專(zhuān)利名稱(chēng)：原子層沉積的電介質(zhì)層的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)涉及以下共同指定的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，通過(guò)參考將它們?nèi)坎⑷脒@里美國(guó)申請(qǐng)序列No.10/137,058，代理案號(hào)no.303.802US1，標(biāo)題為“Atomic Layer Deposition and Conversion，”美國(guó)申請(qǐng)序列No.10/137,168，代理案號(hào)no.1303.048US1，標(biāo)題為“Methods，Systems，and Apparatus for Atomic-Layer Deposition ofAluminum Oxides in Integrated Circuits，”以及美國(guó)申請(qǐng)序列No.09/797,324，代理案號(hào)no.303.717US1，標(biāo)題為“Methods，Systems，and Apparatus for Uniform Chemical-VaporDepositions.”技術(shù)領(lǐng)域本申請(qǐng)一般涉及半導(dǎo)體器件和器件的制備，更具體地涉及電介質(zhì)層和它們的制備方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)具有需要提高速度性能、提高其低靜態(tài)(截止?fàn)顟B(tài))的功率需求以及對(duì)于其硅基微電子產(chǎn)品適合寬范圍的電源和輸出電壓需求的驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)。特別地，在晶體管的制備中，有縮小器件如晶體管尺寸的持續(xù)壓力。最終的目標(biāo)是制備日益變小和更可靠的集成電路(IC)，用于在產(chǎn)品如處理器芯片、移動(dòng)電話(huà)和如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的存儲(chǔ)器件中使用。用電池給較小的器件頻繁地提供動(dòng)力。還存在縮小電池的尺寸以及延長(zhǎng)電池充電之間的時(shí)間的壓力。這迫使該產(chǎn)業(yè)不僅設(shè)計(jì)較小的晶體管，而且將它們?cè)O(shè)計(jì)成用較低的電源可靠地工作。
當(dāng)前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)依賴(lài)縮小或依比例確定其基本器件的尺度的能力，其中基本器件主要是硅基金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。將這種晶體管的一般結(jié)構(gòu)示于圖1中。當(dāng)以下的論述使用圖1來(lái)說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的晶體管時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本主題可以并入圖1所示的晶體管中，以形成根據(jù)本主題的晶體管。晶體管100制備在一般是硅的襯底110中，但還可以由其它的半導(dǎo)體材料制備。晶體管100具有源區(qū)120和漏區(qū)130。體區(qū)域132位于源區(qū)120和漏區(qū)130之間，由此體區(qū)域132限定了具有溝道長(zhǎng)度134的晶體管的溝道。柵電介質(zhì)140位于具有位于柵電介質(zhì)140上方的柵極150的體區(qū)域132上。雖然柵電介質(zhì)140可由除了氧化物之外的材料形成，但柵電介質(zhì)140一般是氧化物，且一般稱(chēng)為柵氧化物。柵極150可由多晶的硅(多晶硅)制備，或者可使用其它的導(dǎo)電材料，如金屬。
在制備尺寸較小的且在較低電源上可靠工作的晶體管時(shí)，一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是柵電介質(zhì)140。用于形成柵電介質(zhì)的主要依靠是二氧化硅，SiO2。熱生長(zhǎng)的非晶SiO2層提供了電力和熱力穩(wěn)定的材料，其中SiO2層與下面的Si的界面提供了高質(zhì)量的界面以及優(yōu)良的電隔離性能。在一般處理中，在Si上使用SiO2提供了1010/cm2數(shù)量級(jí)的缺陷電荷密度、接近1010/cm2eV的中間間隙(midgap)界面態(tài)密度和范圍在15MV/cm內(nèi)的擊穿電壓。具有這種質(zhì)量，需要使用除了SiO2之外的材料不是顯而易見(jiàn)的，但對(duì)于柵電介質(zhì)增加的標(biāo)度和其它要求建立了發(fā)現(xiàn)對(duì)于柵電介質(zhì)所使用的其它電介質(zhì)材料的需要。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)本主題解決了上述的問(wèn)題，且將通過(guò)閱讀和研究以下的說(shuō)明書(shū)而理解。用于形成電介質(zhì)層的方法的實(shí)施例，包括在襯底上通過(guò)原子層沉積形成金屬層，以及在該金屬層上通過(guò)原子層沉積形成該金屬的氧化物層。在一個(gè)實(shí)施例中，在襯底上通過(guò)原子層沉積形成鉿層，以及在該鉿上通過(guò)原子層沉積形成氧化鉿層。在一個(gè)實(shí)施例中，利用至多十個(gè)原子層沉積周期形成鉿層。在一個(gè)實(shí)施例中，形成鉿層的原子層沉積周期數(shù)在約四個(gè)周期至約十個(gè)周期的范圍內(nèi)。
包含氧化鉿的電介質(zhì)層具有比二氧化硅大的介電常數(shù)、較小的漏電流和相對(duì)于硅基襯底好的穩(wěn)定性。相比具有相同物理厚度的氧化硅層，這種電介質(zhì)層提供了相當(dāng)薄的等效氧化物厚度?？蛇x地，這種電介質(zhì)層提供了比具有相同等效氧化物厚度的氧化硅層顯著厚的物理厚度。上述實(shí)施例包括用于具有包含原子層沉積的氧化鉿的電介質(zhì)層的電容器、晶體管、存儲(chǔ)器件和電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以及用于形成這種結(jié)構(gòu)的方法。
自下面的說(shuō)明和附圖，這些和其它方面、實(shí)施例、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得顯而易見(jiàn)。


圖1示出了晶體管的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，在該晶體管中可根據(jù)本主題的各種實(shí)施例形成包含原子層沉積的氧化鉿的柵電介質(zhì)。
圖2A示出了根據(jù)本主題的各種實(shí)施例用于處理包含氧化鉿的電介質(zhì)層的原子層沉積系統(tǒng)。
圖2B示出了根據(jù)本主題的各種實(shí)施例用于處理包含氧化鉿的電介質(zhì)層的原子層沉積系統(tǒng)的氣體分布的固定裝置。
圖3說(shuō)明了根據(jù)本主題的各種實(shí)施例，通過(guò)原子層沉積處理電介質(zhì)層的方法實(shí)施例的元件的流程圖。
圖4說(shuō)明了根據(jù)本主題的各種實(shí)施例，通過(guò)原子層沉積處理包含氧化鉿的電介質(zhì)層的方法實(shí)施例的元件的流程圖。
圖5示出了根據(jù)本主題的各種實(shí)施例，具有原子層沉積的氧化鉿電介質(zhì)層的晶體管結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。
圖6示出了根據(jù)本主題的各種實(shí)施例，并入具有原子層沉積的電介質(zhì)層的器件的個(gè)人計(jì)算機(jī)的實(shí)施例。
圖7示出了根據(jù)本主題的各種實(shí)施例，并入具有原子層沉積的電介質(zhì)層的器件的中央處理單元的實(shí)施例的示意圖。
圖8示出了根據(jù)本主題的各種實(shí)施例，具有原子層沉積的電介質(zhì)層的DRAM存儲(chǔ)器件的實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面的詳細(xì)描述指的是借助插圖示出了具體方面的附圖和其中可進(jìn)行本主題的實(shí)施例。足夠詳細(xì)地描述這些實(shí)施例，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍局黝}。在不脫離本主題范圍的前提下，可利用其它的實(shí)施例，且可進(jìn)行結(jié)構(gòu)、邏輯和電的改變。由于一些公開(kāi)的實(shí)施例可以結(jié)合一個(gè)或多個(gè)其它公開(kāi)的實(shí)施例以形成新的實(shí)施例，所以在此公開(kāi)的各種在以下描述中所使用的術(shù)語(yǔ)晶片和襯底包括具有露出表面的、以形成本主題的集成電路(IC)結(jié)構(gòu)的任意結(jié)構(gòu)。術(shù)語(yǔ)襯底理解為包括半導(dǎo)體晶片。術(shù)語(yǔ)襯底還用于指的是在處理期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且可包括在上面制備的其它層。晶片和襯底兩個(gè)都包括摻雜的和未摻雜的半導(dǎo)體、由基半導(dǎo)體或絕緣體支撐的外延半導(dǎo)體層以及本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。術(shù)語(yǔ)導(dǎo)體理解為包括半導(dǎo)體，以及將術(shù)語(yǔ)絕緣體或電介質(zhì)定義為包括比稱(chēng)為導(dǎo)體的材料小的導(dǎo)電性的任意材料。
將該申請(qǐng)中所用的術(shù)語(yǔ)“水平的”定義為與常規(guī)的面或晶片或襯底的表面平行的面，而不管晶片或襯底的取向。術(shù)語(yǔ)“垂直的”指的是與如上所定義的水平方向垂直的方向。相對(duì)于常規(guī)的面或位于晶片或襯底頂表面上的表面來(lái)定義介詞，如“在......上面”、“側(cè)面的”(如在“側(cè)壁”上)、“較高”、“較低”、“在......上方”和“在......下面”，而不管晶片或襯底的取向。因此，以下的詳細(xì)描述不起限制作用，且僅由所附的權(quán)利要求與命題這種權(quán)利要求的等效物的全部范圍一起來(lái)限定本主題的范圍。
圖1的柵電介質(zhì)140當(dāng)在晶體管中工作時(shí)，具有物理的柵電介質(zhì)厚度和等效的氧化物厚度(teq)。等效的氧化物厚度量化了在表示物理厚度方面的柵電介質(zhì)140的電性質(zhì)，如電容。將等效的氧化物厚度teq定義為在忽視漏電流和可靠性因素的前提下，具有與給定電介質(zhì)相同電容密度的理論的SiO2層的厚度。
