Kiibi tootmine: aatomkihtsadestamine (ALD)

Pooljuhtide tootmises, kuna seadme suurus aina kahaneb, on õhukeste kilematerjalide sadestamise tehnoloogia esitanud enneolematuid väljakutseid. Atomic Layer Deposition (ALD) kui õhukese kile sadestamise tehnoloogia, mis võimaldab saavutada täpset juhtimist aatomi tasemel, on muutunud pooljuhtide tootmise asendamatuks osaks. Selle artikli eesmärk on tutvustada ALD protsessi kulgu ja põhimõtteid, et aidata mõista selle olulist rollitäiustatud kiibi tootmine.

1. Üksikasjalik selgitusALDprotsessi voog

ALD-protsess järgib ranget järjestust, tagamaks, et iga sadestamise korral lisatakse ainult üks aatomikiht, saavutades seeläbi kile paksuse täpse kontrolli. Põhietapid on järgmised.

Eelkäija pulss:ALDprotsess algab esimese prekursori sisestamisega reaktsioonikambrisse. See lähteaine on gaas või aur, mis sisaldab sihtsadestamise materjali keemilisi elemente, mis võivad reageerida konkreetsete aktiivsete saitidegavahvelpinnale. Prekursormolekulid adsorbeeritakse vahvli pinnale, moodustades küllastunud molekulaarse kihi.

Inertgaasi läbipuhumine: seejärel juhitakse läbi inertgaas (nt lämmastik või argoon), et eemaldada reageerimata lähteained ja kõrvalsaadused, tagades, et vahvli pind on puhas ja valmis järgmiseks reaktsiooniks.

Teine prekursori impulss: pärast puhastamise lõpetamist sisestatakse teine ​​prekursor, mis reageerib keemiliselt esimeses etapis adsorbeeritud prekursoriga, et tekitada soovitud sade. See reaktsioon on tavaliselt iseenesest taanduv, st kui kõik aktiivsed saidid on hõivatud esimese prekursoriga, uusi reaktsioone enam ei toimu.

Inertgaasi puhastamine uuesti: pärast reaktsiooni lõppemist puhutakse inertgaas uuesti läbi, et eemaldada reaktiivide jäägid ja kõrvalsaadused, taastada pind puhtaks ja valmistuda järgmiseks tsükliks.

See etappide seeria moodustab täieliku ALD-tsükli ja iga kord, kui tsükkel on lõppenud, lisatakse vahvli pinnale aatomikiht. Tsüklite arvu täpselt reguleerides on võimalik saavutada soovitud kile paksus.

(ALD üks tsükli samm)

2. Protsessi põhimõtte analüüs

ALD isepiirav reaktsioon on selle põhiprintsiip. Igas tsüklis saavad prekursormolekulid reageerida ainult pinnal olevate aktiivsete saitidega. Kui need kohad on täielikult hõivatud, ei saa järgnevaid prekursormolekule adsorbeerida, mis tagab, et igas sadestamisvoorus lisatakse ainult üks aatomite või molekulide kiht. See funktsioon muudab ALD õhukeste kilede pealekandmisel äärmiselt ühtlaseks ja täpsuseks. Nagu on näidatud alloleval joonisel, suudab see säilitada hea astmekatte isegi keerukate kolmemõõtmeliste struktuuride korral.

3. ALD rakendamine pooljuhtide tootmises

ALD-d kasutatakse laialdaselt pooljuhtide tööstuses, sealhulgas, kuid mitte ainult:

Kõrge k-materjali sadestamine: kasutatakse uue põlvkonna transistoride värava isolatsioonikihi jaoks, et parandada seadme jõudlust.

Metallvärava sadestamine: näiteks titaannitriid (TiN) ja tantaalnitriid (TaN), mida kasutatakse transistoride lülituskiiruse ja tõhususe parandamiseks.

Ühenduse tõkkekiht: väldib metalli difusiooni ja säilitab vooluahela stabiilsuse ja töökindluse.

Kolmemõõtmelise struktuuri täitmine: näiteks kanalite täitmine FinFET-struktuurides, et saavutada suurem integratsioon.

Aatomkihtsadestamine (ALD) on oma erakordse täpsuse ja ühtsusega toonud pooljuhtide tootmisesse revolutsioonilisi muutusi. Õppides ALD protsessi ja põhimõtteid, suudavad insenerid ehitada nanoskaalas suurepärase jõudlusega elektroonikaseadmeid, mis soodustavad infotehnoloogia pidevat arengut. Kuna tehnoloogia areneb edasi, mängib ALD tulevases pooljuhtide valdkonnas veelgi kriitilisemat rolli.