JP2002033320A - ドープジルコニアまたはジルコニア様の誘電体膜トランジスタ構造およびその堆積方法 - Google Patents

ドープジルコニアまたはジルコニア様の誘電体膜トランジスタ構造およびその堆積方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 さらなる元素を既存のｈｉｇｈ−ｋ誘電体材
料に加えることによって、電子親和力を含むｈｉｇｈ−
ｋ誘電体材料の電気的特性を制御した、ｈｉｇｈ−ｋ誘
電体材料を提供すること。 【解決手段】 二酸化シリコンに対して、高誘電率を有
する薄膜であって、該薄膜が、ａ）ドーピング金属と、
ｂ）ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）か
らなる群から選択される金属と、ｃ）酸素とを含むこと
により、高誘電体膜が形成される、薄膜。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に、集積回路
（ＩＣ）製造プロセスに関し、さらに詳細には、高誘電
率ゲート絶縁膜、およびそのような膜の堆積方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】現在のＳｉ ＶＬＳＩ技術は、ＭＯＳデ
バイスのゲート誘電体としてＳｉＯ2、または窒素を含
有するＳｉＯ2を用いる。デバイスの寸法が縮小し続け
るので、ゲートとチャネル領域間で同一のキャパシタン
スを維持するためには、ＳｉＯ 2層の厚さも減少させな
ければならない。将来的には、２ナノメートル（ｎｍ）
未満の厚さが予想される。しかしながら、そのような薄
いＳｉＯ2の層を流れる高いトンネル電流の発生によ
り、代替材料を考慮する必要がある。高誘電率を有する
材料では、ゲート誘電体層を逆に厚くすることができる
ので、トンネル電流の問題を改善できる。これらの、い
わゆるｈｉｇｈ−ｋ誘電体膜は、本明細書中において、
二酸化シリコンに比べて高誘電率を有するものとして定
義される。典型的には、二酸化シリコンは、約４の比誘
電率を有するが、ｈｉｇｈ−ｋ誘電体膜は、約１０を越
える比誘電率を有する。現在のｈｉｇｈ−ｋの候補材料
には、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ジルコニウム（Ｚ
ｒＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、およびバリウム
ストロンチウムチタン酸化物（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3が
含まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のｈｉｇｈ−ｋ誘
電体に関する１つの一般的な問題は、ｈｉｇｈ−ｋ誘電
体が、通常の成長条件下で結晶構造を発達させることで
ある。結果として、膜の表面が非常に粗くなる。表面の
ラフネスにより、誘電体膜に隣接するチャネル領域に不
均一な電界を生じる。このような膜は、ＭＯＳＦＥＴデ
バイスのゲート誘電体には適さない。
【０００４】高い直流のトンネル電流のために、１．５
ｎｍ未満のＳｉＯ2膜は、ＣＭＯＳデバイスのゲート誘
電体としては使用できない。ＴｉＯ2、およびＴａ2Ｏ5
をＳｉＯ2の代用とするために、現在懸命に研究が行わ
れており、これらの材料は最大の注目を集めている。し
かしながら、高温の堆積後のアニーリング、および界面
ＳｉＯ2層の形成が、１．５ｎｍ未満のＳｉＯ2換算膜厚
（ＥＯＴ）を達成することを非常に困難にする。
【０００５】ｈｉｇｈ−ｋ誘電体膜を、ＭＯＳトランジ
スタのゲート電極とその下にあるチャネル領域間の絶縁
バリアとして用いることが可能であれば有利である。
【０００６】改善されたｈｉｇｈ−ｋ誘電体材料を、単
にドーピングするか、そうでなければ別のやり方で、さ
らなる元素を既存のｈｉｇｈ−ｋ誘電体材料に加えるこ
とによって形成することが可能であれば有利である。
【０００７】電子親和力を含む、ｈｉｇｈ−ｋ誘電体材
料の電気的特性が、単にドーピングするか、そうでなけ
れば別のやり方で、さらなる元素を既存のｈｉｇｈ−ｋ
誘電体材料に加えることによって改変することが可能で
あれば有利である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による、二酸化シ
リコンに対して、高誘電率を有する薄膜は、ａ）ドーピ
ング金属と、ｂ）ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウ
ム（Ｈｆ）からなる群から選択される金属と、ｃ）酸素
とを含むことにより、上記目的が達成される。
【０００９】前記ドーピング金属が、アルミニウム（Ａ
ｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、およ
びイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三価金
属であってもよい。
【００１０】前記ドーピング金属が、カルシウム（Ｃ
ａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から選択
される二価金属であってもよい。
【００１１】前記薄膜が約２０〜２００Åの範囲の膜厚
を有してもよい。
【００１２】前記薄膜が約１０〜２５の範囲の比誘電率
を有してもよい。
【００１３】前記膜内のドーピング金属のパーセンテー
ジが約５０％を超過しなくてもよい。
【００１４】前記膜内のドーピング金属のパーセンテー
ジが約２５％であってもよい。
【００１５】本発明による、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ
は、ａ）ゲート電極と、ｂ）該ゲート電極の下側に上面
を有するチャネル領域と、ｃ）該ゲート電極と該チャネ
ル領域の上面との間に挿入されるゲート誘電体膜であっ
て、二酸化シリコンに比べて高誘電率を有し、ジルコニ
ウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなる群から
選択される金属を含み、酸素を含み、さらにドーピング
金属を含むゲート誘電体膜とを含み、それにより上記目
的が達成される。
【００１６】前記ドーピング金属が、アルミニウム（Ａ
ｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、およ
びイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三価金
属を含んでもよい。
【００１７】前記ドーピング金属が、カルシウム（Ｃ
ａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から選択
される二価金属を含んでもよい。
【００１８】前記膜内のドーピング金属のパーセンテー
ジが約０〜５０％の範囲であってもよい。
【００１９】前記膜内のドーピング金属のパーセンテー
ジが約２５％であってもよい。
【００２０】前記ゲート誘電体膜が約２０〜２００Åの
範囲の膜厚を有してもよい。
【００２１】前記ゲート誘電体膜が約１０〜２５の範囲
の比誘電率を有してもよい。
【００２２】前記トランジスタが、前記チャネル領域と
前記ゲート誘電体膜との間に挿入された、約２〜５Åの
範囲の膜厚を有する界面バリアをさらに含み、該界面バ
リアが、窒化シリコンおよび酸窒化シリコンからなる群
から選択された材料を含むことにより、前記チャネル領
域の上面が、より平滑になり、前記ＭＯＳＦＥＴの電子
移動度を増してもよい。
【００２３】本発明による、表面を有する集積回路（Ｉ
Ｃ）の製造において、ドープ金属酸化膜を該ＩＣ表面上
に形成する方法は、ａ）酸素を含む雰囲気を確立する工
程と、ｂ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金
