Produkcja chipów: osadzanie warstwy atomowej (ALD)

W branży produkcji półprzewodników, w miarę zmniejszania się rozmiarów urządzeń, technologia osadzania materiałów cienkowarstwowych stwarza bezprecedensowe wyzwania. Osadzanie warstwy atomowej (ALD), jako technologia osadzania cienkowarstwowego, która umożliwia precyzyjną kontrolę na poziomie atomowym, stało się nieodzowną częścią produkcji półprzewodników. Celem tego artykułu jest przedstawienie przebiegu procesu i zasad ALD, aby pomóc zrozumieć jego ważną rolęzaawansowana produkcja chipów.

1. Szczegółowe wyjaśnienieALDprzebieg procesu

Proces ALD przebiega według ścisłej sekwencji, aby zapewnić, że przy każdym osadzaniu dodawana jest tylko jedna warstwa atomowa, co pozwala na precyzyjną kontrolę grubości warstwy. Podstawowe kroki są następujące:

Impuls prekursorowy: TheALDproces rozpoczyna się od wprowadzenia pierwszego prekursora do komory reakcyjnej. Prekursor ten to gaz lub para zawierająca pierwiastki chemiczne materiału osadzania docelowego, które mogą reagować z określonymi miejscami aktywnymi na powierzchniopłatekpowierzchnia. Cząsteczki prekursora są adsorbowane na powierzchni płytki, tworząc nasyconą warstwę molekularną.

Oczyszczanie gazem obojętnym: Następnie wprowadza się gaz obojętny (taki jak azot lub argon) w celu oczyszczenia w celu usunięcia nieprzereagowanych prekursorów i produktów ubocznych, zapewniając, że powierzchnia płytki jest czysta i gotowa do następnej reakcji.

Drugi impuls prekursora: Po zakończeniu oczyszczania wprowadza się drugi prekursor w celu reakcji chemicznej z prekursorem zaadsorbowanym w pierwszym etapie w celu wytworzenia pożądanego osadu. Reakcja ta zwykle ustępuje samoistnie, to znaczy, gdy wszystkie miejsca aktywne zostaną zajęte przez pierwszy prekursor, nowe reakcje nie będą już zachodzić.

Ponowne usuwanie gazu obojętnego: Po zakończeniu reakcji gaz obojętny jest ponownie usuwany w celu usunięcia pozostałych reagentów i produktów ubocznych, przywracając powierzchnię do czystego stanu i przygotowując się do następnego cyklu.

Ta seria etapów stanowi pełny cykl ALD i za każdym razem, gdy cykl się kończy, na powierzchnię płytki dodawana jest warstwa atomowa. Precyzyjnie kontrolując liczbę cykli, można uzyskać pożądaną grubość folii.

(ALD jeden krok cyklu)

2. Analiza zasad procesu

Samoograniczająca się reakcja ALD jest jej podstawową zasadą. W każdym cyklu cząsteczki prekursora mogą reagować tylko z miejscami aktywnymi na powierzchni. Gdy miejsca te zostaną całkowicie zajęte, kolejne cząsteczki prekursorowe nie mogą zostać zaadsorbowane, co zapewnia, że ​​w każdej rundzie osadzania dodawana jest tylko jedna warstwa atomów lub cząsteczek. Cecha ta sprawia, że ​​ALD charakteryzuje się niezwykle wysoką jednorodnością i precyzją przy osadzaniu cienkich warstw. Jak pokazano na poniższym rysunku, może utrzymać dobre pokrycie stopni nawet w przypadku złożonych struktur trójwymiarowych.

3. Zastosowanie ALD w produkcji półprzewodników

ALD jest szeroko stosowany w przemyśle półprzewodników, w tym między innymi:

Osadzanie materiału o wysokiej wartości k: stosowane w warstwie izolacyjnej bramki tranzystorów nowej generacji w celu poprawy wydajności urządzenia.

Osadzanie bramek metalowych: takie jak azotek tytanu (TiN) i azotek tantalu (TaN), stosowane w celu poprawy szybkości przełączania i wydajności tranzystorów.

Warstwa bariery połączeń wzajemnych: zapobiega dyfuzji metalu i utrzymuje stabilność i niezawodność obwodu.

Wypełnianie struktur trójwymiarowych: takie jak wypełnianie kanałów w strukturach FinFET w celu osiągnięcia wyższej integracji.

Osadzanie warstwy atomowej (ALD) dzięki swojej niezwykłej precyzji i jednolitości przyniosło rewolucyjne zmiany w przemyśle produkcji półprzewodników. Opanowując proces i zasady ALD, inżynierowie są w stanie budować urządzenia elektroniczne o doskonałych parametrach w nanoskali, promując ciągły rozwój technologii informatycznych. W miarę ciągłego rozwoju technologii ALD będzie odgrywać jeszcze bardziej krytyczną rolę w przyszłej dziedzinie półprzewodników.