Κατασκευή τσιπ: εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD)

Στη βιομηχανία παραγωγής ημιαγωγών, καθώς το μέγεθος της συσκευής συνεχίζει να συρρικνώνεται, η τεχνολογία εναπόθεσης των υλικών λεπτού φιλμ έχει δημιουργήσει πρωτοφανείς προκλήσεις. Η εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD), ως τεχνολογία εναπόθεσης λεπτού φιλμ που μπορεί να επιτύχει ακριβή έλεγχο σε ατομικό επίπεδο, έχει γίνει ένα απαραίτητο μέρος της κατασκευής ημιαγωγών. Αυτό το άρθρο στοχεύει στην εισαγωγή της ροής της διαδικασίας και των αρχών της ALD για να βοηθήσει στην κατανόηση του σημαντικού ρόλου τουΠροηγμένη κατασκευή τσιπ.

1. Λεπτομερής εξήγηση τουΆλδροή διαδικασίας

Η διαδικασία ALD ακολουθεί μια αυστηρή ακολουθία για να διασφαλιστεί ότι προστίθεται μόνο ένα ατομικό στρώμα κάθε χρονική εναπόθεση, επιτυγχάνοντας έτσι ακριβή έλεγχο του πάχους του φιλμ. Τα βασικά βήματα είναι τα εξής:

Πρόδρομος παλμός: τοΆλδΗ διαδικασία αρχίζει με την εισαγωγή του πρώτου προδρόμου στο θάλαμο αντίδρασης. Αυτός ο πρόδρομος είναι ένα αέριο ή ατμός που περιέχει τα χημικά στοιχεία του υλικού εναπόθεσης στόχου που μπορεί να αντιδράσει με συγκεκριμένες ενεργές θέσεις στοόστιαεπιφάνεια. Τα πρόδρομα μόρια απορροφούνται στην επιφάνεια του δίσκου για να σχηματίσουν ένα κορεσμένο μοριακό στρώμα.

Αδράνεια αέριο: Στη συνέχεια, εισάγεται ένα αδρανές αέριο (όπως το άζωτο ή το αργόν) για την εκκαθάριση για την απομάκρυνση των προδρόμων και των υποπροϊόντων που δεν αντέδρασε, εξασφαλίζοντας ότι η επιφάνεια του δίσκου είναι καθαρή και έτοιμη για την επόμενη αντίδραση.

Δεύτερος πρόδρομος παλμός: Μετά την ολοκλήρωση του καθαρισμού, ο δεύτερος πρόδρομος εισάγεται για να αντιδράσει χημικά με τον πρόδρομο προσροφημένο στο πρώτο βήμα για να δημιουργήσει την επιθυμητή κατάθεση. Αυτή η αντίδραση είναι συνήθως αυτοπεριοριζόμενη, δηλαδή, όταν όλες οι ενεργές τοποθεσίες καταλαμβάνονται από τον πρώτο πρόδρομο, οι νέες αντιδράσεις δεν θα εμφανίζονται πλέον.

Εκκαθάριση αδρανούς αερίου ξανά: Μετά την ολοκλήρωση της αντίδρασης, το αδρανές αέριο καθαρίζεται και πάλι για να απομακρυνθεί τα υπολειπόμενα αντιδραστήρια και τα υποπροϊόντα, αποκαθιστώντας την επιφάνεια σε καθαρή κατάσταση και προετοιμάζοντας τον επόμενο κύκλο.

Αυτή η σειρά βημάτων αποτελεί έναν πλήρη κύκλο ALD και κάθε φορά που ολοκληρώνεται ένας κύκλος, προστίθεται ατομικό στρώμα στην επιφάνεια του δίσκου. Με τον ακριβή έλεγχο του αριθμού των κύκλων, μπορεί να επιτευχθεί το επιθυμητό πάχος φιλμ.

(ALD ένα βήμα κύκλου)

2. Ανάλυση αρχής διαδικασίας

Η αυτοπεριοριζόμενη αντίδραση της ALD είναι η βασική του αρχή. Σε κάθε κύκλο, τα πρόδρομα μόρια μπορούν να αντιδράσουν μόνο με τις ενεργές θέσεις στην επιφάνεια. Μόλις οι τοποθεσίες αυτές είναι πλήρως κατειλημμένες, τα επακόλουθα πρόδρομα μόρια δεν μπορούν να προσροφηθούν, γεγονός που εξασφαλίζει ότι προστίθεται μόνο ένα στρώμα ατόμων ή μορίων σε κάθε γύρο εναπόθεσης. Αυτό το χαρακτηριστικό κάνει το ALD να έχει εξαιρετικά υψηλή ομοιομορφία και ακρίβεια κατά την εναπόθεση λεπτών μεμβρανών. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, μπορεί να διατηρήσει καλή κάλυψη βημάτων ακόμη και σε σύνθετες τρισδιάστατες δομές.

3. Εφαρμογή της ALD στην κατασκευή ημιαγωγών

Το ALD χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία ημιαγωγών, συμπεριλαμβανομένων, μεταξύ άλλων,:

Υψηλής απόθεσης υλικού: Χρησιμοποιείται για το στρώμα μόνωσης πύλης των τρανζίστορ νέας γενιάς για τη βελτίωση της απόδοσης των συσκευών.

Απορρίμματα μεταλλικής πύλης: όπως το νιτρίδιο του τιτανίου (TIN) και το νιτριδικό ταντάλιο (TAN), που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της ταχύτητας μεταγωγής και της αποτελεσματικότητας των τρανζίστορ.

Στρώμα φραγμού διασύνδεσης: Αποτρέψτε τη διάχυση των μετάλλων και τη διατήρηση της σταθερότητας και της αξιοπιστίας του κυκλώματος.

Τρισδιάστατη πλήρωση δομής: όπως τα κανάλια πλήρωσης σε δομές FinFET για την επίτευξη υψηλότερης ολοκλήρωσης.

Η εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) έχει φέρει επαναστατικές αλλαγές στην βιομηχανία παραγωγής ημιαγωγών με την εξαιρετική ακρίβεια και την ομοιομορφία της. Με την κυριαρχία της διαδικασίας και των αρχών της ALD, οι μηχανικοί είναι σε θέση να δημιουργήσουν ηλεκτρονικές συσκευές με εξαιρετική απόδοση στη νανοκλίμακα, προωθώντας τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας των πληροφοριών. Καθώς η τεχνολογία συνεχίζει να εξελίσσεται, η ALD θα διαδραματίσει ακόμη πιο κρίσιμο ρόλο στο μελλοντικό πεδίο ημιαγωγών.