กระบวนการและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์: กระบวนการและอุปกรณ์การสะสมฟิล์มบาง

การสะสมของฟิล์มบางคือการสะสมของฟิล์มขนาดนาโนบนพื้นผิว จากนั้นด้วยกระบวนการซ้ำๆ เช่น การแกะสลักและการขัดเงา จะทำให้เกิดชั้นที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหรือฉนวนซ้อนกันหลายชั้น และแต่ละชั้นจะมีรูปแบบวงจรที่ออกแบบมา ด้วยวิธีนี้ ส่วนประกอบและวงจรเซมิคอนดักเตอร์จะถูกรวมเข้ากับชิปที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อน

การสะสมของฟิล์มบางมีสามประเภทหลัก:

◈ CVD (การสะสมไอสารเคมี)

◈ PVD (การสะสมไอของ Phicial)

◈ ALD (การสะสมของชั้นอะตอม)

มาดูเทคโนโลยีการสะสมฟิล์มบางจากทั้งสามประเภทนี้กันดีกว่า

 

กระบวนการสะสมไอสารเคมี

การสะสมไอสารเคมี (CVD) ก่อให้เกิดฟิล์มบางๆ บนพื้นผิวของสารตั้งต้นโดยผ่านการสลายตัวด้วยความร้อนและ/หรือปฏิกิริยาของสารประกอบก๊าซ วัสดุชั้นฟิล์มที่สามารถทำได้โดยวิธี CVD ได้แก่ คาร์ไบด์ ไนไตรด์ โบไรด์ ออกไซด์ ซัลไฟด์ เซเลไนด์ เทลลูไรด์ รวมถึงสารประกอบโลหะบางชนิด โลหะผสม เป็นต้น

การสะสมไอสารเคมีในปัจจุบันเป็นวิธีการผลิตด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่สำคัญเนื่องจากมีลักษณะดังต่อไปนี้:

1. คราบสกปรกได้หลากหลาย: สามารถสะสมฟิล์มโลหะและอโลหะได้ เช่นเดียวกับฟิล์มที่มีโลหะผสมหลายองค์ประกอบ เช่นเดียวกับชั้นเซรามิกหรือสารประกอบได้ตามต้องการ

2. ปฏิกิริยา CVD เกิดขึ้นที่ความดันบรรยากาศหรือสุญญากาศต่ำ และการเลี้ยวเบนของการเคลือบเป็นสิ่งที่ดี และสามารถเคลือบอย่างสม่ำเสมอสำหรับรูลึกและรูละเอียดบนพื้นผิวที่มีรูปร่างหรือชิ้นงานที่ซับซ้อน

3. สามารถรับการเคลือบฟิล์มบางที่มีความบริสุทธิ์สูง ความแน่นที่ดี ความเค้นตกค้างต่ำ และการตกผลึกที่ดี เนื่องจากการแพร่กระจายของก๊าซปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา และซับสเตรต ทำให้ได้ฟิล์มที่มีกาวอย่างดี ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับฟิล์มเสริมพื้นผิว เช่น ฟิล์มทู่ที่พื้นผิว ความต้านทานการกัดกร่อน และความต้านทานการสึกหรอ

4. เนื่องจากอุณหภูมิที่ฟิล์มเติบโตนั้นต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของวัสดุฟิล์มมาก จึงเป็นไปได้ที่จะได้ชั้นฟิล์มที่ตกผลึกอย่างสมบูรณ์ซึ่งมีความบริสุทธิ์สูง ซึ่งจำเป็นสำหรับการเคลือบเซมิคอนดักเตอร์บางชนิด

5. โดยการปรับพารามิเตอร์ของการสะสม สามารถควบคุมองค์ประกอบทางเคมี สัณฐานวิทยา โครงสร้างผลึก และขนาดเกรนของการหุ้มได้อย่างมีประสิทธิภาพ

6. อุปกรณ์มีความเรียบง่าย ใช้งานและบำรุงรักษาง่าย

7. อุณหภูมิของปฏิกิริยาสูงเกินไป โดยทั่วไปคือ 850~1100 องศา และวัสดุเมทริกซ์จำนวนมากไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงของ CVD ได้ สามารถใช้เทคโนโลยีพลาสมาหรือเลเซอร์ช่วยเพื่อลดอุณหภูมิการสะสม

