ቀጭን የፊልም ማስቀመጫ መሳሪያዎች ትንተና - የ PECVD/LPCVD/ALD መሳሪያዎች መርሆዎች እና አተገባበር

ቀጭን የፊልም ማስቀመጫ የሚባለው በሴሚኮንዳክተሩ ዋና ንጣፍ ላይ የፊልም ንብርብር ለመሸፈን ነው። ይህ ፊልም እንደ ኢንሱሌሽን ውህድ ሲሊኮን ዳይኦክሳይድ፣ ሴሚኮንዳክተር ፖሊሲሊከን፣ የብረት መዳብ፣ ወዘተ ካሉ የተለያዩ ቁሳቁሶች ሊሠራ ይችላል። ለመሸፈን የሚያገለግሉት መሳሪያዎች ቀጭን የፊልም ማስቀመጫ መሳሪያዎች ይባላሉ።

ከሴሚኮንዳክተር ቺፕ ማምረቻ ሂደት አንፃር ሲታይ፣ በቅድመ-መጨረሻ ሂደት ውስጥ ይገኛል።

ቀጭን ፊልም የማዘጋጀት ሂደቱ በፊልም መፍጠሪያ ዘዴው መሰረት በሁለት ምድቦች ሊከፈል ይችላል፡ አካላዊ የእንፋሎት ክምችት (PVD) እና የኬሚካል የእንፋሎት ክምችት(ሲቪዲ)ከእነዚህም መካከል የሲቪዲ ሂደት መሳሪያዎች ከፍተኛ ድርሻ አላቸው።

አካላዊ የእንፋሎት ክምችት (PVD) የሚያመለክተው የቁሳቁስ ምንጭ ወለል ላይ ትነት እና በዝቅተኛ ግፊት ጋዝ/ፕላዝማ በኩል በንጥረ ነገር ወለል ላይ መከማቸትን ሲሆን ይህም ትነት፣ ስፕቱተር፣ የአዮን ጨረር፣ ወዘተ.ን ያካትታል።

የኬሚካል ትነት ክምችት (ሲቪዲ) የሚያመለክተው በሲሊኮን ዋፈር ወለል ላይ በጋዝ ድብልቅ ኬሚካላዊ ምላሽ አማካኝነት ጠንካራ ፊልም የማስቀመጥ ሂደትን ነው። እንደ ምላሽ ሁኔታዎች (ግፊት፣ ፕሪከርደር)፣ በከባቢ አየር ግፊት የተከፈለ ነው።ሲቪዲ(APCVD)፣ ዝቅተኛ ግፊትሲቪዲ(LPCVD)፣ የፕላዝማ የተሻሻለ CVD (PECVD)፣ ከፍተኛ ጥግግት ያለው የፕላዝማ CVD (HDPCVD) እና የአቶሚክ ንብርብር ክምችት (ALD)።

LPCVD: LPCVD የተሻለ የደረጃ ሽፋን ችሎታ፣ ጥሩ ቅንብር እና መዋቅር ቁጥጥር፣ ከፍተኛ የመቀመጫ ፍጥነት እና ውጤት አለው፣ እና የቅንጣት ብክለት ምንጭን በእጅጉ ይቀንሳል። ምላሹን ለመጠበቅ የማሞቂያ መሳሪያዎችን እንደ ሙቀት ምንጭ መታመን፣ የሙቀት መቆጣጠሪያ እና የጋዝ ግፊት በጣም አስፈላጊ ናቸው። በቶፕኮን ሴሎች ፖሊ ንብርብር ማምረቻ ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላል።

PECVD፡ PECVD በሬዲዮ ፍሪኩዌንሲ ኢንዳክሽን በሚመነጨው ፕላዝማ ላይ የተመሰረተ ሲሆን ይህም ቀጭን የፊልም ማስቀመጫ ሂደት ዝቅተኛ የሙቀት መጠን (ከ450 ዲግሪ ባነሰ) ለማግኘት ይረዳል። ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ማስቀመጥ ዋነኛው ጥቅሙ ሲሆን በዚህም ኃይልን ይቆጥባል፣ ወጪዎችን ይቀንሳል፣ የምርት አቅምን ይጨምራል እና በከፍተኛ ሙቀት ምክንያት በሚከሰቱ የሲሊኮን ዋፈርዎች ውስጥ ያሉ አናሳ ተሸካሚዎችን የዕድሜ ልክ መበስበስ ይቀንሳል። እንደ PERC፣ TOPCON እና HJT ባሉ የተለያዩ ሴሎች ሂደቶች ላይ ሊተገበር ይችላል።

