金属有机化学气相沉积和原子层沉积制造技术

本发明专利技术旨在用于制造高级高－κ堆叠结构的（１００）的栅极和电容介电质。根据本发明专利技术，在ＭＯＣＶＤ或ＡＬＤ工艺中使用金属烷基酰胺，来生成金属氧氮化物或金属－硅－氧氮化物介电膜（１２０）。金属氧氮化物或金属－硅－氧氮化物膜可位于硅基底（１１０）和掺杂的多晶硅（Ｐｏｌｙ　　Ｓｉ）或金属电极层（１３０）之间。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及半导体制造领域。更具体地，本专利技术涉及金属氧氮化物(Hf-O-N)和金属-硅-氧氮化物层的金属有机化学气相沉积(MOCVD)和原子层沉积(ALD)，以形成栅极和电容器介电质(capacitor dielectrics)。
技术介绍
主要是集成电路尺寸的缩小推动了计算机的速度和功能每年持续地改进。目前，现代电路中最小的尺寸是栅极绝缘体的厚度。栅极绝缘体在硅中，将控制电极(“栅电极”)与被控制的电流隔开。传统地，从二氧化硅(SiO2)和/或氮化硅(SiN)中制备栅极介电质(gate dielectrics)。这种介电质现在厚度为1.5nm或4原子层。进一步减少厚度将导致电流在绝缘体中因量子力学隧穿而泄漏。因此，正在努力寻找可替代的介电材料。目前为止，努力主要集中在高介电常数(高-κ)的材料。在本申请中，如果一种材料的介电常数k大于氧化硅的介电常数(k约为3.9)，则这种材料是高-κ材料。此外，目前的努力集中在沉积纯净的金属性材料的更好方法，所述材料具有均匀的化学计量、厚度、共形覆盖(conformal coverage)、突变界面、光滑表面、减小的晶界、裂缝和小孔。MOCVD和ALD是已经开发的两种方法的实例。在CVD中，将前体和共反应物一起提供至在生长的膜表面上。通过控制反应室内的前体和共反应物的浓度，反应室的温度以及基底的温度来控制层的厚度。在MOCVD中，前体是金属有机化合物。因为金属有机前体的腐蚀性弱，要求不那么极度的反应条件并且生成的膜中杂质较少，所以金属有机前体优于金属无机前体。在ALD中，通过交替的脉冲和吹洗，将前体和共反应物单独提供至生长的膜表面，以在每次脉冲循环中产生单层生长的膜。膜的厚度由脉冲循环的次数控制。许多文献已经报道过从金属氧氮化物(metal oxynitride)或金属-硅-氧氮化物(metal silicon oxynitride)生成高-κ介电材料，其中金属是铪或锆(统称为“氧氮化(硅)铪/锆”)。请参见美国专利6,291,867B1、6,291,866B1、6,020,243、6,020243和6,013,533(统称为“Wallace专利”)；还请参见ReliabilityEvaluation Of HfSiON Gate Dielectric Flim With 12.8 SiO2EquivalentThickness，A.Shanware et al.，2001 IEEE；还请参见Properties Of Hf-BasedOxide And Oxynitride Thin Film，M.R.Visokay et al.，2002 AVS 3rdInternational Conference on Microelectronics and Interfaces，February 11-14，pp.127-129；还请参见Application Of HfSiON As A Gate Dielectric Material；M.R.Visokay etal.，Applied Physics Letters，vol.80 No.17，pp.3183-3185(April 292002)；还请参见Electrical Characteristics Of ZrOxNyPrepared By NH3Annealing Of ZrO2，S.Jeon et al.，Applied Physics Letters，vol.79，No.2，pp.245-247(July 2001)；还请参见Thermally Stable Ultra-Tin NitrogenIncorporated ZrO2Gate Dielectric Prepared By Low Temperature Oxidation OfZrN，M.Koyama et al.，2001 IEEE。在每篇文献中，沉积技术是反应溅射。因为反应溅射要求相对高的真空条件，所以反应溅射不是商业上沉积高-κ栅极介电质的可行技术。只有Wallace专利建议使用CVD作为可替代的技术。然而，Wallace将读者的注意力贯注在金属氯化物前体，如四氯化铪(HfCl4)或四氯化锆(ZrCl4)，以及含氮的前体，如硝酸铪(Hf(NO3)2)或硝酸锆(Zr(NO3)2)。因此，Wallace并没有提倡MOCVD或ALD工艺来制备高-κ的氧氮化(硅)锆/锆介电质。而且，Wallace没有使用臭氧作为氧源。已经报道过在MOCVD和ALD中使用金属烷基酰胺(metal alkylamide)前体。例如，已经在MOCVD工艺中使用锆烷基酰胺来沉积铪和锆的硅酸盐和氧化物。请参见Alternating Layer Chemical Vapor Deposition(ALD)Of MetalSilicates And Oxides For Gate Insulators，R.Gordon et al.，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.670，2001 Materials Research Society，pp.K2.4.1-K2.4.6；还请参见Effects Of Deposition Conditions On Step-Coverage Quality In Low-PressureChemical Vapor Deoosition of HfO2，Y.Ohshita et al.，J.of Crystal Growth，235(2002)pp.365-370；还请参见Atomic Layer Deposition of Hafnium DioxideFilms from Hafnium Tetrakis(ethylmethylamide)And Water，K.Kukli et al.，Chem.Vap.Deposition，2002，8，No.5，pp.199-204。同样，本专利技术的专利技术人在MOCVD工艺中使用钽烷基酰胺来形成氮化钽。请参见MOCVD Of High-KDielecteics，Tantalum Nitirde And Copper，Y.Senazaki et al.，AdV.Mater.Opt.Electrn.，vol.10，pp.93-103(2000)。然而，还没有报道在MOCVD或ALD工艺中使用金属有机酰胺作为金属有机前体来形成氧氮化(硅)铪/锆。尽管在工业中已经找到了使用高-κ介电材料的应用，但是局限性也显露出来了。例如，尽管基于铪的介电材料由于其具有高介电常数(k约为20)和良好的热稳定性，而被认为是有前景的替代物，但是在沉积后热处理过程，如退火中，倾向于在界面与硅基底形成不必要的界面氧化硅(SiOx)层。而且，高-κ堆叠介电质(stack dielectrics)在工业中找到了用途。例如，已经报道过制备氧氮化钽(TaOxNy)和硅酸锆(ZrSixOy)作为界面层用在栅极介电质的应用中。参见Electrical Characteristics of TaOxNy//ZrSiOyStack Gate Dielectric forMOS Device Applic本文档来自技高网...

