Die Einheit im Halbleiter: Angström

Was ist Angström?

Angström (Symbol: Å) ist eine sehr kleine Längeneinheit, die hauptsächlich zur Beschreibung des Ausmaßes mikroskopischer Phänomene verwendet wird, beispielsweise der Abstände zwischen Atomen und Molekülen oder der Dicke dünner Filme bei der Waferherstellung. Ein Angström entspricht \(10^{-10}\) Metern, was 0,1 Nanometern (nm) entspricht.

Um dieses Konzept intuitiver zu veranschaulichen, betrachten Sie die folgende Analogie: Der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt ungefähr 70.000 Nanometer, was 700.000 Å entspricht. Wenn wir uns 1 Meter als Durchmesser der Erde vorstellen, dann entspricht 1 Å dem Durchmesser eines kleinen Sandkorns auf der Erdoberfläche.

Bei der Herstellung integrierter Schaltkreise ist der Angström besonders nützlich, da er eine genaue und bequeme Möglichkeit bietet, die Dicke extrem dünner Filmschichten wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid und dotierter Schichten zu beschreiben. Mit der Weiterentwicklung der Halbleiterprozesstechnologie hat die Fähigkeit, die Dicke zu steuern, das Niveau einzelner Atomschichten erreicht, was das Angström zu einer unverzichtbaren Einheit auf diesem Gebiet macht.

Bei der Herstellung integrierter Schaltkreise ist die Verwendung von Angström weit verbreitet und von entscheidender Bedeutung. Diese Messung spielt eine wichtige Rolle bei Schlüsselprozessen wie der Dünnschichtabscheidung, dem Ätzen und der Ionenimplantation. Nachfolgend sind einige typische Szenarien aufgeführt:

1. Kontrolle der Dünnschichtdicke

Dünnschichtmaterialien wie Siliziumoxid (SiO₂) und Siliziumnitrid (Si₃N₄) werden üblicherweise als Isolierschichten, Maskenschichten oder dielektrische Schichten in der Halbleiterfertigung verwendet. Die Dicke dieser Folien hat einen entscheidenden Einfluss auf die Geräteleistung.  

Beispielsweise ist die Gate-Oxidschicht eines MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) typischerweise einige Nanometer oder sogar einige Angström dick. Wenn die Schicht zu dick ist, kann dies die Geräteleistung beeinträchtigen; Wenn es zu dünn ist, kann es zum Ausfall kommen. Die Technologien der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) und Atomlagenabscheidung (ALD) ermöglichen die Abscheidung dünner Filme mit einer Genauigkeit im Angström-Bereich und stellen sicher, dass die Dicke den Designanforderungen entspricht.

2. Dopingkontrolle  

Bei der Ionenimplantationstechnologie beeinflussen die Eindringtiefe und die Dosis der implantierten Ionen die Leistung von Halbleiterbauelementen erheblich. Angström wird häufig zur Beschreibung der Verteilung der Implantationstiefe verwendet. Beispielsweise kann bei Prozessen mit flachem Übergang die Implantationstiefe nur einige zehn Angström betragen.

3. Ätzgenauigkeit

Beim Trockenätzen ist eine präzise Kontrolle der Ätzrate und der Stoppzeit bis hin zum Angström-Bereich unerlässlich, um eine Beschädigung des darunter liegenden Materials zu vermeiden. Beispielsweise kann beim Gate-Ätzen eines Transistors eine übermäßige Ätzung zu einer Leistungsverschlechterung führen.

4. Atomic Layer Deposition (ALD)-Technologie

ALD ist eine Technik, die die Abscheidung von Materialien atomar schichtweise ermöglicht, wobei jeder Zyklus typischerweise eine Filmdicke von nur 0,5 bis 1 Å bildet. Diese Technologie ist besonders vorteilhaft für den Aufbau ultradünner Filme, wie z. B. Gate-Dielektrika, die mit Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante (High-K) verwendet werden.

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