亚化学计量金属氧化物薄膜制造技术

一种沉积亚化学计量金属氧化物的方法，该方法包括：选择包含金属和第一配体的第一前体；选择包含金属和第二配体的第二前体；在原子层沉积循环的第一脉冲期间将衬底(102)暴露于第一前体；在原子层沉积循环的第二脉冲期间将衬底(102)暴露于第二前体，第二脉冲在第一脉冲之后直接发生；在原子层沉积循环的第三脉冲期间将衬底(102)暴露于氧化剂。冲期间将衬底(102)暴露于氧化剂。冲期间将衬底(102)暴露于氧化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】亚化学计量金属氧化物薄膜

技术介绍

[0001]本专利技术一般涉及薄膜沉积技术。更具体地，本专利技术涉及亚化学计量金属氧化物薄膜的沉积。
[0002]半导体工业的特征在于趋向于在给定的半导体芯片上制造更大和更复杂的电路。更大和更复杂的电路是通过减小电路内单个器件的尺寸并将器件间隔得更近来实现的。近年来，高介电常数(high
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k)材料已逐渐取代二氧化硅作为最先进的CMOS制造技术中使用的绝缘层，例如包括用于制造半导体存储器件中的存储单元的CMOS制造技术。例如，氧化锆(ZrO)的介电常数约为24至40。为了满足越来越小的器件的尺寸要求，这些高k膜必须沉积到越来越低的厚度水平。
[0003]原子层沉积(ALD)是一种独特地适用于薄膜沉积的沉积技术。在ALD期间，通过将衬底表面暴露于交替的气体物质(通常称为前体)，在衬底上逐层生长薄膜。在一系列连续的、非重叠的脉冲期间沉积前体。在这些脉冲中的每一个中，前体分子以自限性方式与表面反应，因此一旦表面上的所有反应位点被消耗，反应就会终止。因此，单次暴露于所有前体(所谓的ALD循环)后沉积在表面上的最大材料量取决于前体
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表面相互作用的性质。通过改变循环次数，可以在任意复杂和大的衬底上均匀且高精度地生长材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例涉及一种使用改进的原子层沉积(ALD)工艺形成亚化学计量金属氧化物膜的方法。该方法的非限制性示例包括选择第一前体和第二前体。第一前体可包括金属和第一配体。第二前体可以包括相同的金属和第二配体。在ALD循环的第一脉冲期间，衬底可以暴露于第一前体。在ALD循环的第二脉冲期间，衬底可以暴露于第二前体。第二脉冲可以直接发生在第一脉冲之后而中间没有氧化剂。在ALD循环的第三脉冲期间，衬底可以暴露于氧化剂。
[0005]在本专利技术的一些实施例中，氧化剂是基于非等离子体的热氧化剂(例如，H2O、O3等)。在本专利技术的一些实施例中，第一前体的金属在第一脉冲期间化学吸附到衬底的表面上。
[0006]在本专利技术的一些实施例中，第二前体的金属化学吸附到由第一前体配体封端的涂覆表面上。在本专利技术的一些实施例中，第一配体和第二配体在第二脉冲期间反应以形成一种或多种副产物。在本专利技术的一些实施例中，一种或多种副产物的至少一部分使用排气去除。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，第二脉冲直接发生在第一脉冲之后而没有中间脉冲。在本专利技术的一些实施例中，第二脉冲发生在第一脉冲之后，使得任何中间脉冲都是非反应性吹扫脉冲。
[0008]本专利技术的实施例涉及一种用于沉积亚化学计量金属氧化物的方法。该方法的非限制性示例包括将衬底暴露于具有第一前体脉冲、第二前体脉冲和氧化剂脉冲的第一ALD循环。第一前体可以包括金属和第一配体，第二前体可以包括相同的金属和第二配体。该方法
可以包括将衬底暴露于具有第一前体脉冲和第二前体脉冲而没有氧化剂脉冲的第二ALD循环。该方法可以包括将衬底暴露于具有第一前体脉冲和第二前体脉冲之一(但不是两者)并且随后是氧化剂脉冲的第三ALD循环。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，超级循环包括以任何顺序的第一ALD循环、第二ALD循环和第三ALD循环。在亚化学计量金属氧化物的沉积中，超级循环可以重复一次或多次。在本专利技术的一些实施例中，第一ALD循环在第二ALD循环之前重复一次或多次。在本专利技术的一些实施例中，第二ALD循环在第三ALD循环之前重复一次或多次。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，金属包括铪，第一配体包括氯化物，第二配体包括金属有机物。在本专利技术的一些实施例中，第一前体包括HfCl4并且第二前体包括铪和四乙基甲基氨基(TEMA)。在本专利技术的一些实施例中，第一前体包括TaCl5并且第二前体包括钽和聚(2,5
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二甲氧基苯胺)(PDMA)。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，第一ALD循环和第二ALD循环是亚化学计量循环并且第三ALD循环是化学计量循环。
[0012]本专利技术的实施例涉及一种用于形成半导体结构的方法。该方法的非限制性示例包括形成底层、顶部电极以及在底层和顶部电极之间的金属亚氧化物膜。金属亚氧化物膜可以通过将底层暴露于具有第一前体脉冲、第二前体脉冲和氧化剂脉冲的ALD循环而形成。第一前体可以包括金属和第一配体，第二前体可以包括相同的金属和第二配体。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，金属亚氧化物膜是电阻式随机存取存储器(RRAM)的有源区。在本专利技术的一些实施例中，金属亚氧化物膜是浮栅闪存的栅介质层。