属を含み、かつドーピング金属を含む少なくとも１つの
ターゲット金属を該ＩＣシリコン表面上にスパッタリン
グする工程と、ｃ）該工程ａ）およびｂ）に応じて、該
ドープ金属酸化膜を形成する工程と、ｄ）約４００〜９
００℃の範囲の温度でアニーリングすることにより、高
誘電率および良好なバリア特性を有する薄膜が形成され
る工程と、を包含し、それにより上記目的が達成され
る。
【００２４】前記ＩＣ表面がほぼ室温〜４００℃の温度
範囲で維持されてもよい。
【００２５】前記工程ａ）がアルゴン（Ａｒ）を含有す
る雰囲気を含み、Ｏ2のＡｒに対する比率が約５〜２５
％の範囲であり、圧力が約１〜１０ミリトル（ｍＴｏｒ
ｒ）の範囲であってもよい。
【００２６】前記工程ｄ）が、Ａｒ、Ｎ2、Ｈ2ガス、Ｏ
2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ガスなし、および酸素プラズ
マからなる群から選択される要素を含む雰囲気を確立す
る工程を包含してもよい。
【００２７】前記ドーピング金属が、アルミニウム（Ａ
ｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、およ
びイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三価金
属であってもよい。
【００２８】前記ドーピング金属が、カルシウム（Ｃ
ａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から選択
される二価金属であってもよい。
【００２９】前記工程ｂ）が、ＺｒおよびＨｆからなる
群から選択される金属の第１のターゲット、ならびに三
価金属を含む第２のターゲットを含む、別々のターゲッ
トを同時スパッタリングする工程を包含してもよい。
【００３０】前記工程ｂ）が、ＺｒおよびＨｆからなる
群から選択される金属の第１のターゲット、ならびに二
価金属を含む第２のターゲットを含む、別々のターゲッ
トを同時スパッタリングする工程を包含してもよい。
【００３１】本発明による、表面を有する集積回路（Ｉ
Ｃ）の製造において、ドープ金属酸化膜を形成する方法
は、ａ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属
ならびにドーピング金属を含む、少なくとも１つの前駆
体を調製する工程と、ｂ）該少なくとも１つの前駆体を
蒸発させる工程と、ｃ）酸素を含む雰囲気を確立する工
程と、ｄ）該ＩＣ表面上で該前駆体を分解し、化学的気
相成長法（ＣＶＤ）で、ＺｒおよびＨｆからなる群から
選択される金属、ドーピング金属および酸素を含む合金
膜を堆積する工程と、ｅ）約４００〜９００℃の範囲の
温度でアニーリングすることにより、高誘電率および良
好なバリア特性を有する薄膜が形成される工程とを包含
し、これにより上記目的を達成する。
【００３２】前記工程ｄ）の前に、約３００〜５００℃
の範囲のＩＣ表面温度を確立する工程をさらに包含して
もよい。
【００３３】前記工程ｃ）が、アルゴン（Ａｒ）を含有
する雰囲気を含み、Ｏ2のＡｒに対する比率が約５〜２
５％の範囲であり、圧力が約１〜１０トル（Ｔｏｒｒ）
の範囲であってもよい。
【００３４】前記工程ｅ）が、Ａｒ、Ｎ2、Ｈ2ガス、Ｏ
2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ガスなし、および酸素プラズ
マからなる群から選択される要素を含む雰囲気を確立す
る工程を包含してもよい。
【００３５】前記ドーピング金属が、アルミニウム（Ａ
ｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、およ
びイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三価金
属であってもよい。
【００３６】前記ドーピング金属が、カルシウム（Ｃ
ａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から選択
される二価金属であってもよい。
【００３７】本発明による、表面を有する集積回路（Ｉ
Ｃ）の製造において、ドープ金属酸化膜を形成する方法
は、ａ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属
を含む第１の前駆体を調製する工程と、ｂ）該第１の前
駆体を蒸発させ、該ＩＣ表面を該前駆体に曝すことによ
り、該金属の層が該表面に化学的に吸着し、ＡＬＣＶＤ
法で、該金属の層を堆積する工程と、ｃ）酸素前駆体を
調製する工程と、ｄ）該酸素前駆体を蒸発させ、該ＩＣ
表面を該酸素前駆体に曝すことにより、酸素の層が該表
面に化学的に吸着し、ＡＬＣＶＤ法で、該酸素の層を堆
積する工程と、ｅ）ドーピング金属を含むドーピング金
属前駆体を調製する工程と、ｆ）該ドーピング金属前駆
体を蒸発させ、該ＩＣ表面を該ドーピング金属前駆体に
曝すことにより、該ドーピング金属の層が該表面に化学
的に吸着し、ＡＬＣＶＤ法で、該ドーピング金属の層を
堆積する工程と、ｇ）約３００〜９００℃の範囲の温度
でアニーリングして、該堆積された層のコンディショニ
ングを行うことにより、高誘電率および良好なバリア特
性を有する薄膜が形成される工程とを包含し、これによ
り上記目的を達成する。
【００３８】処理中に、約１００〜７００℃の範囲のＩ
Ｃシリコン表面温度を確立する工程をさらに包含しても
よい。
【００３９】前記ドーピング金属が、アルミニウム（Ａ
ｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、およ
びイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三価金
属であってもよい。
【００４０】前記ドーピング金属が、カルシウム（Ｃ
ａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から選択
される二価金属であってもよい。
【００４１】前記第１の前駆体がＺｒＣｌ4であっても
よい。
【００４２】前記酸素前駆体がＨ2Ｏであってもよい。
【００４３】前記ドーピング金属前駆体が、ＡｌＣ
ｌ3、Ａｌ（ＣＨ3）3、およびＡｌ（ａｃａｃ）3からな
る群から選択される前駆体であってもよい。
【００４４】本発明による、シリコン表面を有する集積
回路（ＩＣ）の製造において、ドープ金属酸化膜を形成
する方法は、ａ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択さ
れる金属ならびにドーピング金属を含む、少なくとも１
つのるつぼを調製する工程と、ｂ）真空雰囲気を確立す
る工程と、ｃ）該少なくとも１つのるつぼを、約１００
０〜２０００℃の範囲のるつぼ温度に加熱することによ
り、該工程ａ）で調製された金属を蒸発させる工程と、
ｄ）該工程ａ）〜ｃ）に応じて、該ＺｒおよびＨｆから
なる群から選択される金属ならびに該ドーピング金属を
含む合金膜を堆積する工程と、ｅ）酸素を含む雰囲気
で、約４００〜９００℃の範囲の温度でアニーリング
し、該ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属、
該ドーピング金属ならびに酸素を含む合金膜を形成する
ことにより、高誘電率および良好なバリア特性を有する
薄膜が形成される工程とを包含し、これにより上記目的
を達成する。
【００４５】前記工程ａ）が、前記ＺｒおよびＨｆから
なる群から選択される金属のための第１のるつぼ、なら
びに前記ドーピング金属のための第２のるつぼを含み、
前記工程ｃ）が、該第１のるつぼを、約１０００〜２０
００℃の範囲の温度に加熱し、該第２のるつぼを、約１
０００〜２０００℃の範囲の温度に加熱する工程を包含
してもよい。
【００４６】前記ドーピング金属が、アルミニウム（Ａ
ｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、およ
びイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三価金
属であってもよい。
【００４７】前記ドーピング金属が、カルシウム（Ｃ
ａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から選択
される二価金属であってもよい。
【００４８】前記工程ｅ）が、Ａｒ、Ｎ2、Ｈ2ガス、Ｏ
2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ガスなし、および酸素プラズ
マからなる群から選択される要素を含む雰囲気を確立す
る工程を包含してもよい。
【００４９】従って、高誘電率（１０〜２５）を有する
薄膜が提供される。膜は、ドーピング金属、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選
択される金属、ならびに酸素を含む。ドーピング金属
は、好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）、スカンジウム
（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、またはイットリウム
（Ｙ）等の三価金属、もしくはカルシウム（Ｃａ）また
はストロンチウム（Ｓｒ）等の二価金属である。
【００５０】ドーピング金属を選択することによって、
堆積された誘電体材料の電子親和力を変更することが可
能である。電子親和力を変更することによって、電子の
バリアハイト、および正孔のバリアハイトを変更するこ
とが可能である。従って、本発明により、誘電体膜の電
子親和力を改変することが可能である一方で、二酸化シ
リコンと比べて、高誘電率を有する膜を生成する。ま
た、ドーピング金属の存在により、結晶構造の形成が低
減またはなくなるので、ドーピング金属の存在により、
アモルファス誘電体材料が生成される傾向にある。
【００５１】本発明は、一部において、Ｙ2Ｏ3、ＣａＯ
2、Ａｌ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＬａおよびＳｒによって安定
化されるジルコニア（ＺｒＯ2）を提供する。別の実施
形態において、ＳｒＺｒＯ3が誘電体材料として提供さ
れる。
【００５２】典型的には、膜内のドーピング金属のパー
センテージが約５０％を超過しない。用途によっては、
ドーピング金属のパーセンテージが約１０％未満であ
り、この場合、生成された膜はアモルファスではあり得
ない。
【００５３】ＭＯＳＦＥＴトランジスタも提供される。
このトランジスタは、ゲート電極、上記ゲート電極の下
側に上面を有するチャネル領域、およびゲート電極とチ
ャネル領域の上面との間に挿入されたゲート誘電体膜を
含む。誘電体膜の含有成分は、上述のとおりである。典
型的には、ゲート誘電体膜は、約２０〜２００Åの範囲
の膜厚を有する。
【００５４】本発明のいくつかの局面では、チャネル領
域とゲート誘電体膜との間に挿入された、約２〜５Åの
範囲の膜厚を備えた界面バリアを有するトランジスタを
さらに含む。界面材料が、窒化シリコン、および酸窒化
シリコンからなる群から選択されることにより、上記チ
ャネル領域の上面が、より平滑になり、ＭＯＳＦＥＴの
電子移動度の低下を防ぐ。
【００５５】表面を有する集積回路（ＩＣ）の製造にお
いて、ドープ金属酸化膜をＩＣ表面上に形成するスパッ
タリング方法も提供される。この方法は、 ａ）酸素を含む雰囲気を確立する工程と、 ｂ）上記ＩＣシリコン表面上にＺｒおよびＨｆからなる
群から選択される金属、ならびにＣａ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｓ
ｃ、ＬａまたはＹ等のドーピング金属を含む、少なくと
も１つのターゲット金属をスパッタリングする工程と、 ｃ）上記工程ａ）およびｂ）に応じて、上記ドープ金属
酸化膜を形成する工程と、 ｄ）約４００〜９００℃の範囲の温度でアニーリングす
ることにより、高誘電率および良好な絶縁特性を有する
薄膜が形成される工程と、を含む。
【００５６】本発明のいくつかの局面において、上記工
程ａ）が、ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金
属の第１のターゲット、ならびに上記ドーピング金属の
第２のターゲットを含む、別々のターゲットを、酸化雰
囲気下で同時スパッタリングする工程を含む。
【００５７】あるいは、上記ドープ金属酸化膜を堆積す
る化学的気相成長法（ＣＶＤ）が提供される。この方法
は、 ａ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属なら
びにドーピング金属を含む、少なくとも１つの前駆体を
調製する工程と、 ｂ）上記前駆体を蒸発させる工程と、 ｃ）酸素を含む雰囲気を確立する工程と、 ｄ）上記ＩＣ表面上で上記前駆体を分解し、化学的気相
成長法（ＣＶＤ）で、ＺｒおよびＨｆからなる群から選
択される金属、ドーピング金属および酸素を含む合金膜
を堆積する工程と、 ｅ）約４００〜９００℃の範囲の温度でアニーリングす
ることにより、高誘電率および良好なバリア特性を有す
る薄膜が形成される工程と、を含む。
【００５８】別の代替的な実施形態において、原子層堆
積法（ＡＬＤ）としても公知の原子層化学的気相成長法
（ＡＬＣＶＤ）が、ドープ金属酸化膜を堆積する方法と
して用いられる。このＡＬＣＶＤ法は、 ａ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属を含
む第１の前駆体を調製する工程と、 ｂ）上記第１の前駆体を蒸発させ、上記ＩＣ表面を上記
前駆体に曝すことにより、上記金属の層、好ましくは、
単分子層が上記表面に化学的に吸着し、ＡＬＣＶＤ法
で、上記金属の層を堆積する工程と、 ｃ）酸素前駆体を調製する工程と、 ｄ）上記酸素前駆体を蒸発させ、上記ＩＣ表面を上記酸
素前駆体に曝すことにより、上記酸素の層、好ましくは
単分子層が上記表面に化学的に吸着し、ＡＬＣＶＤ法
で、上記酸素の層を堆積する工程と、 ｅ）ドーピング金属を含むドーピング金属前駆体を調製
する工程と、 ｆ）上記ドーピング金属前駆体を蒸発させ、上記ＩＣ表
面を上記ドーピング金属前駆体に曝すことにより、上記
ドーピング金属の層が上記表面に化学的に吸着し、ＡＬ
ＣＶＤ法で、上記ドーピング金属の層を堆積する工程
と、 ｇ）約３００〜９００℃の範囲の温度でアニーリングし
て、上記堆積された層のコンディショニングを行うこと
により、高誘電率および良好なバリア特性を有する薄膜
が形成される工程と、を含む。
【００５９】必要に応じて上記工程を繰り返すことによ
って、誘電体内の各材料の複数の層が堆積され得、他の
成分元素の１以上の層がその後に続いて堆積され得る。
例えば、いくつかのジルコニウムの層が堆積され得、そ
の後に、酸素、次いでドーピング金属が続いて堆積され
得る。この処理は、次いで、酸化ジルコニウム誘電体材
料内に所望量のドーピング金属を有する誘電体材料の全
体の膜厚が堆積されるまで繰り返される。
【００６０】さらに別の代替の実施形態において、上記
ドープ金属酸化膜を堆積する蒸着法が提供される。この
方法は、 ａ）約１×１０-6〜１×１０-8Ｔｏｒｒの範囲で、高真
空（ガスフリー）雰囲気を確立する工程と、 ｂ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属、な
らびにドーピング金属を含む少なくとも１つのるつぼを
調製する工程と、 ｃ）上記少なくとも１つのるつぼを、約１０００〜２０
００℃の範囲の温度で加熱することにより、上記工程
ｂ）で調製された金属を蒸発させる工程と、 ｄ）上記工程ａ）〜ｃ）に応じて、上記ＺｒおよびＨｆ
