(一)基本情况
薄膜沉积设备常用于:导体、绝缘体或半导体等材料薄膜沉积在基板上具有一定的特殊性能,广泛应用于光伏、半导体等领域的生产制造环节。
(二)薄膜沉积设备技术基本情况及对比
薄膜沉积设备可分为不同的工艺原理:物理气相沉积(PVD)设备、化学气相沉积(CVD)设备、原子层沉积(ALD)设备
①pvd
物理气相沉积(PVD)技术是指在真空条件下,利用物理方法将材料源(固体或液体)表面汽化成气态原子或分子,或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)工艺在基板表面沉积具有某些特殊功能的薄膜的技术。 PVD镀膜技术主要分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、真空离子镀膜三大类。
②cvd
化学气相沉积(CVD)是一种利用加热、等离子体或光辐射等各种能源,通过气相或气固界面的化学反应,在反应器中形成化学品气态或气态固体沉积物的技术。
③ald
薄膜沉积是指将特定材料沉积在基板上,形成在光学和电学方面具有特殊性能的薄膜。 薄膜沉积设备的设计与制造涉及化学、物理、工程等学科的跨界综合应用,根据工艺原理的不同可分为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)设备,并根据设备形态的不同可分为间歇式(管式)和空间式(板式)两种技术路线。
原子层沉积技术是一种特殊的真空薄膜沉积方法,具有很高的技术壁垒。 通过ALD镀膜设备,可以将物质以单个原子层的形式逐层沉积在基板表面,每个镀膜层都是一个原子层,根据原子特性,镀膜约1nm,持续10倍。 由于表面化学的自限性,原子层沉积技术具有许多独特的薄膜沉积特性:
1、三维保形性,广泛适用于不同形状的基材;
2.大面积成膜均匀,且致密,无针孔;
3、可实现亚纳米级膜厚控制。 基于上述特点,ALD技术广泛应用于不同场景下的薄膜沉积,在光伏、半导体、柔性电子、MEMS、催化和光学器件等众多高科技领域具有良好的产业化前景。
原子层沉积技术通过将气相前驱体的交替脉冲进入反应室来形成薄膜,并在沉积的基板上发生表面饱和化学反应。 典型的热原子层沉积 (TALD) 技术利用热量为薄膜沉积过程中的化学吸附提供活化能。
薄膜沉积设备技术比较
PVD是物理过程,CVD是化学过程,两者之间存在显着差异。 在CVD工艺中,化学蒸气连续进入真空室,而在ALD工艺中,不同的反应物(前驱体)以气体脉冲的形式交替进入反应室,从而以单个原子层为单位在基体表面实现逐层涂层。
与ALD技术相比,PVD技术生长机理简单,沉积速率高,但一般只适用于平膜层的制备CVD技术的重复性和阶梯覆盖率略好于PVD,但工艺中影响因素较多,成膜均匀性差,难以准确控制膜厚。
(3)ALD、PVD、CVD技术应用差异
PVD、CVD、ALD技术有其自身的技术特点和技术难点,经过多年的发展,它们也发展出许多应用领域。
原子层沉积是将物质以单原子层的形式逐层镀在基板表面的方法。 原则上,ALD是通过化学反应得到的产物,但它在沉积反应原理、沉积反应条件的要求和沉积层的质量方面与传统的CVD不同,在传统的CVD工艺过程中,化学气体不断进入真空室, 所以沉积过程是连续的,沉积膜的厚度与温度、压力、气体流量和流动均匀性、时间等各种因素有关在原子层沉积过程中,不同的反应前体以气体脉冲的形式交替送入反应室,因此它不是一个连续的过程。 ALD和CVD技术有明显的区别,在一些常规应用场景中具有可替代性。 具体如下:
在PERC电池背钝化铝的沉积过程中,ALD技术与PECVD技术之间存在替代关系
在2024年之前,PECVD在PERC电池背面钝化中的应用得到了快速推广,因为在常规的单晶电池制造工艺中,只需要在电池的正面镀上PECVD SINX,所以电池厂家在选择AL沉积在PERC电池背面的方法时, PECVD技术优先用于AL沉积。当时,ALD技术主要应用于国外的半导体领域,大多属于整体式反应器类型,镀膜精度高,但产能低。
在TOPCON电池隧穿层(即氧化硅层)的沉积过程中,ALD技术更具优势
在氧化硅隧穿层的制备中,最常见的是高温热氧化、等离子体氧化和PEARD技术。 高温热氧化法可以获得高质量的氧化硅层和低界面缺陷状态密度,但在大尺寸硅片下存在加热不均匀、成膜反应慢等问题虽然等离子体技术与NO相结合也曾尝试制备氧化硅隧穿层,利用等离子体轰击NO将其解离,在硅片表面产生游离O氧化物,但这种方法生长的氧化硅厚度较厚,厚度难以控制在1-3nm的厚度, 因此氧化硅隧穿层的工业应用尚未实现。
原子层沉积技术在半导体领域的先进工艺和28nm及以下的存储器件中发挥着举足轻重的作用
近年来,晶圆制造的复杂度和工艺量都有了很大的提高,以逻辑芯片为例,随着90nm以下生产线数量的增加,特别是28nm及以下工艺的生产线对镀膜厚度和精度控制有更高的要求,尤其是在引入多**技术之后, 工艺和设备数量大幅增加;在存储芯片领域,主流制造工艺已经从2D NAND发展到3D NAND结构,并且内部层数不断增加组件逐渐呈现出高密度、高纵横比结构。 由于ALD独特的技术优势,每个循环生长的薄膜厚度是恒定的,具有精确的膜厚控制和优越的阶跃覆盖率,因此可以更好地满足薄膜沉积过程中对薄膜厚度和三维一致性的不断减小和结构的3D结构的更高要求。 原子层沉积技术正发挥着越来越重要的作用。