JP2012041633A - Ｚｒ−Ｇｅ−Ｔｉ−ＯまたはＨｆ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏの誘電材料を備えた物質とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 フィルム、またはＲがＺｒとＨｆから選択されたＲ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏを備えた誘電材料とその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、ＲがＺｒとＨｆから選択される、Ｒ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏのフィルムを備えた誘電材料に関し、また、その製造方法に関連する。誘電材料は、公式Ｒx−Ｇｅy−Ｔｉz−Ｏwを有することが好ましく、ここで、．０５≧ｘ≦１、．０５≦ｙ≦１、０．１≧ｚ≦１、１≧ｗ≦２、ｘ＋ｙ＋ｚ≡１であり、さらに好ましくは、０．１５≧ｘ≦０．７、．０５≧ｙ≦０．３、０．２５≧ｚ≦０．７、１．９５≧ｗ≦２．０５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ≡１である。本発明は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）装置のコンデンサを備えたシリコンチップ集積回路装置での使用に特に有用である。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明は、ＲがＺｒとＨｆから選択される、Ｒ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏのフィルムを備えた誘電材料に関し、また、その製造方法に関連する。誘電材料は、公式Ｒx−Ｇｅy−Ｔｉz−Ｏwを有することが好ましく、ここで、．０５≧ｘ≦１、．０５≦ｙ≦１、０．１≧ｚ≦１、１≧ｗ≦２、ｘ＋ｙ＋ｚ≡１であり、さらに好ましくは、０．１５≧ｘ≦０．７、．０５≧ｙ≦０．３、０．２５≧ｚ≦０．７、１．９５≧ｗ≦２．０５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ≡１である。本発明は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）装置のコンデンサを備えたシリコンチップ集積回路装置での使用に特に有用である。
【選択図】 図１
Description
本発明は、Ｒ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏのフィルムを備えた誘電材料（ＲはＺｒとＨｆから選択される）と、その製造方法に関する。本発明は、ダイナミック・ランダムアクセス・メモリー（ＤＲＡＭ）装置のコンデンサのようなシリコンチップ集積回路装置に特に有用である。
マイクロエレクトロニクス回路はますます集積され、より小型の構成部品への必要性が高まっている。ＤＲＡＭセル装置に関しての小型化が特に激しく追求されている。集積回路のより小型なサイズへの移行は、従来より使用されている材料よりも高い誘電定数（ε）を有する薄膜誘電体の開発において意欲を呼び起こしている。しかし、使用できる材料のパフォーマンス規制が多くある。例えば、ＤＲＡＭ記憶コンデンサは、約２０ｆＦよりも大きな容量を必要とする。El-Kareh等の"The Evolution of DRAM Cell Technology," (SOLID STATE TECH. pp.89〜101)を参照されたい。
一般に、ＤＲＡＭコンデンサ、または集積回路装置のコンデンサ内の誘電材料として、ａ−ＳｉＯxのフィルムが使用されてきた。セルのサイズが縮小したために、設計者は、極薄で非平坦なａ−ＳｉＯxのフィルムを使用していたが、これらのフィルムは、限界のある放電破壊フィールドのために信頼性が薄い点で問題がある。またそれらには、段階被覆や等角性のようなその他の付随した問題もある。従って、ａ−ＳｉＯxフィルムの固有制限を回避しながらａ−ＳｉＯxフィルムにとって代わることができる新しい誘電材料を開発するための努力がなされてきた。
