Quá trình lắng đọng màng mỏng là việc phủ một lớp màng lên vật liệu nền chính của chất bán dẫn. Lớp màng này có thể được làm từ nhiều vật liệu khác nhau, chẳng hạn như hợp chất cách điện silicon dioxide, chất bán dẫn polysilicon, kim loại đồng, v.v. Thiết bị được sử dụng để phủ màng được gọi là thiết bị lắng đọng màng mỏng.
Từ góc độ quy trình sản xuất chip bán dẫn, nó nằm ở giai đoạn đầu của quy trình.
Quá trình chế tạo màng mỏng có thể được chia thành hai loại dựa trên phương pháp tạo màng: lắng đọng hơi vật lý (PVD) và lắng đọng hơi hóa học (CVD).(Bệnh tim mạch)Trong đó, thiết bị xử lý CVD chiếm tỷ trọng cao hơn.
Phương pháp lắng đọng hơi vật lý (PVD) đề cập đến quá trình hóa hơi bề mặt nguồn vật liệu và lắng đọng trên bề mặt chất nền thông qua khí/plasma áp suất thấp, bao gồm bay hơi, bắn phá, chùm ion, v.v.;
lắng đọng hơi hóa học (Bệnh tim mạch(Phương pháp lắng đọng màng rắn lên bề mặt tấm silicon thông qua phản ứng hóa học của hỗn hợp khí) đề cập đến quá trình lắng đọng một lớp màng rắn lên bề mặt tấm silicon. Theo điều kiện phản ứng (áp suất, tiền chất), phương pháp này được chia thành hai loại: áp suất khí quyển và áp suất khí quyển.Bệnh tim mạch(APCVD), áp suất thấpBệnh tim mạch(LPCVD), CVD tăng cường plasma (PECVD), CVD plasma mật độ cao (HDPCVD) và lắng đọng lớp nguyên tử (ALD).
LPCVD: LPCVD có khả năng bao phủ lớp tốt hơn, kiểm soát thành phần và cấu trúc tốt, tốc độ lắng đọng và sản lượng cao, đồng thời giảm đáng kể nguồn gây ô nhiễm hạt. Việc dựa vào thiết bị gia nhiệt làm nguồn nhiệt để duy trì phản ứng, do đó việc kiểm soát nhiệt độ và áp suất khí rất quan trọng. Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất lớp Poly của pin TopCon.
PECVD: PECVD dựa vào plasma được tạo ra bằng cảm ứng tần số vô tuyến để đạt được nhiệt độ thấp (dưới 450 độ) trong quá trình lắng đọng màng mỏng. Lắng đọng ở nhiệt độ thấp là ưu điểm chính của nó, nhờ đó tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí, tăng năng lực sản xuất và giảm sự suy giảm tuổi thọ của các hạt tải điện thiểu số trong tấm silicon do nhiệt độ cao gây ra. Nó có thể được áp dụng cho các quy trình của nhiều loại pin mặt trời khác nhau như PERC, TOPCON và HJT.
ALD: Có độ đồng nhất màng tốt, dày đặc và không có lỗ hổng, đặc tính phủ lớp tốt, có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp (nhiệt độ phòng - 400℃), có thể kiểm soát độ dày màng một cách đơn giản và chính xác, ứng dụng rộng rãi cho các chất nền có hình dạng khác nhau và không cần kiểm soát độ đồng nhất của dòng chất phản ứng. Tuy nhiên, nhược điểm là tốc độ tạo màng chậm. Ví dụ như lớp phát quang kẽm sunfua (ZnS) được sử dụng để sản xuất chất cách điện cấu trúc nano (Al2O3/TiO2) và màn hình phát quang điện màng mỏng (TFEL).
Phương pháp lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) là một quy trình phủ chân không tạo ra một lớp màng mỏng trên bề mặt chất nền từng lớp một, dưới dạng một lớp nguyên tử duy nhất. Ngay từ năm 1974, nhà vật lý vật liệu người Phần Lan Tuomo Suntola đã phát triển công nghệ này và giành được giải thưởng Công nghệ Thiên niên kỷ trị giá 1 triệu euro. Công nghệ ALD ban đầu được sử dụng cho màn hình phát quang điện phẳng, nhưng nó không được sử dụng rộng rãi. Mãi đến đầu thế kỷ 21, công nghệ ALD mới bắt đầu được ngành công nghiệp bán dẫn áp dụng. Bằng cách sản xuất các vật liệu có hằng số điện môi cao siêu mỏng để thay thế oxit silic truyền thống, nó đã giải quyết thành công vấn đề dòng rò do giảm chiều rộng đường dẫn của các bóng bán dẫn hiệu ứng trường, thúc đẩy Định luật Moore tiếp tục phát triển theo hướng chiều rộng đường dẫn nhỏ hơn. Tiến sĩ Tuomo Suntola từng nói rằng ALD có thể làm tăng đáng kể mật độ tích hợp của các linh kiện.
