Nanašanje tankih filmov je nanašanje plasti filma na glavni substrat polprevodnika. Ta film je lahko izdelan iz različnih materialov, kot so izolacijska spojina silicijev dioksid, polprevodniški polisilicij, kovinski baker itd. Oprema, ki se uporablja za nanašanje, se imenuje oprema za nanašanje tankih filmov.
Z vidika procesa izdelave polprevodniških čipov se nahaja v procesu prednje faze.
Postopek priprave tankih filmov lahko glede na metodo njihovega nastajanja razdelimo v dve kategoriji: fizikalno nanašanje iz pare (PVD) in kemično nanašanje iz pare.(KVB), med katerimi večji delež predstavlja oprema za CVD procese.
Fizikalno nanašanje s paro (PVD) se nanaša na uparjanje površine materialnega vira in nanašanje na površino substrata z nizkotlačnim plinom/plazmo, vključno z uparjanjem, razprševanjem, ionskim žarkom itd.;
Kemično nanašanje s paro (KVB) se nanaša na postopek nanašanja trdne plasti na površino silicijeve rezine s kemično reakcijo plinske mešanice. Glede na reakcijske pogoje (tlak, predhodnik) se deli na atmosferski tlakKVB(APCVD), nizek tlakKVB(LPCVD), plazemsko izboljšan CVD (PECVD), CVD z visoko gostoto plazme (HDPCVD) in nanašanje atomske plasti (ALD).
LPCVD: LPCVD ima boljšo sposobnost prekrivanja stopenj, dober nadzor sestave in strukture, visoko hitrost nanašanja in izhod ter močno zmanjša vir onesnaženja z delci. Zanašanje na grelno opremo kot vir toplote za vzdrževanje reakcije, nadzor temperature in tlaka plina sta zelo pomembna. Široko se uporablja pri izdelavi poliplastnih celic TopCon.
PECVD: PECVD se za doseganje nizke temperature (manj kot 450 stopinj) pri postopku nanašanja tankih plasti opira na plazmo, ki jo ustvarja radiofrekvenčna indukcija. Njegova glavna prednost je nanašanje pri nizki temperaturi, s čimer se prihrani energija, zmanjšajo stroški, poveča proizvodna zmogljivost in zmanjša razpad manjšinskih nosilcev naboja v silicijevih rezinah med življenjsko dobo zaradi visoke temperature. Uporablja se lahko v procesih različnih celic, kot so PERC, TOPCON in HJT.
ALD: Dobra enakomernost filma, gost in brez lukenj, dobre lastnosti stopničaste prekrivnosti, možnost izvajanja pri nizki temperaturi (sobna temperatura -400 ℃), enostavno in natančno nadzorovanje debeline filma, široko uporabnost na substratih različnih oblik in ni potrebno nadzorovati enakomernosti pretoka reaktantov. Pomanjkljivost pa je počasna hitrost nastajanja filma. Na primer, svetleča plast cinkovega sulfida (ZnS), ki se uporablja za izdelavo nanostrukturnih izolatorjev (Al2O3/TiO2) in tankoplastnih elektroluminiscenčnih zaslonov (TFEL).
Atomsko nanašanje plasti (ALD) je postopek vakuumskega nanašanja, pri katerem se na površini substrata plast za plastjo oblikuje tanek film v obliki ene same atomske plasti. Že leta 1974 je finski fizik materialov Tuomo Suntola razvil to tehnologijo in prejel nagrado Millennium Technology Award v vrednosti 1 milijona evrov. Tehnologija ALD se je prvotno uporabljala za ploske elektroluminiscenčne zaslone, vendar ni bila široko uporabljena. Šele na začetku 21. stoletja je tehnologijo ALD začela uporabljati polprevodniška industrija. Z izdelavo ultra tankih visokodielektričnih materialov, ki so nadomestili tradicionalni silicijev oksid, je uspešno rešila problem uhajanja toka, ki ga je povzročilo zmanjšanje širine črt poljskih tranzistorjev, kar je spodbudilo Moorov zakon k nadaljnjemu razvoju v smeri manjših širin črt. Dr. Tuomo Suntola je nekoč dejal, da lahko ALD znatno poveča gostoto integracije komponent.
Javni podatki kažejo, da je tehnologijo ALD izumil dr. Tuomo Suntola iz podjetja PICOSUN na Finskem leta 1974 in da je bila industrializirana v tujini, na primer visoko dielektrična folija v 45/32 nanometrskem čipu, ki ga je razvil Intel. Na Kitajskem je moja država tehnologijo ALD uvedla več kot 30 let pozneje kot tuje države. Oktobra 2010 sta PICOSUN na Finskem in Univerza Fudan gostila prvo domače akademsko izmenjavo ALD, na kateri sta tehnologijo ALD prvič predstavila Kitajski.
V primerjavi s tradicionalnim kemičnim nanašanjem na paro (KVB) in fizikalnega nanašanja s paro (PVD) so prednosti ALD odlična tridimenzionalna konformnost, enakomernost filma na veliki površini in natančen nadzor debeline, kar je primerno za gojenje ultra tankih filmov na kompleksnih površinskih oblikah in strukturah z visokim razmerjem stranic.
—Vir podatkov: Platforma za mikro-nano obdelavo Univerze Tsinghua—
V obdobju po Mooreju sta se kompleksnost in obseg procesov izdelave rezin močno izboljšala. Na primer, pri logičnih čipih so se s povečanjem števila proizvodnih linij s procesi pod 45 nm, zlasti proizvodnih linij s procesi 28 nm in manj, povečale zahteve glede debeline prevleke in natančnega nadzora. Po uvedbi tehnologije večkratne osvetlitve se je število korakov procesa ALD in potrebne opreme znatno povečalo; na področju pomnilniških čipov se je glavni proizvodni proces razvil iz 2D NAND v 3D NAND strukturo, število notranjih plasti se je še naprej povečevalo, komponente pa so postopoma predstavljale strukture z visoko gostoto in visokim razmerjem stranic, zato se je začela pojavljati pomembna vloga ALD. Z vidika prihodnjega razvoja polprevodnikov bo tehnologija ALD v obdobju po Mooreju igrala vse pomembnejšo vlogo.
Na primer, ALD je edina tehnologija nanašanja, ki lahko izpolni zahteve glede pokritosti in zmogljivosti filma kompleksnih 3D zloženih struktur (kot je 3D-NAND). To je nazorno razvidno iz spodnje slike. Film, nanesen s CVD A (modro), ne prekrije v celoti spodnjega dela strukture; tudi če se pri CVD (CVD B) izvedejo nekatere prilagoditve postopka za doseganje pokritosti, sta zmogljivost filma in kemična sestava spodnjega območja zelo slabi (belo območje na sliki); nasprotno pa uporaba tehnologije ALD kaže popolno pokritost filma, visokokakovostne in enotne lastnosti filma pa so dosežene na vseh področjih strukture.
—-Slika Prednosti tehnologije ALD v primerjavi s CVD (Vir: ASM)—-
Čeprav CVD še vedno kratkoročno zaseda največji tržni delež, je ALD postal eden najhitreje rastočih delov trga opreme za proizvodnjo rezin. Na tem trgu ALD z velikim potencialom rasti in ključno vlogo pri proizvodnji čipov je ASM vodilno podjetje na področju ALD opreme.
Čas objave: 12. junij 2024