制備高厚度均勻性納米/亞微米SiO2薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種采用原子層沉積方法，選取特定Si源，在大尺寸Si片上制備特定納米級(jí)厚度的Si02層的工藝方法。屬于計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品制備方法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有制備Si02薄膜的技術(shù)多采用熱氧化的方法，采用Si片進(jìn)行溫度控制，熱氧化形成均勻性良好的氧化層。另外，還有磁控濺射、離子束濺射和化學(xué)氣相沉積等制備方法。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，采用熱氧化方法制備的Si02薄膜的均勻性較好，多用于幾十納米以上的制備，在幾十納米以下，厚度不易控制，厚度均勻性較差，無(wú)法滿足納米級(jí)厚度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的要求。熱氧化法反應(yīng)溫度高達(dá)1000攝氏度，且對(duì)基底的限制只能是單晶基底，大大限制了 Si02在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用。
[0004]而化學(xué)氣相沉積法，主要受氣流的控制，均勻性和重復(fù)性不易控制；磁控濺射和離子束濺射方法對(duì)濺射電源和靶材的要求較高，且容易出現(xiàn)薄膜燒蝕的情況，膜厚均勻性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)Si02氧化層反應(yīng)溫度高、厚度均勻性差、超薄薄膜厚度較難控制等問(wèn)題，是提供一種納米/亞微米Si02薄膜的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種制備高厚度均勻性納米/亞微米Si02薄膜的方法，包括以下基本步驟:
(I)基底前處理:采用新鮮異丙醇溶液將Si片浸泡24小時(shí)，取出，用新鮮異丙醇溶液進(jìn)行淋洗，采用惰性氣體高純氮?dú)獯蹈珊螅杆俜湃朐訉映练e系統(tǒng)基底架上。
[0007](2)抽真空和升溫:將基底架送入沉積室中，真空抽到Ombar，溫度升到設(shè)定值后恒溫一段時(shí)間；升起基底架，并通入恒定流量的高純氮?dú)狻?br>[0008](3)沉積:根據(jù)薄膜厚度的不同，重復(fù)多個(gè)循環(huán)過(guò)程進(jìn)行沉積，每一循環(huán)過(guò)程由依次進(jìn)行的四個(gè)步驟組成，一個(gè)循環(huán)過(guò)程結(jié)束后即進(jìn)行下一循環(huán)過(guò)程，循環(huán)過(guò)程數(shù)目根據(jù)所制備薄膜的厚度確定。
[0009](4)后處理:沉積過(guò)程結(jié)束后，保持真空狀態(tài)(氮?dú)怅P(guān)閉或保留均可)，在沉積室內(nèi)冷卻到室溫后取出成品。
[0010]所述的步驟(3)中，每一循環(huán)過(guò)程中的四個(gè)步驟分別為:通入Si源、一次氮?dú)獯祾?、通入臭氧和二次氮?dú)獯祾?。四個(gè)步驟的時(shí)間范圍分別為:通入Si源的時(shí)間為50?250ms ;一次氮?dú)獯祾邥r(shí)間為200?450ms ;通入臭氧的時(shí)間為50?200ms ;二次氮?dú)獯祾叩臅r(shí)間為200?450ms ;在該通入臭氧的步驟中所使用的臭氧發(fā)生器功率為30?100W。
[0011]所述的步驟(2)中，高純氮?dú)獾牧髁吭O(shè)置范圍為200?800 sccm ;沉積室內(nèi)的恒溫溫度選擇范圍為250?350°C。
