專利名稱:高電介質(zhì)膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及普通的半導(dǎo)體器件的制造,特別涉及具有高電介質(zhì)膜的半導(dǎo)體器件的制造。
背景技術(shù):
隨著微細(xì)化技術(shù)的進(jìn)步,目前已能夠制造具有截分0.1μm的柵極長(zhǎng)度的超微細(xì)化·超高速半導(dǎo)體器件。在這樣的超微細(xì)化半導(dǎo)體器件中,為了實(shí)現(xiàn)超高速動(dòng)作,需要根據(jù)定標(biāo)(scaling)規(guī)則,使柵絕緣膜的厚度減少到小于等于1nm,而在使用這樣的非常薄的柵絕緣膜的情況下,通過半導(dǎo)體器件而流過隧道電流,產(chǎn)生柵極漏電流增大的問題。
因此,為了解決這種問題,作為柵絕緣膜,提出了取代以往的硅氧化膜,使用即使物理性的膜厚大但換算為硅氧化膜的情況下的電氣膜厚、即氧化膜換算膜厚小的高電介質(zhì)膜、所謂的high-K電介質(zhì)膜。作為這樣的high-K電介質(zhì)膜,可以使用ZrO2、HfO2、Al2O3等的介電常數(shù)大,且?guī)洞蟮慕饘傺趸?、或ZrSiO4、HfSiO4等的金屬硅化物膜、或金屬鋁酸鹽膜等。
此外,這樣的high-K電介質(zhì)膜,即使在具有電容面積小的超微細(xì)化存儲(chǔ)單元電容器的DRAM單元中,在抑制由隧道電流引起的電容器漏電流的增大并且確保存儲(chǔ)單元電容器中充分的電容量上也是重要的。
以往,這樣的high-K電介質(zhì)膜通過使用了有機(jī)金屬原料的ALD(原子層堆積)法或MOCVD法來進(jìn)行。在ALD法中,有機(jī)金屬原料分子被化學(xué)吸附在被處理襯底表面上,使具有由此而被化學(xué)吸附的1~2原子層的厚度的原料分子層通過氧化劑而被氧化,這樣所希望的high-K電介質(zhì)層以重復(fù)1~2原子層的方式成膜。
作為這樣的有機(jī)金屬原料,提出例如使用四(二甲氨基)鉿(Hf[N(CH3)2]4)、四(二乙氨基)鉿(Hf[N(CH2CH3)2]4)、四(二甲氨基)鋯(Zr[N(CH3)2]4)、四(二乙氨基)鋯(Zr(CH2CH3)2)4)等。
但是,由于在這些有機(jī)金屬原料在原料分子中包含有機(jī)官能基,所以產(chǎn)生在形成的high-K電介質(zhì)膜中殘留大量的碳的問題。
在理論上,Hf-N結(jié)合比N-C結(jié)合弱,所以例如如果使用H2O或O2、O3等的氧化劑并通過反應(yīng)或而將吸附的Hf[N(CH3)2]4分子氧化,估計(jì)可以形成所希望的HfO2分子層。
即,與原料分子中的Hf-N結(jié)合相比,氧化反應(yīng)的反應(yīng)性生物中所包含的N-C結(jié)合的一方穩(wěn)定,所以被期待能夠形成HfO2膜而不在膜中殘留碳。
但是,如前面所述那樣,在使用這樣的有機(jī)金屬原料而形成的high-K電介質(zhì)膜中,沒有避免膜中殘留由有機(jī)官能基引起的碳,導(dǎo)致在膜中因殘留碳而形成缺陷。此外,在后面的處理工序中氧化并除去這些殘留碳的情況下,產(chǎn)生在膜中形成空孔等的問題。包含這樣的空孔的膜在力學(xué)上和化學(xué)上都不穩(wěn)定,存在使用了high-K電介質(zhì)膜的半導(dǎo)體器件的可靠性下降的問題。此外,空孔的存在使high-K電介質(zhì)膜的介電常數(shù)下降。
