DE102005062964A1 - Kondensator mit dielektrischer Nanokompositstruktur und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

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Abstract

Ein Kondensator mit einer dielektrischen Nanokomposit-Struktur und ein Verfahren zur Herstellung desselben werden zur Verfügung gestellt. Der Kondensator weist auf: eine untere Elektrode; eine dielektrische Nanokomposit-Struktur und eine obere Elektrode. Die dielektrische Nanokomposit-Struktur wird erhalten durch Mischen einer HfO¶2¶-Schicht und einer dielektrischen Schicht mit einer dielektrischen Konstante gleich oder größer als die der HfO¶2¶-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung. Die dielektrische Schicht schließt ein Material ein, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus ZrO¶2¶, La¶2¶O¶3¶ und Ta¶2¶O¶5¶ besteht, jeweils eine dielektrische Konstante in einem Bereich von etwa 25 bis etwa 30 und ein Bandlückenenergieniveau in einem Bereich von etwa 4,3 bis etwa 7,8 aufweisend.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben; und weiter insbesondere auf einen Kondensator mit einer dielektrischen Nanokompositstruktur und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
  • Da das große Ausmaß von Integration von Speicherprodukten durch Verkleinerung in der Halbleitertechnologie beschleunigt worden ist, wurden die Größen von Einheitszellen schnell herunterskaliert, und es kann eine niedrige Betriebsspannung erzielt werden. Obwohl die Zellengrößen verringert worden sind, sollte die Kapazität, die zum Betreiben eines Speicherbauelements erforderlich ist, jedoch größer als 25pF pro Zelle sein, um ein Auftreten eines Softfehlers zu verhindern und eine Auffrischzeit zu verkürzen. Obwohl ein dreidimensionaler Speicherknoten mit einer semi-sphärischen Elektrodenoberfläche mit der großen Oberflächenfläche implementiert worden ist, wurde daher die Höhe eines NO-Kondensators zur Verwendung in einem dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), der eine Siliziumnitrid(Si3N4)-Schicht verwendet, kontinuierlich erhöht. Die Siliziumnitrid-Schicht wird im Allgemeinen unter Verwendung von Dichlorsilan (DCS) gebildet.
  • Da es nur eingeschränkt möglich ist, für den NO-Kondensator ein ausreichendes Kapazitätsniveau, welches für ein DRAM mit oberhalb von 256M notwendig ist, sicherzustellen, wurden dielektrische Materialien mit hohem k oder dreidimensionale Speicherknoten (z.B. Speicherknoten vom Zylinder- oder vom konkaven Typ) verwendet, um die Kapazitätsbeschränkung zu überwinden. Beispiele dieser dielektrischen Materialien mit hohem k sind Tantaloxid (Ta2O5), Aluminiumoxid (Al2O3) und Hafniumoxid (HfO2).
  • Ta2O5 weist jedoch eine schlechte Leckstromeigenschaft auf. Obwohl Al2O3, dessen dielektrische Konstante 9 ist, eine gute Leckstromeigenschaft aufweist, ist es aufgrund eines niedrigen Wertes der dielektrischen Konstante weiterhin darin beschränkt, ein gewünschtes Kapazitätsniveau sicherzustellen. HfO2 ist aufgrund einer hohen dielektrischen Konstante von HfO2 in der Lage, die Kapazität sicherzustellen; HfO2 weist jedoch eine niedrige Intensität der Durchbruchsspannung auf. Somit ist HfO2 empfänglich für eine elektrischen Schock, was somit eine Haltbarkeit des Kondensators verringert.
  • Es wurde daher eine Stapelstruktur mit HfO2 und Al2O3, d.h. eine duale dielektrische Struktur, vorgeschlagen.
  • 1 ist ein Querschnitt, welcher einen Kondensator mit einer herkömmlichen dielektrischen Struktur aus HfO2/Al2O3 darstellt.
  • Eine dielektrische Struktur 12 ist zwischen einer unteren Elektrode 11 und einer oberen Elektrode 13 gebildet und weist eine duale dielektrische Struktur auf, erhalten durch Stapeln einer Al2O3-Schicht 12A und einer HfO2-Schicht 12B.
  • Da Al2O3 eine niedrige dielektrische Konstante aufweist, wird Al2O3 in der Form einer Nanozusammensetzung in sub-80 nm Bauelementen hergestellt, um einen Leckstrom zu reduzieren. Da Al2O3 ein gewünschtes Leckstromniveau auch dann sicherstellen kann, wenn Al2O3 dünn gebildet wird, kann eine gute elektrische Eigenschaft und eine Massenproduktion bis hoch zu 80 nm Bauelementen erreicht werden. Es ist jedoch oft schwierig, Al2O3 bei einem Kondensator vom konkaven Typ in einem DRAM anzuwenden, da der Kondensator vom konkaven Typ eine äquivalente Oxiddicke benötigt, die in einem größeren Ausmaß herunterskaliert ist.
  • Somit wurde aktuell eine dielektrische Struktur einschließlich einer Zusammensetzung aus HfO2 und Al2O3, gemischt in einem vorbestimmten Verhältnis, d.h. die in einer Nanozusammensetzung von HfO2_Al2O3 gebildete dielektrische Struktur, als eine dielektrische Schicht eines in einer konkaven Struktur gebildeten Kondensators verwendet. Im Folgenden wird eine solche dielektrische Struktur als „dielektrische HfAlO Nanokompositschicht" bezeichnet werden. Abgese hen von diesem Vorteil weist die dielektrische HfAlO Nanokompositschicht eine niedrige dielektrische Konstante in einem Bereich von 13 bis 15 auf.
  • 2 ist ein Graph, welcher Werte dielektrischer Konstanten von herkömmlichen dielektrischen Materialien, einschließlich Al2O3, HfO2 und Nanokomposit-HfAlO, darstellt.
  • Wie dargestellt, weisen HfO2 und Al2O3 dielektrische Konstanten von 25 bzw. 9 auf. Auf der anderen Seite weist eine dielektrische HfAlO Nanokomposit-Schicht, in der HfO2 und Al2O3 in der Form einer Nano-Zusammensetzung gemischt sind, eine dielektrische Konstante in einem Bereich von 13 bis 15 auf. Insbesondere liegt ein Mischungsverhältnis von Hf zu Al in der dielektrischen HfAlO Nanokomposit-Schicht bei etwa 1 : 1.
  • Da die dielektrische HfAlO Nanokomposit-Schicht eine niedrigere dielektrische Konstante aufweist als HfO2, kann das HfO2 der dielektrischen HfAlO Nanokomposit-Schicht einen verminderten Wert der dielektrischen Konstante aufweisen. Als ein Ergebnis kann es schwierig sein, für die dielektrische HfAlO Nanokomposit-Schicht eine gewünschte hohe dielektrische Konstante in sub-80 nm Bauelementen sicherzustellen.
  • Da die dielektrische HfAlO Nanokomposit-Schicht Al2O3 mit einer dielektrische Konstante von etwa 9 einschließt, weist die dielektrische HfAlO Nanokomposit-Schicht eine niedrigere dielektrische Konstante als die dielektrische HfO2-Schicht auf. Daher ist es oftmals notwendig, eine dielektrische Schicht zu verwenden, die bei allen Typen von Kondensatoren angewendet werden kann, einschließlich eines konkaven Typs, wobei eine gute Leckstromeigenschaft und ein hoher Wert der dielektrischen Konstanten, nahezu gleich der dielektrischen Konstanten von HfO2, sichergestellt wird.
    •
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Kondensator mit einer dielektrischen Nanokomposit-Struktur zur Verfügung zu stellen, welcher eine gute Leckstromeigenschaft aufweist, auf verschiedene Typen von Kondensatoren angewandt werden kann, und einen hohen Wert der dielektrischen Konstanten sicherstellen kann, und ein Verfahren zur Herstellung desselben zur Verfügung zu stellen.
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine dielektrische Struktur eines Kondensators zur Verfügung gestellt, aufweisend: eine Hafnium-Oxid(HfO2)-Schicht; und eine dielektrische Schicht, basierend auf einem Material, dessen dielektrische Konstante nahezu identisch zu der der HfO2-Schicht ist, wobei die dielektrische Struktur eine durch Mischen der HfO2-Schicht und der Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung erhaltene dielektrische Nanokomposit-Struktur aufweist.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Struktur eines Kondensators zur Verfügung gestellt, aufweisend: Bilden einer dielektrischen Nanokomposit-Struktur durch Mischen einer Hafnium-Oxid(HfO2)-Schicht und einer dielektrischen Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung durch wiederholtes Ausführen eines HfO2-Abscheidungszyklus und eines Abscheidungszyklus für eine dielektrische Schicht „y" bzw. „z" Mal, entsprechend einem atomaren Schichtabscheidungs(ALD)-Verfahren; und Vergüten der dielektrischen Nanokomposit-Struktur zur Verdichtung.
