Là một quy trình sản xuất màng mỏng có độ chính xác cao và có thể kiểm soát được,lắng đọng lớp nguyên tử(ALD) đang được sử dụng ngày càng nhiều trong các ứng dụng. Nhưng nhiều bạn vẫn hỏi về sự khác biệt giữalắng đọng hơi hóa học(CVD) và lắng đọng lớp nguyên tử (ALD). Hôm nay, chúng tôi sẽ giải thích ba khía cạnh: hiệu suất phản ứng, tính đồng nhất và nhiệt độ phản ứng.
Lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) là kỹ thuật lắng đọng màng mỏng dựa trên việc sử dụng liên tục các quá trình hóa học ở pha khí; Nó là một phân lớp của lắng đọng hơi hóa học. Hầu hết các phản ứng ALD sử dụng hai chất hóa học gọi là tiền chất (còn gọi là chất phản ứng). Những tiền chất này lần lượt phản ứng với bề mặt vật liệu một cách tuần tự và tự giới hạn. Bằng cách tiếp xúc nhiều lần với từng tiền chất riêng lẻ, màng sẽ lắng đọng dần dần. ALD là một quy trình quan trọng để sản xuất các thiết bị bán dẫn và là một phần của bộ công cụ tổng hợp vật liệu nano.
Trong quá trình lắng đọng hơi hóa học (CVD), các tiền chất được đưa đồng thời và liên tục vào lò phản ứng, và các tiền chất này phản ứng với nhau trên bề mặt chất nền nóng. Tốc độ lắng đọng có thể cao hơn ALD nhưng độ bám dính của lớp phủ kém, không đủ đậm đặc và không đồng đều.
Do CVD không có khả năng tự thụ động nên không thể tạo thành lớp phủ có tỷ lệ khung hình cao đồng nhất. Quá trình CVD tạo ra độ dày thấp hơn nhiều so với bề mặt nền do nồng độ tiền chất trong rãnh hoặc lỗ thấp hơn. CVD thường yêu cầu nhiệt độ bề mặt cao hơn.
Ưu điểm của lắng đọng lớp nguyên tử ALD
1. Bằng cách kiểm soát số chu kỳ lắng đọng, độ dày của màng có thể được kiểm soát với độ chính xác dưới nanomet, thể hiện khả năng lặp lại tuyệt vời.
2. Lớp phủ có độ nhám rất thấp và tuân thủ đầy đủ độ cong của bề mặt.
3. Sự phù hợp 3D hoàn hảo và độ bao phủ 100% bước: lớp phủ đồng nhất và mịn xung quanh các mẫu phẳng, xốp bên trong và dạng hạt.
4. Lớp phủ thậm chí có thể phát triển bên dưới các hạt bụi trên bề mặt để ngăn chặn các lỗ kim xuất hiện.
5. Do liên kết cộng hóa trị với bề mặt hoặc đôi khi thậm chí xuyên qua (của polyme), nó có độ bám dính tuyệt vời. Nó thậm chí còn dính vào polytetrafluoroethylene!
6. Dễ dàng mở rộng hàng loạt (nhiều chất nền có thể được xếp chồng lên nhau và phủ đồng thời, với độ đồng đều độ dày lớp phủ hoàn hảo).
7. Diện tích lớn với độ dày đồng đều, thậm chí vượt quá kích thước mét.
8. Quá trình lắng đọng nhẹ của các chất nhạy cảm thường không cần đến huyết tương.
9. Cửa sổ quy trình rộng (không nhạy cảm với nhiệt độ hoặc thay đổi liều lượng tiền chất).
10. Mật độ khuyết tật thấp
11. Nó có thể ở dạng vô định hình hoặc kết tinh, tùy thuộc vào chất nền và nhiệt độ
12. Tùy chỉnh các đặc tính vật liệu thông qua điều khiển kỹ thuật số các bánh sandwich, cấu trúc dị thể, nanolaminate, oxit hỗn hợp, lớp gradient và pha tạp.
13. Các công thức tiêu chuẩn và dễ dàng nhân rộng cho oxit, nitrua, kim loại, chất bán dẫn, v.v.
14. Tất cả các loại vật thể đều có thể được phủ: tấm wafer, thành phần 3D, màng, vật liệu xốp và thậm chí cả bột có kích thước từ nanomet đến mét.
15. Thiết bị phủ chắc chắn, bền, dễ vận hành và có thể mở rộng mà không cần chân không cực cao. Ngay cả ALD trong khí quyển cũng có thể xảy ra.
