專利名稱：一種鍍敷絕緣物質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在一半導(dǎo)體襯底上鍍敷絕緣物質(zhì)、用以形成一電容器組件的方法。
為了減小半導(dǎo)體設(shè)備中所需的電容器的尺寸，目前該工業(yè)正朝著利用具有高介電常數(shù)(K)材料的方向發(fā)展。一種特別受歡迎的材料是五氧化鉭(Ta2O5)，由于其介電常數(shù)約為25，所以該物質(zhì)是一個(gè)非常有前景的候選者。該物質(zhì)可以利用多種化學(xué)和物理方式進(jìn)行鍍敷，但是在半導(dǎo)體工業(yè)中最為常用的是有源可視蒸敷法(active visualvapour deposition)。該工藝是眾所周知的，并且例如在美國專利5111355中進(jìn)行了描述。從這份專利中可以看出鉭是這類物質(zhì)中的一種，即其氧化物可以形成于金屬靶的表面上，并且可以從該靶上開始進(jìn)行濺鍍，這與那些其氧化物或者氮化物成形于射程中或者襯底表面上的其他反應(yīng)工藝正好相反?？赡苁且?yàn)檫@個(gè)因素，所以會(huì)穿經(jīng)鍍敷層發(fā)生相對(duì)較高的泄漏電流問題。正如在美國專利5872696中所能夠看到的那樣，這種情況一部分是由針孔現(xiàn)象造成的，而一部分是由于存在有由所述層中未氧化鉭原子連接起來所形成泄漏通道而造成的。在那篇專利中，泄漏電流的減小是通過對(duì)五氧化鉭進(jìn)行進(jìn)一步氧化處理來實(shí)現(xiàn)的。這樣就能夠充分減少針孔和/或?qū)щ娡芬孕纬奢^大面積的電容器。但是，面積較小的電容器會(huì)導(dǎo)致相對(duì)較高的泄漏電流(當(dāng)將5伏電壓施加于100埃厚的五氧化鉭層上時(shí)大于10-6安的數(shù)量級(jí))。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于提供一種在一支撐件上將絕緣物質(zhì)鍍敷到一半導(dǎo)體襯底上的方法，用以形成一電容器組件，該方法包括從一金屬靶上將金屬氧化物層反應(yīng)濺鍍到所述襯底上的步驟，其特征在于所述支撐件被偏壓，用以隨著金屬氧化層的形成，穿過所鍍敷的絕緣物質(zhì)而感應(yīng)出一直流電壓。
所述感應(yīng)電壓可以在200至300伏的范圍內(nèi)，并且為了達(dá)到這個(gè)目的可以借助于一RF或者脈沖直流電源來對(duì)所述支撐件施加偏壓。也可以利用一RF或者脈沖直流電源對(duì)所述靶施加偏壓，最好是利用脈沖電源。
該方法還包括有在鍍敷之后或者鍍敷過程中對(duì)所鍍敷的氧化物進(jìn)行等離子氧化的步驟。
所述絕緣層可以鍍敷在第一電極上，而離散的第二電極可以鍍敷在該絕緣層的上表面上，用以形成多個(gè)電容器。各個(gè)第二電極的面積可以小于0.01平方厘米，而利用第二電極所形成的電容器的面積為0.008平方厘米。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述金屬氧化物為五氧化鉭，但是應(yīng)該相信的是通過該方法將可以顯示出對(duì)從靶上所反應(yīng)濺鍍出的任何金屬氧化物進(jìn)行改進(jìn)的方法。
雖然在前面已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是應(yīng)該理解的是其包括任何由前面或者下文中所描述的技術(shù)特征所形成的創(chuàng)造性組合。
本發(fā)明可以以多種方式進(jìn)行實(shí)施，并且現(xiàn)在將通過參照附圖
的例子來對(duì)一特定實(shí)施例進(jìn)行描述，其中所述附圖是穿經(jīng)一排根據(jù)本發(fā)明所形成的電容器的示意性剖面圖。
反應(yīng)濺鍍工藝是非常公知的技術(shù)，并且例如在1978年由AcademicPress，Inc.出版的、由John L.Vossen和Werner Kern共同編輯的“ThinFilm Processes”雜志第48至53頁及第107至109頁中進(jìn)行了描述。在此通過參考而將其中所公開的內(nèi)容結(jié)合入本發(fā)明。同樣，也將已經(jīng)提及的美國專利5872696中所公開的內(nèi)容通過參考而結(jié)合入本發(fā)明，在該美國專利中詳細(xì)描述了五氧化鉭的反應(yīng)氣體陰極濺鍍工藝。
正如在附圖中所能夠看到的那樣，本申請(qǐng)將一第一電極10(一般由氮化鈦制成)鍍敷到一襯底11的表面上，并且通過在其上反應(yīng)濺鍍五氧化鉭12來形成一絕緣層。隨后通過穿經(jīng)一孔眼掩模鍍敷氮化鈦圓點(diǎn)13來形成第二電極。隨后，通過相應(yīng)的圓點(diǎn)13、位于其下方的第一電極10部分，及由絕緣物質(zhì)12所形成的中間部分形成一獨(dú)立的電容器。
在本申請(qǐng)中用于進(jìn)行反應(yīng)鍍敷工藝所裝備的靶電極由脈沖直流電源供送能量。
