TWI614260B - 鋁前驅物、使用該鋁前驅物形成薄膜之方法,及使用該鋁前驅物形成電容器之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種由以下化學式1所表示之鋁化合物。在化學式1中,X是由以下化學式22或化學式3所表示之官能基。

Description

鋁前驅物、使用該鋁前驅物形成薄膜之方法,及使用該鋁前驅物形成電容器之方法 參考相關申請案
西元2013年2月25日於韓國智慧財產局(Korean Intellectual Property Office)提申之第10-2013-0019559號名為「鋁前驅物、形成一薄膜之方法以及使用該鋁前驅物形成一電容器之方法」之韓國專利申請案係整體併於此作為參考。
發明領域
本發明係有關於鋁前驅物、使用該鋁前驅物形成薄膜之方法,及使用該鋁前驅物形成電容器之方法。
發明背景
示範性實施態樣係有關於一鋁前驅物、形成一薄膜之方法,以及使用該鋁前驅物形成一電容器之方法。
發明概要
實施態樣係針對一種由以下化學式1所表示之鋁 前驅物,
Figure TWI614260BD00001
其中X係一由以下化學式2或化學式3所表示之官能基:
Figure TWI614260BD00002
Figure TWI614260BD00003
實施態樣也針對一種形成一薄膜之方法,該方法包括:提供一沉積源至一基材上,該沉積源包括一由以下化學式1所表示之鋁前驅物,以及提供一反應氣體於該基材上以和該沉積源反應,
Figure TWI614260BD00004
其中X係一由以下化學式2或以下化學式3所表示之官能基:
Figure TWI614260BD00005
Figure TWI614260BD00006
該沉積源可進一步包括一矽前驅物或是一有機金屬前驅物。
該沉積源可使用一包括一惰性氣體之載體氣體而被提供於該基材上。
該反應氣體可包括擇自於氧化劑、還原劑以及氮化劑之群組中之至少一者。
該方法可進一步包括,在提供包括該由化學式1所表示之鋁前驅物的沉積源之後,於該基材上執行一清除程序。
實施態樣也針對一種形成一電容器之方法,該方法包括於一基材上形成一下電極,使用一由以下化學式1所表示之鋁前驅物於該下電極上形成一介電層,以及於該介電層上形成一上電極,
Figure TWI614260BD00007
其中X係一由以下化學式2或以下化學式3所表示之官能基:
Figure TWI614260BD00008
Figure TWI614260BD00009
使用該由化學式1所表示之鋁前驅物於該下電極上形成該介電層係包括提供一包括該鋁前驅物之沉積源至該下電極之上,提供一反應氣體至該下電極之上,以及使該沉積源和該反應氣體反應以形成一薄膜於該下電極之上。
該沉積源可進一步包括一矽前驅物或是一有機金屬前驅物。
該反應氣體可包括擇自於氧化劑、還原劑以及氮化劑之群組中之至少一者。
該方法可進一步包括,在該沉積源和該反應氣體反應以於該下電極之上形成該薄膜之後,於該基材上執行一回流程序。
該方法可進一步包括,在該基材上形成該下電極之前,於該基材上形成一絕緣中間層,以及形成接觸插塞 貫穿該絕緣中間層以接觸該基材之上表面。該下電極可被形成於該接觸插塞上以對該接觸插塞電性連接。
該方法可進一步包括,在該基材上形成絕緣中間層之前,於該基材上形成一閘極結構,以及在毗鄰於該閘極結構之基材上部形成雜質區域。該接觸插塞係接觸該雜質區域之上表面。
於該基材上形成該閘極結構可包括形成一閘極絕緣層圖案、一緩衝層圖案,以及一閘極傳導層圖案依序堆疊於該基材上。
於該基材上形成該下電極可包括於該絕緣中間層上形成一具有曝露該接觸插塞之上表面之開口的模型層,形成一傳導層圖案於該開口之內壁上,以及移除該模型層。
實施態樣係也針對一形成一介電層之方法,該方法包括:沉積一沉積源於一基材之上,該沉積源包括一擇自於以下化學式4和5之鋁前驅物,以及使該沉積源和一反應氣體反應以於該基材上形成一包括氧化鋁及/或氮化鋁之薄膜,該反應氣體包括擇自於氧化劑、還原劑以及氮化劑之群組中之至少一者,
Figure TWI614260BD00010
Figure TWI614260BD00011
該方法可進一步包括於該基材上重覆形成氧化鋁及/或氮化鋁薄膜,以及在形成該氧化鋁及/或氮化鋁薄膜於該基材上和重覆形成該氧化鋁及/或氮化鋁薄膜之間執行一清除程序。
該沉積源可進一步包括一矽前驅物及/或一具有除了鋁之外之金屬的有機金屬前驅物,以致於該薄膜進一步包括氧化矽、氮化矽、除了氧化鋁之外的金屬氧化物及/或除了氮化鋁之外的金屬氮化物。
該方法可進一步包括,在該基材上形成包括氧化鋁及/或氮化鋁的薄膜之前或之後,於該基材上形成一包括氧化矽、氮化矽、除了氧化鋁之外的金屬氧化物及/或除了氮化鋁之外的金屬氮化物之薄膜,以致於形成一多層介電膜。