ＢＳＴと呼ばれるバリウムストロンチウムチタン酸塩構成、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3が注目されている。これらの各々は利点と欠点の両方を備えている。例えば、チタン酸塩酸化物（ＴｉＯ2）は、高い誘電定数（ε〜８０）を有し、ＴｉＯ２のフィルムを、金属酸化物半導体またはメモリコンデンサ、ゲート酸化物、その他の回路要素といったように、集積回路の様々な役割において潜在的に有用にしている。これについては、例えば、１９９５年、Y.H.Lee等の"Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of TiO2 In Microwave-Radio Frequency Hybrid Plasma Reactor" (J.VAC.SCI.TECH.A13(3)P.596)や、１９９６年、J.Yan等の"Structural and Electrical Characterization of TiO2 Grown From Titanium Tetrakis-Isopropoxide(TTIEP)and TTIP/H20 ambients," (J.VAC.SCI.TECH.B14(3)P.1706)を参照をされたい。
しかし、結晶ＴｉＯ2（ｘ−ＴｉＯ2）フィルムは、高い漏れ電流（低い放電破壊フィールド）を示し、これが、ＤＲＡＭ回路の動作に悪影響を及ぼしコンデンサの信頼性にも影響を与える。（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3は、高い付着温度および処理温度を要し、多くの目的に対し、それを望ましくないものにしてしまう。アモルファスＴａ2Ｏ5（ａ−ＴｉＯ2）は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3よりも処理が単純であり、高温処理が不要で、漏れ電流も低い。しかし、これは誘電定数が比較的低いため（ε〜２３）、長期にわたる解決をもたらす可能性は少ない。そのため、誘電材料分野に関わる関係者は、誘電定数が高く、コンデンサおよびマイクロエレクトロニクスで使用するための新しい材料を探索し続けている。
アモルファスチタン酸化物ベースのフィルムの誘電定数における相対減少は、O. Nakagawara等による"Electrical Properties of (Zr,Sn)TiO4 Dielectric Thin Film Prepared by Pulsed Laser Deposition" (J.APPL.PHYS.80,388 (1996) ("Nakagawara"))において、この減衰が材料のイオン分極性に起因すると報告されている。しかし、新しい誘電材料を見つけるための探索において、出願人は、チタン酸化物のアモルファスフィルム材料の研究を行ってきた。誘電体として有用な特性を示すアモルファスチタン酸化物ベースの構成が、１９９９年６月１５日、本明細書の発明者であるSchneemeyer,VanDover等に発行の、本明細書の譲渡人と同じLucent Technologiesに譲渡された、米国特許第５，９１２，７９７号、"Dielectric Materials of Amorphous Compositions and Devices Employing Same"に説明されている。本明細書では、この明細書を参照することで援用する。'797特許は、すず（Ｓｎ）と、ハフニウム（Ｈｆ）またはジルコニウム（Ｚｒ）のいずれかとの両方を含有したアモルファスチタン酸化フィルムについて説明している。'797特許の材料は、厚さ４０〜５０ｎｍのフィルムで、誘電定数が５０〜７０と高く、放電破壊フィールドが４ＭＶ／ｃｍである。この材料は、個別に制御された３つのガンを用いた偏軸スパッタリングを使用して得た。これらの新規アモルファスフィルムは誘導特性に非常に優れているが、半導体製品内にこれらを組み込むためには、他の規制を満たさなければならない。例えば、エッチング処理、好ましくはプラズマエッチング処理は、フィルムがパターニングされるように開発されなくてはならない。チタンは、揮発性塩素を形成するため、容易にエッチングすることができ、すずやジルコニウムのエッチング様態はよく知られているように良くない。
