Aprenda sobre la tecnología de preparación de películas delgadas de deposición de capa atómica (ALD)

Introducción a las técnicas comunes de crecimiento cinematográfico

(1) Tecnología de película delgada CVD
La tecnología CVD es un proceso de crecimiento de la película a través de la reacción química en la superficie del sustrato en un entorno de vacío, y el tiempo de proceso corto y la alta densidad de la película preparada hacen que la tecnología CVD sea cada vez más utilizada en la preparación de capas de barrera inorgánica en el proceso de encapsulación de la película.

0040-02544 Superior, DPS Metal

0040-09094 Cámara 200 mm
(2) Tecnología de película delgada PECVD
La deposición de vapor químico mejorado en plasma (PECVD) utiliza plasma para compensar la baja reactividad causada por precursores de reacción o temperaturas del proceso.

(3) Tecnología de deposición de capa atómica
Similar a la tecnología CVD, la deposición de la capa atómica (ALD) también es una tecnología de preparación de películas delgadas basada en la reacción química de la superficie del sustrato, y además de condiciones similares de crecimiento de la película, algunos materiales precursores también se usan comúnmente entre los dos procesos.
La diferencia es que la tecnología CVD mantiene la coexistencia de los dos materiales precursores en una cámara de reacción al vacío, y la quimisorción ocurre en la superficie del sustrato para formar una película delgada. La reacción química de la superficie establecida por la tecnología ALD es que cada material precursor ocurre de forma independiente y alternativa, y cada material precursor tiene características de reacción de autolimitación, y la reacción de la superficie autolimitante correspondiente crece la capa de sustancia por capa en la superficie del substrato en forma de una sola capa atómica, y la superficie de la superficie de autocomisión continua satisface las necesidades de la capa de la capa de la capa y el alguinero de la altura de la altura del subsomal en el proceso de la tina de la superficie de la altura de la altura del subsomal en el proceso de la tina de la superficie de la altura de la altura de la altura del altaje en el proceso de la tina de la superficie de la altura de la altura de la altura de la altura de la altura del altaje. crecimiento.
El proceso de reacción superficial de la tecnología ALD es continuo y autolimitante, como se muestra en la figura a continuación.

Los procesos ALD típicos a menudo usan secuencias de reacción binarias para el crecimiento de la película delgada, y los dos precursores completan sus respectivas medias reacciones secuencialmente en la superficie del sustrato para lograr un proceso de deposición de una sola capa de una película compuesta binaria. El sitio activo en la superficie del sustrato es la base del crecimiento de las películas ALD, por lo que el sustrato a menudo introduce el sitio activo o aumenta la densidad del sitio activo a través del pretratamiento de la superficie antes de que comience el proceso de crecimiento de la película. Por ejemplo, la cantidad de grupos hidroxilo (-OH) en la superficie del sustrato se puede aumentar en gran medida por medias de oxígeno Plasma (O2 Plasma) o Ultraviolet Radiolet Radiolet, Ass.
La secuencia de reacción binaria involucrada en el proceso ALD se divide en cuatro pasos, como se muestra en la Figura (b).
Primero, el precursor A se introduce en la cámara de reacción y el sitio activo en la superficie del sustrato se somete a una reacción superficial autoconfinida para adsorbir una sola capa atómica y producir los subproductos correspondientes, y luego, toda la cavidad y la tubería se purgan con el gas inerte AR para vaciar el precursor residual A y la reacción de reacción. A continuación, el precursor B ingresa a la cámara de reacción y sufre una reacción superficial autoconfinida con el sitio activo proporcionado por el precursor A, adsorbs otra capa de capas monoatómicas con la producción de subproductos, y finalmente, AR nuevamente actúa como un gas de limpieza para expulsar el precursor residual B y el by-by-Products correspondiente, y el sitio activo reexposado es reactivo con reacción previa a A. AT en este momento. La capa de producto completa el crecimiento. Repita el ciclo anterior n veces para personalizar los parámetros del proceso ALD de acuerdo con las necesidades de uso. Debido a que el número de sitios activos en la superficie del sustrato es limitado, el material de superficie depositado por la semi-reacción también es limitado, correspondiente al hecho de que cada media reacción de la superficie tiene su propio estado de saturación. Si cada una de las dos medias reacciones de superficie independientes es autolimitante, entonces las dos reacciones pueden llevarse a cabo continuamente, alternativamente, para obtener un proceso de deposición de capa por capa de películas delgadas que se puede controlar a nivel atómico. El proceso ALD está controlado por reacciones químicas de superficie, que no entran en contacto en la fase gaseosa porque las reacciones de la superficie son secuenciales y alternativas, y la separación de los dos inhibe la posible aparición de reacciones de fase gaseosa similar a CVD, evitando la aparición de productos de partículas en la superficie de la película. Aunque el material precursor tiene características de reacción de autolimitación, la reacción de los sitios activos de la superficie también tiene un orden secuencial debido a las diferentes tasas de flujo de gas del precursor. Los precursores pueden estar físicamente adsorbidos en forma de fuerzas de van der Waals en la región donde la reacción superficial se ha completado y posteriormente desorbido de esa región, continuando reaccionando con otras regiones superficiales sin reaccionar y produciendo deposición conforme. Debido a que ALD evita la aleatoriedad de los flujos precursores, la naturaleza autolimitada de las reacciones superficiales también da como resultado una deposición no estadística, lo que hace que cada media reacción de la superficie sea impulsada a una saturación cercana. Como resultado, la película cultivada en ALD es muy suave y conforme al sustrato original. Dado que casi no quedan sitios de superficie activos durante el crecimiento de la película, la película tiende a ser continua y libre de agujeros. Esta propiedad es muy importante para la preparación de excelentes películas dieléctricas y películas de barrera de vapor de agua.

