DE102005062965A1

DE102005062965A1 - Kondensator mit dielektrischer Nanokomposit-Schicht und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102005062965A1
Application number: DE102005062965A
Authority: DE
Inventors: Deok-Sin Ichon Kil; Kwon Ichon Hong; Seung-Jin Ichon Yeom
Original assignee: Hynix Semiconductor Inc
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-01-11
Also published as: CN100547795C; TWI312196B; TW200701478A; KR100717813B1; US20070001201A1; US7446053B2; JP2007013086A; KR20070003031A; CN1893081A

Abstract

Ein Kondensator mit einer dielektrischen Nanokomposit-Schicht und ein Verfahren zur Herstellung desselben werden zur Verfügung gestellt. Die dielektrische Schicht eines Kondensators schließt eine Nanokomposit-Schicht ein, gebildet durch Mischen einer Anzahl von X verschiedenen Sub-Schichten, wobei X eine positive ganze Zahl ist größer als etwa 1. Ein Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Schicht eines Kondensators weist auf: Bilden einer Nanokomposit-Schicht durch Mischen einer Anzahl von X verschiedenen Sub-Substraten in der Form einer Nanozusammensetzung, wobei X eine positive ganze Zahl ist größer als etwa 1; und Verdichten der Nanokomposit-Schicht.

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 die ser 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.

Die dielektrische HfAlO-Nanokomposit-Schicht weist jedoch eine niedrige dielektrische Konstante (ϵ) von 9 und ein niedriges Niveau einer Bandlückenenergie von 5 eV auf, und somit ist es oft schwierig, eine äquivalente Oxiddicke (EOT) von weniger als 10 Å zu erhalten, was normalerweise eine benötigte Dicke ist für hochintegrierte Bauelemente, die für eine sub-70 nm Technologie entworfen sind. Wenn die physikalische Dicke der dielektrischen HfAlO-Nanokomposit-Schicht reduziert ist, um die EOT zu vermindern, dann tritt ein direktes Tunnelereignis vor dem Erreichen der gewünschten EOT von weniger als etwa 10 Å auf, und als ein Ergebnis kann ein Leckstrom abrupt ansteigen. Demnach kann es schwierig sein, die dielektrische HfAlO-Nanokomposit-Schicht als eine dielektrische Schicht eines Kondensators zu verwenden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Kondensator mit einer dielektrischen Nanokomposit-Schicht mit einer effektiven Oxiddicke von weniger als etwa 10 Å und einer hervorragenden Leckstromeigenschaft und ein Verfahren zur Herstellung desselben zur Verfügung zu stellen.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine dielektrische Schicht eines Kondensators zur Verfügung gestellt. Die dielektrische Schicht schließt eine Nanokomposit-Schicht ein, gebildet durch Mischen von einer Anzahl von X verschiedenen Sub-Schichten, wobei X eine positive ganze Zahl größer als etwa 1 ist.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Schicht eines Kondensators zur Verfügung gestellt, aufweisend: Bilden einer Nanokomposit-Schicht durch Mischen einer Anzahl von X verschiedenen Sub-Schichten in der Form einer Nanozusammensetzung, wobei X eine positive ganze Zahl größer als etwa 1 ist; und Verdichten der Nanokomposit-Schicht.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kondensator zur Verfügung gestellt, aufweisend: eine untere Elektrode; eine Nanokomposit-Schicht, gebildet durch Mischen einer Anzahl von X verschiedenen Sub-Schichten, wobei X eine positive ganze Zahl größer als etwa 1 ist; und eine obere Elektrode.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators zur Verfügung gestellt, aufweisend: Bilden einer unteren Elektrode; Bilden einer Nanokomposit-Schicht über der unteren Elektrode, wobei die Nanokomposit-Schicht eine Anzahl von X verschiedenen Sub-Schichten aufweist, wobei X eine positive ganze Zahl größer als etwa 1 ist; Verdichten der Nanokomposit-Schicht; und Bilden einer oberen Elektrodenschicht über der Nanokomposit-Schicht.

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 Diagramm ist, welches einen Kondensator mit einer herkömmlichen dielektrischen Struktur einschließlich einer Hafniumoxid (HfO₂)-Schicht und einer Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Schicht darstellt;
2 ein Graph ist, zum Darstellen eines atomaren Schichtabscheidungs-(ALD)-Verfahrens zum Abscheiden einer dielektrischen Nanokomposit-Schicht (z. B. einer [ZrO₂]_x[TiO₂]_(1-x)-Schicht) in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein Diagramm ist, welches eine Struktur der in 2 dargestellten [ZrO₂]_x[TiO₂]_(1-x)-Schicht darstellt;
4 ein Graph ist, zum Darstellen eines ALD-Verfahrens zum Abscheiden einer dielektrischen Nanokomposit-Schicht (z. B. einer [ZrO₂]_x[TiO₂]_(1-x)-Schicht) in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 ein Diagramm ist, welches eine Struktur eines Kondensators mit einer dielektrischen Nanokomposit-Schicht (z. B. einer [ZrO₂]_x[TiO₂]_(1-x)-Schicht) in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Ein Kondensator mit einer dielektrischen Nanokomposit-Schicht und ein Verfahren zur Herstellung desselben in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine dielektrische [ZrO₂]_x[TiO₂]_(1-x)-Schicht, welche als eine dielektrische Schicht eines Kondensators verwendet wird, eingeführt. Die dielektrische [ZrO₂]_x[TiO₂]_(1- _x)-Schicht wird erhalten durch Mischen einer Zirkoniumoxid (ZrO₂)-Schicht mit einer Titanoxid (TiO₂)-Schicht in einem vorbestimmten Verhältnis. ZrO₂ weist eine hohe Bandlückenenergie (Eg) auf, und TiO₂ weist eine hohe dielektrische Konstante (ϵ) auf. Hier ist die [ZrO₂]_x[TiO₂]_(1-x)-Schicht eine dielektrische Nanokomposit-Schicht.
Tabelle 1 zeigt unten dielektrische Konstanten, Bandlückenenergiewerte und Leitungsbandoffset (CBO)-Werte, abhängig von dielektrischen Materialtypen.
