最後更新:2026年10月8日薄膜沉積(CVD / ALD / PVD)薄膜沉積(CVD/PVD/ALD)中國大陸:ALD设备(原子层沉积设备)

ALD 設備(原子層沉積設備)是什麼

ALD Equipment

ALD 設備是在量產線上執行 ALD(原子層沉積)的薄膜沉積設備。每 1 個循環只能沉積約 0.3~2Å 的膜,因此方式(單晶圓式・空間分割式・批次式)的選擇會大幅左右產出量與成本。代表性廠商有 ASM International、科林研發、應用材料、東京威力科創、KOKUSAI ELECTRIC。

目錄6 項
  1. 定義與原理
  2. 重點整理
  3. 常見問題
  4. 相關企業
  5. 相關用語
  6. 比較文章

定義與原理

ALD 設備(Atomic Layer Deposition Equipment)是在量產線上執行原子層沉積(ALD)的薄膜沉積設備。交替供應前驅物氣體與反應氣體,並以吹淨(purge)隔開兩者,反覆進行此循環。每 1 個循環可沉積的膜厚約 0.3~2Å(0.03~0.2nm,多數氧化膜約 1Å),不到 1 層原子層,因此比起 ALD 原理本身,「如何快速、均勻且無缺陷地跑完循環」才是設備的設計課題。ALD 的原理與自限制反應,請參閱「ALD(原子層沉積)」用語頁。

量產用 ALD 設備大致分為3種方式。①單晶圓式(每次處理 1 片,或腔體內設有多個工作站的方式):氣體切換快,容易調校膜質與均勻性,用於邏輯的 High-k/金屬閘極與微細圖案化的間隔層。②空間分割(spatial)方式:讓載有晶圓的承載盤旋轉,通過依氣體區隔的區域,以轉 1 圈=1 個循環,省去吹淨等待時間以提高產出量。③批次式(立式爐・小批次):一次對數十~100片以上進行熱 ALD,以低廉的每 1 片晶圓成本沉積 DRAM 或 NAND 較厚的絕緣膜。

選擇設備時,除了膜種與溫度外,比較的面向還包括循環時間(脈衝+吹淨)、每 1 台的產出量(WPH)、前驅物消耗量、微粒(腔體內的副產物)、維護週期。使用電漿的 PEALD(Plasma Enhanced ALD)可在低溫下成膜,用於金屬連線步驟之後或光阻圖案上的間隔層沉積,但如何兼顧對底層的電漿損傷與階梯覆蓋率是其課題。

主要設備與方式:ASM International(XP4 Pulsar・XP4 EmerALD 的單晶圓式、XP8 系列的多腔體熱 ALD/PEALD)、科林研發(Striker:單晶圓式絕緣膜 ALD)、應用材料(Olympia:旋轉式空間分割 ALD)、東京威力科創(NT333:1 個腔體 6片的半批次空間分割 ALD,TELINDY PLUS IRad:批次式 ALD)、KOKUSAI ELECTRIC(TSURUGI-C² 等小批次式)。ASM International 將自身定位為 ALD 設備的主要供應商。

重點整理

  • 每 1 個循環約 0.3~2Å。膜厚由循環數決定,設備的課題在於循環時間與產出量
  • 單晶圓式:氣體切換快,容易調校膜質與均勻性(High-k/金屬閘極、間隔層)
  • 空間分割式:讓晶圓旋轉,轉 1 圈=1 個循環,省去吹淨等待以實現高產出量
  • 批次式(立式爐・小批次):一次處理多片,以低成本沉積 DRAM・NAND 的絕緣膜
  • 代表機型:ASM XP4 Pulsar/EmerALD、Lam Striker、Applied Olympia、TEL NT333・TELINDY PLUS IRad、KOKUSAI TSURUGI-C²

ALD 設備(原子層沉積設備)的常見問題

什麼是半導體 ALD?(ALD 半導體)
ALD(原子層沉積・Atomic Layer Deposition)是以脈衝方式交替供應 2種前驅物氣體,利用基板表面的自限制反應,一點一點堆積薄膜的薄膜沉積技術。每 1 個循環沉積的膜厚(GPC)約 0.3~2Å(0.03~0.2nm),多半不到 1 層原子層,可藉由循環數精密控制膜厚與組成。
ALD 與 CVD 有何不同?(ALD CVD 差異)
CVD(化學氣相沉積)同時供應多種前驅物氣體,連續沉積薄膜;ALD 則以脈衝方式交替供應前驅物氣體,藉由各步驟的表面反應自限制(飽和)實現原子層等級的控制。ALD 的沉積速率雖比 CVD 慢,但階梯覆蓋率(保形性)與極薄膜的膜厚均勻性大幅優異。在需要高深寬比結構或數 nm 以下薄膜的先進節點,會選用 ALD。
什麼是 ALD 設備?(ALD 設備是什麼)
ALD 設備(原子層沉積設備)是高速反覆進行前驅物氣體脈衝供應、吹淨、反應氣體供應、吹淨這 4 個步驟的薄膜沉積設備。方式分為單晶圓式、空間分割式、批次式,並精密控制處理溫度、前驅物供應量與吹淨時間。主要設備廠商有 ASM International(XP4 Pulsar・EmerALD)、科林研發(Striker)、應用材料(Olympia)、東京威力科創(NT333・TELINDY PLUS IRad)、KOKUSAI ELECTRIC(TSURUGI-C²)等。
為什麼 FinFET・GAA 需要 ALD?
在 FinFET 與 GAA 奈米片中,閘極絕緣膜(High-k:HfO₂ 等)所要求的膜厚已薄到約 1~2nm。此外還需要能均勻覆蓋鰭片與奈米片立體形狀的保形性,階梯覆蓋較差的 CVD 難以因應。ALD 的自限制反應能同時實現立體形狀上的均勻成膜與原子層精度的膜厚控制,因此成為先進邏輯與記憶體不可或缺的技術。
ALD 設備的主要廠商有哪些?
ALD 設備(原子層沉積設備)的主要廠商有 ASM International(XP4 Pulsar・EmerALD、XP8 系列)、科林研發(Striker)、應用材料(Olympia)、東京威力科創(NT333、TELINDY PLUS IRad)、KOKUSAI ELECTRIC(TSURUGI-C²)。ASM International 將自身定位為 ALD 設備的主要供應商,在 High-k/金屬閘極用單晶圓式方面擁有實績。此外,Beneq(批次 ALD)、Veeco(MEMS 與化合物半導體用)等也有涉足。

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