Scopri la tecnologia di preparazione dei film sottili della deposizione di strati atomici (ALD)

Introduzione alle comuni tecniche di crescita del film

(1) Tecnologia del film sottile CVD
La tecnologia CVD è un processo di crescita del film attraverso la reazione chimica sulla superficie del substrato in un ambiente a vuoto e il breve tempo di processo e l'alta densità del film preparato rendono la tecnologia CVD sempre più utilizzata nella preparazione degli strati di barriera inorganica nel processo di incapsulamento del film.

0040-02544 parte superiore del corpo, metallo DPS

0040-09094 Camera 200mm
(2) Tecnologia del film sottile PECVD
La deposizione di vapore chimico migliorato al plasma (PECVD) utilizza il plasma per compensare la bassa reattività causata da precursori di reazione o temperature di processo.

(3) Tecnologia di deposizione di strati atomici
Simile alla tecnologia CVD, la deposizione di strati atomici (ALD) è anche una tecnologia di preparazione del film sottile basata sulla reazione chimica della superficie del substrato e, oltre a condizioni simili di crescita del film, alcuni materiali precursori sono anche comunemente utilizzati tra i due processi.
La differenza è che la tecnologia CVD mantiene la coesistenza dei due materiali precursori in una camera di reazione a vuoto e il chemisorbimento si verifica sulla superficie del substrato per formare un film sottile. La reazione chimica di superficie stabilita dalla tecnologia ALD è che ogni materiale precursore si verifica in modo indipendente e alternativo, e ogni materiale precursore ha caratteristiche di reazione auto-limitanti e la corrispondente mezza reazione della superficie della superficie auto-limitante si rivolge a un singolo strato di reazione a sotomica. crescita.
Il processo di reazione superficiale della tecnologia ALD è continuo e auto-limitante, come mostrato nella figura seguente.

I processi ALD tipici usano spesso sequenze di reazioni binarie per la crescita del film sottile e i due precursori completano le rispettive reazioni sequenzialmente sulla superficie del substrato per ottenere un processo di deposizione a singolo strato di un film composto binario. Il sito attivo sulla superficie del substrato è la base per la crescita dei film ALD, quindi il substrato introduce spesso il sito attivo o aumenta la densità del sito attivo attraverso un pretrattamento della superficie prima che inizi il processo di crescita del film. Ad esempio, la quantità di gruppi idrossilici (-oh) sulla superficie del substrato può essere notevolmente aumentata mediante media di Oxygen Plasma (O2 Plavima).
La sequenza di reazione binaria coinvolta nel processo ALD è divisa in quattro fasi, come mostrato nella Figura (B).
Innanzitutto, il precursore A viene introdotto nella camera di reazione e il sito attivo sulla superficie del substrato subisce una reazione di superficie confinata autonompata per adsorbire un singolo strato atomico e produce i corrispondenti sottoprodotti, e quindi l'intera cavità e la tubazione vengono eliminate con il gas inerte per svuotare il precursore residuo e reazione dei prodotti. Successivamente, il precursore B entra nella camera di reazione e subisce una reazione di superficie autoportata con il sito attivo fornito dal precursore A, adsorbi un altro strato di strati monoatomici con la produzione di sottoprodotti, e infine, AR agisce di nuovo come una pulizia di una pulizia di una pulizia di un punto di reagito. Fine e uno strato di prodotto completa la crescita. Ripeti il ​​ciclo di cui sopra per personalizzare i parametri di processo ALD in base alle esigenze di utilizzo. Poiché il numero di siti attivi sulla superficie del substrato è limitato, anche il materiale di superficie depositato dalla semi-reazione è limitato, corrispondente al fatto che ogni mezza reazione della superficie ha il proprio stato di saturazione. Se ciascuna delle due mezze reazioni di superficie indipendente è auto-limitante, le due reazioni possono essere eseguite continuamente, alternativa, per ottenere un processo di deposizione di strato per strato di film sottili che è controllabile a livello atomico. Il processo ALD è controllato dalle reazioni chimiche di superficie, che non entrano in contatto nella fase gassosa perché le reazioni di superficie sono sequenziali e alternative e la separazione dei due inibisce la possibile occorrenza di reazioni di fase gassosa simili a CVD, evitando la comparsa di prodotti di particelle sulla superficie del film. Sebbene il materiale precursore abbia caratteristiche di reazione auto-limitanti, la reazione dei siti attivi di superficie ha anche un ordine sequenziale a causa delle diverse portate del gas del precursore. I precursori possono essere fisicamente adsorbiti sotto forma di forze di van der Waals nella regione in cui la reazione di superficie è stata completata e successivamente desorbita da quella regione, continuando a reagire con altre regioni di superficie non reagite e produrre una deposizione conforme. Poiché ALD evita la casualità dei flussi precursori, la natura auto-limitante delle reazioni di superficie provoca anche una deposizione non statistica, il che provoca la colpa di ogni reazione di superficie a una saturazione vicina. Di conseguenza, il film coltivato ALD è molto regolare e conforme al substrato originale. Poiché durante la crescita del film non sono rimasti quasi siti attivo di superficie, il film tende ad essere continuo e privo di fori stenopeici. Questa proprietà è molto importante per la preparazione di eccellenti pellicole dielettriche e film di barriera a vapore acqueo.

