ALD與CVD的差異:原子層沉積比較

ALD(原子層沉積)是CVD的一種特殊形式,將原料氣體一種一種依序通入,使每個反應在表面被覆蓋時就停止。因此每個循環成長一層原子的膜,可精確控制膜厚,也能均勻覆蓋非常深的結構。代價是速度慢,所需時間遠比一般CVD長,因此用於最薄、最重要的膜。

項目ALDCVD
機制依序通入原料,中間以沖洗隔開。反應為自我終止,每個循環約附著一層原子同時通入原料,在表面連續反應
膜厚控制原子等級。由循環次數決定由成膜的時間與速率決定,因此精度較低
覆蓋性優異。即使是非常深而窄的孔或溝也很均勻良好。但深結構可能在填滿之前開口就被堵住
成膜速度慢。每個循環不到1 nm快。每分鐘數nm以上
均勻性與膜質非常均勻、緻密,針孔少均勻性良好
溫度多半較低(約100〜350 ℃)範圍廣,多半偏高(電漿輔助CVD則較低)
產能就單片晶圓而言偏低(批次式設備可改善)高
一般膜厚約1〜50 nm數十nm到微米
主要用途high-k閘極絕緣膜(HfO2等)、薄阻障層、間隔層、3D結構的襯層厚的絕緣膜、多晶矽、氮化矽、鎢插塞

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

ALD
膜極薄、必須完全均勻,且要覆蓋複雜的3D結構時。例如FinFET或GAA的閘極堆疊、DRAM的電容器等。
CVD
想要更快、更便宜地形成較厚的膜,且結構沒那麼嚴苛時。
使用時機
也常兩者並用。先以ALD形成最初的薄覆蓋層,再用快速的CVD填滿或加厚。

常見問題

為什麼ALD很慢?

因為原料一種一種通入,中間還要沖洗,每個循環只附著約一層原子。雖然能完全控制膜厚,但代價是每個循環不到1 nm的速度。

為什麼閘極絕緣膜要用ALD?

HfO2等high-k閘極絕緣膜,厚度為數nm,必須完全均勻,且要均勻覆蓋鰭片等3D結構。ALD能同時滿足這三點。

ALD是CVD的一種嗎?

是。ALD可視為將反應在時間上分開、並使其自我終止的CVD特殊形式。

什麼時候CVD比ALD更合適?

想要更快、更便宜地形成較厚的膜,且結構沒那麼嚴苛時。例如厚的絕緣膜等。

相關名詞的解說

ALD(原子層沉積)
原子層沉積。重複前驅物氣體的自限性表面反應,以原子層為單位控制膜厚的成膜方法。
CVD(化學氣相沉積)
化學氣相沉積。利用原料氣體的化學反應,在晶圓上沉積薄膜的方法。
PECVD(電漿輔助化學氣相沉積)
以電漿分解原料氣體來沉積薄膜的CVD。可在比熱CVD更低的溫度下成膜,用於導線製程的絕緣膜等。

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