科普系列—选择性原子层沉积技术
2018年6月12日

本篇文章摘选自Harm Knoops博士的博文

        很多涉及原子层沉积技术(ALD)的人都知道,选择性原子层沉积是当今热议的话题。各类论文、研讨会和博文层出不穷,详尽地解释了各种可以达到选择性生长目的的新方法。从某种意义上说,选择性ALD运用了长期困扰ALD使用者的效应,即由于ALD的化学反应特性,薄膜生长的成核现象取决于基底表面。通常来说,在ALD领域人们已经在研究如何尽可能减小这种影响。例如,等离子体ALD一般会有可忽略不计的延迟,但对于选择性ALD来说,成核延迟现象却被放大了。

        有意思的是,虽然等离子体ALD一般没有成核延迟现象,但它仍然可被用于选择性ALD。我在埃因霍温的大学同事已登载了相关发现(http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b04701)。它的要点是在等离子体曝光之后再次重复应用抑制剂,这个过程可用视频中所示的三步ABC ALD方法操作。

那么问题来了,人们会选择哪种ALD设备来研究选择性ALD呢。我相信我们系统中的一些功能会很有用,例如:

  • 可应用多种化学前驱物。气箱可容纳多路气体并由MFC进行流量控制
  • 可应用抑制剂分子(如在前驱物注入过程中通入NH3或CO)
  • 将氢基作为抑制剂:在前驱物注入前使用氢等离子体(或其他等离子体)来抑制特定表面的生长
  • 氟化物等离子体:将CFX或F作为抑制剂,在前驱物注入前使用此等离子体,或进行选择性ALD生长时,每隔几个生长周期就在同一个腔体内进行一次刻蚀的步骤(注意O2等离子体可刻蚀Ru,H2等离子体可刻蚀ZnO)。
  • 用于抑制生长的自组装单分子膜(SAMS)注入
  • 多腔体集成系统,比如与感应耦合等离子体-化学气相沉积(ICP-CVD)腔室(生长非晶硅)、溅射(sputter)腔室或原子层刻蚀(ALE)腔室结合使用
  • 用于原表面改性或刻蚀的基底偏压

我们的设备可实现优异的控制效果,包括:

  • 通过MFC,快速ALD阀门和快速自动压力控制,可获得精准可调的前驱物/气体注入,以实现一面成核另一面不成核的现象。
  • 使用预真空室和涡轮增压分子泵保持系统的的高真空度,以使抑制现象长时间不受影响。
  • 使用等离子体可清洁腔体和恢复腔体氛围。
  • 带实时诊断功能的生长监控设备:椭圆偏正光谱测量、质谱分析法及发射光谱法

        基于选择性ALD提出的与刻蚀相结合的方法再次让我想到原子尺度工艺处理的问题,我在之前发表的一篇博文中对此进行了讨论(http://blog.oxford-instruments.net/2017/03/toolbox-atomic-scale-processing)。可以想象,通过结合选择性ALD及其他工艺,可以生长出新的超材料(特异材料)和独特结构。例如,通过在选择性曝光的铜中生长石墨烯,或通过周期性刻蚀同一平面的沉积(例如局部选择性ALD),可有效地仅在结构侧边生长材料。因此不论是在普通等离子刻蚀机或带基底偏压特性的FlexAL,结合带导向的离子曝光法也许会是个优势。总得来说,我很期待能有令人惊喜的新发现,新结构和新材料能在可控的方式下诞生。

 

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