Nederlands
Menu

ALD versus CVD: atomaire-laagdepositie vergeleken

ALD (atomic layer deposition) is een bijzondere vorm van CVD waarbij de brongassen één voor één na elkaar worden toegevoerd en elke reactie stopt zodra het oppervlak is bedekt. Daardoor groeit de film per cyclus één atomaire laag, kan de dikte nauwkeurig worden geregeld en worden zelfs zeer diepe structuren gelijkmatig bedekt. Daar staat tegenover dat het langzaam is en veel meer tijd kost dan gewone CVD, dus het wordt gebruikt voor de dunste en kritiekste films.

KenmerkALDCVD
WerkingDe bronnen worden na elkaar toegevoerd, met een purge ertussen. De reactie is zelflimiterend en elke cyclus voegt ongeveer één atomaire laag toeDe bronnen worden tegelijk toegevoerd en reageren continu op het oppervlak
DiktebeheersingOp atomair niveau. Bepaald door het aantal cycliBepaald door depositietijd en -snelheid, dus minder nauwkeurig
BedekkingUitstekend. Gelijkmatig, ook in zeer diepe en smalle gaten en trenchesGoed. Maar diepe structuren kunnen aan de bovenkant dichtgroeien voordat ze zijn gevuld
DepositiesnelheidLangzaam. Minder dan 1 nm per cyclusSnel. Enkele nm per minuut of meer
Uniformiteit en filmkwaliteitZeer uniform, dicht en met weinig pinholesGoede uniformiteit
TemperatuurVaak laag (ongeveer 100 tot 350 °C)Breed bereik, vaak hoger (plasma-CVD is lager)
DoorvoerLaag per wafer (verbeterd met batchapparatuur)Hoog
Typische filmdikteOngeveer 1 tot 50 nmEnkele tientallen nm tot micrometers
Belangrijkste toepassingenHigh-k-gatediëlektrica (zoals HfO2), dunne barrières, spacers, liners in 3D-structurenDikke diëlektrica, polysilicium, siliciumnitride, wolfraamplugs

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

ALD
Wanneer de film extreem dun en volkomen uniform moet zijn en complexe 3D-structuren moet bedekken. Gatestacks van FinFET en GAA, DRAM-condensatoren.
CVD
Wanneer dikkere films snel en goedkoop gewenst zijn en de structuur minder veeleisend is.
Samen gebruikt
Vaak worden beide gecombineerd. ALD maakt de eerste dunne bedekkende laag en daarna vult of verdikt snelle CVD de rest.

Veelgestelde vragen

Waarom is ALD langzaam?

De bronnen worden één voor één toegevoerd met een purge ertussen, dus elke cyclus voegt maar ongeveer één atomaire laag toe. De dikte is perfect te regelen, maar de snelheid ligt onder 1 nm per cyclus.

Waarom wordt ALD gebruikt voor het gatediëlektricum?

High-k-gatediëlektrica zoals HfO2 zijn slechts enkele nm dik, moeten volkomen uniform zijn en 3D-structuren zoals vinnen gelijkmatig bedekken. ALD voldoet aan alle drie.

Is ALD een soort CVD?

Ja. ALD kan worden gezien als een bijzondere vorm van CVD waarin de reacties in de tijd zijn gescheiden en zelflimiterend zijn.

Wanneer wordt CVD boven ALD verkozen?

Wanneer dikke films snel en goedkoop moeten worden gemaakt en de structuur minder veeleisend is, zoals bij dikke diëlektrica.

Test uw begrip

Welke uitspraak over ALD (atomic layer deposition) is juist?

  1. AIn één bewerking kan snel een laag van enkele µm worden afgezet
  2. BDoor zelfbeperkende oppervlaktereacties van precursors te herhalen kan de laagdikte op atomair niveau worden geregeld
  3. CHet is een druktechniek waarvoor geen vacuüm nodig is
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Door zelfbeperkende oppervlaktereacties van precursors te herhalen kan de laagdikte op atomair niveau worden geregeld

Bij ALD wordt een cyclus herhaald waarin een brongas (precursor) wordt toegevoerd dat slechts één laag aan het oppervlak adsorbeert, overtollig gas door purge wordt verwijderd en vervolgens een reactiegas wordt toegevoerd dat reageert. Zodra de reactieve plaatsen op het oppervlak bezet zijn, stopt de reactie (zelfbeperkend), zodat de laagdikte met circa 0,1 nm per cyclus nauwkeurig kan worden geregeld en ook in diepe sleuven met een aspectverhouding van tientallen gelijkmatig kan worden afgezet. Daar staat tegenover dat de depositiesnelheid laag is.

Welk voorbeeld van materialen die kenmerkend met ALD worden afgezet is juist?

  1. ADikke koperbedrading
  2. BFotoresist
  3. CHafniumoxide en titaniumnitride en dergelijke als High-k-lagen
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Hafniumoxide en titaniumnitride en dergelijke als High-k-lagen

Met ALD kan de laagdikte per atoomlaag worden geregeld en is de stapdekking uitstekend, zodat het wordt gebruikt voor toepassingen die dunne, gelijkmatige lagen vereisen: hafniumoxide als High-k-gate-isolator, titaniumnitride voor metaalgates en barrièrelagen, zirkoniumoxide voor DRAM-condensatoren, lagen rond de ladingopslaglaag van 3D NAND en spacers voor multipatterning. In geavanceerde logica en geheugens neemt het aandeel van ALD in de depositiestappen voortdurend toe.

Welke uitspraak over stapdekking (step coverage) bij depositie is juist?

  1. AZe geeft aan hoe dik de laag op zijwanden en bodems van een trede is in vergelijking met de vlakke delen
  2. BZe geeft de elektrische weerstand van de laag aan
  3. CZe geeft de depositiesnelheid per minuut aan
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Ze geeft aan hoe dik de laag op zijwanden en bodems van een trede is in vergelijking met de vlakke delen

Stapdekking geeft aan hoeveel laag er op de zijwanden en bodem van een trede, zoals een sleuf of gat, wordt afgezet ten opzichte van de vlakke delen, bijvoorbeeld als percentage van "laagdikte op de bodem ÷ laagdikte op het bovenvlak". PVD zoals sputteren heeft over het algemeen een lage stapdekking omdat de atomen rechtlijnig bewegen (onderin diepe gaten soms 10 % of minder), CVD heeft een hoge omdat de oppervlaktereactie ook om hoeken heen werkt, en ALD bereikt vrijwel 100 %. Bij barrièrelagen en gatelagen die dun en gelijkmatig in fijne gaten moeten zijn, bepaalt deze maat de keuze van de depositiemethode.

  1. Welke omstandigheden geven bij CVD een goede stapdekking (conformaliteit)?
  2. Welke uitspraak over lagedruk-CVD (LPCVD) is juist?
  3. Wat is het belangrijkste voordeel van plasma-CVD (PECVD)?

Oefenvragen over Laagafzetting (CVD, PVD)

Belangrijke termen uitgelegd

ALD (atomic layer deposition)
Atoomlaagdepositie. Depositiemethode waarbij zelflimiterende oppervlaktereacties van precursorgassen worden herhaald, zodat de laagdikte per atoomlaag wordt geregeld.
CVD
Chemical vapor deposition (chemische dampafzetting). Methode om een dunne laag op de wafer af te zetten via een chemische reactie van brongassen.
PECVD (plasma-enhanced CVD)
CVD waarbij het brongas door plasma wordt ontleed om een film af te zetten. Kan bij een lagere temperatuur dan thermische CVD en wordt gebruikt voor onder meer isolatiefilms in het metallisatieproces.

Verwante vergelijkingen