ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展

1、匯報(bào)人：謝來(lái)軍 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD發(fā)展過(guò)程簡(jiǎn)介 ALD反應(yīng)過(guò)程 ALD的自限制性及其特點(diǎn) ALD的前驅(qū)體 ALD 技術(shù)的發(fā)展 ALD技術(shù)的應(yīng)用 試驗(yàn)過(guò)程 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 原子層淀積(ALD)是一種基于表面氣相化學(xué)反應(yīng)的薄 膜淀積技術(shù)。也稱為原子層外延(ALE)技術(shù)。 1960年代,前蘇聯(lián)科學(xué)W.B.Aleskowskii首次報(bào)道了 利用TiCl4和GeCl4前軀體進(jìn)行ALD生長(zhǎng)的工藝。 19世紀(jì) 70年代就由芬蘭人 T. Suntola 和 J. Anston 取得了該技術(shù)的專利。 限制：復(fù)雜的表面化學(xué)反應(yīng) 生長(zhǎng)速率慢 發(fā)展：90年代中期，集成電路尺寸向納米

2、級(jí)發(fā)展 沉積速率慢逐步得到解決 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 (1)第一種反應(yīng)前體以脈沖的方 式進(jìn)入反應(yīng)腔并化學(xué)吸附在襯底 表面; (2) 待表面吸附飽和后, 用惰性 氣體將多余的反應(yīng)前體吹洗出反 應(yīng)腔; (3) 接著第二種反應(yīng)前體以脈沖的方 式進(jìn)入反應(yīng)腔 ,并與上一次化學(xué)吸附 在表面上的前體發(fā)生反應(yīng); (4) 待反應(yīng)完全后再用惰性氣體 將多余的反應(yīng)前體及其副產(chǎn)物吹 洗出反應(yīng)腔 。 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 化學(xué)吸附自限制CS-ALD 順次反應(yīng)自限制RS-ALD ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 1較寬的溫度窗口 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 2自飽和性 3較大階梯覆蓋率 4納米級(jí)膜層

3、厚度 5較低的生長(zhǎng)溫度 6較慢的生長(zhǎng)速率 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 反應(yīng)源的選擇對(duì)ALD生長(zhǎng)的薄膜質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用。 1反應(yīng)源必須要有足夠高的蒸汽壓以保證其能夠充分 的覆蓋或填充基體材料的表面（反應(yīng)源的蒸汽壓大 約在O.ltorr） 2反應(yīng)源必須有足夠好的化學(xué)穩(wěn)定性,不能發(fā)生自分 解,或腐燭溶解襯底材料或淀積形成的薄膜。 3反應(yīng)源還必須有一定的反應(yīng)活性,能夠迅速地在材 料表面進(jìn)行化學(xué)吸附,保證較短的時(shí)間內(nèi)與材料表面 達(dá)到飽和吸附或與材料表面基團(tuán)快速有效的反應(yīng)。 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD的反應(yīng)源主要可以分成兩大類:無(wú)機(jī)物和金 屬有機(jī)物。 無(wú)機(jī)物反應(yīng)源包括單質(zhì)和鹵化物等; 金

4、屬有機(jī)物反應(yīng)源包括金屬烷基,金屬環(huán)戊二 烯基(cyclopentadienyls),金屬-2酮(3-二 酮(P-diketonates 基),金屬酰胺,金屬脒基 (amidinates)等化合物。 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD 技術(shù)的發(fā)展 1 T-ALD熱處理原子層沉積法 2 PE-ALD等離子體增強(qiáng)工藝是等離子體輔助和 ALD技術(shù)的結(jié)合 3 EC-ALD將電化學(xué)沉積和ALD技術(shù)相結(jié)合 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD 技術(shù)的發(fā)展 PE-ALD在沉積溫度下互不發(fā)生反應(yīng)的互補(bǔ)反應(yīng) 源在

