中國(guó)粉體網(wǎng)訊  經(jīng)過將近30年的發(fā)展，作為功能薄膜制備中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，原子層沉積（ALD）技術(shù)在催化、半導(dǎo)體、光學(xué)等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著十分重要的作用。

ALD最初用于平板顯示器所需的多晶熒光材料ZnS、Mn以及非晶Al₂O₃絕緣膜的研制。20世紀(jì)90年代中期，硅半導(dǎo)體的發(fā)展使得原子沉積的優(yōu)勢(shì)真正得以體現(xiàn)，掀起了人們對(duì)ALD研究的熱潮。發(fā)展至今，ALD已經(jīng)成為應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體器件技術(shù)小型化的要求的重要技術(shù)，在半導(dǎo)體領(lǐng)域有著廣泛且重要的應(yīng)用。

ALD技術(shù)的特征及優(yōu)勢(shì)

ALD技術(shù)在半導(dǎo)體中的應(yīng)用

根據(jù)摩爾定律，要求半導(dǎo)體器件尺寸的不斷減小，而ALD技術(shù)以其優(yōu)異的保型性和均勻性、高的臺(tái)階覆蓋率和速率可控性，使其在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，包括：晶體管柵極電介質(zhì)層(高k材料)，光電元件的涂層，晶體管中的擴(kuò)散勢(shì)壘層和互聯(lián)勢(shì)壘層(阻止摻雜劑的遷移)，有機(jī)發(fā)光顯示器的反濕涂層和薄膜電致發(fā)光(TFEL)元件，集成電路中的互連種子層，DRAM和MRAM中的電介質(zhì)層，集成電路中嵌入電容器的電介質(zhì)層，電磁記錄頭的涂層，集成電路中金屬-絕緣層-金屬(MIM)電容器涂層等。

高k電介質(zhì)

一種可取代SiO₂作為柵介質(zhì)的材料，它具備良好的絕緣屬性，同時(shí)可在柵和硅底層通道之間產(chǎn)生較高的場(chǎng)效應(yīng)（即高-k）。

k（希臘文Kappa）是一個(gè)工程術(shù)語，描述一種材料保有電荷的能力。有些材料比其他材料能夠更好地存儲(chǔ)電荷，因此，擁有更高的“k”值。

另外，由于高k材料比SiO₂更厚，并且保持著同樣理想的屬性，因此，它們可以大幅減少漏電量。

ALD是一種較好的可以制備高k電介質(zhì)材料的技術(shù)，目前主要包括TiO₂、HfO₂、Al₂O₃三種材料，以及稀土元素氧化物和一些硅酸鹽混合的納米層狀結(jié)構(gòu)材料。

電容器

電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RRAM）

非易失性存儲(chǔ)器更高密度、更快速度和低功耗的要求推動(dòng)了基于Si集成電路（ICs）和計(jì)算機(jī)處理器的空間持續(xù)縮減。當(dāng)技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入22納米級(jí)時(shí)，傳統(tǒng)的閃存技術(shù)將達(dá)到其物理和集成的限制，因此許多新的類型的存儲(chǔ)器應(yīng)運(yùn)而生。其中，電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RRAM）以其單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗和制造成本低、可擴(kuò)展性優(yōu)良和兼容性優(yōu)異脫穎而出。目前RRAM應(yīng)用氧化物材料主要有NiOx、TiO₂、ZrO₂、HfO₂、Ta₂O₅、ZnO和MnO_x等。

二極管

使用ALD方法制備的二極管表面材料主要有ZnO、ZrO₂和Al₂O₃等。İkram Orak通過ALD法制備了ZnO薄膜，并研究了其在光電二極管和二極管上的應(yīng)用性能。結(jié)果表明，ZnO薄膜結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于光伏和光電二極管。

晶體管

薄膜晶體管（Thinfilmtransistors，TFTs）作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一種，是通過沉積介電層，有源層及金屬電極等功能薄膜而制備的三端場(chǎng)效應(yīng)器件。ZnO是一種在平板顯示領(lǐng)域非常有前景的n型半導(dǎo)體材料，在較低的溫度下易形成良好的納米結(jié)晶。以ALD工藝為基礎(chǔ)，ZnO基為半導(dǎo)體層的薄膜晶體管器件被廣泛研究。

IC互連技術(shù)

因?yàn)镃u具有良好的導(dǎo)電性和抗電遷移能力，且能夠在低溫下進(jìn)行沉積，所以目前Cu工藝已經(jīng)取代Al工藝成為互連技術(shù)的主流技術(shù)。但Cu高溫下在Si中有極高的擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散到Si中會(huì)形成能級(jí)復(fù)合中心，降低Si的少數(shù)載流子壽命使器件的性能發(fā)生退化，利用ALD技術(shù)可在Si沉底表面沉積阻擋層克服其缺點(diǎn)。

參考來源：

[1]苗虎等.原子層沉積技術(shù)及應(yīng)用

[2]楊軍.基于原子層沉積技術(shù)的氧化鋅基薄膜晶體管制備及穩(wěn)定性研究

[3]魏呵呵等.原子層沉積技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除