Een nieuw onderzoek van Lam Research kan een keerpunt betekenen in de chipindustrie. Hun techniek voor dunne-filmdepositie met gepulseerde laser (PLD) maakt de productie mogelijk van complexe materialen met meerdere samenstellingen op wafers en overtreft daarmee conventionele methoden. Met verbeterde uniformiteit, filtering van deeltjes en lagere kosten per wafer komt PLD tegemoet aan kritieke eisen in micro-elektromechanische systemen (MEMS) gebaseerd op 5G en Wi-Fi-ontwikkelingen. Het vermogen van de technologie om de scandiumconcentratie in aluminium scandiumnitride films te verhogen van 30% tot minstens 40% belooft betere prestaties in verschillende toepassingen, van de auto-industrie tot de gezondheidszorg. Naarmate de vraag naar MEMS-productieapparatuur groeit, is PLD klaar om productroutekaarten te versnellen en nieuwe mogelijkheden in de halfgeleiderproductie te ontsluiten.
Het Pulsus PLD-systeem van Lam Research is een revolutie in de manier waarop dunne films worden afgezet bij de productie van halfgeleiders. Door gebruik te maken van een hoogenergetische laser om doelmaterialen te verdampen, waardoor een plasma ontstaat dat condenseert op wafers, maakt deze techniek de afzetting van complexe materialen met meerdere samenstellingen mogelijk met een uitzonderlijke uniformiteit en kwaliteit. Deze ontwikkeling wijkt af van traditionele methoden zoals reactief sputteren, die vaak problemen hebben met filmuniformiteit en deeltjesvervuiling.
Technische aspecten van PLD
Gepulseerde laserdepositie werkt door een hoogenergetische laser te richten op een doelmateriaal in een vacuümkamer. De energie van de laser creëert een plasmapluim vanuit het doelmateriaal, die neerslaat op het substraat. Dit proces omvat verschillende stadia: laserabsorptie en -ablatie, plasmadynamica, materiaaldepositie en de nucleatie en groei van dunne lagen. De precisie van PLD zorgt ervoor dat de stoichiometrie van het doelmateriaal behouden blijft en parameters zoals laserenergiedichtheid en pulsherhalingssnelheid kunnen nauwkeurig worden geregeld.
De veelzijdigheid van PLD wordt verder aangetoond door de toepassingen. Het wordt gebruikt om bariumkoperoxidefilms met zeldzame aarden, waterstofvrije DLC-lagen en scandium-gedoteerde aluminiumnitridedunne films te maken. Bovendien kan het kristallijne dunne films maken op wafers tot 300 mm, die cruciaal zijn voor micronano-elektronica. Ondanks enkele uitdagingen zoals deeltjesafzetting als gevolg van koken onder het oppervlak, kunnen deze worden beperkt met technieken zoals schaduwmaskers of roterende targets.
Uitdagingen voor de industrie aanpakken
Een van de belangrijkste voordelen van Pulsus PLD is de mogelijkheid om langdurige technische uitdagingen te overwinnen. Problemen zoals filmuniformiteit en deeltjesfiltering hebben in het verleden de bredere toepassing van gepulseerde laserdepositie in de weg gestaan. De innovatie van Lam Research heeft echter geresulteerd in verbeterde productierendementen en lagere kosten per wafer. Dit maakt de technologie bijzonder aantrekkelijk voor de productie van de volgende generatie op MEMS gebaseerde microfoons en RF-filters, die essentieel zijn voor de vooruitgang van 5G- en Wi-Fi-technologieën.
De techniek maakt met name hogere concentraties scandium in aluminium scandiumnitride films mogelijk, waardoor de prestaties van RF-filters verbeteren. Door de scandiumconcentratie te verhogen van 30% naar minstens 40%, verbetert de technologie de signaal-ruisverhouding in microfoons op basis van piëzoMEMS aanzienlijk. Deze verbetering is cruciaal voor het mogelijk maken van ‘altijd luisteren’-toestanden met weinig of geen vermogen in mobiele apparaten, wat een belangrijke eigenschap is voor moderne consumentenelektronica.
Uitbreidende toepassingen en impact op de markt
De vraag naar MEMS-productieapparatuur bedroeg meer dan $940 miljoen in 2023, wat de groeiende behoefte aan geavanceerde halfgeleidertechnologieën weerspiegelt. Het vermogen van PLD om een breed scala aan complexe materialen af te zetten die met andere methoden moeilijk toe te passen zijn, opent nieuwe wegen voor innovatie. Industrieën zoals de auto-industrie, gezondheidszorg, detailhandel en industriële automatisering zullen aanzienlijk profiteren van deze vooruitgang, die wordt aangedreven door de toenemende integratie van kunstmatige intelligentie en het Internet of Things (IoT).
Concluderend kan worden gesteld dat het Pulsus PLD-systeem van Lam Research een transformatieve vooruitgang betekent in de productie van halfgeleiders. Door een efficiëntere, kosteneffectievere methode voor dunne-filmdepositie te bieden, is PLD gepositioneerd om aan de groeiende eisen van de industrie te voldoen. Naarmate de technologie zich blijft ontwikkelen, zal de rol van PLD in het verbeteren van de prestaties van apparaten en het mogelijk maken van nieuwe mogelijkheden alleen maar belangrijker worden.