5、同一時(shí)間被引入到反應(yīng)室, 然后反應(yīng)源關(guān) 閉并凈化反應(yīng)室, 接著施加一個(gè)直接的等離子 脈沖, 這個(gè)等離子體環(huán)境產(chǎn)生高活性自由基并 與吸附于襯底的反應(yīng)物反應(yīng)。關(guān)閉等離子可迅 速清除活性自由基源,反應(yīng)室中一直流過(guò)的清 潔氣體將清除過(guò)剩自由基和反應(yīng)副產(chǎn)物 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD 技術(shù)的發(fā)展 ( 1) 具有更快的沉積速率和較低的沉積時(shí)間 ( 2) 降低了薄膜生長(zhǎng)所需的溫度 。 ( 3) 單體可選擇性強(qiáng) （4) 可以生長(zhǎng)出優(yōu)異的金屬薄膜和金屬氮化 物 ,例如 Ti ,Ta 和 TaN 等 ,而 T-ALD 很難 做到 。 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD 技術(shù)的發(fā)展 EC-ALD：將

6、表面限制反應(yīng)推廣到化合物中不同 元素的單 ALD , 利用欠電位沉積形成化合物 組分元素的原子層 ,再由組分元素的單原子層 相繼交替沉積從而沉積形成化合物薄膜 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD技術(shù)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用：1高k材料 2IC互連技 術(shù) ALD 技術(shù)在納米材料方面的應(yīng)用 中空納米管,納米孔道尺寸的控制 ,高的高寬比納米 圖形,納米顆粒和納米管的涂層,量子點(diǎn)涂層 光子晶 體等 ALD 技術(shù)在光學(xué)薄膜方面的應(yīng)用：由于 ALD 精確控 制膜厚的特性和大面積均勻性 ,可以使厚度變化在 1 %以內(nèi) ,并且同一批基板特性相同, 這樣可以提高 減反射效率和抗激光性能 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)

7、進(jìn)展 逐步掌握ALD儀器結(jié)構(gòu)、儀器操作、工作原理 總結(jié)使用ALD儀器方法、注意事項(xiàng) 在以上基礎(chǔ)上，在純銅片上原子層沉積不同厚 度氧化鋁，進(jìn)行抗腐蝕性能的測(cè)試 為實(shí)驗(yàn)室?guī)熜謧兊臉悠愤M(jìn)行沉積氧化鋁，探究 對(duì)其光電性能的影響 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 銅片的預(yù)處理：純銅片依次用500/1000/2000目 的砂紙打磨，打磨好后在拋光機(jī)上進(jìn)行拋光。銅 片拋光后分別用乙醇、丙酮、乙醇、去離子水超 聲500s。用氮?dú)獯蹈?以三甲基鋁和水為前驅(qū)體。在沉積溫度為150 下在銅片上分別沉積循環(huán)次數(shù)為 10/50/100/200/500/1000/5000的氧化鋁 沉積結(jié)束，將沉積后的銅片用導(dǎo)電膠與導(dǎo)線連接

8、， 放入烘箱70，加熱2h。導(dǎo)電膠凝固后，用環(huán)氧 樹(shù)脂封裝，凝固12h，準(zhǔn)備做極化、阻抗測(cè)試。 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 極化、阻抗測(cè)試：用0.1mol/L的硫酸鈉溶液做 電解質(zhì)。電化學(xué)工作站紅色連接工作電極，綠 色連接對(duì)電極，白色連接參比電極。打開(kāi)電化 學(xué)工作站軟件，點(diǎn)擊程序AC impedance 將low frequency數(shù)值設(shè)為0.1，進(jìn)行阻抗測(cè)試。阻抗 測(cè)試結(jié)束，點(diǎn)擊程序Tafel plot，設(shè)置電壓從 -1到1，進(jìn)行極化測(cè)試。測(cè)完兩個(gè)樣品電解質(zhì) 溶液換一次。 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展 ALD原子層