[发明专利]一种氧化铝薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种氧化铝薄膜及其制备方法和应用，所述氧化铝薄膜包括底层氧化铝薄膜和外层氧化铝薄膜，所述制备方法具体包括以下步骤：设定原子层沉积系统的反应腔体温度，水相对于三甲基铝过量，利用原子层沉积法，得到底层氧化铝薄膜；重新设定原子层沉积系统的反应腔体温度，三甲基铝相对于水过量，利用原子层沉积法，在底层氧化铝薄膜上得到外层氧化铝薄膜，从而得到所述氧化铝薄膜。本发明的制备方法制备得到的氧化铝薄膜具有双层结构，底层膜含有大量‑OH基团，在高温处理过程中，释放出H钝化硅片表面的悬挂键。外层氧化铝薄膜含有较少‑OH基团，不会在高温处理过程中释放太多的H₂，不会造成钝化膜层的损坏。

技术领域

本发明属于薄膜制备技术领域，涉及一种氧化铝薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

原子层沉积(ALD)是将不同的气相前驱反应物交替的通入反应室，在硅片表面化学吸附并反应生成薄膜的过程。通过自限制表面反应物的方式，将沉积过程精确控制，可以达到原子水平。

ALD制备氧化铝过程中，第一种前驱体为三甲基铝(TMA，Al(CH₃)₃)首先与硅片表面的-OH基团吸附并反应至饱和，生成新的表面功能团，第二种前躯体水(H₂O)与生成的表面功能团反应生成氧化铝，氧化铝结构中带有-OH基团，然后在通入三甲基铝。通过这样的一次次的ALD循环，就可以形成厚度可控的氧化铝薄膜。

ALD制备的氧化铝薄膜中含有-OH基团，在后续热处理过程中，-OH基团释放出H，可以钝化硅片表面的悬挂键，降低表面复合速率。但-OH基团在高温烧结下释放出的H也会以H₂或是H₂O的形式损失掉，造成钝化层被气体穿透而破坏掉。

目前制备的氧化铝薄膜为了防止后续高温处理过程中-OH基团释放的H₂将钝化膜破坏，采取的措施是使氧化铝薄膜的-OH基团的含量很少，但是也导致了硅片表面的钝化效果不是很好。

CN 102560419 A公开了一种氧化铝超薄薄膜的制备方法，所述制备方法以脉冲方式依次进源、利用自限制吸附效应制备得氧化铝超薄薄膜材料；其制备方法基于原子层沉积系统实现；然而其制备得到的氧化铝薄膜并不能在保证硅片表面的钝化效果的同时不破坏钝化膜。

因此，在本领域中如果既能够保证硅片表面的钝化效果，又不会在后续高温处理过程中释放过多的H₂而破坏钝化膜，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氧化铝薄膜及其制备方法和应用。本发明的制备方法能够使得制备得到的氧化铝薄膜具有双层结构，底层膜含有大量-OH基团，在后续高温处理过程中，释放出H钝化硅片表面的悬挂键。外层氧化铝薄膜含有较少的-OH基团，不会在高温处理过程中释放太多的H₂，不会造成钝化膜层的损坏。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种氧化铝薄膜的制备方法，所述氧化铝薄膜包括底层氧化铝薄膜和外层氧化铝薄膜，所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)设定原子层沉积系统的反应腔体温度，水相对于三甲基铝过量，利用原子层沉积法，得到底层氧化铝薄膜；(2)重新设定原子层沉积系统的反应腔体温度，三甲基铝相对于水过量，利用原子层沉积法，在底层氧化铝薄膜上得到外层氧化铝薄膜，从而得到所述氧化铝薄膜。

优选地，步骤(1)所述原子层沉积系统的反应腔体温度低于步骤(2)所述原子层沉积系统的反应腔体温度。

优选地，步骤(1)所述设定原子层沉积系统的反应腔体温度保持为230～250℃(例如230℃、233℃、235℃、238℃、240℃、243℃、245℃、248℃或250℃)，步骤(1)具体的制备过程包括以下步骤：