理解できるように、集積回路装置の開発を懸念する当業者により、回路サイズが進歩的に小型化されるにつれ、装置パフォーマンスを向上するための新しい材料および方法の探索が継続されている。この探索には、高い誘電定数と大きな放電破壊フィールド（低い漏れ電流）を備えたＤＲＡＭセルやシリコンチップ集積回路装置における使用のために互換性を有し、処理が比較的容易で、エッチングが容易な新規の誘導材料の発見が含まれる。
本発明は、Ｒがジルコニウムおよびハフニウムから選択された、Ｒ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏを備えた誘電フィルムに関するものである。誘電フィルムは、公式Ｒx−Ｇｅy−Ｔｉz−Ｏwを有するアモルファス構成であることが好ましく、ここで、．０５≧ｘ≦１、．０５≧ｙ≦１、０．１≧ｚ≦１、１≧ｗ≦２であり、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ≡１であり、さらに好ましくは、０．１５≧ｘ≦０．７、．０５≧ｙ≦０．３、０．２５≧ｚ≦０．７、１．９５≧ｗ≦２．０５である。フィルムの厚みとｘ、ｙ、ｚ、ｗの値は、材料の薄膜（〜８０−１００ｎｍ）が約４０またはそれ以上の誘電定数、１０-6Ａ／ｃｍ2未満の漏れ電流、約１８μＣ／ｃｍ2またはそれ以上の良度指数を呈するように選択することができる。
高い誘電定数と低い放電破壊フィールド（低い漏れ電流）を備えたフィルムが得られる。
本発明のより良い理解のため、例示的な実施形態が以下で説明され、添付の図面と共に考察される。なお、これらの図面は本発明の概念の例示を目的とするが、グラフを除き、寸法にはこだわらない。
出願人は、Ｒ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏを備えた新規の誘電材料を（Ｒはジルコニウム（Ｚｒ）とハフニウム（Ｈｆ）から選択されている）発見してきた。これらの材料と共に、酸化タンタル、Ｔａ2Ｏ5の誘導率の約２倍、またはそれ以上の比較的高い誘電定数（ε〜４０−８０）を有する、厚みが約８０〜１００ｎｍのアモルファスフィルムを用意してもよい。これらフィルムの放電破壊フィールドは、約２〜３ＭＶ／ｃｍであり、約１８μＣ／ｃｍ2またはこれ以上の良度指数を生じる。７μＣ／ｃｍ2で蓄積された電荷値において測定された漏れ電流は、約１０-6Ａ／ｃｍ2の範囲にあった。フィルムは、３つの個別に制御されたＲＦスパッタリングガンを用いて、約２００℃の基板温度で偏軸形状において共析することができる。追加のＲＦ電源を用いて、基板バイアスを適用することも可能である。
以下の説明は３つの項に分けられている。Ａ項では、本発明の用途を、ＤＲＡＭコンデンサ内の誘電材料の使用を参照して説明している。Ｂ項では、発明による誘電材料と好ましい実施形態について説明している。最後に、Ｃ項では、誘電フィルムの製造方法について説明している。
Ａ． 使用例
図１は、例証的な方法により、本発明の誘導層を組み込んだ一般的な積み重ね型コンデンサＤＲＡＭ設計の断面図を示しているが、本発明はＤＲＡＭセルでの使用に限定されるものではなく、これ以外の用途、例えばハイブリッド集積回路、その他の装置のコンデンサ、またはＭＯＳＦＥＴゲート誘電体といったものにも使用できることが理解されるべきである。
図１は、例証的な方法により、本発明の誘導層を組み込んだ一般的な積み重ね型コンデンサＤＲＡＭ設計の断面図を示しているが、本発明はＤＲＡＭセルでの使用に限定されるものではなく、これ以外の用途、例えばハイブリッド集積回路、その他の装置のコンデンサ、またはＭＯＳＦＥＴゲート誘電体といったものにも使用できることが理解されるべきである。
ＤＲＡＭ用途に使用される共通のセル設計は、転送ゲート（例えば、ＭＯＳ電界効果トランジスタまたはＭＯＳＦＥＴ）と、コンデンサ４０から成る記憶ノードとを備えている。図１には、ＭＯＳＦＥＴの基本構造が示されている。一般にシリコンから成る基板１０が、ＭＯＳＦＥＴ用のソース１４およびドレイン１６拡散とゲート構造１８ａ、１８ｂを形成するべく、既知のように、ｎタイプまたはｐタイプの伝導性の不純物範囲を形成するためにイオンでドーピングされる。基板１０の表面上には、フィールド酸化物パターン（またはＦＯＸ）１２が配置される。
