專利名稱：利用原子層沉積制備薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜制備方法，更準(zhǔn)確地說，涉及一種利用原子層沉積(ALD)制備薄膜的方法。
薄膜典型地用于半導(dǎo)體器件的介電體薄膜、液晶顯示器的透明導(dǎo)電膜或者電致發(fā)光薄膜顯示器的保護(hù)膜。這些薄膜是通過蒸鍍、化學(xué)氣相沉積或者ALD法制備的。
ALD法是一種表面控制工藝，并通過膜的沉積而使用二維膜。通過ALD法可以在表面動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行沉積，所以逐次疊積性很優(yōu)異。另外，通過周期性地供給反應(yīng)劑同時(shí)不使其熱解，可以通過化學(xué)交換分解該反應(yīng)劑，從而所得的薄膜具有高的密度和精確的化學(xué)計(jì)量。進(jìn)而，由于化學(xué)交換產(chǎn)生的副產(chǎn)物是一種易于除去的氣體，所以能很容易清洗反應(yīng)室。溫度是ALD法中唯一的工藝參量，因而能很容易控制和維持該工藝。
然而，在傳統(tǒng)ALD法中，由于基片表面沒有吸附足夠量的反應(yīng)劑，所以薄膜內(nèi)產(chǎn)生例如針孔等缺陷，從而劣化了薄膜的物理性能例如膜密度。另外，在傳統(tǒng)ALD法中，由于化學(xué)配位體沒有完全去除，所以不可能制得精確化學(xué)計(jì)量的薄膜。
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種薄膜制備方法，利用該方法通過原子層沉積有可能制得膜密度高的精確化學(xué)計(jì)量薄膜。
相應(yīng)地，為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的薄膜制備方法的步驟包括通過把第一種反應(yīng)劑注入已裝有基片的反應(yīng)室而在基片上化學(xué)吸附該第一種反應(yīng)劑。通過清洗反應(yīng)室或抽氣去除在化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑上物理吸附的第一種反應(yīng)劑。當(dāng)通過把第一種反應(yīng)劑注入反應(yīng)室而使該第一種反應(yīng)劑致密地化學(xué)吸附在基片上之后，通過清洗反應(yīng)室或抽氣去除在致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑上物理吸附的第一種反應(yīng)劑。通過把第二種反應(yīng)劑注入反應(yīng)室而在基片表面上化學(xué)吸附該第二種反應(yīng)劑。通過清洗反應(yīng)室或抽氣去除在致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑和第二種反應(yīng)劑上物理吸附的第二種反應(yīng)劑。通過把該第二種反應(yīng)劑再次注入反應(yīng)室而使該第二種反應(yīng)劑致密吸附在基片上，從而利用化學(xué)交換形成固態(tài)薄膜。
在致密吸附該第二種反應(yīng)劑之后，通過清洗反應(yīng)室或抽氣去除物理吸附的第二種反應(yīng)劑和化學(xué)交換過程中產(chǎn)生的殘余產(chǎn)物。注入該第二種反應(yīng)劑和去除物理吸附第二種反應(yīng)劑、殘余產(chǎn)物的工藝可以連續(xù)重復(fù)兩次或多次。注入第一種反應(yīng)劑和去除物理吸附第一種反應(yīng)劑的工藝可以連續(xù)重復(fù)兩次或多次?；?100)硅基片。該第一種反應(yīng)劑和該第二種反應(yīng)劑的組成為一個(gè)原子和一個(gè)化學(xué)配位體以用來形成固態(tài)薄膜。
該固態(tài)薄膜的組成選自由單質(zhì)薄膜、單一氧化物、復(fù)合氧化物、單一氮化物、復(fù)合氮化物構(gòu)成的族中的一種。單質(zhì)薄膜是選自由Mo、Al、Cu、Ti、Ta、Pt、Ru、Rh、Ir、W和Ag構(gòu)成的族中的一種。單一氧化物是選自由Al2O3、TiO2、Ta2O5、ZrO2、HfO2、Nb2O5、CeO2、Y2O3、SiO2、In2O3、RuO2和IrO2構(gòu)成的族中的一種。復(fù)合氧化物是選自由SrTiO3、PbTiO3、SrRuO3、CaRuO3、(Ba，Sr)TiO3、Pb(Zr，Ti)O3、(Pb，La)(Zr，Ti)O3、(Sr，Ca)RuO3、摻雜有Sn的In2O3、摻雜有Fe的In2O3、摻雜有Zr的In2O3構(gòu)成的族中的一種。單一氮化物是選自由SiN、NbN、ZrN、TaN、Ya3N5、AlN、GaN、WN、BN構(gòu)成的族中的一種，復(fù)合氮化物是選自由WBN、WSiN、TiSiN、TaSiN、AlSiN、AlTiN構(gòu)成的族中的一種。
