CN111534808A - 一种含Ta薄膜的原子层沉积方法及其产物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种含Ta薄膜的原子层沉积方法及其产物，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。本发明能够在200℃～350℃沉积得到碳含量更低、电子器件性质更好的含Ta薄膜，碳含量更低、电子器件性质更好。

Description

一种含Ta薄膜的原子层沉积方法及其产物
【技术领域】
本发明属于薄膜制备领域，尤其涉及一种含Ta薄膜的原子层沉积方法及其产物。
【背景技术】
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(porous low-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：Vapor Pressures of(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。
【发明内容】
本发明提供一种含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。
本发明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。
本发明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)。
本发明的有益效果如下：
本发明以常温下稳定的iPrN＝Ta(NR1R2)3为钽源反应源，在200～350℃的温度范围内进行原子层沉积，制备得到氧化钽、氮化钽等含Ta薄膜；iPrN＝Ta(NR1R2)3的原子层沉积温度区间比常用的tBuN＝Ta(NR1R2)3钽反应源宽，适用于更高的温度区间沉积，从而可以得到更高质量的Ta2O5、TaN薄膜，降低薄膜中的碳含量，有益于提高Ta2O5薄膜的密度，提升Ta2O5薄膜的介电常数和光学性能；也有利于降低TaN薄膜中的电阻率。
【附图说明】
图1是iPrN＝Ta(NEtMe)3和tBu＝Ta(NEtMe)3的分解曲线图；
图2是实施例一所得薄膜的C含量的XPS分析图谱，其中(1)～(3)分别对应于薄膜表面、薄膜内部、基底中的碳含量；
图3是实施例一所得薄膜密度的X射线反射(XRR)测量图谱。
【具体实施方式】
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。
在本发明中，Me为甲基，Et为乙基，tBu为叔丁基，R1、R2为取代烷基，iPr为异丙基；其他未特殊说明的符号为本领域技术人员理解的通常含义。
原子层沉积(ALD)是一种基于表面气相化学反应的薄膜沉积技术。反应源的选择对ALD生长的薄膜质量起着关键的作用。首先，反应源必须要有足够高的蒸汽压以保证其能够成分的覆盖或填充基体材料的表面；其次，反应源必须有足够好的化学稳定性，不能发生自分解，或腐蚀溶解衬底材料或沉积形成的薄膜；第三，反应源还必须有一定的反应活性能够迅速地在材料表面进行化学吸附，保证较短的时间内与材料表面达到饱和吸附或与材料表面基团快速有效的反应。
本发明提供了一种含Ta薄膜的原子层沉积方法(ALD)，以iPrN＝Ta(NR1R2)3作为新的反应源(R1、R2为C1～C6烃基)，由于异丙基亚胺基大幅度提高了分子的热稳定性，使得薄膜沉积温度区间比常用的tBuN＝Ta(NR1R2)3的沉积温度区间宽，最高温度差100℃以上。因此，本发明的ALD方法能够在200～350℃或更高的温度使iPrN＝Ta(NR1R2)3迅速化学吸附在半导体衬底或器件表面，且不发生自分解，进而得到更高质量的含Ta薄膜，密度高、基本不含碳，碳含量在检测极限以下，在沟槽深宽比越来越大的3D器件中有巨大的应用价值。
其中，R1和R2可以相同，也可以不同，包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。
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)。
通过该方法制备的iPrN＝M(NR1R2)3的产率可达到60％以上，比已报道的方法产率(20～40％)有显著提高，产物的分解温度比已知结构t-BuN＝(M)(NR1R2)3提高了约100℃，能够实现更高温度的金属氧化物、氮化物薄膜的ALD沉积。
在原子层沉积中，反应源分子在衬底上的分解温度可由“半循环”的方式验证，包括如下步骤：
(1)将衬底加热至特定温度；
(2)将装反应源的源瓶加热至90℃，通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将反应源材料导入至ALD反应腔中，导入时间为1sec；
(3)待反应源材料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，流量为100sccm，吹扫时间为1sec；
以此方式完成ALD沉积的“半循环”，并重复多个周期，用椭偏仪测量衬底上的薄膜厚度；若在某一温度下薄膜的厚度突然增加(沉积速率突然增加)，则说明反应源分子在此温度下分解，引入了CVD(化学气相沉积)组分，分解的产物在衬底上沉积造成厚度增加。图1是iPrN＝Ta(NEtMe)3和tBu＝Ta(NEtMe)3的通过“半循环”的方式测试得到的分解曲线图，对比iPrN＝Ta(NEtMe)3和tBu＝Ta(NEtMe)3可知，tBu＝Ta(NEtMe)3在250℃就开始分解，而iPrN＝Ta(NEtMe)3的分解温度在350℃以上。
