原子层沉积培训PPT课件

有机发光显示器反湿涂层
• 一层用ALD技术沉积的Al2O3膜就能强烈地阻止水蒸气对 OLED的侵蚀。
• 除了防潮层以外，透明导电电极同样可用ALD技术制备， ZnO原子沉积晶体管栅极介电层薄膜已经成功制成
MEMS微机电系统
1 保护膜 2 憎水涂层 3 反刻蚀涂层
ALD应用实例
+
=
Al2O3grown with H2O/TMA Al2O3grown with beer/TMA
Foam surface
Nanotube Formation
半导体及纳米电子学应用
• 晶体管栅极介电层（high-k） • 晶体管栅极介电层是ALD的一个重要应用领域。 • Intel处理器就是应用了ALD方法制备的高k的HfO2晶体管栅极介电层。
而对于32nm以下技术节点来讲，材料的挥发性，输运方式以及纯度等 问题更变得至关重要。Intel和IBM已经同时宣布使用铪基材料作为栅 极高k绝缘介质，加速CMOS制造工艺的革命。 • 优点：缺陷少、均一、厚度可控、可形成无定形包覆，可厌氧反应。 • 应用如：GaAs/AlGaAs等异质结构、晶体管、电子管、HfO2、ZrO2、 Al2O3、LaAlO、GdScO3等。
Al2O3extending 100um into the holes. Film shows capability of coating into 2000:1 aspect ratio features.
Bulk SiO2 with no Al
End of Al2O3 layer
Al2O3 coated foam With very little Si
原子层沉积培训
赵华波 公共技术平台
2014-8-29
培训类容
➢ALD技术原理介绍 ➢ALD的特点及应用 ➢ALD的工艺流程
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Al2O3绝缘膜的研制，这些材料是用于平板显示器。 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。
典型的ALD沉积过程—Al2O3沉积过程
典型的ALD沉积过程—TiO2沉积过程
ALD设备示意图
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 • 薄膜生长可在低温（室温~400oC）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，薄膜可在尘埃颗粒下生长 • 可广泛适用于各种形状的基底 • 不需要控制反应物流量的均一性
金属栅电极（metal gate）
• 除了晶体管栅极介电层，Intel的新一代处理器金属栅电 极同样将应用ALD方法。
• 这种方法是用金属取代半导体多晶硅电极栅以消除层间损 耗，优化功能，防止与高k电介质栅的反应。
• 优点：有晶体管栅极介电层的所有优点，另外他对金属栅 电极更少的破坏，金属膜光滑，并且用ALD沉积的金属氮 化物有更多的应用。
• ALD技术很好地解决了这种问题，他能使特殊的金属、金属氮化物在低温、厚 度可控的条件下完成沉积。
• 应用如：WN, TaN, Co.等。
光电材料及器件
• 防反射应用 • 防反射包覆在光学产业中相当重要。他常常由高低反射层构成，如
SiO2-ZrO2或SiO2-TiO2。 • 过去应用蒸发技术沉积包覆层，但是包覆层的准确厚度直接影响到了
ALD技术的优势示意图
各种薄膜沉积方法比较：
ALD应用
• 原子层沉积技术由于其沉积参数的高度可控性 （厚度，成份和结构），优异的沉积均匀性和 一致性使得其在微纳电子和纳米材料等领域具 有广泛的应用潜力。
• 而且随着科技的发展在不远的将来将会发现其 越来越多的应用。根据该技术的反应原理特征， 各类不同的材料都可以沉积出来。已经沉积的 材料包括金属、氧化物、碳（氮、硫、硅）化 物、各类半导体材料和超导材料等
防反射能力，通常包覆厚度在10-15％。膜的厚度在100nm时，包覆厚 度到15nm，这极大的降低了防反射能力。另外，普通蒸发技术要把基 体放置于比蒸发源高的多的位置。 • 与此相比，ALD技术能在复杂的基体表面达到较高的一致性，有效的 提高了防反射能力并且降低了成本。 • 而且，ALD技术能在基体的两个面上同时进行包覆
• 应用如：Ru, WN,Pt, RuO, TaN, TiN, HfN等
金属的连接
• 大规模集成电路需要更薄更精密的相互连接的金属。使相互连接的铜和钨都 要沉积到复杂的结构中。
• 应用如：Cu, W, Ru等。 互连线势垒层
• 金属铜扩散到大规模电路的硅、二氧化硅以及相连接的金属中需要较小的扩 散势垒，由于大部分结构是在狭窄而且较深的通道中，所以沉积方法非常重 要。
用啤酒和水沉积的Al2O3
CMOS High-k Dielectrics
Semiconductor Memory
来自百度文库
Gate dielectrics non-Si devices
ALD Lift-off Technology
Applications: High Aspect Ratio Cross section of Si foam with a pore size of 50nm, shown a coating of