原子层沉积培训PPT

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1、原子层沉积培训公共技术平台2014-8-29赵华波培训类容ALD技术原理介绍ALD的特点及应用ALD的工艺流程单原子层沉积（atomiclayerdeposition，ALD），起初称为原子层外延(AtomicLayerEpitaxy)；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

2、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。前言典型的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

3、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

4、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、

5、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。金属栅电极（metalgate）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。应用如：Ru,WN,Pt,RuO,TaN,TiN

6、,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。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-TiO

7、2。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

8、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+=用啤酒和水沉积的Al2O3Al2O3grownwithH2O/TMAAl2O3grownwithbeer/TMACMOSHigh-kDielectricsSemiconductorMemoryGatedielectri