A deposição de filmes finos consiste em revestir uma camada de filme sobre o material principal do substrato semicondutor. Esse filme pode ser feito de diversos materiais, como o composto isolante dióxido de silício, o semicondutor polissilício, o metal cobre, etc. O equipamento utilizado para esse revestimento é chamado de equipamento de deposição de filmes finos.
Do ponto de vista do processo de fabricação de chips semicondutores, ele está localizado no processo front-end.
O processo de preparação de filmes finos pode ser dividido em duas categorias de acordo com o método de formação do filme: deposição física de vapor (PVD) e deposição química de vapor (CVD).(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 de 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 (DCVA deposição por plasma (ou plasma atmosférico) refere-se ao processo de deposição de uma película sólida na superfície de uma pastilha de silício por meio de uma reação química de uma mistura gasosa. De acordo com as condições de reação (pressão, precursor), o processo é dividido em deposição por plasma atmosférico e de deposição por plasma à pressão atmosférica.DCV(APCVD), baixa pressãoDCV(LPCVD), CVD aprimorado por plasma (PECVD), CVD de plasma de alta densidade (HDPCVD) e deposição de camada atômica (ALD).
LPCVD: O processo LPCVD oferece melhor cobertura de etapas, bom controle de composição e estrutura, alta taxa de deposição e rendimento, além de reduzir significativamente a fonte de contaminação por partículas. A dependência de equipamentos de aquecimento como fonte de calor para manter a reação, sendo o controle de temperatura e pressão do gás cruciais. É amplamente utilizado na fabricação da camada de polissilício das células TopCon.
PECVD: O PECVD utiliza plasma gerado por indução de radiofrequência para atingir baixas temperaturas (inferiores a 450 graus) no processo de deposição de filmes finos. A deposição em baixa temperatura é sua principal vantagem, permitindo economia de energia, redução de custos, aumento da capacidade de produção e redução da degradação da vida útil dos portadores minoritários em wafers de silício causada por altas temperaturas. Pode ser aplicado em processos de diversas células, como PERC, TOPCON e HJT.
A deposição de camadas atômicas (ALD): Apresenta boa uniformidade, densidade e ausência de poros, além de boa cobertura de etapas. Pode ser realizada em baixa temperatura (temperatura ambiente a 400 °C), permite o controle simples e preciso da espessura do filme, é amplamente aplicável a substratos de diferentes formatos e não requer o controle da uniformidade do fluxo de reagentes. A desvantagem, porém, é a baixa velocidade de formação do filme. Exemplos de aplicações incluem a camada emissora de luz de sulfeto de zinco (ZnS) utilizada na produção de isolantes nanoestruturados (Al₂O₃/TiO₂) e displays eletroluminescentes de filme fino (TFEL).
A deposição de camadas atômicas (ALD, na sigla em inglês) é um processo de revestimento a vácuo que forma uma película fina sobre a 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, no valor de 1 milhão de euros. A tecnologia ALD foi originalmente usada para telas eletroluminescentes planas, mas não teve ampla aplicação. Foi somente no início do século XXI que a tecnologia ALD começou a ser adotada pela indústria de semicondutores. Ao fabricar materiais ultrafinos de alta constante dielétrica para substituir o óxido de silício tradicional, ela resolveu com sucesso o problema da corrente de fuga causada pela redução da largura de linha dos transistores de efeito de campo, impulsionando o avanço da Lei de Moore em direção a larguras de linha ainda menores. O Dr. Tuomo Suntola afirmou que a ALD pode aumentar significativamente a densidade de integração dos componentes.
Dados públicos mostram que a tecnologia ALD foi inventada pelo Dr. Tuomo Suntola, da PICOSUN, na Finlândia, em 1974, e já foi industrializada no exterior, como no caso do filme de alta constante dielétrica presente no chip de 45/32 nanômetros desenvolvido pela Intel. Na China, o país introduziu a tecnologia ALD mais de 30 anos depois de outros países. Em outubro de 2010, a PICOSUN, na Finlândia, e a Universidade de Fudan sediaram o primeiro encontro de intercâmbio acadêmico sobre ALD na China, apresentando a tecnologia ao país pela primeira vez.
Comparado com a deposição química de vapor tradicional (DCV) e deposição física de vapor (PVD), as vantagens da ALD são a excelente conformidade tridimensional, a uniformidade do filme em grandes áreas e o controle preciso da espessura, sendo adequadas para o crescimento de filmes ultrafinos em formatos de superfície complexos e estruturas de alta relação de aspecto.
—Fonte de dados: Plataforma de processamento micro-nano da Universidade de Tsinghua—
Na era pós-Moore, a complexidade e o volume de processos na fabricação de wafers foram significativamente aprimorados. Tomando como exemplo os chips lógicos, com o aumento do número de linhas de produção com processos abaixo de 45 nm, especialmente as linhas com processos de 28 nm e inferiores, os requisitos para espessura de revestimento e controle de precisão tornaram-se mais rigorosos. Após a introdução da tecnologia de deposição de múltiplas camadas (MLP), o número de etapas e equipamentos necessários para a deposição de camadas atômicas (ALD) aumentou consideravelmente. No campo dos chips de memória, o processo de fabricação predominante evoluiu da estrutura 2D NAND para a 3D NAND, o número de camadas internas continuou a aumentar e os componentes passaram a apresentar estruturas de alta densidade e alta relação de aspecto, consolidando a importância da ALD nesse contexto. Considerando a perspectiva do futuro desenvolvimento de semicondutores, a tecnologia ALD desempenhará um papel cada vez mais crucial na era pós-Moore.
Por exemplo, a ALD é a única tecnologia de deposição capaz de atender aos requisitos de cobertura e desempenho de filmes em estruturas complexas 3D empilhadas (como 3D-NAND). Isso pode ser claramente observado na figura abaixo. O filme depositado por CVD A (azul) não cobre completamente a parte inferior da estrutura; mesmo com alguns ajustes no processo de CVD (CVD B) para alcançar a cobertura, o desempenho do filme e a composição química da área inferior são muito deficientes (área branca na figura); em contraste, o uso da tecnologia ALD demonstra cobertura completa do filme, com propriedades de alta qualidade e uniformes em todas as áreas da estrutura.
—-Vantagens da tecnologia ALD em comparação com a CVD (Fonte: ASM)—-
Embora a deposição química de vapor (CVD) ainda detenha a maior fatia de mercado no curto prazo, a deposição de camadas atômicas (ALD) tornou-se um dos segmentos de crescimento mais rápido no mercado de equipamentos para fabricação de wafers. Nesse mercado de ALD, com grande potencial de crescimento e papel fundamental na fabricação de chips, a ASM se destaca como uma empresa líder no setor de equipamentos de ALD.
Data da publicação: 12 de junho de 2024