公开的是一种具有高介电常数和高温耐热性的介电膜。在一个实施方案中的介电膜（１０３）包括含有元素Ａ、元素Ｂ以及含有Ｎ和Ｏ的复合氮氧化物，元素Ａ由Ｈｆ构成，元素Ｂ由Ａｌ或Ｓｉ构成，该介电膜（１０３）中元素Ａ、元素Ｂ和Ｎ的摩尔分数根据Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ）为０．０１５至０．０９５以及根据Ｎ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ）为０．０４５以上，该介电膜（１０３）具有结晶结构。
【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。
技术介绍
半导体装置的发展伴随着日益增加的更高程度的元件集成，导致各元件越来越小型化和工作电压降低。例如，在包括分离电荷保持层(charge retaining layer)和栅极电极的阻隔膜(blocking film)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领域中，元件的小型化已导致对于阻隔膜更高的介电常数的要求。同样地，在 TO(浮栅)型非易失性半导体装置领域中，元件的小型化已导致对于浮动电极(floating electrode)和栅极电极之间的绝缘膜更高的介电常数的要求。此外，在高级DRAM(动态随机存储器(dynamic random access memory))装置领域中，为了确保构成小型化存储单元的电容器的电容，需要具有高介电常数并且能够容纳较薄的膜厚度而不引起漏电流增加的介电膜。此外，在高级CMOS装置开发的领域中，考虑用于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漏电流的技术。另外，需要高介电膜相对于在如上所述的半导体装置的制造工艺期间进行的1000°C退火处理是耐热性的。此外，出于抑制半导体装置工作电压的变化的目的，需要高介电膜的表面具有较高的平坦性(flatness)。作为用于增加介电膜的相对介电常数的手段，考虑使用与常规的SiO2膜、SiN膜或者组合两者的SiON膜相比具有更高的相对介电常数的Η 2、Ζι 2和Al2O3作为介电膜。此外，最近，出于为了抑制与较薄的介电膜有关联的漏电流的目的，对介电膜进行研究，在所述介电膜中，对由HfO2JrO2或Al2O3构成的层压(堆叠)结构掺杂金属元素或者对HfO2或 &02掺杂金属元素。例如，非专利文献1和2公开了其中对HfO2掺杂作为金属元素的硅(Si)、钇⑴ 或镧(La)等的介电膜。根据非专利文献1和2，描述了通过对HfO2掺杂上述的金属元素并且对其进行结晶，形成具有四方晶相的HfO2并且获得的高相对介电常数值为观。非专利文献3公开了其中将TiN层压(堆叠)在HfO2表面上的介电膜。根据该非专利文献3，描述了当在将TiN层压在HfO2上的状态下进行结晶时，形成具有立方晶相的 HfO2并且获得的高相对介电常数值为50。专利文献1公开了其中对HfO2掺杂金属元素如钇⑴、镁(Mg)、钙(Ca)或镧(La) 和氮的介电膜。根据专利文件1，描述了通过将具有大的原子半径的元素如上述的Y、Mg和 Ca添加至单斜HfO2,该立方晶体的聚集能(aggregated energy)降低并且使其稳定，从而将HfO2的晶系从单斜晶体改变为四方晶体然后改变为立方晶体。结果，能够获得具有相对介电常数为70的由HfYO制成的高介电膜。此外，由于在单斜HfO2中的氧被氮取代，随着氮的量增加，该晶系由单斜晶体改变为四方晶体、菱形晶体，然后改变为立方晶体。专利文献2公开了使用包括具有立方晶相的HfO2和第二化合物的组合物作为介电膜材料的技术。根据专利文献2，描述了含有Imol^至50mOl%的Al2O3作为该第二化合物的HfO2立方晶体具有的相对介电常数为29. 8，其高于纯Η 2。专利文献3公开了，其中将非晶质氧化铝包含在结晶态介电膜中并且由具有如 0. 05 < χ < 0. 3所示的组成的AlxM(1_x)0y(其中M是能够形成结晶态介电体的金属例如 Hf和Zr)形成的非晶质膜作为介电膜。根据专利文献3，描述了在非晶质铝锆石(zircon aluminate)的情况下能够获得范围为25至28的高的相对介电常数。非专利文献4公开了由HfAlON制成的介电膜材料。