一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法，属于半导体技术领域，该方法包括如下步骤：步骤1)、将衬底放入原子层沉积设备中，加热；步骤2)、将有机硅前驱体装在不锈钢源瓶中，源瓶通过管路和原子层沉积设备的反应腔相连；步骤3)、将硅前驱体蒸气以脉冲形式带入反应腔；步骤4)、向反应腔中通入惰性气体，进行第一次吹扫；步骤5)、向反应腔中通入H2，通过电感耦合或电容耦合放电，生成H2等离子；步骤6)、向反应腔中通入惰性气体，进行第二次吹扫；步骤7)、重复步骤3)

【技术实现步骤摘要】
一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法。

技术介绍

[0002]半导体芯片的晶体管制作过程中，新型Ge/Si复合道沟层与传统Si道沟层相比，由于其具有较高的载流子浓度，能有效提高电路的速度，降低短道沟效应，在先进制程的半导体器件中已逐步得以应用。Ge/Si复合道沟层的制备可通过循环沉积多层Ge膜和Si膜的方法并配合热处理工艺而获得。对于3D结构的晶体管而言，利用原子层沉积方式获得Ge膜和Si膜将成为唯一选择。关于原子层沉积Ge膜的方法，已在专利CN113823555A(目前在实审阶段)中加以说明，本文着重讲述利用原子层沉积方式沉积Si单质薄膜的方法
[0003]单质Si薄膜的沉积方法主要有：
[0004](1)磁控溅射(PVD)：磁控溅射法制备的薄膜台阶覆盖率差，沉积速率高，不利于精确控制薄膜厚度，无法满足先进制程器件发展的要求。
[0005](2)化学气相沉积(CVD)：化学气相沉积一般采用SiH4和H2反应，要求的反应温度比较高，一般在600℃
‑
1100℃，与当前的很多工艺不兼容。
[0006](3)原子层沉积(ALD)：对于先进制程的需求，精准控制Ge/Si复合膜中Si的厚度及均匀性，原子层沉积技术被认为是唯一可用的沉积方式。
[0007]通常情况下，利用原子层沉积方法沉积单质硅，所用的前驱体材料为硅烷或卤代硅烷，比如：SiH4，Si2H6，SiCl4,Si2Cl6,SiCl2H2等等，而还原剂一般为氢气，或氢等离子。利用硅烷或氯代硅烷作为ALD前驱体沉积Si单质工艺非常复杂(有些包含高温工艺，有些包含工艺过程中的腔体温度及压力的升降，有些包含特殊电子枪的介入)，降低生产效率，提高生产成本；同时，利用卤代硅烷作为ALD前驱体沉积Si单质工艺时，由于副产物是HCl等气体，对腔体及排气管路的抗腐蚀性提出了很高的要求，而且，为了降低HCl的外泄的可能性，对设备的定期维护提出更高要求。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法，以提高生产效率、降低生产成本，解决设备的腔体及管路腐蚀问题。
[0009]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0010]一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法，包括如下步骤：
[0011]步骤1)、将衬底放入原子层沉积设备中，反应腔体加热温度为200
‑
400℃、抽真空至1
‑
30Pa；
[0012]步骤2)、将至少一种具有以下结构式的有机硅前驱体装在不锈钢源瓶中，源瓶通过管路和原子层沉积设备的反应腔相连；
[0013][0014]其中，R1和R2独立选自直链或支链C1至C6的烃基；
[0015]步骤3)、将硅前驱体以蒸气脉冲的形式通入反应腔；该前驱体分子会和衬底上表面活性基团进行化学吸附；
[0016]步骤4)、向反应腔中通入惰性气体，吹扫过量的硅前驱体和反应副产物，吹扫时间为1
‑
50s；
[0017]步骤5)、向反应腔中通入H2，通过耦合放电，生成H2等离子；与衬底表面已吸附的硅源反应，生成单原子层硅薄膜；
[0018]步骤6)、向反应腔中通入惰性气体，吹扫过量的H2等离子及反应副产物，吹扫时间为1
‑
50s；
[0019]步骤7)、重复步骤3)
‑
步骤6)至预设厚度。
[0020]进一步地，所述衬底为硅片、锗片、S iO2片、石英、玻璃中的一种。
