Η εναπόθεση λεπτής μεμβράνης είναι η επικάλυψη ενός στρώματος μεμβράνης στο κύριο υλικό υποστρώματος του ημιαγωγού. Αυτή η μεμβράνη μπορεί να κατασκευαστεί από διάφορα υλικά, όπως μονωτική ένωση διοξείδιο του πυριτίου, ημιαγωγό πολυπυρίτιο, μεταλλικό χαλκό κ.λπ. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για την επικάλυψη ονομάζεται εξοπλισμός εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης.
Από την οπτική γωνία της διαδικασίας κατασκευής τσιπ ημιαγωγών, αυτή βρίσκεται στην αρχική φάση της διαδικασίας.
Η διαδικασία παρασκευής λεπτής μεμβράνης μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες ανάλογα με τη μέθοδο σχηματισμού της: φυσική εναπόθεση ατμών (PVD) και χημική εναπόθεση ατμών.(Καρδιαγγειακά νοσήματα), μεταξύ των οποίων ο εξοπλισμός διεργασιών καρδιαγγειακών παθήσεων (CVD) αντιπροσωπεύει μεγαλύτερο ποσοστό.
Η φυσική εναπόθεση ατμών (PVD) αναφέρεται στην εξάτμιση της επιφάνειας της πηγής υλικού και στην εναπόθεση στην επιφάνεια του υποστρώματος μέσω αερίου/πλάσματος χαμηλής πίεσης, συμπεριλαμβανομένης της εξάτμισης, του ψεκασμού, της δέσμης ιόντων κ.λπ.
Χημική εναπόθεση ατμών (Καρδιαγγειακά νοσήματα) αναφέρεται στη διαδικασία εναπόθεσης μιας στερεάς μεμβράνης στην επιφάνεια του πλακιδίου πυριτίου μέσω μιας χημικής αντίδρασης αερίου μείγματος. Ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης (πίεση, πρόδρομος), διαιρείται σε ατμοσφαιρική πίεσηΚαρδιαγγειακά νοσήματα(APCVD), χαμηλή πίεσηΚαρδιαγγειακά νοσήματα(LPCVD), ενισχυμένη με πλάσμα καρδιαγγειακή νόσο (PECVD), καρδιαγγειακή νόσος με πλάσμα υψηλής πυκνότητας (HDPCVD) και εναπόθεση ατομικής στιβάδας (ALD).
LPCVD: Το LPCVD έχει καλύτερη ικανότητα κάλυψης βημάτων, καλό έλεγχο σύνθεσης και δομής, υψηλό ρυθμό εναπόθεσης και απόδοση, και μειώνει σημαντικά την πηγή ρύπανσης από σωματίδια. Η χρήση εξοπλισμού θέρμανσης ως πηγή θερμότητας για τη διατήρηση της αντίδρασης, ο έλεγχος της θερμοκρασίας και η πίεση του αερίου είναι πολύ σημαντικά. Χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή πολυστρωματικών κυψελών TopCon.
PECVD: Το PECVD βασίζεται στο πλάσμα που παράγεται με επαγωγή ραδιοσυχνοτήτων για την επίτευξη χαμηλής θερμοκρασίας (λιγότερο από 450 βαθμούς) στη διαδικασία εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης. Η εναπόθεση σε χαμηλή θερμοκρασία είναι το κύριο πλεονέκτημά του, εξοικονομώντας έτσι ενέργεια, μειώνοντας το κόστος, αυξάνοντας την παραγωγική ικανότητα και μειώνοντας τη διάρκεια ζωής των φορέων μειονότητας σε πλακίδια πυριτίου που προκαλείται από την υψηλή θερμοκρασία. Μπορεί να εφαρμοστεί στις διεργασίες διαφόρων κυψελών όπως PERC, TOPCON και HJT.