根據(jù)本發(fā)明，由于該第一種反應(yīng)劑和該第二種反應(yīng)劑是緊密吸附的并且通過清洗或抽氣完全去除了雜質(zhì)，故有可能制得膜密度高的精確化學(xué)計(jì)量薄膜。
參見附圖，通過詳細(xì)描述一個(gè)優(yōu)選具體實(shí)施方案，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將更顯而易見。


圖1～8是利用根據(jù)本發(fā)明的原子層沉積法的薄膜制備工藝。
圖9A和圖9B是以與圖8中薄膜制備方式不同的方式利用原子層沉積法制備的薄膜實(shí)例。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的薄膜制備方法所用的薄膜制備裝置的示意圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明薄膜制備方法的流程圖。
圖12是通過本發(fā)明薄膜制備方法每一循環(huán)制備的氧化鋁膜的厚度圖。
圖13是具有根據(jù)本發(fā)明薄膜制備方法制備的氧化鋁薄膜的基片的膜厚均勻性圖。
圖14和圖15分別是根據(jù)本發(fā)明制備方法和傳統(tǒng)方法制備的氧化鋁薄膜的波長折射率。
圖1～8表示利用根據(jù)本發(fā)明的原子層沉積法制備薄膜的工藝。在圖1～8中，當(dāng)要沉積的薄膜是一種由A和B構(gòu)成的二元化合物時(shí)，第一種反應(yīng)劑和第二種反應(yīng)劑分別稱為ARn(g)和BPn(g)。其中Rn是由n個(gè)R官能團(tuán)形成的一種化學(xué)配位體，Pn是由n個(gè)P官能團(tuán)形成的一種化學(xué)配位體，g表示氣態(tài)。
參見圖1，通過把第一種反應(yīng)劑ARn(g)注入已裝有基片1的反應(yīng)室(未標(biāo)出)而把該第一種反應(yīng)劑化學(xué)吸附和物理吸附到基片1(例如一種(100)硅基片)的表面。該第一種反應(yīng)劑化學(xué)吸附到基片的表面。吸附在化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑上的第一種反應(yīng)劑是物理吸附的。由于該第一種反應(yīng)劑ARn(g)是一次注入的，因而有部分能進(jìn)行化學(xué)吸附的空間被物理吸附的ARn(g)覆蓋。相應(yīng)地，基片上形成了空白空間3。
參見圖2，通過清洗其內(nèi)部已形成有化學(xué)吸附和物理吸附第一種反應(yīng)劑的反應(yīng)室或抽氣可以完全去除該物理吸附第一種反應(yīng)劑。這樣可以使基片1表面上只剩下化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑。該化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑ARn(s)是一種固態(tài)，并且暴露出基片1表面的許多部分。其中s表示固態(tài)。
參見圖3，通過把該第一種反應(yīng)劑ARn(g)再次注入包含有其上已形成有該固態(tài)ARn(s)的基片的反應(yīng)室，可把該第一種反應(yīng)劑致密化學(xué)吸附和物理吸附到基片1的表面。這樣可使該第一種反應(yīng)劑化學(xué)吸附和物理吸附到圖1中所示的空白空間3內(nèi)。與圖1中同樣，該第一種反應(yīng)劑化學(xué)吸附到基片1的表面。吸附在化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑上的第一種反應(yīng)劑是物理吸附的。
參見圖4，通過清洗包含有其上已形成有化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑的基片1的反應(yīng)室或抽氣可以完全去除物理吸附第一種反應(yīng)劑。注入第一種反應(yīng)劑和去除物理吸附第一種反應(yīng)劑的工藝連續(xù)進(jìn)行兩次以便基片1表面上只剩有致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑即ARn(s)并且完全去除了例如化學(xué)配位體等雜質(zhì)。其中，s表示固態(tài)。在本具體實(shí)施方案中，圖1～4中所示的工藝可以重復(fù)兩次以上。
