ALD介紹

原子層沉積（Atomic layer deposition，ALD）是一種可以沉積單分子層薄膜的特殊的化學氣相沉積技術 。

有別于化學氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD），這兩種方式要么是通過氣體的化學反應在晶圓表面沉積所需物質，要么是通過轟擊離子束的物理過程沉積所需物質。 ALD利用順序暴露的化學反應物，每種反應物在分隔的時間內進行自限制（Self-limiting）的沉積 。

在CVD中，化學反應發生于氣相中或在襯底的表面上，但 在ALD中，化學反應僅在襯底表面發生，從而阻止了氣相的化學反應 。簡單來說，如果想在晶圓表面上沉積薄薄的一層A物質，則要先備好經反應后可生成A物質的反應物B和C。反應物B必須是容易被晶圓表面吸附的氣體（前驅體，Precursor），反應物C則應具有較強的反應活性。

在ALD中，先把氣體B吸附到晶圓表面，如果氣體B之間很難相互吸附，晶圓表面將形成一層由氣體B組成的原子層。然后，除去剩余氣體B并輸入氣體C， 使吸附在晶圓表面上的氣體B和氣體C發生反應 ，形成A物質和其他副產物氣體，再除去多余的氣體C和副產物氣體。

以生長ALD-Al2O3薄膜為例，可以非常好的解釋，ALD利用順序暴露的化學反應物。下圖中（a） Al(CH3)3（三甲基鋁，TMA）和OH·Si反應，生成AlO(CH2)2·Si和CH4 。

通過化學反應移除副產物CH4和尚未反應的TMA，如圖（b）所示。下圖（c）中， AlO(CH3)2·Si和H2O發生反應，產生AlO(OH)2·Si和CH4 。通過化學反應移除副產物CH4和未反應的水，如圖（d）所示。兩個反應不斷重復發生，以生成ALD-Al2O3薄膜。

參考ALD-AL2O3薄膜的化學式，可以發現，薄膜的厚度只取決于反應周期的次數。不斷重復上述過程，以單原子膜形式一層一層地在基底表面鍍膜。 這也顯示了ALD技術主要受限于其沉積速率，因為ALD一個周期只能沉積一層原子層，需要逐次沉積，沉積速率也慢了下來 。

OH·Si+Al(CH3)3->AlO(CH3)2·Si+CH4

AlO(CH3)2·Si+2H2O->AlO(OH)2·Si+2CH4

總結

未來集成電路技術所需薄膜越來越薄，雖然ALD自身存在著沉積速率低的問題，但在電容、柵極和互連線上，ALD顯示了其獨特的優勢。