  • In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kondensator zur Verfügung gestellt, aufweisend: eine untere Elektrode; eine dielektrische Nanokomposit-Struktur, gebildet auf der unteren Elektrode und aufweisend eine Hafnium-Oxid(HfO2)-Schicht und eine dielektrische Schicht mit einer dielektrischen Konstante nahezu identisch zu der der HfO2-Schicht, wobei die HfO2-Schicht und die dielektrische Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt sind; und eine obere Elektrode, gebildet auf der dielektrischen Nanokomposit-Struktur.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators zur Verfügung gestellt, aufweisend: Bilden einer unteren Elektrode; Bilden einer dielektrischen Nanokomposit-Struktur auf der unteren Elektrode durch Ausführen eines atomaren Schichtabscheidungs(ALD)-Verfahrens, wobei die dielektrische Nanokomposit-Struktur erhalten wird durch Mischen einer Hafnium-Oxid(HfO2)-Schicht und einer dielektrischen Schicht mit einer dielektrischen Konstante nahezu identisch zu der der HfO2-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung; vergüten der dielektrischen Nanokomposit-Struktur zur Verdichtung; und Bilden einer oberen Elektrode auf der vergüteten dielektrischen Nanokomposit-Struktur.
    •
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Das obige und andere Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich mit Bezug auf die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen vorgenommen wird, in denen:
  • 1 ein Querschnitt ist, der einen Kondensator mit einer herkömmlichen dielektrischen Struktur einschließlich einer Hafnium-Oxid(HfO2)-Schicht und einer Aluminiumoxid(Al2O3)-Schicht darstellt;
  • 2 ein Graph ist, welcher dielektrische Konstanten von herkömmlichen dielektrischen Materialien einschließlich HfO2, Al2O3 und Nanokomposit HfAlO darstellt;
  • 3 ein Diagramm ist, welches das Konzept einer dielektrischen Nanokomposit-Struktur in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 4 ein Diagramm ist, welches ein atomares Schichtabscheidungs(ALD)-Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Struktur in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 5 ein Diagramm ist, welches eine Struktur der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Struktur darstellt, erhalten in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ein Graph ist, welcher ein Vergleichsergebnis zwischen einer dielektrischen Konstante der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht, erhalten auf der Basis der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und anderen dielektrischen Materialien darstellt;
  • 7 ein Diagramm ist, welches ein ALD-Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen HfLaO-Nanokomposit-Schicht in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 8 ein Diagramm ist, welches eine Struktur der dielektrischen HfLaO-Nanokomposit-Schicht darstellt, erhalten in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 9 ein Diagramm ist, welches ein ALD-Verfahren zum Abscheiden der dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 10 ein Diagramm ist, welches eine Struktur der dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht darstellt, erhalten in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 11 ein Querschnitt ist, welcher eine Struktur des Kondensators mit der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht in Übereinstimmung mit der bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Ein Kondensator mit einer dielektrischen Nanokomposit-Struktur und ein Verfahren zur Herstellung desselben in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • Die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schlagen eine dielektrische Struktur vor, welche eine Leckstromeigenschaft aufweist, die so gut ist, wie die von Al2O3, eine hohe dielektrische Konstante größer als etwa 20 in der Nähe zu der von HfO2 sicherstellen kann, und auf verschiedene Typen von Kondensatoren angewendet werden kann. Diese Vorteile machen es möglich, die dielektrische Schicht auf hochintegrierte Halbleiterbauelement mit Größen von weniger als etwa 70 nm anzuwenden.
  • 3 ist ein Diagramm, welches das Konzept einer dielektrischen Nanokomposit-Struktur in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Gemäß der bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die dielektrische Nanokomposit-Struktur nicht eine einfache Stapelstruktur einer ersten dielektrischen Schicht und einer zweiten dielektrischen Schicht, sondern eine Struktur, bei der die erste dielektrische Schicht und die zweite dielektrische Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung verkörpert sind.
  • Wie dargestellt, schließt die dielektrische Nanokomposit-Struktur eine erste dielektrische Schicht M1O mit einem ersten Atom M1 und eine zweite dielektrische Schicht M2O mit einem zweiten Atom M2 ein, wobei die erste dielektrische Schicht M1O und die zweite dielektrische Schicht M2O in der Nanokomposit-Form aufgenommen sind. Die dielektrische Nanokomposit-Struktur weist nicht nur kombinierte Eigenschaften der ersten dielektrischen Schicht M1O und der zweiten dielektrischen Schicht M2O auf, sondern weist Eigenschaften eines dielektrischen M1M2O Nanokomposit-Materials auf, welches ein Oxid-basiertes Material einschließlich des ersten Atoms M1 und des zweiten Atoms M2 ist.
  • Das erste Atom M1 und das zweite Atom M2 für die dielektrische M1M2O-Nanokomposit-Struktur werden unter jenen Atomen ausgewählt, die eine dielektrische Konstante zur Verfügung stellen, die größer ist als die einer dielektrischen HfAlO-Nanokomposit-Schicht. Das heißt, dass die dielektrische Konstante der dielektrischen M1M2O-Nanokomposit-Schicht mindestens größer ist als etwa 20. Beispielsweise schließt das erste Atom M1 Hf ein, und das zweite Atom M2 schließt ein Material ein, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Zirkonium (Zr), Lanthan (La) und Tantal (Ta) besteht. Somit kann die dielektrische M1M2O-Nanokomposit-Schicht eine Schicht aus HfZrO, HfLaO oder HfTaO sein, und diese dielektrischen Nanokomposit-Schichten weisen eine dielektrische Konstante auf, die größer ist als die dielektrische Konstante der dielektrischen HfAlO Nanokomposit-Schicht, die in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 15 liegt. Die unten stehende Tabelle 1 zeigt dielektrische Konstanten, Bandlückenenergiewerte und Leitungsbandversatz(CBO)-Werte, abhängig von dielektrischen Materialtypen.
  • Tabelle 1
    Figure 00080001
  • In Tabelle 1 ist „CBO bei Si" ein Indikator, wie schwierig ein Extrahieren von Elektronen ist, je niedriger der CBO-Wert ist, desto besser ist die Leckstromeigenschaft. Wenn die Bandlückenenergie höher ist, dann ist die Leckstromeigenschaft ebenfalls gut. Wenn die dielektrische Schicht eine amorphe Struktur bei Raumtemperatur aufweist, ist es bezüglich eines Leitungsweges vorteilhaft, wodurch sich ein vermindertes Leckstromniveau ergibt. Die dielektrische Schicht sollte jedoch eine kristalline Struktur aufweisen, um eine hohe dielektrische Konstante aufzuweisen. Das heißt, die dielektrische Konstante und der amorphe Zustand stehen in einer Zielkonfliktbeziehung zueinander.
  • Da SiO2, Si3N4, Al2O3 und Y2O3 eine dielektrische Konstante von weniger als etwa 20 aufweisen, wie in Tabelle 1 dargestellt ist, weisen diese dielektrischen Materialien eine Schwierigkeit darin auf, ein gewünschtes Kapazitätsniveau für einen Kondensator eines hochintegrierten Halbleiterbauelements sicherzustellen. ZrO2, HfO2, Ta2O5, La2O3 und TiO2 weisen eine dielektrische Konstante von größer als etwa 20 auf, wobei diese dielektrischen Materialien es ermöglichen, das gewünschte Kapazitätsniveau sicherzustellen. Wenn jedoch die zuletzt erwähnten dielektrischen Materialien alleine oder in Kombination verwendet werden, liegen Grenzen in einem Verlust einer dielektrischen Eigenschaft, einer Abnahme einer Leckstromeigenschaft und in anwendbaren Kondensatorstrukturen.
  • Daher wird in den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, eine amorphe dielektrische Nanokomposit-Schicht zu verwenden, welche ein hohes Kapazitätsniveau sicherstellen kann, welches durch Kondensatoren von hochintegrierten Halbleiterbauelementen benötigt wird, und auf verschiedene Kondensatorstrukturen angewendet werden kann, ohne eine dielektrische Eigenschaft und eine Leckstromeigenschaft zu verlieren.