沉積在Si表面上作為柵電介質(zhì)的、厚度為t的SiO2層具有比它的厚度t大的teq。由于耗盡/反型區(qū)的形成，該teq由其上沉積了SiO2的表面溝道中的電容產(chǎn)生。該耗盡/反型區(qū)會(huì)產(chǎn)生比SiO2的厚度t大3至6埃()的teq。因此，利用驅(qū)動(dòng)以依比例決定柵電介質(zhì)等效氧化物厚度在10以下的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，用于柵電介質(zhì)的SiO2層的物理厚度需要接近4至7。
SiO2層的另外特性取決于結(jié)合SiO2柵電介質(zhì)所使用的柵電極。利用常規(guī)的多晶硅柵對(duì)于SiO2層產(chǎn)生了teq的另外增加。雖然當(dāng)前在一般的互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(CMOS)技術(shù)中沒(méi)有使用金屬柵，但可以通過(guò)使用金屬柵電極消除該另外的厚度。因此，將來(lái)的器件可以朝著約5?；蚋〉奈锢鞸iO2柵電介質(zhì)層設(shè)計(jì)。SiO2氧化層的這種小厚度產(chǎn)生了另外的問(wèn)題。
部分地，由于二氧化硅在SiO2-Si基結(jié)構(gòu)中的電隔離性質(zhì)，所以使用它作為柵電介質(zhì)。這種電隔離是由于SiO2(8.9eV)相對(duì)大的帶隙使得它對(duì)導(dǎo)電性成為良好的絕緣體。作為柵電介質(zhì)的材料，帶隙的顯著縮小將會(huì)使它消除。由于SiO2層的厚度減小，所以原子層或SiO2的單層的數(shù)量也減小。在某厚度，單層的數(shù)量是足夠小的，以致SiO2層將沒(méi)有如較大的或體層相同的完整原子布置。相對(duì)于體結(jié)構(gòu)不完整形成的結(jié)果，只有一個(gè)或兩個(gè)單層的薄SiO2層不會(huì)形成滿(mǎn)的帶隙。在SiO2柵電介質(zhì)中沒(méi)有滿(mǎn)的帶隙會(huì)導(dǎo)致下面的Si溝道和上面的多晶硅柵之間的實(shí)際短路。這種不希望的性質(zhì)對(duì)可依比例決定SiO2層的物理厚度設(shè)置了限度。由于該單層作用，最小厚度被認(rèn)為是約7-8。因此，對(duì)于具有teq小于約10的未來(lái)器件，需要考慮除了SiO2之外的電介質(zhì)用作柵電介質(zhì)。
對(duì)于用作柵電介質(zhì)的一般電介質(zhì)層，將電容確定為平行板電容C＝κε0A/t，其中κ是介電常數(shù)，ε0是自由空間的電容率，A是電容器的面積，以及t是電介質(zhì)的厚度。材料的厚度t與給定電容的teq有關(guān)，SiO2具有介電常數(shù)κox＝3.9，如t ＝(κ/κox)teq＝(κ/3.9)teq。
因此，具有介電常數(shù)比SiO2的介電常數(shù)3.9大的材料，將具有比所希望的teq大很多的物理厚度，同時(shí)提供了所希望的等效氧化物厚度。例如，具有介電常數(shù)為10的可選電介質(zhì)材料具有約25.6的厚度以提供10的teq，而不包括任何耗盡/反型層的影響。因此，通過(guò)利用具有比SiO2高的介電常數(shù)的電介質(zhì)材料，可實(shí)現(xiàn)晶體管縮小的等效氧化物厚度。
可通過(guò)相當(dāng)大數(shù)量的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于較低的晶體管工作電壓和較小的晶體管尺度的薄等效氧化物厚度，但另外的制備特性確定了合適的代替SiO2是困難的。然而，對(duì)于微電子產(chǎn)業(yè)的潮流展望仍然用于Si基器件。因此，將在硅襯底或硅層上生長(zhǎng)所使用的柵電介質(zhì)，其給代替物電介質(zhì)材料加了相當(dāng)大的限制。在硅層上形成電介質(zhì)期間，存在除了所希望的電介質(zhì)之外形成小的SiO2層的可能性。該結(jié)果有效地是由彼此平行且其上形成電介質(zhì)的硅層的兩個(gè)子層組成的電介質(zhì)層。在這種情況下，得到的電容是串聯(lián)的兩個(gè)電介質(zhì)的電容。結(jié)果，電介質(zhì)層的teq是SiO2厚度和形成的電介質(zhì)厚度的倍增因數(shù)的總和，寫(xiě)作teq＝tSiO2+(κox/κ)t。
因此，如果在該工藝中形成了SiO2層，則teq再次由SiO2層限制。如果在硅層和所希望的電介質(zhì)之間形成了阻擋層，則teq由具有最低介電常數(shù)的層限制，其中阻擋層防止形成SiO2層。然而，是采用具有高介電常數(shù)的單電介質(zhì)層還是具有介電常數(shù)比SiO2高的阻擋層，與硅層接口的層必須提供高質(zhì)量的接口以保持高的溝道載流子遷移率。
使用SiO2作為柵電介質(zhì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，形成SiO2層產(chǎn)生了非晶的柵電介質(zhì)。對(duì)于柵電介質(zhì)具有非晶結(jié)構(gòu)是有利的，因?yàn)槎嗑烹娊橘|(zhì)的晶界提供了高的泄露路徑。另外，在整個(gè)多晶柵電介質(zhì)的粒度和取向改變會(huì)引起該層介電常數(shù)變化。具有介電常數(shù)相對(duì)于SiO2高的許多材料至少在體結(jié)構(gòu)方面還具有結(jié)晶形式的缺點(diǎn)。因此，用于代替SiO2作為柵電介質(zhì)的最好候選物是具有高介電常數(shù)的電介質(zhì)，且能夠制備作為具有非晶形式的薄層。
僅基于介電常數(shù)的大小，具有約25的大介電常數(shù)的氧化鉿HfO2看起來(lái)是代替SiO2的候選物。然而，用于選擇材料的其它因素和用于形成在電子器件和系統(tǒng)中使用的電介質(zhì)層的方法涉及應(yīng)用材料的適合性，需要電介質(zhì)層具有超薄的等效氧化物厚度，在襯底上共形地形成，和/或設(shè)計(jì)具體的厚度和元素濃度。另一因素涉及襯底上的電介質(zhì)層的粗糙度。電介質(zhì)層的表面粗糙度對(duì)柵氧化物的電性質(zhì)和得到的晶體管的工作特性有顯著的影響。已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于在均方根(RMS)粗糙度中每增加0.1，穿過(guò)物理的1.0nm柵氧化物的漏電流增加了10倍。
在常規(guī)的濺射沉積工藝階段，被沉積的材料顆粒以高的能量轟擊該表面。當(dāng)顆粒擊中該表面時(shí)，一些顆粒粘附，而另一些顆粒產(chǎn)生了損傷。高能量的撞擊去除了產(chǎn)生坑的主體區(qū)域顆粒。由于在主體區(qū)域的粗糙界面，所以這種沉積層的表面具有粗糙的輪廓。
在一個(gè)實(shí)施例中，利用原子層沉積(ALD)形成相對(duì)于其它處理技術(shù)具有基本平滑表面的氧化鉿電介質(zhì)層。而且，利用原子層沉積形成電介質(zhì)層提供了用于控制在材料層之間的躍遷。因此，原子層沉積的氧化鉿電介質(zhì)層可具有襯底表面的設(shè)計(jì)躍遷(engineered transition)，該襯底表面具有基本上縮小的或沒(méi)有界面的SiO2層。而且，ALD沉積的氧化鉿電介質(zhì)層在它們所沉積的表面上提供了共形的覆蓋。
在早期70年代開(kāi)發(fā)了還稱(chēng)為原子層外延(ALE)的ALD作為化學(xué)氣相沉積(CVD)的改進(jìn)，且還稱(chēng)為“可選的脈沖CVD”。在ALD中，將氣態(tài)的前體一次引入到裝配在反應(yīng)室(或反應(yīng)器)內(nèi)的襯底表面上。該氣態(tài)前體的這種引入采用了每個(gè)氣態(tài)前體的脈沖形式。在脈沖之間，用氣體凈化該反應(yīng)室和/或抽空，在許多情況下該氣體是惰性氣體。
在化學(xué)吸附-飽和的ALD(CS-ALD)工藝中，在第一脈沖發(fā)出階段期間，與襯底的反應(yīng)與飽和化學(xué)吸附的前體一同出現(xiàn)在襯底的表面。隨后用凈化氣體脈沖輸送從反應(yīng)室去除了過(guò)量的前體。
第二脈沖發(fā)出階段在出現(xiàn)了所希望層的生長(zhǎng)反應(yīng)的襯底上引入另一前體。在層生長(zhǎng)反應(yīng)之后，從反應(yīng)室清除由副產(chǎn)物和過(guò)量前體的反應(yīng)。具有有利的前體化學(xué)性質(zhì)，在襯底上前體侵蝕性地相互吸收和反應(yīng)，可比在適當(dāng)設(shè)計(jì)的流程型反應(yīng)室中以少于二分之一地進(jìn)行一個(gè)ALD周期。一般，前體脈沖時(shí)間在約0.5秒到約2至3秒的范圍內(nèi)。
在ALD中，所有的反應(yīng)和凈化階段的飽和使得生長(zhǎng)自身限制。這種自身限制的生長(zhǎng)產(chǎn)生了大面積的均勻性和保形性，其具有用于如平面襯底、深溝槽情況的重要應(yīng)用，且產(chǎn)生多孔硅和高表面積硅石和氧化鋁粉末的處理。因此，ALD通過(guò)控制生長(zhǎng)周期數(shù)以直接的方式提供了用于控制層厚度。
最初研制ALD來(lái)制造電致發(fā)光顯示器中所需要的熒光層和電介質(zhì)層。已非常努力將ALD應(yīng)用到摻雜的硫化鋅和堿土金屬硫化物層的生長(zhǎng)。另外，已研究了ALD用于生長(zhǎng)不同的外延II-V和II-VI層、非外延結(jié)晶或非晶氧化物和氮化物層以及這些的多層結(jié)構(gòu)。朝著硅和鍺層的ALD生長(zhǎng)還有相當(dāng)大的好處，但由于困難的前體化學(xué)性質(zhì)，所以這不是很成功的。
在ALD工藝中所使用的前體可以是氣態(tài)的、液態(tài)的或固態(tài)的。然而，液態(tài)或固態(tài)前體必須是易揮發(fā)的。蒸氣壓必須足夠高用于有效地批量輸送。而且，固態(tài)和一些液態(tài)前體需要在反應(yīng)室內(nèi)部加熱，且經(jīng)由加熱的管引向襯底。必需的蒸汽壓必須到達(dá)襯底溫度以下的溫度，以避免襯底上的前體凝結(jié)。由于ALD的自身限制生長(zhǎng)機(jī)理，雖然由于它們的表面積改變?cè)诠に嚻陂g蒸汽率可能有些變化，但可使用相對(duì)低的蒸汽壓固態(tài)前體。
對(duì)于ALD中所使用的前體存在幾種其它的特性。因?yàn)榍绑w的分解會(huì)毀壞表面控制，所以它們?cè)谝r底溫度下必須是熱穩(wěn)定的，因此ALD方法的優(yōu)點(diǎn)依靠前體在襯底表面的反應(yīng)。如果相比ALD生長(zhǎng)慢，則會(huì)忍受輕微的分解。
雖然在前體和表面之間的界面以及用于吸收的機(jī)理對(duì)于不同前體是不同的，但前體必須化學(xué)吸附在表面上或與表面反應(yīng)。襯底表面的分子必須與第二前體侵蝕性地反應(yīng)，以形成所希望的固態(tài)層。另外，前體不應(yīng)當(dāng)與層反應(yīng)導(dǎo)致蝕刻，且前體不應(yīng)當(dāng)在層中溶解。在ALD中利用高反應(yīng)的前體與用于常規(guī)CVD的前體選擇形成對(duì)比。
