DE102006012772A1

DE102006012772A1 - Halbleiterspeicherbauelement mit dielektrischer Struktur und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102006012772A1
Application number: DE102006012772A
Authority: DE
Inventors: Deok-Shin Ichon Kil; Kwon Ichon Hong; Seung-Jin Ichon Yeom
Original assignee: Hynix Semiconductor Inc
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-03-15
Also published as: US20070051998A1; TW200711108A; TWI297947B; KR100648860B1; JP2007073926A

Abstract

Ein Halbleiterspeicherbauelement mit einer dielektrischen Struktur und ein Verfahren zur Herstellung desselben werden zur Verfügung gestellt. Die dielektrische Struktur weist auf: eine erste dielektrische Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von etwa 25 oder darüber; eine zweite dielektrische Schicht einschließlich eines Materials mit einer Kristallisationsrate niedriger als die der ersten dielektrischen Schicht und über der ersten dielektrischen Schicht gebildet; und eine dritte dielektrische Schicht einschließlich eines Materials, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht, und gebildet über der zweiten dielektrischen Schicht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterspeicherbauelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben; und weiter insbesondere auf ein Halbleiterspeicherbauelement, welches mit einer dielektrischen Schicht versehen ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Für ein Halbleiterspeicherbauelement, z.B. ein DRAM-Bauelement, ist die Größe einer Speicherzellenregion zum Speichern von 1 Bit kleiner geworden, da der Grad der Integration angestiegen ist. Hier ist 1 Bit die Basiseinheit für Speicherinformationen. Die Größe eines Kondensators kann jedoch im Verhältnis zu einer Reduzierung einer Speicherzellenregion nicht reduziert werden. Dieses Ergebnis ergibt sich, da eine dielektrische Kapazität oberhalb eines bestimmten Niveaus für jede der Einheitszellen notwendig ist, um Softfehler zu verhindern und stabile Operationen aufrechtzuerhalten. Somit wird nach Untersuchungen zum Aufrechterhalten der Kapazität des Kondensators innerhalb der begrenzten Zellenregion oberhalb eines bestimmten Niveaus verlangt. Derartige Untersuchungen sind auf drei verschiedenen Wegen vorangeschritten. Der erste ist ein Verfahren zum Reduzieren der Dicke einer dielektrischen Schicht, der zweite ist ein Verfahren zum Vergrößern einer aktiven Region eines Kondensators, und der dritte ist ein Verfahren zum Verwenden einer dielektrischen Schicht mit einer hohen relativen dielektrischen Konstanten.

Unten wird das Verfahren zum Verwenden einer dielektrischen Schicht mit einer hohen relativen dielektrischen Konstanten im Detail beschrieben. Eine hauptsächlich verwendete dielektrische Schicht ist in einem herkömmlichen Kondensator umfasst eine dünne Siliziumdioxid-(SiO₂)-Schicht und eine dünne Nitridoxid (NO)-Schicht und eine dünne Oxid-Nitrid-Oxid-(ONO)-Schicht, wobei beide Siliciumnitrid (Si₃N₄) mit einer dielektrischen Konstanten verwenden, die zweifach höher ist als diejenige der dünnen SiO₂-Schicht.

Jedoch weisen die dünnen SiO₂-, NO- und ONO-Schichten niedrige dielektrische Konstanten auf. Sogar wenn die Dicke der dielektrischen Schicht reduziert ist oder die Oberflächenregion der dielektrischen Schicht vergrößert ist, existiert weiterhin eine Begrenzung für eine Erhöhung der dielektrischen Konstanten. Somit wird wesentlich eine Verwendung eines Materials mit einer hohen dielektrischen Konstanten notwendig.

Als ein Ergebnis werden Materialien, wie etwa Hafniumoxid (HfO₂), Siliziumoxynitrid (SiON), Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Strontiumtitanat (SrTiO₃) eingeführt, um die herkömmliche dielektrische Schicht in einem hochintegrierten DRAM zu ersetzen. Bei einer SiON- oder Al₂O₃-Schicht steigt ein Leckstrom schnell an, wenn die Dicke abnimmt. Daher ist es schwierig, eine dielektrische Schicht unter Verwendung von SiON oder Al₂O₃ in einer Dicke von etwa 40 Å oder darunter zu bilden.

Auf der anderen Seite kann für eine SrTiO₃-Schicht mit einer hohen dielektrischen Konstante (ε), wobei ε in einem Bereich von etwa 200 liegt, die hohe dielektrische Konstante und eine überlegene Leckstromeigenschaft sichergestellt werden, wenn sie in einer Dicke von etwa 200 Å oder darüber gebildet wird. Eine dielektrische Schicht eines Kondensators, der in einem Mikrobauelement unter 100 nm angewendet wird, muss im Allgemeinen mit einer Dicke von etwa 100 Å oder darunter gebildet werden. Wenn die SrTiO₃-Schicht jedoch in einer Dicke von etwa 100 Å oder darunter gebildet wird, werden die dielektrische Konstante und die Leckstromeigenschaft schnell verschlechtert.

Obwohl eine HfO₂-Schicht eine hohe dielektrische Konstante von 25 aufweist, kann es schwierig sein, die HfO₂-Schicht alleine anzuwenden, da die HfO₂-Schicht eine Wärmestabilitätsbegrenzung aufgrund einer niedrigen Kristallisationstemperatur aufweist, was zu einem hohen Leckstrom führt. Um eine solche Begrenzung zu überwinden, wurde herkömmlich eine Struktur eingeführt, in der eine Al₂O₃-Schicht auf der HfO₂-Schicht gebildet ist. Solch eine Struktur erzeugt jedoch einen dielektrischen Kapazitätsverlust aufgrund der niedrigen dielektrischen Konstanten (ε) von Al₂O₃ (d.h. ε = 9).

