Cara Mengoptimalkan Proses ALD Semikonduktor

Bagaimana Katup yang Tepat Dapat Meningkatkan Akurasi dan Konsistensi dalam Proses ALD Anda

Masroor Malik, Manajer Pasar untuk Semikonduktor, Swagelok

Tantangan untuk memaksimalkan throughput yang dikombinasikan dengan proses yang semakin kompleks dan presisi yang diperlukan untuk memproduksi microchip terbaru mendorong produsen semikonduktor untuk mengejar kontrol proses yang semakin ketat. Mencapai toleransi kinerja yang lebih sempit dalam proses produksi seperti deposisi lapisan atom (ALD) sangat penting untuk mengoptimalkan hasil chip produksi.

Ketepatan dalam sistem dosis dan pengiriman bahan kimia ini merupakan elemen penting dari proses ALD yang produktif secara optimal. Dan sistem kontrol katup yang dirancang dengan baik dapat membantu. Kami akan mengeksplorasi alasan mengapa, dimulai dengan teka-teki penting yang dihadapi para ilmuwan semikonduktor—dan diatasi—pada titik penting dalam evolusi teknologi yang sedang berlangsung.

Sejarah Singkat Industri Semikonduktor

Industri semikonduktor dimulai di Lembah Silikon pada 1960-an, tetapi pada akhir 1990-an, komunitas ilmiah mengantisipasi hambatan yang akan datang terhadap perkembangan Hukum Moore—pengamatan bahwa jumlah transistor per keping silikon berlipat ganda setiap dua tahun. Hal ini terkait dengan batasan teknis lapisan dielektrik tradisional dalam perangkat, dan industri mengetahui bahwa bahan dielektrik untuk menggantikan SiO₂ akan segera dibutuhkan.

Ini merupakan tantangan karena SiO₂ nyaman untuk "tumbuh" dan mempertahankan presisi dan keseragaman yang sangat baik pada wafer silikon. Menyimpan bahan dielektrik baru menggunakan metode pengendapan yang lebih tradisional seperti CVD atau PVD tidak akan mudah.

Saat itulah proses ALD muncul sebagai cara baru untuk menerapkan material baru dengan ketebalan film yang presisi. Pada tahap awal, ada beberapa hambatan utama untuk masuk, termasuk tingkat deposisi yang lambat, tetapi seiring waktu industri mengembangkan cara yang lebih efektif untuk menerapkan ALD dalam fabrikasi semikonduktor. Dengan cepat menjadi jelas bahwa ALD akan menjadi penting bagi masa depan fabrikasi perangkat semikonduktor, tetapi masih ada beberapa tantangan pengiriman bahan kimia yang harus dihadapi.

Pentingnya Katup dalam Proses ALD

Perakit semikonduktor bekerja untuk mempertahankan presisi subnanometer dalam film yang diendapkan di atas area wafer berdiameter 300 mm. Itu adalah skala yang setara dengan menerapkan lapisan setebal 1 cm di atas seluruh permukaan bulan. Dalam perangkat semikonduktor modern, hanya diperlukan beberapa variasi atom tambahan untuk secara nyata memengaruhi kinerja perangkat.

Abrikator semikonduktor bekerja untuk mempertahankan presisi subnanometer dalam film yang disimpan di atas area wafer berdiameter 300 mm. Itu setara dengan skala penerapan lapisan setebal 1 cm di seluruh permukaan bulan.

Faktor utama yang mempengaruhi lapisan yang diendapkan adalah konsentrasi bahan kimia dalam langkah-langkah proses lapisan atom. Ini membutuhkan presisi tinggi dalam jumlah bahan kimia yang dikirim selama setiap dosis. Katup ALD khusus dengan kemurnian tinggi diperlukan untuk menghentikan dan memulai aliran bahan kimia ke dalam ruang proses secara tepat dan konsisten.

Karakteristik yang Harus Diperhatikan pada Katup ALD

Mempertimbangkan bahwa proses ALD sering kali melibatkan ratusan langkah pemberian dosis, katup proses melihat banyak tindakan—terkadang lebih dari satu juta siklus per minggu. Dengan demikian, ada kebutuhan untuk keandalan siklus yang sangat tinggi. Dan karena katup proses terkadang berfungsi sebagai elemen pembatas aliran dalam sistem, kapasitas aliran dan konsistensi menjadi penting. Konsistensi aliran dari katup ke katup juga dapat menjadi penting untuk mencapai pencocokan proses dan dalam mempertahankan proses yang konsisten setelah katup diubah.

