Dunnefilmdepositie is het aanbrengen van een dunne filmlaag op het hoofdsubstraat van de halfgeleider. Deze film kan gemaakt zijn van verschillende materialen, zoals isolerend siliciumdioxide, halfgeleidend polysilicium, metaal koper, enzovoort. De apparatuur die hiervoor gebruikt wordt, wordt dunnefilmdepositieapparatuur genoemd.
Vanuit het perspectief van het productieproces van halfgeleiderchips bevindt het zich in het front-endproces.
Het bereidingsproces van dunne films kan, afhankelijk van de filmvormingsmethode, in twee categorieën worden verdeeld: fysische dampafzetting (PVD) en chemische dampafzetting.(CVD)Waaronder CVD-procesapparatuur een groter aandeel uitmaakt.
Fysieke dampafzetting (PVD) verwijst naar het verdampen van het oppervlak van het bronmateriaal en de afzetting ervan op het oppervlak van het substraat door middel van lagedrukgas/plasma, waaronder verdamping, sputteren, ionenbundelafzetting, enz.
Chemische dampafzetting (Hart- en vaatziektenDit verwijst naar het proces waarbij een vaste film op het oppervlak van een siliciumwafel wordt afgezet door middel van een chemische reactie van een gasmengsel. Afhankelijk van de reactieomstandigheden (druk, precursor) wordt het onderverdeeld in atmosferische druk.Hart- en vaatziekten(APCVD), lage drukHart- en vaatziekten(LPCVD), plasma-enhanced CVD (PECVD), high density plasma CVD (HDPCVD) en atomic layer deposition (ALD).
LPCVD: LPCVD heeft een betere dekkingsgraad, goede controle over de samenstelling en structuur, een hoge afzettingssnelheid en -opbrengst, en vermindert de hoeveelheid deeltjesvervuiling aanzienlijk. Omdat verwarmingsapparatuur als warmtebron wordt gebruikt om de reactie in stand te houden, zijn temperatuurregeling en gasdruk zeer belangrijk. Het wordt veel gebruikt bij de productie van polylagen in TopCon-cellen.
PECVD: PECVD maakt gebruik van plasma dat wordt opgewekt door radiofrequente inductie om een lage temperatuur (minder dan 450 graden) te bereiken tijdens het afzettingsproces van dunne films. Afzetting bij lage temperatuur is het belangrijkste voordeel, waardoor energie wordt bespaard, kosten worden verlaagd, de productiecapaciteit wordt verhoogd en de levensduurverval van minderheidsladingsdragers in siliciumwafers, veroorzaakt door hoge temperaturen, wordt verkort. Het kan worden toegepast in processen voor diverse cellen zoals PERC, TOPCON en HJT.
ALD (Atomic Layer Deposition): Goede filmuniformiteit, dicht en zonder gaten, goede dekkingseigenschappen, kan worden uitgevoerd bij lage temperaturen (kamertemperatuur - 400 °C), de filmdikte kan eenvoudig en nauwkeurig worden geregeld, is breed toepasbaar op substraten van verschillende vormen en vereist geen controle van de uniformiteit van de reactantstroom. Het nadeel is echter de trage filmvormingssnelheid. Voorbeelden hiervan zijn de lichtemitterende laag van zinksulfide (ZnS) die wordt gebruikt voor de productie van nanogestructureerde isolatoren (Al2O3/TiO2) en dunnefilm-elektroluminescentiedisplays (TFEL).
Atomic layer deposition (ALD) is een vacuümcoatingproces waarbij laagje voor laagje een dunne film op het oppervlak van een substraat wordt gevormd in de vorm van een enkele atoomlaag. Al in 1974 ontwikkelde de Finse materiaalfysicus Tuomo Suntola deze technologie en won hij de Millennium Technology Award van 1 miljoen euro. ALD-technologie werd oorspronkelijk gebruikt voor platte elektroluminescentieschermen, maar werd niet op grote schaal toegepast. Pas aan het begin van de 21e eeuw begon de halfgeleiderindustrie ALD-technologie te omarmen. Door ultradunne materialen met een hoge diëlektrische constante te produceren ter vervanging van traditioneel siliciumoxide, werd het probleem van lekstroom, veroorzaakt door de afname van de lijnbreedte van veldeffecttransistoren, succesvol opgelost. Dit stimuleerde de verdere ontwikkeling van de Wet van Moore richting nog kleinere lijnbreedtes. Dr. Tuomo Suntola zei ooit dat ALD de integratiedichtheid van componenten aanzienlijk kan verhogen.
