一種基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝，包括步驟：步驟1）對基底表面進行NH3等離子體處理；步驟2）于所述基底表面形成金屬鉭前驅(qū)體；步驟3）對形成有金屬鉭前驅(qū)體的基底表面進行NH3等離子體處理形成氮化鉭薄層；步驟4）對所述氮化鉭薄層進行Ar等離子體處理；步驟5）以第一次數(shù)循環(huán)進行步驟1）~步驟4）；步驟6）將所述基底旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度；步驟7），以第二次數(shù)循環(huán)進行步驟1）~步驟4）。本發(fā)明通過增加NH3等離子體處理基底、Ar等離子體處理氮化鉭薄層及將旋轉(zhuǎn)基底的步驟，可以有效地減少氮化鉭薄膜中的孔洞，獲得性能良好的氮化鉭薄膜。本發(fā)明工藝步驟簡單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】一種基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造工藝領(lǐng)域，特別是涉及一種基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭 薄膜的制作工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 單原子層沉積（atomic layer deposition, ALD)，又稱原子層沉積或原子層外延 (atomic layer epitaxy),是通過將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基體上化 學(xué)吸附并反應(yīng)而形成沉積膜的一種方法。這種方法最初是由芬蘭科學(xué)家提出并用于多晶熒 光材料ZnS:Mn以及非晶A1203絕緣膜的研制，這些材料是用于平板顯示器。由于這一工藝 涉及復(fù)雜的表面化學(xué)過程和低的沉積速度，直至上世紀80年代中后期該技術(shù)并沒有取得 實質(zhì)性的突破。但是到了 20世紀90年代中期，人們對這一技術(shù)的興趣在不斷加強，這主要 是由于微電子和深亞微米芯片技術(shù)的發(fā)展要求器件和材料的尺寸不斷降低，而器件中的高 寬比不斷增加，這樣所使用材料的厚度降低值幾個納米數(shù)量級。因此原子層沉積技術(shù)的優(yōu) 勢就體現(xiàn)出來，如單原子層逐次沉積，沉積層極均勻的厚度和優(yōu)異的一致性等就體現(xiàn)出來， 而沉積速度慢的問題就不重要了。
[0003] 從原理上說，ALD是通過化學(xué)反應(yīng)得到生成物，但在沉積反應(yīng)原理、沉積反應(yīng)條件 的要求和沉積層的質(zhì)量上都與傳統(tǒng)的CVD不同，在傳統(tǒng)CVD工藝過程中，化學(xué)蒸汽不斷通入 真空室內(nèi)，因此該沉積過程是連續(xù)的，沉積薄膜的厚度和溫度、壓力、氣體流量以及流動的 均勻性、時間等多種因素有關(guān)；在ALD工藝過程中，則是將不同的反應(yīng)前驅(qū)物以氣體脈沖的 形式交替送入反應(yīng)室中，因此并非一個連續(xù)的工藝過程。相對于傳統(tǒng)的沉積工藝而言，ALD 在膜層的均勻性、階梯覆蓋率以及厚度控制等方面都具有明顯的優(yōu)勢。
[0004] 在某些應(yīng)用中，需要在具有很大長徑比的內(nèi)腔表面鍍膜，極限的情況下長徑比會 達到15甚至20,采用傳統(tǒng)的鍍膜方法是無法實現(xiàn)的，而原子層沉積技術(shù)由于是通過在基底 表面形成吸附層，進一步通過反應(yīng)生成薄膜，因而在這方面具有獨特的優(yōu)勢，可以在大長徑 比的內(nèi)腔表面形成厚度均勻的薄膜。
[0005] 原子層沉積技術(shù)由于其沉積參數(shù)的高度可控型(厚度、成份和結(jié)構(gòu))，優(yōu)異的沉積 均勻性和一致性使得其在微納電子和納米材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。目前可以采 用原子層沉積技術(shù)制作的材料包括：氧化物，氮化物，氟化物，金屬，碳化物，復(fù)合結(jié)構(gòu)，硫化 物，納米薄層等。
[0006] 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，氮化鉭薄膜材料的應(yīng)用逐漸被人們所重視。事實證明，采 用原子層沉積技術(shù)可以獲得性能較好的氮化鉭薄膜材料?，F(xiàn)有的一種氮化鉭薄膜的制備方 法，一般先在將基底暴露在金屬鉭前驅(qū)體中，以使所述基底表面吸附一層金屬鉭前驅(qū)體，然 后通過N和Η等離子體對所述金屬鉭前驅(qū)體進行處理，然后重復(fù)以上過程，最終形成氮化鉭 薄膜。然而，這種方法制備出來的氮化鉭薄膜通常會形成非常多的小孔洞，大大降低其致密 度及最終性能，如圖1所示。
[0007] 因此，提供一種可以有效減少氮化鉭薄膜孔洞數(shù)量的制作方法實屬必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于原子層沉積技術(shù) 的氮化鉭薄膜的制作工藝，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中氮化鉭薄膜中孔洞過多而導(dǎo)致性能降低的 問題。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭 薄膜的制作工藝，至少包括以下步驟：
[0010] 步驟1 )，對基底表面進行nh3等離子體處理；
[0011] 步驟2)，于所述基底表面形成金屬鉭前驅(qū)體；
[0012] 步驟3)，對形成有金屬鉭前驅(qū)體的基底表面進行NH3等離子體處理形成氮化鉭薄 層；
[0013] 步驟4)，對所述氮化鉭薄層進行Ar等離子體處理；
[0014] 步驟5)，以第一次數(shù)循環(huán)進行步驟1)?步驟4);
