原子层沉积制备ZnO薄膜研究进展

随着半导体技术的发展,ZnO作为第三代半导体材料,具有禁带宽度大、载流子漂移饱和速度高和介电常数小等优点,更适合制作蓝光和紫外光的发光器件。与传统的薄膜制备技术相比,原子层沉积技术(ALD)在膜生长方面具有生长温度低、厚度高度可控、保形性好和均匀性高等优点,逐渐成为制备ZnO薄膜的主流方法。综述了ALD制备ZnO薄膜的反应机制、生长机制和掺杂方面的研究进展,针对当前ZnO薄膜p型掺杂的难点,指出了V族元素中的大半径原子(磷和砷等)掺杂有可能成为制备高质量、可重复和稳定的p型ZnO的潜力研究点,最后总结和展望了ALD制备ZnO薄膜的应用前景和研究趋势。     

原子层沉积技术生长单质钨薄膜

采用热型原子层沉积(ALD)技术在单晶硅基底上成功制备了单质钨薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、掠入射X射线衍射仪(GIXRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、四探针测试仪对样品的生长速率、晶体结构、薄膜成分以及电阻率进行了表征和分析。结果表明,热型原子层沉积技术生长单质钨薄膜的温度窗口为200～250℃,生长的薄膜呈多晶态,由较小粒径的颗粒组成,具有(210)晶面择优取向。XPS测试表明薄膜中W 4f_7/2、W 4f_5/2及W 5p_3/2的特征峰分别位于31.5～31.6、33.5～33.7及36.9～37.1 eV结合能位置处,主要含有W、C、O等元素。生长的单质钨薄膜为β相钨,电阻率为1.6×10^-4～3.0×10^-4Ω·cm。     

前驱体通气时间对原子层沉积氧化锌薄膜的影响

建立了反应腔室模型,模拟分析了原子层沉积(ALD)过程中前驱体质量分数随其通气时间的变化趋势.采用ALD法制备了ZnO薄膜,采用原子力显微镜(AFM)与扫描电子显微镜(SEM)对薄膜进行了表征,研究了不同二乙基锌通气时间下ZnO薄膜的表面形貌和厚度均匀性.模拟结果表明,前驱体通气时间越长,前驱体在整个反应腔室内的分布越...     

原子层沉积超薄氮化铝薄膜的椭圆偏振光谱法表征

采用原子层沉积(ALD)工艺在硅衬底上生长了35 nm以下不同厚度的超薄氮化铝(AlN)晶态薄膜。利用椭圆偏振光谱法在波长275~900 nm内测量并拟合薄膜的厚度及折射率和消光系数等光学参数。利用原子力显微镜(AFM)表征AlN晶粒尺寸随生长循环次数的变化,计算得到薄膜表面粗糙度并用于辅助椭偏模型拟合。针对ALD工艺特点建立合适的椭偏模型,可获得AlN超薄膜的生长速率为0.0535 nm/cycle,AlN超薄膜的折射率随着生长循环次数的增加而增大,并逐渐趋于稳定,薄膜厚度为6.88 nm时,其折射率为1.6535,薄膜厚度为33.01 nm时,其折射率为1.8731。该模型为超薄介质薄膜提供了稳定、可靠的椭圆偏振光谱法表征。     

原子层沉积技术制备金属材料的进展与挑战

原子层沉积(ALD)技术是一种三维共形沉积金属薄膜或金属纳米结构的有效手段。简要介绍了ALD技术的基本原理和特点,着重阐述和比较了ALD生长贵金属、过渡金属和活泼金属的不同工艺条件、化学过程和反应生长机理,如贵金属的燃烧反应与成核孕育期、过渡金属铜互连的前驱体与表面平整性以及活泼金属的能量辅助沉积,探讨了前驱体、成核等对金属沉积和质量的重要影响,说明了原位监控手段在生长中的作用。最后简述了ALD沉积金属面临的瓶颈,由于一些重要金属前驱体的匮乏,新的反应路径和生长机理亟待发现,并展望了其未来发展和应用前景。     

原子层沉积技术研究及其应用进展

原子层沉积(ALD)技术是制备复杂纳米结构材料以及材料表面改性的关键技术,该技术已得到了国内外学术界的大量研究。简单介绍了ALD技术、沉积过程、该技术的优点以及该技术可以沉积的薄膜材料,重点论述了ALD技术的应用进展,主要包括半导体方面(如IC互连技术、电容器、太阳电池晶体硅表面钝化)以及纳米结构材料方面(如催化剂与燃料电池、光催化、太阳电池、分离膜)。最后,指出了目前ALD在材料制备和生产工艺方面所面临的挑战,并对其未来发展进行了展望。     

