本发明专利技术提供具有高介电常数的介电膜的制造方法。本发明专利技术的实施方式是在基板上制造包括包含由Ｈｆ或Ｈｆ和Ｚｒ的混合物构成的元素Ａ、由Ａｌ构成的元素Ｂ、以及Ｎ和Ｏ的金属氮氧化合物的介电膜的方法。所述制造方法包括以下步骤：形成具有非晶态结构的金属氮氧化合物，其中，所述金属氮氧化合物的元素Ａ、元素Ｂ和Ｎ的表示为Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ）的摩尔分数为０．０１５≤Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ）≤０．０９５，元素Ａ、元素Ｂ和Ｎ的表示为Ｎ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ）的摩尔分数为０．０４５≤Ｎ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ），并且元素Ａ和Ｏ的表示为Ｏ／Ａ的摩尔分数为１．０＜Ｏ／Ａ＜２．０；以及对具有非晶态结构的所述金属氮氧化合物进行７００℃以上的退火处理，从而形成包括立方晶体混入百分比为８０％以上的晶相的金属氮氧化合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及介电膜和使用介电膜的半导体装置的制造方法。
技术介绍
半导体装置的发展伴随着元件的日益增高的集成化，从而引起各元件更加微型化 同时工作电压下降。例如，在随着元件的微型化出现将电荷保持层和栅电极分离的阻断膜 的MONOS (金属氧化物-氮化物-氧化物半导体)型非易失性半导体装置的领域中，元件的 微型化已经产生对阻断膜的高介电常数的需求。同样，在re(浮动栅极)型非易失性半导 体装置的领域中，元件的微型化已经产生针对浮动电极和栅电极之间的绝缘膜的高介电常 数的需求。此外，在高级CMOS装置研发的领域中，正在考虑通过使用高介电常数材料增加 栅极绝缘膜的物理厚度来降低栅极泄漏电流的技术。此外，鉴于上述半导体装置的制造工 艺期间进行的1000°c的退火处理，高介电常数膜需要耐热。此外，为了抑制半导体装置的工 作电压的变化，高介电常数膜的表面需要具有优良的平坦性。作为用于增加介电膜的相对介电常数的方式，正在考虑使用作为相对介电常数比 传统的SiO2膜、SiN膜或组合这两者的SiON膜的相对介电常数高的介电膜的Hf02、Zr02和 Al2O30另外，近来为了抑制与较薄介电膜相关的泄漏电流，正在对在由肚02、21~02或Al2O3构 成的层叠(堆叠)结构上或者在HfO2或&02上掺杂金属元素的介电膜进行研究。高介电常数膜的形成方法包括CVD (化学气相沉积)法、原子层吸收/沉积法和溅 射法。CVD法涉及形成工艺期间的孕育时间，因此在膜厚度可控制性、面内均勻性和再现性 方面存在问题。另一方面，对于溅射法，存在由于等离子损伤或被处理基板的氧化因而形成 界面层的问题。作为利用ALD法或CVD法形成高介电常数的介电膜的技术，专利文献1公开了具 有表示为0. 05 < X < 0. 3的组成的、由AlxM(1_x)0y (其中，M是能够形成晶态电介质的Hf和 &等的金属)构成的非晶态膜，其中，非晶态氧化铝包含在晶态电介质中。该技术的特征 是，对于非晶态铝酸锆(zircon aluminate)，可以获得25 28的高相对介电常数。另外， 在专利文献1中描述了 &02的相对介电常数为30。另外，作为通过溅射形成高介电常数的介电膜的方法，专利文献2公开了通过利 用电子回旋共振的溅射方法，在实现理论配比成分的范围内并在由于靶表面氧化引起的溅 射率的下降率达到最大的氧供给量范围内形成&02的技术。此外，专利文献3描述了其中使用HfO2或Y2O3的陶瓷靶作为溅射靶、并且利用作 为金属元素的钇(Y)和氮来掺杂HfO2的介电膜。根据专利文献3，描述了通过将上述Y等 的原子半径大的元素添加至单斜HfO2，使立方晶体的聚合能量减少并稳定，因此，HfO2的晶 系从单斜变为正方然后变为立方。结果，描述了可以获得相对介电常数为70的、由HfYO构 成的高介电常数膜。另外，在氮逐渐替代单斜HfO2中的氧时，随着氮的量增多，晶系从单斜 变为正方、棱形、然后变为立方。专利文献4 描述了对于由 ZrxSi(1_x)0(2_y) (0. 81 彡 χ 彡 0. 99，0. 04 ^ y ^ 0. 25)构成的介电膜，使用ττ和Si靶，通过在氩气和氧气的混合气氛下使用溅射法形成非晶形膜、 并随后在包含氧气的气氛下对该非晶形膜进行750°C以上的退火处理，来形成具有正方晶 体的介电膜。非专利文献1描述了在利用RF溅射法所形成的HfO2的表面上层叠(堆叠)TiN的 介电膜。根据非专利文献1，描述了当在HfO2上层叠TiN的状态下进行结晶时，形成具有立 方晶相的HfO2,并且获得相对介电常数值为50的介电膜。专利文献专利文献1 日本特开2004-214304专利文献2 日本特许3748218专利文献3 日本特许3981094专利文献4 日本特开2007-299878 非专利文献__专禾Il文献 1 :Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, 2008，p.15
