DE10243468A1 - Verfahren zum Kristallisieren von Metalloxid-Dielektrikum-Schichten bei niedriger Temperatur - Google Patents
Verfahren zum Kristallisieren von Metalloxid-Dielektrikum-Schichten bei niedriger TemperaturInfo
- Publication number
- DE10243468A1 DE10243468A1 DE10243468A DE10243468A DE10243468A1 DE 10243468 A1 DE10243468 A1 DE 10243468A1 DE 10243468 A DE10243468 A DE 10243468A DE 10243468 A DE10243468 A DE 10243468A DE 10243468 A1 DE10243468 A1 DE 10243468A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- dielectric layer
- metal oxide
- layer
- plasma
- amorphous metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title claims abstract description 34
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 title description 14
- 239000005300 metallic glass Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 6
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 5
- CZXRMHUWVGPWRM-UHFFFAOYSA-N strontium;barium(2+);oxygen(2-);titanium(4+) Chemical group [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Sr+2].[Ba+2] CZXRMHUWVGPWRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VKJLWXGJGDEGSO-UHFFFAOYSA-N barium(2+);oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Ba+2] VKJLWXGJGDEGSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 13
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 9
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 7
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004200 TaSiN Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/55—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
- H01L28/56—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material the dielectric comprising two or more layers, e.g. comprising buffer layers, seed layers, gradient layers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/409—Oxides of the type ABO3 with A representing alkali, alkaline earth metal or lead and B representing a refractory metal, nickel, scandium or a lanthanide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/56—After-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
- H01L21/02197—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
- H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
- H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
- H01L21/0234—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
- H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
- H01L21/02356—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment to change the morphology of the insulating layer, e.g. transformation of an amorphous layer into a crystalline layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/314—Inorganic layers
- H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
- H01L21/31691—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass with perovskite structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Ein Verfahren zum Ausbilden einer kristallinen Dielektrikum-Schicht scheidet eine amorphe Metalloxid-Dielektrikum-Schicht auf einer Oberfläche ab (10). Die amorphe Metalloxid-Dielektrikum-Schicht wird mit einem Plasma bei einer Temperatur von höchstens 400 DEG C behandelt (12), um eine kristalline Schicht zu bilden.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf die Halbleiterverarbeitung und insbesondere auf ein Verfahren zum Kristallisieren einer Perowskit-Schicht, wie z. B. Barium-Strontium- Titan-Oxid (BSTO), unter Verwendung eines Niedertemperaturprozesses.
- Damit Barium-Strontium-Titan-Oxid-Schichten (BSTO-Schichten) als Material mit hoher Dielektrizität in Halbleitervorrichtungen wie z. B. Schreib/Lese-Speichern (DRANs) verwendet werden können, müssen sie kristallisiert werden. Die hohe Kristallisationstemperatur von BSTO erzeugt Schwierigkeiten beim Integrieren von BSTO in derzeitige Halbleiterfertigungsprozesse. Die derzeitige BSTO-Verarbeitung umfaßt:
- 1. Abscheiden von BSTO bei hoher Temperatur, um kristallisierte Schichten zu bilden, wenn sie abgeschieden werden, genauer bei 450°C bis 500°C für das Sputtern und 580°C bis 640°C für die Metalloxid-Gasphasenabscheidung (MOCVD); oder
- 2. Tempern der amorphen Schichten, die bei niedriger Temperatur abgeschieden worden sind, durch Tempern bei hohen Temperaturen (z. B. 600°C oder höher).
- Bei den meisten Abscheidungsverfahren wird mit höherer Abscheidungstemperatur die Kristallqualität der Schicht besser. In DRAMs mit gestapelten Kondensatoren treten jedoch Probleme bei hohen Temperaturen auf. Zum Beispiel findet eine Oxidation von Barrierenlagen statt, die ausgebildet worden sind, um eine Diffusion von Metallen zu verhindern. Die Oxidation aufgrund einer hohen Temperatur und der sauerstoffhaltigen Umgebung bewirken eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes für elektrische Komponenten.
- Es besteht folglich Bedarf an einem Verfahren zum Kristallisieren von Perowskit-Materialien bei niedrigen Temperaturen, um eine übermäßige Oxidation zu vermeiden und eine Schicht mit einer hohen Dielektrizitätskonstante zu schaffen.
- Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die obenerwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein verbessertes Verfahren zur Ausbildung einer kristallinen Dielektrikum-Schicht zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach einem der unabhängigen Ansprüche 1 und 12. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen gerichtet.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
- Fig. 1 einen Blockschaltplan, der ein Verfahren zur Ausbildung einer kristallinen Dielektrikum-Lage bei niedriger Temperatur aus einer amorphen Metalloxid-Dielektrikum-Lage gemäß der Erfindung erläutert; und
- Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtungsstruktur, die eine kristalline Metalloxid- Dielektrikum-Lage zeigt, die gemäß der Erfindung als ein Kondensator-Dielektrikum verwendet wird.
- Die Erfindung schafft Verfahren zum Kristallisieren von Dielektrikum-Lagen, die ein Oxid eines Metalls enthalten. Die Erfindung schafft einen Prozeß, mit dem eine amorphe Schicht des Dielektrikums abgeschieden wird und anschließend mit einem Plasma behandelt wird, um das Dielektrikum zu kristallisieren. Der Prozeß hat den Vorteil, daß unerwünschte Oxidationen reduziert werden, und verbessert die dielektrischen Eigenschaften der Schicht. In einer Ausführungsform kann durch Verwenden einer Plasmabehandlung eine amorphe BSTO-Schicht bei einer sehr viel niedrigeren Temperatur und in einer kürzeren Prozeßzeit kristallisiert werden im Vergleich zu herkömmlichen Temper-Prozessen. Die Plasmatemperaturen, die von der Erfindung verwendet werden, sind ebenfalls niedriger als diejenigen bei Kristall bildenden chemischen Gasphasenabscheidungs-Prozessen (CVD-Prozessen). Die Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf BSTO-Schichten beschrieben; jedoch ist die Erfindung auf beliebige Metalloxid-Schichten anwendbar, die eine kristalline Form enthalten.
- Mit Bezug auf spezifische Einzelheiten der Zeichnungen, in denen in allen Ansichten ähnliche Bezugszeichen ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, und insbesondere mit Bezug auf Fig. 1, zeigt ein Flußdiagramm ein beispielhaftes Verfahren zum Kristallisieren einer Dielektrikum-Schicht gemäß der Erfindung. Im Block 10 wird eine amorphe Metalloxid-Dielektrikum-Lage ausgebildet. Ein amorphes Metalloxid kann Barium-Strontium-Titan-Oxid (BSTO), Strontium-Titan-Oxid (STO), Titanoxid (TiO2), Barium-Titan-Oxid (BTO), Blei-Titan-Oxid, Blei-Zirkonium- Titan-Oxid, Dielektrika mit Perowskit-Strukturen oder andere Metalloxid-Dielektrika enthalten, vorzugsweise Titan-Oxide, die eine kristalline Struktur bilden können. In einer Ausführungsform enthält amorphes Metalloxid eine amorphe BSTO-Schicht. Die amorphe BSTO-Schicht kann gebildet werden durch einen Prozeß bei einer niedrigen Temperatur, vorzugsweise unterhalb von etwa 400°C, jedoch können auch Temperaturen von bis hinab zu etwa 520°C verwendet werden. Andere Prozesse können verwendet werden, um die amorphe BSTO-Schicht auszubilden; jedoch werden Niedertemperaturprozesse bevorzugt (z. B. 450°C oder niedriger).
- Im Block 12 wird eine Plasmabehandlung gemäß der Erfindung durchgeführt. Eine Halbleitervorrichtung oder ein Substrat, das amorphes BSTO (oder eine andere Metalloxid- Dielektrikum-Schicht) enthält, wird in einem Plasmareaktor oder einem Fern-Plasmareaktor (z. B. mit Plasma, das von einer weiteren Kammer geliefert wird) plaziert. Die Plasmabehandlung umfaßt das Erzeugen eines Sauerstoffplasmas, eines Stickstoffplasmas oder eines Gemisches aus Sauerstoff- und Stickstoff-Plasma in der Plasmakammer und Behandeln der BSTO-Schicht mit dem Plasma. Die Vorbelastungsleistung, die während der Plasmabehandlung verwendet wird, beträgt vorzugsweise zwischen etwa 500 Watt und 1.200 Watt, besser etwa 750 Watt. Das Plasma wird vorzugsweise durch den Druck in der Kammer kontrolliert. Der Druck wird vorzugsweise im Bereich von etwa 1 mTorr bis etwa 5 Torr gehalten, besser bei etwa 1,3 Torr.
