一种含Ta薄膜的原子层沉积方法及其产物技术

本发明专利技术提供一种含Ta薄膜的原子层沉积方法及其产物，以iPrN＝Ta(NR

【技术实现步骤摘要】
一种含Ta薄膜的原子层沉积方法及其产物
本专利技术属于薄膜制备领域，尤其涉及一种含Ta薄膜的原子层沉积方法及其产物。
技术介绍
相比于块状材料，薄膜材料具有很多特殊的性质和形状效应，更有利于形成多层结构、制造新的器件。随着光电技术的迅猛发展，更多高性能的薄膜材料被开发出来，在半导体、光学、电磁学等很多领域具有非常高的应用价值。含Ta薄膜是近期具有优异性能的新型薄膜材料之一，如氧化钽(Ta2O5)、氮化钽(TaN，也可表示为TaNx)。氧化钽(Ta2O5)有较高的介电常数(～25)，可用作DRAM芯片中的高介电常数(high-k)薄膜材料，也可用于氧化锆(ZrO2)等高介电常数薄膜的掺杂材料；同时，Ta2O5薄膜有较高的的折射率(RI>2)和高密度，有优异的热学、化学、机械稳定性，也可应用于防反射膜、防渗透膜、防腐蚀涂层等各方面。氮化钽(TaN)有优良的导电性能，可广泛应用于半导体器件的电极部分，如3DNAND结构中的导电层；同时，TaN由于其高密度，是优良的防渗透、防扩散薄膜，是半导体后道工艺(Back-End-of-Line)Cu互联与多孔低介电常数(porouslow-k)材料之间的防扩散层的最优选择之一。然而，虽然含Ta薄膜(如Ta2O5和TaN)在很多方面具有优异的性能，但是沉积含Ta薄膜的反应源材料选择范围非常窄，能应用于ALD工艺中的反应源则更少。TaCl5是最初的选择，但是TaCl5腐蚀性强，易对沉积腔体造成损害；后来，逐渐采用Ta(NMe2)5(简称PDMAT)作为半导体工艺中的反应源材料，但是该反应源为固体，在反应源蒸气导入到沉积腔体的过程中，易将固体颗粒引入腔体，造成器件失效；后来人们更多地选择带有亚胺基的Ta反应源材料代替常用的PDMAT，最常见的结构为tBuN＝Ta(NEtMe)3，即叔丁基亚胺基三(乙基甲基胺基)钽，但这个分子在室温下就开始很缓慢地分解，最高沉积温度也不过250℃(参考文献：VaporPressuresof(3-(Dimethylamino)propyl)dimethylindium,(tert-Butylimino)bis(diethylamino)cyclopentadienyltantalum,and(tert-Butylimino)tris(ethylmethylamino)tantalum，J.Chem.Eng.Data,2014,59(12),4179–4183)。如今，随着器件中3D结构越来越复杂，DRAM芯片沟槽的深宽比越来越大，传统的沉积方法和现有的反应源已经无法制备出符合要求的含Ta薄膜，需要开发新的制备工艺来满足要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种含Ta薄膜的原子层沉积方法，能够在200℃～350℃沉积得到碳含量更低、电子器件性质更好的含Ta薄膜。本专利技术还提供了上述制备方法的产物，碳含量更低、电子器件性质更好。本专利技术的技术解决方案如下：一种含Ta薄膜的原子层沉积方法，其特征在于，以iPrN＝Ta(NR1R2)3为反应源之一，在200～350℃进行原子层沉积，得到含Ta薄膜；其中，R1、R2为C1～C6烃基。进一步的，原子层沉积优选在250～350℃进行。进一步的，R1或R2为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基中的一种。在制备氧化钽薄膜的一个具体实施例中，该方法具体包括如下步骤：(1)将衬底或者器件加热至200～350℃；(2)通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含iPrN＝Ta(NR1R2)3的反应源分子导入至ALD反应腔中；(3)待反应源分子在衬底或者器件表面形成化学吸附后，将多余的反应源抽出，用惰性气体进行吹扫；(4)向腔体中通入H2O、O2、H2O2、O3等含氧反应气，反应完成后，将多余气体抽出，用惰性气体进行吹扫；(5)将步骤(1)-(4)循环若干个沉积周期，得到所需厚度的氧化钽薄膜。在制备氧化钽薄膜的另一个具体实施例中，采用PEALD，该方法具体包括如下步骤：(1)将衬底或者器件加热至200～350℃；(2)通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含iPrN＝Ta(NR1R2)3的反应源分子导入至ALD反应腔中；(3)待反应源分子在衬底或者器件表面形成化学吸附后，将多余的反应源抽出，用惰性气体进行吹扫；(4)向腔体中通入含氧反应气，并点亮等离子体；反应完成后，将多余气体抽出，用惰性气体进行吹扫；含氧反应气包括但不限于H2O、O2、N2O、CO2、NO2，等离子体可以为原位等离子体或者远程等离子体或者二者的叠加，通过等离子体可以提高氧化反应的进行；(5)将步骤(1)-(4)循环若干个沉积周期，得到所需厚度的氧化钽薄膜。在制备氮化钽薄膜的另一个具体实施例中，采用PEALD，该方法具体包括如下步骤：(1)将衬底或者器件加热至200～350℃；(2)通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含iPrN＝Ta(NR1R2)3的反应源分子导入至ALD反应腔中；(3)待反应源分子在衬底或者器件表面形成化学吸附后，将多余的反应源抽出，用惰性气体进行吹扫；(4)向腔体中通入含氮反应气，并点亮等离子体；反应完成后，将多余气体抽出，用惰性气体进行吹扫；含氮反应气体包括但不限于N2、NH3、N2H4、N2/H2，等离子体可以为原位等离子体或者远程等离子体或者二者的叠加，通过等离子体可以提高氧氮化反应的进行；(5)将步骤(1)-(4)循环若干个沉积周期，得到所需厚度的氮化钽薄膜。由上述原子层沉积方法得到的含Ta薄膜产物，由于iPrN＝Ta(NR1R2)3热稳定性优于常用的tBuN＝Ta(NR1R2)3，因此可在更高温度下实现原子层沉积，所得的薄膜质量比常用的tBuN＝Ta(NR1R2)3所得的薄膜质量高，体现为含碳量更少、密度更高等。进一步的，iPrN＝Ta(NR1R2)3的主要制备过程如下：S1：将MX5加入有机溶剂中混合均匀，形成体系I，进一步优选降温冷却以提高产率；其中，M为V、Nb或Ta，X为F、Cl、Br或I；其中，有机溶剂可根据实际情况选择甲苯、四氢呋喃、正己烷、正戊烷、正庚烷、乙醚等；S2：向体系I中加入通式为HNR1R2的胺，搅拌，形成体系Ⅱ；其中，R1、R2为取代基团，取代基团包括但不限于烷基、烯基、炔基、芳香基，可选择为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基或者仲丁基；通式为HNR1R2的胺包括但不限于二甲胺、乙基甲基胺、二乙胺、二异丙胺或二仲丁胺；S3：向体系Ⅱ中加入异丙胺并持续搅拌；S4：冷却加入正丁基锂或正丁基锂的溶液，搅拌并逐步升至室温，温度的变化有利于提高产率；S5：过滤，蒸馏；S6：S5得到的产物通过精馏提纯，得到纯度99.999％以上的产品iPrN＝M(NR1R2)3(即电子级产品，杂质小于1ppm)。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含Ta薄膜的原子层沉积方法，其特征在于，以iPrN＝Ta(NR

