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Migliorare le prestazioni termiche nelle camere di lavorazione per semiconduttori

Scarica la nota sulla deposizione dello strato atomico

Trattamento di deposizione dello strato atomico (ALD)

Si tratta di una serie di processi in cui i materiali allo stato atomico o molecolare sono depositati sulla superficie del wafer come uno di più strati sottili con proprietà elettriche.

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Sfide produttive

Contaminazione atmosferica nella camera
Temperature di processo basse possono ridurre la reattività nella camera
Condensazione: riduce l’efficacia dello spurgo
Decomposizione: aggiunge elementi indesiderati
Desorbimento della pellicola o del precursore

Eurotherm offre un controllo della temperatura preciso, uniforme e stabile, riducendo il rischio di questi effetti comuni e dannosi. Ciò migliora il rendimento e la qualità.

Controllo a cascata Eurotherm per lotti ALD

La temperatura del wafer è controllata mediante una configurazione a cascata nella quale la temperatura del wafer utilizza il loop interno e la temperatura dell’elemento riscaldante utilizza il loop esterno.

Soluzioni ALD

L’incremento della domanda di dispositivi sempre più potenti, ma di dimensioni sempre minori (ad esempio per il calcolo, nell’archiviazione dei dati, nelle comunicazioni, nell’accumulo dell’energia e nelle tecnologie di sensoristica) ha portato allo sviluppo di strumenti per la produzione di semiconduttori capaci di un controllo più preciso dei film sottili. I film critici nei transistor sono spessi solo pochi strati atomici. L’ALD, nota anche come Atomic Layer Epitaxy (ALE), è una tecnica di deposizione a vapore utilizzata per far crescere questi film ultrasottili.

Panoramica del processo ALD

Per sovrapporre i film, uno strato atomico alla volta, sopra a un substrato, vengono utilizzate reazioni chimiche. Gestendo le fasi del ciclo, è possibile ottenere un controllo preciso della quantità e della composizione degli strati. La copertura uniforme è possibile su qualsiasi topologia o struttura 3D. Queste reazioni chimiche sono attivate termicamente, spesso riscaldando un substrato, e possono essere ulteriormente migliorate durante la fase a gas utilizzando il plasma durante il processo di deposizione.

La crescita uniforme autolimitante può essere ottenuta solo entro un intervallo di temperatura ideale. Al di fuori di questo intervallo, il processo ALD potrebbe risultare compromesso da uno degli effetti dannosi illustrati nella figura seguente.

Controllo della crescita

La contaminazione atmosferica nella camera può generare difetti di crescita negli strati di film, con ripercussioni sulla chimica superficiale e, in ultima analisi, ridurre le caratteristiche prestazionali. Il controllo dell’ambiente all’interno della camera è fondamentale per evitare questa contaminazione.

Tutte le temperature della camera sono monitorate all’esterno della camera. Il controllo della temperatura è generalmente fornito attraverso un controllo preciso dell’ingresso di energia.

Il controllo della temperatura del processo ALD è fondamentale per prevenire effetti negativi quali:

Reattività ridotta all’interno della camera dovuta a una temperatura di processo troppo bassa
Condensazione dei precursori con effetti negativi sulla purificazione
Decomposizione dei precursori con conseguente presenza di componenti impure
Desorbimento del film o del precursore

Il controllo della crescita diventa ancora più importante per ottenere un film uniforme in caso di sostrato di grandi dimensioni.

Fasi di processo

Un reattore ALD riscalda i campioni alla temperatura di deposizione desiderata. Impulsi di precursori e co-reagenti vengono iniettati nella camera del reattore.
Generalmente si utilizza un gas inerte per purificare il reattore tra le fasi. È necessario controllare in maniera efficiente le fasi di dosaggio e purging affinché i tempi di ciclo siano ragionevoli.
I tempi delle singole fasi del ciclo devono essere accuratamente controllati.

Un ciclo tipico è composto da quattro fasi:

Dosaggio precursore
Purge/pump
Co-reagente
Purge/pump

Competenza per la deposizione precisa dello strato atomico

Soluzioni Eurotherm:

Controllo della temperatura multiloop di precisione disponibile con comunicazione DeviceNet o EtherCAT – regolatore Mini8™
Opzione di sicurezza per OEM per la protezione dell’IP
Limite superiore di processo – controllore programmabile EPC3000
Controllo di potenza – Serie di controllori di potenza a SCR compatti EPack™/li>
Monitoraggio dell’energia – EcoStruxure™ Power Monitoring Expert
Gestione integrata PLC/dati – E+PLC 400
Gestione di lotti e ricette
Gestione digitale dei dati
Da HMI locali fino a soluzioni SCADA complete
Reportistica
Monitoraggio delle condizioni ambientali
Monitoraggio remoto delle condizioni
Calibrazione, conformità e gestione delle risorse

Requisiti specifici dell’industria

EtherCAT Technology Group ETG (www.ethercat.org) è stato creato per mantenere aperta la tecnologia EtherCAT per tutti gli utenti. SEMI™ (in precedenza Semiconductor Equipment and Materials International) ha accettato EtherCAT come standard di comunicazione (E54.20) per l’industria dei semiconduttori.