  • Basierend auf Tabelle 1 kann die dielektrische Nanokomposit-Schicht eine dielektrische HfZrO-, HfLaO- oder HfTaO-Nanokomposit-Schicht sein. Diese dielektrischen Nanokomposit-Schichten weisen eine dielektrische Konstante auf, die höher ist als die einer dielektrischen HfAlO-Nanokomposit-Schicht. Die zuvor erwähnten dielektrischen Nanokomposit-Schichten aus HfZrO, HfLaO und HfTaO schließen üblicherweise Hf ein und werden durch Mischen von ZrO2, La2O3 und Ta2O5 mit HfO2 in der Form einer Nanozusammensetzung erhalten. Die dielektrischen Konstanten von HfO2, ZrO2, La2O3 und Ta2O5 mit liegen etwa bei 25, etwa 25, etwa 30 bzw. etwa 26. Daher weisen die zuvor erwähnten dielektrischen Nanokomposit-Schichten eine dielektrische Konstante von mindestens höher als etwa 20 auf, ohne die dielektrische Konstante von HfO2 zu vermindern. Im Gegensatz dazu wird eine dielektrische HfAlO Nanokomposit-Schicht durch Mischen von HfO2, dessen dielektrische Konstante etwa 25 ist, mit Al2O3, dessen dielektrische Konstante etwa 9 ist, in der Form einer Nanozusammensetzung erhalten. Daher weist die dielektrische HfAlO-Nanokomposit-Schicht eine dielekrische Konstante von weniger als HfO2 auf, wodurch eine Abnahme in der dielektrischen Konstante von HfO2 verursacht wird.
  • Wie in Tabelle 1 dargestellt ist, wird TiO2, welches eine sehr hohe dielektrische Konstante von etwa 80 aufweist, mit HfO2 gemischt, um eine dielektrische Nanokomposit-Schicht zu bilden. TiO2 weist jedoch eine Bandlückenenergie (Eg) auf, die geringer ist als die anderer dielektrischer Materialien. Bei Verwendung von TiO2, um eine dielektrische Nanokomposit-Schicht zu bilden, ist es somit nahezu unmöglich, eine äquivalente Oxid-Dicke von weniger als etwa 10 Å zu erhalten, was normalerweise für sub-70 nm Bauelemente notwendig ist, und diese Beschränkung führt zu einer Verschlechterung von elektrischen Eigenschaften von Kondensatoren.
  • Die erste dielektrische Schicht M1O einschließlich des ersten Atoms M1 und die zweite dielektrische Schicht M2O einschließlich des zweiten Atoms M2 werden durch Verwenden eines atomaren Schichtabscheidungs(ALD)-Verfahrens gebildet, so dass die dielektrische M1M2O-Nanokomposit-Schicht nicht in einer Stapelstruktur gebildet wird, jedoch in einer Struktur, bei der die erste dielektrische Schicht M1O und die zweite dielektrische Schicht M2O aufgenommen werden.
  • Im Folgenden wird das ALD-Verfahren zum Abscheiden von beispielhaften dielektrischen Nanokomposit-Schichten, wie etwa dielektrische HfZrO-, HfLaO- und HfTaO-Nanokomposit-Schichten und Strukturen dieser dielektrischen Nanokomposit-Schichten in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 4 ist ein Diagramm, welches ein ALD-Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht mit sequenziellem Zuführen von relevanten Gasen in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Gemäß dem ALD-Verfahren wird ein Quellengas einer Kammer zugeführt, um zu verursachen, dass eine einzelne Schicht von gasförmigen Quellenmolekülen chemisch auf einer Substratoberfläche adsorbiert werden. Die physikalisch adsorbierten Quellenmoleküle werden aus der Kammer ausgeblasen. Dann wird ein Reaktionsgas der obigen einzelnen Schicht der Quellenmoleküle zugeführt. Sobald eine chemische Reaktion zwischen dem Reaktionsgas und den Quellenmolekülen auftritt, wird eine gewünschte atomare Schicht abgeschieden. Das nicht reagierte Reaktionsgas wird aus der Kammer ausgeblasen. Diese sequenziellen Operationen bilden einen Einheitszyklus des ALD-Verfahrens.
  • Das ALD-Verfahren verwendet einen Oberflächenreaktionsmechanismus, welcher es ermöglicht, eine dünne Schicht zu bilden, die stabil und gleichförmig ist. Da das Quellengas und das Reaktionsgas getrennt zugeführt und in sequenzieller Weise ausgeblasen werden, kann das ALD-Verfahren effektiver eine durch eine Gasphasenreaktion verursachte Erzeugung von Teilchen verhindern, als ein chemisches Dampfabscheidungs(CVD)-Verfahren.
  • Der oben erwähnte Einheitszyklus des ALD-Verfahrens zum Abscheiden der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht ist wie folgt: [(Hf Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)y(Zr Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)z]n. Im Folgenden wird dieser Einheitszyklus als erster Einheitszyklus bezeichnet.
  • Die Hf-Quelle ist ein Impuls, der die Hf-Quelle zum Erzeugen von HfO2 versorgt, und die Zr-Quelle ist ein Impuls, der die Zr-Quelle zum Erzeugen von ZrO2 versorgt. Die tiefgestellten Indices „y", „z" und „n" repräsentieren die Anzahl der (Hf Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklen, die Anzahl der (Zr Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklen bzw. die Anzahl der Zyklen, die die Dicke der dielektrischen HfZrO-Schicht bestimmen.
  • Detaillierter auf den ersten Einheitszyklus eingehend, wird der (Hf Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklus als ein HfO2-Abscheidungszyklus bezeichnet, aufweisend: Zuführen der Hf-Quelle; Ausblasen der physikalisch adsorbierten Hf-Quelle, Exponieren der Hf-Quelle gegenüber einem oxidierenden Mittel; und Ausblasen der nicht-reagierten Hf-Quelle und des oxidierenden Mittels, und der HfO2-Abscheidungszyklus wird y-Mal wiederholt. Der (Zr Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklus wird als ein ZrO2-Abscheidungszyklus bezeichnet, aufweisend: Zuführen der Zr-Quelle, Ausblasen der nicht-reagierten Zr-Quelle; Exponieren der Zr-Quelle gegenüber einem oxidierenden Mittel; und Ausblasen der nicht-reagierenden Zr-Quelle und des oxidierenden Mittels. Der ZrO2-Abscheidungszyklus wird z-Mal wiederholt. Durch Wiederholen des HfO2-Abscheidungszyklus und des ZrO2- Abscheidungszyklus für y- bzw. z-Mal werden eine HfO2-Schicht und eine ZrO2-Schicht mit gewünschten Dicken abgeschieden. Ein kombinierter Abscheidungszyklus einschließlich des HfO2-Abscheidungszyklus und des ZrO2-Abscheidungszyklus wird n-Mal wiederholt, um die Gesamtdicke der dielekrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht zu bestimmen.
  • Mit Bezug auf 4 wird ein Beispiel des Abscheidens der dielektrischen HrZrO-Nanokomposit-Schicht gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben.
  • Es sei festgehalten, dass ein Einheitszyklus aus (Hf/N2/O3/N2) als ein HfO2-Abscheidungszyklus bezeichnet wird und y-Mal wiederholt wird. Hier sind Hf, N2 und O3 eine Hf-Quelle, ein Ausblasgas bzw. ein oxidierendes Gas. Es sei auch festgehalten, dass ein Einheitszyklus aus (Zr/N2/O3/N2) als ein ZrO2-Abscheidungszyklus bezeichnet wird und z-Mal wiederholt wird. Hier sind Zr, N2 und O3 eine Zr-Quelle, ein Ausblasgas bzw. ein oxidierendes Gas. Der HfO2-Abscheidungszyklus und der ZrO2-Zyklus werden mit einer Kammer ausgeführt, die auf einem Druck von etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr und einer Substrattemperatur von 100°C bis 450°C gehalten wird.
  • Bei dem HfO2-Abscheidungszyklus wird die aus einer Gruppe ausgewählte Hf-Quelle, die aus HfCl4, Hf(NO3)4, Hf(NCH2C2H5)4 und Hf(OC2H5)4 besteht, an einem Verdampfer verdampft. Die Hf-Quelle wird dann der auf den zuvor erwähnten Bedingungen gehaltenen Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, so dass die Hf-Quelle auf dem Substrat adsorbiert wird. Das N2-Gas wird in die Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden eingeführt, um die nicht-reagierte Hf-Quelle aus der Kammer auszublasen. Das O3-Gas wird der Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, so dass eine Reaktion zwischen der adsorbierten Hf-Quelle und dem O3-Gas induziert wird, um somit eine Schicht aus HfO2 zu bilden. Das N2-Gas wird der Kammer erneut für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um das nicht-reagierte O3-Gas und Nebenprodukte der Reaktion auszublasen.
  • Der HfO2-Abscheidungszyklus wird y-Mal wiederholt, um die HfO2-Schicht in einer gewünschten Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å abzuscheiden. Zusätzlich zu dem O3-Gas kann H2O-Dampf als das oxidierende Mittel verwendet werden. Auch kann ein inertes Gas, wie etwa Ar, als das Ausblasgas zusätzlich zu dem oben erwähnten N2-Gas verwendet werden.
  • Bei dem ZrO2-Abscheidungszyklus wird Zr(N(CH3)(C2H5))4(TEMAZ), welches die Zr-Quelle ist, der auf den zuvor erwähnten Bedingungen gehaltenen Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, so dass die TEMAZ auf dem Substrat adsorbiert wird. Das N2-Gas wird der Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um die nicht reagierte TEMAZ aus der Kammer auszublasen. Das O3-Gas wird dann der Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, um eine Reaktion zwischen der adsorbierten TEMAZ und dem O3-Gas zu induzieren, so dass eine ZrO2-Schicht abgeschieden wird. Das nicht-reagierte O3-Gas und Nebenprodukte werden aus der Kammer durch Zuführen des N2-Gases in die Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden ausgeblasen.