該基材可為一包括一開口、凹口、或接觸孔之結構,且該方法可進一步包括在薄膜形成之後執行一回流程 序。
100‧‧‧基材
110‧‧‧沉積源
115‧‧‧薄膜
200‧‧‧基材
205‧‧‧隔離層圖案
210‧‧‧閘極絕緣層
215‧‧‧閘極絕緣層圖案
220‧‧‧緩衝層
225‧‧‧緩衝層圖案
230‧‧‧閘極傳導層
235‧‧‧閘極傳導層圖案
245‧‧‧閘極結構
250‧‧‧間隔件
261‧‧‧第一雜質區域
263‧‧‧第二雜質區域
270‧‧‧第一絕緣中間層
281‧‧‧第一接觸插塞
283‧‧‧第二接觸插塞
290‧‧‧第二絕緣中間層
300‧‧‧位元線接觸點
310‧‧‧位元線
320‧‧‧第三絕緣中間層
330‧‧‧電容器接觸點
340‧‧‧終止層
350‧‧‧模型層
355‧‧‧第四開口
360‧‧‧第五傳導層
365‧‧‧下電極
370‧‧‧介電層
380‧‧‧上電極
400‧‧‧第一介電層
410‧‧‧第二介電層
420‧‧‧介電層結構
430‧‧‧上電極
藉由有關於所附圖式之詳細敘述,該技術領域中具有通常知識者將明白這些特徵,其中:圖1至3說明描述依據示範性實施態樣之形成一薄膜之方法之階段的截面圖;圖4至11說明描述依據示範性實施態樣之形成一電容器之方法之階段的截面圖;以及圖12至13說明描述依據其它示範性實施態樣之形成一電容器之方法之階段的截面圖。
詳細說明
在下文將參考所附圖式更完整地敘述示範性實施態樣;然而,其等係可以不同的形式被具體實施且不應被解讀為受限於其中所提出的實施態樣。更確切地,這些實施態樣係以使得本揭露內容為更完善和完整為前題,且將徹底地傳遞示範性實施予該技術領域中具有通常知識者。
在圖式中,為了清楚說明,層和區域的尺寸可能是被誇大的。也將被了解的是,當一層或一元件係被指稱為在另一層或基材「之上」時,其可以是直接在該另一層或基材上,或也可能出現介於中間的層。此外,也將被了解的是,當一層係被指稱為「在二層之間」,其可以是在該二層之間的唯一層,或也可能出現一或更多介於中間的層。 整體上,相似的參考標號係指稱相似的元件。如此處所使用的,該用詞「及/或」係包括所列相關項目之一或多者的任一和所有組合。
將被了解的是,雖然用詞第一、第二、第三、第四等等係於此用於敘述不同的元件、部件、區域、層及/或部份,這些元件、部件、區域、層及/或部份並不應受這些用詞所限制。這些用詞僅是用於將一元件、部件、區域、層或部份自另一區域、層或部份區分出來。因此,以下所討論之一第一元件、部件、區域、層或部份可以被稱為一第二元件、部件、區域、層或部份而不偏離本發明概念之教示。
空間相對性的用詞,例如:下、上等等,係於此用以易於敘述一元件或特徵相對於另一元件或特徵之關係,如圖式中所說明。將被了解的是,該等空間相對用詞係意於包含所使用及操作中之裝置的不同方位,除了圖式中所描述的方位之外。
此處所使用的專業用語係僅是用於敘述特定示範性實施態樣之目的而已,而並非是意於限制本發明概念。如此處所使用的,單數形式「一」及「該」係意於也包含複數形式,除非內文另有清楚指明。將進一步被了解的是,當使用於本說明書時,用詞「包含(comprises)」及/或「包含(comprising)」係具體指明所陳述之特徵、整體、步驟、操作、元件及/或構件的存在,但並不排除一或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件、構件及/或其等之群組的存 在或添加。
示範性實施態樣係於此處參照截面圖圖解被敘述,該等截面圖圖解係理想化之示範性實施態樣(及中間結構)的概要說明。如此,舉例如,因應製造技術及/或容限而來的該等圖解之形狀變化係可被預期的。因此,示範性實施態樣不應被解讀為受限於此處所圖解之區域的特定形狀,但卻是包括例如來自於製造之結果的形狀變異。例如,經圖解為一矩形之嵌植區域將典型地具有圓形的或是彎曲的外形及/或在其邊緣有嵌植物濃度梯度,而非是由經嵌植的至未經嵌植的二相變化。相同地,一藉由嵌植而形成之埋植區域可能於該經埋植之區域和該經由其而產生嵌植的表面之間的區域造成些微嵌植。因此,在圖式中所圖解的該等區域在本質上係概要性的,而其形狀並非是意於圖解一裝置之區的實際形狀,且並非意於限制本發明概念的範圍。
除非另有定義,此處所使用之用詞(包括技術及科學用詞)係具有和本發明概念所屬之該技術領域中具有通常知識者所普遍了解的相同之意義。將進一步被了解的是,例如在普遍使用之字典中所界定之那些用詞應被解釋為具有和其相關技術之內文中之意義相同的意義,而不應以一理想化或是過度刻板的觀念來解釋,除非此處有如此明顯地界定。
鋁前驅物
