CHIP Manufacturing: Deposizione di strati atomici (ALD)

Nel settore manifatturiero dei semiconduttori, poiché le dimensioni del dispositivo continuano a ridursi, la tecnologia di deposizione di materiali a film sottile ha posto sfide senza precedenti. La deposizione di strati atomici (ALD), come tecnologia di deposizione di film sottile in grado di ottenere un controllo preciso a livello atomico, è diventata una parte indispensabile della produzione di semiconduttori. Questo articolo mira a introdurre il flusso di processo e i principi di ALD per aiutare a comprendere il suo ruolo importante inproduzione di chip avanzato.

1. Spiegazione dettagliata delAldFlusso di processo

Il processo ALD segue una sequenza rigorosa per garantire che venga aggiunto solo uno strato atomico ogni volta, raggiungendo così un controllo preciso dello spessore del film. I passaggi di base sono i seguenti:

Pulse precursore: ilAldIl processo inizia con l'introduzione del primo precursore nella camera di reazione. Questo precursore è un gas o un vapore contenente gli elementi chimici del materiale di deposizione target che può reagire con siti attivi specifici sulwafersuperficie. Le molecole precursori vengono adsorbite sulla superficie del wafer per formare uno strato molecolare saturo.

Purge di gas inerte: successivamente, viene introdotto un gas inerte (come azoto o argon) per lo spurgo per rimuovere precursori e sottoprodotti non reagiti, garantendo che la superficie del wafer sia pulita e pronta per la reazione successiva.

Secondo impulso precursore: dopo che la spurgo è stata completata, viene introdotto il secondo precursore per reagire chimicamente con il precursore adsorbito nel primo passo per generare il deposito desiderato. Questa reazione è generalmente auto-limitante, cioè una volta che tutti i siti attivi sono occupati dal primo precursore, non si verificheranno più nuove reazioni.

Elimina di nuovo il gas inerte: dopo che la reazione è stata completata, il gas inerte viene nuovamente spurgato per rimuovere i reagenti e i sottoprodotti residui, ripristinando la superficie a uno stato pulito e preparando per il ciclo successivo.

Questa serie di passaggi costituisce un ciclo ALD completo e ogni volta che viene completato un ciclo, viene aggiunto uno strato atomico alla superficie del wafer. Controllando con precisione il numero di cicli, è possibile ottenere lo spessore del film desiderato.

(ALD un passo ciclo)

2. Analisi del principio del processo

La reazione auto-limitante di ALD è il suo principio fondamentale. In ogni ciclo, le molecole precursori possono reagire solo con i siti attivi sulla superficie. Una volta che questi siti sono completamente occupati, le molecole precursori successive non possono essere adsorbite, il che garantisce che in ogni giro di deposizione venga aggiunto solo uno strato di atomi o molecole. Questa funzione fa sì che l'ALD abbia un'uniformità e precisione estremamente elevate durante il deposito di film sottili. Come mostrato nella figura seguente, può mantenere una buona copertura del gradino anche su complesse strutture tridimensionali.

3. Applicazione di ALD nella produzione di semiconduttori

Ald è ampiamente utilizzato nel settore dei semiconduttori, incluso ma non limitato a:

Deposizione di materiale High-K: utilizzato per lo strato di isolamento gate di transistor di nuova generazione per migliorare le prestazioni del dispositivo.

Deposizione di gate metalliche: come nitruro di titanio (stagno) e nitruro di tantalum (TAN), utilizzati per migliorare la velocità di commutazione e l'efficienza dei transistor.

Stratto di barriera di interconnessione: prevenire la diffusione dei metalli e mantenere la stabilità e l'affidabilità del circuito.

Riempimento della struttura tridimensionale: come i canali di riempimento nelle strutture FinFet per ottenere una maggiore integrazione.

La deposizione di strati atomici (ALD) ha apportato modifiche rivoluzionarie all'industria manifatturiera dei semiconduttori con la sua straordinaria precisione e uniformità. Padroneggiando il processo e i principi di ALD, gli ingegneri sono in grado di costruire dispositivi elettronici con eccellenti prestazioni in nanoscala, promuovendo il continuo avanzamento della tecnologia dell'informazione. Mentre la tecnologia continua a evolversi, ALD svolgerà un ruolo ancora più critico nel futuro campo a semiconduttore.