Ohutkalvopinnoituson yksi kiekkojen valmistuksen kolmesta ydinvaiheesta, ja ohutkalvon tekniset parametrit vaikuttavat suoraan sirun suorituskykyyn. Puolijohdelaitteiden jatkuva kutistuminen on asettanut korkeampia vaatimuksia ohutkalvopinnoitusprosesseille, ja ALD-tekniikka on osoittanut etuja kehittyneissä puolijohdeprosessisovelluksissa erittäin säädettävän pinnoituskalvon paksuuden, erinomaisen tasaisuuden ja kolmiulotteisen muodon säilymisen ansiosta.
ALD (Atomic Layer Deposition) -tekniikkaa on käytetty luontaisten etujen, kuten matalan lämpötilan kerrostuksen, ohutkalvon puhtauden ja erinomaisen peittävyyden vuoksi.puolijohdekäsittelyja valmistus 2000-luvun alusta lähtien. DRAM-kondensaattorien korkean k:n dielektrinen pinnoitus oli ensimmäinen, joka omaksui tämän tekniikan, mutta viime aikoina ALD on kehittänyt yhä laajempia sovelluksia myös muille puolijohdeprosessin aloille.
Ohutkalvopinnoitukseen käytettyjä tekniikoita ovat fyysinen höyrypinnoitus (PVD), kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) ja atomikerrospinnoitus (ALD).
ALD on muunnos CVD:stä, joka on menetelmä kerrostaa aineita kerros kerrokselta substraatin pinnalle yhden atomikalvon muodossa. Substraatti altistetaan peräkkäin kahdelle aktiiviselle kaasufaasin esiastemateriaalille ALD-yhdistemateriaalien muodostamiseksi. Substraatti altistetaan vain yhdelle prekursorille tiettynä ajankohtana ja valotusaika säädetään hyvin lyhyeksi, niin että substraatille muodostuu vain yksittäinen adsorboituneen prekursorin atomipäällystekerros. Kalvon paksuuden tarkka hallinta voidaan saavuttaa säätämällä sedimentaatiojaksojen määrää. Pystyy kerrostamaan erittäin ohuita kalvoja nanomittakaavassa.
Tällä hetkellä ALD-teknologia voidaan jakaa TALD-, PEALD-, SALD- jne. tyyppisiin ohutkalvoihin kuuluvat oksidit, typpi (hiili)yhdisteet, metalli- ja ei-metalliset elementit, jotka peittävät dielektrisiä kerroksia, johtimia ja puolijohteita. ALD-reaktion itserajoittuvuus ja leveät ikkunan lämpötilaominaisuudet tekevät kasvatetuista ohuista kalvoista hyvän askelpeiton, suuren alueen tasaisuuden, tiheyden ilman huokosia ja helpon tarkan laskeutumisparametrien, kuten paksuuden, hallinnan. ALD-tekniikka soveltuu erityisen hyvin ohutkalvopinnoitukseen monimutkaisille morfologia- ja korkean sivusuhteen kaivannon pinnoille, ja sitä käytetään laajalti kehittyneissä puolijohdeprosesseissa, kuten High-K-hila-dielektrisissä kerroksissa, metalliporteissa ja kuparidiffuusioesteissä.
Atomikerroksen kerrostussykli voidaan jakaa seuraaviin vaiheisiin:
1. Lisää esiaste ja suorita adsorptio tai kemiallinen reaktio substraatin pinnan kanssa;
2. Inerttikaasun huuhtelujäännöskaasu;
3. Syötä toinen esiastekaasu ja anna reagoida ensimmäisen kerroksen esiastetuotteen kanssa
4. Inerttikaasun huuhtelujäännöskaasu
ALD-teknologian avainrooli puolijohteiden valmistuksessa on seuraava:
Transistoriportin dielektrinen kerros (suuri dielektrisyysvakio)
Dielektrisyysvakio kuvaa materiaalin kykyä säilyttää varaus, korkeammat K-arvot johtavat parempaan varauksen varastointiin.
Korkean K-arvon materiaalit voivat vähentää vuotovirtaa samalla kapasitanssitiheydellä.
Metalli portti
Metallin käyttäminen monikiteisen piin sijaan laitteiden porttimateriaalina, kun taas metalliporteilla on erittäin korkea elektronitiheys, mikä voi suojata polaaristen molekyylien värähtelyä, tarjota liikkuvuutta laitekanavan sisällä ja ratkaista tehokkaasti monikiteisten piiporttien ehtymisen ongelman.
Metalli korvaa portin ja kerrostetaan monikiteisen piin kaivantoihin, mikä vaatii pinnoitusprosessin hyvällä askelpeitolla.
Kupariliitossulkukerros
Yhteenkytkentätekniikassa yleisesti käytetyt prosessit ovat Al-prosessi ja Cu-prosessi. Cu:lla on parempi johtavuus ja se voidaan kerrostaa alhaisissa lämpötiloissa, mikä tekee siitä laajemman käytön. Cu:n suurin haitta on sen nopea diffuusionopeus, jonka ansiosta on helppo liikkua eristeen sisällä ja "myrkyttää" laitetta. Siksi ennen kuparipinnoitusta on kerrostettava diffuusionestekerros, kun Cu-diffuusiokerrosten kerrostamiseen käytetään ensin ALD-tekniikkaa, ja korkeilla sivusuhteilla ohuella kalvolla on edelleen hyvä yhtenäisyys ja diffuusionesto-ominaisuudet.
Mikrokondensaattorit
ALD:n sovellus kondensaattoreihin sisältää pääasiassa alle 100 nm:n DAM:it ja sulautetut DRAM-muistit. Kun tallennuskapasiteetti laajenee, sisäisten kondensaattorien määrä kasvaa dramaattisesti ja yksittäisen kondensaattorin koko pienenee entisestään. Kondensaattorin sisäisten urien sivusuhde kasvaa ja kerrostetun kalvon tehollinen pinta-ala on noin 20 kertaa itse laitteen pinta-ala. ALD-tekniikka voi täyttää suuren alueen tasaisuuden, korkean askelpeiton ja kalvon paksuuden tarkan hallinnan vaatimukset.
ALD:n sovellus puolijohdealalla. Mooren lain jatkuvan kehityksen myötä integroitujen piirien piirteiden koko ja etsausurat pienenevät jatkuvasti. Yhä pienemmät etsausurat asettavat vakavia haasteita urien ja niiden sivuseinien pinnoitusteknologialle. Perinteiset PVD- ja CVD-prosessit eivät enää täytä hyvän askelpeiton vaatimuksia pienillä viivanleveyksillä. ALD-teknologialla on erinomainen muodon säilyvyys, tasaisuus ja korkea askelpeitto, ja sillä on yhä tärkeämpi rooli puolijohdeteollisuudessa.
