專利名稱：形成四方氧化鋯層的方法及制造具有該層的電容器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體涉及形成氧化鋯(ZrO2)層的方法以及制造具有該氧化鋯層的電容器的方法。
背景技術(shù)：
近年來，人們已經(jīng)嘗試將氧化鋯(ZrO2)層用作尺寸小于約60nm的動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀取存儲(chǔ)(DRAM)器件的電容器介電層。但是，如果通過原子層沉積(ALD)法在低于約250℃的溫度下形成ZrO2層并隨后經(jīng)歷熱處理，則通常獲得具有低介電常數(shù)的單斜結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)的ZrO2層。
ZrO2層需要形成為四方結(jié)構(gòu)而不是單斜結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)，以便確保高介電常數(shù)。但是，由于四方結(jié)構(gòu)是在高溫下比單斜結(jié)構(gòu)或立方結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此很難獲得具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方法提供形成具有四方結(jié)構(gòu)的氧化鋯(ZrO2)層，其具有高介電常數(shù)并且在高溫下穩(wěn)定。根據(jù)本發(fā)明的方法還提供制造具有這種ZrO2層的電容器。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于在腔室中在襯底上形成氧化鋯(ZrO2)層的方法。該方法包括控制襯底的溫度和重復(fù)原子層沉積(ALD)法的單元循環(huán)。所述單元循環(huán)包括將鋯(Zr)源供應(yīng)到腔室中，使部分鋯源吸附到襯底表面中；清洗殘留在腔室內(nèi)部的未吸附部分的鋯源；供應(yīng)反應(yīng)氣體，用于與吸附部分的鋯源反應(yīng)；清洗殘留在腔室內(nèi)部的未反應(yīng)部分的反應(yīng)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物，其中控制襯底的溫度和反應(yīng)氣體的濃度，使得形成具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于在腔室中在襯底上形成ZrO2層的方法。該方法包括重復(fù)原子層沉積(ALD)法的單元循環(huán)。所述單元循環(huán)包括第一和第二部分。第一部分包括將鋯(Zr)源供應(yīng)到腔室中，使部分鋯源吸附到襯底表面中；清洗殘留在腔室內(nèi)部的未吸附部分的鋯源；供應(yīng)第一反應(yīng)氣體，用于與吸附部分的鋯源反應(yīng)；以及清洗殘留在腔室內(nèi)部的未反應(yīng)部分的第一反應(yīng)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物。第二部分包括供應(yīng)第二反應(yīng)氣體，用于與吸附部分的鋯源反應(yīng)；和清洗殘留在腔室內(nèi)部的未反應(yīng)部分的第二反應(yīng)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種制造電容器的方法。該方法包括在襯底上形成底電極；通過原子層沉積(ALD)法在底電極上形成具有四方結(jié)構(gòu)的氧化鋯(ZrO2)層；實(shí)施第一退火過程以改善ZrO2層的四方性；在ZrO2層上形成頂電極；和實(shí)施第二退火過程以改善ZrO2層的介電性能。
應(yīng)該理解的是，前文中的一般描述和下文中的詳細(xì)描述均是示例性和解釋性的，它們的目的是提供對(duì)所要求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步說明。


