Depunerea de peliculă subțire constă în acoperirea unui strat de peliculă pe materialul principal al substratului semiconductorului. Această peliculă poate fi fabricată din diverse materiale, cum ar fi dioxid de siliciu izolant, polisilicon semiconductor, cupru metalic etc. Echipamentul utilizat pentru acoperire se numește echipament de depunere de peliculă subțire.
Din perspectiva procesului de fabricație a cipurilor semiconductoare, acesta se află în procesul front-end.
Procesul de preparare a peliculelor subțiri poate fi împărțit în două categorii în funcție de metoda de formare a peliculei: depunere fizică din vapori (PVD) și depunere chimică din vapori(BCV), dintre care echipamentele de procesare CVD reprezintă o proporție mai mare.
Depunerea fizică în stare de vapori (PVD) se referă la vaporizarea suprafeței materialului sursă și depunerea pe suprafața substratului prin gaz/plasmă la presiune joasă, inclusiv evaporare, pulverizare catodică, fascicul de ioni etc.;
Depunere chimică în fază de vapori (boli cardiovasculare (BCV)) se referă la procesul de depunere a unei pelicule solide pe suprafața unei plachete de siliciu printr-o reacție chimică a unui amestec de gaze. În funcție de condițiile de reacție (presiune, precursor), aceasta se împarte în presiune atmosfericăboli cardiovasculare (BCV)(APCVD), presiune joasăboli cardiovasculare (BCV)(LPCVD), CVD îmbunătățită cu plasmă (PECVD), CVD cu plasmă de înaltă densitate (HDPCVD) și depunere în strat atomic (ALD).
LPCVD: LPCVD are o capacitate mai bună de acoperire a treptelor, un control bun al compoziției și structurii, o rată și un randament ridicate de depunere și reduce considerabil sursa de poluare cu particule. Bazându-se pe echipamente de încălzire ca sursă de căldură pentru a menține reacția, controlul temperaturii și presiunea gazului sunt foarte importante. Utilizat pe scară largă în fabricarea straturilor de polietilenă a celulelor TopCon.
PECVD: PECVD se bazează pe plasma generată prin inducție de radiofrecvență pentru a atinge o temperatură scăzută (mai puțin de 450 de grade) în procesul de depunere a peliculelor subțiri. Depunerea la temperatură scăzută este principalul său avantaj, economisind astfel energie, reducând costurile, crescând capacitatea de producție și reducând degradarea pe durata de viață a purtătorilor minoritari din napolitanele de siliciu cauzată de temperaturile ridicate. Poate fi aplicată în procesele diferitelor celule, cum ar fi PERC, TOPCON și HJT.
ALD: O peliculă cu o bună uniformitate, densă și fără găuri, cu caracteristici bune de acoperire a treptelor, poate fi realizată la temperatură scăzută (temperatura camerei - 400 ℃), poate controla simplu și precis grosimea peliculei, este aplicabilă pe scară largă pe substraturi de diferite forme și nu necesită controlul uniformității fluxului de reactanți. Dezavantajul este însă viteza lentă de formare a peliculei. De exemplu, stratul emițător de lumină de sulfură de zinc (ZnS) este utilizat pentru a produce izolatori nanostructurați (Al2O3/TiO2) și afișaje electroluminiscente cu peliculă subțire (TFEL).
Depunerea de straturi atomice (ALD) este un proces de acoperire în vid care formează o peliculă subțire pe suprafața unui substrat strat cu strat, sub forma unui singur strat atomic. Încă din 1974, fizicianul finlandez al materialelor Tuomo Suntola a dezvoltat această tehnologie și a câștigat Premiul Millennium Technology Award, în valoare de 1 milion de euro. Tehnologia ALD a fost utilizată inițial pentru afișajele electroluminescente cu ecran plat, dar nu a fost utilizată pe scară largă. Abia la începutul secolului XXI, tehnologia ALD a început să fie adoptată de industria semiconductorilor. Prin fabricarea de materiale ultra-subțiri cu dielectric ridicat pentru a înlocui oxidul de siliciu tradițional, aceasta a rezolvat cu succes problema curentului de scurgere cauzată de reducerea lățimii liniei tranzistoarelor cu efect de câmp, determinând dezvoltarea Legii lui Moore către lățimi de linie mai mici. Dr. Tuomo Suntola a spus odată că ALD poate crește semnificativ densitatea de integrare a componentelor.
Datele publice arată că tehnologia ALD a fost inventată de Dr. Tuomo Suntola de la PICOSUN în Finlanda în 1974 și a fost industrializată în străinătate, cum ar fi pelicula cu dielectric ridicat din cipul de 45/32 nanometri dezvoltat de Intel. În China, țara mea a introdus tehnologia ALD cu peste 30 de ani mai târziu decât țările străine. În octombrie 2010, PICOSUN din Finlanda și Universitatea Fudan au găzduit prima întâlnire internă de schimb academic ALD, introducând tehnologia ALD în China pentru prima dată.
Comparativ cu depunerea chimică tradițională din faza de vapori (boli cardiovasculare (BCV)) și depunerea fizică în fază de vapori (PVD), avantajele ALD sunt conformalitatea tridimensională excelentă, uniformitatea peliculei pe suprafață mare și controlul precis al grosimii, care sunt potrivite pentru creșterea peliculelor ultra-subțiri pe forme de suprafață complexe și structuri cu raport de aspect ridicat.
—Sursa datelor: Platforma de procesare micro-nano a Universității Tsinghua—
În era post-Moore, complexitatea și volumul proceselor de fabricație a napolitanelor s-au îmbunătățit considerabil. Luând ca exemplu cipurile logice, odată cu creșterea numărului de linii de producție cu procese sub 45 nm, în special liniile de producție cu procese de 28 nm și mai mici, cerințele privind grosimea stratului de acoperire și controlul preciziei sunt mai mari. După introducerea tehnologiei de expunere multiplă, numărul de etape ale procesului ALD și echipamentele necesare au crescut semnificativ; în domeniul cipurilor de memorie, procesul de fabricație principal a evoluat de la structura 2D NAND la 3D NAND, numărul de straturi interne a continuat să crească, iar componentele au prezentat treptat structuri cu densitate mare și raport de aspect ridicat, iar rolul important al ALD a început să apară. Din perspectiva dezvoltării viitoare a semiconductorilor, tehnologia ALD va juca un rol din ce în ce mai important în era post-Moore.
De exemplu, ALD este singura tehnologie de depunere care poate îndeplini cerințele de acoperire și performanță a peliculei pentru structuri complexe 3D suprapuse (cum ar fi 3D-NAND). Acest lucru poate fi observat clar în figura de mai jos. Pelicula depusă în CVD A (albastru) nu acoperă complet partea inferioară a structurii; chiar dacă se fac unele ajustări ale procesului CVD (CVD B) pentru a obține acoperirea, performanța peliculei și compoziția chimică a zonei inferioare sunt foarte slabe (zona albă din figură); în schimb, utilizarea tehnologiei ALD arată o acoperire completă a peliculei, iar proprietățile peliculei sunt obținute în toate zonele structurii, având proprietăți uniforme și de înaltă calitate.
Avantajele tehnologiei ALD în comparație cu CVD (Sursa: ASM)
Deși CVD ocupă încă cea mai mare cotă de piață pe termen scurt, ALD a devenit una dintre cele mai rapide creșteri ale pieței echipamentelor de fabricare a napolitanelor. Pe această piață ALD cu un mare potențial de creștere și un rol cheie în fabricarea de cipuri, ASM este o companie lider în domeniul echipamentelor ALD.
Data publicării: 12 iunie 2024