什么是等離子增強(qiáng)原子層沉積 ALD?

與傳統(tǒng)的熱驅(qū)動(dòng) ALD 方法相比，使用等離子體物質(zhì)作為反應(yīng)物可以在處理?xiàng)l件上提供更大的自由度,，并且可以適應(yīng)更廣泛的材料特性,。

等離子輔助 ALD 是一種能量增強(qiáng)型 ALD 方法，目前正日益普及,。在等離子 ALD(也稱為等離子輔助 ALD 或等離子增強(qiáng) ALD)中,，表面在反應(yīng)步驟中暴露于等離子體產(chǎn)生的物質(zhì)中。

等離子體 ALD 的工作原理是什么,？

在標(biāo)準(zhǔn) ALD 中,，前驅(qū)體氣體的交變脈沖被引入基板表面。每個(gè)脈沖通過化學(xué)吸附形成單層材料,。該過程是重復(fù)的,，允許對(duì)層厚和成分進(jìn)行精確控制。需要注意的是,，在某些情況下,，使用標(biāo)準(zhǔn) ALD 可能會(huì)導(dǎo)致沉積速率變慢或難以實(shí)現(xiàn)某些材料特性。

 當(dāng)?shù)入x子體源被引入 ALD 工藝時(shí),，它有助于激活前驅(qū)體分子并增強(qiáng)表面反應(yīng),，從而提高沉積速率并改善薄膜性能。

使用什么類型的等離子體?

等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PE-ALD)中使用的典型等離子體是在 02,、N2和 H2 反應(yīng)氣體或其組合中產(chǎn)生的等離子體,。此類等離子體可以取代 H20 或 NH3 中典型的配體交換反應(yīng)，并可用于沉積金屬氧化物,、金屬氮化物和金屬薄膜,。

據(jù)報(bào)道，在NH3和H20等氣體或蒸汽中會(huì)產(chǎn)生等離子體,，其中等離子體和熱ALD表面反應(yīng)也可能同時(shí)發(fā)生,。與熱ALD和其他氣相沉積技術(shù)相比，等離子體輔助ALD在超薄膜沉積方面具有諸多優(yōu)勢(shì)。

在等離子輔助 ALD 工藝過程中,，等離子體物質(zhì)在沉積表面的高反應(yīng)性使得處理?xiàng)l件更加自由,，材料特性范圍也更加廣泛。

等離子體增強(qiáng)原子層沉積 （ALD） 的優(yōu)勢(shì)是什么,？

以下是等離子體增強(qiáng) ALD （PE-ALD） 的一些主要優(yōu)勢(shì)：

? 在更低的基底溫度下進(jìn)行沉積

由于等離子體物質(zhì)將高反應(yīng)性傳遞到沉積表面,，因此在基板上驅(qū)動(dòng) ALD 表面化學(xué)反應(yīng)所需的熱能較少。等離子體物質(zhì)產(chǎn)生的反應(yīng)性不僅由反應(yīng)性等離子體自由基提供,，還由等離子體鞘層中加速的離子的動(dòng)能決定,。

? 改善材料性能

等離子輔助 ALD 在薄膜密度、雜質(zhì)含量和電子特性方面比熱 ALD 具有更好的材料特性,，由等離子體帶來了更高的反應(yīng)活性,。

? 增加了前軀體和材料的選擇

反應(yīng)性等離子體自由基被輸送至沉積表面，從而可以使用具有較高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的前驅(qū)體,。PE-ALD 方法在沉積金屬氨化物和金屬等非氧化材料時(shí)也能產(chǎn)生溶液,。

此外，等離子輔助 ALD工藝還可以沉積更多的材料系統(tǒng),，例如,，元素金屬 Ti和 Ta，等離子輔助 ALD 允許選擇更泛的基底材料,，特別是那些對(duì)溫度敏感的材料,。

? 化學(xué)計(jì)量和薄膜成分的良好控制

由于等離子體中的非平衡條件，可以在沉積表面引發(fā)非熱驅(qū)動(dòng)反應(yīng),，從而更好地控制 ALD 表面化學(xué)和薄膜中摻入的物質(zhì),。

因此，等離子體的使用提供了額外的變量來調(diào)整薄膜的化學(xué)計(jì)量和成分,。這包括:

·等離子電源

·工作壓力

·等離子體暴露時(shí)間

·將其他氣體混入等離子體

·偏置電壓

例如,，通過將 N2 添加到由 02 產(chǎn)生的等離子體中，可以相對(duì)簡(jiǎn)單地將 N 原子摻入氧化物薄膜中,。但是如果通過嚴(yán)格的熱驅(qū)動(dòng) ALD 反應(yīng)很難實(shí)現(xiàn)薄膜材料的這種受控?fù)诫s,。

? 沉積速率提高

在某些情況下，由于等離子體的高反應(yīng)性,，等離子體物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生更高密度的反應(yīng)表面位點(diǎn),。因此，這可以帶來更高的單次循環(huán)生長(zhǎng)值,。

等離子體可以快速開啟和關(guān)閉,。這使得等離子體反應(yīng)物能夠快速脈沖，并減少吹掃時(shí)間(取決于氣體在反應(yīng)器中的停留時(shí)間),。

縮短吹掃時(shí)間對(duì)于低溫(室溫至150°)下的金屬氧化物 ALD 尤為重要,，因?yàn)樵跓?ALD 的情況下,，H20 的吹掃需要極長(zhǎng)的吹掃時(shí)間，因此循環(huán)時(shí)間也較長(zhǎng),，更短的循環(huán)時(shí)間對(duì)原子層沉積(ALD)反應(yīng)器的凈產(chǎn)量有顯著的影響,。較高的等離子體反應(yīng)性也具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榕c同等的熱原子層沉積工藝相比,，等離子體輔助原子層沉積的成核延遲更短,。

? 處理功能更加多樣

ALD反應(yīng)器配備等離子源，可對(duì)沉積表面,、沉積膜和反應(yīng)器壁進(jìn)行多種其他原位處理,。等離子體可用于基材預(yù)處理(例如，采用 02等離子體進(jìn)行氧化,，采用 NH3.或 N2等離子體進(jìn)行氨化),、基材清潔、沉積后處理以及反應(yīng)器壁的調(diào)節(jié)和清潔,。

等離子體增強(qiáng)原子層沉積 （ALD） 應(yīng)用于各種行業(yè),，包括半導(dǎo)體制造、太陽能電池,、顯示技術(shù)、微電子和高級(jí)涂層,。當(dāng)需要高質(zhì)量的薄膜時(shí),，以及必須精確控制薄膜特性和成分時(shí)，它特別有用,。