如何解决主要的 ALD 和 ALE 半导体工艺挑战

在高精密的半导体制造领域，一些重要的流体系统组件质量是成本门槛。例如，在原子层沉积 (ALD) 和原子层蚀刻 (ALE) 工艺中，—随着工艺节点变得越来越小而日益难以维持—，系统中使用的任何组件均应具有超高的洁净度。由于生产工艺流体系统中使用的很多气体可能具有危险性，密封性能同样是必不可少的。

此类情况似乎表明，半导体领域的阀门、接头和其他关键流体系统组件已经变得有些商品化。既然所有组件都必须提供这些基本特征，那么可以预期其最终使用性能水平能保持相对相同—，是这样吗?

不一定。适合 ALD 半导体工艺的超高纯阀并非均能产生相同的效果，某些先进特性可能帮助制造商克服一些紧迫的挑战。下面，我们将研究半导体制造商面临的三大挑战，以及合适的 ALD 工艺阀和其他流体系统组件如何帮助您更自信地应对和克服这些挑战。

#1. 处理不稳定的化学品

如上所述，ALD 和 ALE 生产工艺中常见的许多前驱体气体通常不稳定且危险。尽管密封性对于阀门性能至关重要，但其他特性同样是不可或缺的。

例如，为了更有效地管理前驱体并探讨使用新的前驱体，您可能需要使工艺阀承受各种不同的压力和温度，追求一致的、可重复的气体状态流动。这意味着阀门必须在大范围的系统压力和高达 200°C 的温度下可靠的工作。

此外，ALD 阀和 ALE 阀必须在与初始化学品剂量相同的精确参数内执行吹扫工艺。原子层沉积过程由A、B两个半反应和两次吹扫工艺，共分四个基元步骤进行：1）前驱体A脉冲吸附反应；2）氮气吹扫多余的反应物及副产物；3）前驱体B脉冲吸附反应；4）氮气吹扫多余的反应物及副产物，然后依次循环从而实现薄膜在衬底表面逐层生长。为尽可能保持生产效率，这需要快速且一致地进行。

阀门必须在大范围的系统压力和高达 200°C 的温度下可靠的工作。

使用某些可用的多孔口阀和多阀阀组可以减轻极端温度波动的影响并更有效地进行吹扫。在这两种选配件之间的进行选择时完全取决于您的应用，—阀组通常更适合于必须吹扫更大批量的应用。然而，当您寻求应对新化学品的独特挑战时，二者都可能是一种有利的选择。

多孔口阀

多阀阀组

#2.尽量可能地提高良率

当今的晶圆厂首先专注于一件事：尽可能地提升他们在生产循环中可以产出的良品芯片产量。

尽管速度很重要，但一致性和可重复性更为重要。ALD 和 ALE 工艺通常需要数百万化学剂量才能完成。专用工艺阀的任务是始终可靠地输送这些剂量，通常超过数百万个循环。化学剂量的体积会受到工艺阀流量的影响，但受工艺阀打开的毫秒级时间的影响更大。阀门驱动响应时间的微小变化可能导致输送到工艺腔体的化学品量发生意外变化。

较短的阀门驱动响应时间可能导致输送到工艺腔体的化学品量发生意外变化。

在为始终如一的高性能而设计的工艺阀中，需要寻求某些优异指标：

·阀门应在高达 200°C 的工艺温度下提供优异性能

在某些工艺中，如果阀门可以完全浸入气控箱中，则有助于精确控制工艺气体的剂量和吹扫

·为确保符合生产标准，阀门应提供一致的高流量。为保持在严格的工艺—公差范围内，此流量需要严格控制且精确，因此阀门的响应时间和驱动速度应尽可能快。

·阀门应在数百万次的循环中提供相同水平的性能

#3.降低总拥有成本

最后，降低半导体工具的总拥有成本是提高运营效率的重要组成部分。为实现这一目标，应尽可能减少任何潜在的停机时间。

由于使用危险和腐蚀性前驱体气体以及温度和压力的剧烈波动，您的阀门应专为 ALD/ALE 系统而设计和制造。在设计期间，应考量阀门的’结构材料。不锈钢配方与高性能合金和残余含量的优化平衡是半导体生产环境的关键。在不锈钢配方中，增加铬、镍和钼的含量将有助于提高材料’强度和耐腐蚀能力。配方中还必须保留一定的残留成分，包括特定的硫平衡，确保最终用途组件的表面光洁度和可焊接性。为满足您的应用要求，制造商应能够平衡这些关键性能属性。

优化的材料选择有助于延长组件的使用寿命，从而减少维护、维修或更换的停机时间。每一秒的停机都意味着非常大的成本和潜在收入的损失。考虑到阀门在 ALD 和 ALE 工艺中发挥的关键作用（及其相对于整个系统的较低成本），投资于性能更高的流体系统组件可以带来显著的投资回报。

与合适的供应商合作采购高品质、高度可靠的 ALD 和 ALE 工艺阀同样很重要。理想情况下，您的供应商应理解原子层工艺及其固有复杂性，并且可以为选择适合您需求的阀门提供指导。我们的半导体专家在帮助半导体工具制造商和芯片制造商改进生产工艺和设备方面拥有丰富的经验。如果您有兴趣了解有关如何优化工艺的更多信息，您可以随时与我们的专家交流。

审核编辑 黄昊宇