Atomic Layer Deposition ( ALD) je technologie nanášení tenkých vrstev , která je založena na sekvenčních chemických reakcích mezi párou a pevnou látkou a má vlastnost samoomezování. Většina reakcí ASO používá dvě chemické sloučeniny , běžně označované jako prekurzory . Takové prekurzory střídavě reagují s povrchem. V důsledku opakovaného působení prekurzorů narůstá tenký film.
Proces ALD je takový samoregulační proces (množství naneseného materiálu v každém reakčním cyklu je konstantní), při kterém dochází k postupným chemickým reakcím, v jejichž důsledku se na substrát z různých materiálů ukládá stejnoměrný tenký film materiálu. . Proces ALD je podobný procesu chemického nanášení par , navíc v procesu ALD jsou chemické reakce rozděleny do několika samostatných reakcí, ve kterých prekurzorové materiály reagují s povrchem substrátu postupně. V důsledku samoomezujících vlastností povrchových reakcí umožňuje proces růstu tenkého filmu ALD řídit depozici na atomární úrovni. Udržováním prekurzorů odděleně během procesu nanášení je možné dosáhnout řízení procesu na úrovni ~0,1 Á (10 pikometrů ) na cyklus. Separace prekurzorů se provádí pulzy proplachovacího plynu (obvykle dusíku nebo argonu) po každém pulzu prekurzoru, aby se odstranily zbytky prekurzoru z reaktoru a zabránilo se "nepravým" chemickým reakcím na substrátu.
Proces ALD byl poprvé popsán pod názvem „Molecular layering“ na počátku 60. let 20. století profesorem S. I. Koltsovem z Leningradského technologického institutu. Lensovět . Tyto experimenty ASO byly prováděny pod vědeckým vedením V. B. Aleskovského . Koncepci procesu ASO poprvé navrhl V. B. Aleskovskiy ve své doktorské práci publikované v roce 1952 [1] [2] [3] . Proces ALD byl vyvinut a celosvětově implementován pod názvem Atomic layer epitaxy (ALE) koncem 70. let [4] .
Proces ALD se vyvinul díky potřebě vysoce kvalitních dielektrických a luminiscenčních filmů nanášených na velkoplošné substráty pro použití v tenkovrstvých elektroluminiscenčních plochých panelových displejích . Zájem o ASO se od poloviny 90. let postupně zvyšoval se zaměřením na mikroelektroniku na bázi křemíku . ALD je považována za metodu depozice, která má největší potenciál pro získání ultratenkých stejnoměrných filmů se schopností řídit jejich tloušťku a složení na atomární úrovni. Hlavní hnací silou posledních let je perspektiva využití ASO pro další miniaturizaci mikroelektronických zařízení. ALD lze použít k nanášení několika typů tenkých vrstev, včetně různých oxidů (například Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , ZnO, HfO 2 ), nitridů kovů (například TiN, TaN, WN, NbN) kovy (např. Ru, Ir, Pt) a sulfidy kovů (např. ZnS).
ALD je technologie, která využívá principu molekulárního sběru materiálů z plynné fáze. Růst materiálových vrstev v ALD se skládá z následujících charakteristických čtyř fází, které se cyklicky opakují:
Právě tato sekvence pulzního vstupu a odvodu pracovních plynů je hlavním rozdílem mezi technologií ALD a CVD . V technologii CVD jsou reakční plyny v pracovní komoře současně po významnou dobu (desítky minut).
Chemické reakce v ASO probíhají v určitém teplotním rozmezí, které se nazývá okno provozní teploty a je obvykle 200÷400 °C. Pracovní tlak používaný v ALD je 0,1÷10 kPa .
Množství materiálu přidaného pro každý cyklus reakce na povrch se nazývá růst za cyklus. K narůstání vrstvy materiálu se reakční cykly opakují tolikrát, kolikrát je potřeba, aby se získala požadovaná tloušťka filmu. V jednom cyklu, který může trvat od 0,5 s do několika sekund, se nanese film o tloušťce 0,1 až 3 Á . Před zahájením procesu ALD se povrch substrátu stabilizuje do výchozího známého stavu zpravidla tepelným zpracováním. V důsledku samoomezení reakcí je ALD povrchově řízený proces, na který parametry procesu kromě složení prekurzorů, materiálu a morfologie substrátu a teploty nemají prakticky žádný vliv. Také v důsledku samoomezení povrchu mají filmy pěstované v procesu ALD extrémně jednotné složení a tloušťku. Tyto tenké filmy lze použít v kombinaci s filmy vyrobenými jinými běžnými metodami.