Войти
Схематическое изображение одного цикла реакций процесс ALD с использованием процесса триметилалюминий (ТМА) -вода для изготовления тонких пленок оксида алюминия в (упрощенном) примере. Там исходная группа содержит гидроксилы (ОН) в качестве реактивных центров; Шаг 1 - реакция ТМА; Этап 2 - это этап продувки или вакуумирования, этап 3 - реакция воды, а этап 4 - этап продувки или вакуумирования. Изображение в Wikimedia Commons (лицензия CC BY 4.0), впервые опубликовано на https://doi.org/10.1063/1.5060967 (Авторские права авторов, лицензия CC BY 4.0). Осаждение атомного слоя (ALD ) представляет собой метод осаждения тонких пленок, основанный на последовательности использования газофазного химического процесса ; это подкласс химического осаждения из паровой фазы. В большинстве вариантов ALD используются два химических вещества, называемые прекурсорами (также называемые «реагентами»). Эти предшественники реагируют с поверхности материала по одному за раз в последовательной, самоограничивающейся манере. При многократном воздействии на отдельные прекурсоры медленно осаждается тонкая пленка. ALD - ключевой процесс в производстве полупроводниковых устройств и часть набора инструментов, доступных для синтеза наноматериалов.
Во время осаждения атомного слоя пленка выращивается на подложке, обнажается ее поверхность к чередующимся газообразным видом (обычно обозначаются как предшественники ). В отличие от химического осаждения из паровой фазы, прекурсоры не присутствуют в реакторе одновременно, вводятся в виде последовательных, неперекрывающихся импульсов. В каждом из этих импульсов молекулы-предшественники реагируют с поверхностью самоограничивающимся образом, когда все реактивные центры на поверхности израсходованы. Следовательно, максимальное количество материала, осажденного на поверхности после однократного воздействия на все прекурсоры (так называемый цикл ALD), определяется природой взаимодействия прекурсора с поверхностью. Изменяя количество циклов, можно выращивать материалы равномерно и с высокой точностью на сколь угодно сложных и больших подложках.
Обзор материалов, синтезированных ALD, с 1 или более публикациями, описывающими процессами; актуальные данные можно получить в Интернете по лицензии Creative Commons для использования общего. ALD считается одним из методов осаждения с большим потенциалом для очень тонких конформных пленок с помощью контроля толщины и состава пленок на атомном уровне. Основная движущая сила недавнего интереса представляет собой перспективу использования ALD в увеличении использования микроэлектронных устройств в соответствии с законом Мура. ALD - активная область исследований, сотни различных процессов опубликованы в научной литературе, хотя некоторые из них демонстрируют поведение, отличное от идеального процесса ALD. В настоящее время существует несколько всеобъемлющих обзорных статей, в которых представлено краткое из опубликованных процессов ALD, в том числе работы Пуурунена, Мииккулайнена и др., Кнопса и др., Маккуса и Шнайдера и др. Интерактивная база данных по процессам ALD, управляемым сообществом. также доступен в Интернете, в котором содержится актуальный обзор в виде аннотированной таблицы Менделеева.
Родственная технология осаждения атомного слоя, осаждение молекулярного слоя (MLD), используется, когда желательно использовать органические предшественники. Комбинируя методы ALD / MLD, можно создать высококонформные и чистые гибридные пленки для многих приложений.
ALD была потеря в результате двух независимых открытий под названиями атомно-слойная эпитаксия (ALE, Финляндия) и молекулярное расслоение (ML, советское Союз). Чтобы прояснить раннюю историю, летом 2013 года был создан Виртуальный проект по истории ALD (VPHA). В результате появилось несколько публикаций, которые анализируется историческим развитием ALD под названиями ALE и ML.
