JP2001189312A - シリコンとの金属酸化物インタフェースを備える半導体構造の作成方法 - Google Patents
シリコンとの金属酸化物インタフェースを備える半導体構造の作成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 薄くて安定したシリコンとのケイ化物インタ
フェースを作成する方法を提供する。 【解決手段】 半導体構造を作成する方法は、表面12
を有するシリコン基板10を設ける段階と、シリコン基
板10の表面12上に原子層付着(ALD)によって、ケ
イ化物材料からなるシード層20;20’を形成する段
階と、原子層付着(ALD)によってシード層20;2
0’の上に1層以上の高誘電率酸化物40を形成する段
階とを含む。
フェースを作成する方法を提供する。 【解決手段】 半導体構造を作成する方法は、表面12
を有するシリコン基板10を設ける段階と、シリコン基
板10の表面12上に原子層付着(ALD)によって、ケ
イ化物材料からなるシード層20;20’を形成する段
階と、原子層付着(ALD)によってシード層20;2
0’の上に1層以上の高誘電率酸化物40を形成する段
階とを含む。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にシリコン基板と
金属酸化物との間のケイ化物インタフェースを備える半
導体構造の作成方法に関し、さらに詳しくは、原子層付
着または原子層エピタキシを利用してシード層を備える
インタフェースを作成する方法に関する。
金属酸化物との間のケイ化物インタフェースを備える半
導体構造の作成方法に関し、さらに詳しくは、原子層付
着または原子層エピタキシを利用してシード層を備える
インタフェースを作成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】シリ
コン(Si)が安定していることは、数多くの装置用途、
たとえば不揮発性高密度メモリや次世代MOS装置のため
の強誘電体または高誘電率酸化物に関して、シリコンの
上に金属酸化物の薄膜を引き続きエピタキシャル成長さ
せるためにきわめて望ましい。高k金属酸化物を後に成
長させるために、Si基板上に安定した遷移層を定着させ
ることが枢要である。
コン(Si)が安定していることは、数多くの装置用途、
たとえば不揮発性高密度メモリや次世代MOS装置のため
の強誘電体または高誘電率酸化物に関して、シリコンの
上に金属酸化物の薄膜を引き続きエピタキシャル成長さ
せるためにきわめて望ましい。高k金属酸化物を後に成
長させるために、Si基板上に安定した遷移層を定着させ
ることが枢要である。
【0003】Si(100)上のBaOおよびBaTiO3など、これら
の酸化物の成長は、摂氏850度超の温度で分子線エピ
タキシを用いてSi(100)上にBaの1/4の単分子層を付
着させることによるBaSi2(立方晶)テンプレートに基
づくものがあると報告されている。たとえば、以下の参
考文献を参照されたい:R. McKee他,Appl. Phys. Let
t. 59(7), pp.782-784(1991年8月12日);R. M
cKee他,Appl. Phys. Lett. 63(20), pp.2818-2820(1
993年11月15日);R. McKee他,Mat. Res. Soc.
Symp. Proc., Vol.21, pp.131-135(1991年);1
993年7月6日発行の米国特許第5,225,031
号「PROCESS FOR DEPOSITING AN OXIDEEPITAXIALLY ONT
O A SILICON SUBSTRATE AND STRUCTURES PREPARED WITH
THE PROCESS」;および1996年1月9日発行の米国
特許第5,482,003号「PROCESS FOR DEPOSITING
EPITAXIAL ALKALINE EARTH OXIDE ONTO A SUBSTRATE A
ND STRUCTURES PREPARED WITH THE PROCESS」。c(4x2)
構造を伴うストロンチウム・シリサイド(SrSi2)イン
タフェース・モデルが提案された。たとえば、R. McKee
他,Phys. Rev. Lett. 81(14), 3014(1998年10
月5日)を参照されたい。しかし、この構造の原子レベ
ルのシミュレーションでは、温度を上げると安定になり
にくいことが示唆される。
の酸化物の成長は、摂氏850度超の温度で分子線エピ
タキシを用いてSi(100)上にBaの1/4の単分子層を付
着させることによるBaSi2(立方晶)テンプレートに基
づくものがあると報告されている。たとえば、以下の参
考文献を参照されたい:R. McKee他,Appl. Phys. Let
t. 59(7), pp.782-784(1991年8月12日);R. M
cKee他,Appl. Phys. Lett. 63(20), pp.2818-2820(1
993年11月15日);R. McKee他,Mat. Res. Soc.
