KR20050020758A - 금속 유기 화학 기상 증착 및 금속 유기 옥시니트라이드및 금속 실리콘 옥시니트라이드의 원자층 증착 - Google Patents
금속 유기 화학 기상 증착 및 금속 유기 옥시니트라이드및 금속 실리콘 옥시니트라이드의 원자층 증착 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 개선된 높은 k 스택 구조들(100)을 제조하는데 사용하기 위한 게이트 및 캐패시터 유전체들에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 금속 알킬아미드는 MOCVD 또는 ADL 처리에 사용되어 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 옥시니트라이드 유전체 막(120)에 사용된다. 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 옥시니트라이드 필름들은 실리콘 기판(110) 및 도핑된 다결정 실리콘(폴리 Si) 또는 금속 전극층(130) 사이에 배치될 수 있다.
Description
본 출원은 2002년 7월 19일에 출원되고, 여기에 참조로써 통합되며, 발명의 명칭이 "금속 유기 화학 기상 증착 및 하프늄[sic] 또는 지르코늄 옥시니트라이드 및 하프늄[sic] 또는 지르코늄 실리콘 옥시니트라이드의 원자층 증착"인 미국예비특허출원 60/396,744에 관한 것이고, 상기 출원에 대하여 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 반도체 제조 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 게이트 및 캐패시터 유전체들을 형성하기 위한 금속 화학 기상 증착("MOCVD") 및 금속 옥시니트라드(Hf-O-N) 및 금속 실리콘 옥시니트라이드 층들에 관한 것이다.
집적 회로들의 크기를 축소함으로써 대부분 제조되는 컴퓨터들의 속도 및 기능은 매년 개선되어 왔다. 현재, 현대 회로들에서 가장 작은 크기는 게이트 절연체의 두께이고, 이 절연체는 실리콘의 제어된 전류로부터 제어 전극("게이트 전극")을 분리시킨다. 종래, 게이트 유전체는 실리콘 디옥사이드(SiO2) 및/또는 실리콘 니트라이드(SiN)로 만들어진다. 상기 유전체들은 현재 1.5nm 또는 4 원자 층들만큼 얇다. 추가 감소는 양자-기계적 터널링에 의해 절연체를 통하여 전류가 누설되게 한다. 따라서, 다른 유전체 재료들을 발견하기 위한 노력들이 진행중이다. 지금까지, 상기 노력들은 높은 유전체 상수(높은 "k") 재료들에 집중되었다. 여기에 사용된 바와같이, 재료는 만약 유전체 상수 "k"가 실리콘 옥사이드의 유전체 상수(k는 대략 3.9)보다 크면 "높은 k"이다.
게다가, 노력은 균일한 화학양론, 두께, 컨포멀 커버리지, 가파른 인터페이스, 부드러운 표면 및 감소된 그레인 경계, 크랙 및 핀홀들을 가진 순수 금속 재료들을 증착하기 위한 보다 우수한 방법들에 집중되었다. MOCVD 및 ALD는 개발되었던 예시적인 두가지 방법들이다.
CVD에서, 선구체들 및 공동 반응물들은 성장하는 필름의 표면에서 맺어진다. 층 두께는 반응 챔버내의 선구체들 및 공동 반응물들의 농도, 반응 챔버의 온도 및 기판의 온도를 제어함으로써 제어된다. MOCVD에서, 선구체는 금속 유기 화합물이다. 금속 유기 선구체들은 그들이 덜 부식하기 때문에 금속 무기 선구체들에 비해 우수하고, 보다 작은 극한의 반응 조건들을 요구하고, 최종 필름에서 보다 작은 오염을 제공한다.
ALD에서, 선구체들 및 공동 반응물들은 교번하는 펄스(pulse)들 및 정화들을 통하여 각각 성장하는 필름의 표면에 제공되어, 펄스 사이클 당 하나의 필름 모노 층을 생성한다. 층 두께는 총 펄스 사이클들의 수에 의해 제어된다.