- Die Plasmabehandlung wird bei niedrigen Temperaturen, vorzugsweise etwa 400°C oder niedriger (z. B. bis hinab zu etwa 200°C) für kurze Zeitspannen von z. B. weniger als einer Minute und vorzugsweise weniger als 30 Sekunden durchgeführt. Zum Beispiel wird bei einer Plasmabehandlungstemperatur von etwa 400°C eine Zeitspanne von etwa 35 Sekunden benötigt, um die BSTO-Schicht zu kristallisieren. Die Erfindung verwendet vorteilhaft deutlich niedrigere Temperaturen bei deutlich kürzeren Zeitspannen, um die amorphe BSTO-Schicht zu kristallisieren. Zum Beispiel kann das Plasmabehandlungsverfahren der Erfindung (400°C oder niedriger, 35 Sekunden oder kürzer) verglichen werden mit dem herkömmlichen Tempern einer amorphen Schicht mit Temper-Temperaturen von 600°C oder höher für 15 Minuten oder länger. Die Erfindung reduziert wesentlich die Zeit und die Temperatur, die zum Kristallisieren einer BSTO-Schicht (oder einer anderen Metalloxidschicht) benötigt werden. Durch Reduzieren der Temperatur und der Dauer ist es weniger wahrscheinlich, daß andere Komponenten der Halbleitervorrichtungsstruktur mit Umgebungsgasen oder Plasmen reagieren. Dies führt z. B. zu einer deutlichen Verringerung der unerwünschten Oxidation. Als Ergebnis werden der Kontaktwiderstand und andere Leistungsmerkmale einer Halbleitervorrichtung, die BSTO verwendet, verbessert.
- BSTO-Schichten können in einer breiten Vielfalt von Anwendungen verwendet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung werden BSTO-Schichten in einer Halbleiterspeichervorrichtung als ein Kondensator-Dielektrikum- Material in z. B. gestapelten Kondensatoren verwendet. Halbleiterspeicher, wie z. B. Schreib/Lese-Speicher (DRAMs), mit einer Speicherdichte von 1 G oder höher, enthalten vorzugsweise Metalloxid-Dielektrikum-Lagen, die kristallisiert sind, um eine Schicht mit hoher Dielektrizität für Kondensatoren und dergleichen zur Verfügung zu stellen. Da BSTO-Schichten eine Perowskit-Struktur aufweisen, wird durch Kristallisation eine hohe Dielektrizitätskonstante erreicht. Hohe Dielektrizitätskonstanten bieten eine höhere Kapazität, während der gleiche oder weniger Raum beansprucht wird. Die Kristallisation zum Erreichen einer hohen Dielektrizitätskonstanten kann in bestimmten kristallographischen Ebenen wichtiger sein. Genauer, es werden Eigenschaften mit hoher Dielektrizität erreicht, wenn eine kristalline Form in der <111>-Ebene existiert.
- In Fig. 2 ist eine Struktur eines gestapelten Kondensators 22 für eine Halbleitervorrichtung 20 gezeigt. Die Halbleitervorrichtung 22 kann eine DRAM-Vorrichtung, eine eingebettete DRAM-Vorrichtung, einen Prozessor oder irgendeine andere Halbleitervorrichtung umfassen, die Schichten mit hoher Dielektrizität verwendet. Der gestapelte Kondensator 22 enthält eine untere Elektrode 24, die über eine Barrierelage 28 mit einem Pfropfen 26 verbunden ist. Der Pfropfen 26 ist mit einem Diffusionsbereich 21 verbunden, der in einem Substrat 19 ausgebildet ist. Der Diffusionsbereich 21 ist Teil eines Zugrifftransistors 23, der verwendet wird, um den Kondensator 22 entsprechend der Aktivierung einer Wortleitung 25 (Gate des Transistors 23) und den Daten auf einer Bitleitung 27 zu laden oder zu entladen. Die Bitleitung 27 verbindet einen Diffusionsbereich 21 des Transistors 23 mit einem Bitleitungskontakt 29. Ein flacher Grabenisolationsbereich (STI) 17 ist ebenfalls gezeigt, wie im Stand der Technik bekannt ist.
