Atomic Layer Deposition ( ALD) on ohutkalvopinnoitustekniikka , joka perustuu höyryn ja kiinteän aineen välisiin peräkkäisiin kemiallisiin reaktioihin ja jolla on itsestään rajoittuva ominaisuus. Useimmissa ASO-reaktioissa käytetään kahta kemiallista yhdistettä , joita kutsutaan yleisesti esiasteiksi . Tällaiset prekursorit reagoivat vuorotellen pinnan kanssa. Esiasteiden toistuvan vaikutuksen seurauksena ohut kalvo kasvaa.
ALD-prosessi on sellainen itsesäätyvä prosessi (kussakin reaktiosyklissä kerrostetun materiaalin määrä on vakio), jossa tapahtuu peräkkäisiä kemiallisia reaktioita, joiden seurauksena eri materiaalien substraatille kerrostuu tasainen ohut materiaalikalvo. . ALD-prosessi on samanlainen kuin kemiallinen höyrypinnoitusprosessi , lisäksi ALD-prosessissa kemialliset reaktiot erotetaan useisiin erillisiin reaktioihin, joissa esiastemateriaalit reagoivat substraatin pinnan kanssa peräkkäin. Pintareaktioiden itserajoittuvien ominaisuuksien seurauksena ALD-ohutkalvon kasvuprosessi mahdollistaa laskeuman hallinnan atomitasolla. Pitämällä prekursorit erillään pinnoitusprosessin aikana, on mahdollista saavuttaa prosessin ohjaus tasolle ~0,1 Å (10 pikometriä ) sykliä kohti. Esiasteiden erottaminen suoritetaan huuhtelukaasun (yleensä typen tai argonin) pulsseilla jokaisen esiastepulssin jälkeen prekursorijäämien poistamiseksi reaktorista ja "harhaanjohtavien" kemiallisten reaktioiden estämiseksi substraatilla.
ALD-prosessin kuvaili ensimmäisen kerran nimellä "Molecular layering" 1960-luvun alussa professori S. I. Koltsov Leningradin teknologisesta instituutista. Lensoviet . Nämä ASO-kokeet suoritettiin V. B. Aleskovskiyn tieteellisessä ohjauksessa . ASO-prosessin käsitteen ehdotti ensimmäisenä V. B. Aleskovskiy vuonna 1952 julkaistussa väitöskirjassaan [1] [2] [3] . ALD-prosessi kehitettiin ja otettiin käyttöön maailmanlaajuisesti nimellä Atomic layer epitaxy (ALE) 1970-luvun lopulla [4] .
ALD - prosessi on kehittynyt laadukkaiden dielektristen ja luminoivien kalvojen tarve levittää laaja - alaisille substraateille ohutkalvoelektroluminoivien litteiden näyttöjen käyttöä varten . Kiinnostus ASO:ta kohtaan on vähitellen lisääntynyt 1990-luvun puolivälistä lähtien keskittyen piipohjaiseen mikroelektroniikkaan . ALD:tä pidetään pinnoitusmenetelmänä, jolla on suurin potentiaali saada ultraohuita yhtenäisiä kalvoja, joilla on kyky hallita niiden paksuutta ja koostumusta atomitasolla. Viime vuosien tärkein liikkeellepaneva voima on mahdollisuus käyttää ASO:ta mikroelektronisten laitteiden miniatyrisoinnissa edelleen. ALD:tä voidaan käyttää usean tyyppisten ohuiden kalvojen kerrostamiseen, mukaan lukien erilaiset oksidit (esimerkiksi Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , ZnO, HfO 2 ), metallinitridit (esim. TiN, TaN, WN, NbN ) , metallit (esim. Ru, Ir, Pt) ja metallisulfidit (esim. ZnS).
ALD on tekniikka, joka käyttää periaatetta materiaalien molekyylikeräyksestä kaasufaasista. Materiaalikerrosten kasvu ALD:ssä koostuu seuraavista neljästä ominaisesta vaiheesta, jotka toistuvat syklisesti:
Juuri tämä pulssisyöttö ja työkaasujen poisto on tärkein ero ALD-tekniikan ja CVD :n välillä . CVD-tekniikassa reaktiokaasut ovat työkammiossa samanaikaisesti merkittävän ajan (kymmeniä minuutteja).
ASO:ssa tapahtuvat kemialliset reaktiot tietyllä lämpötila-alueella, jota kutsutaan käyttölämpötilaikkunaksi, ja se on yleensä 200–400 °C. ALD:ssä käytetty työpaine on 0,1÷10 kPa .
Jokaista pintareaktiosykliä kohden lisätyn materiaalin määrää kutsutaan kasvuksi sykliä kohden. Materiaalikerroksen kasvattamiseksi reaktiosyklit toistetaan niin monta kertaa kuin tarvitaan halutun kalvonpaksuuden saavuttamiseksi. Yhdessä jaksossa, joka voi kestää 0,5 sekunnista useisiin sekunteihin, kerrostetaan kalvo, jonka paksuus on 0,1 - 3 Å . Ennen ALD-prosessin aloittamista substraatin pinta stabiloidaan tunnettuun alkutilaan pääsääntöisesti lämpökäsittelyllä. Reaktioiden itserajoittumisesta johtuen ALD on pintaohjattu prosessi, johon prosessiparametreilla, paitsi prekursorien koostumuksella, substraatin materiaalilla ja morfologialla sekä lämpötilalla, ei ole käytännössä mitään vaikutusta. Myös pinnan itserajoituksen seurauksena ALD-prosessissa kasvatetut kalvot ovat koostumukseltaan ja paksuudeltaan erittäin tasaisia. Näitä ohuita kalvoja voidaan käyttää yhdessä muilla yleisillä menetelmillä valmistettujen kalvojen kanssa.