Symp. Proc., Vol.21, pp.131-135(1991年);1
993年7月6日発行の米国特許第5,225,031
号「PROCESS FOR DEPOSITING AN OXIDEEPITAXIALLY ONT
O A SILICON SUBSTRATE AND STRUCTURES PREPARED WITH
THE PROCESS」;および1996年1月9日発行の米国
特許第5,482,003号「PROCESS FOR DEPOSITING
EPITAXIAL ALKALINE EARTH OXIDE ONTO A SUBSTRATE A
ND STRUCTURES PREPARED WITH THE PROCESS」。c(4x2)
構造を伴うストロンチウム・シリサイド(SrSi2)イン
タフェース・モデルが提案された。たとえば、R. McKee
他,Phys. Rev. Lett. 81(14), 3014(1998年10
月5日)を参照されたい。しかし、この構造の原子レベ
ルのシミュレーションでは、温度を上げると安定になり
にくいことが示唆される。
【0004】SrOバッファ層を用いるシリコン(100)上の
SrTiO3成長が実現された。しかし、SrOバッファ層が厚
い(100Å)ので、トランジスタ膜用としては制約が
あり、結晶化が成長全体を通じて維持されなかった。
SrTiO3成長が実現された。しかし、SrOバッファ層が厚
い(100Å)ので、トランジスタ膜用としては制約が
あり、結晶化が成長全体を通じて維持されなかった。
【0005】さらに、SrOまたはTiOxの厚い酸化物層
(60〜120Å)を用いてシリコン上にSrTiO3が成長
された。たとえば、B.K. Moon他,Jpn. J. Appl. Phy
s., Vol.33(1994年),pp.1472-1477を参照された
い。バッファ層がこのように厚いと、トランジスタとし
ての用途が制限されることになる。
(60〜120Å)を用いてシリコン上にSrTiO3が成長
された。たとえば、B.K. Moon他,Jpn. J. Appl. Phy
s., Vol.33(1994年),pp.1472-1477を参照された
い。バッファ層がこのように厚いと、トランジスタとし
ての用途が制限されることになる。
【0006】高k酸化物は、次世代MOSFET用途にとって
きわめて重要である。通常、これらの既知の構造すべて
において、これらは分子線エピタキシ(MBE:molecular
beam epitaxy),パルス化レーザ付着(PLD: pulsed l
aser deposition),スパタリングおよび/または金属
有機化学蒸着(MOCVD: metal-organic chemical vapor
deposition)を利用して製造される。このような種類の
製造方法においては、酸化シリコン・インタフェースを
制御して、界面トラップの密度を低く抑え、漏洩電流を
低く抑え、8”以上の大きな面積上の厚みと組成の均一
性を達成し、トレンチ上の相似性を得ることが困難であ
る。従って、シリコン基板と金属酸化物層との間により
良いインタフェースを得るための方法であって、製造が
簡単で、制御可能であり、MOSFET装置におけるフリンジ
効果を抑えて、大量生産に適した方法が必要である。
きわめて重要である。通常、これらの既知の構造すべて
において、これらは分子線エピタキシ(MBE:molecular
beam epitaxy),パルス化レーザ付着(PLD: pulsed l
aser deposition),スパタリングおよび/または金属
有機化学蒸着(MOCVD: metal-organic chemical vapor
deposition)を利用して製造される。このような種類の
製造方法においては、酸化シリコン・インタフェースを
制御して、界面トラップの密度を低く抑え、漏洩電流を
低く抑え、8”以上の大きな面積上の厚みと組成の均一
性を達成し、トレンチ上の相似性を得ることが困難であ
る。従って、シリコン基板と金属酸化物層との間により
良いインタフェースを得るための方法であって、製造が
簡単で、制御可能であり、MOSFET装置におけるフリンジ
効果を抑えて、大量生産に適した方法が必要である。
【0007】従って、本発明の目的は、薄くて安定した
シリコンとのケイ化物インタフェースを作成する方法を
提供することである。
シリコンとのケイ化物インタフェースを作成する方法を
提供することである。
【0008】本発明のさらに別の目的は、信頼性があ
り、高処理量生産に適する金属酸化物インタフェースを