[0012]所述的Si源包括DIPAS (CAS 908831_34_5)或三(二甲胺基)硅烷，Si源源瓶常溫放置。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:采用原子層沉積的方法，采用特定的Si源和臭氧反應(yīng)的方法，逐層制備Si02，對(duì)于厚度的控制非常精準(zhǔn)，反應(yīng)重復(fù)性好，反應(yīng)溫度低，實(shí)現(xiàn)了在6英寸Si片上從Inm?100nm范圍內(nèi)多個(gè)厚度量值上厚度均勻性優(yōu)于1%，，滿足表面分析設(shè)備用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的需求。耗能成本降低，可以小規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合兩個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]實(shí)施例1:
沉積設(shè)計(jì)厚度為1nm的Si02薄膜，包括以下步驟:
(I)基底前處理:采用新鮮異丙醇溶液將6英寸Si片浸泡24小時(shí)，取出，用新鮮異丙醇溶液進(jìn)行淋洗，迅速采用惰性氣體高純氮?dú)獯蹈?，迅速放入原子層沉積室內(nèi)的基底架上。
[0016](2)抽真空和升溫:將基底架送入沉積室中，設(shè)置程序，真空抽到Ombar，溫度升到325°C，恒溫0.5-1.5個(gè)小時(shí)至溫度穩(wěn)定。升起基底架，并通入高恒定流量的純氮?dú)?，氮?dú)獾牧髁繛?00-300 sccm。
[0017](3)沉積:選用DIPAS (CAS 908831_34_5)作為Si源，Si源源瓶常溫放置，源瓶的出口與沉積設(shè)備的對(duì)應(yīng)接口連接，控制源瓶的針閥開(kāi)到1/12圈(針閥的開(kāi)度根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定)。采用105次循環(huán)，每次循環(huán)依次進(jìn)行的步驟為:通入Si源50ms ;氮?dú)獯祾?50ms (即關(guān)閉Si源，只剩氮?dú)?;通入臭氧10ms ;氮?dú)獯祾?00ms (即關(guān)閉臭氧，只剩氮?dú)?。臭氧發(fā)生器功率100W，通入臭氧前開(kāi)啟臭氧發(fā)生器，穩(wěn)定30s，使臭氧發(fā)生器壓力穩(wěn)定，再將臭氧通入沉積室。
[0018](4)后處理:沉積過(guò)程結(jié)束后，程序自動(dòng)關(guān)機(jī)，在真空狀態(tài)冷卻到室溫。
[0019]實(shí)施例2:
沉積設(shè)計(jì)厚度為120nm的Si02薄膜，包括以下步驟:
(I)基底前處理:采用新鮮異丙醇溶液將6英寸Si片浸泡24小時(shí)，取出，用新鮮異丙醇溶液進(jìn)行淋洗，迅速采用惰性氣體高純氮?dú)獯蹈桑杆俜湃朐訉映练e室內(nèi)的基底架上。
[0020](2)抽真空和升溫:將基底架送入沉積室中，設(shè)置程序，真空抽到Ombar，溫度升到325°C，保持溫度I個(gè)小時(shí)至溫度恒定。升起基底架，并通入高純氮?dú)?，流量?00-700
Sccm0
[0021](3)沉積:選用DIPAS (CAS 908831_34_5)作為Si源，Si源源瓶常溫放置，控制源瓶的針閥開(kāi)到1/12圈。沉積采用1233個(gè)循環(huán)，每次循環(huán)依次進(jìn)行的步驟為:通入Si源時(shí)間250ms ;氮?dú)獯祾邥r(shí)間250ms ;臭氧通入時(shí)間10ms ;氮?dú)獯祾邥r(shí)間400ms。臭氧發(fā)生器功率100W，開(kāi)機(jī)后穩(wěn)定30s再通入。
[0022](4)后處理:沉積過(guò)程結(jié)束后，自動(dòng)關(guān)閉程序，在真空狀態(tài)冷卻到室溫。
[0023]本發(fā)明中，Si源的流量是由沉積時(shí)間、Si源源瓶閥門(mén)的開(kāi)度以及沉積室內(nèi)的負(fù)壓所決定的，在沉積時(shí)間和沉積室內(nèi)的負(fù)壓已確定時(shí)，可以根據(jù)需要沉積的薄膜厚度，只需要通過(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定Si源源瓶閥門(mén)的開(kāi)度即可。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備高厚度均勾性納米/亞微米Si02薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: (I)基底前處理:采用新鮮異丙醇溶液將Si片浸泡24小時(shí)，取出，用新鮮異丙醇溶液進(jìn)行淋洗，采用惰性氣體高純氮?dú)獯蹈珊?