다수의 공개물들은 금속 옥시니트라이드들 또는 금속 실리콘 옥시니트라이들로 형성된 높은 k 유전체 재료들을 보고했고, 여기서 상기 금속은 하프늄 또는 지르코늄이다(집합적으로 "하프늄/지르코늄(실리콘) 옥시니트라이드들"). 미국특허번호 6,291,867 B1, 6,291,866 B1, 6,020,243, 6,020,243 및 6,013,533(집합적으로 "Wallace 특허들")을 참조하자; 또한 2001년 IEEE A. Shanware 등에 의한 12.8Å SiO2 등가 두께를 가진 HfSiON 게이트 유전체 막의 신뢰성 평가를 참조하자; 또한 M.R. Visokay 등에 의한 2002 AVS 3차 마이크로전자 및 인터페이스들상 국제 협회 2월 11-14, 127-129쪽 Hf 바탕 산화물 및 옥시니트라이드 박막 특성을 참조하자; 또한 M.R.Visokay 등에 의한 어플라이드 피직스 레터스 80권 17번 3183-3185(2002년 4월 28일) 게이트 유전체 재료로서 HfSiON의 제공을 참조하자; 또한 S.Jeon 등에 의한 어플라이드 피직스 레터스, 79권 2번 245-247쪽(2001년 7월)의 ZrO2의 NH3 어닐링에 의해 ZrOxNy의 전기 특성들을 참조하자; 또한 M.Koyama 등에 의한 2001년 IEEE ZrN의 낮은 온도 산화에 의해 제공된 ZrO2 게이트 유전체에 통합된 열적으로 안정된 울트라 주석 질소를 참조하자. 이들 공개물 각각에서, 반응 스퍼터링은 증착 기술이다. 반응 스퍼터링은 요구된 비교적 높은 진공 조건들로 인해 높은 k 게이트 유전체들의 상업적 증착을 위하여 실행 가능한 기술이 아니다. 단지 Wallace(왈리스) 특허들은 다른 기술로서 CVD를 사용하는 것을 제안한다. 그러나, 왈리스는 독자에게 하프늄 테트라클로라이드(HfCl4) 또는 지르코늄 테르라클로라이드(HrCl4) 같은 금속 클로라이드 선구체들 및 하프늄 질산염(Hf(NO3)2) 또는 지르코늄 질산염(Zr(NO3)2) 같은 금속 클로라이드 선구체들을 가리켰다. 따라서, 왈리스는 높은 k 지르코늄/지르코늄(실리콘) 옥시니트라이드 유전체들을 형성하기 위한 MOCVD 또는 ALD 방법을 가리키지 않는다. 게다가, 왈리스는 산소 소스로서 오존의 사용을 개시하지 않는다.
MOCVD 및 ALD에서 메탈 알킬 아미드 선구체들의 사용은 보고되었다. 예를들어, 지르코늄 알킬 아미드들은 MOCVD 처리에서 사용되어 실리케이트 및 산화물 하프늄 및 지르코늄을 증착시킨다. R. Gordon 등에 의한 Mat.Res.Soc.Symp.Proc. 670권 2001년 자료 조사 단체 K2.4.1-K2.4.6 게이트 절연체들용 금속 실리케이트 및 산화물들의 교번층 화학 기상 증착(ALD)를 참조하자; 또한 결정 성장, 235(2002) 365-370쪽의 Y.Ohshita 등에 의한 HfO2의 저압 화학 기상 증착에서 스텝 커버리지 품질상 증착 조건 노력들을 참조하자; 또한 K. Kukli 등에 의한 Chem, Vap. Deposition 2002년 7월 5번 199-204쪽 하프늄 테트라키스(에틸메틸아미드)로부터 하프늄 디옥사이드 필름들의 원자 층 증착을 참조하자. 또한, 그 발명자는 탄탈륨 니트라이드를 형성하기 위하여 MOCVD에서 탄탈륨 알킬 아미드들을 사용했다. Y.Senazaki 등에 의한 Adv. Mater. Opt Electrn, 10권 93-103쪽(2000) 높은 K 유전체들, 탄탈륨 니트라이드 및 구리의 MOCVD를 참조하자. 그러나, 하프늄/지르코늄(실리콘) 옥시니트라이드들을 형성하기 위한 MOCVD 또는 ALD 처리에서 금속 유기 선구체들 같은 금속 알킬 아미드들의 사용은 보고되지 않았다.
