本發明涉及一種單晶TiN電極薄膜及其制備方法，所述單晶TiN電極薄膜的制備方法包括如下步驟：S1：加熱藍寶石襯底，并在真空環境下、以0.6～1.0J/cm²的激光能量密度，在所述藍寶石襯底上采用脈沖激光濺射TiN靶材；S2：待TiN薄膜在所述藍寶石襯底上沉積完成，原位退火后，再冷卻至室溫，得到單晶TiN電極薄膜。本發明采用高能量激光束刻蝕TiN靶材，能夠提高單晶TiN電極薄膜表面原子遷移率，有利于改善單晶TiN電極薄膜的生長質量，形成單一取向，且具備高導電性能的單晶TiN電極薄膜。本發明采用脈沖激光沉積技術制備單晶TiN電極薄膜，具有有無污染、工藝簡單、可精確控制薄膜化學計量等優點。

技術領域

本發明涉及電極薄膜制備技術領域，尤其涉及一種單晶TiN電極薄膜及其制備方法。

背景技術

隨著微電子器件集成度不斷提高，傳統的微電子材料和微納加工方法都面臨嚴峻挑戰，其中傳統金屬電極材料的擴散問題是當前大規模集成電路生產工藝中面臨的基本問題之一。

氮化鈦(TiN)是由金屬鍵、離子鍵和共價鍵組成的一種寬禁帶半導體材料。TiN結構穩定，其含氮量在一定范圍內的變化不會引起TiN晶格結構的改變，同時TiN還具有化學穩定性好、熱穩定性好、導電性能好、機械強度高等優良特性。除此之外，TiN有著類似金屬的光學性能和較大的功函數(約4.7eV)，能夠兼容光刻、剝離、刻蝕等半導體工藝，是當前微電子high-K金屬柵極技術常用的電極材料和CMOS工藝常用的金屬材料。

目前常見的TiN薄膜的制備技術方法主要還是金屬有機化合物化學氣相沉積法(MOCVD)、真空蒸發鍍膜、磁控濺射法等。這些制備方法中，MOCVD制備的TiN薄膜中存在較多難以消除的碳和氫雜質，這影響了TiN薄膜的質量；而且CVD技術制備薄膜的工藝復雜不利于大規模的工業生產。而真空蒸發鍍膜不易獲得結晶結構的薄膜且薄膜在襯底上的附著力不夠，很難滿足TiN作為電極薄膜的使用要求。常用的磁控濺射方法也很難制備出高度擇優取向且化學計量比接近1:1、具備高導電性能的單晶TiN電極薄膜。

發明內容

基于此，為了克服現有技術的缺陷和不足，本發明提供了一種能制備化學計量比接近1:1、具備高導電性能的單晶TiN電極薄膜的制備方法。

本發明提供了一種單晶TiN電極薄膜的制備方法，包括如下步驟：

S1：加熱藍寶石襯底，并在真空環境下、以0.6～1.0J/cm²的激光能量密度，在所述藍寶石襯底上采用脈沖激光濺射TiN靶材；

S2：待TiN薄膜在所述藍寶石襯底上沉積完成，原位退火后，再冷卻至室溫，得到單晶TiN電極薄膜。

相對于現有技術，本發明選擇生產技術成熟、器件質量較好，機械強度高，易于處理和清洗，且穩定性很好，能夠運用在高溫生長的藍寶石襯底；再采用0.6～1.0J/cm²高激光能流密度、高襯底溫度對TiN靶材進行脈沖激光濺射；形成的單晶TiN電極薄膜為化學計量比接近1:1、(111)晶面高度擇優取向生長的外延薄膜，表面致密且平坦，具有很好的外延性、結晶性，以及優良的熱穩定性、化學穩定性與導電性。因此，本發明采用高能量激光束刻蝕TiN靶材，進一步產生高溫高壓等離子體，等離子體定向局域膨脹在藍寶石襯底上沉積為單晶TiN電極薄膜，能夠提高單晶TiN電極薄膜表面原子遷移率，有利于改善單晶TiN電極薄膜的生長質量，形成單一取向，且化學計量比接近1:1的的單晶TiN電極薄膜。本發明采用脈沖激光沉積技術制備單晶TiN電極薄膜，具有有無污染、工藝簡單、可精確控制薄膜化學計量、可制備多層薄膜、可外延生長突變異質結界面的單晶薄膜等優點。