備える半導体構造を製造する方法を提供することであ
る。
り、高処理量生産に適する金属酸化物インタフェースを
備える半導体構造を製造する方法を提供することであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】半導体構造を作成する方
法において、上記およびその他の問題点が少なくとも部
分的に解決され、上記およびその他の目的が実現され
る。本方法は、表面を有するシリコン基板を設ける段階
と、シリコン基板の表面上に、原子層付着(ALD:atomi
c layer deposition)によって、ケイ化物材料からなる
シード層を形成する段階と、原子層付着(ALD)によっ
て1層以上の高誘電率酸化物の層をシード層上に形成す
る段階とを備える。
法において、上記およびその他の問題点が少なくとも部
分的に解決され、上記およびその他の目的が実現され
る。本方法は、表面を有するシリコン基板を設ける段階
と、シリコン基板の表面上に、原子層付着(ALD:atomi
c layer deposition)によって、ケイ化物材料からなる
シード層を形成する段階と、原子層付着(ALD)によっ
て1層以上の高誘電率酸化物の層をシード層上に形成す
る段階とを備える。
【0010】
【実施例】本開示により、シリコン基板とのインタフェ
ースを有する高誘電率(高k)金属酸化物の作成方法を
教示する。本プロセスは、原子層付着(ALD)を利用し
てアルカリ土類金属酸化物層を後で成長させるために必
要なシード層を形成する方法に基づく。よって、原子層
付着を利用してシード層および金属酸化物層を成長させ
る新規の方法が開示される。
ースを有する高誘電率(高k)金属酸化物の作成方法を
教示する。本プロセスは、原子層付着(ALD)を利用し
てアルカリ土類金属酸化物層を後で成長させるために必
要なシード層を形成する方法に基づく。よって、原子層
付着を利用してシード層および金属酸化物層を成長させ
る新規の方法が開示される。
【0011】シリコン(Si)基板と1層以上の高誘電率
(高k)金属酸化物との間に新規のインタフェースを形
成するためには、基板に応じて、原子層付着を利用する
2種類の特殊な方法を用いることができる。第1の例
は、表面上に二酸化シリコン(SiO2)が形成されるSi基
板から始められる。二酸化シリコンは自然酸化物として
形成されるか、あるいは熱的または化学的方法を利用す
ることにより形成されるものとして開示される。SiO
2は、単結晶ではなく非晶質であり、基板上にシード層
材料を成長させる目的のためには、インタフェース層を
作成することが望ましい。第2の例は、水素(H)パッ
シベーションを行って、表面上に水素(H)層を形成し
たSi基板から始める。
(高k)金属酸化物との間に新規のインタフェースを形
成するためには、基板に応じて、原子層付着を利用する
2種類の特殊な方法を用いることができる。第1の例
は、表面上に二酸化シリコン(SiO2)が形成されるSi基
板から始められる。二酸化シリコンは自然酸化物として
形成されるか、あるいは熱的または化学的方法を利用す
ることにより形成されるものとして開示される。SiO
2は、単結晶ではなく非晶質であり、基板上にシード層
材料を成長させる目的のためには、インタフェース層を
作成することが望ましい。第2の例は、水素(H)パッ
シベーションを行って、表面上に水素(H)層を形成し
たSi基板から始める。
【0012】ここで、図面を参照するが、図面全体を通
じて同様の要素には同様の番号が付けられる。図1は、
表面12と、その上にSiO2層14を有するSi基板10が
図示される。この実施例においては、SiO2層14は、シ
リコン基板が空気(酸素)にさらされると自然に発生す
る(自然酸化物)。あるいは、SiO2層14は、当技術で
は周知の制御された方法で、たとえば高温で表面12上
に酸素を与える熱的方法、あるいは標準的な化学エッチ
・プロセスを用いる化学的方法で意図的に形成される場
合もある。層14は、5〜100Å厚の範囲の厚みで、
さらに詳しくは、10〜25Åの厚みで形成される。
じて同様の要素には同様の番号が付けられる。図1は、
表面12と、その上にSiO2層14を有するSi基板10が
図示される。この実施例においては、SiO2層14は、シ
リコン基板が空気(酸素)にさらされると自然に発生す
る(自然酸化物)。あるいは、SiO2層14は、当技術で
は周知の制御された方法で、たとえば高温で表面12上
に酸素を与える熱的方法、あるいは標準的な化学エッチ
