Отлагане на тънък филме една от трите основни стъпки в производството на пластини и техническите параметри на тънкия филм пряко влияят върху производителността на чипа. Непрекъснатото свиване на полупроводникови устройства постави по-високи изисквания за процесите на отлагане на тънък слой, а технологията ALD демонстрира предимства в усъвършенствани приложения на полупроводникови процеси поради силно контролируемата дебелина на филма за отлагане, отлична еднородност и запазване на триизмерната форма.
Поради присъщите предимства като отлагане при ниска температура, чистота на тънък слой и отлично покритие, технологията ALD (отлагане на атомен слой) е приложена вобработка на полупроводниции производство от началото на 21 век. Отлагането на диелектрик с висок k на DRAM кондензатори беше първият, който възприе тази технология, но напоследък ALD също разработи все по-широко разпространени приложения в други области на полупроводникови процеси.
Техниките, използвани за отлагане на тънък слой, включват физическо отлагане на пари (PVD), химическо отлагане на пари (CVD) и отлагане на атомен слой (ALD).
ALD е вариант на CVD, който е метод за отлагане на вещества слой по слой върху повърхността на субстрат под формата на единичен атомен филм. Субстратът се излага последователно на два прекурсорни материала в активна газова фаза, за да се образуват ALD съставни материали. Субстратът е изложен само на един прекурсор в определено време и времето на излагане се контролира да бъде много кратко, така че върху субстрата се формира само подединичен атомен слой на адсорбирания прекурсор. Точен контрол на дебелината на филма може да се постигне чрез контролиране на броя на циклите на утаяване. Възможност за отлагане на ултратънки филми в наномащаб.
Понастоящем технологията ALD може да бъде разделена на TALD, PEALD, SALD и т.н. Типовете получени тънки филми включват оксиди, азотни (въглеродни) съединения, метални и неметални елементи, покриващи диелектрични слоеве, проводници и полупроводници. Самоограничаването и температурните характеристики на широкия прозорец на ALD реакцията правят отгледаните тънки филми с добро стъпаловидно покритие, еднаквост на голяма площ, плътност без пори и лесен прецизен контрол на параметрите на отлагане като дебелина. Технологията ALD е особено подходяща за отлагане на тънък слой върху повърхности със сложна морфология и високо аспектно съотношение и се използва широко в усъвършенствани полупроводникови процеси като диелектрични слоеве High-K gate, метални gate и медни дифузионни бариери.
Цикълът на отлагане на атомен слой може да бъде разделен на следните етапи:
1. Въведете прекурсор и претърпете адсорбция или химическа реакция с повърхността на субстрата;
2. Остатъчен газ за промиване с инертен газ;
3. Въведете втория прекурсорен газ и реагирайте с прекурсорния продукт от първия слой
4. Остатъчен газ за промиване с инертен газ
Ключовата роля на ALD технологията в производството на полупроводници е следната:
Диелектричен слой на транзисторната врата (висока диелектрична константа)
Диелектричната константа описва способността на материала да задържа заряд, като по-високите стойности на K водят до по-добро съхранение на заряда.
Материалите с висока K-стойност могат да намалят тока на утечка при същата плътност на капацитета.
Метална порта
Използване на метал вместо поликристален силиций като материал за порти за устройства, докато металните порти имат изключително висока електронна плътност, която може да предпази вибрациите на полярните молекули, да осигури мобилност в канала на устройството и ефективно да реши проблема с изчерпването на поликристалните силициеви порти.
Металът замества вратата и се отлага в изкопите от поликристален силиций, което изисква процес на отлагане с добро стъпаловидно покритие.
Меден междинен бариерен слой
Често използваните процеси за технология за свързване са Al процес и Cu процес. Cu има по-добра проводимост и може да се отлага при ниски температури, което го прави по-широко използван. Най-големият недостатък на Cu е неговата бърза скорост на дифузия, което го прави лесно да се движи вътре в диелектрика и да "отрови" устройството. Следователно, преди медно покритие, първо трябва да се отложи слой от антидифузионна бариера ALD технология се използва за отлагане на медни дифузионни слоеве и при високи аспектни съотношения тънкият филм все още показва добра еднородност и антидифузионни бариерни свойства.
Микрокондензатори
Приложението на ALD в кондензатори включва главно DAM под 100nm и вградена DRAM. Тъй като капацитетът за съхранение се разширява, броят на вътрешните кондензатори се увеличава драстично, а размерът на един кондензатор допълнително намалява. Съотношението на страните на вътрешните канали на кондензатора става по-голямо, а ефективната площ на отложения филм е около 20 пъти по-голяма от тази на самото устройство. Технологията ALD може да отговори на изискванията за еднаквост на голяма площ, покритие с голяма стъпка и прецизен контрол на дебелината на филма.
Приложението на ALD в областта на полупроводниците. С непрекъснатото развитие на закона на Мур, размерът на характеристиките и ецващите жлебове на интегралните схеми непрекъснато се свиват. Все по-малките жлебове за ецване поставят сериозни предизвикателства пред технологията на покритие на жлебовете и техните странични стени. Традиционните PVD и CVD процеси вече не могат да отговорят на изискванията за добро покритие на стъпките при малка ширина на линиите. Технологията ALD има отлично запазване на формата, еднородност и голямо покритие на стъпките и играе все по-важна роля в полупроводниковата индустрия.