依據示範性實施態樣之一鋁前驅物可由以下化 學式1所表示。該鋁前驅物可具有低熔點、充足的揮發性以及高度熱穩定性。因此,該鋁前驅物可作為在一高沉積溫度下執行之化學氣相沉積法(chemical vapor deposition;CVD)或原子層沉積法(atomic layer deposition;ALD)中之一沉積源。
Figure TWI614260BD00012
在化學式1中,X係一由以下化學式2或化學式3所表示之官能基。
Figure TWI614260BD00013
Figure TWI614260BD00014
該鋁前驅物可由三烷基鋁和醇類或二酮鹽之反應所形成。
在示範性實施態樣中,該鋁前驅物可藉由三烷基鋁和三級戊醇之反應,或是藉由三烷基鋁和2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮(TMHD)(此處也稱為二新戊醯甲烷(dipivaloyl methane;DMP))之反應所形成。
範例1
在氬氣氛圍之下,7.5g的三甲基鋁係經溶解於115ml之脫水甲苯以形成一溶液。該溶液係於一冰浴中經攪拌且經冷卻至約10℃的溫度。19.2g之脫水二新戊醯甲烷(DMP)以及30ml之甲苯係經混合以形成一混合物,且該混合物係緩慢地被添加至該經冷卻之溶液中約歷經3小時。在該反應期間所產生之甲烷氣體係使用氬氣而被移除。在該混合物於室溫下經攪拌約15小時後,於約100℃之溫度下且在減壓之下使得甲苯由該混合物中被移除以產生一液態殘餘物。該液態殘餘物係於約107℃之溫度且在約230Pa之壓力下經真空蒸餾,而該經蒸餾之液態殘餘物係於約78℃之溫度下被排流出。結果,形成由以下化學式4所表示之一鋁前驅物,其係一無色且透明之液體。
Figure TWI614260BD00015
範例2
在氬氣氛圍之下,114g的三甲基鋁係經溶解於1200g之脫水甲苯以形成一溶液,且該溶液係於一冰浴中經攪拌且經冷卻至約10℃的溫度。243g之脫水三級戊醇係緩慢地被添加至該經冷卻之溶液中約歷經3小時以形成一混 合物,且在該反應期間所產生之甲烷氣體係使用氬氣而被移除。在該混合物於室溫下經攪拌約15小時後,於約120℃之溫度下且在減壓之下使得甲苯由該混合物中被移除以產生一黏性液態殘餘物。該黏性液態殘餘物係於約107℃之溫度且在約50Pa之壓力下經真空蒸餾,而該經蒸餾之黏性液態殘餘物係於約78℃之溫度下被排流出。結果,形成由以下化學式5所表示之一鋁前驅物,其係一白色固體。
Figure TWI614260BD00016
鋁前驅物可點燃性之評估
為了評估鋁前驅物關於可點燃性方面之穩定性,將依據範例1及2所製備之鋁前驅物、作為比較例1之三甲基鋁、作為比較例2之由以下化學式6所表示之鋁前驅物、以及作為比較例3之由以下化學式7所表示之鋁前驅物置放曝露於大氣環境下。結果係如以下表1所示。
Figure TWI614260BD00017
Figure TWI614260BD00018
Figure TWI614260BD00019
Figure TWI614260BD00020
如表1中所示,雖然依據比較例1之鋁前驅物呈現可點燃性,依據範例1及2以及比較例2及3之鋁前驅物並未呈現可點燃性。因此,結論是藉由使用依據範例1及2以及比較例2及3之鋁前驅物的CVD方法或ALD方法係可安全地形成一薄膜。
鋁前驅物性質之評估
為了評估該鋁前驅物作為用於CVD方法或ALD方法之沉積源的妥適性,依據範例1及2以及比較例2及3之鋁前驅物的熔點係經由微熔點測定儀來量測。此外,樣品係於一氬氣氛圍下經加熱,該等樣品之溫度係由TG-DTA量測以測定何時該等樣品之量係減少至約原始樣品之50重量百分比。結果係如以下表2所示。
Figure TWI614260BD00021
如表2中所示,依據範例1及2之鋁前驅物在約40℃之溫度下係為液態。因此,這些鋁前驅物具有低熔點以 及高蒸汽壓力以致於可藉由使用依據範例1及2之鋁前驅物之CVD方法或ALD方法以低能量形成一薄膜。
鋁前驅物之熱穩定性的評估
為了評估依據熱解溫度之鋁前驅物的熱穩定性,在產生熱解時,依據範例1及2以及比較例2之鋁前驅物的溫度係藉由DSC來量測以決定。結果係於以下表3中顯所示。
Figure TWI614260BD00022
如表3中所示,雖然依據比較例2之鋁前驅物係於約200℃之溫度下熱解,該等依據範例1及2之鋁前驅物即使在約300℃之溫度下並未熱解。即使在高於約300℃之溫度下,依據範例1及2之鋁前驅物係顯示出具有高熱穩定性。因此,可使用依據範例1及2之鋁前驅物藉由在高沉積溫度下執行之CVD方法或ALD方法來形成一薄膜。
圖1至3說明描述依據示範性實施態樣之形成一薄膜之方法之階段的截面圖。該薄膜可藉由使用依據示範性實施態樣之鋁前驅物的一CVD方法或是一ALD方法形成。
參照圖1,一包括依據示範性實施態樣之鋁前驅物的沉積源110係於一腔室中經提供至基材100之上。