・プロセスを用いる化学的方法で意図的に形成される場
合もある。層14は、5〜100Å厚の範囲の厚みで、
さらに詳しくは、10〜25Åの厚みで形成される。
【0013】新規のシード層(以下に説明する)が原子
層付着を利用して形成される。まず、酸化ジルコニウム
(ZrO2),酸化ハフニウム(HfO2),酸化ストロンチウ
ム(SrO2)などの金属酸化物の20Å未満の薄層18
が、塩化物またはβジケトン化物先駆物質および酸素
(O2),水(H2O),一酸化二窒素(N2O)または一酸化
窒素(NO)を摂氏600度未満などの比較的低い温度で
用いてSiO2層14の表面16上に付着させる。さらに詳
しくは、Si基板10と非晶質SiO2層14とが一般に摂氏
900度未満のSiO2層14の昇華温度より低い温度まで
加熱される。好適な実施例では、金属酸化物18の付着
に先立って摂氏600度未満まで加熱される。
層付着を利用して形成される。まず、酸化ジルコニウム
(ZrO2),酸化ハフニウム(HfO2),酸化ストロンチウ
ム(SrO2)などの金属酸化物の20Å未満の薄層18
が、塩化物またはβジケトン化物先駆物質および酸素
(O2),水(H2O),一酸化二窒素(N2O)または一酸化
窒素(NO)を摂氏600度未満などの比較的低い温度で
用いてSiO2層14の表面16上に付着させる。さらに詳
しくは、Si基板10と非晶質SiO2層14とが一般に摂氏
900度未満のSiO2層14の昇華温度より低い温度まで
加熱される。好適な実施例では、金属酸化物18の付着
に先立って摂氏600度未満まで加熱される。
【0014】次に、基板10の温度を摂氏600度超ま
で昇温して、金属酸化物(MOx)層18とSiO2層14とを
反応させMSiOx(ケイ化物)のシード層20を形成す
る。これを図2に示す。
で昇温して、金属酸化物(MOx)層18とSiO2層14とを
反応させMSiOx(ケイ化物)のシード層20を形成す
る。これを図2に示す。
【0015】この段階は、シリコン基板上に安定したケ
イ化物を形成する。さらに詳しくは、シード層20の形
成を行う。ケイ化物層すなわちシード層20の厚みは、
ほぼ数単層であり、SiO2層14と同じ厚み、さらに詳し
くは、5〜100Åの範囲であり、好ましくは10〜2
5Åの範囲である。この実施例では、金属酸化物18を
層14の表面16に塗布し、それに続いて窒素(N2),
アルゴン(Ar)またはヘリウム(He)で洗浄し、加熱す
ると化学反応が起こり、酸化ハフニウム・シリコン(Hf
SiO4),酸化ジルコニウム・シリコン(ZrSiO4),酸化
ストロンチウム・シリコン(SrSiO4)などがシード層2
0としてできる。半導体構造の監視は、反射差顕微鏡,
分光偏光解析法などを利用して行うことができ、その場
で表面が監視される。
イ化物を形成する。さらに詳しくは、シード層20の形
成を行う。ケイ化物層すなわちシード層20の厚みは、
ほぼ数単層であり、SiO2層14と同じ厚み、さらに詳し
くは、5〜100Åの範囲であり、好ましくは10〜2
5Åの範囲である。この実施例では、金属酸化物18を
層14の表面16に塗布し、それに続いて窒素(N2),
アルゴン(Ar)またはヘリウム(He)で洗浄し、加熱す
ると化学反応が起こり、酸化ハフニウム・シリコン(Hf
SiO4),酸化ジルコニウム・シリコン(ZrSiO4),酸化
ストロンチウム・シリコン(SrSiO4)などがシード層2
0としてできる。半導体構造の監視は、反射差顕微鏡,
分光偏光解析法などを利用して行うことができ、その場
で表面が監視される。
【0016】これらのプロセスの関して与えられる温度
は説明される特定の実施例のために推奨されるものであ
るが、本発明は特定の温度または圧力範囲に制限されな
いことを当業者は理解頂きたい。
は説明される特定の実施例のために推奨されるものであ
るが、本発明は特定の温度または圧力範囲に制限されな
いことを当業者は理解頂きたい。
【0017】代替の実施例においては、また図3ないし
図6に示されるように、水素(H)パッシベーションを
受けてその上に水素(H)の層13が形成された表面1
2’を有するSi基板10’が開示される。図3ないし図
5の構成部品に類似の図1および図2のすべての構成部
品には、同様の番号が振られ、異なる実施例であること
を示すために一重プライムが加えられることに留意され
たい。この実施例では、水素(H)層13が水素パッシ
ベーション法により制御された方法で形成される。
図6に示されるように、水素(H)パッシベーションを
受けてその上に水素(H)の層13が形成された表面1
