原子层沉积(ALD)和等离子增强型原子层沉积(PE-ALD)原理与应用

2012-08-16

原子层沉积 技术由于其优异的沉积均匀性和一致性,沉积参数如厚度,结构的高度可控性,使得其在微、纳级电子和纳米材料等领域具有广泛的应用潜力。目前可以沉积的薄膜不仅包括氧化物,硫化物,甚至还扩展至化合物半导体薄膜。以Al2O3薄膜的原子层沉积过程解释其基本原理,如下:


(a)基底表面的原生吸附

(b)三甲基铝与表面的羟基发生反应

(c)表面吸附铝甲基基团至饱和

(d)剩余的三甲基铝和甲烷被抽走

(e) 水蒸汽输入腔体,H2O与
甲基基团反应,产生Al-O桥键

(f) 表面被羟基钝化,产物为甲烷

(g)多余的水蒸汽和甲烷被抽走

(h)再次开始新一轮循环
表面第一层Al2O3生成

SENTECH新开发的ALD原子层沉积系统可实现热原子层沉积和等离子增强原子层沉积两种方式,该系统已在Braunschweig University of Technology 安装并投入使用。对热原子层沉积和等离子增强原子层沉积薄膜的测试结果表明,该系统性能非常出色,目前主要用于生长高致密、高均匀性薄膜的沉积, 包括钝化层、介质层、阻挡层和接触层等。

沉积Al2O3和ZnO薄膜作为钝化层、介质层、阻挡层等,应用广泛。 在原子层沉积(ALD)的每一个工艺循环过程中,前驱物分步进入真空反应腔室,因而可精确控制薄膜厚度和薄膜特性。与传统的CVD或PECVD相比,ALD原子层沉积有极出色的保形沉积特性。

应用举例

等离子增强原子层沉积 Al2O3 :
- 前 驱 物: 三甲基铝 (TMA: C3H9Al)
- 氧原子源: 等离子体产生氧原子O“
- 基底温度: 80 - 200℃
 
34.6 nm ALD-Al2O3 ,膜厚有出色的均匀性
在4寸晶圆上均匀性优于+/- 0.1%
基底温度 200℃
ALD-Al2O3折射率变化
4寸晶圆,基底温度200℃
(1.646 +/- 0.1 % at 632.8nm)
热沉积ZnO :
- 前 驱 物: 二乙基锌 (DEZ: C4H10Zn)
- 氧原子源: 水 (H2O)
- 基底温度: 150℃
 
40.25nm ALD-ZnO,膜厚有出色的均匀性
在4寸晶圆上均匀性优于+/- 2%
基底温度 150℃
ALD-ZnO折射率分布情况
4寸晶圆,基底温度200℃
(1.915 +/- 0.6 % at 632.8nm)

SENTECH等离子原子层沉积系统(ALD)最大支持8寸晶圆,基底可升温至550℃,反应腔可升温至180℃。可灵活升级定制气体管路、前驱物管路,等离子源、Loadlock等。

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