Dữ liệu công khai cho thấy công nghệ ALD được phát minh bởi Tiến sĩ Tuomo Suntola của PICOSUN tại Phần Lan vào năm 1974 và đã được công nghiệp hóa ở nước ngoài, ví dụ như lớp màng điện môi cao trong chip 45/32 nanomet do Intel phát triển. Tại Trung Quốc, nước ta đã du nhập công nghệ ALD muộn hơn hơn 30 năm so với các nước ngoài. Vào tháng 10 năm 2010, PICOSUN tại Phần Lan và Đại học Fudan đã tổ chức hội nghị trao đổi học thuật ALD trong nước đầu tiên, giới thiệu công nghệ ALD đến Trung Quốc lần đầu tiên.
So với phương pháp lắng đọng hơi hóa học truyền thống (Bệnh tim mạchSo với phương pháp lắng đọng hơi vật lý (PVD) và các phương pháp khác, ALD có ưu điểm là khả năng bám dính ba chiều tuyệt vời, độ đồng nhất màng trên diện tích lớn và khả năng kiểm soát độ dày chính xác, phù hợp để tạo ra các màng siêu mỏng trên các bề mặt có hình dạng phức tạp và các cấu trúc có tỷ lệ chiều cao trên chiều rộng cao.
—Nguồn dữ liệu: Nền tảng xử lý vi mô-nano của Đại học Thanh Hoa—
Trong kỷ nguyên hậu Moore, độ phức tạp và khối lượng quy trình sản xuất wafer đã được cải thiện đáng kể. Lấy chip logic làm ví dụ, với sự gia tăng số lượng dây chuyền sản xuất có quy trình dưới 45nm, đặc biệt là các dây chuyền sản xuất có quy trình 28nm trở xuống, yêu cầu về độ dày lớp phủ và kiểm soát độ chính xác cao hơn. Sau khi giới thiệu công nghệ phơi sáng đa lớp, số bước xử lý ALD và thiết bị cần thiết đã tăng lên đáng kể; trong lĩnh vực chip nhớ, quy trình sản xuất chính đã phát triển từ cấu trúc 2D NAND sang 3D NAND, số lượng lớp bên trong tiếp tục tăng lên, và các linh kiện dần dần thể hiện cấu trúc mật độ cao, tỷ lệ chiều cao trên chiều rộng cao, và vai trò quan trọng của ALD bắt đầu nổi lên. Từ góc nhìn về sự phát triển của chất bán dẫn trong tương lai, công nghệ ALD sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong kỷ nguyên hậu Moore.
Ví dụ, ALD là công nghệ lắng đọng duy nhất có thể đáp ứng các yêu cầu về độ phủ và hiệu suất màng của các cấu trúc xếp chồng 3D phức tạp (như 3D-NAND). Điều này có thể thấy rõ trong hình dưới đây. Màng được lắng đọng trong CVD A (màu xanh) không phủ kín hoàn toàn phần dưới của cấu trúc; ngay cả khi thực hiện một số điều chỉnh quy trình đối với CVD (CVD B) để đạt được độ phủ, hiệu suất màng và thành phần hóa học của vùng đáy vẫn rất kém (vùng màu trắng trong hình); ngược lại, việc sử dụng công nghệ ALD cho thấy độ phủ màng hoàn toàn, và các đặc tính màng chất lượng cao và đồng nhất được đạt được ở tất cả các khu vực của cấu trúc.
—-Hình ảnh minh họa những ưu điểm của công nghệ ALD so với CVD (Nguồn: ASM)—-
Mặc dù CVD vẫn chiếm thị phần lớn nhất trong ngắn hạn, nhưng ALD đã trở thành một trong những phân khúc phát triển nhanh nhất của thị trường thiết bị sản xuất wafer. Trong thị trường ALD đầy tiềm năng tăng trưởng và đóng vai trò quan trọng trong sản xuất chip, ASM là một công ty hàng đầu trong lĩnh vực thiết bị ALD.
Thời gian đăng bài: 12/06/2024