在集成电路领域中,深宽比被定义为刻蚀深度与刻蚀图形CD(Criticlal Dimension)的比值。CD是IC制造中的一个重要指标,通常与刻蚀的特征图形的尺寸相关联,包括有浅槽隔离的间隙、晶体管的沟道长度、金属互联线的宽度等。随着高密度集成电路特征尺寸的不断减小,对于高深宽比的间隙进行均匀、无空洞,填充淀积工艺显得至关重要。
以3D NAND为例,其复杂结构需要高的深宽比镀膜工艺,例如叠层沉积、高深宽比通道/通孔沉积和台阶沉积等等。这类非平面结构对沉积工艺的要求很高,常见的物理气相沉积(PVD)/化学气相沉积(CVD)的成核生长机制已经难以满足。
ALD与其他制膜技术对比(图片来源网络)
不同于传统的沉积方式,原子层沉积(ALD)的反应机制是逐层饱和反应,这种表面反应具有自限性,通过累积重复这种自限性可以制备所需精确厚度的膜层,并且具有良好的台阶覆盖率及厚度均匀性,连续生长可以获得致密性高的纳米薄膜。
使用TiCl4和H2O制备的TiO2(图片来源网络)
基于表面饱和化学性吸附及自我限制的反应机制,原子层沉积(ALD)拥有下列优点:
通过对生长循环数的控制,可以精确控制目标膜厚
通过对前驱体流量的稳定性/均匀性控制,可获得较高致密性的薄膜
对于具有高深宽比结构的器件/材料,ALD具备良好的侧壁覆盖能力和阶梯覆盖能力,沉积保形性较好
结合原磊技术团队成员多年的经验积累,并经过不断的优化和实践,原磊将ALD在深宽比器件制造的理论优势,用自己的技术和产品充分展现出来。原磊第二代研发型ALD设备Elegant-Y/A系类产品,在不改变腔体的前提下满足O3/Plasma/Thermal三种工艺的任意切换。针对高深宽比结构的材料/器件,设计了独有的FV-ALD工艺,给反应前驱体提供一个更加稳定的腔内气流环境,针对高深宽比的结构,有效扩大了阶梯覆盖能力以及样品表面膜层的均匀性,可以实现深宽比1:1000的沟道内Al2O3、HfO2和TiN的均匀致密沉积。
ELEGANT II-Y300
图1展示了Elegant-Y300系列ALD产品在Floating型沟道结构内沉积25nm HfO2薄膜的SEM图片。图2中展示了放大倍数的HfO2薄膜,可清晰地看到其致密均匀的沉积效果。.
Figure 1:高深宽比为1:1000沟道结构25nm-HfO2薄膜的SEM结果
Figure 2:高深宽比为1:1000沟道结构25nm-HfO2薄膜厚度测试结果
经过前期大量的工艺验证和研发,我司也摸索出一系列ALD制备氧化物、氮化物和金属的成熟工艺,包括:
氧化物
Al2O3、TiO2、SiO2、HfO2、Ta2O5、ZrO2、ZnO、SnO2、La2O3
金属
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
我司目前主要产品是研发和量产型原子层沉积(ALD)设备,其中GRACE MX系列和ELEGANT II-A系列机型均可成熟量产。
GRACE MX系列
原磊自主研发的第一代多层平板式原子层薄膜沉积(ALD)系统。支持全方位的工艺开发,且最大可容纳样品尺寸及层数可根据客户需求量身定制。
成熟量产型机台,可使用标准或自定义的 Cassette一次性装载25片6/8寸英寸晶圆。在化合物半导体领域,我司利用ALD技术开发出独特的处理工艺-即ISSET技术,能够大幅提升功率器件的电学性能。
审核编辑:刘清
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原文标题:【求是缘技术沙龙】ALD在高深宽比器件制造上不可替代的应用
文章出处:【微信号:TruthSemiGroup,微信公众号:求是缘半导体联盟】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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