一种单原子层沉积技术生长含Ni薄膜的方法技术

本发明专利技术提供了一种单原子层沉积技术生长含Ni薄膜的方法，包括以下步骤：A)将衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Ni源进行沉积，得到沉积有Ni源的衬底，所述Ni源包括具有式I所示结构的化合物；B)将气相还原剂以脉冲形式通入反应腔，对沉积在衬底上的Ni源进行还原，得到沉积有Ni薄膜的衬底。本发明专利技术采用了具有式I结构的Ni源，将其应用在单原子层沉积技术(ALD)中，使得能够在纳米级的半导体器件上沉积形成保型性较好的含Ni沉积层。并且，采用本发明专利技术中的方法制得的Ni膜电阻率更低，实验结果表明，本发明专利技术制得的Ni薄膜电阻率在13～24μΩ·cm。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体制备
，尤其涉及一种单原子层沉积技术生长含Ni薄膜的方法。
技术介绍
Ni金属硅化物作为接触材料在CMOS(互补金属氧化物半导体)器件源漏技术中获得广泛应用。作为接触金属，Ni硅化物(Ni-silicide)具有电阻率低，连续、均匀等突出优点。传统的Ni硅化物都是采用PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)技术淀积一层Ni金属，再通过热退火使Ni与硅反应生成硅化物。由于微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的尺寸不断降低，而器件中的高宽比不断增加，这样所使用材料的厚度降低至几个纳米数量级。当CMOS器件尺寸持续微缩到16/14纳米及其以下技术节点，硅化物技术有了很大改进，将采用后硅化物接触技术。具体地说，就是先形成接触孔或接触沟槽，再在孔或沟槽中淀积金属的办法，该技术只在接触底部形成硅化物。在这种情况下，传统的PVD方法沉积Ni形成金属硅化物已不能满足需求。特别是当源漏区的硅材料为Fin或纳米线的时候，PVD方法沉积形成的Ni硅化物沉积层很难成型。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单原子层沉积技术生长金属Ni的方法，本专利技术中的方法能够在纳米级的半导体器件上沉积形成含Ni沉积层。本专利技术提供一种单原子层沉积技术生长含Ni薄膜的方法，包括以下步骤：A)将半导体衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Ni源进行沉积，得到沉积有Ni源的衬底，所述Ni源包括具有式I所示结构的化合物：B)将气相还原剂以脉冲形式通入反应腔，对沉积在衬底上的Ni源进行还原，得到沉积有含Ni薄膜的衬底。优选的，所述步骤A)中以脉冲形式向反应腔中通入气相Ni源的单个脉冲的持续时间为0.05～20s。优选的，所述步骤A)中两个脉冲之间的间隔时间为0.5～30s。优选的，所述步骤A)中的沉积的温度为125～400℃。优选的，所述气相Ni源在载气存在条件下以脉冲形式通入；所述载气的流量为10～200sccm。优选的，所述步骤B)中气相还原剂包括H2、NH3、B2H6、单烷基硼烷、氨基硼烷、醇类、肼类、烷基铝、氨基铝烷类和烷基锌中的一种或几种。优选的，所述步骤B)中将气相还原剂以脉冲形式通入反应腔的单个脉冲的持续时间为0.01～20s。优选的，所述步骤B)中两个脉冲之间的间隔时间为0.5～30s。优选的，所述步骤B)中气相还原剂在载气存在的条件下以气相脉冲形式通入；所述载气的流量为10～200sccm。优选的，所述半导体衬底包括硅、氧化硅、氮化硅、TaN和蓝宝石中的一种或几种。本专利技术提供了一种单原子层沉积技术生长含Ni薄膜的方法，包括以下步骤：A)将衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Ni源进行沉积，得到沉积有Ni源的衬底，所述Ni源包括具有式I所示结构的化合物；B)将气相还原剂以脉冲形式通入反应腔，对沉积在衬底上的Ni源进行还原，得到沉积有Ni薄膜的衬底。本专利技术采用了具有式I结构的Ni源，将其应用在单原子层沉积技术(ALD)中，使得能够在纳米级的半导体器件上沉积形成保型性较好的含Ni沉积层。该Ni源(Ni(acac)2(TMEDA))的挥发性好、热分解温度高、并且成本低，因此能够适用于较高温度的单原子层沉积(ALD)过程，制得保型性较好的含Ni沉积层。并且，采用本专利技术中的方法制得的Ni膜电阻率更低，实验结果表明，本专利技术制得的Ni薄膜电阻率在13～24μΩ·cm。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为Ni(acac)2(TMEDA)、NiCp2与Ni(acac)2的热分解图；图2为本专利技术实施例1中的Ni薄膜的SEM图片。具体实施方式本专利技术提供了一种单原子层沉积技术生长含Ni薄膜的方法，包括以下步骤：A)将衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Ni源进行沉积，得到沉积有Ni源的衬底，所述Ni源包括具有式I所示结构的化合物：B)将气相还原剂以脉冲形式通入反应腔，对沉积在衬底上的Ni源进行还原，得到沉积有含Ni薄膜的衬底。