一种原子层沉积硫系相变薄膜的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。无针孔硫系相变薄膜。无针孔硫系相变薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种原子层沉积硫系相变薄膜的方法


[0001]本专利技术属于硫系相变薄膜制备方法
，更具体地，涉及一种原子层沉积硫系相变薄膜的方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术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。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种原子层沉积硫系相变薄膜的方法，包括：
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]在其中一个实施例中，步骤S1和步骤S3的反应温度相同。
[0014]在其中一个实施例中，在步骤S1之前，还包括：
[0015]依次利用丙酮、乙醇和去离子水清洗衬底表面。
[0016]在其中一个实施例中，所述载气为氮气。
[0017]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：
[0018]二氯化锗、二乙硅基碲；三氯化锑、二乙硅基碲；四甲氧基锗、二乙硅基碲；四甲氧基锗、二甲硅基碲；三乙氧基锑、二甲硅基碲。
[0019]在其中一个实施例中，
[0020]所述衬底为硅
‑
二氧化硅基片、石英基片、三氧化二铝基片、二氧化钛基片、钨、氮化钛、钨钛合金中的任一种。
[0021]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0022]原子层沉积形成硫系相变薄膜时，是使用硫系前驱体分子A和B两种成分交替注入，本专利技术通过在进行原子层沉积工艺之前，先用其中的任一种硫系前驱体分子A对衬底表面进行修饰，且在进行表面修饰时，以注入
‑
吹扫的脉冲方式注入多个周期的硫系前驱体分子A，直至衬底表面对硫系前驱体分子A的吸附达到饱和为止，完成衬底表面的修饰过程。然后在清除多余的硫系前驱体分子A后再进行原子层沉积，在修饰层上生长硫系相变薄膜。实验表明，相比于直接进行原子层沉积，预先进行上述表面修饰后再进行原子层沉积，生长出的硫系相变薄膜性能更加佳，能够得到高保型、无针孔硫系相变薄膜。
附图说明
[0023]图1是一实施例中的原子层沉积硫系相变薄膜的方法步骤流程图；
[0024]图2是对比例中未进行表面修饰所得碲化锗薄膜表面图；
[0025]图3是对比例中未进行表面修饰所得碲化锗薄膜截面图；
[0026]图4是实施例1中进行表面修饰后所得碲化锗薄膜表面图；
[0027]图5是实施例1中进行表面修饰后所得碲化锗薄膜截面图；
[0028]图6是实施例1中进行表面修饰后所得碲化锗薄膜高台阶覆盖率效果图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0030]如图1所示为一实施例中原子层沉积硫系相变薄膜的方法步骤流程图，其主要包
括以下几个步骤。
[0031]步骤S100：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，使衬底的表面饱和吸附一层成键的硫系修饰层。
[0032]其中，硫系前驱体分子A为后续进行原子层沉积中的其中一种硫系前驱体分子。
[0033]具体的，将衬底置于反应室后，注入硫系前驱体分子A，硫系前驱体分子A会吸附于衬底表面的活性位点上。该吸附包括物理吸附，还包括与表面悬挂键化学成键。为了使衬底表面尽可能多地吸附硫系前驱体分子A，即为了使硫系前驱体分子A对衬底表面的覆盖程度尽可能广，本专利技术采用脉冲注入的方式，即以注入
‑
吹扫
‑
注入
‑
吹扫的脉冲注入形式注入硫系前驱体分子A，直至吸附饱和。
[0034]在一具体的实施例中，在进行修饰时，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，可以注入300～500个上述脉冲周期，基本可以到达饱和吸附的状态。进一步的，反应室的温度可以设置为80℃～110℃，与后续原子层沉积的反应温度相同。
[0035]在一实施例中，用于进行表面修饰的硫系前驱体分子A优选原子层沉积中氧化能力更强的前驱体。例如，当选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原子层沉积硫系相变薄膜的方法，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的原子层沉积硫系相变薄膜的方法，其特征在于，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。3.如权利要求1所述的原子层沉积硫系相变薄膜的方法，其特征在于，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。4.如权利要求1所述的原子层沉积硫系相变薄膜的方法，其特征在于，在步骤S2中，进行吹扫的载气流量为100sccm
‑
650sccm，吹扫时长为2min～15min。5.如权利要求1所述的原子层沉积硫系相变薄膜的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：童浩，朱荣江，缪向水，何强，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：