原子层沉积（ALD）是一种在半导体制造中使用的关键工具，尤其在目前的节点上用于晶体管和互连制造。尽管过去ALD被认为速度太慢而不实用，但随着对精确成分和厚度控制的需求不断提高，ALD的价值得到了肯定，因此在制造过程中花费额外时间进行ALD沉积是值得的。
ALD是化学气相沉积的一种变体，最初被广泛引入半导体行业用于制造高介电常数栅极电介质的氧化铪。与化学气相沉积（CVD）类似，ALD也是一种保形工艺，沉积发生在所有暴露于前体气体的表面上。然而，在ALD中，反应是自限性的。
ALD的工作原理如下：首先，将前体气体A引入处理室，并吸附到所有可用的基板表面上。一旦所有表面位点都被占据，进一步的吸附就不会发生。然后使用惰性吹扫气体（通常是氮气或氩气）冲洗掉任何剩余的前体气体，然后引入第二前体B。前体B与已经化学吸附的前体A反应，生成所需的薄膜。一旦所有吸附的分子被消耗，反应停止。在进行第二次净化步骤后，重复这个循环。
ALD的优点和缺点在于其逐层的性质。一次只沉积一层使制造商能够非常精确地控制薄膜的厚度。通过以不同比例使用不同的前体气体，可以调整薄膜的成分。然而，重复的前体/吹扫气体循环需要很多时间。为了提高吞吐量，可以进行一些流程调整，例如使用大型熔炉一次处理多个晶圆或使用等离子体活化加速成膜。然而，ALD薄膜的最大实用厚度通常受到限制，而随着晶体管的缩小和复杂结构的需求增加，ALD的机会也在不断增加。
ALD在半导体制造中的成功应用之一是氧化铪（HfO2）。HfO2的前体HfCl4和水是化学上简单的小分子，其副产物易于挥发和去除。然而，许多其他材料的ALD过程可能更为复杂，例如二氧化硅常使用氨基硅烷前体，而金属氮化物通常需要复杂的金属有机前体气体。选择性沉积过程中，通过添加配体到前体分子中可以改变其蒸气压或反应性，或者促进与基材的粘附，从而提高生长表面和非生长表面之间的选择性。然而，较大的分子可能难以渗透到较小的特征中，副产物的去除也可能存在困难。
此外，原子层蚀刻（ALE）可以用于去除不需要的材料。ALE的操作步骤与ALD类似，通过一系列的循环实现。周期的前半部分与现有表面发生反应，削弱与底层进行交互，然后通过惰性吹扫气体清除副产物。周期的后半部分是一个选择性的吸附步骤，其中前体分子与已被削弱的表面反应并形成挥发性产物，从而将不需要的材料逐层去除。
原子层沉积（ALD）是一种在半导体制造中使用的重要工艺，它允许精确控制薄膜的厚度和成分。虽然ALD速度相对较慢，但其优点包括高度可控性和选择性。随着技术的发展，ALD在半导体制造中的应用越来越广泛，帮助实现更小、更快、更高性能的芯片。
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