높은 k 유전체 재료들의 사용이 산업적으로 적용될 수 있음을 발견하였기 때문에, 제한이 나타났다. 예를들어, 하프늄 바탕 유전체 재료들이 높은 유전체 상수(k는 대략 20이다) 및 우수한 열적 안정성으로 인해 약속된 후보자로 고려되지만, 목표되지 않은 경계 실리콘 산화물(SiOx) 층들은 어닐링 같은 포스트 증착 열 처리 동안 실리콘 기판과 인터페이스에서 형성하는 경향이 있다. 게다가, 높은 k 스택 유전체들은 산업적으로 이용성을 발견되었다. 예를들어, 게이트 유전체 애플리케이션들에 사용하기 위한 경계 층으로서 지르코늄 실리케이트(ZrSixOy)를 가진 높은 품질의 탄탈륨 옥시니트라이드(TaOxNy)의 제공은 보고되었다. H.Jung 등에 의한 Mat.REs.Soc.Symp.Proc 670권 2001년 재료 조사 단체 K4.6.1-K/4.6.5 MOS 장치 애플리케이션들에 대한 TaOxNy/ZrSiOy 스택 게이트 유전체의 전기 특성을 참조하자. 게다가, 본 발명자는 2002년 1월 25일에 출원되고 여기에 참조로써 통합되고, 하프늄 산화물 및 하프늄 실리콘 산화물로 형성된 높은 k 스택 유전체들을 기술하는 발명의 명칭이 다층 높은 k 유전체 필름들 및 상기 필름들을 형성하는 방법인 미국특허출원 10/056,625를 출원했다. 상기 지르코늄 옥시니트라이드 층들은 증착 또는 추후 제조 동안 하부 실리콘과 반응할 수 있다. 따라서, 추가 개발이 필요하다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 높은 k 스택 구조의 개략도.
도 2는 본 발명에 따라 만들어진 제 2 높은 k 스택 구조의 개략도.
일반적으로, 본 발명은 반도체 소자들에서 진보적인 높은 k 구조들에 사용하기 위한 게이트 및 캐패시터 유전체들을 제조하는 방법에 관한 것이다. 일 측면에서, 금속 알킬아미드는 MOCVD 또는 ALD 처리에 사용되어 금속 옥시니트라이드 및/또는 금속 실리콘 옥시니트라이드 유전체 필름들을 형성한다. 다른 측면에서, 본 발명은 높은 k 재료의 스택을 가진 장치를 제공한다.
일실시예에서, 금속 옥시니트라이드 층들은 옥시던트 및 질소 소스와 금속 알킬아미드를 반응시킴으로써 생산된다. 유사하게, 금속 옥시니트라이드 층들은 실리콘 테트라알킬아미드, 옥시던트 및 질소 소스와 금속 알킬아미드를 반응시킴으로써 생산된다.
유전체들은 높은 k 스택 구조들을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 일실시예에서, 하나 이상의 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 옥시니트라이드 층들은 실리콘 기판 및 도핑된 다결정 실리콘(폴리 Si) 층 사이 중간에 배치된다. 선택적으로, 다른 실시예에서, 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 옥시니트라이드 층들은 다른 금속 산화물 층들을 둘러싸서 차례로 실리콘 기판 및 폴리 Si 층 사이에 놓이는 복잡한 유전체 중가물을 형성한다.
생산 관점에서, MOCVD 및 ALD는 스퍼터링이 높은 진공 시스템을 요구하기 때문에 스퍼터링보다 바람직한 방법이다. MOCVD 및 ALD를 사용하여, 금속 옥시니트라이드 및 금속 실리콘 옥시니트라이드는 비교적 낮은 온도(500℃ 이하) 및 대략 1 토르에서 증착될 수 있고, 이것은 장치를 제조하는데 보다 실질적이다.
본 발명은 다음 도면을 참조하고 다음 상세한 설명에서 상세히 기술될 것이다.
