JP2012523704A - 酸化ストロンチウムルテニウム界面 - Google Patents

酸化ストロンチウムルテニウム界面 Download PDF

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Abstract

酸化ストロンチウムルテニウムは、ルテニウム伝導体と酸化ストロンチウムチタン誘電体との間に有効な界面を提供する。酸化ストロンチウムルテニウムの形成は、酸化ストロンチウムを形成するための原子層堆積の使用と、その後の酸化ストロンチウムルテニウムを形成するための酸化ストロンチウムの焼鈍とを含む。酸化ストロンチウムの第1の原子層堆積は水を酸素源として使用して行われ、続いて、その後の酸化ストロンチウムの原子層堆積がオゾンを酸素源として使用して行われる。
【選択図】図1A

Description

本開示は、概して集積回路デバイスに関し、特定の実施形態において、本開示は、原子層堆積を使用して酸化ストロンチウムルテニウム界面を形成する方法、および当該界面を使用する装置に関する。
集積回路は、基材と呼ばれる一般的な土台の上に製造される、電気的構成要素の相互接続ネットワークである。電気的構成要素は、典型的に、基材としての役割を果たす半導体材料のウエハ上に製造される。何百万ものレジスタ、トランジスタ、および他の電気的構成要素をウエハ上に構築するために、階層化、ドーピング、マスキング、およびエッチング等の、種々の製造技術が使用される。構成要素は、次いで、プロセッサまたはメモリデバイス等の特定の電気回路を画定するように、互いに配線または相互接続される。
集積回路の製造においては、種々の構成要素のサイズを低減したいという一般的な願望がある。サイズの低減は、概して、さらに多くのデバイスを単一の基材上に製造することができるので、コストの低減を伴い、また、より小さい構成要素に取り換えるために必要な電力が少ないので、電力要求の低減を伴う。しかしながら、このサイズ低減は、コストを伴わなければ実現しない。集積回路デバイスがますます小さくなるにつれて、構成要素間の抵抗および漏電はますます問題を含むようになる。
ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)は、集積回路デバイスの一例である。DRAMは、典型的に、コンデンサまたは他の電荷蓄積デバイスを有するメモリセルを利用して、そのメモリセルのデータ値を表す電荷を保持する。これらのコンデンサがより小さくなるにつれて、該コンデンサのデータ値の検出を可能にするための十分な電荷を保持する能力、およびある所望の期間にわたってその電荷を維持する能力がさらに重要になってくる。
ルテニウム(Ru)は、しばしばコンデンサ用の底部電極として利用され、一方で、酸化ストロンチウムチタン(SrTiO)(チタン酸ストロンチウムまたは単にSTOと呼ばれることもある)は、コンデンサの誘電体に利用される。しかしながら、ルテニウム上に直接的に成長させたSTOは、ルテニウムを酸化させて、非化学量論的酸化ルテニウム(RuO)を形成する傾向がある。概して、このルテニウム電極とSTO誘電体との間の酸化ルテニウム界面は望ましくない。酸化ルテニウムは、高い表面粗さ、高い応力(格子の不一致のため)、およびSTOとの低い仕事関数または障壁高さを有する傾向があり、これらは全て、STOの所望の誘電体特性には望ましくない。
他には、ルテニウム酸塩電極とSTO誘電体との間の界面として、酸化ストロンチウムルテニウム(SrRuO)(ルテニウム酸ストロンチウムまたは単にSROと呼ばれることもある)の使用が挙げられている。Ji−Hoon Ahn他の、Effect of Sr−Ruthenate Seed Layer on Dielectric Porperties of SrTiO Thin Films Prepared by Plasma−Enhanced Atomic Layer Deposition,Journal of The Electrochemical Society,155(10)G185−G188,2008を参照されたい。このようなルテニウム伝導体とSTO誘電体との間の界面は、STO誘電体の誘電特性を改善することを示している。しかしながら、継続する改善が望ましい。
前述した理由のために、および、本明細書を読み取り理解する際に当業者に明らかになることになる他の理由のために、当技術分野では、集積回路デバイスの形成における代替の構造体およびそれらのプロセスに対する必要性がある。
本開示の一実施形態によるメモリアレイの一部分の概略図である。 本開示の一実施形態によるメモリセルの概略図である。 本開示の一実施形態による集積回路メモリデバイスの簡略化ブロック図である。 本開示の一実施形態による原子層堆積プロセスを概念的に描写する。 本開示の一実施形態による原子層堆積プロセスを概念的に描写する。 本開示の一実施形態による原子層堆積プロセスを概念的に描写する。 本開示の一実施形態による原子層堆積プロセスを概念的に描写する。 本開示の一実施形態による種々の製造段階での集積回路デバイスの一部分の断面図である。 本開示の一実施形態による種々の製造段階での集積回路デバイスの一部分の断面図である。 本開示の一実施形態による種々の製造段階での集積回路デバイスの一部分の断面図である。 本開示の一実施形態による種々の製造段階での集積回路デバイスの一部分の断面図である。 本開示の一実施形態による種々の製造段階での集積回路デバイスの一部分の断面図である。 本開示の1つの実施形態による原子層堆積を使用して、酸化ストロンチウムルテニウム界面をルテニウム被覆基材上に形成し、酸化ストロンチウムチタン誘電体を酸化ストロンチウムルテニウム上に形成する方法のフローチャートである。 二酸化シリコン支持体上でルテニウム上に成長させた酸化ストロンチウムチタンの試料全体にわたる濃度勾配のグラフである。 酸化ストロンチウムチタンのルテニウムとの界面反応を示す、走査電子顕微鏡写真である。 二酸化シリコン支持体上で酸化ルテニウム上に成長させた酸化ストロンチウムチタンの試料全体にわたる濃度勾配のグラフである。 酸化ストロンチウムチタンの酸化ルテニウムとの界面反応を示す、走査電子顕微鏡写真である。 二酸化シリコン支持体上で酸化ストロンチウムルテニウム上に成長させた酸化ストロンチウムチタンの試料全体にわたる濃度勾配のグラフである。 酸化ストロンチウムチタンの酸化ストロンチウムルテニウムとの界面反応を示す、走査電子顕微鏡写真である。