[0015] 步驟6)，將所述基底旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度；
[0016] 步驟7)，以第二次數(shù)循環(huán)進行步驟1)?步驟4)，形成氮化鉭薄膜。
[0017] 作為本發(fā)明的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝的一種優(yōu)選方案，所 述金屬鉭前驅(qū)體為金屬鉭有機化合物。
[0018] 作為本發(fā)明的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝的一種優(yōu)選方案，步 驟4)中，Ar等離子體處理的氣壓為0. lmtorr-lOtorr，功率為100?2500w，氣體流量為 100 ?3000sccm〇
[0019] 作為本發(fā)明的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝的一種優(yōu)選方案，所 述第一次數(shù)為0?20次。
[0020] 作為本發(fā)明的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝的一種優(yōu)選方案，所 述第二次數(shù)為1?20次。
[0021] 作為本發(fā)明的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝的一種優(yōu)選方案，所 述預(yù)設(shè)角度不小于10度。
[0022] 如上所述，本發(fā)明提供一種基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝，包括 步驟：步驟1)，對基底表面進行NH3等離子體處理；步驟2)，于所述基底表面形成金屬鉭前 驅(qū)體；步驟3)，對形成有金屬鉭前驅(qū)體的基底表面進行NH 3等離子體處理形成氮化鉭薄層； 步驟4)，對所述氮化鉭薄層進行Ar等離子體處理；步驟5)，以第一次數(shù)循環(huán)進行步驟1)? 步驟4);步驟6)，將所述基底旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度；步驟7)，以第二次數(shù)循環(huán)進行步驟1)?步驟 4)。本發(fā)明通過增加 NH3等離子體處理基底、Ar等離子體處理氮化鉭薄層及將旋轉(zhuǎn)基底的 步驟，可以有效地減少氮化鉭薄膜中的孔洞，獲得性能良好的氮化鉭薄膜。本發(fā)明工藝步驟 簡單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的采用原子層沉積技術(shù)所制作的氮化鉭薄膜的掃描電鏡 示意圖，可以看出，該氮化鉭薄膜中分布有大量的孔洞。
[0024] 圖2顯示為采用本發(fā)明的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝所制作 的氮化鉭薄膜掃描電鏡示意圖，可以看出，采用本發(fā)明所制作的氮化鉭薄膜致密度非常高， 基本觀察不到孔洞。
[0025] 圖3顯示為本發(fā)明的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝流程示意圖。
[0026] 元件標號說明
[0027] S11 步驟 1)
[0028] S12 步驟 2)
[0029] S13 步驟 3)
[0030] S14 步驟 4)
[0031] S15 步驟 5)
[0032] S16 步驟 6)
[0033] S17 步驟 7)

【具體實施方式】
[0034] 以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0035] 請參閱圖2?圖3。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明 本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0036] 如圖2?圖3所示，本實施例提供一種基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作 工藝，至少包括以下步驟：
[0037] 如圖3所示，首先進行步驟1) S11，對基底表面進行NH3等離子體處理。
[0038] 具體地，將所述基底置于能進行原子層沉積技術(shù)的設(shè)備中，然后以一定氣流速度、 氣壓及功率產(chǎn)生N及Η等離子體對所述基底進行處理。
[0039] 然后進行步驟2) S12,于所述基底表面形成金屬鉭前驅(qū)體。
[0040] 作為示例，所述金屬鉭前驅(qū)體為金屬鉭有機化合物。當然，在其它的實施例中，所 述金屬鉭前驅(qū)體也可以是金屬鉭鹵化物等鉭無機化合物，也可以是其它一切預(yù)期的金屬鉭 前驅(qū)體，并不限于此處所述列舉的幾種。
[0041] 具體地，將所述基底暴露于金屬鉭前驅(qū)體中，通過吸附的方式于所述基底表面形 成一層超薄的金屬鉭前驅(qū)體。
[0042] 接著進行步驟3) S13,對形成有金屬鉭前驅(qū)體的基底表面進行ΝΗ3等離子體處理 形成氮化鉭薄層。
[0043] 在金屬鉭前驅(qū)體被吸附后，采用ΝΗ3氣體產(chǎn)生Ν及Η等離子體，Ν等離子體與金屬 鉭反應(yīng)生成氮化鉭，Η等離子體與金屬鉭前驅(qū)體中的有機成分去除，最終于所述基底表面形 成一層一個至幾個原子層厚度的氮化鉭薄層。
[0044] 步驟4) S14,對所述氮化鉭薄層進行Ar等離子體處理。
[0045] 作為示例，Ar等離子體處理的氣壓為0· lmtorr-lOtorr，功率為100?2500w，氣 體流量為100?3000sccm。
[0046] 在一具體的實施過程中，Ar等離子體處理的氣壓為2torr，功率為lOOOw，氣體流 量為 lOOOsccm。
[0047] 本步驟可以有效減少氮化鉭薄層中孔洞的大小和數(shù)量，經(jīng)過Ar等離子體處理后， 可以獲得性能良好的氮化鉭薄層。
