使用原子层沉积工艺制造金属硅酸盐层的方法技术

提供了使用原子层沉积工艺在半导体基底上制造金属硅酸盐层的方法。为了形成具有所需厚度的金属硅酸盐层，这些方法包括进行金属硅酸盐层形成周期至少一次。金属硅酸盐层形成周期包括重复进行金属氧化物层形成周期Ｋ次的操作以及重复进行硅氧化物形成周期Ｑ次的操作。Ｋ和Ｑ分别是１至１０的整数，该金属氧化物层形成周期包括步骤：向含有基底的反应器中供应金属源气体，排出残留在反应器中的金属源气体，接着向该反应器供应氧化物气体。该硅氧化物层形成周期包括：向含有基底的反应器中供应硅源气体，排出残留在反应器中的硅源气体，接着向该反应器供应氧化物气体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造半导体装置薄层的方法，特别是涉及一种使用原子层沉积(ADL)工艺制备金属硅酸盐层的方法。
技术介绍
随着对高度集成半导体装置日益增长的需求，必须使作为组成半导体元件的晶体管和电容器制作的越来越小，以满足对更小尺寸的要求。半导体管和电容器元件通常包括电介质。然而在减小此类电介质的总尺寸和厚度方面的努力导致了制造中的很多困难。例如，如果作为晶体管的一个组成元件的栅极介电层的厚度形成得太薄的话，可能导致栅极介电层的绝缘性能的劣化。通常将二氧化硅用作形成栅极介电层的材料。据报道，如果其中在氧化硅的厚度减小到约15_或更小，在由栅极中直接的隧道效应引起的漏失电流明显发生快速增加。作为解决上述问题方法之一，已经对高-k电介质的使用进行了研究，即使将该高k电介质用于薄介电层的时侯，该高-k电介质也比二氧化硅层具有较高的介电常数和较低的漏失电流。近年来，金属硅酸盐层，如已经提出将铪硅酸盐(HfSiOx)层作为高-k电介质提出。当此类金属硅酸盐层应用于半导体晶体管时，此类金属硅酸盐层与其它高-k电介质相比，通常具有优良的载体移动性。制造这样的金属硅酸盐层的常规的方法使用物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。众所周知，由于与硅基底很差的台阶覆盖和很差的界面特性，该PVD工艺具有严重的局限性。由于需要使用高温来形成薄膜，以及需要将薄膜的厚度准确控制在几_偏差上的限制，CVD工艺也有严重局限性。此外，由于在PVD或CVD薄膜中组分的比例难以控制，已经发现制备该金属硅酸盐层的常规方法不适合用于制备高度集成的半导体装置。因此，原子层沉积(ALD)工艺已经作为制备具有精确厚度的金属硅酸盐层的替代方法而对其研究，其通过原子层单元来克服CVD和PVD工艺中的局限性。为了形成薄膜，该ALD工艺是通过分时方式可控有序依次以离散脉冲型提供源气体的方法，而不是同时提供源气体的方法。各种气体的供应可以这样进行，即通过工时差异，开/闭提供各种气体的阀以使工作的气体不相混合，并且每种源气体可以根据预定的时间间隔分别供应到一个反应器中。当每一种源气体以这样的工时差异以预定流速供应时，在提供气体的时间间隔中也供应了一种清洗气体以除去残留在反应器中的没有反应的源气体。该ALD工艺具有这样的优点，其提供了优良的台阶覆盖，在大型基底上沉积均匀的薄膜，并且还通过控制重复沉积周期的次数使得薄膜的厚度能够精确控制。使用ALD工艺制造金属硅酸盐的常规的方法已经公开于专利技术名称为“METHOD FOR DEPOSITING A COATING HAVING A RELATIVELY HIGHDIELECTRIC CONSTANT ONTO A SUBSTRATE”(向基底上沉积具有相对高介电常数的涂层的方法)，公开号为2003-0031793，专利技术人为Cheng等的美国专利申请中，在此，也该公开文献引入作为参考。根据Cheng等所述，将作为金属氧化物层的氧化铝(Al2O3)层、氧化钽(Ta2O5)层和铪氧化物(HfO2)层，以及作为金属硅酸盐层的硅酸锆(SiZrO4)层和铪硅酸盐(HfSiOx)层等等形成在一个半导体基底上。具体地，在Cheng等看来，该半导体基底被装载入一个反应器中。将第一原始气体供应到合适基底的整个表面，接着将其从反应室中除去。然后，通过使用氧化物气体，如氧气、水蒸气、一氧化二氮(N2O)等，使该吸收在基底整个表面上的第一原始氧化。重复进行这些操作直至在基底上形成具有所需厚度的第一薄膜。然后，将第二原始气体供应到沉积在基底上的第一薄膜的整个表面并且随后对其进行清洗。然后，通过使用氧化物气体，如氧气、水蒸气、一氧化二氮(N2O)等，使该吸收在基底上的第一薄膜整个表面上的第二原始氧化。重复进行这些操作直至在第一薄膜层上形成具有所需厚度的金属硅酸盐层。