Plonos plėvelės nusodinimasyra vienas iš trijų pagrindinių plokštelių gamybos etapų, o plonos plėvelės techniniai parametrai tiesiogiai veikia lusto veikimą. Nuolatinis puslaidininkinių įtaisų susitraukimas kelia aukštesnius reikalavimus plonų plėvelių nusodinimo procesams, o ALD technologija parodė pranašumus pažangiose puslaidininkių procesų srityse dėl labai kontroliuojamo nusodinimo plėvelės storio, puikaus vienodumo ir trimatės formos išsaugojimo.
Dėl būdingų pranašumų, tokių kaip nusodinimas žemoje temperatūroje, plonos plėvelės grynumas ir puikus padengimas, ALD (Atomic Layer Deposition) technologija buvo pritaikytapuslaidininkinis apdorojimasir gamyba nuo XXI amžiaus pradžios. Dielektrinis DRAM kondensatorių nusodinimas buvo pirmasis, kuris panaudojo šią technologiją, tačiau pastaruoju metu ALD taip pat sukūrė vis plačiau paplitusias programas kitose puslaidininkių procesų srityse.
Plonos plėvelės nusodinimo metodai apima fizinį nusodinimą garais (PVD), cheminį nusodinimą garais (CVD) ir nusodinimą atominiu sluoksniu (ALD).
ALD yra CVD variantas, kuris yra būdas nusodinti medžiagas sluoksnis po sluoksnio ant pagrindo paviršiaus vienos atominės plėvelės pavidalu. Substratas nuosekliai veikiamas dviem aktyviomis dujų fazės pirmtako medžiagomis, kad susidarytų ALD junginių medžiagos. Substratas tam tikru metu yra veikiamas tik vienu pirmtaku, o ekspozicijos laikas kontroliuojamas taip, kad jis būtų labai trumpas, todėl ant substrato susidaro tik vienas atominis adsorbuoto pirmtako dangos sluoksnis. Tikslus plėvelės storio valdymas gali būti pasiektas kontroliuojant sedimentacijos ciklų skaičių. Gali nusodinti itin plonas plėveles nanoskalėje.
Šiuo metu ALD technologiją galima suskirstyti į TALD, PEALD, SALD ir kt. Plonų plėvelių rūšys yra oksidai, azoto (anglies) junginiai, metaliniai ir nemetaliniai elementai, dengiantys dielektrinius sluoksnius, laidininkus ir puslaidininkius. Dėl ALD reakcijos savaiminio uždarymo ir plataus lango temperatūros charakteristikų išaugintos plonos plėvelės turi gerą žingsnių padengimą, didelio ploto vienodumą, tankį be porų ir lengvą tikslų nusodinimo parametrų, tokių kaip storis, valdymą. ALD technologija ypač tinka plonų plėvelių nusodinimui ant sudėtingos morfologijos ir didelio formato santykio tranšėjos paviršių ir yra plačiai naudojama pažangiuose puslaidininkių procesuose, tokiuose kaip High-K vartų dielektriniai sluoksniai, metaliniai užtvarai ir vario difuzijos barjerai.
Atominio sluoksnio nusodinimo ciklą galima suskirstyti į šiuos etapus:
1. Įvesti pirmtaką ir atlikti adsorbciją arba cheminę reakciją su substrato paviršiumi;
2. Inertinių dujų praplovimo likutinės dujos;
3. Įveskite antrąsias pirmtakų dujas ir sureaguokite su pirmojo sluoksnio pirmtako produktu
4. Inertinių dujų plovimo likutinės dujos
Pagrindinis ALD technologijos vaidmuo puslaidininkių gamyboje yra toks:
Tranzistoriaus vartų dielektrinis sluoksnis (didelė dielektrinė konstanta)
Dielektrinė konstanta apibūdina medžiagos gebėjimą išlaikyti krūvį, o didesnės K vertės lemia geresnį krūvio saugojimą.
Didelės K vertės medžiagos gali sumažinti nuotėkio srovę esant tokiam pačiam talpos tankiui.
Metaliniai vartai
Metalo naudojimas vietoj polikristalinio silicio kaip prietaisų vartų medžiaga, o metaliniai vartai turi ypač didelį elektronų tankį, kuris gali apsaugoti nuo polinių molekulių vibracijos, užtikrinti mobilumą įrenginio kanale ir veiksmingai išspręsti polikristalinio silicio vartų išeikvojimo problemą.
Metalas pakeičia vartus ir nusodinamas į polikristalinio silicio griovius, todėl reikalingas nusodinimo procesas su geru žingsniu.
Vario sujungimo barjerinis sluoksnis
Dažniausiai naudojami sujungimo technologijos procesai yra Al ir Cu procesas. Cu turi geresnį laidumą ir gali būti nusodinamas žemoje temperatūroje, todėl jis plačiau naudojamas. Didžiausias Cu trūkumas – greitas difuzijos greitis, dėl kurio lengva judėti dielektriko viduje ir „nuodyti“ įrenginį. Todėl prieš dengiant variu, Cu difuzijos sluoksniams nusodinti pirmiausia naudojama ALD technologija, o esant dideliems kraštinių santykiams, plona plėvelė vis dar pasižymi geru vienodumu ir difuzijos barjerinėmis savybėmis.
Mikrokondensatoriai
ALD taikymas kondensatoriuose daugiausia apima DAM, mažesnius nei 100 nm, ir įterptąją DRAM. Didėjant saugojimo talpai, vidinių kondensatorių skaičius smarkiai padidėja, o vieno kondensatoriaus dydis toliau mažėja. Kondensatoriaus vidinių griovelių kraštinių santykis tampa didesnis, o efektyvusis nusodintos plėvelės plotas yra apie 20 kartų didesnis nei paties įrenginio. ALD technologija gali atitikti didelio ploto vienodumo, didelio žingsnio aprėpties ir tikslaus plėvelės storio valdymo reikalavimus.
ALD taikymas puslaidininkių srityje. Nuolat tobulėjant Moore'o dėsniui, integrinių grandynų bruožų dydis ir ėsdinimo grioveliai nuolat mažėja. Vis mažėjantys ėsdinimo grioveliai kelia rimtų iššūkių griovelių ir jų šoninių sienelių dengimo technologijai. Tradiciniai PVD ir CVD procesai nebegali atitikti gero žingsnio aprėpties reikalavimų esant mažam linijų pločiui. ALD technologija puikiai išlaiko formą, vienodumą ir didelę pakopų aprėptį, todėl ji vaidina vis svarbesnį vaidmenį puslaidininkių pramonėje.
