ALD介紹

原子層沉積（Atomic layer deposition，ALD）是一種可以沉積單分子層薄膜的特殊的化學(xué)氣相沉積技術(shù) 。

有別于化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD），這兩種方式要么是通過氣體的化學(xué)反應(yīng)在晶圓表面沉積所需物質(zhì)，要么是通過轟擊離子束的物理過程沉積所需物質(zhì)。 ALD利用順序暴露的化學(xué)反應(yīng)物，每種反應(yīng)物在分隔的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行自限制（Self-limiting）的沉積 。

在CVD中，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生于氣相中或在襯底的表面上，但 在ALD中，化學(xué)反應(yīng)僅在襯底表面發(fā)生，從而阻止了氣相的化學(xué)反應(yīng) 。簡單來說，如果想在晶圓表面上沉積薄薄的一層A物質(zhì)，則要先備好經(jīng)反應(yīng)后可生成A物質(zhì)的反應(yīng)物B和C。反應(yīng)物B必須是容易被晶圓表面吸附的氣體（前驅(qū)體，Precursor），反應(yīng)物C則應(yīng)具有較強(qiáng)的反應(yīng)活性。

在ALD中，先把氣體B吸附到晶圓表面，如果氣體B之間很難相互吸附，晶圓表面將形成一層由氣體B組成的原子層。然后，除去剩余氣體B并輸入氣體C， 使吸附在晶圓表面上的氣體B和氣體C發(fā)生反應(yīng) ，形成A物質(zhì)和其他副產(chǎn)物氣體，再除去多余的氣體C和副產(chǎn)物氣體。

以生長ALD-Al2O3薄膜為例，可以非常好的解釋，ALD利用順序暴露的化學(xué)反應(yīng)物。下圖中（a） Al(CH3)3（三甲基鋁，TMA）和OH·Si反應(yīng)，生成AlO(CH2)2·Si和CH4 。

通過化學(xué)反應(yīng)移除副產(chǎn)物CH4和尚未反應(yīng)的TMA，如圖（b）所示。下圖（c）中， AlO(CH3)2·Si和H2O發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生AlO(OH)2·Si和CH4 。通過化學(xué)反應(yīng)移除副產(chǎn)物CH4和未反應(yīng)的水，如圖（d）所示。兩個(gè)反應(yīng)不斷重復(fù)發(fā)生，以生成ALD-Al2O3薄膜。

參考ALD-AL2O3薄膜的化學(xué)式，可以發(fā)現(xiàn)，薄膜的厚度只取決于反應(yīng)周期的次數(shù)。不斷重復(fù)上述過程，以單原子膜形式一層一層地在基底表面鍍膜。 這也顯示了ALD技術(shù)主要受限于其沉積速率，因?yàn)锳LD一個(gè)周期只能沉積一層原子層，需要逐次沉積，沉積速率也慢了下來 。

OH·Si+Al(CH3)3->AlO(CH3)2·Si+CH4

AlO(CH3)2·Si+2H2O->AlO(OH)2·Si+2CH4

總結(jié)

未來集成電路技術(shù)所需薄膜越來越薄，雖然ALD自身存在著沉積速率低的問題，但在電容、柵極和互連線上，ALD顯示了其獨(dú)特的優(yōu)勢。