Ako vysoko presný a kontrolovateľný proces výroby tenkých vrstiev,ukladanie atómovej vrstvy(ALD) sa používa v čoraz väčšom počte aplikácií. Ale veľa priateľov sa stále pýta na rozdiel medzi nimichemická depozícia z pár(CVD) a ukladanie atómovej vrstvy (ALD). Dnes si to vysvetlíme z troch aspektov: účinnosť reakcie, rovnomernosť a reakčná teplota.
Ukladanie atómovej vrstvy (ALD) je technika nanášania tenkých vrstiev založená na kontinuálnom využívaní chemických procesov v plynnej fáze; Je to podtrieda chemického vylučovania pár. Väčšina reakcií ALD používa dve chemikálie nazývané prekurzory (známe aj ako reaktanty). Tieto prekurzory reagujú s povrchom materiálu jeden po druhom sekvenčným a samoobmedzujúcim spôsobom. Opakovaným vystavením jednotlivým prekurzorom sa film pomaly ukladá. ALD je kľúčový proces výroby polovodičových zariadení a súčasť sady nástrojov na syntézu nanomateriálov.
Pri chemickom naparovaní (CVD) sa prekurzory súčasne a kontinuálne zavádzajú do reaktora a tieto prekurzory navzájom reagujú na povrchu horúceho substrátu. Rýchlosť nanášania môže byť vyššia ako pri ALD, ale adhézia povlaku je slabá, nie je dostatočne hustá a nerovnomerná.
Kvôli nedostatku vlastnej pasivácie v CVD je tiež nemožné vytvoriť rovnomerný povlak s vysokým pomerom strán. Výsledkom procesu CVD je oveľa menšia hrúbka ako povrch substrátu v dôsledku nižšej koncentrácie prekurzora vo výkope alebo diere. CVD zvyčajne vyžaduje vyššie teploty substrátu.
Výhody depozície atómovej vrstvy ALD
1. Riadením počtu cyklov nanášania je možné kontrolovať hrúbku filmu s presnosťou sub nanometrov, čo demonštruje vynikajúcu opakovateľnosť.
2. Náter má veľmi nízku drsnosť a plne kopíruje zakrivenie podkladu.
3. Dokonalá 3D konformita a 100% pokrytie krokov: rovnomerný a hladký povlak okolo plochých, vnútorne poréznych a zrnitých vzoriek.
4. Povlak môže dokonca rásť pod prachovými časticami na substráte, aby sa zabránilo vzniku dier.
5. Vďaka kovalentným väzbám s povrchom alebo niekedy aj prienikom (polymérov) má výbornú priľnavosť. Lepí sa dokonca aj na polytetrafluóretylén!
6. Jednoduchá dávková expanzia (mnoho substrátov je možné stohovať a natierať súčasne, s dokonalou rovnomernosťou hrúbky náteru).
7. Veľká plocha s rovnomernou hrúbkou, dokonca presahujúca veľkosť metra.
8. Mierny proces nanášania citlivých substrátov zvyčajne nevyžaduje plazmu.
9. Široké okno procesu (necitlivé na zmeny teploty alebo dávky prekurzora).
10. Nízka hustota defektov
11. Môže byť amorfný alebo kryštalický v závislosti od substrátu a teploty
12. Prispôsobte vlastnosti materiálu pomocou digitálnej kontroly sendvičov, heteroštruktúr, nanolaminátov, zmiešaných oxidov, gradientových vrstiev a dopingu.
13. Štandardné a ľahko replikovateľné vzorce pre oxidy, nitridy, kovy, polovodiče atď.
14. Všetky typy predmetov môžu byť potiahnuté: doštičky, 3D komponenty, film, porézne materiály a dokonca aj prášky s veľkosťou od nanometrov po metre.
15. Nanášacie zariadenie je robustné, odolné, ľahko ovládateľné a rozšíriteľné bez potreby ultra vysokého vákua. Dokonca je možné aj atmosférické ALD.
