华中科技大学李易诚博士、博士生齐子廉为论文共同第一作者，教授、曹坤副教授为该论文共同通讯作者。
在本次新研究之前，教授课题组在该领域已进行了多年的技术累积。该课题组在领域内首次发表了关于固有选择性原子沉积技术综述，对该技术的近期发展进行了总结 [ 3 ] 。
该研究是团队前期成果的延续，2022 年，该团队从研究机理上揭示了表面酸碱性、电负性等表面本征性质对选择性原子沉积的影响机制 [ 4 ] （DeepTech 此前报道：）。
图丨在纳米图案化基底上实现了薄膜的自对准沉积（来源：Nature Communications）
该研究发现铜表面不同氧化状态会造成非生长区表面形成缺陷位点，这些形核缺陷导致了选择性的丧失。研究团队突破了常规 ALD 两步循环交替生长，增加了原位还原修正步骤。
该团队提出的 循环耦合 工艺，使传统 AB 双循环转变为 ABC 多循环耦合，进而能够实现 表面原位还原 - 生长 - 缺陷去除 的步骤，有效抑制铜表面缺陷形核产生，最终实现高精度自对准。
在原子沉积领域要想实现 选择性 ，一般来说，需要在非生长区制备阻挡层。例如，引入自组装分子使其在非生长区钝化，阻挡原子层沉积生长，最后再将表面的阻挡层去掉 [ 5,6 ] 。而该研究发展的固有选择性，具有全气相工艺流程，且无需阻挡剂生长、去除等步骤，更加简洁与可靠。
该研究相当于开辟了一个新的方向，利用表面的差异，在不添加任何阻挡剂的条件下，靠前驱体的选择和工艺动力学调控实现了无模板、无阻挡剂的选择性生长，即通过本征的固有选择性实现了形核延迟和高选择性自对准沉积。
在该研究中，原子沉积技术工艺的自对准选择性接近 100%，生长区膜厚达到 5nm，非生长区完全无生长，达到固有选择性研究中所见报道最高值，这是在课题组多次尝试后的结果。
图丨固有选择性 ALD 方法在氧化硅与铜表面的选择性和膜厚度（来源：Nature Communications）
一般来说，膜越厚选择性越差。在选择性沉积领域，选择性具有极限厚度，如果形核延迟太短，即使非生长区也会生长。而该研究中不仅实现了在生长区长出 5nm 厚度，而且在非生长区可以保持完全不生长，该现象在此前是从未有过的，这对于提升选择性沉积工艺可靠性至关重要。
在芯片制程中，另一个很重要的问题是，生长的膜会出现 横向扩展 现象。也就是说，薄膜既往基底垂直方向生长，又会往两侧横向生长，导致它们会扩散扩展到铜区域从而降低工艺可靠性。
在该研究中，不仅实现了非生长区铜表面无生长，而且抑制住了生长区沉积薄膜的边缘扩展，薄膜生长停止到铜边缘。 这对于进一步提升对准精度，以及降低对准工艺后造成的金属电阻上升具有非常重要的作用。 该团队表示。
图丨选择性原子沉积薄膜横向扩展生长观察（来源：Nature Communications）
下一步，他们将继续开发先进选择性 ALD 技术，扩展固有选择性方法到芯片各层对准工艺形成完整的工艺包。另一方面，他们计划继续开发小分子钝化、原位缺陷消除等全气相选择性沉积工艺。
为了将工艺在产线上验证，研究团队在国家重点研发计划颠覆性技术创新重点专项项目 面向芯片先进制程的选择性原子层沉积工艺与装备研发 支持下，也正在开发选择性沉积设备，以在芯片企业中进行流片试验。据悉，目前该团队已经与相关公司合作推进技术的产业化落地。
我们计划明年实现选择性 ALD 工艺原理在生产线的初步验证，该工艺在国际上非常前沿，我们有信心在选择性原子沉积领域位列国际第一方阵。 该团队表示。