Nanášanie tenkých vrstiev spočíva v nanesení vrstvy filmu na hlavný substrátový materiál polovodiča. Tento film môže byť vyrobený z rôznych materiálov, ako je napríklad izolačná zlúčenina oxid kremičitý, polovodičový polysilikón, kovová meď atď. Zariadenie používané na nanášanie sa nazýva zariadenie na nanášanie tenkých vrstiev.
Z hľadiska procesu výroby polovodičových čipov sa nachádza v procese front-end.
Proces prípravy tenkých vrstiev možno rozdeliť do dvoch kategórií podľa metódy tvorby filmu: fyzikálne nanášanie z pár (PVD) a chemické nanášanie z pár(KVO), medzi ktorými zariadenia na proces CVD tvoria vyšší podiel.
Fyzikálne nanášanie z pár (PVD) označuje odparovanie povrchu zdroja materiálu a nanášanie na povrch substrátu pomocou nízkotlakového plynu/plazmy vrátane odparovania, naprašovania, iónového lúča atď.;
Chemické nanášanie z pár (Kardiovaskulárne ochorenie (KVO)) označuje proces nanášania pevného filmu na povrch kremíkového plátku chemickou reakciou so zmesou plynov. Podľa reakčných podmienok (tlak, prekurzor) sa delí na atmosférický tlakKardiovaskulárne ochorenie (KVO)(APCVD), nízky tlakKardiovaskulárne ochorenie (KVO)(LPCVD), plazmou vylepšené CVD (PECVD), CVD s vysokou hustotou plazmy (HDPCVD) a depozícia atómových vrstiev (ALD).
LPCVD: LPCVD má lepšiu schopnosť pokrytia krokov, dobrú kontrolu zloženia a štruktúry, vysokú rýchlosť a výkon nanášania a výrazne znižuje zdroj znečistenia časticami. Na udržanie reakcie sa ako zdroj tepla spolieha vykurovacie zariadenie, regulácia teploty a tlak plynu sú veľmi dôležité. Široko sa používa pri výrobe polyvrstvových článkov TopCon.
PECVD: PECVD sa spolieha na plazmu generovanú rádiofrekvenčnou indukciou na dosiahnutie nízkej teploty (menej ako 450 stupňov) počas procesu nanášania tenkých vrstiev. Nízka teplota nanášania je jeho hlavnou výhodou, čím sa šetrí energia, znižujú náklady, zvyšuje výrobná kapacita a znižuje sa rozpad minoritných nosičov náboja v kremíkových doštičkách počas ich životnosti spôsobený vysokou teplotou. Môže sa použiť v procesoch rôznych článkov, ako sú PERC, TOPCON a HJT.
ALD: Dobrá rovnomernosť filmu, hustý a bez otvorov, dobré charakteristiky pokrytia stupňov, možno ho vykonávať pri nízkej teplote (izbová teplota - 400 ℃), možno ho jednoducho a presne regulovať hrúbkou filmu, je široko použiteľný na substráty rôznych tvarov a nevyžaduje reguláciu rovnomernosti toku reaktantov. Nevýhodou je však pomalá rýchlosť tvorby filmu. Napríklad vrstva emitujúca svetlo zo sulfidu zinočnatého (ZnS) sa používa na výrobu nanostruktúrovaných izolantov (Al2O3/TiO2) a tenkovrstvových elektroluminiscenčných displejov (TFEL).
Atómová vrstvová depozícia (ALD) je proces vákuového nanášania povlaku, ktorý vytvára tenký film na povrchu substrátu vrstvu po vrstve vo forme jednej atómovej vrstvy. Už v roku 1974 fínsky materiálový fyzik Tuomo Suntola vyvinul túto technológiu a získal cenu Millennium Technology Award v hodnote 1 milióna eur. Technológia ALD sa pôvodne používala pre ploché elektroluminiscenčné displeje, ale nebola široko používaná. Až začiatkom 21. storočia začala technológia ALD prijímať polovodičový priemysel. Výrobou ultratenkých vysokodielektrických materiálov, ktoré nahrádzajú tradičný oxid kremičitý, úspešne vyriešila problém zvodového prúdu spôsobený zmenšením šírky čiary tranzistorov s poľným efektom, čo viedlo k ďalšiemu vývoju Moorovho zákona smerom k menším šírkam čiar. Dr. Tuomo Suntola raz povedal, že ALD môže výrazne zvýšiť hustotu integrácie komponentov.