กระบวนการสะสมไอสารเคมีแบ่งออกเป็นสามขั้นตอนสำคัญ:

1 ก๊าซปฏิกิริยากระจายไปที่พื้นผิวของเมทริกซ์

2 ก๊าซปฏิกิริยาถูกดูดซับบนพื้นผิวของเมทริกซ์

3 ปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นบนพื้นผิวของเมทริกซ์เพื่อก่อตัวเป็นของแข็งและผลพลอยได้จากเฟสก๊าซที่เกิดขึ้นจะถูกแยกออกจากพื้นผิวของเมทริกซ์

ปฏิกิริยาการสะสมไอสารเคมีที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ ปฏิกิริยาการสลายตัวด้วยความร้อน ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางเคมี และปฏิกิริยาการขนส่งสารเคมี กระบวนการปฏิกิริยาหลักของ CVD มีดังนี้:
i). โพลีซิลิคอน

SiH4 ->ศรี + 2h2 (600 องศา )

ความเร็วในการสะสม 100 - 200 นาโนเมตร /นาที

สามารถเติมฟอสฟอรัส (ฟอสฟีน) โบรอน (ไดโบเรน) หรือก๊าซสารหนูได้ โพลีซิลิคอนสามารถเจือด้วยก๊าซแพร่กระจายได้หลังจากการสะสม

ii)ซิลิคอนไดออกไซด์

SiH4 + O2→SiO2 + 2h2 (300 - 500 องศา )

SiO2 ถูกใช้เป็นฉนวนหรือชั้นฟิล์ม โดยปกติแล้วจะมีการเติมฟอสฟอรัสเพื่อให้ได้คุณสมบัติการไหลของอิเล็กตรอนที่ดีขึ้น เมื่อมีซิลิคอนอยู่ในออกซิเจน SiO2 จะเติบโตตามความร้อน ออกซิเจนมาจากออกซิเจนหรือไอน้ำ ความต้องการอุณหภูมิแวดล้อมคือ 900 ~ 1200 องศา พื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิคอนหลังจากออกซิเดชันแบบเลือกแสดงในรูปด้านล่าง:

ทั้งออกซิเจนและน้ำกระจายผ่าน SiO2 ที่มีอยู่แล้วรวมกับ Si เพื่อสร้าง SiO2 เพิ่มเติม น้ำ (ไอน้ำ) แพร่กระจายได้ง่ายกว่าออกซิเจน ดังนั้นจึงเติบโตได้เร็วกว่ามากโดยใช้ไอน้ำ ออกไซด์ถูกใช้เพื่อสร้างชั้นฉนวนและการสร้างฟิล์มเพื่อสร้างประตูทรานซิสเตอร์ ออกซิเจนแห้งถูกใช้เพื่อสร้างประตูและชั้นออกไซด์บางๆ ไอน้ำถูกใช้เพื่อสร้างชั้นออกไซด์หนา ชั้นฉนวนออกไซด์มักจะอยู่ที่ประมาณ 1,500 นาโนเมตร และชั้นเกตมักจะอยู่ระหว่าง 200 นาโนเมตรถึง 500 นาโนเมตร

สาม) ซิคอนไนไตรด์

3SiH4 + 4NH3 ->Si3N4 + 12H2

อุปกรณ์ CVD การสะสมไอสารเคมี

เครื่องปฏิกรณ์ CVD มีสามประเภทพื้นฐาน:

◈ APCVD: CVD ความดันบรรยากาศ

◈ LPCVD: CVD แรงดันต่ำ, LPCVD

◈ UHVCVD: CVD สุญญากาศสูงเป็นพิเศษ

◈ LCVD: เลเซอร์ CVD

◈ MOCVD: CVD โลหะอินทรีย์

◈ ซีวีดี (PECVD

แผนผังของอุปกรณ์สำหรับกระบวนการ CVD ความดันต่ำแสดงอยู่ในภาพด้านล่าง

แผนภาพด้านล่างแสดงโครงสร้างของโรงงาน CVD ที่เสริมไอออน ซึ่งใช้ในการสะสมคาร์บอนและเตรียมการเคลือบคล้ายเพชร