Mengingat bahwa proses ALD sering kali melibatkan ratusan langkah pemberian dosis, katup proses melihat banyak tindakan—terkadang lebih dari satu juta siklus per minggu. Oleh karena itu, diperlukan keandalan siklus yang sangat tinggi.

Waktu respons aktuasi dan konsistensi juga penting—setiap perubahan waktu respons katup yang memengaruhi panjang dosis juga memengaruhi volume dosis yang diberikan. Misalnya, waktu respons buka katup yang lebih cepat dan waktu respons penutupan yang lebih lambat meningkatkan panjang dosis. Untuk waktu dosis 100 milidetik, pergeseran 3 milidetik pada waktu buka dan tutup dapat meningkatkan volume dosis 6%, yang dalam banyak aplikasi lapisan atom akan cukup signifikan terhadap hasil proses.

Kecepatan aktuasi mentah juga dapat membantu meningkatkan efisiensi proses yang terkadang melibatkan ratusan langkah pemberian dosis. Aktuasi yang lebih cepat dapat berarti mengurangi waktu untuk setiap langkah, yang dapat berkontribusi pada pengurangan yang signifikan dalam total pemrosesan waktu.

Penting juga untuk diingat bahwa katup dengan aliran yang tinggi dan konsisten serta aktuasi yang cepat dan berulang hanya berguna jika katup tersebut kompatibel dengan bahan kimia yang dikirim dan suhu sistem pengiriman. Dalam banyak kasus, khususnya di ALD, prekursor kimia dapat mengembun atau mengendap pada permukaan yang tidak dijaga pada suhu yang cukup, yang dapat berdampak buruk pada proses.

Pertimbangan Proses ALD Tambahan

Pengulangan proses ALD jelas terkait dengan konsistensi dan akurasi dosis kimia diskrit yang digunakan — dan apa pun yang dapat menyebabkan perubahan atau perbedaan dosis kimia akan menyebabkan perubahan atau perbedaan dalam proses terkait. Semua peralatan deposisi lapisan atom yang ada di antara bahan kimia dasar dan permukaan wafer memiliki potensi untuk mempengaruhi dosis kimia, sehingga penting untuk memilih tubing dan fitting berkualitas tinggi di seluruh sistem.

Akhirnya, sistem aktuasi pneumatik yang mengontrol katup proses memainkan peran penting dalam menentukan kecepatan dan konsistensi katup ALD. Tekanan dan toleransi aktuasi, pasokan udara dan ukuran dan panjang pipa buang, katup pilot, dan bahkan alat kelengkapan pneumatik yang digunakan semuanya dapat memengaruhi waktu katup proses, yang penting dalam proses lapisan atom apa pun. Sebuah katup proses ALD ultra-konsisten saja tidak cukup—sistem pneumatik untuk mengoperasikan katup dan, dalam beberapa kasus, sensor untuk secara akurat memantau kinerja timing katup juga penting.

Bagaimana OEM dan Fab Dapat Mencapai Konsistensi ALD yang Andal

Bekerja dengan tim berpengetahuan yang memahami tantangan yang terkait dengan proses ALD adalah langkah pertama yang baik. Pemasok dan konsultan yang memahami tantangan yang melekat pada proses lapisan atom dan yang memiliki pengalaman memecahkannya dapat sangat membantu dalam meningkatkan akurasi dan konsistensi dalam proses ALD Anda.

Di Swagelok, tim kami telah mendukung pelanggan di seluruh industri semikonduktor karena proses lapisan atom telah berkembang dan matang selama bertahun-tahun, dan kami senang untuk terus menawarkan bantuan kami di sepanjang perjalanan yang sedang berlangsung itu. Tertarik untuk mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana teknologi katup dan konfigurasi sistem yang tepat dapat membantu meningkatkan proses ALD Anda? Kami terus berupaya mengembangkan solusi yang tepat untuk membantu menyiapkan orang-orang hebat untuk kesuksesan berkelanjutan. Jelajahi portofolio kami atau hubungi spesialis semikonduktor kami untuk mempelajari lebih lanjut.