からなる群から選択される金属、ならびにドーピング金
属を含む合金膜を堆積する工程と、 ｅ）酸素を含む雰囲気で、約４００〜９００℃の範囲の
温度でアニーリングし、酸素を含む合金膜を形成するこ
とにより、高誘電率および良好なバリア特性を有する薄
膜が形成される工程と、を含む。
【００６１】
【発明の実施の形態】本願は、１９９９年７月１９日に
出願の米国特許出願番号０９／３５６，４７０、特許番
号第６，０６０，７５５号の分割出願である、２０００
年２月２９に出願の米国特許出願番号０９／５１５，７
４３の一部継続出願を優先権の基礎とする。
【００６２】本発明は、ドープ酸化ジルコニウムについ
て研究する。優れた性質を有するＺｒ−Ｏゲート誘電体
を備えた、１ミクロン未満のＰＭＯＳＦＥＴが製造され
てきた。要約すると、二価または三価のドーピング金属
でＺｒＯ2膜をドーピングすることにより、膜の電気的
性質、特に電子親和力を制御することができる。
【００６３】本発明は、二酸化シリコンに対して、高誘
電率を有する、二価または三価のドーピング金属、ジル
コニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなる群
から選択される金属、ならびに酸素を含む薄膜である。
ドーピング金属は、好ましくは、アルミニウム（Ａ
ｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、また
はイットリウム（Ｙ）等の三価金属、もしくはカルシウ
ム（Ｃａ）またはストロンチウム（Ｓｒ）等の二価金属
である。
【００６４】いくつかの有用な用途では、薄膜は、典型
的には、約２０〜２００Åの範囲の膜厚を有し、比誘電
率は約１０〜２５の範囲である。
【００６５】膜内のドーピング金属のパーセンテージ
は、典型的には、約５０％を超過しない。
【００６６】図１は、本発明のドープ金属酸化膜に対す
るスパッタリング堆積法を示すフローチャートである。
工程１０は、表面を有する集積回路（ＩＣ）を提供す
る。工程１２は、酸素を含む雰囲気を確立する。典型的
には、工程１２は、アルゴン（Ａｒ）も包含する雰囲気
を含み、Ｏ2のＡｒに対する比率は約５〜２５％の範囲
である。圧力は、約１〜１０ミリトル（ｍＴｏｒｒ）の
範囲である。工程１４は、ＩＣ表面上にＺｒおよびＨｆ
からなる群から選択される金属を含む、少なくとも１つ
のターゲット金属をスパッタリングする。工程１４はま
た、ＩＣ表面上にドーピング金属をスパッタリングす
る。ドーピング金属は、好ましくは、アルミニウム（Ａ
ｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、また
はイットリウム（Ｙ）等の三価金属、もしくはカルシウ
ム（Ｃａ）またはストロンチウム（Ｓｒ）等の二価金属
である。本発明のいくつかの局面において、工程１４
は、ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属の第
１のターゲット、ならびにドーピング金属を含む第２の
ターゲットを含む、別々のターゲットを同時スパッタリ
ングする工程を含む。
【００６７】工程１６は、工程１２および１４に応じ
て、ドープ金属酸化膜を形成する。工程１８は、約４０
０〜９００℃の範囲の温度でアニーリングする。アニー
リング時間は、アニーリング温度に応じて、約１０秒〜
３０分の範囲で変動する。工程１８は、Ａｒ、Ｎ2、Ｈ2
ガス、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ガスなし（ガスフリ
ー環境）、および酸素プラズマからなる群から選択され
る要素を含む雰囲気を確立する工程を含む。工程２０
は、生成物であり、ここで、高誘電率および良好な絶縁
特性を有する薄膜が形成される。
【００６８】本発明のいくつかの局面において、工程１
０は、シリコンＩＣ表面を提供し、工程１６の前にさら
なる工程がある。工程１４ａ（図示せず）が、ほぼ室温
〜４００℃の範囲のＩＣシリコン表面温度を確立する。
【００６９】Ｚｒ−Ａｌ−ＯおよびＨｆ−Ａｌ−Ｏ膜
は、上述のとおり、同時スパッタリングによって成長さ
れる。スパッタリング出力比が、酸化ジルコニウム内の
Ａｌ濃度の量を変更するために調節される。
【００７０】本発明の誘電体膜は、ゲート誘電体、格納
キャパシタ、およびその他の用途（例えば、１トランジ
スタ（１Ｔ）強誘電体メモリ）に適用できる。本発明の
方法に従って生成された誘電体膜は、ｈｉｇｈ−ｋ誘電
体材料が用いられる用途に広く適用され得る。
【００７１】図２および３は、本発明のドープ金属酸化
膜を用いてＭＯＳＦＥＴトランジスタを完成する工程を
示す。図２は、上面５４を備えたチャネル領域５２を有
するトランジスタ５０を示す。チャネル領域５２の上に
は、ゲート誘電体膜５６がある。
【００７２】本発明のいくつかの局面において、トラン
ジスタ５０は、チャネル領域５２とゲート誘電体膜５６
との間に挿入された、約２〜５Åの範囲の膜厚６４を有
する界面バリア６２をさらに含む。界面バリア６２は、
窒化シリコンおよび酸窒化シリコンからなる群から選択
された材料からなるので、チャネル領域の上面５４が、
より平滑になり、ＭＯＳＦＥＴ５０の電子移動度を増
す。
【００７３】図３は、ゲート電極５８とチャネル領域の
上面５４との間に挿入された、ゲート誘電体膜５６を示
す。ゲート誘電体膜５６は、二酸化シリコンに比べて高
誘電率を有し、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム
（Ｈｆ）からなる群から選択される金属、ならびに酸素
を含む。ゲート誘電体膜５６は、ドーピング金属を含
む。ドーピング金属は、好ましくは、アルミニウム（Ａ
ｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、また
はイットリウム（Ｙ）等の三価金属、もしくはカルシウ
ム（Ｃａ）またはストロンチウム（Ｓｒ）等の二価金属
である。膜５６内のドーピング金属のパーセンテージ
は、約０〜５０％の範囲である。好ましくは、膜５６内
のＡｌのパーセンテージは、約２５％である。ゲート誘
電体膜５６は、約２０〜２００Åの範囲の膜厚６０（図
３）を有する。ゲート誘電体膜５６は、約１０〜２５の
範囲の比誘電率を有する。
【００７４】バルクＣＭＯＳデバイスの用途でのゲート
誘電体の場合、ウエハが、任意の最高水準の従来技術を
用いて分離等の処理をされ、引き続いてＰウェルおよび
Ｎウェルが形成されて、チャネル領域が露出する。酸化
バリアの超薄層が、なおも必要とされ得る。この場合、
可能なバリアは、窒化シリコンおよび酸窒化シリコンを
含む。次に、ｈｉｇｈ−ｋ誘電体が堆積される。いくつ
かの膜の成長方法が存在する： Ａ． 不活性または酸化雰囲気でのＺｒおよびドーピン
グ金属の同時スパッタリング、 Ｂ． 不活性または酸化雰囲気でのＺｒ−Ａｌ等の化合
物ターゲットの同時スパッタリング、 Ｃ． Ｚｒ−Ａｌ−ＯおよびＨｆ−Ａｌ−Ｏの化学的気
相成長法、または Ｄ． 蒸着 堆積に続いて、膜が、不活性（例えば、Ａｒ、Ｎ2、Ｈ2
ガス）および／または酸化（Ｏ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ
およびガスなし（ガスフリー））雰囲気で、高温（４０
０〜９００℃）でアニーリングされ、ｈｉｇｈ−ｋ膜お
よびｈｉｇｈ−ｋ／Ｓｉ界面のコンディショニングを行
う。しかしながら、膜が蒸着によって堆積される場合、
合金膜内に酸素を含ませるために、アニーリング処理
は、典型的に、酸素を含む。
【００７５】アニーリングに続いて、ゲートが堆積さ
れ、パターニングされてゲートスタックになる。ゲート
材料は、金属またはポリシリコンであり得る。次いで、
任意の最高水準のデバイス製造プロセスを用いて、デバ
イスが、従来技術による方法、もしくは窒化物、ポリシ
リコン、またはポリＳｉＧｅダミーゲートを用いるゲー
