పలుచని పొర నిక్షేపణ పరికరాల విశ్లేషణ – PECVD/LPCVD/ALD పరికరాల సూత్రాలు మరియు అనువర్తనాలు

సన్నని పొర నిక్షేపణ అంటే సెమీకండక్టర్ యొక్క ప్రధాన ఆధార పదార్థంపై ఒక పొరను పూయడం. ఈ పొరను ఇన్సులేటింగ్ సమ్మేళనం సిలికాన్ డయాక్సైడ్, సెమీకండక్టర్ పాలిసిలికాన్, లోహ రాగి మొదలైన వివిధ పదార్థాలతో తయారు చేయవచ్చు. పూత వేయడానికి ఉపయోగించే పరికరాన్ని సన్నని పొర నిక్షేపణ పరికరం అంటారు.

సెమీకండక్టర్ చిప్ తయారీ ప్రక్రియ దృక్కోణం నుండి చూస్తే, ఇది ఫ్రంట్-ఎండ్ ప్రక్రియలో ఉంటుంది.

పలుచని పొర తయారీ ప్రక్రియను, దాని పొరను ఏర్పరిచే పద్ధతిని బట్టి రెండు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు: ఫిజికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (PVD) మరియు కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్(సివిడి)వీటిలో CVD ప్రాసెస్ పరికరాలు అధిక నిష్పత్తిలో ఉన్నాయి.

ఫిజికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (PVD) అనగా పదార్థ మూలం యొక్క ఉపరితలాన్ని బాష్పీభవనం చెందించి, తక్కువ పీడనం గల గ్యాస్/ప్లాస్మా ద్వారా సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితలంపై నిక్షేపించడం, ఇందులో బాష్పీభవనం, స్పట్టరింగ్, అయాన్ బీమ్ మొదలైనవి ఉంటాయి;

రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (సివిడివాయు మిశ్రమం యొక్క రసాయన చర్య ద్వారా సిలికాన్ వేఫర్ ఉపరితలంపై ఘన పొరను నిక్షేపించే ప్రక్రియను అంటారు. చర్య పరిస్థితులను (పీడనం, ప్రికర్సర్) బట్టి, దీనిని వాతావరణ పీడనం మరియు వాతావరణ పీడనంగా విభజిస్తారు.సివిడి(APCVD), తక్కువ పీడనంసివిడి(LPCVD), ప్లాస్మా ఎన్‌హాన్స్‌డ్ CVD (PECVD), హై డెన్సిటీ ప్లాస్మా CVD (HDPCVD) మరియు అటామిక్ లేయర్ డిపోజిషన్ (ALD).

LPCVD: LPCVDకి మెరుగైన స్టెప్ కవరేజ్ సామర్థ్యం, ​​మంచి కూర్పు మరియు నిర్మాణ నియంత్రణ, అధిక డిపాజిషన్ రేటు మరియు అవుట్‌పుట్ ఉంటాయి, మరియు ఇది కణ కాలుష్యానికి మూలాన్ని బాగా తగ్గిస్తుంది. చర్యను కొనసాగించడానికి తాపన పరికరాలను ఉష్ణ వనరుగా ఉపయోగించడం వల్ల, ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ మరియు వాయు పీడనం చాలా ముఖ్యమైనవి. TopCon సెల్స్ యొక్క పాలీ లేయర్ తయారీలో ఇది విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

PECVD: పలుచని పొరను నిక్షేపించే ప్రక్రియలో తక్కువ ఉష్ణోగ్రతను (450 డిగ్రీల కంటే తక్కువ) సాధించడానికి, PECVD రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ ఇండక్షన్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన ప్లాస్మాపై ఆధారపడుతుంది. తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నిక్షేపించడం దీని ప్రధాన ప్రయోజనం, తద్వారా శక్తి ఆదా అవుతుంది, ఖర్చులు తగ్గుతాయి, ఉత్పత్తి సామర్థ్యం పెరుగుతుంది, మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత కారణంగా సిలికాన్ వేఫర్‌లలోని మైనారిటీ క్యారియర్‌ల జీవితకాల క్షీణత తగ్గుతుంది. దీనిని PERC, TOPCON, మరియు HJT వంటి వివిధ సెల్‌ల ప్రక్రియలకు అనువర్తించవచ్చు.