- Der Pfropfen 26 enthält ein leitendes Material, wie z. B. Polysilicium, während die Barrierelage 28 Materialien wie z. B. TaN, TaSiN, TiN oder Äquivalente enthält, um die Diffusion zwischen der unteren Elektrode 24 und dem Pfropfen 26 zu reduzieren. Die untere Elektrode 24 enthält vorzugsweise ein Edelmetall, wie z. B. Platin, Ruthenium und/oder Edelmetalloxide, wie z. B. Rutheniumoxid. Eine amorphe Metalloxid-Dielektrikum-Schicht wird bei einer niedrigen Temperatur abgeschieden und entsprechend der Erfindung mit Plasma behandelt, um eine Kondensator-Dielektrikum-Lage 30 zu kristallisieren. Da die Lage 30 bei niedrigen Temperaturen für kürzere Zeitspannen abgeschieden und behandelt wird, wird die Oxidation der Barrierenlage 28 und des Pfropfens 26 aufgrund der Umgebungsbedingungen reduziert. Bei herkömmlichen Prozessen tritt an der Barrierenlage 28 und am Pfropfen 26 eine Oxidation auf. Dies wird durch die Erfindung wesentlich reduziert, da Massentransportmechanismen, wie z. B. die Diffusion, reduziert werden durch Reduzieren der Konzentration, der Temperatur und der Verfügbarkeit (Dauer) von Sauerstoff.
- Bei den meisten herkömmlichen Abscheidungsverfahren wird mit höherer Abscheidungstemperatur die Kristallqualität der Schicht besser. Es tritt jedoch eine Oxidation der Barrierelagen und ein erhöhter Kontaktwiderstand auf, weshalb die Sauerstoffumgebung die Abscheidungstemperatur beschränkt. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren verwendet die Erfindung eine Plasmabehandlung bei niedrigen Temperaturen von z. B. 400°C oder weniger für kurze Zeitspannen von z. B. von 35 Sekunden oder weniger, um eine kristalline Dielektrikum-Schicht von wenigstens der gleichen Qualität wie bei den herkömmlichen Verfahren zu erhalten. Da weniger Oxidation auftritt, sind verringerte Dicken der Barrierelage 28 erforderlich.
- Der gestapelte Kondensator 22 wird fertiggestellt durch Ausbilden einer oberen Elektrode 32. Die Verarbeitung wird fortgesetzt, wie im Stand der Technik bekannt ist. Es ist klar, daß die Erfindung nicht durch die in Fig. 2 gezeigte Struktur beschränkt ist. Statt dessen ist die Erfindung breiter angelegt, da sie mit anderen Kondensatorstrukturen oder irgendeiner anderen Halbleitervorrichtungsstruktur verwendet werden kann, die Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante benötigt. Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält ein optionaler Schritt in Block 14 die Verwendung der kristallinen Metalloxid-Dielektrikum- Schicht (WSTO) als eine Keimbildungslage oder eine Keimlage, um eine dickere Schicht mit einer Kristallstruktur zu züchten. Da eine dünne Lage (z. B. weniger als etwa 5 nm) anfangs als eine amorphe Lage abgeschieden werden kann, können nach der Kristallisierung dickere Lagen (z. B. 5-100 nm) gezüchtet werden, um den dielektrischen Schutz zu erhöhen, unter Verwendung des amorphen Abscheidungsprozesses bei niedrigen Temperaturen.
