一种基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺制造技术

本发明专利技术提供一种基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺，包括步骤：步骤1）对基底表面进行NH3等离子体处理；步骤2）于所述基底表面形成金属钽前驱体；步骤3）对形成有金属钽前驱体的基底表面进行NH3等离子体处理形成氮化钽薄层；步骤4）对所述氮化钽薄层进行Ar等离子体处理；步骤5）以第一次数循环进行步骤1）~步骤4）；步骤6）将所述基底旋转预设角度；步骤7），以第二次数循环进行步骤1）~步骤4）。本发明专利技术通过增加NH3等离子体处理基底、Ar等离子体处理氮化钽薄层及将旋转基底的步骤，可以有效地减少氮化钽薄膜中的孔洞，获得性能良好的氮化钽薄膜。本发明专利技术工艺步骤简单，适用于工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺
本专利技术属于半导体制造工艺领域，特别是涉及一种基于原子层沉积技术的氮化钽 薄膜的制作工艺。
技术介绍
单原子层沉积（atomic layer deposition, ALD)，又称原子层沉积或原子层外延 (atomic layer epitaxy),是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化 学吸附并反应而形成沉积膜的一种方法。这种方法最初是由芬兰科学家提出并用于多晶荧 光材料ZnS:Mn以及非晶A1203绝缘膜的研制，这些材料是用于平板显示器。由于这一工艺 涉及复杂的表面化学过程和低的沉积速度，直至上世纪80年代中后期该技术并没有取得 实质性的突破。但是到了 20世纪90年代中期，人们对这一技术的兴趣在不断加强，这主要 是由于微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的尺寸不断降低，而器件中的高 宽比不断增加，这样所使用材料的厚度降低值几个纳米数量级。因此原子层沉积技术的优 势就体现出来，如单原子层逐次沉积，沉积层极均匀的厚度和优异的一致性等就体现出来， 而沉积速度慢的问题就不重要了。 从原理上说，ALD是通过化学反应得到生成物，但在沉积反应原理、沉积反应条件 的要求和沉积层的质量上都与传统的CVD不同，在传统CVD工艺过程中，化学蒸汽不断通入 真空室内，因此该沉积过程是连续的，沉积薄膜的厚度和温度、压力、气体流量以及流动的 均匀性、时间等多种因素有关；在ALD工艺过程中，则是将不同的反应前驱物以气体脉冲的 形式交替送入反应室中，因此并非一个连续的工艺过程。相对于传统的沉积工艺而言，ALD 在膜层的均匀性、阶梯覆盖率以及厚度控制等方面都具有明显的优势。 在某些应用中，需要在具有很大长径比的内腔表面镀膜，极限的情况下长径比会 达到15甚至20,采用传统的镀膜方法是无法实现的，而原子层沉积技术由于是通过在基底 表面形成吸附层，进一步通过反应生成薄膜，因而在这方面具有独特的优势，可以在大长径 比的内腔表面形成厚度均匀的薄膜。 原子层沉积技术由于其沉积参数的高度可控型(厚度、成份和结构)，优异的沉积 均匀性和一致性使得其在微纳电子和纳米材料等领域具有广泛的应用潜力。目前可以采 用原子层沉积技术制作的材料包括：氧化物，氮化物，氟化物，金属，碳化物，复合结构，硫化 物，纳米薄层等。 随着半导体技术的发展，氮化钽薄膜材料的应用逐渐被人们所重视。事实证明，采 用原子层沉积技术可以获得性能较好的氮化钽薄膜材料。现有的一种氮化钽薄膜的制备方 法，一般先在将基底暴露在金属钽前驱体中，以使所述基底表面吸附一层金属钽前驱体，然 后通过N和Η等离子体对所述金属钽前驱体进行处理，然后重复以上过程，最终形成氮化钽 薄膜。然而，这种方法制备出来的氮化钽薄膜通常会形成非常多的小孔洞，大大降低其致密 度及最终性能，如图1所示。 因此，提供一种可以有效减少氮化钽薄膜孔洞数量的制作方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于原子层沉积技术 的氮化钽薄膜的制作工艺，用于解决现有技术中氮化钽薄膜中孔洞过多而导致性能降低的 问题。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于原子层沉积技术的氮化钽 薄膜的制作工艺，至少包括以下步骤： 步骤1 )，对基底表面进行nh3等离子体处理； 步骤2)，于所述基底表面形成金属钽前驱体； 步骤3)，对形成有金属钽前驱体的基底表面进行NH3等离子体处理形成氮化钽薄 层； 步骤4)，对所述氮化钽薄层进行Ar等离子体处理； 步骤5)，以第一次数循环进行步骤1)?步骤4); 步骤6)，将所述基底旋转预设角度； 步骤7)，以第二次数循环进行步骤1)?步骤4)，形成氮化钽薄膜。 作为本专利技术的基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺的一种优选方案，所 述金属钽前驱体为金属钽有机化合物。 