专利名称：采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法
技术领域：
本发明属于微电子技术中的深亚微米、纳米加工和薄膜制备技术领域，尤其涉及 一种采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法。
背景技术：
随着微细加工和半导体制造技术的飞速发展，器件的特征尺寸已全面进入纳米尺 度。纳米叠层复合纳米薄膜的应用越来越广泛而深入，它的加工能力已经成为决定集成电 路技术能否继续按摩尔定律继续延伸的关键因素。
目前，一般采用物理气相沉积(PVD)、化学气象沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)等 技术手段实现薄膜沉积。PVD是采用物理机制将待沉积物质从靶材剥离并输运到基片表面形成薄膜的沉积 方法，它包括蒸发、溅射和分子束外延等技术。PVD是一种视线沉积法，其在复杂形貌上难以 获得一致的沉积膜层。CVD的原理是几种气相前驱物(一般为两种)同时进入反应室并在基片表面发生 化学反应生成薄膜的方式，是一种持续进行的非自限制薄膜生长方式。此种方法包含常压 CVD、低压CVD和等离子体增强CVD等变种。无论是何变种，其目的都是为了实现基片表面 的气相化学反应和薄膜沉积。该技术生长速度快，难以控制纳米级的薄膜生长，且无法实现
多层叠层的薄膜结构。ALD与CVD不同，它采用自限制的化学反应机理，依靠两个独立的挥发性前驱物， 以气体脉冲的形式在不同时间段内先后与基片表面进行化学吸收和化学反应，在两个脉冲 间隔往反应室内通入惰性气体对反应室进行净化。ALD技术中，每个气体脉冲的吸收和反应 都受限于基片表面吸附和反应的饱和状态，每次循环的最大厚度为一个单原子层，可以实 现对原子层级的薄膜厚度和组分进行控制，进而可以沉积层状结构的薄膜，但该技术生长 速度极慢，适用于需要进行原子层级控制的薄膜生长。
发明内容
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复 合薄膜的方法，该方法采用脉冲控制的非自限制生长原理生长纳米叠层复合薄膜，生长速 度快，台阶覆盖能力强，且对多层薄膜组分的控制能力强，可用于多层叠层纳米复合薄膜的 快速生长。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄 膜的方法，该纳米叠层复合薄膜是通过采用非自限制的薄膜生长机理和气流脉冲控制的方 式形成的，该方法包括步骤1、向反应室中引入第一类前驱物，以非自限制的方式沉积第一层薄膜；
步骤2、排空第一类前驱物；步骤3、向反应室中引入第二类前驱物，以非自限制的方式沉积第二层薄膜；步骤4、排空第二类前驱物；步骤5、向反应室中弓丨入第三类前驱物，以非自限制的方式沉积第三层薄膜；步骤6、排空第三类前驱物；步骤7、继续以上步骤，依次沉积第四层至第N层薄膜，直到薄膜生长完成为止，N 为自然数。该方法进一步包括重复执行步骤1至步骤7，生长具有重复结构的多层复合纳米 薄膜。上述方案中，步骤1中所述向反应室中引入第一类前驱物，该第一类前驱物包括 一种或多种气体成分。上述方案中，步骤3中所述向反应室中弓丨入第二类前驱物，该第二类前驱物包括 一种或多种气体成分，且该第二类前驱物包括与第一类前驱物气体组成种类相同但比例不 同的组合，或者包括与第一类前驱物气体组成种类和比例都不同的组合。上述方案中，步骤5中所述向反应室中引入第三类前驱物，该第三类前驱物包括 一种或多种气体成分，且该第三类前驱物包括与第二类前驱物气体组成种类相同但比例不 同的组合，或者包括与第二类前驱物气体组成种类和比例都不同的组合。上述方案中，步骤1中所述以非自限制的方式沉积第一层薄膜，步骤3中所述以非 自限制方式沉积第二层薄膜，以及步骤5中所述以非自限制方式沉积第三层薄膜，均采用 包括常压、低压或等离子体增强的方式进行。上述方案中，步骤2中所述排空第一类前驱物，步骤4中所述排空第二类前驱物， 以及步骤6中所述排空第三类前驱物，均采用惰性气体进行冲洗和排空。上述方案中，步骤7中所述依次沉积第四层至第N层薄膜，包括采用一种或多种气 体成分的前驱物和包括采用常压、低压、等离子体增强的多种方式进行，并包含采用惰性气 体进行冲洗和排空的步骤，且此类前驱物包括与第三类前驱物气体组成种类相同但比例不 同的组合，或者包括与第三类前驱物气体组成种类和比例都不同的组合。