В 1960-х Станислав Кольцов вместе с Валентином Алесковским и его коллегами экспериментально разработали принципы ALD в Ленинградском технологическом институте (ЛТИ) в Советском Союзе. Цель состояла в том, чтобы экспериментально опереться на теоретические рассуждения «рамочной гипотезы», выдвинутой Алесковским в его 1952 кандидатской диссертации. Эксперименты начались с использованием хлорида металла и воды с пористым кремнеземом, вскоре распростлись на другие материалы подложки и плоские тонкие пленки. Алесковский и Кольцов вместе предложили название «Молекулярное наслоение» для новой техники в 1965 году. Принципы молекулярного наслоения были обобщены в докторской диссертации («профессорская диссертация») Кольцова в 1971 году. Исследования молекулярных слоев охватывали широкий спектр. от фундаментальных химических исследований до прикладных исследований с пористыми катализаторами, сорбентами и наполнителями до микроэлектроники и не только.
В 1974 году, когда началась разработка тонкопленочных электролюминесцентных дисплеев (TFEL) в Instrumentarium Oy в Финляндии, Туомо Сунтола разработал ALD как передовую тонкопленочную система. Сунтола назвал это эпитаксией на атомном слое (ALE), использование на значении «эпитаксия» на греческом языке, «расположение на». Первые эксперименты были проведены с элементарными Zn и S для выращивания ZnS. ALE как средство для выращивания тонких пленок было запатентовано более чем в 20 странах мира. Прорыв произошел, когда Сунтола и его сотрудники перешли с реакторами высокого вакуума на реакторы с инертным газом, которые позволили использовать сложные реагенты, такие как хлориды металлов, сероводород и водяной пар, для выполнения процесса ALE. Технология была впервые раскрыта на конференции SID 1980 года. Представленный прототип дисплея TFEL состоял из слоя ZnS между двумя диэлектрическими слоями оксида алюминия, все они были сделаны в процессе ALE с использованием ZnCl 2 + H 2 S и AlCl 3 + H 2 O в качестве реагентов. Первой крупномасштабной проверкой концепции дисплеев ALE-EL было табло полетной информации, установленное в аэропорту Хельсинки-Вантаа в 1983 году. Производство плоских дисплеев TFEL началось в середине 1980-х годов компанией Lohja Oy. на фабрике Olarinluoma. Академические исследования ООВ начались в Технологическом университете Тампере (где Сунтола читал лекции по электронной физике) в 1970-х, а в 1980-х - в Хельсинкском технологическом университете. Производство дисплеев из TFEL оставалось до 1990-х годов единственным промышленным применением ALE. В 1987 году Suntola начала разработки технологий ALE для новых приложений, таких как фотоэлектрические устройства и гетерогенные катализаторы в Microchemistry Ltd., созданной для этой цели финской национальной нефтяной компании Neste Ой. В 1990-х годах развитие ALE в микрохимии было направлено на полупроводниковые приложения и реакторы ALE, пригодные для обработки кремниевых пластин. В 1999 году Microchemistry Ltd. и технология ALD были проданы голландской ASM International, крупному поставщику оборудования для производства полупроводников, а Microchemistry Ltd. стала ASM Microchemistry Oy в качестве финской дочерней компании ASM. ООО «Микрохимия» / ООО «АСМ« Микрохимия »была использованными реакторами ALD в 1990-х годах. В начале 2000-х годов опыт работы с реакторами ALD в Финляндии далчок двум новым производителям, Beneq Oy и Picosun Oy, основан на Свеном Линдфорсом, близким сотрудником Suntola с 1975 года. Количество производителей реакторов быстро росло, и применение полупроводников стало промышленным прорывом. технологии ALD, поскольку ALD стала технологией, позволяющей продолжить действие закона Мура. В 2004 году Туомо Сунтола получил европейскую премию SEMI за технологии ALD для полупроводниковых приложений, а в 2018 году Millennium Technology Prize.
Разработчики ML и ALE встретился на 1- й конференции международной по эпитаксии атомных слоев "ALE-1" в Эспоо, Финляндия, 1990. По какой-то причине знания о молекулярных слоях в растущем англоговорящем сообществе ALD остались незначительными. Попытка раскрыть масштабы работ по созданию социальных сетей была сделана в научной обзорной статье ALD в 2005 году, а затем в публикациях связанных с VPHA.
