La deposició de pel·lícula fina consisteix a recobrir una capa de pel·lícula sobre el material del substrat principal del semiconductor. Aquesta pel·lícula pot estar feta de diversos materials, com ara un compost aïllant de diòxid de silici, polisilici semiconductor, coure metàl·lic, etc. L'equip utilitzat per al recobriment s'anomena equip de deposició de pel·lícula fina.
Des de la perspectiva del procés de fabricació de xips semiconductors, es troba al procés frontal.
El procés de preparació de pel·lícules primes es pot dividir en dues categories segons el seu mètode de formació de pel·lícules: deposició física de vapor (PVD) i deposició química de vapor.(MCV), entre els quals els equips de procés CVD representen una proporció més alta.
La deposició física de vapor (PVD) es refereix a la vaporització de la superfície del material font i la deposició a la superfície del substrat mitjançant gas/plasma a baixa pressió, incloent-hi l'evaporació, la polvorització, el feix d'ions, etc.;
Deposició química de vapor (CVD) es refereix al procés de dipositar una pel·lícula sòlida a la superfície de l'oblea de silici mitjançant una reacció química d'una barreja de gasos. Segons les condicions de reacció (pressió, precursor), es divideix en pressió atmosfèricaCVD(APCVD), baixa pressióCVD(LPCVD), CVD potenciada per plasma (PECVD), CVD per plasma d'alta densitat (HDPCVD) i deposició de capes atòmiques (ALD).
LPCVD: L'LPCVD té una millor capacitat de cobertura de passos, un bon control de la composició i l'estructura, una alta taxa de deposició i producció, i redueix considerablement la font de contaminació per partícules. La confiança en equips de calefacció com a font de calor per mantenir la reacció, el control de la temperatura i la pressió del gas són molt importants. S'utilitza àmpliament en la fabricació de capes de polièster de cel·les TopCon.
PECVD: El PECVD es basa en el plasma generat per inducció de radiofreqüència per aconseguir una baixa temperatura (inferior a 450 graus) en el procés de deposició de pel·lícula fina. La deposició a baixa temperatura és el seu principal avantatge, ja que permet estalviar energia, reduir costos, augmentar la capacitat de producció i reduir la decadència durant la vida útil dels portadors minoritaris en les oblies de silici causada per l'alta temperatura. Es pot aplicar als processos de diverses cel·les com ara PERC, TOPCON i HJT.
ALD: Bona uniformitat de la pel·lícula, densa i sense forats, bones característiques de cobertura de graons, es pot dur a terme a baixa temperatura (temperatura ambient -400 ℃), pot controlar de manera senzilla i precisa el gruix de la pel·lícula, és àmpliament aplicable a substrats de diferents formes i no necessita controlar la uniformitat del flux de reactius. Però el desavantatge és que la velocitat de formació de la pel·lícula és lenta. Com ara la capa emissora de llum de sulfur de zinc (ZnS) utilitzada per produir aïllants nanoestructurats (Al2O3/TiO2) i pantalles electroluminescents de pel·lícula fina (TFEL).
La deposició de capes atòmiques (ALD) és un procés de recobriment al buit que forma una pel·lícula fina a la superfície d'un substrat capa per capa en forma d'una sola capa atòmica. Ja el 1974, el físic de materials finlandès Tuomo Suntola va desenvolupar aquesta tecnologia i va guanyar el Premi de Tecnologia del Mil·lenni d'1 milió d'euros. La tecnologia ALD es va utilitzar originalment per a pantalles electroluminescents de pantalla plana, però no es va utilitzar àmpliament. No va ser fins a principis del segle XXI que la tecnologia ALD va començar a ser adoptada per la indústria dels semiconductors. En fabricar materials ultraprims d'alt dielèctric per substituir l'òxid de silici tradicional, va resoldre amb èxit el problema del corrent de fuita causat per la reducció de l'amplada de línia dels transistors d'efecte de camp, cosa que va fer que la llei de Moore es desenvolupés encara més cap a amplades de línia més petites. El Dr. Tuomo Suntola va dir una vegada que l'ALD pot augmentar significativament la densitat d'integració dels components.
Les dades públiques mostren que la tecnologia ALD va ser inventada pel Dr. Tuomo Suntola de PICOSUN a Finlàndia el 1974 i s'ha industrialitzat a l'estranger, com ara la pel·lícula d'alt dielèctric del xip de 45/32 nanòmetres desenvolupat per Intel. A la Xina, el meu país va introduir la tecnologia ALD més de 30 anys més tard que els països estrangers. A l'octubre de 2010, PICOSUN a Finlàndia i la Universitat de Fudan van acollir la primera reunió nacional d'intercanvi acadèmic d'ALD, introduint la tecnologia ALD a la Xina per primera vegada.
En comparació amb la deposició química de vapor tradicional (CVD) i la deposició física de vapor (PVD), els avantatges de l'ALD són una excel·lent conformalitat tridimensional, una uniformitat de pel·lícula de gran àrea i un control precís del gruix, que són adequats per al creixement de pel·lícules ultraprimes en formes superficials complexes i estructures d'alta relació d'aspecte.
—Font de dades: Plataforma de micro-nanoprocessament de la Universitat de Tsinghua—
A l'era posterior a Moore, la complexitat i el volum de processos de fabricació d'oblies han millorat molt. Prenent com a exemple els xips lògics, amb l'augment del nombre de línies de producció amb processos per sota dels 45 nm, especialment les línies de producció amb processos de 28 nm i inferiors, els requisits per al control del gruix del recobriment i la precisió són més elevats. Després de la introducció de la tecnologia d'exposició múltiple, el nombre de passos del procés ALD i els equips necessaris han augmentat significativament; en el camp dels xips de memòria, el procés de fabricació principal ha evolucionat de l'estructura NAND 2D a la NAND 3D, el nombre de capes internes ha continuat augmentant i els components han presentat gradualment estructures d'alta densitat i alta relació d'aspecte, i ha començat a emergir el paper important de l'ALD. Des de la perspectiva del desenvolupament futur dels semiconductors, la tecnologia ALD tindrà un paper cada cop més important a l'era posterior a Moore.
Per exemple, l'ALD és l'única tecnologia de deposició que pot complir els requisits de cobertura i rendiment de la pel·lícula d'estructures complexes apilades en 3D (com ara 3D-NAND). Això es pot veure clarament a la figura següent. La pel·lícula dipositada en CVD A (blau) no cobreix completament la part inferior de l'estructura; fins i tot si es fan alguns ajustaments del procés a la CVD (CVD B) per aconseguir la cobertura, el rendiment de la pel·lícula i la composició química de la zona inferior són molt deficients (zona blanca a la figura); en canvi, l'ús de la tecnologia ALD mostra una cobertura completa de la pel·lícula i s'aconsegueixen propietats de la pel·lícula uniformes i d'alta qualitat a totes les zones de l'estructura.
—-Imatge Avantatges de la tecnologia ALD en comparació amb la CVD (Font: ASM)—-
Tot i que la CVD encara ocupa la quota de mercat més gran a curt termini, l'ALD s'ha convertit en una de les parts de més ràpid creixement del mercat d'equips de fabricació d'oblees. En aquest mercat ALD amb un gran potencial de creixement i un paper clau en la fabricació de xips, ASM és una empresa líder en el camp dels equips ALD.
Data de publicació: 12 de juny de 2024