以下の本実施形態の詳細な説明では、本発明の一部を形成し、かつ本開示が実施され得る特定の実施形態を例証する目的で示される、添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に説明されており、他の実施形態を利用してもよいこと、および本発明の精神および範囲から逸脱することなく、プロセス、化学的、電気的、または機械的な変更を行ってもよいことを理解されたい。以前に使用した、および以下の説明で使用するウエハおよび基材という用語は、あらゆるベース半導体構造体を含む。どちらも、シリコンオンサファイア(SOS)技術、シリコンオンインシュレータ(SOI)技術、薄膜トランジスタ(TFT)技術、ドープおよび非ドープ半導体、ベース半導体によって支持されるシリコンのエピタキシャル層、ならびに、当業者に周知の他の半導体構造体を含むものとして理解されたい。さらに、以下の説明においてウエハまたは基材に言及した時には、ベース半導体構造体の領域/接合を形成するために、以前のプロセスステップを利用している場合がある。加えて、方向上の言及(例えば、上部、下部、頂部、底部、および側部)は、相互に相対的であり、必ずしも絶対的な方向を指さない。従って、発明を実施するための形態は、限定的な意味で解釈されるものではない。
1つ以上の実施形態は、ルテニウム伝導体と酸化ストロンチウムチタン(STO)誘電体との間のペロブスカイト酸化物界面としての酸化ストロンチウムルテニウム(SRO)、および当該構造体を形成する方法を含む。これらの構造体の形成および使用は、集積回路デバイスの一例として、メモリデバイス内でのそれらの使用という状況で説明される。しかしながら、これらの構造体の使用は、メモリデバイスに関して説明したように、それらの使用に限定されない。むしろ、本開示の実施形態に従って形成されるようなSRO界面を、ルテニウム伝導体をSTO誘電体と対にしたあらゆる集積回路デバイスで使用することができる。
種々の実施形態によるSROは、酸化ストロンチウムルテニウムを形成するように、酸化ストロンチウム(SrO)の原子層堆積(ALD)の使用、および以降の酸化ストロンチウムを焼鈍することを通して形成される。ALDは、原子層エピタキシ(ALE)としても周知であり、非常に薄い寸法(典型的に原子スケール)の材料の層を形成するように、半導体製造で広く使用される化学蒸着(CVD)の形態である。ALDプロセスは、気相前駆体と基材との間で、半反応と呼ばれる、交互の一連の自己制限的な化学反応から成る。前駆体は、間に前駆体のパージを伴って、順次的な様式で反応器の中にパルスされる。一連のこれらのパルス/パージ/パルス/パージのサイクルは、材料の連続層を形成するために使用される。
種々の実施形態において、酸化ストロンチウムは、水を酸化剤として使用する第1のALDプロセス、続いて、オゾンを酸化剤として使用する第2のALDプロセスを使用して形成される。酸化ストロンチウムの第1の部分を形成するために水を酸化剤として使用することは、下側にある層を不動態化することによって、ルテニウム伝導体への悪影響を阻止する役割を果たす。しかしながら、水を酸化剤として使用すると、酸化ストロンチウムの形成速度は比較的に遅い。酸化ストロンチウムの初期単層に対するオゾンの酸化剤としての使用は、より高い形成速度を提供するが、下側にあるルテニウムをエッチングする傾向があり、より高い表面粗さをもたらすことがある。初期形成中に水を酸化剤として使用し、続いて、酸化ストロンチウムの残りの形成のためにオゾンを酸化剤に使用することによって、表面粗さの改善を促進する一方で、比較的に高い蒸着速度を維持することができる。
図1Aは、本開示の一実施形態に従って形成される電荷蓄積デバイスを含有する、メモリアレイ100の一部分の概略図である。メモリアレイ100は、概して論理行および論理列で配列される、いくつかのメモリセル102を含む。標準的なメモリアレイ100は、何百万ものこれらのメモリセル102を含有する。各メモリセル102は、アクセストランジスタ104を含み、各アクセストランジスタ104のゲートは、一般にワード線と呼ばれるアクセス線108に連結される。
アクセストランジスタ104の第1のソース/ドレイン領域は、一般にビット線と呼ばれるデータ線110に連結され、アクセストランジスタ104の第2のソース/ドレイン領域は、コンデンサ106に連結される。メモリセル102のデータ値は、コンデンサ106上の電荷として記憶され、データ値は、関連するビット線110と電荷共有して、該電荷共有の結果として、関連するビット線110に関する電位の変化を検出することによって感知される。コンデンサ106は、ルテニウム電極と酸化ストロンチウムチタン誘電体との間に、本開示の実施形態に従って形成される、酸化ストロンチウムルテニウム界面を有する。同じワード線108に連結される一群のメモリセル102は、典型的に、メモリセルの行と称される。同様に、同じビット線110に連結される一群のメモリセル102は、典型的に、メモリセルの列と称される。
図1Bは、本開示の一実施形態によるメモリセル102の付加的な詳細を提供する概略図である。図1Bに描写されるように、メモリセル102は、コンデンサ106の底部電極112に連結される、アクセストランジスタ104のソース/ドレイン領域を有する。底部電極112は、ルテニウム電極である。誘電体114は、底部電極112とコンデンサ106の頂部電極116との間に間置される。誘電体114は、酸化ストロンチウムチタン誘電体である。頂部電極116は、典型的に、接地ノード118に連結される。頂部電極116は、例えばポリシリコンといった伝導性材料である。概略的に示されているが、コンデンサ106は、単純な平板コンデンサ等の、より典型的には、コンテナ型コンデンサ、トレンチコンデンサ等のより複雑な3次元構造体等の、当技術分野で周知の様々なコンデンサの幾何学形状のうちのいずれかを利用することが可能である。種々の実施形態が材料を形成する方法に適用されるので、本実施形態は特定の幾何学形状に限定されない。