Tabelle 1
Wie bei 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 Niveau einer Kapazität für einen Kondensator eines hochintegrierten Halbleiterbauelements sicherzustellen. Dielektrische Materialien, wie etwa 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. Da jedoch Al₂O₃ und HfO₂ Beschränkungen beim Sicherstellen eines ausreichenden Kapazitätsniveaus bzw. eines gewünschten Haltbarkeitsniveaus eines Kondensators aufweisen, werden diese dielektrischen Materialien beschränkt als eine dielektrische Schicht eines Kondensators verwendet.
Daher wird gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die ZrO₂-Schicht mit der TiO₂-Schicht in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt, um eine Nanokompositstruktur zu bilden. Wie zuvor erwähnt, weist ZrO₂ eine hohe Bandlückenenergie (Eg) von etwa 7.8 eV auf, und TiO₂ weist eine hohe dielektrische Konstante von etwa 80 auf. Als ein Ergebnis des Mischens kann eine amorphe dielektrische [ZrO₂]_x[TiO₂]_(1-x)-Schicht, verwendet als eine dielektrische Schicht eines Kondensators, gebildet werden. Hier ist die Bandlückenenergie von ZrO₂ um mindestens etwa 0.5 eV größer als die Bandlückenenergie von HfO₂, und die dielektrische Konstante von TiO₂ ist um mindestens etwa 71 größer als die dielektrischen Konstanten von Al₂O₃ und HfO₂. Im Folgenden wird die durch die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhaltene dielektrische [ZrO₂]_x[TiO₂]_(1-x)-Schicht als eine „dielektrische Nanokomposit-Schicht" bezeichnet werden.
Im Folgenden wird im Detail ein Einheitszyklus eines atomaren Schichtabscheidungs (ALD)-Verfahrens zum Abscheiden der dielektrischen Nanokomposit-Schicht beschrieben.
Der Einheitszyklus des ALD-Verfahrens wird wie folgt definiert:
[(Zr Quelle/Ausblasen/Sauerstoff liefern Quelle/Ausblasen)_m(Ti Quelle/Ausblasen/Sauerstoff liefern Quelle/Ausblasen)_n]_Q.
Hier ist die Zr-Quelle ein Impuls, der ein Zr-Quellenmaterial zum Herstellen von ZrO₂ liefert, und die Ti-Quelle ist ein Impuls, der ein Ti-Quellenmaterial zum Herstellen von TiO₂ zur Verfügung stellt. Die tiefgestellten Indices „m", „n" und „Q", von denen jeder eine positive ganze Zahl größer als etwa 1 ist, repräsentieren die Anzahl der (Zr Quelle/Ausblasen/Sauerstoff liefern Quelle/Ausblasen)-Zyklen, die Anzahl der (Ti Quelle/Ausblasen/Sauerstoff liefern Quelle/Ausblasen)-Zyklen bzw. die Anzahl der Einheitszyklen, die die Gesamtdicke der dielektrischen Nanokomposit-Schicht bestimmen.
Den Einheitszyklus detaillierter betrachtend wird der (Zr Quelle/Ausblasen/Sauerstoff liefern Quelle/Ausblasen)-Zyklus als ein ZrO₂-Abscheidungszyklus bezeichnet, einschließlich: Zuführen des Zr-Quellenmaterials; Ausblasen des nicht reagierten Zr-Quellenmaterials; Zuführen eines Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials; und Ausblasen des Zr-Quellenmaterials und des Sauerstoff zur Verfügung stellenden Materials, welches nicht reagiert ist. Der ZrO₂-Abscheidungszyklus wird m-mal wiederholt, wobei m eine natürliche Zahl ist. Der (Ti Quelle/Ausblasen/Sauerstoff liefern Quelle/Ausblasen)-Zyklus wird als ein TiO₂-Abscheidungszyklus bezeichnet, einschließlich: Zuführen des Ti-Quellenmaterials; Ausblasen des nicht reagierten Ti-Quellenmaterials; Zuführen des Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials; und Ausblasen des Ti-Quellenmaterials und des Sauerstoff zur Verfügung stellenden Materials, welches nicht reagiert ist. Der TiO₂-Abscheidungszyklus wird n-mal wiederholt, wobei n eine natürliche Zahl ist. Durch Wiederholen des ZrO₂-Abscheidungszyklus und des TiO₂-Abscheidungszyklus für m bzw. n Male, werden eine ZrO₂-Schicht und eine TiO₂-Schicht mit gewünschten Dicken abge schieden. Ein kombinierter Abscheidungszyklus einschließlich des ZrO₂-Abscheidungszyklus und des TiO₂-Abscheidungszyklus (d.h. Einheitszyklus) wird Q-mal wiederholt, um die Gesamtdicke der dielektrischen Nanokomposit-Schicht zu bestimmen.
Die Anzahl der als „m" ausgedrückten ZrO₂-Abscheidungszyklen und die als „n" ausgedrückte Anzahl der TiO₂-Abscheidungszyklen werden gesteuert, so dass die Dicken der ZrO₂-Schicht und der TiO₂-Schicht weniger als etwa 10 Å betragen (d.h. in einem Bereich von etwa 0.1 Å bis etwa 9.9 Å), um dafür zu sorgen, dass die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht gleichmäßig gemischt werden. Wenn die Dicken der ZrO₂-Schicht und der TiO₂-Schicht größer als etwa 10 Å sind, dann werden die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht in einer Stapelstruktur gebildet, in welcher die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht übereinander gestapelt sind. In dem Fall eines Anwendens der ZrO₂-Schicht und der TiO₂-Schicht, welche separat abgeschieden werden, auf einen Kondensator, stellen somit die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht einen direkten Kontakt mit der oberen Elektrode und der unteren Elektrode her. Als ein Ergebnis kann eine Kristallisation durch ein feines Mischen nicht erreicht werden, und es wird eine Leckstromeigenschaft in Bereichen verschlechtert, in denen die TiO₂-Schicht, welche eine niedrige Bandlückenenergie aufweist, in Kontakt mit der oberen Elektrode und der unteren Elektrode ist.
