Fabricación de chips: deposición de capas atómicas (ALD)

En la industria de fabricación de semiconductores, a medida que el tamaño de los dispositivos continúa reduciéndose, la tecnología de deposición de materiales de película delgada ha planteado desafíos sin precedentes. La deposición de capas atómicas (ALD), como tecnología de deposición de películas delgadas que puede lograr un control preciso a nivel atómico, se ha convertido en una parte indispensable de la fabricación de semiconductores. Este artículo tiene como objetivo presentar el flujo de proceso y los principios de ALD para ayudar a comprender su importante papel enfabricación avanzada de chips.

1. Explicación detallada delALDflujo de proceso

El proceso ALD sigue una secuencia estricta para garantizar que solo se agregue una capa atómica cada vez que se deposita, logrando así un control preciso del espesor de la película. Los pasos básicos son los siguientes:

Pulso precursor: ElALDEl proceso comienza con la introducción del primer precursor en la cámara de reacción. Este precursor es un gas o vapor que contiene los elementos químicos del material de deposición objetivo que puede reaccionar con sitios activos específicos en elobleasuperficie. Las moléculas precursoras se adsorben en la superficie de la oblea para formar una capa molecular saturada.

Purga de gas inerte: posteriormente, se introduce un gas inerte (como nitrógeno o argón) para la purga y eliminar los precursores y subproductos que no reaccionaron, asegurando que la superficie de la oblea esté limpia y lista para la siguiente reacción.

Segundo pulso de precursor: una vez completada la purga, se introduce el segundo precursor para que reaccione químicamente con el precursor adsorbido en el primer paso para generar el depósito deseado. Esta reacción suele ser autolimitada, es decir, una vez que todos los sitios activos están ocupados por el primer precursor, ya no se producirán nuevas reacciones.

Purga de gas inerte nuevamente: una vez completada la reacción, el gas inerte se purga nuevamente para eliminar los reactivos y subproductos residuales, restaurando la superficie a un estado limpio y preparándola para el siguiente ciclo.

Esta serie de pasos constituye un ciclo ALD completo y cada vez que se completa un ciclo, se agrega una capa atómica a la superficie de la oblea. Controlando con precisión el número de ciclos, se puede lograr el espesor de película deseado.

(ALD un paso de ciclo)

2. Análisis del principio del proceso.

La reacción autolimitada de ALD es su principio fundamental. En cada ciclo, las moléculas precursoras sólo pueden reaccionar con los sitios activos de la superficie. Una vez que estos sitios están completamente ocupados, las moléculas precursoras posteriores no pueden ser adsorbidas, lo que garantiza que solo se agregue una capa de átomos o moléculas en cada ronda de deposición. Esta característica hace que ALD tenga una uniformidad y precisión extremadamente altas al depositar películas delgadas. Como se muestra en la figura siguiente, puede mantener una buena cobertura de pasos incluso en estructuras tridimensionales complejas.

3. Aplicación de ALD en la fabricación de semiconductores

ALD se usa ampliamente en la industria de semiconductores, que incluye, entre otros:

Deposición de material de alta k: se utiliza para la capa de aislamiento de puerta de transistores de nueva generación para mejorar el rendimiento del dispositivo.

Deposición de puerta metálica: como el nitruro de titanio (TiN) y el nitruro de tantalio (TaN), utilizados para mejorar la velocidad de conmutación y la eficiencia de los transistores.

Capa de barrera de interconexión: previene la difusión de metales y mantiene la estabilidad y confiabilidad del circuito.

Relleno de estructuras tridimensionales: como llenar canales en estructuras FinFET para lograr una mayor integración.

La deposición de capas atómicas (ALD) ha traído cambios revolucionarios a la industria de fabricación de semiconductores con su extraordinaria precisión y uniformidad. Al dominar el proceso y los principios de ALD, los ingenieros pueden construir dispositivos electrónicos con excelente rendimiento a nanoescala, promoviendo el avance continuo de la tecnología de la información. A medida que la tecnología siga evolucionando, ALD desempeñará un papel aún más crítico en el futuro campo de los semiconductores.