図2は、本開示の実施形態によるダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)としての集積回路メモリ220の簡略ブロック図である。メモリ220は、メモリセルアレイ222と、アドレスデコーダ224と、行アクセス回路226と、列アクセス回路228と、制御回路230と、入力/出力(I/O)回路232とを含む。メモリアレイ222は、図1A〜図1Bを参照して説明したもの等の、ビット線とコンデンサとの間に連結されるアクセストランジスタを有する、メモリセルを含有する。
集積回路メモリ220は、メモリアレイ222にアクセスするために、プロセッサ234または他のメモリコントローラに連結することができる。プロセッサ234に連結される集積回路メモリ220は、電子システムの一部を形成する。電子システムのいくつかの例には、パーソナルコンピュータ、周辺デバイス、無線電子デバイス、デジタルカメラ、携帯情報端末(PDA)等が挙げられる。
集積回路メモリ220は、メモリアレイ222へのアクセスを制御するように、プロセッサ234から制御線236を通じて制御信号を受け取る。メモリアレイ222へのアクセスは、アドレス線238を通じて受け取ったアドレス信号に応答して、1つ以上のターゲットメモリセルに方向付けられる。データは、制御信号およびアドレス信号に応答してアクセスされると、DQ線240を通じてメモリセルに書き込まれるか、またはそこから読み込まれる。DRAMの前述の説明は、メモリの全般的な理解を提供することを目的としており、DRAMの全ての要素および特徴の完全な説明ではないことが理解されることになる。さらに、本発明は、当技術分野で周知の集積回路デバイスに等しく適用することができ、前述したDRAMに限定することを目的としていない。
図3A〜図3Dは、本開示の一実施形態とともに使用され得るようなALDプロセスを概念的に描写する。特定の分子構造を表そうとしたものではないことに留意されたい。しかしながら、本開示に関連するようなALDの概念が、図3A〜図3Dによって補助されることになる。
ALDにおいて、ガス状前駆体は、反応器(例えば、反応チャンバ)内に載置された基材表面に1度に1つ導入される。このガス状前駆体の導入は、各ガス状前駆体の順次パルスという形態をとる。前駆体ガスのパルスでは、短期間にわたって前駆体ガスを特定の領域または区域の中に流れ込ませる。パルスの間に、反応チャンバをパージし(例えば、典型的に不活性ガスであるガスで洗い流し)および/または真空にする。導入される第1の前駆体材料は、前駆体と呼ばれることもあり、導入される次の材料は、反応物質と呼ばれることもあるが、どちらの材料も、ALD反応によって形成される最終的な材料の前駆体であり、従って、本明細書ではどちらも前駆体と称されることになる。
一例として、第1の前駆体が反応器の中に導入され、第1のパルシング段階中に、一部分が基材の表面に化学吸着される。典型的に、第1の前駆体は、水蒸気または雰囲気湿度への基材の露出によって生じる吸着水酸基部位等の、表面の吸着部位に化学吸着される。しかしながら、吸着部位を作成するための表面処理は、選択した前駆体に依存する。次いで、過剰な第1の前駆体、すなわち基材の吸着部位上に化学吸着されなかった第1の前駆体、および反応副生物を除去するように、反応器をパージし(例えば、典型的に不活性ガスであるガスで洗い流し)および/または真空にする。化学吸着された第1の前駆体は、結果として、ALDプロセスの以降の段階のための反応部位となる。
その例を継続するために、第2の前駆体が反応器の中に導入され、一部分が、第2のパルシング段階中に反応部位で第1の前駆体と反応する。次いで、過剰な第2の前駆体、すなわち反応部位で第1の前駆体と反応しなかった第2の前駆体、および反応副生物を除去するように、反応器をパージする。反応部位での第2の前駆体の第1の前駆体との反応に続いて、ALDプロセスの以降のサイクルで付加的な第1の前駆体を化学吸着するための吸着部位が形成される。所望の厚さの膜を形成するように、何度かの交互サイクルを実施することができる。
図3Aでは、第1の前駆体352が反応器の中に導入され、第1のパルシング段階中に、一部分が基材350の表面に化学吸着される。典型的に、第1の前駆体352は、水蒸気への基材の露出によって生じる吸着水酸基部位等の、表面の吸着部位354に化学吸着される。しかしながら、吸着部位354を作成するための表面処理は、選択した前駆体に依存する。次いで、図3Bの状態に、過剰な第1の前駆体352、すなわち基材350の吸着部位354上に化学吸着しなかった第1の前駆体352、および反応生成物356を除去するように、反応器をパージし(例えば、典型的に不活性ガスであるガスで洗い流し)および/または真空にする。図3Bに示されるように、化学吸着させた第1の前駆体352は、結果として、ALDプロセスの以降の段階のための反応部位358となる。
図3Cでは、第2の前駆体360が反応器の中に導入され、第2のパルシング段階中に、一部分が反応部位358で第1の前駆体352と反応する。次いで、図3Dの状態に、過剰な第2の前駆体360、すなわち反応部位358で第1の前駆体352と反応しなかった第2の前駆体360、および反応副生物362を除去するように、反応器をパージする。反応部位358での第2の前駆体360の第1の前駆体352との反応に続いて、ALDプロセスの以降のサイクルで付加的な第1の前駆体352を化学吸着させるための吸着部位364を形成する。1つの例示的実施形態の場合、第1の前駆体352は、ストロンチウム源であり、第2の前駆体360は、酸化ストロンチウム材料を生成するための酸素源である。別の例示的実施形態の場合、第1の前駆体352はチタン源であり、第2の前駆体360は、酸化チタン材料を生成するための酸素源である。酸化ストロンチウムチタン材料を生成するために、酸化ストロンチウムおよび酸化チタンを生成する交互のALDサイクルを使用することができる。図3A〜図3Dの段階の各サイクルは、材料の単一の単層を形成する。所望の材料の連続膜を生成するために、複数サイクルの図3A〜図3Dの段階を実施することができる。
