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。

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

排出

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

後半サイクル

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.

Product Hardware

Our products offer the following capabilities.

Loading	Open load	Load lock or Cassette
	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

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

ALD Systems

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