พีวีดีกระบวนการ

ภายใต้สภาวะสุญญากาศ วัสดุบนพื้นผิวของแหล่งวัสดุ (ของแข็งหรือของเหลว) จะถูกระเหยเป็นอะตอมของก๊าซ โมเลกุลหรือชิ้นส่วนที่แตกตัวเป็นไอออนโดยวิธีทางกายภาพ และฟิล์มบางที่มีฟังก์ชันพิเศษจะสะสมอยู่บนพื้นผิวของเมทริกซ์ ผ่านกระบวนการก๊าซความดันต่ำ (หรือพลาสมา) การสะสมไอทางกายภาพไม่เพียงแต่สามารถสะสมฟิล์มโลหะและโลหะผสมเท่านั้น แต่ยังสามารถสะสมสารประกอบ เซรามิก เซมิคอนดักเตอร์ ฟิล์มโพลีเมอร์ ฯลฯ หลักการพื้นฐานของเทคโนโลยีการสะสมไอทางกายภาพสามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอนกระบวนการ: (1) การกลายเป็นไอของ วัสดุชุบ: แม้ว่าวัสดุชุบจะระเหย ระเหิด หรือสปัตเตอร์ นั่นคือ ผ่านแหล่งระเหยของวัสดุชุบ (2) การอพยพของอะตอม โมเลกุล หรือไอออนของวัสดุชุบ: หลังจากที่อะตอม โมเลกุล หรือไอออนที่มาจากแหล่งกำเนิดแก๊สซิฟิเคชั่นชนกัน ปฏิกิริยาต่างๆ จะถูกสร้างขึ้น (3) การสะสมของอะตอม โมเลกุล หรือไอออนที่ชุบบนพื้นผิว กระบวนการของเทคโนโลยีการสะสมไอทางกายภาพนั้นปราศจากมลภาวะและมีวัสดุสิ้นเปลืองเพียงเล็กน้อย ฟิล์มมีความสม่ำเสมอและมีความหนาแน่น และแรงยึดเกาะกับพื้นผิวมีความแข็งแรง เทคโนโลยีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศ อิเล็กทรอนิกส์ ออพติก เครื่องจักร การก่อสร้าง อุตสาหกรรมเบา โลหะ วัสดุ และสาขาอื่นๆ และสามารถเตรียมการเคลือบที่ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน ตกแต่ง เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ฉนวน การนำแสง เพียโซอิเล็กทริก แม่เหล็ก การหล่อลื่น ความเป็นตัวนำยิ่งยวด และคุณลักษณะอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีกระบวนการที่หลากหลายสำหรับการสะสมไอทางกายภาพ:

◈ เคลือบสูญญากาศฟิล์มบาง

◈ PVD-สปัตเตอร์

◈ การเคลือบไอออน

ด้านล่างนี้เราจะอธิบายเทคโนโลยีกระบวนการสำหรับวิธีการทั้งสามประเภทนี้

◈ เคลือบสูญญากาศฟิล์มบาง

หลักการ:เคลือบสูญญากาศฟิล์มบางเป็นเทคโนโลยีที่ให้ความร้อนและระเหยเป้าหมายการชุบภายใต้สภาวะสุญญากาศ เพื่อให้อะตอมและโมเลกุลจำนวนมากระเหยกลายเป็นไอและปล่อยให้วัสดุชุบของเหลวหรือออกจากพื้นผิวการชุบแข็ง (หรือการระเหิด) และสุดท้ายสะสมบนพื้นผิวของ วัสดุพิมพ์ ในกระบวนการทั้งหมด อะตอมและโมเลกุลของก๊าซจะเคลื่อนที่โดยตรงไปยังเมทริกซ์โดยมีการชนกันเล็กน้อยในสุญญากาศ และสะสมอยู่บนพื้นผิวของเมทริกซ์เพื่อสร้างฟิล์มบาง ๆ วิธีการระเหย ได้แก่ การทำความร้อนแบบต้านทาน, การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง, ลำแสงอิเล็กตรอน, ลำแสงเลเซอร์, วัสดุชุบการทิ้งระเบิดพลังงานสูงด้วยลำแสงไอออน ฯลฯ

