ALD和ALE核心工艺技术对比

ALD 和 ALE 是微纳制造领域的核心工艺技术，它们分别从沉积和刻蚀两个维度解决了传统工艺在精度、均匀性、选择性等方面的挑战。两者既互补又相辅相成，未来在半导体、光子学、能源等领域的联用将显著加速技术革新。  

核心概念与原理

ALD（Atomic Layer Deposition）：

原子层沉积是一种逐层生长薄膜的工艺。

每个循环通过“自限性反应”，将化学前体逐层吸附并反应，沉积一个原子层的材料。

目标：构建具有高均匀性、无缺陷、埃级厚度精度的薄膜。

2. ALE（Atomic Layer Etching）：

原子层刻蚀是逐层去除材料的工艺。

每个循环分两步完成，首先激活表面化学，然后物理去除一个原子层。

目标：在不损伤材料的基础上，实现纳米级的精准刻蚀。

工艺流程对比

	ALD	ALE
第一步	前体吸附到材料表面形成单分子层	表面化学活化，生成易刻蚀的修饰层
第二步	引入第二种前体，与吸附层发生化学反应，生成单原子薄膜	使用低能等离子体或离子轰击，选择性移除表面修饰层
自限性	化学反应自限于表面，沉积速率受限于前体反应性	去除厚度自限于表面修饰层的厚度，刻蚀速率受限于反应完成度
循环结果	每个循环沉积一个原子层，厚度累积可控	每个循环移除一个原子层，刻蚀深度精确

 

性能与应用对比

 

	ALD	ALE
精度	埃级精度，通过控制循环次数实现薄膜厚度调节	纳米级精度，通过循环次数控制刻蚀深度
均匀性	可在复杂三维结构（如高深宽比孔洞）中实现均匀沉积	可在高深宽比结构中实现均匀刻蚀，无过刻现象
材料选择性	可沉积多种材料（氧化物、氮化物、金属等）	针对特定材料刻蚀，可分离多层结构不同材料
温度要求	低温工艺，适合敏感基材（50-350°C）	温度相对低，适应范围为100-250°C
无损伤	基于化学吸附和反应，不损伤基材	低能量刻蚀，最大限度降低基底物理损伤
应用场景	栅氧化层、纳米涂层、MEMS 等	精细图案刻蚀、FinFET 溝槽加工、高深宽比结构制造

 

应用实例

ALD 应用：

半导体制造：在栅极上沉积高介电常数材料（如 HfO₂），减少漏电流并提升器件性能。

纳米能源：在太阳能电池上均匀沉积钝化膜，提高光电转换效率。

光学与光子学：制造高质量抗反射涂层。

2. ALE 应用：

先进节点技术：用于 7nm 及以下制程中极窄线宽结构的精准刻蚀。

3D NAND 制造：在高深宽比的存储单元中实现均匀沟槽刻蚀。

MEMS 器件：对微通道或微透镜阵列进行无损刻蚀。

主要区别总结

目的不同：

ALD 用于添加材料，构建超薄、均匀的薄膜层。

ALE 用于移除材料，加工出超细、精准的结构。

2. 精度驱动机制：

ALD 依赖于化学吸附和分子反应来保证厚度的均匀性。

ALE 通过化学激活和物理刻蚀，确保刻蚀深度可控。

3. 适用范围：

ALD 偏向表面涂覆、界面构建。

ALE 偏向图案加工、形貌刻蚀。

未来发展趋势

ALD 与 ALE 的联用：

在复杂器件制造中，ALD 可用于涂覆保护层，ALE 精确刻蚀所需形貌。

两者结合推动高深宽比器件（如 GAA 晶体管、3D 存储器）的发展。

2. 高效前体开发：

ALD 和 ALE 都需要化学前体，其反应性、选择性决定了工艺效率与质量。

开发环保型、易清除的高活性前体是未来方向。

3. 设备优化：

提升 ALD 与 ALE 的工艺速率，兼顾量产能力和精度控制，推动技术在先进制程中的应用。

ALD 和 ALE 是微纳制造领域的核心工艺技术，它们分别从沉积和刻蚀两个维度解决了传统工艺在精度、均匀性、选择性等方面的挑战。两者既互补又相辅相成，未来在半导体、光子学、能源等领域的联用将显著加速技术革新。