Осадження тонкої плівки полягає в нанесенні шару плівки на основний матеріал підкладки напівпровідника. Ця плівка може бути виготовлена з різних матеріалів, таких як ізоляційна сполука діоксид кремнію, напівпровідниковий полікремній, металева мідь тощо. Обладнання, що використовується для покриття, називається обладнанням для нанесення тонкої плівки.
З точки зору процесу виробництва напівпровідникових мікросхем, він розташований у передньому процесі.
Процес підготовки тонкої плівки можна розділити на дві категорії відповідно до методу формування плівки: фізичне осадження з парової фази (PVD) і хімічне осадження з парової фази.(ССЗ), серед яких технологічне обладнання CVD займає вищу частку.
Фізичне осадження з парової фази (PVD) стосується випаровування поверхні джерела матеріалу та осадження на поверхні підкладки за допомогою газу/плазми низького тиску, включаючи випаровування, розпилення, іонний промінь тощо;
Хімічне осадження з парової фази (ССЗ) відноситься до процесу осадження твердої плівки на поверхні кремнієвої пластини за допомогою хімічної реакції газової суміші. За умовами реакції (тиск, прекурсор) поділяють на атмосферний тискССЗ(APCVD), низький тискССЗ(LPCVD), CVD з посиленням плазми (PECVD), CVD плазми високої щільності (HDPCVD) і осадження атомного шару (ALD).
LPCVD: LPCVD має кращу здатність охоплення кроків, хороший контроль складу та структури, високу швидкість осадження та продуктивність, а також значно зменшує джерело забруднення частинками. Покладаючись на нагрівальне обладнання як джерело тепла для підтримки реакції, контроль температури та тиск газу є дуже важливим. Широко використовується у виробництві шару Poly клітин TopCon.
PECVD: PECVD покладається на плазму, створювану за допомогою радіочастотної індукції, для досягнення низької температури (менше 450 градусів) процесу осадження тонкої плівки. Низькотемпературне осадження є його основною перевагою, завдяки чому економиться енергія, знижуються витрати, збільшуються виробничі потужності та скорочується термін служби неосновних носіїв у кремнієвих пластинах, викликаний високою температурою. Його можна застосовувати до процесів різних комірок, таких як PERC, TOPCON і HJT.
ALD: Хороша рівномірність плівки, щільна та без отворів, хороші характеристики покрокового покриття, можна виконувати при низькій температурі (кімнатна температура-400 ℃), можна просто та точно контролювати товщину плівки, широко застосовується до підкладок різної форми та не потрібно контролювати рівномірність потоку реагентів. Але недоліком є низька швидкість формування плівки. Такий як світловипромінюючий шар сульфіду цинку (ZnS), який використовується для виробництва наноструктурованих ізоляторів (Al2O3/TiO2) і тонкоплівкових електролюмінесцентних дисплеїв (TFEL).
Атомне шарове осадження (ALD) — це процес нанесення покриття у вакуумі, який шар за шаром утворює тонку плівку на поверхні підкладки у вигляді одного атомарного шару. Ще в 1974 році фінський фізик-матеріалист Туомо Сунтола розробив цю технологію та виграв премію Millennium Technology Award у розмірі 1 мільйон євро. Технологія ALD спочатку використовувалася для плоских електролюмінесцентних дисплеїв, але вона не знайшла широкого поширення. Лише на початку 21 століття технологія ALD почала використовуватися напівпровідниковою промисловістю. Виготовляючи надтонкі високодіелектричні матеріали для заміни традиційного оксиду кремнію, він успішно вирішив проблему струму витоку, спричинену зменшенням ширини лінії польових транзисторів, що спонукало закон Мура до подальшого розвитку в напрямку меншої ширини лінії. Доктор Туомо Сунтола якось сказав, що ALD може значно збільшити щільність інтеграції компонентів.
Загальнодоступні дані показують, що технологія ALD була винайдена доктором Туомо Сунтолою з PICOSUN у Фінляндії в 1974 році та була індустріалізована за кордоном, як-от плівка з високим діелектричним коефіцієнтом у чіпі 45/32 нанометрів, розробленому Intel. У Китаї моя країна запровадила технологію ALD більш ніж на 30 років пізніше, ніж інші країни. У жовтні 2010 року PICOSUN у Фінляндії та Університет Фудань організували першу національну зустріч з академічних обмінів ALD, яка вперше представила технологію ALD Китаю.
У порівнянні з традиційним хімічним осадженням з парової фази (ССЗ) і фізичного осадження з парової фази (PVD), переваги ALD полягають у чудовій тривимірній конформності, однорідності плівки на великій площі та точному контролі товщини, що підходить для вирощування надтонких плівок на поверхнях складної форми та структурах з високим співвідношенням сторін.
— Джерело даних: платформа мікронанообробки Університету Цінхуа —
В епоху після Мура складність і обсяг процесу виробництва пластин значно покращилися. Взявши як приклад логічні мікросхеми, зі збільшенням кількості виробничих ліній з процесами нижче 45 нм, особливо виробничих ліній з процесами 28 нм і нижче, вимоги до товщини покриття та контролю точності вищі. Після впровадження технології багаторазового опромінення кількість етапів процесу ALD та необхідного обладнання значно зросла; у сфері чіпів пам’яті основний виробничий процес змінився від структури 2D NAND до 3D NAND, кількість внутрішніх шарів продовжує збільшуватися, а компоненти поступово представляють структури високої щільності з високим співвідношенням сторін, і важлива роль ALD почав з'являтися. З точки зору майбутнього розвитку напівпровідників, технологія ALD відіграватиме все більш важливу роль в епоху після Мура.
Наприклад, ALD є єдиною технологією осадження, яка може задовольнити вимоги щодо покриття та продуктивності плівки складних 3D-структур (таких як 3D-NAND). Це можна яскраво побачити на малюнку нижче. Плівка, нанесена в CVD A (синя), не покриває повністю нижню частину структури; навіть якщо деякі коригування процесу вносяться до CVD (CVD B) для досягнення покриття, характеристики плівки та хімічний склад нижньої частини дуже погані (біла область на малюнку); навпаки, використання технології ALD показує повне покриття плівкою, а також досягаються високоякісні та однорідні властивості плівки у всіх зонах конструкції.
—-Переваги технології ALD порівняно з CVD (Джерело: ASM)—-
Хоча CVD все ще займає найбільшу частку ринку в короткостроковій перспективі, ALD став однією з найшвидше зростаючих частин ринку обладнання для виготовлення пластин. На цьому ринку ALD з великим потенціалом зростання та ключовою роллю у виробництві мікросхем ASM є провідною компанією в галузі обладнання ALD.
Час публікації: 12 червня 2024 р