Fabrication de puces : dépôt de couche atomique (ALD)

Dans l’industrie de la fabrication de semi-conducteurs, alors que la taille des dispositifs continue de diminuer, la technologie de dépôt de matériaux en couches minces pose des défis sans précédent. Le dépôt de couche atomique (ALD), en tant que technologie de dépôt de couches minces permettant d'obtenir un contrôle précis au niveau atomique, est devenu un élément indispensable de la fabrication de semi-conducteurs. Cet article vise à présenter le flux de processus et les principes de l'ALD pour aider à comprendre son rôle important dansfabrication de puces avancées.

1. Explication détaillée duALDflux de processus

Le processus ALD suit une séquence stricte pour garantir qu'une seule couche atomique est ajoutée à chaque dépôt, obtenant ainsi un contrôle précis de l'épaisseur du film. Les étapes de base sont les suivantes :

Impulsion précurseur : LeALDLe processus commence par l’introduction du premier précurseur dans la chambre de réaction. Ce précurseur est un gaz ou une vapeur contenant les éléments chimiques du matériau de dépôt cible qui peut réagir avec des sites actifs spécifiques sur letranchesurface. Les molécules précurseurs sont adsorbées sur la surface de la plaquette pour former une couche moléculaire saturée.

Purge de gaz inerte : Par la suite, un gaz inerte (tel que l'azote ou l'argon) est introduit pour la purge afin d'éliminer les précurseurs et sous-produits n'ayant pas réagi, garantissant ainsi que la surface de la plaquette est propre et prête pour la réaction suivante.

Deuxième impulsion de précurseur : Une fois la purge terminée, le deuxième précurseur est introduit pour réagir chimiquement avec le précurseur adsorbé lors de la première étape pour générer le dépôt souhaité. Cette réaction est généralement auto-limitée, c'est-à-dire qu'une fois que tous les sites actifs sont occupés par le premier précurseur, de nouvelles réactions ne se produiront plus.

Purge à nouveau du gaz inerte : une fois la réaction terminée, le gaz inerte est à nouveau purgé pour éliminer les réactifs résiduels et les sous-produits, restaurant ainsi la surface à un état propre et préparant le cycle suivant.

Cette série d'étapes constitue un cycle ALD complet, et chaque fois qu'un cycle est terminé, une couche atomique est ajoutée à la surface de la tranche. En contrôlant précisément le nombre de cycles, l’épaisseur de film souhaitée peut être obtenue.

(ALD un pas de cycle)

2. Analyse des principes du processus

La réaction auto-limitante de l’ALD est son principe fondamental. Dans chaque cycle, les molécules précurseurs ne peuvent réagir qu’avec les sites actifs présents en surface. Une fois ces sites entièrement occupés, les molécules précurseurs suivantes ne peuvent pas être adsorbées, ce qui garantit qu’une seule couche d’atomes ou de molécules est ajoutée à chaque cycle de dépôt. Cette caractéristique confère à ALD une uniformité et une précision extrêmement élevées lors du dépôt de films minces. Comme le montre la figure ci-dessous, il peut maintenir une bonne couverture de marche même sur des structures tridimensionnelles complexes.

3. Application de l'ALD dans la fabrication de semi-conducteurs

L'ALD est largement utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs, notamment, mais sans s'y limiter :

Dépôt de matériau à haute k : utilisé pour la couche d'isolation de grille des transistors de nouvelle génération afin d'améliorer les performances de l'appareil.

Dépôt de grille métallique : comme le nitrure de titane (TiN) et le nitrure de tantale (TaN), utilisés pour améliorer la vitesse de commutation et l'efficacité des transistors.

Couche barrière d'interconnexion : empêche la diffusion du métal et maintient la stabilité et la fiabilité du circuit.

Remplissage de structures tridimensionnelles : comme le remplissage de canaux dans les structures FinFET pour obtenir une intégration plus élevée.

Le dépôt de couche atomique (ALD) a apporté des changements révolutionnaires dans l’industrie de fabrication de semi-conducteurs grâce à sa précision et son uniformité extraordinaires. En maîtrisant le processus et les principes de l'ALD, les ingénieurs sont capables de construire des appareils électroniques offrant d'excellentes performances à l'échelle nanométrique, favorisant ainsi l'avancement continu des technologies de l'information. À mesure que la technologie continue d’évoluer, ALD jouera un rôle encore plus critique dans le futur domaine des semi-conducteurs.