誘電材料２４の薄膜によって分離された底部電極２２と頂部電極２６を備えたコンデンサ４０が、１つまたはそれ以上の不純物範囲との伝導関係において、シリコン基板１０上に設けられている。電極２２、２６は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、０．５％のＣｕでドーピングしたＡｌ、またはＤＲＡＭ用の電極形成のための技術で既知の他の材料の薄膜を備えていてもよい。コンデンサ２０を形成するために、誘電材料２４のフィルムは底部電極２２と頂部電極２６の間の空間を充填し、また、本発明の誘電材料から成っている。一般にリン化ホウ素ケイ酸塩ガラスから成る、絶縁層２０は、コンデンサをゲート構造１８ａ、１８ｂから離すことができる。
別の例証的用途では、本発明の誘電体が、ＭＯＳＦＥＴ装置のゲート誘電体、例えば、金属絶縁半導体ゲート構造を備えた装置に使用されている。このような装置は当該分野で知られており、文献でも説明されている。
Ｂ． 好ましい構成
出願人は、誘電材料がＲ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏを有しており、Ｒ＝ＺｒまたはＨｆであることを発見した。この材料を、公式Ｒx−Ｇｅy−Ｔｉz−Ｏwを持ったアモルファス構成として説明することができる。フィルムの厚みとｘ、ｙ、ｚ、ｗの値は、構成の誘電定数が約４０よりも高く、漏れ電流が１０-6Ａ／ｃｍ2未満で、良度指数が約１８μＣ／ｃｍ2よりも大きくなるように選択されてもよい。特に、好ましい構成は、．０５≧ｘ≦１、．０５≦ｙ≦１、０．１≧ｚ≦１、１≧ｗ≦２のものであり、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ≡１である。さらに好ましい構成は、０．１５≧ｘ≦０．７、．０５≧ｙ≦０．３、０．２５≧ｚ≦０．７、１．９５≧ｗ≦２．０５のものであり、ここでもｘ＋ｙ＋ｚ≡１である。
出願人は、誘電材料がＲ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏを有しており、Ｒ＝ＺｒまたはＨｆであることを発見した。この材料を、公式Ｒx−Ｇｅy−Ｔｉz−Ｏwを持ったアモルファス構成として説明することができる。フィルムの厚みとｘ、ｙ、ｚ、ｗの値は、構成の誘電定数が約４０よりも高く、漏れ電流が１０-6Ａ／ｃｍ2未満で、良度指数が約１８μＣ／ｃｍ2よりも大きくなるように選択されてもよい。特に、好ましい構成は、．０５≧ｘ≦１、．０５≦ｙ≦１、０．１≧ｚ≦１、１≧ｗ≦２のものであり、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ≡１である。さらに好ましい構成は、０．１５≧ｘ≦０．７、．０５≧ｙ≦０．３、０．２５≧ｚ≦０．７、１．９５≧ｗ≦２．０５のものであり、ここでもｘ＋ｙ＋ｚ≡１である。
しかし、好ましいＨｆを用いた構成は、Ｚｒを用いた構成よりも、チタン濃縮度が低い。特に、Ｈｆ構成は約３０〜５５ａｔ．％のチタンを有益に有しているため、好ましいＺｒ構成が原子率約５０〜７０のチタンを有する。従って、ＲがＺｒである場合、特に好ましい構成の範囲は．１５≧ｘ≦０．５、．０５≧ｙ≦０．２５、０．５≧ｚ≦．７、１．９５≧ｗ≦２．０５となる。しかし、ＲがＨｆである場合には、構成物の若干の誤差範囲が特に好ましく、すなわち、．３０≧ｘ≦０．７、．０５≧ｙ≦０．３、０．２５≧ｚ≦．６、１．９５≧ｗ≦２．０５である。
図２は、材料の誘導率をＺｒの関数、ＧｅおよびＴｉ定数（つまり、ＲがＺｒ）として表す位相線図である。この図から、Ｔｉ定数の増加に伴って、誘電定数も増加する優勢な傾向があることがわかる。しかし、端部部材間の線形補間を考慮すると、この傾向をデータから除去してもよい。例えば、図３は、端部部材用の値、ε（ＴｉＯw）＝１００、ε（ＺｒＯw）＝２０、ε（ＧｅＯ）＝５．８を用いた誘電定数の線形補間からの偏差を示す位相線図である。Ｇｅを多く含む構成のεに対して、低い値への線形補間からの著しい偏差があり、また、Ｚｒ0.25Ｇｅ0.25Ｔｉ0.5Ｏ2の付近ではそれほど増加していないことがわかるであろう。
