Sirujen valmistus: Atomic Layer Deposition (ALD)

Puolijohdeteollisuudessa laitteiden koon pienentyessä ohutkalvomateriaalien pinnoitustekniikka on asettanut ennennäkemättömiä haasteita. Atomic Layer Deposition (ALD), ohutkalvopinnoitustekniikka, jolla voidaan saavuttaa tarkka ohjaus atomitasolla, on tullut välttämättömäksi osaksi puolijohteiden valmistusta. Tämän artikkelin tarkoituksena on esitellä ALD:n prosessikulku ja periaatteet auttaakseen ymmärtämään sen tärkeää rooliaedistynyt sirujen valmistus.

1. Yksityiskohtainen selitysALDprosessin kulku

ALD-prosessi noudattaa tiukkaa järjestystä sen varmistamiseksi, että vain yksi atomikerros lisätään joka kerta, kun kerrostetaan, jolloin saavutetaan tarkka kalvon paksuuden hallinta. Perusvaiheet ovat seuraavat:

Prekursoripulssi: TheALDprosessi alkaa ensimmäisen prekursorin syöttämisellä reaktiokammioon. Tämä esiaste on kaasu tai höyry, joka sisältää kohdelaskeumamateriaalin kemiallisia alkuaineita, jotka voivat reagoida tiettyjen aktiivisten kohtien kanssavohvelipinta. Prekursorimolekyylit adsorboituvat kiekon pintaan tyydyttyneen molekyylikerroksen muodostamiseksi.

Inertin kaasun tyhjennys: Tämän jälkeen syötetään inerttiä kaasua (kuten typpeä tai argonia) puhdistukseen reagoimattomien esiasteiden ja sivutuotteiden poistamiseksi, mikä varmistaa, että kiekon pinta on puhdas ja valmis seuraavaan reaktioon.

Toinen prekursoripulssi: Kun tyhjennys on suoritettu, toinen prekursori syötetään reagoimaan kemiallisesti ensimmäisessä vaiheessa adsorboidun esiasteen kanssa halutun kerrostuman muodostamiseksi. Tämä reaktio on yleensä itsestään rajoittuva, eli kun ensimmäinen prekursori on miehittänyt kaikki aktiiviset kohdat, uusia reaktioita ei enää tapahdu.

Inerttikaasuhuuhtelu uudelleen: Kun reaktio on päättynyt, inertti kaasu huuhdellaan uudelleen poistamaan jäännösreagenssit ja sivutuotteet, palauttaen pinnan puhtaaseen tilaan ja valmistautuen seuraavaan sykliin.

Tämä vaihesarja muodostaa täydellisen ALD-syklin, ja joka kerta kun sykli on suoritettu loppuun, kiekon pintaan lisätään atomikerros. Säätämällä tarkasti jaksojen määrää voidaan saavuttaa haluttu kalvonpaksuus.

(ALD yksi syklivaihe)

2. Prosessiperiaatteen analyysi

ALD:n itserajoittuva reaktio on sen ydinperiaate. Jokaisessa syklissä prekursorimolekyylit voivat reagoida vain pinnalla olevien aktiivisten kohtien kanssa. Kun nämä kohdat ovat täysin varattu, myöhempiä esiastemolekyylejä ei voida adsorboida, mikä varmistaa, että vain yksi kerros atomeja tai molekyylejä lisätään kullakin kerrostumiskierroksella. Tämän ominaisuuden ansiosta ALD:llä on erittäin korkea tasaisuus ja tarkkuus ohuita kalvoja levitettäessä. Kuten alla olevasta kuvasta näkyy, se voi säilyttää hyvän askelpeiton jopa monimutkaisissa kolmiulotteisissa rakenteissa.

3. ALD:n soveltaminen puolijohteiden valmistuksessa

ALD:tä käytetään laajalti puolijohdeteollisuudessa, mukaan lukien, mutta ei rajoittuen:

Korkean k:n materiaalin kerrostaminen: käytetään uuden sukupolven transistorien portin eristyskerrokseen laitteen suorituskyvyn parantamiseksi.

Metalliporttipinnoitus: kuten titaaninitridi (TiN) ja tantaalinitridi (TaN), käytetään parantamaan transistorien kytkentänopeutta ja tehokkuutta.

Yhteyssulkukerros: estää metallin diffuusiota ja ylläpitää piirin vakautta ja luotettavuutta.

Kolmiulotteinen rakenteen täyttö: kuten kanavien täyttäminen FinFET-rakenteissa paremman integraation saavuttamiseksi.

Atomikerrospinnoitus (ALD) on tuonut vallankumouksellisia muutoksia puolijohdeteollisuuteen poikkeuksellisella tarkkuudellaan ja yhtenäisyytensä ansiosta. Hallitsemalla ALD:n prosessin ja periaatteet insinöörit pystyvät rakentamaan elektronisia laitteita, joilla on erinomainen suorituskyky nanomittakaavassa, mikä edistää tietotekniikan jatkuvaa kehitystä. Teknologian kehittyessä ALD:llä tulee olemaan entistäkin tärkeämpi rooli tulevaisuuden puolijohdealalla.