Wie zuvor erwähnt, weist die dielektrische Nanokomposit-Schicht eine amorphe Charakteristik auf, erhalten auf der Basis einer spezifischen Mischungseigenschaft (d.h. einer Nanozusammensetzung) der ZrO₂-Schicht und der TiO₂-Schicht, und es kann ein gewünschtes Niveau einer elektrischen Eigenschaft sichergestellt werden, in dem ein Verhältnis der ZrO₂-Schicht in der Nanozusammensetzung der ZrO₂-Schicht und der TiO₂-Schicht gesteuert wird. Insbesondere kann das Verhältnis der ZrO₂-Schicht in dieser Nanozusammensetzung durch Anpassen eines Verhältnisses von m zu n gesteuert werden.
Die Anzahl der ZrO₂-Abscheidungszyklen (d.h. „m") und die Anzahl der TiO₂-Abscheidungszyklen (d.h. „n") werden gesteuert, um das gleichmäßige Mischen der ZrO₂-Schicht und der TiO₂-Schicht und die amorphe Charakteristik zu erhalten. Das heißt, dass ein Verhältnis von m zu n gesteuert wird, um in einem Be reich von etwa 0.1 bis etwa 0.8 zu liegen. Wenn n beispielsweise etwa 100 ist, liegt m in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 80. Auch wird das Verhältnis von m zu n gesteuert, so dass die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht bis zu einer Dicke von weniger als etwa 10 Å abgeschieden werden. Wenn die Dicken der ZrO₂-Schicht und der TiO₂-Schicht etwa 0.5 Å pro Zyklus betragen, werden m und n etwa 20 sein.
2 ist ein Graph, welcher ein ALD-Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen Nanokomposit-Schicht in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Insbesondere illustriert der Graph ein sequentielles Zuführen von bestimmten Gasen bezüglich des ALD-Verfahrens zum Bilden der dielektrischen Nanokomposit-Schicht in eine Reaktionskammer zur rechten Zeit. Die dielektrische Nanokomposit-Schicht gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine dielektrische amorphe [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht, erhalten durch Mischen einer ZrO₂-Schicht, vorteilhaft bezüglich Bandlückenenergie, mit einer TiO₂-Schicht, vorteilhaft bezüglich dielektrischer Konstante, in der Form einer Nanozusammensetzung.
Wie dargestellt, ist ein Zyklus aus (Zr/N₂/O₃/N₂) ein ZrO₂-Abscheidungszyklus und wird m-mal wiederholt. Hier sind Zr, N₂ und O₃ ein Zr-Quellenmaterial, ein Ausblasgas bzw. ein Sauerstoff zur Verfügung stellendes Quellenmaterial. Ein Zyklus aus (Ti/N₂/O₃/N₂) ist ein TiO₂-Abscheidungszyklus und wird n-mal wiederholt. Hier sind Ti, N₂ und O₃ ein Ti-Quellenmaterial, ein Ausblasgas bzw. ein Sauerstoff zur Verfügung stellendes Quellenmaterial.
Der ZrO₂-Abscheidungszyklus und der TiO₂-Abscheidungszyklus werden in einer auf einem Druck von etwa 0.1 Torr bis etwa 10 Torr und einer Substrattemperatur von etwa 100°C bis etwa 350°C gehaltenen Kammer durchgeführt.
Detaillierter auf den ZrO₂-Abscheidungszyklus eingehend wird das Zr-Quellenmaterial der in dem zuvor erwähnten Zustand gehaltenen Kammer für etwa 0.1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zur Adsorption des Zr-Quellenmaterials auf den Substrat zugeführt. Das Zr-Quellenmaterial ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus Zr(O-tBu)₄, Zr[N(CH₃)₂]₄, Zr[N(C₂H₅)(CH₃)]₄, Zr[N(C₂H₅)₂]₄, Zr(TMHD)₄, Zr(OiC₃H₇)(TMHD), und Zr(OtBu)₄ besteht.
Das N₂-Gas wird dann der Kammer für etwa 0.1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um das nicht adsorbierte Zr-Quellenmaterial auszublasen. Das O₃-Gas, welches das Sauerstoff zur Verfügung stellende Quellenmaterial ist, wird der Kammer für etwa 0.1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, um eine Reaktion zwischen dem adsorbierten Zr-Quellenmaterial und dem O₃-Gas zu induzieren. Aus dieser Reaktion heraus wird eine ZrO₂-Schicht abgeschieden. 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.
Durch m-maliges Wiederholen des ZrO₂-Abscheidungszyklus wird die ZrO₂-Schicht mit einer Dicke von weniger als etwa 10 Å (z. B. in einem Bereich von etwa 0.1 Å bis etwa 9.9 Å) abgeschieden. Zusätzlich zu dem O₃-Gas, das Sauerstoff zur Verfügung Quellenmaterial, welches das Zr-Quellenmaterial oxidiert, kann das Sauerstoff zur Verfügung stellende Quellenmaterial H₂O- oder O₂-Plasma enthalten. Es kann auch ein inertes Gas, wie etwa Ar-Gas, als das Ausblasgas verwendet werden. Als eine andere Ausblasmethode kann eine Vakuumpumpe verwendet werden, um die Nebenprodukte oder verbleibenden Gase auszublasen.
Detaillierter aus den TiO₂-Abscheidungszyklus eingehend wird das Ti-Quellenmaterial der in dem zuvor erwähnten Zustand (d.h. der Substrattemperatur von etwa 100°C bis etwa 350°C und dem Druck von etwa 0.1 Torr bis etwa 10 Torr) gehaltenen Kammer für etwa 0.1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, um das Ti-Quellenmaterial auf dem Substrat zu adsorbieren. Das Ti-Quellenmaterial kann aus einem Alkoxid basierten Material und aus einem β-diketonat basierten legantenhaltigen Material ausgewählt werden. Das Alkoxid basierte Material wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus Ti(i-OC₂H₇)₄, Ti(n-OC₄H₉)₄, Ti(t-OC₄H₉)₄, Ti(OC₂H₅)₄, Ti(OCH₃)₄, und Ti(n-OC₂H₇)₄ besteht. Das β-diketonat basierte legantenhaltige Material wird aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus Ti(THD)₃, Ti(OiPr)₂(THD)₂ und Ti(MPD)(THD)₂ besteht. Das N₂-Gas wird der Kammer für etwa 0.1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um das nicht adsorbierte Ti-Quellenmaterial auszublasen. Das O₃-Gas wird dann der Kammer für etwa 0.1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, um eine Reaktion zwischen dem Ti-Quellenmaterial und dem O₃-Gas zu induzieren. Als ein Er gebnis dieser Reaktion wird die TiO₂-Schicht, welche eine atomare Schicht ist, abgeschieden. Das N₂-Gas wird dann erneut der Kammer für etwa 0.1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um das nicht reagierte O₃-Gas und die Nebenprodukte der Reaktion auszublasen.
