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            臭氧產品
            首頁 > 臭氧知識 > 臭氧和水ALD工藝中DMACl基Al2O3膜主體中元素濃度的比較
            2023-06-01????來源:http://www.mysticalroads.com/???瀏覽量:????
            臭氧和水ALD工藝中DMACl基Al2O3膜主體中元素濃度的比較
            DMACl-臭氧作為ALD過程
            在ALD工藝中,每周期生長量(GPC)是描述薄膜生長的重要參數。如果GPC在ALD生長潛伏期后達到恒定值,則表明生長為純ALD。在我們的DMACl -臭氧過程中,使用橢偏儀測量的樣品在200°C下沉積的GPC圖如圖1所示。由圖可知,當臭氧脈沖時間為7秒或20秒時,每循環的飽和GPC值為0.76 Å,可以看出膜的生長是恒定的。較短的脈沖時間導致薄膜厚度不均勻;然而,脈沖時間可以從根本上減少使用更強大的臭氧發生器。
            Al2O3膜的線性生長是ALD循環次數的函數
            圖1:在DMACl–臭氧過程中,Al2O3膜的線性生長是ALD循環次數的函數。在200°C的沉積溫度下,在ALD中使用7或20 s的臭氧脈沖時間。
            與典型的ALD Al2O3工藝相比,測量的GPC是合理的,僅略低于相同ALD條件下獲得的dmac -水工藝(1.04 Å /循環)。與基于臭氧的ALD工藝相比,這里獲得的GPC與TMA33相當(在200°C時每循環0.76 Å),而比AlCl316高兩倍(在300°C時每循環0.4 Å)。雖然ALD中較長的臭氧脈沖并沒有顯示出GPC的明顯增加,但它確實導致了較好的薄膜,在沉積樣品中測量到的折射率(RI)從1.57增加到1.60。
            DMACl基Al2O3工藝中臭氧與水的關系
            Al2O3膜通常除了純鋁和氧之外還含有許多雜質。這些雜質可能對電膜性能、GPC以及在我們的應用中對硅表面的鈍化產生重大影響。表1比較了臭氧和水ALD工藝之間DMACl基Al2O3膜中存在的測量的元素濃度和雜質。薄膜的元素組成通過飛行時間彈性反沖檢測分析(ToF-ERDA)方法確定。38我們可以看到,臭氧過程導致碳(C)和氯(Cl)濃度更高,分別是10倍和3倍以上。這與早期報道的TMA–臭氧ALD Al2O3薄膜一致,其中臭氧導致的C含量高于相應的TMA-水工藝,分別為1 at%和0.2 at%。
            表1 DMACl -臭氧和DMACl -水ALD中大部分Al2O3薄膜中元素濃度的比較。在200℃下沉積400個ALD循環。

            表1:在DMACl–臭氧過程中,Al2O3膜的線性生長是ALD循環次數的函數。在200°C的沉積溫度下,在ALD中使用7或20 s的臭氧脈沖時間。
            結果也間接得到了橢偏儀和x射線反射率(XRR)測量的支持,即臭氧處理的反射率(1.57)和膜質量密度(2.8 g cm−3)低于水處理(分別為1.60和3.0 g cm−3)。在相同沉積條件下,DMACl與臭氧的反應較DMACl與水的反應不完全。這也許可以解釋在GPC中觀察到的差異。另一方面,我們發現臭氧工藝的薄膜附著力更好,即我們在dmac -臭氧工藝中沒有觀察到熱處理后的起泡現象,這與之前的研究一致,臭氧在膜分層方面優于水(以tma為基礎的工藝)。
            熱處理效果
            ALD被認為是一種低溫工藝,但通常在薄膜沉積后,樣品需要在器件制造序列中經歷一個或幾個高溫工藝步驟。有時這樣的溫度步驟可以提高膜的質量,有時會使膜退化。在Al2O3的情況下,達到高水平鈍化的最佳溫度約為400℃我們選擇了低溫(LT)和高溫(HT)兩種典型的熱處理方式,分別為400°C和800°C,研究它們對DMACl -臭氧基Al2O3薄膜的影響。
            我們用少數載流子壽命作為表面鈍化的度量。通常,半導體器件的有效運行需要接近毫秒的壽命值,例如,參考中與太陽能電池轉換效率的關系。10和39。界面質量的另一個度量包括界面缺陷密度(Dit),它描述了界面上懸垂鍵的鈍化程度,通常被稱為化學鈍化。因此,Dit應該被最小化,并且在高質量界面的情況下,Dit值低于1 × 1011 eV−1 cm−2與表面鈍化有關的第三個電子參數稱為負電荷密度(Qf)。它描述了如何有效地將少數載流子從表面推開,從而在界面處將重組最小化。因此,它通常被稱為場效應鈍化。Qf應最大化以獲得最佳性能,并且在熱ALD工藝中通常以大于3 × 1012 cm−2的值為目標
            圖2顯示,由于高Dit (3 × 1012 eV−1 cm−2)和低Qf (2 × 1011 cm−2)值,沉積樣品僅表現出較差的鈍化(壽命約5µs)。LT改善了鈍化,這是ALD Al2O3薄膜的典型行為。另一方面,人們常常發現HT步驟對這類電影是有害的而在dmac -臭氧過程中,高溫步進使鈍化過程接近毫秒級。電容電壓(CV)測量結果表明,較好的化學鈍化和較強的場效應鈍化都能增強鈍化效果,這與之前報道的DMACl +水過程的鈍化行為相似。因此,定性行為類似于水的過程。確切的數值不應該比較,因為我們將看到它們受到臭氧脈沖長度和沉積溫度的影響。
            不同熱處理對ALD Al2O3膜鈍化質量的影響
            圖2。樣品在ALD(AS)后立即測量,在400°C的N2中退火30分鐘(LT)后測量,在800°C的第二次退火3秒(LT+HT)后測量。在200°C下沉積100個ALD循環,臭氧脈沖長度為7 s,DMACl脈沖長度為0.2 s。
            圖3顯示了7s臭氧脈沖(圖b)和7s(圖c)和20s(圖d)臭氧脈沖長度熱處理后沉積樣品的Al2O3膜的元素深度分布圖。沉積樣與熱處理樣的主要區別是熱處理后雜質氫和氯含量較低。氯相當均勻地分布在薄膜上,而氫和碳則有一些不均勻性。圖3b、d中樣品使用的測量參數略有不同,禁止從這兩個深度剖面的形狀中得出額外的結論。
            圖3:在ToF-ERDA測量中,可以通過測量每個反沖原子的飛行時間和能量來分離不同的質量。Al2O3膜的元素深度分布:b)用7秒臭氧脈沖時間沉積時,c)用20秒臭氧脈沖LT+HT處理后,以及d)用7 s臭氧脈沖LT+T處理后。a) 與(c)中的深度剖面相對應的直方圖。該膜在200°C下以400次ALD循環沉積。注:由于直方圖中Al和Si在Si/Al2O3界面處的截面重疊,因此將Al和Si的深度分布繪制為一體。

            標簽:臭氧(71)水(5)ALD(2)DMACl(1)Al2O3(1)


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