參考以下結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實(shí)施方案的說明，將更好地理解上述和其它特征，其中圖1是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案利用原子層沉積(ALD)法形成氧化鋯(ZrO2)層的供氣順序的圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案利用原子層沉積(ALD)法形成氧化鋯(ZrO2)層的供氣順序的圖；圖3是說明ZrO2層厚度隨襯底溫度改變的圖；圖4是說明ZrO2層結(jié)晶隨襯底溫度改變的圖；圖5是通過本發(fā)明第二實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層的結(jié)晶與通過本發(fā)明第一實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層的結(jié)晶的對(duì)比圖；
圖6A是說明具有使用根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案ZrO2層作為介電層的金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的電容器的圖；圖6B是說明用于制造圖6A中所示電容器的方法的流程圖；圖7是說明具有使用ZrO2層的MIM結(jié)構(gòu)的電容器介電性能變化的圖，所述ZrO2層通過在原子層沉積(ALD)過程中控制襯底溫度而沉積；和圖8是通過根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層的能帶隙(Eg)與通過本發(fā)明第一實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層的能帶隙(Eg)的對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方案。
圖1是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案利用原子層沉積(ALD)法形成氧化鋯(ZrO2)層的供氣順序的圖。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案，通過原子層沉積(ALD)法，重復(fù)用以形成ZrO2原子層的單元循環(huán)來沉積ZrO2層，單元循環(huán)包括供應(yīng)鋯(Zr)源、清洗、供應(yīng)反應(yīng)氣體和清洗。重復(fù)單元循環(huán)直到獲得具有所需厚度的薄膜。即，對(duì)于沉積ZrO2層的單元循環(huán)來說，供應(yīng)Zr源并隨后使Zr源吸附到襯底表面上。將殘留在腔室中的未吸附部分的清洗出Zr源腔室。將反應(yīng)氣體供應(yīng)到腔室中并與吸附部分的Zr源反應(yīng)。通過反應(yīng)氣體和吸附部分的Zr源的上述反應(yīng)，沉積所需的ZrO2層。此后，再次流過清洗氣體，因而清洗掉殘留在腔室中的未反應(yīng)部分的反應(yīng)氣體。
例如，通過ALD法實(shí)施以[Zr/清洗/O3/清洗]所表示的沉積ZrO2層的單元循環(huán)，即包括供應(yīng)Zr源(表示為‘Zr’)、清洗、供應(yīng)O3氣體(表示為‘O3’)和清洗的單元循環(huán)，并且重復(fù)該單元循環(huán)直到獲得所需厚度的ZrO2層，例如約30-約300的厚度。在沉積ZrO2層期間，襯底層的溫度為約250℃-約350℃，腔室壓力為約0.1torr-約1torr。
在更詳細(xì)的圖1中，Zr源可以選自Zr(O-tBu)4、Zr[N(CH3)2]4、Zr[N(C2H5)(CH3)]4、Zr[N(C2H5)2]4、Zr(TMHD)4、Zr((OiC3H7)3(TMHD)和Zr(OtBu)4。供應(yīng)Zr源并使其被吸附到襯底表面。可以利用載氣例如氬氣(Ar)來供應(yīng)Zr源。可以以約150sccm(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘)-約250sccm的流量來供應(yīng)Ar氣體，持續(xù)約0.1秒-約10秒。
然后將清洗氣體例如氮?dú)?N2)或Ar供應(yīng)到腔室中。清洗氣體清洗殘留在腔室中的未吸附部分的Zr源。可以以約200sccm-約400sccm的流量來供應(yīng)清洗氣體，持續(xù)約3秒-約10秒。
然后將反應(yīng)氣體例如作為氧化劑的O3氣體供應(yīng)到腔室中。反應(yīng)氣體的供應(yīng)引起吸附部分的Zr源與O3氣體的反應(yīng)?？梢砸约s0.1slm(標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘)-約1slm的流量來供應(yīng)O3氣體，持續(xù)約1秒-約10秒。