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine dielektrische Schicht zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, eine dielektrische Kapazität sicherzustellen und eine Leckstromeigenschaft zu verbessern, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterspeicherbauelement einschließlich einer dielektrischen Schicht zur Verfügung zur stellen, die in der Lage ist, eine dielektrische Konstante sicherzustellen und eine Leckstromeigenschaft zu verbessern, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine dielektrische Struktur zur Verfügung gestellt, aufweisend: eine erste dielektrische Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von etwa 25 oder darüber; eine zweite dielektrische Schicht einschließlich eines Materials mit einer Kristallisationsrate niedriger als die der ersten dielektrischen Schicht und über der ersten dielektrischen Schicht gebildet; und eine dritte dielektrische Schicht einschließlich eines Materials im Wesentlichen identisch zu dem der ersten dielektrischen Schicht und über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Struktur zur Verfügung gestellt, aufweisend: Bilden einer ersten dielektrischen Schicht mit einer dielektrischen Konstante von etwa 25 oder darüber; Bilden einer zweiten dielektrischen Schicht über der ersten dielektrischen Schicht, wobei die zweite dielektrische Schicht eine Kristallisationsrate niedriger als die der ersten dielektrischen Schicht aufweist; und Bilden einer dritten dielektrischen Schicht über der zweiten dielektrischen Schicht, wobei die dritte dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterbauelement zur Verfügung gestellt, aufweisend: ein Substrat, auf welchem eine Bodenelektrode gebildet ist; eine dielektrische Struktur, gebildet über der Bodenelektrode, wobei die dielektrische Struktur aufweist: eine erste dielektrische Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von etwa 25 oder darüber; eine zweite dielektrische Schicht einschließlich eines Materials mit einer Kristallisationsrate niedriger als die der ersten dielektrischen Schicht und über der ersten dielektrischen Schicht gebildet; und eine dritte dielektrische Schicht, einschließlich eines Materials im Wesentlichen identisch zu dem der ersten dielektrischen Schicht und über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet; und eine obere Elektrode, gebildet über der dielektrischen Struktur.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterspeicherbauelements zur Verfügung gestellt, aufweisend: Präparieren eines Substrats, auf welchem eine Bodenelektrode gebildet wird; Bilden einer dielektrischen Struktur über der Bodenelektrode, wobei das Bilden der dielektrischen Struktur aufweist: Bilden einer ersten dielektrischen Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von etwa 25 oder darüber; Bilden einer zweiten dielektrischen Schicht über der ersten dielektrischen Schicht, wobei die zweite dielektrische Schicht eine Kristallisationsrate niedriger als die der ersten dielektrischen Schicht aufweist; und Bilden einer dritten dielektrischen Schicht über der zweiten dielektrischen Schicht, wobei die dritte dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht; und Bilden einer oberen Elektrode über der dielektrischen Struktur.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterspeicherbauelement zur Verfügung gestellt, aufweisend: eine Gate-Isolationsschicht, gebildet über einem Substrat; ein Floating-Gate, gebildet über der Gate-Isolationsschicht; eine dielektrische Struktur, gebildet über dem Floating-Gate, wobei die dielektrische Struktur aufweist: eine erste dielektrische Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von etwa 25 oder darüber; eine zweite dielektrische Schicht mit einem Material mit einer Kristallisationsrate niedriger als die der ersten dielektrischen Schicht und gebildet über der ersten dielektrischen Schicht; und eine dritte dielektrische Schicht, einschließlich eines Materi als, welches im Wesentlichen identisch zu dem der ersten dielektrischen Schicht ist und über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet; und ein Steuer-Gate, gebildet über der dielektrischen Struktur.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Verfügung gestellt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterspeicherbauelements, aufweisend: Bilden einer Gate-Isolationsschicht über einem Substrat; Bilden eines Floating-Gates über der Gate-Isolationsschicht; Bilden einer dielektrischen Struktur über dem Floating-Gate, wobei das Bilden der dielektrischen Struktur aufweist: Bilden einer ersten dielektrischen Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von 25 oder darüber; Bilden einer zweiten dielektrischen Schicht über der ersten dielektrischen Schicht, wobei die zweite dielektrische Schicht eine Kristallisationsrate aufweist, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht; und Bilden einer dritten dielektrischen Schicht über der zweiten dielektrischen Schicht, wobei die dritte dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht; und Bilden eines Steuer-Gates über der dielektrischen 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 bestimmten Ausführungsformen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen vorgenommen wird, in denen:

1 ein Querschnitt ist, der eine dielektrische Struktur in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;

2 ein Graph ist, der eine Oberflächenrauheitseigenschaft einer Zirkoniumdioxid-(ZrO₂)-Schicht in Abhängigkeit verschiedener Dicken darstellt;

3 eine Halbleiterelektronenmikroskop-(SEM)-Ansicht ist, die eine Leckstromeigenschaft einer kristallinen ZrO₂-Schicht darstellt;

4 eine mikrografische Ansicht ist, die eine Oberflächenrauheit einer einzelnen in einer Dicke von etwa 80 Å gebildeten ZrO₂-Schicht darstellt;

5 eine Mikrographansicht ist, die eine Oberflächenrauheit einer in einer Stapelstruktur aus ZrO₂ (40 Å)/Aluminiumoxid (Al₂O₃) (5 Å)/ZrO₂ (40 Å) gebildeten dielektrischen Struktur in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

6 ein Flussdiagramm ist, welches ein Verfahren zum Bilden der dielektrischen Struktur darstellt, die in 1 dargestellt ist;

7 ein Querschnitt ist, der einen Kondensator in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und

8 ein Querschnitt ist, der ein nicht volatiles Speicherbauelement in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Ein Halbleiterspeicherbauelement mit einer dielektrischen Struktur und ein Verfahren zur Herstellung desselben in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind die dargestellte Dicke der Schichten und Regionen zur Verdeutlichung vergrößert dargestellt. Wenn eine erste Schicht als "auf' einer zweiten Schicht oder einem Substrat befindlich bezeichnet wird, kann dies bedeuten, dass die erste Schicht genau auf der zweiten Schicht oder dem Substrat gebildet ist, oder es kann auch bedeuten, dass eine dritte Schicht zwischen der ersten Schicht und dem Substrat existieren kann. Darüber hinaus repräsentieren identische Bezugszeichen in den bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung identische oder ähnliche Elemente.

Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.

1 ist ein Querschnitt, der eine dielektrische Struktur in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Wie in 1 dargestellt ist, schließt eine dielektrische Struktur 50 ein: eine erste dielektrische Schicht 10 mit einer dielektrischen Konstanten von 25 oder darüber; eine zweite dielektrische Schicht 20 einschließlich eines Materials, welches eine Kristallisationsrate aufweist, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht 10; und eine dritte dielektrische Schicht 30, einschließlich eines Materials, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht 10. Hier wird die zweite dielektrische Schicht 20 auf der ersten dielektrischen Schicht 10 gebildet, und die dritte dielektrische Schicht 30 wird auf der zweiten dielektrischen Schicht 20 gebildet. Hier bezieht sich die Kristallisationsrate auf die Wahrscheinlichkeit einer Schicht, durch verschiedene externe Faktoren, einschließlich Temperatur, kristallisiert zu werden. Vorzugsweise bezieht sich die in den bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschriebene Kristallisationsrate auf die Wahrscheinlichkeit einer Schicht, bei einer im Wesentlichen identischen Temperatur kristallisiert zu werden.

