原子層沉積（ALD）是一種在半導體制造中使用的關鍵工具，尤其在目前的節點上用于晶體管和互連制造。盡管過去ALD被認為速度太慢而不實用，但隨著對精確成分和厚度控制的需求不斷提高，ALD的價值得到了肯定，因此在制造過程中花費額外時間進行ALD沉積是值得的。

ALD是化學氣相沉積的一種變體，最初被廣泛引入半導體行業用于制造高介電常數柵極電介質的氧化鉿。與化學氣相沉積（CVD）類似，ALD也是一種保形工藝，沉積發生在所有暴露于前體氣體的表面上。然而，在ALD中，反應是自限性的。

ALD的優點和缺點在于其逐層的性質。一次只沉積一層使制造商能夠非常精確地控制薄膜的厚度。通過以不同比例使用不同的前體氣體，可以調整薄膜的成分。然而，重復的前體/吹掃氣體循環需要很多時間。為了提高吞吐量，可以進行一些流程調整，例如使用大型熔爐一次處理多個晶圓或使用等離子體活化加速成膜。然而，ALD薄膜的最大實用厚度通常受到限制，而隨著晶體管的縮小和復雜結構的需求增加，ALD的機會也在不斷增加。

ALD在半導體制造中的成功應用之一是氧化鉿（HfO2）。HfO2的前體HfCl4和水是化學上簡單的小分子，其副產物易于揮發和去除。然而，許多其他材料的ALD過程可能更為復雜，例如二氧化硅常使用氨基硅烷前體，而金屬氮化物通常需要復雜的金屬有機前體氣體。選擇性沉積過程中，通過添加配體到前體分子中可以改變其蒸氣壓或反應性，或者促進與基材的粘附，從而提高生長表面和非生長表面之間的選擇性。然而，較大的分子可能難以滲透到較小的特征中，副產物的去除也可能存在困難。

此外，原子層蝕刻（ALE）可以用于去除不需要的材料。ALE的操作步驟與ALD類似，通過一系列的循環實現。周期的前半部分與現有表面發生反應，削弱與底層進行交互，然后通過惰性吹掃氣體清除副產物。周期的后半部分是一個選擇性的吸附步驟，其中前體分子與已被削弱的表面反應并形成揮發性產物，從而將不需要的材料逐層去除。