在本發(fā)明的發(fā)明人的成為本發(fā)明基礎(chǔ)的研究中發(fā)現(xiàn)了以下事實(shí)例如以Hf[N(CH3)2]4和氧氣作為原料,在硅襯底表面上使HfO2膜在200~550℃的襯底溫度下、在約133Pa(1Torr)的工藝壓力下以每分鐘數(shù)納米的生長(zhǎng)速度生長(zhǎng)到3~5nm的膜厚的情況下,膜中所包含的殘留碳濃度達(dá)到1×1020cm-3~1×1021cm-3。
另一方面,為了以不包含殘留碳來形成high-K電介質(zhì)膜,提出了取代有機(jī)金屬原料而使用HfCl4或ZrCl4等的氯化物的方法。但是,在將這樣的氯化物用作原料的情況下,在所獲得的high-K電介質(zhì)膜中殘留氯,有在high-K電介質(zhì)膜的附近區(qū)域中發(fā)生腐蝕等問題的危險(xiǎn)。
另一方面,胺類有機(jī)金屬原料具有容易與氫發(fā)生反應(yīng)而析出金屬氮化物的特征是公知的。
例如在將Hf[N(CH3)2]4和氫氣混合的情況下,通過反應(yīng)(1)或(2)
,金屬Hf或HfN析出。
在該反應(yīng)中,有機(jī)官能基非常高效地從金屬元素中脫離,所以在使用胺類有機(jī)金屬原料來形成high-K電介質(zhì)膜時(shí),通過在原料中添加氫氣,被認(rèn)為可促進(jìn)被處理襯底表面中的金屬元素析出反應(yīng)時(shí)的有機(jī)官能基的脫離。
但是,上述式(1)、(2)的反應(yīng)難以控制,一般非常劇烈地進(jìn)行。因此,在只簡(jiǎn)單地在原料氣體中添加氫時(shí),反應(yīng)容器中的爆炸性的反應(yīng)結(jié)果,金屬粒子大量生成的問題是不可避免。
非專利文獻(xiàn)1J.H.Lee,et al.,IEDM pp.645-648,2000非專利文獻(xiàn)2Y.Kim,et al.,IEDM pp.455-458,2001非專利文獻(xiàn)3Y.Oshita et al.,J.Crys.Growth vol.233,p.292,2001發(fā)明內(nèi)容因此,本發(fā)明的概括性目的在于,提供一種解決了上述課題的、新穎且有用的high-K電介質(zhì)膜的形成方法,以及采用這樣的high-K電介質(zhì)膜的半導(dǎo)體器件的制造方法。
本發(fā)明的更具體的目的在于,提供一種high-K電介質(zhì)膜的成膜方法,其在采用胺類有機(jī)金屬原料的MOCVD法的high-K電介質(zhì)膜的形成時(shí),可以使膜中殘留的碳量最小化。
本發(fā)明的另一目的是提供一種采用胺類有機(jī)金屬原料的電介質(zhì)膜的形成方法,該方法包括(A)在露出被處理襯底表面的工藝空間中,供給包含所述胺類有機(jī)金屬分子的原料氣體的工序;(B)所述工序(A)之后,從所述工藝空間排除所述原料氣體的工序;(C)所述工序(B)之后,將氫氣供給到所述被處理襯底表面的工序;(D)所述工序(B)之后,將氧化氣體導(dǎo)入到所述工藝空間中的工序。
根據(jù)本發(fā)明,在所述工序(A)中,所述胺類有機(jī)金屬原料分子被吸附在所述被處理襯底表面上,而且在所述工序(B)中,在從所述被處理襯底表面將所述胺類有機(jī)金屬原料分子排氣后,進(jìn)行所述工序(C),從而從覆蓋所述被處理襯底表面的、包含所述有機(jī)金屬原料分子中的金屬元素的膜中有效地除去碳,可獲得實(shí)際上不包含碳的膜。在此,通過將這樣獲得的膜在所述工序(D)中進(jìn)行氧化處理,可以獲得所希望的碳濃度低的、且不包含氯等的鹵素的電介質(zhì)膜,特別是high-K電介質(zhì)膜。在本發(fā)明中,在執(zhí)行工序(C)時(shí),將與氫氣產(chǎn)生爆炸性反應(yīng)的胺類有機(jī)原料氣體從被處理襯底表面的工藝空間中除去,所以不會(huì)產(chǎn)生微粒等的問題。
