La deposizione di film sottili consiste nel rivestire il substrato principale del semiconduttore con uno strato di pellicola. Questa pellicola può essere costituita da diversi materiali, come il biossido di silicio isolante, il polisilicio semiconduttore, il rame metallico, ecc. L'apparecchiatura utilizzata per la deposizione è detta apparecchiatura per la deposizione di film sottili.
Dal punto di vista del processo di produzione dei chip a semiconduttore, si colloca nella fase iniziale del processo.
Il processo di preparazione dei film sottili può essere suddiviso in due categorie in base al metodo di formazione del film: deposizione fisica da fase vapore (PVD) e deposizione chimica da fase vapore.(malattie cardiovascolari), tra cui le apparecchiature per il processo CVD rappresentano una percentuale maggiore.
La deposizione fisica da fase vapore (PVD) si riferisce alla vaporizzazione della superficie della sorgente del materiale e alla deposizione sulla superficie del substrato tramite gas/plasma a bassa pressione, tra cui evaporazione, sputtering, fascio ionico, ecc.;
deposizione chimica da fase vapore (Malattia cardiovascolare) si riferisce al processo di deposizione di un film solido sulla superficie del wafer di silicio tramite una reazione chimica di una miscela di gas. In base alle condizioni di reazione (pressione, precursore), si divide in pressione atmosfericaMalattia cardiovascolare(APCVD), bassa pressioneMalattia cardiovascolare(LPCVD), CVD potenziato al plasma (PECVD), CVD al plasma ad alta densità (HDPCVD) e deposizione di strati atomici (ALD).
LPCVD: LPCVD offre una migliore capacità di copertura dei gradini, un buon controllo della composizione e della struttura, un'elevata velocità di deposizione e una resa elevata, riducendo notevolmente le fonti di inquinamento da particelle. Poiché si basa su apparecchiature di riscaldamento come fonte di calore per mantenere la reazione, il controllo della temperatura e della pressione del gas è fondamentale. Ampiamente utilizzato nella produzione di strati di polisilicio per celle TopCon.
PECVD: Il PECVD si basa sul plasma generato dall'induzione a radiofrequenza per raggiungere basse temperature (inferiori a 450 gradi) nel processo di deposizione di film sottili. La deposizione a bassa temperatura è il suo principale vantaggio, in quanto consente di risparmiare energia, ridurre i costi, aumentare la capacità produttiva e diminuire il decadimento della durata di vita dei portatori minoritari nei wafer di silicio causato dalle alte temperature. Può essere applicato ai processi di diverse celle, come PERC, TOPCON e HJT.
ALD: Buona uniformità del film, denso e senza fori, buone caratteristiche di copertura dei gradini, può essere eseguito a bassa temperatura (temperatura ambiente - 400℃), consente un controllo semplice e preciso dello spessore del film, è ampiamente applicabile a substrati di diverse forme e non richiede il controllo dell'uniformità del flusso dei reagenti. Tuttavia, lo svantaggio è che la velocità di formazione del film è lenta. Ad esempio, lo strato emettitore di luce di solfuro di zinco (ZnS) utilizzato per produrre isolanti nanostrutturati (Al2O3/TiO2) e display elettroluminescenti a film sottile (TFEL).
La deposizione di strati atomici (ALD) è un processo di rivestimento sottovuoto che forma un film sottile sulla superficie di un substrato, strato dopo strato, sotto forma di un singolo strato atomico. Già nel 1974, il fisico dei materiali finlandese Tuomo Suntola sviluppò questa tecnologia, vincendo il Millennium Technology Award da 1 milione di euro. La tecnologia ALD fu inizialmente utilizzata per i display elettroluminescenti a schermo piatto, ma non trovò ampia applicazione. Solo all'inizio del XXI secolo la tecnologia ALD iniziò ad essere adottata dall'industria dei semiconduttori. Grazie alla produzione di materiali ultrasottili ad alta costante dielettrica in sostituzione del tradizionale ossido di silicio, risolse con successo il problema della corrente di dispersione causato dalla riduzione della larghezza di linea dei transistor a effetto di campo, spingendo la Legge di Moore a evolversi ulteriormente verso larghezze di linea sempre più piccole. Il Dr. Tuomo Suntola affermò che l'ALD può aumentare significativamente la densità di integrazione dei componenti.