，迅速放入原子層沉積室內(nèi)的基底架上； (2)抽真空和升溫:將基底架送入沉積室中，真空抽到Ombar，溫度升到設(shè)定值后恒溫一段時(shí)間，升起基底架，并通入恒定流量的高純氮?dú)猓? (3)沉積:根據(jù)薄膜厚度的不同，重復(fù)多個(gè)循環(huán)過(guò)程進(jìn)行沉積，每一循環(huán)過(guò)程由依次進(jìn)行的四個(gè)步驟組成，一個(gè)循環(huán)過(guò)程結(jié)束后即進(jìn)行下一循環(huán)過(guò)程，循環(huán)過(guò)程數(shù)目根據(jù)所制備薄膜的厚度確定； (4)后處理:沉積過(guò)程結(jié)束后，自動(dòng)關(guān)閉程序，保持真空狀態(tài)，在真空腔內(nèi)冷卻到室溫后取出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高厚度均勻性納米/亞微米Si02薄膜的方法，其特征在于，所述的步驟(3)中，每一循環(huán)過(guò)程中的四個(gè)步驟分別為:通入Si源、一次氮?dú)獯祾?、通入臭氧和二次氮?dú)獯祾摺?.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備高厚度均勻性納米/亞微米Si02薄膜的方法，其特征在于，每一所述的循環(huán)過(guò)程中的四個(gè)步驟的時(shí)間范圍分別為: 通入Si源的時(shí)間為50?250ms ;—次氮?dú)獯祾邥r(shí)間為200?450ms ;通入臭氧的時(shí)間為50?200ms ;二次氮?dú)獯祾叩臅r(shí)間為200?450ms ;在該通入臭氧的步驟中所使用的臭氧發(fā)生器的功率為30?100W。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高厚度均勻性納米/亞微米Si02薄膜的方法，其特征在于，所述的步驟(2)中，高純氮?dú)獾牧髁糠秶鸀?00?800 sccm ;沉積室內(nèi)的溫度為250?350。。。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高厚度均勻性納米/亞微米Si02薄膜的方法，其特征在于，所述的Si源包括DIPAS (CAS 908831_34_5)或三(二甲胺基)硅烷，Si源源瓶常溫放置。
【專(zhuān)利摘要】一種制備高厚度均勻性納米/亞微米SiO2薄膜的方法，包括以下步驟：基底前處理；抽真空和升溫；根據(jù)薄膜厚度的不同，重復(fù)多個(gè)循環(huán)過(guò)程進(jìn)行沉積，每一循環(huán)過(guò)程由一次進(jìn)行的四個(gè)步驟組成，循環(huán)過(guò)程數(shù)目根據(jù)所制備薄膜的厚度不同確定；后處理：沉積過(guò)程結(jié)束后，自動(dòng)關(guān)閉程序，保持真空狀態(tài)，在真空腔內(nèi)冷卻到室溫。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：采用原子層沉積的方法，采用特定的Si源和臭氧反應(yīng)的方法，逐層制備SiO2，對(duì)于厚度的控制非常精準(zhǔn)，反應(yīng)重復(fù)性好，反應(yīng)溫度低，實(shí)現(xiàn)了在6英寸Si片上從1nm～1000nm范圍內(nèi)多個(gè)厚度量值上厚度均勻性優(yōu)于1%，滿足表面分析設(shè)備用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的需求。耗能成本降低，可以小規(guī)模生產(chǎn)。
【IPC分類(lèi)】B82Y40/00, C23C16/40
【公開(kāi)號(hào)】CN104911561
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510173093
【發(fā)明人】王海, 王梅玲
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日