ト置き換え法によって完成される。
【００７６】図４は、本発明のドープ金属酸化膜を形成
するＣＶＤ法の工程を示すフローチャートである。工程
１００は、表面を有する集積回路（ＩＣ）を提供する。
工程１０２は、ＺｒおよびＨｆからなる群から選択され
る金属ならびにドーピング金属を含む、少なくとも１つ
の前駆体を調製する。工程１０２は、ドーピング金属を
含む。ドーピング金属は、好ましくは、アルミニウム
（Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、
またはイットリウム（Ｙ）等の三価金属、もしくはカル
シウム（Ｃａ）またはストロンチウム（Ｓｒ）等の二価
金属である。本発明のいくつかの局面において、工程１
０２は、ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属
を含む第１の前駆体、ならびにドーピング金属を含む第
２の前駆体を包含する。工程１０４は、少なくとも１つ
の前駆体を蒸着する。工程１０６は、酸素を含む雰囲気
を確立する。典型的に、工程１０６は、アルゴン（Ａ
ｒ）を含有する雰囲気を含み、Ｏ2のＡｒに対する比率
は約５〜２５％の範囲で、圧力は約１〜１０Ｔの範囲で
ある。工程１０８は、ＩＣ表面上で前駆体を分解し、化
学的気相成長法（ＣＶＤ）で、ＺｒおよびＨｆからなる
群から選択される金属、ドーピング金属ならびに酸素を
含む合金膜を堆積する。
【００７７】工程１１０は、約４００〜８００℃の範囲
の温度でアニーリングする。工程１１０は、Ａｒ、
Ｎ2、Ｈ2ガス、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ガスなし、
および酸素プラズマからなる群から選択される要素を含
む雰囲気を確立する工程を含む。工程１１２は、生成物
であり、ここで、高誘電率および良好なバリア特性を有
する薄膜が形成される。
【００７８】本発明のいくつかの局面において、工程１
００は、シリコンＩＣ表面を提供し、工程１０８の前に
さらなる工程がある。工程１０６ａが、約３００〜５０
０℃の範囲のＩＣシリコン表面温度を確立する。
【００７９】本発明の別の実施形態において、原子層化
学的気相成長法（ＡＬＣＶＤ）が、ドープ金属酸化物誘
電体層を形成するために用いられる。ＡＬＣＶＤ法は、
化学吸着として公知の化学現象を用いる。化学吸着にお
いて、気相内の材料が、表面に吸着して、飽和し、単分
子層を形成する。大半の従来の堆積技術は、表面カバレ
ッジが単純に統計的である多層堆積領域を生成する、物
理吸着処理を用いる。化学吸着を利用することによっ
て、膜厚および組成が極めて均一である膜を、成長させ
ることが可能である。例えば、伝えられるところでは、
酸化ジルコニウム膜が、このようにして、塩化ジルコニ
ウム（ＺｒＣｌ4）を用いて第１の単分子層を形成し、
ＺｒＣｌ4の系をパージし、次いで、表面を水蒸気（Ｈ2
Ｏ）に曝すことによって、シリコン上に成長させられて
きた。酸化ジルコニウム層を生成するための他の前駆体
は、ジルコニウムプロポキシド（Ｚｒ（ｉＯＰｒ）4）
およびジルコニウムテトラメチルヘプタンジオネート
（Ｚｒ（ｔｍｈｄ）4）を含む。化学吸着は、所与の気
体−固体の組み合わせに関する非常に限られた範囲の温
度および圧力で起こる。典型的に、温度は、１〜１００
０ｍＴｏｒｒの圧力で、１００〜７００℃の間である。
例えば、酸化ジルコニウムは、伝えられるところによれ
ば、ＺｒＣｌ4およびＨ2Ｏを用いて、３００℃の温度で
シリコン基板上に堆積されてきた。この処理で単分子層
が生成されると、さらなる単分子層を加えることによっ
て、より厚い酸化ジルコニウ層が生成される。ドーピン
グ前駆体が、ドーピング金属の層を堆積するために用い
られ得る。ＡＬＣＶＤ法は、通常、パルスＣＶＤ法とも
呼ばれる。これは、その方法体系が、典型的に、堆積さ
れる材料の量を制御するために、前駆体材料のパルスに
依存するからである。典型的に、このパルスは、ＩＣ表
面を被覆するために十分な材料を含む。本方法の別の実
施形態において、ドーピング前駆体のパルスが導入され
るが、これは、ＩＣ表面全体に単分子層を形成するため
に必要とされるパルスよりも少ない。選択された前駆体
と共に化学吸着を利用するためには、全般的な処理が、
過度の実験を必要とせずに、最適化される必要がある。
この堆積方式の重要な局面は、次の成分の導入の前の１
つの成分からの十分なパージング、ならびに温度および
圧力を制御する能力である。原子層堆積により、１０Å
未満の膜厚の層、好ましくは、２〜５Åの間の膜厚の層
を生成することが可能になる。半導体基板へのそのよう
な超薄原子層の堆積を調製するための有効な道具は、実
験的な堆積においては、原子層堆積が実行可能であるこ
とが示されているが、現在存在しない。
【００８０】図５は、ドープ金属酸化膜を形成するＡＬ
ＣＶＤ法の工程を示すフローチャートである。
【００８１】工程１５０は、表面を有する集積回路（Ｉ
Ｃ）を提供する。好適な実施形態において、表面上にも
ともと存在する表面酸化物が取り除かれて、シリコン表
面が露出される。
【００８２】工程１５２は、ＺｒおよびＨｆからなる群
から選択される金属を含む少なくとも１つの前駆体を調
製し、その少なくとも１つの前駆体を蒸発させ、ＩＣ表
面をその少なくとも１つの前駆体に曝す。前駆体は、Ａ
ＬＣＶＤチャンバ内のＩＣ表面上に材料の単分子層を堆
積することに適しているべきである。例えば、好適な実
施形態において、塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ4）、ジ
ルコニウムプロポキシド（Ｚｒ（ｉＯＰｒ）4）および
ジルコニウムテトラメチルヘプタンジオネート（Ｚｒ
（ｔｍｈｄ）4）が、Ｚｒを堆積するための前駆体であ
るので、ＺｒがＩＣ表面に吸着して単分子層を生成す
る。
【００８３】工程１５４は、酸素前駆体を調製し、ＩＣ
表面をその酸素前駆体に曝す。好ましくは、酸素前駆体
は蒸気である。例えば、好適な実施形態において、Ｈ2
Ｏが酸素前駆体として用いられる。
【００８４】工程１５６は、ドーピング金属を含むドー
ピング前駆体を調製する。ドーピング金属は、好ましく
は、アルミニウム（Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ラ
ンタン（Ｌａ）、またはイットリウム（Ｙ）等の三価金
属、もしくはカルシウム（Ｃａ）またはストロンチウム
（Ｓｒ）等の二価金属である。好適な実施形態におい
て、ドーピング前駆体は、アルミニウムドーピングの場
合は、ＡｌＣｌ3、Ａｌ（ＣＨ3）3、およびＡｌ（ａｃ
ａｃ）3からなる群から選択される。ＩＣ表面がドーピ
ング前駆体に曝されるので、ドーピング金属の層または
層の一部がＩＣ表面に吸着する。
【００８５】工程１５８は、所望の誘電体材料を生成す
るために、必要に応じて、連続する工程、ならびに工程
１５２、１５４、および１５６の繰り返しの結果を指
す。左側への矢印によって示されるように、工程１５
２、１５４、および１５６は、所望の誘電体材料を生成
するために、個別に、または順序を変えて繰り返される
必要があり得る。繰り返しが必要とされるのは、大部分
において、ＡＬＣＶＤ法に関連する単分子層の堆積によ
る。ＡＬＣＶＤ法の分野で周知のとおり、各前駆体は、
たとえ同じ前駆体が次の層に用いられるとしても、好ま
しくは、連続する層ごとに取り除かれる。前駆体は、Ｉ
Ｃ表面上に単分子層の材料を生成するために、好ましく
は、十分な材料でパルス状にされるべきである。
【００８６】工程１６０において、堆積に引き続いて、
誘電体材料がアニーリングされ、誘電体材料、およびそ
の下の材料との界面を最終的にコンディショニングす
る。
【００８７】工程１６２は、最終的な高誘電率膜を指
す。
【００８８】工程１５２および１５６を別個の工程とし
て示したが、本発明の別の実施形態において、２つの前