Durch n-maliges Wiederholen des TiO₂-Abscheidungszyklus wird die TiO₂-Schicht mit einer Dicke von weniger als etwa 10 Å (z. B. in einem Bereich von etwa 0.1 Å bis etwa 9.9 Å) abgeschieden. Zusätzlich zu dem O₃-Gas, das Sauerstoff zur Verfügung Quellenmaterial, welches das Ti-Quellenmaterial oxidiert, kann das Sauerstoff zur Verfügung stellende Quellenmaterial H₂O- oder O₂-Plasma enthalten. Es kann auch ein inertes Gas, wie etwa Ar-Gas, als das Ausblasgas verwendet werden. Als eine andere Ausblasmethode kann eine Vakuumpumpe verwendet werden, um die Nebenprodukte oder verbleibenden Gase auszublasen.
Der Grund, die Substrattemperatur niedrig zu halten, ist, eine chemische Dampfabscheidungs (CVD)-Reaktion, verursacht durch eine thermische Dekomposition der Zr-Quelle und der Ti-Quelle, zu minimieren. Wie oben beschrieben, kann das ALD-Verfahren eine Erzeugung von Teilchen effektiver als ein CVD-Verfahren verhindern, und wird bei niedriger Temperatur ausgeführt, um bessere Bauelementeigenschaften zu erhalten, als jene durch die bei hoher Temperatur durchgeführte CVD-Methode.
3 ist ein Diagramm, welches eine Struktur einer dielektrischen Nanokomposit-Schicht darstellt, die durch das in 2 beschriebene ALD-Verfahren abgeschieden wurde.
Wie dargestellt, weist die dielektrische Nanokomposit-Schicht eine dielektrische Nanokomposit-Struktur auf, erhalten durch Mischen der ZrO₂-Schicht mit der TiO₂-Schicht in einem vorbestimmten Verhältnis, statt einer Stapelstruktur, in welcher die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht Schicht um Schicht gestapelt sind. Das ALD-Verfahren scheidet sowohl die ZrO₂-Schicht als auch die TiO₂-Schicht bis zu einer Dicke von weniger als etwa 10 Å für jeden Einheitszyklus ab, durch Steuern der Anzahl der ZrO₂-Abscheidungszyklen und der Anzahl der TiO₂-Abscheidungszyklen (d.h. „m" und „n"), und es kann somit die die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht aufweisende dielektrische Nanokomposit-Struktur erhalten werden. Die Dicke von weniger als etwa 10 Å bedeutet, dass die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht nicht aufeinanderfolgend abgeschieden werden. Mit anderen Worten werden die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht aufeinanderfolgend abgeschieden, was zu einer Stapelstruktur führt, wenn die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht bis zu einer Dicke von größer als etwa 10 Å abgeschieden werden.
Es gibt verschiedene Bedingungen, um die dielektrische Nanokomposit-Schicht zu erhalten. Als erstes sollten die Dicken der ZrO₂-Schicht, abgeschieden durch den oben beschriebenen ZrO₂-Abscheidungszyklus, und die TiO₂-Schicht, abgeschieden durch den oben beschriebenen TiO₂-Abscheidungszyklus, weniger als etwa 10 Å (d.h. in einem Bereich von etwa 0.1 Å bis etwa 9.9 Å) betragen. Wie oben erwähnt, werden sowohl die ZrO₂-Schicht als auch die TiO₂-Schicht nacheinander mit individuellen Eigenschaften abgeschieden, wenn die Dicke größer als etwa 10 Å ist, und somit können sich die Bauelementeigenschaften verschlechtern.
Als zweites sollte die Anzahl der ZrO₂-Abscheidungszyklen (d.h. „m") und die Anzahl der TiO₂-Abscheidungszyklen (d.h. „n") in einem bestimmten Bereich eines Verhältnisses eingestellt werden, um eine Nanokomposit-Struktur zu erhalten. Das bedeutet, dass das Verhältnis von „m" zu „n" zwischen etwa 0.1 bis etwa 0.8 liegt. Wenn beispielsweise „n" etwa 100 beträgt, liegt „m" zwischen etwa 10 und etwa 80. Das Verhältnis von „m" zu „n" wird auch so gesteuert, dass die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht bis zu einer Dicke von weniger als etwa 10 Å abgeschieden werden. Wenn die Dicken der ZrO₂-Schicht und der TiO₂-Schicht etwa 0.5 Å pro Abscheidungszyklus betragen, dann wird „m" und „n" etwa 20 betragen.
Durch Steuern des Verhältnisses von „m" zu „n" werden die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt, was zu einer dielektrischen Nanokomposit-Schicht aus [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x führt, welche keine ZrO₂-Schicht und auch keine TiO₂-Schicht ist.
Die durch das unter den oben beschriebenen Bedingungen durchgeführte ALD-Verfahren erhaltene dielektrische Nanokomposit-Schicht weist verschiedene Ei genschaften auf; dieses sind erhöhte Kristallisationstemperatur und Hitzebeständigkeit und verbesserte dielektrische Eigenschaften.
4 ist ein Graph, welcher ein ALD-Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen Nanokomposit-Schicht in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Insbesondere illustriert der Graph ein sequentielles Zuführen von bestimmten Gasen bezüglich des ALD-Verfahrens zum Bilden der dielektrischen Nanokomposit-Schicht in eine Reaktionskammer zur rechten Zeit. Die dielektrische Nanokomposit-Schicht gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine dielektrische amorphe [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x Schicht, erhalten durch Mischen einer ZrO₂-Schicht, vorteilhaft bezüglich Bandlückenenergie, mit einer TiO₂-Schicht, vorteilhaft bezüglich dielektrischer Konstante, in der Form einer Nanozusammensetzung.