図４は、誘電材料（ここでも、Ｒ＝Ｚｒ）の良度指数をＺｒ、Ｔｉ、Ｇｅ面積（content）の関数として示す位相線図である。良度指数（ＦＯＭ）が、最も高い範囲が線図のチタン多量範囲１８内に存在する。しかし出願人は、高誘電性のフィルムを生成するために、フィルムにはゲルマニウムが有益に含まれていることを発見している。例えば、図５は、ゲルマニウムを含んでいないＴｉＯw−ＺｒＯwフィルムのＦＯＭを示す位相線図である。原子率５〜１５％までのＧｅの使用は誘電定数にほとんど影響しないのに対し、ゲルマニウムを含まないフィルムの放電破壊フィールドは低く、一定して低いＦＯＭへ誘導する。
図６は、電圧の関数として、近似した構成Ｚｒ0.3Ｇｅ0.1Ｔｉ0.6Ｏwを有する誘電材料の電流密度を示すグラフである。フィルムは厚みが約８０ｎｍであり、底部電極としてＴｉＮと、頂部電極としてＨｇを備えたコンデンサで、電圧が測定される。６．６Ｖにおいて、７μＣ／ｃｍ2の蓄積電荷が得られ、これは、高密度の積み重ね型コンデンサの動作点を表す。関連する電圧において測定した漏れ電流は、１０-6Ａ／ｃｍ2よりも低く、放電破壊電圧は１７Ｖであり、ＣＶbr／Ａ＝１８．７μＣ／ｃｍ2のＦＯＭへと誘導する。
図７は、ＲがＨｆである材料の良度指数を、Ｈｆ、Ｇｅ、Ｔｉ面積の関数として示す位相線図である。図からわかるように、材料Ｈｆ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏを含有する材料は、Ｚｒ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏを含んだ材料と同様に誘導特性を有する。従って、本発明の構成は有用な誘電特性、例えば高い誘電定数（〜４０−８０）、低い漏れ電流（〜１０-6Ａ／ｃｍ2未満）、高いＦＯＭ（〜１８μＣ／ｃｍ2よりも大きい）を備えている。さらに、ゲルマニウムが、エッチング処理に利点を提供する揮発性塩素を形成する。付着した酸化物内の酸素トラップを補正するために、フィルムは少量（５原子率未満）のカチオンまたはアニオン（例えばＮまたはＦ）でドーピングしてもよい。これ以外のドーパントにはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｙ、ＡｌまたはＩｎが含まれる。
本明細書で説明する構成は、既に述べた‘７９７特許の構成とは異なる。‘７９７特許は、Ｇｅと比較して、サイズが大きく異なり、化学的非類似性を有するＳｎの使用を説明している。例えば、Ｇｅ4+は０．０５３ｎｍのイオン半径を有し、Ｓｎ4+は０．０６９ｎｍのイオン半径を有する。Ｓｎ4+は八面体環境のような長い配位球体を好むのに対して、Ｇｅ4+は、四面体の穴を占めるのに十分に小さいので、ＳｎよりもＳｉとより類似した化学的性質を備えている。従って、当業者は、アモルファス・ジルコニウム・チタン・ゲルマニウム（ａＺＴＧ）酸化物またはアモルファス・ハフニウム・チタン・ゲルマニウム（ａＨＴＧ）酸化物と比較して、アモルファス・ジルコニウム・チタン・スズ（ａＺＴＴ）酸化物の異なるパッキングアレンジメントを期待するだろう。さらに、Ｚｒ−Ｇｅ−Ｔｉ−ＯまたはＨｆ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏの３元結晶相は、文献に開示されていない。従って、当業者は、ＺＴＧまたはＨＴＧシステムの比較可能な特性を期待するべきではない。さらに驚くことに、ａＺＴＧおよびａＨＴＧ酸化物は、以前にａＺＴＴ酸化物の研究から得た異なる構成において共に、低い放電破壊フィールドと低い漏れ電流を呈した。
Ｃ． サンプル準備
