Atomic Layer Deposition (ALD), auch als Atomic Layer Epitaxy (ALE) bekannt, ist eine Technologie zur Herstellung von Dünnschichten im atomaren Maßstab. Es kann ultradünne Filme mit gleichmäßiger Dicke, kontrollierbarer Dicke und einstellbarer Zusammensetzung abscheiden. Mit der Entwicklung der Nanotechnologie und der Halbleitermikroelektronik werden die Größenanforderungen von Vorrichtungen und Materialien kontinuierlich reduziert und das Seitenverhältnis in der Vorrichtungsstruktur wird kontinuierlich erhöht, was eine Reduzierung der Dicke der verwendeten Materialien auf die Größenordnung von zehn bis mehreren Nanometern erfordert Nanometer. Die Atomlagenabscheidungstechnologie ist allmählich zu einer unersetzlichen Technologie in verwandten Fertigungsbereichen geworden. Seine Vorteile bestimmen, dass es ein enormes Entwicklungspotenzial und einen breiteren Anwendungsbereich hat. Metallische Siliziumwafervon ALD kann von PAM-XIAMEN bereitgestellt werden.
1. Arbeitsprinzip der Atomic Layer Deposition Technology
Die Atomlagenabscheidungstechnologie bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden von Dünnfilmen durch abwechselnde Pulse von Gasphasenvorläufern in die Reaktionskammer und eine chemische Adsorptionsreaktion der Gas-Festphase auf der Oberfläche des Abscheidungssubstrats. Wie in Abbildung 1 gezeigt, besteht der Atomlagenabscheidungsprozess aus zwei Halbreaktionen A und B in vier elementaren Schritten:
1) Precursor A Pulsadsorptionsreaktion;
2) Spülen überschüssiger Reaktanten und Nebenprodukte mit Inertgas;
3) Precursor B Pulsadsorptionsreaktion;
4) Die überschüssigen Reaktanten und Nebenprodukte werden durch das Inertgas gespült und dann der Reihe nach zirkuliert, um das Schicht-für-Schicht-Wachstum des Dünnfilms auf der Oberfläche des Substrats zu realisieren.
Abbildung 1. Arbeitsprinzip von ALD
Mittels Atomlagenabscheidung können verschiedenste Materialien abgeschieden werden, wie zum Beispiel:
Oxide: einschließlich HfO2, HfSiO, Al2O3, Ta2O5, TiO2, La2O3, SiO2, ZnO
Nitrid, einschließlich TiN, TaN, AlN, SiNx, HfN
Metalle, einschließlich Ru, Cu, W, Mo
2. Vergleich von ALD, PVD und CVD
Verglichen mit der herkömmlichen Dünnschicht-Herstellungstechnologie hat die Atomlagenabscheidungstechnologie offensichtliche Vorteile. Herkömmliche lösungschemische Verfahren und physikalische Verfahren wie Sputtern oder Aufdampfen (PVD) eignen sich nicht zur Abscheidung und Filmbildung auf der Oberfläche von dreidimensionalen komplexen Substraten aufgrund fehlender Oberflächenkontrolle oder des Vorhandenseins von gesputterten Schattenbereichen. Das Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) erfordert eine strenge Kontrolle der Vorläuferdiffusion und der Temperaturgleichmäßigkeit der Reaktionskammer, und es ist schwierig, die Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Dünnschicht und die genaue Kontrolle der Dicke zu erfüllen. Im Gegensatz dazu basiert die ALD-Technologie auf selbstbegrenzenden und selbstsättigenden Adsorptionsreaktionen an der Oberfläche und hat eine Oberflächenkontrolle. Die untere Oberfläche wird abgeschieden, um Filme zu bilden, während immer noch eine präzise Steuerung der Sub-Monoschicht-Filmdicke sichergestellt wird. Daher wird die ALD-Technologie in der Mikroelektronik, Energie, Information und anderen Bereichen weit verbreitet eingesetzt.
Abbildung 2. Vergleich von ALD, PVD, CVD usw
3. Grundlegende Anwendungen der Atomlagenabscheidungstechnologie
Die Entwicklung der Atomlagenabscheidungstechnologie ist untrennbar mit dem Aufstieg der Halbleiterindustrie verbunden. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Chip-Integration schrumpft die Größe verschiedener Komponenten weiter und der Technologieknoten der Halbleiterindustrie ist in das Nano-Zeitalter eingetreten. Es wurden auch immer höhere Anforderungen an eine Herstellungstechnologie für Dünnfilme im Nanomaßstab gestellt, die mit der Halbleitertechnologie kompatibel ist. Zu den Hauptanwendungen der ALD-Technologie gehören:
1) Transistor-Gate-Dielektrikum (High-k) und Metallgate-Elektrode;
2) Mikroelektromechanische Systeme (MEMS);
3) Optoelektronische Materialien und Geräte;
4) Verbindungsdiffusionsbarriere für integrierte Schaltungen;
5) Flachbildschirm (z. B. organisches Leuchtdiodenmaterial, OLED);
6) Verbindungssperrschicht;
7) Verbindungs-Kupfer-Galvanisierungs-Abscheidungs-Keimschicht;
8) DRAM, dielektrische MRAM-Schicht;
9) eingebetteter Kondensator;
10) Elektromagnetischer Aufzeichnungskopf;
11) Verschiedene Arten von Dünnfilmen (<100nm).
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