參見圖5，通過把第二種反應(yīng)劑BPn(g)注入包含有其上已形成有致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑的基片1的反應(yīng)室而化學(xué)吸附和物理吸附該第二種反應(yīng)劑。吸附到基片表面上的該第二種反應(yīng)劑是化學(xué)吸附的。吸附在化學(xué)吸附第二種反應(yīng)劑上的第二種反應(yīng)劑是物理吸附的。這樣，該化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑和第二種反應(yīng)劑通過化學(xué)交換形成一個(gè)單分子層，該單層在由A原子和B原子構(gòu)成的原子層的尺度上并不致密。這時(shí)，在高蒸氣壓狀態(tài)下去除了作為化學(xué)配位體的Rn和Pn。由于圖5中該第二種反應(yīng)劑并不是象圖1的第一種反應(yīng)劑那樣致密化學(xué)吸附到基片表面，故第二種反應(yīng)劑與第一種反應(yīng)劑的化學(xué)交換不充分。從而，由于第二種反應(yīng)劑與第一種反應(yīng)劑的化學(xué)交換不充分，故在單分子層內(nèi)產(chǎn)生了雜質(zhì)或者沒有滿足化學(xué)計(jì)量組成比。
參見圖6，通過清洗其內(nèi)部已形成有不致密單分子層和物理吸附第二種反應(yīng)劑的反應(yīng)室或抽氣可以去除該物理吸附第二種反應(yīng)劑。這樣可以在基片表面上形成化學(xué)吸附的固態(tài)單分子層。由于圖6中的固態(tài)單分子層是ARnBPn(s)，仍剩余有雜質(zhì)RnPn(s)，故沒有滿足化學(xué)計(jì)量組成比，膜密度低。其中s表示固態(tài)。
參見圖7，為了改善上述化學(xué)計(jì)量組成比和膜密度，通過把該第二種反應(yīng)劑BPn(g)再次注入包含其上已形成有不致密固態(tài)單分子層的基片的反應(yīng)室，可把該第二種反應(yīng)劑化學(xué)吸附和物理吸附到基片表面。吸附到基片表面上的該第二種反應(yīng)劑是化學(xué)吸附的。吸附到化學(xué)吸附第二種反應(yīng)劑上的第二種反應(yīng)劑是物理吸附的。這樣，該化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑和第二種反應(yīng)劑通過化學(xué)交換法形成一個(gè)致密單分子層，該單層具有由A原子和B原子構(gòu)成的原子層尺度的厚度。這時(shí)，在高蒸氣壓狀態(tài)下去除了氣態(tài)的化學(xué)配位體Rn和Pn。
由于圖7的第二種反應(yīng)劑是化學(xué)吸附到圖5中化學(xué)吸附并不致密的基片表面上，故該第二種反應(yīng)劑與致密的第一種反應(yīng)劑的化學(xué)交換很充分，因而降低了單分子層內(nèi)的雜質(zhì)并滿足化學(xué)計(jì)量組成比。
參見圖8，通過清洗其內(nèi)部形成有致密單分子層和物理吸附第二種反應(yīng)劑的反應(yīng)室或抽氣可以完全去除該物理吸附第二種反應(yīng)劑。這樣，基片表面上只剩有致密且化學(xué)吸附的固態(tài)致密單分子層即AB(s)。其中，s表示固態(tài)。在本具體實(shí)施方案中，圖5～8中的工藝可以重復(fù)兩次以上。
在圖8中，A和B形成在基片表面上，因而形成一個(gè)化合物AB(s)。然而，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的原子層沉積法時(shí)，A可以形成在基片表面上，而B形成在A上，從而形成如圖9A所示的化合物AB(s)，或者A和B可以形成在基片表面上，而B和A形成在A和B上，從而完全形成化合物AB(s)。
在下文將描述利用根據(jù)本發(fā)明的薄膜制備方法的薄膜制備工藝。
圖10是根據(jù)本發(fā)明薄膜制備方法所用的薄膜制備裝置的示意圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明薄膜制備方法的流程。
當(dāng)把基片3(例如一個(gè)(100)硅基片)裝入反應(yīng)室30內(nèi)后，利用加熱器5把基片加熱到約150℃～375℃，優(yōu)選地300℃(步驟100)。這時(shí)加熱器5的溫度維持在約450℃以便使基片溫度保持在300℃。
