Fabricação de chips: deposição de camada atômica (ALD)

Na indústria de fabricação de semicondutores, à medida que o tamanho dos dispositivos continua a diminuir, a tecnologia de deposição de materiais de película fina apresenta desafios sem precedentes. A Deposição de Camada Atômica (ALD), como uma tecnologia de deposição de filme fino que pode alcançar controle preciso em nível atômico, tornou-se uma parte indispensável da fabricação de semicondutores. Este artigo tem como objetivo apresentar o fluxo do processo e os princípios do ALD para ajudar a compreender seu importante papel nafabricação avançada de chips.

1. Explicação detalhada doALDfluxo do processo

O processo ALD segue uma sequência estrita para garantir que apenas uma camada atômica seja adicionada a cada deposição, conseguindo assim um controle preciso da espessura do filme. As etapas básicas são as seguintes:

Pulso precursor: OALDo processo começa com a introdução do primeiro precursor na câmara de reação. Este precursor é um gás ou vapor contendo os elementos químicos do material de deposição alvo que pode reagir com sítios ativos específicos nobolachasuperfície. As moléculas precursoras são adsorvidas na superfície do wafer para formar uma camada molecular saturada.

Purga de gás inerte: Posteriormente, um gás inerte (como nitrogênio ou argônio) é introduzido para purga para remover precursores e subprodutos que não reagiram, garantindo que a superfície do wafer esteja limpa e pronta para a próxima reação.

Segundo pulso precursor: Após a conclusão da purga, o segundo precursor é introduzido para reagir quimicamente com o precursor adsorvido na primeira etapa para gerar o depósito desejado. Essa reação costuma ser autolimitada, ou seja, uma vez que todos os sítios ativos sejam ocupados pelo primeiro precursor, novas reações não ocorrerão mais.

Purga de gás inerte novamente: Após a conclusão da reação, o gás inerte é purgado novamente para remover reagentes e subprodutos residuais, restaurando a superfície a um estado limpo e preparando-o para o próximo ciclo.

Esta série de etapas constitui um ciclo ALD completo e, cada vez que um ciclo é concluído, uma camada atômica é adicionada à superfície do wafer. Ao controlar com precisão o número de ciclos, a espessura de filme desejada pode ser alcançada.

(ALD uma etapa do ciclo)

2. Análise do princípio do processo

A reação autolimitada da ALD é o seu princípio fundamental. Em cada ciclo, as moléculas precursoras só podem reagir com os sítios ativos na superfície. Uma vez que estes locais estejam totalmente ocupados, as moléculas precursoras subsequentes não podem ser adsorvidas, o que garante que apenas uma camada de átomos ou moléculas seja adicionada em cada rodada de deposição. Esta característica faz com que o ALD tenha uniformidade e precisão extremamente altas na deposição de filmes finos. Conforme mostrado na figura abaixo, ele pode manter uma boa cobertura de degraus mesmo em estruturas tridimensionais complexas.

3. Aplicação de ALD na fabricação de semicondutores

ALD é amplamente utilizado na indústria de semicondutores, incluindo, mas não se limitando a:

Deposição de material de alto k: usado para camada de isolamento de porta de transistores de nova geração para melhorar o desempenho do dispositivo.

Deposição de porta metálica: como nitreto de titânio (TiN) e nitreto de tântalo (TaN), usados ​​para melhorar a velocidade de comutação e eficiência dos transistores.

Camada de barreira de interconexão: evita a difusão do metal e mantém a estabilidade e confiabilidade do circuito.

Preenchimento de estrutura tridimensional: como preencher canais em estruturas FinFET para obter maior integração.

A deposição da camada atômica (ALD) trouxe mudanças revolucionárias para a indústria de fabricação de semicondutores com sua extraordinária precisão e uniformidade. Ao dominar o processo e os princípios do ALD, os engenheiros são capazes de construir dispositivos eletrônicos com excelente desempenho em nanoescala, promovendo o avanço contínuo da tecnologia da informação. À medida que a tecnologia continua a evoluir, a ALD desempenhará um papel ainda mais crítico no futuro campo dos semicondutores.