การเคลือบสูญญากาศแบบฟิล์มบางเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่เก่าแก่ที่สุดของ PVD

แหล่งที่มาของการระเหย:วัสดุชุบจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิการระเหยและกลายเป็นไอ อุปกรณ์ทำความร้อนนี้เรียกว่าแหล่งกำเนิดการระเหย แหล่งการระเหยที่ใช้กันมากที่สุดคือแหล่งการระเหยด้วยความต้านทานและแหล่งการระเหยของลำอิเล็กตรอน และแหล่งการระเหยเพื่อวัตถุประสงค์พิเศษ ได้แก่ การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง, การทำความร้อนแบบอาร์ค, การทำความร้อนด้วยรังสี, การระเหยด้วยความร้อนด้วยเลเซอร์ ฯลฯ กระบวนการ: กระบวนการพื้นฐานของสูญญากาศ การระเหยมีดังนี้:

การชุบผิวเบื้องต้น: รวมถึงการทำความสะอาดชิ้นส่วนการชุบและการปรับสภาพก่อนการชุบ วิธีการทำความสะอาดเฉพาะ ได้แก่ การทำความสะอาดสารทำความสะอาด การทำความสะอาดตัวทำละลายสารเคมี การทำความสะอาดอัลตราโซนิก และการทำความสะอาดด้วยการทิ้งระเบิดไอออน การปรับสภาพล่วงหน้าโดยเฉพาะ ได้แก่ การกำจัดไฟฟ้าสถิต การเคลือบสีรองพื้น ฯลฯ

การโหลดเตา: รวมถึงการทำความสะอาดห้องสุญญากาศ การทำความสะอาดไม้แขวนเสื้อ การติดตั้งและการแก้จุดบกพร่องแหล่งระเหย และการเคลือบเสื้อคลุม

การดูดฝุ่น: โดยทั่วไป การสูบน้ำแบบหยาบครั้งแรกไปที่มากกว่า 6.6Pa ปั๊มสุญญากาศการบำรุงรักษาก่อนขั้นตอนของปั๊มกระจายจะเปิดขึ้นก่อนหน้านี้ และปั๊มกระจายจะถูกให้ความร้อน หลังจากการอุ่นเครื่องเพียงพอแล้ว ให้เปิดวาล์วสูงและปั๊มไปที่สุญญากาศพื้นหลังที่ 6×10-3 Pa ด้วยปั๊มกระจาย

การอบ: อบส่วนที่ชุบด้วยอุณหภูมิที่ต้องการ

การทิ้งระเบิดด้วยไอออน: ระดับสุญญากาศโดยทั่วไปคือ 10Pa~10-1Pa แรงดันไฟฟ้าในการทิ้งระเบิดไอออนคือ 200V~1kV แรงดันสูงเชิงลบ และเวลาออกเดินทางคือ 5 นาที ~ 30 นาที

การหลอมล่วงหน้า: ปรับกระแสเพื่อละลายวัสดุชุบล่วงหน้า และไล่แก๊สเป็นเวลา 1 นาที ~ 2 นาที

การสะสมแบบระเหย: ปรับกระแสการระเหยตามความต้องการจนกระทั่งสิ้นสุดเวลาการสะสมที่ต้องการ 8. การทำความเย็น: ชิ้นส่วนที่ชุบจะถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดในห้องสุญญากาศ

9. เตา: หลังจากการหยิบ ให้ปิดห้องสุญญากาศ สุญญากาศที่ 1×10-1 Pa และปั๊มกระจายจะถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่อนุญาต ก่อนที่จะปิดปั๊มบำรุงรักษาและน้ำหล่อเย็น

