一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，該方法是利用原子層沉積系統(tǒng)進(jìn)行氧化物介質(zhì)的制備，包括：步驟1：設(shè)定原子層沉積系統(tǒng)生長參數(shù)；步驟2：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入金屬前驅(qū)體源脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑矗瑳_掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的金屬前驅(qū)體源；步驟3：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的水；步驟4：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入原位處理氣體脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的原位處理氣體；步驟5：依次重復(fù)進(jìn)行步驟2、步驟3和步驟4，獲得高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)薄膜。本發(fā)明提供的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，可應(yīng)用于CMOS技術(shù)柵介質(zhì)的生長。
【專利說明】一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及氧化物電介質(zhì)的制備方法，尤其涉及一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，屬于半導(dǎo)體集成【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體技術(shù)作為信息產(chǎn)業(yè)的核心和基礎(chǔ)，是衡量一個國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和綜合國力的重要標(biāo)志。在過去的40多年中，硅基集成技術(shù)遵循摩爾定律通過縮小器件的特征尺寸來提高器件的工作速度、增加集成度以及降低成本，硅基CMOS器件的特征尺寸已經(jīng)由微米尺度縮小到納米尺度。然而當(dāng)MOS器件的柵長縮小到90納米以下，傳統(tǒng)硅基CMOS集成技術(shù)開始面臨來自物理與技術(shù)方面的雙重挑戰(zhàn)。二氧化硅已經(jīng)不能滿足當(dāng)前半導(dǎo)體器件對電介質(zhì)的要求，高介電常數(shù)氧化物作為柵介質(zhì)材料在CMOS集成技術(shù)中獲得了越來越多的應(yīng)用。
[0003]采用高遷移率溝道材料替代傳統(tǒng)硅材料將是半導(dǎo)體集成技術(shù)在“后摩爾時代”的重要發(fā)展方向，其中鍺與II1-V族化合物半導(dǎo)體材料最有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，尋找適用于鍺與II1-V族化合物半導(dǎo)體材料的高介電常數(shù)氧化物也成為近期國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。
[0004]原子層沉積的方法具有均勻性高、表面覆蓋好、自限制表面吸附反應(yīng)及生長速度精確可控等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用于當(dāng)前CMOS技術(shù)柵介質(zhì)的生長過程中?；谠訉映练e的方法，開發(fā)高性能高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)的沉積方法具有重要的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，以優(yōu)化高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)的原子層沉積的生長條件。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，該方法是利用原子層沉積系統(tǒng)進(jìn)行氧化物介質(zhì)的制備，包括:
[0009]步驟1:設(shè)定原子層沉積系統(tǒng)生長參數(shù)；
[0010]步驟2:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入金屬前驅(qū)體源脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑矗瑳_掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的金屬前驅(qū)體源；
[0011]步驟3:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑矗瑳_掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的水；
[0012]步驟4:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入原位處理氣體脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的原位處理氣體；
[0013]步驟5:依次重復(fù)進(jìn)行步驟2、步驟3和步驟4，獲得高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)薄膜。
[0014]上述方案中，所述步驟I中，所述原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔溫度為20攝氏度-500攝氏度，反應(yīng)腔壓力為0.5毫巴-10毫巴。[0015]上述方案中，所述步驟2中，所述金屬前驅(qū)體源是三甲基鋁(A1(CH3)3)、四(乙基甲基氨基)鉿(Hf [N (CH3) (C2H5) ]4)、四(二乙基氨基)鉿(Hf [N (CH3) 2]4)、四(二乙基氨基)鉿(Hf [N (C2H5) 2] 4)、四叔丁醇鉿(Hf [0-C (CH3) 3] 4)、三(N，N，- 二異丙基-amd)釔(Y (iPr2Bmd) 3)、三(N，N’-二異丙基甲脒)鑭(La(iPr2And)3)和二甲基鈹(Be (CH3)2)、四氯化鈦(TiCl4)、二乙基鋅((C2H5)2Zn)中的一種或多種。