Wenn eine Schicht kristallisiert ist, dann steigt ein Leckstrom schnell durch eine Grenzschicht der Schicht an. Somit werden sowohl die erste dielektrische Schicht 10 als auch die dritte dielektrische Schicht 30 in einer vorbestimmten Dicke gebildet, die eine Kristallisation der Schichten in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht erlaubt. Beispielsweise wird jede der ersten dielektrischen Schicht 10 und der dritten dielektrischen Schicht 30 in einer Dicke in einem Bereich von etwa 10 Å bis etwa 70 Å gebildet.

Derzeit liegt eine Gesamtdicke der ersten, zweiten und dritten dielektrischen Schicht 10, 20 und 30 in einem Bereich von etwa 70 Å bis etwa 100 Å. Jede der ersten dielektrischen Schicht 10 und der dritten dielektrischen Schicht 30 ist gebildet durch Verwenden eines Stoffes, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Hafniumoxid (HfO₂), Lanthanoxid (La₂O₃) und Tantaloxid (Ta₂O₅) besteht. Vorzugsweise ist jede der ersten dielektrischen Schicht 10 und der dritten dielektrischen Schicht 30 durch Verwenden von ZrO₂ in einer Dicke in einem Bereich von etwa 35 Å bis 45 Å gebildet.

Die zweite dielektrische Schicht 20 ist auch mit einem Material gebildet, welches eine niedrigere dielektrische Konstante aufweist als die der ersten dielektrischen Schicht 10, oder einem Material, kristallisiert bei einer Temperatur von etwa 900°C oder darüber. Beispielsweise wird die zweite dielektrische Schicht 20 durch einen Stoff gebildet, bei der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumdioxid (SiO₂) und Ta₂O₅ besteht. Vorzugsweise wird die zweite dielektrische Schicht 20 in einer Dicke in einem Bereich von etwa 3 Å bis 10 Å gebildet.

Demzufolge weist die dielektrische Struktur 50 eine gestapelte Struktur aus drei Schichten in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf. Die drei Schichten beziehen sich auf die erste dielektrische Schicht 10 und die dritte dielektrische Schicht 30, beide das im Wesentlichen identische Material aufweisend, und die zweite dielektrische Schicht 20, die ein Material aufweist, welches sich von dem der ersten dielektrischen Schicht 10 und der dritten dielektrischen Schicht 30 unterscheidet, gebildet zwischen der ersten dielektrischen Schicht 10 und der dritten dielektrischen Schicht 30. Beispielsweise weist die dielektrische Struktur 50 eine Struktur auf von ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂ oder von HfO₂/Al₂O₃/HfO₂ auf. Höchst bevorzugt weist die dielektrische Struktur 50 eine gestapelte Struktur aus ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂ auf. Dieses Ergebnis liegt vor, da eine Bandlückeneigenschaft von HfO₂ der von ZrO₂ unterlegen ist und somit eine Leckstromeigenschaft in HfO₂ verschlechtert ist. Auf die Tabelle 1 unten Bezug nehmend, beträgt das Bandlückenenergieniveau von HfO₂ 5, 7, niedriger als das Bandlückenenergieniveau von ZrO₂ mit 7, 8.

[Tabelle 1]

Hier wird ZrO₂ in einer vorbestimmten Dicke gebildet, die keine Kristallisation von ZrO₂ erlaubt, d.h. in einer Dicke von etwa 40 Å, und Al₂O₃ wird im Wesentlichen dünner als ZrO₂ gebildet, d.h. in einer Dicke von etwa 5 Å.

Eine als Referenz herangezogene dielektrische Schicht mit hohem k, wie etwa eine ZrO₂-Schicht, kristallisiert bei einer bestimmten Temperatur. Wie in 2 dargestellt ist, steigt insbesondere eine Oberflächenrauheit von ZrO₂ rapide an, wenn sie in einer Dicke von etwa 50 Å oder darüber gebildet ist. Solch ein Anstieg der Oberflächenrauheit wird verursacht durch Kristallisation von ZrO₂. Dieses Ergebnis zeigt, dass ein Leckstrom ansteigt, wenn ZrO₂ in einer Dicke von etwa 50 Å oder darüber gebildet wird. D.h., wie in 3 dargestellt ist, dass der Leckstrom entlang einer partiell kristallisierten Korngrenze von ZrO₂ fließt.

Daher wird in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jede der ersten dielektrischen Schicht 10 und der dritten dielektrischen Schicht 30 mit einer vorbestimmten Dicke gebildet, die keine Kristallisation der Schichten erlaubt, d.h. in einer Dicke in einem Bereich von etwa 35 bis etwa 45 Å, und die zweite dielektrische Schicht 20, einschließlich eines Materials, welches sich von dem der ersten dielektrischen Schicht 10 und der dritten dielektrischen Schicht 30 unterscheidet, wird zwischen der ersten dielektrischen Schicht 10 und der dritten dielektrischen Schicht 30 gebildet. Hier befindet sich die zweite dielektrische Schicht 20 in einem nicht kristallisierten Zustand. Durch diese Prozesse wird die dielektrische Struktur 50 sogar auch während eines nachfolgenden thermischen Prozesses nicht kristallisiert. Daher kann eine Leckstromeigenschaft der dielektrischen Struktur 50 verbessert werden.

4 ist eine mikrografische Ansicht, die eine Oberflächenrauheit einer einzelnen ZrO₂-Schicht darstellt, gebildet mit einer Dicke von etwa 80 Å. 5 ist eine mikrografische Ansicht, eine Oberflächenrauheit einer dielektrischen Struktur mit einer gestapelten Struktur aus ZrOz/Al₂O₃/ZrO₂, jeweils in einer Dicke von 40 Å, 5 Å bzw. 40 Å gebildet, in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustrierend. Somit kann der Leckstrom der dielektrischen Struktur 50 insgesamt reduziert werden.

