[發明專利]一種指導ALD制備氧化物半導體薄膜的光譜探測方法

在審

• 申請號: 201410257157.2
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN104005007A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 方鉉;牛守柱;魏志鵬;唐吉龍;房丹;王曉華;王菲;王東君;陳宇林
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，涉及利用近紅外光譜技術探測C-H、H-Cl等有機基團，確定CH₃、CH₄、HCl含量，從而表征所制備的ZnO、Al₂O₃或TiO₂等氧化物薄膜的晶體質量，指導ALD制備氧化物薄膜的生長條件。?

背景技術

原子層沉積技術在半導體器件、光學器件、生物材料、微納機電系統等多個領域有重要的應用前景。其反應過程是通過將氣相前驅體脈沖交替地通入反應器，在襯底上通過化學吸附反應形成沉積膜的一種方法。特有的化學吸附自限制和順次反應自限制過程，使其相比MOCVD和PVD等薄膜制備方法，在控制薄膜厚度和材料組分等方面具有先天優勢。以制備Al₂O₃薄膜為例，其反應方程式為:?

2Al(CH₃)₃+3H₂O→Al₂O₃+6CH₄

可以看出，通過化學吸附反應形成Al₂O₃和CH₄，其中CH₄是由金屬源TMA中的-CH₃基團與H₂O中的-H結合形成的，隨后以副產物形式排放掉。但在ALD反應中，由于金屬源的活性、化學吸附和脫附過程均受生長溫度影響，因此生長溫度將對薄膜生長速度、均勻性及薄膜質量產生重要影響。

目前對沉積薄膜質量的檢測主要集中在生長結束之后，通過X射線衍射(XRD)測試薄膜的晶體質量，通過衍射峰強度及半峰寬表征所制備薄膜的晶體質量。但X射線使用時存在一定風險，且XRD設備價格較高，不易普及。且目前缺少能夠有效對薄膜質量進行實時監測的手段，這樣就對優化生長參數，控制材料質量，了解反應進程產生了不利的影響。但通過Al₂O₃薄膜的反應方程我們可以看出，在TMA反應之前會有大量的CH₃基團存在，而在反應之后CH₃基團轉變成CH₄基團，如果反應完全則CH₃基團完全消失，因此可以通過測量CH₃/CH₄含量來判斷反應程度，以確定制備的Al₂O₃薄膜質量。?

近紅外光譜是基于物質對近紅外譜區的電磁波的吸收的一種光譜技術，其一般的測定波長范圍是780-2526nm，在這個范圍囊括了很多元素的吸收峰（例如-CH₃基團吸收峰為2692±10?cm^-1，2872±10?cm^-1，-CH₂-基團吸收峰為2926±5?cm^-1，2853±10?cm^-1，-CH-吸收峰為2890±10?cm^-1，=C-H基團吸收峰為3100-3000?cm^-1），而分子在近紅外區的吸收主要由C-H，O-H，N-H等基團的合頻吸收與倍頻吸收組成，可以反映出有機物的大量信息。近紅外光譜的信息源主要是分子或原子的振動基頻在2000cm^-1以上的倍頻與合頻吸收，主要包括C-H，N-H，O-H，S-H，C=O等基團的有機物，不同物質有不同的分子結構，每種分子都有自己的特征振動，吸收紅外光后產生各種各樣的紅外光譜。倍頻與合頻發生的幾率遠低于基頻，NIR?比MIR的檢測限低1～2個數量級；隨著基頻振動合頻和倍頻的增加，吸收峰重疊越嚴重。近紅外光譜的信息和信號特點決定了它的應用：近紅外光譜幾乎可以用于所有與含氫基團有關的樣品物理和化學性質分析。由于不破壞樣品，樣品預處理簡單或無需預處理，適用于各種固體、液體和氣體樣品分析，成為檢測CH₃/CH₄含量的理想方法。因此將傅立葉變換紅外光譜技術應用于檢測ALD領域，是一種方面、快捷、有效的測定薄膜質量的方法。?

發明內容