技术实现思路
然而，上述技术分别具有以下问题。对于专利文献1所述的&02中包含5 30%的Al的技术，出现以下问题尽管在 非晶态结构的情况下获得25 28的高相对介电常数，然而该值仍然低于具有晶态结构的 ZrO2的相对介电常数30。专利文献2所述的利用电子回旋共振形成&02的技术的问题在于，通过660°C 680°C的退火处理所获得的&02的相对介电常数值是12，该值显著低于专利文献1所述的 介电膜。专利文献2的问题还在于没有提到&02的晶态结构。专利文献3所述的形成HfYO膜的技术的优点在于，可以获得相对介电常数值为70 的高介电常数膜。然而，存在以下问题在使用由HfO2和Y2O3构成的陶瓷靶作为溅射靶的 溅射方法的情况下溅射率下降，这大大放缓了介电膜的沉积速率。专利文献4 所述的形成由 &xSi(1_x)0(2_y) (0. 81 彡 χ 彡 0. 99，0. 04 ^ y ^ 0. 25)构 成的、并具有正方晶态结构的介电膜的技术的问题在于，与专利文献1所述的&02相比，所 获得的介电膜的相对介电常数值20 26较低。非专利文献1所述的通过在利用RF溅射法形成的HfO2的表面上层叠TiN的状态 下进行结晶来形成具有立方晶体的HfO2的技术的优点在于，可以获得相对介电常数值为50 的高介电常数膜。然而，存在以下问题在使用由HfO2金属氧化物构成的陶瓷靶作为溅射靶 的溅射方法的情况下溅射率下降，这大大放缓了介电膜的沉积速率。另外，由于获得高介电 常数需要在HfO2膜上层叠TiN并且对TiN进行退火处理，因此担心由于退火工艺期间HfO2 和TiN之间的界面反应所引起的氧化而出现膜质量下降。此外，示出了尽管通过700°C 800°C的退火处理获得相对介电常数50，但在800°C以上的退火处理之后相对介电常数下 降至30以下。因此，由TiN和HfO2的层叠膜所形成的立体晶体的HfO2的问题还在于缺乏 相对于1000°C的退火处理的耐热性。鉴于上述传统问题提出了本专利技术，因此本专利技术的目的在于提供用于形成能够解决上述问题并降低由于溅射率下降所引起的沉积速率下降、并且具有高的相对介电常数、针 对1000°C的退火处理的耐热性和优良的膜表面平坦性的介电膜的制造方法。本专利技术人为了解决上述问题所进行的专心研究已经发现通过形成具有特定组 成和非晶态结构的金属氮氧化合物并且进一步进行退火处理，可以获得具有高相对介电常 数、相对于1000°c的高温耐热性和优良的平坦性的介电膜，这样产生了本专利技术。本专利技术的第一方面是一种介电膜的制造方法，所述介电膜包括包含由Hf或Hf和 Zr的混合物构成的元素A、由Al构成的元素B、以及N和0的金属氮氧化合物，所述制造方 法包括以下步骤形成具有非晶态结构的金属氮氧化合物，其中，所述金属氮氧化合物的元 素A、元素B和N的表示为B/(A+B+N)的摩尔分数为0. 015彡B/(A+B+N)彡0.095，元素A、 元素B和N的表示为N/ (A+B+N)的摩尔分数为0. 045 ( N/ (A+B+N)，并且元素A和0的表示本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种介电膜的制造方法，所述介电膜包括包含由Ｈｆ或Ｈｆ和Ｚｒ的混合物构成的元素Ａ、由Ａｌ构成的元素Ｂ、以及Ｎ和Ｏ的金属氮氧化合物，所述制造方法包括以下步骤： 形成具有非晶态结构的金属氮氧化合物，其中，所述金属氮氧化合物的元素Ａ、元素Ｂ和Ｎ的表示为Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ）的摩尔分数为０．０１５≤Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ）≤０．０９５，元素Ａ、元素Ｂ和Ｎ的表示为Ｎ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ）的摩尔分数为０．０４５≤Ｎ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ），并且元素Ａ和Ｏ的表示为Ｏ／Ａ的摩尔分数为１．０＜Ｏ／Ａ＜２．０；以及对具有非晶态结构的所述金属氮氧化合物进行７００℃以上的退火处理，从而形成包括立方晶体混入百分比为８０％以上的晶相的金属氮氧化合物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：北野尚武，中川隆史，辰巳彻，
申请(专利权)人：佳能安内华股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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