การผลิตชิป: การสะสมชั้นอะตอม (ALD)

ในอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขณะที่ขนาดอุปกรณ์ยังคงหดตัวลงเทคโนโลยีการสะสมของวัสดุฟิล์มบางทำให้เกิดความท้าทายอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน การสะสมชั้นอะตอม (ALD) เป็นเทคโนโลยีการสะสมฟิล์มบางที่สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำในระดับอะตอมได้กลายเป็นส่วนที่ขาดไม่ได้ของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อแนะนำการไหลของกระบวนการและหลักการของ ALD เพื่อช่วยให้เข้าใจบทบาทที่สำคัญของมันในการผลิตชิปขั้นสูง.

1. คำอธิบายโดยละเอียดของไฟล์อัลดี้การไหลของกระบวนการ

กระบวนการ ALD เป็นไปตามลำดับที่เข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเพิ่มเลเยอร์อะตอมเพียงหนึ่งชั้นในแต่ละครั้งซึ่งจะสามารถควบคุมความหนาของฟิล์มได้อย่างแม่นยำ ขั้นตอนพื้นฐานมีดังนี้:

พัลส์สารตั้งต้น:อัลดี้กระบวนการเริ่มต้นด้วยการเปิดตัวสารตั้งต้นแรกในห้องปฏิกิริยา สารตั้งต้นนี้เป็นก๊าซหรือไอที่มีองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุการสะสมเป้าหมายที่สามารถทำปฏิกิริยากับไซต์ที่ใช้งานเฉพาะในเวเฟอร์พื้นผิว. โมเลกุลของสารตั้งต้นจะถูกดูดซับบนพื้นผิวเวเฟอร์เพื่อสร้างชั้นโมเลกุลอิ่มตัว

การล้างก๊าซเฉื่อย: ต่อมาก๊าซเฉื่อย (เช่นไนโตรเจนหรืออาร์กอน) ถูกนำมาใช้เพื่อกำจัดสารตั้งต้นที่ไม่ทำปฏิกิริยาและผลพลอยได้เพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวเวเฟอร์นั้นสะอาดและพร้อมสำหรับปฏิกิริยาต่อไป

พัลส์สารตั้งต้นที่สอง: หลังจากการล้างเสร็จแล้วสารตั้งต้นที่สองจะถูกนำมาใช้เพื่อตอบสนองทางเคมีด้วยสารตั้งต้นที่ดูดซับในขั้นตอนแรกเพื่อสร้างเงินฝากที่ต้องการ ปฏิกิริยานี้มักจะ จำกัด ตัวเองนั่นคือเมื่อไซต์ที่ใช้งานอยู่ทั้งหมดถูกครอบครองโดยสารตั้งต้นแรกปฏิกิริยาใหม่จะไม่เกิดขึ้นอีกต่อไป

การล้างก๊าซเฉื่อยอีกครั้ง: หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้นก๊าซเฉื่อยจะถูกกำจัดอีกครั้งเพื่อกำจัดสารตั้งต้นที่เหลือและผลพลอยได้คืนพื้นผิวให้อยู่ในสภาพที่สะอาดและเตรียมพร้อมสำหรับรอบต่อไป

ชุดของขั้นตอนนี้ถือเป็นวัฏจักร ALD ที่สมบูรณ์และทุกครั้งที่วงจรเสร็จสมบูรณ์ชั้นอะตอมจะถูกเพิ่มลงในพื้นผิวเวเฟอร์ ด้วยการควบคุมจำนวนรอบอย่างแม่นยำความหนาของฟิล์มที่ต้องการสามารถทำได้

(Ald One Cycle Step)

2. การวิเคราะห์หลักการกระบวนการ

ปฏิกิริยา จำกัด ตัวเองของ ALD เป็นหลักการสำคัญ ในแต่ละรอบโมเลกุลของสารตั้งต้นสามารถทำปฏิกิริยากับไซต์ที่ใช้งานอยู่บนพื้นผิวเท่านั้น เมื่อไซต์เหล่านี้ถูกครอบครองอย่างเต็มที่โมเลกุลของสารตั้งต้นที่ตามมาจะไม่สามารถดูดซับได้ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่ามีการเพิ่มอะตอมหรือโมเลกุลเพียงชั้นเดียวในแต่ละรอบของการสะสม คุณสมบัตินี้ทำให้ ALD มีความสม่ำเสมอและมีความแม่นยำสูงมากเมื่อวางฟิล์มบาง ๆ ดังที่แสดงในรูปด้านล่างมันสามารถรักษาความครอบคลุมขั้นตอนที่ดีแม้ในโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อน

3. การประยุกต์ใช้ ALD ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

อัลดี้ ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์รวมถึง แต่ไม่ จำกัด เพียง:

การสะสมของวัสดุ High-K: ใช้สำหรับชั้นฉนวนกันความร้อนของทรานซิสเตอร์รุ่นใหม่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์

การสะสมประตูโลหะ: เช่นไทเทเนียมไนไตรด์ (TIN) และแทนทาลัมไนไตรด์ (TAN) ใช้เพื่อปรับปรุงความเร็วในการสลับและประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์

เลเยอร์สิ่งกีดขวางการเชื่อมต่อระหว่างกัน: ป้องกันการแพร่กระจายของโลหะและรักษาเสถียรภาพของวงจรและความน่าเชื่อถือ

การเติมโครงสร้างสามมิติ: เช่นการเติมช่องทางในโครงสร้าง FINFET เพื่อให้ได้การรวมที่สูงขึ้น

Atomic Layer Deposition (ALD) ได้นำการเปลี่ยนแปลงการปฏิวัติไปสู่อุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ด้วยความแม่นยำและความสม่ำเสมอเป็นพิเศษ ด้วยการเรียนรู้กระบวนการและหลักการของ ALD วิศวกรสามารถสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมที่ระดับนาโนเพื่อส่งเสริมความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีสารสนเทศ ในขณะที่เทคโนโลยียังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ALD จะมีบทบาทสำคัญยิ่งขึ้นในสนามเซมิคอนดักเตอร์ในอนาคต