等離子體增強原子層沉積技術研究.pdf

1、在集成電路的納米級微型化趨勢下，隨著半導體科學技術不斷更新?lián)Q代，原子層沉積技術(Atomic Layer Deposition，ALD)近年來備受關注。由于ALD技術具有沉積厚度納米級可控，成膜均勻，保型性好等優(yōu)點，所以在高K介質(zhì)材料的制備中應用廣泛，而且有可能成為納米半導體領域的新一代沉積技術。但是常規(guī)的熱ALD技術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)應用中受到限制。為了克服ALD技術這兩個缺點，很多課題組提

2、出了不同的解決方法，例如強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提出了改進辦法，即用脈沖調(diào)制的射頻等離子體技術來輔助ALD技術，以改進其不足，使ALD技術在較低溫度下(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的應用及發(fā)展情況，然后分別對原子層沉積技術的原理、特點、應用和等離子體的定義、產(chǎn)生、分類、應用等進行了概述。并在合理

3、的理論依據(jù)下，結合它們的優(yōu)缺點將它們?nèi)诤显谝黄?，構成了脈沖調(diào)制射頻等離子體增強原子層沉積技術。
　　 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行Al2O3薄膜沉積奠定了實驗基礎。
　　 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/