一种氢化ALD薄膜的方法技术

本发明专利技术提供一种氢化ALD薄膜的方法，在采用ALD技术制备薄膜时进行原位氢化，将少量氢气与常规惰性气体混合作为载气，可达到对衬底表面钝化的效果，通过调整氢气在载气中的比例，结合前驱体、生长温度、脉冲时间、气压等参数的调控，可对氧元素进行精确调节，如可调节氧化物薄膜中的氧空位、抑制氮化物或硫化物等非氧化物薄膜中的氧元素含量，从而实现在薄膜生长过程中原位引入氢元素，对沉积的薄膜特性进行调控，为薄膜光电特性等提供了更大且更便捷的调控空间。捷的调控空间。捷的调控空间。

【技术实现步骤摘要】
一种氢化ALD薄膜的方法


[0001]本专利技术属于薄膜材料制备
，特别是涉及一种氢化ALD薄膜的方法。

技术介绍

[0002]原子层沉积(ALD)技术是一种适合生长高质量薄膜的材料制备技术，在大面积保形均匀沉积以及化学计量比精确控制等方面具有独特优势。在ALD镀膜过程中，一般是两种或更多的化学气相前驱体通过惰性载气依次在基底表面发生化学反应从而形成固态的薄膜。ALD技术可在各种尺寸和形状的基底上沉积高精度、高保形、高质量的薄膜，特有的属性和工艺的高可重复性使其广泛应用于光学元件、半导体器件、光伏等领域中。
[0003]在目前的ALD制备薄膜的工艺中，调控手段一般包括前驱体调控、生长温度调控、脉冲时间调控等。但上述方法对薄膜特性的调控能力有限，如对于现有大多数金属氧化物薄膜的沉积，可采用ALD技术制备，如氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)等，但是对于制备的薄膜中的氧空位的调控手段欠缺。对于一些氮化物和硫化物薄膜的沉积，如氮化钛(TiN)、硫化钼(MoS2)等，通常也无法完全避免氧元素的引入，这对薄膜质量是不利的。
[0004]因此，提供一种ALD薄膜沉积过程中原位氢化的方法，有望解决上述薄膜生长中遇到的瓶颈问题。

