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原子層堆積 (ALD)

原子層堆積(ALD)は先端的なデポジション技術であり、数ナノメータの超薄い薄膜を、正確に制御された手法により堆積させることができます。ALDは、優れた膜厚制御と均質性を実現するだけでなく、アスペクト比の高い構造に対して、形状に沿ったコーティングによって、3D構造を被覆することができます。

ALDは自己制限的な表面反応を利用するので、ピンホールや異粒子が非常に少ない成膜が可能で、広範な用途に対してメリットとなります。薄膜と界面の制御および薄膜の高品質レベルは、多くの用途で追求されています。プラズマの活用は、広範な材料において、薄膜特性と制御性向上を可能にします。独特な表面の予備処理を柔軟に実施でき、損傷の少ない処理を実現します。

ハイライト

  • 自己制限的な原子層ごとの堆積が可能
  • 厳密に形状に沿うコーティングが可能
  • ピンホールおよび異粒子が少ない成膜が可能
  • 損傷が少ない成膜が可能
  • 低温プロセス
  • 核生成の遅延を抑制
  • 広範な材料とプロセスに適用可能
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原子層堆積プロセス

原子層堆積は、通常、4ステップのサイクルから構成され、要求されるデポジション厚さを得るために必要な回数が繰り返されます。Al(CH3)、(TMA)、O2プラズマを用いたAl2O3のALDの例を、以下に示します。

ステップ 1) 基板にTMA原料プリカーサー蒸気を投入する。TMAは、表面に吸収されて反応を生じる。プリカーサーと条件を正しく選定すれば、反応は自己制限的になる。

ステップ 2) 全ての残存原料プリカーサーおよび反応生成物を排出する。

ステップ 3) 反応性酸素ラジカルを用い、低損傷リモートプラズマで表面を照射することにより、表面が酸化され表面配位子が除去される。表面配位子の個数が制限されるので、この反応は自己制限的になる。

ステップ 4) 反応生成物が、チェンバーから排出される。

ステップ 3 )だけが、H2Oによる熱プラズマかO2プラズマで変わります。ALDプロセスは、1サイクルあたりオングストローム(またはそれ以下)スケールの厚さを堆積するので、デポジションプロセスは、原子スケールで制御されます。

 

1st stage of ALD Process showing the first half cycle

前半サイクル

2nd stage of ALD

排出

3rd stage of ALD process showing 2nd half-cycle

後半サイクル

4th stage of ALD process showing purge

排出

サーマルALD

  • 高アスペクト比で複雑な構造でもコンフォーマルコーティングが可能
  • 原子層堆積では、以下のようなさまざまな材料が可能です。
    • 酸化物:
      Al2O3、HfO2、SiO2、TiO2、SrTiO3、Ta2O5、Gd2O3、ZrO2、Ga2O3、V2O5、Co3O4、ZnO、ZnO:Al、ZnO:B、In2O3:H、WO3、MoO3、Nb2O5、NiO、MgO、RuO2
    • フッ化物:MgF2、AlF3
    • 有機ハイブリッド材料:Alucone
    • 窒化物:TiN、TaN、Si3N4、AlN、GaN、WN、HfN、NbN、GdN、VN、ZrN
    • 金属:Pt、Ru、Pd、Ni、W
    • 硫化物:ZnS、MoS2

リモートプラズマエンハンストALD(PEALD)

サーマルALDの利点に加えて、PEALDは向上した膜質を持つ前駆体化学のより広い選択を可能にします:

  • プラズマは低温ALDプロセスを可能にし、リモートソースは低いプラズマダメージを維持
  • 前駆体としての水の必要性を排除し、ALDサイクル間のパージ時間を短縮します - 特に低温の場合
  • 不純物除去の向上による高品質フィルム。低抵抗、高密度などにつながります。
  • 水素プラズマを用いた効果的な金属化学
  • 化学量論/相を制御する能力
  • 核形成遅延の減少
  • プラズマ表面処理
  • チャンバのプラズマクリーニングは一部の材料で可能です
Conformal coating of high aspect ratio (15:1) structure with high-rate plasma ALD SiO2

Conformal coating of high aspect ratio (15:1) structure with high-rate plasma ALD SiO2

Key Features of ALD

  • Guaranteed processes set up by our engineers
  • Plasma surface pre-treatments
  • Oxides
    • Low-temperature processing with high material quality
    • Doping and mixing
  • Nitrides (FlexAL)
    • Low resistivity
    • Low oxygen content, high refractive index
  • Metals
    • Low nucleation delay with plasma
    • Low-temperature deposition
  • Substrate biasing:
    • During plasma, ALD to control material properties
      • Stress, density, crystallinity (and others)
    • Before plasma ALD to pre-clean substrate surfaces
      • Etches Al2O3, HfO2, SiO2, Si3N4
    • After plasma, ALD to modify material and surface properties
  • Option to have substrate biasing for further process control and improved material properties.

 

ALD Plasma Process Diagram

Product Hardware

Our products offer the following capabilities.

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OpAL
FlexAL
Substrates Up to 200mm wafers & pieces directly on stage  Up to 200mm wafers handling and pieces on a carrier plate
Bubbled liquid & solid precursors Up to 4 plus water, ozone and gases Up to 8 plus water, ozone and gases
Max precursor source temperature 200ºC 200ºC
MFC controlled gas lines with rapid delivery system;  1) thermal gas precursors (e.g. NH<sub>3</sub>, O<sub>2</sub>) 2) plasma gases (e.g. O<sub>2</sub>, N<sub>2</sub>, H<sub>2</sub>) 2 internally. Up to 8 in externally mounted gas pod Up to 10 in externally mounted gas pod
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Wide Range of Materials

原子層堆積は広範な材料に対応可能であり、当社のプロセス技術者により、広範なプロセスを設定し確立することができます。革新的なプロセスについて、当社の広汎なプロセス・ノウハウおよび広大なネットワークは、出発点において非常に良い足がかりになる指標を提供でき、堅牢なプロセスを迅速に実現します。

当社のプラズマに関するノウハウや、有毒ガスを含めたMFC制御された混合ガスの取り扱いを活用することにより、プラズマベースのプロセスが実現できます。

2D 材料

FlexAL2D for ALD 2D Materials

ALDにより2D 材料 も成膜することができ、高品質MoS2薄膜を目標にした開発が新しく進んでいます。優れた特性を持つ2D硫化物を用いたALDの化学組成制御により、CMOSに適合する温度で、大面積ウェハー(200mm)において膜厚を正確にデジタル制御できる技術が実現しています。

Find out more about FlexAL
金属
フッ化物
硫化物
Pt AlF<sub>3 MoS<sub>2
Ru MgF<sub>2
Oxides Nitrides
Al<sub>2</sub>O<sub>3 AlN
Co<sub>3</sub>O<sub>4
Ga<sub>2</sub>O<sub>3 GaN
HfO<sub>2 HfN
In<sub>2</sub>O<sub>3
Li<sub>2</sub>CO<sub>3
MoO<sub>3
Nb<sub>2</sub>O<sub>5
NiO
SiO<sub>2 Si<sub>3</sub>N<sub>4
SnO<sub>2
Ta<sub>2</sub>O<sub>5 TaN
TiO<sub>2 TiN
WO<sub>3 WN
ZnO
ZrO2

オックスフォード・インストゥルメンツ・プラズマテクノロジー:ALD装置のメリット

当社の原子層堆積装置は、10年におよぶ経験に基づいて開発されました。主な特長には、以下がございます。

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