La deposizione di film sottili consiste nel rivestire uno strato di film sul substrato principale del semiconduttore. Questo film può essere costituito da vari materiali, come il composto isolante biossido di silicio, il polisilicio semiconduttore, il rame metallico, ecc. L'apparecchiatura utilizzata per il rivestimento è chiamata apparecchiatura per la deposizione di film sottili.
Dal punto di vista del processo di produzione dei chip semiconduttori, si trova nel processo front-end.
Il processo di preparazione del film sottile può essere suddiviso in due categorie in base al metodo di formazione del film: deposizione fisica da vapore (PVD) e deposizione chimica da vapore(malattia cardiovascolare), tra cui le apparecchiature di processo CVD rappresentano una quota maggiore.
La deposizione fisica da 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 di ioni, ecc.;
Deposizione chimica da vapore (malattie cardiovascolari) si riferisce al processo di deposizione di un film solido sulla superficie del wafer di silicio attraverso una reazione chimica di una miscela di gas. A seconda delle condizioni di reazione (pressione, precursore), si suddivide in pressione atmosferica.malattie cardiovascolari(APCVD), bassa pressionemalattie cardiovascolari(LPCVD), CVD potenziata al plasma (PECVD), CVD al plasma ad alta densità (HDPCVD) e deposizione a 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 maggiore produttività, riducendo notevolmente la fonte di inquinamento da particelle. L'utilizzo di apparecchiature di riscaldamento come fonte di calore per mantenere la reazione, il controllo della temperatura e della pressione del gas sono molto importanti. Ampiamente utilizzato nella produzione di strati di polietilene delle celle TopCon.
PECVD: la tecnologia PECVD sfrutta il 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, consentendo di risparmiare energia, ridurre i costi, aumentare la capacità produttiva e ridurre il decadimento del tempo di vita dei portatori minoritari nei wafer di silicio causato dalle alte temperature. Può essere applicata ai processi di diverse celle come PERC, TOPCON e HJT.
ALD: buona uniformità del film, denso e privo di fori, buone caratteristiche di copertura a gradino, può essere eseguito a bassa temperatura (temperatura ambiente -400 °C), consente di controllare lo spessore del film in modo semplice e preciso, 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. Come lo strato fotoemittente 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 sotto vuoto che forma un film sottile sulla superficie di un substrato, strato per strato, sotto forma di un singolo strato atomico. Già nel 1974, il fisico finlandese dei materiali Tuomo Suntola sviluppò questa tecnologia e vinse il premio Millennium Technology Award da 1 milione di euro. La tecnologia ALD era originariamente utilizzata per i display elettroluminescenti a schermo piatto, ma non ebbe un'ampia diffusione. Solo all'inizio del XXI secolo la tecnologia ALD iniziò a essere adottata dall'industria dei semiconduttori. Producendo materiali ultrasottili ad alto dielettrico in sostituzione del tradizionale ossido di silicio, risolse con successo il problema della corrente di dispersione causata dalla riduzione della larghezza di linea dei transistor a effetto di campo, stimolando l'ulteriore sviluppo della Legge di Moore verso larghezze di linea più piccole. Il Dr. Tuomo Suntola affermò una volta che l'ALD può aumentare significativamente la densità di integrazione dei componenti.
I dati pubblici mostrano che la tecnologia ALD è stata inventata dal Dott. Tuomo Suntola del PICOSUN in Finlandia nel 1974 ed è stata industrializzata all'estero, come nel caso del film ad alto dielettrico nel chip da 45/32 nanometri sviluppato da Intel. In Cina, il mio Paese ha introdotto la tecnologia ALD con oltre 30 anni di ritardo rispetto ai Paesi stranieri. Nell'ottobre 2010, il PICOSUN in Finlandia e l'Università di Fudan hanno ospitato il primo incontro nazionale di scambio accademico ALD, introducendo per la prima volta la tecnologia ALD in Cina.
Rispetto alla tradizionale deposizione chimica da vapore (malattie cardiovascolari) e la deposizione fisica da vapore (PVD), i vantaggi dell'ALD sono l'eccellente conformalità tridimensionale, l'uniformità della pellicola su ampia area e il controllo preciso dello spessore, adatti alla crescita di film ultrasottili su forme superficiali complesse e strutture con elevato rapporto di aspetto.
—Fonte dei dati: Piattaforma di elaborazione micro-nano dell'Università di Tsinghua—
Nell'era post-Moore, la complessità e il volume di processo nella produzione di wafer sono stati notevolmente migliorati. Prendendo ad esempio i chip logici, con l'aumento del numero di linee di produzione con processi inferiori a 45 nm, in particolare le linee di produzione con processi pari o inferiori a 28 nm, i requisiti di spessore del rivestimento e controllo della precisione sono aumentati. Dopo l'introduzione della tecnologia di esposizione multipla, il numero di fasi del processo ALD e le attrezzature necessarie sono aumentati significativamente; nel campo dei chip di memoria, il processo di produzione tradizionale si è evoluto dalla struttura NAND 2D alla struttura NAND 3D, il numero di strati interni ha continuato ad aumentare e i componenti hanno gradualmente presentato strutture ad alta densità e alto rapporto d'aspetto, e l'importante ruolo dell'ALD ha iniziato a emergere. Dal punto di vista del futuro sviluppo 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 strutture 3D impilate complesse (come la 3D-NAND). Ciò è chiaramente visibile nella figura sottostante. Il film depositato in 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 sono molto scarse (area bianca nella figura); al contrario, l'utilizzo della tecnologia ALD mostra una copertura completa del film e proprietà del film uniformi e di alta qualità in tutte le aree della struttura.
—-Vantaggi della tecnologia ALD rispetto alla CVD (Fonte: ASM)—-
Sebbene il CVD detenga ancora la quota di mercato maggiore nel breve termine, l'ALD è diventato uno dei settori in più rapida crescita nel mercato delle apparecchiature per la fabbricazione di wafer. In questo mercato dell'ALD, con un grande potenziale di crescita e un ruolo chiave nella produzione di chip, ASM è un'azienda leader nel campo delle apparecchiature ALD.
Data di pubblicazione: 12 giugno 2024