本發(fā)明的其它課題和特征,通過以下參照附圖進(jìn)行的本發(fā)明的詳細(xì)說明會(huì)更清楚。
圖1表示本發(fā)明中所使用的MOCVD裝置的結(jié)構(gòu)的圖;圖2表示根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例的成膜方法的流程圖;圖3表示與圖2的流程圖對(duì)應(yīng)的工藝順序的圖;圖4表示根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施例的成膜方法的工藝順序的圖;圖5表示根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施例的成膜方法的工藝順序的圖;圖6表示本發(fā)明第4實(shí)施例中所使用的MOCVD裝置的概略的圖;圖7表示根據(jù)本發(fā)明第4實(shí)施例的成膜方法的工藝順序的圖;圖8A~圖8D表示根據(jù)本發(fā)明第5實(shí)施例的高速半導(dǎo)體器件的制造工序的圖;圖9A~圖9C表示根據(jù)本發(fā)明第6實(shí)施例的MOS電容器的制造工序的圖;圖10表示根據(jù)本發(fā)明第10實(shí)施例的MOCVD裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式圖1表示本發(fā)明第1實(shí)施例中所使用的MOCVD裝置10的概略結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D1,MOCVD裝置10包括劃分工藝空間11A并從排氣口11B進(jìn)行排氣的處理容器11,在所述工藝空間11A中設(shè)置有保持被處理襯底W的襯底保持臺(tái)12。在所述襯底保持臺(tái)12中,雖圖示省略,但裝入有電阻加熱器或加熱燈等的熱源。在所述排氣口11B中,連接有包含排氣閥EV的排氣線路LV。
而且在所述工藝空間11A中以面對(duì)所述襯底保持臺(tái)12中的被處理襯底W的方式設(shè)置由石英玻璃等構(gòu)成的噴淋頭13,在所述噴淋頭13中,分別與氮運(yùn)載氣體一起從線路L1供給Hf[N(CH)3)2]4(以下記為TDEAH)等的有機(jī)金屬原料氣體、從線路L2供給H2O等的氧化氣體、從線路L3供給氫氣。
更具體地說明時(shí),TEDAH為液體原料的形式被保持在原料瓶141中,所述原料瓶141中的TEDAH從線路151通過經(jīng)由質(zhì)量流量控制器15a所供給的氮?dú)舛鹋?bubbling)。所形成的TEDAH氣體從線路161經(jīng)由質(zhì)量流量控制器16a與所供給的氮運(yùn)載氣體一起通過閥門17a和線路L1而被供給到所述噴淋頭13。
同樣地,H2O在所述原料瓶142中以液體原料即水的形式被保持,通過從線路152經(jīng)由質(zhì)量流量控制器15b供給的氮?dú)舛鹋?。其結(jié)果所形成的H2O氣體即水蒸氣從線路162與經(jīng)由質(zhì)量流量控制器16b供給的氮運(yùn)載氣體一起通過閥門17b和所述線路L2而供給到所述噴淋頭13。
而且,氫氣從未圖示的集氣筒經(jīng)由線路153和質(zhì)量流量控制器15c來供給,與從線路163經(jīng)由質(zhì)量流量控制器16c供給的氮運(yùn)載氣體一起通過閥門17c和所述線路L3而供給到所述噴淋頭13。
