Resolviendo los desafíos del procesamiento de semiconductores ALD

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

En el mundo altamente preciso de la fabricación de semiconductores, algunas cualidades esenciales de los componentes del sistema 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, aunque cada vez más difícil de mantener a medida que los nodos del proceso se vuelven cada vez más pequeños, es fundamental para 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 mercantilizado. Dado que todas las opciones deben proporcionar estas características esenciales, se puede esperar que los niveles de rendimiento de uso final en todas ellas permanezcan relativamente iguales, ¿verdad?

No necesariamente. Las válvulas de ultra alta pureza para el procesamiento de semiconductores ALD 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 desafíos principales que enfrentan los fabricantes de semiconductores y cómo las válvulas de proceso ALD y otros componentes del sistema de fluidos adecuados pueden ayudarlo a abordar y superar esos desafíos con más confianza.

#1. Manejo de productos químicos inestables

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

Por ejemplo, para administrar los precursores de manera más efectiva y explorar el uso de los nuevos, es posible que deba someter sus válvulas de proceso a presiones y temperaturas muy variables a medida que busca un flujo de 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, incluso hasta 200 °C.

Además, las válvulas ALD y las válvulas 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 debe purgarse. 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, incluso hasta 200 °C.

La mitigación de los efectos de las temperaturas extremas fluctuantes y una purga más efectiva se pueden lograr con ciertas válvulas multipuerto y colectores multiválvula disponibles. Su elección entre estas dos opciones depende completamente de la aplicación:los colectores suelen ser más apropiados para aplicaciones en las que se deben purgar volúmenes más altos. Pero cualquiera de las dos puede ser una opción ventajosa si busca enfrentarse a los desafíos únicos de las nuevas químicas.

#2. Maximización del rendimiento

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

Si bien la velocidad es importante, la consistencia y la repetibilidad son aún más críticas. Los procesos ALD y ALE a menudo implican millones de dosis químicas para completarse. 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 ven más afectados por los milisegundos en los que la válvula de proceso está abierta. Pequeñas variaciones en el tiempo de respuesta de activación de la válvula pueden provocar cambios inesperados en la cantidad de producto químico que se entrega a la cámara de proceso.

Un tiempo de respuesta de activación de válvula pequeño puede provocar cambios inesperados en la cantidad de producto químico entregado a la cámara de proceso.

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

• Las válvulas deben proporcionar un rendimiento óptimo en temperaturas de proceso de hasta 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 los gases de proceso.
• Deben ofrecer un flujo alto y constante para garantizar la conformidad con los estándares de producción. Este flujo debe controlarse estrictamente y ser preciso para mantenerse dentro de las estrictas tolerancias del proceso, por lo que la respuesta de la válvula y las velocidades de actuación deben ser lo más rápidas posible.
• Las válvulas deben ofrecer el mismo nivel de rendimiento en millones de ciclos

#3. Reducción del costo total de propiedad

Finalmente, reducir el costo total de propiedad de las herramientas de semiconductores es una parte importante de la eficiencia operativa. Alcanzar este objetivo implica reducir cualquier posible tiempo de inactividad siempre que 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 fundamental para los entornos de producción de semiconductores. Los niveles elevados de cromo, níquel y molibdeno en las formulaciones de acero inoxidable ayudarán a aumentar la resistencia y la capacidad del material para resistir la corrosión. Cierto contenido residual también debe permanecer en la formulación, incluido un equilibrio específico de azufre para garantizar un acabado superficial y una soldabilidad óptimos del componente de uso final. Su fabricante debería poder equilibrar estos atributos críticos de rendimiento para adaptarse a los requisitos de la aplicación.

La selección optimizada de materiales puede contribuir a prolongar la vida útil de los componentes, lo que ayuda a reducir el tiempo de inactividad por mantenimiento, reparación o reemplazo. Cada momento de inactividad representa un costo significativo y una pérdida de ingresos potenciales. Teniendo en cuenta el papel fundamental que desempeñan las válvulas en los procesos ALD y ALE (y su bajo costo en relación con todo el sistema), invertir en componentes de sistemas de fluidos de mayor rendimiento puede generar un retorno significativo de esa inversión.

También es importante trabajar con el proveedor adecuado para adquirir válvulas de proceso ALD y ALE de alta calidad y confiabilidad. Idealmente, su proveedor demostrará una comprensión de los procesos de la capa atómica y sus complejidades inherentes y puede ayudarlo a guiarlo hacia la selección de la válvula adecuada para sus necesidades. Nuestros especialistas en semiconductores tienen una amplia experiencia ayudando a los fabricantes de herramientas de semiconductores y fabricantes de chips a desarrollar sus procesos y equipos de producción. Si está interesado en obtener más información sobre cómo optimizar sus procesos, nuestros especialistas están listos para iniciar una conversación.