媒体报道-ALD软文资料

　　一、ALD原子层沉积镀膜介绍：

　　原子层沉积技术(Atomic Layer Deposition)是一种原子尺度的薄膜制备技术。它可以沉积均匀一致，厚度可控、成分可调的超薄薄膜。随着纳米技术和半导体微电子技术的发展，器件和材料的尺寸要求不断地降低，同时器件结构中的宽深比不断增加，这样就要求所使用材料的厚度降低至十几纳米到几个纳米数量级。因此原子层沉积技术逐渐成为了相关制造领域不可替代的技术。其优势决定了它具有巨大的发展潜力和更加广阔的应用空间。

　　二、ALD原子层沉积镀膜原理：

　　原子层沉积技术(ALD)是一种一层一层原子级生长的薄膜制备技术。理想的ALD生长过程是通过选择性交替把不同的前驱体暴露于基片的表面，在表面化学吸附并反应而形成沉积薄膜。与传统的化学气相沉积技术CVD相比，ALD技术要求严格地执行交替脉冲前驱体，以避免气相反应的过程。

　　原子层沉积(ALD)包括三种主要沉积模式：连续模TM (Flow TM )、停流模式TM (StopFlow TM )、压力调谐模式TM (PreTune TM)

　　一个完整的ALD生长循环可以分为四个步骤：

 

 

　　1.脉冲第一种前驱体暴露于基片表面，同时在基片表面对第一种前驱

　　体进行化学吸附

　　2.惰性载气吹走剩余的没有反应的前驱体

　　3.脉冲第二种前驱体在表面进行化学反应，得到需要的薄膜材料

　　4.惰性载气吹走剩余的前驱体与反应副产物

　　使用者可通过设定循环次数或时间来实现原子级尺度厚度可控的薄膜沉积

　　三、ALD原子层沉积镀膜技术优势：

　　相对于传统的沉积工艺，ALD技术具有以下明显的优势：

　　• 前驱体是饱和化学吸附，不需要控制反应物流量的均一性

　　• 沉积参数的高度可控，可实现生成大面积均匀性的薄膜

　　• 通过控制反应周期数可简单精确地以原子层厚度精度控制薄膜沉

　　积的厚度

　　• 可广泛适用于各种形状的基底

　　• 优异的台阶覆盖性，可生成极好的三维保形性化学计量薄膜，

　　• 优异的均匀性和一致性，可生成密集无针孔状的薄膜，

　　• 可沉积宽深比达2000:1的结构，对纳米孔材料进行沉积

　　• 可容易进行掺杂和界面修正，

　　• 可以沉积多组份纳米薄膜和混合氧化物

　　• 薄膜生长可在低温(室温到400℃)下进行

　　• 固有的沉积均匀性和小的源尺寸，易于缩放，可直接按比例放大

　　• 对环境要求包括灰尘不敏感

　　• 使用与维护成本低

　　四、ALD原子层沉积镀膜技术可沉积的材料：

　　原子层沉积技术现可以沉积的主要材料包括：

 

材料类别			沉积材料
II-VI族化合物				BaS, CaS, CdS, Cd1-xMnxTe, CdTe, Hg1-xCdxTe, HgTe, MnTe, SrS, SrS1-xSex, ZnS, ZnSe, ZnS1-xSex, ZnTe
基于TFEL 的II-VI族荧光材料				CaS:M (M=Ce, Eu, Pb, Tb), SrS:M (M=Ce, Cu, Mn, Pb, Tb, ), ZnS:M (M=Mn, Tb, Tm)
III-V族化合物				AlAs, AlxGa1-xAs, AlP, GaAs, GaxIn1-xAs, GaxIn1-xP, GaP, InAs, InP
氮/碳化物	半导体介电材料			AlN, GaN, InN, SiNx
	导体			MoN(C), NbN(C), Ta3N5, TaN(C), TiN(C)
氧化物	介电层			Al2O3, BaTiO3, CeO2, HfO2, La2O3, MgO, Nb2O5, SiO2, SrTiO3, Ta2O5, TiO2, Y2O3, ZrO2
	透明导体半导体			CoOx, Ga2O3, In2O3, In2O3:Sn, In2O3:F, In2O3:Zr, NiO, SnO2,  SnO2:Sb,  ZnO, ZnO:Al
	超导材料			YB2Cu3O7-x
	其他三元材料			LaCoO3, LaNiO3,Bax(Y1-x)ZrO3
氟化物		CaF2, MgF2, SrF2, ZnF2
单质材料		Co, Cu, Fe, Ge, Mo,  Ni, Si, Pt, Ru
其他		CuGaS2,  In2S3, La2S3, PbS,SiC

