[发明专利]采用非自限制生长机理沉积纳米叠层复合薄膜的方法

说明书

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。

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。

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