电容器沉积装置及使用该电容器沉积装置的介电薄膜的沉积方法制造方法及图纸

公开了一种制造具有高介电常数的电容器的方法，该方法防止介电层的表面由于真空破坏而劣化，并且防止由于半导体基板被加载和卸载时产生的物理应力导致介电层的质量劣化。

Capacitor deposition device and deposition method of dielectric film using the capacitor deposition device

A method of producing a capacitor with high dielectric constant is disclosed, which prevents the surface of the dielectric layer from deteriorating due to vacuum destruction, and prevents the quality deterioration of the dielectric layer due to the physical stress caused by the loading and unloading of the semiconductor substrate.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容器沉积装置及使用该电容器沉积装置的介电薄膜的沉积方法
本专利技术涉及一种电容器沉积装置以及通过使用该电容器沉积装置沉积介电层的沉积方法。
技术介绍
随着半导体器件的集成度逐渐增加，器件所占的面积逐渐减小。在半导体存储器件(例如，动态随机存取存储器(DRAM))中，器件的面积减小，但是应该确保电容器基本必需的容量。因此，研究了各种方法，用于补充由于器件面积的减小而减小的电容器的容量。电容器的容量定义为如下等式(1)所示：[等式1]其中，ε表示介电层的介电常数，A表示电极的面积，t表示介电层的厚度。为了提高电容器的容量，应当使用介电常数高的材料作为介电层，介电层应当薄薄地形成，或者电极的面积应当增加。然而，由于如上所述半导体器件的集成度的增加导致近来器件的面积减小的缘故，所以难以增大电极的面积，并且因此，通过薄薄地形成介电层或使用介电常数高的介电层来增加电容器的容量。电容器包括作为下电极的第一电极、作为上电极的第二电极以及形成在第一电极和第二电极之间的介电层。第一电极、介电层和第二电极分别形成在不同的腔室中。为此，存在真空破坏(vacuumbreak)，直到形成介电层之后形成第二电极为止，并且在这种情况下，在真空破坏期间介电层暴露于空气中，导致介电层的氧化或劣化。而且，随着半导体基板卸载和加载的次数增加，施加到半导体基板的物理应力增加，导致介质层质量的下降。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面旨在提供一种电容器沉积装置以及通过使用该电容器沉积装置沉积介电层的沉积方法，防止介电层的表面由于真空破坏而劣化。本专利技术的另一方面旨在提供一种电容器沉积装置以及使用该电容器沉积装置沉积介电层的沉积方法，防止由于半导体基板被加载和卸载时产生的物理应力而导致介电层的质量劣化。技术方案在本专利技术的一个方面中，提供了一种电容器沉积装置，包括：第一腔室，所述第一腔室在形成有电极的基板上形成第一介电层、第二介电层和第三介电层；第二腔室，所述第二腔室在所述第三介电层上形成金属层；以及第三腔室，所述第三腔室将所述第一腔室和所述第二腔室连接至真空状态。在本专利技术的另一方面中，提供了一种介电层的沉积方法，包括：在形成有电极的基板上形成第一介电层；在所述第一介电层上形成第二介电层；以及在所述第二介电层上形成第三介电层，其中，所述第一介电层的形成、所述第二介电层的形成以及所述第三介电层的形成在同一腔室中进行。在本专利技术的另一方面中，提供了一种介电层的沉积方法，包括：在形成有电极的基板上形成第一介电层；在所述第一介电层上形成第二介电层；在所述第二介电层上形成第三介电层；以及在所述第三介电层上形成金属层，其中，所述第一介电层至所述第三介电层以及所述金属层在不暴露于空气的情况下形成。可以重复执行所述第一介电层的形成、所述第二介电层的形成和所述第三介电层的形成。所述第一介电层和所述第三介电层可以由相同的材料形成。所述第一介电层和所述第二介电层由相同的材料形成。所述第二介电层和所述第三介电层可以由相同的材料形成。所述第一介电层至所述第三介电层可以各自通过热处理工艺、第一等离子体处理工艺和第二等离子体处理工艺中的一种形成，所述第二等离子体处理工艺利用比所述第一等离子体处理工艺的等离子体功率更高的等离子体功率执行等离子体处理。所述第一介电层至所述第三介电层可以各自通过氧化物沉积工艺和氮化物沉积工艺中的一种形成。所述方法可以进一步包括：在所述第一介电层的形成与所述第二介电层的形成之间，在所述第一介电层上执行等离子体处理。所述方法可以进一步包括：在所述第二介电层的形成与所述第三介电层的形成之间，在所述第二介电层上执行等离子体处理。所述方法可以进一步包括重复所述第一介电层的形成和在所述第一介电层上执行的所述等离子体处理。所述方法可以进一步包括重复所述第二介电层的形成和在所述第二介电层上执行的所述等离子体处理。所述第一介电层至所述第三介电层可以具有不同的晶体结构。所述第一介电层至所述第三介电层中的一个或多个可以重复沉积。介电层沉积工艺和等离子体处理工艺可以在所述第一腔室中执行。所述第一介电层至所述第三介电层可以各自包括SiO2、Al2O3、GeO2、SrO、HfSiOx、Y2O3、ZrO2、Ta2O5、CeO2、La2O3、LaAlO3、NMD、TiO2和STO中的一种。所述方法可以进一步包括：在所述第三介电层的形成与所述金属层的形成之间，在所述第三介电层上执行等离子体处理。所述方法可以进一步包括重复所述第三介电层的形成和在所述第三介电层上执行的所述等离子体处理。所述第一介电层的形成和所述第三介电层的形成可以在同一腔室中执行。