반도체 ALD 공정을 최적화하는 방법

올바른 밸브가 ALD 프로세스의 정확성과 일관성을 향상시키는 방법

Masroor Malik, Swagelok 반도체 시장 관리자

최신 마이크로칩을 제조하는 데 필요한 점점 더 복잡해지고 정밀해지는 공정과 결합된 처리량 최대화의 과제는 반도체 제조업체로 하여금 더욱 엄격하고 엄격한 공정 제어를 추구하도록 하고 있습니다. 원자층 증착(ALD)과 같은 생산 공정에서 더 좁은 성능 허용 오차를 달성하는 것은 생산 칩 수율을 최적화하는 데 필수적입니다.

화학 물질 투여 및 전달 시스템의 이러한 정밀도는 최적으로 생산적인 ALD 공정의 중요한 요소입니다. 그리고 잘 설계된 밸브 제어 시스템이 도움이 될 수 있습니다. 우리는 반도체 과학자들이 기술의 진행 중인 진화의 중추적인 지점에서 직면하고 극복한 중요한 수수께끼를 시작으로 그 이유를 탐구할 것입니다.

반도체 산업의 간략한 역사

반도체 산업은 1960년대 실리콘 밸리에서 시작되었지만 1990년대 후반까지 과학계는 무어의 법칙(실리콘 칩당 트랜지스터 수가 2년마다 2배씩 증가한다는 관찰)의 진행에 임박한 장벽을 예상하고 있었습니다. 이것은 장치의 기존 유전층의 기술적 한계와 관련이 있었으며 업계에서는 SiO₂를 대체할 유전 물질이 있다는 것을 알고 있었습니다. 곧 필요할 것입니다.

SiO₂ "성장"이 편리하고 실리콘 웨이퍼에서 우수한 정밀도와 균일성을 유지했습니다. CVD 또는 PVD와 같은 보다 전통적인 증착 방법을 사용하여 새로운 유전 물질을 증착하는 것은 쉽지 않습니다.

ALD 공정은 정확한 필름 두께로 새로운 재료를 적용하는 새로운 방법으로 등장했습니다. 초기 단계에서는 느린 증착 속도를 포함하여 진입에 대한 몇 가지 주요 장벽이 있었지만 시간이 지남에 따라 업계는 반도체 제조에서 ALD를 구현하는 보다 효과적인 방법을 개발했습니다. ALD가 반도체 장치 제조의 미래에 중요하게 될 것이라는 점은 금세 분명해졌지만, 여전히 해결해야 할 몇 가지 화학 물질 전달 문제가 있었습니다.

ALD 공정에서 밸브의 중요성

반도체 제조 업체는 직경 300mm 웨이퍼 영역에 걸쳐 증착된 필름에서 나노미터 미만의 정밀도를 유지하기 위해 노력하고 있습니다. 이는 달 표면 전체에 1cm 두께의 층을 적용하는 것과 같습니다. 최신 반도체 장치에서는 장치의 성능에 눈에 띄게 영향을 미치기 위해 몇 가지 추가 변형 원자만 있으면 됩니다.

반도체 제조업체는 직경 300mm 웨이퍼 영역에 증착된 필름에서 나노미터 미만의 정밀도를 유지하기 위해 노력하고 있습니다. 이는 달 표면 전체에 1cm 두께의 레이어를 적용하는 것과 같습니다.

증착된 층에 영향을 미치는 주요 요인은 원자층 공정 단계에서 화학 물질의 농도입니다. 이를 위해서는 각 투여 중에 전달되는 화학물질의 양에 대한 높은 정밀도가 필요합니다. 특수화된 고순도 ALD 밸브는 공정 챔버로의 화학 물질 흐름을 정확하고 일관되게 중지 및 시작하는 데 필요합니다.

ALD 밸브에서 찾아야 할 특성

ALD 프로세스에는 종종 수백 개의 도징 단계가 포함된다는 점을 고려하면 프로세스 밸브는 많은 작업(때로는 주당 백만 사이클 이상)을 봅니다. 따라서, 매우 높은 사이클 신뢰성이 필요하다. 그리고 프로세스 밸브는 때때로 시스템에서 유량 제한 요소로 기능하기 때문에 유량 용량과 일관성이 중요할 수 있습니다. 밸브 간 흐름 일관성은 공정 일치를 달성하고 밸브 교체 후 일관된 공정을 유지하는 데에도 중요할 수 있습니다.

