Produzione di chip: deposizione di strati atomici (ALD)

Nel settore della produzione di semiconduttori, poiché le dimensioni dei dispositivi continuano a ridursi, la tecnologia di deposizione di materiali a film sottile ha posto sfide senza precedenti. La deposizione di strati atomici (ALD), in quanto tecnologia di deposizione di film sottili 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 del processo e i principi dell'ALD per aiutare a comprendere il suo ruolo importanteproduzione avanzata di chip.

1. Spiegazione dettagliata delALDflusso del processo

Il processo ALD segue una sequenza rigorosa per garantire che venga aggiunto un solo strato atomico ad ogni deposizione, ottenendo così un controllo preciso dello spessore del film. I passaggi fondamentali sono i seguenti:

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

Spurgo con 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 del precursore: una volta completato lo spurgo, viene introdotto il secondo precursore per reagire chimicamente con il precursore adsorbito nella prima fase per generare il deposito desiderato. Questa reazione è solitamente autolimitante, cioè una volta che tutti i siti attivi sono occupati dal primo precursore, non si verificheranno più nuove reazioni.

Nuovo spurgo con gas inerte: una volta completata la reazione, il gas inerte viene nuovamente spurgato per rimuovere i reagenti residui e i sottoprodotti, ripristinando la superficie a uno stato pulito e preparandosi per il ciclo successivo.

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

(ALD una fase del ciclo)

2. Analisi dei principi del processo

La reazione autolimitante dell'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 successive molecole precursori non possono essere adsorbite, il che garantisce che venga aggiunto un solo strato di atomi o molecole in ogni ciclo di deposizione. Questa caratteristica fa sì che ALD abbia un'uniformità e una precisione estremamente elevate durante la deposizione di film sottili. Come evidenziato nella figura sottostante riesce a mantenere una buona copertura del gradino anche su strutture tridimensionali complesse.

3. Applicazione dell'ALD nella produzione di semiconduttori

L'ALD è ampiamente utilizzato nell'industria dei semiconduttori, incluso ma non limitato a:

Deposizione di materiale ad alto valore k: utilizzato per lo strato isolante del gate dei transistor di nuova generazione per migliorare le prestazioni del dispositivo.

Deposizione di gate metallici: come nitruro di titanio (TiN) e nitruro di tantalio (TaN), utilizzati per migliorare la velocità di commutazione e l'efficienza dei transistor.

Strato barriera di interconnessione: previene la diffusione del metallo e mantiene la stabilità e l'affidabilità del circuito.

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

La deposizione di strati atomici (ALD) ha apportato cambiamenti rivoluzionari all'industria manifatturiera dei semiconduttori con la sua straordinaria precisione e uniformità. Padroneggiando il processo e i principi dell'ALD, gli ingegneri sono in grado di costruire dispositivi elettronici con prestazioni eccellenti su scala nanometrica, promuovendo il continuo progresso della tecnologia dell'informazione. Poiché la tecnologia continua ad evolversi, l’ALD svolgerà un ruolo ancora più critico nel futuro campo dei semiconduttori.