隨后利用下述工藝條件在相同(“數(shù)目相同”)的晶片上進(jìn)行兩次試驗(yàn)，其中在第一次試驗(yàn)中其上座放有所述襯底的支撐件沒有被施加偏壓，而在第二次試驗(yàn)中所述支撐件如下面所示那樣被施加偏壓試驗(yàn)結(jié)構(gòu)負(fù)電極 TiN絕緣物質(zhì) Ta2O5其厚度通常為100埃至1000埃，具有代表性的是500埃，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域也可能會(huì)需要1微米的厚度，下面報(bào)告的結(jié)果是在100埃的基礎(chǔ)上進(jìn)行的?？傮w來說，層厚越小越好。
正電極 為了對(duì)所述絕緣物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，利用一孔眼掩模來鍍敷一氮化鈦層，以形成面積為0.008平方厘米的電容式圓點(diǎn)。
試驗(yàn)工藝通過反應(yīng)鍍敷來形成600埃厚的五氧化鉭層靶的電源 2千瓦的直流電源，以1000千赫的頻率進(jìn)行脈沖，并且脈沖寬度為4000納秒氬氣氣流 50sccm氧氣氣流 40sccm工作臺(tái)的溫度 300℃工作臺(tái)的偏壓電源 600瓦，由13.65兆赫的射頻(RF)，可以感應(yīng)出270V的直流偏壓工藝時(shí)間 150秒晶體尺寸 150毫米的硅晶體對(duì)如前所述那樣所鍍敷的五氧化鉭進(jìn)行等離子氧化氧氣氣流 200sccm感應(yīng)線圈的電壓 500瓦特，在400瓦特的功率下平穩(wěn)啟動(dòng)，并隨后增加1分鐘的工藝時(shí)間功率密度是一個(gè)十分重要的區(qū)別技術(shù)特征，對(duì)于不同尺寸的晶體和腔室來說，其他的功率級(jí)也許將是合適的并且可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)加以確定。
在施加5伏電壓的條件下對(duì)電容式圓點(diǎn)13進(jìn)行探測(cè)，并且對(duì)泄漏電流進(jìn)行測(cè)定。在沒有對(duì)支撐件施加偏壓條件下所形成的那一批電容器的泄漏電流大于10-6安培，而在施加偏壓條件下所形成的那一批電容器的泄漏電流小于10-8安培。在所有情況下五氧化鉭的厚度均為100埃。
應(yīng)該指出的是在所有情況下均需要執(zhí)行美國專利5872696中所述的氧化步驟，但是在施加偏壓條件下的泄漏電流量明顯改善。這就有力地表明在本發(fā)明申請(qǐng)中提供了一種完全不同的工藝，并且應(yīng)該明白的是這將會(huì)使得鍍敷層的密度得以改善。應(yīng)該明白的是泄漏電流量值改善的程度就意味著本申請(qǐng)已經(jīng)找到了一種明顯改善該類型電容器性能的方法。
權(quán)利要求
1.一種在一支撐件上將絕緣物質(zhì)鍍敷到一半導(dǎo)體襯底上、用以形成一電容器組件的方法，該方法包括從一金屬靶上將一金屬氧化物層反應(yīng)濺鍍到所述襯底上的步驟，其特征在于，向所述支撐件施加偏壓，用以隨著金屬氧化層的形成，穿過所鍍敷的絕緣物質(zhì)而感應(yīng)出一直流電壓。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，所感應(yīng)出的電壓在200至300伏之間。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的方法，其特征在于，借助于一RF或脈沖直流電源向所述支撐件施加偏壓。
4.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，利用一RF或者脈沖直流電源向所述靶施加偏壓。
5.如前述權(quán)利要求中任一個(gè)所述的方法，還包括有在鍍敷步驟之后或者鍍敷過程中對(duì)所述氧化物進(jìn)行等離子氧化的步驟。
6.如前述權(quán)利要求中任一個(gè)所述的方法，其特征在于，由鍍敷在第一電極上的絕緣物質(zhì)與離散地鍍敷在該絕緣物質(zhì)上表面上的第二電極形成多個(gè)電容器。
7.如權(quán)利要求6中所述的方法，其特征在于，各個(gè)第二電極的面積小于0.01平方厘米。
8.如前述權(quán)利要求中任一個(gè)所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化物為五氧化鉭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在一半導(dǎo)體襯底上鍍敷絕緣物質(zhì)用以形成一電容器組件的方法。該方法包括從一金屬靶上將一金屬氧化物層反應(yīng)濺鍍到所述襯底上的步驟,其中支撐件被施加偏壓,用以隨著金屬氧化物的形成穿經(jīng)所鍍敷的絕緣物質(zhì)而感應(yīng)出一直流電壓。該電壓可以在200至300伏的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H01L21/314GK1326218SQ0111660
公開日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2001年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月14日
發(fā)明者克萊爾·L·威金斯 申請(qǐng)人:特利康控股有限公司