Lắng đọng màng mỏng là phủ một lớp màng lên vật liệu nền chính của chất bán dẫn. Màng này có thể được làm từ nhiều vật liệu khác nhau, chẳng hạn như hợp chất cách điện silicon dioxide, polysilicon bán dẫn, đồng kim loại, v.v. Thiết bị dùng để phủ được gọi là thiết bị lắng đọng màng mỏng.
Từ góc độ của quy trình sản xuất chip bán dẫn, nó nằm ở quy trình front-end.
Quá trình chuẩn bị màng mỏng có thể được chia thành hai loại theo phương pháp tạo màng: lắng đọng hơi vật lý (PVD) và lắng đọng hơi hóa học(CVD), trong đó thiết bị xử lý CVD chiếm tỷ trọng cao hơn.
Lắng đọng hơi vật lý (PVD) đề cập đến sự hóa hơi của bề mặt nguồn vật liệu và lắng đọng trên bề mặt chất nền thông qua khí/plasma áp suất thấp, bao gồm bay hơi, phún xạ, chùm ion, v.v.;
Sự lắng đọng hơi hóa học (CVD) đề cập đến quá trình lắng đọng một màng rắn trên bề mặt tấm wafer silicon thông qua phản ứng hóa học của hỗn hợp khí. Theo điều kiện phản ứng (áp suất, tiền chất), nó được chia thành áp suất khí quyểnCVD(APCVD), áp suất thấpCVD(LPCVD), CVD tăng cường huyết tương (PECVD), CVD huyết tương mật độ cao (HDPCVD) và lắng đọng lớp nguyên tử (ALD).
LPCVD: LPCVD có khả năng bao phủ bước tốt hơn, kiểm soát thành phần và cấu trúc tốt, tốc độ lắng đọng và sản lượng cao, đồng thời giảm đáng kể nguồn ô nhiễm hạt. Dựa vào thiết bị gia nhiệt làm nguồn nhiệt để duy trì phản ứng, việc kiểm soát nhiệt độ và áp suất khí là rất quan trọng. Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất lớp Poly của tế bào TopCon.
PECVD: PECVD dựa vào plasma được tạo ra bởi cảm ứng tần số vô tuyến để đạt được nhiệt độ thấp (dưới 450 độ) của quá trình lắng đọng màng mỏng. Sự lắng đọng ở nhiệt độ thấp là ưu điểm chính của nó, nhờ đó tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí, tăng năng lực sản xuất và giảm sự phân hủy tuổi thọ của các chất mang thiểu số trong tấm silicon do nhiệt độ cao gây ra. Nó có thể được áp dụng cho các quy trình của nhiều tế bào khác nhau như PERC, TOPCON và HJT.
ALD: Độ đồng đều màng tốt, dày đặc và không có lỗ, đặc tính che phủ bước tốt, có thể được thực hiện ở nhiệt độ thấp (nhiệt độ phòng-400oC), có thể kiểm soát độ dày màng một cách đơn giản và chính xác, được áp dụng rộng rãi cho các chất nền có hình dạng khác nhau, và không cần kiểm soát tính đồng nhất của dòng chất phản ứng. Nhưng nhược điểm là tốc độ tạo màng chậm. Chẳng hạn như lớp phát sáng kẽm sulfua (ZnS) được sử dụng để sản xuất chất cách điện có cấu trúc nano (Al2O3/TiO2) và màn hình điện phát quang màng mỏng (TFEL).
Lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) là một quá trình phủ chân không tạo thành một lớp màng mỏng trên bề mặt của lớp nền theo từng lớp dưới dạng một lớp nguyên tử. Ngay từ năm 1974, nhà vật lý vật liệu người Phần Lan Tuomo Suntola đã phát triển công nghệ này và giành được Giải thưởng Công nghệ Thiên niên kỷ trị giá 1 triệu euro. Công nghệ ALD ban đầu được sử dụng cho màn hình điện phát quang màn hình phẳng, nhưng nó không được sử dụng rộng rãi. Phải đến đầu thế kỷ 21, công nghệ ALD mới bắt đầu được ngành công nghiệp bán dẫn áp dụng. Bằng cách sản xuất vật liệu điện môi cao siêu mỏng để thay thế oxit silic truyền thống, công ty đã giải quyết thành công vấn đề dòng điện rò rỉ do giảm độ rộng đường truyền của bóng bán dẫn hiệu ứng trường, thúc đẩy Định luật Moore phát triển hơn nữa theo hướng có độ rộng đường nhỏ hơn. Tiến sĩ Tuomo Suntola từng nói rằng ALD có thể làm tăng đáng kể mật độ tích hợp của các thành phần.