본 발명은 MOCVD 또는 ALD 처리를 사용하여 진보적인 높은 k 스택 구조들을 형성하는데 사용하기 위한 게이트 및 캐패시터 유전체들에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 금속 알킬아미드는 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 옥시니트라이드 유전체 필름들을 형성하기 위하여 사용된다. 금속 알킬아미드 및 금속 옥시니트라이드 또는 금속 옥시니트라이드 필름들의 금속은 Hf, Ti, Zr, Y, La, V, Nb, Ta, W, Zn, Al, Sn, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로부터 선택된다. 바람직하게, 금속은 Hf, Ti 및 Zn에서 선택된다. 보다 바람직하게, 금속은 Hf 또는 Zn이다.
일실시예에서, 금속 옥시니트라이드 층들은 산소 소스 및 질소 소스와 금속 알킬아미드를 반응시킴으로써 형성된다. 다른 실시예에서, 금속 실리콘 옥시니트라이드 층들은 실리콘 소스, 산소 소스 및 질소 소스와 금속 알킬아미드를 반응시킴으로써 형성된다.
제조 관점으로부터, MOCVD 및 ALD는 높은 진공 시스템을 요구하는 스퍼터링보다 바람직한 처리이다. MOCVD 및 ALD를 사용하여, 금속 옥시니트라이드 및 금속 실리콘 옥시니트라이드 층들은 비교적 낮은 온도들(500℃ 이하) 및 대략 1 토르에서 증착될 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 MOCVD 방법은 필름들 또는 층들이 형성될 기판을 포함하는 증착 챔버에 반응물들을 도입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함한다. 반응물들은 금속 알킬아미드, 질소 소스, 산소 소스 및 만약 응용 가능하다면 실리콘 소스를 포함한다. 반응물들은 하나 이상의 펄스들에서 가스 상에 도입된다. 만약 반응물들이 실온에서 고체 또는 액체이면, 필요한 가스들은 용매를 사용하거나 사용하지 않고 기화기에서 직접 기화에 의해 또는 거품기에 의해 생성될 수 있다. 목표된 두께의 필름은 필요한 만큼 다수번 증착 사이클을 반복함으로써 기판 재료의 표면상에 증착된다.
일실시예에서, 본 발명의 MOCVD 방법은 동시에 증착 챔버에 반응물들을 도입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 금속 알킬아미드는 산소 소스 및 질소 소스중 적어도 하나와 결합하여 증착 챔버에 도입되고 반응물의 나머지는 추후 단계들에서 증착 챔버에 도입된다.
ALD 처리는 (ⅰ) 기판을 포함하는 증착 챔버에 금속 알킬아미드 가스를 펄스하는 단계; (ⅱ) 증착 챔버를 정화하는 단계; (ⅲ) 중간 정화에 의해 선택적으로 분리된 하나 이상의 부가적인 펄스들에서, 산소 소스, 질소 소스 및 선택적으로 실리콘 소스를 증착 챔버에 도입하는 단계; 및 (ⅳ) 증착 챔버를 정화하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함한다. 일단 다시, 반응물들은 하나 이상의 펄스들에서 가스 상에 도입된다. 만약 반응물들이 실온에서 고체 또는 액체이면, 필요한 가스들은 용매를 사용하거나 사용하지 않고 기화기에서 직접적인 기화에 의해, 또는 거품기에 의해 생성될 수 있다. ALD는 다음과 같이 수행된다. 즉 제 1 단계에서, 금속 알킬 아미드의 모노 층은 기판의 표면상에 물리적 또는 화학적으로 흡수된다. 제 2 단계에서 임의의 초과 금속 알킬 아미드 가스는 비반응 가스를 챔버내에 펄싱하고 및/또는 진공 펌프를 사용하여 챔버밖으로 가스를 펌핑함으로서 제거된다. 적당한 비반응 가스들은 임의의 희귀 가스 및 질소 가스를 포함한다. 제 3 단계에서, 나머지 반응물들은 리갠드(ligand)를 선구체들로부터 잘라내고 목표된 옥시니트라이드 또는 옥시니트라이드 실리콘 층들에 필요한 산소, 질소 및 실리콘을 부가한다. 제 4 단계에서, 초과 반응물들은 진공 펌프, 불활성 가스 정화, 또는 상기 두개의 기술의 결합을 사용하여 챔버로부터 제거된다. 각각의 사이클의 결과는 목표된 막의 모노 층이다. 사이클은 목표된 두께의 막을 달성하기에 필요한 수만큼 반복될 수 있다. 이런 방식으로 막 두께 및 동일성은 모노 층에 의하여 "나노-엔지니어" 모노 층일 수 있다.