図4A〜図4Eは、本開示の一実施形態による種々の製造段階での集積回路デバイスの一部分の断面図である。図4Aは、ルテニウム被覆基材の一部分を描写する。一例として、ルテニウム被覆基材のルテニウム材料470は、第1の(例えば、底部)コンデンサの電極を表し得る。図4Bでは、第1の酸化ストロンチウム材料472が、ルテニウム材料470の上側に形成される。第1の酸化ストロンチウム材料472は、第1の前駆体がストロンチウム源であり、第2の前駆体が本質的に水から成る酸素源である、ALDプロセスを使用して形成される。図3A〜図3Dを参照して説明されるように、第1の酸化ストロンチウム材料472のための連続する酸化ストロンチウム材料を形成するために、複数のALDサイクルを使用することができる。連続する第1の酸化ストロンチウム材料472の形成は、第2の前駆体としてオゾンを使用する以降の処理から、下側にあるルテニウム材料470を保護するために、該ルテニウム材料を不動態化する役割を果たす。本明細書で使用されるように、関連する関心領域の中で(例えば、将来のコンデンサの対向電極間の領域の中で)下側にあるルテニウム材料470のいかなる部分も、第1の酸化ストロンチウム材料472から露出していないのであれば、第1の酸化ストロンチウム材料472は連続している。1つの実施形態の場合、第1の酸化ストロンチウム材料472を形成するように、酸素源として水を使用して、少なくとも3サイクルにわたってALDプロセスを繰り返す。別の実施形態の場合、第1の酸化ストロンチウム材料472が連続するまで、酸素源として水を使用して、少なくとも複数のALDサイクルにわたってALDプロセスを繰り返す。さらなる実施形態の場合、第1の酸化ストロンチウム材料472が工業的処理の精度の範囲内で少なくとも約20Åになるまで、ALDプロセスを繰り返す。
第1の酸化ストロンチウム材料472の形成に続いて、図4Cにおいて、第2の酸化ストロンチウム材料474が、第1の酸化ストロンチウム材料472の上側に形成される。第2の酸化ストロンチウム材料474は、第1の前駆体がストロンチウム源であり、第2の前駆体がオゾンを含む、ALDプロセスを使用して形成される。図3A〜図3Dを参照して説明されるように、第2の酸化ストロンチウム材料474のための連続する酸化ストロンチウム材料を形成するために、複数のALDサイクルを使用することができる。連続する第2の酸化ストロンチウム材料474の形成は、以降の材料の形成のための滑面を提供する役割を果たす。本明細書で使用されるように、関連する関心領域の中で(例えば、将来のコンデンサの対向電極間の領域の中で)下側にある第1の酸化ストロンチウム材料472のいかなる部分も、第2の酸化ストロンチウム材料474から露出していないのであれば、第2の酸化ストロンチウム材料474は連続している。1つの実施形態の場合、第2の酸化ストロンチウム材料474が連続するまで、酸素源としてオゾンを使用して、少なくとも複数のALDサイクルにわたってALDプロセスを繰り返す。別の実施形態の場合、第2の酸化ストロンチウム材料474が工業的処理の精度の範囲内で少なくとも約20Åになるまで、ALDプロセスを繰り返す。さらなる実施形態の場合、第2の酸化ストロンチウム材料474が工業的処理の精度の範囲内で約30〜60Åになるまで、ALDプロセスを繰り返す。
第2の酸化ストロンチウム材料474の形成に続いて、構造体を焼鈍する(例えば、窒素(N)雰囲気中で、600℃で10分間にわたる急速熱焼鈍)。焼鈍プロセスは、第1の酸化ストロンチウム材料472および第2の酸化ストロンチウム材料474を、ペロブスカイト結晶構造を有する酸化ストロンチウムルテニウム界面476に変換する役割を果たす。酸化ストロンチウムルテニウム界面476は、厚さが自己制限的であり、すなわち、酸化ストロンチウムルテニウム材料の量は、下側にあるルテニウム材料470との反応に利用することができる酸化ストロンチウム材料の量によって制限される。
ルテニウム材料470、第1の酸化ストロンチウム材料472、および第2の酸化ストロンチウム材料474の焼鈍に続いて、図4Dの状態に、酸化ストロンチウムチタン材料478が第2の酸化ストロンチウムルテニウム界面476の上側に形成される。酸化ストロンチウムチタン材料478は、例えば、コンデンサの誘電体を表し得る。酸化ストロンチウムチタン材料478は、第1の前駆体がストロンチウム源であり、第2の前駆体が酸素源である、酸化ストロンチウム、および第1の前駆体がチタン源であり、第2の前駆体が酸素源である、酸化チタンを形成するための交互のALDサイクルを使用した、ALDプロセスを使用して形成されてもよい。図3A〜図3Dを参照して説明されるように、酸化ストロンチウムチタン材料478のための連続する酸化ストロンチウムチタン材料を形成するために、複数のALDサイクルを使用することができる。本明細書で使用されるように、関連する関心領域の中で(例えば、将来のコンデンサの対向電極間の領域の中で)下側にある酸化ストロンチウムルテニウム材料476のいかなる部分も、酸化ストロンチウムチタン材料478から露出していないのであれば、酸化ストロンチウムチタン材料478は連続している。1つの実施形態の場合、酸化ストロンチウムチタン材料478が連続するまで、交互の酸化チタンサイクルおよび酸化ストロンチウムサイクル、続いて酸化チタンキャップを使用して、ALDプロセスを繰り返す。別の実施形態の場合、酸化ストロンチウムチタン材料478が工業的処理の精度の範囲内で約80〜120Åになるまで、ALDプロセスを繰り返す。図4Eにおいて、ルテニウム被覆基材のルテニウム材料470が、コンデンサの底部電極を形成することになっており、かつ酸化ストロンチウムチタン材料478がコンデンサの誘電体を形成することになっている場合、伝導性材料480は、第2の(例えば、頂部)コンデンサの電極として、酸化ストロンチウムチタン材料478の上側に形成されてもよい。一例として、伝導性材料480は、伝導的にドープしたポリシリコンであってもよい。
