Нанесение тонкой пленкиЭто один из трех основных этапов производства пластин, а технические параметры тонкой пленки напрямую влияют на производительность чипа. Непрерывная усадка полупроводниковых устройств выдвинула более высокие требования к процессам осаждения тонких пленок, а технология ALD продемонстрировала преимущества в передовых приложениях полупроводниковых процессов благодаря легко контролируемой толщине осаждаемой пленки, превосходной однородности и сохранению трехмерной формы.
Благодаря своим преимуществам, таким как низкотемпературное осаждение, чистота тонкой пленки и превосходное покрытие, технология ALD (атомно-слоевое осаждение) была применена вобработка полупроводникови производство с начала 21 века. Нанесение диэлектрика high-k на конденсаторы DRAM было первой технологией, применившей эту технологию, но в последнее время ALD также разработала все более широкое применение в других областях полупроводниковых процессов.
Методы, используемые для осаждения тонких пленок, включают физическое осаждение из паровой фазы (PVD), химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и атомно-слоевое осаждение (ALD).
ALD — вариант CVD, который представляет собой метод нанесения веществ послойно на поверхность подложки в виде одноатомной пленки. Подложка последовательно подвергается воздействию двух активных газовых материалов-предшественников с образованием составных материалов ALD. Подложка подвергается воздействию только одного предшественника в определенное время, причем время воздействия регулируется так, чтобы оно было очень коротким, так что на подложке образуется только субатомный слой покрытия из адсорбированного предшественника. Точный контроль толщины пленки может быть достигнут путем контроля количества циклов седиментации. Способен наносить ультратонкие пленки на наноуровне.
В настоящее время технологию ALD можно подразделить на TALD, PEALD, SALD и т. д. Типы получаемых тонких пленок включают оксиды, соединения азота (углерода), металлические и неметаллические элементы, покрывающие диэлектрические слои, проводники и полупроводники. Самоудержание и температурные характеристики широкого окна реакции ALD позволяют выращенным тонким пленкам иметь хорошее покрытие ступеней, однородность по большой площади, плотность без пор и легкий точный контроль параметров осаждения, таких как толщина. Технология ALD особенно подходит для осаждения тонких пленок на поверхности траншей сложной морфологии и с высоким соотношением сторон и широко используется в современных полупроводниковых процессах, таких как диэлектрические слои затвора High-K, металлические затворы и медные диффузионные барьеры.
Цикл осаждения атомного слоя можно разделить на следующие этапы:
1. Ввести прекурсор и подвергнуть адсорбции или химической реакции с поверхностью подложки;
2. Промывка остаточного газа инертным газом;
3. Вводят второй газ-прекурсор и реагируют с продуктом-прекурсором первого слоя.
4. Промывка остаточного газа инертным газом.
Ключевая роль технологии ALD в производстве полупроводников заключается в следующем:
Диэлектрический слой затвора транзистора (высокая диэлектрическая проницаемость)
Диэлектрическая проницаемость описывает способность материала сохранять заряд: более высокие значения K приводят к лучшему хранению заряда.
Материалы с высоким значением K могут снизить ток утечки при той же плотности емкости.
Металлические ворота
Использование металла вместо поликристаллического кремния в качестве материала затвора для устройств, при этом металлические затворы имеют чрезвычайно высокую электронную плотность, которая может экранировать вибрацию полярных молекул, обеспечивать подвижность внутри канала устройства и эффективно решать проблему истощения затворов из поликристаллического кремния.
Металл заменяет затвор и осаждается в канавках поликристаллического кремния, что требует процесса осаждения с хорошим покрытием ступеней.
Барьерный слой медных межсоединений
Обычно используемые процессы для технологии межсоединений — это процесс Al и процесс Cu. Cu имеет лучшую проводимость и может наноситься при низких температурах, что делает ее более широко используемой. Самый большой недостаток Cu — высокая скорость диффузии, что позволяет легко перемещаться внутри диэлектрика и «отравлять» устройство. Поэтому перед меднением необходимо нанести слой антидиффузионного барьера. Сначала для нанесения диффузионных слоев меди используется технология ALD, и при высоких соотношениях сторон тонкая пленка по-прежнему демонстрирует хорошую однородность и свойства антидиффузионного барьера.
Микроконденсаторы
Применение ALD в конденсаторах в основном включает DAM размером менее 100 нм и встроенную DRAM. По мере увеличения емкости накопителя количество внутренних конденсаторов резко увеличивается, а размер одного конденсатора еще больше уменьшается. Соотношение сторон внутренних канавок конденсатора становится больше, а эффективная площадь напыленной пленки примерно в 20 раз превышает площадь самого устройства. Технология ALD может удовлетворить требования однородности на большой площади, высокого покрытия и точного контроля толщины пленки.
Применение ALD в области полупроводников. Благодаря постоянному развитию закона Мура размеры элементов и канавок интегральных схем постоянно уменьшаются. Все более мелкие канавки травления создают серьезные проблемы для технологии покрытия канавок и их боковых стенок. Традиционные процессы PVD и CVD больше не могут отвечать требованиям хорошего покрытия ступенек при небольшой ширине линий. Технология ALD отличается превосходным сохранением формы, однородностью и высокой степенью охвата ступеней и играет все более важную роль в полупроводниковой промышленности.