ALD: మంచి ఫిల్మ్ ఏకరూపత, దట్టంగా మరియు రంధ్రాలు లేకుండా ఉంటుంది, మంచి స్టెప్ కవరేజ్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద (గది ఉష్ణోగ్రత-400℃) నిర్వహించవచ్చు, ఫిల్మ్ మందాన్ని సులభంగా మరియు కచ్చితంగా నియంత్రించవచ్చు, వివిధ ఆకారాల సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు విస్తృతంగా వర్తిస్తుంది, మరియు రియాక్టెంట్ ప్రవాహం యొక్క ఏకరూపతను నియంత్రించాల్సిన అవసరం లేదు. కానీ దీని ప్రతికూలత ఏమిటంటే ఫిల్మ్ ఏర్పడే వేగం నెమ్మదిగా ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, నానోస్ట్రక్చర్డ్ ఇన్సులేటర్లు (Al2O3/TiO2) మరియు థిన్-ఫిల్మ్ ఎలక్ట్రోల్యూమినెసెంట్ డిస్‌ప్లేలు (TFEL) ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించే జింక్ సల్ఫైడ్ (ZnS) కాంతి-ఉద్గార పొర.

అటామిక్ లేయర్ డిపోజిషన్ (ALD) అనేది ఒక వాక్యూమ్ కోటింగ్ ప్రక్రియ. ఇది ఒక సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితలంపై ఒకే అణు పొర రూపంలో, పొరల వారీగా ఒక పలుచని పొరను ఏర్పరుస్తుంది. 1974లోనే, ఫిన్నిష్ మెటీరియల్ ఫిజిసిస్ట్ టుయోమో సుంటోలా ఈ టెక్నాలజీని అభివృద్ధి చేసి, 1 మిలియన్ యూరోల మిలీనియం టెక్నాలజీ అవార్డును గెలుచుకున్నారు. ALD టెక్నాలజీని మొదట్లో ఫ్లాట్-ప్యానెల్ ఎలక్ట్రోల్యూమినెసెంట్ డిస్‌ప్లేల కోసం ఉపయోగించారు, కానీ అది విస్తృతంగా వాడుకలోకి రాలేదు. 21వ శతాబ్దం ప్రారంభం వరకు సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ ALD టెక్నాలజీని స్వీకరించడం ప్రారంభించలేదు. సాంప్రదాయ సిలికాన్ ఆక్సైడ్‌కు బదులుగా అత్యంత పలుచని, అధిక డైఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలను తయారు చేయడం ద్వారా, ఇది ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్ల లైన్ వెడల్పు తగ్గడం వల్ల కలిగే లీకేజ్ కరెంట్ సమస్యను విజయవంతంగా పరిష్కరించింది. ఇది మూరే నియమాన్ని మరింత చిన్న లైన్ వెడల్పుల వైపు అభివృద్ధి చెందడానికి ప్రేరేపించింది. ALD కాంపోనెంట్ల ఇంటిగ్రేషన్ సాంద్రతను గణనీయంగా పెంచగలదని డాక్టర్ టుయోమో సుంటోలా ఒకసారి అన్నారు.

బహిరంగ సమాచారం ప్రకారం, ALD సాంకేతికతను 1974లో ఫిన్లాండ్‌లోని పికోసన్‌కు చెందిన డాక్టర్ టుయోమో సుంటోలా కనుగొన్నారు మరియు ఇంటెల్ అభివృద్ధి చేసిన 45/32 నానోమీటర్ చిప్‌లోని అధిక డైఎలెక్ట్రిక్ ఫిల్మ్ వంటి వాటి ద్వారా ఇది విదేశాలలో పారిశ్రామికీకరించబడింది. చైనాలో, మన దేశం విదేశాల కంటే 30 సంవత్సరాలకు పైగా ఆలస్యంగా ALD సాంకేతికతను ప్రవేశపెట్టింది. అక్టోబర్ 2010లో, ఫిన్లాండ్‌లోని పికోసన్ మరియు ఫుడాన్ విశ్వవిద్యాలయం మొదటి దేశీయ ALD అకడమిక్ ఎక్స్ఛేంజ్ సమావేశాన్ని నిర్వహించి, చైనాకు మొదటిసారిగా ALD సాంకేతికతను పరిచయం చేశాయి.
సాంప్రదాయ రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణతో పోలిస్తే (సివిడిఫిజికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (PVD)తో పోలిస్తే, ALD యొక్క ప్రయోజనాలు అద్భుతమైన త్రిమితీయ అనుగుణ్యత, పెద్ద-ప్రాంత ఫిల్మ్ ఏకరూపత మరియు ఖచ్చితమైన మందం నియంత్రణ. ఇవి సంక్లిష్ట ఉపరితల ఆకారాలు మరియు అధిక ఆస్పెక్ట్ రేషియో నిర్మాణాలపై అతి సన్నని ఫిల్మ్‌లను పెంచడానికి అనుకూలంగా ఉంటాయి.

