希臘神話中普羅米修斯竊取天機，為人類帶來火焰與文明。而納米科學家們無疑是我們時代的“普羅米修斯”。原子層沉積技術（ALD）作為一種精確到原子層面的沉積技術，探尋各種各樣的配方就如同“納米盜火者”一般，將微觀世界的火種帶入現實。
 

ALD 反應依賴于多種前驅體化學物質得到最終產物的一種氣相沉積技術。由于 ALD 反應的自限制特性，前驅體通常是過量的，從而保證表面的飽和化學吸附，實現均勻包覆。在半導體工藝中，ALD 技術已經得到廣泛應用。近年來，隨著粉末 ALD 包覆研究：PALD（Particle ALD）的興起，前驅體的開發被賦予了更高的使命與要求。開發新型 ALD 前驅體，將是“納米盜火者”們不竭的使命。
 

開發各類前驅體是進行 ALD 反應的關鍵

對于粉末樣品，由于比表面積的增大，消耗的前驅體量也呈幾何數量級增長。這意味著，相同質量下，粉末樣品需要更多的前驅體進行 ALD 反應。而粉末的粒徑越小，其比表面積越大。相同質量的平面器件其表面積與 1mm 直徑粉末相差 10 倍以上，而與 10µm 粉末比表面差異更接近 16000 倍，相當于一張課桌與標準足球場面積的差別。
 

粉末 ALD 需要覆蓋的表面積遠遠高于平面器件

高比表面積的粉末樣品不僅對前驅體的用量提出更高的要求，前驅體的存儲以及輸送方式同樣重要。對于半導體行業而言，公斤級的前驅體儲存瓶即可滿足連續的生產要求。但粉末 ALD 包覆，尤其是鋰電，金屬等粉末樣品，每年的處理量可達到噸級甚至百噸級，因此前驅體的供應需要使用更大的儲存系統。
 

粉末 ALD 對前驅體供應要求的范式轉變

此外，并不是所有平面半導體工藝配方都可以被移植到粉末工藝中，而對于復雜的粉末包覆需求，大量使用現有的前驅體將推高使用成本。開發質量更高，成本更低的批量前驅體制備技術將是大規模應用 PALD 技術的必然選擇。

目前，能提供大批量前驅體的企業屈指可數，而法國液化空氣集團 Air Liquid 便是其中的佼佼者。多年來，Air Liquid 已為眾多行業的客戶提供服務，更是全球最大的工業氣體供應商。為了開發新一代氣相前驅體，Air Liquid 在全球設立 ALOHA 制造中心，已經成功為半導體 45nm 以下 ALD 工藝提供從克級到噸級的前驅體產品。
 

Air Liquid 的高介電常數鋯基前驅體產品

前驅體的開發離不開 ALD 設備的支持與驗證，尤其是對于粉末樣品，好的研究工具是驗證配方可行性的重要平臺。Forge Nano 是全球唯一可提供工業級 PALD 技術設備服務的企業。旗下的 P 系列 Prometheus 流化床粉末包覆系統可提供單次最高公斤級的粉末樣品處理量，是理想的 PALD 研發工具。Air Liquid 作為 Forge Nano 的投資者與合作伙伴，在日本分公司的東京創新園區使用 Prometheus ™ 研發系統來驗證用于  PALD 的 ALD 前驅體開發。

P 系列 Prometheus 的特點：

· 單批次 1mL – 600ml (~1kg) 粉末
· 專利的流化技術可實現均勻的流化和沉積
· 最高 8 通道 ALD 前驅體通道
· 可更換的反應器腔室，確保不同批量粉末的精準包覆
· 敏感粉末的惰性隔離和處理能力
 

P 系列流化床粉末 ALD 包覆系統

“Forge Nano 將 Air Liquide 視為各個成熟市場的關鍵戰略投資者和合作伙伴。我們很高興為他們提供研究系統，以加速 PALD 技術在日本和全球新應用的采用。一旦 Air Liquid 驗證成功，我們將為終端客戶提供工藝生產規模的 PALD 設備。”—— Forge Nano 產品管理總監 Daniel Higgs 博士

“Forge Nano 是尖端 PALD 工藝開發和產業化的領導者。作為全球領先的 ALD 前驅體“設計者”和供應商，我們很高興安裝 Prometheus PALD 系統來支持我們的 ALD 前驅體開發，為我們的全球客戶和合作伙伴提供服務。”—— Air Liquid 先進材料新興市場全球總監 Nicolas Blasco

參考資料

【1】液空集團電子事業 強化高介電常數鋯基介電材料之前驅物專利組合(Digitimes) https://www.airliquide.com/zh/taiwan/ye-kong-ji-tuan-dian-zi-shi-ye-qiang-hua-gao-jie-dian-chang-shu-gao-ji-jie-dian-cai-liao-zhi

【2】LG Technology Ventures 和 Mitsui Kinzoku-SBI 材料創新基金投資Forge Nano Inc https://www.lgtechventures.com/node/259

【3】Forge Nano 在液化空氣東京創新園區安裝 Prometheus™ 粉末原子層沉積 (PALD) 設備 https://www.prnewswire.com/news-releases/forge-nano-installs-prometheus-powder-atomic-layer-deposition-pald-equipment-at-air-liquides-tokyo-innovation-campus-301389270.html