然后將清洗氣體例如N2和Ar再次供應(yīng)到腔室中。清洗氣體清洗殘留在腔室中的未反應(yīng)部分的O3氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物?？梢砸约s50sccm-約200sccm的流量來供應(yīng)清洗氣體，持續(xù)約3秒-約10秒。
重復(fù)實(shí)施包括供應(yīng)Zr源、清洗、供應(yīng)O3氣體和清洗的上述單元循環(huán)，以沉積具有約30-約300厚度的ZrO2層。
在通過ALD法沉積ZrO2層期間，襯底溫度(或工藝溫度)為約250℃-約350℃，特別是在采用單晶片型裝置以獲得四方結(jié)構(gòu)的情況下。在此，ZrO2層的結(jié)晶可以隨襯底溫度的范圍而變化。后面將說明根據(jù)襯底溫度范圍的ZrO2層的不同類型結(jié)晶。
對(duì)于反應(yīng)氣體(或氧化劑)，除O3氣體外可以使用O3等離子體或氧(O2)等離子體。
可以利用真空泵或?qū)2或惰性氣體例如Ar供應(yīng)到腔室中來清洗未反應(yīng)部分的反應(yīng)氣體或反應(yīng)副產(chǎn)物。
ZrO2層的ALD法在單晶片型裝置或間歇型爐上實(shí)施，以獲得具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層。
根據(jù)如圖1中所示的本發(fā)明的第一實(shí)施方案，控制襯底溫度、O3氣體濃度和供應(yīng)O3氣體的時(shí)間，以改善ZrO2層的四方性。例如，襯底溫度可以是約250℃-約350℃；O3氣體濃度可以是約150g/m3或更多，具體可以是約150g/m3-約500g/m3；供應(yīng)O3氣體的時(shí)間可以是至少約1秒，具體可以是約1秒-約10秒。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案利用原子層沉積(ALD)法形成氧化鋯(ZrO2)層的供氣順序的圖。
與本發(fā)明第一實(shí)施方案的單元循環(huán)相比，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的單元循環(huán)包括在圖2中以‘額外_O3’表示的供應(yīng)額外O3氣體的附加步驟和附加清洗步驟，以改善ZrO2層的四方性。
因此，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的單元循環(huán)包括供應(yīng)Zr源、清洗、供應(yīng)O3氣體、清洗、供應(yīng)額外O3氣體和清洗，并且可以表示為[Zr/清洗/O3/清洗/額外_O3/清洗]。額外O3氣體改善ZrO2層的四方性。
在供應(yīng)額外O3氣體期間，O3氣體用作反應(yīng)氣體，并且可以以約0.1slm-約1slm的流量供應(yīng)，持續(xù)約1秒-約10秒。為了改善ZrO2層的四方性，O3氣體可以具有至少約150g/m3的濃度，更具體為約150g/m3-約500g/m3的濃度，供應(yīng)額外O3氣體的時(shí)間可以是至少約1秒，更具體為約1秒-10秒。
在通過圖1和2中所示的供氣順序沉積ZrO2層之后，可以在約400℃下實(shí)施后退火過程，以改善ZrO2層的四方性。因此，可因后退火過程而形成結(jié)晶。后退火過程可以是快速熱退火過程或爐退火過程(furnace annealing process)。后退火過程可以在下列氣氛下實(shí)施O2、O3和O2等離子體。在使用爐退火過程的情況下，可以以約5sccm-約5slm的流量和在約600℃-約800℃的溫度下供應(yīng)氣體。在使用快速熱退火過程的情況下，可以以約5sccm-約5slm的流量在腔室中供應(yīng)氣體，其中腔室具有約400℃-約800℃的溫度，并具有約700torr-約760torr的增壓或約1torr-約100torr的減壓。
根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方案，利用能夠控制緩慢沉積速率的ALD法來沉積ZrO2層，以形成四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層，使得ZrO2層在低溫下具有高介電常數(shù)。由于采用ALD法，因而沉積速率非常慢。因此，可以獲得通過典型高溫化學(xué)氣相沉積(CVD)法所得類似的效果，因此可以形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的ZrO2層。此外，為了改進(jìn)在原子和分子反應(yīng)表面的移動(dòng)路徑，在沉積ZrO2層期間使用O3氣體作為反應(yīng)氣體。此時(shí)，控制O3氣體的濃度以及暴露時(shí)間以改善ZrO2層的四方性。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案，控制襯底溫度、O3氣體的供應(yīng)時(shí)間和O3氣體的濃度以獲得具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層。此外，單元循環(huán)包括供應(yīng)額外O3氣體。