在示範性實施態樣中,該沉積源110係於約25℃ 至約400℃之溫度下汽化,例如,在約250℃至約350℃之溫度下,且經提供於該基材100之上。依據示範性實施態樣之該鋁前驅物係具有低熔點以及高蒸汽壓力,且在高溫下為穩定的,而因此該沉積源110並不會熱解但係被吸附至該基材100上。例如,該鋁前驅物可為依據範例1之鋁前驅物或是依據範例2之鋁前驅物。
在示範性實施態樣中,該沉積源110可進一步包括一矽前驅物及/或一有機金屬前驅物,依據擬被形成之薄膜的類型。在此實例中,該鋁前驅物以及該矽前驅物及/或有機金屬前驅物係分別經汽化以被提供至該基材100上。在其它實施中,該鋁前驅物以及該矽前驅物及/或有機金屬前驅物可經混合以形成一具有適當組成之混合物,且接著該混合物可經汽化以被提供至該基材100上。
在示範性實施態樣中,該有機金屬前驅物可包括金屬,例如:鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)等等,以及一有機配位化合物,該有機配位化合物包括一醇類化合物、一乙二醇化合物、一β-二酮基化合物、一環戊二烯化合物、一有機胺化合物,及/或其等之組合。
該用詞「醇類化合物」係意指例如:一烷基醇,如:甲醇、丙醇、異丙醇、丁醇、第二丁醇、異丁醇、第三丁醇、戊醇、異戊醇、第三戊醇等等,或是一醚醇類,如:2-甲氧乙醇、2-乙氧乙醇、2-丁氧乙醇、2-(2-甲氧乙氧)乙醇、2-甲氧-1-甲基乙醇、2-甲氧-1,1-二甲基乙醇、2-乙氧-1,1-二甲基乙醇、2-異丙氧-1,1-二甲基乙醇、2-丁氧-1,1- 二甲基乙醇、2-2(甲氧乙氧)-1,1-二甲基乙醇、2-丙氧-1,1-二乙基乙醇、2-2-丁氧-1,1-二乙基乙醇、3-甲氧-1,1-二甲基丙醇等等。
該用詞「乙二醇化合物」係意指例如:1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2,4-己二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、2,4-丁二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,4-己二醇、2,4-二乙基-2,4-戊二醇等等。
該用詞「β-二酮基化合物」係意指例如:一經烷基取代之β-二酮類,如:乙醯丙酮、己烷-2,4-二酮、5-甲基己烷-2,4-二酮、庚烷-2,4-二酮、2-甲基庚烷-3,5-二酮、5-甲基庚烷-2,4-二酮、6-甲基庚烷-2,4-二酮、2,2-二甲基庚烷-3,5-二酮、2,6-二甲基庚烷-3,5-二酮、2,2,6-三甲基庚烷-3,5-二酮、2,2,6,6-三甲基庚烷-3,5-二酮、辛烷-2,4-二酮、2,2,6-三甲基辛烷-3,5-二酮、2,6-二甲基辛烷-3,5-二酮、2,9-二甲基壬烷-4,6-二酮、2-甲基-6-乙基癸烷-3,5-二酮、2,2-二甲基-6-乙基癸烷-3,5-二酮等等、一經氟取代之烷基β-二酮類,如:1,1,1-三氟戊烷-2,4-二酮、1,1,1-三氟-5,5-二甲基己烷-2,4-二酮、1,1,1,5,5,5-六氟戊烷-2,4-二酮、1,3-二全氟代己基戊烷-1,3-二酮等等,以及一經醚取代β-二酮類,如:1,1,5,5-四甲基-1-甲氧己烷-2,4-二酮、2,2,6,6-四甲基-1-甲氧己烷-3,5-二酮、2,2,6,6-四甲基-1-(2-甲氧乙氧)己烷-3,5-二酮等等。
該用詞「環戊二烯化合物」係意指例如:環戊二烯、甲基環戊二烯、乙基環戊二烯、丙基環戊二烯、異丙基環戊二烯、丁基環戊二烯、第二丁基環戊二烯、異丁基環戊二烯、第三丁基環戊二烯、二甲基環戊二烯、四甲基環戊二烯等等。
該用詞「有機胺化合物」係意指例如:甲胺、乙胺、丙胺、異丙胺、丁胺、第二丁胺、第三丁胺、異丁胺、二甲基胺、二乙基胺、二丙基胺、二異丙基胺、乙基甲基胺、丙基甲基胺、異丙基甲基胺等等。
在示範性實施態樣中,該沉積源110係包括一載體氣體及/或一有機溶劑。
在示範性實施態樣中,該沉積源110可藉由一氣體遞送系統而被提供至該基材100。在該沉積源110經加熱以及加壓至汽化後,該經汽化之沉積源110可使用一包括如氬氣、氮氣、氦氣等之惰性氣體的載體氣體而被提供至該基材100上。
在其它實施中,該沉積源110可藉由一液體遞送系統而被提供至該基材100。例如:約0.01莫耳/L至約2.0莫耳/L,或是例如:約0.05莫耳/L至約1.0莫耳/L之沉積源110係被溶解於一有機溶劑中以形成一組成物,且該組成物可經加熱且經加壓至汽化。該經汽化之組成物可使用該載體氣體而被提供於該基材100上。