- Rasterelektronenmikroskop-(SEM)-Bilder und Röntgenstrahlbeugungs-(XRD)-Intensitätsmessungen, die von den Erfindern durchgeführt wurden, haben die kristalline Eigenart der abgeschiedenen Schichten, die mit Plasma gemäß der Erfindung behandelt worden sind, bestätigt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von XRD-Intensitätsmessungen von: 1) einer herkömmlichen kristallinen BSTO-Schicht, wie abgeschieden (bei einer Abscheidungstemperatur von 520°C und mit einer Dicke von etwa 300 Ångström), 2) eine herkömmliche amorphe BSTO-Schicht, die bei einer Temperatur von 650°C für 15 Minuten getempert worden ist, und 3) eine bei 400°C für 35 Sekunden plasmabehandelte Schicht gemäß der Erfindung. Die Röntgenstrahlbeugungsintensitäten wurden für jede der in Tabelle 1 aufgelisteten kristallographischen Ebenen gemessen. Es ist zu beachten, daß die Erfindung eine starke Intensität in der <111>-Ebene schafft, die für die elektrische Eigenschaften wichtiger ist als die anderen Kristallebenen. Tabelle 1 XRD-Intensität für kristallographische Ebenen
- Nach der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen für Verfahren zum Kristallisieren von Metalloxid-Dielektrikum-Schichten bei niedriger Temperatur (die erläuternd und nicht einschränkend sein sollen), ist zu beachten, daß von Fachleuten hinsichtlich der obigen Lehren Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können. Es ist daher klar, daß an den bestimmten Ausführungsformen der Erfindung, die offenbart worden sind, Änderungen vorgenommen werden können, die in den Umfang und den Erfindungsgedanken der Erfindung fallen, die durch die beigefügten Ansprüche dargelegt werden. Während somit die Erfindung mit Einzelheiten und einer mit Genauigkeit beschrieben worden ist, die von den Patentgesetzen gefordert wird, ist das, was durch die Patenturkunde beansprucht und geschützt werden soll, in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt.
Claims (21)
1. Verfahren zum Ausbilden einer kristallinen
Dielektrikum-Schicht,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Abscheiden einer amorphen Metalloxid-Dielektrikum-Schicht auf einer Oberfläche; und
Behandeln der amorphen Metalloxid-Dielektrikum- Schicht mit einem Plasma bei einer Temperatur von höchstens 400°C, um eine kristalline Schicht auszubilden.
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Abscheiden einer amorphen Metalloxid-Dielektrikum-Schicht auf einer Oberfläche; und
Behandeln der amorphen Metalloxid-Dielektrikum- Schicht mit einem Plasma bei einer Temperatur von höchstens 400°C, um eine kristalline Schicht auszubilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die amorphe Metalloxid-Dielektrikum-Schicht bei
einer Temperatur gleich oder niedriger als etwa 450°C
abgeschieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die amorphe Metalloxid-Dielektrikum-
Schicht ein Titan-Oxid enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Metalloxid-
Dielektrikum-Schicht ein Barium-Strontium-Titan-Oxid
enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Metalloxid-
Dielektrikum-Schicht ein Perowskit-Dielektrikum enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Dielektrikum-
Schicht mit einem Plasma behandelt wird, das wenigstens
Stickstoff und/oder Sauerstoff enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Plasma auf einem Druck zwischen etwa
1 mTorr und 5 Torr gehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Metalloxid-
Dielektrikum-Schicht mit einem Plasma für weniger als
eine Minute behandelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Titanoxid-
Schicht mit einem Plasma für weniger als 30 Sekunden
behandelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Metalloxid-Dielektrikum-
Material auf der kristallinen Schicht abgeschieden wird,
um eine dickere kristalline Schicht zu bilden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die kristalline Schicht eine
Röntgenstrahlbeugungsintensität ungleich 0 bezogen auf
eine <111>-Oberfläche liefert.
12. Verfahren zum Ausbilden einer kristallinen
Dielektrikum-Schicht,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Abscheiden einer amorphen Metalloxid-Dielektrikum-Schicht auf einer ersten Elektrode (24) eines Kondensators; und
Behandeln der amorphen Metalloxid-Dielektrikum- Schicht mit einem Plasma bei einer Temperatur von höchstens 400°C, um eine kristallisierte Kondensator- Dielektrikum-Schicht (30) auszubilden.
