A deposición de película fina consiste en revestir unha capa de película sobre o material de substrato principal do semicondutor. Esta película pode estar feita de varios materiais, como o composto illante de dióxido de silicio, o polisilicio semicondutor, o cobre metálico, etc. O equipo utilizado para o revestimento chámase equipo de deposición de película fina.
Desde a perspectiva do proceso de fabricación de chips semicondutores, este está situado no proceso frontal.
O proceso de preparación de películas finas pódese dividir en dúas categorías segundo o seu método de formación de película: deposición física de vapor (PVD) e deposición química de vapor(ECV), entre os cales os equipos de proceso de CVD representan unha maior proporción.
A deposición física de vapor (PVD) refírese á vaporización da superficie da fonte de material e á deposición na superficie do substrato mediante gas/plasma a baixa presión, incluíndo evaporación, pulverización catódica, feixe de ións, etc.;
Deposición química de vapor (ECV) refírese ao proceso de depositar unha película sólida na superficie da oblea de silicio mediante unha reacción química dunha mestura de gases. Segundo as condicións de reacción (presión, precursor), divídese en presión atmosféricaECV(APCVD), baixa presiónECV(LPCVD), CVD potenciada por plasma (PECVD), CVD por plasma de alta densidade (HDPCVD) e deposición de capas atómicas (ALD).
LPCVD: O LPCVD ten unha mellor capacidade de cobertura de pasos, un bo control da composición e a estrutura, unha alta taxa de deposición e produción, e reduce considerablemente a fonte de contaminación por partículas. Ao depender de equipos de calefacción como fonte de calor para manter a reacción, o control da temperatura e a presión do gas son moi importantes. Amplamente utilizado na fabricación de capas de polietileno de células TopCon.
PECVD: A PECVD baséase no plasma xerado por indución de radiofrecuencia para acadar baixas temperaturas (menos de 450 graos) no proceso de deposición de película fina. A deposición a baixa temperatura é a súa principal vantaxe, xa que permite aforrar enerxía, reducir custos, aumentar a capacidade de produción e reducir a deterioración durante o tempo de vida dos portadores minoritarios nas obleas de silicio causada polas altas temperaturas. Pódese aplicar aos procesos de diversas celas como PERC, TOPCON e HJT.
ALD: Boa uniformidade da película, densa e sen buratos, boas características de cobertura de pasos, pódese levar a cabo a baixa temperatura (temperatura ambiente -400 ℃), pode controlar de forma sinxela e precisa o grosor da película, é amplamente aplicable a substratos de diferentes formas e non necesita controlar a uniformidade do fluxo de reactivos. Pero a desvantaxe é que a velocidade de formación da película é lenta. Como a capa emisora de luz de sulfuro de zinc (ZnS) utilizada para producir illantes nanoestruturados (Al2O3/TiO2) e pantallas electroluminescentes de película fina (TFEL).
A deposición de capas atómicas (ALD) é un proceso de revestimento ao baleiro que forma unha película fina na superficie dun substrato capa por capa en forma dunha única capa atómica. Xa en 1974, o físico de materiais finlandés Tuomo Suntola desenvolveu esta tecnoloxía e gañou o Premio de Tecnoloxía do Milenio, dotado cun millón de euros. A tecnoloxía ALD utilizouse orixinalmente para pantallas electroluminescentes de pantalla plana, pero non se empregou amplamente. Non foi ata principios do século XXI que a tecnoloxía ALD comezou a ser adoptada pola industria dos semicondutores. Ao fabricar materiais ultrafinos de alto dieléctrico para substituír o óxido de silicio tradicional, resolveu con éxito o problema da corrente de fuga causado pola redución do ancho de liña dos transistores de efecto de campo, o que levou a que a Lei de Moore se desenvolvese aínda máis cara a anchos de liña máis pequenos. O Dr. Tuomo Suntola dixo unha vez que a ALD pode aumentar significativamente a densidade de integración dos compoñentes.
Os datos públicos mostran que a tecnoloxía ALD foi inventada polo Dr. Tuomo Suntola de PICOSUN en Finlandia en 1974 e que se industrializou no estranxeiro, como a película de alto dieléctrico no chip de 45/32 nanómetros desenvolvido por Intel. Na China, o meu país introduciu a tecnoloxía ALD máis de 30 anos máis tarde que os países estranxeiros. En outubro de 2010, PICOSUN en Finlandia e a Universidade de Fudan organizaron a primeira reunión nacional de intercambio académico de ALD, introducindo a tecnoloxía ALD na China por primeira vez.
En comparación coa deposición química de vapor tradicional (ECV) e a deposición física de vapor (PVD), as vantaxes da ALD son a excelente conformalidade tridimensional, a uniformidade da película de gran área e o control preciso do grosor, que son axeitados para o crecemento de películas ultrafinas en formas superficiais complexas e estruturas de alta relación de aspecto.
—Fonte de datos: Plataforma de procesamento de micronano da Universidade de Tsinghua—
Na era posterior a Moore, a complexidade e o volume de procesos da fabricación de obleas melloraron moito. Tomando como exemplo os chips lóxicos, co aumento do número de liñas de produción con procesos por debaixo dos 45 nm, especialmente as liñas de produción con procesos de 28 nm e inferiores, os requisitos para o control do grosor do revestimento e a precisión son maiores. Tras a introdución da tecnoloxía de exposición múltiple, o número de pasos do proceso ALD e os equipos necesarios aumentaron significativamente; no campo dos chips de memoria, o proceso de fabricación convencional evolucionou da estrutura NAND 2D á NAND 3D, o número de capas internas seguiu aumentando e os compoñentes presentaron gradualmente estruturas de alta densidade e alta relación de aspecto, e comezou a emerxer o importante papel da ALD. Desde a perspectiva do desenvolvemento futuro dos semicondutores, a tecnoloxía ALD desempeñará un papel cada vez máis importante na era posterior a Moore.
Por exemplo, a ALD é a única tecnoloxía de deposición que pode cumprir os requisitos de cobertura e rendemento da película de estruturas complexas apiladas en 3D (como a 3D-NAND). Isto pódese ver claramente na figura seguinte. A película depositada en CVD A (azul) non cobre completamente a parte inferior da estrutura; mesmo se se realizan algúns axustes do proceso na CVD (CVD B) para lograr a cobertura, o rendemento da película e a composición química da área inferior son moi deficientes (área branca na figura); pola contra, o uso da tecnoloxía ALD mostra unha cobertura completa da película e conséguense propiedades da película uniformes e de alta calidade en todas as áreas da estrutura.
Vantaxes da tecnoloxía ALD en comparación coa CVD (Fonte: ASM)
Aínda que a CVD segue a ocupar a maior cota de mercado a curto prazo, a ALD converteuse nunha das partes de máis rápido crecemento do mercado de equipos de fabricación de obleas. Neste mercado de ALD con gran potencial de crecemento e un papel clave na fabricación de chips, ASM é unha empresa líder no campo dos equipos ALD.
Data de publicación: 12 de xuño de 2024