 

 

　　随着前驱体合成技术的发展,原子层沉积技术可沉积的材料会逐渐丰富,欢迎垂询我们。

　　五、ALD原子层沉积镀膜技术可沉积的应用

　　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学和纳米材料等领域具有广泛的应用潜力。就目前已发表的相关论文和报告显示，该技术未来的主要应用领域包括：

　　1、晶体管栅极介电层/半导体及纳米电子学

　　传统的蒸镀、溅射、化学气相沉积技术会产生孔隙和表面层缺陷，而原子层沉积技术能有效的保证厚度的均匀性，重现性好，应力低，化学计量准确，低缺陷密度的非晶结构。而除了普通的氧化物外，还可以用来制备高迁移率的异质结构GaAs/AlGaAs，有机晶体管，纳米管等。

　　Intel早在45nm级处理器就应用了ALD方法制备的高k-HfO2晶体管栅极介电层。而Intel最新量产的 32nm级处理器，对于材料的挥发性，输运方式以及纯度等问题更变得更至关重要，ALD技术的优势和重要性已经更加明显了。目前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、LaAlO3、GdScO3 等。

　　2、金属栅电极

　　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：具有晶体管栅极介电层的所有优点，另外它具有对金属栅电极更少的破坏，附着力强，金属膜光滑，并且用ALD沉积的金属氮化物具有更多的应用。

　　应用如：Ru, WN ,Pt, RuO, TaN, TiN, HfN等。

　　ALD制备的金属栅极也已经作为Intel的新处理器技术的选择。

　　3、金属互连线

　　不断缩小和三维化的大规模集成电路需要更薄、更精确、保型性更好的的相互连接的金属。铜和钨都需要沉积到特殊的深沟槽状的结构内，而ALD技术的100%的保型性可以更进一步的缩小集成电路。

　　应用如：Cu, W, Ru等。

　　4、集成电路互连线扩散阻挡层

　　金属铜集成到大规模电路中需要在金属互连线和的硅、二氧化硅之间加入极薄的防扩散层。由于大部分结构是在狭窄而且较深的通道中，所以沉积方法的保型性非常重要。 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，附着力好。

　　应用如：WN, TaN, Co.等。

　　5、DRAM、MRAM介电层

　　在DRAM介电层应用技术中，体系结构、材料选择和工艺过程是每一个技术点的关键所在。 电容器技术从早先的PIS(聚合物/电介质/硅)改进为现在应用于65nm技术的MIM(金属/电介质/金属)。 原子层沉积Ta2O5、HfO2 尤其是Al2O3已经成功应用于高k电介质中，原子层沉积TiN已经作为金属电极应用于65nm的eDRAM技术中。 ALD的应用已经被证明是高k电介质以及电容器电极的可行性技术。ALD技术能精确地制备出多层金属电容器纳米耐磨层。精确的厚度控制原子层沉积电介质能 够达到高的切断电压、低泄漏以及低损失，并且能为多层电容器制备出更大的CV产品。 由于能够在复杂广阔的材料表面达到均一稳定沉积，这就为大规模生产提供了稳定的基础。

　　可广泛选择的沉积层材料(WN、Pt、Ru、Cu 等)以及高k电介质材料(HfO2、ZrO2 、钛酸盐等)使得制备电容器方面有较为广泛的选择。

　　6、读写磁头

　　在读写磁头的独立的针尖上利用ALD沉积薄膜在磁记录系统的中是非常有效的。ALD技术由于其薄膜技术的快速发展和低成本的批量式薄膜生产系统已经取代了溅射技术在该领域的传统地位。ALD技术制备的氧化铝薄膜应用于量产的读写磁头有几年了。

　　7、微电子机械系统(MEMS)与纳电子机械系统

　　微机电系统(MEMS)包括三维器件作为移动单元，在这个过程中，在三维部件的内部和外部会需要各种各样的薄膜。 ALD技术对这种应用有非常完美的适用性，像金属、氮化物、氧化物在许多情况下就会需要。

