ساخت تراشه: رسوب لایه اتمی (ALD)

در صنعت تولید نیمه هادی، با ادامه کوچک شدن اندازه دستگاه، فناوری رسوب گذاری مواد لایه نازک چالش های بی سابقه ای را ایجاد کرده است. رسوب لایه اتمی (ALD)، به عنوان یک فناوری رسوب لایه نازک که می تواند به کنترل دقیق در سطح اتمی دست یابد، به بخشی ضروری از تولید نیمه هادی تبدیل شده است. هدف این مقاله معرفی جریان فرآیند و اصول ALD برای کمک به درک نقش مهم آن در آن استساخت تراشه پیشرفته.

1. توضیح مفصل ازALDجریان فرآیند

فرآیند ALD دنباله ای دقیق را دنبال می کند تا اطمینان حاصل شود که در هر بار رسوب گذاری فقط یک لایه اتمی اضافه می شود و در نتیجه به کنترل دقیق ضخامت فیلم دست می یابد. مراحل اساسی به شرح زیر است:

نبض پیشرو:ALDفرآیند با معرفی اولین پیش ماده به محفظه واکنش آغاز می شود. این پیش ماده یک گاز یا بخار حاوی عناصر شیمیایی مواد رسوبی هدف است که می‌تواند با مکان‌های فعال خاصی واکنش نشان دهد.ویفرسطح مولکول های پیش ساز بر روی سطح ویفر جذب می شوند تا یک لایه مولکولی اشباع تشکیل شود.

پاکسازی گاز بی اثر: متعاقباً یک گاز بی اثر (مانند نیتروژن یا آرگون) برای پاکسازی معرفی می شود تا پیش سازها و محصولات جانبی واکنش نداده را حذف کند و اطمینان حاصل شود که سطح ویفر تمیز و آماده برای واکنش بعدی است.

پالس پیش ساز دوم: پس از اتمام پاکسازی، پیش ساز دوم معرفی می شود تا با پیش ماده جذب شده در مرحله اول واکنش شیمیایی داده و رسوب مورد نظر را ایجاد کند. این واکنش معمولاً خود محدود شونده است، یعنی زمانی که همه مکان‌های فعال توسط اولین پیش‌ساز اشغال شود، دیگر واکنش‌های جدیدی رخ نخواهد داد.

پاکسازی مجدد گاز بی اثر: پس از تکمیل واکنش، گاز بی اثر مجدداً پاکسازی می شود تا واکنش دهنده ها و محصولات جانبی باقیمانده حذف شوند و سطح به حالت تمیز بازگردد و برای چرخه بعدی آماده شود.

این سری از مراحل یک چرخه ALD کامل را تشکیل می دهد و هر بار که یک چرخه کامل می شود، یک لایه اتمی به سطح ویفر اضافه می شود. با کنترل دقیق تعداد چرخه ها، می توان به ضخامت فیلم مورد نظر دست یافت.

(ALD یک مرحله ای)

2. تجزیه و تحلیل اصول فرآیند

واکنش خود محدود شونده ALD اصل اصلی آن است. در هر چرخه، مولکول های پیش ساز فقط می توانند با مکان های فعال روی سطح واکنش دهند. هنگامی که این مکان ها به طور کامل اشغال شدند، مولکول های پیش ساز بعدی نمی توانند جذب شوند، که تضمین می کند که تنها یک لایه اتم یا مولکول در هر دور رسوب اضافه می شود. این ویژگی باعث می شود که ALD در هنگام رسوب گذاری لایه های نازک یکنواختی و دقت بسیار بالایی داشته باشد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، حتی در سازه های سه بعدی پیچیده می تواند پوشش پله خوبی را حفظ کند.

3. کاربرد ALD در ساخت نیمه هادی

ALD به طور گسترده در صنعت نیمه هادی استفاده می شود، از جمله اما نه محدود به:

رسوب مواد با k بالا: برای لایه عایق دروازه ترانزیستورهای نسل جدید برای بهبود عملکرد دستگاه استفاده می شود.

رسوب گیت فلزی: مانند نیترید تیتانیوم (TiN) و نیترید تانتالیوم (TaN) که برای بهبود سرعت سوئیچینگ و کارایی ترانزیستورها استفاده می شود.

لایه مانع اتصال: جلوگیری از انتشار فلز و حفظ ثبات و قابلیت اطمینان مدار.

پر کردن ساختار سه بعدی: مانند پر کردن کانال ها در ساختارهای FinFET برای دستیابی به یکپارچگی بالاتر.

رسوب لایه اتمی (ALD) با دقت و یکنواختی فوق العاده خود تغییراتی انقلابی را در صنعت تولید نیمه هادی ها به ارمغان آورده است. با تسلط بر فرآیند و اصول ALD، مهندسان قادر به ساخت دستگاه های الکترونیکی با عملکرد عالی در مقیاس نانو هستند که باعث پیشرفت مداوم فناوری اطلاعات می شود. همانطور که تکنولوژی به تکامل خود ادامه می دهد، ALD نقش مهم تری در زمینه نیمه هادی آینده ایفا خواهد کرد.