Chip Manufacturing: Atomic Layer Deposition (ALD)

I halvlederproduksjonsindustrien, ettersom enhetsstørrelsen fortsetter å krympe, har avsetningsteknologien til tynnfilmmaterialer gitt enestående utfordringer. Atomic Layer Deposition (ALD), som en tynnfilmavsetningsteknologi som kan oppnå presis kontroll på atomnivå, har blitt en uunnværlig del av halvlederproduksjon. Denne artikkelen tar sikte på å introdusere prosessflyten og prinsippene til ALD for å hjelpe til med å forstå dens viktige rolle iavansert brikkeproduksjon.

1. Detaljert forklaring avALDprosessflyt

ALD-prosessen følger en streng sekvens for å sikre at kun ett atomlag legges til hver gang avsetning, og dermed oppnå presis kontroll av filmtykkelsen. De grunnleggende trinnene er som følger:

Forløperpuls: DenALDprosessen begynner med innføringen av den første forløperen i reaksjonskammeret. Denne forløperen er en gass eller damp som inneholder de kjemiske elementene i målavsetningsmaterialet som kan reagere med spesifikke aktive steder påoblatflate. Forløpermolekylene adsorberes på waferoverflaten for å danne et mettet molekylært lag.

Inertgassrensing: Deretter introduseres en inertgass (som nitrogen eller argon) for rensing for å fjerne ureagerte forløpere og biprodukter, og sikre at waferoverflaten er ren og klar for neste reaksjon.

Andre forløperpuls: Etter at rensingen er fullført, introduseres den andre forløperen for å reagere kjemisk med forløperen adsorbert i det første trinnet for å generere den ønskede avsetningen. Denne reaksjonen er vanligvis selvbegrensende, det vil si at når alle aktive steder er okkupert av den første forløperen, vil nye reaksjoner ikke lenger oppstå.

Rensing av inertgass igjen: Etter at reaksjonen er fullført, renses den inerte gassen igjen for å fjerne gjenværende reaktanter og biprodukter, gjenopprette overflaten til en ren tilstand og klargjøre for neste syklus.

Denne serien av trinn utgjør en komplett ALD-syklus, og hver gang en syklus er fullført, legges et atomlag til waferoverflaten. Ved nøyaktig å kontrollere antall sykluser kan ønsket filmtykkelse oppnås.

(ALD ett syklustrinn)

2. Prosessprinsippanalyse

Den selvbegrensende reaksjonen til ALD er kjerneprinsippet. I hver syklus kan forløpermolekylene bare reagere med de aktive stedene på overflaten. Når disse stedene er fullt okkuperte, kan ikke de påfølgende forløpermolekylene adsorberes, noe som sikrer at bare ett lag med atomer eller molekyler legges til i hver avsetningsrunde. Denne funksjonen gjør at ALD har ekstremt høy ensartethet og presisjon ved avsetning av tynne filmer. Som vist i figuren under kan den opprettholde god trinndekning selv på komplekse tredimensjonale strukturer.

3. Anvendelse av ALD i Semiconductor Manufacturing

ALD er mye brukt i halvlederindustrien, inkludert, men ikke begrenset til:

Høy-k materialavsetning: brukes til portisolasjonslag til ny generasjon transistorer for å forbedre enhetens ytelse.

Metallportavsetning: for eksempel titannitrid (TiN) og tantalnitrid (TaN), brukes til å forbedre koblingshastigheten og effektiviteten til transistorer.

Sammenkoblingsbarrierelag: forhindre metalldiffusjon og opprettholde kretsstabilitet og pålitelighet.

Tredimensjonal strukturfylling: som å fylle kanaler i FinFET-strukturer for å oppnå høyere integrasjon.

Atomic layer deposition (ALD) har brakt revolusjonerende endringer til halvlederproduksjonsindustrien med sin ekstraordinære presisjon og ensartethet. Ved å mestre prosessen og prinsippene til ALD, er ingeniører i stand til å bygge elektroniske enheter med utmerket ytelse på nanoskala, noe som fremmer kontinuerlig utvikling av informasjonsteknologi. Ettersom teknologien fortsetter å utvikle seg, vil ALD spille en enda mer kritisk rolle i det fremtidige halvlederfeltet.