ALD: Καλή ομοιομορφία φιλμ, πυκνή και χωρίς οπές, καλά χαρακτηριστικά κάλυψης βημάτων, μπορεί να πραγματοποιηθεί σε χαμηλή θερμοκρασία (θερμοκρασία δωματίου-400℃), μπορεί να ελέγχει απλά και με ακρίβεια το πάχος της μεμβράνης, είναι ευρέως εφαρμόσιμη σε υποστρώματα διαφορετικών σχημάτων και δεν χρειάζεται να ελέγχει την ομοιομορφία της ροής των αντιδρώντων. Αλλά το μειονέκτημα είναι ότι η ταχύτητα σχηματισμού της μεμβράνης είναι αργή. Όπως το στρώμα εκπομπής φωτός θειούχου ψευδαργύρου (ZnS) που χρησιμοποιείται για την παραγωγή νανοδομημένων μονωτών (Al2O3/TiO2) και ηλεκτροφωταυγών οθονών λεπτής μεμβράνης (TFEL).
Η εναπόθεση ατομικής στρώσης (ALD) είναι μια διαδικασία επίστρωσης κενού που σχηματίζει μια λεπτή μεμβράνη στην επιφάνεια ενός υποστρώματος, στρώση προς στρώση, με τη μορφή ενός μόνο ατομικού στρώματος. Ήδη από το 1974, ο Φινλανδός φυσικός υλικών Tuomo Suntola ανέπτυξε αυτήν την τεχνολογία και κέρδισε το Βραβείο Τεχνολογίας της Χιλιετίας, αξίας 1 εκατομμυρίου ευρώ. Η τεχνολογία ALD χρησιμοποιήθηκε αρχικά για ηλεκτροφωταυγείς οθόνες επίπεδης οθόνης, αλλά δεν χρησιμοποιήθηκε ευρέως. Μόλις στις αρχές του 21ου αιώνα η τεχνολογία ALD άρχισε να υιοθετείται από τη βιομηχανία ημιαγωγών. Κατασκευάζοντας εξαιρετικά λεπτά υλικά υψηλής διηλεκτρικής περιεκτικότητας για την αντικατάσταση του παραδοσιακού οξειδίου του πυριτίου, έλυσε με επιτυχία το πρόβλημα του ρεύματος διαρροής που προκαλείται από τη μείωση του πλάτους γραμμής των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, ωθώντας τον Νόμο του Moore να αναπτυχθεί περαιτέρω προς μικρότερα πλάτη γραμμής. Ο Δρ. Tuomo Suntola είπε κάποτε ότι η ALD μπορεί να αυξήσει σημαντικά την πυκνότητα ολοκλήρωσης των εξαρτημάτων.
Δημόσια δεδομένα δείχνουν ότι η τεχνολογία ALD εφευρέθηκε από τον Δρ. Tuomo Suntola του PICOSUN στη Φινλανδία το 1974 και έχει βιομηχανοποιηθεί στο εξωτερικό, όπως η μεμβράνη υψηλής διηλεκτρικής ισχύος στο τσιπ 45/32 νανομέτρων που ανέπτυξε η Intel. Στην Κίνα, η χώρα μου εισήγαγε την τεχνολογία ALD περισσότερα από 30 χρόνια αργότερα από ό,τι οι ξένες χώρες. Τον Οκτώβριο του 2010, το PICOSUN στη Φινλανδία και το Πανεπιστήμιο Fudan φιλοξένησαν την πρώτη εγχώρια συνάντηση ακαδημαϊκής ανταλλαγής ALD, εισάγοντας την τεχνολογία ALD στην Κίνα για πρώτη φορά.