把第一起泡器12內(nèi)的第一種反應(yīng)劑11例如Al(CH3)3(TMA)注入反應(yīng)室0.1～10秒，優(yōu)選地0.5秒，同時(shí)反應(yīng)室30的溫度保持在150℃～375℃(步驟105)。
其中，使用發(fā)泡法注入該第一種反應(yīng)劑11。通過從氣源19把100sccm的Ar載氣注入到溫度保持在20～22℃的第一起泡器12內(nèi)使第一種反應(yīng)劑11從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，然后利用選擇性地開啟閥9通過第一氣體管13和噴頭15注入該第一種反應(yīng)劑11。通過第二氣體管18和噴頭15從氣源19注入400sccm的氮?dú)庖员愀纳圃摰谝环N反應(yīng)劑11的流速并在該第一種反應(yīng)劑11的注入過程中稀釋該第一種反應(yīng)劑11。結(jié)果，在注入該第一種反應(yīng)劑11的過程中有500sccm的氣體供給到反應(yīng)室30。這時(shí)，反應(yīng)室的壓力保持在1～2乇。這樣可使該第一種反應(yīng)劑11在原子尺度上化學(xué)吸附到基片3的表面。在化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑上形成了物理吸附的第一種反應(yīng)劑。
通過選擇性地開啟與反應(yīng)室1相連的閥9同時(shí)反應(yīng)室溫度保持在150℃～375℃、壓力保持在1～2乇，并通過第一氣體管13或者第二氣體管18從氣源19把400sccm的氮?dú)庾⑷敕磻?yīng)室0.1～10秒，優(yōu)選地1.0秒，可以去除該物理吸附第一種反應(yīng)劑(步驟110)。在本具體實(shí)施方案中，該物理吸附第一種反應(yīng)劑是通過清洗去除的。然而，也可以不利用清洗而是通過反應(yīng)室抽真空去除該物理吸附第一種反應(yīng)劑。
象步驟105中那樣把第一種反應(yīng)劑11再次注入到已去除該物理吸附第一種反應(yīng)劑的反應(yīng)室30內(nèi)(步驟115)。這時(shí)，步驟115中注入該第一種反應(yīng)劑的時(shí)間等于或者小于步驟105中注入該第一種反應(yīng)劑的時(shí)間。象步驟110中那樣從反應(yīng)室30內(nèi)去除該物理吸附第一種反應(yīng)劑(步驟120)。這時(shí)，步驟120中去除該物理吸附第一種反應(yīng)劑的時(shí)間等于或者小于步驟110中去除該物理吸附第一種反應(yīng)劑的時(shí)間。當(dāng)反復(fù)進(jìn)行該第一種反應(yīng)劑的注入和該第一清洗工藝時(shí)，可以在基片上形成致密的化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑。在本具體實(shí)施方案中，注入該第一種反應(yīng)劑的工藝和去除該物理吸附第一種反應(yīng)劑的工藝各進(jìn)行兩次。然而，這些工藝可以進(jìn)行多次。
利用選擇性地開啟閥10同時(shí)溫度保持在150℃～375℃、壓力保持在1～2乇，通過氣體管16和噴頭15把第二起泡器14內(nèi)的第二種反應(yīng)劑17例如去離子水注入到包含其上已形成有致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑的基片的反應(yīng)室內(nèi)1毫秒～10秒，優(yōu)選地0.5秒，(步驟125)。
其中，該第二種反應(yīng)劑17與第一種反應(yīng)劑一樣是利用發(fā)泡法注入的。即，通過從氣源19把100sccm的Ar載氣注入到溫度保持在20～22℃的第二起泡器14內(nèi)使第二種反應(yīng)劑17從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，然后通過第三氣體管16和噴頭15注入該第二種反應(yīng)劑17。通過第二氣體管18和噴頭15注入400sccm的氮?dú)庖员愀纳圃摰诙N反應(yīng)劑17的流速并在該第二種反應(yīng)劑17的注入過程中稀釋該第二種反應(yīng)劑17。結(jié)果，在注入該第二種反應(yīng)劑17的過程中有500sccm的氣體總量供給到反應(yīng)室30。這時(shí)，反應(yīng)室30的壓力保持在1～2乇。這樣可使該第二種反應(yīng)劑17化學(xué)吸附到其上已形成有致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑的基片3的表面。在化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑和第二種反應(yīng)劑上形成物理吸附的第二種反應(yīng)劑。該致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑和不致密的化學(xué)吸附第二種反應(yīng)劑通過化學(xué)交換法形成一層在原子層尺度上不致密的氧化鋁膜。