等离子体增强原子层沉积制备压电AlN薄膜

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在单晶硅衬底上成功制备了具有(002)晶面择优取向的氮化铝(AlN)晶态薄膜,为设计新型压电功能器件提供了思路.利用椭圆偏振光谱仪(SE)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)对.样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析.结果 表明,在250℃沉积温度下,以N2H2和Ar的混合气体的等离子体作为共反应物,在相同工艺条件下仅增加前驱体三甲基铝(TMA)脉冲注入之后的氮气吹扫时间(tp1),制备的AlN薄膜的(002)晶面择优取向趋于显著,说明tp1的增加可以促进Al和N原子的有序排列,并促进(002)晶面择优取向形成.实验中,tp1为30 s且循环次数为1150时,PEALD制备的AlN薄膜表面平整光滑,均方根表面粗糙度为0.885 nm,(002)晶面衍射峰最明显,薄膜中氧原子数分数为11.04％,氧原子在AlN薄膜中形成氧缺陷并形成一种稳定的基于八面体配位铝的新型氧缺陷相,XPS结果证明了N-O-Al键的形成.     

硫化锌薄膜的原子层沉积生长及表征

为满足硫化锌(ZnS)薄膜在光学薄膜领域进一步应用的要求,基于原子层沉积(Atomic Layer Deposition, ALD)技术在130℃温度下以二乙基锌(DEZ)和硫化氢(H2S)为反应源,在砷化镓(GaAs)衬底表面沉积了ZnS薄膜。用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)分析了样品的表面形貌和膜界面特性,用X射线衍射仪(X-ray Diffraction, XRD)分析了薄膜的结构特性,并通过X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)分析了薄膜的化学成分。研究了厚度对薄膜结构和形貌的影响。结果表明,得到的ZnS薄膜为多晶结构,薄膜的厚度随循环数线性增加,速率为1.45 ?/cycle。对在75℃温度下烘烤48 h后的薄膜进行了XPS分析,得出的Zn/S比为1.07:1,表明烘烤除去了薄膜中残存的H2S。以较短生长时间得到的较薄的薄膜具有更好的表面平整度和更致密的结构。     

热原子层沉积技术制备TiAlCN薄膜的特性

在Si和SiO2基底上,采用热原子层沉积技术,以四(二甲基氨基)钛(Ti(N (CH3)2)4)和三甲基铝(Al (CH3)3)为前驱体,制备TiAlCN薄膜.测试结果表明,随着基底温度的升高,膜层的沉积速率升高,电阻率降低,光学带隙由3.45 eV降低到2.00 eV,并在基底温度为300和350℃时出现了双吸收边;基底温度为350℃时,Al (CH3)3分解,使Al进入膜层与TiN和TiC形成TiAlN和TiAlC;膜层中TiN和TiC的形成,可以有效抑制膜层的自然氧化;基底温度为250和300℃时,薄膜为无定型结构,当基底温度为350℃时,有TiN晶体产生;膜层的表面粗糙度随着基底温度的升高先降低后升高,表面粗糙度的升高可能是因为在基底温度为350℃时前驱体材料的分解,使C-H键进入膜层所导致的.     

热型ALD技术制备镍薄膜及其金属硅化物

金属硅化物材料具有较低的接触电阻,并且与硅材料有较好的兼容性,所以在互补金属氧化物半导体(CMOS)器件中被看作是重要的电极材料。形成镍金属硅化物的关键是镍金属单质的淀积工艺。如何在大深宽比纳米尺度的三维结构中沉积保形性好、纯度高、导电性好的镍金属单质薄膜是亟需解决的问题。利用热法原子层沉积(ALD)技术,以一种新型脒基镍前驱体[Ni(iPr-MeAMD)]_2,在深宽比为10:1的硅基底沟槽中沉积得到纯度高、保形性好、连续平滑的镍薄膜。对薄膜进行了X射线衍射(XRD)测试,为单一的α六方晶体结构。考察了不同退火温度下镍金属硅化物的形成,利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和XRD进行了物相相变的分析。退火温度400℃下得到NiSi相,其薄膜电阻率最低,约为34μΩ·cm。     

等离子体增强原子层沉积原理与应用

等离子体增强原子层沉积(PEALD)是一种低温制备高质量超薄薄膜的有效手段,近年来正受到工业界和学术界广泛的关注。简要介绍了PEALD的发展历史和生长原理。描述了PEALD常见的三种设备构造:自由基增强原子层沉积、直接等离子体沉积和远程等离子体沉积,比较了它们的优缺点。着重评述了PEALD的特点,主要具有沉积温度低、前驱体和生长材料种类广、工艺控制灵活、薄膜性能优异等优势,但也面临着薄膜三维贴合性下降和等离子体损伤等挑战。列举了PEALD的一些重要应用,如在金属薄膜制备、铜互连阻挡层、高介电常数材料、薄膜封裹等领域的应用。最后展望了PEALD的发展前景。     

原子层沉积技术发展现状

复杂的非平面结构基板形貌对传统的薄膜沉积技术产生了极大的挑战,不同类型的集成电路器件需要不同的生产技术,同时也对薄膜材料提出了不同的要求。为了突破现有材料的性能限制就要求开发具有更高性能的材料。原子层沉积(ALD)是一种可足以应对这些挑战的独特技术,它所沉积的薄膜具有极佳的均匀性、台阶覆盖率和(对薄膜图形的)保形性。介绍了原子层沉积技术原理、新一代逻辑组件所面临的课题、原子气相沉积技术AVD及原子层沉积设备现状。     