此外,在所述線路L1、L2、L3中分別設(shè)置有閥門LV1、LV2、LV3,在所述閥門LV1的上游側(cè)設(shè)置有通氣閥VV1,在所述閥門LV2的上游側(cè)設(shè)置有通氣閥VV2,還在所述閥門LV3的上游側(cè)設(shè)置有通氣閥VV3。
在本實(shí)施例中使用圖1的MOCVD裝置10,在所述被處理襯底W的表面上,將HfO2膜在133Pa(1Torr)的壓力下、200~550℃的襯底溫度中典型地形成為2~5nm的厚度。
圖2是表示使用了圖1的HfO2膜的成膜工序的流程圖。
參照?qǐng)D2,在最初步驟1中閥門LV1~LV3關(guān)閉,并使排氣閥EV打開,所述處理容器11內(nèi)的工藝空間11A進(jìn)行排氣。在該工序中,所述通氣閥VV1~VV3全部打開,其結(jié)果,所述線路L1~L3中的氣體被排出到系統(tǒng)外部。
接著,在步驟S2中,所述排氣閥EV和通氣閥VV1關(guān)閉,并使閥門LV1打開,通過所述線路L1將包含TDEAH分子的原料氣體供給到所述工藝空間11A。其結(jié)果,原料氣體中包含的TDEAH分子被化學(xué)吸附在被處理襯底W的表面,以覆蓋襯底表面的方式形成原料分子的層。
接著,在步驟S3中,所述排氣閥EV和通氣閥VV1~VV3打開,并使所述閥門LV1~VV3關(guān)閉,所述工藝空間11A進(jìn)行排氣。
進(jìn)而,在步驟S4中,排氣閥EV和通氣閥VV2關(guān)閉,并使閥門LV3打開,將線路153中的氫氣通過線路163中的氮運(yùn)載氣體,以典型地稀釋到3%的濃度的狀態(tài)供給到所述工藝空間11A。
這樣供給的氫氣與被吸附在所述被處理襯底W的表面上的TDEAH分子之間發(fā)生前面式(1)所示的反應(yīng),其結(jié)果,從TDEAH分子中除去包含碳的有機(jī)官能基,以覆蓋所述被處理襯底W的表面的方式形成由金屬Hf構(gòu)成的層。
接著,在步驟S5中,通過所述排氣閥EV和通氣閥VV1~VV3全部打開,并使所述閥門LV1~VV3關(guān)閉,從而所述工藝空間11A進(jìn)行排氣,進(jìn)而在步驟S6中,所述排氣閥EV和通氣閥VV2關(guān)閉,并使閥門LV2打開。其結(jié)果,在所述工藝空間11A中從所述線路L2導(dǎo)入H2O氣體,導(dǎo)入的H2O氣體使形成于所述被處理襯底W的表面上的金屬Hf氧化,將其變換為HfO2膜。
而且,在所述步驟S6之后,返回到步驟S1,打開所述排氣閥EV和通氣閥VV1~VV3,并關(guān)閉閥門LV1~VV3,由此所述工藝空間11A進(jìn)行排氣。
而且,如圖3所示,通過將所述步驟S1~S6以階段I、階段II、…這樣重復(fù)執(zhí)行,可在所述被處理襯底W的表面上將HfO2膜形成到所希望的2~5nm的厚度。其中,圖3是表示根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例的工藝順序的圖。
參照?qǐng)D3,在本實(shí)施例中,步驟2的TDEAH原料導(dǎo)入工序之后,必須在步驟3的排氣工序中進(jìn)行步驟4的氫氣導(dǎo)入工序,由此,在氫氣被導(dǎo)入的時(shí)刻從所述工藝空間11A中實(shí)際上完全除去了殘留TDEAH原料,有效地抑制了氫氣和殘留TDEAH原料的爆炸性反應(yīng)、以及伴隨這樣的反應(yīng)產(chǎn)生的微粒的問題。所述步驟3的排氣工序進(jìn)行1秒鐘左右就足夠了。此外,在所述步驟3的排氣工序時(shí),將氮?dú)饣駻r氣等的清潔氣體導(dǎo)入到所述工藝空間11A,也可以使殘留TDEAH原料的排出效率提高。