Applicazione della tecnologia del film sottile ALD

Al momento, ALD Technology ha grandi prospettive di applicazione nella preparazione di film ultra-sottili e ultraini. I materiali tipici del film sottile come AL2O3, SIO2 e ZnO sono stati utilizzati in vari settori elettronici.
Negli ultimi anni, la deposizione di film sottile e la manipolazione dei componenti sono stati ampiamente utilizzati nelle tecniche di micro\/nanofabrificazione come struttura meccanica, isolamento galvanico e connessione. La roadmap di sviluppo della tecnologia a semiconduttore internazionale (ITRS) applica la tecnologia ALD alla fabbricazione di ossidi di gate costante ad alta dielettrica nelle strutture MOSFET e negli strati di barriera di diffusione del rame nelle interconnessi di back-end. A causa del layout miniaturizzato del processo di semiconduttore e della struttura ad alto rapporto di aspetto del prodotto, il controllo preciso e il rivestimento conforme della tecnologia di deposizione di film sottile sono diventati un requisito tecnico chiave e il processo ALD fornisce una soluzione efficace per questo requisito. In aggiunta, a causa dell'eccellente compattanza e della tecnologia a film sottile, può formare una barriera per la moleculi di gas. La forma del film ultra-sottile fornisce un importante supporto tecnico per applicazioni di prodotti flessibili. Pertanto, l'attuale tecnologia ALD è ampiamente considerata come uno dei metodi di protezione efficaci per i dispositivi optoelettronici in futuro e la tecnologia di imballaggio a film sottile basato su ALD mostra un peso più sottile del pacchetto e una migliore flessibilità rispetto ai metodi di imballaggio esistenti.
Il professor SF Bent dell'Università di Stanford ritiene che l'ALD sarà una soluzione efficace al problema dell'incapsulamento del film sottile a causa della sua crescita precisa e controllabile su scala atomica. 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, E i film tendono ad essere rigidi all'aumentare della densità e dello spessore dei film.

Inoltre, al fine di soddisfare le esigenze della deposizione a bassa temperatura, ALD assistito dal plasma (deposizione di strati atomici potenziati al plasma) (PEALD) viene spesso utilizzata per compensare la mancanza di reattività a bassa temperatura, tuttavia l'introduzione del plasma O2 porta a grande stress residuo all'interno del film. Le proprietà intrinseche dei materiali inorganici attribuiti alla crescita dell'ALD, come bassa duttilità, bassa tenacia di frattura e alta fragilità, limitano la durata e l'affidabilità dei materiali di incapsulamento inorganico durante il movimento meccanico.
Simile alla tecnologia ALD, la tecnologia di deposizione di strati molecolari (MLD) consente la deposizione di monostrati strati per strato sulla superficie dei substrati e viene spesso utilizzata per la crescita di materiali ibridi organici o organici inorganici. Vale la pena notare che spesso ci sono alcuni componenti organici introdotti nella tecnologia MLD e che i film ibridi organici o organici-inorganici preparati da esso hanno eccellenti proprietà meccaniche. Tuttavia, MLD utilizza spesso precursori organici come unità di crescita superficiale del monostrato e la struttura organica a catena lunga contenuta in essa porta al grande volume molecolare del materiale precursore, che è facile da formare un ostacolo sterico sulla superficie del substrato attivo durante il semi-reazione più attivo in semi-reazione a causa della reazione attivo in termini di reazione attivo in termini di reazione attivo e di residenza. Il film, che ha l'opportunità di fornire un percorso di permeazione per il vapore acqueo ambientale, che colpisce notevolmente la performance della barriera del vapore acqueo del film.

Preparazione di film monostrati e laminati

Durante i processi PEALD e MLD, in cui la pressione della camera di reazione viene mantenuta a 0. 25 Torr e un AR ad alta purezza (99,999%) con una portata di 100 SCCM viene utilizzata come gas di trasporto e gas di pulizia del precursore, entrambi i processi PEALD e MLD si verificano nelle apparecchiature mostrate nella figura sotto.