Осаждение тонких пленок丨 Осаждение атомных слоев (ALD)
Технические принципы и применение

Каталог

Что такое атомно-слоевое осаждение (ALD)?

Атомно-слоевое осаждение (ALD) - это высокоточный метод осаждения химических паров, основанный на химическом осаждении из паровой фазы (CVD). Осаждение тонких пленок навыкМетод послойного осаждения материала в виде моноатомной пленки на поверхность подложки, основанный на химической паровой фазе. Два или более химических прекурсоров, каждый из которых содержит отдельный элемент осаждаемого материала, вводятся на поверхность подложки по одному за раз. Каждый прекурсор насыщает поверхность, образуя монослой материала.

Принципы атомно-слоевого осаждения

Принцип роста ALD схож с традиционным химическим осаждением из паровой фазы (CVD), однако в ALD реактивные прекурсоры поочередно осаждаются в процессе осаждения, и химический состав нового слоя атомной пленки напрямую связан с предыдущим слоем, причем за одну реакцию осаждается только один слой атомов. Обладая самоограничивающимися характеристиками роста, этот метод позволяет осаждать пленку на подложку конформно и без проколов. ПоэтомуТочный контроль толщины пленки может быть достигнут путем управления количеством циклов осаждения.
 
Цикл атомно-слоевого осаждения можно разделить на четыре этапа:
  1. (a) первый газ-прекурсор вводится в подложку.Адсорбция или химическая реакция с поверхностью субстрата;
  2. Промойте остатки газа инертным газом;
  3. Пропустите второй газ-предшественник;Химическая реакция с газом первого прекурсора, адсорбированным на поверхности подложки, создает покрытие, или реакция с продуктами реакции между первым прекурсором и подложкой продолжает создавать покрытие;
  4. Снова выпустите избыточный газ с помощью инертного газа.
 
Выбор и классификация прекурсоров
 Выбор прекурсоров играет решающую роль в качестве покрытий для ALD-роста, и прекурсоры должны удовлетворять требованиям:
  • Достаточно высокое давление пара при температуре осаждения для обеспечения адекватного покрытия поверхности заполненного материала подложки;
  • Хорошая термическая и химическая стабильность, предотвращающая саморазложение в пределах максимальной температуры реакции;
  • Высокая реакционная способность. Быстрая адсорбция и насыщение на поверхности материала, либо быстрая и эффективная реакция с поверхностными группами материала.
  • Нетоксичные, некоррозионные и инертные побочные продукты. Не препятствует самоограничивающемуся росту пленки
  • Широкий выбор источников материалов
ALD-прекурсоры можно разделить на две основные группы: неорганические и металлоорганические.Неорганические предшественники включают мономеры, галогениды и т.д. Неорганические предшественники включают мономеры, галогениды и т.д., а металлоорганические - алкилы металлов, циклопентадиенилы металлов, β- 2 кетоны металлов, амиды металлов, эфирные группы металлов и другие соединения.
 
 

Особенности и преимущества атомно-слоевого осаждения

  • Высокая точность:Контролируя цикл реакции, можно легко и точно управлять толщиной пленки подложки, причем толщина пленки может быть точна до толщины атома.
  • Превосходная 3D-конформность:ALD может создавать пленки, повторяющие форму исходной подложки, т.е. пленка может быть равномерно нанесена на поверхность, напоминающую вогнутую поверхность. Поэтому.Подходит для различных форм подложекРавномерные трехмерные пленки, стабильная форма и оригинальная конформность - уникальные преимущества ALD-технологии.
  • Высокая плоскостность:Поверхность не имеет отверстий, а механизм роста снизу вверх определяет отсутствие отверстий в пленке, что очень важно для барьерных и пассивирующих применений.
  • Отличная адгезия:Хемосорбция прекурсора на поверхности подложки обеспечивает отличную адгезию
  • Низкий тепловой бюджет (низкая температура осадков). Рост тонких пленок при низких температурах (от комнатной температуры до 400°C), что привлекательно для создания полимерных устройств с ограничением температуры и покрытий из биоматериалов