根据非专利文献4，描述了 Hf/ (Hf+Al)组成范围为20%至80%和氮组成为30%以上的HfAlON在850°C的退火温度下获得非晶质结构并且具有范围为10至25的相对介电常数。专利文献专利文献1 日本专利申请特开2005-25995专利文献2 日本专利申请特开2004-161602专利文献3 日本专利申请特开2004-214304非专利文献非专利文献1 Applied Physics Letters 86，102906，2005非专利文献 2 International Electron Devices Meeting Technical Digest, 2007，p.53非专利文献 3 :Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, 2008，p.152非专禾Ij文献 4 Japanese Journal of APPlied Physics Vol. 44，No. 4B，2005. p. 231
技术实现思路
然而，上述技术分别具有以下问题。在非专利文献1和2中所述的其中对HfO2掺杂作为金属元素的钇⑴、硅(Si)或镧(La)等的技术的情况下，显示尽管在800°C下的退火处理实现结晶和相对介电常数为 30的更高的介电常数，但是当退火处理在1000°C下进行时，相对介电常数降至20以下。因此，相对于在1000°c下的退火处理，掺杂有Y、Si或La的HfO2在其缺乏耐热性方面是有问题的。在非专利文献3中所述的其中HfO2在将TiN层压至其上的状态下结晶以形成具有立方晶体的HfO2的技术的情况下，显示尽管通过在700°C至800°C下的退火处理获得的相对介电常数值为50，但是在800°C以上的退火处理的情况下相对介电常数降至30以下。因此，由TiN和HfO2的层压膜形成的立方HfO2还有问题地缺乏相对于在1000°C下退火处理的耐热性。在专利文献1中所述的其中HfO2掺杂有具有大的原子半径的金属元素例如钇 ⑴、镁(Mg)和镧(La)等和氮的介电膜的情况下，尽管通过在800°C下的退火处理获得的相对介电常数值为70，但是不清楚当通过在1000°C下的退火进行结晶时能够获得何种相对介电常数值。在专利文献2中所述的其中HfO2掺杂有范围为至50%的Al从而形成立方晶相的HfO2的技术的情况下，尽管描述了相对于1200°C的耐热性，但是与非专利文献3和专利文献1中的HfO2相比，其相对介电常数值四.8是较低的。因此，存在不能获得高的相对介电常数的问题。此外，专利文献2有问题地没有描述最佳的Al浓度。在专利文献3中所述的其中在5%至30%范围内将Al掺杂至^O2中从而将^O2 改变为非晶质形式的技术的情况下，通过掺杂Al获得的^O2的相对介电常数值25至观低于没有进行掺杂的情况。因此，存在不能获得高的相对介电常数的问题。在非专利文献4中所述的其中对HfO2掺杂Al和N的技术的情况下，与非专利文献3和专利文献1中的HfO2相比，HfAlON的相对介电常数值10至25是较低的。因此，存在不能获得高的相对介电常数的问题。考虑到上述常规问题作出本专利技术，本专利技术的目的是提供具有高的相对介电常数、 相对于在1000°c下退火处理的耐热性和优良的表面平坦性的介电膜，以及使用该介电膜的半导体装置。通过本专利技术人为了解决上述问题的深入思考，导致以下发现在包括含有元素A、 元素B (元素A由Hf构成、元素B由Al或Si构成)以及N和0的复合氮氧化本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种介电膜，其包括含有元素Ａ、元素Ｂ以及Ｎ和Ｏ的复合氮氧化物，所述元素Ａ为Ｈｆ，所述元素Ｂ为Ａｌ或Ｓｉ，其中，表示为Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ）的所述元素Ａ、所述元素Ｂ和Ｎ的摩尔分数范围为０．０１５至０．０９５，表示为Ｎ／（Ａ＋Ｂ＋Ｎ）的所述元素Ａ、所述元素Ｂ和Ｎ的摩尔分数为０．０４５以上，并且所述介电膜具有结晶结构。
【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：中川隆史，
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
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。