【技术保护点】
在基底上形成介电膜的金属有机化学气相沉积法，所述方法包括至少一次下述循环，所述循环包括将金属烷基酰胺、氮源、氧源以及任选的硅源引入含有基底的沉积室内的步骤。

【技术特征摘要】
US 2002-7-19 60/396,7441.在基底上形成介电膜的金属有机化学气相沉积法，所述方法包括至少一次下述循环，所述循环包括将金属烷基酰胺、氮源、氧源以及任选的硅源引入含有基底的沉积室内的步骤。2.如权利要求1所述的方法，其包括至少一次下述循环，所述循环包括将金属烷基酰胺、氮源、氧源以及任选的硅源同时引入沉积室内的步骤。3.如权利要求1所述的方法，其中所述金属烷基酰胺是具有下述通式之一的金属烷基酰胺M(NR1R2)p；和(R3-N＝)mM(NR1R2)n其中，R1、R2和R3独立地选自取代的或未取代的直链的、支链的和环状的烷基，其中M是选自Hf、Ti、Zr、Y、La、V、Nb、Ta、W、Zn，Al、Sn、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的金属，其中p是等于所述金属化合价数的整数，其中m和n是整数，且2m+n等于金属的化合价数。4.如权利要求3所述的方法，其中所述金属烷基酰胺具有通式M(NR1R2)p。5.如权利要求3所述的方法，其中所述金属烷基酰胺具有通式(R3-N＝)mM(NR1R2)n。6.如权利要求3所述的方法，其中所述M选自Hf、Zr和Ti，p是4，m是1以及n是2。7.如权利要求3所述的方法，其中所述R1和R2独立选自C1-C6烷基。8.如权利要求3所述的方法，其中所述氮源选自氨、肼和烷基替酰肼、伯，仲和叔烷基胺以及原子氮。9.如权利要求3所述的方法，其中所述氧源选自氧、氧气、臭氧、水、一氧化一氮、一氧化二氮和过氧化氢。10.如权利要求3所述的方法，其中所述硅源选自烷基酰胺基硅，硅烷、乙硅烷、二氯硅烷、SiCl4、SiHCl3、Si2Cl6、烷基硅烷、氨基硅烷和Me3Si-N＝N-SiMe3。11.如权利要求10所述的方法，其中所述硅源是下述通式定义的烷基酰胺基硅Si(NR4R5)4其中R4和R5独立地选自取代和未取代地直链的、支链的和环状的烷基。12.在基底上形成介电膜的原子层沉积方法，该方法包括至少一次下述循环，所述循环包括下述步骤(i)将金属烷基酰胺气体脉冲至含有基底的沉积室内；(ii)吹洗沉积室；(iii)在任选地被中间吹洗步骤隔开的一次或多次脉冲中，将氧源、氮源以及任选的硅源引入沉积室内；以及(iv)吹洗沉积室...

【专利技术属性】
技术研发人员：千崎佳秀，李相忍，
申请(专利权)人：阿维扎技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]