Производство на чипове: Отлагане на атомен слой (ALD)

В индустрията за производство на полупроводници, тъй като размерът на устройството продължава да намалява, технологията за отлагане на тънкослойни материали постави безпрецедентни предизвикателства. Отлагането на атомен слой (ALD), като технология за отлагане на тънък слой, която може да постигне прецизен контрол на атомно ниво, се превърна в незаменима част от производството на полупроводници. Тази статия има за цел да представи потока на процеса и принципите на ALD, за да разбере важната му роля вусъвършенствано производство на чипове.

1. Подробно обяснение наALDпоток на процеса

Процесът ALD следва стриктна последователност, за да гарантира, че само един атомен слой се добавя при всяко отлагане, като по този начин се постига прецизен контрол на дебелината на филма. Основните стъпки са както следва:

Прекурсорен импулс: TheALDпроцесът започва с въвеждането на първия прекурсор в реакционната камера. Този прекурсор е газ или пара, съдържащ химичните елементи на целевия материал за отлагане, който може да реагира със специфични активни места навафлаповърхност. Прекурсорните молекули се адсорбират върху повърхността на вафлата, за да образуват наситен молекулен слой.

Пречистване с инертен газ: Впоследствие се въвежда инертен газ (като азот или аргон) за продухване, за да се отстранят нереагиралите прекурсори и странични продукти, като се гарантира, че повърхността на пластината е чиста и готова за следващата реакция.

Втори прекурсорен импулс: След като прочистването приключи, вторият прекурсор се въвежда, за да реагира химически с прекурсора, адсорбиран в първия етап, за да генерира желаното отлагане. Тази реакция обикновено е самоограничаваща се, т.е. след като всички активни места са заети от първия прекурсор, нови реакции вече няма да възникват.

Отново продухване на инертен газ: След като реакцията приключи, инертният газ се продухва отново, за да се отстранят остатъчните реагенти и странични продукти, възстановявайки повърхността до чисто състояние и подготвяйки се за следващия цикъл.

Тази поредица от стъпки съставлява пълен ALD цикъл и всеки път, когато цикълът бъде завършен, към повърхността на вафлата се добавя атомен слой. Чрез прецизно контролиране на броя на циклите може да се постигне желаната дебелина на филма.

(ALD една стъпка от цикъла)

2. Анализ на принципа на процеса

Самоограничаващата се реакция на ALD е неговият основен принцип. Във всеки цикъл прекурсорните молекули могат да реагират само с активните центрове на повърхността. След като тези места са напълно заети, следващите прекурсорни молекули не могат да бъдат адсорбирани, което гарантира, че само един слой от атоми или молекули се добавя при всеки цикъл на отлагане. Тази характеристика прави ALD изключително висока равномерност и прецизност при отлагане на тънки филми. Както е показано на фигурата по-долу, той може да поддържа добро покритие на стъпалата дори при сложни триизмерни структури.

3. Приложение на ALD в производството на полупроводници

ALD се използва широко в полупроводниковата индустрия, включително, но не само:

High-k материално отлагане: използва се за изолационен слой на затвора на транзистори от ново поколение за подобряване на производителността на устройството.

Отлагане на метален затвор: като титанов нитрид (TiN) и танталов нитрид (TaN), използвани за подобряване на скоростта на превключване и ефективността на транзисторите.

Свързващ бариерен слой: предотвратява дифузията на метал и поддържа стабилността и надеждността на веригата.

Запълване на триизмерна структура: като запълване на канали в FinFET структури за постигане на по-висока интеграция.

Отлагането на атомен слой (ALD) донесе революционни промени в индустрията за производство на полупроводници със своята изключителна прецизност и еднородност. Чрез овладяване на процеса и принципите на ALD, инженерите са в състояние да създават електронни устройства с отлична производителност в наномащаба, насърчавайки непрекъснатия напредък на информационните технологии. Тъй като технологията продължава да се развива, ALD ще играе още по-важна роля в бъдещото поле на полупроводниците.