Lắng đọng lớp nguyên tử (ALD)

Cách hoạt động

1. 1

   Xung khí A. Tấm wafer hoặc chi tiết nằm trong một buồng nhỏ, được gia nhiệt thường 150–350 °C ở áp suất thấp. Một luồng ngắn tiền chất thứ nhất (khí phản ứng mang nguyên tố cần lắng đọng), ở đây là trimetylnhôm (TMA), bám vào mọi vị trí còn trống trên bề mặt. Khi mọi vị trí đã kín, nó dừng lại: phản ứng tự giới hạn.

2. 2

   Xả sạch. Nitơ hoặc argon quét sạch khí còn thừa, để hai tiền chất không bao giờ gặp nhau trong không gian mở.

3. 3

   Xung khí B. Một luồng tiền chất thứ hai, ở đây là hơi nước, phản ứng với lớp do khí A để lại và biến nó thành nhôm oxit. Một lần nữa nó tự dừng khi lớp hoàn tất.

4. 4

   Xả sạch lần nữa. Sản phẩm phụ và nước thừa được quét ra. Một chu kỳ xong, và màng dày thêm khoảng 0,1 nm: xấp xỉ một phần mười nanomet mỗi chu kỳ.

5. 5

   Lặp lại. Chu kỳ chạy hàng trăm lần; bạn chọn độ dày đơn giản bằng cách đếm số chu kỳ. Màng 10 nm cần khoảng 100 chu kỳ, thường mất từ vài phút đến một giờ.

Thông số chính

Vật liệu lắng đọng

Oxit (nhôm oxit, hafni oxit, titan oxit), nitrit (titan nitrit), một số kim loại; trên silic, thủy tinh, kim loại, polyme và bột

Chi tiết thường gặp

Lớp cách điện cổng và lớp tụ điện trong chip, lớp chắn ẩm, bột được phủ và chất xúc tác

Kích thước chi tiết

Từ hạt nano đến wafer 300 mm và lô wafer hoặc chi tiết

Độ chính xác

Độ dày được đặt đến một phần nhỏ của nanomet bằng cách đếm chu kỳ; đều ngay cả trong lỗ sâu hơn chiều rộng nhiều lần

Bề mặt hoàn thiện

Sao chép chính xác bề mặt bên dưới, không làm tăng độ nhám

Số lượng phù hợp

Từ từng wafer đến lô lớn; sản xuất chip khối lượng lớn

Chi phí khuôn dụng cụ và máy

Không cần khuôn dụng cụ riêng cho chi tiết; lò phản ứng phòng thí nghiệm từ khoảng 100.000 đô la, máy sản xuất hàng triệu đô la

Tốc độ

Chậm: thường khoảng 0,1 nm mỗi chu kỳ và vài giây mỗi chu kỳ, nên hầu hết các màng dưới khoảng 100 nm

Ưu điểm và hạn chế

Ứng dụng

• Vi điện tửLớp cách điện cổng hafni oxit trong bộ xử lý, lớp tụ điện trong chip nhớ
• Màn hình và điện tử linh hoạtLớp chắn mỏng giữ ẩm ra khỏi màn hình OLED
• Năng lượngLớp phủ bảo vệ trên vật liệu pin, các lớp trong một số pin mặt trời hiệu suất cao
• MEMS và cảm biếnLớp phủ cách điện và bảo vệ trên các chi tiết chuyển động siêu nhỏ
• Y tế và quang họcLớp phủ tương thích sinh học, lớp chống phản xạ

Cách nhận biết

• Bạn không nhìn thấy nó. Màng ALD thường dày vài đến vài chục nanomet, mỏng hơn sợi tóc hàng nghìn lần. Chúng ẩn bên trong chip của điện thoại và máy tính và trong lớp chắn ẩm của một số màn hình OLED.
• Không màu, không kết cấu. Một màng mỏng thế này thường không để lại dấu vết nhìn thấy; cùng lắm, màng dày hơn có thể làm đổi nhẹ màu bề mặt, như bong bóng xà phòng.
• Chỉ kính hiển vi mới thấy. Trên mặt cắt dưới kính hiển vi điện tử, màng ALD hiện ra như một dải có độ dày hoàn toàn đều, bám theo mọi góc và rãnh.

So sánh với

Xem video

Introduction to Atomic Layer Deposition

HYCOAT ITN · Giải thích rõ ràng cho người mới về chu kỳ ALD

The Unreasonable Effectiveness of Atomic Layer Deposition

Asianometry · Lịch sử của ALD và vì sao các hãng chip phụ thuộc vào nó

Atomic Layer Deposition of copper - If you like sputtering, you'll love this!

Applied Science · Một lò phản ứng ALD tự chế và kết quả phủ thực tế

Atomic Layer Deposition (ALD) - Standard Operating Procedures

Inrfucirvine · Một máy ALD phòng sạch thực tế đang được nạp và chạy

Xem ảnh thật

• Wikipedia: Lắng đọng lớp nguyên tử — sơ đồ chu kỳ xung–xả và ALD không gian
• Tìm ảnh trên Wikimedia Commons