原子层沉积（ALD）

原子层沉积（Atomic Layer Deposition，ALD）是一种先进的沉积技术，允许以精确控制的方式沉积数纳米厚度的薄膜。ALD不仅提供了出色的厚度控制和均匀性，还能够对高长宽比结构进行全覆盖的包覆。

ALD依赖于自限制的表面反应，因此针孔和微粒含量通常很低，有利于广泛的应用。薄膜和界面控制水平以及所提供的高薄膜质量是许多应用所追求的。使用等离子体可以改善薄膜性能，控制薄膜，并使用多种材料。独特灵活的表面预处理可实现低损伤加工。

原子层沉积工艺

原子层沉积通常包括4个步骤的循环，根据需要重复多次，以达到所需的沉积厚度。以下是以Al₂O₃的ALD为例，使用了Al(CH₃)（TMA）和 O₂等前驱体物质。

步骤 1)在基底上添加TMA前驱体蒸汽，TMA 会吸附在基底表面并与之发生反应。通过选择适当的前驱体物质和参数，该反应会自限制。

步骤 2)清除所有残留的前驱体和反应产物。

步骤 3)使用活性氧自由基对表面进行低损伤远程等离子体照射，使表面氧化并去除表面配位体，由于表面配位体的数量有限，该反应也具有自限性。

步骤 4)清除室内的反应产物。

只有第3步在热处理工艺和等离子体工艺之间有所不同，热工艺过程使用H₂O，而等离子体工艺使用O₂等离子体。由于ALD过程每个周期沉积（亚）英格厚度的薄膜，因此可以在原子尺度上控制沉积过程。

1st Half-Cycle

Purge

2nd Half-Cycle

Purge

热 ALD

即使在高长宽比和复杂结构中，也可以实现高度整形的涂层。
原子层沉积技术可应用于多种材料，例如：
- 氧化物：

Al₂O₃, HfO₂, SiO₂, TiO₂, SrTiO₃, Ta₂O₅, Gd₂O₃, ZrO₂, Ga₂O₃, V₂O₅, Co₃O₄, ZnO, ZnO:Al, ZnO:B, In₂O₃:H, WO₃, MoO₃, Nb₂O₅, NiO, MgO, RuO₂

- 氟化物：MgF₂, AlF₃
- 有机-杂化材料：Alucone
- 氮化物：TiN, TaN, Si₃N₄, AlN, GaN, WN, HfN, NbN, GdN, VN, ZrN
- 金属：Pt, Ru, Pd, Ni, W
- 硫化物：ZnS, MoS₂

等离子体增强ALD（PE-ALD）

除了热ALD的优点之外，PEALD还能提供更广泛的前驱体化学选择，从而提高薄膜质量：

等离子体可实现低温 ALD 过程，而远程源可保持低等离子体损伤
无需用水作为前驱体，减少了ALD循环之间的净化时间，尤其是在低温条件下
通过改进杂质去除，提高薄膜质量，从而降低电阻率、提高密度等
通过使用氢等离子体实现有效的金属化学反应
能够控制化学计量/相位/相变
减少成核延迟
等离子体表面处理
可对某些材料进行腔室等离子体清洗

使用高速等离子体ALD SiO₂对高长宽比（15:1）结构进行高度整形的涂层覆盖。

使用埃因霍温科技大学提供的FlexAL ALD沉积的Al2O₃

等离子体ALD对SiO₂, TiO₂ and Al2O₃的高度整形沉积，图片由www.AtomicLimits.com提供，采用CC BY 4.0许可证，出自2021年图像库。

ALD 的主要特点

由我们的工程师制定的有保证的工艺流程
等离子体表面预处理
氧化物
- 低温加工，材料质量高
- 掺杂和混合
氮化物
- 低电阻率
- 低含氧量、高折射率
金属
- 使用等离子体可减少成核延迟
- 低温沉积
基底偏压：
- 在等离子体ALD中，控制材料特性
  - 应力、密度、结晶度（及其他）
- 在等离子体ALD之前预先清洁基底表面
  - 刻蚀 Al₂O₃, HfO₂, SiO₂, Si₃N₄
- 在等离子体之后，用ALD来改变材料和表面特性
可选择基底偏压，以进一步控制工艺和改善材料性