為了使反應(yīng)的副產(chǎn)物容易從反應(yīng)室去除，反應(yīng)的副產(chǎn)物必須是氣態(tài)的。而且，副產(chǎn)物不應(yīng)當(dāng)在表面上反應(yīng)或吸收。
在反應(yīng)順序ALD(RS-ALD)工藝中，自身限制工藝順序包含系列的表面化學(xué)反應(yīng)。RS-ALD依賴(lài)于反應(yīng)表面和反應(yīng)分子前體之間的化學(xué)性質(zhì)。在RS-ALD工藝中，將分子前體分離地脈沖輸送到ALD反應(yīng)室中。在襯底的金屬前體反應(yīng)之后一般是惰性氣體脈沖輸送以去除過(guò)量的前體，以及在脈沖輸送下一個(gè)前體的制備順序之前，從反應(yīng)室去除副產(chǎn)物。
通過(guò)RS-ALD，可以以在化學(xué)動(dòng)力學(xué)、每周期的沉積、組成和厚度方面都相同的相等計(jì)量的順序分層上述層。RS-ALD順序一般沉積小于每個(gè)周期的全部層。一般，可實(shí)現(xiàn)每RS-ALD周期約0.25至約2.00的沉積或生長(zhǎng)率。
RS-ALD的特性包括界面的連續(xù)性、襯底上方的共形、使用低溫度和適度地氧化工藝、不受第一晶片影響和室依賴(lài)、只依賴(lài)所進(jìn)行周期數(shù)的生長(zhǎng)厚度、以及設(shè)計(jì)具有一個(gè)或兩個(gè)單層分辨率的多層疊層的能力。RS-ALD允許沉積控制單層的順序和沉積單層的非晶層的能力。
在此，順序指的是基于前體的ALD反應(yīng)或具有其反應(yīng)物前體的前體的ALD材料形成。例如，由包含金屬的前體構(gòu)成的金屬層形成金屬順序的實(shí)施例。另外，由包含金屬的前體和由包含前體的氧構(gòu)成的金屬氧化物層作為其反應(yīng)物前體形成金屬/氧順序的實(shí)施例，可將其稱(chēng)為金屬氧化物順序。金屬順序的周期包括脈沖輸送包含金屬的前體和脈沖輸送用于前體的凈化氣體。而且，金屬氧化物順序的周期包括脈沖輸送包含金屬的前體、脈沖輸送用于前體的凈化氣體、脈沖輸送反應(yīng)物前體和脈沖輸送用于反應(yīng)物前體的凈化氣體。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)利用單獨(dú)地脈沖輸送到反應(yīng)室中的前體氣體的ALD，在裝配于反應(yīng)室中的襯底上形成氧化鉿層?？蛇x地，可在適當(dāng)設(shè)計(jì)的反應(yīng)室中使用固態(tài)或液態(tài)前體。在標(biāo)題為“Atomic LayerDeposition and Conversion，”、代理案號(hào)no.303.802US1、序列號(hào)10/137,058和“Methods，Systems，and Apparatus for Atomic-LayerDeposition of Aluminum Oxides in Integrated Circuits，”、代理案號(hào)no.1303.048US1、序列號(hào)10/137,168的待審的共同指定的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)了其它材料的ALD形成。
圖2A示出了用于處理包含氧化鉿的電介質(zhì)層的原子層沉積系統(tǒng)200的實(shí)施例。描繪的元件是討論本主題實(shí)施例所必須的那些元件，以便在沒(méi)有進(jìn)行不適當(dāng)實(shí)驗(yàn)的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可實(shí)施本主題的各種實(shí)施例。可以在標(biāo)題為“Methods，Systems，and Apparatus for UniformChemical-Vapor Deposition，”、代理案號(hào)no.303.717US1、序列號(hào)09/797,324的共同待審的、共同指定的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中發(fā)現(xiàn)ALD反應(yīng)室的另一討論，通過(guò)參考將其并入這里。
在圖2A中，襯底210位于ALD系統(tǒng)200的反應(yīng)室220的內(nèi)部。而且位于反應(yīng)室220內(nèi)的是加熱元件230，其熱耦合到襯底210上以控制襯底溫度。氣體分布固定裝置240將前體氣體引到襯底210上。每個(gè)前體氣體由單獨(dú)的氣體源251-254產(chǎn)生，其流量分別由大流量控制器256-259控制。通過(guò)存儲(chǔ)前體作為氣體或通過(guò)提供用于蒸發(fā)固態(tài)或液態(tài)材料的位置和設(shè)備，每個(gè)氣體源251-254提供了前體氣體，以形成所選擇的前體氣體。此外，可包括另外的氣體源，一個(gè)用于所使用的每個(gè)金屬前體，一個(gè)用于與每個(gè)金屬前體有關(guān)的每個(gè)反應(yīng)物前體。
而且包括在ALD系統(tǒng)中的是凈化氣體源261、262，其每一個(gè)都分別耦合至大流量控制器266、267。此外，可在ALD系統(tǒng)200中構(gòu)建另外的凈化氣體源，一個(gè)凈化氣體源用于每個(gè)前體氣體。對(duì)于用于多個(gè)前體氣體使用相同凈化氣體的工藝，在ALD系統(tǒng)200中使用了較少的凈化氣體源。氣體源251-254和凈化氣體源261-262通過(guò)它們相關(guān)的大流量控制器耦合到共同的氣體線(xiàn)或管道270上，共同的氣體線(xiàn)或管道270耦合到反應(yīng)室220內(nèi)部的氣體分布固定裝置240。氣體管道270還通過(guò)大流量控制器286耦合到真空泵或排氣泵281上，以去除多余的前體氣體、凈化氣體和在氣體管道270的凈化順序端部的副產(chǎn)物氣體。
通過(guò)大流量控制器287耦合真空泵或排氣泵282，以去除多余的前體氣體、凈化氣體和在反應(yīng)室220的凈化順序端部的副產(chǎn)物氣體。為了方便起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的控制顯示器、裝配設(shè)備、溫度傳感器、襯底操縱設(shè)備和必要的電連接沒(méi)有被示于圖2A中。
圖2B示出了用于處理包含鉿氧化物的電介質(zhì)層的原子層沉積系統(tǒng)200的氣體分布固定裝置240的實(shí)施例。氣體分布固定裝置240包括氣體分布組件242和氣體入口244。氣體入口244使氣體分布組件242耦合至圖2A的氣體管道270。氣體分布組件242包括氣體分布孔或口246和氣體分布溝道248。在所述的實(shí)施例中，孔246基本上是具有在15-20微米范圍公共直徑的圓形，氣體分布溝道248具有在20-45微米范圍的公共寬度。具有氣體分布孔246的氣體分布組件242的表面249基本上是平面的，且與圖2A的襯底210平行。然而，其它實(shí)施例使用其它的表面形式以及孔和溝道的形狀和尺寸。孔的分布和尺寸還會(huì)影響沉積厚度，由此用于輔助厚度控制?？?46經(jīng)由氣體分布溝道248耦合至氣體入口244。雖然ALD系統(tǒng)200非常適合于實(shí)施本主題，但可使用商業(yè)上可獲得的其它ALD系統(tǒng)。
半導(dǎo)體制備領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解用于沉積材料層的反應(yīng)室的使用、結(jié)構(gòu)和基本操作。在沒(méi)有進(jìn)行不適當(dāng)實(shí)驗(yàn)的前提下，在多種這種反應(yīng)室上可以實(shí)施本主題的實(shí)施例。此外，一旦閱讀了該公開(kāi)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)半導(dǎo)體制備領(lǐng)域的必要檢測(cè)、測(cè)量和控制技術(shù)。
ALD系統(tǒng)200的元件可以由計(jì)算機(jī)控制。為了集中到本主題各種實(shí)施例中的ALD系統(tǒng)200的使用上，沒(méi)有示出計(jì)算機(jī)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到，單獨(dú)的元件如在ALD系統(tǒng)200內(nèi)的壓力控制、溫度控制和氣體流可以在計(jì)算機(jī)控制之下。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)執(zhí)行存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)中的指令，以精確地控制ALD系統(tǒng)200的元件的集成功能以形成電介質(zhì)層。
圖3示出了通過(guò)原子層沉積處理電介質(zhì)層的方法實(shí)施例的元件的流程圖。該實(shí)施例包括在方塊310，通過(guò)原子層沉積在襯底上形成金屬層，和在方塊320，通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成該金屬的氧化物層。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)進(jìn)行至多十個(gè)周期的金屬順序形成金屬層。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)進(jìn)行四個(gè)周期至十個(gè)周期的金屬順序形成金屬層。選擇用于進(jìn)行金屬氧化物順序的周期數(shù)以提供所希望厚度的金屬氧化物。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)原子層沉積在襯底上形成鉿層。利用硝酸鉿前體在襯底上沉積鉿。在一個(gè)實(shí)施例中，利用硝酸鉿前體進(jìn)行至多十個(gè)周期。在襯底上完成形成鉿之后，進(jìn)行氧化鉿順序的預(yù)定數(shù)目的周期。在形成用于氧化鉿順序的預(yù)定數(shù)目周期的完結(jié)時(shí)，在襯底上產(chǎn)生了氧化鉿層。利用形成鉿層之后是形成氧化鉿層所進(jìn)行的工藝，制備了Hf/HfO2納米疊層。然而，在HfO2形成期間朝著硅襯底擴(kuò)散的氧與鉿層互相作用，防止形成氧化硅界面區(qū)。
進(jìn)行每個(gè)原子層沉積包括在預(yù)定時(shí)間段將一個(gè)或多個(gè)前體脈沖輸送到反應(yīng)室中。單獨(dú)地控制預(yù)定時(shí)間段用于脈沖輸送每個(gè)前體到反應(yīng)室中。而且對(duì)于每個(gè)脈沖輸送的前體，襯底保持在所選的溫度處，對(duì)于脈沖輸送每個(gè)前體獨(dú)立地設(shè)置所選的溫度。另外，在分離的環(huán)境條件下，可將每個(gè)前體脈沖輸送到反應(yīng)。依賴(lài)前體的性質(zhì)保持合適的溫度和壓力，不管前體是單個(gè)前體還是前體的混合物。
利用原子層沉積，在每個(gè)脈沖輸送前體之后，通過(guò)用凈化氣體清除反應(yīng)室，來(lái)分離前體氣體的脈沖輸送。在一個(gè)實(shí)施例中，使用氮?dú)怏w作為在周期中使用的每個(gè)前體的脈沖輸送以形成氧化鉿層之后的凈化氣體。另外，還可通過(guò)抽空反應(yīng)室凈化反應(yīng)室。