この分野で既知の様々な技術は、本発明のフィルムの準備に適している。しかし、フィルムを製造する有益な方法は偏軸スパッタリングを備えている。フィルム付着のための有用なスパッタリング装置の略図を図８に示す。この装置はゲートバルブ４５を設けた真空チャンバ４０と、真空チャンバ４０内に配置された３つのプラーナ・マグネトロン・スパッタ・ガン４１、４２、４３とを備えている。ガンは、Ｒ（つまりＺｒまたはＨｆ）、Ｇｅ、Ｔｉのメタリック・スパッタ・ターゲットをそれぞれ採用している。これらは、互いに９０°の間隔で対向した直径５．０８ｃｍ（２ｉｎ）のターゲットを備えていてもよい。基板５０は、サンプルホルダ６０上に配置され、３つのスパッタガンの中心によって画定された平面と平行して置かれ、この平面の例えば約２．５４ｃｍ（１ｉｎ）下において置換される。ガンは対応するＲＦ電源５１、５２、５３とそれぞれ接続しており、自己バイアスを行うことができる。ここで説明した好ましい構成を得るためには、ガンはそれぞれ約７５Ｗ、１５０Ｗ、２０Ｗで動作され、また、６００ＷのＲＦ電源とインピーダンスマッチボックスを使用することが有益である。付着は、チャンバ内を総圧力３０ｍＴｏｒｒにし、約４０％の容量Ｏ2、バランスＡｒを使って実施することができる。
この分野で既知の様々な技術は、本発明のフィルムの準備に適している。しかし、フィルムを製造する有益な方法は偏軸スパッタリングを備えている。フィルム付着のための有用なスパッタリング装置の略図を図８に示す。この装置はゲートバルブ４５を設けた真空チャンバ４０と、真空チャンバ４０内に配置された３つのプラーナ・マグネトロン・スパッタ・ガン４１、４２、４３とを備えている。ガンは、Ｒ（つまりＺｒまたはＨｆ）、Ｇｅ、Ｔｉのメタリック・スパッタ・ターゲットをそれぞれ採用している。これらは、互いに９０°の間隔で対向した直径５．０８ｃｍ（２ｉｎ）のターゲットを備えていてもよい。基板５０は、サンプルホルダ６０上に配置され、３つのスパッタガンの中心によって画定された平面と平行して置かれ、この平面の例えば約２．５４ｃｍ（１ｉｎ）下において置換される。ガンは対応するＲＦ電源５１、５２、５３とそれぞれ接続しており、自己バイアスを行うことができる。ここで説明した好ましい構成を得るためには、ガンはそれぞれ約７５Ｗ、１５０Ｗ、２０Ｗで動作され、また、６００ＷのＲＦ電源とインピーダンスマッチボックスを使用することが有益である。付着は、チャンバ内を総圧力３０ｍＴｏｒｒにし、約４０％の容量Ｏ2、バランスＡｒを使って実施することができる。
誘電フィルムの付着に使用する基板５０は、一般に、約５５００Ａの熱酸化物、４５０ＡのＴｉ、６００ＡのＴｉＮでコーティングしたシリコンウェーハを備えている。付着処理の前に、基板５０を、ステンレス鋼ネジとワッシャを使って厚いアルミニウム基板ホルダに取り付ける。基板ホルダ６０は、成長中のフィルム上の表面移動性を促進するために、付着処理の最中に、ＲＦ電力（好ましくは約１０Ｗ）を供給するべく電源６１と接続していてもよい。さらに、基板ホルダを放射加熱器で加熱し、基板ホルダ内に挿入したクロメル／アルメル熱電対で監視してもよい。付着処理中の温度は、基板ホルダが保たれる約２００℃の温度で一定に維持されることが好ましい。
上述の利点的特性を備えた誘電材料を得るための例証的処理を以下に説明する。付着装置を上述のように配置し、Ｚｒ（またはＨｆ）、Ｇｅ、Ｔｉ用の３つのスパッタ・ガンも装備する。チャンバ４０を５×１０-6Ｔｏｒｒ未満にまでポンピングし、基板の温度を２００℃に上げる。チャンバ４０内に酸素ガス（Ｏ2）とアルゴンガス（Ａｒ）が各々１０ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍで導入される（ｓｃｃｍとは、標準圧力および温度におけるｃｍ3／分のことである）。メインゲートバルブ４５を部分的に閉鎖することにより、チャンバ内の圧力を３０ｍＴｏｒｒにまで上げる。次に、スパッタ・ガン４１、４２、４３にそれぞれ７５Ｗ、１５０Ｗ、２０ＷのレベルでＲＦ電力を供給するためにＲＦ電源を起動し、次に、ＲＦ電源６１が基板ホルダに１０Ｗで電力供給を行う。最低限の反射電力を得るために、ＲＦ整合回路が各々のＲＦ供給に同調する。ＲＦ電源はガンおよび基板ホルダと静電結合しており、自己バイアスを行うことができる。スパッタ付着を２０分間実施し、次に、ＲＦ電力とガスの供給を停止する。真空中で、基板ホルダを約６０℃にまで冷却する。次に、システムを通気し、サンプルを取り出す。