ALD 프로세스에는 종종 수백 단계의 도징 단계가 포함된다는 점을 고려할 때 프로세스 밸브는 많은 작업(때로는 주당 백만 사이클 이상)을 봅니다. 따라서 매우 높은 사이클 신뢰성이 필요합니다.

작동 응답 시간과 일관성도 중요합니다. 전달된 용량의 양. 예를 들어, 더 빠른 밸브 개방 응답 시간과 더 느린 폐쇄 응답 시간은 투여량 길이를 증가시킵니다. 100밀리초의 도즈 시간의 경우 열기 및 닫기 시간의 3밀리초 이동은 도즈 볼륨을 6% 증가시킬 수 있으며, 이는 많은 원자층 애플리케이션에서 프로세스 결과에 상당히 중요합니다.

원시 작동 속도는 때로는 수백 단계의 투여 단계를 포함할 수 있는 프로세스의 효율성을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 더 빠른 작동은 각 단계의 시간을 줄이는 것을 의미할 수 있으며, 이는 전체 처리의 상당한 감소에 기여할 수 있습니다. 시간

높고 일관된 흐름과 빠르고 반복 가능한 작동을 가진 밸브는 전달되는 화학 물질 및 전달 시스템의 온도와 호환되는 경우에만 유용하다는 것을 기억하는 것도 중요합니다. 많은 경우, 특히 ALD에서 화학 전구체는 충분한 온도로 유지되지 않는 표면에 응축되거나 침착되어 공정에 나쁜 영향을 미칠 수 있습니다.

추가 ALD 프로세스 고려 사항

ALD 공정 반복성은 사용된 개별 화학물질 용량의 일관성 및 정확성과 명확하게 연결되어 있으며, 화학물질 용량의 변경 또는 차이를 유발할 수 있는 모든 것은 관련 공정의 변경 또는 차이를 유발할 수 있습니다. 기본 화학 물질과 웨이퍼 표면 사이에 존재하는 모든 원자층 증착 장비는 화학 물질 투여량에 영향을 미칠 가능성이 있으므로 전체 시스템에서 고품질 튜빙 및 피팅을 선택하는 것이 중요합니다.

마지막으로, 공정 밸브를 제어하는 ​​공압 작동 시스템은 ALD 밸브의 속도와 일관성을 정의하는 데 중요한 역할을 합니다. 작동 압력 및 허용 오차, 공기 공급 및 배기 튜브 크기 및 길이, 파일럿 밸브, 사용되는 공압 피팅까지 모두 공정 밸브 타이밍에 영향을 줄 수 있으며 이는 모든 원자층 공정에서 중요합니다. 매우 일관된 ALD 프로세스 밸브만으로는 충분하지 않습니다. 밸브를 작동하는 공압 시스템과 경우에 따라 밸브 타이밍 성능을 정확하게 모니터링하는 센서도 중요합니다.

OEM 및 Fab가 안정적인 ALD 일관성을 달성하는 방법

ALD 프로세스와 관련된 문제를 이해하는 지식이 풍부한 팀과 협력하는 것이 좋은 첫 번째 단계입니다. 원자층 프로세스에 내재된 문제를 이해하고 이를 해결한 경험이 있는 공급업체와 컨설턴트는 ALD 프로세스의 정확성과 일관성을 향상시키는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.

Swagelok에서 우리 팀은 원자층 프로세스가 수년에 걸쳐 발전하고 성숙함에 따라 반도체 산업 전반에 걸쳐 고객을 지원해 왔으며 지속적인 여정을 따라 계속해서 지원을 제공하게 된 것을 기쁘게 생각합니다. 올바른 밸브 기술과 시스템 구성이 ALD 프로세스를 개선하는 데 어떻게 도움이 되는지 자세히 알고 싶으십니까? 우리는 지속적인 성공을 위해 팹을 설정하는 데 도움이 되는 올바른 솔루션을 개발하기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다. 자세한 내용은 포트폴리오를 살펴보거나 반도체 전문가에게 문의하십시오.