圖4示出了通過(guò)原子層沉積處理包含氧化鉿的電介質(zhì)層的方法實(shí)施例的元件的流程圖。可用圖2A、B的原子層沉積系統(tǒng)200實(shí)施該實(shí)施例。
在方塊405，準(zhǔn)備襯底210。用于形成晶體管所使用的襯底一般是硅或包含硅的材料。在其它實(shí)施例中，可使用鍺、砷化鍺、藍(lán)寶石襯底上的硅或其它合適的襯底。該制備工藝可包括清洗襯底210，和在形成柵電介質(zhì)之前，形成襯底的層和區(qū)，如金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的漏極和源極。在一個(gè)實(shí)施例中，清洗襯底，以提供其原生氧化物耗盡的初始襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，清洗初始襯底還提供了氫終接(hydrogen-terminated)的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，在ALD處理之前對(duì)硅襯底進(jìn)行最后的HF漂洗，以提供具有氫終接表面的硅襯底，而沒(méi)有原生的氧化硅層。
被處理的晶體管區(qū)域的形成順序之后是如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的在制備MOS晶體管時(shí)通常進(jìn)行的一般順序。在處理中包括的是在柵電介質(zhì)形成期間被保護(hù)的襯底區(qū)域的掩模，如同MOS制備中通常進(jìn)行的。在該實(shí)施例中，無(wú)掩模區(qū)域可包括晶體管的體區(qū)域，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，其它的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)可利用這種工藝。另外，將準(zhǔn)備好處理形式的襯底210運(yùn)送到用于ALD處理的反應(yīng)室220中的位置中。
在方塊410，將包含前體的鉿用脈沖輸送到反應(yīng)室220中。在一個(gè)實(shí)施例中，使用無(wú)水的硝酸鉿Hf(NO3)4作為前體。經(jīng)由襯底210上的氣體分布固定裝置240，將Hf(NO3)4前體脈沖輸送到反應(yīng)室220中。大流量控制器256調(diào)節(jié)來(lái)自氣體源251的Hf(NO3)4流。在一個(gè)實(shí)施例中，將襯底溫度保持在約180℃。在其它實(shí)施例中，將襯底溫度保持在約300℃和約500℃之間。在由襯底210的無(wú)掩模區(qū)域所限定的期望區(qū)域中，Hf(NO3)4與襯底210的表面反應(yīng)。
在其它實(shí)施例中，包含前體的鉿包括四氯化鉿前體。雖然沉積的優(yōu)良均勻性和開(kāi)始被提供有四氯化鉿前體，但由于不容易獲得具有四氯化物種類(lèi)的Si-H鍵的取代，所以使用多個(gè)ALD周期來(lái)制造氫終接硅表面的總覆蓋。與氫終接的硅上的沉積開(kāi)始有關(guān)的這種困難會(huì)引起表面粗糙度和沉積不一致性。而且，金屬四氯化物還具有結(jié)合層中的微量氯的趨勢(shì)，其會(huì)引起穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題。
無(wú)水的硝酸鉿允許更好地控制氫終接硅上的沉積開(kāi)始，其有助于優(yōu)化界面性質(zhì)和提高晶體管中的載流子遷移率。這些前體沒(méi)有留下碳?xì)浠衔锘螓u素雜質(zhì)，且容易去除氮氧化物副產(chǎn)物。
在方塊415，將第一凈化氣體脈沖輸送到反應(yīng)室220中。在一個(gè)實(shí)施例中，使用純度約為99.999％的氮?dú)庾鳛閮艋瘹怏w。大流量控制器266將來(lái)自?xún)艋瘹怏w源261的氮流調(diào)節(jié)到氣體管道270中。利用純氮凈化避免了前體脈沖與可能的氣相反應(yīng)交疊。凈化之后，完成了鉿金屬順序的周期。然后，在方塊420，進(jìn)行關(guān)于是否進(jìn)行了所希望的鉿金屬周期數(shù)的確認(rèn)。在方塊410，如果沒(méi)有完成鉿金屬順序的所希望數(shù)目的周期，則該工藝返回將包含前體的鉿脈沖輸送到襯底上。如果完成了鉿金屬順序的所希望數(shù)目的周期，則工藝移動(dòng)到在鉿層上形成氧化鉿。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于鉿金屬順序的所希望數(shù)目的周期是形成跨過(guò)襯底的鉿金屬層的周期數(shù)，提供幾埃厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)行約四至十個(gè)周期提供了幾埃厚度。在另一實(shí)施例中，進(jìn)行約十個(gè)周期提供了鉿金屬厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，用于鉿順序的每個(gè)周期包括脈沖輸送硝酸鉿約0.6s，以及脈沖輸送凈化氣體約0.6s。在形成氧化鉿之前，在襯底上形成鉿金屬層防止氧在隨后的氧化鉿的ALD形成期間擴(kuò)散到硅表面。由于氧化鉿通過(guò)ALD形成，所以朝著硅襯底擴(kuò)散的氧與鉿金屬層互相反應(yīng)，在一個(gè)實(shí)施例中，鉿層基本上變成了氧化鉿。
在方塊430，在襯底210上完成了形成鉿金屬層之后，將包含前體的第二鉿脈沖輸送到襯底210上。在一個(gè)實(shí)施例中，使用無(wú)水的硝酸鉿Hf(NO3)4作為前體。經(jīng)由襯底210上的氣體分布固定裝置240，將Hf(NO3)4前體脈沖輸送到反應(yīng)室220中。大流量控制器257調(diào)節(jié)來(lái)自氣體源252的Hf(NO3)4流。在一個(gè)實(shí)施例中，將襯底溫度保持在約180℃。在其它實(shí)施例中，將襯底溫度保持在約300℃和約500℃之間。Hf(NO3)4與襯底210的表面反應(yīng)，在由襯底210的無(wú)掩模區(qū)域限定的所希望的區(qū)域中形成了在襯底210表面上的鉿金屬層。
在脈沖輸送包含前體的鉿之后，在方塊435，脈沖輸送第二凈化氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，使用氮作為第二凈化氣體。經(jīng)由大流量控制器287利用真空泵282排盡反應(yīng)室220以及經(jīng)由大流量控制器286通過(guò)真空泵281排盡氣體管道270以及利用凈化氣體，從該系統(tǒng)去除多余的前體氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物。
在脈沖輸送第二凈化氣體之后，在方塊440，將包含前體的氧脈沖輸送到反應(yīng)室220中。在一個(gè)實(shí)施例中，包含前體的氧是水蒸汽。經(jīng)由襯底210上的氣體分布固定裝置240將H2O蒸汽前體脈沖輸送到反應(yīng)室220中。大流量控制器258調(diào)節(jié)來(lái)自氣體源253的H2O蒸汽流。在一個(gè)實(shí)施例中，將襯底溫度保持在約180℃。在另一實(shí)施例中，將襯底溫度保持在約300℃和約500℃之間。水蒸汽在襯底210的當(dāng)前表面處侵蝕性地反應(yīng)。
在方塊445，將第三凈化氣體引入到該系統(tǒng)中。還可使用氮作為凈化和攜帶氣體。通過(guò)大流量控制器267將氮流從凈化氣體源262控制到氣體管道270中和隨后的反應(yīng)室220中。在另一實(shí)施例中，可使用氬氣體作為凈化氣體。
在Hf(NO3)4/水蒸汽順序期間，通過(guò)加熱元件230將襯底保持在約180℃。脈沖輸送Hf(NO3)4約0.6s。在Hf(NO3)4脈沖輸送之后，氧化鉿順序繼續(xù)凈化脈沖輸送之后是水蒸汽脈沖輸送，再之后是凈化脈沖輸送。在一個(gè)實(shí)施例中，鉿/氧順序包括0.6s的Hf(NO3)4脈沖輸送、0.6s氮脈沖輸送、0.6s水蒸汽脈沖輸送和0.6s氮脈沖輸送。其它實(shí)施例包括用于前體的范圍從約0.2s至幾秒的脈沖周期和用于凈化氣體的范圍從約0.5s至約20s的脈沖周期。
在方塊450，進(jìn)行關(guān)于是否進(jìn)行了所希望周期數(shù)的確認(rèn)，即，完成的周期數(shù)是否等于預(yù)定數(shù)。預(yù)定數(shù)對(duì)應(yīng)于用于ALD氧化鉿電介質(zhì)層的預(yù)定厚度。如果完成的周期數(shù)小于預(yù)定數(shù)，則在方塊430，將包含前體的第二鉿脈沖輸送到反應(yīng)室220中，且該工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行。如果已完成了形成所希望厚度的總周期數(shù)，則可對(duì)包含氧化鉿的電介質(zhì)層進(jìn)行退火以去除殘留的任何一氧化二氮。為了避免氧在對(duì)半導(dǎo)體襯底表面進(jìn)行退火期間的擴(kuò)散，可在無(wú)氧環(huán)境中進(jìn)行任意退火至一個(gè)短的時(shí)間段。退火環(huán)境的實(shí)施例可包括氮?dú)鈿夥?。除了避免氧擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底，由氧化鉿電介質(zhì)層的原子層沉積所使用的較低溫度允許形成非晶的氧化鉿電介質(zhì)層。
通過(guò)用于脈沖輸送周期和所使用的前體的固定生長(zhǎng)率來(lái)確定氧化鉿層的厚度，固定生長(zhǎng)率設(shè)置為如N nm/周期的值。對(duì)于所希望的氧化鉿層厚度t，在如形成MOS晶體管的柵電介質(zhì)的應(yīng)用中，重復(fù)ALD工藝為t/N個(gè)總周期。一旦完成了t/N個(gè)周期，則不再進(jìn)一步進(jìn)行用于氧化鉿的ALD處理。在一個(gè)實(shí)施例中，ALD處理提供了包含具有介電常數(shù)范圍為約8至約25的氧化鉿的電介質(zhì)層的設(shè)計(jì)。
在方塊455，在形成氧化鉿之后，完成了具有包含氧化鉿的電介質(zhì)層的器件的處理。在一個(gè)實(shí)施例中，完成該器件包括完成晶體管的形成。在另一實(shí)施例中，完成該器件包括完成電容器的形成?？蛇x地，完成該工藝包括完成具有由包含原子層沉積氧化鉿的柵電介質(zhì)形成的存取晶體管陣列的存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，完成該工藝包括電子系統(tǒng)的形成，該電子系統(tǒng)包括使用電子器件的信息處理器件，該電子器件具有形成有包含原子層沉積氧化鉿的電介質(zhì)層的晶體管。一般，信息處理器件如計(jì)算機(jī)包括具有許多存取晶體管的許多存儲(chǔ)器件。