該有機溶劑係包括例如:一乙酸酯,如:乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲氧基乙酸乙酯、等等,一醚類,如:四 氫呋喃、四氫哌喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二丁基醚、二噁烷等,一酮類,如:甲基丁酮、甲基異丁酮、乙基丁酮、二丙酮、二異丁酮、甲基戊酮、環己酮、甲基環己酮等等,一烴類,如:己烷、環己烷、甲基環己烷、二甲基環己烷、乙基環己烷、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯等等,一具有氰基官能基之烴類,如:1-氰代丙烷、1-氰代丁烷、1-氰代己烷、氰代環己烷、氰苯、1,3-二氰基丙烷、1,4-二氰基丁烷、1,6-二氰基己烷、1,4-二氰基環己烷、1,4-二氰基苯等等,一吡啶,一二甲基吡啶及/或其等之組合。
在示範性實施態樣中,該沉積源110可不包括金屬雜質、鹵素雜質、有機雜質、水或是可能影響該薄膜電性特性之顆粒。當作為閘極絕緣層或是障蔽層之薄膜形成時,該沉積源110可不包括一鹼金屬、一鹼土金屬或是一沉積源110之同調元素。
如果此類雜質存在,其可被包括於該沉積源110中為等於或少於約100ppb之濃度,或是例如為等於或少於約10ppb之濃度。總金屬雜質可被包括為等於或少於約1ppm之濃度,或是例如為等於或少於約100ppb之濃度。
如果鹵素雜質存在,其可被包括為等於或少於約100ppm之濃度,或是例如為等於或少於約10ppm之濃度。
如果有機雜質存在,其可被包括為等於或少於約500ppm之濃度,或是例如為等於或少於約50ppm之濃度。
當該薄膜係藉由一CVD方法或是一ALD方法形 成時,水份可能造成顆粒形成。因此,水份可儘可能地由該矽前驅物、該金屬前驅物或是該有機溶劑中被移除。因此,如果水存在,該沉積源110可包括等於或少於約10ppm之濃度的水份,或是例如為等於或少於約1ppm之濃度。
如果顆粒存在於該液態沉積源110中,此顆粒可存在以致於一等於或少於100顆具有尺寸大於約0.3μm之顆粒的量係被包括於1ml之液體中,或是例如,以致於一等於或少於1000顆具有尺寸大於約0.2μm之顆粒的量係被包括於1ml之液體中。顆粒係藉由一例如液態微粒子計數器(LPC)而量測。
參照圖2,可於該基材100上執行一清除程序。因此,副產物及/或未被吸附至基材100上且餘留在腔室中之沉積源110可被移除。
該清除程序可藉由使用一惰性氣體排空該腔室之內部而被執行,該惰性氣體係例如氬、氦等等,及/或是使該腔室之內部減壓而被執行。
當該腔室之內部係使用一惰性氣體而被排空,該惰性氣體係以約200sccm至約5000sccm之流率而被提供至該腔室內,或是例如:以約500sccm至約2000sccm之流率。
在其它實施中,當該腔室之內部經減壓時,減壓程度係約0.01PA至約300PA,或是例如,約0.01PA至約100PA。
參照圖3,一反應氣體可被提供至該基材100以和該經吸附至基材100上之沉積源110反應。因此,該反應之 反應物可被沉積於該基材100上,而因此,一薄膜115可經形成於該基材100上。
該反應氣體可包括例如:一包含氧之氧化劑,如:臭氧、二氧化氮、一氧化氮、水蒸氣、過氧化氫、甲酸、乙酸、乙酸酐等等;一包含氫等之還原劑,及/或一包含如單烷基胺、三烷基胺、伸烷二胺等等之有機胺化合物、肼,氨等的氮化劑。
因此,藉由該反應形成之該薄膜115可包括鋁、氧化鋁及/或氮化鋁。
]在示範性實施態樣中,該薄膜115可包括AlSixOy、ZrAlxSiOy、TiAlxSiOy或HfAlxSiOy,其中x及y表示各種之相對量。
在示範性實施態樣中,該反應氣體和該沉積源110可於約150℃至約300℃之溫度下反應。再者,係可提供能量,如:離子體、光、熱、電壓等等,以活化該反應。
當該薄膜115係藉由提供光及/或熱能量至該基材100上而形成,該反應可於大氣壓力至約10Pa範圍內之壓力下執行。在其它實施中,當該薄膜115係藉由提供離子體至該基材100上而形成,該反應係於約10Pa至約2000Pa範圍內之壓力下執行。
如果該薄膜115係以一非常低之沉積速度形成,該薄膜115的生產率可能被減少。另一方面,如果該薄膜115係以一非常高之沉積速度形成,該薄膜115的特性則可能退化。因此,在示範性實施態樣,該薄膜115係以約0.01至約 5000nm/min之沉積速度形成,或是例如,以約0.1至約1000nm/min之沉積速度形成。然而,該沉積速度可依據所欲之該薄膜115特性而改變。
用以形成該薄膜115之沉積方法可被執行一次。在其它實施中,依據所欲之該薄膜115厚度,該沉積方法可被執行多次。然而,在此實例中,清除程序可進一步於各沉積方法之間被執行以移除副產物及/或未被吸附至該基材100上或是未和反應氣體進行反應之沉積源110的餘留部份。
當該薄膜115係形成於一開口、一凹口或一接觸孔之表面,或是當該薄膜115係形成以充分地填充一開口,可進一步執行一回流程序以增加該薄膜115之階段覆蓋範圍。
