Nanošenje tankog filma je nanošenje sloja filma na glavni materijal supstrata poluprovodnika. Ovaj film može biti napravljen od različitih materijala, kao što su izolacijski spoj silicijum dioksid, poluprovodnički polisilicijum, metalni bakar itd. Oprema koja se koristi za nanošenje naziva se oprema za nanošenje tankog filma.
Iz perspektive procesa proizvodnje poluprovodničkih čipova, on se nalazi u prednjem dijelu procesa.
Proces pripreme tankog filma može se podijeliti u dvije kategorije prema metodi formiranja filma: fizičko taloženje iz parne faze (PVD) i hemijsko taloženje iz parne faze.(KVB), među kojima CVD procesna oprema čini veći udio.
Fizičko taloženje iz pare (PVD) odnosi se na isparavanje površine izvora materijala i taloženje na površinu podloge pomoću plina/plazme niskog pritiska, uključujući isparavanje, raspršivanje, ionski snop itd.;
Hemijsko taloženje iz pare (KVB) odnosi se na proces nanošenja čvrstog filma na površinu silicijumske pločice putem hemijske reakcije smjese gasova. Prema uslovima reakcije (pritisak, prekursor), dijeli se na atmosferski pritisakKVB(APCVD), nizak pritisakKVB(LPCVD), CVD pojačan plazmom (PECVD), CVD plazmom visoke gustoće (HDPCVD) i taloženje atomskog sloja (ALD).
LPCVD: LPCVD ima bolju sposobnost pokrivanja koraka, dobru kontrolu sastava i strukture, visoku brzinu i izlaz taloženja, te značajno smanjuje izvor zagađenja česticama. Oslanjanje na opremu za grijanje kao izvor toplote za održavanje reakcije, kontrola temperature i pritisak gasa su veoma važni. Široko se koristi u proizvodnji polisloja TopCon ćelija.
PECVD: PECVD se oslanja na plazmu generiranu radiofrekventnom indukcijom kako bi se postigla niska temperatura (manje od 450 stepeni) procesa taloženja tankog filma. Taloženje na niskoj temperaturi je njegova glavna prednost, čime se štedi energija, smanjuju troškovi, povećava proizvodni kapacitet i smanjuje raspad manjinskih nosioca u silicijumskim pločicama tokom životnog vijeka uzrokovan visokom temperaturom. Može se primijeniti na procese različitih ćelija kao što su PERC, TOPCON i HJT.
ALD: Dobra ujednačenost filma, gust i bez rupa, dobre karakteristike stepenastog pokrivanja, može se izvoditi na niskim temperaturama (sobna temperatura -400℃), može jednostavno i precizno kontrolirati debljinu filma, široko je primjenjiv na podloge različitih oblika i ne treba kontrolirati ujednačenost protoka reaktanata. Međutim, nedostatak je što je brzina formiranja filma mala. Na primjer, sloj cink sulfida (ZnS) koji emitira svjetlost koristi se za proizvodnju nanostrukturnih izolatora (Al2O3/TiO2) i tankoslojnih elektroluminiscentnih displeja (TFEL).
Atomsko nanošenje sloja (ALD) je proces vakuumskog premazivanja kojim se na površini supstrata sloj po sloj formira tanki film u obliku jednog atomskog sloja. Još 1974. godine, finski fizičar materijala Tuomo Suntola razvio je ovu tehnologiju i osvojio Milenijsku tehnološku nagradu od milion eura. ALD tehnologija je prvobitno korištena za ravne elektroluminiscentne displeje, ali nije bila široko korištena. Tek početkom 21. vijeka ALD tehnologija je počela da se usvaja u industriji poluprovodnika. Proizvodnjom ultra tankih visokodielektričnih materijala koji zamjenjuju tradicionalni silicijum oksid, uspješno je riješen problem struje curenja uzrokovan smanjenjem širine linije tranzistora s efektom polja, što je potaknulo Murov zakon da se dalje razvija prema manjim širinama linija. Dr. Tuomo Suntola je jednom rekao da ALD može značajno povećati gustinu integracije komponenti.
Javni podaci pokazuju da je ALD tehnologiju izumio dr. Tuomo Suntola iz PICOSUN-a u Finskoj 1974. godine, a da je industrijalizirana u inostranstvu, poput visokodielektričnog filma u čipu od 45/32 nanometara koji je razvio Intel. U Kini je moja zemlja uvela ALD tehnologiju više od 30 godina kasnije od stranih zemalja. U oktobru 2010. godine, PICOSUN u Finskoj i Univerzitet Fudan bili su domaćini prvog domaćeg ALD akademskog sastanka za razmjenu, na kojem je ALD tehnologija prvi put predstavljena Kini.
U poređenju sa tradicionalnim hemijskim taloženjem iz pare (KVB) i fizičkog taloženja iz pare (PVD), prednosti ALD-a su odlična trodimenzionalna konformnost, ujednačenost filma velike površine i precizna kontrola debljine, što je pogodno za uzgoj ultra tankih filmova na složenim oblicima površina i strukturama visokog omjera stranica.
—Izvor podataka: Mikro-nano platforma za obradu Univerziteta Tsinghua—
U post-Moore eri, složenost i obim procesa proizvodnje wafera su znatno poboljšani. Uzimajući logičke čipove kao primjer, s povećanjem broja proizvodnih linija s procesima ispod 45nm, posebno proizvodnih linija s procesima od 28nm i manje, zahtjevi za debljinom premaza i preciznom kontrolom su veći. Nakon uvođenja tehnologije višestruke ekspozicije, broj ALD procesnih koraka i potrebne opreme značajno se povećao; u oblasti memorijskih čipova, glavni proizvodni proces se razvio od 2D NAND do 3D NAND strukture, broj unutrašnjih slojeva je nastavio da se povećava, a komponente su postepeno predstavljale strukture visoke gustine i visokog odnosa stranica, te je važna uloga ALD-a počela da se pojavljuje. Iz perspektive budućeg razvoja poluprovodnika, ALD tehnologija će igrati sve važniju ulogu u post-Moore eri.
Na primjer, ALD je jedina tehnologija depozicije koja može ispuniti zahtjeve pokrivenosti i performansi filma složenih 3D složenih struktura (kao što je 3D-NAND). To se može živo vidjeti na slici ispod. Film deponovan u CVD A (plavo) ne pokriva u potpunosti donji dio strukture; čak i ako se izvrše neka prilagođavanja procesa CVD-u (CVD B) kako bi se postigla pokrivenost, performanse filma i hemijski sastav donjeg područja su vrlo loši (bijelo područje na slici); nasuprot tome, upotreba ALD tehnologije pokazuje potpunu pokrivenost filma, a visokokvalitetna i ujednačena svojstva filma postižu se u svim područjima strukture.
—-Slika Prednosti ALD tehnologije u poređenju sa CVD (Izvor: ASM)—-
Iako CVD i dalje zauzima najveći tržišni udio u kratkoročnom periodu, ALD je postao jedan od najbrže rastućih dijelova tržišta opreme za proizvodnju pločica. Na ovom ALD tržištu s velikim potencijalom rasta i ključnom ulogom u proizvodnji čipova, ASM je vodeća kompanija u oblasti ALD opreme.
Vrijeme objave: 12. juni 2024.