Название «осаждение атомного слоя», по-видимому, было впервые предложено в записи в качестве альтернативы ALE по аналогии с CVD Маркку Лескеля (профессор Университета Хельсинки ) на конференции ALE-1, Эспоо, Финляндия. Прошло около десяти лет, прежде чем это имя получило всеобщее признание серии международных конференций по ALD Американским вакуумным обществом.
. В 2000 году Гуртей Сингх Сандху и Трунг Т. Доан из Micron Technology инициировала работу пленок для осаждения атомных слоев high-k для устройств памяти DRAM. Это помогло обеспечить экономичную работу полупроводниковой памяти, начиная с узла 90 нм DRAM. Корпорация Intel сообщила об использовании ALD для нанесения диэлектрика затвора с высоким κ для его 45-нм КМОП-технологии.
В прототипном процессе ALD подложка подвергается воздействию двух реагентов A и B в последовательном, неперекрывающемся путь. В отличие от других методов, таких как химическое осаждение из паровой фазы (CVD), где рост тонкой пленки происходит в стационарном режиме, в ALD каждый реагент реагирует с поверхностью самоограниченным образом: реагент молекулы могут реагировать только с конечным числом реактивных центров на поверхности. Когда все эти участки в реакторе израсходованы, прекращается. Оставшиеся молекулы реагента смываются, и только после этого реагент B вводится в реактор. Путем чередования экспозиций A и B осаждается тонкая пленка. Этот процесс показан на рисунке сбоку. Следовательно, при описании процесса ALD имеется в виду как время дозирования (время, в течение которого поверхность подвергается воздействию прекурсора), так и время продувки (время, остающееся между дозами прекурсора для вакуумирования камеры) для каждого прекурсора. Последовательность доза-продувка-доза-продувка логического процесса ALD составляет цикл ALD. Кроме того, вместо использования концепции скорости роста, процессы ALD описываются с точки зрения их роста за цикл.
В ALD на каждой стадии реакции должно быть достаточно времени, чтобы можно было достичь полной адсорбционной плотности.. Когда это происходит, процесс насыщения. На этот раз будет зависеть от двух ключевых факторов: давление прекурсора и вероятности прилипания. Следовательно, скорость адсорбции на единицу площади может быть выражена как:
где R - скорость адсорбции, S - вероятность прилипания, F - падающий молярный поток. Однако ключевой характеристикой ALD является то, что происходит благодаря тому, что молекулы будут прореагировало с поверхностью, эта вероятность прилипания будет уменьшаться до тех пор, пока не будет достигнуто нулевое значение после достижения насыщения.
Конкретные детали механизмов реакции сильно зависят от конкретного процесса ALD. Благодаря сотням способов осаждения оксидов, металлов, нитридов, сульфидов, халькогенидов и фторидных материалов, раскрытие механистических процессов ALD является активной областью исследований. Некоторые типичные примеры показаны ниже.
Предлагаемый механизм для Al 2O3ALD во время а) реакции ТМА б) H 2 O реакции Термический ALD требует относительно высоких температур (обычно 150– 350 ° С). Это происходит в результате поверхностных элементов, что позволяет точно контролировать толщину подложки независимо от геометрии подложки и конструкции реактора.
Синтез Al 2O3из триметилалюминия (ТМА) и воды является одним из самых известных термических примеров ALD. Во время воздействия ТМА ТМА диссоциативно хемосорбируется на поверхности подложки, и любой оставшийся ТМА откачивается из камеры. В результате диссоциативной хемосорбции ТМА остается поверхность, покрытая AlCH 3. Затем поверхность подвергается воздействию паров H 2 O, вступают в реакцию с поверхностью –CH 3, образуя CH 4 <74, которые служат в качестве побочного продукта реакции и приводя к гидроксилированному Al 2O3поверхность.
В плазменном ALD (PA-ALD) высокая реакционная способность плазменных частиц позволяет снизить температуру осаждения без ухудшения качества пленки; кроме того, можно использовать более широкий диапазон прекурсоров и, таким образом, более широкий диапазон может быть нанесен по сравнению с термическим ALD.