广泛的材料范围

原子层沉积技术可应用于多种材料，并且我们的工艺工程师可保证和设置多种工艺。对于新型工艺，我们丰富的工艺知识和庞大的网络使我们能够提供起点配方，这些配方应该是快速实现稳健工艺的良好起点。

通常，基于等离子体的工艺，可利用我们的等离子体知识和对MFC控制的气体混合物（包括有毒气体）的处理来提供。

二维材料

原子层沉积（ALD）也可以用于生长二维材料，这是一项新的发展，旨在实现高质量的MoS2薄膜。ALD的化学控制有望利用其在CMOS兼容温度下对大面积（200毫米晶圆）进行数字精确厚度控制的独特性质，以实现二维硫化物的应用。

金属	氟化物	硫化物
Pt	AlF₃	MoS₂
Ru	MgF₂

氧化物	氮化物
Al₂O₃	AlN
Co₃O₄
Ga₂O₃	GaN
HfO₂	HfN
In₂O₃
Li₂CO₃
MoO₃
Nb₂O₅	Nb₂O₅
NiO
SiO₂	SiO₂
SnO₂
Ta₂O₅	TaN
TiO₂	TiN
WO₃	WN
ZnO
ZrO2

我们很高兴为您介绍埃因霍温理工大学 (TU/e) 两名博士生的研究项目。作为工程科学和技术领域的领先大学，TU/e一直致力于创新工艺技术，旨在推动原子层沉积（ALD）这项先进的沉积技术在工业应用中的发展，该技术允许以原子级厚度控制沉积超薄薄膜。

牛津仪器等离子体技术公司与埃因霍温理工大学合作15年后，我们将继续推动ALD的研究和开发，这是纳米制造众多应用中发展最迅速的技术之一。两位研究学生Karsten Arts和Marc Merkx都使用了牛津仪器公司的FlexAL ALD系统，该系统配备了远程电感耦合等离子体源，可实现高质量沉积。

阅读完整的案例研究

Atomfab-用于HVM的ALD系统

速度|性能|等离子体

Atomfab是市场上速度最快的HVM远程等离子体ALD系统，专为制造GaN HEMT和射频（RF）器件而设计。

具有竞争力的 CoO

快速、易于维护

优异的薄膜均匀性

材料质量高

基底损伤小

	PlasmaPro ASP	FlexAL	Atomfab
装载方式	装载锁或盒式处理器	装载锁或盒式	盒式处理器。型号为Brooks MMX，它附带一个对准器。此外，还可以选择添加一个冷却站作为可选配置。
基底	处理最大直径为200 mm的晶圆和载板上的其他部件	处理最大直径为200 mm的晶圆和载板上的其他部件。	可以配置为适用于直径为200mm、150mm或100mm的晶圆的处理。
气泡化的液体&固体前驱体	多达6种前驱体，鼓泡或蒸汽吸取	多达8种前驱体，外加水、臭氧和气体	蒸汽吸取前驱体
最高前驱体源温度	最高200°C	200ºC	高蒸汽压前驱体冷却至室温以下，以进行可控和可重复的投放
MFC控制的气体管道与快速投放系统；1）热气体前趋体（如 NH<sub>3</sub>, O<sub>2</sub>) 2) plasma gases (e.g. O<sub>2</sub>, N<sub>2</sub>, H<sub>2</sub>）	设备上有4个可配置（有毒或无毒管路）线路气舱以及1个固定的氩气舱	最多 10 个外部安装的气舱	设备上有4个可配置（有毒或无毒管路）线路气舱以及1个固定的氩气舱

原子层沉积（ALD）

白皮书

用于量子器件的 ALD

用于氮化镓电力电子器件的ALD和ALE

面向钙钛矿太阳能电池的ALD

博客

面向二维材料的原子层沉积（ALD）

原子层沉积是如何工作的？

亮点