[发明专利]一种原子层沉积技术ALD生长NiSix

说明书

本发明提供一种原子层沉积技术ALD生长NiSi_x薄膜的方法，包括以下步骤：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；向反应腔中充入惰性气体进行吹扫；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_x薄膜；向反应腔中充入惰性气体进行吹扫，完成一个ALD生长循环；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。本发明可以在衬底上沉积形成保型性好、表面粗糙度低的含NiSi_x沉积层。

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，尤其涉及一种原子层沉积技术ALD生长NiSi_x薄膜的方法。

背景技术

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。

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。

目前已经有少量通过ALD技术制备NiSi_x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_x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。

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_x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_x的薄膜材料在上述领域的发展。

本发明报道了一种以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_x薄膜的方法。本发明与现有技术的不同之处在于：本发明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_x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)进行发明。