如何解決主要的 ALD 和 ALE 半導(dǎo)體工藝挑戰(zhàn)

在高精密的半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，一些重要的流體系統(tǒng)組件質(zhì)量是成本門檻。例如，在原子層沉積 (ALD) 和原子層蝕刻 (ALE) 工藝中，—隨著工藝節(jié)點(diǎn)變得越來越小而日益難以維持—，系統(tǒng)中使用的任何組件均應(yīng)具有超高的潔凈度。由于生產(chǎn)工藝流體系統(tǒng)中使用的很多氣體可能具有危險(xiǎn)性，密封性能同樣是必不可少的。

此類情況似乎表明，半導(dǎo)體領(lǐng)域的閥門、接頭和其他關(guān)鍵流體系統(tǒng)組件已經(jīng)變得有些商品化。既然所有組件都必須提供這些基本特征，那么可以預(yù)期其最終使用性能水平能保持相對(duì)相同—，是這樣嗎?

不一定。適合 ALD 半導(dǎo)體工藝的超高純閥并非均能產(chǎn)生相同的效果，某些先進(jìn)特性可能幫助制造商克服一些緊迫的挑戰(zhàn)。下面，我們將研究半導(dǎo)體制造商面臨的三大挑戰(zhàn)，以及合適的 ALD 工藝閥和其他流體系統(tǒng)組件如何幫助您更自信地應(yīng)對(duì)和克服這些挑戰(zhàn)。

#1. 處理不穩(wěn)定的化學(xué)品

如上所述，ALD 和 ALE 生產(chǎn)工藝中常見的許多前驅(qū)體氣體通常不穩(wěn)定且危險(xiǎn)。盡管密封性對(duì)于閥門性能至關(guān)重要，但其他特性同樣是不可或缺的。

例如，為了更有效地管理前驅(qū)體并探討使用新的前驅(qū)體，您可能需要使工藝閥承受各種不同的壓力和溫度，追求一致的、可重復(fù)的氣體狀態(tài)流動(dòng)。這意味著閥門必須在大范圍的系統(tǒng)壓力和高達(dá) 200°C 的溫度下可靠的工作。

此外，ALD 閥和 ALE 閥必須在與初始化學(xué)品劑量相同的精確參數(shù)內(nèi)執(zhí)行吹掃工藝。原子層沉積過程由A、B兩個(gè)半反應(yīng)和兩次吹掃工藝，共分四個(gè)基元步驟進(jìn)行：1）前驅(qū)體A脈沖吸附反應(yīng)；2）氮?dú)獯祾叨嘤嗟姆磻?yīng)物及副產(chǎn)物；3）前驅(qū)體B脈沖吸附反應(yīng)；4）氮?dú)獯祾叨嘤嗟姆磻?yīng)物及副產(chǎn)物，然后依次循環(huán)從而實(shí)現(xiàn)薄膜在襯底表面逐層生長(zhǎng)。為盡可能保持生產(chǎn)效率，這需要快速且一致地進(jìn)行。

閥門必須在大范圍的系統(tǒng)壓力和高達(dá) 200°C 的溫度下可靠的工作。

使用某些可用的多孔口閥和多閥閥組可以減輕極端溫度波動(dòng)的影響并更有效地進(jìn)行吹掃。在這兩種選配件之間的進(jìn)行選擇時(shí)完全取決于您的應(yīng)用，—閥組通常更適合于必須吹掃更大批量的應(yīng)用。然而，當(dāng)您尋求應(yīng)對(duì)新化學(xué)品的獨(dú)特挑戰(zhàn)時(shí)，二者都可能是一種有利的選擇。

多孔口閥

多閥閥組

#2.盡量可能地提高良率

當(dāng)今的晶圓廠首先專注于一件事：盡可能地提升他們?cè)谏a(chǎn)循環(huán)中可以產(chǎn)出的良品芯片產(chǎn)量。

盡管速度很重要，但一致性和可重復(fù)性更為重要。ALD 和 ALE 工藝通常需要數(shù)百萬化學(xué)劑量才能完成。專用工藝閥的任務(wù)是始終可靠地輸送這些劑量，通常超過數(shù)百萬個(gè)循環(huán)?；瘜W(xué)劑量的體積會(huì)受到工藝閥流量的影響，但受工藝閥打開的毫秒級(jí)時(shí)間的影響更大。閥門驅(qū)動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的微小變化可能導(dǎo)致輸送到工藝腔體的化學(xué)品量發(fā)生意外變化。

較短的閥門驅(qū)動(dòng)響應(yīng)時(shí)間可能導(dǎo)致輸送到工藝腔體的化學(xué)品量發(fā)生意外變化。

在為始終如一的高性能而設(shè)計(jì)的工藝閥中，需要尋求某些優(yōu)異指標(biāo)：

·閥門應(yīng)在高達(dá) 200°C 的工藝溫度下提供優(yōu)異性能

在某些工藝中，如果閥門可以完全浸入氣控箱中，則有助于精確控制工藝氣體的劑量和吹掃

·為確保符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，閥門應(yīng)提供一致的高流量。為保持在嚴(yán)格的工藝—公差范圍內(nèi)，此流量需要嚴(yán)格控制且精確，因此閥門的響應(yīng)時(shí)間和驅(qū)動(dòng)速度應(yīng)盡可能快。

·閥門應(yīng)在數(shù)百萬次的循環(huán)中提供相同水平的性能

#3.降低總擁有成本

最后，降低半導(dǎo)體工具的總擁有成本是提高運(yùn)營(yíng)效率的重要組成部分。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)盡可能減少任何潛在的停機(jī)時(shí)間。

由于使用危險(xiǎn)和腐蝕性前驅(qū)體氣體以及溫度和壓力的劇烈波動(dòng)，您的閥門應(yīng)專為 ALD/ALE 系統(tǒng)而設(shè)計(jì)和制造。在設(shè)計(jì)期間，應(yīng)考量閥門的’結(jié)構(gòu)材料。不銹鋼配方與高性能合金和殘余含量的優(yōu)化平衡是半導(dǎo)體生產(chǎn)環(huán)境的關(guān)鍵。在不銹鋼配方中，增加鉻、鎳和鉬的含量將有助于提高材料’強(qiáng)度和耐腐蝕能力。配方中還必須保留一定的殘留成分，包括特定的硫平衡，確保最終用途組件的表面光潔度和可焊接性。為滿足您的應(yīng)用要求，制造商應(yīng)能夠平衡這些關(guān)鍵性能屬性。

優(yōu)化的材料選擇有助于延長(zhǎng)組件的使用壽命，從而減少維護(hù)、維修或更換的停機(jī)時(shí)間。每一秒的停機(jī)都意味著非常大的成本和潛在收入的損失?？紤]到閥門在 ALD 和 ALE 工藝中發(fā)揮的關(guān)鍵作用（及其相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的較低成本），投資于性能更高的流體系統(tǒng)組件可以帶來顯著的投資回報(bào)。

與合適的供應(yīng)商合作采購(gòu)高品質(zhì)、高度可靠的 ALD 和 ALE 工藝閥同樣很重要。理想情況下，您的供應(yīng)商應(yīng)理解原子層工藝及其固有復(fù)雜性，并且可以為選擇適合您需求的閥門提供指導(dǎo)。我們的半導(dǎo)體專家在幫助半導(dǎo)體工具制造商和芯片制造商改進(jìn)生產(chǎn)工藝和設(shè)備方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。如果您有興趣了解有關(guān)如何優(yōu)化工藝的更多信息，您可以隨時(shí)與我們的專家交流。

審核編輯 黃昊宇