Verejne dostupné údaje ukazujú, že technológiu ALD vynašiel Dr. Tuomo Suntola zo spoločnosti PICOSUN vo Fínsku v roku 1974 a bola industrializovaná v zahraničí, ako napríklad vysoko dielektrický film v 45/32 nanometrovom čipe vyvinutom spoločnosťou Intel. V Číne naša krajina zaviedla technológiu ALD o viac ako 30 rokov neskôr ako v zahraničí. V októbri 2010 usporiadali spoločnosť PICOSUN vo Fínsku a Fudanská univerzita prvé domáce akademické výmenné stretnutie ALD, na ktorom bola technológia ALD prvýkrát predstavená Číne.
V porovnaní s tradičným chemickým nanášaním z pár (Kardiovaskulárne ochorenie (KVO)) a fyzikálnej depozície z pár (PVD), výhody ALD sú vynikajúca trojrozmerná konformita, rovnomernosť filmu na veľkej ploche a presná kontrola hrúbky, ktoré sú vhodné na rast ultratenkých filmov na zložitých tvaroch povrchov a štruktúrach s vysokým pomerom strán.
—Zdroj údajov: Platforma pre mikro-nano spracovanie Univerzity Tsinghua—
V období po Mooreovej ére sa výrazne zlepšila zložitosť a objem procesov výroby waferov. Napríklad logické čipy, s nárastom počtu výrobných liniek s procesmi pod 45 nm, najmä výrobných liniek s procesmi 28 nm a menej, sú vyššie požiadavky na hrúbku povlaku a presnú kontrolu. Po zavedení technológie viacnásobnej expozície sa výrazne zvýšil počet krokov procesu ALD a potrebných zariadení; v oblasti pamäťových čipov sa hlavný výrobný proces vyvinul z 2D NAND na 3D NAND štruktúru, počet vnútorných vrstiev sa neustále zvyšoval a komponenty postupne vykazovali štruktúry s vysokou hustotou a vysokým pomerom strán, čím sa začala prejavovať dôležitá úloha ALD. Z hľadiska budúceho vývoja polovodičov bude technológia ALD hrať v období po Mooreovej ére čoraz dôležitejšiu úlohu.
Napríklad, ALD je jediná depozičná technológia, ktorá dokáže splniť požiadavky na pokrytie a výkon filmu zložitých 3D vrstvených štruktúr (ako napríklad 3D-NAND). Toto je možné názorne vidieť na obrázku nižšie. Film nanesený v CVD A (modrá) úplne nepokrýva spodnú časť štruktúry; aj keď sa vykonajú určité úpravy procesu CVD (CVD B) na dosiahnutie pokrytia, výkon filmu a chemické zloženie spodnej oblasti sú veľmi nízke (biela oblasť na obrázku); naopak, použitie technológie ALD vykazuje úplné pokrytie filmu a vo všetkých oblastiach štruktúry sa dosahujú vysoko kvalitné a jednotné vlastnosti filmu.
—-Obrázok Výhody technológie ALD v porovnaní s CVD (Zdroj: ASM)—-
Hoci CVD stále zaujíma v krátkodobom horizonte najväčší podiel na trhu, ALD sa stala jednou z najrýchlejšie rastúcich častí trhu so zariadeniami na výrobu doštičiek. Na tomto trhu ALD s veľkým rastovým potenciálom a kľúčovou úlohou vo výrobe čipov je spoločnosť ASM poprednou spoločnosťou v oblasti ALD zariadení.
Čas uverejnenia: 12. júna 2024