—డేటా మూలం: సింఘువా విశ్వవిద్యాలయం యొక్క మైక్రో-నానో ప్రాసెసింగ్ ప్లాట్‌ఫారమ్—

మూర్-అనంతర యుగంలో, వేఫర్ తయారీ యొక్క సంక్లిష్టత మరియు ప్రక్రియ పరిమాణం బాగా మెరుగుపడ్డాయి. లాజిక్ చిప్‌లను ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, 45nm కంటే తక్కువ ప్రక్రియలతో కూడిన ఉత్పత్తి శ్రేణుల సంఖ్య పెరగడంతో, ముఖ్యంగా 28nm మరియు అంతకంటే తక్కువ ప్రక్రియలతో కూడిన ఉత్పత్తి శ్రేణులలో, కోటింగ్ మందం మరియు ఖచ్చితత్వ నియంత్రణకు అవసరాలు ఎక్కువగా ఉన్నాయి. మల్టిపుల్ ఎక్స్‌పోజర్ టెక్నాలజీని ప్రవేశపెట్టిన తర్వాత, అవసరమైన ALD ప్రక్రియ దశలు మరియు పరికరాల సంఖ్య గణనీయంగా పెరిగింది; మెమరీ చిప్‌ల రంగంలో, ప్రధాన తయారీ ప్రక్రియ 2D NAND నుండి 3D NAND నిర్మాణానికి పరిణామం చెందింది, అంతర్గత పొరల సంఖ్య నిరంతరం పెరుగుతూనే ఉంది, మరియు భాగాలు క్రమంగా అధిక-సాంద్రత, అధిక ఆస్పెక్ట్ రేషియో నిర్మాణాలను ప్రదర్శించాయి, మరియు ALD యొక్క ముఖ్యమైన పాత్ర వెలుగులోకి రావడం ప్రారంభమైంది. సెమీకండక్టర్ల భవిష్యత్ అభివృద్ధి దృక్కోణం నుండి, మూర్-అనంతర యుగంలో ALD టెక్నాలజీ మరింత ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది.

ఉదాహరణకు, సంక్లిష్టమైన 3D స్టాక్డ్ నిర్మాణాల (3D-NAND వంటివి) కవరేజ్ మరియు ఫిల్మ్ పనితీరు అవసరాలను తీర్చగల ఏకైక డిపోజిషన్ టెక్నాలజీ ALD. ఇది క్రింది చిత్రంలో స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది. CVD A (నీలం రంగు)లో డిపాజిట్ చేయబడిన ఫిల్మ్, నిర్మాణం యొక్క దిగువ భాగాన్ని పూర్తిగా కవర్ చేయదు; కవరేజ్ సాధించడానికి CVD (CVD B)లో కొన్ని ప్రాసెస్ సర్దుబాట్లు చేసినప్పటికీ, దిగువ ప్రాంతం (చిత్రంలోని తెలుపు ప్రాంతం) యొక్క ఫిల్మ్ పనితీరు మరియు రసాయన కూర్పు చాలా పేలవంగా ఉంటాయి; దీనికి విరుద్ధంగా, ALD టెక్నాలజీని ఉపయోగించడం వల్ల పూర్తి ఫిల్మ్ కవరేజ్ కనిపిస్తుంది, మరియు నిర్మాణం యొక్క అన్ని ప్రాంతాలలో అధిక-నాణ్యత మరియు ఏకరీతి ఫిల్మ్ లక్షణాలు సాధించబడతాయి.

—చిత్రం: CVDతో పోలిస్తే ALD సాంకేతికత యొక్క ప్రయోజనాలు (మూలం: ASM)—

స్వల్పకాలంలో CVD ఇప్పటికీ అతిపెద్ద మార్కెట్ వాటాను కలిగి ఉన్నప్పటికీ, వేఫర్ ఫ్యాబ్ పరికరాల మార్కెట్‌లో ALD అత్యంత వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న భాగాలలో ఒకటిగా మారింది. గొప్ప వృద్ధి సామర్థ్యం మరియు చిప్ తయారీలో కీలక పాత్ర కలిగిన ఈ ALD మార్కెట్‌లో, ALD పరికరాల రంగంలో ASM ఒక ప్రముఖ సంస్థగా ఉంది.