一旦閱讀和領(lǐng)會(huì)了本公開(kāi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員就會(huì)意識(shí)到，在對(duì)于給定的應(yīng)用依賴(lài)于將要形成的氧化鉿層和用于制備氧化鉿層的系統(tǒng)的各種其它環(huán)境條件和脈沖周期下，可在圖4的實(shí)施例中進(jìn)行原子層沉積氧化鉿層的形成方法的元件。在沒(méi)有進(jìn)行不適當(dāng)實(shí)驗(yàn)的前提下，可進(jìn)行環(huán)境條件、所使用的前體、所使用的凈化氣體和用于前體和凈化氣體的脈沖周期的確定。
可在計(jì)算機(jī)控制下，在原子層沉積系統(tǒng)如ALD系統(tǒng)200中處理氧化鉿電介質(zhì)層的原子層沉積以進(jìn)行各種實(shí)施例，且在計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令下工作以進(jìn)行這些實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，用于形成電介質(zhì)層方法的計(jì)算機(jī)化方法和計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，包括通過(guò)原子層沉積形成金屬層，以及通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成該金屬的氧化物層。在另一實(shí)施例中，用于形成電介質(zhì)層方法的計(jì)算機(jī)化方法和計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，包括通過(guò)原子層沉積在襯底表面上通過(guò)原子層沉積來(lái)沉積鉿層，以及通過(guò)原子層沉積在該鉿金屬層上形成氧化鉿層。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于形成電介質(zhì)層方法的計(jì)算機(jī)化方法和計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令進(jìn)一步包括通過(guò)原子層沉積形成氧化鉿電介質(zhì)層，其中在預(yù)定周期將每個(gè)前體脈沖輸送到反應(yīng)室中。對(duì)于脈沖輸送到反應(yīng)室中的每個(gè)前體，單獨(dú)地控制預(yù)定周期。而且，對(duì)于每個(gè)脈沖輸送的前體，可將襯底保持在所選溫度，而對(duì)于脈沖輸送每個(gè)前體，獨(dú)立地設(shè)置所選溫度。另外，在每個(gè)脈沖輸送前體之后是用凈化氣體凈化反應(yīng)室。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于形成電介質(zhì)層方法的計(jì)算機(jī)化方法和計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，可包括調(diào)節(jié)鉿和氧化鉿的沉積以形成具有介電常數(shù)在約8至約25范圍內(nèi)的電介質(zhì)層。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于形成電介質(zhì)層方法的計(jì)算機(jī)化方法和計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令包括控制反應(yīng)室的環(huán)境。另外，該計(jì)算機(jī)化方法控制凈化氣體的脈沖輸送，一個(gè)用于每個(gè)前體氣體，和在脈沖輸送相關(guān)的前體氣體之后脈沖輸送每個(gè)凈化氣體。利用計(jì)算機(jī)控制用于生長(zhǎng)電介質(zhì)層的參數(shù)，提供了用于在參數(shù)的寬范圍上處理的電介質(zhì)層，該參數(shù)允許確定為所使用的ALD系統(tǒng)設(shè)置的最佳參數(shù)。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可提供在任意的計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)中。這種計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)可包括，但不局限于軟盤(pán)、磁盤(pán)、硬盤(pán)、CD-ROM、快閃ROM、非易失性ROM和RAM。
可利用圖2A的ALD系統(tǒng)200實(shí)現(xiàn)這種方法的實(shí)施例，其中用于ALD系統(tǒng)200的單獨(dú)元件的控制耦合至計(jì)算機(jī)，未示于圖2A中。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)室220中的前體氣體流，計(jì)算機(jī)提供了用于處理氧化鉿電介質(zhì)層的操作控制。通過(guò)控制大流量控制器256-259，計(jì)算機(jī)控制前體氣體的流速和用于這些氣體的脈沖輸送周期。另外，計(jì)算機(jī)控制氣體源251-254的溫度。而且，分別通過(guò)大流量控制器266、267的計(jì)算機(jī)控制，來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)自?xún)艋瘹怏w源261、262的凈化氣體的脈沖周期和流量。
計(jì)算機(jī)還調(diào)節(jié)反應(yīng)室220的環(huán)境，其中電介質(zhì)層形成在襯底210上。通過(guò)分別經(jīng)由大流量控制器286、287控制真空泵281、282，計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)在預(yù)定壓力范圍內(nèi)的反應(yīng)室220中的壓力。通過(guò)控制加熱器230，計(jì)算機(jī)還調(diào)節(jié)了在預(yù)定范圍內(nèi)的襯底210的溫度范圍。
為了方便起見(jiàn)，在圖2A中未示出到ALD 200的元件的單獨(dú)控制線(xiàn)以及計(jì)算機(jī)。結(jié)合圖2A的計(jì)算機(jī)控制的以上描述提供了本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施用于利用如此所述的計(jì)算機(jī)化方法形成包含氧化鉿的電介質(zhì)層的實(shí)施例的信息。
在此描述的實(shí)施例提供了用于生長(zhǎng)具有與介電常數(shù)范圍從約8至約25有關(guān)的有用的等效氧化物厚度teq的寬范圍的電介質(zhì)層的工藝。根據(jù)本主題的實(shí)施例的teq范圍被示于下面


用于氧化鉿材料層的相對(duì)大的介電常數(shù)允許設(shè)計(jì)具有10nm(100)范圍內(nèi)物理厚度的電介質(zhì)層，而獲得小于5nm(50)的teq。從上所述，明顯的是，可獲得具有teq范圍從約1.5至約12的包含氧化鉿的層。而且，原子層沉積的氧化鉿層可提供顯著小于2或3、甚至小于1.5的teq。
獲得的單層厚度范圍中的teq與半導(dǎo)體襯底表面和氧化鉿電介質(zhì)層之間的界面層有關(guān)，該界面層格外小或由具有介電常數(shù)接近氧化鉿值的材料組成。應(yīng)當(dāng)避免形成SiO2界面層。因此，在ALD工藝的第一順序的第一脈沖之前，半導(dǎo)體襯底表面的準(zhǔn)備應(yīng)當(dāng)包括去除存在的所有SiO2層，以及防止在ALD工藝開(kāi)始之前形成SiO2。而且，通過(guò)ALD的金屬層的初始形成，如在用于氧化鉿電介質(zhì)層的實(shí)施例中形成氧化鉿，有助于減小或消除SiO2的界面層。在形成氧化鉿之前在襯底上形成鉿金屬層防止了氧在隨后的ALD形成氧化鉿期間擴(kuò)散到硅表面。由于氧化鉿通過(guò)ALD形成，所以朝著硅襯底擴(kuò)散的氧與鉿金屬層相互反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，鉿層基本上變成了氧化鉿。
在與硅襯底的界面處的鉿金屬會(huì)形成硅化鉿，作為硅襯底和氧化鉿層之間的界面層。該硅化鉿界面層雖然小但減小了用于設(shè)置在硅襯底上的電介質(zhì)層的有效介電常數(shù)。然而，硅化鉿的介電常數(shù)約為8，其比二氧化硅電介質(zhì)層高很多。依賴(lài)于硅化鉿的形成和該界面區(qū)的厚度，通過(guò)原子層沉積鉿金屬，之后是原子層沉積氧化鉿所形成的氧化鉿的介電常數(shù)范圍為約8至約25。
與氧化鉿薄層有關(guān)的任一微粗糙度是由于整個(gè)襯底表面的電介質(zhì)層的部分單層形成引起的。具有在兩個(gè)或三個(gè)周期形成單層的電介質(zhì)層的一些區(qū)域，當(dāng)層的另一面積或區(qū)域在一個(gè)或兩個(gè)周期中形成單層時(shí)，氧化鉿電介質(zhì)層的表面會(huì)顯示出一些微粗糙度。預(yù)期使用硝酸鉿前體有助于提供整個(gè)襯底表面的均勻分布，以幫助減緩出現(xiàn)電介質(zhì)層的這種微粗糙度。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，在沒(méi)有進(jìn)行不適當(dāng)實(shí)驗(yàn)的前提下，在用于處理給定應(yīng)用的氧化鉿電介質(zhì)層的ALD系統(tǒng)的正常初始測(cè)試期間，可確定用于提供具有減小或基本上消除微粗糙度的氧化鉿電介質(zhì)層的特定生長(zhǎng)率和處理?xiàng)l件。
而且，通過(guò)原子層沉積形成的氧化鉿的電介質(zhì)層不僅可提供超薄的teq層，而且可提供具有相對(duì)低的漏電流的層。除了使用ALD精確地提供具有設(shè)計(jì)的介電常數(shù)、良好的擊穿電場(chǎng)性質(zhì)和相對(duì)低漏電流的所設(shè)計(jì)的層厚度之外，ALD處理提供了在所選襯底表面上提供共形層的電介質(zhì)層。
使用用于進(jìn)行原子層沉積的氧化鉿如上所述工藝的實(shí)施例來(lái)精確地控制形成的電介質(zhì)層的厚度，除了提供超薄的teq之外，原子層沉積工藝提供了相對(duì)平滑的表面和限制的界面層形成。另外，可實(shí)施用于電介質(zhì)層如氧化鉿電介質(zhì)層的ALD處理的這些實(shí)施例，來(lái)形成晶體管、電容器、存儲(chǔ)器件和包括電光器件、微波器件和信息處理器件的其它電子系統(tǒng)。利用氧化鉿層的仔細(xì)準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)，限制了界面區(qū)的尺寸，預(yù)期了約5至約3?；蚋偷膖eq用于這些器件。
在硅基襯底110中可通過(guò)形成源區(qū)120和漏區(qū)130形成如圖1描述的晶體管100，其中源區(qū)和漏區(qū)120、130通過(guò)體區(qū)域132隔開(kāi)。體區(qū)域132限定了具有溝道長(zhǎng)度134的溝道。電介質(zhì)層設(shè)置在襯底110上，通過(guò)原子層沉積在襯底110上形成為包含氧化鉿的層。得到的氧化鉿電介質(zhì)層形成柵電介質(zhì)層140。