Im Folgenden wird kurz ein Verfahren zur Herstellung der dielektrischen Struktur 50, die in 1 dargestellt ist, beschrieben. Das Verfahren in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: Bilden der ersten dielektrischen Schicht 10 mit einer dielektrischen Konstanten von 25 oder darüber; Bilden der zweiten dielektrischen Schicht 20 mit einer Kristallisationsrate niedriger als die der ersten dielektrischen Schicht 10 bei einer im Wesentlichen identischen Temperatur; und Bilden der dritten dielektrischen Schicht 30 einschließlich eines Materials, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht 10. Hier wird die zweite dielektrische Schicht 20 auf der ersten dielektrischen Schicht 10 gebildet, und die dritte dielektrische Schicht 30 wird auf der zweiten dielektrischen Schicht 20 gebildet.

Die erste dielektrische Schicht 10 und die dritte dielektrische Schicht 30 werden jeweils in einer vorbestimmten Dicke gebildet, die keine Kristallisation dieser Schichten erlaubt. Vorzugsweise ist sowohl die erste dielektrische Schicht 10 als auch die dritte dielektrische Schicht 30 jeweils mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 10 Å bis etwa 70 Å gebildet.

Darüber hinaus wird auch sowohl die erste dielektrische Schicht 10 als auch die dritte dielektrische Schicht 30 gebildet durch Verwenden eines Stoffes, der aus gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus ZrO₂, HfO₂, La₂O₃ und Ta₂O₅. Vorzugsweise wird sowohl die erste dielektrische Schicht 10 als auch die dritte dielektrische Schicht 30 durch Verwenden von ZrO₂ in einer Dicke in einem Bereich von etwa 35 Å bis etwa 45 Å gebildet.

Darüber hinaus wird sowohl die erste dielektrische Schicht 10 als auch die dritte dielektrische Schicht 30 durch Verwenden eines atomaren Dampfabscheidungs-(ALD)-Verfahrens oder eines chemischen Dampfabscheidungs-(CVD)-Verfahrens gebildet. Wenn sowohl die erste dielektrische Schicht 10 als auch die dritte dielektrische Schicht 30 durch Verwenden des ALD-Verfahrens gebildet werden, wird hier Wasser (H₂O), Ozon (O₃) oder Sauerstoffplasma als ein Oxidationsreaktionsgas verwendet, und es wird Stickstoff (N₂) oder Argon (Ar) als ein Ausblasgas zum Ausblasen nicht reagierten Gases verwendet.

Die zweite dielektrische Schicht 20 wird mit einem Material gebildet, welches eine dielektrische Konstante aufweist, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht 10, oder einem Material, welches bei einer Temperatur von etwa 900°C oder darüber kristallisiert. Die zweite dielektrische Schicht 20 wird durch Verwenden eines Stoffes gebildet, welcher ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Al₂O₃, SiO₂ und Ta₂O₅. Vorzugsweise wird die zweite dielektrische Schicht 20 durch Verwenden von Al₂O₃ in einer Dicke in einem Bereich von etwa 3 Å bis etwa 10 Å gebildet.

Darüber hinaus wird die zweite dielektrische Schicht 20 durch Verwenden eines ALD-Verfahrens gebildet. Hier wird dann, wenn die zweite dielektrische Schicht 20 durch Verwenden der ALD-Methode gebildet wird, H₂O, O₃ oder Sauerstoffplasma als ein Oxidationsreaktionsgas verwendet, und es wird N₂ oder Ar als ein Ausblasgas zum Ausblasen nicht reagierten Gases verwendet.

Das obige Bilden der ersten dielektrischen Schicht 10, der zweiten dielektrischen Schicht 20 und der dritten dielektrischen Schicht 30 kann entweder in der gleichen Kammer, d.h. in-situ, ausgeführt werden oder in zwei verschiedenen Kammern ausgeführt werden, eine Kammer zum Bilden der ersten dielektrischen Schicht 10 und der dritten dielektrischen Schicht 30 und die andere Kammer zum Bilden der zweiten dielektrischen Schicht 20. Wenn die erste dielektrische Schicht 10, die zweite dielektrische Schicht 20 und die dritte dielektrische Schicht 30 in der gleichen Kammer gebildet werden, dann wird der Prozess bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 200°C bis etwa 350°C durchgeführt.

6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Struktur in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der dielektrischen Struktur detaillierter beschrieben, basierend auf dem Flussdiagramm. Hier wird nur das Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Struktur mit einer ideal gestapelten Struktur aus ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂ (siehe 5) zur Vereinfachung der Beschreibung beschrieben.

Wie in 6 dargestellt ist, wird eine ZrO₂-Schichtbildung durchgeführt, um eine erste dielektrische Schicht zu bilden. Die ZrO₂-Schichtbildung geschieht wie folgt. Es wird ein Zirkonium-(Zr)-Quellengas, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Zr[N(CH₃)₂]₄, Zr[N(C₂H₅)(CH₃)]₄, Zr[N(C₂H₅)₂]₄, Zr(TMHD)₄, Zr(OiC₃H₇)₃(TMHD), Zr(OtBu)₄ und Zr(OtBu)(C₂H₅CH₃)₃ besteht, innerhalb einer Kammer einer ALD-Ausrüstung implantiert, um Zr auf einem (nicht dargestellten) Wafer bei Schritt S10 abzuscheiden. Hierbei wird eine Temperatur in einem Bereich von etwa 200°C bis etwa 350°C innerhalb der Kammer aufrechterhalten. Anschließend wird N₂-(oder Ar)-Gas innerhalb der Kammer implantiert, um das verbleibende Zr-Quellengas aus der Kammer in Schritt S11 auszublasen, welches nicht abgelagert wurde. Als nächstes wird O₃ (oder H₂O oder Sauerstoffplasma) innerhalb der Kammer implantiert, um das abgeschiedene Zr zu oxidieren, wodurch eine ZrO₂-Schicht als die erste dielektrische Schicht in Schritt S12 gebildet wird. Dann wird N₂-Gas einmal mehr innerhalb der Kammer implantiert, um jegliches nicht reagiertes O₃ in Schritt S13 auszublasen.

Die Schritte S10 bis S13 werden als ein Zyklus T_Zr durchgeführt, und der Zyklus T_Zr wird wiederholt durchgeführt, bis eine Dicke T₁ der ZrO₂-Schicht etwa 40 Å erreicht. Der Grund zum Begrenzen der Dicke T₁ der ZrO₂-Schicht auf etwa 40 Å liegt hier darin, eine Kristallisation der ZrO₂-Schicht zu verhindern. Beispielsweise ist es für eine ZrO₂-Schicht leicht, kristallisiert zu werden, wenn sie in einer Dicke von etwa 50 Å oder dicker gebildet wird. Während eines T_Zr Zyklus erreicht die Dicke T₁ der ZrO₂-Schicht etwa 1 Å. Daher kann die ZrO₂-Schicht in einer Dicke in der Nähe von etwa 40 Å durch etwa 40-maliges Wiederholen des Zyklus T_Zr gebildet werden.