Ein Einheitszyklus zum Abscheiden der dielektrischen [ZrO₂]_x[TiO₂]_(1-x)-Schicht ist wie folgt definiert:
[(Zr-Ti Quelle/Ausblasen/Sauerstoff liefern Quelle/Ausblasen)Q.
Hier ist die Zr-Ti-Quelle ein Einzelmolekülquellenmaterial, und „Q", welche eine positive ganze Zahl größer als etwa 1 ist, ist die Anzahl der Durchführungen des Einheitszyklus.
Der obige Einheitszyklus schließt ein sequentielles Zuführen des Zr-Ti-Quellenmaterials, eines Ausblasgases, eines Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials und eines Ausblasgases ein und wird „Q"-mal wiederholt, um eine dielektrische Nanokomposit-Schicht (d.h. die dielektrische [ZrO₂]_x[TiO₂]_1- _x-Schicht) abzuscheiden. Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die dielektrische [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht bei jedem Einheitszyklus abgeschieden. Somit besteht im Unterschied zu der ersten Ausführungsform keine Dickenbeschränkung beim Abscheiden der dielektrischen [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht.
Im Folgenden wird die Abscheidung der dielektrischen [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht gemäß der zweiten Ausführungsform im Detail mit Bezug auf die 4 beschrieben.
Für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden wird ein Zr-Ti-Quellenmaterial, bei welchem Zr- und Ti-Atome in einem Molekül verbunden sind, einer mit einer Substrattemperatur von etwa 100°C bis etwa 350°C und einem Druck von etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr gehaltenen Kammer zugeführt. Hier repräsentieren „MMP" und „OiPr" Methoxymethyl-2-Propoxid bzw. Isopropoxid.
Das Ausblasgas, beispielsweise N₂-Gas, wird für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um nicht reagierte ZrTi (MMP)₂(OiPr)₅-Moleküle zu entfernen, und das Sauerstoff zur Verfügung stellende Quellenmaterial, beispielsweise O₃-Gas, wird für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 3 Sekunden zugeführt, um eine Reaktion zwischen den adsorbierten ZrTi (MMP)₂(OiPr)₅-Molekülen und den O₃-Gas-Molekülen zu induzieren. Als ein Ergebnis wird eine [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht auf einem atomaren Niveau abgeschieden. Das N₂-Gas wird für etwa 0,1 Sekunden bis etwa 5 Sekunden zugeführt, um die nicht reagierten O₃-Gas-Moleküle und Nebenprodukte der Reaktion auszublasen.
Dieser Einheitszyklus wird „Q"-mal wiederholt, und als ein Ergebnis wird die [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht bis zu einer Dicke von etwa 25 Å bis etwa 200 Å abgeschieden.
Zusätzlich zu dem O₃-Gas kann das Sauerstoff zur Verfügung stellende Quellenmaterial H₂O- oder O₂-Plasma enthalten. Auch kann zusätzlich zu dem N₂-Gas ein inertes Gas, wie etwa Ar-Gas, als das Ausblasgas zugeführt werden. Als eine andere Ausblasmethode kann eine Vakuumpumpe verwendet werden, um jegliche verbleibenden Gase oder die Reaktionsnebenprodukte auszublasen.
Die Substrattemperatur wird niedrig gehalten, um eine CVD-Reaktion durch eine thermische Dekomposition des Zr-Ti-Quellenmaterials zu minimieren. Wie oben beschrieben, kann das ALD-Verfahren eine Generation von Teilchen effektiver als ein CVD-Verfahren verhindern, und wird bei niedriger Temperatur ausgeführt, um bessere Bauelementeigenschaften als jene durch das bei hoher Temperatur durchgeführte CVD-Verfahren zu erhalten.
Eine Struktur der gemäß der in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform abgeschiedenen [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht ist im Wesentlichen gleich zu der der in 3 dargestellten. Somit weist die [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht gemäß der zweiten Ausführungsform anstelle einer Stapelstruktur eine Nanokomposit-Struktur auf, als Ergebnis davon, dass die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht bis zu einer Dicke von weniger als etwa 10 Å bei jedem Einheitszyklus abgeschieden werden.
Gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen weist die Nanokomposit-Schicht (d.h. die [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht) eine hohe dielektrische Konstante in einem Bereich von etwa 20 bis etwa 80 und ein bestimmtes Niveau einer Bandlückenenergie in einem Bereich von etwa 3,5 eV bis etwa 7,8 eV auf. Die dielektrische Konstante und die Bandlückenenergie können durch Steuern eines Verhältnisses von m zu n (siehe 2) oder der Anzahl von Q (siehe 4) angepasst werden. Sowohl in der ersten Ausführungsform als auch in der zweiten Ausführungsform kann die dielektrische Nanokomposit-Schicht auch nach der Bildung der dielektrischen Nanokomposit-Schicht verdichtet werden. Ein Vergütungsprozess ist ein Beispiel der Verdichtung und wird bei etwa 300°C bis etwa 500°C für etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden durchgeführt.
Als eine Referenz sei berücksichtigt, dass eine dünne HfAlO-Schicht eine dielektrische Konstante von etwa 14 aufweist, um eine äquivalente Oxiddicke (EOT) von etwa 12,5 Å zu erreichen, wobei die [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht eine niedrigere Bandlückenenergie als die HfAlO-Schicht aufweist. Abgesehen von dieser niedrigeren Bandlückenenergie, welche eine Ursache eines Leckstroms sein kann, ist es möglich, das Auftreten eines Leckstroms durch Erhöhen der Dicke der [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht unter Verwendung der hohen dielektrischen Konstante derselben zu überwinden. Als ein Ergebnis kann die EOT von weniger als etwa 10 Å erreicht werden. Dementsprechend kann, verglichen mit der Stapelstruktur aus ZrO₂/TiO₂, die Nanokomposit-Struktur aus [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x effektiver die EOT von weniger als etwa 10 Å erreichen.
5 ist ein Diagramm, welches einen Kondensator mit einer dielektrischen [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Hier weist die dielektrische [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht eine dielektrische Nanokomposit-Struktur auf. Im Wesentlichen identisch zu den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die dielektrische [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht im Folgenden als eine „dielektrische Nanokomposit-Schicht" bezeichnet.
