ALD在高深寬比器件制造上不可替代的應用

在集成電路領域中，深寬比被定義為刻蝕深度與刻蝕圖形CD（Criticlal Dimension）的比值。CD是IC制造中的一個重要指標，通常與刻蝕的特征圖形的尺寸相關聯(lián)，包括有淺槽隔離的間隙、晶體管的溝道長度、金屬互聯(lián)線的寬度等。隨著高密度集成電路特征尺寸的不斷減小，對于高深寬比的間隙進行均勻、無空洞，填充淀積工藝顯得至關重要。

以3D NAND為例，其復雜結構需要高的深寬比鍍膜工藝，例如疊層沉積、高深寬比通道/通孔沉積和臺階沉積等等。這類非平面結構對沉積工藝的要求很高，常見的物理氣相沉積（PVD）/化學氣相沉積（CVD）的成核生長機制已經(jīng)難以滿足。

ALD與其他制膜技術對比（圖片來源網(wǎng)絡）

不同于傳統(tǒng)的沉積方式，原子層沉積（ALD）的反應機制是逐層飽和反應，這種表面反應具有自限性，通過累積重復這種自限性可以制備所需精確厚度的膜層，并且具有良好的臺階覆蓋率及厚度均勻性，連續(xù)生長可以獲得致密性高的納米薄膜。

使用TiCl4和H2O制備的TiO2（圖片來源網(wǎng)絡）

基于表面飽和化學性吸附及自我限制的反應機制，原子層沉積（ALD）擁有下列優(yōu)點：

通過對生長循環(huán)數(shù)的控制，可以精確控制目標膜厚

通過對前驅體流量的穩(wěn)定性/均勻性控制，可獲得較高致密性的薄膜

對于具有高深寬比結構的器件/材料，ALD具備良好的側壁覆蓋能力和階梯覆蓋能力，沉積保形性較好

結合原磊技術團隊成員多年的經(jīng)驗積累，并經(jīng)過不斷的優(yōu)化和實踐，原磊將ALD在深寬比器件制造的理論優(yōu)勢，用自己的技術和產(chǎn)品充分展現(xiàn)出來。原磊第二代研發(fā)型ALD設備Elegant-Y/A系類產(chǎn)品，在不改變腔體的前提下滿足O3/Plasma/Thermal三種工藝的任意切換。針對高深寬比結構的材料/器件，設計了獨有的FV-ALD工藝，給反應前驅體提供一個更加穩(wěn)定的腔內氣流環(huán)境，針對高深寬比的結構，有效擴大了階梯覆蓋能力以及樣品表面膜層的均勻性，可以實現(xiàn)深寬比1：1000的溝道內Al2O3、HfO2和TiN的均勻致密沉積。

ELEGANT II-Y300

圖1展示了Elegant-Y300系列ALD產(chǎn)品在Floating型溝道結構內沉積25nm HfO2薄膜的SEM圖片。圖2中展示了放大倍數(shù)的HfO2薄膜，可清晰地看到其致密均勻的沉積效果。.

Figure 1：高深寬比為1:1000溝道結構25nm-HfO2薄膜的SEM結果

Figure 2：高深寬比為1:1000溝道結構25nm-HfO2薄膜厚度測試結果

經(jīng)過前期大量的工藝驗證和研發(fā)，我司也摸索出一系列ALD制備氧化物、氮化物和金屬的成熟工藝，包括：

氧化物

Al2O3、TiO2、SiO2、HfO2、Ta2O5、ZrO2、ZnO、SnO2、La2O3

金屬

Fe、Ag、Co、Ni、Cu、Ru、Pt

氮化物

多元材料

TiN、TiC、GaN、AlN、HfON、LaAlO3、MnN、TaN、WN、Si3N4等

我司目前主要產(chǎn)品是研發(fā)和量產(chǎn)型原子層沉積（ALD）設備，其中GRACE MX系列和ELEGANT II-A系列機型均可成熟量產(chǎn)。

GRACE MX系列

原磊自主研發(fā)的第一代多層平板式原子層薄膜沉積（ALD）系統(tǒng)。支持全方位的工藝開發(fā)，且最大可容納樣品尺寸及層數(shù)可根據(jù)客戶需求量身定制。

成熟量產(chǎn)型機臺，可使用標準或自定義的 Cassette一次性裝載25片6/8寸英寸晶圓。在化合物半導體領域，我司利用ALD技術開發(fā)出獨特的處理工藝-即ISSET技術，能夠大幅提升功率器件的電學性能。

審核編輯：劉清