帶你深入了解選擇性原子層沉積技術(shù)

很多涉及原子層沉積技術(shù)(ALD)的人都知道，選擇性原子層沉積是當(dāng)今熱議的話題。各類論文、研討會和博文層出不窮，詳盡地解釋了各種可以達(dá)到選擇性生長目的的新方法。從某種意義上說，選擇性ALD運用了長期困擾ALD使用者的效應(yīng)，即由于ALD的化學(xué)反應(yīng)特性，薄膜生長的成核現(xiàn)象取決于基底表面。通常來說，在ALD領(lǐng)域人們已經(jīng)在研究如何盡可能減小這種影響。例如，等離子體ALD一般會有可忽略不計的延遲，但對于選擇性ALD來說，成核延遲現(xiàn)象卻被放大了。

有意思的是，雖然等離子體ALD一般沒有成核延遲現(xiàn)象，但它仍然可被用于選擇性ALD。我在埃因霍溫的大學(xué)同事已登載了相關(guān)發(fā)現(xiàn)它的要點是在等離子體曝光之后再次重復(fù)應(yīng)用抑制劑，這個過程可用視頻中所示的三步ABC ALD方法操作。

以下解釋了選擇性等離子體ALD技術(shù)的全新概念：

那么問題來了，人們會選擇哪種ALD設(shè)備來研究選擇性ALD呢。我相信我們系統(tǒng)中的一些功能會很有用，例如：

◆ 可應(yīng)用多種化學(xué)前驅(qū)物。氣箱可容納多路氣體并由MFC進(jìn)行流量控制

◆ 可應(yīng)用抑制劑分子(如在前驅(qū)物注入過程中通入NH3或CO)

◆ 將氫基作為抑制劑：在前驅(qū)物注入前使用氫等離子體(或其他等離子體)來抑制特定表面的生長

◆ 氟化物等離子體：將CFX或F作為抑制劑，在前驅(qū)物注入前使用此等離子體，或進(jìn)行選擇性ALD生長時，即每隔幾個生長周期就在同一個腔體內(nèi)進(jìn)行一次刻蝕的步驟(注意O2等離子體可刻蝕Ru，H2等離子體可刻蝕ZnO)。

◆ 用于抑制生長的自組裝單分子膜(SAMS)注入

◆ 多腔體集成系統(tǒng)，比如與感應(yīng)耦合等離子體-化學(xué)氣相沉積(ICP-CVD)腔室(生長非晶硅)、濺射(sputter)腔室或原子層刻蝕(ALE)腔室結(jié)合使用

◆ 用于原表面改性或刻蝕的基底偏壓

牛津儀器的設(shè)備可實現(xiàn)優(yōu)異的控制效果，包括：

◆ 通過MFC，快速ALD閥門和快速自動壓力控制，可獲得精準(zhǔn)可調(diào)的前驅(qū)物/氣體注入，以實現(xiàn)一面成核另一面不成核的現(xiàn)象。

◆ 使用預(yù)真空室和渦輪增壓分子泵保持系統(tǒng)的的高真空度，以使抑制現(xiàn)象長時間不受影響。

◆ 使用等離子體可清潔腔體和恢復(fù)腔體氛圍。

◆ 帶實時診斷功能的生長監(jiān)控設(shè)備：橢圓偏正光譜測、質(zhì)譜分析法及發(fā)射光譜法

基于選擇性ALD提出的與刻蝕相結(jié)合的方法再次讓我想到原子尺度工藝處理的問題，我在之前發(fā)表的一篇博文中對此進(jìn)行了討論。可以想象，通過結(jié)合選擇性ALD及其他工藝，可以生長出新的超材料(特異材料)和獨特結(jié)構(gòu)。例如，通過在選擇性曝光的銅中生長石墨烯，或通過周期性刻蝕同一平面的沉積(例如局部選擇性ALD)，可有效地僅在結(jié)構(gòu)側(cè)邊生長材料。因此不論是在普通等離子刻蝕機或帶基底偏壓特性的FlexAL，結(jié)合帶導(dǎo)向的離子曝光法也許會是個優(yōu)勢。總得來說，我很期待能有令人驚喜的新發(fā)現(xiàn)，新結(jié)構(gòu)和新材料能在可控的方式下誕生。