  • Der obige ZrO2-Abscheidungszyklus wird z-Mal wiederholt, um die ZrO2-Schicht in einer gewünschten Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å abzuscheiden. Zusätzlich zu der zuvor erwähnten TEMAZ kann Zr(N(C2H5)2)4(TDEAZ) verwendet werden. Auch kann H2O-Dampf als das oxidierende Mittel zusätzlich zu dem O3-Gas verwendet werden, und ein inertes Gas, wie etwa Ar, kann als Ausblasgas zusätzlich zu dem N2-Gas verwendet werden.
  • 5 ist ein Diagramm, welches eine Struktur der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht zeigt, die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgeschieden wurde.
  • Wie dargestellt, wird die dielektrische HfZrO-Nanokomposit-Schicht nicht in einer Stapelstruktur der HfO2-Schicht und der ZrO2-Schicht gebildet, sondern in einer bestimmten Struktur, bei der die HfO2-Schicht und die ZrO2-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt werden.
  • Da das ALD-Verfahren verwendet wird, um die HfO2-Schicht und die ZrO2-Schicht abzuscheiden, wird die obige Nanozusammensetzungsstruktur erhalten. Insbesondere werden die Anzahl der HfO2-Abscheidungszyklen, welche als „y" ausgedrückt ist, und die Anzahl der ZrO2-Abscheidungszyklen, welche als „z" ausgedrückt ist, gesteuert, um sowohl die HfO2-Schicht als auch die ZrO2-Schicht mit etwa 1 Å bis etwa 5 Åabzuscheiden. Diese Dicke wird erhalten, wenn HfO2-Schicht und ZrO2-Schicht nicht aufeinanderfolgend abgeschieden wird. Wenn die Dicke größer ist als etwa 5 Å, werden die HfO2-Schicht und die ZrO2-Schicht aufeinanderfolgend abgeschieden, was zu einer Stapelstruktur führt.
  • Es gibt verschiedene Bedingungen, um die HfZrO-Nanozusammensetzungsschicht zu erhalten. Als erstes sollten die Dicken der HfO2-Zyklusschicht und der ZrO2-Schicht in einem Bereich von etwa 1 Å bis etwa 5 Å liegen. Wie oben erwähnt, wenn die Dicke größer ist als etwa 5 Å, wird jede der HfO2-Schicht und der ZrO2-Schicht nacheinander abgeschieden, mit individuellen Eigenschaften, und somit ergibt sich die Stapelstruktur oder ergeben sich sogar verschlechterte Eigenschaften.
  • Als zweites sollte die Zahl der HfO2-Abscheidungszyklen (d.h., „y") und die Zahl der ZrO2-Abscheidungszyklen (d.h. „z") unterhalb von etwa 10 eingestellt werden, um eine Nanokomposit-Struktur zu bilden. Das heißt, dass ein Verhältnis von „y" zu „z" bei einem Verhältnis zwischen etwa 1 : 10 und etwa 10 : 1 liegt.
  • Wenn die Zahl jeder der HfO2-Abscheidungszyklen und der ZrO2-Abscheidungszyklen weniger als 10 beträgt, dann werden die HfO2-Schicht und die ZrO2-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt, was zu einer dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht führt, welche nicht die HfO2-Schicht und nicht die ZrO2-Schicht ist. Wenn ein Verhältnis von „y" zu „z" zwischen etwa 1 : 10 und etwa 10 : 1 eingestellt wird, dann weist jede der HfO2-Schicht und der ZrO2-Schicht eine Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å auf.
  • Die durch das obige unter den oben beschriebenen Bedingungen durchgeführte ALD-Verfahren erhaltene dielektrische HfZrO-Nanokomposit-Schicht weist verschiedene Eigenschaften auf; diese sind eine erhöhte Kristallisationstemperatur und Hitzebeständigkeit und verbesserte dielektrische Eigenschaften. Insbesondere wird die Verbesserung bezüglich der dielektrischen Eigenschaft von der Tatsache verifiziert, dass die dielektrische Konstante der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht bei etwa 25 gemessen wird.
  • 6 ist ein Diagramm, welches ein Vergleichsergebnis bezüglich dielektrischer Konstanten zwischen der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht, die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, und anderen dielektrischen Materialien darstellt.
  • Wie dargestellt, betragen die dielektrischen Konstanten von HfO2 und ZrO2 etwa 25. Die dielektrische HfZrO-Nanokomposit-Schicht weist eine dielektrische Konstante von etwa 25 auf. Wie dieses Ergebnis zeigt, weist die dielektrische HfZrO-Nanokomposit-Schicht eine dielektrische Konstante auf, die nahezu gleich der von HfO2 ist. Somit kann die dielektrische HfZrO-Nanokomposit-Schicht erhalten werden, ohne die dielektrische Konstante von HfO2 zu beschädigen. Im Ergebnis weist die dielektrische HfZrO-Nanokomposit-Schicht eine gute Leckstromeigenschaft auf.
  • Nach dem Abscheiden der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht wird Vergütungsprozess durchgeführt, um innerhalb der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht enthaltene organische Materialien zu entfernen und die dielektrische HfZrO-Nanokomposit-Schicht zu verdichten. Der Vergütungsprozess wird insbesondere bei etwa 300°C bis etwa 500°C für etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden in einer O3-Atmosphäre durchgeführt.
  • 7 ist ein Diagramm, welches ein ALD-Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen HfLaO-Nanokomposit-Schicht mit sequenziellem Zuführen von relevanten Gasen in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Ein Einheitszyklus des ALD-Verfahrens zum Abscheiden der dielektrischen HfLaO-Nanokomposit-Schicht ist wie folgt: [(Hf Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)y(La Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)z]n. Im Folgenden wird dieser Einheitszyklus als ein zweiter Einheitszyklus bezeichnet.
  • Die Hf-Quelle ist ein Impuls, der die Hf-Quelle zum Erzeugen von HfO2 versorgt, und die La-Quelle ist ein Impuls, der die La-Quelle zum Erzeugen von La2O3 versorgt. Die tiefgestellten Indices „y", „z" und „n" repräsentieren die Anzahl der (Hf Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklen, die Anzahl der (La Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklen bzw. die Anzahl der Zyklen, die die Dicke der dielektrischen HfLaO-Schicht bestimmen.
  • Detaillierter auf den zweiten Einheitszyklus eingehend, wird der (Hf Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklus als ein HfO2-Abscheidungszyklus bezeichnet, aufweisend: Zuführen der Hf-Quelle; Ausblasen der physikalisch adsorbierten Hf-Quelle, Exponieren der Hf-Quelle gegenüber einem oxidierenden Mittel; und Ausblasen der nicht-reagierten Hf-Quelle und des oxidierenden Mittels, und der HfO2-Abscheidungszyklus wird y-Mal wiederholt. Der (La Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklus wird als ein La2O3-Abscheidungszyklus bezeichnet, aufweisend: Zuführen der La-Quelle, Ausblasen der nicht-reagierten La-Quelle; Exponieren der La-Quelle gegenüber einem oxidierenden Mittel; und Ausblasen der nicht-reagierenden La-Quelle und des oxidierenden Mittels. Der La2O3-Abscheidungszyklus wird z-Mal wiederholt. Durch Wiederholen des HfO2-Abscheidungszyklus und des La2O3-Abscheidungszyklus für y- bzw. z-Mal werden eine HfO2-Schicht und eine La2O3-Schicht mit gewünschten Dicken abgeschieden. Ein kombinierter Abscheidungszyklus einschließlich des HfO2-Abscheidungszyklus und des La2O3-Abscheidungszyklus wird n-Mal wiederholt, um die Gesamtdicke der dielekrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht zu bestimmen.
  • Mit Bezug auf 7 wird ein Beispiel des Abscheidens der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben.
  • Es sei festgehalten, dass ein Einheitszyklus aus (Hf/N2/O2/N2) als ein HfO2-Abscheidungszyklus bezeichnet wird und y-Mal wiederholt wird. In diesem Einheitszyklus sind Hf, N2 und O3 eine Hf-Quelle, ein Ausblasgas bzw. ein oxidierendes Gas. Es sei auch festgehalten, dass ein Einheitszyklus aus (La/N2/O3/N2) als ein La2O3-Abscheidungszyklus bezeichnet wird und z-Mal wiederholt wird. In diesem Einheitszyklus sind La, N2 und O3 eine La-Quelle, ein Ausblasgas bzw. ein oxidierendes Gas. Der HfO2-Abscheidungszyklus und der La2O3-Zyklus werden mit einer Kammer ausgeführt, die auf einem Druck von etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr und einer Substrattemperatur von etwa 100°C bis etwa 450°C gehalten wird.