駆体が同時に導入され得る。
【００８９】図６は、ドープ金属酸化膜を形成する蒸着
方法の工程を示すフローチャートである。工程２００
は、シリコン表面を有する集積回路（ＩＣ）を提供す
る。工程２０２は、ＺｒおよびＨｆからなる群から選択
される金属ならびにドーピング金属を含む、少なくとも
１つのるつぼを調製する。ドーピング金属は、好ましく
は、アルミニウム（Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ラ
ンタン（Ｌａ）、またはイットリウム（Ｙ）等の三価金
属、もしくはカルシウム（Ｃａ）またはストロンチウム
（Ｓｒ）等の二価金属である。工程２０４は、真空（ガ
スフリー）雰囲気を確立する。工程２０６は、少なくと
も１つのるつぼを、約１０００〜２０００℃の範囲のる
つぼ温度に加熱し、工程２０２で調製された金属を蒸着
させる。工程２０８は、工程２０２〜２０６に応じて、
ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属、ならび
にドーピング金属を含む合金膜を堆積する。工程２１０
は、酸素を含む雰囲気において、約４００〜８００℃の
範囲の温度でアニーリングし、ＺｒおよびＨｆからなる
群から選択される金属、ドーピング金属、ならびに酸素
を含む合金膜を形成する。工程２１０は、Ａｒ、Ｎ2、
Ｈ2ガス、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ 2Ｏ、ＮＯ、ガスなし、および
酸素プラズマからなる群から選択される要素を含む雰囲
気を確立する工程を含む。工程２１２は、生成物であ
り、ここで、高誘電率および良好なバリア特性を有する
薄膜が形成される。
【００９０】本発明のいくつかの局面において、工程２
０２は、ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属
のための第１のるつぼ、ならびにドーピング金属のため
の第２のるつぼを含む。次いで、工程２０６が、第１の
るつぼを、約１０００〜２０００℃の範囲の温度に加熱
する工程、および第２のるつぼを、約１０００〜２００
０℃の範囲の温度に加熱する工程を含む。Ｚｒ／Ｈｆる
つぼは、ドーピング金属のるつぼと同じ温度である必要
はない。
【００９１】本発明のいくつかの局面において、工程２
１０は部分工程（図示せず）を含む。工程２１０ａが、
酸素を含む雰囲気において、約４００〜９００℃の範囲
の温度でアニーリングする。工程２１０ｂが、Ａｒ、Ｎ
2、Ｈ2ガス、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ 2Ｏ、ＮＯ、ガスなし、お
よび酸素プラズマからなる群から選択される要素を含む
雰囲気において、約４００〜９００℃の範囲の温度でア
ニーリングする。
【００９２】ｈｉｇｈ−ｋ誘電体膜が、いくつかのｈｉ
ｇｈ−ｋ誘電体膜の製造方法と共に開示された。誘電体
膜の電子親和力、電子バリアハイト、および正孔バリア
ハイトは、ドーピング金属を含むことによって、改変す
ることが可能である。ドーピング金属は、好ましくは、
アルミニウム（Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタ
ン（Ｌａ）、またはイットリウム（Ｙ）等の三価金属、
もしくはカルシウム（Ｃａ）またはストロンチウム（Ｓ
ｒ）等の二価金属である。
【００９３】好適な実施形態において、ｈｉｇｈ−ｋ誘
電体膜は、比較的に高いアニーリング温度で、アモルフ
ァスのままである。膜は結晶構造を形成しないので、隣
接する膜との界面は凹凸が少なくなる。ゲート誘電体と
して用いられる場合、膜を、ゲート電界をチャネル領域
と結合するために必要なキャパシタンスを提供するため
に十分な膜厚にすることが可能である一方で、チャネル
領域の表面を、高電子移動度を維持するために平滑にす
ることが可能である。この膜は、ＣＶＤ法、ＡＬＣＶＤ
法、スパッタリング法、または蒸発法によって形成され
る。本発明の他の変形例および実施形態が、当業者によ
り見出される。
【００９４】特定の実施形態に関して上述したが、本発
明の範囲は、開示された実施形態のみに限定されない。
本発明に対する適度な変更および新たな改変が、今後行
われ得るが、その場合もなお、本発明の範囲内であり得
る。本発明は、請求の範囲により規定される。
【００９５】
【発明の効果】本発明によれば、二価または三価金属を
ドーピングすることにより、電子親和力、ならびにその
結果として、電子バリアハイトおよび正孔バリアハイト
を変更する、ｈｉｇｈ−ｋ誘電体膜が提供される。ｈｉ
ｇｈ−ｋ誘電体膜は、カルシウム（Ｃａ）またはストロ
ンチウム（Ｓｒ）等の二価金属、もしくはアルミニウム
（Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、
またはイットリウム（Ｙ）等の三価金属でドーピングさ
れる、ジルコニウム（Ｚｒ）またはハフニウム（Ｈｆ）
のいずれかの金属酸化物である。二価または三価のドー
ピング金属のいずれかを選択することによって、誘電体
材料の電子親和力を制御することが可能である一方で、
二酸化シリコンと比べて、高誘電率の材料も提供する。
好ましくは、誘電体材料は、粒界によって引き起こされ
るリーク電流を低減するために、アモルファスでもあ
る。上述のドープｈｉｇｈ−ｋ誘電体膜のために、スパ
ッタリング、ＣＶＤ、原子層ＣＶＤ、および蒸着法も提
供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のドープ金属酸化膜に対するス
パッタリング堆積法を示すフローチャートである。
【図２】図２は、本発明を用いてトランジスタを完成す
る工程を示す図である。
【図３】図３は、本発明を用いてトランジスタを完成す
る工程を示す図である。
【図４】図４は、本発明のドープ金属酸化膜を形成する
ＣＶＤ法の工程を示すフローチャートである図である。
【図５】図５は、本発明のドープ金属酸化膜を形成する
ＡＬＣＶＤ法の工程を示すフローチャートである図であ
る。
【図６】図６は、ドープ金属酸化膜を形成する蒸着法の
工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
５０ トランジスタ ５２ チャネル領域 ５６ ゲート誘電体膜 ６２ 界面バリア
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ２３Ｃ 16/56 Ｃ２３Ｃ 16/56 ５Ｆ１０１ Ｈ０１Ｌ 21/8238 Ｈ０１Ｌ 29/78 ３０１Ｇ ５Ｆ１４０ 21/8247 27/08 ３２１Ｄ 27/092 29/78 ３７１ 27/105 27/10 ４４４Ａ 29/78 29/788 29/792 Ｆターム(参考） 4K029 AA06 AA24 BA50 BD01 CA06 DC16 EA03 EA08 GA01 4K030 AA01 AA03 AA11 BA10 BA22 BA42 CA04 CA12 DA09 JA09 JA10 LA15 5F048 AC03 BB04 BB11 BB12 BB13 5F058 BA11 BC03 BC04 BF02 BF12 BF17 BF24 BF32 BH02 BH03 5F083 FR05 JA02 JA05 JA19 PR12 PR21 PR22 PR23 5F101 BA62 BH02 BH03 BH16 5F140 AA19 AB03 AC01 BA01 BD01 BD07 BD09 BD11 BD13 BD17 BE07 BE09 BE10 BE17 BF04 BF05 BG01

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 二酸化シリコンに対して、高誘電率を有
    する薄膜であって、該薄膜が、 ａ）ドーピング金属と、 ｂ）ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）か