2’を有するSi基板10’が開示される。図3ないし図
5の構成部品に類似の図1および図2のすべての構成部
品には、同様の番号が振られ、異なる実施例であること
を示すために一重プライムが加えられることに留意され
たい。この実施例では、水素(H)層13が水素パッシ
ベーション法により制御された方法で形成される。
【0018】新規のシード層(以下に説明する)が原子
層付着を利用して形成される。まず、水素(H)層13
が高温、好ましくは摂氏300度超で表面12’から脱
着される。次に、Si基板10’の表面12’がシラン
(SiH4),ジシラン(SiH6)などのSi先駆物質と、図4
で一般に15と記されるハフニウム(Hf),ストロンチ
ウム(Sr),ジルコニウム(Zr)などの金属先駆物質と
に、図6で30と記されるT1に等しい時間の間さらされ
る。基板10’は、一般に摂氏100度ないし500度
の間の温度で、好適な実施例においては摂氏250度で
0.5MTorrの大気圧において、これらの先駆物質にさ
らされる。先駆物質が付着されると、表面17は、図4
および図6に示されるように、アルゴン(Ar),窒素
(N2)またはヘリウム(He)などの不活性気体で時間T2
の間洗浄されて、余分な材料が除去される。積層物は次
にプラズマを伴うあるいは伴わない酸素(O),水(H2
O),一酸化二窒素(N2O)または一酸化窒素(NO)に、
時間T3の間にさらされて34、Siおよび金属の層15を
酸化させ、一般に図2のシード層20と類似のシード層
20’を形成する。最後にシード層20’が図6に示さ
れるようにアルゴン(Ar),窒素(N2)またはヘリウム
(He)で洗浄され36、余分な酸素(O)を取り除く。
層付着を利用して形成される。まず、水素(H)層13
が高温、好ましくは摂氏300度超で表面12’から脱
着される。次に、Si基板10’の表面12’がシラン
(SiH4),ジシラン(SiH6)などのSi先駆物質と、図4
で一般に15と記されるハフニウム(Hf),ストロンチ
ウム(Sr),ジルコニウム(Zr)などの金属先駆物質と
に、図6で30と記されるT1に等しい時間の間さらされ
る。基板10’は、一般に摂氏100度ないし500度
の間の温度で、好適な実施例においては摂氏250度で
0.5MTorrの大気圧において、これらの先駆物質にさ
らされる。先駆物質が付着されると、表面17は、図4
および図6に示されるように、アルゴン(Ar),窒素
(N2)またはヘリウム(He)などの不活性気体で時間T2
の間洗浄されて、余分な材料が除去される。積層物は次
にプラズマを伴うあるいは伴わない酸素(O),水(H2
O),一酸化二窒素(N2O)または一酸化窒素(NO)に、
時間T3の間にさらされて34、Siおよび金属の層15を
酸化させ、一般に図2のシード層20と類似のシード層
20’を形成する。最後にシード層20’が図6に示さ
れるようにアルゴン(Ar),窒素(N2)またはヘリウム
(He)で洗浄され36、余分な酸素(O)を取り除く。
【0019】この段階で、水素パッシベーションされた
シリコン基板上に安定なケイ化物が形成される。さらに
詳しくは、シード層20’が形成される。シード層2
0’の厚みは約数単層、より詳しくは、5ないし100
Åの範囲で、好ましくは10ないし25Åの範囲であ
る。この実施例においては、原子層付着を数回、好まし
くは4ないし5回繰り返して、数単層を形成する。これ
により化学反応が起こり、酸化ハフニウム・シリコン
(HfSiO4),酸化ジルコニウム・シリコン(ZrSiO4),
酸化ストロンチウム・シリコン(SrSiO4)などがシード
層20’として形成される。
シリコン基板上に安定なケイ化物が形成される。さらに
詳しくは、シード層20’が形成される。シード層2
0’の厚みは約数単層、より詳しくは、5ないし100
Åの範囲で、好ましくは10ないし25Åの範囲であ
る。この実施例においては、原子層付着を数回、好まし
くは4ないし5回繰り返して、数単層を形成する。これ
により化学反応が起こり、酸化ハフニウム・シリコン
(HfSiO4),酸化ジルコニウム・シリコン(ZrSiO4),
酸化ストロンチウム・シリコン(SrSiO4)などがシード
層20’として形成される。
【0020】MxSi1-XOの組成を有する層20’では、反
応室に導入する前に金属とシリコンを混合した先駆物質
の流れを用いて成分(x)(x=0〜1)を調整して、
より良い制御を行うことができることは言うまでもな
い。さらに詳しくは、等級を付けた組成を用いることも
できる。これによってALDを利用する最終的な層付着に
