一种以氨基钛为钛源的Al/Ti薄膜原子层沉积方法技术

本发明专利技术涉及一种以氨基钛为钛源的Al/Ti薄膜原子层沉积方法，包括以下步骤：(1)前处理：选择电阻率0.01～0.04Ωcm的衬底，98％H2SO4和30％H2O2混合液清洗，两者体积比为7.0:2.0～5.0，超纯水漂洗，N2吹干，循环清洗(2)手套箱中称取烷基铝为铝源，氨基钛为钛源，两者摩尔比2.0:0.5～2.0，氮气吹洗沉积系统1～3h，流量140～150mL/min，驱除尽其中的空气和水分(3)将步骤(2)中的烷基铝和氨基钛以及步骤(1)中清洗好的衬底于氮气保护下放入沉积薄膜系统中，总压力维持1.5～3.2×103Pa，氮气流量100～130mL/min，将烷基铝和氨基钛升温至35～60℃，衬底升温至125～140℃，沉积循环次数180～220次，结束沉积，得到Al/Ti薄膜。该方法以氨基钛为钛源，成膜较为均匀和致密，说明氨基钛是一类用于Al/Ti薄膜原子层沉积较为理想的钛源。

【技术实现步骤摘要】
一种以氨基钛为钛源的Al/Ti薄膜原子层沉积方法
本专利技术涉及一种利用原子层沉积技术制备Al/Ti薄膜的方法，该方法以氨基钛作为沉积Al/Ti薄膜的钛源，反应温和，成膜性能优良。本专利技术属于半导体领域，具体涉及到一种半导体材料表面薄膜的制备方法。
技术介绍
随着半导体技术的快速发展，器件的制作工艺与技术也发生了变革，薄膜越来越多地被应用，如Al/Ti膜、Ge膜、Cu膜、SiN、AlN等，其中，Al/Ti薄膜广泛地应用于目前和新兴的半导体器件制作中，尤其在集成电路、防护涂层裁剪等技术中扮演着重要的角色。目前，Al/Ti薄膜制作技术也不断改进，常用的薄膜沉积方法是化学气相沉积(CVD)技术，或者采取一些增强手段如氢离子增强型气相沉积(PECVD)，将沉积温度降低到400℃左右。这些方法虽然较传统技术相比有许多优势，但是原子层沉积(ALD)技术在一些领域有着更大的优势。在ALD工艺技术中，前驱体的性质至关重要。要求其在较高的温度(沉积温度)下依然应有较高的热稳定性以避免自身的热分解而导致CVD过程的出现，同时与另一种源具有合适的反应性，不能过于活泼或者迟钝，以便沉积成膜。在沉积Al/Ti膜的过程中，主要涉及的钛源是金属卤化物，如TiCl4、TiBr4、TiI4等，这些钛源在特定的手段中可以将沉积薄膜的温度降低至500℃左右。相继的，一些专利如US20140017408A1公开了以金属卤化钛为钛源，利用ALD技术沉积Al/Ti膜，虽然得到了一定厚度的薄膜，但是仍然存在一些问题：(1)由于此类钛源过于活泼，在ALD沉积技术中，很容易发生自身的分解，即CVD过程发生；(2)此类钛源在ALD沉积过程中，所需沉积温度较高，对设备要求高；(3)得到的薄膜有可能会因副产物未清除干净而吸水，影响薄膜的性能。
技术实现思路
本专利技术是为了克服上述现有技术存在的缺点提出的，其所解决的技术问题是提供一种利用原子层沉积技术制备Al/Ti薄膜的方法，该方法以氨基钛作为沉积Al/Ti薄膜的钛源，沉积温度低，反应温和，成膜性能优良。本专利技术提供了一种以氨基钛为钛源的Al/Ti薄膜原子层沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将沉积薄膜的衬底晶片进行前处理：采用98％H2SO4和30％H2O2混合液进行清洗，而后用超纯水漂洗，N2吹干，循环清洗次数为3～7次；(2)在手套箱中精确称取烷基铝作为沉积铝源，氨基钛作为沉积钛源，将沉积系统用氮气进行吹洗处理，吹洗时间为1～3h，氮气流量为140～150mL/min，驱除尽体系中的空气和水分；(3)将步骤(2)中称量好的烷基铝和氨基钛以及步骤(1)中清洗后的衬底于氮气保护下放入沉积薄膜系统中，以5℃/min将烷基铝和氨基钛升温，衬底以10℃/min升温，进行循环沉积，结束后将系统降至室温，取出衬底，得到Al/Ti薄膜。