[发明专利]一种热原子层沉积技术生长GeTe合金薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种热原子层沉积技术生长GeTe合金薄膜的方法，属于半导体制备技术领域。本发明采用了具有式I结构的Ge源和具有式Ⅱ结构的Te源，将其应用在热原子层沉积技术(T‑ALD)中，使得能够在纳米级的半导体器件上沉积形成保型性较好的GeTe沉积层。并且，采用本发明中的方法制得的沉积态GeTe合金薄膜的电阻更高即纯度更高。本发明制得的GeTe合金薄膜的电阻在1.4～4*10⁵Ω·cm，薄膜的均方根粗糙度在0.7nm。

技术领域

本发明涉及一种热原子层沉积技术生长GeTe合金薄膜的方法，属于半导体制备技术领域。

背景技术

随着科技的进步，半导体技术得到快速的发展，其中微电子器件中的存储器的类型及制作工艺技术随之发生了变革。相变存储器(PCRAM)融合了动态随机存储器(DRAM)的高容量、低成本及静态随机存储器(SRAM)的高速度、低电压、低功耗等优势，成为国际上公认的下一代的信息存储器。相变材料的核心组成为硫属合金薄膜，其中Ge-Sb-Te三元体系中的GeSbTe225薄膜以最为优良的综合性能倍受青睐。尤其是GeTe合金薄膜的制备是半导体存储器行业中的关键技术。

在已公开的专利中，相较于PVD、CVD技术，ALD技术具有明显优势，制得的相变材料薄膜的保型性较好，但是仍然存在沉积过程中源之间化学反应活性低、杂元素污染薄膜及工艺条件苛刻等问题。

ALD原理依赖于交替的脉冲，将前驱体蒸汽分别传送到反应室中基质材料的表面，随后发生化学吸附和界面反应的过程。在前驱体蒸汽以脉冲的形式进入沉积室后，用惰性气体对沉积室进行清洗净化，以此循环，进而根据循环次数控制所沉积薄膜的厚度。成功的ALD过程严重依赖于合适的前驱体，ALD前驱体可以是气体、液体或挥发性固体材料，其中液态前驱体为最佳选择。首先，气态前驱体不易控制，在高温条件下存在一定危险；然后，在ALD成膜过程中需要短时间内维持恒定的前驱体脉冲，而固态前驱体的挥发依赖于粒径大小，会导致前驱体脉冲不规律地变化，另外，固体前驱体在挥发过程中其表面会有杂质集中的倾向，会阻碍挥发。相比之下，液态前驱体是一个表面成分不断更新挥发的过程，能够维持恒定的表面积，有恒定持续的蒸气压，能减少前驱体的浪费，也能够更好的控制操作过程。

更具体地，理想的ALD的前驱体应该具备如下性质：

(1)具有较好的挥发性，即具有较低的挥发温度，在稍微加热或不加热的情况下，就能获得足够高的蒸汽压，将前驱体有效的传输到反应室内并达到沉积薄膜所需要的蒸汽压；(2)具有足够的热稳定性，即保证将前驱体传输到反应室的过程中及在基质表面不发生分解；(3)具有较高的化学反应活性，即前驱体必须在化学吸附或与材料表面基团快速有效反应进而沉积薄膜；(4)具有较高的化学纯度，避免杂元素的掺杂影响薄膜的性能及器件寿命；(5)利于储存运输，在正常条件下能尽可能长时间的储存且不发生分解，并在运输过程中不会发生易燃易爆的现象；(6)无毒无害，危险系数低；(7)廉价易得。

虽然，在CVD技术的基础上进化出的ALD技术可以通过合适前驱体的选择，在基质板上发生饱和的界面化学反应，实现薄膜自限制生长的特性。但是目前，ALD沉积Ge及其合金薄膜仍受到Ge前驱体缺乏的限制。

由于烷基/氨基Ge配合物的化学稳定性很高，化学反应活性低，与其他前驱体之间缺乏灵活的配体交换反应，所以多被用于CVD方法热分解沉积Ge/Ge合金薄膜。目前，仅有较少烷基/氨基Ge配合物被用作ALD前驱体沉积GST的文献报道。