Atomic Layer Deposition

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1 Atomic Layer Deposition
黃柏中

2 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

3 1.ALD原理 2.CVD原理 3.ALD與CVD比較 4.PEALD 5.廠商資訊

4 什麼是Atomic Layer Deposition?

5 什麼是Atomic Layer Deposition?
示意圖: 圖片來源: Sentech

6 什麼是Atomic Layer Deposition?
示意圖: 圖片來源: Sentech

7 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。

8 官能基 醇: 醛: 羧酸:

9 1.ALD原理 2.CVD原理 3.ALD與CVD比較 4.PEALD 5.廠商資訊

10 什麼是Chemical Vapor Deposition?

11 什麼是Chemical Vapor Deposition?
示意圖:

12 1.ALD原理 2.CVD原理 3.ALD與CVD比較 4.PEALD 5.廠商資訊

13 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。

14 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。

15 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。

16 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。

17 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

18 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

19 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。

20 ALD沉積厚度 示意圖: 圖片來源: Sentech

21 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。

22 1.ALD原理 2.CVD原理 3.ALD與CVD比較 4.PEALD 5.廠商資訊

23 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。

24 PEALD為ALD機台 加裝上Plasma (電漿)。 如右圖:

25 Plasma source之電子游離 O2 for example:

26 右圖為使用 PEALD的製程 circle。

27 ALD之膜厚性質

28 PEALD之膜厚性質

29 PEALD 可以看到ALD之厚度標準差似乎較小。

30 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

31 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。

32 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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34 廠商資訊

35 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。

36 佳霖科技(代理SENTEC) 圖片來源: Sentech

37 佳霖科技(代理SENTEC) 前驅物 成長速率 標準差 圖片來源: Sentech

38 價目表

39 價目表

40 價目表 換算成台幣約: 10,455, =11,698,062 元

41 參考文獻 - 義守大學講義 -光鋐科技講座投影片 -中央研究院 _儀器科技研究中心 – Polybell International -建德研究所資料

42 下次目標 了解ALD鍍金屬膜之反應機構。