ALD对照CVD淀积技术的优势

Posted 吴建明

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了ALD对照CVD淀积技术的优势相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

ALD对照CVD淀积技术的优势

ALD 适合制备很薄的高K金属氧化物层,对腔室的真空度要求比较高,对反应气体源及比例的要求也较高。

目前沉积速率还是比较慢,大大限制了其在工业上的推广应用,不过随着设备技术的不断进步,包括ALD系统,前景还是很值得期待的。

ALD 除了常规的半导体高K 材料,太阳能等领域,军事上的用途: MCP , 热和快中子探测等领域。
应用范围会越来越广,只是,沉积速率,成本和价格的问题,在制约推广。

如果说严重不足应该是源的问题,不像CVD的源那样广

有了合适的源,ALD才能更好的发挥作用。

ALD发展是很迅速的,推广的步伐随着微电子及光伏的发展也在加快。现在的突出问题是其沉积速率低,源是一方面,但不是主要的。

由于低温沉积、薄膜纯度以及绝佳覆盖率等固有优点,ALD(原子层淀积)技术早从21世纪初即开始应用于半导体加工制造。DRAM电容的高k介电质沉积率先采用此技术,但近来ALD在其它半导体工艺领域也已发展出愈来愈广泛的应用。

高k闸极介电质及金属闸极的ALD沉积对于先进逻辑晶片已成为标准,并且该技术正用于沉积间隔定义的双倍暨四倍光刻图样(SDDP、SDQP),用以推广传统浸润式微影的使用,以界定高密度逻辑,memory设计的最小特征尺寸。本产业正在转换到三维结构,进而导致关键薄膜层对ALD的需求。


过去在平面元件中,虽可使用几个PVD与CVD步骤,但就闸极堆叠的观点而言,过渡到FinFET元件,需要全方位的ALD解决方案。FinFET大小尺寸及控制关键元件参数,对后闸极(gate last)处理的需求,按14nm制程,需用到全ALD层。有趣的是,使用FinFET减缓了效能提升,对介电质EOT缩放的需求,可用较缓慢的速度,调整闸极介电质厚度。


二氧化铪(HfO2)的厚度,对于最新一代的元件已缩小至15埃以下,再进一步的物理缩放,将会导致层形成不完全;对于二氧化铪的缩放,10至12埃似乎已达到极限。然而,利用能提升闸极堆叠k值,并且能使用实体较厚层之添加元素,本材料可预期延续,使用于更多代工艺,借以降低穿隧漏电流。


FinFET为解决平面结构中,某些关键整合难题的有效方式,尤其是控制短通道效应,以及使用轻掺杂或无掺杂通道,控制随机掺杂扰动。然而,对于先进制程节点,鳍部宽度已低于微影限制,需要ALD层,以供间隔定义的双倍光刻图样界定(SDDP)鳍部结构。


线缘粗糙度和CD圴匀度,在鳍部定义中扮演关键的角色,鳍部变异会使元件或晶圆之间的临界电压产生扰动。必须有效控制鳍部的蚀刻,以在最小化鳍部高度变异的同时,使晶体损害降到最低。由于邻近鳍部的阴影效应,对离子布植技术造成影响,鳍部的均匀掺杂会有挑战性。电浆掺杂也有类似问题。


将鳍部做成锥状,可以解决前述问题,解决覆盖性闸极介电质与金属沉积的忧虑,但下一代最终仍需要利用高掺杂、一致性、ALD层之固态掺杂之类的新颖方法以持续缩放鳍部。


在FinFET、多闸极元件中,Fin的侧边与上部为主动通道区。高k闸极介电质与金属闸极,必须以最小厚度及物理特性变异,以沉积于鳍部。变异将导致电晶体彼此之间产生临界电压变异和效能变异,或使鳍部的电流承载能力降低。另外,闸极接点金属,必须对闸极腔提供无空隙填充物。逐层ALD沉积快速地成为解决这些问题的唯一技术。

在标准平面替换闸极技术中,金属闸极堆叠,已由ALD、PVD以及CVD金属层的结合所组成。ALD用于覆盖性关键阻障物(critical barrier)与功函数(work function)设定层,而传统PVD和CVD用于沉积纯金属,给低电阻率闸极接点。


随着FinFET之类三维结构的出现,全方位ALD解决方案对于介电质、阻挡层与work function设定层,以及闸极接点具有关键性。最大热预算持续压低,理论上,金属沉积必须在低于500℃的温度下进行。纯金属之热ALD,在此温度范围具有挑战性,以及大部份将在此温度,形成纯金属的母材并不稳定,在沉积期间把杂质混入金属内。


然而,电浆增强型ALD(PEALD)的使用极具优势,这一技术能以混入最少杂质的方式,进行纯金属之低温沉积。直接或远端电浆两者皆可用于沉积纯金属,靠近闸极区,使用电浆仍留有某些忧虑。本产业持续评估不同低温金属母材,用以对藉由ALD沉积纯金属,提供一个适用于所有温度的解决方案。


三维架构和较低热预算的结合,对于特定关键薄膜沉积应用,需要由CVD与PVD移向ALD。在传统PVD与CVD技术领域中,已观察到对ALD替代的强烈关注。在不久的将来,可完全预期ALD扩展至MEOL与BEOL的应用。ALD母材的开发至关重要,尤其是在金属沉积空间中,以供交付特性与PVD/CVD基线效能匹配的薄膜。


除了确保ALD母材具有足够的反应性,母材的稳定度与蒸气压力具有关键性。若ALD大量取代传统的PVD和CVD技术,未来ALD母材的开发,在化学供应商、设备制造商以及元件制造商之间需密切配合,确保这些薄膜,能以可再生、生产保证的方式沉积。

 

以上是关于ALD对照CVD淀积技术的优势的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

ALD和CVD晶体管薄膜技术

CVD和ALD薄膜沉积技术应用领域

ALD技术,相机去噪,图像传感器

原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD)微电子制造铜金属化的研究进展

虚拟化技术对照:Xen vs KVM

原子层沉积和化学气相沉积有啥不同