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Abscheiden einer amorphen Metalloxid-Dielektrikum-Schicht auf einer ersten Elektrode (24) eines Kondensators; und
Behandeln der amorphen Metalloxid-Dielektrikum- Schicht mit einem Plasma bei einer Temperatur von höchstens 400°C, um eine kristallisierte Kondensator- Dielektrikum-Schicht (30) auszubilden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die amorphe Metalloxid-Dielektrikum-Schicht bei
einer Temperatur gleich oder niedriger als etwa 450°C
abgeschieden wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die amorphe Metalloxid-Dielektrikum-
Schicht wenigstens Barium-Strontium-Titan-Oxid, Blei-
Titan-Oxid, Blei-Zirkonium-Titan-Oxid, Titan-Oxid,
Barium-Titan-Oxid und/oder Strontium-Titan-Oxid enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Metalloxid-
Dielektrikum-Schicht ein Perowskit-Dielektrikum enthält.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Dielektrikum-
Schicht mit einem Plasma behandelt wird, das wenigstens
Stickstoff und/oder Sauerstoff enthält.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, dass das Plasma auf einem Druck zwischen etwa
1 mTorr und 5 Torr gehalten wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Dielektrikum-
Schicht mit einem Plasma für weniger als eine Minute
behandelt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Metalloxid-Dielektrikum-
Material auf der kristallisierten Kondensator-
Dielektrikum-Schicht (30) abgeschieden wird, um eine
dickere kristallisierte Kondensator-Dielektrikum-Schicht
(30) zu bilden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Elektrode (32)
auf der kristallisierten Kondensator-Dielektrikum-Schicht
(30) abgeschieden wird, um einen gestapelten Kondensator
zu bilden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass die kristalline Schicht eine
Röntgenstrahlbeugungsintensität ungleich 0 bezogen auf
eine <111>-Oberfläche bietet.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/966,496 US6432725B1 (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Methods for crystallizing metallic oxide dielectric films at low temperature |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10243468A1 true DE10243468A1 (de) | 2003-05-15 |
Family
ID=25511498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10243468A Ceased DE10243468A1 (de) | 2001-09-28 | 2002-09-19 | Verfahren zum Kristallisieren von Metalloxid-Dielektrikum-Schichten bei niedriger Temperatur |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6432725B1 (de) |
DE (1) | DE10243468A1 (de) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ATE524574T1 (de) | 2001-10-02 | 2011-09-15 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | Verfahren zur herstellung vom dünnen metalloxidfilm |
JP4992446B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2012-08-08 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法、並びにカメラ |
FR2936242B1 (fr) * | 2008-09-23 | 2010-11-05 | Commissariat Energie Atomique | Procede de preparation d'un materiau oxyde ceramique a structure pyrochlore presentant une constante dielectrique elevee et mise en oeuvre de ce procede pour des applications de microelectronique |
EP2754170A4 (de) * | 2011-09-09 | 2015-04-29 | Panorama Synergy Ltd | Verfahren zum kristallisieren von dünnschichten |
US20160138182A1 (en) * | 2014-11-18 | 2016-05-19 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Methods for forming mixed metal oxide epitaxial films |
US11069807B2 (en) * | 2019-07-18 | 2021-07-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Ferroelectric structure for semiconductor devices |
WO2024077481A1 (en) * | 2022-10-11 | 2024-04-18 | Schott Ag | Plasma induced crystallization and densification of amorphous coatings |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5885648A (en) * | 1996-04-19 | 1999-03-23 | Raytheon Company | Process for making stoichiometric mixed metal oxide films |
TW365071B (en) * | 1996-09-09 | 1999-07-21 | Toshiba Corp | Semiconductor light emitting diode and method for manufacturing the same |
JPH11195768A (ja) * | 1997-10-22 | 1999-07-21 | Fujitsu Ltd | ペロブスカイト型酸化物膜を含む電子装置とその製造方法及び強誘電体キャパシタ |
US6046059A (en) | 1998-05-08 | 2000-04-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of forming stack capacitor with improved plug conductivity |
JP3171170B2 (ja) * | 1998-05-25 | 2001-05-28 | 日本電気株式会社 | 薄膜キャパシタおよびその製造方法 |
