Chipstillverkning: Atomic Layer Deposition (ALD)

Inom halvledartillverkningsindustrin, när enhetens storlek fortsätter att krympa, har avsättningstekniken för tunnfilmsmaterial ställt till oöverträffade utmaningar. Atomic Layer Deposition (ALD), som en tunnfilmsavsättningsteknik som kan uppnå exakt kontroll på atomnivå, har blivit en oumbärlig del av halvledartillverkning. Den här artikeln syftar till att introducera processflödet och principerna för ALD för att hjälpa till att förstå dess viktiga roll iavancerad chiptillverkning.

1. Detaljerad förklaring avALDprocessflöde

ALD-processen följer en strikt sekvens för att säkerställa att endast ett atomskikt läggs till varje gång deponering, och därigenom uppnå exakt kontroll av filmtjockleken. De grundläggande stegen är följande:

Prekursorpuls: DenALDprocessen börjar med införandet av den första prekursorn i reaktionskammaren. Denna prekursor är en gas eller ånga som innehåller de kemiska elementen i målavsättningsmaterialet som kan reagera med specifika aktiva platser pårånyta. Prekursormolekylerna adsorberas på skivans yta för att bilda ett mättat molekylärt skikt.

Inertgasrening: Därefter införs en inert gas (såsom kväve eller argon) för rening för att avlägsna oreagerade prekursorer och biprodukter, vilket säkerställer att skivans yta är ren och redo för nästa reaktion.

Andra prekursorpuls: Efter att reningen är avslutad införs den andra prekursorn för att reagera kemiskt med prekursorn som adsorberas i det första steget för att generera den önskade avsättningen. Denna reaktion är vanligtvis självbegränsande, det vill säga när alla aktiva ställen är upptagna av den första prekursorn kommer nya reaktioner inte längre att inträffa.

Inertgasrening igen: Efter att reaktionen är avslutad, renas den inerta gasen igen för att avlägsna resterande reaktanter och biprodukter, återställande av ytan till ett rent tillstånd och förberedelse för nästa cykel.

Denna serie av steg utgör en komplett ALD-cykel, och varje gång en cykel är slutförd läggs ett atomlager till skivans yta. Genom att exakt styra antalet cykler kan den önskade filmtjockleken uppnås.

(ALD ett cykelsteg)

2. Processprincipanalys

Den självbegränsande reaktionen hos ALD är dess kärnprincip. I varje cykel kan prekursormolekylerna endast reagera med de aktiva platserna på ytan. När dessa platser är helt upptagna kan de efterföljande prekursormolekylerna inte adsorberas, vilket säkerställer att endast ett lager av atomer eller molekyler läggs till i varje omgång av deponering. Denna egenskap gör att ALD har extremt hög enhetlighet och precision vid avsättning av tunna filmer. Som visas i figuren nedan kan den bibehålla god stegtäckning även på komplexa tredimensionella strukturer.

3. Tillämpning av ALD i halvledartillverkning

ALD används ofta inom halvledarindustrin, inklusive men inte begränsat till:

Högk-materialavsättning: används för grindisoleringsskikt av ny generation transistorer för att förbättra enhetens prestanda.

Metal gate deposition: såsom titannitrid (TiN) och tantalnitrid (TaN), används för att förbättra växlingshastigheten och effektiviteten hos transistorer.

Sammankopplingsbarriärskikt: förhindra metalldiffusion och bibehåll kretsstabilitet och tillförlitlighet.

Tredimensionell strukturfyllning: såsom fyllningskanaler i FinFET-strukturer för att uppnå högre integration.

Atomic layer deposition (ALD) har medfört revolutionerande förändringar i halvledartillverkningsindustrin med dess extraordinära precision och enhetlighet. Genom att behärska processen och principerna för ALD kan ingenjörer bygga elektroniska enheter med utmärkt prestanda i nanoskala, vilket främjar den kontinuerliga utvecklingen av informationsteknologi. När tekniken fortsätter att utvecklas kommer ALD att spela en ännu mer avgörande roll i det framtida halvledarområdet.