[發明專利]一種熱原子層沉積技術生長GeTe合金薄膜的方法

有效

• 申請號: 201710255160.4
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107142459B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 丁玉強;杜樹雷;杜立永
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C23C16/18
• 分類號: C23C16/18;C23C16/455
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種熱原子層沉積技術生長GeTe合金薄膜的方法，屬于半導體制備技術領域。本發明采用了具有式I結構的Ge源和具有式Ⅱ結構的Te源，將其應用在熱原子層沉積技術(T?ALD)中，使得能夠在納米級的半導體器件上沉積形成保型性較好的GeTe沉積層。并且，采用本發明中的方法制得的沉積態GeTe合金薄膜的電阻更高即純度更高。本發明制得的GeTe合金薄膜的電阻在1.4～4*10⁵Ω·cm，薄膜的均方根粗糙度在0.7nm。

技術領域

本發明涉及一種熱原子層沉積技術生長GeTe合金薄膜的方法，屬于半導體制備技術領域。

背景技術

隨著科技的進步，半導體技術得到快速的發展，其中微電子器件中的存儲器的類型及制作工藝技術隨之發生了變革。相變存儲器(PCRAM)融合了動態隨機存儲器(DRAM)的高容量、低成本及靜態隨機存儲器(SRAM)的高速度、低電壓、低功耗等優勢，成為國際上公認的下一代的信息存儲器。相變材料的核心組成為硫屬合金薄膜，其中Ge-Sb-Te三元體系中的GeSbTe225薄膜以最為優良的綜合性能倍受青睞。尤其是GeTe合金薄膜的制備是半導體存儲器行業中的關鍵技術。

在已公開的專利中，相較于PVD、CVD技術，ALD技術具有明顯優勢，制得的相變材料薄膜的保型性較好，但是仍然存在沉積過程中源之間化學反應活性低、雜元素污染薄膜及工藝條件苛刻等問題。

ALD原理依賴于交替的脈沖，將前驅體蒸汽分別傳送到反應室中基質材料的表面，隨后發生化學吸附和界面反應的過程。在前驅體蒸汽以脈沖的形式進入沉積室后，用惰性氣體對沉積室進行清洗凈化，以此循環，進而根據循環次數控制所沉積薄膜的厚度。成功的ALD過程嚴重依賴于合適的前驅體，ALD前驅體可以是氣體、液體或揮發性固體材料，其中液態前驅體為最佳選擇。首先，氣態前驅體不易控制，在高溫條件下存在一定危險；然后，在ALD成膜過程中需要短時間內維持恒定的前驅體脈沖，而固態前驅體的揮發依賴于粒徑大小，會導致前驅體脈沖不規律地變化，另外，固體前驅體在揮發過程中其表面會有雜質集中的傾向，會阻礙揮發。相比之下，液態前驅體是一個表面成分不斷更新揮發的過程，能夠維持恒定的表面積，有恒定持續的蒸氣壓，能減少前驅體的浪費，也能夠更好的控制操作過程。

更具體地，理想的ALD的前驅體應該具備如下性質：

(1)具有較好的揮發性，即具有較低的揮發溫度，在稍微加熱或不加熱的情況下，就能獲得足夠高的蒸汽壓，將前驅體有效的傳輸到反應室內并達到沉積薄膜所需要的蒸汽壓；(2)具有足夠的熱穩定性，即保證將前驅體傳輸到反應室的過程中及在基質表面不發生分解；(3)具有較高的化學反應活性，即前驅體必須在化學吸附或與材料表面基團快速有效反應進而沉積薄膜；(4)具有較高的化學純度，避免雜元素的摻雜影響薄膜的性能及器件壽命；(5)利于儲存運輸，在正常條件下能盡可能長時間的儲存且不發生分解，并在運輸過程中不會發生易燃易爆的現象；(6)無毒無害，危險系數低；(7)廉價易得。

雖然，在CVD技術的基礎上進化出的ALD技術可以通過合適前驅體的選擇，在基質板上發生飽和的界面化學反應，實現薄膜自限制生長的特性。但是目前，ALD沉積Ge及其合金薄膜仍受到Ge前驅體缺乏的限制。

由于烷基/氨基Ge配合物的化學穩定性很高，化學反應活性低，與其他前驅體之間缺乏靈活的配體交換反應，所以多被用于CVD方法熱分解沉積Ge/Ge合金薄膜。目前，僅有較少烷基/氨基Ge配合物被用作ALD前驅體沉積GST的文獻報道。