Научете за технологията за подготовка на тънки филми за отлагане на атомен слой (ALD)

Въведение в общите техники за растеж на филма

(1) Технология за тънък филм на CVD
CVD технологията е процес на растеж на филма чрез химическа реакция на повърхността на субстрата във вакуумна среда, а краткото време на процеса и високата плътност на подготвения филм правят CVD технологията все повече и повече при изготвянето на неорганични бариерни слоеве в процеса на капсулиране на филма.

0040-02544 горната част на тялото, dps metal

0040-09094 камера 200 мм
(2) технология за тънък филм PECVD
Плазменото засилено отлагане на химически пари (PECVD) използва плазма за компенсиране на ниската реактивност, причинена от прекурсори на реакция или температури на процеса.

(3) Технология за отлагане на атомен слой
Подобно на технологията на CVD, отлагането на атомния слой (ALD) също е технология за подготовка на тънък филм, базирана на химическата реакция на повърхността на субстрата, а в допълнение към подобни условия на растеж на филма, някои предшественици се използват и между двата процеса.
Разликата е, че CVD технологията поддържа съвместното съществуване на двата прекурсорни материали във вакуумна реакционна камера и хемисорбцията възниква върху повърхността на субстрата, за да образува тънък филм. The surface chemical reaction established by ALD technology is that each precursor material occurs independently and alternately, and each precursor material has self-limiting reaction characteristics, and the corresponding self-limiting surface half-reaction grows the substance layer by layer on the substrate surface in the form of a single atomic layer, and the continuous self-limiting surface reaction meets the needs of single atomic layer control and conformal deposition in the process of thin film растеж.
Процесът на повърхностна реакция на ALD технологията е непрекъснат и самоограничаващ се, както е показано на фигурата по-долу.

Типичните ALD процеси често използват бинарни реакционни последователности за растеж на тънките филми, а двамата прекурсори завършват съответните си полуреакции последователно на повърхността на субстрата, за да постигнат еднослоен процес на отлагане на бинарен съставен филм. Активният сайт на повърхността на субстрата е основата за растежа на ALD филми, така че субстратът често въвежда активното място или увеличава активната плътност на мястото чрез някаква повърхностна предварителна обработка, преди да започне процесът на растеж на филма. Например, количеството на хидроксилни групи (-OH) на повърхността на субстрата може да бъде значително увеличено с помощта на кислородна плазма (O2 плазма) или ултравиолет, както е показано, както е показано.
Двоичната реакционна последователност, участваща в процеса на ALD, е разделена на четири етапа, както е показано на фигура (б).
Първо, прекурсорът А се въвежда в реакционната камера и активното място на повърхността на субстрата претърпява самоконфинирана повърхностна реакция към адсорб единичен атомен слой и произвежда съответните странични продукти, а след това цялата кухина и тръбопровода се прочистват с инертен газ AR, за да се изпратят остатъчния прекурсор A и реакционните странични продукти. Next, precursor B enters the reaction chamber and undergoes a self-confined surface reaction with the active site provided by precursor A, adsorbs another layer of monoatomic layers with the production of by-products, and finally, Ar again acts as a cleaning gas to expel the residual precursor B and the corresponding by-products, and the reexposed active site is able to react with precursor A. At this point, a cycle ends and a Слоят на продукта завършва растежа. Повторете горния цикъл n пъти, за да персонализирате параметрите на ALD процеса според нуждите на използването. Тъй като броят на активните места на повърхността на субстрата е ограничен, повърхностният материал, отложен от полуреакцията, също е ограничен, съответстващ на факта, че всяка полуреакция на повърхността има собствено състояние на насищане. Ако всяко от двете независими полуреакции на повърхността се самоограничава, тогава двете реакции могат да се провеждат непрекъснато, редуване, за да се получи процес на отлагане на слой по слой на тънки филми, който е контролируем на атомно ниво. Процесът на ALD се контролира от повърхностни химични реакции, които не влизат в контакт в газовата фаза, тъй като повърхностните реакции са последователни и редуващи се, а разделянето на двете инхибира възможното появяване на реакции на газова фаза, подобни на CVD, като избягва появата на продукти на частици на повърхността на филма. Въпреки че материалът на предшественика има самоограничаващи се реакционни характеристики, реакцията на повърхностните активни места също има последователен ред поради различните дебити на газ на предшественика. Прекурсорите могат да бъдат физически адсорбирани под формата на сили на ван дер Ваал в региона, където повърхностната реакция е завършена и впоследствие десорбира от този регион, като продължава да реагира с други нереагирали повърхностни региони и да произвежда конформално отлагане. Тъй като ALD избягва случайността на потоците на прекурсора, самоограничаващият се характер на повърхностните реакции също води до нестатистично отлагане, което причинява всяка повърхностна полуреакция да се задвижва до почти насищане. В резултат на това филмът, отглеждан на ALD, е много гладък и конформален за оригиналния субстрат. Тъй като по време на растежа на филма няма почти не останали повърхностни активни сайтове, филмът има тенденция да бъде непрекъснат и без пръсти. Това свойство е много важно за приготвянето на отлични диелектрични филми и бариерни филми за водна пара.