Wie dargestellt, schließt der Kondensator ein: eine untere Elektrode 61; die auf der unteren Elektrode 61 gebildete dielektrische Nanokomposit-Schicht 62; und eine obere Elektrode 63, gebildet auf der dielektrischen Nanokomposit-Schicht 62. Die untere Elektrode 61 und die obere Elektrode 63 werden aus einem Material gebildet, welches aus einer Gruppe ausgewählt wird, welche 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 61 und die obere Elektrode 63 aus Polysilizium gebildet werden. Es ist ebenfalls eine Metall-Isolator-Silizium (MIS)-Kondensatorstruktur oder eine Metall-Isolator-Metall (MIM)-Kondensatorstruktur möglich. Für die MIS-Kondensatorstruktur wird die untere Elektrode 61 aus Polysilizium gebildet, und die obere Elektrode 63 wird aus Metall oder Metalloxid gebildet. Für die MIM-Kondensatorstruktur werden die untere Elektrode 61 und die obere Elektrode 63 aus Metall oder Metalloxid gebildet. Die untere Elektrode 61 kann in einer Stapelstruktur oder in einer dreidimensionalen Struktur, wie etwa einer konkaven Struktur oder einer Zylinderstruktur, gebildet werden.
Wie in den 2 und 4 dargestellt ist, wird die dielektrische Nanokomposit-Schicht 62, die zwischen der unteren Elektrode 61 und der oberen Elektrode 63 angeordnet ist, durch ein ALD-Verfahren gebildet. Beispielsweise werden ein ZrO₂-Abscheidungszyklus und ein TiO₂-Abscheidungszyklus wiederholt durchgeführt, um die dielektrische Nanokomposit-Schicht 62 mit der Gesamtdicke von etwa 25 Å bis etwa 200 Å zu bilden. Alternativ kann die dielektrische Nanokomposit-Schicht durch Wiederholen des Einheitszyklus, der in der zweiten Ausführungsform (siehe 4) beschrieben wurde, gebildet werden.
Die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht kontaktieren nicht die untere Elektrode 61 und die obere Elektrode 63 separat, sondern kontaktieren die untere Elektrode 61 und die obere Elektrode 63 simultan. Das bedeutet, dass die dielektrische Nano-Kompositschicht 62 nicht in einer Stapelstruktur gebildet wird, bei der die HfO₂-Schicht und die ZrO₂-Schicht sequentiell übereinander gestapelt sind; statt dessen werden die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht in der Form einer Nanozusammensetzung gemischt.
Wie oben beschrieben kann gemäß dem ALD-Verfahren die Anzahl der Einheitszyklen gesteuert werden, um die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht nicht aufeinanderfolgend abzuscheiden, so dass die dielektrische Nanokomposit-Schicht 62 eine Nanokomposit-Struktur aufweisen kann. Da die dielektrische Nanokomposit-Schicht 62 genau wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgeschieden wird, wird eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
Die Anzahl der Wiederholungen des Einheitszyklus (z.B. die des ZrO₂-Abscheidungszyklus, ausgedrückt als „m" oder die des TiO₂-Abscheidungszyklus, ausgedrückt als „n") wird gesteuert, um die [ZrO₂]_x[TiO₂]_1-x-Schicht mit der Gesamtdicke von etwa 25 Å bis etwa 200 Å abzuscheiden. Beispielsweise wird, wie in 2 beschrieben, ein Verhältnis von „m" zu „n" in einem Bereich zwischen etwa 0,1 bis etwa 0,8 eingestellt.
Wie oben beschrieben, werden die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht gebildet, um eine Dicke von weniger als etwa 10 Å aufzuweisen, zu dem Zweck, dass die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht nicht aufeinanderfolgend abgeschieden werden. Wenn die Dicke sowohl der ZrO₂-Schicht als auch der TiO₂-Schicht größer ist als etwa 10 Å, dann werden die ZrO₂-Schicht und die TiO₂-Schicht aufeinanderfolgend abgeschieden, was zu einer Stapelstruktur der ZrO₂-Schicht und der TiO₂-Schicht führt, die nicht gleichzeitig die untere Elektrode 61 und die obere Elektrode 63 kontaktiert. Die Stapelstruktur weist eine im Vergleich mit der Nanokomposit-Struktur aus [ZrO₂]_X[TiO₂]_1-x verschlechterte Bauelementeigenschaft auf.
Obwohl es nicht dargestellt ist, kann die dielektrische Nanokomposit-Schicht nach der Bildung der dielektrischen Nanokomposit-Schicht verdichtet werden.
Ein Vergütungsprozess ist ein Beispiel der Verdichtung und wird bei etwa 300°C bis etwa 500°C für etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden durchgeführt.
Wenn die untere Elektrode 61 Polysilizium aufweist, dann wird ein schneller thermischer Prozess (RTP) bei etwa 800°C bis etwa 1000°C für etwa 10 Sekunden bis etwa 120 Sekunden in einer Ammoniak (NH₃)-Atmosphäre durchgeführt, um eine Bildung einer natürlichen Oxidschicht zu verhindern, wenn die untere Elektrode 61 während der Bildung der dielektrischen Nanokomposit-Schicht 62 auf der unteren Elektrode 61 oxidiert wird. Als ein Ergebnis des RTP wird eine Siliziumnitridschicht 64 gebildet, und diese Siliziumnitridschicht verhindert eine Verschlechterung einer Leckstromeigenschaft und einer Abnahme in der dielektrischen Konstanten. Da die Leckstromeigenschaft sogar sichergestellt werden kann, wenn die dünne dielektrische Nanokomposit-Schicht als die dielektrische Schicht des Kondensators verwendet wird, kann auch ein hohes Kapazitätsniveau erreicht werden.
Insbesondere gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließt eine dielektrische Nanokomposit-Schicht eine Nanomischung aus der ZrO₂-Schicht, vorteilhaft bezüglich Bandlückenenergie, und der TiO₂-Schicht, vorteilhaft bezüglich dielektrischer Konstante, ein, und durch Verwendung der dielektrischen Nanokomposit-Schicht als die dielektrische Schicht des Kondensators kann ein Sub-65 nm Niveaukondensator, der oftmals die EOT von weniger als etwa 10 Å benötigt, hergestellt werden.