专利技术名称为“METHOD OF FABRICATING A SEMICONDUCTORDEVICE AND AN APPARATUS OF PROCESSING A SUBSTRATE”(制备半导体装置的方法以及加工基底的设备)，公开号2003-347298的日本专利中公开了另外一种制造金属硅酸盐层的方法，在此，该公开物也被引入作为参考。根据专利公开号2003-347298的日本专利，可以制造包含铪硅酸盐(HfSiOx)层的高-k电介质。具体而言，将第一层源材料气体供应到合适的半导体表面接着将其从反应室中洗去。然后，进行远程等离子氧化(RPO)方法来向吸收在基底上的第一层源材料供应氧自由基。为了形成所需厚度的第一层，以确定的重复周期数重复实施这些操作步骤。然后将第二材料源气体供应到形成的结构的表面上，然后对该层的表面进行处理，即，进行向该表面供应氧自由基的RPO方法。以确定的重复周期数重复进行这些操作步骤，以形成所需厚度的薄膜。当金属硅酸盐层是以美国专利申请公开号2003-0031793或日本专利公开号2003-347298中所公开的方法形成时，以确定数量的重复周期操作金属氧化物层形成步骤重复后，将一种硅源气体供应到该结构上。通常，这样的硅源气体具有相对于金属氧化物层化学稳定的结构。因此，使用这样的硅源气体将该金属氧化物层转变成所需得到的金属硅酸盐层的方法存在很多局限。例如，已经发现，在重复进行金属氧化物层形成步骤10次或更多次后据此供应硅源气体，将该金属氧化物层转变成金属硅酸盐层是非常困难的。代替此类导致所需的金属硅酸盐层形成的工艺过程，氧化硅层可能被分别堆叠在金属氧化物层上，或者在金属氧化物层上硅氧化物层的反应和/或形成可能根本不发生或者只是沿该表面部分发生并且不均匀。
技术实现思路
因此，本专利技术提供了一种在合适的半导体基底上制造金属硅酸盐层的方法，其中该方法能够精确控制薄膜的厚度并且还能够控制该生成的金属硅酸盐层中金属和硅的组成比。本专利技术另一个更具体的目的是提供一种在半导体基体上制造铪硅酸盐层，同时还能精确控制薄膜的厚度并还控制生成的铪硅酸盐层中铪和硅的组成比的方法。按照一个典型的实施方案，本专利技术提供了一种。为了在基底的表面形成包含金属的化学吸收层，该方法通常包括顺序的步骤将一个基底装到反应器或反应室中，接着向具有基底的反应器或反应室中供应合适的金属源气体。通常随后进行清洗步骤，将氧化物气体供应到反应器中使其与包含金属的化学吸收层反应，从而在该基底上形成一个金属氧化物层。将向反应器供应金属源气体、清洗、并且供应氧化物气体来形成金属氧化物层(金属/氧化物步骤)的顺序步骤重复进行确定的数，例如K次。然后为了在前述形成于基底上的金属氧化物层上形成包括硅的化学吸收层，向该反应器中供应合适的硅源气体。通常随后进行清洗步骤，将氧化物气体供应到反应器中使其与金属氧化物层以及沉积在其上的包含硅的化学吸收层反应，从而形成一个金属硅酸盐层。将该向反应器供应硅源气体、清洗、并且供应氧化物气体来形成金属硅酸盐层的操作重复进行确定的数，例如Q次。K和Q值中之一至少为2。将以供应金属源气体的步骤开始到形成金属硅酸盐层的完整的连续操作进行至少一次，并且可以进行2次或更多次，从而形成具有所需厚度的金属硅酸盐层。按照本专利技术的典型实施方案，该方法可以进一步有益地包括这样的相关步骤，如在供应各种反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用原子层沉积工艺在基底上制造金属硅酸盐层的方法，所述的方法包括顺序的步骤：（ａ）将基底装载入反应器；（ｂ）在反应条件下，向具有基底的反应器中供应含有所需金属的金属源气体，以在基底上形成包含所需金属的第一化学吸收层； （ｃ）在反应条件下，向反应器中供应氧化物气体，使其与包含所需金属的第一化学吸收层反应，以在基底上形成包含所需金属的金属氧化物层；（ｄ）顺序地重复进行步骤（ｂ）和（ｃ）Ｋ次；（ｅ）在反应条件下，向该反应器供应硅源气体，以在 基底上的金属氧化物层上形成包含硅的第二化学吸收层；（ｆ）在反应条件下，向反应器中供应氧化物气体，使其与该金属氧化物层和包含硅的第二化学吸收层反应，以形成金属硅酸盐层；（ｇ）顺序地重复进行步骤（ｅ）和（ｆ）Ｑ次；以及（ ｈ）顺序地进行步骤（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）和（ｇ）的操作至少一次，从而形成具有所需厚度的金属硅酸盐层，其中值Ｋ和Ｑ中之一至少是２。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金润奭，金宗杓，林夏珍，朴哉彦，丁炯硕，李钟镐，梁钟虎，
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]