此外,在本發(fā)明中,在所述步驟3的排氣工序之后,在所述步驟4的脫離工序中,被吸附在被處理襯底W的表面上的TDEAH原料分子與氫氣進(jìn)行反應(yīng)而使有機(jī)官能基脫離,因此在步驟6中所獲得的HfO2膜中不會(huì)殘留碳,使用有機(jī)金屬原料,可獲得缺陷很少的高質(zhì)量的HfO2膜。本發(fā)明的發(fā)明人在作為本發(fā)明基礎(chǔ)的研究中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中,確認(rèn)了所述HfO2膜中的碳濃度被抑制到小于等于1×1019cm-3。這樣形成的HfO2膜不將氯化物用作原料,所以不包含氯等的鹵素。
再有,本發(fā)明的工藝,在所述步驟2的吸附工序中,控制所述TDEAH原料氣體的吸附時(shí)間或襯底溫度,由此在所述被處理襯底W的表面上形成一分子層厚度的TDEAH層,在所述步驟6的氧化工序中,對(duì)所述一分子層的TDEAH膜進(jìn)行氧化而形成一分子層厚度的HfO2膜的情況下,圖2或圖3的工藝就成為所謂的ALD(原子層堆積)工藝。但是,本發(fā)明不限定于ALD工藝,也可以執(zhí)行所述步驟2的工序,以在被處理襯底W上形成與多個(gè)分子層對(duì)應(yīng)厚度的吸附TDEAH層。
再有,在本實(shí)施例中,使用TDEAH作為Hf的胺類有機(jī)金屬原料,但本發(fā)明不限定于這樣的特定的有機(jī)金屬原料。例如,作為Hf的有機(jī)金屬原料,除此以外,可以使用四(二乙氨基)鉿(Hf[N(CH2CH3)2]4)等。
此外,本發(fā)明不限定于使用Hf的胺類有機(jī)金屬原料的HfO2膜的形成,在使用四(二甲氨基)鋯(Zr[N(CH3)2]4)、四(二乙氨基)鋯(Zr[N(CH2CH3)2]4)等Zr的胺類有機(jī)金屬原料來形成ZrO2膜的情況下也是有效的。
進(jìn)而,本發(fā)明不僅在形成HfO2膜或ZrO2膜,還在HfSiO4膜或ZrSiO4膜等的硅酸鹽膜、以及HfAl2O5或ZrAl2O5等的鋁酸鹽膜的形成中也有用。例如,作為所述Al的有機(jī)金屬原料,用化學(xué)式Al(CH3)3表示的三甲基鋁等是公知的,此外作為Si的原料,用化學(xué)式SiCl4表示的四氯硅烷等是公知的。
特別是在形成硅酸鹽膜或鋁酸鹽膜的情況下,在圖3的工藝順序中,在階段I中形成HfO2分子層后,在階段II中形成SiO2或Al2O3的分子層,由此可以獲得所希望的化合物膜。
在p溝道MOS晶體管的制造中,已知在多晶硅柵電極后,柵電極中包含的硼(B)在后面的熱處理工序中擴(kuò)散到溝道區(qū)域,從而造成閾值電壓變動(dòng)的問題。對(duì)于這種問題的最典型的對(duì)策,是通過在柵氧化膜中含有氮(N)來抑制B的擴(kuò)散。在使用胺類原料的本發(fā)明中,可以容易地在柵氧化膜中含有氮。即,作為本發(fā)明的特征的氫氣導(dǎo)入時(shí),通過供給1~10%左右的氨(NH3)氣,可在膜中含有大于等于1×1021cm-3的氮。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施例的HfO2膜的形成工藝順序的圖。
參照?qǐng)D4,在本實(shí)施例中,步驟4的工序和步驟6的工序相互替換,從而在步驟3的排氣工序后,直接進(jìn)行步驟6的氧化工序,而且在步驟6的氧化工序后,進(jìn)行步驟5的排氣工序,然后進(jìn)行步驟4的氫氣導(dǎo)入工序。
