一种原子层沉积技术ALD生长NiSi制造技术

本发明专利技术提供一种原子层沉积技术ALD生长NiSi

【技术实现步骤摘要】
一种原子层沉积技术ALD生长NiSi
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薄膜的方法


[0001]本专利技术属于半导体制备
，尤其涉及一种原子层沉积技术ALD生长NiSi
x
薄膜的方法。

技术介绍

[0002]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)技术沉积一层Ni金属，再通过热退火使Ni与硅反应生成硅化物。
[0003]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，传统的PVD方法沉积Ni形成金属硅化物已不能满足需求。ALD(Atomic layer deposition,原子层沉积)技术相比其它沉积方法具有优异的成膜保型性、三维贴合性以及成膜均匀性，并且原子层级别厚度和组成可控，因此受到了半导体制备领域的青睐。
[0004]目前已经有少量通过ALD技术制备NiSi
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薄膜的报道，主要包括有：1)先在硅衬底上先沉积一层Ni金属，再通过热退火使Ni与硅反应生成硅化物，这种方法存在衬底兼容性差、所形成薄膜材料中元素比例不易控制、元素之间不容易扩散的问题。2)美国公开专利US009206507B2提及了一种以还原气与Ni(R-N＝CH-CH＝N-R)2和硅前驱体为组合沉积NiSi
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薄膜的方法，但是所使用工艺沉积步骤较传统两步法沉积步骤增多，这会增加成本以及增加杂质引入的可能性。
[0005]ALD过程的实质是基于前驱体的一系列表面化学反应过程，合适、匹配的前驱体组合是制备材料成功的关键。以不合适的前驱体组合进行原子层沉积会对所沉积薄膜材料的组成、粗糙度、晶相、保型性、均匀性、导电性等多种物理和化学性质产生重大影响，甚至不能够制备出目标薄膜材料，因此通过ALD成功制备出性能优异的目标材料的关键即是寻找出合适、匹配的前驱体组合。金属前驱体受ALD技术特点限制，需要有好的挥发性、热稳定性以及与制备某种目标材料所需的另一种前驱体之间具备合适的反应活性，且不同的前驱体组合对所制备薄膜材料的种类和性能也具有非常重要的影响。因此，寻找出这样的前驱体组合非常具有挑战性。鉴于NiSi
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材料的广泛和重要应用，迫切需要具有更多具有可行性的NiSi
x ALD合成工艺，促进基于NiSi
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的薄膜材料在上述领域的发展。
[0006]本专利技术报道了一种以Ni(tBu-amd)2为Ni前驱体和以硅烷为Si前驱体的前驱体组合通过原子层沉积技术生长NiSi
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薄膜的方法。本专利技术与现有技术的不同之处在于：本专利技术致力于通过寻找合适的Ni源和Si源的前驱体组合来通过原子层沉积技术进行薄膜材料制备，侧重于对整个NiSi
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薄膜ALD合成工艺(包括前驱体组合、ALD沉积工艺参数、所沉积的薄膜材料)进行专利技术。
[0007]公开专利(申请号：CN102344460B)报道了以脒基金属配合物为前驱体的原子层沉
积，制备了纯金属、金属氧化物以及金属氮化物等薄膜材料。然而该技术专利侧重于脒基前驱体，对前驱体组合以及相应的ALD沉积工艺侧重较少，且只提及了纯金属、金属氧化物以及金属氮化物等种类的薄膜材料的制备。正如前文所述，合适、匹配的前驱体组合是成功制备目标材料的关键，以不合适的前驱体组合进行原子层沉积会对所沉积薄膜材料的组成、粗糙度、晶相、保型性、均匀性、导电性等多种物理和化学性质以及相应的薄膜生长参数都产生重大影响，甚至不能够制备出目标薄膜材料。
[0008]本专利技术选择了Ni(tBu-amd)2作为Ni前驱体和Si烷作为Si前驱体形成前驱体组合通过ALD进行NiSi
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材料的制备，该工艺在现有技术中尚未得到应用。相比于其它类型的Ni脒基配合物，所选择的Ni(tBu-amd)2配合物中所包含的tBu基团具有合适的空间位阻以及无β氢的存在，这会使得配合物具有更高的热稳定性和挥发性，从而避免很多Ni脒基配合物所存在的由于热稳定性差而影响所沉积薄膜材料性能的问题，且所选择的Ni(tBu-amd)2容易合成，有利于大规模合成应用。
[0009]此外通过具体的实验结果证明，相比于其它类型的Ni脒基配合物，由于所选择的Ni(tBu-amd)2前驱体与Si烷为Si前驱体的前驱体组合之间具有更合适、匹配的反应活性，能够制备出表面粗糙度更低、保型性更好的NiSi
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材料。