如上所述,該鋁前驅物可具有低熔點、高蒸汽壓力以及高熱穩定性。因此,可藉由使用該鋁前驅物作為一沉積源之CVD方法或ALD方法來形成該薄膜115。
此外,可依據所欲之該薄膜115的特性而適當地選擇沉積源110以及反應氣體。一半導體裝置之佈線及/或閘極絕緣層、一電容器之介電層或是一電子構件的塗覆層係可藉由該沉積方法容易地形成。
圖4至圖11說明描述依據示範性實施態樣之形成一電容器之方法之階段的截面圖。
參照圖4,一閘極絕緣層210、一緩衝層220以及一閘極傳導層230可依序形成於一具有隔離層圖案205於其 上之基材200上。
該閘極絕緣層210可經形成於該基材200以及該隔離層圖案205上以包括一絕緣材料,例如:氧化物、氮化物、氮氧化物等等。該閘極絕緣層210可依據示範性實施態樣使用該鋁前驅物而形成為包括一金屬氧化物或是金屬氮化物。
該閘極傳導層230可藉由一CVD方法或一ALD方法而形成。該閘極傳導層230可經形成為包括例如經雜質摻雜之多晶矽。
該緩衝層220可經形成於該閘極絕緣層210及該閘極傳導層230之間以避免該閘極絕緣層210和該閘極傳導層230之間的反應。在某些實施中,用以形成該緩衝層220之方法可被省略。該緩衝層220可經形成為包括例如氮化矽。
參照圖5,該閘極絕緣層210、緩衝層220以及閘極傳導層230可經圖案化以形成一閘極結構245,該閘極結構245係包括依序堆疊之一閘極絕緣層圖案215、一緩衝層圖案225以及一閘極傳導層圖案235。
該閘極絕緣層圖案215、該緩衝層圖案225以及該閘極傳導層圖案可藉由在該閘極傳導層230上形成一蝕刻罩且使用該蝕刻罩經各向異性蝕刻該閘極絕緣層210、該緩衝層220以及該閘極傳導層230而形成。該蝕刻罩在形成該閘極絕緣層圖案215、該緩衝層圖案225以及該閘極傳導層圖案235之後係藉由例如濕蝕刻之方法而被移除。
參照圖6,一間隔件250可經形成於該閘極結構245之側壁上,而且第一及第二雜質區域261及263可經形成於該基材200之上部鄰接於該閘極結構245。
該間隔件250係藉由在該閘極結構245以及該基材200之一上表面上形成一間隔件層且經各向異性蝕刻該間隔件層而形成。該間隔件250係經形成為包括氮化矽。
該基材200可藉由一離子佈植方法而經雜質摻雜以形成該第一及第二雜質區域261及263。該第一及第二雜質區域261及263以及該閘極結構245可界定一電晶體。在該電晶體中,該第一及第二雜質區域261及263可分別作為源極和汲極區域。
參照圖7,一第一絕緣中間層270可經形成於該基材200上以覆蓋該電晶體,而第一及第二接觸插塞281及283係經形成穿過該第一絕緣中間層270以分別和該第一及第二雜質區域261及263接觸。
在示範性實施態樣中,該第一絕緣中間層270可經蝕刻以形成多數個曝露出該基材200之第一及第二雜質區域261及263的第一開口,且一第一傳導層可經形成於該基材200和該第一絕緣中間層270上以充份地填充該等第一開口。該第一傳導層之上部可經平面化直至該第一絕緣中間層270之上表面係被曝露以形成該第一及第二接觸插塞281及283。該第一及第二接觸插塞281及283可分別經電性連接至該第一及第二雜質區域261及263。
一第二絕緣中間層290可經形成於該第一絕緣中 間層270上以及於該第一及第二接觸插塞281及283上。一位元線接觸點300可經形成穿過該第二絕緣中間層290以接觸該第二接觸插塞283。
在示範性實施態樣中,該第二絕緣中間層290可經蝕刻以形成一曝露該第二接觸插塞283上表面之第二開口(未顯示),而一第二傳導層可經形成於該第二接觸插塞283和該第二絕緣中間層290上以充份地填充該第二開口。該第二傳導層之上部可經平面化直至該第二絕緣中間層290之上表面係被曝露以形成該位元線接觸點300。
一第三傳導層可經形成於該第二絕緣中間層290上以接觸該位元線接觸點300,且可經圖案化以形成一位元線310電性連接至該位元線接觸點300。一第三絕緣中間層320可經形成於該第二絕緣中間層290以覆蓋該位元線310。
在示範性實施態樣中,該第一至第三絕緣中間層270、290及320可經形成為包括一絕緣材料,例如:氧化物、氮化物、氮氧化物,且該第一至第三傳導層可經形成為包括經摻雜之多晶矽及/或金屬。
參照圖8,一電容器接觸點330可經形成穿過該第二及第三絕緣中間層290及320以接觸該第一接觸插塞281之上表面。蝕刻終止層340和模型層35可依序於該電容器接觸點330和該第三絕緣中間層320上形成。
在示範性實施態樣中,該第二及第三絕緣中間層290及320可經蝕刻以形成一第三開口曝露該第一接觸插塞 281之上表面,而且一第四傳導層可經形成於該第一接觸插塞281和該第三絕緣中間層320上以充份地填充該第三開口。該第四傳導層之上部可經平面化直至該第三絕緣中間層320之上表面係被曝露以形成該電容器接觸點330。