ALD: ጥሩ የፊልም ወጥነት፣ ጥቅጥቅ ያለ እና ቀዳዳዎች የሌሉበት፣ ጥሩ የደረጃ ሽፋን ባህሪያት፣ በዝቅተኛ የሙቀት መጠን (የክፍል ሙቀት-400℃) ሊከናወን ይችላል፣ የፊልሙን ውፍረት በቀላሉ እና በትክክል መቆጣጠር ይችላል፣ ለተለያዩ ቅርጾች ንጣፎች በስፋት የሚተገበር ነው፣ እና የሪአክታንት ፍሰት ወጥነት መቆጣጠር አያስፈልገውም። ነገር ግን ጉዳቱ የፊልም ምስረታ ፍጥነት ቀርፋፋ መሆኑ ነው። እንደ ናኖስትራክቸርድ ኢንሱሌተሮች (Al2O3/TiO2) እና ቀጭን-ፊልም ኤሌክትሮሉሚኒሰንት ማሳያዎች (TFEL) ለማምረት የሚያገለግል የዚንክ ሰልፋይድ (ZnS) ብርሃን አመንጪ ንብርብር።

የአቶሚክ ንብርብር ዲፖዚሽን (ALD) በአንድ የአቶሚክ ንብርብር ወለል ላይ በአንድ የአቶሚክ ንብርብር መልክ በንብርብር የሚፈጥር ቀጭን ፊልም የሚፈጥር የቫኩም ሽፋን ሂደት ነው። እ.ኤ.አ. በ1974 መጀመሪያ ላይ የፊንላንድ ቁሳዊ ፊዚክስ ሊቅ ቱኦሞ ሱንቶላ ይህንን ቴክኖሎጂ አዘጋጅቶ የ1 ሚሊዮን ዩሮ የሚሊኒየም ቴክኖሎጂ ሽልማት አሸንፏል። የALD ቴክኖሎጂ መጀመሪያ ላይ ለጠፍጣፋ ፓነል ኤሌክትሮሉሚሰንት ማሳያዎች ጥቅም ላይ ይውል ነበር፣ ነገር ግን በስፋት ጥቅም ላይ አልዋለም። የALD ቴክኖሎጂ በሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ተቀባይነት ማግኘት የጀመረው እስከ 21ኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ድረስ አልነበረም። ባህላዊውን የሲሊኮን ኦክሳይድ ለመተካት እጅግ በጣም ቀጭን ከፍተኛ-ዳይኤሌክትሪክ ቁሳቁሶችን በማምረት የመስክ ውጤት ትራንዚስተሮች የመስመር ስፋት መቀነስ ምክንያት የተፈጠረውን የፍሳሽ ፍሰት ችግር በተሳካ ሁኔታ ፈትቷል፣ ይህም የሙር ህግ ወደ ትናንሽ የመስመር ስፋቶች የበለጠ እንዲያድግ አድርጓል። ዶ/ር ቱኦሞ ሱንቶላ በአንድ ወቅት ALD የክፍሎችን ውህደት ጥግግት በከፍተኛ ሁኔታ ሊጨምር እንደሚችል ተናግረዋል።

የህዝብ መረጃዎች እንደሚያሳዩት የALD ቴክኖሎጂ የተፈጠረው በ1974 በፊንላንድ በሚገኘው የPICOSUN ዶ/ር ቱሞ ሱንቶላ ሲሆን እንደ ኢንቴል በተዘጋጀው 45/32 ናኖሜትር ቺፕ ውስጥ ከፍተኛ ዳይኤሌክትሪክ ፊልም ባሉ የውጭ ሀገራት ኢንዱስትሪ ውስጥ እንደገባ ያሳያል። በቻይና አገሬ ከውጭ ሀገራት ከ30 ዓመታት በኋላ የALD ቴክኖሎጂን አስተዋውቃለች። በጥቅምት 2010፣ በፊንላንድ የሚገኘው PICOSUN እና የፉዳን ዩኒቨርሲቲ የመጀመሪያውን የሀገር ውስጥ የALD የአካዳሚክ ልውውጥ ስብሰባ አስተናግደው ለመጀመሪያ ጊዜ የALD ቴክኖሎጂን ለቻይና አስተዋውቀዋል።
ከባህላዊ የኬሚካል ትነት ክምችት ጋር ሲነጻጸር (ሲቪዲ) እና አካላዊ የእንፋሎት ክምችት (PVD)፣ የALD ጥቅሞች እጅግ በጣም ጥሩ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ቅርፅ፣ ትልቅ ቦታ ያለው የፊልም ወጥነት እና ትክክለኛ የውፍረት ቁጥጥር ናቸው፣ እነዚህም ውስብስብ የወለል ቅርጾች እና ከፍተኛ ገጽታ ጥምርታ መዋቅሮች ላይ እጅግ በጣም ቀጭን ፊልሞችን ለማደግ ተስማሚ ናቸው።

