A deposição de filme fino consiste em revestir uma camada de filme sobre o material do substrato principal do semicondutor. Esse filme pode ser feito de diversos materiais, como composto isolante de dióxido de silício, polissilício semicondutor, cobre metálico, etc. O equipamento utilizado para o revestimento é chamado de equipamento de deposição de filme fino.
Da perspectiva do processo de fabricação do chip semicondutor, ele está localizado no processo front-end.
O processo de preparação de filmes finos pode ser dividido em duas categorias de acordo com seu método de formação de filme: deposição física de vapor (PVD) e deposição química de vapor(DCV), entre os quais os equipamentos de processo CVD representam uma proporção maior.
A deposição física de vapor (PVD) refere-se à vaporização da superfície da fonte do material e à deposição na superfície do substrato por meio de gás/plasma de baixa pressão, incluindo evaporação, pulverização catódica, feixe de íons, etc.;
Deposição química de vapor (DCV) refere-se ao processo de deposição de um filme sólido na superfície da pastilha de silício por meio de uma reação química de uma mistura gasosa. De acordo com as condições de reação (pressão, precursor), é dividido em pressão atmosféricaDCV(APCVD), baixa pressãoDCV(LPCVD), CVD aprimorado por plasma (PECVD), CVD de plasma de alta densidade (HDPCVD) e deposição de camada atômica (ALD).
LPCVD: O LPCVD possui melhor capacidade de cobertura de etapas, bom controle de composição e estrutura, alta taxa de deposição e rendimento, além de reduzir significativamente a fonte de poluição por partículas. Utilizando equipamentos de aquecimento como fonte de calor para manter a reação, o controle de temperatura e a pressão do gás são muito importantes. Amplamente utilizado na fabricação de camadas de polímero de células TopCon.
PECVD: O PECVD utiliza o plasma gerado por indução de radiofrequência para atingir baixas temperaturas (menos de 450 graus) no processo de deposição de filmes finos. A deposição em baixas temperaturas é sua principal vantagem, economizando energia, reduzindo custos, aumentando a capacidade de produção e reduzindo a degradação ao longo da vida útil de portadores minoritários em wafers de silício causada por altas temperaturas. Pode ser aplicado a processos de diversas células, como PERC, TOPCON e HJT.
ALD: Boa uniformidade do filme, denso e sem furos, boas características de cobertura por etapas, pode ser realizado em baixas temperaturas (temperatura ambiente -400°C), permite o controle simples e preciso da espessura do filme, é amplamente aplicável a substratos de diferentes formatos e não requer controle da uniformidade do fluxo de reagentes. A desvantagem é que a velocidade de formação do filme é lenta. Como a camada emissora de luz de sulfeto de zinco (ZnS) usada na produção de isoladores nanoestruturados (Al2O3/TiO2) e displays eletroluminescentes de filme fino (TFEL).
A deposição de camada atômica (ALD) é um processo de revestimento a vácuo que forma uma película fina na superfície de um substrato, camada por camada, na forma de uma única camada atômica. Já em 1974, o físico de materiais finlandês Tuomo Suntola desenvolveu essa tecnologia e ganhou o Prêmio de Tecnologia do Milênio de 1 milhão de euros. A tecnologia ALD foi originalmente usada para telas eletroluminescentes de tela plana, mas não foi amplamente utilizada. Foi somente no início do século XXI que a tecnologia ALD começou a ser adotada pela indústria de semicondutores. Ao fabricar materiais ultrafinos de alto dielétrico para substituir o óxido de silício tradicional, ela resolveu com sucesso o problema de corrente de fuga causado pela redução da largura de linha dos transistores de efeito de campo, levando a Lei de Moore a se desenvolver ainda mais em direção a larguras de linha menores. O Dr. Tuomo Suntola disse uma vez que a ALD pode aumentar significativamente a densidade de integração de componentes.
Dados públicos mostram que a tecnologia ALD foi inventada pelo Dr. Tuomo Suntola, da PICOSUN, na Finlândia, em 1974, e foi industrializada no exterior, como o filme dielétrico de alta densidade no chip de 45/32 nanômetros desenvolvido pela Intel. Na China, meu país introduziu a tecnologia ALD mais de 30 anos depois de outros países. Em outubro de 2010, a PICOSUN, na Finlândia, e a Universidade Fudan sediaram o primeiro encontro nacional de intercâmbio acadêmico sobre ALD, apresentando a tecnologia ALD à China pela primeira vez.
Comparado com a deposição química de vapor tradicional (DCV) e deposição física de vapor (PVD), as vantagens do ALD são excelente conformabilidade tridimensional, uniformidade de filme de grande área e controle preciso de espessura, que são adequados para o crescimento de filmes ultrafinos em formatos de superfície complexos e estruturas de alta relação de aspecto.
—Fonte de dados: Plataforma de micro-nanoprocessamento da Universidade de Tsinghua—
Na era pós-Moore, a complexidade e o volume do processo de fabricação de wafers foram significativamente aprimorados. Tomando chips lógicos como exemplo, com o aumento do número de linhas de produção com processos abaixo de 45 nm, especialmente as linhas de produção com processos de 28 nm e abaixo, os requisitos para espessura de revestimento e controle de precisão são maiores. Após a introdução da tecnologia de exposição múltipla, o número de etapas do processo ALD e equipamentos necessários aumentou significativamente; no campo de chips de memória, o processo de fabricação convencional evoluiu de estrutura NAND 2D para NAND 3D, o número de camadas internas continuou a aumentar e os componentes gradualmente apresentaram estruturas de alta densidade e alta razão de aspecto, e o importante papel do ALD começou a emergir. Da perspectiva do desenvolvimento futuro de semicondutores, a tecnologia ALD desempenhará um papel cada vez mais importante na era pós-Moore.
Por exemplo, a ALD é a única tecnologia de deposição que atende aos requisitos de cobertura e desempenho de filme de estruturas empilhadas 3D complexas (como 3D-NAND). Isso pode ser visto claramente na figura abaixo. O filme depositado em CVD A (azul) não cobre completamente a parte inferior da estrutura; mesmo com alguns ajustes de processo em CVD (CVD B) para obter cobertura, o desempenho do filme e a composição química da área inferior são muito ruins (área branca na figura); em contraste, o uso da tecnologia ALD demonstra cobertura completa do filme, e propriedades de filme uniformes e de alta qualidade são alcançadas em todas as áreas da estrutura.
—-Imagem Vantagens da tecnologia ALD em comparação com a CVD (Fonte: ASM)—-
Embora o setor de CVD ainda ocupe a maior fatia de mercado no curto prazo, o ALD tornou-se um dos segmentos de equipamentos para fabricação de wafers com crescimento mais rápido. Nesse mercado de ALD com grande potencial de crescimento e um papel fundamental na fabricação de chips, a ASM é uma empresa líder na área de equipamentos para ALD.
Horário da publicação: 12/06/2024