圖3是說明利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層厚度與沉積ZrO2層期間襯底溫度之間關(guān)系的圖。在圖3中，橫軸表示襯底溫度(℃)，縱軸表示沉積厚度()。
當(dāng)襯底溫度為約200℃-約300℃時(shí)，沉積速率幾乎恒定。在該溫度范圍內(nèi)，ZrO2層的厚度停留在約50并且隨溫度緩慢增加。但是，如果在圖1和2中所描述的單元循環(huán)重復(fù)許多次，例如70次，則沉積速率可在約275℃和更高溫度下增加。
當(dāng)通過ALD法沉積ZrO2層并且襯底溫度為約300℃或更低時(shí)，沉積速率非常慢。因此，可以在低溫下形成四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層。
圖4是說明ZrO2層結(jié)晶隨襯底溫度改變的圖。該圖表示由X射線衍射分析的結(jié)果。在圖4中，下線、中線和上線分別表示在約250℃、約275℃和約285℃的襯底溫度下ZrO2層結(jié)晶的變化。
立方結(jié)構(gòu)[C(111)]主要表現(xiàn)在約250℃的襯底溫度下。但是，隨著襯底溫度增加到約275℃和約285℃，四方結(jié)構(gòu)[T(101)]的份額增加。這表明可以通過在實(shí)施ALD法期間改變襯底溫度來控制ZrO2層的結(jié)晶。
根據(jù)圖3和4中所示的結(jié)果，可以通過在實(shí)施ALD法期間控制低襯底溫度來形成ZrO2層。具體而言，在實(shí)施ALD法以獲得具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層期間，襯底溫度可以是約250℃-約350℃。如果襯底溫度高于約350℃，則沉積速率變快，因而不能獲得具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的ZrO2層。如果襯底溫度低于約250℃，則不能夠獲得具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層，因而難以保證高介電常數(shù)。
圖5是通過本發(fā)明第二實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層的結(jié)晶與通過本發(fā)明第一實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層的結(jié)晶的對(duì)比圖。如圖5所示，由根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層表現(xiàn)出立方結(jié)構(gòu)之外的四方結(jié)構(gòu)。
根據(jù)圖4和5中所示的結(jié)果，當(dāng)通過ALD法、利用控制襯底溫度和作為反應(yīng)氣體的O3氣體的暴露時(shí)間來形成ZrO2層時(shí)，可形成具有四方結(jié)構(gòu)并具有更高介電常數(shù)的ZrO2層，該ZrO2層難以在室溫下獲得。
在上文中，采用O3氣體作為反應(yīng)氣體。但是，其它的反應(yīng)氣體例如O3等離子體或氧(O2)等離子體也可用于形成具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層。四方結(jié)構(gòu)可以通過控制反應(yīng)氣體的濃度(或流量)以及反應(yīng)氣體的暴露時(shí)間來形成。
圖6A是說明利用根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的ZrO2層作為介電層的金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的電容器的圖。圖6B是說明用于形成圖6A中所示電容器的方法的流程圖。
在圖6B中，采用下列步驟來實(shí)施形成電容器的方法形成底電極(S201)，通過ALD法沉積ZrO2層(S202)，實(shí)施后退火過程(S203)，形成頂電極(S204)和實(shí)施附加退火過程(S205)。