より、シリコンを含まない単独の金属酸化物層が得られ
る。
応室に導入する前に金属とシリコンを混合した先駆物質
の流れを用いて成分(x)(x=0〜1)を調整して、
より良い制御を行うことができることは言うまでもな
い。さらに詳しくは、等級を付けた組成を用いることも
できる。これによってALDを利用する最終的な層付着に
より、シリコンを含まない単独の金属酸化物層が得られ
る。
【0021】図7,8および9を参照して、高誘電率酸
化物層40の形成が原子層付着により実現される。ま
ず、シード層20がハフニウム(Hf),ストロンチウム
(Sr),ジルコニウム(Zr),ランタン(La),アルミ
ニウム(Al),イットリウム(Y),チタン(Ti),バ
リウム(Ba),ランタン・スカンジウム(LaSc)などの
金属先駆物質に時間T1の間さらされ50、それによって
シード層20の表面21上に層42が形成される。シー
ド層20は、一般に摂氏100度ないし500度の間の
温度、好適な実施例においては摂氏250度で0.5mT
orrの大気圧で金属先駆物質にさらされる50。次に層
42の表面43が、アルゴン(Ar),窒素(N2)または
ヘリウム(He)などの不活性気体に時間T2の間、洗浄さ
れて52、余分な金属先駆物質が除去される。最後に、
半導体構造は、プラズマを伴うあるいは伴わない酸素
(O2),水(H2O),一酸化二窒素(N2O)または一酸化
窒素(NO)に、時間T3の間さらされて54、層42を、
より詳しくは金属先駆物質を酸化させ、高k金属酸化物
層40を図9に示すように形成する。かくして高k金属
酸化物層40は、酸化ハフニウム(HfO2),酸化ジルコ
ニウム(ZrO2),チタン酸ストロンチウム(SrTiO3),酸
化ランタン(La2O3),酸化イットリウム(Y2O3),酸
化チタン(TiO2),チタン酸バリウム(BaTiO3),アル
ミ酸塩ランタン(LaAlO3),酸化ランタン・スカンジウ
ム(LaScO3)および酸化アルミニウム(Al 2O3)の群か
ら選択される少なくとも1つの高誘電率酸化物を含む。
化物層40の形成が原子層付着により実現される。ま
ず、シード層20がハフニウム(Hf),ストロンチウム
(Sr),ジルコニウム(Zr),ランタン(La),アルミ
ニウム(Al),イットリウム(Y),チタン(Ti),バ
リウム(Ba),ランタン・スカンジウム(LaSc)などの
金属先駆物質に時間T1の間さらされ50、それによって
シード層20の表面21上に層42が形成される。シー
ド層20は、一般に摂氏100度ないし500度の間の
温度、好適な実施例においては摂氏250度で0.5mT
orrの大気圧で金属先駆物質にさらされる50。次に層
42の表面43が、アルゴン(Ar),窒素(N2)または
ヘリウム(He)などの不活性気体に時間T2の間、洗浄さ
れて52、余分な金属先駆物質が除去される。最後に、
半導体構造は、プラズマを伴うあるいは伴わない酸素
(O2),水(H2O),一酸化二窒素(N2O)または一酸化
窒素(NO)に、時間T3の間さらされて54、層42を、
より詳しくは金属先駆物質を酸化させ、高k金属酸化物
層40を図9に示すように形成する。かくして高k金属
酸化物層40は、酸化ハフニウム(HfO2),酸化ジルコ
ニウム(ZrO2),チタン酸ストロンチウム(SrTiO3),酸
化ランタン(La2O3),酸化イットリウム(Y2O3),酸
化チタン(TiO2),チタン酸バリウム(BaTiO3),アル
ミ酸塩ランタン(LaAlO3),酸化ランタン・スカンジウ
ム(LaScO3)および酸化アルミニウム(Al 2O3)の群か
ら選択される少なくとも1つの高誘電率酸化物を含む。
【0022】最終段階として、層40がアルゴン(A
r),窒素(N2),ヘリウム(He)などで洗浄されて5
6、余分な酸素が除去される。この原子層付着が特定の
回数繰り返されて、所望の厚みの高k酸化物を形成す
る。
r),窒素(N2),ヘリウム(He)などで洗浄されて5
6、余分な酸素が除去される。この原子層付着が特定の
回数繰り返されて、所望の厚みの高k酸化物を形成す
る。
【0023】よって、シリコン10を伴う薄いシード層
20を、本明細書においては原子層付着(ALD)を利用
して作成する方法が開示される。原子層付着によりケイ
化物層の形成を強制することによって大きな面積上で厚
みと組成とを高精度に制御することができる。また、ト
レンチ内における成長の相似性が達成される。付着プロ
セスの各サイクルにおいて、種の移動が表面上で強化さ
れる。
20を、本明細書においては原子層付着(ALD)を利用
