ALD在高深宽比器件制造上不可替代的应用

在集成电路领域中，深宽比被定义为刻蚀深度与刻蚀图形CD（Criticlal Dimension）的比值。CD是IC制造中的一个重要指标，通常与刻蚀的特征图形的尺寸相关联，包括有浅槽隔离的间隙、晶体管的沟道长度、金属互联线的宽度等。随着高密度集成电路特征尺寸的不断减小，对于高深宽比的间隙进行均匀、无空洞，填充淀积工艺显得至关重要。 

以3D NAND为例， 其复杂结构需要高的深宽比镀膜工艺，例如叠层沉积、高深宽比通道/通孔沉积和台阶沉积等等。这类非平面结构对沉积工艺的要求很高，常见的物理气相沉积（PVD）/化学气相沉积（CVD）的成核生长机制已经难以满足。

ALD与其他制膜技术对比（图片来源网络）

不同于传统的沉积方式，原子层沉积（ALD）的反应机制是逐层饱和反应，这种表面反应具有自限性，通过累积重复这种自限性可以制备所需精确厚度的膜层，并且具有良好的台阶覆盖率及厚度均匀性，连续生长可以获得致密性高的纳米薄膜。

使用TiCl4和H2O制备的TiO2（图片来源网络）

基于表面饱和化学性吸附及自我限制的反应机制，原子层沉积（ALD）拥有下列优点：

通过对生长循环数的控制，可以精确控制目标膜厚

通过对前驱体流量的稳定性/均匀性控制，可获得较高致密性的薄膜

对于具有高深宽比结构的器件/材料，ALD具备良好的侧壁覆盖能力和阶梯覆盖能力，沉积保形性较好

结合原磊技术团队成员多年的经验积累，并经过不断的优化和实践，原磊将ALD在深宽比器件制造的理论优势，用自己的技术和产品充分展现出来。原磊第二代研发型ALD设备Elegant-Y/A系类产品，在不改变腔体的前提下满足O3/Plasma/Thermal三种工艺的任意切换。针对高深宽比结构的材料/器件，设计了独有的FV-ALD工艺，给反应前驱体提供一个更加稳定的腔内气流环境，针对高深宽比的结构，有效扩大了阶梯覆盖能力以及样品表面膜层的均匀性，可以实现深宽比1：1000的沟道内Al2O3、HfO2和TiN的均匀致密沉积。

 ELEGANT II-Y300

图1展示了Elegant-Y300系列ALD产品在Floating型沟道结构内沉积25nm HfO2薄膜的SEM图片。图2中展示了放大倍数的HfO2薄膜，可清晰地看到其致密均匀的沉积效果。.

Figure 1：高深宽比为1:1000沟道结构25nm-HfO2薄膜的SEM结果

Figure 2：高深宽比为1:1000沟道结构25nm-HfO2薄膜厚度测试结果

经过前期大量的工艺验证和研发，我司也摸索出一系列ALD制备氧化物、氮化物和金属的成熟工艺，包括：

氧化物

Al2O3、TiO2、SiO2、HfO2、Ta2O5、ZrO2、ZnO、SnO2、La2O3

金属

Fe、Ag、Co、Ni、Cu、Ru、Pt

氮化物

多元材料

TiN、TiC、GaN、AlN、HfON、LaAlO3、MnN、TaN、WN、Si3N4等

我司目前主要产品是研发和量产型原子层沉积（ALD）设备，其中GRACE MX系列和ELEGANT II-A系列机型均可成熟量产。

GRACE MX系列

原磊自主研发的第一代多层平板式原子层薄膜沉积（ALD）系统。支持全方位的工艺开发，且最大可容纳样品尺寸及层数可根据客户需求量身定制。

成熟量产型机台，可使用标准或自定义的 Cassette一次性装载25片6/8寸英寸晶圆。在化合物半导体领域，我司利用ALD技术开发出独特的处理工艺-即ISSET技术，能够大幅提升功率器件的电学性能。

审核编辑：刘清