參考圖6A和6B，將詳細(xì)地說明形成電容器的方法。
形成底電極101。(S201。)底電極101可以是平、凹或圓柱形的。底電極101可使用下列材料來形成摻雜雜質(zhì)的多晶硅、氮化鈦(TiN)、銣(Ru)、鉑(Pt)、銥(Ir)、氧化銣(RuO2)、氮化鋯(ZrN)和氮化鉿(HfN)?？梢岳没瘜W(xué)氣相沉積(CVD)法、濺射法、ALD法和電鍍法中的一種來沉積底電極101。
根據(jù)本發(fā)明的第一或第二實(shí)施方案，利用ALD法在底電極101上形成ZrO2層102。(S202.)可以通過上述ALD法沉積具有約30-300厚度的ZrO2層102。
實(shí)施后退火過程。(S203.)實(shí)施后退火過程以使ZrO2層102結(jié)晶，即改善ZrO2層的四方結(jié)構(gòu)?？梢岳每焖贌嵬嘶疬^程或爐退火過程來實(shí)施后退火過程。在實(shí)施后退火過程期間，O2、O3或O2等離子體可以用作退火氣體。在使用爐退火過程的情況下，環(huán)境氣體可以選自O(shè)2、O3和O2等離子體，并且可以以約5sccm-約5slm的流量和在約600℃-約800℃的溫度下供應(yīng)。在使用快速熱退火過程的情況下，環(huán)境氣體可以選自O(shè)2、O3和O2等離子體，并且可以以約5sccm-約5slm的流量供應(yīng)到腔室中，其中腔室具有約400℃-約800℃的溫度，并具有約700torr-約760torr的增壓或約1torr-約100torr的減壓。
頂電極103在ZrO2層102上方。(S204.)頂電極103可以使用下列材料來形成摻雜雜質(zhì)的多晶硅、TiN、Ru、Pt、Ir、RuO2、ZrN和HfN?？梢酝ㄟ^CVD法、濺射法、ALD法和電鍍法中的一種來沉積頂電極103。
實(shí)施附加退火過程以改善ZrO2層102的介電性能，即改善電性能。(S205.)利用快速熱法或爐退火法、在N2、Ar或真空氣氛下實(shí)施附加退火過程。
雖然將單ZrO2層例示為電容器介電層，但是電容器的介電層可具有疊層結(jié)構(gòu)，該疊層結(jié)構(gòu)包括ZrO2層和選自氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鉿(HfO2)以及氧化鑭(La2O3)的層。
圖7是說明利用ZrO2層的MIM結(jié)構(gòu)的電容器介電性能隨襯底溫度變化的圖，所述ZrO2層通過在實(shí)施ALD法過程中控制襯底溫度而沉積。
通過形成具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層，使得電容率隨襯底溫度而增加。如果襯底溫度為約250℃，則電容率為約37fF/單元-39fF/單元。但是如果襯底溫度增加到約265℃(圖7中所示的兩個(gè)樣品，如265_1和265_2)和約275℃(圖7中所示的兩個(gè)樣品，如275_1和275_2)，則電容率從約41fF/單元增至約43fF/單元(在265℃時(shí))以及從約43fF/單元增至約46fF/單元(在275℃時(shí))。因此，根據(jù)本發(fā)明所描述的實(shí)施方案，通過控制襯底溫度的ALD法，而形成四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層結(jié)晶。具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層被用作電容器的介電層。因此，可以增加電容器的電容率。
如圖7所示，襯底溫度越高、則有效氧化物厚度(EOT)越小，有效氧化物厚度定義為當(dāng)在電容器中用氧化層替代介電層時(shí)用于保持相同電容的氧化物層的厚度。高度集成器件需要減小的有效氧化物厚度(EOT)。由于有效氧化物厚度(EOT)變小，因此可獲得高電容率。因此，高電容率可應(yīng)用于高集成器件。當(dāng)襯底溫度增加到約275℃時(shí)，有效氧化物厚度(EOT)減小到約9。因此，如果具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層被用作電容器的介電層時(shí)，可以獲得約9的非常小的有效氧化物厚度(EOT)。
圖7還示出電容率隨電壓而變化，例如當(dāng)跨越電容器的電壓從約+1.0V變成約-1.0V時(shí)，電容率的變化ΔCs隨襯底溫度的增加而增加。
