微纳材料设计与制造研究中心

2024年5月9日，《国际机床与制造期刊》（International Journal of Machine Tools & Manufacture）在线发表了我中心陈蓉教授团队关于区域选择性沉积（ASD）技术在半导体和纳米技术制造中的革命性进展的观点文章“Area selective deposition for bottom-up atomic-scale manufacturing （区域选择性沉积——自下而上的原子级制造）”。陈蓉教授为论文第一作者和通讯作者。

随着纳米结构缩小化的持续推进，制造精度和产品质量的提升成为业界关注的焦点。ASD技术通过在指定区域内进行选择性生长，大幅简化了纳米结构的制造过程，成为当前原子级和接近原子级制造技术的关键创新。ASD技术通过减少工艺复杂性和提高定位精度，有望极大地简化纳米结构的制造，并成为传统光刻方法的重要补充。原子层沉积（ALD）作为ASD的首选方法，通过表面驱动的自限特性，实现了精确的原子级厚度控制和出色的均匀性。这使得ALD能够在先进制程中处理复杂的3D纳米结构，显著提升了制造工艺的精度和可靠性。该文章深入探讨了ASD的核心机制，并总结了提高选择性的辅助技术，如表面钝化、激活、失活和缺陷消除等方法，展示了ASD在扩大选择性窗口方面的巨大潜力。

作者提供了一个全面的 ASD 工具包，为进一步的工艺改进和应用提供了理论基础和实践指南。作者强调了热力学和动力学原理在成核和薄膜生长过程中的重要作用，提出了一个全面的区域选择性沉积成核模型，为优化沉积工艺提供了理论基础。固有选择性沉积利用表面化学性质的内在差异，实现了快速的薄膜成核。而外部辅助策略则通过表面钝化、区域去活化/活化等方法扩展了选择性窗口，提高了ASD工艺的效率和可靠性。

展望未来，ASD技术有望在更小尺寸的工艺节点上继续发挥关键作用，推动纳米制造乃至亚纳米制造的发展。文章呼吁进一步研究和优化成核抑制机制，以扩大选择性沉积的工艺窗口，应对复杂的几何结构覆盖和性能表征的挑战，并强调了ASD在未来半导体技术和各种高科技应用中的巨大潜力。通过实现原子级精度，ASD技术为复杂纳米结构的制造开辟了新的可能性，预示着现代科技领域的突破性进展。该技术将重新定义制造技术的格局，推动半导体产业和广泛的技术应用领域迈向新的高度。

该研究得到了该工作得到了国家自然科学基金（52350349、52273237）、国家重点研发计划（2022YFF1500400）和新基石科学基金XPLORER等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2024.104173