ALD 사용은 MOCVD에 비해 몇몇 장점, 즉 비교적 저온에서 동작하고 비평면 기판들에서 컨포멀 박막 층들을 형성하기 위한 능력을 가진다. 원자 스케일에서 필름 두께를 제어하기 위하여 ALD를 사용하는 것은 가능하여 "나노 엔지니어" 복합 박막들을 제어할 수 있다.
MOCVD 및 ALD 처리에서 사용된 처리 온도들 및 압력들은 폭넓게 사용될 수 있다. 일실시예에서 증착 온도는 대략 100℃ 내지 500℃이고 바람직하게 200℃ 내지 500℃이다. 바람직하게, 증착 압력은 100밀리토르 내지 10 토르이고 보다 바람직하게 200밀리토르 내지 1.5토르이다.
유사하게, 각각의 처리에서 각각의 펄스에 대한 증기 흐름 및 펄스 시간은 폭넓게 가변할 수 있다. 일실시예에서 증기 흐름은 대략 1 sccm 내지 2000 sccm이고 바람직하게 대략 5sccm 내지 1000sccm이다. 바람직하게, 펄스 시간은 대략 0.01 내지 10초이고 보다 바람직하게 대략 0.5 내지 5 초의 범위이다.
사용된 기판들은 사용된 처리 온도들에서 안정되는 금속 또는 친수성 표면을 가진 임의의 재료일 수 있다. 적당한 재료들은 당업자에게 명백해질것이다. 바람직한 기판들은 실리콘 웨이퍼들을 포함한다. 기판들은 기판 표면의 화학 구조 및/또는 기판의 표면 특성을 인스틸(instill), 제거 또는 표준화하기 위하여 전처리될 수 있다. 예를들어, 실리콘 웨이퍼들은 노출된 표면들상에 실리콘 디옥사이드를 형성한다. 작은양의 실리콘 디옥사이드는 금속 선구체를 상기 표면에 끌어당기기 때문에 바람직할 수 있다. 그러나, 큰 양들에서, 실리콘 디옥사이드는 바람직하지 않다. 이것은 특히 형성된 층이 실리콘 디옥사이드에 대한 대체물로서 생각될때 진실이다. 따라서, 실리콘 웨이퍼들의 표면상 실리콘 디옥사이드는 예를들어 필름 형성 전에 수소 플루오라이드(HF) 가스 처리에 의해 벗겨진다. 단지 몇 Å 두께의 얇은 표준화된 실리콘 디옥사이드 표면 층은 예를들어 오존 노출에 의한 표준 산화 방법에 의해 필름 형성 전에 다시 도입될 수 있다.
다수의 금속 알킬아미드들은 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 금속 알킬아미드들은 적어도 하나 이상의 알킬 치환 질소 원자들에 대한 단일 본드를 통하여 본드된 금속 그룹의 존재를 특징으로 한다.
적당한 금속 알킬아미드들은 다음 방정식 또는 임의의 혼합물에 따르는 화합물들을 포함한다:
M(NR1R2)p; 및 (R3-N=)mM(NR1R2)n
여기서 R1, R2 및 R3는 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 선형, 측쇄형 및 사이클릭(cyclic) 알킬들 등으로부터 선택되고, 여기서 M은 Hf, Ti, Zr, Y, La, V, Nb, Ta, W, Zn, Al, Sn, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로부터 선택된 금속이고, 여기서 p는 금속에 대한 원자가 수와 동일한 정수이고, m 및 n은 정수이고 2m+n은 금속에 대한 원자가 수와 동일하다. 바람직하게, M은 Hf, Zn 및 Ti로부터 선택되고, p는 4이고, m은 1이고 n은 2이다. 보다 바람직하게, M은 Hf 또는 Zn이다. 바람직하게 R1 및 R2는 개별적으로 C1-C6 알킬이다.