В этом варианте ALD УФ-свет используется для ускорения поверхностных ссылок на подложке. Следовательно, температура реакции может быть снижена, как в плазменной ALD. По сравнению с плазменным ALD, активация слабее, но ее часто легче контролировать, регулирует длину волны, интенсивность и время освещения.
Медь-металлическая ALD привлекает много внимания. внимание из-за спроса на медь в качестве материала межсоединения и относительной легкости, с которой медь может быть нанесена термически. Медь имеет положительный стандартный электрохимический потенциал и является наиболее легко легко восстанавливаемым металлом из переходных металлов первого ряда. Таким образом, было разработано множество процессов ALD, в том числе несколько с использованием газообразного водорода в сореагента. В идеале ALD с металлической медью следует проводить при температуре ≤ 100 ° C для получения сплошных пленок с низкой шероховатостью поверхности, поскольку более высокая температура может привести к агломерации осажденной меди.
Некоторые металлы можно выращивать с помощью ALD с использованием фторсилана реакции элиминирования с использованием галогенида металла и предшественника кремния (например, SiH 4, Si2H6 ) в качестве реагентов. Эти реакции очень экзотермичны из-за образования стабильных связей Si - F. Металлы, осаждаемые при удалении фторсилана, включая вольфрам и молибден. Например, в качестве поверхностных реакций для металлического вольфрама ALD с использованием WF 6 и Si 2H6в реагентов могут быть выражены как
Общая реакция ALD:
Скорость роста может изменяться от 4 до 7 Å / цикл в зависимости от температуры осаждения (от 177 до 325 ° C) и реагента Si 2H6(от ∼10 до 10 л), факторов, которые могут повлиять на введение Si 2H6в Si - H и приводит к тому, что кремний вносит свой вклад в процесс роста вольфрама ALD.
Термический ALD для многих других металлов является сложным (или в настоящее время невозможной) из-за их очень отрицательных электрохимических потенциалов. Недавно применение новых сильных восстановителей привело к появлению первых сообщений о низкотемпературных термических процессах ALD для нескольких электроположительных металлов. Металлический хром был нанесен с использованием предшественника алкоголята хрома 192>и BH 3 (NHMe 2). Металлы титана и олова были выращены из их соответствующих хлоридов металлов (MCl 4, M = Ti, Sn) и бис (триметилсилил ) шестичленного кольцевого соединения. Металлический алюминий был нанесен с использованием предшественника дигидрида алюминия и AlCl 3.
Использование катализаторов имеет первостепенное для получения надежных методов SiO 2 ALD. Без катализаторов поверхностные реакции, приводящие к образованию SiO 2, обычно очень медленные и выполняются только при исключительно высоких температурах. Типичные катализаторы для SiO 2 ALD включают основания Льюиса, такие как NH 3 или пиридин и SiO 2 ; ALD также может быть инициирована, когда эти основания Льюиса связаны с другими предшественниками кремния, такими как тетраэтоксисилан (TEOS). Считается, что водородная связь возникает между основанием Льюиса и поверхностными частицами SiOH * или между реагентом на основе H 2 O и основанием Льюиса. Кислород становится более сильным нуклеофилом, когда водород основания Льюиса связывается с поверхностными частицами SiOH *, поскольку связь SiO-H эффективно ослабляется. По существу, электроположительный атом Si в реагенте SiCl 4 более восприимчив к нуклеофильной атаке. Точно так же водородная связь между основанием Льюиса и реагентом H 2 O делает электроотрицательный O в H 2 O сильным нуклеофилом, который способен атаковать Si на существующей поверхности SiCl *. виды. Использование базового катализатора Льюиса более или менее необходимо для SiO 2 ALD, поскольку без базового катализатора Льюиса температура реакции должна превышать 325 ° C, а давление должно превышать 10 торр. Как правило, наиболее подходящей температурой для выполнения SiO 2 ALD является 32 ° C, а обычная скорость осаждения составляет 1,35 ангстрем на последовательность бинарных реакций. Две поверхностные реакции для SiO 2 ALD, общая реакция и схема, иллюстрирующая катализ основанием Льюиса в SiO 2 ALD, представлены ниже.
