Atomic Layer Deposition 黃柏中
1.ALD原理 2.CVD原理 3.ALD與CVD比較 4.PEALD 5.廠商資訊 目錄 1.ALD原理 2.CVD原理 3.ALD與CVD比較 4.PEALD 5.廠商資訊
1.ALD原理 2.CVD原理 3.ALD與CVD比較 4.PEALD 5.廠商資訊
什麼是Atomic Layer Deposition?
什麼是Atomic Layer Deposition? 示意圖: 圖片來源: Sentech
什麼是Atomic Layer Deposition? 示意圖: 圖片來源: Sentech
英文:Functional group 為決定化合物的化學性質的原子和原子團。 官能基 英文:Functional group 為決定化合物的化學性質的原子和原子團。
官能基 醇: 醛: 羧酸:
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什麼是Chemical Vapor Deposition?
什麼是Chemical Vapor Deposition? 示意圖:
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ALD之特性 分類: 屬於化學氣相層積 優點: 1.可以成長大面積、均勻性、具化學劑量比的薄膜,且在高深寬比 (High aspect ratios)的結構仍具有極佳的階梯覆蓋性(Step coverage)。 2.可以準確地控制膜厚,具有原子級的精準度。 3.可以做低溫的製程。 4.可以沉積緻密且沒有針孔(Pinhole)的薄膜。
ALD之特性 分類: 屬於化學氣相層積 缺點: 1.沉積速率慢:ALD的每一層成長速率約0.1~1秒,厚度 約1~2 Å,每一個鍍膜循環週期(Cycle duration)約數秒至 1分鐘。由於ALD具有自我侷限的特性,其成長速率與 ALD cycle成線性關係。 2.前驅物的價格通常很昂貴,並具有高度毒性,必須進行 監控和仔細控制,以避免潛在的危害。
CVD之特性 優點: 1.大面積鍍膜的應用上有相當不錯的均整度。 2.基板上不會有組成物的顆粒沉積在表面。 3.要換不同反應氣體時不須破真空。 4.對於活化能較高的反應物有更多選擇性。
CVD之特性 缺點: a.熱力學及化學反應機制不易瞭解或不甚瞭解。 b.須在高溫度下進行,有些基材不能承受,甚至和鍍膜起作用。 e.基材的遮蔽很難。
常見沉積技術比較 項目 原子層沉積(ALD) 物理式真空鍍膜(PVD) 化學式真空鍍(CVD) 沉積原理 表面反應-沉積 蒸發-凝固 表面反應-沉積 蒸發-凝固 氣相反應-沉積 沉積過程 層狀生長 形核長大 臺階覆蓋率 優秀 一般 好 沉積速率 慢 快 沉積溫度 低 高 沉積層均勻性 較好 厚度控制 反應迴圈次數 沉積時間 沉積時間,氣相分壓 成分 均勻,雜質少 無雜質 易含雜質,夾雜
CVD: A+B C C即為所要鍍之膜 ALD: a+b x y+x C ALD與CVD前驅物? CVD: A+B C C即為所要鍍之膜 ALD: a+b x y+x C A .B為前驅物 a .y為前驅物 b為基材表面官能基 結論: 兩者所進行之反應式不完全相同
ALD可使用CVD之機台嗎? 兩者真空度差不多,理論上可以將CVD改造成ALD, 這也就是ALD當初的想法,為一種特化的CVD機台, 所以當CVD改造成ALD機台,那他就是ALD機台, ALD步驟較多,需使用多道管線與幫浦進行purge 等等,也是ALD比CVD昂貴的原因。
ALD沉積厚度 示意圖: 圖片來源: Sentech
在越小的尺度下,沉積技術之 Step coverage與懸突越顯重要。 如右圖,兩側懸突碰在一起後, 產生之空穴造成沉積阻礙。 Why ALD? 在越小的尺度下,沉積技術之 Step coverage與懸突越顯重要。 如右圖,兩側懸突碰在一起後, 產生之空穴造成沉積阻礙。
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需使用電漿製造出具自由基的原子來進行反應, 因此需要PEALD機台來滿足所設計的化學反應機 構。
PEALD為ALD機台 加裝上Plasma (電漿)。 如右圖:
Plasma source之電子游離 O2 for example:
右圖為使用 PEALD的製程 circle。
ALD之膜厚性質
PEALD之膜厚性質
PEALD 可以看到ALD之厚度標準差似乎較小。
優點: 1.能用ALD鍍金屬氧化物 2.前驅物之一幾乎都可以用水 使用金屬烷當前驅物質 優點: 1.能用ALD鍍金屬氧化物 2.前驅物之一幾乎都可以用水
只要能設計出循環的流程即可,目前尚未 設計出流程與找到可行的前驅物質,所以尚無辦 法能沉積矽鍺。 Can the film be Si/Ge? 只要能設計出循環的流程即可,目前尚未 設計出流程與找到可行的前驅物質,所以尚無辦 法能沉積矽鍺。
總結 1.ALD為CVD的一支。 2.ALD能有很好的大面積均勻性與step coverage。 4.ALD機台所使用的前驅物質通常具毒性,相關 的防護措施SOP應更加嚴格且小心。
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廠商資訊
佳霖科技(代理SENTEC) 特點: 1. ALD Real Time Monitor,隨時監控腔體內況況, 以便了解情況與製程參數調整最佳化。 2.特別設計之 Plasma Source 不會破壞沉積表面。
佳霖科技(代理SENTEC) 圖片來源: Sentech
佳霖科技(代理SENTEC) 前驅物 成長速率 標準差 圖片來源: Sentech
價目表
價目表
價目表 換算成台幣約: 10,455,568+1242494=11,698,062 元
參考文獻 http://www.isu.edu.tw/upload/81201/43/news/postfile_12877.pdf - 義守大學講義 https://goo.gl/wYviBk -光鋐科技講座投影片 http://140.110.96.15/tw/topic/file_download.php?topic_file_id=877 -中央研究院 _儀器科技研究中心 http://www.polybell.com.tw/page/news/show.aspx?num=79&kind=11&page=2 – Polybell International https://goo.gl/R5Ey5d -建德研究所資料
下次目標 了解ALD鍍金屬膜之反應機構。