Nanošenje tankog filma je nanošenje sloja filma na glavni materijal poluvodičke podloge. Ovaj film može biti izrađen od različitih materijala, kao što su izolacijski spoj silicijev dioksid, poluvodički polisilicij, metalni bakar itd. Oprema koja se koristi za nanošenje naziva se oprema za nanošenje tankog filma.
Iz perspektive procesa proizvodnje poluvodičkih čipova, on se nalazi u prednjem dijelu procesa.
Postupak pripreme tankog filma može se podijeliti u dvije kategorije prema metodi formiranja filma: fizičko taloženje iz parne faze (PVD) i kemijsko taloženje iz parne faze(KVB), među kojima CVD procesna oprema čini veći udio.
Fizičko taloženje iz pare (PVD) odnosi se na isparavanje površine izvora materijala i taloženje na površinu podloge pomoću plina/plazme niskog tlaka, uključujući isparavanje, raspršivanje, ionski snop itd.;
Kemijsko taloženje parom (KVB) odnosi se na proces nanošenja čvrstog filma na površinu silicijske pločice kemijskom reakcijom smjese plinova. Prema uvjetima reakcije (tlak, prekursor), dijeli se na atmosferski tlakKVB(APCVD), niski tlakKVB(LPCVD), CVD pojačan plazmom (PECVD), CVD plazmom visoke gustoće (HDPCVD) i taloženje atomskog sloja (ALD).
LPCVD: LPCVD ima bolju sposobnost pokrivanja koraka, dobru kontrolu sastava i strukture, visoku brzinu i izlaz taloženja te uvelike smanjuje izvor onečišćenja česticama. Oslanjanje na opremu za grijanje kao izvor topline za održavanje reakcije, kontrola temperature i tlak plina vrlo su važni. Široko se koristi u proizvodnji polisloja TopCon ćelija.
PECVD: PECVD se oslanja na plazmu generiranu radiofrekvencijskom indukcijom kako bi se postigla niska temperatura (manje od 450 stupnjeva) procesa taloženja tankog filma. Taloženje na niskoj temperaturi je njegova glavna prednost, čime se štedi energija, smanjuju troškovi, povećava proizvodni kapacitet i smanjuje raspad manjinskih nosioca naboja u silicijskim pločicama tijekom životnog vijeka uzrokovan visokom temperaturom. Može se primijeniti na procese različitih ćelija kao što su PERC, TOPCON i HJT.
ALD: Dobra ujednačenost filma, gust i bez rupa, dobre karakteristike stepenastog pokrivanja, može se izvoditi na niskim temperaturama (sobna temperatura -400 ℃), može jednostavno i precizno kontrolirati debljinu filma, široko je primjenjiv na podloge različitih oblika i ne treba kontrolirati ujednačenost protoka reaktanata. Nedostatak je što je brzina stvaranja filma spora. Na primjer, sloj cinkovog sulfida (ZnS) koji emitira svjetlost koristi se za proizvodnju nanostrukturnih izolatora (Al2O3/TiO2) i tankoslojnih elektroluminiscentnih zaslona (TFEL).
Atomsko nanošenje sloja (ALD) je proces vakuumskog premazivanja kojim se na površini podloge sloj po sloj formira tanki film u obliku jednog atomskog sloja. Još 1974. godine finski fizičar materijala Tuomo Suntola razvio je ovu tehnologiju i osvojio nagradu Millennium Technology Award od milijun eura. ALD tehnologija izvorno se koristila za ravne elektroluminiscentne zaslone, ali nije bila široko korištena. Tek početkom 21. stoljeća ALD tehnologija počela se primjenjivati u industriji poluvodiča. Proizvodnjom ultra tankih visokodielektričnih materijala koji zamjenjuju tradicionalni silicijev oksid, uspješno je riješen problem struje curenja uzrokovan smanjenjem širine linije tranzistora s efektom polja, što je potaknulo Mooreov zakon na daljnji razvoj prema manjim širinama linija. Dr. Tuomo Suntola jednom je rekao da ALD može značajno povećati gustoću integracije komponenti.
Javni podaci pokazuju da je ALD tehnologiju izumio dr. Tuomo Suntola iz tvrtke PICOSUN u Finskoj 1974. godine te da je industrijalizirana u inozemstvu, poput visokodielektričnog filma u čipu od 45/32 nanometara koji je razvio Intel. U Kini je moja zemlja uvela ALD tehnologiju više od 30 godina kasnije od stranih zemalja. U listopadu 2010. PICOSUN u Finskoj i Sveučilište Fudan bili su domaćini prvog domaćeg ALD akademskog sastanka razmjene, prvi put predstavljajući ALD tehnologiju Kini.
U usporedbi s tradicionalnim kemijskim taloženjem iz pare (KVB) i fizičkog taloženja iz pare (PVD), prednosti ALD-a su izvrsna trodimenzionalna konformnost, ujednačenost filma velike površine i precizna kontrola debljine, što je pogodno za uzgoj ultra tankih filmova na složenim oblicima površina i strukturama visokog omjera stranica.
—Izvor podataka: Mikro-nano platforma za obradu Sveučilišta Tsinghua—
U post-Mooreovoj eri, složenost i obujam procesa proizvodnje pločica su znatno poboljšani. Uzimajući logičke čipove kao primjer, s povećanjem broja proizvodnih linija s procesima ispod 45 nm, posebno proizvodnih linija s procesima od 28 nm i manje, zahtjevi za debljinom premaza i preciznom kontrolom su veći. Nakon uvođenja tehnologije višestruke ekspozicije, broj koraka ALD procesa i potrebne opreme značajno se povećao; u području memorijskih čipova, glavni proizvodni proces evoluirao je od 2D NAND do 3D NAND strukture, broj unutarnjih slojeva nastavio se povećavati, a komponente su postupno predstavljale strukture visoke gustoće i visokog omjera stranica, te se počela pojavljivati važna uloga ALD-a. Iz perspektive budućeg razvoja poluvodiča, ALD tehnologija će igrati sve važniju ulogu u post-Mooreovoj eri.
Na primjer, ALD je jedina tehnologija nanošenja koja može zadovoljiti zahtjeve pokrivenosti i performansi filma složenih 3D složenih struktura (kao što je 3D-NAND). To se može zorno vidjeti na donjoj slici. Film nanesen u CVD A (plavo) ne prekriva u potpunosti donji dio strukture; čak i ako se naprave neke prilagodbe procesa CVD-u (CVD B) kako bi se postigla pokrivenost, performanse filma i kemijski sastav donjeg područja su vrlo loši (bijelo područje na slici); nasuprot tome, korištenje ALD tehnologije pokazuje potpunu pokrivenost filma, a visokokvalitetna i ujednačena svojstva filma postižu se u svim područjima strukture.
—-Slika Prednosti ALD tehnologije u usporedbi s CVD-om (Izvor: ASM)—-
Iako CVD i dalje zauzima najveći tržišni udio u kratkom roku, ALD je postao jedan od najbrže rastućih dijelova tržišta opreme za proizvodnju pločica. Na ovom ALD tržištu s velikim potencijalom rasta i ključnom ulogom u proizvodnji čipova, ASM je vodeća tvrtka u području ALD opreme.
Vrijeme objave: 12. lipnja 2024.