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明提供的纳米叠层薄膜的生长方法采用多类前驱物分步生长的方式，在一个反应室中就可生长多层复合薄膜；其次，该技术采用了非自限制 的生长机理，因此具有生长速度快的优点；同时由于采用了不同薄膜层间的排空步骤，亦具 有对薄膜组分控制能力强的特点。因此，它是一种高产率、薄膜组分控制能力强的多层叠层 纳米复合薄膜制造技术。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明提供的采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法流程 图；图2是依照本发明第一个实施例生长非重复结构的多层复合纳米薄膜的方法流 程图3是依照本发明第二个实施例生长具有重复结构的多层复合纳米薄膜的方法 流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，图1是本发明提供的采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜 的方法流程图，该纳米叠层复合薄膜是通过采用非自限制的薄膜生长机理和气流脉冲控制 的方式形成的，该方法包括步骤101、向反应室中引入第一类前驱物，以非自限制的方式沉积第一层薄膜；在本步骤中，该第一类前驱物包括一种或多种气体成分，以非自限制的方式沉积 第一层薄膜采用包括常压、低压或等离子体增强的方式进行。步骤102、排空第一类前驱物；在本步骤中，排空第一类前驱物采用惰性气体进行冲洗和排空。步骤103、向反应室中引入第二类前驱物，以非自限制的方式沉积第二层薄膜；在本步骤中，该第二类前驱物包括一种或多种气体成分，且该第二类前驱物包括 与第一类前驱物气体组成种类相同但比例不同的组合，或者包括与第一类前驱物气体组成 种类和比例都不同的组合；以非自限制的方式沉积第二层薄膜采用包括常压、低压或等离 子体增强的方式进行。步骤104、排空第二类前驱物；在本步骤中，排空第二类前驱物采用惰性气体进行冲洗和排空。步骤105、向反应室中引入第三类前驱物，以非自限制的方式沉积第三层薄膜；在本步骤中，该第三类前驱物包括一种或多种气体成分，且该第三类前驱物包括 与第二类前驱物气体组成种类相同但比例不同的组合，或者包括与第二类前驱物气体组成 种类和比例都不同的组合；以非自限制的方式沉积第三层薄膜采用包括常压、低压或等离 子体增强的方式进行。步骤106、排空第三类前驱物；在本步骤中，排空第三类前驱物采用惰性气体进行冲洗和排空。步骤107、继续以上步骤，依次沉积第四层至第N层薄膜，直到薄膜生长完成为止， N为自然数。在本步骤中，依次沉积第四层至第N层薄膜，包括采用一种或多种气体成分的前 驱物和包括采用常压、低压、等离子体增强的多种方式进行，并包含采用惰性气体进行冲洗 和排空的步骤，且此类前驱物包括与第三类前驱物气体组成种类相同但比例不同的组合， 或者包括与第三类前驱物气体组成种类和比例都不同的组合。如果需要生长具有重复结构的叠层结构薄膜，则该方法进一步包括重复执行步 骤101至步骤107，生长具有重复结构的多层复合纳米薄膜，直到薄膜生长完成为止。图2是依照本发明第一个实施例生长非重复结构的多层复合纳米薄膜的方法流 程图。在步骤201和202中，向反应室内引入第一类前驱物，并沉积第一层薄膜。在步骤 203中，排空第一类前驱物，在步骤204和205中，向反应室引入第二类前驱物，并沉积第二层薄膜。在步骤206中排空第二类前驱物。在步骤207和208中，向反应室引入第三类前驱物，并沉积第三层薄膜。在步骤209中排空第三类前驱物。在步骤210中根据所要沉积 薄膜的种类和层数，依次按上述步骤沉积第四、第五及更多层。在步骤211中，完成非重复 结构多层复合纳米薄膜的沉积。图3是依照本发明第二个实施例生长具有重复结构的多层复合纳米薄膜的方法流程图。在步骤301和302中，向反应室内引入第一类前驱物，并沉积第一层薄膜。在步骤 303中，排空第一类前驱物，在步骤304和305中，向反应室引入第二类前驱物，并沉积第二 层薄膜。在步骤306中排空第二类前驱物。在步骤307和308中，向反应室引入第三类前 驱物，并沉积第三层薄膜。在步骤309中排空第三类前驱物。在步骤310中根据所要沉积 薄膜的种类和层数，依次按上述步骤沉积第四、第五及更多层。