Menguasai ALD Semikonductor: Strategi untuk Presisi dan Efisiensi

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

Masroor Malik, Market Manager for Semiconductor, Swagelok

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

Presisi ini dalam sistem pencampuran dan pengiriman kimia adalah elemen kritis dari proses ALD yang produktif secara optimal. Dan sistem kontrol klep yang dirancang dengan baik dapat membantu. Kami akan menjelaskan alasan mengapa, mulai dari masalah penting yang dihadapi ilmuwan semikonductor—dan diatasi—di titik balik dalam evolusi teknologi yang berkelanjutan.

Sejarah Singkat Industri Semikonductor

Industri semikonductor dimulai di Silicon Valley pada tahun 1960-an, tetapi pada akhir tahun 1990-an, komunitas ilmuwan meramalkan adanya hambatan yang mendekati terhadap progresi Moore's Law—pengamatan bahwa jumlah transistor per chip silikon melipat ganda setiap dua tahun. Ini terkait dengan batas teknis lapisan dielektrik tradisional dalam perangkat, dan industri tahu bahwa bahan dielektrik untuk menggantikan SiO₂ akan segera dibutuhkan.

Ini adalah tantangan karena SiO₂ nyaman untuk "ditumbuhkan" dan mempertahankan presisi dan keseragaman yang luar biasa pada wafer silikon. Menyimpan bahan dielektrik baru menggunakan metode depo tradisional seperti CVD atau PVD tidak akan mudah.

Itulah ketika proses ALD muncul sebagai cara baru untuk menerapkan bahan baru dengan ketebalan film yang presisi. Dalam tahap awal, ada beberapa hambatan masuk yang besar, termasuk laju depo yang lambat, tetapi seiring waktu industri mengembangkan cara yang lebih efektif untuk menerapkan ALD dalam fabrikasi semikonductor. Segera menjadi jelas bahwa ALD akan menjadi penting untuk masa depan fabrikasi perangkat semikonductor, tetapi masih ada beberapa tantangan pengiriman kimia yang harus dihadapi.

Pentingnya Klep dalam Proses ALD

Pabrikan semikonductor bekerja untuk mempertahankan presisi subnanometer dalam lapisan yang ditetapkan di seluruh area wafer diameter 300 mm. Ini setara dengan menerapkan lapisan tebal 1 cm di seluruh permukaan bulan. Dalam perangkat semikonductor modern, hanya membutuhkan beberapa atom variasi untuk secara mencolok mempengaruhi kinerja perangkat.

Pabrikan semikonductor bekerja untuk mempertahankan presisi subnanometer dalam lapisan yang ditetapkan di seluruh area wafer diameter 300 mm. Ini setara dengan menerapkan lapisan tebal 1 cm di seluruh permukaan bulan.

Faktor utama yang mempengaruhi lapisan yang ditetapkan adalah konsentrasi kimia dalam tahap proses lapisan atom. Ini memerlukan presisi tinggi dalam jumlah kimia yang diberikan selama setiap dosis. Klep ALD ultra-murni yang khusus adalah keharusan untuk menghentikan dan memulai aliran kimia ke dalam kamar proses secara presisi dan konsisten.

Karakteristik yang Harus Dicari dalam Klep ALD

Mengingat proses ALD sering melibatkan ratusan tahap dosing, klep proses melihat banyak aksi—kadang lebih dari satu juta siklus per minggu. Oleh karena itu, ada kebutuhan akan keandalan siklus yang sangat tinggi. Dan karena klep proses terkadang berfungsi sebagai elemen pembatas aliran dalam sistem, kapasitas aliran dan konsistensi dapat menjadi penting. Konsistensi aliran dari klep ke klep juga dapat penting untuk mencapai pencocokan proses dan dalam mempertahankan proses yang konsisten setelah klep diganti.

Mengingat proses ALD sering melibatkan ratusan tahap dosing, klep proses melihat banyak aksi—kadang lebih dari satu juta siklus per minggu. Oleh karena itu, ada kebutuhan akan keandalan siklus yang sangat tinggi.

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

Kecepatan actuasi mentah juga dapat membantu meningkatkan efisiensi proses yang kadang-kadang melibatkan ratusan tahap dosing. Actuasi yang lebih cepat dapat berarti mengurangi waktu untuk setiap tahap, yang dapat berkontribusi pada pengurangan waktu total pemrosesan yang signifikan .

Penting juga untuk diingat bahwa klep dengan aliran yang tinggi dan konsisten serta actuasi yang cepat dan dapat diulang hanya berguna jika kompatibel dengan kimia yang diberikan dan suhu sistem pengiriman. Dalam banyak kasus, khususnya dalam ALD, precursort kimia dapat menguap atau menempel pada permukaan yang tidak dipertahankan pada suhu yang cukup, yang dapat memiliki efek buruk pada proses.

Pertimbangan Proses ALD Tambahan

Repeatabilitas proses ALD tidak dapat diragukan lagi terkait dengan konsistensi dan akurasi dosis kimia diskret yang digunakan—dan apa pun yang dapat menyebabkan perubahan atau perbedaan dalam dosis kimia akan menyebabkan perubahan atau perbedaan dalam proses yang terkait. Semua peralatan deposisi lapisan atom yang ada antara bahan kimia dasar dan permukaan wafer memiliki potensi untuk mempengaruhi dosis kimia, sehingga penting untuk memilih tabung dan sambungan berkualitas tinggi di seluruh sistem.

Terakhir, sistem actuasi pneumatik yang mengontrol klep proses memainkan peran penting dalam menentukan kecepatan dan konsistensi klep ALD. Tekanan actuasi dan toleransi, ukuran dan panjang saluran udara dan pembuangan, klep pilot, dan bahkan sambungan pneumatik yang digunakan semuanya dapat mempengaruhi waktu klep proses, yang penting dalam setiap proses lapisan atom. Klep proses ALD yang ultra-konsisten tidak cukup sendirian—sistem pneumatik untuk mengoperasikan klep dan, dalam beberapa kasus, sensor untuk memantau performa waktu klep secara akurat juga krusial.

Bagaimana OEM dan Fab Dapat Mencapai Konsistensi ALD yang Andal

Bekerja dengan tim yang berpengetahuan yang memahami tantangan yang terkait dengan proses ALD adalah langkah awal yang baik. Pemasok dan konsultan yang memahami tantangan yang inherent dalam proses lapisan atom dan yang memiliki pengalaman menyelesaikannya dapat membantu meningkatkan akurasi dan konsistensi dalam proses ALD Anda.

Di Swagelok, tim kami telah mendukung pelanggan di seluruh industri semikonductor seiring berkembang dan matangnya proses lapisan atom selama bertahun-tahun, dan kami senang terus menawarkan bantuan kami dalam perjalanan berkelanjutan ini. Tertarik untuk mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana teknologi klep yang tepat dan konfigurasi sistem dapat membantu meningkatkan proses ALD Anda? Kami terus bekerja untuk mengembangkan solusi yang tepat untuk membantu mempersiapkan fab untuk kesuksesan berkelanjutan. Jelajahi portofolio kami atau hubungi spesialis semikonductor kami untuk mengetahui lebih lanjut.