[发明专利]一种原子层沉积技术生长Mnx

说明书

本发明公开了一种原子层沉积技术生长Mn_xN薄膜的方法，属于半导体制备技术领域。本发明的方法包括以下步骤：(1)将衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Mn源进行沉积，得到沉积有Mn源的衬底，所述Mn源为具有式1所示结构的化合物；(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，与沉积在衬底上的Mn源进行单原子反应，得到单原子层的Mn_xN薄膜；(4)向体系中充入惰性气体吹扫，完成一个ALD循环，将上述循环过程重复多次，即可得到一定厚度的Mn_xN薄膜。本发明能够在纳米级的半导体器件上沉积形成保型性较好的含Mn_xN沉积层。

技术领域

本发明涉及一种原子层沉积技术生长Mn_xN薄膜的方法，属于半导体制备技术领域。

背景技术

纳米结构的过渡金属氮化物磁性、电子和光学性质优异。其中，氮化锰(Mn_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。更多的应用领域仍在探索中。

现有合成Mn_xN的方法有直接氮化、磁控溅射、化学气相沉积等。然而，这些常规方法使用过量氨氨化，对设备的要求高且反应条件苛刻。此外，一些基于液相的路线(例如沉淀和溶胶-凝胶法)相继出现，它们虽然有效地降低了合成困难，但仍需要在高温、氨环境中进行煅烧。众所周知，某些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，具有显着的重现性，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。

前驱体是ALD制备相关纳米材料的基础原料，合适、匹配的前驱体组合是制备材料成功的关键。金属前驱体受ALD技术特点限制，需要有好的挥发性(保证更容易地以气态形式进入ALD反应室)、热稳定性(保证在工艺过程中前驱体不发生热分解)以及针对制备某种目标材料所需的另一种前驱体的反应活性。

然而，到目前为止仍然没有涉及ALD合成Mn_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Mn_xN ALD合成工艺，促进基于Mn_xN的纳米结构材料在上述领域的发展。

发明内容

为了解决上述至少一个问题，本发明提供一种原子层沉积技术生长Mn_xN纳米材料的方法，本发明中的方法能够在纳米级的半导体器件上沉积形成含Mn_xN的沉积层。想要通过ALD 制备得到Mn_xN材料，进而使其具备ALD技术特征赋予纳米材料的优势，探索适合的金属 Mn前驱体以及与之对应的氮前驱体(即氮源)尤为重要。其细微结构上的区别，因其对金属前驱体金属中心电子云等的影响，都可能都影响到前驱体的挥发性、热稳定性以及针对氮源的反应活性，最终决定目标材料制备的成败。为了寻找到匹配的Mn前驱体以及氮源的组合，以制备ALD Mn_xN材料，本发明在具有如下结构(式1～式5)的金属Mn前驱体，以NH₃、烷基胺、肼类(R₁NHNH₂或N₂H₄)为氮源，进行大量组合优化筛选。最终确定具有式1结构的Mn前驱体，与上述氮源均有较好的反应活性，普适性好，同时能满足ALD技术要求。截然相反地，其余结构的前驱体，未能得到对应的Mn_xN材料。

本发明的第一个目的是提供一种原子层沉积技术生长Mn_xN薄膜的方法，包括以下步骤：