I dati pubblici mostrano che la tecnologia ALD è stata inventata dal Dr. Tuomo Suntola del PICOSUN in Finlandia nel 1974 ed è stata industrializzata all'estero, come ad esempio il film ad alta costante dielettrica nel chip a 45/32 nanometri sviluppato da Intel. In Cina, il mio Paese ha introdotto la tecnologia ALD oltre 30 anni dopo rispetto agli altri Paesi. Nell'ottobre del 2010, il PICOSUN in Finlandia e l'Università di Fudan hanno ospitato il primo incontro accademico nazionale sulla tecnologia ALD, presentando per la prima volta questa tecnologia in Cina.
Rispetto alla deposizione chimica da fase vapore tradizionale (Malattia cardiovascolareRispetto alla deposizione chimica da fase vapore (PVD), i vantaggi dell'ALD sono l'eccellente conformità tridimensionale, l'uniformità del film su ampia area e il controllo preciso dello spessore, caratteristiche che la rendono adatta alla crescita di film ultrasottili su superfici complesse e strutture con elevato rapporto d'aspetto.
—Fonte dei dati: Piattaforma di micro-nano-elaborazione dell'Università di Tsinghua—
Nell'era post-Moore, la complessità e il volume dei processi di produzione dei wafer sono notevolmente aumentati. Prendendo ad esempio i chip logici, con l'aumento del numero di linee di produzione con processi inferiori a 45 nm, in particolare quelle con processi a 28 nm e inferiori, i requisiti in termini di spessore del rivestimento e controllo di precisione sono diventati più stringenti. Dopo l'introduzione della tecnologia di esposizione multipla, il numero di fasi del processo ALD e le apparecchiature necessarie sono aumentati significativamente; nel campo dei chip di memoria, il processo di produzione principale si è evoluto dalla struttura 2D NAND alla struttura 3D NAND, il numero di strati interni ha continuato ad aumentare e i componenti hanno gradualmente presentato strutture ad alta densità e ad alto rapporto d'aspetto, e il ruolo importante dell'ALD ha iniziato a emergere. In un'ottica di sviluppo futuro dei semiconduttori, la tecnologia ALD svolgerà un ruolo sempre più importante nell'era post-Moore.
Ad esempio, l'ALD è l'unica tecnologia di deposizione in grado di soddisfare i requisiti di copertura e prestazioni del film di complesse strutture 3D impilate (come le 3D-NAND). Ciò è chiaramente visibile nella figura sottostante. Il film depositato con il metodo CVD A (blu) non copre completamente la parte inferiore della struttura; anche apportando alcune modifiche al processo CVD (CVD B) per ottenere la copertura, le prestazioni del film e la composizione chimica dell'area inferiore risultano molto scarse (area bianca nella figura); al contrario, l'utilizzo della tecnologia ALD mostra una copertura completa del film e consente di ottenere proprietà del film uniformi e di alta qualità in tutte le aree della struttura.
—-Immagine Vantaggi della tecnologia ALD rispetto alla CVD (Fonte: ASM)—-
Sebbene la deposizione chimica da fase vapore (CVD) detenga ancora la quota di mercato maggiore nel breve termine, la deposizione a strati atomici (ALD) è diventata uno dei segmenti in più rapida crescita nel mercato delle apparecchiature per la fabbricazione di wafer. In questo mercato ALD, caratterizzato da un grande potenziale di crescita e da un ruolo chiave nella produzione di chip, ASM è un'azienda leader nel settore delle apparecchiature ALD.
Data di pubblicazione: 12 giugno 2024