본 발명의 방법에 사용된 질소 소스는 원자 질소(N), 암모니아(N3), 히드라진(H2NNH2), 일차, 이차 및 삼차 알킬 아민들, 알킬 히트라진 등으로 제한되지 않지만 포함하는 종래에 공지된 임의의 질소 소스일 수 있다. 바람직하게, 질소 소스는 암모니아이다.
본 발명의 방법에 사용된 산소 소스는 원자 산소(O), 산소 가스(O2), 오존(O3), 물(H2O), 질산 산화물(NO), 아질산 산화물(N2O), 수소 과산화물(H
2O2) 등으로 제한되지 않지만 포함하는 공지된 임의의 산소 소스일 수 있다. 바람직하게, 산소 소스는 오존이다.
본 발명의 방법에 사용된 실리콘 소스는 실리콘 알킬아미드, 실란, 디실란, 디클로실란, SiCl4, SiHCl3, Si2Cl6, 알킬실란, 아미노실란, Me3Si-N=N-SiMe3 등일 수 있다. 바람직하게, 실리콘 소스는 실리콘 알킬아미드이다. 본 발명에 사용하기 위한 적당한 실리콘 알킬아미드들은 다음 식에 의해 한정된 것을 포함한다: Si(NR4R5)4
여기서 R4 및 R5는 치환되고 치환되지 않은 선형, 측쇄형, 및 사이클릭 알킬들로부터 선택된다. 바람직하게, R3 및 R4는 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다.
도시에 의해, 하프늄 옥시니트라이드 필름을 형성하기 위하여, 다음 반응은 MOCVD 또는 ALD 처리를 사용하여 수행될 수 있다:
Hf(NR1R2)4 + O2 + NH3 →Hf-O-N + 부산물
다른 말로, 하프늄 알킬아미드가 옥시던트 및 질소 소스에 노출될때, 하프늄 옥시니트라이드 필름은 형성된다. Hf가 이 실시예에서 사용되는 동안, 당업자는 Hf가 상기된 임의의 금속들에 의해 치환될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
유사하게, 하프늄 실리콘 옥시니트라이드 막을 형성하기 위하여, 다음 반응은 MOCVD 또는 ALD 처리를 사용하여 형성될 수 있다:
Hf(NR1R2)4 + Si(NR4R5)4 + O2
+ NH3 →Hf-O-N + 부사물
다른 말로, 하프늄 알킬아미드가 실리콘 알킬아미드, 옥시던트 및 질소 소스에 노출될때, 하프늄 실리콘 옥시니트라이드 필름은 형성된다. 일단 다시, Hf가 이 실시예에서 사용되는 동안, 당업자는 Hf가 상기된 임의의 금속으로 치환될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
다수의 높은 k 스택 구조들은 본 발명에 따라 만들어진 게이트 및 캐패시터 유전체 재료들을 사용하여 만들어질 수 있다. 예를들어, 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 층들은 실리콘 웨이퍼 및 폴리 Si 층들 사이에 샌드위치될 수 있다. 선택적으로, 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 옥시니트라이드 층들은 금속 산화물 층들을 둘러싸서 유전체 중간물을 형성하고, 차례로 실리콘 웨이퍼 및 폴리 Si 층들 사이에 샌드위치된다. 이들 실시예들은 첨부된 도면들에 가시적으로 도시된다.