在本专利技术的另一方面中，提供了一种电容器沉积装置，包括：第一腔室，所述第一腔室在形成有电极的基板上形成第一介电层和第三介电层；第二腔室，所述第二腔室形成在所述第一介电层和所述第三介电层之间的第二介电层；第三腔室，所述第三腔室在所述第三介电层上形成金属层；以及第四腔室，所述第四腔室将所述第一腔室至所述第三腔室连接至真空状态。所述第一腔室的处理温度可以不同于所述第二腔室的处理温度。所述第一腔室的处理温度可以是350℃，并且所述第二腔室的处理温度可以是410℃。所述第一介电层至所述第三介电层以及所述金属层可以在不暴露于空气的情况下形成。介电层沉积工艺和等离子体处理工艺可以在所述第一腔室和所述第二腔室中的每一个中执行。所述第一介电层至所述第三介电层可以各自包括SiO2、Al2O3、GeO2、SrO、HfSiOx、Y2O3、ZrO2、Ta2O5、CeO2、La2O3、LaAlO3、NMD、TiO2和STO中的一种。有益效果根据本专利技术的实施例，在形成第三介电层的操作和形成第二电极的操作之间不会存在与偏离真空状态的状态对应的真空破坏。因此，防止了由于真空破坏而导致介电层的表面劣化。因此，防止了第三介电层与第二电极之间的界面特性降低，从而防止了电容器的容量的减小。此外，根据本专利技术的实施例，在形成第一介电层的操作、形成第二介电层的操作、形成第三介电层的操作和形成第二电极的操作之间不会存在与偏离真空状态的状态对应的真空破坏。因此，防止了由于真空破坏而导致第一介电层至第三介电层中的每一个的表面劣化。因此，防止了第一介电层与第二介电层之间、第二介电层与第三介电层之间以及第三介电层与第二电极之间的界面特性降低，从而防止了电容器的容量的减小。此外，根据本专利技术的实施例，由于第一介电层至第三介电层形成在同一腔室中，所以与第一介电层至第三介电层分别形成在不同的腔室中的情况相比，减少了半导体基板的加载和卸载的次数。因此，防止了由于半导体基板被加载和卸载时产生的物理应力而导致介电层的质量下降。此外，根据本专利技术的实施例，第一介电层至第三介电层可以形成在同一腔室中，并且在这种情况下，第二介电层可以在第一温度而不是第二温度下形成。而且，在第二温度下形成第二介电层是优选的，但是由于在第一温度下形成第二介电层，因此可以对第二介电层执行等离子体处理，用于补偿与第一温度和第二温度之间的差对应的温度能量。特别地，由于氧气被供应至第二介电层并且对第二介电层进行了等离子体处理，所以补偿了温度能量，并且第二介电层的界面被固化。此外，根据本专利技术的实施例，可以对形成在半导体基板上的第一电极的表面执行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容器沉积装置，包括：第一腔室，所述第一腔室在形成有电极的基板上形成第一介电层、第二介电层和第三介电层；第二腔室，所述第二腔室在所述第三介电层上形成金属层；以及第三腔室，所述第三腔室将所述第一腔室和所述第二腔室连接至真空状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.27 KR 10-2015-0106099;2015.11.05 KR 10-2011.一种电容器沉积装置，包括：第一腔室，所述第一腔室在形成有电极的基板上形成第一介电层、第二介电层和第三介电层；第二腔室，所述第二腔室在所述第三介电层上形成金属层；以及第三腔室，所述第三腔室将所述第一腔室和所述第二腔室连接至真空状态。2.一种介电层的沉积方法，所述方法包括：在形成有电极的基板上形成第一介电层；在所述第一介电层上形成第二介电层；以及在所述第二介电层上形成第三介电层，其中，所述第一介电层的形成、所述第二介电层的形成以及所述第三介电层的形成在同一腔室中进行。3.一种介电层的沉积方法，所述方法包括：在形成有电极的基板上形成第一介电层；在所述第一介电层上形成第二介电层；在所述第二介电层上形成第三介电层；以及在所述第三介电层上形成金属层，其中，所述第一介电层至所述第三介电层以及所述金属层在不暴露于空气的情况下形成。4.根据权利要求3所述的方法，其中，重复执行所述第一介电层的形成、所述第二介电层的形成和所述第三介电层的形成。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一介电层和所述第三介电层由相同的材料形成。6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一介电层和所述第二介电层由相同的材料形成。7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二介电层和所述第三介电层由相同的材料形成。8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一介电层至所述第三介电层各自通过热处理工艺、第一等离子体处理工艺和第二等离子体处理工艺中的一种形成，所述第二等离子体处理工艺利用比所述第一等离子体处理工艺的等离子体功率更高的等离子体功率来执行等离子体处理。9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一介电层至所述第三介电层各自通过氧化物沉积工艺和氮化物沉积工艺中的一种形成。10.根据权利要求3所述的方法，还包括：在所述第一介电层的形成与所述第二介电层的形成之间，在所述第一介电层上执行等离子体处理。11.根据权利要求3所述的方法，还包括：在所述第二介电层的形成与所述第三介电层的形成之间，在所述第二介电层上执行等离子体处理。12.根据权利要求10所述的方法，还包括：重复所述第一介电层的形成和在所述第一介电层上执行...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东源，郭在灿，赵炳夏，
申请(专利权)人：周星工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR