Superar los desafíos clave en el procesamiento ALD y ALE de semiconductores

Cómo resolver los principales desafíos del procesamiento ALD y ALE de semiconductores

En el mundo altamente preciso de la fabricación de semiconductores, algunas cualidades esenciales de los componentes de sistemas de fluidos son el costo de entrada. En los procesos de deposición de capas atómicas (ALD) y grabado de capas atómicas (ALE), por ejemplo, la limpieza extrema —mientras se vuelve cada vez más difícil de mantener a medida que los nodos de proceso se hacen más pequeños— es crítica desde cualquier componente utilizado en estos sistemas. El rendimiento a prueba de fugas también es imprescindible, ya que muchos de los gases utilizados en los sistemas de fluidos del proceso de producción pueden ser peligrosos.

Estas condiciones pueden parecer indicar que el mercado de válvulas, accesorios y otros componentes críticos de sistemas de fluidos en el mundo de los semiconductores se ha vuelto algo commoditizado. Dado que todas las opciones deben proporcionar estas características esenciales, se puede esperar que los niveles de rendimiento de uso final entre ellas permanezcan relativamente iguales, ¿verdad?

No necesariamente. Las válvulas de ultra-alta pureza para el procesamiento ALD de semiconductores no son todas iguales, y algunas opciones avanzadas tienen el potencial de ayudar a los fabricantes a superar algunos de sus desafíos más apremiantes. A continuación, examinamos los tres principales desafíos que encuentran los fabricantes de semiconductores y cómo las válvulas de proceso ALD adecuadas y otros componentes de sistemas de fluidos pueden ayudarle a abordar y superar esos desafíos con más confianza.

#1. Manejo de químicas inestables

Como se señaló, muchos de los gases precursores comunes en los procesos de producción ALD y ALE son a menudo inestables y peligrosos. Si bien la estanqueidad es esencial en el rendimiento de la válvula, hay características adicionales que buscar.

Por ejemplo, para gestionar los precursores de manera más efectiva y explorar el uso de nuevos, es posible que necesite someter sus válvulas de proceso a presiones y temperaturas muy variables mientras busca un flujo en estado gaseoso consistente y repetible. Esto significa que las válvulas deben funcionar de manera predecible y confiable en una amplia gama de presiones y temperaturas del sistema, incluyendo hasta 200°C.

Además, las válvulas ALD y ALE deben realizar los procesos de purga dentro de los mismos parámetros precisos que la dosificación química inicial. Este proceso de dos pasos implica la purga del gas precursor con nitrógeno, que luego también necesita ser purgado. Esto debe ocurrir de manera rápida y consistente para mantener la producción lo más eficiente posible.

Las válvulas deben funcionar de manera predecible y confiable en una amplia gama de presiones y temperaturas del sistema, incluyendo hasta 200°C.

Mitigar los efectos de temperaturas extremas fluctuantes y purgar de manera más efectiva se puede lograr con ciertas válvulas multipuerto y colectores multiválvula disponibles. Su elección entre estas dos opciones depende completamente de la aplicación —los colectores son típicamente más apropiados para aplicaciones donde se deben purgar volúmenes más altos. Pero cualquiera puede ser una opción ventajosa mientras busca enfrentar los desafíos únicos de las nuevas químicas.

#2. Maximizar el rendimiento

Las fábricas de hoy se centran en una cosa por encima de todo: maximizar el volumen de chips viables que pueden producir durante un ciclo de producción.

Si bien la velocidad es importante, la consistencia y repetibilidad son aún más críticas. Los procesos ALD y ALE a menudo implican millones de dosis químicas para completar. Las válvulas de proceso especializadas tienen la tarea de entregar consistentemente esas dosis de manera confiable, a menudo durante muchos millones de ciclos. El volumen de estas dosis químicas puede verse influenciado por la capacidad de flujo de la válvula de proceso, pero se ve más afectado por los milisegundos en que la válvula de proceso está abierta. Pequeñas variaciones en el tiempo de respuesta de actuación de la válvula pueden llevar a cambios inesperados en la cantidad de químico entregado a la cámara de proceso.

Pequeñas variaciones en el tiempo de respuesta de actuación de la válvula pueden llevar a cambios inesperados en la cantidad de químico entregado a la cámara de proceso.

Hay algunas métricas óptimas para buscar en una válvula de proceso diseñada para un rendimiento consistentemente alto:

• Las válvulas deben proporcionar un rendimiento óptimo en temperaturas de proceso tan altas como 200°C
• En algunos procesos, es útil si pueden sumergirse completamente en la caja de gas para proporcionar un control preciso sobre la dosificación y purga de gases de proceso
• Deben ofrecer un flujo alto y consistente para garantizar la conformidad con los estándares de producción. Este flujo necesita ser controlado con precisión y exactitud para mantenerse dentro de tolerancias de proceso estrictas —así que la respuesta y velocidades de actuación de la válvula deben ser lo más rápidas posible.
• Las válvulas deben ofrecer el mismo nivel de rendimiento a lo largo de millones de ciclos

#3. Reducir el costo total de propiedad

Finalmente, reducir el costo total de propiedad para las herramientas de semiconductores es una parte importante de la eficiencia operativa. Lograr este objetivo implica reducir el tiempo de inactividad potencial donde sea posible.

El uso de gases precursores peligrosos y corrosivos, así como fluctuaciones severas de temperatura y presión, requiere que sus válvulas estén diseñadas y fabricadas específicamente para sistemas ALD/ALE. Las consideraciones de diseño deben incluir los materiales de construcción de la válvula. Una formulación de acero inoxidable con un equilibrio optimizado de aleaciones de alto rendimiento y contenido residual es crítico para entornos de producción de semiconductores. Niveles elevados de cromo, níquel y molibdeno en formulaciones de acero inoxidable ayudarán a aumentar tanto la resistencia del material como la capacidad de resistir la corrosión. Cierto contenido residual también debe permanecer en la formulación, incluyendo un equilibrio específico de azufre para asegurar un acabado superficial óptimo del componente de uso final y soldabilidad. Su fabricante debe poder equilibrar estos atributos críticos de rendimiento para adaptarse a los requisitos de la aplicación.

La selección optimizada de materiales puede contribuir a una vida útil extendida del componente, ayudando a reducir el tiempo de inactividad por mantenimiento, reparación o reemplazo. Cada momento de inactividad representa un costo significativo y pérdida de ingresos potenciales. Considerando el papel crítico que juegan las válvulas en los procesos ALD y ALE (y su bajo costo relativo al sistema completo), invertir en componentes de sistemas de fluidos de mayor rendimiento puede generar un retorno significativo sobre esa inversión.

Trabajar con el proveedor adecuado para adquirir válvulas de proceso ALD y ALE de alta calidad y alta fiabilidad también es importante. Idealmente, su proveedor demostrará una comprensión de los procesos de capas atómicas y sus complejidades inherentes y puede ayudarle a guiar hacia la selección de válvula adecuada para sus necesidades. Nuestros especialistas en semiconductores tienen amplia experiencia ayudando a fabricantes de herramientas de semiconductores y fabricantes de chips a evolucionar sus procesos y equipos de producción. Si está interesado en aprender más sobre cómo optimizar sus procesos, nuestros especialistas están listos para comenzar una conversación.