在圖4的工序中,在步驟4中,氫分子被吸附在前面工序中所形成的HfO2膜上,剩余的氫分子通過下一階段II的步驟1中的排氣工序,從工藝空間11A中被除去。
因此,在上述階段II的步驟2中,在所述工藝空間11A中導(dǎo)入TDEAH等的Hf的胺類有機(jī)金屬原料的情況下,在前面所形成的HfO2膜上吸附TDEAH分子時(shí)產(chǎn)生前面的反應(yīng)(1),有機(jī)官能基脫離而析出金屬Hf。
因此,從所述工藝空間11A除去了步驟3中剩余的TDEAH原料后,由步驟6中吸附的金屬Hf構(gòu)成的金屬Hf層被氧化,由此膜中所包含的碳濃度低,可獲得膜質(zhì)量?jī)?yōu)良的HfO2膜。
再有,在本實(shí)施例中,也與前面的實(shí)施例同樣,使用的胺類有機(jī)金屬原料不限定于TDEAH,此外制作的膜也不限定于HfO2膜。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施例的HfO2膜的形成工藝順序的圖。
參照?qǐng)D5,在本實(shí)施例中,在階段I中所示的最初的HfO2膜的形成工序中,步驟1~步驟6的工序按與前面圖3情況相同的順序來執(zhí)行,而在下一階段II中,在步驟1的排氣工序后,直接執(zhí)行步驟4的氫氣導(dǎo)入工序,而且在步驟3的排氣工序后,執(zhí)行步驟2的TDEAH導(dǎo)入工序。
而且在步驟2的TDEAH導(dǎo)入工序后,執(zhí)行步驟5的排氣工序,然后執(zhí)行步驟4的TDEAH導(dǎo)入工序。
這樣,在本實(shí)施例中,在胺類有機(jī)金屬原料導(dǎo)入工序的前后進(jìn)行氫氣導(dǎo)入工序,因此可靠地進(jìn)行從被處理襯底上吸附的有機(jī)金屬原料分子的有機(jī)官能基的脫離,能夠可靠地使所獲的HfO2等的high-K電介質(zhì)膜中殘留的碳的量最少。
圖6簡(jiǎn)化表示在本實(shí)施例中所使用的MOCVD裝置10A的概要的圖,此外圖7是表示在圖6的MOCVD裝置中所執(zhí)行的HfO2膜的形成工序的圖。
參照?qǐng)D6,MOCVD裝置10A具有與圖1的MOCVD裝置10大致相同的結(jié)構(gòu),但不同點(diǎn)在于,只使用氣體供給線路L1和L2,省略了氣體供給線路L3。此時(shí),在本實(shí)施例中,在所述線路L1中與前面的實(shí)施例同樣地供給TDEAH,但在所述線路L2中,除了H2O氣體以外,還同時(shí)供給氫氣和氮載運(yùn)氣體?;蛘?,在所述線路L2中供給氫氣和氧氣。以下的說明是在所述線路L2中供給H2O氣體和氫氣的情況。
參照?qǐng)D7,在最初的步驟11中所述工藝空間11A進(jìn)行排氣后,在步驟12中將TDEAH原料氣體通過所述線路L1導(dǎo)入到所述工藝空間,而且在步驟13中通過排氣來除去所述工藝空間11A中剩余的TDEAH原料氣體。
在圖7的實(shí)施例中,然后在步驟14中,從所述線路L2將H2O和氫氣與氮載運(yùn)氣體一起導(dǎo)入到所述工藝空間11A,其結(jié)果,在所述工藝空間11A中,覆蓋所述被處理襯底W的表面的TDEAH分子層被氧化,同樣有機(jī)官能基脫離。
而且通過將步驟11~14的工序以階段I、階段II、階段III、階段IV、…重復(fù)進(jìn)行,根據(jù)本實(shí)施例,在被處理襯底W上高效率地形成碳濃度低的HfO2等的high-K電介質(zhì)膜。