Anschließend wird eine Al₂O₃-Schichtbildung durchgeführt, um eine zweite dielektrische Schicht zu bilden. Die Al₂O₃-Schichtbildung geschieht wie folgt. Ein Al(CH₃)₃-Quellengas wird innerhalb der Kammer implantiert, um Aluminium (Al) auf der ZrO₂-Schicht in situ in Schritt S15 abzuscheiden. Hier kann der Schritt S15 durchgeführt werden, indem zwei verschiedene Kammern verwendet werden, eine zum Bilden der ZrO₂-Schicht und die andere zum Bilden der Al₂O₃-Schicht. Anschließend wird N₂-(oder Ar-)-Gas innerhalb der Kammer implantiert, um das verbleibende Al-Quellengas aus der Kammer im Schritt S16 auszublasen, welches nicht abgelagert wurde. Als nächstes wird O₃ (oder H₂O oder Sauerstoffplasma) innerhalb der Kammer implantiert, um das abgeschiedene Al zu oxidieren, wodurch eine Al₂O₃-Schicht als die zweite dielektrische Schicht im Schritt S17 gebildet wird. Dann wird N₂-Gas innerhalb der Kammer implantiert, um im Schritt S18 jegliches nicht reagiertes O₃ auszublasen.

Die Schritte S15 bis S18 werden als ein Zyklus T_Al durchgeführt, und der Zyklus T_Al wird wiederholt durchgeführt, bis eine Dicke T₂ der Al₂O₃-Schicht etwa 5 Å erreicht. Während eines Zyklus T_Al erreicht die Dicke T₂ der Al₂O₃-Schicht etwa 1 Å. Daher kann die Al₂O₃-Schicht mit einer Dicke in der Nähe von etwa 5 Å durch 5-maliges Wiederholen des Zyklus T_Al gebildet werden.

Darüber hinaus werden die Schritte S10 bis S14 einmal mehr durchgeführt, um eine weitere ZrO₂-Schicht zu bilden, identisch zu der ersten dielektrischen Schicht, als eine dritte dielektrische Schicht im Schritt S20. Demzufolge wird die letztere ZrO₂-Schicht mit einer Dicke von etwa 40 Å gebildet.

Wenn darüber hinaus eine Gesamtdicke T_final der ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂-Struktur kleiner ist als eine Zieldicke T_Ziel dann wird der Zyklus T_Zr für die ZrO₂-Schichtbildung für einen Zeitpunkt in Schritt S22 einmal wiederholt durchgeführt. Hier bezieht sich die Zieldicke T_Ziel auf eine vorbestimmte Dicke zum Sicherstellen einer dielektrischen Kapazität. Schritt S21 und Schritt S22 werden wiederholt durchgeführt, bis die gesamte Dicke T_final der ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂-Struktur im Wesentlichen identisch zu der Zieldicke T_Ziel wird. Hier liegt die Zieldicke T_Ziel bei etwa 80 Å und somit wird der Schritt S22 nicht wiederholt. In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die dielektrische Struktur mit einer Dicke von etwa 80 Å gebildet und somit kann die dielektrische Kapazität der dielektrischen Struktur sichergestellt werden.

Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.

Die dielektrische Struktur in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Allgemeinen auf einen Kondensator eines dynamischen Direktzugriffsspeichers (DRAM) angewendet werden. 7 ist ein Querschnitt, der einen Kondensator illustriert, der in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet worden ist, wobei die zweite Ausführungsform ein Beispiel ist, bei der die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wurde. Hier ist ein Kondensator vom Stapeltyp zur Erleichterung der Beschreibung dargestellt. Der Kondensator vom Stapeltyp ist jedoch eines von vielen Beispielen einer Anwendung. Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf einen konkaven Typ oder einen Zylindertypkondensator angewendet werden.

Gemäß 7 schließt der Kondensator in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein: ein Substrat 100, auf welchem vorbestimmte Prozesse, einschließlich Transistor- und Bitleitungsformation vervollständigt werden; ein Zwischenschichtdielektrikum (ILD) 110, gebildet über Bitleitungen auf dem Substrat 100; eine Bodenelektrode 120, gebildet über dem ILD 110; eine dielektrische Struktur 160, gebildet in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und eine obere Elektrode 170, gebildet über der dielektrischen Struktur 160.

Hier schließt die dielektrische Struktur 160 eine erste dielektrische Schicht 130 und eine dritte dielektrische Schicht 150 ein, jeweils gebildet mit einem im Wesentlichen identischen Material, und eine zweite dielektrische Schicht 140, gebildet mit einem Material, welches sich von dem der ersten dielektrischen Schicht 130 und dem der dritten dielektrischen Schicht 150 unterscheidet. Hier ist die zweite dielektrische Schicht 140 zwischen der ersten dielektrischen Schicht 130 und der dritten dielektrischen Schicht 150 gebildet. Da die dielektrische Struktur 160 eine Konfiguration aufweist, die im Wesentlichen identisch ist zu der in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschriebenen, werden detaillierte Beschreibungen mit Bezug auf die Konfigurationsmaterialien der dielektrischen Struktur 160 hier weggelassen.

Hier wird die Bodenelektrode 120 durch Verwenden eines Stoffes gebildet, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus dotiertem Polysilizium, Titannitrid (TiN), Ruthenium (Ru), Rutheniumdioxid (RuO₂), Platin (Pt), Iridium (Ir), Iridiumdioxid (IrO₂), RuTiN, Hafniummononitrid (HfN) und Zirkoniummononitrid (ZrN) besteht.

Auch wird die obere Elektrode 170 durch Verwenden eines Stoffes gebildet, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus dotiertem Polysilizium, TiN, Ru, RuO₂, Pt, Ir, IrO₂ und RuTiN besteht.

Im Folgenden wird ein Verfahren zum Bilden des in 7 dargestellten Kondensators im Detail beschrieben.