Предлагаемый механизм катализа основанием Льюиса SiO 2 ALD во время a) реакции SiCl 4 и b) реакции H 2 O | Тип ALD | Диапазон температур | Жизнеспособные предшественники | Реагенты | Области применения |
|---|---|---|---|---|
| Каталитический ALD | >32 ° C с катализатором на основе Льюиса | оксиды металлов (т.е. TiO 2, ZrO 2, SnO2 2) | (металл) Cl 4, H 2O | Высокие k-диэлектрические слои, защитные слои, антибликовые слои и т. Д. |
| Al2O3ALD | 30–300 ° C | Al2O3, оксиды металлов | (Металл) Cl 4, H 2 O, Ti (OiPr) 4, (Металл) (Et) 2 | Диэлектрические слои, изолирующие слои, и т. д., пассивация поверхно сти солнечных элементов |
| Металл ALD с использованием термической химии | 175–400 ° C | Фториды металлов, или ганометаллические соединения, каталитические металлы | M (C 5H5)2, (CH 3C5H4) M (CH 3)3, Cu (thd) 2,Pd (hfac) 2, Ni (acac) 2, H 2 | Проводящие пути, каталитические поверхности, устройства MOS |
| ALD на полимерах | 25– 100 ° C | Обычные полимеры (полиэтилен, ПММА, ПП, ПС, ПВХ, ПВА и т. Д.) | Al (CH 3)3, H 2 O, M (CH 3)3 | Поверхность полимерализация, создание композитов, диффузионных барьеров и т.д. |
| ALD на частицах | 25–100 ° C для полимерных частиц, 100–400 ° C для частиц металла / сплава | BN, ZrO 2, УНТ, полимерные частицы | Различные газы: Реакторы с псевдоожиженным слоем используются для нанесения покрытия на отдельные частицы | Нанесение защитного и изоляционного покрытия, мод оптических и механических свойств, формирование композитных структур, проводников |
| Плазма или радикально усиленная ALD для одноэлементных материалов ALD | 20–800 ° C | Чистые металлы (т.е. Ta, Ti, Si, Ge, Ru, Pt), нитриды металлов (например, TiN, TaN и т. Д.) | Металлоорганические соединения, MH 2Cl2, трет-бутилимидотрис (диэтиламидо) тантал (TBTDET), бис (этилциклопентадиенил) рутений), NH 3 | структуры DRAM, MOSFET и полупроводниковые устройства, конденсаторы |
| плазменно-усиленная ALD оксидов и нитридов металлов | 20–300 ° C | Al2O3, SiO 2, ZnO x, InO x, HfO 2, SiN x, TaN x | Аналогично термический ALD |
ALD - полезный Процесс для производства микроэлектроники благодаря его способности производить точную толщину и однородные поверхности в дополнение к производству различных материалов. В микроэлектронике ALD изучается как потенциальный метод осаждения оксидов затвора с высоким κ (высокая диэлектрическая проницаемость ), диэлектриков конденсаторов памяти с высоким κ, сегнетоэлектриков, а также металлов и нитридов для электродов и соединяет. В оксидах с затвором с высоким уровнем, где контроль ультратонких пленок важен, ALD, скорее всего, получит более широкое применение только при технологии 45 нм. При металлизации требуются конформные пленки; в настоящее время ожидается, что ALD будет объявить в массовом производстве на узле 65 нм. В динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) требования к конформности еще выше, и ALD - единственный метод, который можно использовать, когда размеры элементов становятся меньше 100 нм. Некоторые продукты используют ALD, включая головки магнитной записи, MOSFET стеки затвора, DRAM конденсаторы, энергонезависимые сегнетоэлектрические запоминающие устройства и многие другие.
Осаждение оксидов с высоким κ Al2O3, ZrO 2 и HfO 2 были одними из наиболее распространенных обследовали области ALD. Мотивация для оксидов с высоким κ исходит из проблем туннельного тока через обычно диэлектрик затвора SiO 2 в полевых МОП-транзисторах при уменьшении его толщины до 1,0 нм и ниже. С помощью оксида с высоким диэлектрик можно сделать более толстый диэлектрик большой емкости, таким образом, можно уменьшить туннельный ток через структуру.