【技术特征摘要】
1.一种含Ta薄膜的原子层沉积方法，其特征在于，以iPrN＝Ta(NR1R2)3为反应源之一，在200～350℃进行原子层沉积，得到含Ta薄膜；其中，R1、R2为C1～C6烃基。


2.根据权利要求1所述的含Ta薄膜的原子层沉积方法，其特征在于，所述原子层沉积在250～350℃进行。


3.根据权利要求1或2所述的含Ta薄膜的原子层沉积方法，其特征在于，所述R1或R2为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基中的一种。


4.根据权利要求1所述的含Ta薄膜的原子层沉积方法，其特征在于，所述含Ta薄膜为氧化钽薄膜，该方法包括如下步骤：
(1)将衬底或者器件加热至200～350℃；
(2)通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含iPrN＝Ta(NR1R2)3的反应源分子导入至ALD反应腔中；
(3)待反应源分子在衬底或者器件表面形成化学吸附后，将多余的反应源抽出，用惰性气体进行吹扫；
(4)向腔体中通入含氧反应气，反应完成后，将多余气体抽出，用惰性气体进行吹扫；
(5)将步骤(1)-(4)循环若干个沉积周期，得到所需厚度的氧化钽薄膜。


5.根据权利要求4所述的含Ta薄膜的原子层沉积方法，其特征在于，所述含氧反应气体包含H2O、O2、H2O2、O3中的至少一种。


6.根据权利要求1所述的含Ta薄膜的原子层沉积方法，其特征在于，所述含Ta薄膜为氧化钽薄膜，该方法包括如下步骤：
(1)将衬底或者器件加热至200～350℃；
(2)通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含iPrN＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新宇，芮祥新，李建恒，
申请(专利权)人：合肥安德科铭半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34