Das ILD 110 wird über dem Substrat 100, Transistoren und Bitleitungen gebildet. Derzeit wird das ILD 110 durch Verwenden eines Oxid-basierten Materials gebildet. Beispielsweise wird das ILD 110 durch Verwenden eines Stoffes gebildet, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einer hochdichten Plasma-(HDP)-Oxidschicht, einer Bor-Phosphorsilicatglas-(BPSG)-Schicht, einer Phosphorsilicatglas-(PSG)-Schicht, einer plasmaverstärkten Tetraethylorthosilicat-(PETEOS)-Schicht, einer plasmaverstärkten chemische-Dampfabscheidungs-(PECVD)-Schicht, einer undotierten Silicatglas-(USG)-Schicht, einer fluorinierten Silicatglas-(FSG)-Schicht, einer kohlenstoffdotierten Oxid-(CDO)-Schicht, einer organischen Silicatglas-(OSG)-Schicht und aus einer Kombination derselben besteht.

Anschließend wird ein (nicht dargestelltes) Kontaktloch durch Ätzen eines vorbestimmten Abschnittes des ILD 110 durch Ausführen eines Maskierungsprozesses und eines Ätzprozesses gebildet, einen Abschnitt des Substrats 100 exponierend. Dann wird ein Pfropfenmaterial über der resultierenden obigen Substratstruktur gebildet, das Kontaktloch füllend. Als nächstes wird ein Zurückätzprozess oder ein chemisch-mechanischer Polier-(CMP)-Prozess ausgeführt, um einen (nicht dargestellten) Kontaktpfropfen zu bilden, der in dem Kontaktloch vergraben ist.

Darüber hinaus wird die Bodenelektrode 120 über dem Kontaktpfropfen und dem ILD 110 gebildet. Hier wird die Bodenelektrode 120 durch Verwenden eines Verfahrens gebildet, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einem Sputterverfahren, einem ALD-Verfahren und einem CVD-Verfahren besteht. Vorzugsweise wird die Bodenelektrode 120 durch Verwenden eines Stoffes gebildet, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus dotiertem Polysilizium, TiN, Ru, RuO₂, Pt, Ir, IrO₂, RuTiN, HfN und ZrN, besteht, unter Verwendung des ALD-Verfahrens.

Darüber hinaus wird die dielektrische Struktur 160 über der Bodenelektrode 120 durch Bilden der ersten dielektrischen Schicht 130 und der dritten dielektrischen Schicht 150 gebildet, und Bilden der zweiten dielektrischen Schicht 140 zwischen der ersten dielektrischen Schicht 130 und der dritten dielektrischen Schicht 150. Hier ist sowohl die erste dielektrische Schicht 130 als auch die dritte dielektrische Schicht 150 mit einer vorbestimmten Dicke gebildet, die eine Kristallisation der Schichten nicht erlaubt, d.h.. mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 10 Å bis etwa 70 Å. Vorzugsweise wird sowohl die erste dielektrische Schicht 130 als auch die dritte dielektrische Schicht 150 mit ZrO₂ mit einer Dicke von etwa 40 Å gebildet. Auch wird die zweite dielektrische Schicht 140 mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 3 Å bis etwa 10 Å durch Verwenden einer nicht kristallisierten dielektrischen Schicht gebildet. Vorzugsweise wird die zweite dielektrische Schicht 140 mit Al₂O₃ in einer Dicke von etwa 5 Å gebildet.

Als nächstes wird ein thermischer Prozess ausgeführt, um die dielektrische Struktur 160 zu verdichten. Hier wird die nicht kristallisierte dielektrische Struktur 160 während des thermischen Prozesses nicht kristallisiert, wodurch eine Erzeugung eines Leckstroms reduziert werden kann.

Anschließend wird die obere Elektrode 170 über der dritten dielektrischen Schicht 150 gebildet. Hier wird die obere Elektrode 170 durch Verwenden eines Verfahrens gebildet, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus einem Sputterverfahren, einem ALD-Verfahren und einem CVD-Verfahren besteht. Vorzugsweise wird die obere Elektrode 170 mit einem Stoff gebildet, der ausge wählt ist aus der Gruppe, die aus dotiertem Polysilizium, TiN, Ru, RuO₂, Pt, Ir, IrO₂ und RuTiN besteht, unter Verwendung des ALD-Verfahrens.

Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.

Eine dielektrische Schicht in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf eine dielektrische Inter-Poly-(IPD)-Struktur oder auf eine Inter-Poly-Oxid-(IPO)-Struktur in einem nicht volatilen Speicherbauelement angewendet werden. 8 ist ein Querschnitt, der ein nicht volatiles Speicherbauelement illustriert, welches in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist, wobei die dritte Ausführungsform ein Beispiel ist, auf welche die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet ist.

Das nicht volatile Speicherbauelement weist auf: ein Substrat 200; auf welchem eine Gate-Isolationsschicht 210 gebildet ist; ein Floating-Gate 220, gebildet über einen vorbestimmten Abschnitt der Gate-Isolationsschicht 210; eine dielektrische Struktur 260, gebildet in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und ein Steuer-Gate 270, gebildet über der dielektrischen Struktur 260. Hier weist die dielektrische Struktur 260 eine Konfiguration auf, die im Wesentlichen identisch ist zu derjenigen, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. D.h., dass die dielektrische Struktur 260 eine erste dielektrische Schicht 230 und eine dritte dielektrische Schicht 250 aufweist, jeweils mit einem im Wesentlichen identischen Material gebildet, und eine zweite dielektrische Struktur 240, gebildet mit einem Material, welches sich von dem der ersten dielektrischen Schicht 230 und der dritten dielektrischen Schicht 250 unterscheidet. Hier ist die zweite dielektrische Schicht 240 zwischen der ersten dielektrischen Schicht 230 und der dritten dielektrischen Schicht 250 gebildet. Da die dielektrische Struktur 260 die Konfiguration aufweist, die im Wesentlichen identisch ist zu der, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, werden detaillierte Beschreibungen mit Bezug auf Konfigurationsmaterialien der dielektrischen Struktur 260 hier weggelassen.

Gemäß 8 weist ein Verfahren zur Herstellung des nicht volatilen Speicherbauelements auf: Bilden der Gate-Isolationsschicht 210 über dem Substrat 200; Bilden des Floating-Gate 220 über dem vorbestimmten Abschnitt der Gate-Isolationsschicht 210; Bilden der dielektrischen Struktur 260 über dem Floating-Gate 220; und Bilden des Steuer-Gates 270 über der dielektrischen Struktur 260.

