Tìm hiểu về công nghệ chuẩn bị của các màng mỏng (ALD)

Giới thiệu về các kỹ thuật tăng trưởng phim phổ biến

(1) Công nghệ phim mỏng CVD
Công nghệ CVD là một quá trình tăng trưởng phim thông qua phản ứng hóa học trên bề mặt chất nền trong môi trường chân không và thời gian xử lý ngắn và mật độ cao của màng đã chuẩn bị làm cho công nghệ CVD ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong việc chuẩn bị các lớp rào cản vô cơ trong quá trình đóng gói phim.

0040-02544 phần thân trên, kim loại DPS

0040-09094 Chamber 200mm
(2) Công nghệ phim mỏng PECVD
Tăng cường sự lắng đọng hơi hóa học (PECVD) trong huyết tương sử dụng huyết tương để bù cho khả năng phản ứng thấp gây ra bởi tiền chất phản ứng hoặc nhiệt độ xử lý.

(3) Công nghệ lắng đọng lớp nguyên tử
Tương tự như công nghệ CVD, lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) cũng là một công nghệ chuẩn bị màng mỏng dựa trên phản ứng hóa học của bề mặt chất nền, và ngoài các điều kiện tăng trưởng màng tương tự, một số vật liệu tiền thân cũng được sử dụng thường được sử dụng giữa hai quá trình.
Sự khác biệt là công nghệ CVD duy trì sự cùng tồn tại của hai vật liệu tiền thân trong buồng phản ứng chân không và sự hấp thụ hóa học xảy ra trên bề mặt chất nền để tạo thành một màng mỏng. Phản ứng hóa học bề mặt được thiết lập bởi công nghệ ALD là mỗi vật liệu tiền thân xảy ra độc lập và xen kẽ, và mỗi vật liệu tiền chất có đặc điểm phản ứng tự giới hạn và nửa phản ứng bề mặt tự giới hạn tương ứng phát triển lớp tạo thành lớp.
Quá trình phản ứng bề mặt của công nghệ ALD là liên tục và tự giới hạn, như thể hiện trong hình dưới đây.

Các quá trình ALD điển hình thường sử dụng các chuỗi phản ứng nhị phân cho sự phát triển màng mỏng và hai tiền chất hoàn thành các phản ứng nửa tương ứng của chúng tuần tự trên bề mặt chất nền để đạt được quá trình lắng đọng một lớp của màng ghép nhị phân. Vị trí hoạt động trên bề mặt cơ chất là cơ sở cho sự phát triển của màng ALD, do đó, chất nền thường giới thiệu vị trí hoạt động hoặc tăng mật độ vị trí hoạt động thông qua một số tiền xử lý bề mặt trước khi quá trình tăng trưởng màng bắt đầu.
Trình tự phản ứng nhị phân liên quan đến quá trình ALD được chia thành bốn bước, như trong Hình (b).
Đầu tiên, tiền chất A được đưa vào buồng phản ứng và vị trí hoạt động trên bề mặt cơ chất trải qua phản ứng bề mặt tự liên kết với việc hấp phụ một lớp nguyên tử và tạo ra các sản phẩm phụ tương ứng, và sau đó, toàn bộ khoang và đường ống được thanh lọc bằng khí trơ để làm trống phần nguyên chất dư. Tiếp theo, tiền thân B đi vào buồng phản ứng và trải qua phản ứng bề mặt tự liên kết với vị trí hoạt động được cung cấp bởi tiền chất A, hấp thụ một lớp khác của các lớp đơn trị với việc sản xuất các sản phẩm phụ, và cuối cùng, AR có khả năng hoạt động của Points. Lớp sản phẩm hoàn thành tăng trưởng. Lặp lại chu kỳ trên n lần để tùy chỉnh các tham số quy trình ALD theo nhu cầu sử dụng. Do số lượng các vị trí hoạt động trên bề mặt chất nền bị hạn chế, vật liệu bề mặt được lắng đọng bởi phản ứng bán cũng bị hạn chế, tương ứng với thực tế là mỗi phản ứng nửa bề mặt có trạng thái bão hòa riêng. Nếu mỗi trong hai phản ứng nửa bề mặt độc lập là tự giới hạn, thì hai phản ứng có thể được thực hiện liên tục, xen kẽ, để có được quá trình lắng đọng từng lớp của các màng mỏng có thể kiểm soát được ở cấp độ nguyên tử. Quá trình ALD được kiểm soát bởi các phản ứng hóa học bề mặt, không tiếp xúc trong pha khí vì các phản ứng bề mặt là tuần tự và xen kẽ, và sự phân tách của hai tác dụng ức chế sự xuất hiện của các phản ứng pha khí giống như CVD, tránh sự xuất hiện của các sản phẩm hạt trên bề mặt của màng. Mặc dù vật liệu tiền thân có đặc điểm phản ứng tự giới hạn, phản ứng của các vị trí hoạt động bề mặt cũng có thứ tự tuần tự do tốc độ dòng khí khác nhau của tiền chất. Tiền chất có thể được hấp phụ vật lý dưới dạng lực Van der Waals trong khu vực nơi phản ứng bề mặt đã được hoàn thành và sau đó được giải phóng từ khu vực đó, tiếp tục phản ứng với các vùng bề mặt không phản ứng khác và tạo ra sự lắng đọng phù hợp. Bởi vì ALD tránh được tính ngẫu nhiên của thông lượng tiền thân, tính chất tự giới hạn của các phản ứng bề mặt cũng dẫn đến sự lắng đọng phi thống kê, khiến mỗi phản ứng nửa bề mặt được điều khiển đến gần bão hòa. Kết quả là, bộ phim ALD được phát triển rất mượt mà và phù hợp với chất nền ban đầu. Vì hầu như không còn các vị trí hoạt động bề mặt nào trong quá trình phát triển phim, bộ phim có xu hướng liên tục và không bị pinhole. Khách sạn này rất quan trọng để chuẩn bị phim điện môi tuyệt vời và phim rào cản hơi nước.

