Depozice tenkých vrstev spočívá v nanesení vrstvy filmu na hlavní substrátový materiál polovodiče. Tento film může být vyroben z různých materiálů, jako je izolační sloučenina oxid křemičitý, polovodičový polykřemík, kovová měď atd. Zařízení používané k nanášení se nazývá zařízení pro depozici tenkých vrstev.
Z pohledu procesu výroby polovodičových čipů se nachází v procesu front-end.
Proces přípravy tenkých vrstev lze rozdělit do dvou kategorií podle metody tvorby filmu: fyzikální depozice z plynné fáze (PVD) a chemická depozice z plynné fáze.(CVD), z nichž vyšší podíl tvoří zařízení pro procesní chromatografie (CVD).
Fyzikální depozice z plynné fáze (PVD) označuje odpařování povrchu zdroje materiálu a nanášení na povrch substrátu pomocí nízkotlakého plynu/plazmy, včetně odpařování, naprašování, iontového svazku atd.;
Chemické nanášení plynné fáze (Kardiovaskulární onemocnění (CVD)) označuje proces nanášení pevného filmu na povrch křemíkového plátku chemickou reakcí směsi plynů. Podle reakčních podmínek (tlak, prekurzor) se dělí na atmosférický tlakKardiovaskulární onemocnění (CVD)(APCVD), nízký tlakKardiovaskulární onemocnění (CVD)(LPCVD), plazmově vylepšená CVD (PECVD), plazmově CVD s vysokou hustotou (HDPCVD) a depozice atomárních vrstev (ALD).
LPCVD: LPCVD má lepší schopnost pokrytí kroků, dobrou kontrolu složení a struktury, vysokou rychlost a výkon depozice a výrazně snižuje zdroj znečištění částicemi. Pro udržení reakce je velmi důležité spoléhat se na topné zařízení jako zdroj tepla, regulace teploty a tlaku plynu. Široce se používá při výrobě polyvrstvých článků TopCon.
PECVD: PECVD využívá plazma generované radiofrekvenční indukcí k dosažení nízké teploty (méně než 450 stupňů) při procesu nanášení tenkých vrstev. Nízká teplota nanášení je jeho hlavní výhodou, čímž šetří energii, snižuje náklady, zvyšuje výrobní kapacitu a snižuje rozpad minoritních nosičů náboje v křemíkových destičkách v důsledku vysoké teploty. Lze jej použít v procesech různých článků, jako jsou PERC, TOPCON a HJT.
ALD: Dobrá rovnoměrnost filmu, hustý a bez děr, dobré charakteristiky pokrytí stupňovitých vrstev, lze provádět při nízkých teplotách (pokojová teplota -400 °C), lze jednoduše a přesně regulovat tloušťku filmu, je široce použitelný na substráty různých tvarů a nevyžaduje regulaci rovnoměrnosti toku reaktantu. Nevýhodou je však pomalá rychlost tvorby filmu. Například vrstva emitující světlo ze sulfidu zinečnatého (ZnS) používaná k výrobě nanostrukturovaných izolantů (Al2O3/TiO2) a tenkovrstvých elektroluminiscenčních displejů (TFEL).
Atomová depozice vrstev (ALD) je proces vakuového nanášení povlaku, který vytváří tenký film na povrchu substrátu vrstvu po vrstvě ve formě jediné atomové vrstvy. Již v roce 1974 finský materiálový fyzik Tuomo Suntola vyvinul tuto technologii a získal cenu Millennium Technology Award v hodnotě 1 milionu eur. Technologie ALD byla původně používána pro ploché elektroluminiscenční displeje, ale nebyla široce používána. Až na začátku 21. století začala technologie ALD přijímat polovodičový průmysl. Výrobou ultratenkých vysoce dielektrických materiálů, které nahradily tradiční oxid křemičitý, úspěšně vyřešila problém svodového proudu způsobený zmenšením šířky čáry tranzistorů s efektem pole, což vedlo k dalšímu vývoji Moorova zákona směrem k menším šířkám čáry. Dr. Tuomo Suntola jednou řekl, že ALD může výrazně zvýšit hustotu integrace součástek.
Veřejně dostupná data ukazují, že technologii ALD vynalezl v roce 1974 Dr. Tuomo Suntola ze společnosti PICOSUN ve Finsku a že se od té doby industrializovala v zahraničí, například díky vysoce dielektrické vrstvě v čipu o velikosti 45/32 nanometrů, který vyvinula společnost Intel. V Číně zavedla moje země technologii ALD o více než 30 let později než v zahraničí. V říjnu 2010 uspořádala společnost PICOSUN ve Finsku a Fudanská univerzita první domácí akademické výměnné setkání v oblasti ALD, na kterém byla technologie ALD poprvé představena v Číně.
Ve srovnání s tradičním chemickým nanášením z plynné fáze (Kardiovaskulární onemocnění (CVD)) a fyzikální depozice z plynné fáze (PVD) jsou výhodami ALD vynikající trojrozměrná konformita, velkoplošná uniformita filmu a přesná regulace tloušťky, což je vhodné pro růst ultratenkých filmů na složitých tvarech povrchů a strukturách s vysokým poměrem stran.
—Zdroj dat: Platforma pro zpracování mikro-nano prvků Univerzity Tsinghua—
V post-Mooreově éře se výrazně zlepšila složitost a objem procesů výroby waferů. Vezměme si například logické čipy, kde se s nárůstem počtu výrobních linek s procesy pod 45 nm, zejména výrobních linek s procesy 28 nm a méně, zvýšily požadavky na tloušťku povlaku a přesnost řízení. Po zavedení technologie vícenásobné expozice se výrazně zvýšil počet kroků procesu ALD a potřebného vybavení; v oblasti paměťových čipů se hlavní výrobní proces vyvinul z 2D NAND na 3D NAND strukturu, počet vnitřních vrstev se dále zvyšoval a součástky postupně vykazovaly struktury s vysokou hustotou a vysokým poměrem stran, a začala se objevovat důležitá role ALD. Z pohledu budoucího vývoje polovodičů bude technologie ALD hrát v post-Mooreově éře stále důležitější roli.
Například ALD je jediná depoziční technologie, která dokáže splnit požadavky na pokrytí a výkon filmu u složitých 3D vrstvených struktur (jako je 3D-NAND). To je názorně vidět na obrázku níže. Film nanesený v CVD A (modrá) nepokrývá zcela spodní část struktury; i když se v CVD (CVD B) provedou určité úpravy procesu k dosažení pokrytí, výkon filmu a chemické složení spodní oblasti jsou velmi špatné (bílá oblast na obrázku); naopak použití technologie ALD ukazuje úplné pokrytí filmu a ve všech oblastech struktury je dosaženo vysoce kvalitních a jednotných vlastností filmu.
—-Obrázek Výhody technologie ALD ve srovnání s CVD (Zdroj: ASM)—-
Přestože CVD stále zaujímá v krátkodobém horizontu největší podíl na trhu, ALD se stala jednou z nejrychleji rostoucích částí trhu se zařízeními pro výrobu waferů. Na tomto trhu ALD s velkým růstovým potenciálem a klíčovou rolí ve výrobě čipů je ASM přední společností v oblasti ALD zařízení.
Čas zveřejnění: 12. června 2024