[发明专利]一种原子层沉积硫系相变薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种原子层沉积硫系相变薄膜的方法，其包括：步骤S1：将硫系前驱体分子A以脉冲注入的方式对衬底进行表面修饰，使所述衬底的表面饱和吸附一层成键的硫系修饰层；步骤S2：通入载气对表面修饰后的衬底进行吹扫，消除衬底表面未被吸附的多余的硫系前驱体分子A；步骤S3：采用原子层沉积法在吹扫后的衬底表面交替脉冲注入硫系前驱体分子A和硫系前驱体分子B，生长硫系相变薄膜。本发明通过在原子层沉积之前，利用单一的硫系前驱体分子进行脉冲注入以修饰衬底表面，可以高效制备得到高保型、无针孔硫系相变薄膜。

技术领域

本发明属于硫系相变薄膜制备方法技术领域，更具体地，涉及一种原子层沉积硫系相变薄膜的方法。

背景技术

硫系相变材料是一种可以发生热致相变信息存储材料，其熔融到非晶态的时间仅有数百皮秒，而晶化至晶态的时间也不过几纳秒，相比于传统非易失存储器，在擦写速度上有显著的提升。

目前制备硫系相变材料的方法主要包括：磁控溅射法，化学气相沉积法，原子层沉积法。磁控溅射和化学气相沉积法制备的硫系相变薄膜保型性差，无法满足高深宽比集成器件的制备工艺的要求。原子层沉积方法(ALD)被认为是一种有效生长硫系相变薄膜的方法，它利用高温条件下气态硫系前驱体的取代反应，实现不同衬底上沉积生长硫系相变薄膜。然而，目前原子层沉积生长硫系相变薄膜存在表面微粒多，孵化周期长，存在针孔等缺点。如何获得高保型、无针孔硫系相变薄膜的生长已经成为目前三维相变存储器领域研究的重点和热点之一。毫无疑问这一技术的突破不仅会带动一系列相变材料，如高保型、无针孔的碲化锗、碲化锑、锗锑碲和碲化锑/碲化锗超晶格等制备工艺的突破，而且将是新型存储材料、信息存储领域发展的重要推动力。因此，高保型、无针孔硫系相变薄膜的生长技术具有巨大的市场前景。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种原子层沉积硫系相变薄膜的方法，其目的在于制备高保型、无针孔硫系相变薄膜。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种原子层沉积硫系相变薄膜的方法，包括：

步骤S1：将硫系前驱体分子A以连续多脉冲注入的方式对衬底进行表面修饰，使所述衬底的表面饱和吸附一层成键的硫系修饰层；

步骤S2：通入载气对表面修饰后的衬底进行吹扫，消除衬底表面未被吸附的多余的硫系前驱体分子A；

步骤S3：采用原子层沉积法在吹扫后的衬底表面交替脉冲注入硫系前驱体分子A和硫系前驱体分子B，生长硫系相变薄膜。

在其中一个实施例中，在步骤S1中，注入300～500个脉冲周期，每个脉冲周期中硫系前驱体分子A的注入时长为300ms～1500ms，每个脉冲周期中的吹扫时长为800ms～1500ms，载气流量为300sccm～650sccm。

在其中一个实施例中，在步骤S1中，选择原子层沉积中氧化性更强的硫系前驱体分子进行衬底表面修饰。

在其中一个实施例中，在步骤S2中，进行吹扫的载气流量为100sccm-650sccm，吹扫时长为2min～15min。

在其中一个实施例中，在步骤S3中，原子层沉积的反应温度为80℃～110℃，注入300～1000个脉冲周期，每个脉冲周期中硫系前驱体分子的注入时长为500ms～1000ms，每个脉冲周期的吹扫时长为4s～6s，载气流量为300sccm-650sccm。

在其中一个实施例中，步骤S1和步骤S3的反应温度相同。

在其中一个实施例中，在步骤S1之前，还包括：

依次利用丙酮、乙醇和去离子水清洗衬底表面。

在其中一个实施例中，所述载气为氮气。

在其中一个实施例中，所述硫系前驱体分子A和硫系前驱体分子B的组合为以下任一种：