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。
实施例一
一种氧化钽(Ta2O5)薄膜的热型原子层沉积(ALD)方法，包括如下步骤：
(1)将衬底加热至300℃；
(2)将装反应源的源瓶加热至90℃，通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含iPrN＝Ta(NEtMe)3的反应源材料导入至ALD反应腔中，导入时间为1sec；
(3)待反应源材料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，流量为100sccm，吹扫时间为1sec；
(4)通入水蒸气，进行氧化，水蒸气流量为50-300sccm，氧化时间为1sec；
(5)反应完成后，将多余气体与副产品抽出，用惰性气体进行吹扫，流量为300sccm，吹扫时间为10sec；
(6)将步骤(2)～(5)重复200个循环，得到了厚度为14.8nm的氧化钽(Ta2O5)薄膜，沉积速率为0.74A/cycle。薄膜中元素含量通过Ar离子轰击(sputter)剖析的方式进行。通过XPS元素分析可知，薄膜中O:Ta＝2.54:1，十分接近Ta2O5中的计量比，XPS显示薄膜中的C含量接近零(在检测极限以下)，如图2所示。由X射线反射(XRR)测量可得薄膜的密度为7.998g/cm3，如图3所示。因此可知，通过300℃的热型ALD，沉积得到高质量的Ta2O5薄膜。
其中，iPrN＝Ta(NEtMe)3的制备方法，如下：
S1：将9.91g TaCl5加入90mL甲苯中并搅拌均匀，形成体系I；
S2：冷却至-20℃，向体系I中加入6.56g乙基甲基胺，形成体系II；
S3：之后加入1.64g异丙胺，形成体系III，并持续搅拌2小时，使体系III缓慢升至室温；
S4：冷却至-10℃加入66mL2.5mol/L丁基锂的正己烷溶液，形成体系IV，搅拌并逐步升至室温，持续搅拌体系IV 12小时；
S5：过滤并蒸馏得到7.62g含有99％以上的iPrN＝Ta(NEtMe)3的初产物；
S6：通过精馏提纯得到99.999％以上的电子级产品。
对比实施例一
使用tBuN＝Ta(NEtMe)3作为反应源沉积氧化钽(Ta2O5)薄膜的热型原子层沉积(ALD)方法，包括如下步骤：
(1)将衬底加热至300℃；
(2)将反应源源瓶加热至90℃，通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含tBuN＝Ta(NEtMe)3的反应源材料导入至ALD反应腔中，导入时间为1sec；
(3)待反应源材料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，流量为100sccm，吹扫时间为1sec；
(4)通入水蒸气，进行氧化，水蒸气流量为100sccm，氧化时间为1sec；
(5)反应完成后，将多余气体与副产品抽出，用惰性气体进行吹扫，流量为300sccm，吹扫时间为10sec；
(6)将步骤(2)～(5)重复200个循环，得到了厚度为22.6nm的氧化钽(Ta2O5)薄膜，表观沉积速率达到1.13A/cycle。从XPS分析可知，薄膜中各元素的含量为：Ta:O:N:C＝38.2％:45.5％:5.3％:11.0％。因此，tBuN＝Ta(NEtMe)3反应源在此温度下已开始大量分解，在过程中已不是单纯的ALD过程，发生了CVD(化学气相沉积)反应，导致薄膜沉积中存在大量CVD成分，薄膜中C、N含量偏高，不能得到预期的氧化钽薄膜。
实施例二
一种氮化钽(TaN)薄膜的等离子体增强型原子层沉积(ALD)方法，包括如下步骤：
(1)将衬底加热至200℃；
(2)将反应源源瓶加热至90℃，通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含iPrN＝Ta(NEtMe)3的反应源材料导入至ALD反应腔中，导入时间为0.5sec；
(3)待反应源材料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，流量为100sccm，吹扫时间为1sec；
(4)通入NH3，NH3流量为100sccm；点亮等离子体，等离子体功率为300W，持续时间为5sec；
(5)反应完成后，将多余气体与副产品抽出，用惰性气体进行吹扫，流量为100sccm，吹扫时间为2sec；
(6)将步骤(2)～(5)重复200个循环，得到了厚度为16.2nm的氮化钽(TaN)薄膜，，沉积速率为0.81A/cycle。通过XPS元素分析可知，薄膜中Ta:N＝43.7％:56.3％，C含量接近零(在检测极限以下)。由XRR测量可得，TaN薄膜的密度为9.213g/cm3。该TaN薄膜的电阻率为357μΩ·cm。因此可知，通过200℃的等离子增强型ALD，沉积得到高质量的TaN薄膜。
对比实施例二
使用tBuN＝Ta(NEtMe)3作为反应源沉积氮化钽(TaN)薄膜的等离子体增强型原子层沉积(ALD)方法，包括如下步骤：
(1)将衬底加热至200℃；