Dữ liệu công khai cho thấy công nghệ ALD được Tiến sĩ Tuomo Suntola của PICOSUN ở Phần Lan phát minh vào năm 1974 và đã được công nghiệp hóa ở nước ngoài, chẳng hạn như màng điện môi cao trong chip 45/32 nanomet do Intel phát triển. Ở Trung Quốc, nước tôi giới thiệu công nghệ ALD muộn hơn nước ngoài hơn 30 năm. Vào tháng 10 năm 2010, PICOSUN ở Phần Lan và Đại học Phúc Đán đã tổ chức cuộc họp trao đổi học thuật ALD trong nước đầu tiên, lần đầu tiên giới thiệu công nghệ ALD cho Trung Quốc.
So với lắng đọng hơi hóa học truyền thống (CVD) và lắng đọng hơi vật lý (PVD), ưu điểm của ALD là tính phù hợp ba chiều tuyệt vời, tính đồng nhất của màng diện tích lớn và kiểm soát độ dày chính xác, phù hợp để phát triển màng siêu mỏng trên hình dạng bề mặt phức tạp và cấu trúc tỷ lệ khung hình cao.
—Nguồn dữ liệu: Nền tảng xử lý micro-nano của Đại học Thanh Hoa—
Trong thời kỳ hậu Moore, độ phức tạp và khối lượng quy trình sản xuất tấm bán dẫn đã được cải thiện rất nhiều. Lấy chip logic làm ví dụ, với sự gia tăng số lượng dây chuyền sản xuất có quy trình dưới 45nm, đặc biệt là các dây chuyền sản xuất có quy trình 28nm trở xuống, yêu cầu về độ dày lớp phủ và kiểm soát độ chính xác càng cao. Sau khi áp dụng công nghệ đa phơi nhiễm, số bước xử lý ALD và thiết bị cần thiết đã tăng lên đáng kể; Trong lĩnh vực chip nhớ, quy trình sản xuất chủ đạo đã phát triển từ cấu trúc 2D NAND sang 3D NAND, số lượng lớp bên trong tiếp tục tăng và các thành phần dần dần thể hiện cấu trúc mật độ cao, tỷ lệ khung hình cao và vai trò quan trọng ALD đã bắt đầu xuất hiện. Từ góc độ phát triển chất bán dẫn trong tương lai, công nghệ ALD sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong thời kỳ hậu Moore.
Ví dụ, ALD là công nghệ lắng đọng duy nhất có thể đáp ứng các yêu cầu về độ phủ và hiệu suất màng của các cấu trúc xếp chồng 3D phức tạp (chẳng hạn như 3D-NAND). Điều này có thể được nhìn thấy một cách sinh động trong hình dưới đây. Lớp màng lắng đọng trong CVD A (màu xanh) không che phủ hoàn toàn phần dưới của cấu trúc; ngay cả khi một số điều chỉnh quy trình được thực hiện đối với CVD (CVD B) để đạt được độ bao phủ, hiệu suất màng và thành phần hóa học của vùng đáy rất kém (vùng trắng trong hình); ngược lại, việc sử dụng công nghệ ALD cho thấy độ bao phủ màng hoàn chỉnh và đạt được các đặc tính màng đồng nhất và chất lượng cao ở tất cả các khu vực của cấu trúc.
----Hình ảnh Ưu điểm của công nghệ ALD so với CVD (Nguồn: ASM)—-
Mặc dù CVD vẫn chiếm thị phần lớn nhất trong thời gian ngắn, ALD đã trở thành một trong những bộ phận phát triển nhanh nhất trên thị trường thiết bị chế tạo tấm bán dẫn. Tại thị trường ALD với tiềm năng tăng trưởng lớn và vai trò chủ chốt trong sản xuất chip này, ASM là công ty hàng đầu trong lĩnh vực thiết bị ALD.
Thời gian đăng: 12-06-2024