การเคลือบฟิล์มบางคือการเคลือบชั้นฟิล์มบนวัสดุพื้นผิวหลักของเซมิคอนดักเตอร์ ฟิล์มชนิดนี้สามารถผลิตได้จากวัสดุหลายชนิด เช่น ซิลิกอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นสารประกอบฉนวน โพลีซิลิกอนของเซมิคอนดักเตอร์ โลหะทองแดง เป็นต้น อุปกรณ์ที่ใช้ในการเคลือบเรียกว่าอุปกรณ์การเคลือบฟิล์มบาง
จากมุมมองของกระบวนการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ จะอยู่ในกระบวนการส่วนหน้า
กระบวนการเตรียมฟิล์มบางสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทตามวิธีการสร้างฟิล์ม ได้แก่ การสะสมไอทางกายภาพ (PVD) และการสะสมไอทางเคมี(ซีวีดี)ซึ่งอุปกรณ์กระบวนการ CVD นั้นมีสัดส่วนที่สูงกว่า
การสะสมไอทางกายภาพ (PVD) หมายถึงการระเหยของพื้นผิวแหล่งวัสดุและการสะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้นผ่านก๊าซ/พลาสมาความดันต่ำ ซึ่งรวมถึงการระเหย การสปัตเตอร์ ลำแสงไอออน เป็นต้น
การสะสมไอสารเคมี (โรคหลอดเลือดหัวใจ) หมายถึง กระบวนการสร้างฟิล์มแข็งบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนโดยอาศัยปฏิกิริยาเคมีของส่วนผสมของก๊าซ โดยแบ่งตามสภาวะของปฏิกิริยา (ความดัน สารตั้งต้น) ได้เป็นความดันบรรยากาศโรคหลอดเลือดหัวใจ(APCVD) แรงดันต่ำโรคหลอดเลือดหัวใจ(LPCVD), CVD ที่เพิ่มขึ้นในพลาสมา (PECVD), CVD ในพลาสมาความหนาแน่นสูง (HDPCVD) และการสะสมในชั้นอะตอม (ALD)
LPCVD: LPCVD มีความสามารถในการครอบคลุมขั้นตอนที่ดีกว่า การควบคุมองค์ประกอบและโครงสร้างที่ดี อัตราการสะสมและผลผลิตที่สูง และลดแหล่งที่มาของมลพิษจากอนุภาคได้อย่างมาก การพึ่งพาอุปกรณ์ทำความร้อนเป็นแหล่งความร้อนเพื่อรักษาปฏิกิริยา การควบคุมอุณหภูมิและแรงดันก๊าซมีความสำคัญมาก ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเซลล์ TopCon แบบชั้นโพลี
PECVD: PECVD อาศัยพลาสมาที่สร้างขึ้นโดยการเหนี่ยวนำความถี่วิทยุเพื่อให้ได้อุณหภูมิต่ำ (น้อยกว่า 450 องศา) ของกระบวนการสะสมฟิล์มบาง การสะสมที่อุณหภูมิต่ำเป็นข้อได้เปรียบหลัก ซึ่งช่วยประหยัดพลังงาน ลดต้นทุน เพิ่มกำลังการผลิต และลดอายุการใช้งานของตัวพาส่วนน้อยในเวเฟอร์ซิลิกอนที่เกิดจากอุณหภูมิสูง สามารถนำไปใช้กับกระบวนการของเซลล์ต่างๆ เช่น PERC, TOPCON และ HJT
ALD: ฟิล์มมีความสม่ำเสมอดี หนาแน่นและไม่มีรู มีลักษณะการครอบคลุมขั้นตอนที่ดี สามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิต่ำ (อุณหภูมิห้อง -400℃) สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มได้อย่างง่ายดายและแม่นยำ ใช้ได้กับพื้นผิวที่มีรูปร่างต่างกันอย่างกว้างขวาง และไม่จำเป็นต้องควบคุมความสม่ำเสมอของการไหลของสารตั้งต้น แต่ข้อเสียคือความเร็วการก่อตัวของฟิล์มจะช้า เช่น ชั้นเปล่งแสงสังกะสีซัลไฟด์ (ZnS) ที่ใช้ในการผลิตฉนวนที่มีโครงสร้างนาโน (Al2O3/TiO2) และจอแสดงผลเรืองแสงแบบฟิล์มบาง (TFEL)
การเคลือบแบบอะตอมเลเยอร์ (ALD) คือกระบวนการเคลือบสูญญากาศที่สร้างฟิล์มบางๆ บนพื้นผิวของสารตั้งต้นทีละชั้นในรูปแบบของชั้นอะตอมเดี่ยว ในช่วงต้นปี 1974 นักฟิสิกส์ด้านวัสดุชาวฟินแลนด์ Tuomo Suntola ได้พัฒนาเทคโนโลยีนี้และได้รับรางวัล Millennium Technology Award มูลค่า 1 ล้านยูโร เทคโนโลยี ALD เดิมทีใช้สำหรับจอแสดงผลเรืองแสงไฟฟ้าแบบจอแบน แต่ไม่ได้มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 21 เทคโนโลยี ALD จึงเริ่มถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ โดยการผลิตวัสดุไดอิเล็กตริกสูงแบบบางพิเศษเพื่อแทนที่ซิลิกอนออกไซด์แบบดั้งเดิม ทำให้สามารถแก้ปัญหากระแสไฟรั่วที่เกิดจากการลดความกว้างของเส้นทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามได้สำเร็จ ส่งผลให้กฎของมัวร์พัฒนาต่อไปโดยมุ่งไปที่ความกว้างของเส้นที่เล็กลง ดร. Tuomo Suntola เคยกล่าวไว้ว่า ALD สามารถเพิ่มความหนาแน่นของการรวมส่วนประกอบได้อย่างมาก
