Освоение ALD полупроводников: Стратегии для точности и эффективности

Как правильный клапан может улучшить точность и последовательность в вашем процессе ALD

<еm>Масрур Малик, менеджер по рынку для полупроводников, Swagelok

Вызов максимизации пропускной способности в сочетании с все более сложными и точными процессами, необходимыми для производства последних микросхем, толкает производителей полупроводников к следованию более жестким и более жестким процессным контролям. Достижение более узких производительных толерансов в производственных процессах, таких как атомно-слойное осаждение (ALD), необходимо для оптимизации производственных выходов чипов.

Эта точность в системе химического дозирования и доставки является критический элемент оптимально продуктивного процесса ALD. И хорошо спроектированная система управления клапанами может помочь. Мы исследуем причины, почему, начиная с важной загадки, с которой столкнулись ученые полупроводников — и преодолели — в ключевой точке в постоянной эволюции технологии.

Краткая история полупроводниковой отрасли

Полупроводниковая отрасль начала свой путь в Кремниевой долине в 1960-х, но к концу 1990-х научное сообщество предвидело надвигающийся барьер для прогрессии Закона Мура — наблюдения, что количество транзисторов на кремниевом чипе удваивается каждые два года. Это было связано с техническими пределами традиционных диэлектрических слоев в устройствах, и отрасль знала, что диэлектрический материал для замены SiO₂ скоро понадобится.

Это было вызовом, потому что SiO₂ было удобно «выращивать» и поддерживало отличную точность и равномерность на кремниевых пластинах. Осаждение нового диэлектрического материала с использованием более традиционных методов осаждения, таких как CVD или PVD, не было бы легким.

Именно тогда процесс ALD появился как новый способ применения новых материалов с точными толщинами пленок. На ранних стадиях были некоторые крупные барьеры для входа, включая медленные скорости осаждения, но со временем отрасль разработала более эффективные способы внедрения ALD в фабрикацию полупроводников. Было быстро ясно, что ALD станет важным для будущего фабрикации полупроводниковых устройств, но все еще были некоторые проблемы с химической доставкой, с которыми нужно было справиться.

Важность клапанов в процессе ALD

Производители полупроводников работают на поддержании субнанометровой точности в осажденных пленках на площади 300-мм пластины. Это масштабированный эквивалент нанесения 1-см толстого слоя на всю поверхность Луны. В современных полупроводниковых устройствах всего лишь несколько лишних атомов вариации могут заметно влиять на производительность устройства.

Производители полупроводников работают на поддержании субнанометровой точности в осажденных пленках на площади 300-мм пластины. Это масштабированный эквивалент нанесения 1-см толстого слоя на всю поверхность Луны.

Главный фактор, влияющий на осажденные слои — концентрация химикатов в шагах атомно-слойного процесса. Это требует высокой точности в количестве химиката, доставляемого во время каждой дозы. Специализированные, высокочистые клапаны ALD — необходимость для остановки и запуска потока химикатов в процессную камеру точно и последовательно.

Характеристики для поиска в клапанах ALD

Учитывая, что процесс ALD часто включает сотни дозирующих шагов, процессные клапаны видят много действия — иногда более миллиона циклов в неделю. Таким образом, есть потребность в очень высокой циклической надежности. И потому что процессные клапаны иногда функционируют как ограничивающий поток элемент в системе, пропускная способность и последовательность могут быть важны. Последовательность потока от клапана к клапану также может быть важна для достижения соответствия процесса и поддержания последовательного процесса после замены клапанов.

Учитывая, что процесс ALD часто включает сотни дозирующих шагов, процессные клапаны видят много действия — иногда более миллиона циклов в неделю. Таким образом, есть потребность в очень высокой циклической надежности.

Время отклика актуации и последовательность также важны — любое изменение во времени отклика клапана, влияющее на длину дозы, также влияет на объем доставленной дозы. Например, более быстрое время отклика открытия клапана и более медленное время отклика закрытия увеличивают длину дозы. Для 100-миллисекундного времени дозы 3-миллисекундное смещение во времени открытия и закрытия может увеличить объем дозы на 6%, что во многих атомно-слойных приложениях было бы довольно значительным для результата процесса.

Сырая скорость актуации также может помочь улучшить эффективность процесса, который иногда включает сотни дозирующих шагов. Более быстрая актуация может означать сокращение времени для каждого шага, что может способствовать значительному сокращению общего времени обработки времени.

Также важно помнить, что клапаны с высокой, последовательной пропускной способностью и быстрой, повторяемой актуацией полезны только если они совместимы с химикатами, доставляемыми, и температурами системы доставки. Во многих случаях, особенно в ALD, химические предшественники могут конденсироваться или осаждаться на поверхностях, которые не поддерживаются при достаточной температуре, что может иметь неблагоприятные эффекты на процесс.

Дополнительные соображения процесса ALD

Повторяемость процесса ALD недвусмысленно связана с последовательностью и точностью дискретных химических доз, используемых — и все, что может вызвать изменение или разницу в химических дозах, вызовет изменение или разницу в ассоциированном процессе. Все оборудование атомно-слойного осаждения, существующее между базовым химикатом и поверхностью пластины, имеет потенциал влиять на химическую дозу, делая важным выбор высококачественной трубки и фитингов по всей системе.

Наконец, пневматическая система актуации, управляющая процессным клапаном, играет важную роль в определении скорости и последовательности клапана ALD. Давление актуации и толерантность, воздухоснабжение и размеры и длины трубок выхлопа, пилотные клапаны и даже пневматические фитинги, используемые, могут все влиять на тайминг процессного клапана, что важно в любом атомно-слойном процессе. Ультра-последовательный клапан ALD процесса не достаточно сам по себе — пневматическая система для управления клапаном и, в некоторых случаях, датчики для точного мониторинга производительности тайминга клапана также критичны.

Как OEM и фабки могут достичь надежной последовательности ALD

Работа с知情ной командой, понимающей проблемы, ассоциированные с процессом ALD, хороший первый шаг. Поставщики и консультанты, понимающие проблемы, присущие атомно-слойным процессам, и имеющие опыт их решения, могут далеко пойти в улучшении точности и последовательности в ваших процессах ALD.

В Swagelok наша команда поддерживала клиентов по всей полупроводниковой отрасли, пока атомно-слойные процессы эволюционировали и зрели за годы, и мы рады продолжать предлагать нашу помощь по этому текущему пути. Заинтересованы в получении дополнительной информации о том, как правильная клапанная технология и системные конфигурации могут помочь улучшить ваши процессы ALD? Мы непрерывно работаем над разработкой правильных решений, чтобы настроить фабки на постоянный успех. Просмотрите наше портфолио или свяжитесь с нашими специалистами по полупроводникам, чтобы узнать больше.