Технологии ASM для производства полупроводников: ALD, эпитаксия и CVD

Введение в технологии ASM для производства полупроводников

ASM (Advanced Semiconductor Materials) является ведущим разработчиком и поставщиком промышленного оборудования для производства полупроводниковых устройств. Специализация компании сосредоточена на технологиях осаждения тонких плёнок, которые представляют собой фундаментальные этапы создания современных интегральных схем. Эти процессы заключаются в нанесении на кремниевую пластину слоёв различных материалов толщиной от нескольких атомов до микронных размеров. Каждый слой выполняет определённую функцию: создание проводящих дорожек, изоляционных барьеров, транзисторных структур или защитных покрытий. Оборудование ASM обеспечивает точный контроль на атомарном уровне, что является обязательным условием для выпуска процессоров, микросхем памяти, датчиков и силовых электронных компонентов. Принцип действия оборудования основан на управлении химическими реакциями в газовой фазе или плазме при строго заданных температурах и давлениях, что позволяет выращивать плёнки с заданными электрофизическими и структурными свойствами.

Технология атомарно-слоевого осаждения (ALD)

Атомарно-слоевое осаждение — это ключевая технология в портфеле ASM, обеспечивающая высочайшую точность при формировании ультратонких слоёв. В отличие от других методов, ALD основан на последовательных, самолимитирующихся химических реакциях. Прекурсоры (исходные газы) подаются в реактор поочерёдно, разделяясь инертным газом-носителем. Каждый цикл подачи приводит к образованию на поверхности подложки одного атомарного монослоя, после чего реакция останавливается сама собой. Это обеспечивает беспрецедентную равномерность и конформность покрытия даже на структурах с экстремально высоким соотношением сторон, таких как глубокие траншейные конденсаторы или трёхмерные каналы транзисторов. Именно технология ALD позволила индустрии перейти к нормам проектирования менее 5 нанометров.

Компания ASM занимает сильные позиции на рынке оборудования ALD. Флагманская система Pulsar от ASM стала первой в мире промышленной установкой для нанесения диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью при массовом производстве, что было прорывом для индустрии в своё время. Конкуренцию в этом сегменте составляют такие компании, как Applied Materials с их системой Olympia и Tokyo Electron (TEL). Установки Applied Materials часто фокусируются на высокой производительности и интеграции нескольких процессов в одном модуле, в то время как решения TEL известны своей надёжностью и эффективным использованием прекурсоров. Оборудование ASM, в свою очередь, часто выделяется продуманной конструкцией реактора, которая обеспечивает исключительную однородность плёнки на больших пластинах диаметром 300 мм и минимизацию дефектов.

Эпитаксиальные системы для кремния и карбида кремния

Эпитаксия — это процесс выращивания монокристаллического слоя на поверхности монокристаллической подложки, при котором кристаллическая решётка растущего слоя повторяет решётку основы. ASM предлагает эпитаксиальные системы как для традиционного кремния, так и для перспективного карбида кремния (SiC). Кремниевая эпитаксия используется для формирования базовых слоев в биполярных транзисторах, изолирующих слоёв в микросхемах и напряжённых кремниевых каналов для повышения подвижности носителей заряда в КМОП-транзисторах.

Особое место занимает направление карбида кремния, приобретённое через покупку итальянской компании LPE. Карбид кремния как материал для силовой электроники обладает рядом преимуществ перед кремнием: более широкая запрещённая зона, высокая теплопроводность и критическая напряжённость электрического поля. Это позволяет создавать компоненты, работающие при более высоких напряжениях, частотах и температурах с меньшими потерями энергии. Эпитаксиальные системы ASM для SiC предназначены для выращивания высококачественных эпитаксиальных слоев на подложках из карбида кремния, что является самым сложным этапом производства силовых приборов. Основная задача — контроль плотности дефектов, таких как дислокации и микропоры, которые напрямую влияют на выход годных пластин и надёжность конечных устройств, например, инверторов для электромобилей или преобразователей для солнечной энергетики. Конкурентами ASM в этом сегменте являются компании Aixtron и Applied Materials.

Оборудование для химического осаждения из газовой фазы

Помимо ALD и эпитаксии, ASM производит оборудование для более традиционных методов химического осаждения из газовой фазы. Эти решения отличаются высокой производительностью и служат для формирования более толстых слоёв или выполнения процессов, где абсолютная атомарная точность ALD не требуется.

• Вертикальные печи низкого давления (LPCVD): В этих системах сотни кремниевых пластин вертикально загружаются в кварцевую лодку, которая помещается в герметичную печь. Высокотемпературные процессы (окисление, осаждение нитрида или оксида кремния) происходят одновременно для всей партии, что обеспечивает высокую пропускную способность и отличную однородность. Технологии LPCVD от ASM часто используются для нанесения маскирующих и защитных слоёв.
• Плазмохимическое осаждение из газовой фазы (PECVD): Этот метод позволяет осаждать диэлектрические плёнки при относительно низких температурах (300–400 °C). Активация прекурсоров плазмой делает возможным проведение процессов на уже сформированных транзисторных структурах без риска их повреждения. Системы PECVD от ASM применяются для создания промежуточных изолирующих слоёв, пассивации поверхности и других этапов.

Сравнительные характеристики технологий осаждения ASM

Следующая таблица наглядно демонстрирует ключевые отличия, области применения и эксплуатационные параметры основных технологических направлений компании.

Стратегия развития и поддержка клиентов

Деятельность ASM не ограничивается лишь поставкой оборудования. Компания предлагает комплексные сервисные решения, направленные на максимизацию времени бесперебойной работы фабрики заказчика. Это включает в себя глобальную техническую поддержку, поставку оригинальных запасных частей, плановое и аварийное обслуживание. Особое внимание уделяется программам модернизации уже установленного оборудования, что позволяет клиентам внедрять новые процессы без необходимости покупки полностью новых систем, тем самым продлевая жизненный цикл инвестиций и снижая общую стоимость владения.

Технологическая стратегия ASM базируется на глубоких исследованиях и разработках, о чём свидетельствует обширный портфель из нескольких тысяч действующих патентов. Компания активно инвестирует в развитие направлений, связанных с новыми материалами (такими как карбид кремния и нитрид галлия), а также в совершенствование существующих технологий ALD и эпитаксии для будущих технологических узлов. Это позволяет ASM оставаться одним из ключевых игроков в обеспечении базовых производственных процессов для полупроводниковой промышленности.

Заключение

ASM представляет собой поставщика критически важных технологических решений для современного полупроводникового производства. Портфель компании охватывает весь спектр процессов осаждения тонких плёнок — от обеспечивающих атомарную точность систем ALD для передовых логических чипов и памяти до высокопроизводительных эпитаксиальных установок для силовой электроники на базе карбида кремния. Выбор конкретного решения определяется совокупностью технических требований к характеристикам плёнки, экономическими аспектами проекта и целевым применением создаваемых полупроводниковых компонентов. Развитие технологий ASM напрямую связано с преодолением физических и инженерных ограничений, стоящих на пути дальнейшей миниатюризации и повышения эффективности электронных устройств.