在柵電介質(zhì)140上方形成柵極150。一般，雖然可以以可選的工藝形成金屬柵極，但形成柵極150可包括形成多晶硅層。利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行形成襯底、源區(qū)和漏區(qū)以及柵極。另外，用如本領(lǐng)域技術(shù)人員也公知的標(biāo)準(zhǔn)制備工藝進(jìn)行用于形成晶體管的各種元件的順序。
可將在各種實(shí)施例中形成原子層沉積的氧化鉿的方法應(yīng)用到具有電介質(zhì)層的其它晶體管結(jié)構(gòu)上。圖5示出了具有原子層沉積的氧化鉿電介質(zhì)層的晶體管500結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。晶體管500包括具有由體區(qū)域532隔開(kāi)的源區(qū)520和漏區(qū)530的硅基襯底510。在源區(qū)520和漏區(qū)530之間的體區(qū)域532限定了具有溝道長(zhǎng)度534的溝道區(qū)。位于體區(qū)域532上方的是包括柵電介質(zhì)540、浮置柵552、浮置柵電介質(zhì)542和控制柵550的疊層555。伴隨利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的工藝形成的晶體管500的剩余元件，可以形成包含上述原子層沉積的氧化鉿的柵電介質(zhì)540。可選地，在這里描述的各種實(shí)施例中，柵電介質(zhì)540和浮置柵極電介質(zhì)542可形成為包含氧化鉿的電介質(zhì)層。
還可將形成氧化鉿電介質(zhì)層的方法的實(shí)施例應(yīng)用到形成各種集成電路、存儲(chǔ)器件和電子系統(tǒng)中的電容器。在形成電容器的實(shí)施例中，一種方法包括形成第一導(dǎo)電層、通過(guò)原子層沉積在第一導(dǎo)電層上形成包含氧化鉿的電介質(zhì)層和在電介質(zhì)層上形成第二導(dǎo)電層。氧化鉿電介質(zhì)層的ALD形成允許在提供所希望的介電常數(shù)的預(yù)定組成內(nèi)被設(shè)計(jì)的電介質(zhì)。
可將具有電介質(zhì)層如利用在此描述的方法通過(guò)原子層沉積形成的氧化鉿的電介質(zhì)層的晶體管、電容器和其它器件實(shí)施到存儲(chǔ)器件和包括信息處理器件的電子系統(tǒng)。這種信息器件可包括無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)。將具有電介質(zhì)層如利用在此描述的方法通過(guò)原子層沉積形成的氧化鉿電介質(zhì)層的計(jì)算機(jī)的實(shí)施例示于圖6-8中，且在下面進(jìn)行描述。雖然在下面示出了特定類(lèi)型的存儲(chǔ)器件和計(jì)算機(jī)器件，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，包括信息處理器件的多種類(lèi)型的存儲(chǔ)器件和電子系統(tǒng)可利用本主題。
如圖6和7所示的個(gè)人計(jì)算機(jī)600可包括監(jiān)控器601、鍵盤(pán)輸入602和中央處理單元604。中央處理單元604一般可包括微處理器706、具有多個(gè)存儲(chǔ)槽712(a-n)的存儲(chǔ)總線(xiàn)電路708和其它外圍電路710。外圍電路710允許各種外圍器件724與輸入/輸出(I/O)總線(xiàn)722上方的處理器-存儲(chǔ)總線(xiàn)720接口連接。圖6和7所示的個(gè)人計(jì)算機(jī)還包括具有如利用根據(jù)本主題實(shí)施例在此描述的方法通過(guò)原子層沉積形成的電介質(zhì)層的至少一個(gè)晶體管，該電介質(zhì)層例如是氧化鉿電介質(zhì)層。
微處理器706產(chǎn)生了控制和地址信號(hào)，以控制存儲(chǔ)總線(xiàn)電路708和微處理器706之間以及存儲(chǔ)總線(xiàn)電路708和外圍電路710之間的數(shù)據(jù)交換。在高速度存儲(chǔ)總線(xiàn)720上和高速度I/O總線(xiàn)722上完成了數(shù)據(jù)的這種交換。
耦合至存儲(chǔ)總線(xiàn)720的是多個(gè)存儲(chǔ)槽712(a-n)，其接收本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的存儲(chǔ)器件。例如，可在實(shí)施本主題的實(shí)施例中使用單直插(in-line)的存儲(chǔ)器模塊(SIMM)和雙直插的存儲(chǔ)器模塊(DIMM)。
可以以提供讀取和寫(xiě)入存儲(chǔ)槽712的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元的不同方法的各種設(shè)計(jì)來(lái)制造這些存儲(chǔ)器件。一種這樣的方法是頁(yè)模式操作。通過(guò)存取存儲(chǔ)單元陣列的行和任意存取陣列的不同列的方法來(lái)限定DRAM中的頁(yè)模式操作?？勺x取和輸出存儲(chǔ)在該行和列的交點(diǎn)處的數(shù)據(jù)，同時(shí)存取該列。頁(yè)模式DRAM使用存取步驟，其限制了存儲(chǔ)電路708的通信速度。
可選類(lèi)型的器件是擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出(EDO)存儲(chǔ)器，其允許在存儲(chǔ)器陣列地址存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在該被尋址的列關(guān)閉后作為輸出有效。在沒(méi)有減小其中在存儲(chǔ)總線(xiàn)720上可獲得存儲(chǔ)器輸出數(shù)據(jù)的時(shí)間的情況下，通過(guò)允許短的存取信號(hào)，該存儲(chǔ)器可提高一定程度的通信速度。其它可選類(lèi)型的器件包括SDRAM、DDR SDRAM、SLDRAM和直接RDRAM以及其它如SRAM或快閃存儲(chǔ)器。
圖8示出了具有根據(jù)在此描述的實(shí)施例形成的原子層沉積的電介質(zhì)層的DRAM存儲(chǔ)器件800的實(shí)施例的示意圖。說(shuō)明性的DRAM存儲(chǔ)器件800適合于存儲(chǔ)槽712(a-n)。為了說(shuō)明DRAM存儲(chǔ)器件，已簡(jiǎn)化了DRAM存儲(chǔ)器件800的描述，且不意圖對(duì)DRAM的所有部件進(jìn)行完整描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可在實(shí)施本主題的實(shí)施例中使用很多種存儲(chǔ)器件。圖8中示出的DRAM存儲(chǔ)器件的實(shí)施例包括具有電介質(zhì)層的至少一個(gè)晶體管，該電介質(zhì)層例如是利用根據(jù)本主題的教導(dǎo)在此描述的方法通過(guò)原子層沉積形成的氧化鉿電介質(zhì)層。
通過(guò)到DRAM 800的單獨(dú)輸入進(jìn)一步表示在存儲(chǔ)總線(xiàn)720上提供的控制、地址和數(shù)據(jù)信息，如圖8所示。這些單獨(dú)的表示由數(shù)據(jù)線(xiàn)802、地址線(xiàn)804和連接到控制邏輯806上的各種分立線(xiàn)表示。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，DRAM 800包括存儲(chǔ)器陣列810，其依次包括行和列的可尋址存儲(chǔ)單元。行中的每個(gè)存儲(chǔ)單元耦合至公共字線(xiàn)。字線(xiàn)耦合至各個(gè)晶體管的柵極，其中至少一個(gè)晶體管具有耦合至柵電介質(zhì)的柵極，該柵電介質(zhì)例如是通過(guò)根據(jù)如上描述的方法和結(jié)構(gòu)的原子層沉積形成的氧化鉿電介質(zhì)層。另外，列中的每個(gè)存儲(chǔ)單元耦合至公共位線(xiàn)。存儲(chǔ)器陣列810中的每個(gè)單元可包括如本領(lǐng)域的常規(guī)存儲(chǔ)電容器和存取晶體管。
DRAM 800通過(guò)地址線(xiàn)804和數(shù)據(jù)線(xiàn)802與例如微處理器706接口?？蛇x地，DRAM 800可與DRAM控制器、微控制器、芯片集或其它的電子系統(tǒng)接口。微處理器706還提供了到DRAM 800的多個(gè)控制信號(hào)，包括但不限于行和列地址選通信號(hào)RAS和CAS、寫(xiě)使能信號(hào)WE、輸出使能信號(hào)OE和其它常規(guī)的控制信號(hào)。
行地址緩沖器812和行解碼器814接收和解碼來(lái)自通過(guò)微處理器706在地址線(xiàn)804上提供的行地址信號(hào)的行地址。每個(gè)唯一的行地址都對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器陣列810中的單元行。行解碼器814可包括字線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器、地址解碼器樹(shù)、和翻譯從行地址緩沖器812接收的給定行地址以及經(jīng)由字線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器選擇性地觸發(fā)存儲(chǔ)器陣列810的合適字線(xiàn)的電路。
列地址緩沖器816和列解碼器818接收和解碼提供在地址線(xiàn)804上的列地址信號(hào)。列解碼器818還確定了列何時(shí)是損壞的和替換列的地址。列解碼器818耦合至讀出放大器820。讀出放大器820耦合至存儲(chǔ)器陣列810的位線(xiàn)的互補(bǔ)對(duì)。
讀出放大器820耦合至數(shù)據(jù)輸入緩沖器822和數(shù)據(jù)輸出緩沖器824。輸入緩沖器822和數(shù)據(jù)輸出緩沖器824耦合至數(shù)據(jù)線(xiàn)802。在寫(xiě)操作期間，數(shù)據(jù)線(xiàn)802提供數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)輸入緩沖器822。讀出放大器820接收來(lái)自數(shù)據(jù)輸入緩沖器822的數(shù)據(jù)，并且將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器陣列810中，作為地址線(xiàn)804上指定的地址處的單元的電容器上的電荷。
在讀操作期間，DRAM 800將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器陣列810轉(zhuǎn)移到微處理器706。在預(yù)充電操作到由平衡電路和參考電壓電源提供的參考電壓期間，使存取單元的互補(bǔ)位線(xiàn)平衡。然后與相關(guān)的位線(xiàn)共用存儲(chǔ)在存取單元中的電荷。多個(gè)讀出放大器820中的讀出放大器檢測(cè)和放大了互補(bǔ)位線(xiàn)之間的電壓差。讀出放大器將放大了的電壓傳遞給數(shù)據(jù)輸出緩沖器824。