圖8A~圖8D表示根據(jù)本發(fā)明第5實(shí)施例的超高速M(fèi)OS晶體管的制造工序。
參照?qǐng)D8A,在硅襯底21上由元件分離區(qū)域25B劃分的p型阱作為元件區(qū)域21A形成,所述硅襯底21作為所述被處理襯底W被導(dǎo)入到前面說明的圖1的MOCVD裝置10中。
而且,通過執(zhí)行圖2~圖7的任意一個(gè)工藝,在所述硅襯底21上形成由HfO2或ZrO2、Al2O3等的金屬氧化物膜,或者硅酸鹽膜、或者鋁酸鹽膜等的high-K電介質(zhì)膜構(gòu)成的柵絕緣膜22。
而且,在圖8A的工序中,在所述柵絕緣膜22上均勻地形成多晶硅膜23。
接著,在圖8B的工序中,將所述多晶硅膜23構(gòu)圖而形成多晶硅柵電極圖形23G,在所述元件區(qū)域21A中以所述柵電極圖形23G為掩模進(jìn)行P離子注入,從而在所述元件區(qū)域21A中,在所述柵電極23G的兩側(cè)形成擴(kuò)散區(qū)域21a和21b。此外,在圖8B的工序中,所述柵電極圖形23G的構(gòu)圖結(jié)果,在其下面的high-K電介質(zhì)膜22也被構(gòu)圖為與柵電極23G對(duì)應(yīng)的形狀,形成柵絕緣膜圖形22G。
進(jìn)而,在圖8C的工序中,在所述柵電極圖形23G的兩側(cè)壁面上形成側(cè)壁絕緣膜24A、24B,而且以所述柵電極圖形23G和側(cè)壁絕緣膜24A、24B為掩模,通過與圖8B的情況相比大的加速能量和劑量進(jìn)行P離子注入,從而在所述元件區(qū)域21A中,在所述側(cè)壁絕緣膜24A、24B的外側(cè)形成n+型的擴(kuò)散區(qū)域21c和21d,以使其分別與所述擴(kuò)散區(qū)域21a和21b部分重疊。
進(jìn)而,在圖8D的工序中,在圖8C的結(jié)構(gòu)上堆積Co等的金屬層,短時(shí)間的熱處理后,將其除去,從而在所述擴(kuò)散區(qū)域21c和21d的表面上形成硅化物區(qū)域21S。這樣的硅化物區(qū)域21S還形成在所述柵電極22G上。
這樣形成的MOS晶體管,使用HfO2等的high-K電介質(zhì)膜作為柵絕緣膜22G,因此即使在柵極長(zhǎng)度微細(xì)化至小于等于0.1μm的情況下,柵絕緣膜仍具有足夠的物理膜厚,可避免柵極漏電流增大的問題。特別是在本實(shí)施例中,由于所述柵絕緣膜22G中的碳濃度減少,所以不產(chǎn)生空隙(void)等的缺陷,可獲得可靠性高的膜。
圖9A~圖9C表示根據(jù)本發(fā)明第6實(shí)施例的MOS電容器40的制造工序。
參照?qǐng)D9A,在形成了擴(kuò)散區(qū)域41A的硅襯底41上形成硅氧化膜等構(gòu)成的絕緣膜42,在所述絕緣膜42中形成接觸孔,以露出所述擴(kuò)散區(qū)域41A。
而且在圖9A的工序中,在所述絕緣膜42上形成通過所述接觸孔與所述擴(kuò)散區(qū)域41A接觸的多晶硅下部電極43,對(duì)該多晶硅下部電極43與所述擴(kuò)散區(qū)域41A的導(dǎo)電型對(duì)應(yīng)地進(jìn)行了p型或n型摻雜。
接著,在圖9B的工序中,圖9A結(jié)構(gòu)的硅襯底41作為所述被處理襯底W而導(dǎo)入到圖1的MOCVD裝置10的處理容器11中,而且進(jìn)行在前面圖2和圖3、或圖4~圖7中說明的工序,從而在所述多晶硅下部電極43的表面上,形成2~3nm膜厚的由HfO2等的high-K電介質(zhì)膜構(gòu)成的電容器絕緣膜44。
進(jìn)而在圖9C的工序中,在所述電容器絕緣膜44上形成多晶硅上部電極45,從而獲得MOS電容器。