Hiệu quả của quá trình lắng đọng lớp nguyên tử
Như đã biết, quá trình phát triển của công nghệ lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) khá chậm, cần khoảng 1 giây/chu kỳ cho 1 lớp nguyên tử. Tuy nhiên, một số biến thể nhanh hơn nhiều, đặc biệt là lò phản ứng dòng chảy được tối ưu hóa nhanh chóng (1-5 nm/s) và ALD không gian (1-10 nm/s).
Tuy nhiên, do đặc tính tự thụ động vốn có của công nghệ ALD, hàng nghìn chất nền có thể được nạp vào lò phản ứng, mang lại tốc độ phủ cực nhanh, đồng đều và có thể lặp lại cho từng thành phần! Ngoài ra, có thể sử dụng ALD cuộn để cuộn, trong đó tốc độ cuộn có thể rất cao (so với ALD không gian) khi sử dụng nhiều đầu phủ.
Nhưng khi ALD được áp dụng cho chất nền dạng bột có diện tích bề mặt riêng cao, thời gian phát triển trên mỗi chu kỳ sẽ dài hơn, thậm chí lên tới 1 giờ, do cần có thời gian để thổi.
Nhiệt độ cần thiết cho sự lắng đọng lớp nguyên tử
Trong ALD, phạm vi nhiệt độ bề mặt thích hợp để lắng đọng là từ nhiệt độ phòng đến 800 độ, nhưng hầu hết sự lắng đọng xảy ra ở khoảng 100-200 độ. Khi nhiệt độ trên 100 độ C, hơi nước, thường được sử dụng làm chất phản ứng, bay hơi nhanh khỏi bề mặt và thành. Vì vậy, sử dụng nhiệt độ trên 100 độ C sẽ cho tốc độ luân chuyển giữa các tiền chất nhanh hơn.
Ở nhiệt độ cao, một số vật liệu có thể đạt được sự tăng trưởng epiticular. Nếu lớp lắng đọng phù hợp với cấu trúc tinh thể của chất nền thì có thể hình thành một lớp phủ tinh thể đơn, được gọi là epit Wax lớp nguyên tử!
Các loại lớp phủ được hỗ trợ bởi quá trình lắng đọng lớp nguyên tử
1. Oxit: Al2O3,CaO,CuO,Er2O3,Ga2O3, HfO2,La2O3,MgO,Nb2O5,Sc2O3,SiO2 ,Ta2O5,TiO2,VXOY,Y2O3,Yb2O3,ZnO Đợi;
2. Nitrua: AlN, GaN, TaNX, TiAlN, TiNX, v.v;
3. Cacbua: TaC, TiC, v.v;
4. Kim loại: Ir, Pd, Pt, Ru, v.v;
5. Sunfua: ZnS, SrS, v.v;
6. Fluoride: CaF2, LaF3, MgF2, SrF2, v.v;
7. Vật liệu sinh học: Ca10 (PO4) 6 (OH) 2 (hydroxyapatite), v.v;
8. Polyme: PMDA-DAH, PMDA-ODA, v.v;
ALD cũng có thể được sử dụng để pha tạp và trộn các cấu trúc khác nhau để tạo thành các hỗn hợp hữu cơ kim loại.
Tiềm năng của ALD tiếp tục mở rộng
Ví dụ, một ứng dụng có nhiều hứa hẹn là lắng đọng các vùng chọn lọc bằng cách sử dụng các màng chọn lọc hiện có. Các nhà nghiên cứu hiện đang phát triển các phương pháp lắng đọng kim loại và chất điện môi tại các vị trí cụ thể, về cơ bản là một phương pháp đồ họa khác.
Tính chọn lọc lần đầu tiên đã trở thành đặc tính màng quan trọng nhất và rất quan trọng cho việc tích hợp các nút công nghệ 5nm đến 3nm. ALD cũng đang được khám phá để cải thiện khả năng kiểm soát vùng phủ sóng hoặc căn chỉnh chính xác các mẫu mới với các mẫu hiện có.
Bất kỳ sự lệch hoặc lệch nào của các tiếp điểm điện cấp thấp hơn sẽ làm giảm độ dẫn điện và có tác động tiêu cực đến hiệu suất của chip.
Người ta kỳ vọng rằng công nghệ lớp nguyên tử sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc thúc đẩy sản xuất chất bán dẫn tiên tiến. Với vai trò hỗ trợ kỹ thuật quan trọng, ALD sẽ tiếp tục phát triển và được tích hợp vào thế hệ thiết bị tiếp theo để giải quyết những thách thức về cấu trúc mới và chiến lược mở rộng quy mô.