使用控制邏輯806來(lái)控制DRAM 800的多個(gè)可獲得的功能。另外，在此沒(méi)有描述的各種控制電路和信號(hào)初始化和同步本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的DRAM 800操作。如上所述，為了說(shuō)明本主題的實(shí)施例已簡(jiǎn)化了DRAM 800的描述，且不意圖對(duì)DRAM所有部件進(jìn)行完整描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在實(shí)施本主題的實(shí)施例中可使用多種存儲(chǔ)器件，包括但不限于SDRAM、SLDRAM、RDRAM和其它的DRAM和SRAM、VRAM和EEPROM。在此描述的DRAM實(shí)施僅是說(shuō)明性的，且并不意指專(zhuān)有的或限制性的。
總結(jié)電介質(zhì)層，如利用在此描述的方法通過(guò)原子層沉積形成的氧化鉿電介質(zhì)層，產(chǎn)生了具有比利用SiO2可獲得的等效氧化物厚度薄的可靠的電介質(zhì)層。包含利用在此描述的方法形成的原子層沉積的氧化鉿的電介質(zhì)層是熱力學(xué)穩(wěn)定的，使得形成的電介質(zhì)層在處理期間具有與硅襯底或其它結(jié)構(gòu)的最小反應(yīng)。
在相對(duì)低的處理溫度下通過(guò)原子層沉積形成氧化鉿層允許氧化鉿層是非晶的，且共形地層疊在襯底表面上。而且，氧化鉿電介質(zhì)層的ALD形成相比于用非晶SiOx層獲得的電介質(zhì)和電性質(zhì)提供了增強(qiáng)的電介質(zhì)和電性質(zhì)。包含原子層沉積的氧化鉿層的這些特性的層允許應(yīng)用為在許多電子器件和系統(tǒng)中的電介質(zhì)層。
利用用于形成具有超薄等效氧化物厚度teq的電介質(zhì)層的工藝的各種實(shí)施例，來(lái)構(gòu)建電容器、晶體管、電光器件、高級(jí)的IC或器件和電子系統(tǒng)。柵電介質(zhì)層或包含原子層沉積的氧化鉿的層形成具有基本上比氧化硅高的介電常數(shù)，其中該電介質(zhì)層是比10薄的、比SiO2柵電介質(zhì)所希望的限度薄的teq。這些電介質(zhì)層的較薄的teq允許比SiO2柵電介質(zhì)高的電容，其提供了對(duì)于微電子器件和系統(tǒng)更有效的比例縮放。同時(shí)，原子層沉積的氧化鉿電介質(zhì)層的物理厚度比與SiO2的teq限度有關(guān)的SiO2厚度大很多。形成大的厚度有助于用于柵電介質(zhì)和其它電介質(zhì)層的制造工藝。而且，在通過(guò)原子層沉積允許的相對(duì)低的溫度下處理的氧化鉿層提供了具有相對(duì)低漏電流的非晶電介質(zhì)層，用作電子器件和系統(tǒng)中的電介質(zhì)層。
雖然在此已說(shuō)明和描述了具體的實(shí)施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到，計(jì)劃獲得相同目的的任一結(jié)構(gòu)可代替示出的具體實(shí)施例。這種應(yīng)用意指覆蓋本主題的任一修改或變形。要理解的是，上述描述指的是說(shuō)明性的，且不起限定作用。一旦回顧了以上描述，以上實(shí)施例和其它實(shí)施例的組合對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員都將是顯而易見(jiàn)的。本主題的范圍包括其中使用了上述結(jié)構(gòu)和制備方法的任一其它的應(yīng)用。應(yīng)當(dāng)參考所附的權(quán)利要求與命題這種權(quán)利要求的等價(jià)物的全部范圍一起來(lái)確定本主題的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電介質(zhì)層的形成方法，包括通過(guò)原子層沉積在襯底上形成金屬層；以及通過(guò)原子層沉積，在該金屬層上形成該金屬氧化物。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)原子層沉積在襯底上形成金屬層包括在形成金屬氧化物之前進(jìn)行預(yù)定數(shù)目的周期以在該襯底上沉積金屬層。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中進(jìn)行預(yù)定數(shù)目的周期包括進(jìn)行至多十個(gè)周期。
4.如權(quán)利要求2的方法，其中進(jìn)行預(yù)定數(shù)目的周期包括進(jìn)行范圍為4至10個(gè)周期的多個(gè)周期。
5.一種電介質(zhì)層的形成方法，包括通過(guò)原子層沉積在襯底上形成鉿層；以及通過(guò)原子層沉積在該鉿層上形成氧化鉿層。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中通過(guò)原子層沉積在襯底上形成鉿層包括在該襯底上脈沖輸送硝酸鉿前體。
7.如權(quán)利要求5的方法，其中通過(guò)原子層沉積在襯底上形成鉿層包括在該襯底上脈沖輸送無(wú)水的硝酸鉿前體。
8.如權(quán)利要求5的方法，其中通過(guò)原子層沉積在襯底上形成鉿層包括進(jìn)行至多十個(gè)周期以在該襯底上沉積鉿層。
9.如權(quán)利要求5的方法，其中通過(guò)原子層沉積在襯底上形成鉿層包括進(jìn)行范圍從4至10個(gè)周期的多個(gè)周期，以在該襯底上沉積鉿層。
10.如權(quán)利要求5的方法，其中通過(guò)原子層沉積在鉿層上形成氧化鉿層包括使用無(wú)水的硝酸鉿前體和水蒸汽前體進(jìn)行一個(gè)周期。
11.如權(quán)利要求5的方法，其中該方法進(jìn)一步包括在形成鉿層和形成氧化鉿層期間，將該襯底保持在約180℃。
12.一種電容器的形成方法，包括在襯底上形成第一導(dǎo)電層；通過(guò)原子層沉積在該第一導(dǎo)電層上形成金屬層；通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成該金屬氧化物層；以及在該金屬層的氧化物層上形成第二導(dǎo)電層。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中通過(guò)原子層沉積在第一導(dǎo)電層上形成金屬層包括進(jìn)行至多十個(gè)周期以沉積該金屬層。
14.如權(quán)利要求12的方法，其中通過(guò)原子層沉積在金屬層上形成該金屬氧化物層包括使用無(wú)水的硝酸鉿前體和水蒸汽前體進(jìn)行一個(gè)周期。
15.如權(quán)利要求12的方法，其中通過(guò)原子層沉積在第一導(dǎo)電層上形成金屬層包括通過(guò)原子層沉積在該第一導(dǎo)電層上形成鉿層。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中通過(guò)原子層沉積在第一導(dǎo)電層上形成鉿層包括脈沖輸送硝酸鉿前體。
17.如權(quán)利要求15的方法，其中通過(guò)原子層沉積在第一導(dǎo)電層上形成鉿層包括進(jìn)行至多十個(gè)周期以沉積該鉿層。
18.如權(quán)利要求15的方法，其中通過(guò)原子層沉積在第一導(dǎo)電層上形成鉿層包括進(jìn)行范圍從4至10個(gè)周期的多個(gè)周期，以沉積該鉿層。
19.如權(quán)利要求15的方法，其中通過(guò)原子層沉積在金屬層上形成該金屬氧化物層包括使用無(wú)水的硝酸鉿前體和水蒸汽前體進(jìn)行一個(gè)周期。
20.如權(quán)利要求15的方法，其中該方法進(jìn)一步包括在形成鉿層和形成氧化鉿層期間，將該襯底保持在約180℃。
21.一種晶體管的形成方法，包括在襯底中形成源區(qū)和漏區(qū)，該源區(qū)和漏區(qū)由體區(qū)域隔開(kāi)；通過(guò)原子層沉積在該源區(qū)和漏區(qū)之間的體區(qū)域上形成電介質(zhì)層；和將柵極耦合至該電介質(zhì)層上，其中形成該電介質(zhì)層包括通過(guò)原子層沉積在該體區(qū)域上形成金屬層；以及通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成該金屬氧化物層。
22.如權(quán)利要求21的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成金屬層包括進(jìn)行至多十個(gè)周期以在該體區(qū)域上沉積該金屬層。
23.如權(quán)利要求21的方法，其中通過(guò)原子層沉積在金屬層上形成金屬氧化物層包括使用無(wú)水的硝酸鉿前體和水蒸汽前體進(jìn)行一個(gè)周期。
24.如權(quán)利要求21的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成金屬層包括通過(guò)原子層沉積在該體區(qū)域上形成鉿層。
25.如權(quán)利要求24的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括脈沖輸送硝酸鉿前體。
26.如權(quán)利要求24的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括進(jìn)行至多十個(gè)周期以在該體區(qū)域上沉積該鉿層。
27.如權(quán)利要求24的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括進(jìn)行范圍從4至10個(gè)周期的多個(gè)周期，以在該體區(qū)域上沉積該鉿層。
28.如權(quán)利要求24的方法，其中通過(guò)原子層沉積在金屬層上形成金屬氧化物層包括使用無(wú)水的硝酸鉿前體和水蒸汽前體進(jìn)行一個(gè)周期。
29.如權(quán)利要求24的方法，其中該方法進(jìn)一步包括在形成鉿層和形成氧化鉿層期間，將該襯底保持在約180℃。
30.一種存儲(chǔ)器的形成方法，包括形成多個(gè)存取晶體管，形成包括在源區(qū)和漏區(qū)之間的體區(qū)域上形成電介質(zhì)層的至少一個(gè)存取晶體管；形成耦合至該多個(gè)存取晶體管的多條字線(xiàn)；形成耦合至該多個(gè)存取晶體管的多條位線(xiàn)，其中形成該電介質(zhì)層包括通過(guò)原子層沉積在該體區(qū)域上形成金屬層；以及通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成該金屬氧化物層。
31.如權(quán)利要求30的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成金屬層包括進(jìn)行至多十個(gè)周期以在該體區(qū)域上沉積該金屬層。
32.如權(quán)利要求30的方法，其中通過(guò)原子層沉積在金屬層上形成金屬氧化物層包括使用無(wú)水的硝酸鉿前體和水蒸汽前體進(jìn)行一個(gè)周期。
