CN112281138A - 一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法 - Google Patents

一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，包括以下步骤：1)将半导体衬底置于反应腔中，在真空且载气存在的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，得到沉积有Co源的衬底；2)向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫；3)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Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；4)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的操作1～3000次，即可得到生长有不同厚度的CoSix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CoSix沉积层。

Description

一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法
技术领域
本发明属于半导体制备技术领域，尤其涉及一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法。
背景技术
以Co金属硅化物作为接触材料缓解窄线宽效应问题在微电子工业中吸引了广泛的关注。作为接触金属，Co硅化物(Co-silicide)具有电阻率低、高热稳定性和高化学稳定性等突出优点。传统的Co硅化物都是采用PVD(physical vapor deposition，物理气相沉积)技术沉积一层Co金属，再通过热退火使Co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。传统的PVD方法沉积Co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，因此受到了半导体材料制备领域的青睐。
目前已经有少量通过ALD技术制备CoSix薄膜的报道，主要包括有：1)先通过ALD技术在硅衬底上沉积一层Co金属，再通过热退火使Co与硅反应生成硅化物。这种方法使用最为广泛，但是存在衬底兼容性差、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)非专利文献(Journal of Crystal Growth,2010,2215–2219)报道了以CoCp2为前驱体和以NH3 plasma及SiH4的混合气为前驱体组合通过等离子体增强ALD技术制备了钴金属硅化物材料，但是所使用的等离子体增强ALD技术对于高宽高比的衬底材料，容易导致基底损坏，且所制备的薄膜材料保型性较差。3)国际专利公开号为WO2019190795A1、美国专利公开号为US20070202254A1和非专利文献(Chemistry of Material,2015,4943-4949)分别报道了一种形成钴金属硅化物的方法，但是所使用的前驱体组合中的钴前驱体不易合成，且所报道部分钴前驱体还存在热稳定性低或具有金属Co-C键的存在，这会增加所沉积薄膜材料中杂质引入的可能性。
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CoSix材料的广泛和重要应用，迫切需要具有更多具有可行性的CoSix ALD合成工艺，促进基于CoSix的薄膜材料在上述领域的发展。
本发明报道了一种以Co(iPr-amd)2为Co前驱体和以硅烷为Si前驱体的前驱体组合通过热原子层沉积技术生长CoSix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Co源和Si源的前驱体组合来通过热原子层沉积技术进行薄膜材料制备，侧重于对整个CoSix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)的研究。
公开专利(申请号为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。
本发明选用了Co(iPr-amd)2作为Co前驱体和Si烷作为Si前驱体形成前驱体组合通过ALD进行CoSix材料的制备，该工艺在现有技术中尚未得到应用。相比其他类型的Co脒基配合物，所选择的Co(iPr-amd)2具有大小合适的空间位阻和相对分子质量，这使得该配合物具有更为优良的挥发性和热稳定性，且所选择的Co(iPr-amd)2具有容易合成以及合成成本低的优势，有利于大规模合成应用。此外通过具体的实验结果证明，相比于其它类型的Co脒基配合物，由于所选择的Co(iPr-amd)2前驱体与以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，能够制备出粗糙度更低、保型性更好的CoSix材料。
发明内容
为了解决上述至少一个技术问题，本发明提供一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，包括以下步骤：
步骤一：将半导体衬底置于反应腔中，在真空且载气存在的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫；