переходные металлы нитриды, такие как TiN и TaN, находят потенциальное применение как металлические заграждения и как металлические ворота. Металлические барьеры используются для ограждения медных межсоединений, используемых в современных интегральных схемах, чтобы избежать диффузии Cu в окружающие материалы, такие как изоляторы и кремниевую подложку, а также для предотвращения загрязнения элементов Cu, диффундирующими изоляторы, окружающей среды между соединениями из меди слоем металлических барьеров. К металлическим ограждениям предъявляются строгие требования: они должны быть чистыми; плотный; проводящий; конформный; тонкий; имеют хорошую адгезию к металлам и изоляторам. ALD может выполнить требования, касающиеся технологии процесса. Наиболее изученным нитридом ALD является TiN, который осаждается из пленок металлов TiCl 4 и NH 3.
Интерес к металлической ALD вызывает следующие мотивы:
Магнитные записывающие головки используют электрические поля для поляризации частиц и оставляют намагниченный узор на жестком диске. Al 2O3ALD используется для создания однородных тонких слоев. Используя ALD, можно с высокой точностью контролировать толщину изоляции. Это позволяет получать более точные модели намагниченных частиц и, следовательно, более качественные записи.
Конденсаторы DRAM - еще одно применение ALD. Отдельная ячейка DRAM может хранить один бит данных и состоит из одного МОП-транзистора и конденсатора. Усилия прилагаются к уменьшению размера конденсатора, что позволяет повысить плотность памяти. Чтобы изменить размер конденсатора, не влияя на емкость, используются разные ориентации ячеек. Некоторые из них включают многоуровневые или траншейные конденсаторы. С появлением траншейных конденсаторов возникает проблема изготовления этих конденсаторов, особенно по мере того, как размер полупроводников уменьшается. ALD позволяет масштабировать элементы траншеи до значений, превышающих 100 нм. Возможность применения отдельных слоев материала позволяет в степени контролировать материал. За исключением некоторых проблем, связанных с недостаточным ростом пленки (в основном из-за недостаточного количества или низкотемпературных подложек), ALD эффективное средство применения тонких пленок, таких как диэлектрики или барьеры.
Понимание и возможность определения свойств поверхности на биомедицинских устройства имеют решающее значение в биомедицинской промышленности, особенно в отношении устройств, которые имплантируются в тело. Материал взаимодействует с окружающей средой на своей поверхности, поэтому свойства поверхности в степени определяют взаимодействие материалов с окружающей средой. Химия поверхности и топография поверхности на адсорбцию белка, клеточные взаимодействия и иммунный ответ.
Некоторые текущие применения в биомедицинских приложениях включают гибких сенсоров, модификацию нанопористых мембран, полимер ALD и создание тонких биосовместимых покрытий. ALD использовался для осаждения пленок TiO 2 для создания оптических волноводных датчиков в качестве диагностических инструментов. Кроме того, ALD полезен при создании гибких сенсорных устройств, которые можно использовать, например, в одежде спортсменов для определения движения или частоты сердечных сокращений. ALD - это один из методов гибких полевых транзисторов (OFET), поскольку это метод низкотемпературного осаждения.
Нанопористые материалы биомедицинской промышленности для доставки лекарств, имплантатов и тканевой инженерии. Преимущество использования ALD для поверхностей на поверхности заключается в том, что даже внедренные поверхности и границы покрываются однородной пленкой. Размер пор на нанопористых поверхностях может быть уменьшен еще больше в процессе ALD, поскольку конформное покрытие полностью покрывает внутреннюю часть пор. Это уменьшение размера пор может быть выгодным в определенных применениях.
ALD может быть в качестве барьера проницаемости для пластмасс. Например, он хорошо зарекомендовал себя в качестве метода герметизации OLED на пластике. ALD также можно использовать для инокуляции 3-D напечатанных пластиковых деталей для использования в вакууме за уменьшение выделения газа, что позволяет создавать специальные недорогие инструменты для обработки полупроводников, так и для космических приложений. ALD может установить для установления барьера на пластике в процессах с рулона на рулон.