[0048] 步驟5) S15,以第一次數(shù)循環(huán)進行步驟1)?步驟4)。
[0049] 作為示例，所述第一次數(shù)為0?20次。下面以循環(huán)次數(shù)為1次為例進行說明。
[0050] 步驟1)?4)形成第一層氮化鉭薄層后，在該具有氮化鉭薄層的基底上繼續(xù)進行 以下步驟：
[0051] 對具有第一層氮化鉭薄層的基底表面進行NH3等離子體處理；
[0052] 于具有第一層氮化鉭薄層的基底表面形成金屬鉭前驅(qū)體；
[0053] 對形成有金屬鉭前驅(qū)體的第一層氮化鉭薄層表面進行NH3等離子體處理形成第二 層氮化鉭薄層；
[0054] 對所述第二層氮化鉭薄層進行Ar等離子體處理。
[0055] 若循環(huán)次數(shù)為多次，則以上述規(guī)則重復(fù)進行即可，可以根據(jù)最終所需的氮化鉭薄 膜的厚度來確定循環(huán)次數(shù)。
[0056] 當然，在重復(fù)的過程中，可以適當調(diào)整氣流氣壓功率等參數(shù)，以實現(xiàn)工藝實際所需 要的要求。
[0057] 步驟6) S16,將所述基底旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度。
[0058] 作為示例，所述預(yù)設(shè)角度不小于10度，即在本實施例中，所述預(yù)設(shè)角度為10?350 度之間，在一具體的實施過程中，所述預(yù)設(shè)角度為45度。
[0059] 步驟7) S17,以第二次數(shù)循環(huán)進行步驟1)?步驟4)，形成氮化鉭薄膜。
[0060] 具體地，本步驟的循環(huán)過程如步驟5)所述。
[0061] 作為示例，所述第二次數(shù)為1?20次。
[0062] 將所述基底旋轉(zhuǎn)一定角度后，再循環(huán)進行步驟1)?步驟4)，可以明顯降低在最終 在氮化鉭薄膜中的孔洞的數(shù)量。
[0063] 所述循環(huán)次數(shù)可以根據(jù)所需的氮化鉭薄膜的厚度所進行確定，并不限定于此處所 列舉的次數(shù)限制。
[0064]圖2顯示為采用本發(fā)明的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝所制作 的氮化鉭薄膜掃描電鏡示意圖，可以看出，采用本發(fā)明所制作的氮化鉭薄膜致密度非常高， 基本觀察不到孔洞。
[0065] 綜上所述，本發(fā)明提供一種基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝，包括 步驟：步驟1)，對基底表面進行NH3等離子體處理；步驟2)，于所述基底表面形成金屬鉭前 驅(qū)體；步驟3)，對形成有金屬鉭前驅(qū)體的基底表面進行NH3等離子體處理形成氮化鉭薄層； 步驟4)，對所述氮化鉭薄層進行Ar等離子體處理；步驟5)，以第一次數(shù)循環(huán)進行步驟1)? 步驟4);步驟6)，將所述基底旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度；步驟7)，以第二次數(shù)循環(huán)進行步驟1)?步驟 4)。本發(fā)明通過增加 NH3等離子體處理基底、Ar等離子體處理氮化鉭薄層及將旋轉(zhuǎn)基底的 步驟，可以有效地減少氮化鉭薄膜中的孔洞，獲得性能良好的氮化鉭薄膜。本發(fā)明工藝步驟 簡單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用 價值。
[0066] 上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟 悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因 此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝，其特征在于，至少包括以下步 驟： 步驟1)，對基底表面進行nh3等離子體處理； 步驟2)，于所述基底表面形成金屬鉭前驅(qū)體； 步驟3)，對形成有金屬鉭前驅(qū)體的基底表面進行NH3等離子體處理形成氮化鉭薄層； 步驟4)，對所述氮化鉭薄層進行Ar等離子體處理； 步驟5)，以第一次數(shù)循環(huán)進行步驟1)?步驟4); 步驟6)，將所述基底旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度； 步驟7)，以第二次數(shù)循環(huán)進行步驟1)?步驟4)，形成氮化鉭薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝，其特征在 于：所述金屬鉭前驅(qū)體為金屬鉭有機化合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝，其特征在 于：步驟4)中，Ar等離子體處理的氣壓為0. lmtorr-lOtorr，功率為100?2500w，氣體流 量為 100 ?3000sccm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝，其特征在 于：所述第一次數(shù)為〇?20次。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝，其特征在 于：所述第二次數(shù)為1?20次。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于原子層沉積技術(shù)的氮化鉭薄膜的制作工藝，其特征在 于：所述預(yù)設(shè)角度不小于10度。
【文檔編號】C23C16/34GK104109844SQ201310138674
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月18日
【發(fā)明者】周鳴 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司