—የመረጃ ምንጭ፡ የቺንግዋ ዩኒቨርሲቲ የማይክሮ-ናኖ ማቀነባበሪያ መድረክ—

በሙር ድህረ ዘመን፣ የዋፈር ማምረቻ ውስብስብነት እና የሂደት መጠን በእጅጉ ተሻሽሏል። የሎጂክ ቺፖችን እንደ ምሳሌ በመውሰድ፣ ከ45nm በታች የሆኑ የምርት መስመሮች ቁጥር እየጨመረ በመምጣቱ፣ በተለይም 28nm እና ከዚያ በታች የሆኑ የምርት መስመሮች፣ የሽፋን ውፍረት እና የትክክለኛነት ቁጥጥር መስፈርቶች ከፍ ያሉ ናቸው። በርካታ የተጋላጭነት ቴክኖሎጂ ከተጀመረ በኋላ፣ የሚያስፈልጉት የALD ሂደት ደረጃዎች እና መሳሪያዎች ብዛት በከፍተኛ ሁኔታ ጨምሯል፤ በማህደረ ትውስታ ቺፖች መስክ፣ ዋናው የማኑፋክቸሪንግ ሂደት ከ2D NAND ወደ 3D NAND መዋቅር ተሻሽሏል፣ የውስጥ ንብርብሮች ቁጥር መጨመሩን ቀጥሏል፣ እና ክፍሎቹ ቀስ በቀስ ከፍተኛ ጥግግት ያላቸው፣ ከፍተኛ ገጽታ ያላቸውን አወቃቀሮች አቅርበዋል፣ እና የALD አስፈላጊ ሚና ብቅ ማለት ጀምሯል። ከወደፊቱ የሴሚኮንዳክተሮች እድገት አንፃር፣ የALD ቴክኖሎጂ በድህረ-ሙር ዘመን ውስጥ እየጨመረ የሚሄድ ወሳኝ ሚና ይጫወታል።

ለምሳሌ፣ ALD ውስብስብ የሆኑ ባለ 3-ልኬት መዋቅሮችን (እንደ 3-ልኬት-ናንድ ያሉ) የሽፋን እና የፊልም አፈጻጸም መስፈርቶችን የሚያሟላ ብቸኛው የማስቀመጫ ቴክኖሎጂ ነው። ይህ ከታች ባለው ምስል በግልጽ ሊታይ ይችላል። በCVD A (ሰማያዊ) ውስጥ የተቀመጠው ፊልም የመዋቅሩን የታችኛውን ክፍል ሙሉ በሙሉ አይሸፍንም፤ ሽፋን ለማግኘት አንዳንድ የሂደት ማስተካከያዎች በCVD (CVD B) ላይ ቢደረጉም፣ የታችኛው ክፍል የፊልም አፈጻጸም እና የኬሚካል ስብጥር በጣም ደካማ ነው (በስዕሉ ላይ ነጭ ቦታ)፤ በተቃራኒው፣ የALD ቴክኖሎጂ አጠቃቀም የተሟላ የፊልም ሽፋን ያሳያል፣ እና ከፍተኛ ጥራት ያላቸው እና ወጥ የሆኑ የፊልም ባህሪያት በሁሉም የመዋቅር ዘርፎች ላይ ይገኛሉ።

—-የ ALD ቴክኖሎጂ ከ CVD ጋር ሲነጻጸር ያለው የፎቶ ጥቅሞች (ምንጭ፡ ASM)—-

ምንም እንኳን ሲቪዲ በአጭር ጊዜ ውስጥ ትልቁን የገበያ ድርሻ ቢይዝም፣ ALD በዋፈር ፋብ መሳሪያዎች ገበያ ውስጥ በፍጥነት ከሚያድጉት ክፍሎች አንዱ ሆኗል። በዚህ የ ALD ገበያ ውስጥ ትልቅ የእድገት አቅም እና በቺፕ ማምረቻ ውስጥ ቁልፍ ሚና ያለው ALM በ ALD መሳሪያዎች መስክ ግንባር ቀደም ኩባንያ ነው።