    らなる群から選択される金属と、 ｃ）酸素と、 を含むことにより、高誘電体膜が形成される、薄膜。
  2. 【請求項２】 前記ドーピング金属が、アルミニウム
    （Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、
    およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三
    価金属である、請求項１に記載の薄膜。
  3. 【請求項３】 前記ドーピング金属が、カルシウム（Ｃ
    ａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から選択
    される二価金属である、請求項１に記載の薄膜。
  4. 【請求項４】 前記薄膜が約２０〜２００Åの範囲の膜
    厚を有する、請求項１に記載の薄膜。
  5. 【請求項５】 前記薄膜が約１０〜２５の範囲の比誘電
    率を有する、請求項１に記載の薄膜。
  6. 【請求項６】 前記膜内のドーピング金属のパーセンテ
    ージが約５０％を超過しない、請求項１に記載の薄膜。
  7. 【請求項７】 前記膜内のドーピング金属のパーセンテ
    ージが約２５％である、請求項６に記載の薄膜。
  8. 【請求項８】 ＭＯＳＦＥＴトランジスタであって、 ａ）ゲート電極と、 ｂ）該ゲート電極の下側に上面を有するチャネル領域
    と、 ｃ）該ゲート電極と該チャネル領域の上面との間に挿入
    されるゲート誘電体膜であって、二酸化シリコンに比べ
    て高誘電率を有し、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニ
    ウム（Ｈｆ）からなる群から選択される金属を含み、酸
    素を含み、さらにドーピング金属を含むゲート誘電体膜
    とを含む、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ。
  9. 【請求項９】 前記ドーピング金属が、アルミニウム
    （Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、
    およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三
    価金属を含む、請求項８に記載のトランジスタ。
  10. 【請求項１０】 前記ドーピング金属が、カルシウム
    （Ｃａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から
    選択される二価金属を含む、請求項８に記載のトランジ
    スタ。
  11. 【請求項１１】 前記膜内のドーピング金属のパーセン
    テージが約０〜５０％の範囲である、請求項８に記載の
    トランジスタ。
  12. 【請求項１２】 前記膜内のドーピング金属のパーセン
    テージが約２５％である、請求項１１記載のトランジス
    タ。
  13. 【請求項１３】 前記ゲート誘電体膜が約２０〜２００
    Åの範囲の膜厚を有する、請求項８に記載のトランジス
    タ。
  14. 【請求項１４】 前記ゲート誘電体膜が約１０〜２５の
    範囲の比誘電率を有する、請求項８に記載のトランジス
    タ。
  15. 【請求項１５】 トランジスタであって、前記チャネル
    領域と前記ゲート誘電体膜との間に挿入された、約２〜
    ５Åの範囲の膜厚を有する界面バリアをさらに含み、該
    界面バリアが、窒化シリコンおよび酸窒化シリコンから
    なる群から選択された材料を含むことにより、前記チャ
    ネル領域の上面が、より平滑になり、前記ＭＯＳＦＥＴ
    の電子移動度を増す、請求項８に記載のトランジスタ。
  16. 【請求項１６】 表面を有する集積回路（ＩＣ）の製造
    において、ドープ金属酸化膜を該ＩＣ表面上に形成する
    方法が、 ａ）酸素を含む雰囲気を確立する工程と、 ｂ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属を含
    み、かつドーピング金属を含む少なくとも１つのターゲ
    ット金属を該ＩＣシリコン表面上にスパッタリングする
    工程と、 ｃ）該工程ａ）およびｂ）に応じて、該ドープ金属酸化
    膜を形成する工程と、 ｄ）約４００〜９００℃の範囲の温度でアニーリングす
    ることにより、高誘電率および良好なバリア特性を有す
    る薄膜が形成される工程と、を包含する、方法。
  17. 【請求項１７】 前記ＩＣ表面がほぼ室温〜４００℃の
    温度範囲で維持される、請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記工程ａ）がアルゴン（Ａｒ）を含
    有する雰囲気を含み、Ｏ2のＡｒに対する比率が約５〜
    ２５％の範囲であり、圧力が約１〜１０ミリトル（ｍＴ
    ｏｒｒ）の範囲である、請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記工程ｄ）が、Ａｒ、Ｎ2、Ｈ2ガ
    ス、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ガスなし、および酸素
    プラズマからなる群から選択される要素を含む雰囲気を
    確立する工程を包含する、請求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記ドーピング金属が、アルミニウム
    （Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、
    およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三
    価金属である、請求項１６に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記ドーピング金属が、カルシウム
    （Ｃａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から
    選択される二価金属である、請求項１６に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記工程ｂ）が、ＺｒおよびＨｆから
    なる群から選択される金属の第１のターゲット、ならび
    に三価金属を含む第２のターゲットを含む、別々のター
    ゲットを同時スパッタリングする工程を包含する、請求
    項１６に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記工程ｂ）が、ＺｒおよびＨｆから
    なる群から選択される金属の第１のターゲット、ならび
    に二価金属を含む第２のターゲットを含む、別々のター
    ゲットを同時スパッタリングする工程を包含する、請求
    項１６に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 表面を有する集積回路（ＩＣ）の製造
    において、ドープ金属酸化膜を形成する方法が、 ａ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属なら
    びにドーピング金属を含む、少なくとも１つの前駆体を
    調製する工程と、 ｂ）該少なくとも１つの前駆体を蒸発させる工程と、 ｃ）酸素を含む雰囲気を確立する工程と、 ｄ）該ＩＣ表面上で該前駆体を分解し、化学的気相成長
    法（ＣＶＤ）で、ＺｒおよびＨｆからなる群から選択さ
    れる金属、ドーピング金属および酸素を含む合金膜を堆