　　金属作为导电层，高k介电氧化物作为移动电极的介电层，疏水和抗粘附层，湿法和干法刻蚀的掩膜涂层，MEMS镜面显示器的光学层和介电层，穿透式微型光开关(TMOS)，加速计，压力传感器等

　　8、光电子材料和器件增透膜

　　AR膜在光学产业中相当重要。它通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薄膜，但是AR膜沉积的厚度的精确控制直接影响到了防反射能力，通常在100nm内的薄膜，采用蒸发镀膜厚度偏差在10-15%，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很高的一致性，均匀性小于 1%的薄膜均匀性，有效的提高了防反射能力，可重复性高又极大的降低了成本。 而且，ALD技术能在基体的两个面上同时进行薄膜沉积。

　　9、滤波器

　　1998年起，ALD就已经成为多层结构光学电介质的沉积技术之一。用ZnS和Al2O3作为高低折射率材料进行抗反射包覆、中子束分裂器、高反射包覆， 制成了Fabry-Perot 滤光器。并进行了其光学性能与理论理想结构的材料进行传输和反射分析的研究。 现在，用ALD技术能够达到可控折射率的交互式Al2O3-TiO2的薄膜包覆。这种方法达到了对极薄的包覆层的精确控制，这使得能够制备出梯度折射率的 包覆层，而改善了材料的光学性能，由此可应用于光波传导、窄带滤波器以及宽带光导纤维包覆。

　　10、有机发光显示器反湿涂层

　　OLED显示器会由于水蒸气、氧气等的渗透而使内部的有机发光材料氧化。而一层用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原子层沉积晶体管栅极介电层薄膜也已经成功研制。

　　11、薄膜电致发光(TFEL)元件

　　近期有报道利用ALD技术采用Zn和Se的前驱物成功制备了闪锌矿型的ZnSe材料，这从理论上证明了白色光电致发光材料是能制备出来的。在有些刊物上报道了用ALD技术成功地沉积了蓝-红发光(SrS:Cu)元件。

　　12、太阳能电池

　　ALD技术已经应用于Cu(In,Ga)Se2太阳能电池领域。应用包括沉积大量过渡层(ZnO、ZnS、In2S3 )而在30x30 厘米面积的电池在实验室的条件下测量得到的转换效率高达16.4%。而在染料敏化太阳能电池(DSCC)领域，目前已经利用ALD技术得到包裹纳米导电 Ag颗粒的TiO2薄膜的太阳能电池，该电池的转换效率也得到了极大的提高。

　　13、激光器材料

　　ALD技术使ZnO在不使用高温烧结的条件下自动沉积到玻璃基体上。经检测晶体结构呈完美的立方面心结构，厚度为均一的50层。这使得在室温下就能得到紫外光。这种激光器可获得高功率可调波长的激光。

　　14、防紫外线材料

　　ALD技术的应用使材料得到均一稳定的结构，不用任何其他支持，不用高温(材料不变形)，而且与原来的溶胶凝胶法相比损失更少。

　　15、耐磨涂层

　　ALD技术制备的薄膜可以提高刀锋的锐度和降低摩擦系数。很好的一致性与保型性可以改善边缘强度和耐久性，并且可以沉积大面积的刀片。典型的耐磨涂层有 ZrO2, TiN还有其他的一些材料。而一些磨具同样可以采用ALD技术沉积一些纳米厚度的薄膜，达到耐磨等效果。还有固体润滑剂等领域，可以采用在固体表面沉积 WS2,Al2O3等薄膜达到润滑的效果。在反刻蚀涂层领域，可以沉积一些极薄的钝化膜，达到掩膜的作用。

　　16、其他各类特殊结构纳米薄膜

　　三维的薄膜一致保型性是ALD技术的一个独特的特点。因此在很多高宽深比和超高宽深比领域的微米和纳米级的微孔、管路内沉积薄膜，薄膜的覆盖性和均匀性都非常好。ALD技术的最高沉积宽深比可达1：2000。不管是纳米管、纳米孔、纳米棒、纳米颗粒，还是普通的微型颗粒和异型表面结构均可以实现有效的包裹覆盖功能。应用的领域如：

　　* 内部微孔涂层

　　* 纳米管及纳米纤维

　　* 中空结构表面纳米处理

　　* 纳米粘合

　　* 生物医用材料表面处理

　　* 纳米颗粒包裹