Нанесение тонких пленок — это процесс нанесения пленочного покрытия на основную подложку полупроводника. Эта пленка может быть изготовлена из различных материалов, таких как диоксид кремния, полупроводниковый поликремний, медь и т. д. Оборудование, используемое для нанесения покрытия, называется оборудованием для нанесения тонких пленок.
С точки зрения процесса производства полупроводниковых микросхем, он находится на начальном этапе производства.
Процессы получения тонких пленок можно разделить на две категории в зависимости от метода их формирования: физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и химическое осаждение из паровой фазы.(CVD)Среди них оборудование для процесса CVD занимает наибольшую долю.
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) подразумевает испарение поверхности исходного материала и его осаждение на поверхность подложки с помощью газа/плазмы низкого давления, включая испарение, распыление, ионный пучок и т. д.
Химическое осаждение из паровой фазы (ССВЭто процесс осаждения твердой пленки на поверхность кремниевой подложки посредством химической реакции газовой смеси. В зависимости от условий реакции (давление, прекурсор) он подразделяется на атмосферный.ССВ(APCVD), низкое давлениеССВ(LPCVD), плазменно-усиленное химическое осаждение из газовой фазы (PECVD), химическое осаждение из газовой фазы с высокой плотностью плазмы (HDPCVD) и атомно-слоевое осаждение (ALD).
LPCVD: Технология LPCVD обеспечивает лучшее покрытие ступенчатых поверхностей, хороший контроль состава и структуры, высокую скорость осаждения и производительность, а также значительно снижает загрязнение окружающей среды частицами. Использование нагревательного оборудования в качестве источника тепла для поддержания реакции, а также контроль температуры и давления газа имеют большое значение. Широко применяется в производстве полимерных слоев для ячеек TopCon.
PECVD: Метод PECVD основан на использовании плазмы, генерируемой радиочастотной индукцией, для достижения низкой температуры (менее 450 градусов) осаждения тонких пленок. Низкотемпературное осаждение является его главным преимуществом, что позволяет экономить энергию, снижать затраты, увеличивать производительность и сокращать время жизни неосновных носителей заряда в кремниевых пластинах, которое может быть сокращено из-за высокой температуры. Этот метод может применяться в процессах получения различных ячеек, таких как PERC, TOPCON и HJT.
ALD: Обеспечивает хорошую однородность пленки, высокую плотность и отсутствие дефектов, хорошее покрытие ступенями, может проводиться при низкой температуре (комнатная температура -400℃), позволяет просто и точно контролировать толщину пленки, широко применяется на подложках различной формы и не требует контроля однородности потока реагентов. Однако недостатком является низкая скорость формирования пленки. Например, светоизлучающий слой сульфида цинка (ZnS), используемый для производства наноструктурированных изоляторов (Al2O3/TiO2) и тонкопленочных электролюминесцентных дисплеев (TFEL).
Атомно-слоевое осаждение (ALD) — это процесс вакуумного нанесения покрытий, при котором на поверхности подложки слой за слоем формируется тонкая пленка в виде единого атомного слоя. Еще в 1974 году финский физик-материаловед Туомо Сунтола разработал эту технологию и получил премию Millennium Technology Award в размере 1 миллиона евро. Технология ALD первоначально использовалась для плоских электролюминесцентных дисплеев, но не получила широкого распространения. Лишь в начале XXI века технология ALD начала применяться в полупроводниковой промышленности. Благодаря производству сверхтонких высокодиэлектрических материалов, заменяющих традиционный оксид кремния, удалось успешно решить проблему тока утечки, вызванную уменьшением ширины линий полевых транзисторов, что способствовало дальнейшему развитию закона Мура в сторону уменьшения ширины линий. Доктор Туомо Сунтола однажды сказал, что ALD может значительно увеличить плотность интеграции компонентов.
Общедоступные данные показывают, что технология ALD была изобретена доктором Туомо Сунтола из финской компании PICOSUN в 1974 году и получила промышленное применение за рубежом, например, в высокодиэлектрической пленке для чипов 45/32 нанометра, разработанных Intel. В Китае же технология ALD была внедрена более чем на 30 лет позже, чем за рубежом. В октябре 2010 года финская компания PICOSUN и Фуданский университет провели первую в стране встречу по обмену опытом в области ALD, впервые представив технологию ALD в Китае.
По сравнению с традиционным методом химического осаждения из паровой фазы (ССВПреимуществами ALD являются превосходная трехмерная конформность, однородность пленки на больших площадях и точный контроль толщины, что делает его подходящим для выращивания сверхтонких пленок на сложных поверхностях и структурах с высоким соотношением сторон.
—Источник данных: Платформа микро- и нанообработки Университета Цинхуа—
В эпоху после закона Мура сложность и объемы технологических процессов производства полупроводниковых пластин значительно улучшились. Взяв в качестве примера логические микросхемы, можно отметить, что с увеличением числа производственных линий с технологиями ниже 45 нм, особенно с технологиями 28 нм и ниже, требования к толщине покрытия и точности контроля значительно возросли. После внедрения технологии многократного экспонирования количество этапов процесса ALD и необходимое оборудование значительно увеличились; в области микросхем памяти основной производственный процесс эволюционировал от 2D NAND к 3D NAND, количество внутренних слоев продолжало расти, а компоненты постепенно стали иметь структуры высокой плотности и высокого соотношения сторон, и начала проявляться важная роль ALD. С точки зрения будущего развития полупроводников, технология ALD будет играть все более важную роль в эпоху после закона Мура.
Например, ALD — единственная технология осаждения, способная удовлетворить требованиям к покрытию и характеристикам пленки сложных трехмерных многослойных структур (таких как 3D-NAND). Это наглядно показано на рисунке ниже. Пленка, осажденная методом CVD A (синяя), не полностью покрывает нижнюю часть структуры; даже если внести некоторые корректировки в процесс CVD (CVD B) для достижения покрытия, характеристики пленки и химический состав нижней области очень плохие (белая область на рисунке); напротив, использование технологии ALD обеспечивает полное покрытие пленки, и во всех областях структуры достигаются высококачественные и однородные свойства пленки.
—-Преимущества технологии ALD по сравнению с CVD (Источник: ASM)—-
Хотя в краткосрочной перспективе CVD по-прежнему занимает наибольшую долю рынка, ALD стал одним из наиболее быстрорастущих сегментов рынка оборудования для производства кремниевых пластин. На этом рынке ALD с большим потенциалом роста и ключевой ролью в производстве микросхем компания ASM является лидером в области оборудования для ALD.
Дата публикации: 12 июня 2024 г.