    積する工程と、 ｅ）約４００〜９００℃の範囲の温度でアニーリングす
    ることにより、高誘電率および良好なバリア特性を有す
    る薄膜が形成される工程と、を包含する、方法。
  25. 【請求項２５】 前記工程ｄ）の前に、約３００〜５０
    ０℃の範囲のＩＣ表面温度を確立する工程をさらに包含
    する、請求項２４に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記工程ｃ）が、アルゴン（Ａｒ）を
    含有する雰囲気を含み、Ｏ2のＡｒに対する比率が約５
    〜２５％の範囲であり、圧力が約１〜１０トル（Ｔｏｒ
    ｒ）の範囲である、請求項２４に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記工程ｅ）が、Ａｒ、Ｎ2、Ｈ2ガ
    ス、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ガスなし、および酸素
    プラズマからなる群から選択される要素を含む雰囲気を
    確立する工程を包含する、請求項２４に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記ドーピング金属が、アルミニウム
    （Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、
    およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三
    価金属である、請求項２４に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記ドーピング金属が、カルシウム
    （Ｃａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から
    選択される二価金属である、請求項２４に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 表面を有する集積回路（ＩＣ）の製造
    において、ドープ金属酸化膜を形成する方法が、 ａ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属を含
    む第１の前駆体を調製する工程と、 ｂ）該第１の前駆体を蒸発させ、該ＩＣ表面を該前駆体
    に曝すことにより、該金属の層が該表面に化学的に吸着
    し、ＡＬＣＶＤ法で、該金属の層を堆積する工程と、 ｃ）酸素前駆体を調製する工程と、 ｄ）該酸素前駆体を蒸発させ、該ＩＣ表面を該酸素前駆
    体に曝すことにより、酸素の層が該表面に化学的に吸着
    し、ＡＬＣＶＤ法で、該酸素の層を堆積する工程と、 ｅ）ドーピング金属を含むドーピング金属前駆体を調製
    する工程と、 ｆ）該ドーピング金属前駆体を蒸発させ、該ＩＣ表面を
    該ドーピング金属前駆体に曝すことにより、該ドーピン
    グ金属の層が該表面に化学的に吸着し、ＡＬＣＶＤ法
    で、該ドーピング金属の層を堆積する工程と、 ｇ）約３００〜９００℃の範囲の温度でアニーリングし
    て、該堆積された層のコンディショニングを行うことに
    より、高誘電率および良好なバリア特性を有する薄膜が
    形成される、工程と、を包含する、方法。
  31. 【請求項３１】 処理中に、約１００〜７００℃の範囲
    のＩＣシリコン表面温度を確立する工程をさらに包含す
    る、請求項３０に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 前記ドーピング金属が、アルミニウム
    （Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、
    およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三
    価金属である、請求項３０に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 前記ドーピング金属が、カルシウム
    （Ｃａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から
    選択される二価金属である、請求項３０に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記第１の前駆体がＺｒＣｌ4であ
    る、請求項３０に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記酸素前駆体がＨ2Ｏである、請求
    項３０に記載の方法。
  36. 【請求項３６】 前記ドーピング金属前駆体が、ＡｌＣ
    ｌ3、Ａｌ（ＣＨ3） 3、およびＡｌ（ａｃａｃ）3からな
    る群から選択される前駆体である、請求項３０に記載の
    方法。
  37. 【請求項３７】 シリコン表面を有する集積回路（Ｉ
    Ｃ）の製造において、ドープ金属酸化膜を形成する方法
    が、 ａ）ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される金属なら
    びにドーピング金属を含む、少なくとも１つのるつぼを
    調製する工程と、 ｂ）真空雰囲気を確立する工程と、 ｃ）該少なくとも１つのるつぼを、約１０００〜２００
    ０℃の範囲のるつぼ温度に加熱することにより、該工程
    ａ）で調製された金属を蒸発させる工程と、 ｄ）該工程ａ）〜ｃ）に応じて、該ＺｒおよびＨｆから
    なる群から選択される金属ならびに該ドーピング金属を
    含む合金膜を堆積する工程と、 ｅ）酸素を含む雰囲気で、約４００〜９００℃の範囲の
    温度でアニーリングし、該ＺｒおよびＨｆからなる群か
    ら選択される金属、該ドーピング金属ならびに酸素を含
    む合金膜を形成することにより、高誘電率および良好な
    バリア特性を有する薄膜が形成される工程と、を包含す
    る方法。
  38. 【請求項３８】 前記工程ａ）が、前記ＺｒおよびＨｆ
    からなる群から選択される金属のための第１のるつぼ、
    ならびに前記ドーピング金属のための第２のるつぼを含
    み、前記工程ｃ）が、該第１のるつぼを、約１０００〜
    ２０００℃の範囲の温度に加熱し、該第２のるつぼを、
    約１０００〜２０００℃の範囲の温度に加熱する工程を
    包含する、請求項３７に記載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記ドーピング金属が、アルミニウム
    （Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ランタン（Ｌａ）、
    およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される三
    価金属である、請求項３８に記載の方法。
  40. 【請求項４０】 前記ドーピング金属が、カルシウム
    （Ｃａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から
    選択される二価金属である、請求項３８に記載の方法。
  41. 【請求項４１】 前記工程ｅ）が、Ａｒ、Ｎ2、Ｈ2ガ
    ス、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ガスなし、および酸素
    プラズマからなる群から選択される要素を含む雰囲気を
    確立する工程を包含する、請求項３７に記載の方法。
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