Качество процесса ALD можно контролировать с помощью нескольких методов различных методов визуализации, чтобы убедиться, что процесс ALD протекает гладко и образует конформный слой на поверхности. Одним из вариантов является использование сканирующей электронной микроскопии поперечного сечения (SEM) или просвечивающей электронной микроскопии (TEM). Большое уместно для оценки качества изображения слоя ALD. Коэффициент отражения рентгеновских лучей (XRR) - это метод измерения свойств тонких пленок, включая плотность и шероховатость поверхности. Еще одним инструментом оценки оптического качества является спектроскопическая эллипсометрия. Его применение между нанесением каждого слоя с помощью ALD дает информацию о скорости роста и характеристиках материала пленки.
Применение этого инструмента анализа во время процесса ALD, иногда называемого спектроскопией in situ эллипсометрией, позволяет лучше контролировать скорость роста пленок во время процесса ALD. Этот тип контроля качества происходит во время процесса ALD, а не после оценки пленок, как при визуализации ПЭМ или XRR. Кроме того, спектроскопия обратного резерфордовского рассеяния (RBS), рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS), электронная оже-спектроскопия (AES) и четырехконтактная зондирование может быть установка для информации о тонких пленок, нанесенных методом ALD.
ALD обеспечивает очень контролируемый метод для печати до заданной атомарной толщины. Кроме того, рост различных многослойных структур не вызывает затруднений. Оно очень выгодно специалистам в области микроэлектроники и нанотехнологий при производстве небольших, но эффективных полупроводников. ALD обычно включает низкие температуры и катализатора, который является термохимически использованием предпочтительным. Более низкая температура полезна при работе с мягкими субстратами, такими как органические и биологические образцы. Некоторые предшественники являются термически нестабильными, все же могут быть использованы, если их скорость разложения относительно низко-низкая.
Высокая чистота субстратов очень важна, и как таковые будут связаны с высокими затратами.. Хотя эта стоимость может не сильно отличаться от необходимого оборудования, может потребоваться провести несколько испытаний, прежде чем найти условия, благоприятствующие желаемому продукту. После того, как слой нанесен и процесс завершен, может возникнуть потребность в удалении избыточных предшественников из конечного продукта. В некоторых конечных продуктах присутствует менее 1% примесей.
Инструменты для осаждения атомного слоя могут меняться от 200 000 до 800 000 в зависимости от качества и эффективности прибора. Нет установленной стоимости для запуска цикла этих инструментов; стоимость меняется в зависимости от качества и чистоты используемых подложек, а также температуры и времени работы машины. Некоторые субстраты менее доступны, чем другие, требуют особых условий, чтобы увеличить скорость разложения. Многокомпонентные оксиды и некоторые металлы, необходимые в микроэлектронной промышленности, обычно неэффективны с точки зрения зрения.
Процесс ALD очень медленный, и это, как известно, является его основным ограничением. Например, Al 2O3наносится со скоростью 0,11 нм за цикл, что может соответствовать средней скорости осаждения 100–300 нм в час, в зависимости от продолжительности цикла и скорости откачки. ALD обычно используется для производства подложек для микроэлектроники и нанотехнологий, поэтому толстые атомные слои не нужны. Многие подложки нельзя использовать из-за их хрупкости или загрязнения. Примеси обычно присутствуют в концентрации 0,1–1 ат.%, Поскольку известно, что некоторые газы-носители оставляют остатки и также чувствительны к кислороду.
Прекурсоры должны быть летучими, но не подвержен разложению, поскольку большинство прекурсоров очень чувствительны к кислороду / воздуху, что ограничивает возможности использования субстратов. Некоторые биологические субстраты очень чувствительны к нагреванию и могут иметь высокие скорости разложения, которые не приветствуются, и дают более высокие уровни примесей. Существует множество материалов для тонкопленочных подложек, но важные подложки, необходимые для использования в микроэлектронике, могут быть труднодоступными и могут быть очень дорогими.
