[发明专利]一种快速测定时序式ALD前驱体临界脉冲宽度的方法

说明书

本发明揭示了一种快速测定时序式ALD前驱体临界脉冲宽度的方法，通过ALD制程沉积单独一个薄膜样品即可确定所采用的时序式ALD制程的前驱体临界脉冲宽度；在该方法中，ALD前驱体气体脉冲宽度t可被控制地改变：前驱体A气体脉冲宽度t从短到长逐渐增大，通过QCM测量所得到的薄膜在每一个前驱体A气体脉冲宽度t的指定沉积循环中的质量改变量Δm，最终得到每次薄膜质量增加量Δm与前驱体气体脉冲宽度t的函数关系，分析所得到的Δm与t的函数关系来确定所采用时序式ALD制程的ALD前驱体A临界脉冲宽度。整个测定过程只需要沉积一个薄膜样品即可测定前驱体临界脉冲宽度，所需消耗的前驱体也极大地减少，测试时间大大缩短。

技术领域

本发明涉及一种快速测定时序式ALD前驱体临界脉冲宽度的方法。

背景技术

ALD(原子层沉积，Atomic layer deposition)利用表面饱和反应(surfacesaturation reactions)实现薄膜材料的逐原子层生长，在一定的范围内对温度和反应物通量的变化不敏感。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。即使原子层淀积唯一的表面反应特征降低了正常化学气相淀积对温度、压力和组分的严格要求，人们仍然需要优化ALD的参数以实现其准确的厚度控制和超级的保型性。在时序式ALD制程中，前驱体临界剂量是用来控制表面饱和的重要参数之一。

在ALD技术中，吸附一般为单分子层的化学吸附。通常利用Langmuir模型来描述。在这一模型中，Langmuir作了几个假设：

1)固体表面是均质的、平坦的；

2)固体表面具有一定数量的点(位置)可供吸附质分子附着；

3)所有的这些点都是完全等价的；

4)每一个点只能吸附一个分子(只形成单分子层覆盖)；

5)吸附在固体表面的分子之间没有相互作用。

在这些前提下，当吸附与解吸附达到平衡时，可以很容易地推导出基本Langmuir方程：在这里，θ_A为该气体分子在固体表面的覆盖率；K_eq^A为一常数，与吸附、解吸附的速率有关；P_A为该吸附质的气压。

在基本Langmuir方程中，当系数K_eq^A值不同时，曲线呈现出“软”和“硬”的特性，如图1所示。显然，K_eq^A值越大，曲线越“硬”，越容易达到饱和吸附值。另外，很显然，在ALD生长中，前驱体分子覆盖率将会直接决定了沉积速率。而反应腔中前驱体气压可由送入源的量来决定，可由脉冲阀门开启时间长短而定。理想情况下，脉冲阀门开启时间趋于无穷，前驱体气体分子在衬底表面的覆盖率才能达到100％

在实际应用中，通常认为脉冲阀门开启时间超过某一特定值时，前驱体气体分子在衬底表面的覆盖率达到相应的一个特定值(例如，覆盖率达到98％或99％，这一值可根据实际需要而选定)，我们即认为前驱体气体分子近似完成了在衬底表面的全覆盖，此时我们即称这一脉冲阀门开启时间为对应的前驱体的临界脉冲宽度。在实践中，常常发现脉冲阀门开启时间达到一定值后，分子在衬底表面的覆盖率已经基本稳定而难以发现有大的变化。

每一对反应物组合及特定ALD沉积设备，都对应着各自的ALD制程的前驱体临界脉冲宽度。因此，在开发新ALD工艺的过程中，寻找对应的ALD制程的前驱体临界脉冲宽度，是必不可少的一个过程。传统的寻找前驱体临界脉冲宽度的方法，是以如下过程进行的：