต้น อุปกรณ์ที่ใช้ในการเคลือบเรียกว่าอุปกรณ์การสะสมฟิล์มบาง
จากมุมมองของกระบวนการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ ชิปจะอยู่ในกระบวนการส่วนหน้า
กระบวนการเตรียมฟิล์มบางสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทตามวิธีการสร้างฟิล์ม: การสะสมไอทางกายภาพ (PVD) และการสะสมไอสารเคมี(ซีวีดี)ซึ่งอุปกรณ์ในกระบวนการ CVD มีสัดส่วนที่สูงกว่า
การสะสมไอทางกายภาพ (PVD) หมายถึงการกลายเป็นไอของพื้นผิวของแหล่งกำเนิดวัสดุและการสะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้นผ่านก๊าซ/พลาสมาความดันต่ำ ซึ่งรวมถึงการระเหย การสปัตเตอร์ ลำแสงไอออน ฯลฯ
การสะสมไอสารเคมี (ซีวีดี) หมายถึงกระบวนการสะสมฟิล์มแข็งบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผ่านปฏิกิริยาทางเคมีของส่วนผสมของก๊าซ ตามเงื่อนไขของปฏิกิริยา (ความดัน สารตั้งต้น) แบ่งออกเป็นความดันบรรยากาศซีวีดี(APCVD) ความดันต่ำซีวีดี(LPCVD), CVD ที่ได้รับการปรับปรุงด้วยพลาสมา (PECVD), CVD พลาสมาความหนาแน่นสูง (HDPCVD) และการสะสมของชั้นอะตอม (ALD)
LPCVD: LPCVD มีความสามารถในการครอบคลุมขั้นตอนที่ดีกว่า มีการควบคุมองค์ประกอบและโครงสร้างที่ดี อัตราการสะสมและเอาต์พุตสูง และลดแหล่งกำเนิดมลพิษของอนุภาคได้อย่างมาก การใช้อุปกรณ์ทำความร้อนเป็นแหล่งความร้อนเพื่อรักษาปฏิกิริยา การควบคุมอุณหภูมิ และแรงดันแก๊สถือเป็นสิ่งสำคัญมาก ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชั้นโพลีของเซลล์ TopCon
PECVD: PECVD อาศัยพลาสมาที่สร้างขึ้นโดยการเหนี่ยวนำความถี่วิทยุเพื่อให้ได้อุณหภูมิต่ำ (น้อยกว่า 450 องศา) ของกระบวนการสะสมฟิล์มบาง การสะสมที่อุณหภูมิต่ำเป็นข้อได้เปรียบหลัก ซึ่งช่วยประหยัดพลังงาน ลดต้นทุน เพิ่มกำลังการผลิต และลดการสลายตัวตลอดอายุการใช้งานของพาหะส่วนน้อยในเวเฟอร์ซิลิคอนที่เกิดจากอุณหภูมิสูง สามารถนำไปใช้กับกระบวนการของเซลล์ต่างๆ เช่น PERC, TOPCON และ HJT
ALD: ฟิล์มมีความสม่ำเสมอที่ดี หนาแน่นและไม่มีรู ลักษณะการครอบคลุมขั้นที่ดี สามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิต่ำ (อุณหภูมิห้อง-400°C) สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มได้อย่างง่ายดายและแม่นยำ ใช้ได้กับพื้นผิวที่มีรูปร่างแตกต่างกันอย่างกว้างขวาง และ ไม่จำเป็นต้องควบคุมความสม่ำเสมอของการไหลของสารตั้งต้น แต่ข้อเสียคือความเร็วในการสร้างฟิล์มช้า เช่น ชั้นเปล่งแสงซิงค์ซัลไฟด์ (ZnS) ที่ใช้ในการผลิตฉนวนที่มีโครงสร้างนาโน (Al2O3/TiO2) และจอแสดงผลอิเล็กโตรลูมิเนสเซนต์แบบฟิล์มบาง (TFEL)
การตกสะสมของชั้นอะตอมมิก (ALD) เป็นกระบวนการเคลือบสูญญากาศที่สร้างฟิล์มบาง ๆ บนพื้นผิวของชั้นซับสเตรตทีละชั้นในรูปแบบของชั้นอะตอมเดี่ยว ในช่วงต้นปี 1974 นักฟิสิกส์วัสดุชาวฟินแลนด์ Tuomo Suntola ได้พัฒนาเทคโนโลยีนี้และได้รับรางวัล Millennium Technology Award มูลค่า 1 ล้านยูโร เดิมทีเทคโนโลยี ALD ใช้สำหรับจอแสดงผลแบบใช้ไฟฟ้าเรืองแสงแบบจอแบน แต่ยังไม่มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 21 เทคโนโลยี ALD ก็เริ่มถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ด้วยการผลิตวัสดุที่มีความเป็นฉนวนสูงบางเฉียบเพื่อทดแทนซิลิคอนออกไซด์แบบเดิม จึงสามารถแก้ไขปัญหากระแสไฟรั่วที่เกิดจากการลดความกว้างของเส้นของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามได้สำเร็จ ส่งผลให้กฎของมัวร์พัฒนาไปสู่ความกว้างของเส้นที่เล็กลง ดร. Tuomo Suntola เคยกล่าวไว้ว่า ALD สามารถเพิ่มความหนาแน่นของการบูรณาการส่วนประกอบได้อย่างมาก
