Výroba čipu: Atomic Layer Deposition (ALD)

V průmyslu výroby polovodičů, jak se velikost zařízení stále zmenšuje, představuje technologie nanášení tenkých vrstev bezprecedentní výzvy. Atomic Layer Deposition (ALD), jako technologie nanášení tenkých vrstev, která může dosáhnout přesné kontroly na atomární úrovni, se stala nepostradatelnou součástí výroby polovodičů. Tento článek si klade za cíl představit procesní tok a principy ALD, aby pomohl pochopit jeho důležitou roli vpokročilá výroba čipů.

1. Podrobné vysvětleníALDprocesní tok

Proces ALD se řídí přísnou sekvencí, aby bylo zajištěno, že se při každém nanesení přidá pouze jedna atomární vrstva, čímž se dosáhne přesné kontroly tloušťky filmu. Základní kroky jsou následující:

Prekurzorový puls: TheALDproces začíná zavedením prvního prekurzoru do reakční komory. Tento prekurzor je plyn nebo pára obsahující chemické prvky cílového depozičního materiálu, které mohou reagovat se specifickými aktivními místy naoplatkapovrch. Prekurzorové molekuly jsou adsorbovány na povrchu plátku za vzniku nasycené molekulární vrstvy.

Propláchnutí inertním plynem: Následně se zavede inertní plyn (jako je dusík nebo argon) pro propláchnutí, aby se odstranily nezreagované prekurzory a vedlejší produkty, čímž se zajistí, že povrch plátku je čistý a připravený pro další reakci.

Druhý prekurzorový puls: Po dokončení proplachování se zavede druhý prekurzor, aby chemicky reagoval s prekurzorem adsorbovaným v prvním kroku, aby se vytvořila požadovaná usazenina. Tato reakce je obvykle samoomezující, to znamená, že jakmile jsou všechna aktivní místa obsazena prvním prekurzorem, nové reakce již nebudou probíhat.

Opětovné propláchnutí inertním plynem: Po dokončení reakce se inertní plyn znovu pročistí, aby se odstranily zbytkové reaktanty a vedlejší produkty, povrch se obnoví do čistého stavu a připraví se na další cyklus.

Tato série kroků tvoří úplný cyklus ALD a pokaždé, když je cyklus dokončen, je na povrch plátku přidána atomová vrstva. Přesným řízením počtu cyklů lze dosáhnout požadované tloušťky filmu.

(ALD jeden krok cyklu)

2. Analýza principu procesu

Samoomezující reakce ALD je jeho základním principem. V každém cyklu mohou prekurzorové molekuly reagovat pouze s aktivními místy na povrchu. Jakmile jsou tato místa plně obsazena, následné prekurzorové molekuly nemohou být adsorbovány, což zajišťuje, že v každém kole depozice je přidána pouze jedna vrstva atomů nebo molekul. Díky této vlastnosti má ALD extrémně vysokou jednotnost a přesnost při nanášení tenkých filmů. Jak je znázorněno na obrázku níže, dokáže udržet dobré pokrytí schodů i na složitých trojrozměrných strukturách.

3. Aplikace ALD ve výrobě polovodičů

ALD je široce používán v polovodičovém průmyslu, včetně, ale bez omezení na:

High-k depozice materiálu: používá se pro izolační vrstvu hradla nové generace tranzistorů pro zlepšení výkonu zařízení.

Nanášení kovových hradel: jako je nitrid titanu (TiN) a nitrid tantalu (TaN), používané ke zlepšení rychlosti spínání a účinnosti tranzistorů.

Propojovací bariérová vrstva: zabraňuje difúzi kovu a udržuje stabilitu a spolehlivost obvodu.

Vyplňování trojrozměrné struktury: například vyplňování kanálů ve strukturách FinFET pro dosažení vyšší integrace.

Depozice atomové vrstvy (ALD) přinesla revoluční změny do průmyslu výroby polovodičů svou mimořádnou přesností a jednotností. Zvládnutím procesu a principů ALD jsou inženýři schopni budovat elektronická zařízení s vynikajícím výkonem v nanoměřítku, což podporuje neustálý pokrok v oblasti informačních technologií. Jak se technologie neustále vyvíjí, ALD bude hrát v budoucí oblasti polovodičů ještě důležitější roli.