在步骤311中，按照所需重 复的结构和层数，依次重复以上从301到310的步骤，完成重复结构多层复合纳米薄膜的沉 积。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法，其特征在于，该方法包括步骤1、向反应室中引入第一类前驱物，以非自限制的方式沉积第一层薄膜；步骤2、排空第一类前驱物；步骤3、向反应室中引入第二类前驱物，以非自限制的方式沉积第二层薄膜；步骤4、排空第二类前驱物；步骤5、向反应室中引入第三类前驱物，以非自限制的方式沉积第三层薄膜；步骤6、排空第三类前驱物；步骤7、继续以上步骤，依次沉积第四层至第N层薄膜，直到薄膜生长完成为止，N为自然数。
2.根据权利要求1所述的采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法，其特 征在于，该方法进一步包括重复执行步骤1至步骤7，生长具有重复结构的多层复合纳米薄膜。
3.根据权利要求1所述的采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法，其特 征在于，步骤1中所述向反应室中引入第一类前驱物，该第一类前驱物包括一种或多种气 体成分。
4.根据权利要求1所述的采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法，其特 征在于，步骤3中所述向反应室中引入第二类前驱物，该第二类前驱物包括一种或多种气 体成分，且该第二类前驱物包括与第一类前驱物气体组成种类相同但比例不同的组合，或 者包括与第一类前驱物气体组成种类和比例都不同的组合。
5.根据权利要求1所述的采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法，其特 征在于，步骤5中所述向反应室中引入第三类前驱物，该第三类前驱物包括一种或多种气 体成分，且该第三类前驱物包括与第二类前驱物气体组成种类相同但比例不同的组合，或 者包括与第二类前驱物气体组成种类和比例都不同的组合。
6.根据权利要求1所述的采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法，其特 征在于，步骤1中所述以非自限制的方式沉积第一层薄膜，步骤3中所述以非自限制方式沉 积第二层薄膜，以及步骤5中所述以非自限制方式沉积第三层薄膜，均采用包括常压、低压 或等离子体增强的方式进行。
7.根据权利要求1所述的采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法，其特 征在于，步骤2中所述排空第一类前驱物，步骤4中所述排空第二类前驱物，以及步骤6中 所述排空第三类前驱物，均采用惰性气体进行冲洗和排空。
8.根据权利要求1所述的采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法，其特 征在于，步骤7中所述依次沉积第四层至第N层薄膜，包括采用一种或多种气体成分的前驱 物和包括采用常压、低压、等离子体增强的多种方式进行，并包含采用惰性气体进行冲洗和 排空的步骤，且此类前驱物包括与第三类前驱物气体组成种类相同但比例不同的组合，或 者包括与第三类前驱物气体组成种类和比例都不同的组合。
全文摘要
本发明公开了一种采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法，该方法包括步骤1、向反应室中引入第一类前驱物，以非自限制的方式沉积第一层薄膜；步骤2、排空第一类前驱物；步骤3、向反应室中引入第二类前驱物，以非自限制的方式沉积第二层薄膜；步骤4、排空第二类前驱物；步骤5、向反应室中引入第三类前驱物，以非自限制的方式沉积第三层薄膜；步骤6、排空第三类前驱物；步骤7、继续以上步骤，依次沉积第四层至第N层薄膜，直到薄膜生长完成为止，N为自然数。本发明采用脉冲控制的非自限制生长原理生长纳米叠层复合薄膜，生长速度快，台阶覆盖能力强，且对多层薄膜组分的控制能力强，可用于多层叠层纳米复合薄膜的快速生长。
文档编号C23C16/44GK101798682SQ20091007762
公开日2010年8月11日 申请日期2009年2月9日 优先权日2009年2月9日
发明者刘杰, 夏洋, 李超波, 汪明刚, 赵丽莉, 陈瑶 申请人:中国科学院微电子研究所