Taloženje tankog filmaje jedan od tri osnovna koraka u proizvodnji vafla, a tehnički parametri tankog filma direktno utječu na performanse čipa. Kontinuirano skupljanje poluvodičkih uređaja postavilo je veće zahtjeve za procese nanošenja tankog filma, a ALD tehnologija je pokazala prednosti u naprednim primjenama procesa poluvodiča zbog svoje visoko kontrolirane debljine filma za taloženje, odlične uniformnosti i očuvanja trodimenzionalnog oblika.
Zbog inherentnih prednosti kao što su taloženje na niskim temperaturama, čistoća tankog filma i odlična pokrivenost, tehnologija ALD (Atomic Layer Deposition) je primijenjena upoluprovodnička obradai proizvodnju od početka 21. veka. Visoko-k dielektrično taloženje DRAM kondenzatora bilo je prvo koje je usvojilo ovu tehnologiju, ali je nedavno ALD također razvio sve raširenije primjene u drugim oblastima poluvodičkih procesa.
Tehnike koje se koriste za taloženje tankog filma uključuju fizičko taloženje parom (PVD), hemijsko taloženje parom (CVD) i taloženje atomskim slojem (ALD).
ALD je varijanta CVD-a, koji je metoda nanošenja tvari sloj po sloj na površinu supstrata u obliku jednog atomskog filma. Supstrat se uzastopno izlaže dvama aktivnim prekursorskim materijalima u gasnoj fazi kako bi se formirali ALD složeni materijali. Supstrat je izložen samo jednom prekursoru u određeno vrijeme, a vrijeme ekspozicije je kontrolirano tako da bude vrlo kratko, tako da se na supstratu formira samo jedan pod-atomski sloj presvlake adsorbiranog prekursora. Precizna kontrola debljine filma može se postići kontrolom broja ciklusa sedimentacije. Sposoban za taloženje ultra tankih filmova na nanoskali.
Trenutno, ALD tehnologija se može podijeliti na TALD, PEALD, SALD, itd. Vrste pripremljenih tankih filmova uključuju okside, jedinjenja dušika (ugljika), metalne i nemetalne elemente, koji pokrivaju dielektrične slojeve, provodnike i poluvodiče. Samozatvaranje i temperaturne karakteristike širokog prozora ALD reakcije čine da uzgojeni tanki filmovi imaju dobru pokrivenost koraka, ujednačenost velike površine, gustinu bez pora i laku preciznu kontrolu parametara taloženja kao što je debljina. ALD tehnologija je posebno pogodna za taloženje tankog filma na složenoj morfologiji i visokom omjeru rovova i široko se koristi u naprednim poluvodičkim procesima kao što su visoko-K dielektrični slojevi, metalne kapije i bakrene difuzijske barijere.
Ciklus taloženja atomskog sloja može se podijeliti u sljedeće faze:
1. Uvesti prekursor i podvrgnuti se adsorpciji ili hemijskoj reakciji sa površinom supstrata;
2. Inertni gas za ispiranje zaostalog gasa;
3. Uvesti drugi prekursorski gas i reagovati sa produktom prekursora prvog sloja
4. Inertni gas za ispiranje zaostalog gasa
Ključna uloga ALD tehnologije u proizvodnji poluprovodnika je sljedeća:
Dielektrični sloj tranzistorskih vrata (visoka dielektrična konstanta)
Dielektrična konstanta opisuje sposobnost materijala da zadrži naboj, pri čemu veće vrijednosti K rezultiraju boljim skladištenjem naboja.
Materijali visoke K-vrijednosti mogu smanjiti struju curenja pri istoj gustoći kapacitivnosti.
Metalna kapija
Korištenje metala umjesto polikristalnog silicijuma kao materijala kapije za uređaje, dok metalne kapije imaju izuzetno visoku gustinu elektrona, što može zaštititi vibracije polarnih molekula, obezbijediti mobilnost unutar kanala uređaja i efikasno riješiti problem iscrpljivanja polikristalnih silikonskih kapija.
Metal zamjenjuje kapiju i odlaže se u rovove od polikristalnog silicijuma, što zahtijeva proces taloženja sa dobrom pokrivenošću koraka.
Bakarni sloj barijere za međusobno povezivanje
Uobičajeni procesi za tehnologiju međusobnog povezivanja su Al proces i Cu proces. Cu ima bolju provodljivost i može se taložiti na niskim temperaturama, što ga čini širom upotrebom. Najveći nedostatak Cu je njegova velika brzina difuzije, što olakšava kretanje unutar dielektrika i „trovanje“ uređaja. Stoga, prije nanošenja bakra, sloj antidifuzijske barijere mora se nanijeti prvo ALD tehnologija se koristi za nanošenje Cu difuzijskih slojeva, a pod visokim omjerima, tanki film i dalje pokazuje dobru uniformnost i svojstva antidifuzijske barijere.
Mikrokondenzatori
Primjena ALD-a u kondenzatorima uglavnom uključuje DAM-ove ispod 100nm i ugrađeni DRAM. Kako se kapacitet skladištenja širi, broj internih kondenzatora se dramatično povećava, a veličina jednog kondenzatora dalje se smanjuje. Omjer stranica unutrašnjih žljebova kondenzatora postaje veći, a efektivna površina nanesenog filma je oko 20 puta veća od samog uređaja. ALD tehnologija može ispuniti zahtjeve za ujednačenost velikih površina, visok stepen pokrivenosti i preciznu kontrolu debljine filma.
Primena ALD u oblasti poluprovodnika. Uz kontinuiranu evoluciju Mooreovog zakona, veličina karakteristika i žljebovi za urezivanje integriranih kola se stalno smanjuju. Sve manji žljebovi za nagrizanje predstavljaju ozbiljne izazove za tehnologiju premaza žljebova i njihovih bočnih zidova. Tradicionalni PVD i CVD procesi više ne mogu zadovoljiti zahtjeve dobre pokrivenosti koraka pod malim širinama linija. ALD tehnologija ima izvrsno zadržavanje oblika, ujednačenost i visoku pokrivenost koraka, te igra sve važniju ulogu u industriji poluvodiča.
