ALD原子層沉積綜述ppt課件(28頁P(yáng)PT)

1、ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展匯報人：謝來軍1第1頁，共28頁。ALD原子層沉積綜述及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展ALD發(fā)展過程簡介ALD反應(yīng)過程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)過程2第2頁，共28頁。ALD發(fā)展過程簡介原子層淀積(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首次報道了利用TiCl4和GeCl4前軀體進(jìn)行ALD生長的工藝。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) 生長速率慢發(fā)展：90年

2、代中期，集成電路尺寸向納米級發(fā)展 沉積速率慢逐步得到解決3第3頁，共28頁。ALD反應(yīng)過程(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 。4第4頁，共28頁。ALD的自限制性化學(xué)吸附自限制CS-ALD順次反應(yīng)自限制RS-ALD5第5頁，共28頁。ALD的自限制特征1較寬的溫度窗口6第6頁，共28頁。ALD的自限制特征2自飽和性3較大階梯覆蓋率

3、4納米級膜層厚度5較低的生長溫度6較慢的生長速率7第7頁，共28頁。ALD的前驅(qū)體反應(yīng)源的選擇對ALD生長的薄膜質(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)。8第8頁，共28頁。ALD的前驅(qū)體ALD的反應(yīng)源主要可以分成兩大類:無機(jī)物和金屬有機(jī)物。無機(jī)物反應(yīng)源包括單質(zhì)和鹵化物等;金屬有機(jī)物反應(yīng)源

4、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。9第9頁，共28頁。ALD的前驅(qū)體10第10頁，共28頁。ALD的前驅(qū)體11第11頁，共28頁。ALD的前驅(qū)體12第12頁，共28頁。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13第13頁，共28頁。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)源在同一時間被引入到反應(yīng)室, 然后反應(yīng)源

5、關(guān)閉并凈化反應(yīng)室, 接著施加一個直接的等離子脈沖, 這個等離子體環(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)室中一直流過的清潔氣體將清除過剩自由基和反應(yīng)副產(chǎn)物14第14頁，共28頁。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間( 2) 降低了薄膜生長所需的溫度 。( 3) 單體可選擇性強(qiáng)（4) 可以生長出優(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 。15第15頁，共28頁。ALD 技術(shù)的發(fā)展EC-ALD：將表面限制反應(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

6、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16第16頁，共28頁。ALD技術(shù)的應(yīng)用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17第17頁，共28頁。實(shí)驗(yàn)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

7、片上原子層沉積不同厚度氧化鋁，進(jìn)行抗腐蝕性能的測試為實(shí)驗(yàn)室?guī)熜謧兊臉悠愤M(jìn)行沉積氧化鋁，探究對其光電性能的影響18第18頁，共28頁。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)獯蹈梢匀谆X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，放入烘箱70，加熱2h。導(dǎo)電膠凝固后，用環(huán)氧樹脂封裝，凝固12h，準(zhǔn)備做極化、阻抗測試。19第19頁，共28頁。試驗(yàn)進(jìn)展極化、阻抗測試：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，綠色連接對電極，白色連接參比電極。打開電化學(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)行阻抗測試。阻抗測試結(jié)束，點(diǎn)擊程序Tafel plot，設(shè)置電壓從-1到1，進(jìn)行極化測試。測完兩個樣品電