Atomic Layer Deposition (ALD), noto anche come epitassia dello strato atomico (ALE), è una tecnologia di preparazione del film sottile su scala atomica. Può depositare film ultrasottili con spessore uniforme, spessore controllabile e composizione regolabile. Con lo sviluppo della nanotecnologia e della microelettronica dei semiconduttori, i requisiti dimensionali dei dispositivi e dei materiali vengono continuamente ridotti e le proporzioni nella struttura del dispositivo vengono continuamente aumentate, richiedendo che lo spessore dei materiali utilizzati venga ridotto dell'ordine di dieci nanometri a diversi nanometri. La tecnologia di deposizione di strati atomici è diventata gradualmente una tecnologia insostituibile nei settori manifatturieri correlati. I suoi vantaggi determinano che ha un enorme potenziale di sviluppo e uno spazio applicativo più ampio. Wafer di silicio metallicodi ALD può essere fornito da PAM-XIAMEN.

1. Principio di funzionamento della tecnologia di deposizione di strati atomici

La tecnologia di deposizione dello strato atomico si riferisce a un metodo per formare film sottili alternando impulsi di precursori in fase gassosa nella camera di reazione e reazione di adsorbimento chimico in fase gas-solida sulla superficie del substrato di deposizione. Come mostrato nella Figura 1, il processo di deposizione dello strato atomico consiste in due semireazioni A e B in quattro fasi elementari:

1) Precursore Una reazione di adsorbimento dell'impulso;

2) spurgo dei reagenti e dei sottoprodotti in eccesso con gas inerte;

3) Reazione di adsorbimento dell'impulso del precursore B;

4) I reagenti e i sottoprodotti in eccesso vengono spurgati dal gas inerte e quindi fatti circolare in sequenza per realizzare la crescita strato per strato del film sottile sulla superficie del substrato.

Figura 1. Principio di funzionamento di ALD

Un'ampia varietà di materiali può essere depositata mediante deposizione di strati atomici, come ad esempio:

Ossidi: inclusi HfO2, HfSiO, Al2O3, Ta2O5, TiO2, La2O3, SiO2, ZnO

Nitruro, inclusi TiN, TaN, AlN, SiNx, HfN

Metalli, inclusi Ru, Cu, W, Mo

2. Confronto di ALD, PVD e CVD

Rispetto alla tradizionale tecnologia di preparazione del film sottile, la tecnologia di deposizione dello strato atomico presenta evidenti vantaggi. I metodi chimici tradizionali in soluzione e i metodi fisici come lo sputtering o l'evaporazione (PVD) non sono adatti per la deposizione e la formazione di film sulla superficie di substrati complessi tridimensionali a causa della mancanza di controllo della superficie o dell'esistenza di aree d'ombra spruzzate. Il metodo della deposizione chimica da vapore (CVD) richiede un controllo rigoroso della diffusione del precursore e dell'uniformità della temperatura della camera di reazione ed è difficile soddisfare i requisiti di uniformità del film sottile e controllo preciso dello spessore. Al contrario, la tecnologia ALD si basa su reazioni di adsorbimento autolimitanti e autosaturanti della superficie e ha il controllo della superficie. La superficie inferiore viene depositata per formare film, garantendo allo stesso tempo un controllo preciso dello spessore del film sub-monostrato. Pertanto, la tecnologia ALD è ampiamente utilizzata in microelettronica, energia, informazioni e altri campi.

Figura 2. Confronto di ALD, PVD, CVD e così via

3. Applicazioni di base della tecnologia di deposizione di strati atomici

Lo sviluppo della tecnologia di deposizione di strati atomici è inseparabile dall'ascesa dell'industria dei semiconduttori. Con il continuo miglioramento dell'integrazione dei chip, le dimensioni dei vari componenti continuano a ridursi e il nodo tecnologico dell'industria dei semiconduttori è entrato nell'era dei nanometri. Le persone hanno anche avanzato requisiti sempre più elevati per la tecnologia di preparazione di film sottili su scala nanometrica compatibile con la tecnologia dei semiconduttori. Le principali applicazioni della tecnologia ALD includono:

1) Dielettrico di gate del transistor (high-k) ed elettrodo di metalgate;

2) Sistemi microelettromeccanici (MEMS);

3) Materiali e dispositivi optoelettronici;

4) Barriera alla diffusione di interconnessione a circuito integrato;

5) Display a schermo piatto (es. materiale organico a diodi emettitori di luce, OLED);

6) Strato barriera di interconnessione;

7) Interconnettere lo strato di semi di deposizione galvanica di rame;

8) DRAM, strato dielettrico MRAM;

9) Condensatore incorporato;

10) Testina di registrazione elettromagnetica;

11) Vari tipi di film sottili (<100 nm).

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