Chipfremstilling: Atomic Layer Deposition (ALD)

I halvlederfremstillingsindustrien, efterhånden som enhedsstørrelsen fortsætter med at skrumpe, har aflejringsteknologien af ​​tyndfilmsmaterialer givet hidtil usete udfordringer. Atomic Layer Deposition (ALD), som en tyndfilmsdepositionsteknologi, der kan opnå præcis kontrol på atomniveau, er blevet en uundværlig del af halvlederfremstilling. Denne artikel har til formål at introducere procesflowet og principperne for ALD for at hjælpe med at forstå dens vigtige rolle iavanceret chipfremstilling.

1. Detaljeret forklaring afALDprocesflow

ALD-processen følger en streng sekvens for at sikre, at der kun tilføjes ét atomlag hver gang aflejring, hvorved der opnås præcis kontrol af filmtykkelsen. De grundlæggende trin er som følger:

Precursor puls: DenALDprocessen begynder med indførelsen af ​​den første precursor i reaktionskammeret. Denne precursor er en gas eller damp indeholdende de kemiske elementer i målaflejringsmaterialet, som kan reagere med specifikke aktive steder påoblatoverflade. Precursormolekylerne adsorberes på waferoverfladen for at danne et mættet molekylært lag.

Inertgasrensning: Efterfølgende indføres en inert gas (såsom nitrogen eller argon) til udrensning for at fjerne uomsatte forstadier og biprodukter, hvilket sikrer, at waferoverfladen er ren og klar til næste reaktion.

Anden precursor-impuls: Efter udrensningen er afsluttet, indføres den anden precursor for at reagere kemisk med precursoren adsorberet i det første trin for at generere den ønskede aflejring. Denne reaktion er sædvanligvis selvbegrænsende, det vil sige, når alle aktive steder er optaget af den første precursor, vil nye reaktioner ikke længere forekomme.

Rensning af inert gas igen: Efter at reaktionen er afsluttet, renses den inerte gas igen for at fjerne resterende reaktanter og biprodukter, genoprette overfladen til en ren tilstand og forberede den næste cyklus.

Denne serie af trin udgør en komplet ALD-cyklus, og hver gang en cyklus er afsluttet, tilføjes et atomlag til waferoverfladen. Ved præcis styring af antallet af cyklusser kan den ønskede filmtykkelse opnås.

(ALD et cyklus trin)

2. Procesprincipanalyse

Den selvbegrænsende reaktion af ALD er dens kerneprincip. I hver cyklus kan precursor-molekylerne kun reagere med de aktive steder på overfladen. Når først disse steder er fuldt optaget, kan de efterfølgende precursor-molekyler ikke adsorberes, hvilket sikrer, at der kun tilføjes et lag af atomer eller molekyler i hver aflejringsrunde. Denne funktion gør, at ALD har ekstrem høj ensartethed og præcision ved afsætning af tynde film. Som vist i figuren nedenfor kan den opretholde en god trindækning selv på komplekse tredimensionelle strukturer.

3. Anvendelse af ALD i Semiconductor Manufacturing

ALD er meget udbredt i halvlederindustrien, herunder, men ikke begrænset til:

Høj-k materialeaflejring: bruges til portisoleringslag af ny generation af transistorer for at forbedre enhedens ydeevne.

Metal gate deposition: såsom titaniumnitrid (TiN) og tantalnitrid (TaN), bruges til at forbedre koblingshastigheden og effektiviteten af ​​transistorer.

Sammenkoblingsbarrierelag: forhindre metaldiffusion og opretholde kredsløbsstabilitet og pålidelighed.

Tredimensionel strukturpåfyldning: såsom påfyldning af kanaler i FinFET-strukturer for at opnå højere integration.

Atomic layer deposition (ALD) har medført revolutionerende ændringer til halvlederfremstillingsindustrien med dens ekstraordinære præcision og ensartethed. Ved at mestre processen og principperne for ALD er ingeniører i stand til at bygge elektroniske enheder med fremragende ydeevne på nanoskala, hvilket fremmer den fortsatte udvikling af informationsteknologi. Efterhånden som teknologien fortsætter med at udvikle sig, vil ALD spille en endnu mere kritisk rolle i det fremtidige halvlederfelt.