◈ PVD-สปัตเตอร์

การเคลือบสปัตเตอร์หมายถึงการใช้อนุภาคที่ได้รับพลังงาน (เช่นอาร์กอนไอออน) เพื่อโจมตีพื้นผิวของวัสดุเป้าหมายภายใต้สภาวะสุญญากาศ เพื่อให้อะตอมบนพื้นผิวของวัสดุเป้าหมายสามารถรับพลังงานเพียงพอที่จะหลบหนี กระบวนการนี้คือ เรียกว่าการสปัตเตอร์ เป้าหมายที่สปัตเตอร์จะสะสมอยู่บนพื้นผิวของสารตั้งต้น ซึ่งเรียกว่าการเคลือบสปัตเตอร์

อะตอมของอาร์กอน (Ar) สามารถแตกตัวเป็นไอออนของอาร์กอน (Ar+) ได้โดยการเติมอาร์กอน (Ar) ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ และปล่อยอาร์กอนที่ไฟฟ้าแรงสูง ภายใต้การกระทำของแรงสนามไฟฟ้า ไอออนของอาร์กอนจะเร่งการทิ้งระเบิดของเป้าหมายแคโทดที่ทำจากวัสดุชุบ และเป้าหมายจะถูกสปัตเตอร์ออกมาและสะสมอยู่บนพื้นผิวของชิ้นงาน

การเคลือบสปัตเตอร์สามารถแบ่งออกเป็น DC สปัตเตอร์ การสปัตเตอร์ความถี่วิทยุ และแมกนีตรอนสปัตเตอร์ และแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าปล่อยแสงที่สอดคล้องกันและสนามควบคุมคือกระแสตรงแรงดันสูง กระแสสลับความถี่วิทยุ (RF) และสนามแมกนีตรอน (M) ตามลำดับ

การเคลือบสปัตเตอริง ความเร็วในการสะสมสูง กระบวนการทำซ้ำที่ดี ระบบอัตโนมัติที่ง่ายดาย เหมาะสำหรับการเคลือบตกแต่งสถาปัตยกรรมขนาดใหญ่ และการเคลือบตามหน้าที่ของวัสดุอุตสาหกรรม การเคลือบสปัตเตอร์ริ่งยังมีบทบาทสำคัญในการผลิตวงจรรวมและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมที่ใช้เทคโนโลยีขั้นสูงและเกิดใหม่ มีจุดเด่นใหม่และขั้นสูงมากมายในเทคโนโลยีการสะสมไอทางกายภาพ เช่น การชุบไอออนแบบหลายส่วนโค้งและเทคโนโลยีความเข้ากันได้ของแมกนีตรอนสปัตเตอร์ เป้าหมายส่วนโค้งยาวรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาดใหญ่และเป้าหมายการสปัตเตอร์ ซึ่งไม่สมดุล เป้าหมายสปัตเตอร์แมกนีตรอน, เทคโนโลยีเป้าหมายคู่, เทคโนโลยีการเคลือบม้วนแบบหลายอาร์คโฟมริบบิ้น, เทคโนโลยีการเคลือบขดลวดผ้าใยแถบ ฯลฯ การใช้ชุดอุปกรณ์เคลือบครบชุดไปยังคอมพิวเตอร์อัตโนมัติ การพัฒนาระดับอุตสาหกรรมเคมีขนาดใหญ่

◈ การเคลือบไอออน

หลักการพื้นฐานของการเคลือบไอออนคือการใช้เทคโนโลยีพลาสม่าไอออไนเซชันภายใต้สภาวะสุญญากาศเพื่อทำให้อะตอมของวัสดุชุบแตกตัวเป็นไอออนบางส่วนเป็นไอออน และในขณะเดียวกันก็ผลิตอะตอมที่เป็นกลางที่มีพลังงานสูงจำนวนมาก อคติเชิงลบถูกใช้กับซับสเตรตที่จะชุบ ดังนั้นภายใต้การกระทำของอคติเชิงลบเชิงลึก ไอออนจะถูกสะสมบนพื้นผิวของซับสเตรตเพื่อสร้างฟิล์มบาง ๆ