図5は、本開示の1つの実施形態による原子層堆積を使用して、酸化ストロンチウムルテニウム界面をルテニウム上に形成し、酸化ストロンチウムチタン誘電体を酸化ストロンチウムルテニウム上に形成する方法のフローチャートである。ルテニウム被覆基材等から始まり、563で、ストロンチウム前駆体を反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、ストロンチウム前駆体は、Sr(THD)またはストロンチウム(テトラメチルヘプタンジオネート)としても周知である、Sr(C1119である。一例として、0.4〜0.8ml/分の流速のストロンチウム前駆体を、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって反応器に送給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージすることができる。565で、水蒸気を反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって、水蒸気発生器(WVG)システムを使用して、水蒸気を反応器に送給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージする。
ブロック567で、ALDサイクル563/565によって得られた酸化ストロンチウムの厚さが所望の厚さに到達する場合、プロセスはブロック569に進み、そうでない場合は、ALDサイクル563/565を繰り返す。ALDサイクル563/565を使用して形成される酸化ストロンチウムの厚さは、典型的に、各サイクルの後には測定されないことを認識されたい。in situ測定方法が周知であるが、各ALDサイクル563/565について予想される蒸着速度を決定し、所望の厚さを生成するために必要な予想されるALDサイクル563/565の数を決定することがより一般的であることになるだろう。1つの実施形態の場合、ブロック569へ進む前の最後のALDサイクル563/565で、反応器を溶媒で洗い流す。例えば、テトラヒドロフラン(THF)を、約0.4〜1.0ml/分の流速、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、15〜30秒間にわたって反応器に送給し、そして約30〜60秒間にわたってパージすることができる。
569で、ストロンチウム前駆体を反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、ストロンチウム前駆体は、ここでもストロンチウム(テトラメチルヘプタンジオネート)である。一例として、0.4〜0.8ml/分の流速のストロンチウム前駆体を、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって反応器に送給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージすることができる。571で、オゾンを反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって、約15容量パーセントのオゾンの雰囲気を提供するように、オゾンを反応器に供給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージする。
ブロック573で、ALDサイクル569/571によって得られた酸化ストロンチウムの厚さが所望の厚さに到達する場合、プロセスはブロック575に進み、そうでない場合は、ALDサイクル569/571を繰り返す。ALDサイクル569/571を使用して形成される酸化ストロンチウムの厚さは、典型的に、各サイクルの後には測定されないことを認識されたい。in situ測定方法が周知であるが、各ALDサイクル569/571について予想される蒸着速度を決定し、所望の厚さを生成するために必要な予想されるALDサイクル569/571の数を決定することがより一般的である。1つの実施形態の場合、ブロック569へ進む前の最後のALDサイクル569/571で、反応器を溶媒で洗い流す。例えば、テトラヒドロフラン(THF)を、約0.4〜1.0ml/分の流速、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、15〜30秒間にわたって反応器に送給し、そして約30〜60秒間にわたってパージすることができる。
575で、ALDサイクル563/565および569/571によって形成された酸化ストロンチウムを、下側にあるルテニウムと反応させ、それによって、ペロブスカイト結晶構造を有する酸化ストロンチウムルテニウム材料を形成するように、構造体を焼鈍する。例えば、構造体は、N雰囲気中で、600℃で、10分間にわたって急速熱焼鈍プロセスを受けさせてもよい。
577で、チタン前駆体を反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、チタン前駆体は、Ti(MPD)(thd)またはチタン(メチルペンタンジオン)−(テトラメチルヘプタンジオネート)としても周知である、Ti(C12)(C1119である。一例として、0.4〜0.8ml/分の流速のチタン前駆体を、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって反応器に送給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージすることができる。579で、オゾンを反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって、約15容量パーセントのオゾンの雰囲気を提供するように、オゾンを反応器に供給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージする。ブロック579と577との間の破線は、ブロック581へ進む前に、ALDサイクル577/579を1つ以上のサイクルにわたって実施することができることを示す。581で、反応器を溶媒で洗い流す。例えば、テトラヒドロフラン(THF)を、約0.4〜1.0ml/分の流速、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、15〜30秒間にわたって反応器に送給し、そして約30〜60秒間にわたってパージすることができる。
