2018
1. 核心概念与原理
ALD（Atomic Layer Deposition）：原子层沉积是一种逐层生长薄膜的工艺。每个循环通过“自限性反应”，将化学前体逐层吸附并反应，沉积一个原子层的材料。
目标：构建具有高均匀性、无缺陷、埃级厚度精度的薄膜。
ALE（Atomic Layer Etching）：原子层刻蚀是逐层去除材料的工艺。每个循环分两步完成，首先激活表面化学，然后物理去除一个原子层。
目标：在不损伤材料的基础上，实现纳米级的精准刻蚀。
2. 工艺流程对比
工艺步骤
| ALD | ALE | |
| 第一步 | 前体吸附到材料表面形成单分子层 | 表面化学活化，生成易刻蚀的修饰层 |
| 第二步 | 引入第二种前体，与吸附层发生化学反应，生成单原子薄膜 | 使用低能等离子体或离子轰击，选择性移除表面修饰层 |
| 自限性 | 化学反应自限于表面，沉积速率受限于前体反应性 | 去除厚度自限于表面修饰层的厚度，刻蚀速率受限于反应完成度 |
| 循环结果 | 每个循环沉积一个原子层，厚度累积可控 | 每个循环移除一个原子层，刻蚀深度精确 |
3. 性能与应用对比
性能特性
| ALD | ALE | |
| 精度 | 埃级精度，通过控制循环次数实现薄膜厚度调节 | 纳米级精度，通过循环次数控制刻蚀深度 |
| 均匀性 | 可在复杂三维结构（如高深宽比孔洞）中实现均匀沉积 | 可在高深宽比结构中实现均匀刻蚀，无过刻现象 |
| 材料选择性 | 可沉积多种材料（氧化物、氮化物、金属等） | 针对特定材料刻蚀，可分离多层结构不同材料 |
| 温度要求 | 低温工艺，适合敏感基材（50-350°C） | 温度相对低，适应范围为100-250°C |
| 无损伤 | 基于化学吸附和反应，不损伤基材 | 低能量刻蚀，最大限度降低基底物理损伤 |
| 应用场景 | 栅氧化层、纳米涂层、MEMS 等 | 精细图案刻蚀、FinFET 溝槽加工、高深宽比结构制造 |
4. 应用实例
ALD 应用：
半导体制造：在栅极上沉积高介电常数材料（如 HfO₂），减少漏电流并提升器件性能。
光学与光子学：制造高质量抗反射涂层。
ALE 应用：
先进节点技术：用于 7nm 及以下制程中极窄线宽结构的精准刻蚀。
3D NAND 制造：在高深宽比的存储单元中实现均匀沟槽刻蚀。
MEMS 器件：对微通道或微透镜阵列进行无损刻蚀。
5. 主要区别总结
目的不同：ALD 用于添加材料，构建超薄、均匀的薄膜层。ALE 用于移除材料，加工出超细、精准的结构。
精度驱动机制：ALD 依赖于化学吸附和分子反应来保证厚度的均匀性。ALE 通过化学激活和物理刻蚀，确保刻蚀深度可控。
适用范围：ALD 偏向表面涂覆、界面构建。ALE 偏向图案加工、形貌刻蚀。
6. 未来发展趋势
ALD 与 ALE 的联用：
高效前体开发：ALD 和 ALE 都需要化学前体，其反应性、选择性决定了工艺效率与质量。开发环保型、易清除的高活性前体是未来方向。
设备优化：提升 ALD 与 ALE 的工艺速率，兼顾量产能力和精度控制，推动技术在先进制程中的应用。
总结：ALD 和 ALE 是微纳制造领域的核心工艺技术，它们分别从沉积和刻蚀两个维度解决了传统工艺在精度、均匀性、选择性等方面的挑战。两者既互补又相辅相成，未来在半导体、光子学、能源等领域的联用将显著加速技术革新。欢迎加入读者交流群，备注姓名+公司+岗位。
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