ด้วยความช่วยเหลือของการปล่อยก๊าซเฉื่อย การเคลือบไอออนทำให้วัสดุชุบ (เช่น โลหะไทเทเนียม) กลายเป็นแก๊ส ระเหย และแตกตัวเป็นไอออน และไอออนจะถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้าเพื่อโจมตีพื้นผิวของชิ้นงานด้วยพลังงานที่สูงกว่า ณ ที่นี้ เวลา หากมีการนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และก๊าซปฏิกิริยาอื่นๆ เข้าไป ก็จะสามารถรับชั้นเคลือบ TiC และ TiN บนพื้นผิวของชิ้นงานได้ และมีความแข็งสูงถึง 2000HV

การเคลือบไอออนเป็นหนึ่งในกระบวนการเคลือบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในวิธีการสะสมไอทางกายภาพ

ข้อดีของมันมีดังนี้:

1 การยึดเกาะระหว่างชั้นฟิล์มและเมทริกซ์มีความแข็งแรง และอุณหภูมิของปฏิกิริยาต่ำ

②ชั้นฟิล์มมีความสม่ำเสมอและหนาแน่น

3 การชุบขดลวดที่ดีภายใต้แรงดันอคติเชิงลบ

④ไม่มีการปนเปื้อน

⑤วัสดุพื้นผิวที่หลากหลายเหมาะสำหรับการชุบไอออน

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการเคลือบไอออน ทำให้เกิดเทคโนโลยีการเคลือบไอออนได้หลายวิธี เช่น การชุบไอออนปฏิกิริยา การเคลือบพลาสมา การชุบไอออนแบบหลายอาร์ค ฯลฯ ฉันจะไม่พูดถึงทั้งหมดที่นี่

พีวีดีอุปกรณ์

อุปกรณ์การสะสมไอทางกายภาพ ได้แก่ เครื่องเคลือบการระเหยแบบสูญญากาศ เครื่องเคลือบสปัตเตอร์แบบสูญญากาศ และเครื่องเคลือบไอออนแบบสูญญากาศ ภาพด้านล่างแสดงหลักการโครงสร้างของเครื่องเคลือบแบบระเหยแบบสูญญากาศ

รูปต่อไปนี้แสดงแผนผังโครงสร้างอุปกรณ์ของการเคลือบสปัตเตอร์

รูปต่อไปนี้แสดงแผนผังโครงสร้างของอุปกรณ์เคลือบไอออน

เอแอลดีกระบวนการ

ALD:Atomic Layers Deposition เป็นเทคโนโลยีการสะสมฟิล์มบางที่มีความแม่นยำสูงโดยอาศัยการสะสมไอสารเคมี (CVD) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่สะสมวัสดุวัสดุเป็นชั้นๆ ทีละชั้นบนพื้นผิวของสารตั้งต้นในรูปแบบของฟิล์มอะตอมเดี่ยว เฟสไอสารเคมี ต่างจาก CVD ทั่วไป ALD คือการสะสมที่สารตั้งต้นของปฏิกิริยาถูกสะสมสลับกัน และปฏิกิริยาทางเคมีของฟิล์มอะตอมใหม่มีความสัมพันธ์โดยตรงกับชั้นก่อนหน้า เพื่อให้มีอะตอมเพียงชั้นเดียวเท่านั้น สะสมอยู่ในแต่ละปฏิกิริยา

แต่ละปฏิกิริยาจะสะสมอะตอมเพียงชั้นเดียว ซึ่งเป็นการจำกัดตัวเอง ทำให้ฟิล์มสามารถสะสมบนพื้นผิวที่มีรูปร่างสม่ำเสมอและไม่มีรูเข็ม เป็นผลให้สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มได้อย่างแม่นยำโดยการควบคุมจำนวนรอบการสะสม

วัสดุที่สามารถสะสมของ ALD ได้แก่ โลหะ ออกไซด์ คาร์บอน (ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ ซิลิคอน) วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ และวัสดุตัวนำยิ่งยวด เมื่อวงจรรวมมีการบูรณาการมากขึ้นและมีขนาดเล็กลง ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกคงที่สูง (k สูง) ของเกตจะค่อยๆ เข้ามาแทนที่เกตซิลิคอนออกไซด์แบบเดิม และอัตราส่วนภาพจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งทำให้มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับความสามารถในการครอบคลุมขั้นตอนของ เทคโนโลยีการสะสม ดังนั้น ALD จึงถูกนำมาใช้มากขึ้นเป็นกระบวนการสะสมใหม่ที่สามารถตอบสนองข้อกำหนดข้างต้น