[0021]进一步地，惰性气体为N2、Ar、He、Kr中的一种。
[0022]进一步地，源瓶加热温度为30
‑
100℃，管路加热温度50
‑
200℃。
[0023]进一步地，步骤5)中H2等离子时间为1
‑
30s。
[0024]进一步地，步骤5)中耦合放电为电感耦合放电、电容耦合放电中的一种。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术提供了一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法，通过反应条件的控制，可以精准控制薄膜沉积速率，有效降低沉积温度(温度低于400℃)，台阶覆盖率高，适合先进制程的薄膜沉积。
[0027]本专利技术中选用无卤硅烷作为前驱体，不会产生副产物HC l等，可以避免副产物对腔体的腐蚀，降低腔体及排气管道对于抗腐蚀性的要求。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]沉积速率计算方法：薄膜厚度/循环次数
[0030]薄膜厚度测量仪器：椭偏仪
[0031]薄膜中元素成分分析是采用X射线光电子能谱仪(XPS)
[0032]薄膜密度分析是采用X射线反射法(XRR)
[0033]薄膜粗糙度测量仪器：原子力显微镜(AFM)
[0034]实施例1
[0035]本实施例提供一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法，包括如下步骤：
[0036]步骤1)、将硅片衬底放入原子层沉积设备中，反应腔体加热温度为200℃、抽真空至3Pa；
[0037]步骤2)、将二异丙氨基硅烷(DIPAS)装在不锈钢源瓶中，源瓶通过管路和原子层沉积设备的反应腔相连，源瓶加热温度为30℃，管路加热温度50℃；
[0038]步骤3)、通入Ar，将二异丙氨基硅烷的蒸气以脉冲形式通入反应腔，脉冲时间0.5s；
[0039]步骤4)、向反应腔中通入Ar，吹扫；吹扫的时间为20s；
[0040]步骤5)、向反应腔中通入H2，通过电感耦合放电(ICP)，生成H2等离子，等离子功率为150W，H2等离子时间为10s，H2流量：100sccm；与衬底表面的已化学吸附的硅源反应，生成硅薄层；
[0041]步骤6)、向反应腔中通入Ar进行吹扫；吹扫的时间为30s；
[0042]步骤7)、重复步骤3)
‑
步骤6)200个循环。
[0043]实施例2
[0044]本实施例提供一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法，包括如下步骤：
[0045]步骤1)、将硅片放入原子层沉积设备中，反应腔体加热温度为300℃、抽真空至3Pa；
[0046]步骤2)、将二异丙氨基硅烷装在不锈钢源瓶中，源瓶通过管路和原子层沉积设备的反应腔相连，源瓶加热温度为30℃，管路加热温度50℃；
[0047]步骤3)、通入Ar，将二异丙氨基硅烷的蒸气以脉冲形式通入反应腔，脉冲时间0.5s；
[0048]步骤4)、向反应腔中通入Ar气，进行吹扫；吹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、将衬底放入原子层沉积设备中，腔体加热温度为200
‑
400℃；步骤2)、将至少一种具有以下式有机硅前驱体装在不锈钢源瓶中，源瓶通过管路和原子层沉积设备的反应腔相连；其中，R1和R2独立选自直链或支链C1至C6的烃基；步骤3)、将硅前驱体以蒸气形式脉冲通入反应腔；步骤4)、向反应腔中通入惰性气体，吹扫；步骤5)、向反应腔中通入H2，通过耦合放电，生成H2等离子；步骤6)、向反应腔中通入惰性气体，进行吹扫；步骤7)、重复步骤3)
‑
步骤6)至预设厚度。2.根据权利要求1所述的一种使用有机硅前驱体制备硅薄膜的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：扈静，邢孟孟，芮祥新，汪穹宇，李建恒，
申请(专利权)人：合肥安德科铭半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：