形成氮化钛层的方法及形成电容器的下电极的方法技术

提供一种在金属－绝缘体－金属（ＭＩＭ）电容器中形成氮化钛层的方法。氮化钛层的沉积使用金属－有机材料作为源气体，通过ＭＯＣＶＤ法实现，伴随着在高温下的快速热工艺（ＲＴＰ）。通过ＲＴＰ，除去在氮化钛层中的杂质，氮化钛层的表面积与ＲＴＰ之前相比增大了。具有增大表面积的氮化钛层有益于ＭＩＭ电容器的下电极。

【技术实现步骤摘要】
形成氮化钛层的方法及形成电容器的下电极的方法
本专利技术涉及一种形成氮化钛层的方法，特别是，使用氮化钛层形成金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的方法。
技术介绍
通常，电容器是由两个导电的电极和插在其间的绝缘体构成。电容器是一种可以通过给电极施与偏压以电荷的形式存储能量的无源元件。通常，使用单晶硅或多-晶体硅(以下简称为多晶硅)作为电容器的电极。然而，由于自身的材料特性，单晶硅或多晶硅在减少电容器电极的阻抗上存在局限性。当偏压施与由单晶硅或多晶硅制造的电容器的电极时，由于耗尽层的产生和在电容器中的不稳定电压导致缺乏恒定电容量，这表现出了材料特性的局限性。为了克服这种局限性，一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容器被用于替代单晶硅或多晶硅作为电容器电极。MIM电容器通常用于制造精确的模拟产品和存储器件。MIM电容器的优点包括其偏压独立性与其在不同温度或电压范围内的良好的电容变化率。目前已知的形成MIM电容器的方法是使用氮化钛层作为其中的一个下电极。一种方法是化学气相沉积(CVD)法，其通常采用四氯化钛(TiCl4)作为钛源和氨气(NH3)作为氮源形成氮化钛层，用于MIM电容器的下电极。另一种方法是依靠有机金属CVD(MODCD，metallo-organic CVD)法，使用四(二甲基氨化)钛(TDMAT，Ti[N(CH3)2]4，tetrakis-dimethylamino titanium)形成。在采用CVD方法中，氮化钛层的沉积需要大约500℃至大约700℃的高温。这个过程的副产品是氯气，可能扩散进入半导体基底的一个杂质区域内构成n型/或p型杂质。同时，这些杂质可以散播到基底的杂质区域外，并且最终使构成器件的一个逻辑区单元的晶体管特性恶化。而其它沉积方法，使用TDMAT的MOCVD，也具有固有的工艺杂质，包括碳、氢和氯等。由于增加了它的电阻系数，这些杂质可以损坏氮化钛层的特性。另外，所说的杂质可以与随之形成的产品电容器的介电层发生反应-->导致漏电流的增加。因此，开发一种使用增强的氮化钛层形成下电极的方法十分必要。类似地，使用单晶硅或多晶硅形成的多晶硅-绝缘体-多晶硅(PIP)电容器电极的流行做法是用来通过形成半圆形硅颗粒以增加硅下电极的表面积。这种技术被用于获得高电容。然而，这种通过增加金属下电极表面积来获得高电容的方法还有待于试验的检验。因此，所说的这种方法需要开发。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了通过增加表面积来形成增强的氮化钛层的方法。形成氮化钛层的方法包括氮化钛层沉积工艺和退火工艺。氮化钛层的沉积工艺采用TDMAT(Ti[N(CH3)2]4)进行金属-有机化学气相沉积(MOCVD)。退火工艺是通过在预定的温度下在沉积的氮化钛层中引起凝聚现象来增加沉积的氮化钛层的表面积来完成。此外，在退火工艺中，通过金属-有机化学气相沉积产生的氮化钛层除去了杂质。例如，退火工艺通过快速热工艺(RTP)完成，这将导致除去杂质和在沉积的氮化钛层中引起凝聚现象。由此，可以增加氮化钛层的表面积。在本专利技术的一个优选的实施例中，MOCVD在大约300℃至大约400℃的温度下进行。在本专利技术的一个优选的实施例中，RTP是在氨气浓度为约20sccm至约100sccm的气氛中进行的，沉积温度在大约600℃至大约700℃，沉积压力大约为0.2torr至大约2torr(乇)。因此，在氮化钛层中的碳和氢杂质分别以CXHY气体或HNR气体的形式除去，在这里R可以是碳和氢的有机物质。此外，在RTP过程中产生氮化钛层的凝聚现象，由此增加了氮化钛层的表面积。从而，凝聚现象导致除去在沉积的氮化钛层中的杂质。根据本专利技术的实施例，按照上述方法生产出来的氮化钛层具有好的质量，并且增加了表面积，这有利于形成MIM电容器的下电极。在本专利技术的另一个实施例中，在大约600℃至大约700℃的高温下，RTP过程最好在短时间内完成以免杂质弥漫出晶体管的杂质区域。例如，RTP过程可以在任何短周期内进行，但是优选的周期是大约10秒至大约60秒。在本专利技术的另一个实施例中，使用具有增大表面积的氮化钛层的下电极形成MIM电容器的方法，包括在形成所述氮化钛层之后在下电极上顺序地-->堆叠介电层和上电极。介电层可以由包括氧化铪(HfO2)层的层形成，但优选用顺序地堆叠氧化铝(Al2O3)和氧化铪层形成的多层制作，或相类似的将其组合或结合。在本专利技术的另一个优选实施例中，作为例子，上电极可以由氮化钛层制成。氮化钛层的上电极可以按照本专利技术实施例与为下电极形成氮化钛层同样的方法形成。然而，不同于下电极的是，上电极可以不需要RTP过程以增加它的表面积。代之的是，进行一个退火工艺，以在低温中除去上电极氮化钛层中的杂质，例如，采用等离子退火工艺。等离子退火工艺包括：在大约300℃至大约400℃的温度下，在由氮等离子和氢等离子组成的环境等离子中执行退火工艺。氮化钛层的沉积操作和等离子退火工艺可以重复进行以形成氮化钛层达到上电极要求的厚度。在本专利技术的另一个优选实施例中，在形成上电极后，一种物理气相沉积(PVD)方法可以用来在上述上电极上形成另一个氮化钛层。上述另一个氮化钛层在后制造工艺中保护电容器。参照附图和其上的实施例容易理解本专利技术。然而，本专利技术的实施例可以以不同的形式体现，不局限于在此阐述的实施例；提供这些实施例以便揭示得彻底和完整，对本领域的技术人员将全面地交流本专利技术的概念。虽然“第一”、“第二”、“第三”等术语用来图解本专利技术的优选实施例的各种层或区域，但是层或区域将不局限于这些术语。另外，这些术语仅用来在本专利技术的相同的实施例中区别预定的层或区域与其它预定的层和区域。更进一步地讲，本专利技术的一个具体实施例中的第一层在另一个实施例中可以称为第二层。此外，这里规定：当一个层设置到另一个层或基底上时，该层可以直接形成在另一层或所说的基底上；或者该层可以间接地形成在所说的另一层或所说的基底上，这里第三层可以插入到所说的层和所说的另一个层或所说的基底之间。此外，为了清楚起见，在附图中层和区域的厚度有所夸大。附图说明附图，其包括提供对本专利技术的进一步理解，与在此的描述相结合，并且构成本申请的一部分，图解了本专利技术的优选实施例，与本描述一起用来解释本专利技术的原理。在附图中：-->图1是图解根据本专利技术的一个实施例形成氮化钛层的方法的流程图；图2和3：是图解根据本专利技术的优选实施例形成氮化钛层的方法的截面图；和图4到7是图解根据本专利技术的优选实施例形成具有氮化钛层下电极的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的方法的截面图。具体实施方式现在将阐述本专利技术的优选实施例的细节；在附图中图解了其中的范例。然而，本专利技术不局限于此后图解的实施例，在这里介绍实施例是为了理解本专利技术所涉及的范围及精神。图1是图解根据本专利技术的一个实施例形成氮化钛层的方法的制造工艺流程图；上述方法包括：利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法形成氮化钛层；然后在沉积的氮化钛层上进行快速热工艺(RTP)；在RTP期间，除去在沉积氮化钛层中残留的杂质，并产生柔和的粗糙度以此增加沉积氮化钛层的表面积。图2和图3示出根据本专利技术的优选实施例形成氮化钛层的具体方法。在图2中，氮化钛层103设置在基底101上。基底可以是任意的具有硅表面的半导体基结构。例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成氮化钛层的方法，包括：在基底上形成氮化钛层；和实施退火工艺，以除去氮化钛层的杂质和增加氮化钛层的表面积。

