ALD原子層沉積綜述及實驗進展

匯報人：謝來軍2021/5/91ALD原子層沉積綜述及實驗進展ALD發展過程簡介ALD反應過程ALD的自限制性及其特點ALD的前驅體ALD技術的發展ALD技術的應用試驗過程2021/5/92ALD發展過程簡介原子層淀積(ALD)是一種基于表面氣相化學反應的薄膜淀積技術。也稱為原子層外延(ALE)技術。1960年代,前蘇聯科學W.B.Aleskowskii首次報道了利用TiCl4和GeCl4前軀體進行ALD生長的工藝。19世紀70年代就由芬蘭人T.Suntola和J.Anston取得了該技術的專利。限制：復雜的表面化學反應生長速率慢發展：90年代中期，集成電路尺寸向納米級發展沉積速率慢逐步得到解決2021/5/93ALD反應過程2021/5/94ALD的自限制性化學吸附自限制CS-ALD順次反應自限制RS-ALD2021/5/95ALD的自限制特征1較寬的溫度窗口2021/5/96ALD的自限制特征2自飽和性3較大階梯覆蓋率4納米級膜層厚度5較低的生長溫度6較慢的生長速率2021/5/97ALD的前驅體反應源的選擇對ALD生長的薄膜質量起著關鍵的作用。1反應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（反應源的蒸汽壓大約在O.ltorr）2反應源必須有足夠好的化學穩定性,不能發生自分解,或腐燭溶解襯底材料或淀積形成的薄膜。3反應源還必須有一定的反應活性,能夠迅速地在材料表面進行化學吸附,保證較短的時間內與材料表面達到飽和吸附或與材料表面基團快速有效的反應。2021/5/98ALD的前驅體ALD的反應源主要可以分成兩大類:無機物和金屬有機物。無機物反應源包括單質和鹵化物等;金屬有機物反應源包括金屬烷基,金屬環戊二烯基(cyclopentadienyls),金屬β-2酮(3-二酮(P-diketonates基),金屬酰胺,金屬脒基(amidinates)等化合物。2021/5/99ALD的前驅體2021/5/910ALD的前驅體2021/5/911ALD的前驅體2021/5/912ALD技術的發展1T-ALD熱處理原子層沉積法2PE-ALD等離子體增強工藝是等離子體輔助和ALD技術的結合3EC-ALD將電化學沉積和ALD技術相結合

2021/5/913ALD技術的發展PE-ALD在沉積溫度下互不發生反應的互補反應

源在同一時間被引入到反應室,然后反應源關閉并凈化反應室,接著施加一個直接的等離子脈沖,這個等離子體環境產生高活性自由基并與吸附于襯底的反應物反應。關閉等離子可迅速清除活性自由基源,反應室中一直流過的清潔氣體將清除過剩自由基和反應副產物

2021/5/914ALD技術的發展(1)具有更快的沉積速率和較低的沉積時間

(2)降低了薄膜生長所需的溫度。

(3)單體可選擇性強

（4)可以生長出優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。

2021/5/915ALD技術的發展EC-ALD：將表面限制反應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

2021/5/916ALD技術的應用ALD技術在半導體領域的應用：1高k材料2IC互連技術ALD技術在納米材料方面的應用

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,量子點涂層光子晶體等ALD技術在光學薄膜方面的應用：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,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

2021/5/917實驗進展逐步掌握ALD儀器結構、儀器操作、工作原理總結使用ALD儀器方法、注意事項在以上基礎上，在純銅片上原子層沉積不同厚度氧化鋁，進行抗腐蝕性能的測試為實驗室師兄們的樣品進行沉積氧化鋁，探究對其光電性能的影響2021/5/918實驗進展銅片的預處理：純銅片依次用500/1000/2000目的砂紙打磨，打磨好后在拋光機上進行拋光。銅片拋光后分別用乙醇、丙酮、乙醇、去離子水超聲500s。用氮氣吹干以三甲基鋁和水為前驅體。在沉積溫度為150°下在銅片上分別沉積循環次數為10/50/100/200/500/1000/5000的氧化鋁沉積結束，將沉積后的銅片用導電膠與導線連接，放入烘箱70°，加熱2h。導電膠凝固后，用環氧樹脂封裝，凝固12h，準備做極化、阻抗測試。2021/5/919試驗進展極化、阻抗測試：用0.1mol/L的硫酸鈉溶液做電解質。電化學工作站紅色連接工作電極，綠色連接對電極，白色連接參比電極。打開電化學工作站軟件，點擊程序ACimpedance將lowfrequency數值設為0.1，進行阻抗測試。阻抗測試結束，點擊程序Tafelplot，設置電壓從-1到1，進行極化測試。測