Chipproductie: Atomic Layer Deposition (ALD)

In de halfgeleiderindustrie heeft de depositietechnologie van dunne-filmmaterialen, nu de omvang van de apparaten steeds kleiner wordt, voor ongekende uitdagingen gezorgd. Atomic Layer Deposition (ALD), een dunnefilmdepositietechnologie die nauwkeurige controle op atomair niveau kan bereiken, is een onmisbaar onderdeel geworden van de productie van halfgeleiders. Dit artikel heeft tot doel de processtroom en principes van ALD te introduceren om de belangrijke rol ervan te helpen begrijpengeavanceerde chipproductie.

1. Gedetailleerde uitleg van deALDprocesstroom

Het ALD-proces volgt een strikte volgorde om ervoor te zorgen dat er bij elke afzetting slechts één atomaire laag wordt toegevoegd, waardoor een nauwkeurige controle van de filmdikte wordt bereikt. De basisstappen zijn als volgt:

Voorloperpuls: deALDHet proces begint met de introductie van de eerste precursor in de reactiekamer. Deze precursor is een gas of damp die de chemische elementen van het beoogde afzettingsmateriaal bevat en kan reageren met specifieke actieve plaatsen op het oppervlakwafeltjeoppervlak. De precursormoleculen worden op het wafeloppervlak geadsorbeerd om een ​​verzadigde moleculaire laag te vormen.

Spoelen met inert gas: Vervolgens wordt een inert gas (zoals stikstof of argon) geïntroduceerd om niet-gereageerde voorlopers en bijproducten te verwijderen, zodat het wafeloppervlak schoon is en klaar voor de volgende reactie.

Tweede precursorpuls: Nadat het zuiveren is voltooid, wordt de tweede precursor geïntroduceerd om chemisch te reageren met de precursor die in de eerste stap is geadsorbeerd om de gewenste afzetting te genereren. Deze reactie is gewoonlijk zelflimiterend, dat wil zeggen dat zodra alle actieve plaatsen bezet zijn door de eerste precursor, er geen nieuwe reacties meer zullen optreden.

Opnieuw spoelen met inert gas: Nadat de reactie is voltooid, wordt het inerte gas opnieuw gespoeld om resterende reactanten en bijproducten te verwijderen, waardoor het oppervlak weer schoon wordt gemaakt en wordt voorbereid op de volgende cyclus.

Deze reeks stappen vormt een volledige ALD-cyclus, en elke keer dat een cyclus is voltooid, wordt een atoomlaag aan het wafeloppervlak toegevoegd. Door het aantal cycli nauwkeurig te regelen, kan de gewenste filmdikte worden bereikt.

(ALD één cyclusstap)

2. Procesprincipeanalyse

De zelfbeperkende reactie van ALD is het kernprincipe. In elke cyclus kunnen de precursormoleculen alleen reageren met de actieve plaatsen op het oppervlak. Zodra deze locaties volledig bezet zijn, kunnen de daaropvolgende precursormoleculen niet meer worden geadsorbeerd, wat ervoor zorgt dat er bij elke afzettingsronde slechts één laag atomen of moleculen wordt toegevoegd. Deze eigenschap zorgt ervoor dat ALD een extreem hoge uniformiteit en precisie heeft bij het afzetten van dunne films. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding kan het een goede stapdekking behouden, zelfs op complexe driedimensionale structuren.

3. Toepassing van ALD bij de productie van halfgeleiders

ALD wordt veel gebruikt in de halfgeleiderindustrie, inclusief maar niet beperkt tot:

Hoge-k materiaalafzetting: gebruikt voor poortisolatielaag van nieuwe generatie transistors om de prestaties van het apparaat te verbeteren.

Afzetting van metaalpoorten: zoals titaniumnitride (TiN) en tantaalnitride (TaN), gebruikt om de schakelsnelheid en efficiëntie van transistors te verbeteren.

Barrièrelaag voor onderlinge verbindingen: voorkomt metaaldiffusie en handhaaft de stabiliteit en betrouwbaarheid van het circuit.

Driedimensionale structuurvulling: zoals het vullen van kanalen in FinFET-structuren om een ​​hogere integratie te bereiken.

Atomic Layer Deposition (ALD) heeft met zijn buitengewone precisie en uniformiteit revolutionaire veranderingen teweeggebracht in de halfgeleiderindustrie. Door het proces en de principes van ALD onder de knie te krijgen, kunnen ingenieurs elektronische apparaten bouwen met uitstekende prestaties op nanoschaal, waardoor de voortdurende vooruitgang van de informatietechnologie wordt bevorderd. Naarmate de technologie zich blijft ontwikkelen, zal ALD een nog crucialere rol spelen in het toekomstige halfgeleiderveld.