Selectieve plaatsing van atomen

De afgelopen twintig jaar heeft het zijn waarde bewezen in de gereedschapskist voor de productie van microchips, maar nu is vernieuwing nodig. Nu het tijdperk van de nano-elektronica snel nadert, zijn nauwkeurigere iteraties van ALD nodig om steeds kleinere chipstructuren te bouwen. Hoewel de naam ‘atoomlaagdepositie’ suggereert dat individuele atomen één voor één worden gerangschikt om chips te maken, is de techniek iets ingewikkelder. Om precies te zijn is ALD een dunnefilm-depositietechniek waarbij een heel dunne laag materiaal bovenop een andere laag eronder wordt afgezet. Centraal in de techniek staat het gebruik van chemische reactanten in een gasfase. ALD bestaat uit twee stappen: de precursorstap en de co-reactantstap. Tijdens de precursorstap wordt een molecuul (bijvoorbeeld een metaalorganisch molecuul) dat een atoom bevat dat moet worden afgezet, op het oppervlak geplaatst. Dit molecuul kan gemakkelijker aan het oppervlak binden dan het individuele atoom. Vervolgens wordt tijdens de reactantstap het afgezette precursormolecuul blootgesteld aan een reactant, zoals water of zuurstof. Hierdoor worden de ongewenste segmenten van het grotere molecuul verwijderd, waardoor het gewenste atoom als een laag achterblijft. ALD kan een bepaald aantal atoomlagen aanbrengen, wat een groot voordeel is, maar het is niet zo eenvoudig als het plaatsen van vlakke lagen bovenop vlakke lagen. Computerchips worden vrijwel volledig top-down gemaakt, wat neerkomt op eerst depositie, gevolgd door patroonvorming en etsen. Een computerchip bestaat uit een stapel van honderden dunne films (elk kan tussen de 10 en 100 atoomlagenbevatten), maar door het herhaaldelijk deponeren en etsen wordt ook veel materiaal verspild. Daarnaast zullen toekomstige computerchips afhankelijk zijn van het bouwen van kleine structuren op nanoschaal. Dat betekent dat een preciezere plaatsing van kleinere bouwstenen nodig is. Het uitgangspunt bij plaats-selectieve ALD (AS-ALD) is een oppervlak met twee verschillende materialen, en het doel is om materialen op één oppervlak (het groeigebied) af te zetten en niet op de andere gebieden (de niet-groeigebieden). In vergelijking met traditionele ALD omvat AS-ALD een extra stap waarbij inhibitormoleculen worden geabsorbeerd op de niet-groeigebieden (stap A). Het doel van de inhibitormoleculen is het voorkomen van absorptie van de precursormoleculen op de niet-groeigebieden. Zodra de inhibitormoleculen op hun plaats zitten, volgt bij AS-ALD de precursorstap (B) en vervolgens de reactantstap, net als bij ALD. Tijdens de reactiestap (C) worden ook de inhibitormoleculen op de niet-groeigebieden verwijderd. AS-ALD richt zich uitsluitend op het neerleggen van atomen op specifieke plekken. In vergelijking met ALD is het zeer geschikt voor het deponeren of uitlijnen van structuren op nanoschaal.