原子層堆積
ALDの工程品質は、スムーズに、均一層を表面に形成しているかを種々のイメージング技術を用いてモニタリングできる。例えばSEM断面図やTEMによりミクロからナノスケールでの観察を行うことができる。観察像の倍率はALD層の評価品質に直結する。XRR(X-ray reflectivity:X線反射率法)は膜厚、密度、表面粗度などの薄膜特性を測定する技術である。SE(spectroscopic ellipsometry :分光エリプソメトリ)は光学特性評価のツールであり、SEを用いて各ALD膜層間を測定することで、膜の成長率や材料特性を評価できる。
ALDプロセス中にこの器具を使用する(分光エリプソメトリその場観察と呼ばれる)ことで、プロセス中の膜成長率をより的確にコントロールできる。SEはXRRやTEMのようにプロセス終了後に膜評価をするよりプロセス中に行われることが多い。その他にも、RBS(Rutherford backscattering spectroscopy:ラザフォード工法散乱分光法)、XPS(X-Ray photoelectron spectroscopy:X線電子分光法)、AES(Auger electron spectroscopy:オージェ電子分光法)、4探針法などがALD成膜の品質管理に使用される。
脱離反応による金属ALDは一般的に金属フッ化物などのハロゲン元素で官能基を持った金属がシリコンプリカーサと反応して起こる。フルオロシランを使った金属成膜としては、タングステンやモリブデンが一般的である。これらの金属を使った脱離反応は発熱性が高いためである。タングステンALDでは、最終パージ前には基板表面はSi-HとW-Fで構成されており、プリカーサABの各反応サイクルごとに直線的なデポレートが観察される。タングステンALDの典型的なサイクルあたり成長率は4〜7オングストロームであり、典型的な反応温度は177°C〜325°Cである。タングステンALDにおいて、2つの表面反応、及びALDの全プロセスを以下に示す。その他のALD金属成膜も基本的にフルオロシラン脱離反応であれば同様の反応順序である。
表面での主な反応:
WSiF2H* + WF6--> WWF5* + SiF3H (7)
WF5* + Si2H6 --> WSiF2H* + SiF3H + 2H2 (8)
全体のALD反応:
WF6 + Si2H6 --> W + SiF3H + 2H2 ∆H = -181kcal (9)