Lær om forberedelsesteknologien til atomlagets deponering (ALD) tynde film

Introduktion til almindelige filmvækstteknikker

(1) CVD tynd filmteknologi
CVD -teknologi er en proces med filmvækst gennem kemisk reaktion på overfladen af ​​underlaget i et vakuummiljø, og den korte procestid og den høje tæthed af den forberedte film gør CVD -teknologi mere og mere brugt til fremstilling af uorganiske barriere lag i filmindkapslingsprocessen.

0040-02544 overkrop, dps metal

0040-09094 kammer 200mm
(2) PECVD tynd filmteknologi
Plasmaforøget kemisk dampaflejring (PECVD) bruger plasma til at kompensere for den lave reaktivitet forårsaget af reaktionsforløbere eller processtemperaturer.

(3) Atomlagets deponeringsteknologi
I lighed med CVD -teknologi er Atomic Layer Deposition (ALD) også en tynd filmforberedelsesteknologi baseret på den kemiske reaktion af substratoverfladen, og ud over lignende filmvækstbetingelser bruges nogle forløbermaterialer også almindeligt mellem de to processer.
Forskellen er, at CVD -teknologi opretholder sameksistensen af ​​de to forløbermaterialer i et vakuumreaktionskammer, og kemisorption forekommer på overfladen af ​​underlaget for at danne en tynd film. Den overfladekemiske reaktion, der er etableret af ALD-teknologi, er, at hvert forløbermateriale forekommer uafhængigt og skiftevis, og hvert forløbermateriale har selvbegrænsende reaktionsegenskaber, og det tilsvarende selvbegrænsende overfladehalvreaktioner vokser stoffet lag efter lag på underlagets overflade i form af en enkelt atomlaget og den kontinuerlige selvbegrænsende overfladereaktion imødekommer behovene i enkelt atomisk lagstyring og en afstand i processen med tyndtfilm.
Overfladeaktionsprocessen for ALD-teknologi er kontinuerlig og selvbegrænsende, som vist på figuren nedenfor.

Typiske ALD-processer bruger ofte binære reaktionssekvenser til tynd filmvækst, og de to forløbere afslutter deres respektive halvreaktioner sekventielt på substratoverfladen for at opnå en enkeltlagsaflejringsproces i en binær sammensat film. Det aktive sted på substratoverfladen er grundlaget for væksten af ​​ALD-film, så substratet introducerer ofte det aktive sted eller øger den aktive steddensitet gennem en vis overfladeforbehandling, før filmvækstprocessen begynder. For eksempel, mængden af ​​hydroxylgrupper (-OH) på substratoverfladen kan øges meget ved hjælp af oxygenplasma (O2 plasma) eller ultraviolet stråling, som i tall (A).
Den binære reaktionssekvens involveret i ALD -processen er opdelt i fire trin, som vist i figur (b).
For det første indføres forløber A i reaktionskammeret, og det aktive sted på substratoverfladen gennemgår en selvbeskyttet overfladereaktion på adsorb, et enkelt atomlag og producere de tilsvarende biprodukter, og derefter renses hele hulrummet og rørledningen med det inerte gas til at tømme restpræcursoren og reaktionsbyproduktioner. 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 Og et lag produkt afslutter væksten. Gentag ovenstående cyklus n gange for at tilpasse ALD -procesparametrene i henhold til brugsbehovet. Da antallet af aktive steder på substratoverfladen er begrænset, er overfladematerialet, der er afsat af semi-reaktionen, også begrænset, svarende til det faktum, at hver overfladehalvreaktion har sin egen mætningstilstand. Hvis hver af de to uafhængige overfladehalvreaktioner er selvbegrænsende, kan de to reaktioner udføres kontinuerligt, skiftevis, for at opnå en lag-for-lag deponeringsproces med tynde film, der kan kontrolleres på atomniveauet. ALD-processen styres af overfladekemiske reaktioner, som ikke kommer i kontakt i gasfasen, fordi overfladeaktionerne er sekventielle og alternative, og adskillelsen af ​​de to hæmmer den mulige forekomst af CVD-lignende gasfase-reaktioner og undgår udseendet af partikelprodukter på overfladen af ​​filmen. Selvom forløbermaterialet har selvbegrænsende reaktionsegenskaber, har reaktionen af ​​de overfladeaktive steder også en sekventiel rækkefølge på grund af de forskellige gasstrømningshastigheder for forløberen. Forløbere kan fysisk adsorberes i form af van der Waals -kræfter i regionen, hvor overfladeaktionen er afsluttet og derefter desorberet fra denne region og fortsætter med at reagere med andre ureagerede overfladeområder og producerer konform afsætning. Fordi ALD undgår tilfældigheden af ​​forløberfluxer, resulterer den selvbegrænsende karakter af overfladeaktioner også i ikke-statistisk deponering, hvilket får hver overfladehalvreaktion til at blive drevet til nær mætning. Som et resultat er den ALD-dyrkede film meget glat og i overensstemmelse med det originale underlag. Da der næsten ikke er nogen overfladeaktive steder tilbage under filmvækst, har filmen en tendens til at være kontinuerlig og pinhole-fri. Denne egenskab er meget vigtig til forberedelse af fremragende dielektriske film og vanddampbarrierefilm.