Die vorliegende Anmeldung enthält Gegenstände der koreanischen Patentanmeldung Nr. KR 2005-0058757, angemeldet beim koreanischen Patentamt am 30. Juni 2005, deren gesamte Inhalte hier durch Inbezugnahme mit aufgenommen werden.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird dem Fachmann der Technik klarsein, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Dielektrische Schicht eines Kondensators, aufweisend: eine Nanokomposit-Schicht, gebildet durch Mischen einer Anzahl von X verschiedenen Sub-Schichten, wobei X eine positive ganze Zahl ist größer als etwa 1.
Dielektrische Schicht nach Anspruch 1, wobei die Nanokomposit-Schicht zwei verschiedene Sub-Schichten aufweist, von denen eine Zirkoniumoxid (ZrO₂) mit einer großen Bandlückenenergie aufweist, und wobei die andere Titaniumoxid (TiO₂) mit einer großen dielektrischen Konstanten aufweist.
Dielektrische Schicht nach Anspruch 2, wobei die Nanokomposit-Schicht durch Mischen der ZrO₂-Sub-Schicht und der TiO₂-Sub-Schicht gebildet wird, jeweils bis zu einer Dicke von etwa 0,1 Å bis etwa 9,9 Å für jeden Einheitszyklus eines atomaren Schichtabscheidungs (ALD)-Verfahrens abgeschieden, so dass die Nanokomposit-Schicht eine vorbestimmte Dicke in einem Bereich von etwa 25 Å bis etwa 200 Å aufweist.
Verfahren zur Bildung einer dielektrische Schicht eines Kondensators, aufweisend: Bilden einer Nanokomposit-Schicht durch Mischen einer Anzahl von X verschiedenen Sub-Schichten in der Form einer Nanozusammensetzung, wobei X eine positive ganze Zahl ist größer als etwa 1; und Verdichten der Nanokomposit-Schicht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bilden der Nanokomposit-Schicht ein Abscheiden von zwei verschiedenen Sub-Schichten umfasst, von denen eine ZrO₂ mit einer großen Bandlückenenergie aufweist, und von denen die andere TiO₂ mit einer großen dielektrischen Konstanten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Abscheiden der ZrO₂-Sub-Schicht und der TiO₂-Sub-Schicht durch Ausführen eines Einheitszyklus ausgeführt wird, bis die Nanokomposit-Schicht eine vorbestimmte Dicke in einem Bereich von etwa 25 Å bis etwa 200 Å aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Einheitszyklus einen ZrO₂-Abscheidungszyklus und einen TiO₂-Abscheidungszyklus aufweist, jeweils M- bzw. N-mal durchgeführt, wobei M und N positive ganze Zahlen jeweils größer als etwa 1 sind, bis jede der ZrO₂-Sub-Schichten und der TiO₂-Sub-Schichten eine vorbestimmte Dicke in einem Bereich von etwa 0,1 Å bis etwa 9,9 Å aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der ZrO₂-Abscheidungszyklus und der TiO₂-Abscheidungszyklus jeweils aufweist: Adsorbieren eines Quellenmaterials; Ausblasen des Quellenmaterials, welches nicht reagiert ist; Zuführen eines Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials, um mit dem adsorbierten Quellenmaterial zu reagieren; und Ausblasen des Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials, welches nicht reagiert ist, und von Reaktionsnebenprodukten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der ZrO₂-Abscheidungszyklus und der TiO₂-Abscheidungszyklus jeweils in einer Kammer durchgeführt wird, in welcher ein Druck und eine Temperatur eines Substrats bei etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr bzw. bei etwa 100°C bis etwa 350°C gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei in dem Fall des ZrO₂-Abscheidungszyklus das Quellenmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, welche besteht aus Zr(O-tBu)₄, Zr[N(CH₃)₂]₄, Zr[N(C₂H₅)(CH₃)]₄, Zr[N(C₂H₅)₂]₄, Zr(TMHD)₄, Zr(OiC₃H₇)(TMHD), und Zr(OtBu)₄.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei in dem Fall des TiO₂-Abscheidungszyklus das Quellenmaterial aus einem Alkoxid basierten Material oder aus einem β-Diketonat-basierten ligandenhaltigen Material ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Alkoxid basierte Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus Ti(i-OC₂H₇)₄, Ti(n-OC₄H₉)₄, Ti(t-OC₄H₉)₄, Ti(OC₂H₅)₄, Ti(OCH₃)₄, und Ti(n-OC₂H₇)₄.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das β-Diketonat basierte legantenhaltige Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus Ti(THD)₃, Ti(OiPr)₂(THD)₂ und Ti(MPD)(THD)₂.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Sauerstoff zur Verfügung stellende Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus O₃-, H₂O- und O₂-Plasma besteht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ausblasen ein Zuführen von Stickstoffgas oder einem inerten Gas umfasst, und das Verdichten der Nanokomposit-Schicht ein Ausführen eines Vergütungsprozesses bei etwa 300°C bis etwa 500°C für etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Einheitszyklus aufweist: Adsorbieren eines Quellenmaterials; Ausblasen des Quellenmaterials, welches nicht reagiert ist; Zuführen eines Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials, um mit dem adsorbierten Quellenmaterial zu reagieren; und Ausblasen des Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials, welches nicht reagiert ist, und von Reaktionsnebenprodukten.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Einheitszyklus in einer Kammer durchgeführt wird, in welcher ein Druck und eine Temperatur eines Substrats bei etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr bzw. auf etwa 100°C bis etwa 350°C gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Quellenmaterial ZrTi (MMP)₂(OiPr)₅ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Sauerstoff zur Verfügung stellende Quellenmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus O₃-, H₂O- und O₂-Plasma besteht, und das Ausblasen ein Zuführen von Stickstoffgas oder einem inerten Gas umfasst.
Kondensator, aufweisend: eine untere Elektrode; eine Nanokomposit-Schicht, gebildet durch Mischen einer Anzahl von X verschiedenen Sub-Schichten, wobei X eine positive ganze Zahl ist größer als etwa 1; und eine obere Elektrode.
Kondensator nach Anspruch 20, wobei die Nanokomposit-Schicht zwei verschiedene Sub-Schichten aufweist, von denen eine Zirkoniumoxid (ZrO₂) mit einer großen Bandlückenenergie umfasst, und wobei die andere der beiden Titanoxid (TiO₂) mit einer großen dielektrischen Konstanten umfasst.
