La deposición de película delgada consiste en recubrir el sustrato principal del semiconductor con una capa de película. Esta película puede estar hecha de diversos materiales, como dióxido de silicio (un compuesto aislante), polisilicio (un semiconductor), cobre, etc. El equipo utilizado para este proceso se denomina equipo de deposición de película delgada.
Desde la perspectiva del proceso de fabricación de chips semiconductores, se ubica en la etapa inicial del proceso.
El proceso de preparación de películas delgadas se puede dividir en dos categorías según su método de formación de película: deposición física de vapor (PVD) y deposición química de vapor.(ECV)Entre los cuales, los equipos de proceso CVD representan una mayor proporción.
La deposición física de vapor (PVD) se refiere a la vaporización de la superficie de la fuente del material y su deposición sobre la superficie del sustrato mediante gas/plasma a baja presión, incluyendo evaporación, pulverización catódica, haz de iones, etc.;
deposición química en fase vapor (Enfermedad cardiovascularSe refiere al proceso de depositar una película sólida sobre la superficie de una oblea de silicio mediante una reacción química de una mezcla de gases. Según las condiciones de reacción (presión, precursor), se divide en presión atmosférica.Enfermedad cardiovascular(APCVD), baja presiónEnfermedad cardiovascular(LPCVD), CVD mejorada por plasma (PECVD), CVD de plasma de alta densidad (HDPCVD) y deposición de capa atómica (ALD).
LPCVD: La LPCVD ofrece una mejor cobertura de escalones, un buen control de la composición y la estructura, una alta tasa de deposición y producción, y reduce considerablemente la contaminación por partículas. Al depender de equipos de calentamiento como fuente de calor para mantener la reacción, el control de la temperatura y la presión del gas son cruciales. Se utiliza ampliamente en la fabricación de capas de policarbonato para celdas TopCon.
PECVD: La deposición química en fase vapor asistida por plasma generado por inducción de radiofrecuencia permite alcanzar bajas temperaturas (inferiores a 450 °C) en el proceso de deposición de películas delgadas. Su principal ventaja radica en el ahorro de energía, la reducción de costes, el aumento de la capacidad de producción y la disminución de la vida útil de los portadores minoritarios en las obleas de silicio causada por las altas temperaturas. Se puede aplicar a diversos procesos de fabricación de celdas, como PERC, TOPCON y HJT.
ALD: Ofrece una buena uniformidad de película, densa y sin poros, con buenas características de cobertura de escalones, se puede realizar a baja temperatura (temperatura ambiente-400 ℃), permite un control sencillo y preciso del espesor de la película, es ampliamente aplicable a sustratos de diferentes formas y no requiere controlar la uniformidad del flujo de reactivos. Sin embargo, su desventaja radica en la lentitud de la 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, dotado con un millón de euros. La tecnología ALD se utilizó originalmente para pantallas electroluminiscentes planas, pero su uso no se generalizó. No fue hasta principios del siglo XXI que la industria de los semiconductores comenzó a adoptarla. Al fabricar materiales ultrafinos de alta constante dieléctrica 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, impulsando así la Ley de Moore hacia anchos de línea aún más pequeños. El Dr. Tuomo Suntola afirmó en una ocasión 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 constante dieléctrica en el chip de 45/32 nanómetros desarrollado por Intel. En China, nuestro 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 el primer encuentro nacional de intercambio académico sobre ALD, presentando esta tecnología a China por primera vez.
En comparación con la deposición química de vapor tradicional (Enfermedad cardiovascularEn comparación con la deposición física de vapor (PVD), las ventajas de la ALD son una excelente conformabilidad tridimensional, una gran uniformidad de la película y un control preciso del espesor, lo que las hace adecuadas para el crecimiento de películas ultrafinas en formas de superficie complejas y estructuras de alta relación de aspecto.
—Fuente de datos: Plataforma de microprocesamiento y nanoprocesamiento de la Universidad de Tsinghua—
En la era posterior a Moore, la complejidad y el volumen de procesos de fabricación de obleas han mejorado considerablemente. Tomando como ejemplo los chips lógicos, con el aumento del número de líneas de producción con procesos inferiores a 45 nm, especialmente las de 28 nm o menos, 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 de proceso ALD y el equipo necesario han 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, y el papel importante de ALD ha comenzado a emerger. Desde la perspectiva del desarrollo futuro de los semiconductores, la tecnología ALD desempeñará un papel cada vez más importante en la era posterior a Moore.
Por ejemplo, ALD es la única tecnología de deposición que puede cumplir con los requisitos de cobertura y rendimiento de la película para estructuras apiladas 3D complejas (como 3D-NAND). Esto se puede apreciar claramente en la siguiente figura. La película depositada mediante CVD A (azul) no cubre completamente la parte inferior de la estructura; incluso si se realizan algunos ajustes al proceso CVD (CVD B) para lograr la cobertura, el rendimiento y la composición química de la película en 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 tecnología ALD en comparación con CVD (Fuente: ASM)—
Si bien la deposición química en fase vapor (CVD) aún ostenta la mayor cuota de mercado a corto plazo, la deposición de capas atómicas (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 un gran potencial de crecimiento y un papel fundamental en la fabricación de chips, ASM es una empresa líder en el sector de equipos para ALD.
Fecha de publicación: 12 de junio de 2024