Áp dụng công nghệ phim mỏng ALD

Hiện tại, ALD Technology có triển vọng ứng dụng tuyệt vời trong việc chuẩn bị các bộ phim siêu mỏng và cực đoan. Các vật liệu màng mỏng điển hình như Al2O3, SiO2 và ZnO đã được sử dụng trong các ngành công nghiệp điện tử khác nhau.
Trong những năm gần đây, sự lắng đọng màng mỏng và thao tác thành phần đã được sử dụng rộng rãi trong các kỹ thuật chế tạo vi mô\/nano như cấu trúc cơ học, cách ly điện và kết nối. Lộ trình phát triển công nghệ bán dẫn quốc tế (ITRS) áp dụng công nghệ ALD cho việc chế tạo các oxit cổng hằng số điện tử cao trong cấu trúc MOSFET và các lớp rào cản khuếch tán đồng trong các kết nối kết nối. Do cách bố trí thu nhỏ của quá trình bán dẫn và cấu trúc tỷ lệ khung hình cao của sản phẩm, sự điều khiển chính xác và lớp phủ phù hợp của công nghệ lắng đọng màng mỏng đã trở thành một yêu cầu kỹ thuật chính của ALD, trong đó Mẫu phim siêu mỏng cung cấp hỗ trợ kỹ thuật quan trọng cho các ứng dụng sản phẩm linh hoạt. Do đó, công nghệ ALD hiện tại được coi là một trong những phương pháp bảo vệ hiệu quả cho các thiết bị quang điện tử trong tương lai và công nghệ đóng gói màng mỏng dựa trên ALD cho thấy trọng lượng gói mỏng hơn và tính linh hoạt tốt hơn so với các phương pháp đóng gói hiện có.
Giáo sư SF Bent của Đại học Stanford tin rằng ALD sẽ là một giải pháp hiệu quả cho vấn đề đóng gói màng mỏng vì sự tăng trưởng chính xác và có thể kiểm soát của nó ở quy mô nguyên tử. Hiện tại, rất nhiều công việc nghiên cứu đã được thực hiện trên các vật liệu vô cơ như AL2O3, ZRO2, SiO2 và HFO2 được điều chế bởi công nghệ ALD và kết quả đóng gói tuyệt vời đã thu được. Phim, và các bộ phim có xu hướng cứng nhắc khi mật độ và độ dày của các bộ phim tăng lên.

Ngoài ra, để đáp ứng nhu cầu lắng đọng nhiệt độ thấp, ALD hỗ trợ huyết tương (sự lắng đọng lớp nguyên tử tăng cường huyết tương) (PEALD) thường được sử dụng để bù cho việc thiếu phản ứng nhiệt độ thấp, tuy nhiên, sự ra đời của plasma O2 mang lại căng thẳng lớn cho bên trong của màng. Các tính chất nội tại của các vật liệu vô cơ được quy cho sự tăng trưởng của ALD, chẳng hạn như độ dẻo thấp, độ bền gãy thấp và độ giòn cao, hạn chế độ bền và độ tin cậy của vật liệu đóng gói vô cơ trong chuyển động cơ học.
Tương tự như công nghệ ALD, công nghệ lắng đọng lớp phân tử (MLD) cho phép lắng đọng lớp đơn lớp theo lớp trên bề mặt của chất nền và thường được sử dụng cho sự phát triển của vật liệu lai hữu cơ hoặc hữu cơ. Điều đáng chú ý là thường có một số thành phần hữu cơ được giới thiệu trong công nghệ MLD và các màng lai hữu cơ hoặc hữu cơ được điều chế bởi nó có các đặc tính cơ học tuyệt vời. Tuy nhiên, MLD thường sử dụng tiền chất hữu cơ làm đơn vị tăng trưởng bề mặt của đơn lớp và cấu trúc hữu cơ chuỗi dài có trong nó dẫn đến thể tích phân tử lớn của vật liệu tiền chất nơi có cơ hội cung cấp một con đường thẩm thấu cho hơi nước môi trường, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hàng rào hơi nước của bộ phim.

Chuẩn bị các bộ phim đơn lớp và nhiều lớp

Trong các quá trình PEALD và MLD, trong đó áp suất của buồng phản ứng được duy trì ở 0. 25 Torr và AR có độ tinh khiết cao (99,999%) với tốc độ dòng 100 SCCM được sử dụng làm khí mang và khí trước, cả hai đều xảy ra trong các thiết bị.