【康沃真空網(wǎng)】薄膜沉積是晶圓制造的三大核心步驟之一，薄膜的技術(shù)參數(shù)直接影響芯片性能。半導(dǎo)體器件的不斷縮小對薄膜沉積工藝提出了更高要求，而ALD技術(shù)憑借沉積薄膜厚度的高度可控性、優(yōu)異的均勻性和三維保形性，在半導(dǎo)體先進(jìn)制程應(yīng)用領(lǐng)域彰顯優(yōu)勢。
由于低溫沉積、薄膜純度以及絕佳覆蓋率等固有優(yōu)點(diǎn)，ALD（原子層淀積）技術(shù)早從21世紀(jì)初即開始應(yīng)用于半導(dǎo)體加工制造。DRAM電容的高k介電質(zhì)沉積率先采用此技術(shù)，但近來ALD在其它半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域也已發(fā)展出愈來愈廣泛的應(yīng)用。
用于薄膜沉積的技術(shù)包括物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）和原子層沉積（ALD）。
其中ALD是CVD的變種形式，是一種將物質(zhì)以單原子膜的形式逐層鍍在基底表面的方法，將襯底依次暴露到兩種活潑的氣相化學(xué)前驅(qū)物中即可形成ALD化合物材料，襯底在特定時間只暴露到一種前驅(qū)物中，暴露時間控制得很短，使襯底上僅僅形成一層所吸附前驅(qū)物的亞單原子覆蓋層。可以通過控制沉積周期次數(shù)實(shí)現(xiàn)薄膜厚度的精準(zhǔn)控制。能夠?qū)崿F(xiàn)納米量級超薄膜的沉積。
目前ALD技術(shù)可以細(xì)分為TALD、PEALD、SALD等，制備的薄膜類型包括氧化物、氮（碳）化物、金屬與非金屬單質(zhì)等，涵蓋介電層、導(dǎo)體和半導(dǎo)體。ALD反應(yīng)的自限制性和窗口溫度較寬的特征，使其生長的薄膜具有很好的臺階覆蓋率、大面積均勻、致密無孔洞且厚度等沉積參數(shù)易于精確控制。ALD技術(shù)特別適合復(fù)雜形貌、高深寬比溝槽表面的薄膜沉積，被廣泛應(yīng)用于High-K柵介質(zhì)層、金屬柵、銅擴(kuò)散阻擋層等半導(dǎo)體先進(jìn)制程領(lǐng)域。
ALD鍍膜的最大優(yōu)勢在于臺階的覆蓋性，如下圖所示：
一個原子層沉積周期可以分為如下幾個階段：
1、通入一種前驅(qū)體，與基體表面發(fā)生吸附或化學(xué)反應(yīng)；
2、惰性氣體沖洗剩余氣體；
3、通入第二種前驅(qū)體氣體，與第一層的前驅(qū)體生成物進(jìn)行反應(yīng)
4、惰性氣體沖洗剩余氣體
ALD技術(shù)在半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵作用如下：
晶體管柵極介電層（高介電常數(shù)）
介電常數(shù)是描述一種材料保有電荷的能力，更高的K值，更好地存儲電荷。
高K值材料，相同電容密度下，可以減少漏電流。
金屬柵極
利用金屬代替多晶硅作為器件的柵極材料，同時金屬柵極具有極高的電子密度，可以把極性分子的振動屏蔽掉，提供器件通道內(nèi)的遷移率，有效解決多晶硅柵極耗盡問題。
金屬代替柵極，金屬沉積在多晶硅的溝槽里，要求沉積工藝具有良好的臺階覆蓋率。
銅互連阻擋層
互連技術(shù)常用的工藝主要有Al工藝和Cu工藝，Cu導(dǎo)電性更優(yōu)良，能夠在低溫下進(jìn)行沉積，使用更廣泛。Cu最大的缺點(diǎn)是擴(kuò)散速度很快，容易在電介質(zhì)內(nèi)部移動使器件“中毒”，因此鍍銅之前必須首先沉積一層防擴(kuò)散的阻擋層.ALD技術(shù)沉積Cu擴(kuò)散層，高深寬比下，薄膜仍具有良好的均勻性以及防擴(kuò)散阻擋特性。
微型電容器
ALD在電容器中應(yīng)用主要包括100nm以下DAM、和嵌入式DRAM等。存儲器容量擴(kuò)大，內(nèi)部電容器數(shù)量劇增，單個電容器尺寸進(jìn)一步減小，電容器內(nèi)部溝槽的深寬比越來越大，沉積薄膜的有效面積是器件本身的20倍左右。ALD技術(shù)可以滿足大面積均勻性，高臺階覆蓋率和對膜厚的精確控制。
ALD在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著摩爾定律不斷演化，集成電路的特征尺寸及刻蝕溝槽不斷微縮，越來越小的刻蝕溝槽給溝槽及其側(cè)壁的鍍膜技術(shù)帶來嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)PVD及CVD工藝已經(jīng)無法滿足小線寬下良好的臺階覆蓋要求。ALD技術(shù)具有優(yōu)良的保型性和均勻性以及較高的臺階覆蓋率，開始在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)扮演越來越重要的角色。