도 1은 본 발명에 따라 이루어진 제 1 높은 k 스택 구조(100)의 개략도이다. 도 1에서, 실리콘 기판(110)에는 하프늄 옥시니트라이드 또는 하프늄 실리콘 옥시니트라이드의 중간 층(120)이 코팅된다. 중간 층에는 차례로 폴리 Si의 최상부층(130)이 코팅된다. 중간층(120)은 높은 전도성 최상부 폴리 Si 층(130) 및 비교적 작은 전도 실리콘 기판(110) 사이에 높은 유전체 재료를 제공한다. Hf가 이 실시예에서 사용되는 동안, Hf는 상기된 임의의 금속들로 치환될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명에 따라 이루어진 제 2 높은 k 스택 구조(200)의 개략도이다. 도 2에서, 실리콘 기판(210)에는 하프늄 옥시니트라이드 또는 하프늄 실리콘 옥시니트라이드의 제 1 중간 층(221)이 코팅된다. 제 1 중간층에는 하프늄 산화물의 제 2 중간층(222)이 코팅된다. 제 2 중간 층(222)에는 제 1 중간 층(221)과 같이 하프늄 옥시니트라이드 또는 하프늄 실리콘 옥시니트라이드로 구성된 제 3 중간 층(223)이 코팅된다. 마지막으로, 제 3 중간층(223)에는 폴리 Si의 최상부층(230)이 코팅된다. 3개의 중간 층들(221, 222 및 223)은 높은 전도성 최상부 폴리 Si 층(230) 및 비교적 낮은 전도성 실리콘 기판(210) 사이에 높은 유전 재료를 형성하기 위하여 결합한다. Hf가 이 실시예에 사용되는 동안, Hf가 상기된 것뿐 아니라 다른 임의의 금속들로 치환될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
상기 설명은 제한하는 것이 아니라 도시하는 것이고 당업자가 특허 권리를 청구하는 본 발명의 전체 범위 및 임의의 가장 우수한 모드를 실행할 수 있도록 하기에 충분한 본 발명의 설명을 제공하기 위한 것이다. 다른 실시예들은 당업자에게 명백하다. 모든 상기 실시예들 및 변형들은 만약 상기 실시예들이 첨부된 청구항들 및 임의의 등가물의 범위내에 속하면 본 발명의 일부로서 고려되어야 한다.
따라서 특허법에 의해 요구된 상세함 및 특수성을 가진 본 발명을 설명함으로써 성문법에 의해 청구 및 요구된 것은 첨부된 청구항들에 나타난다.
Claims (24)
- 기판을 포함하는 증착 챔버에 금속 알킬 아미드, 질소 소스, 산소 소스 및 선택적으로 실리콘 소스를 도입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함하는 기판상에 유전체 필름을 형성하기 위한 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 사이클은 금속 알킬 아미드, 질소 소스, 산소 소스 및 선택적으로 실리콘 소스를 동시에 증착 챔버에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속 알킬아미드는 식 M(NR1R2)p ; 및 (R3-N=)mM(NR1R2)n 중 하나를 가지는 금속 알킬 아미드이고,여기서 R1, R2 및 R3는 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 선형, 측쇄형 및 사이클릭 알킬들로부터 선택되고, 여기서 M은 Hf, Ti, Zr, Y, La, V, Nb, Ta, W, Zn, Al, Sn, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로부터 선택된 금속이고, p는 금속의 원자가 수와 동일한 정수이고, m 및 n은 정수이고 2m+n은 금속에 대한 원자가 수와 같은 것을 특징으로 하는 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 금속 알킬 아미드는 식 M(NR1R2)p를 가지는 것을 특징으로 하는 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 금속 알킬 아미드는 식 (R3-N=)mM(NR1R2) n을 가지는 것을 특징으로 하는 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 M은 Hf, Zr 및 Ti로부터 선택되고 p는 4이고, m은 1이고 n은 2인 것을 특징으로 하는 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 C1-C6 알킬로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 질소 소스는 암모니아, 히드라진 및 알킬 히드라진들, 일차, 이차 및 삼차 알킬 아민들 및 원자 질소로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 산소 소스는 산소, 산소 가스, 오존, 물, 질산 산화물, 아질산 산화물 및 수소 과산화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 실리콘 소스는 실리콘 알킬아미드, 실란, 디실란, 디클로실란, SiCl4, SiHCl3, Si2Cl6, 알킬실란, 아미노실란 및 Me3Si-N=N-SiMe3로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 실리콘 소스는 식 Si(NR4R5)4에 의해 정의된 실리콘 알킬아미드이고,여기서 R4 및 R5는 독립적으로 치환 및 치환되지 않은 선형, 측쇄형 및 사이클릭 알킬로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 유기 화학 기상 증착 방법.