[0016]上述方案中，所述步驟2中，所述金屬前驅(qū)體源的溫度為15攝氏度-300攝氏度，所述金屬前軀體源的脈沖時間為I毫秒-60秒，所述高純氮?dú)獾募兌葹?9.999%及以上，所述高純氮?dú)獾牧髁繛閘Osccm-lOOOsccm,所述高純氮?dú)獾那逑磿r間為10毫秒-120秒。
[0017]上述方案中，所述步驟3中，所述水脈沖的脈沖時間為I毫秒-60秒；所述高純氮?dú)獾募兌葹?9.999%及以上，所述高純氮?dú)獾牧髁繛閘Osccm-lOOOsccm，所述高純氮?dú)獾那逑磿r間為10毫秒-120秒。
[0018]上述方案中，所述步驟4中，所述原位處理氣體的流量在Osccm-1OOOsccm之間,所述原位處理氣體脈沖的脈沖時間為I毫秒-?ο分鐘。
[0019]上述方案中，所述步驟4中，所述高純氮?dú)獾牧髁繛閘Osccm-lOOOsccm,所述高純氮?dú)獾那逑磿r間為10毫秒-120秒。
[0020]上述方案中，所述步驟4中，所述原位處理氣體是氧氣、氮?dú)?、氨氣、氫氣、笑氣中的一種或多種混合氣體。
[0021]上述方案中，所述步驟5中，所述氧化物介質(zhì)是三氧化二鋁、二氧化鉿、三氧化二鑭、三氧化二釔、氧化鈹 、二氧化鈦、氧化鋅的一種或多種組合。
[0022](三)有益效果
[0023]本發(fā)明所提供的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，可應(yīng)用于硅基、鍺基和化合物半導(dǎo)體基MOS器件柵介質(zhì)的制備。該原子層沉積方法將傳統(tǒng)原子層沉積方法中兩種反應(yīng)前驅(qū)體源增加為三種反應(yīng)前驅(qū)體源，用水做前驅(qū)體源確保了反應(yīng)在低溫生長且反應(yīng)產(chǎn)物中碳雜質(zhì)含量低，原位處理氣體脈沖在水脈沖完成后通入反應(yīng)腔體中可以有效減小氧化物介質(zhì)中的氧空位等缺陷，且可以填充因位阻效應(yīng)引起的空位，從而提高氧化物介質(zhì)的電學(xué)特性，減小柵介質(zhì)漏電和提高柵介質(zhì)擊穿電壓。這些特性表明本發(fā)明在后摩爾時代CMOS集成技術(shù)柵介質(zhì)沉積中具備廣闊的應(yīng)用前景和市場前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的三氧化二鋁的原子層沉積的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]本發(fā)明提供的是一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，該方法是利用原子層沉積系統(tǒng)進(jìn)行氧化物介質(zhì)的制備，包括以下步驟:
[0027]步驟1:設(shè)定原子層沉積系統(tǒng)生長參數(shù)；其中，原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔溫度為20攝氏度-500攝氏度，反應(yīng)腔壓力為0.5毫巴-10毫巴。
[0028]步驟2:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入金屬前驅(qū)體源脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的金屬前驅(qū)體源；
[0029]其中，所述金屬前驅(qū)體源是三甲基鋁(A1(CH3)3)、四(乙基甲基氨基)鉿(HftN(CH3) (C2H5)J4)、四(二乙基氨基)鉿(Hf [N (CH3)2J4)、四(二乙基氨基)鉿(Hf [N (C2H5) 2] 4)、四叔丁醇鉿(Hf [0-C (CH3) 3] 4)、三(N，N，- 二異丙基-amd)釔(Y (iPr2Bmd) 3)、三(N，N’-二異丙基甲脒)鑭(La(iPr2And)3)和二甲基鈹(Be (CH3)2)、四氯化鈦(TiCl4)、二乙基鋅((C2H5)2Zn)中的一種或多種。所述金屬前驅(qū)體源的溫度為15攝氏度-300攝氏度，所述金屬前軀體源的脈沖時間為I毫秒-60秒，所述高純氮?dú)獾募兌葹?9.999%及以上，所述高純氮?dú)獾牧髁繛閘Osccm-lOOOsccm,所述高純氮?dú)獾那逑磿r間為10毫秒-120秒。
[0030]步驟3:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑矗瑳_掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的水；
[0031]其中，所述水脈沖的脈沖時間為I毫秒-60秒；所述高純氮?dú)獾募兌葹?9.999%及以上，所述高純氮?dú)獾牧髁繛閘Osccm-lOOOsccm,所述高純氮?dú)獾那逑磿r間為10毫秒—120秒。
[0032]步驟4:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入原位處理氣體脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的原位處理氣體；
[0033]其中，所述原位處理氣體的流量在Osccm-1OOOsccm之間，所述原位處理氣體脈沖的脈沖時間為I毫秒-10分鐘。所述高純氮?dú)獾牧髁繛閘Osccm-lOOOsccm,所述高純氮?dú)獾那逑磿r間為10毫秒-120秒。所述原位處理氣體是氧氣、氮?dú)?、氨氣、氫氣、笑氣中的一種或多種混合氣體。
[0034]步驟5:依次重復(fù)進(jìn)行步驟2、步驟3和步驟4，獲得高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)薄膜；其中，所述氧化物介質(zhì)是三氧化二鋁、二氧化鉿、三氧化二鑭、三氧化二釔、氧化鈹、二氧化鈦、氧化鋅的一種或多種組合。
[0035]以下實(shí)施例具體描述本發(fā)明所提供的一種氧化物介質(zhì)三氧化二鋁(Al2O3)的原子層沉積方法。