Uit openbare gegevens blijkt dat ALD-technologie in 1974 is uitgevonden door Dr. Tuomo Suntola van PICOSUN in Finland en in het buitenland is geïndustrialiseerd, zoals bijvoorbeeld de hoogdiëlektrische film in de 45/32 nanometerchip die door Intel is ontwikkeld. In China introduceerde mijn land ALD-technologie meer dan 30 jaar later dan andere landen. In oktober 2010 organiseerden PICOSUN in Finland en de Fudan Universiteit de eerste binnenlandse academische uitwisselingsbijeenkomst over ALD, waarmee ALD-technologie voor het eerst in China werd geïntroduceerd.
Vergeleken met traditionele chemische dampafzetting (Hart- en vaatziektenIn tegenstelling tot ALD (Atomic Layer Deposition), biedt ALD uitstekende driedimensionale conformiteit, uniformiteit van de film over grote oppervlakken en nauwkeurige diktecontrole. Hierdoor is ALD geschikt voor het laten groeien van ultradunne films op complexe oppervlakken en structuren met een hoge aspectverhouding.
—Gegevensbron: Micro-nanoverwerkingsplatform van de Tsinghua Universiteit—
In het tijdperk na Moore zijn de complexiteit en het procesvolume van de waferproductie aanzienlijk verbeterd. Neem bijvoorbeeld logische chips: met de toename van het aantal productielijnen met processen kleiner dan 45 nm, met name productielijnen met processen van 28 nm en kleiner, zijn de eisen aan de coatingdikte en precisiecontrole hoger geworden. Na de introductie van de multiple exposure-technologie is het aantal ALD-processtappen en de benodigde apparatuur aanzienlijk toegenomen. Op het gebied van geheugenchips is het gangbare productieproces geëvolueerd van 2D NAND naar 3D NAND-structuren, is het aantal interne lagen blijven toenemen en vertonen de componenten geleidelijk aan structuren met een hoge dichtheid en een hoge aspectverhouding, waardoor de belangrijke rol van ALD steeds duidelijker wordt. Vanuit het perspectief van de toekomstige ontwikkeling van halfgeleiders zal ALD-technologie in het tijdperk na Moore een steeds belangrijkere rol spelen.
ALD is bijvoorbeeld de enige depositietechnologie die kan voldoen aan de dekkings- en filmprestatie-eisen van complexe 3D-gestapelde structuren (zoals 3D-NAND). Dit is duidelijk te zien in de onderstaande afbeelding. De film die is afgezet met CVD A (blauw) bedekt het onderste deel van de structuur niet volledig; zelfs als er enkele procesaanpassingen worden gedaan aan CVD (CVD B) om dekking te bereiken, zijn de filmprestaties en de chemische samenstelling van het onderste gedeelte zeer slecht (wit gebied in de afbeelding); daarentegen laat de ALD-technologie een volledige filmdekking zien en worden hoogwaardige en uniforme filmeigenschappen bereikt in alle delen van de structuur.
—Afbeelding: Voordelen van ALD-technologie ten opzichte van CVD (Bron: ASM)—
Hoewel CVD op korte termijn nog steeds het grootste marktaandeel heeft, is ALD uitgegroeid tot een van de snelstgroeiende segmenten van de markt voor waferfabricageapparatuur. In deze ALD-markt met een groot groeipotentieel en een sleutelrol in de chipfabricage, is ASM een toonaangevend bedrijf op het gebied van ALD-apparatuur.
Geplaatst op: 12 juni 2024