圖8是通過根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層的能帶隙(Eg)與通過根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層的能帶隙(Eg)的對(duì)比圖。
與通過根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的方法沉積的ZrO2層的能帶隙(Eg)相比，由根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的方法形成的ZrO2層的能帶隙(Eg)更寬。具體而言，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的方法可以沉積具有約5.75eV能帶隙的ZrO2層。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的方法可以沉積具有約5.15eV能帶隙的ZrO2層。
根據(jù)圖7和8中所示的結(jié)果，可以通過ALD法、利用控制襯底溫度、O3氣體的濃度以及O3氣體的暴露時(shí)間來獲得具有四方結(jié)構(gòu)、高電容率以及大能帶隙的ZrO2層。因此，如果該ZrO2層被用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)的電容器時(shí)，可容易地研制具有約50nm或更小尺寸的高集成DRAM器件。
例如，根據(jù)本發(fā)明所描述的實(shí)施方案，ZrO2層不僅可用作電容器的介電層，還可用作柵極氧化層、RF器件的介電層或快閃存儲(chǔ)器件的中間聚氧化物(inter polyoxide)層。
根據(jù)本發(fā)明所描述的實(shí)施方案，可以通過控制襯底溫度、O3氣體的濃度以及O3氣體的暴露時(shí)間來形成具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層。因此，可將具有高介電常數(shù)以及大能帶隙的ZrO2層用于電容器的介電層，因此可研制具有約50nm或更小尺寸的高集成DRAM器件。
雖然已經(jīng)關(guān)于一些優(yōu)選實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是可以在不偏離如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下做出各種變化和修改，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種在腔室中在襯底上形成ZrO2層的方法，包括；控制襯底的溫度；和重復(fù)原子層沉積(ALD)法的單元循環(huán)，所述單元循環(huán)包括將鋯(Zr)源供應(yīng)到腔室中，使部分鋯源吸附至襯底表面中，清洗殘留在腔室內(nèi)部的部分鋯源；供應(yīng)反應(yīng)氣體，用于與吸附部分的鋯源反應(yīng)；和清洗殘留在腔室內(nèi)部的未反應(yīng)部分的反應(yīng)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物，其中控制襯底的溫度和反應(yīng)氣體的濃度，使得形成具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中控制襯底的溫度包括將襯底溫度控制在約250℃-約350℃。
3.權(quán)利要求1的方法，其中供應(yīng)反應(yīng)氣體包括供應(yīng)氧化劑。
4.權(quán)利要求1的方法，其中供應(yīng)反應(yīng)氣體包括供應(yīng)臭氧(O3)等離子體和氧(O2)等離子體中的一種。
5.權(quán)利要求1的方法，其中供應(yīng)反應(yīng)氣體包括供應(yīng)具有至少約150g/m3濃度的臭氧(O3)氣體。
6.權(quán)利要求1的方法，其中供應(yīng)反應(yīng)氣體包括供應(yīng)臭氧(O3)氣體至少約1秒。
7.權(quán)利要求1的方法，其中供應(yīng)Zr源包括供應(yīng)選自Zr(O-tBu)4、Zr[N(CH3)2]4、Zr[N(C2H5)(CH3)]4、Zr[N(C2H5)2]4、Zr(TMHD)4、Zr(OiC3H7)3(TMHD)和Zr(OtBu)4的材料。
8.權(quán)利要求1的方法，其中腔室包括單晶片型裝置和間歇型爐中的一種。
9.權(quán)利要求1的方法，還包括在重復(fù)單元循環(huán)之后實(shí)施后退火過程。
10.權(quán)利要求9的方法，其中后退火過程在至少約400℃的溫度下實(shí)施。