(2)将反应源源瓶加热至90℃，通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含tBuN＝Ta(NEtMe)3的反应源材料导入至ALD反应腔中，导入时间为0.5sec；
(3)待反应源材料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，流量为100sccm，吹扫时间为1sec；
(4)通入NH3，NH3流量为100sccm；点亮等离子体，等离子体功率为300W，持续时间为5sec；
(5)反应完成后，将多余气体与副产品抽出，用惰性气体进行吹扫，流量为100sccm，吹扫时间为2sec；
(6)将步骤(2)～(5)重复200个循环，得到了厚度为17.3nm的氮化钽(TaN)薄膜，表观沉积速率为0.825A/cycle。通过XPS元素分析可知，薄膜中Ta:N＝41.7％:55.2％，C含量3.1％，因此可知，通过200℃的等离子增强型ALD，使用tBuN＝Ta(NEtMe)3作为反应源沉积氮化钽(TaN)薄膜，薄膜中仍有少量的C存在。该TaN薄膜的密度为9.106g/cm3，电阻率为672μΩ·cm。未达到预期的高密度与低电阻率。
实施例三
一种氧化钽(Ta2O5)薄膜的热型原子层沉积(ALD)方法，包括如下步骤：
(3)将衬底加热至250℃；
(4)将装反应源的源瓶加热至100℃，通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含iPrN＝Ta(NEt2)3的反应源材料导入至ALD反应腔中，导入时间为1sec；
(3)待反应源材料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，流量为100sccm，吹扫时间为1sec；
(4)通入臭氧(由臭氧发生器产生，浓度为10％)，进行氧化，臭氧流量为50-300sccm，氧化时间为1sec；
(5)反应完成后，将多余气体与副产品抽出，用惰性气体进行吹扫，流量为300sccm，吹扫时间为2sec；
(6)将步骤(2)～(5)重复200个循环，得到了厚度为14.0nm的氧化钽(Ta2O5)薄膜，沉积速率为0.70A/cycle。薄膜中元素含量通过Ar离子轰击(sputter)剖析的方式进行。通过XPS元素分析可知，薄膜中O:Ta＝2.47:1，十分接近Ta2O5中的计量比，XPS显示薄膜中的C含量接近零(在检测极限以下)。由X射线反射(XRR)测量可得薄膜的密度为7.980g/cm3。因此可知，通过250℃的热型ALD，沉积得到高质量的Ta2O5薄膜。
实施例四
一种氮化钽(TaN)薄膜的等离子体增强型原子层沉积(ALD)方法，包括如下步骤：
(2)将衬底加热至350℃；
(2)将反应源源瓶加热至80℃，通过鼓泡、蒸汽抽吸或者液体直接注入的方式，将包含iPrN＝Ta(NEtMe)3的反应源材料导入至ALD反应腔中，导入时间为0.5sec；
(3)待反应源材料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，流量为100sccm，吹扫时间为1sec；
(4)通入NH3，NH3流量为100sccm；点亮等离子体，等离子体功率为300W，持续时间为5sec；
(5)反应完成后，将多余气体与副产品抽出，用惰性气体进行吹扫，流量为100sccm，吹扫时间为2sec；
(6)将步骤(2)～(5)重复200个循环，得到了厚度为15.6nm的氮化钽(TaN)薄膜，沉积速率为0.78A/cycle。通过XPS元素分析可知，薄膜中Ta:N＝43.5％:56.5％，C含量接近零(在检测极限以下)。由XRR测量可得，TaN薄膜的密度为9.220g/cm3。该TaN薄膜的电阻率为280μΩ·cm。因此可知，通过350℃的等离子增强型ALD，沉积得到高质量的TaN薄膜。

Claims (10)

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＝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；
(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。
7.根据权利要求6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、N2O、CO2、NO2中的至少一种；所述等离子体为原位等离子体或者远程等离子体或者二者的叠加。
8.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薄膜为氮化钽薄膜，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；
(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。
9.根据权利要求8所述的含Ta薄膜的原子层沉积方法，其特征在于，所述含氮反应气体包含N2、NH3、N2H4、N2/H2中的一种或几种；所述等离子体为原位等离子体或者远程等离子体或二者的叠加。
10.一种含Ta薄膜，其特征在于，使用如权利要求1-9任一项所述的方法制备。
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