[0036]如圖1所示，圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的三氧化二鋁的原子層沉積的方法流程圖，該方法包括如下步驟:
[0037]步驟101:如圖1所示,原子層沉積系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定,反應(yīng)腔溫度為250攝氏度,反應(yīng)腔壓力為1.5毫巴；
[0038]步驟102:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入金屬前驅(qū)體源Al (CH3)3脈沖，Al (CH3)3源的溫度為20攝氏度，脈沖時間為100毫秒，緊接著用高純氮?dú)馇逑矗呒兊獨(dú)獾募兌葹?9.999%，高純氮?dú)獾牧髁繛?00SCCm，清洗時間為3秒。
[0039]步驟103:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖，水源的溫度為20攝氏度，脈沖時間為100毫秒，緊接著用高純氮?dú)馇逑?，高純氮?dú)獾募兌葹?9.999%，高純氮?dú)獾牧髁繛?00sccm，清洗時間為3秒。
[0040]步驟104:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入氧氣脈沖，氧氣脈沖為純度為99.9999%，氧氣的流量500sccm，氧氣的脈沖時間5秒，緊接著用高純氮?dú)馇逑?，高純氮?dú)獾募兌葹?9.999%，高純氮?dú)獾牧髁繛?00SCCm，清洗時間為4秒。
[0041]步驟102、步驟103和步驟104組成三氧化二鋁的一個生長周期，每個生長周期的厚度為0.1納米，依次重復(fù)步驟102、步驟103和步驟104循環(huán)100次，生長IOnm厚的三氧化二鋁薄膜。[0042]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，其特征在于，該方法是利用原子層沉積系統(tǒng)進(jìn)行氧化物介質(zhì)的制備，包括: 步驟1:設(shè)定原子層沉積系統(tǒng)生長參數(shù)； 步驟2:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入金屬前驅(qū)體源脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的金屬前驅(qū)體源； 步驟3:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副廣物和殘留的水； 步驟4:向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入原位處理氣體脈沖，緊接著用高純氮?dú)馇逑矗瑳_掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的原位處理氣體； 步驟5:依次重復(fù)進(jìn)行步驟2、步驟3和步驟4，獲得高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，其特征在于，所述步驟I中，所述原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔溫度為20攝氏度-500攝氏度，反應(yīng)腔壓力為0.5毫巴-10毫巴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，其特征在于，所述步驟2中，所述金屬前驅(qū)體源是三甲基鋁(Al (CH3) 3)、四(乙基甲基氨基)鉿(Hf [N (CH3) (C2H5) ]4)、四(二乙基氨基)鉿(Hf [N(CH3)2]4)、四(二乙基氨基)鉿(Hf [N(C2H5)2]4)、四叔丁醇鉿(Hf [O-C (CH3) 3]4)、三(N，N，-二異丙基-amd)釔(Y CPr2amd) 3)、三(N，N，_ 二異丙基甲脒)鑭(La(iPr2And)3)和二甲基鈹(Be (CH3)2)、四氯化鈦(TiCl4)、二乙基鋅((C2H5)2Zn)中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，其特征在于，所述步驟2中，所述金屬前驅(qū)體源的溫度為15攝氏度-300攝氏度，所述金屬前軀體源的脈沖時間為I毫秒-60秒，所述高純氮?dú)獾募兌葹?9.999%及以上，所述高純氮?dú)獾牧髁繛閘Osccm-lOOOsccm,所述高純氮?dú)獾那逑磿r間為10毫秒-120秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高介電常數(shù)氧化物的制備方法，其特征在于，所述步驟3中，所述水脈沖的脈沖時間為I毫秒-60秒；所述高純氮?dú)獾募兌葹?9.999%及以上，所述高純氮?dú)獾牧髁繛閘Osccm-lOOOsccm,所述高純氮?dú)獾那逑磿r間為10毫秒-120秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，其特征在于，所述步驟4中，所述原位處理氣體的流量在Osccm-1OOOsccm之間,所述原位處理氣體脈沖的脈沖時間為I暈秒-10分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，其特征在于，所述步驟4中，所述高純氮?dú)獾牧髁繛?0sccm-1000sccm,所述高純氮?dú)獾那逑磿r間為10毫秒-120秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，其特征在于，所述步驟4中，所述原位處理氣體是氧氣、氮?dú)?、氨氣、氫氣、笑氣中的一種或多種混合氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，其特征在于，所述步驟5中，所述氧化物介質(zhì)是三氧化二鋁、二氧化鉿、三氧化二鑭、三氧化二釔、氧化鈹、二氧化鈦、氧化鋅的一種或多種組合。
【文檔編號】C23C16/40GK103668108SQ201310667554
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】孫兵, 劉洪剛, 趙威, 王盛凱, ?；| 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所