通過選擇性地開啟與內(nèi)部形成有在原子層尺度上并不致密的氧化鋁膜的反應(yīng)室1相連的閥10，在反應(yīng)室溫度保持150℃～375℃、壓力保持1～2乇的同時(shí)通過第二氣體管18或者第三氣體管16從氣源19把400sccm的氮?dú)庾⑷敕磻?yīng)室0.1～10秒，優(yōu)選地1.0秒，可以去除該物理吸附第二種反應(yīng)劑(步驟130)。在本具體實(shí)施方案中，該物理吸附第二種反應(yīng)劑是通過清洗去除的。然而，也可以不利用清洗而是通過反應(yīng)室抽真空去除該物理吸附第二種反應(yīng)劑。
象步驟125中那樣把該第二種反應(yīng)劑17再次注入到已去除該物理吸附第二種反應(yīng)劑的反應(yīng)室30內(nèi)(步驟135)。這時(shí)，步驟135中注入該第二種反應(yīng)劑的時(shí)間等于或者小于步驟125中注入該第二種反應(yīng)劑的時(shí)間。象步驟130中那樣從反應(yīng)室30內(nèi)去除該物理吸附第二種反應(yīng)劑(步驟140)。當(dāng)反復(fù)進(jìn)行注入該第二種反應(yīng)劑和去除該物理吸附第二種反應(yīng)劑的工藝時(shí)，可以在基片上形成致密的化學(xué)吸附第二種反應(yīng)劑。結(jié)果，該致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑和該致密化學(xué)吸附第二種反應(yīng)劑通過化學(xué)交換形成了在原子層尺度上致密的氧化鋁膜。在本具體實(shí)施方案中，注入該第二種反應(yīng)劑的工藝和去除該物理吸附第二種反應(yīng)劑的工藝各進(jìn)行兩次。然而，這些工藝可以進(jìn)行多次。
然后通過周期性地重復(fù)進(jìn)行步驟105到步驟140來檢查所制備的膜厚是否為約10～1000(步驟145)。當(dāng)薄膜厚度適宜時(shí)，通過把反應(yīng)室溫度和壓力返回到正常狀態(tài)并且不重復(fù)上述循環(huán)而結(jié)束該薄膜制備工藝(步驟150)。
在圖11中，該第一種反應(yīng)劑和第二種反應(yīng)劑利用Al(CH3)3(TMA)和去離子水來制得氧化鋁膜Al2O3。如果該第一種反應(yīng)劑和第二種反應(yīng)劑是TiCl4和NH3則可制得TiN膜。如果該第一種反應(yīng)劑和第二種反應(yīng)劑是MoCl2和H2，則可制得Mo膜。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明的薄膜制備方法，可以替代該氧化鋁膜、TiN膜、Mo膜而制備組成為單質(zhì)薄膜、單一氧化物、復(fù)合氧化物、單一氮化物、復(fù)合氮化物的一種固態(tài)薄膜。固態(tài)單質(zhì)薄膜可以是Al、Cu、Ti、Ta、Pt、Ru、Rh、Ir、W和Ag。單一氧化物膜可以是TiO2、Ta2O5、ZrO2、HfO2、Nb2O5、CeO2、Y2O3、SiO2、In2O3、RuO2和IrO2。復(fù)合氧化物膜可以是SrTiO3、PbTiO3、SrRuO3、CaRuO3、(Ba，Sr)TiO3、Pb(Zr，Ti)O3、(Pb，La)(Zr，Ti)O3、(Sr，Ca)RuO3、摻雜有Sn的In2O3、摻雜有Fe的In2O3、摻雜有Zr的In2O3。另外，單一氮化物可以是SiN、NbN、ZrN、TaN、Ya3N5、AlN、GaN、WN、BN；復(fù)合氮化物可以是WBN、WSiN、TiSiN、TaSiN、AlSiN、AlTiN。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的薄膜制備方法中，在均勻保持溫度和壓力的同時(shí)重復(fù)注入第一種反應(yīng)劑和重復(fù)去除該物理吸附第一種反應(yīng)劑，然后重復(fù)注入第二種反應(yīng)劑和重復(fù)去除該物理吸附第二種反應(yīng)劑。這樣，由于第一種反應(yīng)劑與致密沉積的第二種反應(yīng)劑通過化學(xué)交換發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)第一種反應(yīng)劑是致密地沉積在基片上，因此有可能制得膜密度高的精確化學(xué)計(jì)量薄膜。