[0014]本专利技术的实施例涉及一种半导体结构。半导体器件的非限制性示例包括由半导体材料制成的底层、顶部电极以及位于底层和顶部电极之间的金属亚氧化物膜。金属亚氧化物膜可通过将底层暴露于具有第一前体脉冲、第二前体脉冲和氧化剂脉冲的ALD循环而形成。第一前体可以包括金属和第一配体，第二前体可以包括相同的金属和第二配体。在本专利技术的一些实施例中，半导体材料包括Si、Ge、SiGe、aSi:H和InGaAs中的一种或多种。
[0015]本专利技术的实施例涉及一种半导体结构。半导体器件的非限制性示例包括具有第一金属的底部电极、具有第二金属的顶部电极以及位于底部电极和顶部电极之间的金属亚氧化物膜。金属亚氧化物膜可通过将底部电极暴露于具有第一前体脉冲、第二前体脉冲和氧化剂脉冲的ALD循环而形成。第一前体包括第三金属和第一配体，第二前体包括第三金属和第二配体。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，底部电极包括金属氮化物并且金属亚氧化物膜包括HfO2‑
x
或Ta2O3‑
x
。在本专利技术的一些实施例中，金属亚氧化物膜包括一种或多种金属
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金属键和/或一种或多种金属
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氮化物
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金属键。在本专利技术的一些实施例中，金属亚氧化物膜包括与有机和卤化物副产物(例如，C、Cl、NH3Cl等)偶联的亚氧化物键。
[0017]通过本专利技术的技术实现附加的技术特征和益处。本专利技术的实施例和方面在本文中详细描述并且被认为是要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，请参阅详细说明和附图。
[0018]从第一方面来看，本专利技术提供了一种沉积亚化学计量金属氧化物的方法，该方法包括：选择包含金属和第一配体的第一前体；选择包含金属和第二配体的第二前体；在原子层沉积(ALD)循环的第一脉冲期间将衬底暴露于第一前体；在ALD循环的第二个脉冲期间将
衬底暴露于第二前体，第二个脉冲直接发生在第一个脉冲之后；以及在ALD循环的第三个脉冲期间将衬底暴露于氧化剂。
[0019]从另一方面来看，本专利技术提供了一种沉积亚化学计量金属氧化物的方法，该方法包括：将衬底暴露于第一原子层沉积(ALD)循环，第一ALD循环包括第一前体脉冲、第二前体脉冲和氧化剂脉冲，其中第一前体包含金属和第一配体，第二前体包含金属和第二配体；将衬底暴露于第二ALD循环，第二ALD循环包括第一前体脉冲和第二前体脉冲而没有氧化剂脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种沉积亚化学计量金属氧化物的方法，该方法包括：选择包含金属和第一配体的第一前体；选择包含金属和第二配体的第二前体；在原子层沉积(ALD)循环的第一脉冲期间将衬底暴露于第一前体；在ALD循环的第二脉冲期间将衬底暴露于第二前体，第二脉冲直接发生在第一脉冲之后；以及在ALD循环的第三脉冲期间将衬底暴露于氧化剂。2.根据权利要求1的所述的方法，氧化剂是基于非等离子体的热氧化剂。3.根据权利要求1的所述的方法，其中在第一脉冲期间，第一前体的金属化学吸附到衬底的表面上。4.根据权利要求2的所述的方法，其中在第二脉冲期间，第二前体的金属化学吸附到由第一前体配体封端的涂覆表面上；并且其中第一配体和第二配体在第二脉冲期间反应以形成一种或多种副产物。5.根据权利要求4的所述的方法，还包括对一种或多种副产物的至少一部分使用排气去除。6.根据权利要求1的所述的方法，其中第二脉冲直接发生在第一脉冲之后而没有中间脉冲。7.根据权利要求1的所述的方法，其中第二脉冲发生在第一脉冲之后，使得任何中间脉冲都是非反应性吹扫脉冲。8.根据权利要求1的所述的方法，其中金属包括Hf、Ta、Zr、Al、La和Si中的一种或多种，第一配体包括卤化物，并且第二配体包括金属有机物。9.根据权利要求1的所述的方法，其中金属包括Hf、Ta、Zr、Al、La和Si中的一种或多种，第一配体包括金属有机物，并且第二配体包括卤化物。10.一种沉积亚化学计量金属氧化物的方法，该方法包括：将衬底暴露于第一原子层沉积(ALD)循环，第一ALD循环包括第一前体脉冲、第二前体脉冲和氧化剂脉冲，其中第一前体包括金属和第一配体，第二前体包括金属和第二配体；将衬底暴露于第二ALD循环，第二ALD循环包括第一前体脉冲和第二前体脉冲而没有氧化剂脉冲；和将衬底暴露于第三ALD循环，第三ALD循环包括第一前体脉冲和第二前体脉冲之一并且随后是氧化剂脉冲。11.根据权利要求10的所述的方法，其中超级循环包括以任何顺序的第一ALD循环、第二ALD循环和第三ALD循环；并且其中超级循环在亚化学计量金属氧化物的沉积中重复一次或多次。12.根据权利要求11的所述的方法，其中在第二ALD循环之前将第一ALD循环重复一次或多次并且在第三ALD循环之前将第二ALD循环重复一次或多次。13.根据权利要求10的所述的方法，其中金属包括铪，第一配体包括氯化物，并且第二配体包括有机金属。14.根据权利要求13的所述的方法，其中第一前体包括HfCl4并且第二前体包括铪和四乙基甲基氨基(TEMA...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：株式会社爱发科，
类型：发明
国别省市：