11.權(quán)利要求9的方法，其中后退火過程包括快速熱過程和爐熱過程中的一種。
12.權(quán)利要求9的方法，其中后退火過程在選自氧氣(O2)、臭氧(O3)和O2等離子體的氣氛中實(shí)施。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述方法包括在形成于半導(dǎo)體襯底上的電極上形成ZrO2層。
14.一種在腔室中在襯底上形成ZrO2層的方法，包括重復(fù)原子層沉積(ALD)法的單元循環(huán)，所述單元循環(huán)包括第一部分，包括將鋯(Zr)源供應(yīng)到腔室中，使部分鋯源吸附到襯底表面中；清洗殘留在腔室內(nèi)部的未吸附部分的鋯源；供應(yīng)第一反應(yīng)氣體，用于與吸附部分的鋯源反應(yīng)；和清洗殘留在腔室內(nèi)部的未反應(yīng)部分的第一反應(yīng)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物；和第二部分，包括供應(yīng)第二反應(yīng)氣體，用于與吸附部分的鋯源反應(yīng)；和清洗殘留在腔室內(nèi)部的未反應(yīng)部分的第二反應(yīng)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物。
15.權(quán)利要求14的方法，其中還包括將襯底溫度控制在約250℃-約350℃。
16.權(quán)利要求14的方法，其中供應(yīng)第一反應(yīng)氣體包括供應(yīng)氧化劑。
17.權(quán)利要求14的方法，其中供應(yīng)第二反應(yīng)氣體包括供應(yīng)氧化劑。
18.權(quán)利要求14的方法，其中供應(yīng)第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體包括供應(yīng)具有至少約150g/m3濃度的臭氧(O3)氣體。
19.權(quán)利要求14的方法，其中供應(yīng)第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體包括供應(yīng)臭氧(O3)氣體至少約1秒。
20.權(quán)利要求14的方法，其中供應(yīng)Zr源包括供應(yīng)選自Zr(O-tBu)4、Zr[N(CH3)2]4、Zr[N(C2H5)(CH3)]4、Zr[N(C2H5)2]4、Zr(TMHD)4、Zr(OiC3H7)3(TMHD)和Zr(OtBu)4的材料。
21.權(quán)利要求14的方法，其中供應(yīng)第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體包括供應(yīng)臭氧(O3)等離子體和氧(O2)等離子體中的一種。
22.權(quán)利要求14的方法，其中腔室包括單晶片型裝置和間歇型爐中的一種。
23.權(quán)利要求14的方法，在重復(fù)單元循環(huán)之后還包括實(shí)施后退火過程。
24.權(quán)利要求23的方法，其中后退火過程在至少約400℃的溫度下實(shí)施。
25.權(quán)利要求23的方法，其中后退火過程包含快速熱過程和爐熱過程中的一種。
26.權(quán)利要求23的方法，其中后退火過程在選自O(shè)2、O3和O2等離子體的氣氛中實(shí)施。
27.權(quán)利要求14的方法，其中所述方法包括在形成于半導(dǎo)體襯底上的電極上形成ZrO2層。
28.一種制造電容器的方法，包括在襯底上形成底電極；利用原子層沉積(ALD)法，在底電極上形成具有四方結(jié)構(gòu)的氧化鋯(ZrO2)層；實(shí)施第一退火過程以改善ZrO2層的四方性；在ZrO2層上形成頂電極；和實(shí)施第二退火過程以改善ZrO2層的介電性能。
29.權(quán)利要求28的方法，其中形成ZrO2層包括控制襯底的溫度；和重復(fù)單元循環(huán)，所述單元循環(huán)包括將鋯(Zr)源供應(yīng)到腔室中，使部分鋯源吸附到包括底電極的襯底表面中，清洗殘留在腔室內(nèi)部的未吸附部分的鋯源；供應(yīng)反應(yīng)氣體，用于與吸附部分的鋯源反應(yīng)；和清洗未反應(yīng)部分的反應(yīng)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物，其中控制襯底的溫度和反應(yīng)氣體的濃度，使得形成具有四方結(jié)構(gòu)的ZrO2層。
30.權(quán)利要求29的方法，其中供應(yīng)反應(yīng)氣體包括供應(yīng)氧化劑。