上述の例証的処理は、数多くある材料形成のための方法の１つにすぎない。当業者には、所望の誘電特性を持った材料を得るために、付着状態を最良化できることが理解されるであろう。例えば、酸素部分圧力、基板温度、ターゲット構成、基板バイアス等を、放電破壊フィールドの増加と漏れ電流の減衰の両方へ導くように調整することができる。さらに、ここで説明した反応スパッタリング方法の代わりに、これ以外の方法、例えばイオンビームスパッタリング、化学蒸着、電子サイクロトロン共鳴スパッタリング、分子ビームエピタキシ、またはレーザアブレーションを使用してもよい。本発明は、上述した例または準備方法に限定されることはない。
ここで述べた実施形態は単なる例証であり、当業者は本発明の精神と範囲を逸脱しない限り応用や改良を行うことができる点を理解するべきである。このような応用および改良は全て、付属の請求項の範囲内に収まるものとする。
１０ シリコン基板
１２ フィールド酸化物パターン
１４ ソース拡散
１６ ドレイン拡散
１８ａ、１８ｂ ゲート構造
２０ 絶縁層
２２ 底部電極
２４ 誘電材料
２６ 頂部電極
４０ チャンバ
４１、４２、４３ プラーナ・マグネトロン・スパッタ・ガン
５０ 基板
５１、５２、５３、６１ ＲＦ電源
６０ 基板ホルダ
１２ フィールド酸化物パターン
１４ ソース拡散
１６ ドレイン拡散
１８ａ、１８ｂ ゲート構造
２０ 絶縁層
２２ 底部電極
２４ 誘電材料
２６ 頂部電極
４０ チャンバ
４１、４２、４３ プラーナ・マグネトロン・スパッタ・ガン
５０ 基板
５１、５２、５３、６１ ＲＦ電源
６０ 基板ホルダ
Claims (17)
- Ｒ−Ｇｅ−Ｔｉ−Ｏを含む誘電材料のフィルムを有する物質であって、Ｒはジルコニウムおよびハフニウムから選択され、
前記誘電材料は公式Ｒx−Ｇｅy−Ｔｉz−Ｏwを有し、ここで、．０５≧ｘ≦１、．０５≦ｙ≦１、０．１≧ｚ≦１、１≧ｗ≦２であり、
- 前記誘電材料はアモルファス構成を有する、請求項１に記載の物質。
- 前記誘電材料は公式Ｒ0.3−Ｇｅ0.1−Ｔｉ0.6−Ｏwを有し、１≧ｗ≦２である、請求項１に記載の物質。
- ０．１５≧ｘ≦０．７、.０５≧ｙ≦０．３、０．２５≧ｚ≦０．７、１．９５≧ｗ≦２．０５であり、
- Ｒはジルコニウムであり、.１５≧ｘ≦０．５、.０５≧ｙ≦０．２５、０．５≧ｚ≦．６、１．９５≧ｗ≦２．０５である、請求項１に記載の物質。
- Ｒはハフニウムであり、０．１５≧ｘ≦０．７、.０５≧ｙ≦０．３、０．２５≧ｚ≦．７、１．９５≧ｗ≦２．０５である、請求項１に記載の物質。
- ｘ、ｙ、ｚ、ｗの値は、１ＭＶ／ｃｍのフィールドで測定した場合に前記誘電材料の誘電定数（dielectric constant）が約４０よりも大きくなり、漏れ電流が１０-6Ａ／ｃｍ2未満になり、良度指数が約１８μＣ／ｃｍ2よりも大きくなるように選択される、請求項１に記載の物質。
- 前記誘電材料は、付着した酸化物内の酸素トラップを補正するために、カチオンまたはアニオンの５原子率未満でドーピングされる、請求項１に記載の物質。
- ドーパントは、Ｎ、Ｆ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｙ、Ａｌから選択される、請求項８に記載の物質。
- 前記誘電材料のフィルムは、偏軸スパッタリングによって準備される、請求項１に記載の物質。
- １対の電極と、その間に配置された誘電材料のフィルムとを備えたコンデンサを有する、請求項１に記載の物質。
- ＭＯＳＦＥＴ用のゲート誘電体を有する前記誘電材料のフィルムを備えたＭＯＳＦＥＴ装置を有する、請求項１に記載の物質。
- 電界効果トランジスタとコンデンサを備えたメモリ装置を有する、請求項１に記載の物質。
- ＤＲＡＭ装置を有する、請求項１に記載の物質。
- 電界効果トランジスタはゲート誘電体とコンデンサを有し、該コンデンサは１対の電極と該電極の間に配置された前記誘電材料の層を有し、前記ゲート誘電体または前記誘電材料の層の少なくとも１つは、請求項１に記載の誘電材料のフィルムを有する、電界効果トランジスタを備えたメモリ装置。
- １対の電極と該電極の間に配置された前記誘電材料の層を有し、前記誘電材料の層は請求項１に記載の前記フィルムを有するコンデンサ。
- Ｏ２含有雰囲気下、 偏軸スパッタリングによって、Ｔｉ、Ｇｅ、ＺｒとＨｆのうちの１つのメタリック・スパッタ・ターゲットで材料を基板上に付着する誘電材料の製造方法。
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