[发明专利]一种原子层沉积法制备FexN薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种原子层沉积法制备Fe_xN薄膜的方法，包括以下步骤：(1)将半导体衬底置于反应腔中，以脉冲形式向反应腔中通入气相Fe源进行沉积，得到沉积有Fe源的衬底；(2)向体系中充入惰性气体进行吹扫；(3)将氮源以脉冲形式通入反应腔，以和沉积在衬底上的Fe源进行单原子反应；(4)向体系中充入惰性气体吹扫后，即可在半导体衬底上得到Fe_xN薄膜。本发明使用ALD生长的Fe_xN薄膜保型性良好，对薄膜厚度、材料成分、原子活性位点分布可控制精确，且对多种衬底如硅、氧化硅、氮化硅、TaN、C₃N₄、石墨烯等均表现出兼容性。

技术领域

本发明属于半导体制备领域，具体涉及一种原子层沉积法制备Fe_xN薄膜的方法。

技术背景

纳米结构的过渡金属氮化物的磁性、电学和光学性质优异。其中，氮化铁(Fe_xN)由于其高稳定性、磁化强度显著、来源广泛和低成本而受到化学工作者的广泛关注。其应用范围已扩展到磁记录介质、化学/电催化(替代贵金属的潜在候选者)、数据存储、磁共振成像(MRI)造影剂、生物医学领域和微波吸收。

现有合成Fe_xN的方法有直接氮化法、磁控溅射法、化学气相沉积法等。然而，这些常规方法使用过量氨胺化，对设备的要求高且反应条件苛刻。此外，一些基于液相路线(例如沉淀和溶胶-凝胶法)的制备方法相继出现，虽然有效降低了合成困难，但仍需要在高温、氨环境中进行煅烧。

由于材料的组分及形貌受限于制备方法，从而影响该材料能否应用于某些特定应用领域。目前，原子层沉积(ALD)已经逐渐成为制备纳米结构材料的前沿技术。ALD的自限性表面化学反应，允许纳米材料沉积在各种复杂的表面或三维结构上，具有显著的重现性，且对薄膜厚度，材料成分，原子活性位点分布控制精确。在过去的几年里，ALD一直在迅速发展。

然而，由于ALD工艺生长Fe_xN薄膜对铁前驱体的挥发性及稳定性都有较高要求，且目前没有涉及ALD方法制备Fe_xN薄膜的工艺参数，导致到目前为止仍然没有涉及ALD合成Fe_xN材料的报道。鉴于该材料的广泛和重要应用，迫切需要具有可行性的FexN ALD合成工艺，促进基于Fe_xN的纳米结构材料在上述领域的发展。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种原子层沉积法制备Fe_xN薄膜的方法，该方法可实现在纳米级的半导体器件上沉积形成含Fe_xN的沉积层。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种原子层沉积法制备Fe_xN薄膜的方法，包括以下步骤：

(1)将半导体衬底置于反应腔中，以脉冲形式向反应腔中通入气相Fe源进行沉积，得到沉积有Fe源的衬底；

(2)向体系中充入惰性气体进行吹扫；

(3)将氮源以脉冲形式通入反应腔，以和沉积在衬底上的Fe源进行单原子反应；

(4)向体系中充入惰性气体吹扫后，即可在半导体衬底上得到Fe_xN薄膜。