  • Bei dem HfO2-Abscheidungszyklus wird die aus einer Gruppe ausgewählte Hf-Quelle, die aus HfCl4, Hf(NO3)4, Hf(NCH2C2H5)4 und Hf(OC2H5)4 besteht, an einem Verdampfer verdampft. Die Hf-Quelle wird dann der auf den zuvor erwähnten Bedingungen gehaltenen Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, so dass die Hf-Quelle auf dem Substrat adsorbiert wird. Das N2-Gas wird in die Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden eingeführt, um die nicht-reagierte Hf-Quelle aus der Kammer auszublasen. Das O3-Gas wird der Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, so dass eine Reaktion zwischen der adsorbierten Hf-Quelle und dem O3-Gas induziert wird, um somit eine Schicht aus HfO2 zu bilden. Das N2-Gas wird der Kammer erneut für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um das nicht-reagierte O3-Gas und Nebenprodukte der Reaktion auszublasen.
  • Der HfO2-Abscheidungszyklus wird y-Mal wiederholt, um die HfO2-Schicht in einer gewünschten Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å abzuscheiden. Zusätzlich zu dem O3-Gas kann H2O-Dampf als das oxidierende Mittel verwendet werden. Auch kann ein inertes Gas, wie etwa Ar, als das Ausblasgas zusätzlich zu dem oben erwähnten N2-Gas verwendet werden.
  • Bei dem La2O3-Abscheidungszyklus wird La(TMHD)3, welches die La-Quelle ist, der auf den zuvor erwähnten Bedingungen gehaltenen Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, so dass die La(TMHD)3 auf dem Substrat adsorbiert wird. Das N2-Gas wird der Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um die nicht reagierte La(TMHD)3 aus der Kammer auszublasen. Das O3-Gas wird dann der Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, um eine Reaktion zwischen der adsorbierten La (TMHD)3 und dem O3-Gas zu induzieren, so dass eine La2O3-Schicht abgeschieden wird. Das nicht-reagierte O3-Gas und Nebenprodukte werden aus der Kammer durch Zuführen des N2-Gases in die Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden ausgeblasen.
  • Der obige La2O3-Abscheidungszyklus wird z-Mal wiederholt, um die La2O3-Schicht in einer gewünschten Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å abzuscheiden. Zusätzlich zu der zuvor erwähnten La(TMND)3 kann La(iPrCp)3, La(TMHD)3tetraglyme, La(TMHD)3tetraen oder La(TMHD)3diglyme verwendet werden. Auch kann H2O-Dampf als das oxidierende Mittel zusätzlich zu dem O3-Gas verwendet werden, und ein inertes Gas, wie etwa Ar, kann als Ausblasgas zusätzlich zu dem N2-Gas verwendet werden.
  • 8 ist ein Diagramm, welches eine Struktur der dielektrischen HfLaO-Nanokomposit-Schicht zeigt, die gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgeschieden wurde.
  • Wie dargestellt, wird die dielektrische HfLaO-Nanokomposit-Schicht nicht in einer Stapelstruktur der HfO2-Schicht und der La2O3-Schicht gebildet, sondern in einer bestimmten Struktur, bei der die HfO2-Schicht und die La2O3-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt werden.
  • Das ALD-Verfahren, um die HfO2-Schicht und die La2O3-Schicht abzuscheiden, ermöglicht es, die obige Nanozusammensetzungsstruktur zu erhalten. Insbesondere werden die Anzahl der HfO2-Abscheidungszyklen, welche als „y" ausgedrückt ist, und die Anzahl der La2O3-Abscheidungszyklen, welche als „z" ausgedrückt ist, gesteuert, um sowohl die HfO2-Schicht als auch die La2O3-Schicht mit etwa 1 Å bis etwa 5 Å abzuscheiden. Diese Dicke wird erhalten, wenn HfO2-Schicht und La2O3-Schicht nicht aufeinanderfolgend abgeschieden werden. Wenn die Dicke größer ist als etwa 5 Å, werden die HfO2-Schicht und die La2O3-Schicht aufeinanderfolgend abgeschieden, was zu einer Stapelstruktur führt.
  • Es gibt verschiedene Bedingungen, um die HfLaO-Nanozusammensetzungsschicht zu erhalten. Als erstes sollten die Dicken der HfO2-Schicht, abgeschieden durch den oben beschriebenen HfO2-Abscheidungszyklus, und der La2O3-Schicht, abgeschieden durch den oben beschriebenen La2O3-Abscheidungszyklus, in einem Bereich von etwa 1 Å bis etwa 5 Å liegen. Wie oben erwähnt wird, wenn die Dicke größer ist als etwa 5 Å, werden die HfO2-Schicht und die La2O3-Schicht nacheinander abgeschieden, mit individuellen Eigenschaften, und somit ergibt sich die Stapelstruktur oder ergeben sich sogar verschlechterte Eigenschaften.
  • Als zweites sollte die Zahl der HfO2-Abscheidungszyklen (d.h., „y") und die Zahl der La2O3-Abscheidungszyklen (d.h. „z") unterhalb von etwa 10 eingestellt werden, um eine Nanokomposit-Struktur aufzuweisen. Das heißt, dass ein Verhältnis von „y" zu „z" bei einem Verhältnis zwischen etwa 1 : 10 und etwa 10 : 1 liegt.
  • Wenn die Zahl jeder der HfO2- und La2O3-Abscheidungszyklen weniger als etwa 10 beträgt, dann werden die HfO2-Schicht und die La2O3-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt, was zu einer dielektrischen HfLaO-Nanokomposit-Schicht führt, welche nicht die HfO2-Schicht und nicht die La2O3-Schicht ist. Wenn ein Verhältnis von „y" zu „z" zwischen etwa 1 : 10 und etwa 10 1 eingestellt wird, dann kann die HfO2-Schicht und die La2O3-Schicht jeweils mit der gewünschten Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å abgeschieden werden.
  • Die durch das obige unter den oben beschriebenen Bedingungen durchgeführte ALD-Verfahren erhaltene dielektrische HfLaO-Nanokomposit-Schicht weist verschiedene Eigenschaften auf; diese sind eine erhöhte Kristallisationstemperatur und Hitzebeständigkeit und verbesserte dielektrische Eigenschaften. Insbesondere kann die verbesserte dielektrische Eigenschaft durch die Tatsache verifiziert werden, dass die dielektrische Konstante der dielektrischen HfLaO-Nanokomposit-Schicht in einem Bereich von etwa 25 bis etwa 30 liegt. Diese hohe dielektrische Konstante ergibt sich aus der Tatsache, dass die dielektrischen Konstanten von HfO2 und La2O3 etwa 25 bzw. 30 betragen.
  • Nach dem Abscheiden der dielektrischen HfLaO-Nanokomposit-Schicht wird ein Vergütungsprozess durchgeführt, um innerhalb der dielektrischen HfLaO-Nanokomposit-Schicht enthaltene organische Materialien zu entfernen und die dielektrische HfLaO-Nanokomposit-Schicht zu verdichten. Der Vergütungsprozess wird insbesondere bei etwa 300°C bis etwa 500°C für etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden in einer O3-Atmosphäre durchgeführt.
  • 9 ist ein Diagramm, welches ein ALD-Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht mit sequenziellem Zuführen von relevanten Gasen in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Ein Einheitszyklus des ALD-Verfahrens zum Abscheiden der dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht ist wie folgt: [(Hf Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)y(Ta Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)z]n. Im Folgenden wird dieser Einheitszyklus als ein dritter Einheitszyklus bezeichnet.
  • Die Hf-Quelle ist ein Impuls, der die Hf-Quelle zum Erzeugen von HfO2 versorgt, und die Ta-Quelle ist ein Impuls, der die Ta-Quelle zum Erzeugen von Ta2O5 versorgt. Die tiefgestellten Indices „y", „z" und „n" repräsentieren die Anzahl der (Hf Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklen, die Anzahl der (Ta Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklen bzw. die Anzahl der Zyklen, die die Dicke der dielektrischen HfTaO-Schicht bestimmen.
  • Detaillierter auf den dritten Einheitszyklus eingehend, wird der (Hf Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklus als ein HfO2-Abscheidungszyklus bezeichnet, aufweisend: Zuführen der Hf-Quelle; Ausblasen der physikalisch adsorbierten Hf-Quelle; Exponieren der Hf-Quelle gegenüber einem oxidierenden Mittel; und Ausblasen der nicht-reagierten Hf-Quelle und des oxidierenden Mittels, und der HfO2-Abscheidungszyklus wird y-Mal wiederholt. Der (Ta Quelle/Ausblasen/Oxidationsmittel Exponieren/Ausblasen)-Zyklus wird als ein Ta2O5-Abscheidungszyklus bezeichnet, aufweisend: Zuführen der Ta-Quelle, Ausblasen der nicht-reagierten Ta-Quelle; Exponieren der Ta-Quelle gegenüber einem oxidierenden Mittel; und Ausblasen der nicht-reagierenden Ta-Quelle und des oxidierenden Mittels. Der Ta2O5-Abscheidungszyklus wird z-Mal wiederholt. Durch Wiederholen des HfO2-Abscheidungszyklus und des Ta2O5-Abscheidungszyklus für y- bzw. z-Mal werden eine HfO2-Schicht und eine Ta2O5-Schicht mit gewünschten Dicken abgeschieden. Ein kombinierter Abscheidungszyklus einschließlich des HfO2-Abscheidungszyklus und des Ta2O5- Abscheidungszyklus wird n-Mal wiederholt, um die Gesamtdicke der dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht zu bestimmen.