US6165864A (en) | 1998-07-28 | 2000-12-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Tapered electrode for stacked capacitors |
US6222218B1 (en) * | 1998-09-14 | 2001-04-24 | International Business Machines Corporation | DRAM trench |
TW396502B (en) * | 1998-10-27 | 2000-07-01 | Prec Instr Devl Ctr Nsc Execut | capacitor containing amorphous and poly-crystalline ferroelectric films, its fabrication, and method for forming the amorphous ferroelectric film |
US6156606A (en) | 1998-11-17 | 2000-12-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of forming a trench capacitor using a rutile dielectric material |
US20010013660A1 (en) * | 1999-01-04 | 2001-08-16 | Peter Richard Duncombe | Beol decoupling capacitor |
US6297086B1 (en) * | 1999-03-11 | 2001-10-02 | International Business Machines Corporation | Application of excimer laser anneal to DRAM processing |
US6485988B2 (en) * | 1999-12-22 | 2002-11-26 | Texas Instruments Incorporated | Hydrogen-free contact etch for ferroelectric capacitor formation |
US20010046716A1 (en) * | 1999-12-28 | 2001-11-29 | You-Sung Kim | Method for manufacturing a semiconductor device |
KR20020002982A (ko) * | 2000-06-30 | 2002-01-10 | 박종섭 | 강유전체막의 결정화 과정에서 금속막의 산화반응을억제할 수 있는 강유전체 메모리 소자 제조 방법 |
-
2001
- 2001-09-28 US US09/966,496 patent/US6432725B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-09-19 DE DE10243468A patent/DE10243468A1/de not_active Ceased
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6432725B1 (en) | 2002-08-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69833168T2 (de) | Halbleiter-Speicherbauteil mit ferroelektrischem Dünnfilm | |
DE60224379T2 (de) | Methode, eine dielektrische Schicht abzuscheiden | |
JP4067563B2 (ja) | 低リーク電流および低分極疲労を有する電子デバイスを製造するためのuv照射プロセス | |
DE10046021B4 (de) | Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren auf Halbleitersubstraten in einer Einrichtung zur Bildung von Dünnfilmen | |
DE60302950T2 (de) | Wismut-Titan-Silizium-Oxid, Wismut-Titan-Silizium-Oxiddünnfilm, und Verfahren zur Herstellung des Dünnfilms | |
DE60035311T2 (de) | Ferroelektrische Struktur aus Bleigermanat mit mehrschichtiger Elektrode | |
DE10131716B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Kondensators für eine Halbleiterspeichervorrichtung durch eine zweistufige Thermalbehandlung | |
EP1113493A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines ferroelektrischen Halbleiterspeichers | |
DE19926711A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines ferroelektrischen Speicherbauelements | |
US7001778B2 (en) | Method of making layered superlattice material with improved microstructure | |
DE102004016162A1 (de) | Verfahren zum Bilden eines Metalloxidfilmes | |
DE10032213B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Kondensators für ein Halbleiterspeicherbauelement | |
DE10100695A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE10228528B4 (de) | Diffusionssperrfilm und dessen Herstellungsverfahren, Halbleiterspeicher und dessen Herstellungsverfahren | |
DE10243468A1 (de) | Verfahren zum Kristallisieren von Metalloxid-Dielektrikum-Schichten bei niedriger Temperatur | |
DE10064068B4 (de) | Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren von Halbleitereinrichtungen | |
DE19963500C2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer strukturierten metalloxidhaltigen Schicht, insbesondere einer ferroelektrischen oder paraelektrischen Schicht | |
EP1182698A2 (de) | Barriereschicht für einen Speicherkondensator | |
DE19640241C1 (de) | Herstellverfahren für eine hoch-epsilon-dielektrische oder ferroelektrische Schicht und Verwendung des Verfahrens | |
DE19959711A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Metallschicht | |
DE10032210A1 (de) | Kondensator für Halbleiterspeicherbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung | |
EP1138065A1 (de) | Verfahren zum herstellen einer strukturierten metalloxidhaltigen schicht | |
EP0928498B1 (de) | Verfahren zum erzeugen einer titanmonophosphidschicht und ihre verwendung | |
DE10009762B4 (de) | Herstellungsverfahren für einen Speicherkondensator mit einem Dielektrikum auf der Basis von Strontium-Wismut-Tantalat | |
KR100464404B1 (ko) | 반도체 장치의 제조 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE Owner name: IBM INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATIO, US |
|
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20140627 |