一第四開口355可經形成穿過該蝕刻終止層340以及該模型層350以曝露該電容器接觸點330之上表面。一第五傳導層360可經形成於該電容器接觸點330之經曝露的上表面、該第四開口355之一側壁以及該模型層350上。
在示範性實施態樣中,該蝕刻終止層340可經形成為包括氮化矽,該模型層350可經形成為包括氧化矽,而該第四及第五傳導層可經形成為包括經摻雜之多晶矽及/或一金屬。
參照圖9,一犧牲層可經形成於該第五傳導層360上以充份地填充該第四開口。該犧牲層及該第五傳導層360可經平面化直至該模型層350之上表面係被曝露以於該電容器接觸點330之經曝露的上表面和該第四開口之側壁上形成一下電極365以及一犧牲層圖案。該模型層350以及該犧牲層圖案可藉由例如濕蝕刻方法而被移除。該下電極365可經形成為電性連接於該第一接觸插塞281。
參照圖10,一介電層370係使用依據示範性實施態樣之鋁前驅物而被形成於該下電極365及該蝕刻終止層340之上。
該介電層370可藉由使用一包括惰性氣體之載體氣體提供一包括該鋁前驅物之沉積源至該下電極365上且 提供一反應氣體至該下電極365上以和該沉積氣體反應而被形成。
在示範性實施態樣中,該反應氣體可包括例如氧化劑、還原劑及/或氮化劑。因此,該介電層370可經形成為包括例如氧化鋁及/或氮化鋁以具有高介電常數。
該鋁前驅物可具有低熔點、高蒸汽壓力以及高熱穩定性。因此,包括該鋁前驅物之沉積源即使在高溫下也可能不會被熱解。結果,該介電層370可使用該沉積源輕易地形成於該具有高徑高比之下電極365上。
在示範性實施態樣中,該沉積源可進一步包括一矽前驅物及/或一有機金屬前驅物。因此,該介電層370可包括AlSixOy、ZrAl2SiO7、TiAl2SiO7或是HfAl2SiO7。x可在約0.8至約1.2之範圍內,而y可在約3.1至約3.9之範圍內的數字。
在示範性實施態樣中,一回流程序可進一步執行於該基材200上以增加介電層370之階段覆蓋範圍。該回流程序係於約250℃至約1,000℃之溫度下執行,或是例如,於約300℃至約500℃之溫度下。
參照圖11,一上電極380可被形成於該介電層370上。
該上電極380可經形成為覆蓋該介電層370,可包括實質上和下電極365相同之材料,例如:經摻雜之多晶矽及/或一金屬。
圖12至13說明描述依據其它示範性實施態樣之 形成一電容器之方法之階段的截面圖。此方法可包括實質上相同或相似於參照圖4至圖9所說明之程序,除了該介電層的形成之外。因此,相像的參考標號係意指相像的元件,而其詳細的解釋將不再重覆。
實質上相同或相似於參照圖4至圖9所說明之程序可被執行。因此,該電晶體、該等多數個絕緣層270、290及320、該等多數個接觸插塞281及283、該位元線接觸點300、該電容器接觸點330、該位元線310、該蝕刻終止層340以及該下電極365可被形成。
參照圖12,一包括第一及第二介電層400及410之介電層結構420可使用依據該示範性實施態樣之鋁前驅物經形成於該下電極265上。
該第一介電層400可藉由使用一包括惰性氣體之載體氣體而提供一包括該鋁前驅物之沉積源至該下電極365,且提供一反應氣體至該下電極365以和該沉積氣體反應而被形成。
該第二介電層410可藉由使用一包括惰性氣體之載體氣體而提供一包括該矽前驅物之沉積源及/或一不包含鋁之有機金屬前驅物至該第一介電層400,且提供一反應氣體至該第一介電層400以和該沉積氣體反應而被形成。
在示範性實施態樣中,可進一步地執行一清除程序及一回流程序於該基材200在形成該第一介電層400和形成該第二介電層410之間。該回流程序可於約250℃至約1000℃之度下執行,或是例如在約300℃至約500℃之溫度 下。
該反應氣體可包括例如:一氧化劑、一還原劑及/或一氮化劑,且該有機金屬前驅物係可包括例如:鋯(Zr)、鈦(Ti)、鉿(Hf)等等。因此,該第一介電層400可經形成為包括氧化鋁及/或氮化鋁,而該第二介電層410可經形成為包括氮化矽、氧化矽、不包括鋁之金屬氮化物,及/或不包括鋁之金屬氧化物。
在其它實施中,該第一介電層400可藉由使用一包括惰性氣體之載體氣體而提供一包括該矽前驅物之沉積源及/或一不包含鋁之有機金屬前驅物至該下電極365,且提供該反應氣體至該下電極365而被形成。該第二介電層410可藉由使用一包括惰性氣體之載體氣體而提供一包括該鋁前驅物之沉積源至該第一介電層400,且提供該反應氣體至該第一介電層400而被形成。
因此,該第一介電層400可經形成為包括例如氮化矽、氧化矽、不包括鋁之金屬氮化物,及/或不包括鋁之金屬氧化物,而該第二介電層410可經形成為包括例如氧化鋁及/或氮化鋁。
