Výroba čipu: Atomic Layer Deposition (ALD)

V priemysle výroby polovodičov, keďže veľkosť zariadenia sa neustále zmenšuje, technológia nanášania tenkovrstvových materiálov predstavuje bezprecedentné výzvy. Atomic Layer Deposition (ALD), ako technológia nanášania tenkých vrstiev, ktorá môže dosiahnuť presné riadenie na atómovej úrovni, sa stala nevyhnutnou súčasťou výroby polovodičov. Cieľom tohto článku je predstaviť procesný tok a princípy ALD, aby sme pomohli pochopiť jeho dôležitú úlohupokročilá výroba čipov.

1. Podrobné vysvetlenieALDprocesný tok

Proces ALD sa riadi prísnou sekvenciou, aby sa zabezpečilo, že pri každom nanesení sa pridá iba jedna atómová vrstva, čím sa dosiahne presná kontrola hrúbky filmu. Základné kroky sú nasledovné:

Prekurzorový pulz:ALDproces začína zavedením prvého prekurzora do reakčnej komory. Tento prekurzor je plyn alebo para obsahujúca chemické prvky materiálu cieľovej depozície, ktorý môže reagovať so špecifickými aktívnymi miestami naoblátkapovrch. Prekurzorové molekuly sú adsorbované na povrchu plátku, aby vytvorili nasýtenú molekulárnu vrstvu.

Preplachovanie inertným plynom: Následne sa zavedie inertný plyn (ako je dusík alebo argón), aby sa odstránili nezreagované prekurzory a vedľajšie produkty, čím sa zabezpečí, že povrch plátku je čistý a pripravený na ďalšiu reakciu.

Druhý prekurzorový impulz: Po dokončení čistenia sa zavedie druhý prekurzor, aby chemicky reagoval s prekurzorom adsorbovaným v prvom kroku, aby sa vytvoril požadovaný nános. Táto reakcia je zvyčajne samoobmedzujúca, to znamená, že akonáhle sú všetky aktívne miesta obsadené prvým prekurzorom, nové reakcie už nenastanú.

Opätovné prečistenie inertným plynom: Po dokončení reakcie sa inertný plyn opäť prečistí, aby sa odstránili zvyškové reaktanty a vedľajšie produkty, čím sa povrch obnoví do čistého stavu a pripraví sa na ďalší cyklus.

Táto séria krokov predstavuje úplný cyklus ALD a vždy, keď je cyklus dokončený, na povrch plátku sa pridá atómová vrstva. Presným riadením počtu cyklov je možné dosiahnuť požadovanú hrúbku filmu.

(ALD jeden krok cyklu)

2. Analýza princípu procesu

Samoobmedzujúca reakcia ALD je jej základným princípom. V každom cykle môžu prekurzorové molekuly reagovať iba s aktívnymi miestami na povrchu. Akonáhle sú tieto miesta plne obsadené, následné prekurzorové molekuly nemôžu byť adsorbované, čo zaisťuje, že v každom kole depozície sa pridá iba jedna vrstva atómov alebo molekúl. Vďaka tejto vlastnosti má ALD extrémne vysokú rovnomernosť a presnosť pri ukladaní tenkých vrstiev. Ako je znázornené na obrázku nižšie, dokáže udržať dobré pokrytie krokov aj na zložitých trojrozmerných štruktúrach.

3. Aplikácia ALD vo výrobe polovodičov

ALD sa široko používa v polovodičovom priemysle vrátane, ale nie výlučne:

Nanášanie materiálu s vysokým obsahom k: používa sa na izolačnú vrstvu brány tranzistorov novej generácie na zlepšenie výkonu zariadenia.

Depozícia kovovou bránou: ako je nitrid titánu (TiN) a nitrid tantalu (TaN), ktorý sa používa na zlepšenie rýchlosti spínania a účinnosti tranzistorov.

Prepojovacia bariérová vrstva: zabraňuje difúzii kovu a udržiava stabilitu a spoľahlivosť obvodu.

Plnenie trojrozmernej štruktúry: napríklad vypĺňanie kanálov v štruktúrach FinFET na dosiahnutie vyššej integrácie.

Depozícia atómovej vrstvy (ALD) priniesla revolučné zmeny do priemyslu výroby polovodičov svojou mimoriadnou presnosťou a rovnomernosťou. Zvládnutím procesu a princípov ALD sú inžinieri schopní stavať elektronické zariadenia s vynikajúcim výkonom v nanoúrovni, čím podporujú neustály pokrok informačných technológií. Ako sa technológia neustále vyvíja, ALD bude hrať ešte dôležitejšiu úlohu v budúcej oblasti polovodičov.