[发明专利]一种使用多步原子层沉积技术生长均匀混合金属氧化物的方法

说明书

一种使用多步原子层沉积技术生长均匀混合金属氧化物的方法，属于薄膜沉积技术领域。是将衬底加热到30～400℃并保持稳定，抽真空后通入惰性气体；通入金属氧化物A的前驱体0.02～20s，等待惰性气体清洗，再通入金属氧化物B的前驱体0.02～20s，等待惰性气体清洗；然后通入氧化气体0.02～20s，在衬底表面生成金属氧化物A与B的混合氧化物，等待惰性气体清洗；重复上述步骤从而生长出均匀混合金属氧化物。本发明方法利用多个间隔的金属前驱体脉冲填补了位阻导致的空位，活性位点自限制吸附更加充分，且避免过多的前驱体注入产生物理吸附，可生长出致密平坦的薄膜。由于位阻在同层随机产生，生长出的金属氧化物薄膜均匀随机掺杂。

技术领域

本发明属于薄膜沉积技术领域，具体涉及一种使用多步原子层沉积技术生长均匀混合金属氧化物的方法。

背景技术

电子产业的迅速发展使电子元器件不断微型化，所用材料逐渐达到微米级甚至纳米级。高精度高质量的薄膜材料需求也越来越高。原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)由于自限制逐层生长的特点，可以在亚纳米级别控制高致密薄膜的生长，因此在科学研究与工业应用中迅速发展。

ALD逐层生长的特点使得可以精确控制生长薄膜的成分和厚度，但也限制了生长复合材料时的掺杂方式。通过ALD生长的掺杂材料只能通过叠层的方式复合，因此会存在界面效应和掺杂不均匀的问题。Meyer,J.等发现在ZrO₂和Al₂O₃层交界处会生成ZrAl_xO_y铝酸盐相^【1】，随后Seo,S.W.等证实只有在ZrO₂层和Al₂O₃层1：1循环生长的请况下会形成均匀的ZrAl_xO_y铝酸盐薄膜^【2】。TiO₂，Al₂O₃叠层也被发现具有这种现象^【3】。

ALD沉积的另一个问题是存在位阻效应，沉积过程中在表面由于前驱体本身或副产物导致的位阻使得每层ALD薄膜都存在没有反应的活性点，在逐层生长的过程中成为缺陷点，导致薄膜的密度和粗糙度降低。通常采用延长前驱体脉冲时间的方法抑制位阻，但过多的前驱体会产生表面物理吸附，影响薄膜质量。

本发明提出一种利用ALD过程中的位阻进行掺杂的方法，在ALD同一原子层生长的过程中通入不同的金属前驱体短脉冲，在填补位阻空缺，提高生长薄膜质量的同时实现比例可调的金属氧化物均匀掺杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用ALD生长中的位阻，生长高质量、比例可调的均匀混合金属氧化物薄膜的方法。具体方案是在金属前驱体的半循环过程中多次通入不同的金属前驱体，不同金属前驱体脉冲间使用载气清洗，将每层ALD原本的两个半反应分割为多个反应过程。

本发明所述的一种使用多步原子层沉积技术生长均匀混合金属氧化物的方法，其步骤如下：

(1)将衬底放入原子层沉积设备的反应腔，加热到30～400℃并保持稳定；抽真空后通入惰性气体，使腔体气压稳定在0.1～0.3Torr；

(2)通入金属氧化物A的前驱体0.02～20s，再等待惰性气体清洗5～30s，将未反应的金属氧化物A的前驱体与副产物气体吹离衬底表面；

(3)通入金属氧化物B的前驱体0.02～20s，再等待惰性气体清洗5～100s，将残留物完全排出反应腔体；

(4)通入氧化气体0.02～20s，在衬底表面生成金属氧化物A与B的混合氧化物，再等待惰性气体清洗5～100s，排空腔体中副产物与残留氧化气体；

(5)重复步骤(2)～(4)n次(n为正整数)，从而在衬底上生长出n层均匀混合金属氧化物薄膜。