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Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix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；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作1～3000次，即可得到生长有不同厚度CoSix沉积层。
优选的，所述Co源为二(N,N’-二异丙基乙基脒)合钴，其化学方程式为Co(iPr-amd)2，所述硅源为SiH4，Si2H6，Si3H8，Si4H10以及其它符合SixH2x+2比例的硅烷中的一种或一种以上。
优选的，所述气相Co源是由Co源加热气化得到的，所述Co源加热的温度为40～200℃。
优选的，所述步骤一中以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积的单个脉冲的持续时间为0.05～20s，沉积温度为125～400℃。
优选的，所述载气的流量为10～200sccm。
优选的，所述步骤二中对Co源的衬底进行吹扫的时间为1～50s，其中惰性气体流量为10～300mL/min，维持体系压力为1.5×103～8×103Pa。
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。
优选的，所述步骤三中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。
优选的，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。
优选的，所述硅源若为气态硅源直接作为气相硅源使用，若为非气态硅源则需进行加热，其加热的温度为25～150℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明首次将Co(iPr-amd)2作为Co源和以硅烷作为硅源的前驱体组合用于热原子层沉积技术中，对CoSix薄膜材料相关领域发展意义重大，能够在纳米级的半导体衬底上沉积形成保型性好的CoSix沉积层；
(2)本发明所采用的Co源热稳定性高、挥发性好、容易合成，且由于所采用的Co源和硅源两者之间具有合适、匹配的反应活性，使得生成的CoSix沉积层的表面粗糙度低(小于1nm)；
(3)本发明所制得的CoSix薄膜，其Co在Si中的扩散以及Co和Si的比例容易控制；
(4)本发明方法对多种半导体衬底如硅、氧化硅、氮化硅、TaN以及蓝宝石均表现出兼容性。
附图说明
图1为本发明的步骤图；
图2为本发明的实施例1中的CoSix薄膜的SEM图片；
图3为本发明的实施例1中的CoSix薄膜的AFM图片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下对本发明做进一步描述：
实施例：
如附图1所示，一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，包括以下步骤：
步骤一：为了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，本发明可选择对原子层沉积设备的管路及反应腔体进行加热抽空，将半导体衬底置于反应腔中，在真空且载气存在的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫；
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Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix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；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作1～3000次，即可得到生长有不同厚度CoSix沉积层。
具体的，所述Co源为Co(iPr-amd)2，所述Si源为SiH4，Si2H6，Si3H8，Si4H10以及其它符合SixH2x+2比例的硅烷中的一种或一种以上。
具体的，所述气相Co源是由Co源加热气化得到的，所述Co源加热的温度为40～200℃，更可选为50～180℃，其温度可以是75℃、120℃、150℃或180℃中的一种。
具体的，所述步骤一中以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积的持续时间为0.05～20s，更可选为1～18s，最可选为3～15s，可以是2s、6s、8s或12s中的一种，所述沉积的温度为125～400℃有，更可选为150～350℃，最优选为200～300℃，可以是200℃、240℃、265℃或315℃中的一种。
具体的，所述载气的流量为10～200sccm，更优选为20～160sccm，最优选为60～120sccm，可以是20sccm、80sccm、120sccm或150sccm中的一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中对Co源的衬底进行吹扫的时间为1～50s，可选为5～50s，更可选为10～45s，最可选为15～40s，其中惰性气体流量为10～300mL/min，维持体系压力为1.5×103～8×103Pa。
具体的，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。
