在高精密的半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，一些重要的流體系統(tǒng)組件質(zhì)量是成本門檻。例如，在原子層沉積 (ALD) 和原子層蝕刻 (ALE) 工藝中，—隨著工藝節(jié)點變得越來越小而日益難以維持—，系統(tǒng)中使用的任何組件均應(yīng)具有超高的潔凈度。由于生產(chǎn)工藝流體系統(tǒng)中使用的很多氣體可能具有危險性，密封性能同樣是必不可少的。

此類情況似乎表明，半導(dǎo)體領(lǐng)域的閥門、接頭和其他關(guān)鍵流體系統(tǒng)組件已經(jīng)變得有些商品化。既然所有組件都必須提供這些基本特征，那么可以預(yù)期其最終使用性能水平能保持相對相同—，是這樣嗎?

不一定。適合 ALD 半導(dǎo)體工藝的超高純閥并非均能產(chǎn)生相同的效果，某些先進(jìn)特性可能幫助制造商克服一些緊迫的挑戰(zhàn)。下面，我們將研究半導(dǎo)體制造商面臨的三大挑戰(zhàn)，以及合適的 ALD 工藝閥和其他流體系統(tǒng)組件如何幫助您更自信地應(yīng)對和克服這些挑戰(zhàn)。

#1. 處理不穩(wěn)定的化學(xué)品

如上所述，ALD 和 ALE 生產(chǎn)工藝中常見的許多前驅(qū)體氣體通常不穩(wěn)定且危險。盡管密封性對于閥門性能至關(guān)重要，但其他特性同樣是不可或缺的。

例如，為了更有效地管理前驅(qū)體并探討使用新的前驅(qū)體，您可能需要使工藝閥承受各種不同的壓力和溫度，追求一致的、可重復(fù)的氣體狀態(tài)流動。這意味著閥門必須在大范圍的系統(tǒng)壓力和高達(dá) 200°C 的溫度下可靠的工作。

此外，ALD 閥和 ALE 閥必須在與初始化學(xué)品劑量相同的精確參數(shù)內(nèi)執(zhí)行吹掃工藝。原子層沉積過程由A、B兩個半反應(yīng)和兩次吹掃工藝，共分四個基元步驟進(jìn)行：1）前驅(qū)體A脈沖吸附反應(yīng)；2）氮氣吹掃多余的反應(yīng)物及副產(chǎn)物；3）前驅(qū)體B脈沖吸附反應(yīng)；4）氮氣吹掃多余的反應(yīng)物及副產(chǎn)物，然后依次循環(huán)從而實現(xiàn)薄膜在襯底表面逐層生長。為盡可能保持生產(chǎn)效率，這需要快速且一致地進(jìn)行。

閥門必須在大范圍的系統(tǒng)壓力和高達(dá) 200°C 的溫度下可靠的工作。

使用某些可用的多孔口閥和多閥閥組可以減輕極端溫度波動的影響并更有效地進(jìn)行吹掃。在這兩種選配件之間的進(jìn)行選擇時完全取決于您的應(yīng)用，—閥組通常更適合于必須吹掃更大批量的應(yīng)用。然而，當(dāng)您尋求應(yīng)對新化學(xué)品的獨特挑戰(zhàn)時，二者都可能是一種有利的選擇。

多孔口閥

多閥閥組

#2.盡量可能地提高良率

當(dāng)今的晶圓廠首先專注于一件事：盡可能地提升他們在生產(chǎn)循環(huán)中可以產(chǎn)出的良品芯片產(chǎn)量。

盡管速度很重要，但一致性和可重復(fù)性更為重要。ALD 和 ALE 工藝通常需要數(shù)百萬化學(xué)劑量才能完成。專用工藝閥的任務(wù)是始終可靠地輸送這些劑量，通常超過數(shù)百萬個循環(huán)。化學(xué)劑量的體積會受到工藝閥流量的影響，但受工藝閥打開的毫秒級時間的影響更大。閥門驅(qū)動響應(yīng)時間的微小變化可能導(dǎo)致輸送到工藝腔體的化學(xué)品量發(fā)生意外變化。

較短的閥門驅(qū)動響應(yīng)時間可能導(dǎo)致輸送到工藝腔體的化學(xué)品量發(fā)生意外變化。

在為始終如一的高性能而設(shè)計的工藝閥中，需要尋求某些優(yōu)異指標(biāo)：

·閥門應(yīng)在高達(dá) 200°C 的工藝溫度下提供優(yōu)異性能

在某些工藝中，如果閥門可以完全浸入氣控箱中，則有助于精確控制工藝氣體的劑量和吹掃

·為確保符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，閥門應(yīng)提供一致的高流量。為保持在嚴(yán)格的工藝—公差范圍內(nèi)，此流量需要嚴(yán)格控制且精確，因此閥門的響應(yīng)時間和驅(qū)動速度應(yīng)盡可能快。

·閥門應(yīng)在數(shù)百萬次的循環(huán)中提供相同水平的性能

#3.降低總擁有成本

最后，降低半導(dǎo)體工具的總擁有成本是提高運營效率的重要組成部分。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)盡可能減少任何潛在的停機(jī)時間。

由于使用危險和腐蝕性前驅(qū)體氣體以及溫度和壓力的劇烈波動，您的閥門應(yīng)專為 ALD/ALE 系統(tǒng)而設(shè)計和制造。在設(shè)計期間，應(yīng)考量閥門的’結(jié)構(gòu)材料。不銹鋼配方與高性能合金和殘余含量的優(yōu)化平衡是半導(dǎo)體生產(chǎn)環(huán)境的關(guān)鍵。在不銹鋼配方中，增加鉻、鎳和鉬的含量將有助于提高材料’強度和耐腐蝕能力。配方中還必須保留一定的殘留成分，包括特定的硫平衡，確保最終用途組件的表面光潔度和可焊接性。為滿足您的應(yīng)用要求，制造商應(yīng)能夠平衡這些關(guān)鍵性能屬性。

優(yōu)化的材料選擇有助于延長組件的使用壽命，從而減少維護(hù)、維修或更換的停機(jī)時間。每一秒的停機(jī)都意味著非常大的成本和潛在收入的損失?？紤]到閥門在 ALD 和 ALE 工藝中發(fā)揮的關(guān)鍵作用（及其相對于整個系統(tǒng)的較低成本），投資于性能更高的流體系統(tǒng)組件可以帶來顯著的投資回報。

與合適的供應(yīng)商合作采購高品質(zhì)、高度可靠的 ALD 和 ALE 工藝閥同樣很重要。理想情況下，您的供應(yīng)商應(yīng)理解原子層工藝及其固有復(fù)雜性，并且可以為選擇適合您需求的閥門提供指導(dǎo)。我們的半導(dǎo)體專家在幫助半導(dǎo)體工具制造商和芯片制造商改進(jìn)生產(chǎn)工藝和設(shè)備方面擁有豐富的經(jīng)驗。如果您有興趣了解有關(guān)如何優(yōu)化工藝的更多信息，您可以隨時與我們的專家交流。

審核編輯 黃昊宇