Атомно-слоевое осаждение (АСО, ALD, молекулярное наслаивание)

Атомно-слоевое осаждение — это CVD, разделённое во времени. Реагенты подаются в камеру не вместе, а по очереди, с продувкой инертным газом между импульсами. Каждый реагент реагирует только с поверхностью и только до насыщения, поэтому за цикл вырастает слой строго определённой толщины — обычно 0,05–0,2 нм. Толщина плёнки задаётся числом циклов.

В отечественной литературе метод известен как молекулярное наслаивание: его химические основы разработаны в 1960-х годах в Ленинградском технологическом институте школой В. Б. Алесковского и С. И. Кольцова. В англоязычной — как ALD (atomic layer deposition).

Чем хорош метод

• плёнка одинаковой толщины на любом рельефе — в глубоких канавках, порах, на порошках
• толщина с точностью до атомного слоя, без пор и проколов уже при нескольких нанометрах
• низкие температуры процесса, часто 80–300 °C
• повторяемость от партии к партии и простое масштабирование на большие площади

Термическое и плазменное АСО

• Термическое — реакция идёт за счёт нагрева: Al₂O₃ из триметилалюминия и воды, HfO₂, ZrO₂, TiO₂, ZnO.
• Плазменное (PEALD) — второй реагент (кислород, азот, водород, аммиак) активируется плазмой. Процесс идёт при более низкой температуре, получаются нитриды TiN, AlN, SiNₓ и металлы, плёнки на полимерах и других термочувствительных подложках.
• Комбинированные установки позволяют вести процесс на нагреве, на плазме или чередовать оба режима.

Где применяют

• подзатворные диэлектрики и конденсаторы, барьерные слои в микроэлектронике
• герметизация OLED-дисплеев и гибкой электроники от влаги
• солнечные элементы, аккумуляторы, суперконденсаторы
• пассивация деталей газовых систем и медицинских изделий
• покрытие порошков и катализаторов

Исполнения установок

• лабораторные однокамерные — для отработки процессов
• модули для кластерных линий с вакуумным перегрузчиком
• групповые реакторы для партий деталей
• реакторы для порошков с перемешиванием слоя

Газовая часть

Для АСО нужны быстрые клапаны с временем срабатывания в миллисекунды, подогреваемые ампулы и линии прекурсоров, стабильная продувка инертным газом чистоты 6.0, генератор озона или плазменный источник. Прекурсоры: триметилалюминий (пирофорен), TEMAH и другие — см. подачу прекурсоров.

Подробнее о готовых системах — ALD системы, о нанесении покрытий на детали заказчика — ALD покрытия.

Установки

1. 

   Модуль атомно-слоевого осаждения для кластера

   Встраивается в кластерную линию с автоматическим вакуумным перегрузчиком. Низкотемпературный процесс: защитная плёнка оксида алюминия при производстве OLED-дисплеев.

2. 

   Лабораторная установка АСО на шесть прекурсоров

   Термическая активация, шесть линий прекурсоров. Для опытных образцов органической микроэлектроники, фотопреобразователей и накопителей энергии.

3. Двухкамерная установка АСО с плазмой

   Процесс можно вести на нагреве, на ВЧ-плазме или комбинировать оба способа активации.

   • температура камеры до 600 °C
   • индуктивный ВЧ-источник 300 Вт

Газовую часть установки проектируем и изготавливаем сами: газовые панели, регуляторы расхода, газобаллонные шкафы, очистку выхлопа и газобезопасность.