【技术特征摘要】
KR 2004-12-9 103523/041、一种形成氮化钛层的方法，包括：在基底上形成氮化钛层；和实施退火工艺，以除去氮化钛层的杂质和增加氮化钛层的表面积。2、如权利要求1中所述的方法，其中，该氮化钛层用四(二甲基氨化)钛(TDMAT，Ti[N(CH3)2]4)作为前体，在大约300℃至400℃的温度和大约0.2torr至大约2torr的压力下，通过金属-有机化学气相沉积(MOCVD)法沉积。3、如权利要求1所述的方法，其中，该退火工艺是在环境氨气中，在大约600℃至大约700℃的温度下，大约10秒至大约60秒的时间内进行的快速热工艺。4、如权利要求1所述的方法，其中，该氮化钛层用MOCVD法沉积，并且该退火工艺是快速热工艺。5、如权利要求4所述的方法，其中，该MOCVD法使用TDMAT作为前体，在大约300℃至大约400℃的温度下，大约0.2torr至大约2torr的压力下进行，并且该快速热工艺在环境氨气中，在大约600℃至大约700℃温度下，持续大约10至大约60秒时间完成。6、如权利要求1所述的方法，还包括在进行该退火工艺后形成介电层和导电层。7、如权利要求6所述的方法，其中，该介电层选自于由氧化铪(HfO2)层、氧化铝(Al2O3)层、氧化锆(ZrO2)、铪-铝-氧合金(Hf-Al-O)、或镧-铝-氧合金(La-Al-O)或是类似的成分和它们的组合组成的组。8、如权利要求6所述的方法，其中，该导体层是采用MOCVD法重复该氮化钛层的沉积工艺和等离子退火工艺形成的。9、如权利要求8所述的方法，其中，该MOCVD法使用TDMAT作为前体，在大约300℃至大约400℃的温度下，大约0.2torr至大约2torr的压力下进行，并且该快速热工艺在环境氮和氢等离子中完成。10、如权利要求6所述的方法，其中，该导体层借助物理气相沉积(PVD)法形成。11、一种形...

【专利技术属性】
技术研发人员：金京民，金东俊，金秉东，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]