等離子體增強(qiáng)原子層沉積技術(shù)研究.pdf

1、在集成電路的納米級微型化趨勢下，隨著半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)不斷更新?lián)Q代，原子層沉積技術(shù)(Atomic Layer Deposition，ALD)近年來備受關(guān)注。由于ALD技術(shù)具有沉積厚度納米級可控，成膜均勻，保型性好等優(yōu)點(diǎn)，所以在高K介質(zhì)材料的制備中應(yīng)用廣泛，而且有可能成為納米半導(dǎo)體領(lǐng)域的新一代沉積技術(shù)。但是常規(guī)的熱ALD技術(shù)由于沉積速率過低和對某些沉積薄膜的沉積溫度要求過高，使其在工業(yè)應(yīng)用中受到限制。為了克服ALD技術(shù)這兩個缺點(diǎn)，很多課題組提

2、出了不同的解決方法，例如強(qiáng)氧化劑輔助原子層沉積，磁控等離子體輔助原子層沉積等方法。而本文主要針對ALD沉積對最低沉積閾值溫度要求高這一缺點(diǎn)提出了改進(jìn)辦法，即用脈沖調(diào)制的射頻等離子體技術(shù)來輔助ALD技術(shù)，以改進(jìn)其不足，使ALD技術(shù)在較低溫度下(100℃以下)在熱敏感的基底上沉積薄膜。
　　 本文首先闡述了納米薄膜技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展情況，然后分別對原子層沉積技術(shù)的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用和等離子體的定義、產(chǎn)生、分類、應(yīng)用等進(jìn)行了概述。并在合理

3、的理論依據(jù)下，結(jié)合它們的優(yōu)缺點(diǎn)將它們?nèi)诤显谝黄?，?gòu)成了脈沖調(diào)制射頻等離子體增強(qiáng)原子層沉積技術(shù)。
　　 研究中采用P型晶向為111的硅片作為基片，三甲基鋁(trimethyl aluminiu，TMA)和水(H2O)作為沉積的兩種前軀體，由ALD的脈沖信號作為射頻電源的脈沖調(diào)制源，在沉積腔體內(nèi)產(chǎn)生等離子體。在ALD沉積過程中脈沖調(diào)制射頻等離子體的放電曲線也做了分析，這對基底溫度的調(diào)節(jié)和減少系統(tǒng)功耗很重要。由于有等離子體的輔助，沉積

4、有了明顯的改善，尤其在較低的基底溫度時如90℃，硅片基底上成功的沉積出均勻的氧化鋁(Al2O3)薄膜，這在常規(guī)的熱ALD中是不可能實現(xiàn)的，這也為在聚合物基底上進(jìn)行Al2O3薄膜沉積奠定了實驗基礎(chǔ)。
　　 本文通過對常規(guī)的熱原子層沉積和脈沖調(diào)制射頻等離子體增強(qiáng)原子層沉積在不同溫度下的沉積情況作了對比實驗，分別采用臺階儀和橢偏儀對Al2O3薄膜的膜厚和介電常數(shù)等做了分析研究，得到了正常的Al2O3薄膜的原子層沉積速率為0.16nm/