【康沃真空網】近幾年,ALD技術在大曲率和特殊形狀的光學元件表面鍍膜的優勢越來越明顯，隨著半導體集成電路行業的推陳出新，電子器件不斷走向微型化和集成化發展。在此趨勢下，若想讓這些間隔極小的微納結構相互協同、互不干擾地工作，其兩兩之間的界線必須“涇渭分明”。于是，“薄膜沉積”成為了芯片的載體。
原子層沉積（ALD）作為薄膜沉積技術的一種，正成為“后摩爾時代”的關鍵工藝技術，并有望率先實現國產化替代。
ALD（AtomicLayerDeposition）鍍膜工藝它可以實現單層薄膜的精確控制和均勻覆蓋。ALD工藝是一種自限制的反應過程，通過在襯底表面交替地引入不同的前驅體氣體來實現薄膜的逐層生長。
ALD鍍膜工藝的基本原理是通過在襯底表面交替進行前驅體分子的吸附和反應，每一層薄膜的生長都是由單個前驅體分子與襯底表面反應而形成的。ALD工藝在每一步反應之后都要進行氣體的凈化和排放，以確保反應的純凈性和薄膜的質量。這種逐層生長的方式使得ALD工藝可以實現高度均勻和控制精確的薄膜生長。
ALD工藝可以實現納米級的精確控制，可以控制薄膜的厚度和成分，從而滿足不同應用領域的需求。其次，ALD工藝可以在復雜的幾何形狀和高縱深比的結構上實現均勻的薄膜生長，因為ALD工藝是基于分子層的反應過程，不受表面形貌和結構的限制。此外，ALD工藝可以實現高度均勻的薄膜生長，無論是在微米尺度還是納米尺度上，都可以實現幾乎完全的均勻性。
圖片原子層沉積技術原理
原子層沉積技術在沉積反應原理、沉積反應條件的要求和沉積層的質量上都與傳統的PVD（物理氣相沉積）和CVD（化學氣相沉積）不同，ALD的覆膜均勻性控制能力尤為突出，可在深溝槽、多孔介質和粒子周圍沉積厚度完全均勻的涂層。原子層沉積技術由于其沉積參數的高度可控性、優異的沉積均勻性和一致性等特點,使得其在光學與光電子薄膜領域具有廣泛的應用潛力。
薄膜沉積是決定薄膜性能的關鍵，相關工藝和設備壁壘很高。芯片制造的關鍵在于將電路圖形轉移到薄膜上這一過程，薄膜的性能除了與沉積材料有關，最主要受到薄膜沉積工藝的影響。薄膜沉積工藝/設備壁壘很高，主要來自：第一，芯片由不同模塊工藝集成，薄膜沉積是大多數模塊工藝的關鍵步驟，薄膜本身在不同模塊/器件中的性能要求繁多且差異化明顯；第二，薄膜沉積工藝需要滿足不同薄膜性能要求，新材料出現或器件結構的改變要求不斷研發新的工藝或設備；第三，更嚴格的熱預算要求更低溫的生長工藝，薄膜性能不斷提升要求設備具備更好集成度，另外，沉積過程還要考慮沉積速率、環境污染等指標。
薄膜沉積的作用是在芯片納米級結構中逐層堆疊薄膜形成電路結構，主要分為半導體、介質、金屬三大類，薄膜種類針對不同場景有不同側重。
常見的薄膜主要分為半導體、介質、金屬/金屬化合物薄膜三大類，特點在于沉積材料與不同場景下應用的復雜多樣，并且材料的進步伴隨制程等的演變，推動薄膜沉積工藝/設備不斷研發。
（1）半導體薄膜：應用范圍有限，主要用于制備源/漏極的溝道區、單晶外延層和MOS柵極等。分為單晶硅、多晶硅、非晶硅等，其中多晶硅（Poly-Si）主要用于MOS的柵極等，單晶硅一般采用外延法制備，在單晶表面生長出完全排列有序的單晶體層，非晶硅/鍺硅（α-Si/SiGe）主要用于光伏領域和填充半導體前段工藝源/漏的溝道區。
（2）介質薄膜：應用范圍最廣泛，主要用于前段的淺槽隔離、柵氧化層、側墻、阻擋層、金屬層前介質層，后段的金屬層間介質層、刻蝕停止層、阻擋層、抗反射層、鈍化層等，也可以用于硬掩膜。介質薄膜是一類具備絕緣性質的薄膜，主要用來掩蔽芯片任何器件/金屬間雜質相互擴散，因此應用范圍最為廣泛。介質薄膜沉積主要需要考慮薄膜厚度、臺階覆蓋率、致密性等。最常見的介質薄膜包括氧化硅、氮化硅、低/高介電常數材料等。
（3）金屬及金屬化合物薄膜：金屬薄膜主要用于金屬柵極、金屬層、焊盤，金屬化合物薄膜主要用于阻擋層、硬掩膜等。金屬薄膜包括Al、Cu等，具備良好導電性，用于制作電極、導線、超導器件等，關鍵在于保證沉積速率同時沉積的金屬薄膜滿足較好的導電性；金屬化合物薄膜包括TaN、TiN等。
在半導體制程進入28nm后，由于器件結構不斷縮小且更為3D立體化，生產過程中需要實現厚度更薄的膜層，以及在更為立體的器件表面均勻鍍膜。在此背景下，ALD技術憑借優異的三維共形性、大面積成膜的均勻性和精確的膜厚控制等特點，技術優勢愈加明顯，在半導體薄膜沉積環節的市場占有率也將持續提高。
然而，全球半導體設備市場主要由美國、日本廠商主導，我國半導體行業制造仍需大量進口設備支持，國產化程度依然處于較低水平。
ALD在光伏、半導體、柔性電子等新型顯示、MEMS、催化及光學器件等諸多高精尖領域均擁有良好的產業化前景。根據Gartner數據，中國薄膜沉積設備市場占全球比例大約25%，
全球ALD市場規模預計在2027年達到235.9億元，在預測期內，ALD市場年均復合增長率將會達到11.5%。