Účinnosť procesu nanášania atómovej vrstvy
Ako je dobre známe, proces rastu technológie nanášania atómovej vrstvy (ALD) je dosť pomalý a vyžaduje približne 1 sekundu na cyklus pre 1 atómovú vrstvu. Niektoré varianty sú však oveľa rýchlejšie, najmä rýchlo optimalizovaný prietokový reaktor (1-5 nm/s) a priestorový ALD (1-10 nm/s).
Avšak vďaka vlastným pasivačným vlastnostiam technológie ALD je možné do reaktora vložiť tisíce substrátov, čo má za následok extrémne rýchle, rovnomerné a opakovateľné rýchlosti poťahovania pre každý komponent! Alternatívne je možné použiť valec na valec ALD, kde môže byť rýchlosť valcovania veľmi vysoká (v porovnaní s priestorovým ALD) pri použití mnohých nanášacích hláv.
Ale keď sa ALD aplikuje na práškové substráty s vysokým špecifickým povrchom, čas rastu na cyklus bude dlhší, dokonca až 1 hodinu, kvôli času potrebnému na fúkanie.
Teplota potrebná na nanesenie atómovej vrstvy
V ALD je vhodný teplotný rozsah substrátu na depozíciu od izbovej teploty do 800 stupňov , ale väčšina depozície sa vyskytuje okolo 100-200 stupňov . Keď je teplota nad 100 stupňov C, vodná para, ktorá sa zvyčajne používa ako jedna z reaktantov, sa rýchlo vyparuje zo substrátu a stien. Preto použitie teplôt nad 100 stupňov C povedie k rýchlejšej cirkulácii medzi prekurzormi.
Pri vysokých teplotách môžu niektoré materiály dosiahnuť epitaxiálny rast. Ak sa nanesená vrstva zhoduje s kryštálovou štruktúrou substrátu, môže sa vytvoriť monokryštálový povlak, ktorý sa nazýva epitaxia atómovej vrstvy!
Typy povlakov podporované procesom nanášania atómovej vrstvy
1. Oxid: Al2O3,CaO,CuO,Er2O3,Ga2O3, HfO2,La2O3,MgO,Nb2O5,Sc2O3,SiO2,Ta2O5,TiO2,VXOY,Y2O3,Yb2O3,ZnO Počkajte;
2. Nitridy: AlN, GaN, TaNX, TiAlN, TiNX atď.;
3. Karbidy: TaC, TiC atď.;
4. Kovy: Ir, Pd, Pt, Ru, atď.;
5. Sulfidy: ZnS, SrS atď.;
6. Fluoridy: CaF2, LaF3, MgF2, SrF2 atď.;
7. Biomateriály: Ca10 (P04) 6 (OH) 2 (hydroxyapatit), atď.;
8. Polyméry: PMDA-DAH, PMDA-ODA atď.;
ALD sa môže použiť aj na dopovanie a miešanie rôznych štruktúr na vytvorenie organických hybridov kovov.
Potenciál ALD sa neustále rozširuje
Napríklad veľmi sľubnou aplikáciou je ukladanie selektívnych oblastí pomocou existujúcich selektívnych membrán. Výskumníci v súčasnosti vyvíjajú metódy na ukladanie kovov a dielektrík na konkrétnych miestach, čo je v podstate odlišný grafický prístup.
Selektivita sa po prvýkrát stala najdôležitejšou vlastnosťou membrány a je rozhodujúca pre integráciu 5nm až 3nm technologických uzlov. ALD sa tiež skúma na zlepšenie kontroly pokrytia alebo na presné zosúladenie nových vzorov s existujúcimi vzormi.
Akékoľvek posunutie alebo nesprávne nastavenie elektrických kontaktov nižšej úrovne zníži vodivosť a bude mať negatívny vplyv na výkon čipu.
Očakáva sa, že technológia atómovej vrstvy bude hrať čoraz dôležitejšiu úlohu pri podpore pokročilej výroby polovodičov. Ako kľúčová technická podpora bude ALD pokračovať vo vývoji a bude integrovaná do novej generácie zariadení s cieľom riešiť výzvy nových štruktúr a stratégií škálovania.
