고정밀도 및 제어 가능한 박막 제조 공정으로,원자층 증착(ALD)는 점점 더 많은 응용 분야에서 사용되고 있습니다. 하지만 많은 친구들이 여전히 차이점에 대해 묻습니다.화학 기상 증착(CVD) 및 원자층 증착(ALD). 오늘은 반응효율, 균일성, 반응온도 3가지 측면에서 설명하겠습니다.
원자층 증착(ALD)은 가스상 화학 공정의 지속적인 사용을 기반으로 하는 박막 증착 기술입니다. 이는 화학 기상 증착의 하위 클래스입니다. 대부분의 ALD 반응은 전구체(반응물이라고도 함)라는 두 가지 화학 물질을 사용합니다. 이러한 전구체는 순차적이고 자체 제한적인 방식으로 재료 표면과 하나씩 반응합니다. 개별 전구체에 반복적으로 노출되면 필름이 천천히 증착됩니다. ALD는 반도체 소자 제조의 핵심 공정이자 나노물질 합성 툴킷의 일부입니다.
화학기상증착(CVD)에서는 전구체가 동시에 연속적으로 반응기 내부로 유입되고, 이들 전구체는 뜨거운 기판 표면에서 서로 반응한다. 증착 속도는 ALD보다 높을 수 있지만 코팅의 접착력이 좋지 않고 밀도가 충분하지 않으며 고르지 않습니다.
CVD에서는 자체 패시베이션이 부족하기 때문에 균일한 고종횡비 코팅을 형성하는 것도 불가능합니다. CVD 공정에서는 트렌치나 홀의 전구체 농도가 낮기 때문에 기판 표면보다 훨씬 얇은 두께가 생성됩니다. CVD에는 일반적으로 더 높은 기판 온도가 필요합니다.
ALD 원자층 증착의 장점
1. 증착 사이클 수를 제어함으로써 필름의 두께를 나노미터 이하의 정밀도로 제어할 수 있어 탁월한 반복성을 보여줍니다.
2. 코팅은 거칠기가 매우 낮으며 기판의 곡률을 완전히 따릅니다.
3. 완벽한 3D 적합성 및 100% 스텝 커버리지: 편평하고 내부 다공성이며 과립형 샘플 주변에 균일하고 매끄러운 코팅이 이루어집니다.
4. 핀홀이 나타나는 것을 방지하기 위해 기판의 먼지 입자 아래에서 코팅이 자랄 수도 있습니다.
5. 표면과의 공유결합 또는 때로는 침투(고분자)로 인해 접착력이 우수합니다. 폴리테트라플루오로에틸렌에도 달라붙습니다!
6. 배치 확장이 용이합니다. (완벽한 코팅 두께 균일도로 많은 기판을 적층하고 동시에 코팅할 수 있습니다.)
7. 미터 크기를 초과하는 균일한 두께의 넓은 영역.
8. 민감한 기판의 온화한 증착 공정에는 일반적으로 플라즈마가 필요하지 않습니다.
9. 넓은 공정 창(온도 또는 전구체 용량 변화에 민감하지 않음)
10. 낮은 결함 밀도
11. 기판과 온도에 따라 비정질 또는 결정질이 될 수 있습니다.
12. 샌드위치, 이종구조, 나노적층판, 혼합 산화물, 경사층 및 도핑의 디지털 제어를 통해 재료 특성을 맞춤화합니다.
13. 산화물, 질화물, 금속, 반도체 등에 대한 표준적이고 쉽게 복제할 수 있는 공식.
14. 웨이퍼, 3D 부품, 필름, 다공성 물질, 나노미터에서 미터 크기의 분말까지 모든 유형의 물체를 코팅할 수 있습니다.
15. 코팅 장비는 견고하고 내구성이 뛰어나며 작동이 쉽고 초고진공이 필요 없이 확장이 가능합니다. 대기압 ALD도 가능합니다.