具体的，所述步骤三中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，更可选为1～15s，更可选为5～10s，可以是5s、10s、15s或20s中的一种。所述硅源的载气可选为高纯氮气或高纯氩气，所述载气的流量可选为10～200sccm，更可选为20～160sccm，最可选为60～120sccm。
具体的，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。
具体的，所述硅源中为气态硅源的直接作为气相硅源使用，若为非气态硅源则需进行加热，使之气化，形成气相硅源，其加热的温度为25～150℃，具体的，在本发明的实施例中，可以是40、60或80℃。
具体的，所述重复步骤一至步骤四的操作可选为100～2500次，更可选为300～2000次，可以是100次、200次、500次、1000次或2000次其中一种。
实施例1
以Co(iPr-amd)2为Co源，以SiH4为硅源的CoSix薄膜热原子层沉积方法，包括以下过程：
步骤一：将Si衬底置于反应腔中，对Co(iPr-amd)2进行加热，加热温度为75℃，使之气化，以高纯氮气为载气，载气流量为20sccm，并在真空的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，沉积温度为240℃，沉积时间为12s，等待时间为10s，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫，吹扫时间为25s；
步骤三：将SiH4作为硅源，在载气流量为60sccm的条件下，以脉冲形式通入反应腔，脉冲时间为5s，等待时间为20s，与沉积在衬底上的Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix薄膜向反应腔中充入惰性气体进行吹扫，吹扫时间为15s，完成一个ALD生长循环；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作200次，即可得到厚度为32nm的CoSix沉积层。
薄膜的沉积速率为0.2nm/循环，沉积速率较高。本发明对实施例1得到的CoSix薄膜进行扫面电镜测试，结果如图2所示，由图1可以看出本实施例得到的CoSix薄膜保形性较好。
同时，本发明对实施例1得到的CoSix薄膜通过原子力显微镜进行表面粗糙度测试，结果如图3所示，由图3可以看出本实施例得到的薄膜表面非常光滑，其表面粗糙度＜1nm。
实施例2
利用不同硅源制备CoSix薄膜
将实施例1中的硅源分别替换成Si2H6、Si3H8、Si4H10，其他操作步骤和参数保持不变。
结果显示，重复循环100次，所得CoSix薄膜厚度分别为7.4nm、8.9nm、10.3nm，表面粗糙度分别为0.211nm、0.283nm、0.337nm。
实施例3
以Co(iPr-amd)2为Co源，以乙硅烷Si2H6为硅源的CoSix薄膜原子层沉积方法，包括以下过程:
步骤一：将氧化硅衬底置于反应腔中，对Co(iPr-amd)2进行加热，加热温度为120℃，使之气化，以高纯氮气为载气，载气流量为80sccm，并在真空的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，沉积温度为240℃，脉冲时间为6s，等待时间为20s，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫，吹扫时间为45s；
步骤三：将Si2H6作为硅源，在载气流量为20sccm的条件下，以脉冲形式通入反应腔，脉冲时间为15s，等待时间为15s，与沉积在衬底上的Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix薄膜向反应腔中充入惰性气体进行吹扫，吹扫时间为35s，完成一个ALD生长循环；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作循环500次，即可得到厚度为23nm、表面粗糙度为0.477nm的CoSix沉积层。
实施例4
以Co(iPr-amd)2为Co源，以Si3H8为硅源的CoSix薄膜热原子层沉积方法，包括以下过程:
步骤一：将氧化硅衬底置于反应腔中，对Co(iPr-amd)2进行加热，加热温度为150℃，使之气化，以高纯氮气为载气，载气流量为120sccm，并在真空的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，沉积温度为315℃，脉冲时间为8s，等待时间为5s，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫，吹扫时间为15s；
步骤三：将Si3H8作为硅源进行加热，加热温度为40℃，使之气化，在以高纯氩气为载气，流量为160sccm的条件下，以脉冲形式通入反应腔，脉冲时间为20s，等待时间为10s，与沉积在衬底上的Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix薄膜向反应腔中充入惰性气体进行吹扫，吹扫时间为5s，完成一个ALD生长循环；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作循环1000次，即可得到厚度为45nm、表面粗糙度为0.415nm的CoSix沉积层。
实施例5
以Co(iPr-amd)2为Co源，以Si4H10为硅源的CoSix薄膜热原子层沉积方法，包括以下过程:
步骤一：将蓝宝石衬底置于反应腔中，对Co(iPr-amd)2进行加热，加热温度为180℃，使之气化，以高纯氮气为载气，载气流量为150sccm，并在真空的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，脉冲时间为2s，等待时间为15s，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫，吹扫时间为35s；