技术实现思路

[0005]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氢化ALD薄膜的方法，用于解决现有技术中ALD薄膜沉积所面临的氧调控的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种氢化ALD薄膜的方法，包括以下步骤：
[0007]提供衬底，将所述衬底置于原子层沉积反应腔中；
[0008]向所述原子层沉积反应腔中通入前驱体及载气，在所述衬底上进行薄膜生长，其中，所述载气包括惰性气体及氢气，所述载气用于携带所述前驱体或吹走反应剩余的所述前驱体与副产物，且在所述薄膜生长中提供氢元素。
[0009]可选地，所述薄膜包括金属氧化物薄膜、金属氮化物薄膜及金属硫化物薄膜中的一种或其复合薄膜。
[0010]可选地，所述氢元素以原子或离子的形式存在于ALD生长的所述薄膜中。
[0011]可选地，所述氢元素与氧元素反应以增加ALD生长的氧化物薄膜中的氧空位浓度或减少ALD生长的非氧化物薄膜中的氧杂质含量。
[0012]可选地，所述衬底包括硅衬底、锗衬底或氧化硅衬底，通过所述氢元素钝化所述衬底的表面。
[0013]可选地，所述惰性气体包括氮气或氩气。
[0014]可选地，调控所述氢气在所述载气中的比例以调整ALD生长的所述薄膜的质量，其
中，所述氢气与所述载气的体积比的范围为2％～20％。
[0015]可选地，还包括同时对所述前驱体种类、沉积温度、脉冲时间、气压中的一种或组合进行调整，以调控ALD生长的所述薄膜特性。
[0016]可选地，在将所述衬底置于所述原子层沉积反应腔中之前还包括采用标准工艺对所述衬底的表面进行清洗的步骤。
[0017]如上所述，本专利技术的氢化ALD薄膜的方法，在采用ALD技术制备薄膜时进行原位氢化，将少量氢气与常规惰性气体混合作为载气，可达到对衬底表面钝化的效果，通过调整氢气在载气中的比例，结合前驱体、生长温度、脉冲时间、气压等参数的调控，可对氧元素进行精确调节，如可调节氧化物薄膜中的氧空位、抑制氮化物或硫化物等非氧化物薄膜中的氧元素含量，从而实现在薄膜生长过程中原位引入氢元素，对沉积的薄膜特性进行调控，为薄膜光电特性等提供了更大且更便捷的调控空间。
附图说明
[0018]图1显示为本专利技术实施例中氢化ALD薄膜制备的工艺流程图。
[0019]图2a显示为本专利技术实施例中生长在p
‑
Si上的Al2O3和H
‑
Al2O3薄膜的傅里叶变换红外吸吸收光谱。
[0020]图2b显示为图2a中Si
‑
H
n
信号与
‑
OH信号的放大图。
[0021]图3显示为本专利技术实施例中Al2O3和H
‑
Al2O3薄膜的归一化电容
‑
电压(C
‑
V)曲线对比图。
[0022]图4显示为本专利技术实施例中p
‑
Si、p
‑
Si/Al2O3和p
‑
Si/H
‑
Al2O3的少数载流子寿命与注入水平的关系。
[0023]图5a显示为本专利技术实施例中p
‑
Si/SiO
x
(自然氧化物)、p
‑
Si/Al2O3和p
‑
Si/H
‑
Al2O3的表面自由能对比图。
[0024]图5b显示为本专利技术实施例中p
‑
Si/SiO
x
(自然氧化物)、p
‑
Si/Al2O3和p
‑
Si/H
‑
Al2O3与水滴(water)和CH2I2的接触角测量图像。
具体实施方式
[0025]目前ALD技术是通过常规惰性气体作为载气，仅能通过调节前驱体种类、沉积温度、脉冲时间、气压等参数来调控薄膜的相关特性，但是对于氧化物薄膜的沉积薄膜中的氧空位的调控手段欠缺、对于一些非氧化物薄膜，通常也无法完全避免氧元素的引入。
[0026]本专利技术在现有ALD技术的基础上，提供一种新的调节方式，即改变载气的成分，来更灵活地调控薄膜特性。
[0027]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。
[0028]如图1，本实施利提供一种氢化ALD薄膜的方法，包括以下步骤：
[0029]S1：提供衬底，将所述衬底置于原子层沉积反应腔中；
[0030]S2：向所述原子层沉积反应腔中通入前驱体及载气，在所述衬底上进行薄膜生长，
其中，所述载气包括惰性气体及氢气，所述载气用于携带所述前驱体或吹走反应剩余的所述前驱体与副产物，且在所述薄膜生长中提供氢元素。
[0031]本实施例提供了一种在ALD薄膜沉积过程中原位氢化的方法，在采用ALD技术制备所述薄膜时，将少量所述氢气与常规惰性气体如氮气或氩气进行混合作为载气，可以实现在所述薄膜生长过程中原位引入氢元素，以对沉积的所述薄膜的光电等特性进行调控，且对所述衬底的改性具有显著效果，为所述薄膜的光电等特性提供了更大且更便捷的调控空间。
[0032]作为示例，所述衬底可包括硅衬底、锗衬底或氧化硅衬底，但所述衬底的种类并非局限于此，其中，通过所述氢元素可钝化所述衬底的表面。关于所述硅衬底可选择掺杂或本征的硅衬底，此处不作限定。
[0033]其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢化ALD薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供衬底，将所述衬底置于原子层沉积反应腔中；向所述原子层沉积反应腔中通入前驱体及载气，在所述衬底上进行薄膜生长，其中，所述载气包括惰性气体及氢气，所述载气用于携带所述前驱体或吹走反应剩余的所述前驱体与副产物，且在所述薄膜生长中提供氢元素。2.根据权利要求1所述的氢化ALD薄膜的方法，其特征在于：所述薄膜包括金属氧化物薄膜、金属氮化物薄膜及金属硫化物薄膜中的一种或者其复合薄膜。3.根据权利要求1所述的氢化ALD薄膜的方法，其特征在于：所述氢元素以原子或离子的形式存在于ALD生长的所述薄膜中。4.根据权利要求1所述的氢化ALD薄膜的方法，其特征在于：所述氢元素与氧元素反应以增加ALD生长的氧化物薄膜中的氧空位浓度或减少ALD生长的非氧化物薄膜中的氧杂质含量。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东栋，王彦皓，李乐，张姗婷，鲁林峰，林引岳，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：