  • Mit Bezug auf 9 wird ein Beispiel des Abscheidens der dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben.
  • Es sei festgehalten, dass ein Einheitszyklus aus (Hf/N2/O3/N2) als ein HfO2-Abscheidungszyklus bezeichnet wird und y-Mal wiederholt wird. In diesem Einheitszyklus sind Hf, N2 und O3 eine Hf-Quelle, ein Ausblasgas bzw. ein oxidierendes Gas. Es sei auch festgehalten, dass ein Einheitszyklus aus (Ta/N2/O3/N2) als ein Ta2O5-Abscheidungszyklus bezeichnet wird und z-Mal wiederholt wird. In diesem Einheitszyklus sind Ta, N2 und O3 eine Ta-Quelle, ein Ausblasgas bzw. ein oxidierendes Gas. Der HfO2-Abscheidungszyklus und der Ta2O5-Zyklus werden mit einer Kammer ausgeführt, die auf einem Druck von etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr und einer Substrattemperatur von etwa 100°C bis etwa 450°C gehalten wird.
  • Bei dem HfO2-Abscheidungszyklus wird die aus einer Gruppe ausgewählte Hf-Quelle, die aus HfCl4, Hf(NO3)4, Hf(NCH2C2H5)4 und Hf(OC2H5)4 besteht, an einem Verdampfer verdampft. Die Hf-Quelle wird dann der auf den zuvor erwähnten Bedingungen gehaltenen Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, so dass die Hf-Quelle auf dem Substrat adsorbiert wird. Das N2-Gas wird in die Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden eingeführt, um die nicht-reagierte Hf-Quelle aus der Kammer auszublasen. Das O3-Gas wird der Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, so dass eine Reaktion zwischen der adsorbierten Hf-Quelle und dem O3-Gas induziert wird, um somit eine Schicht aus HfO2 zu bilden. Das N2-Gas wird der Kammer erneut für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um das nicht-reagierte O3-Gas und Nebenprodukte der Reaktion auszublasen.
  • Der HfO2-Abscheidungszyklus wird y-Mal wiederholt, um die HfO2-Schicht in einer gewünschten Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å abzuscheiden. Zusätzlich zu dem O3-Gas kann H2O-Dampf als das oxidierende Mittel verwendet werden.
  • Auch kann ein inertes Gas, wie etwa Ar, als das Ausblasgas zusätzlich zu dem oben erwähnten N2-Gas verwendet werden.
  • Bei dem Ta2O5-Abscheidungszyklus wird Tantal-Pentoxid, welches die Ta-Quelle ist, der auf den zuvor erwähnten Bedingungen gehaltenen Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, so dass das Tantal-Pentoxid auf dem Substrat adsorbiert wird. Das N2-Gas wird der Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um das nicht reagierte Tantal-Pentoxid aus der Kammer auszublasen. Das O3-Gas wird dann der Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, um eine Reaktion zwischen dem adsorbierten Tantal-Pentoxid und dem O3-Gas zu induzieren, so dass eine Ta2O5-Schicht abgeschieden wird. Das nicht-reagierte O3-Gas und Nebenprodukte werden aus der Kammer durch Zuführen des N2-Gases in die Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden ausgeblasen.
  • Der obige Ta2O5-Abscheidungszyklus wird z-Mal wiederholt, um die Ta2O5-Schicht in einer gewünschten Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å abzuscheiden. Auch kann H2O-Dampf als das oxidierende Mittel zusätzlich zu dem O3-Gas verwendet werden, und ein inertes Gas, wie etwa Ar, kann als Ausblasgas zusätzlich zu dem N2-Gas verwendet werden.
  • 10 ist ein Diagramm, welches eine Struktur der dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht zeigt, die gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgeschieden wurde.
  • Wie dargestellt, wird die dielektrische HfTaO-Nanokomposit-Schicht nicht in einer Stapelstruktur der HfO2-Schicht und der Ta2O5-Schicht gebildet, sondern in einer bestimmten Struktur, bei der die HfO2-Schicht und die Ta2O5-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt werden.
  • Das ALD-Verfahren, um die HfO2-Schicht und die Ta2O5-Schicht abzuscheiden, ermöglicht es, die obige Nanokompositstruktur zu erhalten. Insbesondere werden die Anzahl der HfO2-Abscheidungszyklen, welche als „y" ausgedrückt ist, und die Anzahl der Ta2O5-Abscheidungszyklen, welche als „z" ausgedrückt ist, gesteuert, um sowohl die HfO2-Schicht als auch die Ta2O5-Schicht in einer Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å abzuscheiden. Diese Dicke wird erhalten, wenn HfO2-Schicht und Ta2O5-Schicht nicht aufeinanderfolgend abgeschieden wird. Wenn die Dicke größer ist als etwa 5 Å, werden die HfO2-Schicht und die Ta2O5-Schicht aufeinanderfolgend abgeschieden, was zu der Stapelstruktur führt.
  • Es gibt verschiedene Bedingungen, um die dielektrische HfTaO-Nanokomposit-Schicht zu erhalten. Als erstes sollten die Dicken der HfO2-Schicht, abgeschieden durch den oben beschriebenen HfO2-Abscheidungszyklus, und der Ta2O5-Schicht, abgeschieden durch den oben beschriebenen Ta2O5-Abscheidungszyklus, in einem Bereich von etwa 1 Å bis etwa 5 Å liegen. Wie oben erwähnt wird, wenn die Dicke größer ist als etwa 5 Å, werden die HfO2-Schicht und die Ta2O5-Schicht nacheinander abgeschieden, mit individuellen Eigenschaften, und somit ergibt sich die Stapelstruktur oder es ergeben sich sogar verschlechterte Eigenschaften.
  • Als zweites sollte die Zahl der HfO2-Abscheidungszyklen (d.h., „y") und die Zahl der Ta2O5-Abscheidungszyklen (d.h. „z") unterhalb von etwa 10 eingestellt werden, um eine Nanokomposit-Struktur aufzuweisen. Das heißt, dass ein Verhältnis von „y" zu „z" bei einem Verhältnis zwischen etwa 1 : 10 und etwa 10 : 1 liegt.
  • Wenn die Zahl jeder der HfO2- und Ta2O5-Abscheidungszyklen weniger als etwa 10 beträgt, dann werden die HfO2-Schicht und die Ta2O5-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt, was zu einer dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht führt, welche nicht die HfO2-Schicht und nicht die Ta2O5-Schicht ist. Wenn ein Verhältnis von „y" zu „z" zwischen etwa 1 : 10 und etwa 10 1 eingestellt wird, dann kann die HfO2-Schicht und die Ta2O5Schicht jeweils mit der gewünschten eine Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å abgeschieden werden.
  • Die durch das obige unter den oben beschriebenen Bedingungen durchgeführte ALD-Verfahren erhaltene dielektrische HfTaO-Nanokomposit-Schicht weist verschiedene Eigenschaften auf; diese sind eine erhöhte Kristallisationstemperatur und Hitzebeständigkeit und verbesserte dielektrische Eigenschaften. Insbesondere kann die verbesserte dielektrische Eigenschaft durch die Tatsache verifiziert werden, dass die dielektrische Konstante der dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht mindestens höher ist als die von HfO2. Diese hohe die lektrische Konstante ergibt sich aus der Tatsache, dass die dielektrischen Konstanten von HfO2 und Ta2O5 etwa 25 bzw. 26 betragen.
  • Nach dem Abscheiden der dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht wird ein Vergütungsprozess durchgeführt, um innerhalb der dielektrischen HfTaO-Nanokomposit-Schicht enthaltene organische Materialien zu entfernen und die dielektrische HfTaO-Nanokomposit-Schicht zu verdichten. Der Vergütungsprozess wird insbesondere bei etwa 300°C bis etwa 500°C für etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden in einer O3-Atmosphäre durchgeführt.
  • Jede der oben beschriebenen dielektrischen HfZrO-, HfLaO-, HfTaO-Nanokomposit-Schichten weist eine gesamte Dicke von etwa 25 Å bis etwa 200 Å auf.
  • 11 ist ein Querschnitt, der einen Kondensator mit einer dielektrischen Nanokomposit-Struktur in Übereinstimmung mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Es ist beispielhaft gezeigt, dass die dielektrische Nanokomposit-Struktur eine dielektrische HfZrO Nanokomposit-Schicht aufweist.