进一步的，所述衬底选自硅片、二氧化硅、绝缘硅、应变硅、碳掺杂改性的二氧化硅、碳化硅、金属氮化物、氮化硅、锗、蓝宝石、砷化镓、金属合金、半导体晶片，衬底的电阻率为0.01～0.04Ωcm。进一步的，所述氨基钛中氨基选自N(CH3)2，N(CH2CH3)2，N[CH(CH3)2]2，N[C(CH3)3]2，N[Si(CH3)3]2，N[SiH(CH3)2]2。进一步的，所述烷基铝选自三甲基铝、三甲胺铝烷、二甲基氢化铝、二甲基环己胺铝烷、四氢吡咯氢化铝、二乙基氢化铝、甲基氢化铝、二甲基乙胺铝烷、甲基吡咯烷氢化铝、二甲基吡咯烷氢化铝。进一步的，所述步骤(1)中，清洗混合溶液中98％H2SO4和30％H2O2的体积比为7.0:2.0～5.0。进一步的，所述步骤(2)中，沉积源烷基铝与氨基钛的摩尔比例为2.0:0.5～2.0。进一步的，所述步骤(3)中，沉积过程总压力维持在1.5～3.2×103Pa，氮气流量为100～130mL/min。进一步的，所述步骤(3)中，加热烷基铝和氨基钛至35～60℃，衬底加热至125～140℃。进一步的，所述步骤(3)中，沉积循环次数为180～220次。本专利技术的有益效果包括：(1)以氨基钛为钛源沉积Al/Ti薄膜，在沉积过程中性质较为稳定，不易自身分解；(2)沉积温度较低，不超过200℃，降低成膜难度；(3)成膜性能优良，以实施例一中制备的Al/Ti薄膜1#的扫描电镜(SEM)图和超景深三维显微镜图片为例，成膜均匀且致密。附图说明以下参照附图来详细说明本专利技术的技术方案，其中：图1示出了以实施例一中制备的Al/Ti薄膜1#的扫描电镜(SEM)图。图2示出了以实施例一中制备的Al/Ti薄膜1#的超景深三维显微镜图片。具体实施方式下面结合具体实施例以及附图对本专利技术作进一步说明。如上所述的一种利用原子层沉积技术制备Al/Ti薄膜的方法，该方法以氨基钛作为沉积Al/Ti薄膜的钛源，反应温和，沉积温度低，成膜性能优良，促进了半导体器件制作工艺的发展。本专利技术提供了一种以氨基钛为钛源的Al/Ti薄膜原子层沉积方法，该方法中Al/Ti薄膜的沉积按照以下方程式进行：3Ti(NR")4+4AlR→3Ti+4Al(NR″)3+4R′(1)AlR′→Al+R′(2)其中：R”表示氢原子、C1～C6烷基、C2～C5链烯基、C3～C10环烷基或—Si(R0)3，其中R0为C1～C6烷基；R’除了表示上述基团之外，还可以表示NR1，其中R1还可以表示C1～C6烷基、C2～C5链烯基、C3～C10环烷基。利用上述沉积原理，本专利技术提供了一种以氨基钛为钛源的Al/Ti薄膜原子层沉积方法，并对本专利技术已经做了一些具体实验。下面以Ti[N(CH3)2]4、Ti[N(CH2CH3)2]4、Ti{N[CH(CH3)2]2}4、Ti{N[C(CH3)3]2}4做钛源，以三甲胺铝烷、二甲基乙胺铝烷、二乙基氢化铝及甲基氢化铝作为铝源，通过原子层沉积技术制备Al/Ti薄膜为例，对本专利技术做进一步的阐述。