《原子层沉积系统的开发与应用》

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研究目的:伴随集成电路(IC)的不断发展,器件尺寸发展到亚10nm,电子行为的量子力学特点越来越突出。这对于IC制造技术而言,不仅是传统意义上CMOS晶体管特征尺寸的持续缩小,更为重要的是新材料、新器件结构和新工艺的引入。对高度的三维保形性以及纳米超薄薄膜的强烈需求,使得传统的热氧化、物理气相沉积(PVD)、PECVD等薄膜工艺已不再适用。该项目首次提出了适变电场调制的原子层吸附生长(E-ALD)方法,突破了传统薄膜材料的形核长大生长机理,并研制成功适变电场的原子层沉积系统(E-ALD),相关产品已提供高校院所及企业满足其科研生产需求,广泛应用于半导体器件制备、MEMS加工、二维材料生长等领域,实现了产品销售,取得了一定的经济效益和社会效益。

主要技术创新点如下:

创新点一:该项目首次提出了电场调制的原子层吸附生长原理,自行研制出电场调制原子层薄膜沉积设备(E-ALD),实现了半导体薄膜的精细可控制备和掺杂,优化了其机械和光电性质。ALD产品应用到北京大学、清华大学、中科院电工所、杭州士兰等科研院所和企业,可用于制备高性能集成电路、碳纳米管CMOS器件、MEMS气敏传感器等领域。

创新点二:发明了逐原子层掺杂调控新工艺,实现了对掺杂精度和结构在原子级尺度的精确控制;成功制备出了N掺杂的P型ZnO薄膜,空穴浓度大于10E16cm-3,迁移率达到5cm<'2>/Vs。

创新点三:研发了具有原位实时检测与实时分析技术的仪器设备,已在吉林大学进行了推广应用。

创新点四:开发了基于原子层沉积技术的新工艺,实现了多种金属氧化物以及金属的原子层沉积,解决了二维材料上金属氧化物的成核问题,广泛应用于先进集成电路技术节点以及各种新型的功能器件。

项目组研发系列产品,打破了国外在集成电路产业高端设备的垄断,通过大型微电子、MEMS制造企业产线验证,成为国内首个进入大批量制造产业化市场的原子层沉积系统。产品已实现销售2600万元,共享于首都科技条件平台,成立中国仪表功能材料学会原子层沉积专业委员会及产学研联盟,设立科民公益基金,共同推进专业技术领域的技术沟通与合作。

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