ข้อมูลสาธารณะแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี ALD ถูกคิดค้นโดย Dr. Tuomo Suntola จาก PICOSUN ในฟินแลนด์ในปี 1974 และได้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมในต่างประเทศ เช่น ฟิล์มอิเล็กทริกสูงในชิป 45/32 นาโนเมตรที่พัฒนาโดย Intel ในประเทศจีน ประเทศของฉันเปิดตัวเทคโนโลยี ALD ช้ากว่าต่างประเทศมากกว่า 30 ปี ในเดือนตุลาคม 2010 PICOSUN ในฟินแลนด์และมหาวิทยาลัย Fudan เป็นเจ้าภาพการประชุมแลกเปลี่ยนทางวิชาการในประเทศครั้งแรกของ ALD โดยนำเทคโนโลยี ALD มาสู่ประเทศจีนเป็นครั้งแรก
เมื่อเปรียบเทียบกับการสะสมไอสารเคมีแบบดั้งเดิม (ซีวีดี) และการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) ข้อดีของ ALD คือความสอดคล้องสามมิติที่ยอดเยี่ยม ความสม่ำเสมอของฟิล์มในพื้นที่ขนาดใหญ่ และการควบคุมความหนาที่แม่นยำ ซึ่งเหมาะสำหรับการปลูกฟิล์มบางพิเศษบนรูปร่างพื้นผิวที่ซับซ้อนและโครงสร้างอัตราส่วนกว้างยาวสูง
—แหล่งข้อมูล: แพลตฟอร์มการประมวลผลไมโครนาโนของมหาวิทยาลัยชิงหัว—
ในยุคหลังมัวร์ ความซับซ้อนและปริมาณกระบวนการผลิตของการผลิตแผ่นเวเฟอร์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ยกตัวอย่างชิปตรรกะ เมื่อจำนวนสายการผลิตที่มีกระบวนการต่ำกว่า 45 นาโนเมตรเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะสายการผลิตที่มีกระบวนการ 28 นาโนเมตรและต่ำกว่า ข้อกำหนดสำหรับความหนาของการเคลือบและการควบคุมความแม่นยำจึงสูงขึ้น หลังจากการเปิดตัวเทคโนโลยีการสัมผัสหลายครั้ง จำนวนขั้นตอนกระบวนการ ALD และอุปกรณ์ที่จำเป็นเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในด้านชิปหน่วยความจำ กระบวนการผลิตกระแสหลักได้พัฒนาจากโครงสร้าง 2D NAND ไปเป็น 3D NAND จำนวนเลเยอร์ภายในเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และส่วนประกอบต่างๆ ก็ค่อยๆ นำเสนอโครงสร้างที่มีความหนาแน่นสูง อัตราส่วนภาพสูง และมีบทบาทสำคัญ ของ ALD เริ่มปรากฏให้เห็นแล้ว จากมุมมองของการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ในอนาคต เทคโนโลยี ALD จะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในยุคหลังมัวร์
ตัวอย่างเช่น ALD เป็นเทคโนโลยีการสะสมเพียงชนิดเดียวที่สามารถตอบสนองความต้องการความครอบคลุมและประสิทธิภาพของฟิล์มของโครงสร้าง 3D Stacked ที่ซับซ้อน (เช่น 3D-NAND) ดังที่เห็นได้ชัดเจนในรูปด้านล่าง ฟิล์มที่สะสมอยู่ใน CVD A (สีน้ำเงิน) ไม่ได้ครอบคลุมส่วนล่างของโครงสร้างทั้งหมด แม้ว่าจะมีการปรับเปลี่ยนกระบวนการบางอย่างกับ CVD (CVD B) เพื่อให้ครอบคลุม แต่ประสิทธิภาพของฟิล์มและองค์ประกอบทางเคมีของพื้นที่ด้านล่างยังแย่มาก (พื้นที่สีขาวในภาพ) ในทางตรงกันข้าม การใช้เทคโนโลยี ALD แสดงให้เห็นการครอบคลุมของฟิล์มอย่างสมบูรณ์ และได้คุณสมบัติของฟิล์มคุณภาพสูงและสม่ำเสมอในทุกพื้นที่ของโครงสร้าง
—-รูปภาพข้อดีของเทคโนโลยี ALD เมื่อเทียบกับ CVD (ที่มา: ASM)—-
แม้ว่า CVD จะยังคงครองส่วนแบ่งการตลาดที่ใหญ่ที่สุดในระยะสั้น แต่ ALD ก็กลายเป็นหนึ่งในส่วนที่เติบโตเร็วที่สุดของตลาดอุปกรณ์การผลิตเวเฟอร์ ในตลาด ALD ที่มีศักยภาพในการเติบโตสูงและมีบทบาทสำคัญในการผลิตชิป ASM เป็นบริษัทชั้นนำในด้านอุปกรณ์ ALD
เวลาโพสต์: 12 มิ.ย.-2024