In Übereinstimmung mit den bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Kristallisation einer dielektrischen Struktur verhindert werden durch: Bilden der ersten dielektrischen Schicht und der dritten dielektrischen Schicht, jeweils aus einem im Wesentlichen identischen Material; und Einschieben der zweiten dielektrischen Schicht mit einer Kristallisationsrate niedriger als die der ersten dielektrischen Schicht und der dritten dielektrischen Schicht, zwischen die erste dielektrische Schicht und die dritte dielektrische Schicht. Hier wird die zweite dielektrische Schicht gebildet durch Verwenden eines Materials, welches sich von dem der ersten dielektrischen Schicht und der dritten dielektrischen Schicht unterscheidet. Somit kann die Leckstromeigenschaft einer dielektrischen Schicht mit hohem k mit einer hohen dielektrischen Konstanten verbessert werden.

Darüber hinaus kann in Übereinstimmung mit den bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die dielektrische Kapazität der dielektrischen Struktur gesichert werden durch Erfüllen der Zieldicke der finalen dielektrischen Struktur durch: Bilden der ersten dielektrischen Schicht und der dritten dielektrischen Schicht mit einer vorbestimmten Dicke, die keine Kristallisation der Schichten erlaubt; und Bilden der zweiten dielektrischen Schicht zwischen der ersten und der dritten dielektrischen Schicht mit einer viel kleineren Dicke als die der ersten dielektrischen Schicht und der dritten dielektrischen Schicht.

Daher kann die dielektrische Kapazität sichergestellt werden und es kann die Leckstromeigenschaft in der dielektrischen Schicht mit hohem k verbessert werden. Darüber hinaus kann die dielektrische Kapazität sichergestellt werden und die Leckstromeigenschaft kann in dem Kondensator verbessert werden. Auch kann die Leckstromeigenschaft des nicht volatilen Speicherbauelements verbessert werden.

Die vorliegende Anmeldung enthält Gegenstände, die sich auf die Koreanische Patentanmeldung Nr. KR 2005-0083692, angemeldet beim Koreanischen Patentamt am 8. September 2005, beziehen, wobei die gesamten Inhalte derselben hierdurch in Bezugnahme mitaufgenommen werden.

Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist für die Fachleute der Technik klar, 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 Struktur, aufweisend: eine erste dielektrische Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von etwa 25 oder darüber; eine zweite dielektrische Schicht, einschließlich einem Material mit einer Kristallisationsrate niedriger als die der ersten dielektrischen Schicht und gebildet über der ersten dielektrischen Schicht; und eine dritte dielektrische Schicht, einschließlich einem Material im Wesentlichen identisch zu dem der ersten dielektrischen Schicht und gebildet über der zweiten dielektrischen Schicht.
Dielektrische Struktur nach Anspruch 1, wobei die erste dielektrische Schicht und die dritte dielektrische Schicht jeweils mit einer vorbestimmten Dicke gebildet werden, die eine Kristallisation der ersten dielektrischen Schicht und der dritten dielektrischen Schicht nicht erlaubt.
Dielektrische Struktur nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Dicke zwischen etwa 10 Å bis etwa 70 Å liegt.
Dielektrische Struktur nach Anspruch 2, wobei sowohl die erste dielektrische Schicht als auch die dritte dielektrische Schicht jeweils einen Stoff aufweisen, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Hafniumoxid (HfO₂), Lanthanoxid (La₂O₃) und Tantaloxid (Ta₂O₅) besteht.
Dielektrische Struktur nach Anspruch 4, wobei eine Gesamtdicke der ersten dielektrischen Schicht, der zweiten dielektrischen Schicht und der dritten dielektrischen Schicht zwischen etwa 70 Å und etwa 100 Å liegt.
Dielektrische Struktur nach Anspruch 5, wobei die ZrO₂-Schicht mit einer Dicke von etwa 35 Å bis etwa 45 Å gebildet ist.
Dielektrische Struktur nach Anspruch 1, wobei die zweite dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches eine Kristallisationsrate aufweist, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht bei einer im Wesentlichen identischen Temperatur.
Dielektrische Struktur nach Anspruch 1, wobei die zweite dielektrische Schicht eine dielektrische Konstante aufweist, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht.
Dielektrische Struktur nach Anspruch 8, wobei die zweite dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches bei einer Temperatur von etwa 900°C oder darüber kristallisiert.
Dielektrische Struktur nach Anspruch 1, wobei die zweite dielektrische Schicht einen Stoff aufweist, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumdioxid (SiO₂) und Ta₂O₅ besteht.
Dielektrische Struktur nach Anspruch 1, wobei die zweite dielektrische Schicht mit einer Dicke von etwa 3 Å bis etwa 10 Å gebildet ist.
Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Struktur, aufweisend: Bilden einer ersten dielektrischen Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von etwa 25 oder darüber; Bilden einer zweiten dielektrischen Schicht über der ersten dielektrischen Schicht, wobei die zweite dielektrische Schicht eine Kristallisationsrate aufweist, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht; und Bilden einer dritten dielektrischen Schicht über der zweiten dielektrischen Schicht, wobei die dritte dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste dielektrische Schicht und die dritte dielektrische Schicht jeweils mit einer vorbestimmten Dicke gebildet werden, die eine Kristallisation der ersten dielektrischen Schicht und der dritten dielektrischen Schicht nicht erlaubt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die vorbestimmte Dicke zwischen etwa 10 Å und etwa 70 Å liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei sowohl die erste dielektrische Schicht als auch die dritte dielektrische Schicht einen Stoff aufweist, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus ZrO₂, HfO₂, La₂O₃ und Ta₂O₅ besteht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die ZrO₂-Schicht mit einer Dicke zwischen etwa 35 Å bis etwa 45 Å gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bilden der ersten dielektrischen Schicht und das Bilden der dritten dielektrischen Schicht ein Ausführen eines atomaren Schichtabscheidungs-(ALD)-Verfahrens oder eines chemischen Dampfabscheidungs-(CVD)-Verfahrens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bilden der ZrO₂-Schicht ein Zirkonium-(Zr)-Quellengas verwendet, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Zr[N(CH₃)₂]₄, Zr[N(C₂H₅)(CH₃))₄, Zr[N(C₂H₅)₂]₄, Zr(TMHD)₄, Zr(OiC₃H₇)₃(TMHD), Zr(OtBu)₄ und Zr(OtBu)(C₂H₅CH₃)₃ besteht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bilden der ersten dielektrischen Schicht und das Bilden der dritten dielektrischen Schicht, jeweils das ALD-Verfahren verwendend, eine Verwendung eines Oxidationsreaktionsgases umfasst, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasser (H₂O), Ozon (O₃) und Sauerstoffplasma besteht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bilden der ersten dielektrischen Schicht und das Bilden der dritten dielektrischen Schicht, jeweils das ALD-Verfahren verwendend, ein Verwenden von Stickstoff (N₂) oder Argon (Ar) als ein Ausblasgas zum Ausblasen von nicht reagiertem Gas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bilden der zweiten dielektrischen Schicht das Aufweisen eines Materials umfasst, welches eine Kristallisationsrate aufweist, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht bei einer im Wesentlichen identischen Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite dielektrische Schicht eine dielektrische Konstante aufweist, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die zweite dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches bei einer Temperatur von etwa 900°C oder darüber kristallisiert.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite dielektrische Schicht einen Stoff aufweist, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Al₂O₃, SiO₂ und Ta₂O₅ besteht.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite dielektrische Schicht mit einer Dicke zwischen etwa 3 Å und etwa 10 Å gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Bilden der zweiten dielektrischen Schicht ein Verwenden eines ALD-Verfahrens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Bilden der zweiten dielektrischen Schicht, ein ALD-Verfahren verwendend, eine Verwendung eines Oxidationsreaktionsgases umfasst, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus H₂O, O₃ und Sauerstoffplasma besteht.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Bilden der zweiten dielektrischen Schicht unter Verwendung des ALD-Verfahrens eine Verwendung von N₂ oder Ar als ein Ausblasgas zum Ausblasen von nicht reagiertem Gas aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei sowohl das Bilden der ersten dielektrischen Schicht, das Bilden der zweiten dielektrischen Schicht als auch das Bilden der dritten dielektrischen Schicht in einer im Wesentlichen identischen Kammer durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei sowohl das Bilden der ersten dielektrischen Schicht, das Bilden der zweiten dielektrischen Schicht und das Bil den der dritten dielektrischen Schicht in einer im Wesentlichen identischen Kammer bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 200°C bis etwa 350°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei sowohl das Bilden der ersten dielektrischen Schicht, das Bilden der zweiten dielektrischen Schicht als auch das Bilden der dritten dielektrischen Schicht in verschiedenen Kammern durchgeführt wird, einschließlich einer ersten Kammer zum Bilden der ersten und dritten dielektrischen Schichten und einer zweiten Kammer zum Bilden der zweiten dielektrischen Schicht.
Halbleiterspeicherbauelement, aufweisend: ein Substrat, auf welchem eine Bodenelektrode gebildet ist; eine über der Bodenelektrode gebildete dielektrische Struktur, wobei die dielektrische Struktur aufweist: eine erste dielektrische Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von etwa 25 oder darüber; eine zweite dielektrische Schicht einschließlich eines Materials mit einer Kristallisationsrate niedriger als die der ersten dielektrischen Schicht und über der ersten dielektrischen Schicht gebildet; und eine dritte dielektrische Schicht einschließlich eines Materials, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht und über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet ist; und eine über der dielektrischen Struktur gebildete obere Elektrode.
Halbleiterspeicherbauelement nach Anspruch 32, wobei die Bodenelektrode einen Stoff aufweist, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus dotiertem Polysilizium, Titannitrid (TiN), Ruthenium (Ru), Rutheniumdioxid (RuO₂), Platin (Pt), Iridium (Ir), Iridiumdioxid (IrO₂), RuTiN, Hafniummononitrid (HfN) und Zirkoniummononitrid (ZrN) besteht.
Halbleiterspeicherbauelement nach Anspruch 32, wobei die obere Elektrode einen Stoff aufweist, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus dotiertem Polysilizium, TiN, Ru, RuO₂, Pt, Ir, IrO₂ und RuTiN besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterspeicherbauelements, aufweisend: Präparieren eines Substrats, auf welchem eine Bodenelektrode gebildet ist; Bilden einer dielektrischen Struktur über der Bodenelektrode, wobei das Bilden der dielektrischen Struktur aufweist: Bilden einer ersten dielektrischen Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von etwa 25 oder darüber; Bilden einer zweiten dielektrischen Schicht über der ersten dielektrischen Schicht, wobei die zweite dielektrische Schicht eine Kristallisationsrate aufweist, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht; und Bilden einer dritten dielektrischen Schicht über der zweiten dielektrischen Schicht, wobei die dritte dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht; und Bilden einer oberen Elektrode über der dielektrischen Struktur.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Bodenelektrode einen Stoff aufweist, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus dotiertem Polysilizium, TiN, Ru, RuO₂, Pt, Ir, IrO₂, RuTiN, HfN und ZrN besteht.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Bilden der Bodenelektrode ein Verwenden eines Verfahrens aufweist, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Sputterverfahren, einem ALD-Verfahren und einem CVD-Verfahren besteht.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die obere Elektrode einen Stoff aufweist, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus dotiertem Polysilizium, TiN, Ru, RuO₂, Pt, Ir, IrO₂ und RuTiN besteht.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Bilden der oberen Elektrode ein Verwenden eines Verfahrens aufweist, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Sputterverfahren, einem ALD-Verfahren und einem CVD-Verfahren besteht.
Halbleiterspeicherbauelement, aufweisend: eine über einem Substrat gebildete Gate-Isolationsschicht; ein über der Gate-Isolationsschicht gebildetes Floating-Gate; eine über dem Floating-Gate gebildete dielektrische Struktur, wobei die dielektrische Struktur aufweist: eine erste dielektrische Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von etwa 25 oder darüber; eine zweite dielektrische Schicht, einschließlich eines Materials mit einer Kristallisationsrate, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht und über der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist; und eine dritte dielektrische Schicht, einschließlich eines Materials, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht, und gebildet über der zweiten dielektrischen Schicht; und ein über der dielektrischen Struktur gebildetes Steuer-Gate.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterspeicherbauelements, aufweisend: Bilden einer Gate-Isolationsschicht über einem Substrat; Bilden eines Floating-Gates über der Gate-Isolationsschicht; Bilden einer dielektrischen Struktur über dem Floating-Gate, wobei das Bilden der dielektrischen Struktur aufweist: Bilden einer ersten dielektrischen Schicht mit einer dielektrischen Konstanten von 25 oder darüber; Bilden einer zweiten dielektrischen Schicht über der ersten dielektrischen Schicht, wobei die zweite dielektrische Schicht eine Kristallisationsrate aufweist, die niedriger ist als die der ersten dielektrischen Schicht; und Bilden einer dritten dielektrischen Schicht über der zweiten dielektrischen Schicht, wobei die dritte dielektrische Schicht ein Material aufweist, welches im Wesentlichen identisch ist zu dem der ersten dielektrischen Schicht; und Bilden eines Steuer-Gates über der dielektrischen Struktur.