Anvendelse af ald tynd filmteknologi

På nuværende tidspunkt har ALD-teknologi store applikationsudsigter til forberedelse af ultratynde og ultra-fine film. Typiske tynde filmmaterialer som Al2O3, SiO2 og ZnO er blevet brugt i forskellige elektronikindustrier.
I de senere år er tynd filmaflejring og komponentmanipulation blevet vidt brugt i mikro\/nanofabrikationsteknikker, såsom mekanisk struktur, galvanisk isolering og forbindelse. Den International Semiconductor Technology Development Roadmap (ITRS) anvender ALD-teknologi til fremstilling af højdielektriske konstante portoxider i MOSFET-strukturer og kobberdiffusionsbarriere lag i back-end-forbindelser. 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 Ultratynd filmform giver vigtig teknisk support til fleksible produktapplikationer. Derfor betragtes den aktuelle ALD -teknologi bredt som en af ​​de effektive beskyttelsesmetoder for optoelektroniske enheder i fremtiden, og den tynde filmemballage -teknologi baseret på ALD viser en tyndere pakkevægt og bedre fleksibilitet end de eksisterende emballagemetoder.
Professor SF bøjet fra Stanford University mener, at ALD vil være en effektiv løsning på problemet med tynd filmindkapsling på grund af dens nøjagtige og kontrollerbare vækst i atomskalaen. 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 Oxidfilm, og filmene har en tendens til at være stive, da filmens densitet og tykkelse øges.

For at imødekomme behovene ved deponering med lav temperatur bruges plasma-assisteret ALD (plasmaforbedret atomlagsaflejring) (WREDD) ofte til at kompensere for manglen på lavtemperaturreaktivitet, men introduktionen af ​​O2-plasma bringer stor resterende stress til indersiden af ​​filmen. De iboende egenskaber ved uorganiske materialer, der tilskrives ALD -vækst, såsom lav duktilitet, lav bruddejhed og høj letthed, begrænser holdbarheden og pålideligheden af ​​uorganisk indkapslingsmaterialer under mekanisk bevægelse.
I lighed med ALD-teknologi muliggør molekylært lagaflejring (MLD) teknologi deponering af monolags lag for lag på overfladen af ​​underlagene og bruges ofte til vækst af organiske eller organiske-inorganiske hybridmaterialer. Det er værd at bemærke, at der ofte er nogle organiske komponenter introduceret i MLD-teknologi, og de organiske eller organiske-uorganiske hybridfilm, der er fremstillet af IT, har fremragende mekaniske egenskaber. However, MLD often uses organic precursors as the surface growth unit of the monolayer, and the long-chain organic structure contained in it leads to the large molecular volume of the precursor material, which is easy to form steric hindrance on the surface of the substrate during the semi-reaction process, and occludes part of the active sites, so that the saturation degree of the surface reaction is limited, and the residual active sites cause more defect states in Filmen, der har mulighed for at give en permeationssti til miljømæssig vanddamp, som i høj grad påvirker filmens dampbarrierepræstation.

Forberedelse af monolag og laminerede film

Under Wald- og MLD-processerne, hvor reaktionskammerets tryk opretholdes ved 0. 25 Torr og en AR med høj renhed (99.999%) med en strømningshastighed på 100 SCCM bruges som bærergas- og precursorrensningsgas, forekommer både RLD- og MLDLD-processer i udstyret i figuren nedenfor.