ALD技术及其应用.pdf

原子层沉积 （ALD ） 技术及应用 仕嘉科技（北京）有限公司 陈宇林 2009年7月24 日 1 www.StartS Start Science Ltd. Confidential 前言 单原子层沉积 （atomic layer deposition，ALD ），起初称为原子层外延 (Atomic Layer Epitaxy)；最初是由芬兰科学家提出并用于多晶荧光材料 ZnS:Mn 以及非晶Al O 绝缘膜的研制，这些材料是用于平板显示器 。 2 3 由于这一工艺涉及复杂的表面化学过程和低的沉积速度，直至上世纪 80年代中后期该技术并没有取得实质性的突破。 但是到了20世纪90年代中期，人们对这一技术的兴趣在不断加强，这 主要是由于微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的尺寸不 断降低，而器件中的高宽比不断增加，这样所使用材料的厚度降低至几 个纳米数量级。因此原子层沉积技术的优势就体现出来，如单原子层逐 次沉积，沉积层极均匀的厚度和优异的一致性等就体现出来，而沉积速 度慢的问题就不重要了。 www.StartS Start Science Ltd. Confidential 1. ALD技术简介 1.1 ALD原理 原子层沉积是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应 器并在沉积基体上化学吸附并反应并形成沉积膜的一种 方法。 当前躯体达到沉积基体表面，它们会在其表面化学吸 附并发生表面反应。 原子层沉积的表面反应具有自限制性，即化学吸附 自限制(CS)和顺次反应自限制(RS)过程。实际上这种自 限制性特征正是原子层沉积技术的基础。不断重复这种 自限制反应就形成所需要的薄膜。 3 www.StartS Start Science Ltd. Confidential 典型的ALD沉积过程—Al O 沉积过程 2 3 4 www.StartS Start Science Ltd. Confidential 典型的ALD沉积过程—TiO 沉积过程 2 www.StartS Start Science Ltd. Confidential ALD设备示意图 www.StartS Start Science Ltd. Confidential 1.2 ALD技术的主要优势 •前驱体是饱和化学吸附，保证生成大面积均匀性的薄膜 • 可生成极好的三维保形性化学计量薄膜，作为台阶覆盖和纳米孔材 料的涂层 • 可轻易进行掺杂和界面修正 • 可以沉积多组份纳米薄片和混合氧化物 o • 薄膜生长可在低温（室温到400 C ）下进行 • 固有的沉积均匀性，易于缩放，可直接按比例放大 • 可以通过控制反应周期数简单精确地控制薄膜的厚度，形成达到原 子层厚度精度的薄膜 • 对尘埃相对不敏感