ข้อมูลสาธารณะแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี ALD ได้รับการคิดค้นโดยดร. Tuomo Suntola จาก PICOSUN ในฟินแลนด์เมื่อปีพ.ศ. 2517 และได้มีการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมในต่างประเทศ เช่น ฟิล์มไดอิเล็กตริกสูงในชิปขนาด 45/32 นาโนเมตรที่พัฒนาโดย Intel ในประเทศจีน ประเทศของฉันได้นำเทคโนโลยี ALD มาใช้ช้ากว่าต่างประเทศกว่า 30 ปี ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2553 PICOSUN ในฟินแลนด์และมหาวิทยาลัย Fudan ได้เป็นเจ้าภาพจัดการประชุมแลกเปลี่ยนวิชาการ ALD ในประเทศครั้งแรก โดยแนะนำเทคโนโลยี ALD ให้กับจีนเป็นครั้งแรก
เมื่อเปรียบเทียบกับการสะสมไอเคมีแบบดั้งเดิม (โรคหลอดเลือดหัวใจ) และการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) ข้อดีของ ALD คือ ความสอดคล้องแบบสามมิติที่ยอดเยี่ยม ความสม่ำเสมอของฟิล์มพื้นที่ขนาดใหญ่ และการควบคุมความหนาที่แม่นยำ ซึ่งเหมาะสำหรับการปลูกฟิล์มบางเฉียบที่มีรูปร่างพื้นผิวที่ซับซ้อนและโครงสร้างที่มีอัตราส่วนความกว้างยาวสูง
—แหล่งที่มาของข้อมูล: แพลตฟอร์มการประมวลผลไมโคร-นาโนของมหาวิทยาลัยชิงหัว—
ในยุคหลังมัวร์ ความซับซ้อนและปริมาณกระบวนการผลิตเวเฟอร์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก โดยยกตัวอย่างชิปลอจิก เมื่อจำนวนสายการผลิตที่มีกระบวนการต่ำกว่า 45 นาโนเมตรเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะสายการผลิตที่มีกระบวนการ 28 นาโนเมตรและต่ำกว่า ข้อกำหนดสำหรับความหนาของการเคลือบและการควบคุมความแม่นยำจะสูงขึ้น หลังจากการนำเทคโนโลยีการเปิดรับแสงหลายครั้งมาใช้ จำนวนขั้นตอนกระบวนการ ALD และอุปกรณ์ที่จำเป็นก็เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ในด้านชิปหน่วยความจำ กระบวนการผลิตหลักได้พัฒนาจากโครงสร้าง 2D NAND มาเป็น 3D NAND จำนวนชั้นภายในยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และส่วนประกอบต่างๆ ค่อยๆ มีโครงสร้างความหนาแน่นสูง อัตราส่วนภาพสูง และบทบาทสำคัญของ ALD ก็เริ่มปรากฏขึ้น จากมุมมองของการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ในอนาคต เทคโนโลยี ALD จะมีบทบาทสำคัญเพิ่มมากขึ้นในยุคหลังมัวร์
ตัวอย่างเช่น ALD เป็นเทคโนโลยีการสะสมตัวเพียงชนิดเดียวที่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการครอบคลุมและประสิทธิภาพของฟิล์มของโครงสร้างแบบเรียงซ้อน 3 มิติที่ซับซ้อน (เช่น 3D-NAND) ได้อย่างชัดเจน ซึ่งสามารถเห็นได้อย่างชัดเจนในรูปด้านล่าง ฟิล์มที่สะสมใน CVD A (สีน้ำเงิน) ไม่ได้ครอบคลุมส่วนล่างของโครงสร้างทั้งหมด แม้ว่าจะมีการปรับกระบวนการบางอย่างกับ CVD (CVD B) เพื่อให้ได้การครอบคลุม แต่ประสิทธิภาพของฟิล์มและองค์ประกอบทางเคมีของพื้นที่ด้านล่างก็ยังต่ำมาก (พื้นที่สีขาวในรูป) ในทางตรงกันข้าม การใช้เทคโนโลยี ALD แสดงให้เห็นการครอบคลุมฟิล์มทั้งหมด และได้คุณสมบัติของฟิล์มคุณภาพสูงและสม่ำเสมอในทุกพื้นที่ของโครงสร้าง
—-ภาพข้อดีของเทคโนโลยี ALD เมื่อเทียบกับ CVD (ที่มา: ASM)—-
แม้ว่า CVD จะยังคงครองส่วนแบ่งการตลาดที่ใหญ่ที่สุดในช่วงสั้นๆ แต่ ALD ได้กลายเป็นหนึ่งในส่วนที่เติบโตเร็วที่สุดในตลาดอุปกรณ์ผลิตเวเฟอร์ ในตลาด ALD ที่มีศักยภาพเติบโตสูงและมีบทบาทสำคัญในการผลิตชิป ASM เป็นบริษัทชั้นนำในด้านอุปกรณ์ ALD
เวลาโพสต์: 12 มิ.ย. 2567