원자층 증착 공정의 효율성
잘 알려진 바와 같이 원자층증착(ALD) 기술의 성장 과정은 원자층 1개당 사이클당 약 1초가 소요될 정도로 매우 느리다. 그러나 일부 변형은 훨씬 더 빠르며, 특히 빠르게 최적화된 흐름 반응기(1-5 nm/s) 및 공간 ALD(1-10 nm/s)는 더욱 그렇습니다.
그러나 ALD 기술의 고유한 자체 부동태화 특성으로 인해 수천 개의 기판을 반응기에 로드할 수 있으므로 각 구성 요소에 대해 매우 빠르고 균일하며 반복 가능한 코팅 속도가 가능합니다! 대안으로, 많은 코팅 헤드를 사용할 때 롤 속도가 공간 ALD에 비해 매우 높을 수 있는 롤투롤 ALD를 사용할 수 있습니다.
그러나 비표면적이 큰 분말 기판에 ALD를 적용하면 블로잉에 소요되는 시간으로 인해 사이클당 성장 시간이 최대 1시간까지 길어집니다.
원자층 증착에 필요한 온도
ALD에서 증착에 적합한 기판 온도 범위는 실온에서 800도까지이지만 대부분의 증착은 100-200도 정도에서 발생합니다. 온도가 100℃ 이상이 되면 일반적으로 반응물의 하나로 사용되는 수증기가 기판과 벽에서 빠르게 증발합니다. 따라서 100℃ 이상의 온도를 사용하면 전구체 간의 순환 속도가 빨라집니다.
고온에서 특정 재료는 에피택셜 성장을 달성할 수 있습니다. 증착된 층이 기판 결정 구조와 일치하면 단결정 코팅이 형성될 수 있는데, 이를 원자층 에피택시라고 합니다!
원자층 증착 공정에서 지원되는 코팅 유형
1. 산화물: Al2O3,CaO,CuO,Er2O3,Ga2O3, HfO2,La2O3,MgO,Nb2O5,Sc2O3,SiO2,Ta2O5,TiO2,VXOY,Y2O3,Yb2O3,ZnO 기다려;
2. 질화물: AlN, GaN, TaNX, TiAlN, TiNX 등;
3. 탄화물: TaC, TiC 등;
4. 금속: Ir, Pd, Pt, Ru 등;
5. 황화물: ZnS, SrS 등;
6. 불화물: CaF2, LaF3, MgF2, SrF2 등;
7. 생체재료: Ca10(PO4)6(OH)2(수산화인회석) 등
8. 폴리머: PMDA-DAH, PMDA-ODA 등;
ALD는 금속 유기 하이브리드를 형성하기 위해 다양한 구조를 도핑하고 혼합하는 데에도 사용될 수 있습니다.
ALD의 잠재력은 계속 확장되고 있습니다.
예를 들어, 매우 유망한 응용 분야는 기존 선택적 멤브레인을 사용하여 선택적 영역을 증착하는 것입니다. 연구원들은 현재 특정 위치에 금속과 유전체를 증착하는 방법을 개발하고 있는데, 이는 본질적으로 다른 그래픽 접근 방식입니다.
선택성은 처음으로 가장 중요한 멤브레인 특성이 되었으며 5nm에서 3nm 기술 노드를 통합하는 데 중요합니다. ALD는 또한 적용 범위 제어를 개선하거나 새로운 패턴을 기존 패턴과 정확하게 일치시키기 위해 연구되고 있습니다.
하위 레벨 전기 접점의 오프셋이나 정렬 불량은 전도성을 감소시키고 칩 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.
원자층 기술은 첨단 반도체 제조를 촉진하는 데 점점 더 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 핵심 기술 지원으로서 ALD는 계속해서 개발되어 차세대 장치에 통합되어 새로운 구조 및 확장 전략의 과제를 해결할 것입니다.
