[發明專利]一種熱原子層沉積技術ALD生長CoSix

在審

• 申請號: 202011077350.X
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112281138A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 張羽翔;姚川;李會;張時星;呂春杰;梁曉雪;莫美娟;湛亞琴;劉娜;王恒
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: C23C16/42
• 分類號: C23C16/42;C23C16/455
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 涂琪順

本發明提供了一種熱原子層沉積技術ALD生長CoSi_x薄膜的方法，包括以下步驟：1)將半導體襯底置于反應腔中，在真空且載氣存在的條件下，以脈沖形式向反應腔中通入氣相Co源進行沉積，得到沉積有Co源的襯底；2)向反應腔中充入惰性氣體對沉積有Co源的襯底進行吹掃；3)在載氣存在的條件下，以脈沖形式向反應腔通入硅源，所述硅源為氣相硅源，與沉積在襯底上的Co源進行單原子反應，得到納米CoSi_x薄膜；4)向反應腔中充入惰性氣體進行吹掃，完成一個ALD生長循環；重復步驟一至步驟四的操作1～3000次，即可得到生長有不同厚度的CoSi_x沉積層。本發明可以在襯底上沉積形成保型性好、表面粗糙度低的含CoSi_x沉積層。

技術領域

本發明屬于半導體制備技術領域，尤其涉及一種熱原子層沉積技術ALD生長CoSi_x薄膜的方法。

背景技術

以Co金屬硅化物作為接觸材料緩解窄線寬效應問題在微電子工業中吸引了廣泛的關注。作為接觸金屬，Co硅化物(Co-silicide)具有電阻率低、高熱穩定性和高化學穩定性等突出優點。傳統的Co硅化物都是采用PVD(physical vapor deposition，物理氣相沉積)技術沉積一層Co金屬，再通過熱退火使Co與硅反應生成硅化物。

由于微電子和深亞微米芯片技術的發展要求器件和材料的尺寸不斷降低，而器件中的高寬比不斷增加，這樣所使用材料的厚度降低至幾個納米數量級。傳統的PVD方法沉積Co形成金屬硅化物已不能滿足需求。ALD(Atomic layer deposition,原子層沉積)技術相比其它沉積方法具有優異的成膜保型性、三維貼合性以及成膜均勻性，并且原子層級別厚度和組成可控，因此受到了半導體材料制備領域的青睞。

目前已經有少量通過ALD技術制備CoSi_x薄膜的報道，主要包括有：1)先通過ALD技術在硅襯底上沉積一層Co金屬，再通過熱退火使Co與硅反應生成硅化物。這種方法使用最為廣泛，但是存在襯底兼容性差、所形成薄膜材料中元素比例不易控制、元素之間不容易擴散的問題。2)非專利文獻(Journal of Crystal Growth,2010,2215–2219)報道了以CoCp₂為前驅體和以NH₃ plasma及SiH₄的混合氣為前驅體組合通過等離子體增強ALD技術制備了鈷金屬硅化物材料，但是所使用的等離子體增強ALD技術對于高寬高比的襯底材料，容易導致基底損壞，且所制備的薄膜材料保型性較差。3)國際專利公開號為WO2019190795A1、美國專利公開號為US20070202254A1和非專利文獻(Chemistry of Material,2015,4943-4949)分別報道了一種形成鈷金屬硅化物的方法，但是所使用的前驅體組合中的鈷前驅體不易合成，且所報道部分鈷前驅體還存在熱穩定性低或具有金屬Co-C鍵的存在，這會增加所沉積薄膜材料中雜質引入的可能性。

ALD過程的實質是基于前驅體的一系列表面化學反應過程，合適、匹配的前驅體組合是制備材料成功的關鍵。以不合適的前驅體組合進行原子層沉積會對所沉積薄膜材料的組成、粗糙度、晶相、保型性、均勻性、導電性等多種物理和化學性質產生重大影響，甚至不能夠制備出薄膜材料，因此通過ALD成功制備出性能優異的目標材料的關鍵即是尋找出合適、匹配的前驅體組合。

金屬前驅體受ALD技術特點限制，需要有好的揮發性、熱穩定性以及與制備某種目標材料所需的另一種前驅體之間具備合適的反應活性，且不同的前驅體組合對所制備薄膜材料的種類和性能也具有非常重要的影響。因此，尋找出這樣的前驅體組合非常具有挑戰性。鑒于CoSi_x材料的廣泛和重要應用，迫切需要具有更多具有可行性的CoSi_x ALD合成工藝，促進基于CoSi_x的薄膜材料在上述領域的發展。