583で、ストロンチウム前駆体を反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、ストロンチウム前駆体は、ここでもストロンチウム(テトラメチルヘプタンジオネート)である。一例として、0.4〜0.8ml/分の流速のストロンチウム前駆体を、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって反応器に送給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージすることができる。585で、オゾンを反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって、約15容量パーセントのオゾンの雰囲気を提供するように、オゾンを反応器に供給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージする。ブロック583と585との間の破線は、ブロック589へ進む前に、ALDサイクル583/585を1つ以上のサイクルにわたって実施することができることを示す。589で、反応器を溶媒で洗い流す。例えば、テトラヒドロフラン(THF)を、約0.4〜1.0ml/分の流速、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、15〜30秒間にわたって反応器に送給し、そして約30〜60秒間にわたってパージすることができる。
ブロック589で、ALDサイクル577/579および583/585によって得られた酸化ストロンチウムチタンの厚さが所望の厚さに到達する場合、プロセスはブロック591に進み、そうでない場合は、ALDサイクル577/579および583/585を繰り返す。ALDサイクル577/579および583/585を使用して形成される酸化ストロンチウムチタンの厚さは、典型的に、各サイクルの後には測定されないことを認識されたい。その代わりに、ALDサイクル577/579および583/585の各繰り返しについて予想される蒸着速度を決定し、所望の厚さを生成するために必要な予想されるALDサイクル577/579および583/585の数を決定することがより一般的であることになるだろう。
591で、チタン前駆体を反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、チタン前駆体は、ここでもチタン(メチルペンタンジオン)−(テトラメチルヘプタンジオネート)である。一例として、0.4〜0.8ml/分の流速のチタン前駆体を、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって反応器に送給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージすることができる。593で、オゾンを反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって、約15容量パーセントのオゾンの雰囲気を提供するように、オゾンを反応器に供給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージする。
ブロック595で、ALDサイクル591/593によって得られた酸化ストロンチウムの厚さが所望の厚さに到達する場合、プロセスはブロック597に進み、そうでない場合は、ALDサイクル591/593を繰り返す。ALDサイクル591/593を使用して形成される酸化チタンの厚さは、典型的に、各サイクルの後には測定されないことを認識されたい。その代わりに、各ALDサイクル591/593について予想される蒸着速度を決定し、所望の厚さを生成するために必要な予想されるALDサイクル591/593の数を決定することがより一般的であることになるだろう。
597で、ALDサイクル563/565、569/571、および591/593によって形成された酸化ストロンチウムチタンを結晶化させるように、構造体を焼鈍する。例えば、構造体は、N雰囲気中で、600℃で、10分間にわたって急速熱焼鈍プロセスを受けさせてもよい。次いで、製造されている所望の集積回路デバイスに依存して、以降のプロセスを実施してもよい。例えば、ルテニウムがコンデンサの電極であり、かつ酸化ストロンチウムチタンがコンデンサの誘電体である場合、以降の処理は、コンデンサを完成させるように、対向電極の形成を含んでもよい。
第1の部分中に酸化剤として水を使用し、第2の部分中に酸化剤としてオゾンを使用する原子層堆積を使用して形成される、ルテニウム伝導体と酸化ストロンチウムチタン誘電体との間に、酸化ストロンチウムルテニウム界面を組み込むことによって、滑面特性を有する酸化ストロンチウムチタン誘電体を実証してきた。図6Aは、二酸化シリコン支持体上でルテニウム上に成長させた酸化ストロンチウムチタンの試料全体にわたる濃度勾配のグラフである。図6Bは、酸化ストロンチウムチタンのルテニウムとの界面反応を示す、走査電子顕微鏡写真である。図6A〜図6Bは、酸化ストロンチウムチタンのルテニウムとの顕著な界面反応、ならびにストロンチウムおよびチタン要素の相互拡散を示す。図7Aは、二酸化シリコン支持体上で酸化ルテニウム上に成長させた酸化ストロンチウムチタンの試料全体にわたる濃度勾配のグラフである。図7Bは、酸化ストロンチウムチタンの酸化ルテニウムとの界面反応を示す、走査電子顕微鏡写真である。図7A〜図7Bは、酸化ストロンチウムチタンの酸化ルテニウムとの界面反応を示す。図8Aは、二酸化シリコン支持体上で酸化ストロンチウムルテニウム上に成長させた酸化ストロンチウムチタンの試料全体にわたる濃度勾配のグラフである。図8Bは、酸化ストロンチウムチタンの酸化ストロンチウムルテニウムとの界面反応を示す、走査電子顕微鏡写真である。図8A〜図8Bは、比較的滑らかな酸化ストロンチウムチタン、ならびに酸化ストロンチウムルテニウム全体にわたるストロンチウムおよびチタン要素の比較的軽微な相互拡散を示す。本明細書に記載されるようにストロンチウムルテニウム界面をルテニウム伝導体上に調製することで、表面粗さにほとんどまたは全く悪影響を与えずに、ルテニウム伝導体の不動態化を容易にする。例えば、1つのサンプルでは、水を酸化剤として使用して20Åの酸化ストロンチウムを80Åのルテニウム上に形成し、続いて、オゾンを酸化剤として使用して30Åの酸化ストロンチウムを形成した。酸化ストロンチウムの形成前のルテニウムのシート抵抗(Rs)は、350の平均および97の較差を有し、酸化ストロンチウムの形成後の構造体は、321の平均および101の較差を有した。別のサンプルでは、水を酸化剤として使用して20Åの酸化ストロンチウムを100Åのルテニウム上に形成し、続いて、オゾンを酸化剤として使用して60Åの酸化ストロンチウムを形成した。酸化ストロンチウムの形成前のルテニウムのシート抵抗(Rs)は、217の平均および56の較差を有し、酸化ストロンチウムの形成後の構造体は、179の平均および48の較差を有した。