本专利技术将衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Ni源进行沉积，得到沉积有Ni源的衬底，本专利技术优选先将所述需要沉积含Ni薄膜的衬底进行清洗，得到预处理的衬底。在本专利技术中，优选使用工业界标准清洗，如，使用SPM(H2SO4/H2O2)溶液去除衬底表面的有机沾污，使用APM(NH4OH/H2O2)溶液去除衬底表面的颗粒沾污，采用稀释的HF溶液漂洗去除衬底表面的自然氧化层。在实际应用中，不限于此种清洗方法，也可视实际应用使用其它清洗方法，如丙酮-异丙醇清洗等。得到预处理的衬底后，本专利技术优选将预处理的衬底放入原子层沉积设备的传片腔并抽真空，实现沉积所需的真空环境，达到要求的真空度后，再传入反应腔，以避免空气中的水氧扩散至反应腔影响金属膜的生长。为了进一步的保证原子层沉积设备中各管路及腔体内无水氧残留，在放置衬底前，本专利技术优选对原子层沉积设备的管路及反应腔体进行抽空或预长膜处理。在本专利技术中，衬底优选包括硅、氧化硅、氮化硅、TaN和蓝宝石中的一种或几种；所述气相Ni源包括具有式I所示结构的化合物，该化合物化学式为：Ni(acac)2(TMEDA)，本专利技术对具有式I所示结构的Ni源化合物的来源没有特殊的限制，可以按照参考文献Journal of Organometailic Chemistry,355(1988)525-532.进行合成。本专利技术优选对所述Ni源进行加热，使之气化，得到气相Ni源，所述对Ni源加热的温度优选为25～200℃，更优选为50～180℃，具体的，可以是90℃、120℃、150℃或180℃。Ni(acac)2(TMEDA)较常用Ni源如二茂镍NiCp2与乙酰丙酮镍Ni(acac)2，具有如下优势：(1)挥发性与NiCp2相仿但明显优于Ni(acac)2，且成本要远低于NiCp2；(2)热分解温度远高于Ni(acac)2，参见图1，图1为Ni(acac)2(TMEDA)、NiCp2与Ni(acac)2的热分解图。由图1可以看出，Ni(acac)2在120℃发生分解，NiCp2在172℃开始分解，而本申请中的Ni(acac)2(TMEDA)热分解温度大于300℃(经测试，300℃下Ni(acac)2(TMEDA)未发生分解)；因此Ni(acac)2(TMEDA)能够适用于较高温度的ALD过程。(3)对空气湿度敏感程度低，易于存储及运输。在本专利技术中，所述气相Ni源的单个脉冲的持续时间优选为0.05～20s，更优选为1～18s，最优选为3～15s，具体的，在本专利技术的实施例中，可以是1s、5s、8s、12s或16s；所述气相Ni源两个脉冲之间的间隔时间优选为0.5～30s，更优选为1～25s，最优选为5～20s，具体的，在本专利技术的实施例中，可以是5s、10s、15s、20s或25s；所述沉积的温度优选为125～400℃，更优选为150～350本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单原子层沉积技术生长含Ni薄膜的方法，包括以下步骤：A)将半导体衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Ni源进行沉积，得到沉积有Ni源的衬底，所述Ni源包括具有式I所示结构的化合物：B)将气相还原剂以脉冲形式通入反应腔，对沉积在衬底上的Ni源进行还原，得到沉积有含Ni薄膜的衬底。

【技术特征摘要】
1.一种单原子层沉积技术生长含Ni薄膜的方法，包括以下步骤：A)将半导体衬底置于反应腔中，在真空条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Ni源进行沉积，得到沉积有Ni源的衬底，所述Ni源包括具有式I所示结构的化合物：B)将气相还原剂以脉冲形式通入反应腔，对沉积在衬底上的Ni源进行还原，得到沉积有含Ni薄膜的衬底。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A)中以脉冲形式向反应腔中通入气相Ni源的单个脉冲的持续时间为0.05～20s。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A)中两个脉冲之间的间隔时间为0.5～30s。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A)中的沉积的温度为125～400℃。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气相Ni源在载气存在条件下以...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁玉强，杜立永，张羽翔，赵超，项金娟，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，江南大学，
类型：发明
国别省市：北京;11