して作成する方法が開示される。原子層付着によりケイ
化物層の形成を強制することによって大きな面積上で厚
みと組成とを高精度に制御することができる。また、ト
レンチ内における成長の相似性が達成される。付着プロ
セスの各サイクルにおいて、種の移動が表面上で強化さ
れる。
【図1】複数の酸化物層がその上に形成される、本発明
による清浄な半導体基板の第1実施例の断面図である。
による清浄な半導体基板の第1実施例の断面図である。
【図2】本発明による原子層付着を利用してケイ化物層
で形成されるインタフェース・シード層を有する半導体
基板の断面図である。
で形成されるインタフェース・シード層を有する半導体
基板の断面図である。
【図3】水素層がその上に形成される、本発明による清
浄な半導体基板の第2実施例の断面図である。
浄な半導体基板の第2実施例の断面図である。
【図4】酸化物層がその上に形成される、本発明による
半導体基板の断面図である。
半導体基板の断面図である。
【図5】本発明による原子層付着を利用してケイ化物層
で形成されるインタフェース・シード層を有する半導体
基板の断面図である。
で形成されるインタフェース・シード層を有する半導体
基板の断面図である。
【図6】本発明により原子層付着を利用してインタフェ
ース・シード層を形成する方法を示す。
ース・シード層を形成する方法を示す。
【図7】本発明により原子層付着を利用して図2および
図5に示される構造の上に形成される高誘電率金属酸化
物層を有する半導体基板の断面図である。
図5に示される構造の上に形成される高誘電率金属酸化
物層を有する半導体基板の断面図である。
【図8】本発明により原子層付着を利用して高誘電率金
属酸化物層を形成する方法を示す。
属酸化物層を形成する方法を示す。
【図9】本発明により原子層付着を利用してシード層の
上に金属酸化物層が形成された半導体基板の断面図であ
る。
上に金属酸化物層が形成された半導体基板の断面図であ
る。
10 シリコン基板 12 シリコン基板の表面 14 酸化シリコン層 16 酸化シリコン層の表面 18 金属酸化物層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 H01L 29/78 371 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者 ラビンドラナス・ドローパッド アメリカ合衆国アリゾナ州チャンドラー、 ウエスト・タイソン・ストリート4515 (72)発明者 ツィイ・ジミー・ユ アメリカ合衆国アリゾナ州ギルバート、ウ エスト・メリル・アベニュー449
Claims (15)
- 【請求項1】 半導体構造を作成する方法であって:表
面(12)を有するシリコン基板(10)を設ける段
階;前記シリコン基板の前記表面上に原子層付着により
シード層(20)を形成する段階;および原子層付着に
より、前記シード層上に1層以上の高誘電率酸化物(4
0)を形成する段階;によって構成されることを特徴と
する半導体構造作成方法。 - 【請求項2】 基板を設ける前記段階がその上に酸化シ
リコン(14)が形成される基板を設ける段階を含むこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体構造作成方法。 - 【請求項3】 原子層付着によりシード層を形成する前
記段階が、金属酸化物の層(18)を前記酸化シリコン
の表面上に付着させる段階と、前記金属酸化物層を不活
性気体で洗浄する段階と、前記金属酸化物と前記酸化シ
リコンとを反応させてケイ化物を形成する段階とを含む
ことを特徴とする請求項2記載の半導体構造作成方法。 - 【請求項4】 基板を設ける前記段階が、その上に水素
パッシベーションにより形成される水素層(13)を有
する基板を設ける段階を含むことを特徴とする請求項1
記載の半導体構造作成方法。 - 【請求項5】 原子層付着によりシード層(20)を形
成する前記段階が、前記基板上に形成される前記水素層
(13)を脱着する段階と、前記シリコン基板をシリコ
ン先駆物質および少なくとも1つの金属先駆物質とにさ
らして前記シリコン基板の前記表面上にシリコンおよび
金属の層を形成する段階(50)と、前記シリコン層を
不活性気体で洗浄して余分なシリコンおよび金属先駆物
質材料を除去する段階(52)と、前記シリコン層の前
記表面をプラズマを伴う、あるいは伴わない酸素
(O2),水(H2O),一酸化二窒素(N2O)または一酸化
窒素(NO)のうちの少なくとも1つにさらして前記シリ