33.如權(quán)利要求30的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成金屬層包括通過(guò)原子層沉積在該體區(qū)域上形成鉿層。
34.如權(quán)利要求33的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括脈沖輸送硝酸鉿前體。
35.如權(quán)利要求33的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括進(jìn)行至多十個(gè)周期以在該體區(qū)域上沉積該鉿層。
36.如權(quán)利要求33的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括進(jìn)行范圍從4至10個(gè)周期的多個(gè)周期，以在該體區(qū)域上沉積該鉿層。
37.如權(quán)利要求33的方法，其中通過(guò)原子層沉積在金屬層上形成金屬氧化物層包括使用無(wú)水的硝酸鉿前體和水蒸汽前體進(jìn)行一個(gè)周期，以形成氧化鉿層。
38.如權(quán)利要求33的方法，其中該方法進(jìn)一步包括在形成鉿層和形成氧化鉿層期間，將該襯底保持在約180℃。
39.一種電子系統(tǒng)的形成方法，包括提供處理器；將存儲(chǔ)器耦合至該處理器，其中該存儲(chǔ)器通過(guò)如下方法形成，該方法包括形成多個(gè)存取晶體管，形成包括在源區(qū)和漏區(qū)之間的體區(qū)域上形成電介質(zhì)層的至少一個(gè)存取晶體管；形成耦合至該多個(gè)存取晶體管的多條字線(xiàn)；形成耦合至該多個(gè)存取晶體管的多條位線(xiàn)，其中形成該電介質(zhì)層包括通過(guò)原子層沉積在該體區(qū)域上形成金屬層；以及通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成金屬氧化物層。
40.如權(quán)利要求39的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成金屬層包括進(jìn)行至多十個(gè)周期以在該體區(qū)域上沉積該金屬層。
41.如權(quán)利要求39的方法，其中通過(guò)原子層沉積在金屬層上形成金屬氧化物層包括使用無(wú)水的硝酸鉿前體和水蒸汽前體進(jìn)行一個(gè)周期。
42.如權(quán)利要求39的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成金屬層包括通過(guò)原子層沉積在該體區(qū)域上形成鉿層。
43.如權(quán)利要求42的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括脈沖輸送硝酸鉿前體。
44.如權(quán)利要求42的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括進(jìn)行至多十個(gè)周期以在該體區(qū)域上沉積該鉿層。
45.如權(quán)利要求42的方法，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括進(jìn)行范圍從4至10個(gè)周期的多個(gè)周期，以在該體區(qū)域上沉積該鉿層。
46.如權(quán)利要求42的方法，其中通過(guò)原子層沉積在金屬層上形成金屬氧化物層包括使用無(wú)水的硝酸鉿前體和水蒸汽前體進(jìn)行一個(gè)周期。
47.如權(quán)利要求42的方法，其中該方法進(jìn)一步包括在形成該鉿層期間，將該襯底保持在約180℃。
48.一種具有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)，用于進(jìn)行形成具有電介質(zhì)層的電子設(shè)備的方法，該方法包括通過(guò)原子層沉積在襯底上形成金屬層；以及通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成該金屬氧化物層。
49.如權(quán)利要求48的計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成金屬層包括通過(guò)原子層沉積在該體區(qū)域上形成鉿層，以及通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成金屬氧化物層包括通過(guò)原子層沉積形成氧化鉿層。
50.如權(quán)利要求48的計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)，其中通過(guò)原子層沉積在襯底上形成鉿層包括在該襯底上脈沖輸送硝酸鉿前體。
51.如權(quán)利要求49的計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)，其中通過(guò)原子層沉積在襯底上形成鉿層包括進(jìn)行至多十個(gè)周期以在該襯底上沉積該鉿層。
52.如權(quán)利要求49的計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)，其中通過(guò)原子層沉積在襯底上形成鉿層包括進(jìn)行范圍從4至10個(gè)周期的多個(gè)周期，以在該襯底上沉積該鉿層。
53.如權(quán)利要求49的計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)，其中通過(guò)原子層沉積在鉿層上形成氧化鉿層包括使用無(wú)水的硝酸鉿前體和水蒸汽前體進(jìn)行一個(gè)周期。
54.如權(quán)利要求49的計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)，其中該方法進(jìn)一步包括在形成鉿層和形成氧化鉿層期間，將該襯底保持在約180℃。
55.一種電容器，包括第一導(dǎo)電層；設(shè)置在該第一導(dǎo)電層上的電介質(zhì)層；和設(shè)置在該電介質(zhì)層上的第二導(dǎo)電層；該電介質(zhì)層通過(guò)如下方法形成，該方法包括通過(guò)原子層沉積在該第一導(dǎo)電層上形成金屬層；以及通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成該金屬氧化物層。
56.如權(quán)利要求55的電容器，其中該金屬包括鉿。
57.如權(quán)利要求56的電容器，其中通過(guò)原子層沉積在第一導(dǎo)電層上形成鉿層包括進(jìn)行范圍從4至10個(gè)周期的多個(gè)周期，以在該襯底上沉積該鉿層。
58.如權(quán)利要求56的電容器，其中電介質(zhì)層具有范圍約為8至約25的介電常數(shù)。
59.一種晶體管，包括在源區(qū)和漏區(qū)之間的體區(qū)域；設(shè)置在源區(qū)和漏區(qū)之間的該體區(qū)域上的電介質(zhì)層；和耦合至該電介質(zhì)層上的柵極；該電介質(zhì)層通過(guò)如下方法形成，該方法包括通過(guò)原子層沉積在該體區(qū)域上形成金屬層；以及通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成該金屬氧化物層。
60.如權(quán)利要求59的晶體管，其中該金屬包括鉿。
61.如權(quán)利要求60的晶體管，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括進(jìn)行范圍從4至10個(gè)周期的多個(gè)周期，以在該襯底上沉積該鉿層。
62.如權(quán)利要求60的晶體管，其中電介質(zhì)層具有范圍約為8至約25的介電常數(shù)。
63.如權(quán)利要求60的晶體管，其中該電介質(zhì)層具有小于約10埃的等效氧化物厚度(teq)。
64.一種存儲(chǔ)器，包括多個(gè)存取晶體管，至少一個(gè)存取晶體管包括耦合至電介質(zhì)層的柵極，該電介質(zhì)層設(shè)置在源區(qū)和漏區(qū)之間的體區(qū)域上；耦合至該多個(gè)存取晶體管的多條字線(xiàn)；和耦合至該多個(gè)存取晶體管的多條位線(xiàn)，該電介質(zhì)層通過(guò)如下方法形成，包括通過(guò)原子層沉積在該體區(qū)域上形成金屬層；以及通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成該金屬氧化物層。
65.如權(quán)利要求64的存儲(chǔ)器，其中該金屬包括鉿。
66.如權(quán)利要求65的存儲(chǔ)器，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括進(jìn)行范圍從4至10個(gè)周期的多個(gè)周期，以在該襯底上沉積該鉿層。
67.如權(quán)利要求65的存儲(chǔ)器，其中電介質(zhì)層具有范圍約為8至約25的介電常數(shù)。
68.如權(quán)利要求65的存儲(chǔ)器，其中電介質(zhì)層具有小于約10埃的等效氧化物厚度(teq)。
69.一種電子系統(tǒng)，包括處理器；系統(tǒng)總線(xiàn)；和通過(guò)該系統(tǒng)總線(xiàn)耦合至該處理器的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器包括多個(gè)存取晶體管，至少一個(gè)存取晶體管包括耦合至電介質(zhì)層的柵極，該電介質(zhì)層設(shè)置在源區(qū)和漏區(qū)之間的體區(qū)域上；耦合至該多個(gè)存取晶體管的多條字線(xiàn)；和耦合至該多個(gè)存取晶體管的多條位線(xiàn)；該電介質(zhì)層通過(guò)包括如下方法形成通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成金屬層；以及通過(guò)原子層沉積在該金屬層上形成該金屬氧化物層。
70.如權(quán)利要求69的電子系統(tǒng)，其中該金屬包括鉿。
71.如權(quán)利要求70的電子系統(tǒng)，其中通過(guò)原子層沉積在體區(qū)域上形成鉿層包括進(jìn)行范圍從4至10個(gè)周期的多個(gè)周期，以在該襯底上沉積該鉿層。
72.如權(quán)利要求70的電子系統(tǒng)，其中電介質(zhì)層具有范圍約為8至約25的介電常數(shù)。
73.如權(quán)利要求70的電子系統(tǒng)，其中電介質(zhì)層具有小于約10埃的等效氧化物厚度(teq)。
全文摘要
一種原子層沉積的電介質(zhì)層和制備這種電介質(zhì)層的方法制造了一種具有比利用SiO
文檔編號(hào)H01L21/314GK1784773SQ200480012128
公開(kāi)日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月4日
發(fā)明者K·Y·阿恩, L·福爾布斯 申請(qǐng)人:微米技術(shù)有限公司