31.權(quán)利要求29的方法，其中供應(yīng)反應(yīng)氣體包括供應(yīng)臭氧(O3)等離子體和氧(O2)等離子體中的一種。
32.權(quán)利要求29的方法，其中供應(yīng)反應(yīng)氣體包括供應(yīng)具有至少約150g/m3濃度的O3氣體。
33.權(quán)利要求29的方法，其中供應(yīng)反應(yīng)氣體包括供應(yīng)O3氣體至少約1秒。
34.權(quán)利要求29的方法，其中供應(yīng)Zr源包括供應(yīng)選自Zr(O-tBu)4、Zr[N(CH3)2]4、Zr[N(C2H5)(CH3)]4、Zr[N(C2H5)2]4、Zr(TMHD)4、Zr(OiC3H7)3(TMHD)和Zr(OtBu)4的材料。
35.權(quán)利要求29的方法，其中腔室包括單晶片型裝置和間歇型爐中的一種。
36.權(quán)利要求28的方法，其中形成ZrO2層包括重復(fù)單元循環(huán)，所述單元循環(huán)包括第一部分，包括將Zr源供應(yīng)到腔室中，使部分鋯源被吸附到包括底電極的襯底表面中；清洗未吸附部分的鋯源；供應(yīng)第一反應(yīng)氣體，用于與吸附部分的鋯源反應(yīng)；和清洗未反應(yīng)部分的第一反應(yīng)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物；和第二部分，包括供應(yīng)第二反應(yīng)氣體，用于與吸附部分的鋯源反應(yīng)；和清洗未反應(yīng)部分的第二反應(yīng)氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物。
37.權(quán)利要求36的方法，還包括將襯底溫度控制在約250℃-約350℃。
38.權(quán)利要求36的方法，其中供應(yīng)第一反應(yīng)氣體包括供應(yīng)氧化劑。
39.權(quán)利要求36的方法，其中供應(yīng)第二反應(yīng)氣體包括供應(yīng)氧化劑。
40.權(quán)利要求36的方法，其中供應(yīng)第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體包括供應(yīng)具有至少約150g/m3濃度的臭氧(O3)氣體。
41.權(quán)利要求36的方法，其中供應(yīng)第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體包括供應(yīng)臭氧(O3)氣體至少約1秒。
42.權(quán)利要求36的方法，其中供應(yīng)Zr源包括供應(yīng)選自Zr(O-tBu)4、Zr[N(CH3)2]4、Zr[N(C2H5)(CH3)]4、Zr[N(C2H5)2]4、Zr(TMHD)4、Zr(OiC3H7)3(TMHD)和Zr(OtBu)4的材料。
43.權(quán)利要求36的方法，其中供應(yīng)第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體包括供應(yīng)臭氧(O3)等離子體和氧(O2)等離子體中的一種。
44.權(quán)利要求36的方法，其中腔室包括單晶片型裝置和間歇型爐中的一種。
45.權(quán)利要求28的方法，其中第一退火過程在至少約400℃或更高的溫度下實(shí)施。
46.權(quán)利要求28的方法，其中第一退火過程包括快速熱過程和爐熱過程中的一種。
47.權(quán)利要求28的方法，其中第一退火過程在選自O(shè)2、O3和O2等離子體的氣氛中實(shí)施。
48.權(quán)利要求28的方法，其中第二退火過程在氮?dú)?N2)、氬(Ar)或真空中實(shí)施。
49.權(quán)利要求28的方法，還包括形成介電層，所述介電層和ZrO2層形成疊層，所述介電層由選自氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鉿(HfO2)以及氧化鑭(La2O3)的材料形成。
全文摘要
一種在腔室中在襯底上形成氧化鋯(ZrO
文檔編號(hào)C23C16/52GK101050522SQ200610161039
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月4日
發(fā)明者吉德信, 宋翰相, 廉勝振, 樸基善, 盧載盛, 金珍赫 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司