コンおよび金属層を酸化させ、それによって単独の酸化
単層を形成する段階(54)と、前記酸化単層を不活性
気体で洗浄する段階(56)とをさらに含むことを特徴
とする請求項4記載の半導体構造作成方法。 - 【請求項6】 前記原子層付着を反復して単層を形成す
る段階をさらに含むことを特徴とする請求項5記載の半
導体構造作成方法。 - 【請求項7】 原子層付着により1層以上の高誘電率酸
化物42を形成する前記段階が、前記シード層を金属先
駆物質にさらしてそれにより金属層を形成する段階(5
0)と、前記金属層を不活性気体で洗浄する段階(5
2)と、前記金属層をプラズマを伴う、あるいは伴わな
い酸素(O2),水(H2O),一酸化二窒素(N2O)または
一酸化窒素(NO)のうちの少なくとも1つにさらして前
記金属層を酸化させ、それによって単独の高k酸化単層
を形成する段階(54)と、前記酸化単層を不活性気体
で洗浄する段階(56)とをさらに含むことを特徴とす
る請求項1記載の半導体構造作成方法。 - 【請求項8】 前記原子層付着を反復して所望の厚みの
高k酸化物層を形成する段階をさらに含むことを特徴と
する請求項7記載の半導体構造作成方法。 - 【請求項9】 半導体構造を作成する方法であって:表
面(12)を有するシリコン基板(10)を設ける段
階;前記シリコン基板の前記表面上に、ケイ化物材料で
形成されるシード層(20)を原子層付着により形成す
る段階;および原子層付着により、前記シード層上に1
層以上の高誘電率酸化物(42)を形成する段階;によ
って構成されることを特徴とする半導体構造作成方法。 - 【請求項10】 原子層付着によりケイ化物材料の前記
シード層を形成する前記段階が、酸化ストロンチウム・
シリコン(SrSiO4),酸化ジルコニウム・シリコン(Zr
SiO4),酸化ハフニウム・シリコン(HfSiO4)から選択
されるケイ化物材料の前記シード層を形成する段階を含
むことを特徴とする請求項9記載の半導体構造作成方
法。 - 【請求項11】 前記シード層上に原子層付着によって
1層以上の高誘電率酸化物を形成する前記段階が、酸化
ハフニウム(HfO2),酸化ジルコニウム(ZrO2),チタ
ン酸ストロンチウム(SrTiO3),酸化ランタン(La
2O3),酸化イットリウム(Y2O3),酸化チタン(Ti
O2),チタン酸バリウム(BaTiO3),アルミ酸塩ランタ
ン(LaAlO3),酸化ランタン・スカンジウム(LaScO3)
および酸化アルミニウム(Al2O3)の群から選択される
高誘電率酸化物の前記層を形成する段階を含むことを特
徴とする請求項10記載の半導体構造作成方法。 - 【請求項12】 基板を設ける前記段階が、その上に酸
化シリコン(14)が形成される基板を設ける段階を含
むことを特徴とする請求項11記載の半導体構造作成方
法。 - 【請求項13】 原子層付着によりシード層を形成する
前記段階が、金属酸化物の層(18)を前記酸化シリコ
ンの表面上に付着する段階と、前記金属酸化物層を不活
性気体で洗浄する段階と、前記金属酸化物を前記酸化シ
リコンと反応させて酸化ストロンチウム・シリコン(Sr
SiO4),酸化ジルコニウム・シリコン(ZrSiO4)および
酸化ハフニウム・シリコン(HfSiO4)から選択される前
記ケイ化物を形成する段階とをさらに含むことを特徴と
する請求項12記載の半導体構造作成方法。 - 【請求項14】 基板を設ける前記段階が、その上に水
素パッシベーションにより形成される水素層(13)を
有する基板を設ける段階を含むことを特徴とする請求項
11記載の半導体構造作成方法。 - 【請求項15】 原子層付着によりシード層を形成する
前記段階が、前記基板上に形成される前記水素層を脱着
する段階と、前記シリコン基板をシリコン先駆物質およ
び少なくとも1つの金属先駆物質とにさらして前記シリ
コン基板の前記表面上にシリコンおよび金属の層を形成
する段階(50)と、前記シリコン層を不活性気体で洗
浄して余分なシリコンおよび金属先駆物質材料を除去す
る段階(52)と、前記シリコン層の前記表面をプラズ
マを伴う、あるいは伴わない酸素(O2),水(H2O),
一酸化二窒素(N2O)または一酸化窒素(NO)のうちの
少なくとも1つにさらして前記シリコンおよび金属層を
酸化させ、それによって単独の酸化単層を形成する段階
(54)と、前記酸化単層を不活性気体で洗浄する段階
(56)とをさらに含むことを特徴とする請求項14記
載の半導体構造作成方法。
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