參照圖13,一上電極430可經形成於該介電層結構420之上。
該上電極430可經形成為覆蓋該介電層結構420,且可經形成為包括和該下電極365之材料實質相同的材料,例如:經摻雜之多晶矽及/或一金屬。
如上所述,依據示範性實施態樣之鋁前驅物可具 有低熔點、高揮發性以及高熱穩定性。因此,該介電層370及/或該介電結構420係可藉由使用該鋁前驅物作為一沉積源之CVD方法或是ALD方法而被形成於該具有高徑高比之下電極365上。
藉由總結和回顧,基於積體度的增加,一具有高介電常數和薄厚度之薄膜係意欲形成的,例如:閘極絕緣層、電容器之介電層等等,且因此,該薄膜可使用一金屬氧化物及/或一金屬氮化物所形成。當一薄膜係經形成於一具有高徑高比之開口中時,該薄膜可能無法簡單地藉由一物理蒸汽沉積法(PVD)而形成,例如:濺鍍法。在此實例中,該薄膜可藉由一化學蒸汽沉積法(CVD)或是一原子層沉積法(ALD)所形成。
一用於形成該薄膜之沉積源可經汽化以被提供於一標的層上作為一前驅物。然而,該CVD方法或ALD方法可於一高溫下進行,而因此,一般之金屬前驅物可能易於在其沉積之前被熱解,以致於該薄膜係無法完整地形成。因此,想有的是一具有低熔點和高蒸汽壓,且為一液體狀態而被運送之沉積源。特定地,想要的是一具有高熱穩定性之沉積源。
示範性實施態樣提供一具有高熱穩定性之鋁前驅物。
示範性實施態樣提供一使用該鋁前驅物形成一薄膜之方法。
示範性實施態樣提供一使用該鋁前驅物形成一 電容器之方法。
依據示範性實施態樣,由化學式1所表示之該鋁前驅物可具有低熔點、高蒸汽壓以及在高溫下之高熱穩定性,且因此,該薄膜可藉由一使用該鋁前驅物做為沉積源之化學蒸汽沉積法(CVD)或是原子層沉積法(ALD)所形成。
依據實施態樣之鋁前驅物可具有低熔點、充足的揮發性、以及高熱穩定性。因此,該鋁前驅物可作為用於在高沉積溫度下執行之化學蒸汽沉積法(CVD)或是原子層沉積法(ALD)中形成該薄膜之沉積源。特定地,當一電容器之介電層係使用該鋁前驅物作為沉積源而形成,該鋁前驅物在沉積之前可能不會輕易地熱解,且因此,該薄膜可均勻地形成在下電極和蝕刻終止層上。特定地,一薄膜可使用該鋁前驅物而被形成於具有高徑高比之開口中,以致使該電容器之介電層係使用其所形成。
示範性實施態樣已於此處被揭露,且雖然應用的是特定的用詞,其係被用於以一概括的和僅為描述性的意思所解釋,而並非用於限制之意。在某些例子中,當本申請案提出申請時即是該技術領域中具有通常識者所明白的,關於特定實施態樣之特徵、特性及/或元件係可單獨使用或是和其它實施態樣所述之特徵、特性及/或元件合併,除非另有特別指明。因此,該技術領域中具有通常識者該明白的是形式上或局部的小改變係可於不偏離以下請求項中所提出之本發明概念和範圍的情形下產生。
100‧‧‧基材
115‧‧‧薄膜

Claims (10)

  1. 一種由以下化學式1所表示之鋁化合物, 其中X係一由以下化學式2或化學式3所表示之官能基:
  2. 一種由以下化學式1所表示之鋁前驅物, 其中X係一由以下化學式2或化學式3所表示之官能基:
  3. 一種形成一薄膜之方法,該方法包含:提供一沉積源至一基材上,該沉積源包括一由以下化學式1所表示之鋁前驅物;以及提供一反應氣體至該基材上以和該沉積源反應, 其中X係一由以下化學式2或以下化學式3所表示之官能基:
  4. 如請求項3之方法,其中該沉積源係進一步包括一矽前驅物或是一有機金屬前驅物。
  5. 如請求項3之方法,其中該沉積源係使用一包括一惰性氣體之載體氣體而被提供於該基材上。
  6. 如請求項3之方法,其中該反應氣體係包括擇自於氧化劑、還原劑以及氮化劑之群組中之至少一者。
  7. 一種形成一電容器之方法,該方法包含:於一基材上形成一下電極;使用一由以下化學式1所表示之鋁前驅物於該下電極上形成一介電層;以及於該介電層上形成一上電極, 其中X係一由以下化學式2或以下化學式3所表示之官能基:
  8. 如請求項8之方法,其中使用該由化學式1所表示之鋁前驅物於該下電極上形成該介電層係包括:提供一包括該鋁前驅物之沉積源至該下電極之上;提供一反應氣體至該下電極之上;以及使該沉積源和該反應氣體反應以形成一薄膜於該下電極之上。
  9. 如請求項8之方法,其進一步包含,在該基材上形成該下電極之前:於該基材上形成一絕緣中間層;以及形成一接觸插塞貫穿該絕緣中間層以接觸該基材之上表面,其中該下電極係被形成於該接觸插塞上以對該接觸插塞電性連接。
  10. 如請求項8之方法,其進一步包含,在該基材上形成該絕緣中間層之前:於該基材上形成一閘極結構;以及在毗鄰於該閘極結構之基材上部形成雜質區域,其中該接觸插塞係接觸該雜質區域之上表面。
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