Sản xuất chip: lắng đọng lớp nguyên tử (ALD)

Trong ngành sản xuất chất bán dẫn, khi kích thước thiết bị tiếp tục co lại, công nghệ lắng đọng của vật liệu màng mỏng đã đặt ra những thách thức chưa từng có. Sự lắng đọng lớp nguyên tử (ALD), như một công nghệ lắng đọng màng mỏng có thể đạt được sự kiểm soát chính xác ở cấp độ nguyên tử, đã trở thành một phần không thể thiếu của sản xuất chất bán dẫn. Bài viết này nhằm mục đích giới thiệu dòng quy trình và các nguyên tắc của ALD để giúp hiểu vai trò quan trọng của nó trongSản xuất chip nâng cao.

1. Giải thích chi tiết vềAldDòng chảy quá trình

Quá trình ALD tuân theo một chuỗi nghiêm ngặt để đảm bảo rằng chỉ có một lớp nguyên tử được thêm vào mỗi lần lắng đọng, do đó đạt được sự kiểm soát chính xác độ dày màng. Các bước cơ bản như sau:

Xung tiền thân: TheAldQuá trình bắt đầu với việc giới thiệu tiền thân đầu tiên vào buồng phản ứng. Tiền chất này là khí hoặc hơi chứa các yếu tố hóa học của vật liệu lắng đọng mục tiêu có thể phản ứng với các vị trí hoạt động cụ thể trênwaferbề mặt. Các phân tử tiền chất được hấp phụ trên bề mặt wafer để tạo thành một lớp phân tử bão hòa.

Thanh lọc khí trơ: Sau đó, một loại khí trơ (như nitơ hoặc argon) được đưa ra để thanh lọc để loại bỏ tiền chất và sản phẩm phụ không phản ứng, đảm bảo rằng bề mặt wafer sạch và sẵn sàng cho phản ứng tiếp theo.

Xung tiền chất thứ hai: Sau khi hoàn thành thanh lọc, tiền chất thứ hai được đưa ra để phản ứng hóa học với tiền chất được hấp phụ trong bước đầu tiên để tạo tiền gửi mong muốn. Phản ứng này thường tự giới hạn, nghĩa là, một khi tất cả các vị trí hoạt động bị chiếm bởi tiền thân đầu tiên, các phản ứng mới sẽ không còn xảy ra.

Thanh lọc khí trơ một lần nữa: Sau khi hoàn thành phản ứng, khí trơ được thanh lọc một lần nữa để loại bỏ các chất phản ứng dư và các sản phẩm phụ, khôi phục bề mặt về trạng thái sạch và chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo.

Chuỗi các bước này tạo thành một chu kỳ ALD hoàn chỉnh và mỗi lần hoàn thành một chu kỳ, một lớp nguyên tử được thêm vào bề mặt wafer. Bằng cách kiểm soát chính xác số lượng chu kỳ, độ dày màng mong muốn có thể đạt được.

(ALD ONE Bước)

2. Phân tích nguyên tắc quy trình

Phản ứng tự giới hạn của ALD là nguyên tắc cốt lõi của nó. Trong mỗi chu kỳ, các phân tử tiền chất chỉ có thể phản ứng với các vị trí hoạt động trên bề mặt. Một khi các vị trí này bị chiếm đóng hoàn toàn, các phân tử tiền chất tiếp theo không thể được hấp phụ, điều này đảm bảo rằng chỉ có một lớp nguyên tử hoặc phân tử được thêm vào trong mỗi vòng lắng đọng. Tính năng này làm cho ALD có độ đồng nhất và độ chính xác cực kỳ cao khi gửi màng mỏng. Như thể hiện trong hình dưới đây, nó có thể duy trì phạm vi bảo hiểm bước tốt ngay cả trên các cấu trúc ba chiều phức tạp.

3. Áp dụng ALD trong sản xuất chất bán dẫn

Ald được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bán dẫn, bao gồm nhưng không giới hạn ở:

Sự lắng đọng vật liệu cao K: Được sử dụng cho lớp cách điện cổng của các bóng bán dẫn thế hệ mới để cải thiện hiệu suất của thiết bị.

Lấy cổng kim loại: chẳng hạn như titan nitride (TIN) và nitride tantalum (TAN), được sử dụng để cải thiện tốc độ chuyển đổi và hiệu quả của các bóng bán dẫn.

Lớp hàng rào kết nối: Ngăn chặn khuếch tán kim loại và duy trì độ ổn định và độ tin cậy của mạch.

Chất điền cấu trúc ba chiều: chẳng hạn như các kênh điền vào các cấu trúc FinFET để đạt được sự tích hợp cao hơn.

Sự lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) đã mang lại những thay đổi mang tính cách mạng cho ngành sản xuất chất bán dẫn với độ chính xác và tính đồng nhất phi thường. Bằng cách làm chủ quá trình và nguyên tắc của ALD, các kỹ sư có thể xây dựng các thiết bị điện tử với hiệu suất tuyệt vời tại Nanoscale, thúc đẩy sự tiến bộ liên tục của công nghệ thông tin. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, ALD sẽ đóng một vai trò quan trọng hơn trong lĩnh vực bán dẫn trong tương lai.