La deposición de capa atómica ( ALD) es una tecnología de deposición de película delgada que se basa en reacciones químicas secuenciales entre vapor y sólido y tiene la propiedad de autolimitarse. La mayoría de las reacciones ASO utilizan dos compuestos químicos , comúnmente denominados precursores . Dichos precursores reaccionan alternativamente con la superficie. Como resultado de la influencia repetida de los precursores, crece una película delgada.
El proceso ALD es un proceso de autorregulación (la cantidad de material depositado en cada ciclo de reacción es constante), en el que se producen sucesivas reacciones químicas, como resultado de lo cual se deposita una fina película uniforme de material sobre un sustrato de diferentes materiales. . El proceso ALD es similar al proceso de deposición química de vapor , además, en el proceso ALD, las reacciones químicas se separan en varias reacciones separadas en las que los materiales precursores reaccionan secuencialmente con la superficie del sustrato. Como resultado de las propiedades autolimitantes de las reacciones superficiales, el proceso de crecimiento de película delgada de ALD hace posible controlar la deposición a nivel atómico. Manteniendo los precursores separados durante el proceso de deposición, es posible lograr un control del proceso a un nivel de ~0,1 Å (10 picómetros ) por ciclo. La separación de los precursores se lleva a cabo mediante pulsos de un gas de purga (normalmente nitrógeno o argón) después de cada pulso de precursor para eliminar los residuos del precursor del reactor y evitar reacciones químicas "falsas" en el sustrato.
El proceso ALD fue descrito por primera vez con el nombre de "capas moleculares" a principios de la década de 1960 por el profesor S. I. Koltsov del Instituto Tecnológico de Leningrado. Lensoviet . Estos experimentos ASO se llevaron a cabo bajo la dirección científica de V. B. Aleskovskii . El concepto del proceso ASO fue propuesto por primera vez por V. B. Aleskovskiy en su tesis doctoral publicada en 1952 [1] [2] [3] . El proceso ALD se desarrolló e implementó en todo el mundo bajo el nombre de epitaxia de capa atómica (ALE) a fines de la década de 1970 [4] .
El proceso ALD ha evolucionado a través de la necesidad de depositar películas dieléctricas y luminiscentes de alta calidad en sustratos de gran área para su uso en pantallas planas electroluminiscentes de película delgada . El interés en ASO ha aumentado gradualmente desde mediados de la década de 1990, con un enfoque en la microelectrónica basada en silicio . ALD se considera el método de deposición que tiene el mayor potencial para la obtención de películas ultrafinas uniformes con la capacidad de controlar su espesor y composición a nivel atómico. La principal fuerza impulsora en los últimos años es la perspectiva de utilizar ASO para una mayor miniaturización de dispositivos microelectrónicos. El ALD se puede utilizar para depositar varios tipos de películas delgadas, incluidos varios óxidos (por ejemplo, Al 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , ZnO, HfO 2 ), nitruros metálicos (por ejemplo, TiN, TaN, WN, NbN) , metales (por ejemplo, Ru, Ir, Pt) y sulfuros metálicos (por ejemplo, ZnS).
ALD es una tecnología que utiliza el principio de recolección molecular de materiales de la fase gaseosa. El crecimiento de las capas de material en ALD consta de las siguientes cuatro etapas características, que se repiten cíclicamente:
Es esta secuencia de entrada pulsada y eliminación de gases de trabajo la principal diferencia entre la tecnología ALD y CVD . En la tecnología CVD, los gases de reacción están en la cámara de trabajo simultáneamente durante un tiempo significativo (decenas de minutos).
Las reacciones químicas en ASO ocurren dentro de un cierto rango de temperatura, llamado ventana de temperatura operativa, y generalmente es de 200 ÷ 400 °C. La presión de trabajo utilizada en ALD es de 0,1÷10 kPa .
La cantidad de material agregado para cada ciclo de reacción a la superficie se denomina crecimiento por ciclo. Para hacer crecer una capa de material, los ciclos de reacción se repiten tantas veces como sea necesario para obtener el espesor de película deseado. En un ciclo, que puede durar desde 0,5 s hasta varios segundos, se deposita una película con un espesor de 0,1 a 3 Å . Antes del inicio del proceso ALD, la superficie del sustrato se estabiliza al estado inicial conocido, por regla general, mediante tratamiento térmico. Como consecuencia de la autolimitación de las reacciones, la ALD es un proceso controlado superficialmente, sobre el que los parámetros del proceso, salvo la composición de precursores, el material y morfología del sustrato, y la temperatura, prácticamente no tienen efecto. Además, como resultado de la autolimitación de la superficie, las películas que crecen en el proceso ALD tienen una composición y espesor extremadamente uniformes. Estas películas delgadas se pueden usar en combinación con películas producidas por otros métodos comunes.