实施例一：一种以氨基钛为钛源的Al/Ti薄膜原子层沉积方法，包括以下步骤：(1)将沉积薄膜的衬底晶片进行前处理：选择电阻率为0.01Ωcm的衬底，采用98％H2SO4和30％H2O2混合液进行清洗，两者的体积比为7.0:2.0，而后用超纯水漂洗，N2吹干，循环清洗次数为3次；(2)在手套箱中精确称取三甲胺铝烷作为沉积铝源，Ti[N(CH3)2]4作为沉积钛源，两者摩尔比为2.0:0.5，将沉积系统用氮气进行吹洗处理，吹洗时间为1h，氮气流量为140mL/min，驱除尽体系中的空气和水分；(3)将步骤(2)中称量好的三甲胺铝烷和Ti[N(CH3)2]4以及步骤(1)中清洗后的衬底于氮气保护下放入沉积薄膜系统中，总压力维持在1.5×103Pa，氮气流量为100mL/min，以5℃/min将烷基铝和氨基钛升温至35℃，衬底以10℃/min升温至125℃，沉积循环次数为180次，结束沉积，将系统降至室温后，取出衬底，得到Al/Ti薄膜，并通过SEM记录其成膜情况，记为1#。实施例二：一种以氨基钛为钛源的Al/Ti薄膜原子层沉积方法，包括以下步骤：(1)将沉积薄膜的衬底晶片进行前处理：选择电阻率为0.02Ωcm的衬底，采用98％H2SO4和30％H2O2混合液进行清洗，两者的体积比为7.0:3.0，而后用超纯水漂洗，N2吹干，循本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以氨基钛为钛源的Al/Ti薄膜原子层沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将沉积薄膜的衬底晶片进行前处理：采用98％H2SO4和30％H2O2混合液进行清洗，而后用超纯水漂洗，N2吹干，循环清洗次数为3～7次；(2)在手套箱中精确称取烷基铝作为沉积铝源，氨基钛作为沉积钛源，将沉积系统用氮气进行吹洗处理，吹洗时间为1～3h，氮气流量为140～150mL/min，驱除尽体系中的空气和水分；(3)将步骤(2)中称量好的烷基铝和氨基钛以及步骤(1)中清洗后的衬底于氮气保护下放入沉积薄膜系统中，以5℃/min将烷基铝和氨基钛升温，衬底以10℃/min升温，进行循环沉积，结束后将系统降至室温，取出衬底，得到Al/Ti薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种以氨基钛为钛源的Al/Ti薄膜原子层沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将沉积薄膜的衬底晶片进行前处理：采用98％H2SO4和30％H2O2混合液进行清洗，而后用超纯水漂洗，N2吹干，循环清洗次数为3～7次；(2)在手套箱中精确称取烷基铝作为沉积铝源，氨基钛作为沉积钛源，将沉积系统用氮气进行吹洗处理，吹洗时间为1～3h，氮气流量为140～150mL/min，驱除尽体系中的空气和水分；(3)将步骤(2)中称量好的烷基铝和氨基钛以及步骤(1)中清洗后的衬底于氮气保护下放入沉积薄膜系统中，以5℃/min将烷基铝和氨基钛升温，衬底以10℃/min升温，进行循环沉积，结束后将系统降至室温，取出衬底，得到Al/Ti薄膜；所述氨基钛中氨基选自N(CH3)2，N(CH2CH3)2，N[CH(CH3)2]2，N[C(CH3)3]2，N[Si(CH3)3]2，N[SiH(CH3)2]2；所述步骤(2)中，沉积源烷基铝与氨基钛的摩尔比例为2.0:0.5～2.0；所述步骤(3)中，沉积过程总压力维持在1.5～3.2×103Pa，氮气流量为100～130m...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁玉强，杨淑艳，苗红艳，朱振中，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32