Тънкослойното отлагане е покриване на слой филм върху основния субстратен материал на полупроводника. Този филм може да бъде направен от различни материали, като например изолационно съединение силициев диоксид, полупроводников полисилиций, метална мед и др. Оборудването, използвано за нанасяне на тънкослойно покритие, се нарича оборудване за тънкослойно отлагане.
От гледна точка на производствения процес на полупроводникови чипове, той се намира във фронт-енд процеса.
Процесът на получаване на тънък филм може да бъде разделен на две категории според метода на образуване на филма: физическо отлагане от пари (PVD) и химическо отлагане от пари.(ССЗ), сред които оборудването за CVD процес заема по-висок дял.
Физическото отлагане от пари (PVD) се отнася до изпаряването на повърхността на материалния източник и отлагането му върху повърхността на субстрата чрез газ/плазма с ниско налягане, включително изпаряване, разпрашване, йонен лъч и др.;
Химично отлагане на пари (ССЗ) се отнася до процеса на отлагане на твърд филм върху повърхността на силициевата пластина чрез химическа реакция на газова смес. Според условията на реакцията (налягане, прекурсор), то се разделя на атмосферно наляганеССЗ(APCVD), ниско наляганеССЗ(LPCVD), плазмено усилена CVD (PECVD), CVD с висока плътност в плазмата (HDPCVD) и отлагане на атомни слоеве (ALD).
LPCVD: LPCVD има по-добра способност за покритие на стъпките, добър контрол на състава и структурата, висока скорост на отлагане и производителност и значително намалява източника на замърсяване с частици. Използването на нагревателно оборудване като източник на топлина за поддържане на реакцията, контролът на температурата и налягането на газа са много важни. Широко използван в производството на полислойни елементи на TopCon клетки.
PECVD: PECVD разчита на плазмата, генерирана чрез радиочестотна индукция, за да постигне ниска температура (под 450 градуса) по време на процеса на отлагане на тънък филм. Нискотемпературното отлагане е основното му предимство, като по този начин се пести енергия, намаляват се разходите, увеличава се производственият капацитет и се намалява разпадането на неосновните носители в силициевите пластини през целия живот, причинено от висока температура. Може да се прилага в процесите на различни клетки, като PERC, TOPCON и HJT.
ALD: Добра еднородност на филма, плътен и без дупки, добри характеристики на стъпково покритие, може да се извършва при ниска температура (стайна температура -400℃), може лесно и точно да се контролира дебелината на филма, широко приложим е за субстрати с различни форми и не е необходимо да се контролира еднородността на потока на реагентите. Недостатъкът обаче е, че скоростта на образуване на филма е бавна. Например, цинковият сулфид (ZnS) светлоизлъчващ слой се използва за производство на наноструктурирани изолатори (Al2O3/TiO2) и тънкослойни електролуминесцентни дисплеи (TFEL).
Атомното наслояване (ALD) е процес на вакуумно покритие, който образува тънък филм върху повърхността на субстрата слой по слой под формата на единичен атомен слой. Още през 1974 г. финландският физик по материали Туомо Сунтола разработва тази технология и печели наградата за технологии на хилядолетието на стойност 1 милион евро. ALD технологията първоначално е използвана за плоски електролуминесцентни дисплеи, но не е широко разпространена. Едва в началото на 21-ви век ALD технологията започва да се възприема от полупроводниковата индустрия. Чрез производството на ултратънки високодиелектрични материали, които да заменят традиционния силициев оксид, тя успешно решава проблема с тока на утечка, причинен от намаляването на ширината на линията на полевите транзистори, което накара закона на Мур да се развие допълнително към по-малки ширини на линиите. Д-р Туомо Сунтола веднъж каза, че ALD може значително да увеличи плътността на интеграция на компонентите.
Публични данни показват, че ALD технологията е изобретена от д-р Туомо Сунтола от PICOSUN във Финландия през 1974 г. и е индустриализирана в чужбина, като например високодиелектричния филм в 45/32 нанометровия чип, разработен от Intel. В Китай моята страна въведе ALD технологията повече от 30 години по-късно от чуждите страни. През октомври 2010 г. PICOSUN във Финландия и университетът Фудан бяха домакини на първата вътрешна академична среща за обмен на ALD, като за първи път представиха ALD технологията в Китай.
В сравнение с традиционното химическо отлагане от пари (ССЗ) и физическо отлагане от пари (PVD), предимствата на ALD са отлична триизмерна конформност, еднородност на филма с голяма площ и прецизен контрол на дебелината, които са подходящи за отглеждане на ултратънки филми върху сложни повърхностни форми и структури с високо съотношение на страните.
—Източник на данни: Платформа за микро-нано обработка на университета Цинхуа—
В ерата след Мур, сложността и обемът на процеса на производство на пластини са значително подобрени. Вземайки за пример логическите чипове, с увеличаването на броя на производствените линии с процеси под 45nm, особено производствените линии с процеси от 28nm и по-малко, изискванията за дебелина на покритието и прецизен контрол са по-високи. След въвеждането на технологията за многократна експозиция, броят на стъпките на ALD процеса и необходимото оборудване се е увеличил значително; в областта на чиповете памет, основният производствен процес еволюира от 2D NAND към 3D NAND структура, броят на вътрешните слоеве продължава да се увеличава и компонентите постепенно представят структури с висока плътност и високо съотношение на страните, като важната роля на ALD започва да се очертава. От гледна точка на бъдещото развитие на полупроводниците, ALD технологията ще играе все по-важна роля в ерата след Мур.
Например, ALD е единствената технология за отлагане, която може да отговори на изискванията за покритие и производителност на филма на сложни 3D подредени структури (като 3D-NAND). Това може да се види ясно на фигурата по-долу. Филмът, отложен в CVD A (синьо), не покрива напълно долната част на структурата; дори ако се направят някои корекции в процеса на CVD (CVD B), за да се постигне покритие, производителността на филма и химичният състав на долната област са много лоши (бялата област на фигурата); за разлика от това, използването на ALD технология показва пълно покритие на филма и се постигат висококачествени и равномерни свойства на филма във всички области на структурата.
—-Снимка Предимства на ALD технологията в сравнение с CVD (Източник: ASM)—-
Въпреки че CVD все още заема най-големия пазарен дял в краткосрочен план, ALD се превърна в един от най-бързо развиващите се сегменти на пазара на оборудване за производство на пластини. На този пазар на ALD с голям потенциал за растеж и ключова роля в производството на чипове, ASM е водеща компания в областта на ALD оборудването.
Време на публикуване: 12 юни 2024 г.