Производство чипов: атомно-слоевое осаждение (ALD)

В отрасли производства полупроводников, поскольку размеры устройств продолжают уменьшаться, технология нанесения тонкопленочных материалов создает беспрецедентные проблемы. Атомное осаждение слоев (ALD) как технология нанесения тонких пленок, позволяющая обеспечить точный контроль на атомном уровне, стало неотъемлемой частью производства полупроводников. Целью этой статьи является представление процесса и принципов ALD, чтобы помочь понять его важную роль впередовое производство чипов.

1. Подробное объяснениеАЛДпоток процесса

Процесс ALD следует строгой последовательности, обеспечивающей добавление только одного атомного слоя при каждом осаждении, тем самым обеспечивая точный контроль толщины пленки. Основные шаги заключаются в следующем:

Импульс-предвестник:АЛД process begins with the introduction of the first precursor into the reaction chamber. This precursor is a gas or vapor containing the chemical elements of the target deposition material that can react with specific active sites on the вафляповерхность. Молекулы-предшественники адсорбируются на поверхности пластины, образуя насыщенный молекулярный слой.

Продувка инертным газом: впоследствии для продувки подается инертный газ (например, азот или аргон) для удаления непрореагировавших предшественников и побочных продуктов, гарантируя, что поверхность пластины чистая и готова к следующей реакции.

Второй импульс прекурсора: после завершения очистки вводится второй прекурсор для химической реакции с прекурсором, адсорбированным на первом этапе, с образованием желаемого осадка. Эта реакция обычно является самоограничивающейся, то есть, как только все активные центры будут заняты первым предшественником, новые реакции больше не будут происходить.

Повторная продувка инертным газом: после завершения реакции инертный газ снова продувается для удаления остаточных реагентов и побочных продуктов, восстановления поверхности до чистого состояния и подготовки к следующему циклу.

Эта серия шагов представляет собой полный цикл ALD, и каждый раз, когда цикл завершается, на поверхность пластины добавляется атомный слой. За счет точного контроля количества циклов можно достичь желаемой толщины пленки.

(ALD, один шаг цикла)

2. Анализ принципа процесса

Самоограничивающаяся реакция АЛД является ее основным принципом. В каждом цикле молекулы-предшественники могут реагировать только с активными центрами на поверхности. Как только эти сайты полностью заняты, последующие молекулы-предшественники не могут быть адсорбированы, что гарантирует, что в каждом раунде осаждения добавляется только один слой атомов или молекул. Эта особенность обеспечивает чрезвычайно высокую однородность и точность ALD при нанесении тонких пленок. Как показано на рисунке ниже, он может обеспечить хорошее покрытие ступеней даже на сложных трехмерных структурах.

3. Применение ALD в производстве полупроводников.

АЛД широко используется в полупроводниковой промышленности, включая, помимо прочего:

Нанесение материала High-k: используется для слоя изоляции затвора транзисторов нового поколения для улучшения производительности устройства.

Нанесение металлических затворов: таких как нитрид титана (TiN) и нитрид тантала (TaN), используется для улучшения скорости переключения и эффективности транзисторов.

Барьерный слой межсоединений: предотвращает диффузию металла и поддерживает стабильность и надежность схемы.

Заполнение трехмерных структур: например, заполнение каналов в структурах FinFET для достижения более высокой интеграции.

Атомно-слоевое осаждение (ALD) принесло революционные изменения в индустрию производства полупроводников благодаря своей исключительной точности и однородности. Освоив процесс и принципы ALD, инженеры могут создавать электронные устройства с превосходными характеристиками на наноуровне, способствуя постоянному развитию информационных технологий. Поскольку технология продолжает развиваться, ALD будет играть еще более важную роль в будущей области полупроводников.