La deposición de película delgada consiste en recubrir una capa de película sobre el sustrato principal del semiconductor. Esta película puede estar hecha de diversos materiales, como dióxido de silicio, compuesto aislante, polisilicio semiconductor, cobre metálico, etc. El equipo utilizado para el recubrimiento se denomina deposición de película delgada.
Desde la perspectiva del proceso de fabricación de chips semiconductores, se ubica en el proceso inicial.
El proceso de preparación de película delgada se puede dividir en dos categorías según su método de formación de película: deposición física de vapor (PVD) y deposición química de vapor.(enfermedad cardiovascular), entre los cuales los equipos de proceso CVD representan una proporción mayor.
La deposición física de vapor (PVD) se refiere a la vaporización de la superficie de la fuente de material y la deposición en la superficie del sustrato a través de gas/plasma a baja presión, que incluye evaporación, pulverización catódica, haz de iones, etc.;
Deposición química de vapor (ECV) se refiere al proceso de depositar una película sólida sobre la superficie de la oblea de silicio mediante una reacción química con una mezcla de gases. Según las condiciones de reacción (presión, precursor), se divide en presión atmosférica.ECV(APCVD), baja presiónECV(LPCVD), CVD mejorado con plasma (PECVD), CVD de plasma de alta densidad (HDPCVD) y deposición de capa atómica (ALD).
LPCVD: El LPCVD ofrece una mejor cobertura de pasos, buen control de la composición y la estructura, alta tasa de deposición y rendimiento, y reduce considerablemente la contaminación por partículas. El uso de equipos de calentamiento como fuente de calor para mantener la reacción, el control de la temperatura y la presión del gas son fundamentales. Se utiliza ampliamente en la fabricación de capas de polietileno de celdas TopCon.
PECVD: El PECVD se basa en el plasma generado por inducción de radiofrecuencia para lograr una baja temperatura (menos de 450 grados) en el proceso de deposición de película delgada. La deposición a baja temperatura es su principal ventaja, ya que permite ahorrar energía, reducir costos, aumentar la capacidad de producción y reducir la desintegración de portadores minoritarios en obleas de silicio debido a las altas temperaturas. Se puede aplicar a procesos de diversas celdas, como PERC, TOPCON y HJT.
ALD: Buena uniformidad de película, densa y sin poros, con buena cobertura de escalones, se puede aplicar a baja temperatura (temperatura ambiente - 400 °C), permite controlar el espesor de la película de forma sencilla y precisa, es ampliamente aplicable a sustratos de diferentes formas y no requiere control de la uniformidad del flujo de reactivo. Sin embargo, la desventaja es su baja velocidad de formación de la película. Por ejemplo, la capa emisora de luz de sulfuro de zinc (ZnS) se utiliza para producir aislantes nanoestructurados (Al₂O₃/TiO₂) y pantallas electroluminiscentes de película delgada (TFEL).
La deposición de capas atómicas (ALD) es un proceso de recubrimiento al vacío que forma una película delgada sobre la superficie de un sustrato capa por capa en forma de una sola capa atómica. Ya en 1974, el físico de materiales finlandés Tuomo Suntola desarrolló esta tecnología y ganó el Premio de Tecnología del Milenio de 1 millón de euros. La tecnología ALD se utilizó originalmente para pantallas electroluminiscentes de panel plano, pero no se extendió. No fue hasta principios del siglo XXI que la tecnología ALD comenzó a ser adoptada por la industria de semiconductores. Al fabricar materiales ultrafinos de alto dieléctrico para reemplazar el óxido de silicio tradicional, resolvió con éxito el problema de la corriente de fuga causado por la reducción del ancho de línea de los transistores de efecto de campo, lo que impulsó la Ley de Moore a seguir evolucionando hacia anchos de línea más pequeños. El Dr. Tuomo Suntola dijo una vez que la ALD puede aumentar significativamente la densidad de integración de los componentes.
Los datos públicos muestran que la tecnología ALD fue inventada por el Dr. Tuomo Suntola, de PICOSUN, en Finlandia, en 1974 y se ha industrializado en el extranjero, como la película de alta dieléctrica del chip de 45/32 nanómetros desarrollado por Intel. En China, mi país introdujo la tecnología ALD más de 30 años después que otros países. En octubre de 2010, PICOSUN en Finlandia y la Universidad de Fudan organizaron la primera reunión nacional de intercambio académico sobre ALD, introduciendo la tecnología ALD en China por primera vez.
En comparación con la deposición química de vapor tradicional (ECV) y la deposición física de vapor (PVD), las ventajas de la ALD son una excelente conformidad tridimensional, uniformidad de película de área grande y un control preciso del espesor, que son adecuados para desarrollar películas ultradelgadas en formas de superficie complejas y estructuras de alta relación de aspecto.
—Fuente de datos: Plataforma de procesamiento micro-nano de la Universidad de Tsinghua—
En la era post-Moore, la complejidad y el volumen del proceso de fabricación de obleas han mejorado considerablemente. Por ejemplo, en el caso de los chips lógicos, con el aumento de las líneas de producción con procesos inferiores a 45 nm, especialmente las de 28 nm o inferiores, los requisitos de espesor de recubrimiento y control de precisión son mayores. Tras la introducción de la tecnología de exposición múltiple, el número de pasos y equipos necesarios para el proceso ALD ha aumentado significativamente. En el campo de los chips de memoria, el proceso de fabricación principal ha evolucionado de la estructura NAND 2D a la NAND 3D, el número de capas internas ha seguido aumentando y los componentes han presentado gradualmente estructuras de alta densidad y alta relación de aspecto, lo que ha permitido que la tecnología ALD destaque. Desde la perspectiva del desarrollo futuro de los semiconductores, la tecnología ALD desempeñará un papel cada vez más importante en la era post-Moore.
Por ejemplo, la ALD es la única tecnología de deposición que cumple con los requisitos de cobertura y rendimiento de la película de estructuras apiladas 3D complejas (como 3D-NAND). Esto se aprecia claramente en la figura siguiente. La película depositada en CVD A (azul) no cubre completamente la parte inferior de la estructura; incluso si se realizan algunos ajustes al proceso de CVD (CVD B) para lograr la cobertura, el rendimiento de la película y la composición química de la zona inferior son muy deficientes (zona blanca en la figura). En cambio, el uso de la tecnología ALD muestra una cobertura completa de la película y se logran propiedades de película uniformes y de alta calidad en todas las áreas de la estructura.
—-Ventajas de la imagen de la tecnología ALD en comparación con la CVD (Fuente: ASM)—-
Aunque la CVD sigue ocupando la mayor cuota de mercado a corto plazo, la ALD se ha convertido en uno de los segmentos de mayor crecimiento en el mercado de equipos para la fabricación de obleas. En este mercado de ALD con gran potencial de crecimiento y un papel clave en la fabricación de chips, ASM es una empresa líder en el sector de equipos de ALD.
Hora de publicación: 12 de junio de 2024