  • Wie dargestellt, weist der Kondensator auf: eine untere Elektrode 21; die zuvor erwähnte dielektrische HfZrO Nanokomposit-Schicht 22, gebildet auf der unteren Elektrode 21; und eine obere Elektrode 23, gebildet auf der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht 22. Die untere Elektrode 21 und die obere Elektrode 23 werden aus einem Material gebildet, welches aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus mit Phosphor (P) oder Arsen (As) dotiertem Polysilizium, Titannitrid (TiN), Ruthenium (Ru), Rutheniumoxid (RuO2), Platin (Pt), Iridium (Ir) und Iridiumoxid (IrO2) besteht. Beispielsweise kann der Kondensator in einer Silizium-Isolator-Silizium (SIS)-Struktur gebildet werden, wobei die untere Elektrode 21 und die obere Elektrode 23 aus Polysilizium gebildet werden. Es kann ebenfalls auch eine Metall-Isolator-Silizium(MIS)-Kondensatorstruktur oder eine Metall-Isolator-Metall(MIM)-Kondensatorstruktur möglich sein. Für die MIS-Kondensatorstruktur wird die untere Elektrode 21 aus Polysilizium gebildet, und die obere Elektrode 23 wird aus Metall oder Metalloxid gebildet. Für die MIM-Kondensatorstruktur werden die untere Elektrode 21 und die obere Elektrode 23 aus Metall oder Me talloxid gebildet. Die untere Elektrode 21 kann in einer Stapelstruktur oder in einer dreidimensionalen Struktur, wie etwa einer konkaven Struktur oder einer Zylinderstruktur, gebildet werden.
  • Wie in den 4 und 5 beschrieben ist, wird die dielektrische HfZrO Nanokomposit-Schicht 22, die zwischen der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 23 angeordnet ist, durch ein ALD-Verfahren gebildet. Weiter insbesondere werden ein HfO2-Abscheidungszyklus und ein ZrO2-Abscheidungszyklus wiederholt durchgeführt, um etwa 25 Å bis etwa 200 Å der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht 22 zu erhalten.
  • Die untere Elektrode 21 und die obere Elektrode 23 kontaktieren eine HfO2-Schicht und eine ZrO2-Schicht nicht separat, sondern kontaktieren die HfO2-Schicht und die ZrO2-Schicht gleichzeitig (siehe 5). Das heißt, dass die dielektrische HfZrO-Nanokomposit-Schicht 22 nicht in einer Stapelstruktur, bei der die HfO2-Schicht und die ZrO2-Schicht sequenziell übereinander gestapelt sind, gebildet wird; stattdessen werden die HfO2-Schicht und die ZrO2-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt.
  • Wie oben beschrieben kann gemäß dem ALD-Verfahren die Anzahl der Einheitszyklen gesteuert werden, um die HfO2-Schicht und die ZrO2-Schicht nicht aufeinander folgend abzuscheiden, so dass die dielektrische HfZrO-Nanokomposit-Schicht 22 eine Nanokomposit-Struktur aufweisen kann. Da die dielektrische HfZrO-Nanokomposit-Schicht 22 genauso abgeschieden wird, wie bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird hier eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
  • Die Anzahl von Wiederholungen des HfO2-Abscheidungszyklus (z.B. „y") und des ZrO2-Abscheidungszyklus (z.B. „z") wird gesteuert, um sowohl die HfO2-Schicht als auch die ZrO2-Schicht in einer Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å abzuscheiden, so dass die Gesamtdicke der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht 22 in einem Bereich von 25 Å bis etwa 200 Å liegt. Beispielsweise wird, wie in den 4 und 5 beschrieben ist, ein Verhältnis von „y" zu „z" auf einen Bereich zwischen etwa 1 : 10 und etwa 10 : 1 eingestellt.
  • Wenn die Dicke von sowohl der HfO2-Schicht als auch der ZrO2-Schicht jeweils größer ist als etwa 5 Å, dann werden die HfO2-Schicht und die ZrO2-Schicht nacheinander abgeschieden, was zu einer Stapelstruktur der HfO2-Schicht und der ZrO2-Schicht führt. Die Stapelstruktur weist eine im Vergleich mit der zuvor erwähnten HfZrO-Nanokomposit-Struktur verschlechterte dielektrische Eigenschaft auf.
  • Obwohl es nicht dargestellt ist, wird, wenn die untere Elektrode 21 Polysilizium aufweist, ein schneller thermischer Prozess (RTP) bei etwa 800°C bis etwa 1000°C für etwa 10 Sekunden bis etwa 120 Sekunden in einer Atmosphäre aus Ammoniak (NH3) durchgeführt, um eine Bildung einer natürlichen Oxidschicht zu verhindern, wenn die untere Elektrode 21 während der Bildung der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht 22 auf der unteren Elektrode 21 oxidiert wird. Als ein Ergebnis des RTP wird eine Siliziumnitrid-Schicht gebildet, und diese Siliziumnitrid-Schicht verhindert eine Verschlechterung einer Leckstromeigenschaft und eine Abnahme in der dielektrischen Konstante.
  • Obwohl 11 den Fall des Anwendens der dielektrischen HfZrO-Nanokomposit-Schicht als eine dielektrische Schicht des Kondensators darstellt, können andere dielektrische Nanokomposit-Schichten, einschließlich HfLaO und HfTaO ebenso angewendet werden.
  • Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglicht es die Implementierung einer dielektrischen Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung, eine Leckstromeigenschaft ohne Verschlechterung einer dielektrischen Konstante sogar mit Verwendung einer dünnen dielektrischen Nanokomposit-Schicht sicherzustellen.
  • Die vorliegende Anmeldung enthält Gegenstände der koreanischen Patentanmeldung Nr. KR 2005-0036529, angemeldet bei dem koreanischen Patentamt am 30. April 2005, wobei die gesamten Inhalte derselben hier durch Inbezugnahme mit aufgenommen werden.
  • Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es dem Fachmann der Technik klar, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Bereich der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims (42)

  1. Dielektrische Struktur eines Kondensators, aufweisend: eine Hafniumoxid(HfO2)-Schicht; und eine dielektrische Schicht, basierend auf einem Material, dessen dielektrische Konstante gleich oder größer ist als die der HfO2-Schicht, wobei die dielektrische Struktur eine durch Mischen der HfO2-Schicht und der dielektrischen Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung erhaltene dielektrische Nanokomposit-Struktur aufweist.
  2. Dielektrische Struktur nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht eine in einem Bereich von etwa 25 bis etwa 30 liegende dielektrische Konstante und ein in einem Bereich von etwa 4,3 bis etwa 7,8 liegendes Bandlückenenergieniveau aufweist.
  3. Dielektrische Struktur nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus ZrO2, La2O3 und Ta2O5 besteht.
  4. Dielektrische Struktur nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Nanokomposit-Struktur durch Mischen der HfO2-Schicht und der dielektrischen Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung erhalten wird, jeweils gebildet durch ein atomares Schichtabscheidungs(ALD)-Verfahren und eine Dicke von 1 Å bis etwa 5 Å pro Abscheidungszyklus aufweisend.
  5. Dielektrische Struktur nach Anspruch 4, wobei die dielektrische Nanokomposit-Struktur einer Dicke von etwa 25 Å bis etwa 200 Å aufweist.
  6. Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Struktur eines Kondensators, aufweisend: Bilden einer dielektrischen Nanokomposit-Struktur durch Mischen einer Hafnium-Oxid(HfO2)-Schicht und einer dielektrischen Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung durch wiederholtes Ausführen eines HfO2-Abscheidungszyklus und eines Abscheidungszyklus für eine dielektrische Schicht „y" bzw. „z" Mal, entsprechend einem atomaren Schicht abscheidungs(ALD)-Verfahren; und Vergüten der dielektrischen Nanokomposit-Struktur zur Verdichtung.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der HfO2-Abscheidungszyklus aufweist: Adsorbieren einer Hafnium(Hf)-Quelle; Ausblasen von nicht-reagierten Teilen der Hf-Quelle; Zuführen eines oxidierenden Mittels, um eine Reaktion mit der adsorbierten Hf-Quelle zu induzieren, so dass eine HfO2-Schicht abgeschieden wird; und Ausblasen von nicht-reagierten Teilen des oxidierenden Mittels und Nebenprodukten der Reaktion.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der HfO2-Abscheidungszyklus bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 100°C bis etwa 450°C und einem Druck in einem Bereich von etwa 0.1 Torr bis etwa 10 Torr durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Adsorbieren der Hf-Quelle umfasst: Verdampfen der Hf-Quelle, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus HfCl4, Hf(NO3)4, Hf(NCH2C2H5)4 und Hf(OC2H5)4 besteht, und Zuführen der verdampften Hf-Quelle in eine Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden, wobei die Kammer auf einem Druck von etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr und einer Substrattemperatur von etwa 100°C bis etwa 450°C gehalten wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Zuführen des oxidierenden Mittels durch Zuführen von O3 oder H2O-Dampf für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ausblasen der nicht-reagierten Teile der Hf-Quelle und das Ausblasen der nicht-reagierten Teile des oxidierenden Mittels durch Verwenden von Stickstoff(N2)-Gas oder einem Inert-Gas für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche aus ZrO2, La2O3 und Ta2O5 besteht.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die auf dem ausgewählten Material von ZrO2 basierende dielektrische Schicht durch Verwenden einer Zirkonium(Zr)-Quelle gebildet wird, die aus Zr(N(CH3)(C2H5))4(TEMAZ) und Zr(N(C2H5)2)4(TDEAZ) ausgewählt ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die auf dem ausgewählten Material von La2O3 basierende dielektrische Schicht durch Verwenden einer Lanthan(La)-Quelle gebildet wird, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus La(TMHD)3, La(iPrCp)3, La(TMHD)3tetraglyme, La(TMHD)3tetraen, und La(TMHD)3diglyme besteht.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die auf dem ausgewählten Material von Ta2O5 basierende dielektrische Schicht durch Verwenden einer Tantal(Ta)-Quelle aus Tantal Pentoxid.