技术实现思路

[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种原子层沉积技术ALD生长NiSi
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薄膜的方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一：将半导体衬底置于反应腔中，在真空条件且载气存在的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入Ni源进行沉积，所述Ni源为气相Ni源，得到沉积有Ni源的衬底；
[0012]步骤二：向反应腔中充入惰性气体进行吹扫；
[0013]步骤三：在载气存在的条件下，以脉冲形式向反应腔通入硅源，所述硅源为气相硅源，与沉积在衬底上的Ni源进行单原子反应，得到纳米NiSi
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薄膜；
[0014]步骤四：向反应腔中充入惰性气体进行吹扫，完成一个ALD生长循环；
[0015]步骤五：重复步骤一至步骤四1～3000次，通过重复不同次数制备得到不同厚度的NiSi
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沉积层。
[0016]优选的，所述Ni源为二(N,N
’-
二叔丁基乙基脒)合镍，其化学方程式为Ni(tBu-amd)2，所述硅源为SiH4，Si2H6，Si3H8，Si4H
10
以及其它符合SixH
2x+2
比例的硅烷的其中一种或一种以上。
[0017]优选的，所述步骤一中以脉冲形式向反应腔中通入气相Ni源进行沉积的单个脉冲的持续时间为0.05～20s，所述沉积的温度为125～400℃。
[0018]优选的，所述载气的流量为10～200sccm。
[0019]优选的，所述步骤二中吹扫时间为1～50s，惰性气体流量为10～300mL/min，维持体系压力为1.5
×
103～8
×
103Pa。
[0020]优选的，所述惰性气体为高纯氮气或高纯氩气中的一种或者一种以上。
[0021]优选的，所述的步骤三以脉冲形式通入反应腔的硅源的单个脉冲的持续时间为0.01～20s。
[0022]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。
[0023]优选的，所述气相Ni源由Ni源加热气化而成，其加热的温度为25～200℃。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原子层沉积技术ALD生长NiSi
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薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将半导体衬底置于反应腔中，在真空条件且载气存在的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入Ni源进行沉积，所述Ni源为气相Ni源，得到沉积有Ni源的衬底；步骤二：向反应腔中充入惰性气体进行吹扫；步骤三：在载气存在的条件下，以脉冲形式向反应腔通入硅源，所述硅源为气相硅源，与沉积在衬底上的Ni源进行单原子反应，得到纳米NiSi
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薄膜；步骤四：向反应腔中充入惰性气体进行吹扫，完成一个ALD生长循环；步骤五：重复步骤一至步骤四1～3000次，通过重复不同次数制备得到不同厚度的NiSi
x
沉积层。2.根据权利要求1所述的一种原子层沉积技术ALD生长NiSi
x
薄膜的方法，其特征在于，所述Ni源为二(N,N
’-
二叔丁基乙基脒)合镍，其化学方程式为Ni(tBu-amd)2，所述硅源为SiH4，Si2H6，Si3H8，Si4H
10
以及其它符合Si
x
H
2x+2
比例的硅烷的其中一种或一种以上。3.根据权利要求1所述的一种原子层沉积技术ALD生长NiSi
x

【专利技术属性】
技术研发人员：张羽翔，姚川，张时星，李会，吕春杰，赵艳玲，周琪，甘娜，张慧，阴文玉，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：