步骤三：将Si4H10作为硅源进行加热，加热温度为60℃，使之气化，在以高纯氩气为载气，流量为90sccm的条件下，以脉冲形式通入反应腔，脉冲时间为10s，等待时间为10s，与沉积在衬底上的Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix薄膜向反应腔中充入高纯氮气进行吹扫，吹扫时间为15s，完成一个ALD生长循环；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作循环2000次，即可得到厚度为32nm、表面粗糙度为0.571nm的CoSix沉积层。
实施例6
以Co(iPr-amd)2为Co源，以Si4H10为硅源的CoSix薄膜热原子层沉积方法，包括以下过程:
步骤一：将TaN衬底置于反应腔中，对Co(iPr-amd)2进行加热，加热温度为180℃，使之气化，以高纯氮气为载气，载气流量为150sccm，并在真空的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，脉冲时间为2s，等待时间为15s，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫，吹扫时间为35s；
步骤三：将Si4H10作为硅源进行加热，加热温度为80℃，使之气化，在以高纯氩气为载气，流量为90sccm的条件下，以脉冲形式通入反应腔，脉冲时间为10s，等待时间为10s，与沉积在衬底上的Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix薄膜向反应腔中充入高纯氮气进行吹扫，吹扫时间为15s，完成一个ALD生长循环；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作循环2000次，即可得到厚度为47nm、表面粗糙度为0.628nm的CoSix沉积层。
需要说明的是，在本文中，而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
对比例1：
和实施例1相比，其他参数不变，改变所使用Co源为Co(nPr-amd)2。
以Co(nPr-amd)2为Co源，以SiH4为硅源的CoSix薄膜热原子层沉积方法，包括以下过程：
步骤一：将Si衬底置于反应腔中，对Co(nPr-amd)2进行加热，加热温度为120℃，使之气化，以高纯氮气为载气，载气流量为20sccm，并在真空的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，沉积温度为240℃，沉积时间为12s，等待时间为10s，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫，吹扫时间为25s；
步骤三：将SiH4作为硅源，在载气流量为60sccm的条件下，以脉冲形式通入反应腔，脉冲时间为5s，等待时间为20s，与沉积在衬底上的Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix薄膜向反应腔中充入惰性气体进行吹扫，吹扫时间为15s，完成一个ALD生长循环；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作200次，即可得到厚度为12nm的CoSix沉积层。
对比例1所制备薄膜材料的沉积速率为0.06nm/循环，表面粗糙度为2.82nm，所沉积薄膜存在不连续现象。同实施例1所得结果对比可知，实施例1所制备的薄膜材料具有更高的生长速率、更光滑的表面以及更好的薄膜保型性。对比例1所得结果较差的原因在于所使用Co源Co(nPr-amd)2与所使用硅源之间的反应活性不匹配，以及对比例1所使用的Co源挥发性和热稳定性要差于实施例1所使用Co源，最终导致对比例1所沉积薄膜材料不连续、表面粗糙以及生长速率低。
对比例2
和实施例3相比，其他参数不变，改变所使用Co源为Co(tBu-amd)2。
以Co(tBu-amd)2为Co源，以乙硅烷Si2H6为硅源的CoSix薄膜原子层沉积方法，包括以下过程:
步骤一：将氧化硅衬底置于反应腔中，对Co(tBu-amd)2进行加热，加热温度为120℃，使之气化，以高纯氮气为载气，载气流量为80sccm，并在真空的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，沉积温度为240℃，脉冲时间为6s，等待时间为20s，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫，吹扫时间为45s；
步骤三：将Si2H6作为硅源，在载气流量为20sccm的条件下，以脉冲形式通入反应腔，脉冲时间为15s，等待时间为15s，与沉积在衬底上的Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix薄膜向反应腔中充入惰性气体进行吹扫，吹扫时间为35s，完成一个ALD生长循环；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作循环500次。实验结果表明无薄膜材料沉积。
对比例2所使用Co(tBu-amd)2与实施例3所使用Co源Co(iPr-amd)2具有接近的挥发性和热稳定性，然而实施例3所得结果要明显优于对比例2，这是因为实施例3所使用Co源中具有β氢的存在，这使得以Co(iPr-amd)2和Si2H6的前驱体组合之间具有更合适匹配的反应活性，更利于沉积出性能优良的薄膜材料。而对比例2所使用的Co源和硅源之间反应活性不匹配，导致无薄膜材料沉积。
