Som en meget præcis og kontrollerbar tyndfilmfremstillingsproces,aflejring af atomlag(ALD) bruges i et stigende antal applikationer. Men mange venner spørger stadig om forskellen påkemisk dampaflejring(CVD) og atomlagsdeposition (ALD). I dag vil vi forklare fra tre aspekter: reaktionseffektivitet, ensartethed og reaktionstemperatur.
Atomic layer deposition (ALD) er en tyndfilmsdepositionsteknik baseret på kontinuerlig brug af gasfasekemiske processer; Det er en underklasse af kemisk dampaflejring. De fleste ALD-reaktioner bruger to kemikalier kaldet forstadier (også kendt som reaktanter). Disse forstadier reagerer med materialeoverfladen én efter én på en sekventiel og selvbegrænsende måde. Ved gentagne gange at udsætte for individuelle prækursorer aflejres filmen langsomt. ALD er en nøgleproces til fremstilling af halvlederenheder og en del af værktøjskassen til at syntetisere nanomaterialer.
Ved kemisk dampaflejring (CVD) indføres precursorer samtidigt og kontinuerligt i reaktoren, og disse precursorer reagerer med hinanden på overfladen af det varme substrat. Aflejringshastigheden kan være højere end ALD, men belægningens vedhæftning er dårlig, ikke tæt nok og ujævn.
På grund af manglen på selvpassivering i CVD er det også umuligt at danne en ensartet belægning med højt aspektforhold. CVD-processen resulterer i en meget lavere tykkelse end substratoverfladen på grund af den lavere koncentration af precursor i renden eller hullet. CVD kræver typisk højere substrattemperaturer.
Fordele ved ALD-atomlagaflejring
1. Ved at kontrollere antallet af aflejringscyklusser kan tykkelsen af filmen styres med sub nanometer præcision, hvilket viser fremragende repeterbarhed.
2. Belægningen har meget lav ruhed og følger fuldt ud underlagets krumning.
3. Perfekt 3D-konformitet og 100 % trindækning: en ensartet og glat belægning omkring flade, indvendigt porøse og granulære prøver.
4. Belægningen kan endda vokse under støvpartiklerne på underlaget for at forhindre huller i at opstå.
5. På grund af kovalente bindinger med overfladen eller nogle gange endda penetration (af polymerer), har den fremragende vedhæftning. Det klæber endda til polytetrafluorethylen!
6. Let at ekspandere i batch (mange substrater kan stables og belægges samtidigt, med perfekt ensartet belægningstykkelse).
7. Stort område med ensartet tykkelse, endda større end meterstørrelsen.
8. Den milde aflejringsproces af følsomme substrater kræver normalt ikke plasma.
9. Bredt procesvindue (ufølsom over for temperatur- eller prækursordosisændringer).
10. Lav defekttæthed
11. Det kan være amorft eller krystallinsk, afhængigt af underlaget og temperaturen
12. Tilpas materialeegenskaber gennem digital kontrol af sandwich, heterostrukturer, nanolaminater, blandede oxider, gradientlag og doping.
13. Standard og let replikerbare formler for oxider, nitrider, metaller, halvledere osv.
14. Alle typer objekter kan belægges: wafers, 3D-komponenter, film, porøse materialer og endda pulvere lige fra nanometer til meter i størrelse.
15. Belægningsudstyret er robust, holdbart, nemt at betjene og udvideligt uden behov for ultrahøjt vakuum. Selv atmosfærisk ALD er mulig.
Effektiviteten af atomlagsaflejringsprocessen
Som det er velkendt, er vækstprocessen af atomic layer deposition (ALD) teknologi ret langsom og kræver omkring 1 sekund pr. cyklus for 1 atomare lag. Nogle varianter er dog meget hurtigere, især den hurtigt optimerede flowreaktor (1-5 nm/s) og rumlig ALD (1-10 nm/s).
Men på grund af ALD-teknologiens iboende selvpassiveringsegenskaber kan tusindvis af substrater indlæses i reaktoren, hvilket resulterer i ekstremt hurtige, ensartede og repeterbare belægningshastigheder for hver komponent! Alternativt kan rulle til rulle ALD anvendes, hvor rullehastigheden kan være meget høj (sammenlignet med rumlig ALD) ved brug af mange belægningshoveder.
Men når ALD påføres pulversubstrater med højt specifikt overfladeareal, vil væksttiden pr. cyklus være længere, endda op til 1 time, på grund af den tid, der kræves til blæsning.
Temperatur påkrævet til atomlagsaflejring
I ALD er det passende substrattemperaturområde for aflejring fra stuetemperatur til 800 grader, men det meste aflejring sker omkring 100-200 grader. Når temperaturen er over 100 grader C, fordamper vanddamp, som normalt bruges som en af reaktanterne, hurtigt fra underlaget og væggene. Derfor vil brug af temperaturer over 100 grader C resultere i hurtigere cirkulationshastigheder mellem prækursorer.
Ved høje temperaturer kan visse materialer opnå epitaksial vækst. Hvis det aflejrede lag matcher substratets krystalstruktur, kan der dannes en enkelt krystalbelægning, som kaldes atomlagsepitaksi!
Belægningstyper understøttet af atomlagsaflejringsproces
1. Oxid: Al2O3,CaO,CuO,Er2O3,Ga2O3, HfO2,La2O3,MgO,Nb2O5,Sc2O3,SiO2,Ta2O5,TiO2,VXOY,Y2O3,Yb2O3,ZnO Vent;
2. Nitrider: AlN, GaN, TaNX, TiAlN, TiNX, etc;
3. Carbider: TaC, TiC, etc;
4. Metaller: Ir, Pd, Pt, Ru osv.;
5. Sulfider: ZnS, SrS, etc;
6. Fluorider: CaF2, LaF3, MgF2, SrF2, etc;
7. Biomaterialer: Ca10 (PO4) 6 (OH) 2 (hydroxyapatit), etc;
8. Polymerer: PMDA-DAH, PMDA-ODA, etc;
ALD kan også bruges til doping og blanding af forskellige strukturer til dannelse af metalorganiske hybrider.
Potentialet for ALD fortsætter med at udvide sig
For eksempel er en meget lovende anvendelse aflejring af selektive områder ved hjælp af eksisterende selektive membraner. Forskere er i øjeblikket ved at udvikle metoder til deponering af metaller og dielektriske stoffer på bestemte steder, hvilket i det væsentlige er en anderledes grafisk tilgang.
Selektivitet er blevet den vigtigste membranegenskab for første gang og er afgørende for integrationen af 5nm til 3nm teknologiknuder. ALD undersøges også for at forbedre dækningskontrol eller for nøjagtigt at tilpasse nye mønstre med eksisterende mønstre.
Enhver forskydning eller fejljustering af de elektriske kontakter på lavere niveau vil reducere ledningsevnen og have en negativ indvirkning på chippens ydeevne.
Det forventes, at atomlagsteknologi vil spille en stadig vigtigere rolle i at fremme avanceret halvlederfremstilling. Som en vigtig teknisk support vil ALD fortsætte med at udvikle og blive integreret i den næste generation af enheder for at løse udfordringerne ved nye strukturer og skaleringsstrategier.
