一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法与流程

本发明涉及芯片制造，具体为一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法。

背景技术：

1、在集成电路（ic）行业中，锆铪氧化物（hzo）沉积膜因其兼具了氧化铪（hfo2）和氧化锆（zro2）的优势，成为了现代芯片制造中不可或缺的关键材料。相较于纯hfo2，hzo在掺杂锆后可以抑制结晶化、相变，提高材料的热稳定性，适用于高温工艺流程（natureelectronics,2025,8,560-570）；特别的配比（如hf0.5zr0.5o2）更赋予了锆铪氧化物材料铁电特性，能够在5nm技术节点中用于制造fefet（铁电场效应晶体管），是下一代非易失性存储器（nvm）制造的关键材料（ieee transactions on electron devices,2024,71,6698-6705）。因此，在集成电路制造中，锆铪氧化物材料中锆铪比例的控制以及成膜均匀性和保形性至关重要。

2、锆铪氧化物的成膜主要采用原子层沉积（ald）技术和化学气相沉积（cvd）技术。但是目前的技术普遍存在锆铪比例难以控制，得到的锆铪氧化物薄膜的均匀性、纯度、致密度、厚度控制不好，影响产品质量。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，形成的薄膜质量良好，锆铪氧化物薄膜均匀致密，厚度可控，碳污染低。

2、本发明的技术方案：

3、一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，包括以下步骤：异配型锆配合物和异配型铪配合物进行物理混合后得到异配型锆铪前驱体，在氮气保护下将异配型锆铪前驱体混合物置于ald成膜机的源瓶中，通过ald技术在硅晶圆上形成锆铪氧化物沉积膜层。

4、优选的，所述异配型锆配合物中含有大位阻胺基醇配体l和小位阻二甲氨基配体nme2两种配体，表示为zr(l)(nme2)3或zr(l)2(nme2)2；

5、所述异配型铪配合物中含有与锆配合物相同的大位阻胺基醇基配体l和二甲氨基配体nme2，表示为hf(l)(nme2)3或hf(l)2(nme2)2；

6、l的结构如下所示：

7、

8、其中，r1选自氢或c1~c4烷基，r2选自c1~c4烷基，r3选自氢或c1~c4烷基，r4选自氢或c1~c4烷基。

9、优选的，锆配合物和铪配合物摩尔比为1：0.5~2。

10、优选的，锆铪氧化物沉积膜层中锆铪原子比为1：0.5~2.2。

11、优选的，锆铪氧化物沉积膜层碳污染<1%，锆铪氧化物沉积膜层的周期生长量为0.5~1å。

12、优选的，通过ald技术在硅晶圆上形成锆铪氧化物沉积膜层的方法中，每一次ald包括如下四个步骤：

13、s1、将源瓶中的锆铪前驱体混合物在真空加热条件下平稳气化，通过氩气携带前驱体气体脉冲至加热的反应室中并吸附到硅晶圆上；

14、s2、氩气吹扫反应室、真空抽除多余前驱体；

15、s3、脉冲通入氩气和水蒸气混合气，水蒸气与吸附于硅晶圆上的前驱体发生化学反应，形成锆铪氧化物膜层；

16、s4、再氩气吹扫、真空抽除吸附于硅晶圆表面和反应室腔体的气体分子；

17、上述步骤为完成一个循环的ald沉积。

18、优选的，步骤s1中，源瓶在温度为80~105oc、真空度为10~15mbar、载气氩气流速为300sccm条件下，将氩气携带的前驱体气体脉冲至反应室的脉冲时间为0.5~5秒，反应室温度200~350oc；

19、s2中，氩气吹扫的时间为3~15秒，氩气的流速为300sccm~800sccm，真空抽空反应室至真空度为2mbar；

20、s3中，将流速为300sccm的水蒸气和氩气混合气脉冲至反应室，脉冲时间为0.5~5秒，氩气和水蒸气体积比为10~50：1；

21、s4中，流速为300~800sccm氩气吹扫反应室，吹扫时间为3~15秒，然后抽空反应室至真空度为2mbar。

22、优选的，ald循环次数为500~1000次。

23、优选的，循环500~1000次形成厚度为25~80nm锆铪氧化物沉积膜。

24、本发明的有益效果：

25、本发明可采用ald锆铪共沉积的方式不仅操作简单，每一个ald都同步获得组成均匀的锆铪氧化物膜，使获得的锆铪氧化物膜中锆铪成分混合均匀、比例可控、成膜品质良好，具有完美的保形性和均匀致密性，避免常规方法中逐层分别沉积氧化锆和氧化铪形成锆铪叠层膜这种并非真正意义的锆铪氧化物复合膜。

1.一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：异配型锆配合物和异配型铪配合物进行物理混合后得到异配型锆铪前驱体，在氮气保护下将异配型锆铪前驱体混合物置于ald成膜机的源瓶中，通过ald技术在硅晶圆上形成锆铪氧化物沉积膜层。

2.根据权利要求1所述的一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，其特征在于，所述异配型锆配合物中含有大位阻胺基醇配体l和小位阻二甲氨基配体nme2两种配体，表示为zr(l)(nme2)3或zr(l)2(nme2)2；

3.根据权利要求1所述的一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，其特征在于，锆配合物和铪配合物摩尔比为1：0.5~2。

4.根据权利要求1所述的一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，其特征在于，锆铪氧化物沉积膜层中锆铪原子比为1：0.5~2.2。

5.根据权利要求1所述的一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，其特征在于，锆铪氧化物沉积膜层碳污染<1%，锆铪氧化物沉积膜层的周期生长量为0.5~1å。

6.根据权利要求1所述的一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，其特征在于，通过ald技术在硅晶圆上形成锆铪氧化物沉积膜层的方法中，每一次ald包括如下四个步骤：

7.根据权利要求6所述的一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，其特征在于，步骤s1中，源瓶在温度为80~105oc、真空度为10~15mbar、载气氩气流速为300sccm条件下，将氩气携带的前驱体气体脉冲至反应室的脉冲时间为0.5~5秒，反应室温度200~350oc；

8.根据权利要求6所述的一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，其特征在于，ald循环次数为500~1000次。

9.根据权利要求8所述的一种异配型锆铪前驱体混合物形成锆铪氧化物沉积膜的方法，其特征在于，循环500~1000次形成厚度为25~80nm锆铪氧化物沉积膜。