Виробництво мікросхем: атомно-шарове осадження (ALD)

У галузі виробництва напівпровідників, оскільки розмір пристроїв продовжує зменшуватися, технологія осадження тонкоплівкових матеріалів поставила безпрецедентні проблеми. Атомно-шарове осадження (ALD) як технологія осадження тонкої плівки, яка дозволяє досягти точного контролю на атомному рівні, стала невід’ємною частиною виробництва напівпровідників. Ця стаття має на меті представити процес і принципи ALD, щоб допомогти зрозуміти його важливу роль упередове виробництво чіпів.

1. Докладне пояснення доALDхід процесу

Процес ALD дотримується суворої послідовності, щоб забезпечити додавання лише одного атомарного шару кожного разу, що забезпечує точний контроль товщини плівки. Основні кроки такі:

Пульс-попередник: TheALDПроцес починається з введення першого прекурсора в реакційну камеру. Цей прекурсор є газом або парою, що містить хімічні елементи цільового матеріалу для осадження, який може реагувати з певними активними центрами навафельнийповерхні. Молекули-попередники адсорбуються на поверхні пластини з утворенням насиченого молекулярного шару.

Продувка інертним газом: згодом для продувки вводиться інертний газ (наприклад, азот або аргон), щоб видалити непрореаговані прекурсори та побічні продукти, гарантуючи, що поверхня пластини чиста та готова до наступної реакції.

Другий імпульс прекурсора: після завершення продувки другий прекурсор вводиться для хімічної реакції з прекурсором, адсорбованим на першому етапі, для створення бажаного відкладення. Ця реакція зазвичай є самообмежувальною, тобто, коли всі активні центри зайняті першим попередником, нові реакції більше не відбуватимуться.

Повторна продувка інертним газом: після завершення реакції інертний газ знову продувається для видалення залишків реагентів і побічних продуктів, відновлення чистого стану поверхні та підготовки до наступного циклу.

Ця серія кроків становить повний цикл ALD, і кожного разу, коли цикл завершується, до поверхні пластини додається атомний шар. За допомогою точного контролю кількості циклів можна досягти бажаної товщини плівки.

(ALD один крок циклу)

2. Аналіз принципів процесу

Реакція самообмеження ALD є її основним принципом. У кожному циклі молекули-попередники можуть реагувати лише з активними центрами на поверхні. Після того, як ці місця повністю зайняті, наступні молекули-попередники не можуть адсорбуватися, що гарантує додавання лише одного шару атомів або молекул під час кожного циклу осадження. Завдяки цій функції ALD має надзвичайно високу однорідність і точність при нанесенні тонких плівок. Як показано на малюнку нижче, він може підтримувати добре покриття кроків навіть на складних тривимірних структурах.

3. Застосування ALD у виробництві напівпровідників

ALD широко використовується в напівпровідниковій промисловості, включаючи, але не обмежуючись:

Осадження матеріалу High-k: використовується для шару ізоляції затвора транзисторів нового покоління для покращення продуктивності пристрою.

Осадження металевого затвора: наприклад, нітрид титану (TiN) і нітрид танталу (TaN), використовується для підвищення швидкості перемикання та ефективності транзисторів.

Бар'єрний шар між з'єднаннями: запобігає дифузії металу та підтримує стабільність і надійність схеми.

Заповнення тривимірної структури: наприклад, заповнення каналів у структурах FinFET для досягнення вищої інтеграції.

Атомне шарове осадження (ALD) принесло революційні зміни у виробництво напівпровідників завдяки своїй надзвичайній точності та одноманітності. Освоївши процес і принципи ALD, інженери можуть створювати електронні пристрої з відмінною продуктивністю в нанорозмірі, сприяючи постійному розвитку інформаційних технологій. Оскільки технологія продовжує розвиватися, ALD відіграватиме ще важливішу роль у галузі напівпровідників майбутнього.