对比例3
和实施例4相比，其他参数不变，改变所使用Co源为Co(Cy-amd)2。
以Co(Cy-amd)2为Co源，以Si3H8为硅源的CoSix薄膜热原子层沉积方法，包括以下过程:
步骤一：将氧化硅衬底置于反应腔中，对Co(Cy-amd)2进行加热，加热温度为180℃，使之气化，以高纯氮气为载气，载气流量为120sccm，并在真空的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，沉积温度为315℃，脉冲时间为8s，等待时间为5s，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫，吹扫时间为15s；
步骤三：将Si3H8作为硅源进行加热，加热温度为40℃，使之气化，在以高纯氩气为载气，流量为160sccm的条件下，以脉冲形式通入反应腔，脉冲时间为20s，等待时间为10s，与沉积在衬底上的Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix薄膜向反应腔中充入惰性气体进行吹扫，吹扫时间为5s，完成一个ALD生长循环；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作循环1000次，即可得到厚度为15nm的CoSix沉积层。
对比例3所制备薄膜材料的沉积速率为0.015nm/循环，表面粗糙度为3.31nm。同对比例3所得结果对比可知，实施例4所制备的薄膜材料具有更高的生长速率、更光滑的表面。对比例3所得结果较差的原因在于所使用Co源Co(Cy-amd)2与所使用硅源之间的反应活性不匹配，以及对比例3所使用的Co源挥发性和热稳定性要差于实施例3所使用Co源，最终导致对比例3所沉积薄膜材料表面粗糙且生长速率较低。

Claims (10)

1.一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix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，在真空且载气存在的条件下，以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源进行沉积，得到沉积有Co源的衬底；
步骤二：向反应腔中充入惰性气体对沉积有Co源的衬底进行吹扫；
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Co源进行单原子反应，得到纳米CoSix薄膜；
步骤四：得到纳米CoSix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；
步骤五：重复步骤一至步骤四的操作1～3000次，即可得到生长有不同厚度CoSix沉积层。
2.根据权利要求1所述的一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，其特征在于，所述Co源为二(N,N’-二异丙基乙基脒)合钴，其化学方程式为Co(iPr-amd)2，所述硅源为SiH4，Si2H6，Si3H8，Si4H10以及其它符合SixH2x+2比例的硅烷中的一种或一种以上。
3.根据权利要求1所述的一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，其特征在于，所述气相Co源是由Co源加热气化得到的，所述Co源加热的温度为40～200℃。
4.根据权利要求1所述的一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，其特征在于，所述步骤一中以脉冲形式向反应腔中通入气相Co源的单个脉冲的持续时间为0.05～20s，沉积温度为125～400℃。
5.根据权利要求1所述的一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，其特征在于，所述载气的流量为10～200sccm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中对Co源的衬底进行吹扫的时间为1～50s，其中惰性气体流量为10～300mL/min，维持体系压力为1.5×103～8×103Pa。
7.根据权利要求1所述的一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，其特征在于，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。
8.根据权利要求1所述的一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，其特征在于，所述步骤三中以脉冲形式通入反应腔的气相硅源的单个脉冲的持续时间为0.01～20s，沉积温度为125～400℃。
9.根据权利要求1所述的一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，其特征在于，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。
10.根据权利要求1所述的一种热原子层沉积技术ALD生长CoSix薄膜的方法，其特征在于，所述硅源若为气态硅源直接作为气相硅源使用，若为非气态硅源则需进行加热，其加热的温度为25～150℃。
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