中國粉體網(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關鍵技術，原子層沉積（ALD）技術在催化、半導體、光學等眾多領域都發(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90年代中期，硅半導體的發(fā)展使得原子沉積的優(yōu)勢真正得以體現(xiàn)，掀起了人們對ALD研究的熱潮。發(fā)展至今，ALD已經(jīng)成為應對半導體器件技術小型化的要求的重要技術，在半導體領域有著廣泛且重要的應用。

ALD技術的特征及優(yōu)勢

ALD技術在半導體中的應用

根據(jù)摩爾定律，要求半導體器件尺寸的不斷減小，而ALD技術以其優(yōu)異的保型性和均勻性、高的臺階覆蓋率和速率可控性，使其在半導體產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應用，包括：晶體管柵極電介質層(高k材料)，光電元件的涂層，晶體管中的擴散勢壘層和互聯(lián)勢壘層(阻止摻雜劑的遷移)，有機發(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中的電介質層，集成電路中嵌入電容器的電介質層，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

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

k（希臘文Kappa）是一個工程術語，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電介質材料的技術，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構材料。

電容器

電阻隨機存取存儲器（RRAM）

非易失性存儲器更高密度、更快速度和低功耗的要求推動了基于Si集成電路（ICs）和計算機處理器的空間持續(xù)縮減。當技術節(jié)點進入22納米級時，傳統(tǒng)的閃存技術將達到其物理和集成的限制，因此許多新的類型的存儲器應運而生。其中，電阻隨機存取存儲器（RRAM）以其單元結構簡單、功耗和制造成本低、可擴展性優(yōu)良和兼容性優(yōu)異脫穎而出。目前RRAM應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用性能。結果表明，ZnO薄膜結構可以應用于光伏和光電二極管。

晶體管

薄膜晶體管（Thinfilmtransistors，TFTs）作為場效應晶體管的一種，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效應器件。ZnO是一種在平板顯示領域非常有前景的n型半導體材料，在較低的溫度下易形成良好的納米結晶。以ALD工藝為基礎，ZnO基為半導體層的薄膜晶體管器件被廣泛研究。

IC互連技術

因為Cu具有良好的導電性和抗電遷移能力，且能夠在低溫下進行沉積，所以目前Cu工藝已經(jīng)取代Al工藝成為互連技術的主流技術。但Cu高溫下在Si中有極高的擴散系數(shù)，擴散到Si中會形成能級復合中心，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技術可在Si沉底表面沉積阻擋層克服其缺點。

參考來源：

[1]苗虎等.原子層沉積技術及應用

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

[3]魏呵呵等.原子層沉積技術的發(fā)展現(xiàn)狀及應用前景

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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