วงจร ALD สามารถแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน:

ก๊าซสารตั้งต้นตัวแรกถูกนำเข้าไปในสารตั้งต้น และการดูดซับหรือปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นกับพื้นผิวของสารตั้งต้น

ล้างก๊าซที่เหลือด้วยก๊าซเฉื่อย

แนะนำก๊าซสารตั้งต้นที่สอง ปฏิกิริยาทางเคมีกับก๊าซสารตั้งต้นตัวแรกที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวของเมทริกซ์เพื่อสร้างสารเคลือบ หรือผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยากับก๊าซสารตั้งต้นตัวแรกและเมทริกซ์ยังคงทำปฏิกิริยาต่อไปจนเกิดสารเคลือบ

ล้างก๊าซส่วนเกินออกด้วยก๊าซเฉื่อยอีกครั้ง

คุณสมบัติและข้อดีของเทคโนโลยี ALD:

ความสอดคล้องสามมิติที่ยอดเยี่ยม: ALD สร้างฟิล์มที่สอดคล้องกับรูปร่างของพื้นผิวดั้งเดิม กล่าวคือ ฟิล์มสามารถวางสม่ำเสมอบนพื้นผิวที่มีลักษณะคล้ายเว้า ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับพื้นผิวที่มีรูปร่างต่างกัน ฟิล์มสามมิติที่สม่ำเสมอ รูปร่างสม่ำเสมอ และความสอดคล้องเป็นข้อดีเฉพาะของเทคโนโลยี ALD

ความเรียบสูง: พื้นผิวไม่มีรูเข็ม และกลไกการเติบโตจากล่างขึ้นบนจะกำหนดลักษณะของฟิล์มที่ปราศจากรูเข็ม ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการปิดกั้นและการใช้งานในการสร้างฟิล์ม

การยึดเกาะที่ดีเยี่ยม: การดูดซับสารเคมีของสารตั้งต้นกับพื้นผิวของพื้นผิวทำให้มั่นใจได้ว่ามีการยึดเกาะที่ดีเยี่ยม

งบประมาณด้านความร้อนต่ำ (อุณหภูมิการสะสมต่ำ): การเจริญเติบโตของฟิล์มบางสามารถทำได้ที่อุณหภูมิต่ำ (อุณหภูมิห้องถึง 400 องศา) ซึ่งน่าสนใจมากสำหรับอุปกรณ์โพลีเมอร์ที่มีข้อจำกัดด้านอุณหภูมิและการเคลือบวัสดุชีวภาพ

ความแม่นยำสูง: สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มซับสเตรตได้อย่างง่ายดายและแม่นยำโดยการควบคุมวงจรปฏิกิริยา และความแม่นยำของความหนาของฟิล์มสามารถเข้าถึงความหนาของหนึ่งอะตอม

อุปกรณ์เอแอลดี

อุณหภูมิกระบวนการของอุปกรณ์ ALD คือ 50~500 องศา ซึ่งสามารถทำงานภายใต้แรงดันปกติ แต่มีแนวโน้มที่จะทำงานภายใต้สภาวะแรงดันต่ำ (0.1~10Torr) ALD สามารถแบ่งออกเป็นการสะสมของอะตอมแบบร้อนและการสะสมของชั้นอะตอมที่เสริมด้วยพลาสมา (PEALD) ตามวิธีการจ่ายพลังงานที่แตกต่างกัน Thermal ALD อาศัยพลังงานความร้อนเพื่อกระตุ้นสารตั้งต้นตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปเพื่อทำปฏิกิริยาทางเคมี เพื่อให้พลังงานกระตุ้นปฏิกิริยาเพียงพอ โดยทั่วไปอุปกรณ์การสะสมชั้นอะตอมด้วยความร้อนจะทำงานในช่วง 200~500 องศา

รูปภาพด้านล่างแสดงอุปกรณ์ ALD แบบเวเฟอร์เดียว

0020-24896 ฝาครอบ วงแหวน 6" SST 101 AL

 

--สิ้นสุด--