  16. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Verhältnis von „y" zu „z" in einem Bereich zwischen etwa 1 : 10 und etwa 10 : 1 liegt.
  17. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die HfO2-Schicht und die dielektrische Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt werden, durch wiederholtes Abscheiden jeder der HfO2-Schicht und der dielektrischen Schicht in einer Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å pro Abscheidungszyklus, so dass die dielektrische Nanozusammensetzungsstruktur eine Dicke in einem Bereich von etwa 25 Å bis etwa 200 Å aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Vergüten der dielektrischen Nanozusammensetzungs-Struktur bei etwa 300°C bis etwa 500°C für etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden durchgeführt wird.
  19. Kondensator, aufweisend: eine untere Elektrode; eine dielektrische Nanokomposit-Struktur, gebildet auf der unteren Elektrode und eine Hafnium-Oxid(HfO2)-Schicht und eine dielektrische Schicht mit einer dielektrischen Konstante gleich oder größer als die der HfO2-Schicht einschließend, wobei die HfO2-Schicht und die dielektrische Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt sind; und eine auf der dielektrischen Nanokomposit-Struktur gebildete obere Elektrode.
  20. Kondensator nach Anspruch 19, wobei die HfO2-Schicht und die dielektrische Schicht durch ein atomares Schichtabscheidungs(ALD)-Verfahren gebildet sind.
  21. Kondensator nach Anspruch 20, wobei die dielektrische Nanokomposit-Struktur durch wiederholtes Abscheiden der HfO2-Schicht und der dielektrischen Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung erhalten wird, jede mit einer Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å.
  22. Kondensator nach Anspruch 19, wobei die dielektrische Nanokomposit-Struktur eine Dicke in einem Bereich von etwa 25 Å bis etwa 200 Å aufweist.
  23. Kondensator nach Anspruch 19, wobei die dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus ZrO2, La2O3 und Ta2O5 besteht.
  24. Kondensator nach Anspruch 23, weiterhin eine zwischen der unteren Elektrode und der dielektrischen Nanokomposit-Struktur gebildete Silizium-Nitrid-Schicht aufweisend.
  25. Kondensator nach Anspruch 23, wobei die untere Elektrode und die obere Elektrode ein Material aufweisen, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan-Nitrid (TiN), Ruthenium (Ru), Ruthenium-Oxid (RuO2), Platin (Pt), Iridium (Ir), Iridium-Oxid (IrO2), und mit Phosphor oder Arsen dotiertem Polysilizium besteht.
  26. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators, aufweisend: Bilden einer unteren Elektrode; Bilden einer dielektrischen Nanokomposit-Struktur auf der unteren Elektrode durch Ausführen eines atomaren Schichtabscheidungs(ALD)-Verfahrens, wobei die dielektrische Nanokomposit-Struktur erhalten wird, durch Mischen einer Hafnium-Oxid(HfO2)-Schicht und einer dielektrischen Schicht mit einer dielektrischen Konstante gleich oder größer als die der HfO2-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung; Vergüten der dielektrischen Nanokomposit-Struktur zur Verdichtung; und Bilden einer oberen Elektrode auf der vergüteten dielektrischen Nanokomposit-Struktur.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Bilden der dielektrischen Nanokomposit-Struktur durch das ALD-Verfahren durchgeführt wird, einschließlich eines HfO2-Abscheidungszyklus zum Abscheiden der HfO2-Schicht und eines Dielektrische-Schicht-Abscheidungszyklus zum Abscheiden der dielektrischen Schicht jeweils wiederholt „y" bzw. „z" Mal durchgeführt.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei der HfO2-Abscheidungszyklus aufweist: Adsorbieren einer Hf-Quelle; Ausblasen nicht-reagierter Teile der Hf-Quelle; Zuführen eines oxidierenden Mittels, um eine Reaktion mit der adsorbierten Hf-Quelle zu induzieren, so dass die HfO2-Schicht abgeschieden wird; und Ausblasen nicht-reagierter Teile des oxidierenden Mittels und von Nebenprodukten der Reaktion.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei der HfO2-Abscheidungszyklus bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 100°C bis etwa 450°C und bei einem Druck von etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr durchgeführt wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Adsorbieren der Hf-Quelle umfasst: Verdampfen der Hf-Quelle, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus HfCl4, Hf(NO3)4, Hf(NCH2C2H5)4 und Hf(OC2H5)4 besteht; und Zuführen der verdampften Hf-Quelle in eine Kammer für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden, wobei die Kammer auf einem Druck von etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr und einer Substrattemperatur von etwa 100°C bis etwa 450°C gehalten wird.
  31. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Zuführen des oxidierenden Mittels durch Zuführen von O3- oder H2O-Dampf für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden ausgeführt wird.
  32. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Ausblasen der nicht-reagierten Teile der Hf-Quelle und das Ausblasen der nicht-reagierten Teile des oxidierenden Mittels durch Verwendung von Stickstoff(N2)-Gas oder einem Inert-Gas für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden ausgeführt wird.
  33. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die durch den Dielektrische-Schicht-Abscheidungszyklus gebildete dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche aus ZrO2, La2O3 und Ta2O5 besteht.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die dielektrische Schicht, basierend auf dem ausgewählten Material von ZrO2, durch Verwendung einer Zirkonium(Zr)-Quelle gebildet wird, ausgewählt aus Zr(N(CH3)(C2H5))4(TEMAZ) und Zr(N(C2H5)2)4(TDEAZ).
  35. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die auf dem ausgewählten Material von La2O3 basierende dielektrische Schicht durch Verwenden einer Lanthan(La)-Quelle gebildet wird, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus La(TMHD)3, La(iPrCp)3, La(TMHD)3tetraglyme, La(TMHD)3tetraen, und La(TMHD)3diglyme besteht.
  36. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die auf dem ausgewählten Material von Ta2O5 basierende dielektrische Schicht durch Verwendung einer Tantal(Ta)-Quelle aus Tantal-Pentoxid gebildet wird.
  37. Verfahren nach Anspruch 27, wobei ein Verhältnis von „y" zu „z" in einem Bereich zwischen etwa 1 : 10 und etwa 10 : 1 liegt.
  38. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die HfO2-Schicht und die dielektrische Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt werden, durch wiederholtes Abscheiden jeder der HfO2-Schicht und der dielektrischen Schicht in einer Dicke von etwa 1 Å bis etwa 5 Å pro Abscheidungszyklus, so dass die dielektrische Nanozusammensetzungs-Struktur eine Dicke in einem Bereich von etwa 25 Å bis etwa 200 Å aufweist.
  39. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Vergüten der dielektrischen Nanozusammensetzungsstruktur bei etwa 300°C bis etwa 500°C für etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden durchgeführt wird.
  40. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die untere Elektrode ein Material aufweist, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan-Nitrid (TiN), Ruthenium (Ru), Ruthenium-Oxid (RuO2), Platin (Pt), Iridium (Ir), Iridium-Oxid (IrO2) und mit Phosphor oder Arsen dotiertem Polysilizium besteht.
  41. Verfahren nach Anspruch 40, weiterhin eine zwischen der unteren Elektrode und der dielektrischen Nanokomposit-Struktur gebildete Silizium-Nitrid-Schicht aufweisend.
  42. Verfahren nach Anspruch 41, wobei die Silizium-Nitrid-Schicht durch Ausführen eines schnellen thermischen Prozesses auf der unteren Elektrode bei etwa 800°C bis etwa 1000°C in einer Atmosphäre von Ammoniak (NH3) für etwa 10 Sekunden bis etwa 120 Sekunden gebildet wird.
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