作为本专利技术的基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺的一种优选方案，步 骤4)中，Ar等离子体处理的气压为0. lmtorr-lOtorr，功率为100?2500w，气体流量为 100 ?3000sccm〇 作为本专利技术的基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺的一种优选方案，所 述第一次数为0?20次。 作为本专利技术的基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺的一种优选方案，所 述第二次数为1?20次。 作为本专利技术的基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺的一种优选方案，所 述预设角度不小于10度。 如上所述，本专利技术提供一种基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺，包括 步骤：步骤1)，对基底表面进行NH3等离子体处理；步骤2)，于所述基底表面形成金属钽前 驱体；步骤3)，对形成有金属钽前驱体的基底表面进行NH 3等离子体处理形成氮化钽薄层； 步骤4)，对所述氮化钽薄层进行Ar等离子体处理；步骤5)，以第一次数循环进行步骤1)? 步骤4);步骤6)，将所述基底旋转预设角度；步骤7)，以第二次数循环进行步骤1)?步骤 4)。本专利技术通过增加 NH3等离子体处理基底、Ar等离子体处理氮化钽薄层及将旋转基底的 步骤，可以有效地减少氮化钽薄膜中的孔洞，获得性能良好的氮化钽薄膜。本专利技术工艺步骤 简单，适用于工业生产。 【附图说明】 图1显示为现有技术中的采用原子层沉积技术所制作的氮化钽薄膜的扫描电镜 示意图，可以看出，该氮化钽薄膜中分布有大量的孔洞。 图2显示为采用本专利技术的基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺所制作 的氮化钽薄膜扫描电镜示意图，可以看出，采用本专利技术所制作的氮化钽薄膜致密度非常高， 基本观察不到孔洞。 图3显示为本专利技术的基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺流程示意图。 元件标号说明 S11 步骤 1) S12 步骤 2) S13 步骤 3) S14 步骤 4) S15 步骤 5) S16 步骤 6) S17 步骤 7) 【具体实施方式】 以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。 请参阅图2?图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明 本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数 目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其 组件布局型态也可能更为复杂。 如图2?图3所示，本实施例提供一种基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作 工艺，至少包括以下步骤： 如图3所示，首先进行步骤1) S11，对基底表面进行NH3等离子体处理。 具体地，将所述基底置于能进行原子层沉积技术的设备中，然后以一定气流速度、 气压及功率产生N及Η等离子体对所述基底进行处理。 然后进行步骤2) S12,于所述基底表面形成金属钽前驱体。 作为示例，所述金属钽前驱体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺，其特征在于，至少包括以下步骤：步骤1），对基底表面进行NH3等离子体处理；步骤2），于所述基底表面形成金属钽前驱体；步骤3），对形成有金属钽前驱体的基底表面进行NH3等离子体处理形成氮化钽薄层；步骤4），对所述氮化钽薄层进行Ar等离子体处理；步骤5），以第一次数循环进行步骤1）～步骤4）；步骤6），将所述基底旋转预设角度；步骤7），以第二次数循环进行步骤1）～步骤4），形成氮化钽薄膜。

【技术特征摘要】
1. 一种基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺，其特征在于，至少包括以下步 骤： 步骤1)，对基底表面进行nh3等离子体处理； 步骤2)，于所述基底表面形成金属钽前驱体； 步骤3)，对形成有金属钽前驱体的基底表面进行NH3等离子体处理形成氮化钽薄层； 步骤4)，对所述氮化钽薄层进行Ar等离子体处理； 步骤5)，以第一次数循环进行步骤1)?步骤4); 步骤6)，将所述基底旋转预设角度； 步骤7)，以第二次数循环进行步骤1)?步骤4)，形成氮化钽薄膜。2. 根据权利要求1所述的基于原子层沉积技术的氮化钽薄膜的制作工艺，其特征在 于：所述金属钽前驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31