Κατασκευή τσιπ: Εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD)

Στη βιομηχανία κατασκευής ημιαγωγών, καθώς το μέγεθος της συσκευής συνεχίζει να συρρικνώνεται, η τεχνολογία εναπόθεσης υλικών λεπτής μεμβράνης έχει θέσει άνευ προηγουμένου προκλήσεις. Το Atomic Layer Deposition (ALD), ως τεχνολογία εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης που μπορεί να επιτύχει ακριβή έλεγχο σε ατομικό επίπεδο, έχει γίνει αναπόσπαστο μέρος της κατασκευής ημιαγωγών. Αυτό το άρθρο στοχεύει να εισαγάγει τη ροή της διαδικασίας και τις αρχές της ALD για να βοηθήσει στην κατανόηση του σημαντικού ρόλου τηςπροηγμένη κατασκευή τσιπ.

1. Λεπτομερής επεξήγηση τουALDροή της διαδικασίας

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

Πρόδρομος παλμός: ΟALDΗ διαδικασία αρχίζει με την εισαγωγή του πρώτου προδρόμου στον 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 προσροφούνται στην επιφάνεια του πλακιδίου για να σχηματίσουν ένα κορεσμένο μοριακό στρώμα.

Καθαρισμός αδρανούς αερίου: Στη συνέχεια, ένα αδρανές αέριο (όπως άζωτο ή αργό) εισάγεται για καθαρισμό για την απομάκρυνση των πρόδρομων ουσιών και των υποπροϊόντων που δεν αντέδρασαν, διασφαλίζοντας ότι η επιφάνεια του πλακιδίου είναι καθαρή και έτοιμη για την επόμενη αντίδραση.

Δεύτερος πρόδρομος παλμός: Αφού ολοκληρωθεί η κάθαρση, ο δεύτερος πρόδρομος εισάγεται για να αντιδράσει χημικά με τον πρόδρομο που προσροφήθηκε στο πρώτο βήμα για να δημιουργήσει την επιθυμητή εναπόθεση. Αυτή η αντίδραση είναι συνήθως αυτοπεριοριζόμενη, δηλαδή, όταν όλες οι ενεργές θέσεις καταληφθούν από τον πρώτο πρόδρομο, δεν θα εμφανίζονται πλέον νέες αντιδράσεις.

Ξανά καθαρισμός αδρανούς αερίου: Αφού ολοκληρωθεί η αντίδραση, το αδρανές αέριο καθαρίζεται ξανά για να αφαιρεθούν τα υπολειμματικά αντιδρώντα και τα υποπροϊόντα, επαναφέροντας την επιφάνεια σε καθαρή κατάσταση και προετοιμάζοντας τον επόμενο κύκλο.

Αυτή η σειρά βημάτων συνιστά έναν πλήρη κύκλο ALD και κάθε φορά που ολοκληρώνεται ένας κύκλος, προστίθεται ένα ατομικό στρώμα στην επιφάνεια του πλακιδίου. 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 της αρχή. Σε κάθε κύκλο, τα πρόδρομα μόρια μπορούν να αντιδράσουν μόνο με τις ενεργές θέσεις στην επιφάνεια. Μόλις καταληφθούν πλήρως αυτές οι θέσεις, τα επόμενα πρόδρομα μόρια δεν μπορούν να προσροφηθούν, γεγονός που διασφαλίζει 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 ακόμα και σε πολύπλοκες τρισδιάστατες κατασκευές.

3. Εφαρμογή της ALD στην Κατασκευή Ημιαγωγών

Το ALD χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία ημιαγωγών, συμπεριλαμβανομένων ενδεικτικά:

Εναπόθεση υλικού High-k: χρησιμοποιείται για μονωτικό στρώμα πύλης τρανζίστορ νέας γενιάς για βελτίωση της απόδοσης της συσκευής.

Εναπόθεση μεταλλικής πύλης: όπως νιτρίδιο τιτανίου (TiN) και νιτρίδιο τανταλίου (TaN), που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της ταχύτητας μεταγωγής και της απόδοσης των τρανζίστορ.

Στρώμα φραγμού διασύνδεσης: αποτρέπει τη διάχυση μετάλλων και διατηρεί τη σταθερότητα και την αξιοπιστία του κυκλώματος.

Τρισδιάστατο γέμισμα δομής: όπως πλήρωση καναλιών σε δομές FinFET για την επίτευξη υψηλότερης ολοκλήρωσης.

Η εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) έχει φέρει επαναστατικές αλλαγές στη βιομηχανία κατασκευής ημιαγωγών με την εξαιρετική ακρίβεια και ομοιομορφία της. Κατακτώντας τη διαδικασία και τις αρχές του ALD, οι μηχανικοί είναι σε θέση να κατασκευάζουν ηλεκτρονικές συσκευές με εξαιρετική απόδοση σε νανοκλίμακα, προωθώντας τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας πληροφοριών. Καθώς η τεχνολογία συνεχίζει να εξελίσσεται, η ALD θα διαδραματίσει ακόμη πιο κρίσιμο ρόλο στον μελλοντικό τομέα των ημιαγωγών.