Σε σύγκριση με την παραδοσιακή χημική εναπόθεση ατμών (Καρδιαγγειακά νοσήματα) και φυσικής εναπόθεσης ατμών (PVD), τα πλεονεκτήματα της ALD είναι η εξαιρετική τρισδιάστατη συμμόρφωση, η ομοιομορφία της μεμβράνης μεγάλης επιφάνειας και ο ακριβής έλεγχος του πάχους, τα οποία είναι κατάλληλα για την ανάπτυξη εξαιρετικά λεπτών μεμβρανών σε σύνθετα σχήματα επιφάνειας και δομές με υψηλή αναλογία διαστάσεων.
—Πηγή δεδομένων: Πλατφόρμα μικρο-νανοεπεξεργασίας του Πανεπιστημίου Tsinghua—
Στην εποχή μετά τον Moore, η πολυπλοκότητα και ο όγκος των διαδικασιών κατασκευής πλακιδίων έχουν βελτιωθεί σημαντικά. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τα λογικά τσιπ, με την αύξηση του αριθμού των γραμμών παραγωγής με διαδικασίες κάτω των 45nm, ειδικά των γραμμών παραγωγής με διαδικασίες 28nm και κάτω, οι απαιτήσεις για το πάχος της επίστρωσης και τον έλεγχο ακριβείας είναι υψηλότερες. Μετά την εισαγωγή της τεχνολογίας πολλαπλής έκθεσης, ο αριθμός των βημάτων της διαδικασίας ALD και ο απαιτούμενος εξοπλισμός έχουν αυξηθεί σημαντικά. Στον τομέα των τσιπ μνήμης, η κύρια διαδικασία κατασκευής έχει εξελιχθεί από δομή 2D NAND σε δομή 3D NAND, ο αριθμός των εσωτερικών στρωμάτων έχει συνεχίσει να αυξάνεται και τα εξαρτήματα έχουν σταδιακά παρουσιάσει δομές υψηλής πυκνότητας και υψηλής αναλογίας διαστάσεων, και ο σημαντικός ρόλος της ALD έχει αρχίσει να αναδύεται. Από την οπτική γωνία της μελλοντικής ανάπτυξης των ημιαγωγών, η τεχνολογία ALD θα διαδραματίσει ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο στην εποχή μετά τον Moore.
Για παράδειγμα, η ALD είναι η μόνη τεχνολογία εναπόθεσης που μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις κάλυψης και απόδοσης φιλμ σύνθετων τρισδιάστατων στοιβαγμένων δομών (όπως η 3D-NAND). Αυτό φαίνεται καθαρά στο παρακάτω σχήμα. Η μεμβράνη που εναποτίθεται στο CVD A (μπλε) δεν καλύπτει πλήρως το κάτω μέρος της δομής. Ακόμα κι αν γίνουν κάποιες προσαρμογές στη διαδικασία CVD (CVD B) για την επίτευξη κάλυψης, η απόδοση της μεμβράνης και η χημική σύνθεση της κάτω περιοχής είναι πολύ κακές (λευκή περιοχή στο σχήμα). Αντίθετα, η χρήση της τεχνολογίας ALD δείχνει πλήρη κάλυψη φιλμ και επιτυγχάνονται υψηλής ποιότητας και ομοιόμορφες ιδιότητες φιλμ σε όλες τις περιοχές της δομής.
—-Εικόνα Πλεονεκτήματα της τεχνολογίας ALD σε σύγκριση με την CVD (Πηγή: ASM)—-
Παρόλο που η καρδιαγγειακή προστασία (CVD) εξακολουθεί να κατέχει το μεγαλύτερο μερίδιο αγοράς βραχυπρόθεσμα, η ALD έχει γίνει ένα από τα ταχύτερα αναπτυσσόμενα τμήματα της αγοράς εξοπλισμού κατασκευής πλακιδίων. Σε αυτήν την αγορά ALD με μεγάλο αναπτυξιακό δυναμικό και βασικό ρόλο στην κατασκευή τσιπ, η ASM είναι μια κορυφαία εταιρεία στον τομέα του εξοπλισμού ALD.
Ώρα δημοσίευσης: 12 Ιουνίου 2024