Kao visoko precizan i kontrolisan proizvodni proces tankog filma,taloženje atomskog sloja(ALD) se koristi u sve većem broju aplikacija. Ali mnogi prijatelji i dalje pitaju o razlici izmeđuhemijsko taloženje pare(CVD) i taloženje atomskog sloja (ALD). Danas ćemo objasniti sa tri aspekta: efikasnosti reakcije, uniformnosti i temperature reakcije.
Taloženje atomskim slojem (ALD) je tehnika taloženja tankog filma zasnovana na kontinuiranoj upotrebi hemijskih procesa u gasnoj fazi; To je podklasa hemijskog taloženja pare. Većina ALD reakcija koristi dvije kemikalije koje se nazivaju prekursori (također poznate kao reaktanti). Ovi prekursori reagiraju s površinom materijala jedan po jedan na sekvencijalni i samoograničavajući način. Višekratnim izlaganjem pojedinačnim prekursorima, film se polako taloži. ALD je ključni proces za proizvodnju poluvodičkih uređaja i dio alata za sintezu nanomaterijala.
Kod hemijskog taloženja iz pare (CVD), prekursori se istovremeno i kontinuirano unose u reaktor, a ti prekursori međusobno reaguju na površini vruće podloge. Brzina taloženja može biti veća od ALD, ali je adhezija premaza loša, nedovoljno gusta i neujednačena.
Zbog nedostatka samopasivacije u CVD-u, također je nemoguće formirati jednoličan premaz visokog omjera širine i visine. CVD proces rezultira mnogo manjom debljinom od površine podloge zbog niže koncentracije prekursora u rovu ili rupi. CVD obično zahtijeva više temperature podloge.
Prednosti taloženja atomskog sloja ALD
1. Kontrolom broja ciklusa taloženja, debljina filma se može kontrolisati sa sub nanometarskom preciznošću, pokazujući odličnu ponovljivost.
2. Premaz ima vrlo malu hrapavost i u potpunosti prati zakrivljenost podloge.
3. Savršena 3D usklađenost i 100% pokrivenost koraka: ujednačen i glatki premaz oko ravnih, iznutra poroznih i zrnatih uzoraka.
4. Premaz može čak rasti ispod čestica prašine na podlozi kako bi spriječio pojavu rupica.
5. Zbog kovalentnih veza sa površinom ili ponekad čak i penetracije (polimera), ima odličnu adheziju. Lepi se čak i za politetrafluoroetilen!
6. Lako se širi u šarži (mnoge podloge se mogu slagati i premazati istovremeno, sa savršenom ujednačenošću debljine premaza).
7. Velika površina sa ujednačenom debljinom, čak i preko metra.
8. Blagi proces taloženja osjetljivih supstrata obično ne zahtijeva plazmu.
9. Široki prozor procesa (neosjetljiv na temperaturu ili promjene doze prekursora).
10. Mala gustina defekta
11. Može biti amorfna ili kristalna, u zavisnosti od podloge i temperature
12. Prilagodite svojstva materijala putem digitalne kontrole sendviča, heterostruktura, nanolaminata, miješanih oksida, gradijentnih slojeva i dopinga.
13. Standardne i lako ponovljive formule za okside, nitride, metale, poluprovodnike, itd.
14. Mogu se premazati sve vrste objekata: oblatne, 3D komponente, film, porozni materijali, pa čak i prahovi veličine od nanometara do metara.
15. Oprema za premazivanje je čvrsta, izdržljiva, laka za rukovanje i proširiva, bez potrebe za ultra-visokim vakuumom. Moguća je čak i atmosferska ALD.
Efikasnost procesa taloženja atomskog sloja
Kao što je poznato, proces rasta tehnologije taloženja atomskog sloja (ALD) je prilično spor i zahtijeva oko 1 sekundu po ciklusu za 1 atomski sloj. Međutim, neke varijante su mnogo brže, posebno brzo optimizirani protočni reaktor (1-5 nm/s) i prostorni ALD (1-10 nm/s).
Međutim, zbog svojstava samopasivacije ALD tehnologije, hiljade supstrata se mogu ubaciti u reaktor, što rezultira izuzetno brzim, ujednačenim i ponovljivim brzinama premaza za svaku komponentu! Alternativno, može se koristiti roll to roll ALD, gdje brzina rolne može biti vrlo visoka (u poređenju sa prostornim ALD) kada se koristi mnogo glava za premazivanje.
Ali kada se ALD nanosi na praškaste podloge sa visokom specifičnom površinom, vrijeme rasta po ciklusu će biti duže, čak i do 1 sat, zbog vremena potrebnog za puhanje.
Temperatura potrebna za taloženje atomskog sloja
U ALD, odgovarajući raspon temperature podloge za taloženje je od sobne temperature do 800 stepeni, ali većina taloženja se dešava oko 100-200 stepena. Kada je temperatura iznad 100 stepeni C, vodena para, koja se obično koristi kao jedan od reaktanata, brzo isparava sa podloge i zidova. Stoga će korištenje temperatura iznad 100 stepeni C rezultirati bržim brzinama cirkulacije između prekursora.
Na visokim temperaturama, određeni materijali mogu postići epitaksijalni rast. Ako naneseni sloj odgovara kristalnoj strukturi supstrata, može se formirati jednokristalni premaz, što se naziva epitaksija atomskog sloja!
Tipovi premaza podržani procesom nanošenja atomskog sloja
1. Oksid: Al2O3,CaO,CuO,Er2O3,Ga2O3, HfO2,La2O3,MgO,Nb2O5,Sc2O3,SiO2,Ta2O5,TiO2,VXOY,Y2O3,Yb2O3,ZnO Sačekajte;
2. Nitridi: AlN, GaN, TaNX, TiAlN, TiNX, itd;
3. Karbidi: TaC, TiC, itd;
4. Metali: Ir, Pd, Pt, Ru, itd;
5. Sulfidi: ZnS, SrS, itd;
6. Fluoridi: CaF2, LaF3, MgF2, SrF2, itd;
7. Biomaterijali: Ca10 (PO4) 6 (OH) 2 (hidroksiapatit), itd;
8. Polimeri: PMDA-DAH, PMDA-ODA, itd;
ALD se također može koristiti za dopiranje i miješanje različitih struktura za formiranje metalnih organskih hibrida.
Potencijal ALD-a nastavlja da se širi
Na primjer, vrlo obećavajuća primjena je taloženje selektivnih regija korištenjem postojećih selektivnih membrana. Istraživači trenutno razvijaju metode za taloženje metala i dielektrika na određenim lokacijama, što je u suštini drugačiji grafički pristup.
Selektivnost je po prvi put postala najvažnije svojstvo membrane i ključna je za integraciju 5nm do 3nm tehnoloških čvorova. ALD se također istražuje kako bi se poboljšala kontrola pokrivenosti ili kako bi se novi obrasci precizno uskladili sa postojećim obrascima.
Svaki pomak ili neusklađenost električnih kontakata nižeg nivoa će smanjiti provodljivost i imati negativan uticaj na performanse čipa.
Očekuje se da će tehnologija atomskog sloja igrati sve važniju ulogu u promoviranju napredne proizvodnje poluvodiča. Kao ključna tehnička podrška, ALD će nastaviti da se razvija i integriše u sljedeću generaciju uređaja kako bi se suočio s izazovima novih struktura i strategija skaliranja.