3D MIM电容器原子层沉积可控生长及电学性能

为提高电容器的比电容,设计了基于三维(3D)结构的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器.采用原子层沉积(ALD)技术制备电容器功能薄膜层,通过建立3D结构原子层沉积理论模型,拟舍得到了原子层沉积过程中薄膜覆盖率与3D结构之间的依赖关系.基于该模型优化了工艺参数,制备了不同介质层厚度的电容器,并对器件进行了C-V和I-V特性测试,得到电容器击穿场强和介电常数均值分别为6.68 MV/cm和7.95.同时,制备的3D MIM电容器的比电容达到212.5 fF/μm2,相比常规平面电容器,其电容密度提高了一个数量级.且该电容器击穿场强和介电常数与薄膜厚度之间具有良好的线性关系,表明理论模型合理,实现了基于3D结构的原子层沉积薄膜可控生长.     

纳米二氧化钒薄膜的制备及其特性研究

采用原子层沉积(ALD)方法,分别以VO(OC3H7)3和H2 O2为钒源和氧源,在载玻片基底上沉积钒氧化物薄膜;在还原气氛的管式炉中,对钒氧化物薄膜进行还原退火结晶,进而得到VO2薄膜晶体.通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)及X-射线光电子能谱(XPS)研究所制备的钒氧化物薄膜表面形貌、晶体结构以及组分的变化;利用傅里叶红外光谱(FT-IR)对VO2薄膜的红外透射性进行测试分析.结果表明:ALD所制备的薄膜以非晶态V2O5、VO2和V2O3为主;在通以还原气氛(95％Ar,5％H2)并500℃热处理2h后得到以(011)择优取向的单斜金红石纳米VO2薄膜,VO2晶体薄膜相变前后红外透过率突变量较大.     

脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层薄膜的研究

采用脉冲激光沉积(PLA)法,在单晶Si试样表面沉积制备了一系列TiN/AlN硬质多层膜,并采用基于免疫算法的免疫径向基函数(IRBF)神经网络对AlN厚度建立预测模型,设计出具有可控调制周期和调制比的TiN/AlN多层膜。X射线衍射(XRD)结果表明,小调制层周期下,过高或过低的工艺条件下薄膜通常为非晶态,适当的工艺条件下TiN、AlN形成具有强烈织构的超晶格柱状晶多层膜;与此相应,纳米多层膜产生了硬度和弹性模量异常增高;随着调制比增加,使纳米多层膜形成非晶AlN层和纳米晶TiN层的多层结构,多层膜的硬度和弹性模量逐渐下降。XPS结果表明,薄膜界面由Ti+4、Ti+3离子组成,N的负二价、三价亚谱结构预示着非当量TiN、AlN的形成。AFM研究显示,薄膜的调制周期均在10~200 nm范围内,且薄膜表面较均匀;当多层薄膜调制周期在50 nm以下时,薄膜的纳米硬度值明显高于TiN和AlN的混合硬度值,达30 Gpa。     

原子层沉积薄膜之激光损伤性能分析

采用目前尚在国内鲜有报道的原子层沉积技术在熔石英和BK7玻璃基片上镀制了TiO2单层膜、AlO3单层膜以及TiO2/Al2O3增透膜,沉积温度在110℃和280℃.利用X射线粉末衍射仪对膜层微观结构进行了分析研究,并在激光损伤平台上进行了抗激光损伤阈值的测量.采用Nomarski微分干涉差显微镜和原子力显微镜对激光损伤...     

沉积温度及热处理对AZO纳米叠层薄膜性能的影响

采用原子层沉积技术(ALD)在石英片和n型(100)Si上沉积高阻氧化锌铝(AZO)纳米叠层薄膜,通过扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线衍射仪(XRD)和体积表面电阻率测试仪对薄膜的表面形貌、晶体结构及电学性能进行表征分析,分别研究了不同沉积温度及退火温度对薄膜结构及性质的影响。研究结果表明AZO薄膜存在最优的生长温度窗口为170～200℃,同时发现,经过退火处理的薄膜电阻率明显增大,且适当的退火有助于薄膜结构的优化,经过400℃下退火4 h后的薄膜电阻趋于稳定,可作为微通道板(MCP)打拿极高阻导电层材料。     

单原子层沉积原理及其应用

传统的薄膜材料制造方法已不能满足未来元器件和集成电路制造的要求,原子层沉积技术由于具有精确的厚度控制、沉积厚度均匀性和一致性等特点,已成为解决微电子制造相关超薄膜材料制造问题的主要解决方法之一,也将成为新的纳米材料和纳米结构的制造方法之一。综述了原子层沉积技术的原理、技术设备要求和应用。