圖12是通過本發(fā)明薄膜制備方法每次循環(huán)制備的氧化鋁膜的厚度圖。
X軸表示循環(huán)次數(shù)。其中，一次循環(huán)包括的步驟有注入第一種反應(yīng)劑、去除物理吸附的第一種反應(yīng)劑、注入第一種反應(yīng)劑、去除物理吸附的第一種反應(yīng)劑、注入第二種反應(yīng)劑、去除物理吸附的第二種反應(yīng)劑、注入第二種反應(yīng)劑、去除物理吸附的第二種反應(yīng)劑。Y軸表示氧化鋁膜厚度。如圖12所示，根據(jù)本發(fā)明的薄膜制備方法，每次循環(huán)生長的鋁厚度為1.1。這與理論值類似。
圖13是具有通過本發(fā)明薄膜制備方法制備的氧化鋁薄膜的基片的膜厚均勻性。
X軸表示在8英寸基片上測量膜厚的位置。測量位置有晶片中心、圓心在晶片中心并且半徑為3.5英寸的圓周上間隔90°的四個(gè)點(diǎn)、圓心在晶片中心且半徑為1.75英寸的圓周上間隔90°的四個(gè)點(diǎn)。Y軸表示氧化鋁膜的厚度。如圖13所示，該8英寸基片上的膜厚均勻性優(yōu)異。
圖14和圖15分別是根據(jù)本發(fā)明制備方法和傳統(tǒng)方法制備的氧化鋁薄膜的波長折射率。X軸表示400nm～800nm的波長。Y軸表示折射率。
根據(jù)本發(fā)明方法制備的氧化鋁薄膜的折射率在400nm～800nm范圍內(nèi)為1.67～1.73。特別地，如圖14和圖15所示，根據(jù)本發(fā)明方法制備的氧化鋁薄膜的折射率在波長為500nm處為1.698，大于根據(jù)傳統(tǒng)方法制備的氧化鋁薄膜的折射率值1.649。相應(yīng)地，可表明膜密度很高。另外，根據(jù)本發(fā)明方法制備的氧化鋁薄膜的折射率類似于根據(jù)傳統(tǒng)方法制備的氧化鋁薄膜經(jīng)850℃退火30分鐘后的折射率測量值。因而，根據(jù)本發(fā)明方法制備的氧化鋁薄膜不需要退火。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的薄膜制備方法，由于利用了原子層沉積法，故有可能制備具有優(yōu)異逐次疊積性和厚度均勻性的薄膜。另外，根據(jù)本發(fā)明的薄膜制備方法，通過在注入反應(yīng)劑之后利用清洗和抽氣重復(fù)進(jìn)行完全去除雜質(zhì)的工藝并同時(shí)均勻保持反應(yīng)室的溫度和壓力，有可能把反應(yīng)劑致密地化學(xué)吸附到基片上。這樣有可能制備膜密度高的精確化學(xué)計(jì)量薄膜。
本發(fā)明并不僅限于上述具體實(shí)施方案，很顯然本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)做許多改動(dòng)。
權(quán)利要求
1一種薄膜制備方法，其步驟包括(a)通過把第一種反應(yīng)劑注入已裝有基片的反應(yīng)室而在基片上化學(xué)吸附該第一種反應(yīng)劑；(b)通過清洗反應(yīng)室或抽氣去除在化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑上物理吸附的第一種反應(yīng)劑；(c)通過把第一種反應(yīng)劑注入反應(yīng)室而使該第一種反應(yīng)劑致密化學(xué)吸附在基片上；(d)通過清洗反應(yīng)室或抽氣去除在致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑上物理吸附的第一種反應(yīng)劑；(e)通過把第二種反應(yīng)劑注入反應(yīng)室而在基片表面上化學(xué)吸附該第二種反應(yīng)劑；(f)通過清洗反應(yīng)室或抽氣去除在致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑和第二種反應(yīng)劑上物理吸附的第二種反應(yīng)劑；(g)通過把該第二種反應(yīng)劑再次注入反應(yīng)室而使該第二種反應(yīng)劑致密吸附在基片上，從而利用化學(xué)交換形成固態(tài)薄膜。