Приложение на ALD Thin Film Technology

Понастоящем ALD технологията има страхотни перспективи за приложение при подготовката на ултра тънки и ултра-фини филми. Типични материали за тънък филм като Al2O3, SiO2 и ZnO са използвани в различни електроника.
През последните години отлагането на тънки филми и манипулацията на компонентите се използват широко при микро\/нанофабрикационни техники като механична структура, галванична изолация и връзка. Международната пътна карта за разработка на полупроводникови технологии (ITRS) прилага ALD технологията за производство на високо диелектрични оксиди за постоянна порта в конструкции на MOSFET и медни дифузионни бариерни слоеве при връзки на задния край. Due to the miniaturized layout of the semiconductor process and the resulting high aspect ratio structure of the product, the precise control and conformal coating of thin film deposition technology has become a key technical requirement, and the ALD process provides an effective solution to this requirement.In addition, due to the excellent compactness of the thin film grown by ALD technology, it can form a good barrier barrier for gas molecules within 100 nanometers thickness, and the Ултра тъката филмова форма осигурява важна техническа поддръжка за гъвкави приложения на продукти. Следователно, настоящата ALD технология се счита за един от ефективните методи за защита на оптоелектронните устройства в бъдеще, а технологията за опаковане на тънък филм, базирана на ALD, показва по -тънко тегло на пакета и по -добра гъвкавост от съществуващите методи за опаковане.
Професор SF Bent от университета в Станфорд смята, че ALD ще бъде ефективно решение на проблема с капсулирането на тънките филми поради прецизния си и контролируем растеж в атомния мащаб. At present, a lot of research work has been carried out on inorganic materials such as Al2O3, ZrO2, SiO2, and HfO2 prepared by ALD technology, and excellent packaging results have been obtained.However, thin film encapsulation materials based on ALD technology are usually dominated by oxides, and the existence of stable binary bonds between metal and oxygen atoms in the molecular structure leads to a high Young's modulus of oxide films, and Филмите са склонни да бъдат твърди с увеличаване на плътността и дебелината на филмите.

В допълнение, за да се отговори на нуждите на нискотемпературно отлагане, плазменият ALD (плазмено засилено отлагане на атомен слой) (PEALD) често се използва за компенсиране на липсата на нискотемпературна реактивност, но въвеждането на O2 плазма носи голям остатъчен стрес във вътрешността на филма. Вътрешните свойства на неорганичните материали се приписват на растежа на ALD, като ниска пластичност, ниска здравина на счупване и висока бритълност, ограничават издръжливостта и надеждността на неорганичните капсулиращи материали по време на механично движение.
Подобно на ALD технологията, технологията за отлагане на молекулен слой (MLD) дава възможност за отлагане на монослоеви слой по слой върху повърхността на субстратите и често се използва за растеж на органични или органично-неорганични хибридни материали. Заслужава да се отбележи, че често има някои органични компоненти, въведени в MLD технологията, а органичните или органичните неорганични хибридни филми, приготвени от него, имат отлични механични свойства. Въпреки това, MLD често използва органични прекурсори, тъй като единицата за растеж на повърхността на монослоя и дълговерижната органична структура, съдържаща се в него Филмът, който има възможност да осигури път за проникване на водна пара за околната среда, който значително влияе върху производителността на бариерата на водните пари на филма.

Подготовка на монослойни и ламинирани филми

По време на процесите на PEALD и MLD, където налягането на реакционната камера се поддържа при 0. 25 Torr и AR с висока чистота (99.999%) със скорост на потока от 100 SCCM се използват, когато носещият газ и прекурсорния почистващ газ се появяват както процесите на Peald, така и на MLD, показано на фигурата по-долу.