ALD（Atomic Layer Deposition，原子層沉積）是利用自我限制的表面反應，一點一點堆疊薄膜的成膜技術。它被定位為 CVD（化學氣相沉積）的一種，起源於芬蘭的 Tuomo Suntola 等人在1970年代以原子層磊晶（ALE）之名開發的技術。在半導體微縮與3D 化持續推進的今天，ALD 是最精密的成膜技術之一。
ALD 的基本循環為4個步驟：1)供應前驅物 A（表面化學吸附飽和後反應即停止）→ 2)吹淨（purge，去除多餘前驅物）→ 3)供應反應氣體 B（與吸附層反應）→ 4)吹淨（去除副產物）。每1個循環成長的膜厚（GPC：Growth Per Cycle）約0.3～2Å（0.03～0.2nm），由於前驅物分子的立體障礙等因素，一般不到1個原子層。例如 Al₂O₃（TMA/H₂O）與 HfO₂ 約為1Å。膜厚由循環次數決定，因此可以數 Å 為單位進行控制。
最大的特點是共形性（階梯覆蓋率）高。由於前驅物會在整個表面吸附直到飽和，高深寬比孔洞或溝槽的側壁與底部也能以幾乎相同的膜厚覆蓋。這是 CVD 與 PVD 難以達成的特性，對於3D NAND、FinFET、GAA 奈米片等立體結構的製造不可或缺。
主要用途：High-k 介電質（HfO₂、ZrO₂）用於邏輯的閘極絕緣膜與 DRAM 電容的介電膜；TiN、TaN 用於阻障金屬與閘極電極；Al₂O₃ 用於3D NAND 的阻擋層（blocking layer）與鈍化膜；SiO₂、SiN 則用於多重圖案化的間隔層（spacer）與襯墊層（liner）。
熱 ALD（Thermal ALD）的製程溫度依材料大致為150～400℃。以電漿活化反應氣體的 PEALD（Plasma Enhanced ALD）可在更低溫（室溫～200℃左右）下成膜，也能用於不耐溫材料之上以及後段製程。設備方式（單片式、空間分割、批次式）與主要廠商，請參閱「ALD 設備」用語頁。