Сравнение преимуществ и недостатков процессов осаждения тонких пленок

РемеслоОсаждение атомного слоя
(ALD)		Физическое осаждение из паровой фазы
(PVD)		Химическое осаждение из паровой фазы
(CVD)		Химическое осаждение из паровой фазы при низком давлении
(трубки печи LPCVD)
Принцип осажденияХимическое насыщение поверхности
Реакция-осаждение		Испарение-консолидацияГазофазная реакция - осаждениеХимическое осаждение из паровой фазы при низком давлении
(Плита и труба)
Процесс осажденияЛаминарный ростНуклеационный ростНуклеационный ростНуклеационный рост
Покрытие террасыОтличныйОбщийХорошоХорошо
Скорость осаждениямедленноБыстроБыстроМедленнее
Температура осажденияНизкая (<500°C)НизкийВысокийВыше
ОднородностьОтличный
0,07 - 0,1 нм		Общий
Около 5 нм		Лучше
0,5 - 2 нм

Лучше

Контроль толщиныКоличество циклов реакцииВремя осажденияВремя осаждения
Парциальное давление паровой фазы		Время осаждения
Соотношение газов
ИнгредиентыОднородность с небольшим количеством примесейНеподкупныйЛегко удерживает загрязненияНеподкупный

Применение атомно-слоевого осаждения

По мере развития полупроводниковой промышленности все более мелкие размеры устройств делают особенно важным поиск или разработку более совершенных технологий роста тонких пленок, требующих низкого теплового бюджета, высокой точности толщины пленки и отличной конформности трехмерных (3D) структур. Однако традиционные методы осаждения, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и физическое осаждение из паровой фазы (PVD), уже не могут полностью адаптироваться к этой тенденции. Технология ALD, благодаря своим высококонтролируемым параметрам осаждения (толщина, состав и структура), отличной однородности и конформности, имеет потенциал для широкого спектра применений в таких областях, как микро- и наноэлектроника и наноматериалы.

  • Основные области применения технологии включают следующие [1].
  • Диэлектрик с высоким коэффициентом К(Al2O3 , Hf O2, Zr O, Ta 2 O5, La 2 O3): для диэлектрических слоев затворов транзисторов и конденсаторов DRAM.
  • Металлический электрод с сеткой (Ir, Pt, Ru, Ti N).
  • Металлические соединительные элементы и прокладки(Cu, WN, Ta N, WNC, Ru, Ir): металлический диффузионный барьерный слой для медных межсоединений, полупроводниковых отверстий для транзисторных сеток, а также для ячеек памяти, таких как конденсаторы DRAM, пассивирующий слой.
  • каталитический материал(Pt, IrCo, Ti O2, V 2 O5): покрытия в фильтрующих мембранах, катализаторах (платиновые мембраны для автомобильных катализаторов), ионообменные покрытия для топливных элементов.
  • Наноструктуры (различные материалы):: Для конформного осаждения вокруг и внутри наноструктур и МЭМС.
  • биопокрытия(Ti N, Zr N, Cr N, Ti Al N, Al Ti N): биосовместимые материалы для медицинских приборов и инструментов in vivo.
  • Металлические материалы ALD(Ru, Pd, Ir, Pt, Rh, Co, Cu, Fe, Ni).
  • пьезоэлектрический слой(Zn O, Al N, Zn S).
  • прозрачный проводник электричества(Zn O︰Al, ITO).
  • УФ-блокирующий слой(Zn O, Ti O2).
  • Пассивация OLED(Al2O3 ).
  • Твердый смазочный слой(WS2).
  • фотонный кристалл(Zn O, Zn S︰Mn, Ti O2, Ta2 N5): внутренние покрытия из пористого глинозема и обратного опала.
  • Антибликовые и оптические фильтры(Al2O3 , Zn S, Sn O2, Ta 2 O5):триггерные фильтры Фабри-Перо.
  • электролюминесцентное устройство (ЭЛД)(Sr S: Cu, Zn S: Mn, Zn S: Tb, Sr S: Ce).
  • уровень процесса(Al2O3, Zr O2): для барьерных слоев при травлении, барьерных слоев при ионной диффузии, покрытий для электромагнитных записывающих головок.
  • Оптические приложения(Al Ti O, Sn O2, Zn O): для нанооптических материалов, солнечных батарей, интегральных оптических материалов, оптических тонких пленок, лазеров, различных диэлектрических пленок.
  • Датчики(Sn O2, Ta 2 O5): для газовых датчиков, датчиков pH.
  • Слой ингибирования износа и коррозии (Al2O3, Zr O2, WS2)
[1] Современное состояние применения технологии атомно-слоевого осаждения и перспективы ее развития; (2021) 10-0005-05

Мы предлагаем Атомно-слоевое осаждение / Микро- и нанофабрикация Услуги, Не стесняйтесь оставить сообщение с вашим запросом.

Сопутствующие товары

Связанное чтение

Подробнее...