Aplicación de la tecnología de película delgada ALD

En la actualidad, la tecnología ALD tiene grandes perspectivas de aplicaciones en la preparación de películas ultrafinas y ultra finas. Los materiales de película delgada típicas como Al2O3, SIO2 y ZnO se han utilizado en varias industrias electrónicas.
En los últimos años, la deposición de la película delgada y la manipulación de componentes se han utilizado ampliamente en técnicas de micro\/nanofabricación como la estructura mecánica, el aislamiento galvánico y la conexión. La hoja de ruta de desarrollo de tecnología de semiconductores internacionales (ITRS) aplica la tecnología ALD a la fabricación de óxidos de compuerta constante de alto dieléctrico en estructuras MOSFET y capas de barrera de difusión de cobre en interconexiones de fondo. Debido al diseño miniaturizado del proceso de semiconductores y la estructura de relación de aspecto alta resultante del producto, el control preciso y el recubrimiento conforme de la tecnología de deposición de películas delgadas se han convertido en un requisito técnico clave, y el proceso ALD proporciona una solución efectiva para este requisito. Además, debido a la excelente compactación de la película delgada de la tecnología ALD, puede formar una buena barrera para la barrera de la barrera de gases de gases dentro de los grosegas de 100. La forma de película ultra delgada proporciona un importante soporte técnico para aplicaciones de productos flexibles. Por lo tanto, la tecnología ALD actual se considera ampliamente como uno de los métodos de protección efectivos para dispositivos optoelectrónicos en el futuro, y la tecnología de envasado de película delgada basada en ALD muestra un peso de paquete más delgado y una mejor flexibilidad que los métodos de envasado existentes.
El profesor SF Bent de la Universidad de Stanford cree que ALD será una solución efectiva al problema de la encapsulación de películas delgadas debido a su crecimiento preciso y controlable a escala atómica. En la actualidad, se han llevado a cabo muchos trabajos de investigación sobre materiales inorgánicos como AL2O3, ZRO2, SIO2 y HFO2 preparado por la tecnología ALD, y se han obtenido excelentes resultados de envasado. Las películas y las películas tienden a ser rígidas a medida que aumentan la densidad y el grosor de las películas.

Además, para satisfacer las necesidades de deposición de baja temperatura, ALD asistido por plasma (deposición de la capa atómica mejorada en plasma) (PLELD) a menudo se usa para compensar la falta de reactividad a baja temperatura, sin embargo, la introducción de plasma de O2 aporta un gran estrés residual al interior de la película. Las propiedades intrínsecas de los materiales inorgánicos atribuidos al crecimiento de ALD, como la baja ductilidad, la baja resistencia a la fractura y la alta fragilidad, limitan la durabilidad y la confiabilidad de los materiales de encapsulación inorgánica durante el movimiento mecánico.
Similar a la tecnología ALD, la tecnología de deposición de capa molecular (MLD) permite la deposición de monocapas de capa por capa en la superficie de los sustratos, y a menudo se usa para el crecimiento de materiales híbridos orgánicos o orgánicos inorgánicos. Vale la pena señalar que a menudo se introducen algunos componentes orgánicos en la tecnología MLD, y las películas híbridas orgánicas u orgánicas inorgánicas preparadas por TI tienen excelentes propiedades mecánicas. 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 the Film, que tiene la oportunidad de proporcionar una ruta de permeación para el vapor de agua ambiental, que afecta en gran medida el rendimiento de la barrera de vapor de agua de la película.

Preparación de películas monocapa y laminadas

Durante los procesos Plald y MLD, donde la presión de la cámara de reacción se mantiene a 0. 25 Torr y un AR de alta pureza (99.999%) con un caudal de 100 SCCM se usa como gas portador de gas y precursores de limpieza, tanto los procesos Plaod como MLD se producen en el equipo mostrado en la figura siguiente.