Kondensator nach Anspruch 21, wobei die Nanokomposit-Schicht durch Mischen der ZrO₂-Sub-Schicht und der TiO₂-Sub-Schicht gebildet wird, jeweils bis zu einer Dicke von etwa 0,1 Å bis etwa 9,9 Å für jeden Einheitszyklus abgeschieden, so dass die Nanokomposit-Schicht eine vorbestimmte Dicke in einem Bereich von etwa 25 Å bis etwa 200 Å aufweist.
Kondensator nach Anspruch 20, wobei die untere Elektrode und die obere Elektrode einen aus der Gruppe ausgewählten Stoff aufweisen, welche Gruppe aus mit Phosphor oder Arsen dotiertem Polysilizium, Titannitrid (TiN), Ruthenium (Ru), Rutheniumoxid (RuO₂), Platin (Pt), Iridium (Ir), und Iridiumoxid (IrO₂) besteht.
Kondensator nach Anspruch 20, weiterhin eine zwischen der unteren Elektrode und der Nanokomposit-Schicht gebildete Siliziumnitridschicht aufweisend.
Verfahren zur Herstellung eines Kondensators, aufweisend: Bilden einer unteren Elektrode; Bilden einer Nanokomposit-Schicht über der unteren Elektrode, wobei die Nanokomposit-Schicht eine Anzahl von X verschiedenen Sub-Schichten aufweist, wobei X eine positive ganze Zahl größer als etwa 1 ist; Verdichten der Nanokomposit-Schicht; und Bilden einer oberen Elektrodenschicht über der Nanokomposit-Schicht.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Bilden der Nanokomposit-Schicht ein Abscheiden von zwei verschiedenen Sub-Schichten umfasst, von denen eine ZrO₂ mit einer großen Bandlückenenergie umfasst, und von denen die andere TiO₂ mit einer großen dielektrischen Konstanten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Abscheiden der ZrO₂-Sub-Schicht und der TiO₂-Sub-Schicht durch Ausführen eines Einheitszyklus durchgeführt wird, bis die Nanokomposit-Schicht eine vorbestimmte Dicke in einem Bereich von etwa 25 Å bis etwa 200 Å aufweist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Einheitszyklus einen ZrO₂-Abscheidungszyklus und einen TiO₂-Abscheidungszyklus aufweist, jeweils M- bzw. N-mal durchgeführt, wobei M und N positive ganze Zahlen jeweils größer als etwa 1 sind, bis sowohl die ZrO₂-Sub-Schicht als auch die TiO₂-Sub-Schicht eine vorbestimmte Dicke in einem Bereich von etwa 0,1 Å bis etwa 9,9 Å aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei der ZrO₂-Abscheidungszyklus und der TiO₂-Abscheidungszyklus jeweils aufweisen: Adsorbieren eines Quellenmaterials; Ausblasen des Quellenmaterials, welches nicht reagiert ist; Zuführen eines Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials, um mit dem adsorbierten Quellenmaterial zu reagieren; und Ausblasen des Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials, welches nicht reagiert ist, und von Reaktionsnebenprodukten.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der ZrO₂-Abscheidungszyklus und der TiO₂-Abscheidungszyklus jeweils in einer Kammer durchgeführt wird, in welcher ein Druck und eine Temperatur eines Substrats bei etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr bzw. bei etwa 100°C bis etwa 350°C gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei in dem Fall des ZrO₂-Abscheidungszyklus das Quellenmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, welche besteht aus Zr(O-tBu)₄, Zr[N(CH₃)₂]₄, Zr[N(C₂H₅)(CH₃)]₄, Zr[N(C₂H₅)₂]₄, Zr(TMHD)₄, Zr(OiC₃H₇)(TMHD), und Zr(OtBu)₄.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei in dem Fall des TiO₂-Abscheidungszyklus das Quellenmaterial aus einem Alkoxid basierten Material oder aus einem β-Diketonat-basierten ligandenhaltigen Material ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Alkoxid basierte Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus Ti(i-OC₂H₇)₄, Ti(n-OC₄H₉)₄, Ti(t-OC₄H₉)₄, Ti(OC₂H₅)₄, Ti(OCH₃)₄, und Ti(n-OC₂H₇)₄.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei das β-Diketonat-basierte ligandenhaltige Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus Ti(THD)₃, Ti(OiPr)₂(THD)₂ und Ti(MPD)(THD)₂.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Sauerstoff zur Verfügung stellende Quellenmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus O₃-, N₂O- und O₂ Plasma besteht, und das Ausblasen ein Zuführen von Stickstoffgas oder einem Inertgas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Verdichten der Nanokomposit-Schicht durch Ausführen eines Vergütungsprozesses bei etwa 300°C bis etwa 500°C für etwa 30 Sekunden bis etwa 120 Sekunden durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Einheitszyklus aufweist: Adsorbieren eines Quellenmaterials; Ausblasen des Quellenmaterials, welches nicht reagiert ist; Zuführen eines Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials, um mit dem adsorbierten Quellenmaterial zu reagieren; und Ausblasen des Sauerstoff zur Verfügung stellenden Quellenmaterials, welches nicht reagiert ist, und von Reaktionsnebenprodukten.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der Einheitszyklus in einer Kammer durchgeführt wird, in welcher ein Druck und eine Temperatur eines Substrats bei etwa 0,1 Torr bis etwa 10 Torr bzw. auf etwa 100°C bis etwa 350°C gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Quellenmaterial ZrTi (MMP)₂(OiPr)₅ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Sauerstoff zur Verfügung stellende Quellenmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus O₃-, N₂O- und O₂-Plasma besteht, und das Ausblasen ein Zuführen von Stickstoffgas oder einem inerten Gas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei bei dem Bilden der unteren Elektrode die untere Elektrode mit Phosphor oder Arsen dotiertes Polysilizium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 25, weiterhin Bilden einer Siliziumnitridschicht zwischen der unteren Elektrode und der Nanokomposit-Schicht umfassend.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei das Bilden der Siliziumnitridschicht ein Ausführen eines schnellen thermischen Prozesses (RTP) bei etwa 800°C bis etwa 1000°C für etwa 10 Sekunden bis etwa 120 Sekunden umfasst.