結び
特定の実施形態を本明細書に例証および説明してきたが、当業者には、同じ目的が達成されると予測されるあらゆる配設が、示されている特定の実施形態と置き換えられてもよいことを理解されることになる。本開示の多数の適合物が、当業者には明らかになることになる。従って、本出願は、本開示のあらゆる適合物または変形物を含めることを目的としている。
ブロック567で、ALDサイクル563/565によって得られた酸化ストロンチウムの厚さが所望の厚さに到達する場合、プロセスはブロック569に進み、そうでない場合は、ALDサイクル563/565を繰り返す。ALDサイクル563/565を使用して形成される酸化ストロンチウムの厚さは、典型的に、各サイクルの後には測定されないことを認識されたい。in situ測定方法が周知であるが、各ALDサイクル563/565について予想される蒸着速度を決定し、所望の厚さを生成するために必要な予想されるALDサイクル563/565の数を決定することがより一般的であることになるだろう。1つの実施形態の場合、ブロック575へ進む前の最後のALDサイクル563/565で、反応器を溶媒で洗い流す。例えば、テトラヒドロフラン(THF)を、約0.4〜1.0ml/分の流速、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、15〜30秒間にわたって反応器に送給し、そして約30〜60秒間にわたってパージすることができる。
583で、ストロンチウム前駆体を反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、ストロンチウム前駆体は、ここでもストロンチウム(テトラメチルヘプタンジオネート)である。一例として、0.4〜0.8ml/分の流速のストロンチウム前駆体を、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって反応器に送給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージすることができる。585で、オゾンを反応器の中にパルスし、そしてパージする。1つの実施形態の場合、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、30〜60秒間にわたって、約15容量パーセントのオゾンの雰囲気を提供するように、オゾンを反応器に供給し、続いて、約30秒間にわたって反応器をパージする。ブロック583と585との間の破線は、ブロック587へ進む前に、ALDサイクル583/585を1つ以上のサイクルにわたって実施することができることを示す。587で、反応器を溶媒で洗い流す。例えば、テトラヒドロフラン(THF)を、約0.4〜1.0ml/分の流速、約290℃の蒸発器温度、約300〜325℃の基材温度、および約1〜2トールの圧力で、15〜30秒間にわたって反応器に送給し、そして約30〜60秒間にわたってパージすることができる。

Claims (20)

  1. 酸化ストロンチウムルテニウムを形成する方法であって、
    第1の原子層堆積プロセスを使用して、第1の酸化ストロンチウム材料をルテニウム材料上に形成することであって、前記第1の原子層堆積は、水を酸素源として伴うストロンチウム前駆体を使用することと、
    第2の原子層堆積プロセスを使用して、第2の酸化ストロンチウム材料を前記第1の酸化ストロンチウム材料上に形成することであって、前記第2の原子層堆積プロセスは、オゾンを酸素源として伴うストロンチウム前駆体を使用することと、
    前記酸化ストロンチウムルテニウムを形成するように、前記ルテニウム材料、前記第1の酸化ストロンチウム材料、および前記第2のストロンチウム材料を焼鈍することと、
    を含む、方法。
  2. 前記第1の酸化ストロンチウム材料を形成すること、および前記第2の酸化ストロンチウム材料を形成することは、前記第1の原子層堆積プロセスおよび前記第2の原子層堆積プロセスに同じストロンチウム前駆体を使用することを含む、請求項1に記載の方法。
  3. ストロンチウム前駆体を使用することは、前記第1の原子層堆積プロセスおよび前記第2の原子層堆積プロセスのうちの少なくとも1つに、ストロンチウム(テトラメチルヘプタンジオネート)を使用することを含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記第1の酸化ストロンチウム材料を連続材料として形成するように、少なくとも複数サイクルの前記第1の原子層堆積プロセスを実施すること、
    をさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記第1の酸化ストロンチウム材料を少なくとも20Åの厚さに形成するように、少なくとも複数サイクルの前記第1の原子層堆積プロセスを実施すること、
    をさらに含む、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記第2の酸化ストロンチウム材料を連続材料として形成するように、少なくとも複数サイクルの前記第2の原子層堆積プロセスを実施すること、
    をさらに含む、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
  7. 前記ルテニウム材料、前記第1の酸化ストロンチウム材料、および前記第2の酸化ストロンチウム材料を焼鈍することは、窒素雰囲気中で急速熱焼鈍を実施することを含む、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