- (ⅰ) 기판을 포함하는 증착 챔버에 금속 알킬아미드 가스를 펄싱하는 단계;(ⅱ) 증착 챔버를 정화하는 단계;(ⅲ) 중간 정화에 의해 선택적으로 분리된 하나 이상의 부가적인 펄스들에서, 산소 소스, 질소 소스 및 선택적으로 실리콘 소스를 증착 챔버에 도입하는 단계; 및(ⅳ) 증착 챔버를 정화하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함하는 기판상에 유전체 필름을 형성하기 위한 원자층 증착 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 금속 알킬아미드는 식 M(NR1R2)p ; 및 (R3-N=)mM(NR1R2)n 중 하나를 가지는 금속 알킬 아미드이고,여기서 R1, R2 및 R3는 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 선형, 측쇄형 및 사이클릭 알킬들로부터 선택되고, 여기서 M은 Hf, Ti, Zr, Y, La, V, Nb, Ta, W, Zn, Al, Sn, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로부터 선택된 금속고, p는 금속의 원자가 수와 동일한 정수이고, m 및 n은 정수이고 2m+n은 금속에 대한 원자가 수와 같은 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 금속 알킬 아미드는 식 M(NR1R2)p를 가지는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 금속 알킬 아미드는 식 (R3-N=)mM(NR1R2 )n을 가지는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
- 제 13 항에 있어서, M은 Hf, Zr 및 Ti로부터 선택되고 p는 4이고, m은 1이고 n은 2인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
- 제 13 항에 있어서, R1 및 R2는 각각 C1-C6 알킬로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 질소 소스는 암모니아, 히드라진 및 알킬 히드라진들, 일차, 이차 및 삼차 알킬 아민들 및 원자 질소로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 산소 소스는 산소, 산소 가스, 오존, 물, 질산 산화물, 아질산 산화물 및 수소 과산화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 실리콘 소스는 실리콘 알킬아미드, 실란, 디실란, 디클로로실란, SiCl4, SiHCl3, Si2Cl6, 알킬실란, 아미노실란 및 Me3Si-N=N-SiMe3로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
- 제 20 항에 있어서, 상기 실리콘 소스는 식 Si(NR4R5)4에 의해 정의된 실리콘 알킬아미드이고,여기서 R4 및 R5는 독립적으로 치환 및 치환되지 않은 선형, 측쇄형 및 사이클릭 알킬로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
- 제 1 항 및 제 12항중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 형성된 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 옥시니트라이드 필름.
- (ⅰ) 실리콘 웨이퍼;(ⅱ) 청구항 제 1 항 및 제 12 항중 어느 한 항에 다른 방법에 의해 실리콘 웨이퍼의 표면상에 형성된 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 옥시니트라이드; 및(ⅲ) 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 옥시니트라이드 층상에 형성된 폴리-Si 층을 포함하는 높은 k 스택 구조.
- (ⅰ) 실리콘 웨이퍼;(ⅱ) 실리콘 웨이퍼의 표면상에 형성된 제 1 금속 산화물 층;(ⅲ) 청구항 제 1 항 및 제 12 항중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제 1 금속 산화물층의 표면상에 형성된 금속 옥시니트라이드 또는 금속 실리콘 옥시니트라이드 필름;(ⅳ) 금속 옥시니트라이드 또는 실리콘 옥시니트라이드 층의 표면상에 형성된 제 2 금속 산화물층; 및(ⅴ) 제 2 금속 산화물층상에 형성된 폴리-Si 층 또는 금속 전극층을 포함하는 높은 k 스택 구조.
Priority Applications (1)
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| KR10-2004-7013458A KR20050020758A (ko) | 2002-07-19 | 2003-07-16 | 금속 유기 화학 기상 증착 및 금속 유기 옥시니트라이드및 금속 실리콘 옥시니트라이드의 원자층 증착 |
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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2003
- 2003-07-16 KR KR10-2004-7013458A patent/KR20050020758A/ko not_active Application Discontinuation
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