2根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜制備方法，其步驟進(jìn)一步包括(b)通過清洗反應(yīng)室或抽氣去除物理吸附的第二種反應(yīng)劑和步驟(g)的化學(xué)交換過程中產(chǎn)生的殘余產(chǎn)物。
3根據(jù)權(quán)利要求2的薄膜制備方法，其中，步驟(e)、(f)、(g)和(h)中的注入第二種反應(yīng)劑和去除該物理吸附第二種反應(yīng)劑、殘余產(chǎn)物的工藝可以連續(xù)重復(fù)兩次或多次。
4根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜制備方法，其中，步驟(a)、(b)、(c)和(d)中的注入第一種反應(yīng)劑和去除該物理吸附第一種反應(yīng)劑的工藝可以連續(xù)重復(fù)兩次或多次。
5根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜制備方法，其中步驟(c)中注入該第一種反應(yīng)劑的時(shí)間等于或小于步驟(a)中注入該第一種反應(yīng)劑的時(shí)間。
6根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜制備方法，其中步驟(g)中注入該第二種反應(yīng)劑的時(shí)間等于或小于步驟(e)中注入該第二種反應(yīng)劑的時(shí)間。
7根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜制備方法，其中基片是(100)硅基片。
8根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜制備方法，其中該第一種反應(yīng)劑和該第二種反應(yīng)劑的組成為一個(gè)原子和一個(gè)化學(xué)配位體以用來形成固態(tài)薄膜。
9根據(jù)權(quán)利要求l的薄膜制備方法，其中該固態(tài)薄膜的組成選自由單質(zhì)薄膜、單一氧化物、復(fù)合氧化物、單一氮化物、復(fù)合氮化物構(gòu)成的族中的一種。
10 根據(jù)權(quán)利要求9的薄膜制備方法，其中該單質(zhì)薄膜是選自由Mo、Al、Cu、Ti、Ta、Pt、Ru、Rh、Ir、W和Ag構(gòu)成的族中的一種。
11根據(jù)權(quán)利要求9的薄膜制備方法，其中該單一氧化物是選自由Al2O3、TiO2、Ta2O5、ZrO2、HfO2、Nb2O5、CeO2、Y2O3、SiO2、In2O3、RuO2和IrO2構(gòu)成的族中的一種。
12根據(jù)權(quán)利要求11的薄膜制備方法，其中組成為Al2O3的薄膜的折射率在400～800nm的波長范圍內(nèi)為1.67～1.73。
13根據(jù)權(quán)利要求9的薄膜制備方法，其中該復(fù)合氧化物是選自由SrTiO3、PbTiO3、SrRuO3、CaRuO3、(Ba，Sr)TiO3、Pb(Zr，Ti)O3、(Pb，La)(Zr，Ti)O3、(Sr，Ca)RuO3、摻雜有Sn的In2O3、摻雜有Fe的In2O3、摻雜有Zr的In2O3構(gòu)成的族中的一種。
14根據(jù)權(quán)利要求9的薄膜制備方法，其中該單一氮化物是選自由SiN、NbN、ZrN、TaN、Ya3N5、AlN、GaN、WN、BN構(gòu)成的族中的一種。
15根據(jù)權(quán)利要求9的薄膜制備方法，其中該復(fù)合氮化物是選自由WBN、WSiN、TiSiN、TaSiN、AlSiN、AlTiN構(gòu)成的族中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種薄膜制備方法。該方法通過在基片上致密化學(xué)吸附第一種反應(yīng)劑和第二種反應(yīng)劑,從而利用化學(xué)交換形成固態(tài)薄膜。根據(jù)本發(fā)明,由于該第一種反應(yīng)劑和該第二種反應(yīng)劑是致密化學(xué)吸附的并且通過清洗或抽氣完全去除了雜質(zhì),故有可能制備膜密度高的精確化學(xué)計(jì)量薄膜。
文檔編號C23C16/455GK1244598SQ9812275
公開日2000年2月16日 申請日期1998年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月7日
發(fā)明者金榮寬, 李相忍, 樸昌洙, 李相旼 申請人:三星電子株式會(huì)社