  8. 第1の原子層堆積プロセスを使用して、第1の酸化ストロンチウム材料をルテニウム材料上に形成することは、
    原子層堆積プロセスにおいて、第1のストロンチウム前駆体を前記ルテニウム材料上に化学吸着させることと、
    水蒸気を前記化学吸着させた第1のストロンチウム前駆体と反応させることと、
    前記第1の酸化ストロンチウム材料を前記ルテニウム材料上に形成するように、第1のサイクル数にわたって、前記第1のストロンチウム前駆体を化学吸着させること、および前記水蒸気を前記化学吸着させた第1のストロンチウム前駆体と反応させることのサイクルを繰り返すことと、
    を含む、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  9. 第2の原子層堆積プロセスを使用して、第2の酸化ストロンチウム材料を前記第1の酸化ストロンチウム材料上に形成することは、
    原子層堆積プロセスにおいて、第2のストロンチウム前駆体を前記第1の酸化ストロンチウム材料上に化学吸着させることと、
    オゾンを前記化学吸着させた第2のストロンチウム前駆体と反応させることと、
    第2の酸化ストロンチウム材料を前記第1の酸化ストロンチウム材料上に形成するように、第2のサイクル数にわたって、前記第2のストロンチウム前駆体を化学吸着させること、および前記オゾンを前記化学吸着させた第2のストロンチウム前駆体と反応させることのサイクルを繰り返すことと、
    を含む、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
  10. 前記ルテニウム材料はルテニウム電極であり、前記方法は、
    酸化ストロンチウムチタン誘電体を前記酸化ストロンチウムルテニウム上に形成することと、
    コンデンサを形成するように、第2の電極を前記酸化ストロンチウムチタン誘電体の上に形成することと、
    をさらに含む、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 酸化ストロンチウムチタン誘電体を前記酸化ストロンチウムルテニウム上に形成することは、原子層堆積によって酸化ストロンチウムを形成すること、および原子層堆積によって酸化チタンを形成することの交互サイクルを実施することを含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記第2の電極を形成する前に、前記酸化ストロンチウムチタン誘電体を焼鈍することをさらに含む、請求項10または11に記載の方法。
  13. 第2の電極を前記酸化ストロンチウムチタン誘電体の上に形成することは、ポリシリコン電極を形成することを含む、請求項10〜12のいずれかに記載の方法。
  14. 集積回路デバイスであって、
    ルテニウムと、
    前記ルテニウムの上側にある酸化ストロンチウムチタン誘電体と、
    前記ルテニウムと前記酸化ストロンチウムチタン誘電体との間に間置される、酸化ストロンチウムルテニウム界面と、を備え、
    前記酸化ストロンチウムルテニウム界面は、
    第1の酸化ストロンチウム材料を前記ルテニウム上に形成するように、ストロンチウム前駆体を第1の前駆体として使用し、かつ水蒸気を第2の前駆体として使用して、第1の原子層堆積プロセスを実施することと、
    第2の酸化ストロンチウム材料を前記第1の酸化ストロンチウム材料上に形成するように、ストロンチウム前駆体を第1の前駆体として使用し、かつオゾンを第2の前駆体として使用して、第2の原子層堆積プロセスを実施することと、
    前記酸化ストロンチウムルテニウムを形成するように、前記ルテニウム、前記第1の酸化ストロンチウム材料、および第2の酸化ストロンチウム材料を焼鈍することと、
    を含む方法を使用して形成される、集積回路デバイス。
  15. 前記方法において、前記第1の酸化ストロンチウム材料を形成すること、および前記第2の酸化ストロンチウム材料を形成することは、前記第1の原子層堆積プロセスおよび前記第2の原子層堆積プロセスに同じストロンチウム前駆体を使用することを含む、請求項14に記載の集積回路デバイス。
  16. 前記方法は、
    少なくとも前記第1の酸化ストロンチウム材料が連続するまで、前記第1の原子層堆積プロセスを実施することと、
    少なくとも前記第2の酸化ストロンチウム材料が連続するまで、前記第2の原子層堆積プロセスを実施することと、
    をさらに含む、請求項14または15に記載の集積回路デバイス。
  17. 前記方法において、前記第1の酸化ストロンチウム材料を形成すること、および前記第2の酸化ストロンチウム材料を形成することは、少なくとも20Åの前記第1の酸化ストロンチウム材料を形成することと、少なくとも20Åの前記第2の酸化ストロンチウム材料を形成することとを含む、請求項14〜16のいずれかに記載の集積回路デバイス。
  18. 前記方法において、前記酸化ストロンチウムルテニウム界面を形成するように、前記ルテニウム、前記第1の酸化ストロンチウム材料、および前記第2の酸化ストロンチウム材料を焼鈍することは、窒素雰囲気中で急速熱焼鈍を実施することを含む、請求項14〜17のいずれかに記載の集積回路デバイス。
  19. 前記ルテニウムは、コンデンサの第1の電極であり、前記酸化ストロンチウムチタン誘電体は、前記コンデンサの誘電体である、請求項14〜18のいずれかに記載の集積回路デバイス。
  20. 前記集積回路デバイスはメモリデバイスであり、
    メモリセルアレイであって、アクセストランジスタおよびコンデンサを構成する、メモリセルアレイをさらに備え、
    前記コンデンサのうちの少なくとも1つは、
    第1の電極としてのルテニウムと、
    前記第1の電極と第2の電極との間に間置される、酸化ストロンチウムチタン誘電体と、
    を備える、請求項14〜18のいずれかに記載の集積回路デバイス。
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