在本實(shí)施例中,在用作電容器絕緣膜44的HfO2等的high-K電介質(zhì)膜中所包含的、碳等有機(jī)金屬原料起源的雜質(zhì)濃度受到抑制,可獲得漏電流小、可靠性高的膜。特別是在本實(shí)施例中,通過碳除去工序而有效地抑制因碳的氧化而在膜中產(chǎn)生的空隙,其結(jié)果,可避免這樣的空隙中的電場(chǎng)集中。
此外,在本實(shí)施例中,通過有機(jī)金屬原料氣體的吸附和氧化來形成電容器絕緣膜44,因此即使所述下部電極43具有復(fù)雜的形狀,電容器絕緣膜44也可以以均勻的膜厚形成。
利用這樣的電容器,可以構(gòu)成DRAM。
圖10表示根據(jù)本發(fā)明第7實(shí)施例的MOCVD裝置60的結(jié)構(gòu)。其中,在圖10中對(duì)前面說明過的部分附以同一參照標(biāo)號(hào),并省略說明。
參照?qǐng)D10,MOCVD裝置60是用于批量處理的裝置,具有在工藝空間61A中保持多個(gè)被處理襯底W的處理容器61。
所述處理容器61在排氣口61B中通過排氣閥EV進(jìn)行排氣,而且在所述處理容器61的外側(cè)設(shè)置有加熱器62。
在這樣結(jié)構(gòu)的批量式裝置中,如前面圖2~圖5、或圖6、圖7中的說明的那樣,切換從所述線路L1供給的TDEAH等的胺類有機(jī)金屬原料、和從線路L2供給的H2O等的氧化劑、及從線路L3供給的氫氣,由此可以避免爆炸性的反應(yīng),同時(shí)從殘留有機(jī)金屬原料中有效地除去有機(jī)官能基,可以使所形成的high-K電介質(zhì)膜中的碳濃度有效地降低。
以上,根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明,但本發(fā)明不限定于這樣的特定實(shí)施例,在權(quán)利要求范圍所記載的宗旨內(nèi)可進(jìn)行各種變形和變更。
本發(fā)明的產(chǎn)業(yè)上的可利用性在于,根據(jù)本發(fā)明,使胺類有機(jī)金屬原料分子吸附在被處理襯底表面,而且從所述被處理襯底表面對(duì)所述胺類有機(jī)金屬原料分子進(jìn)行排氣后,使氫氣對(duì)于所吸附的胺類有機(jī)金屬原料分子產(chǎn)生作用,從而從覆蓋所述被處理襯底表面的、包含所述有機(jī)金屬原料分子中的金屬元素的膜中有效地除去碳,而可獲得實(shí)際上不包含碳的膜。在此,通過對(duì)這樣獲得的膜進(jìn)行氧化處理,可以獲得所希望的電介質(zhì)膜。在本發(fā)明中,執(zhí)行使所述氫氣起作用的工序時(shí),從被處理襯底表面的工藝空間除去與氫氣產(chǎn)生爆炸性反應(yīng)的胺類有機(jī)氣體,所以不發(fā)生微粒等的問題。
權(quán)利要求
1.一種電介質(zhì)膜的形成方法,其使用胺類有機(jī)金屬材料,其特征在于,包括(A)在露出被處理襯底表面的工藝空間中,供給包含所述胺類有機(jī)金屬分子的原料氣體的工序;(B)所述工序(A)之后,從所述工藝空間排除所述原料氣體的工序;(C)所述工序(B)之后,將氫氣供給到所述被處理襯底表面的工序;(D)所述工序(B)之后,將氧化氣體導(dǎo)入到所述工藝空間中的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述工序(D)在所述工序(C)之后執(zhí)行。
3.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述工序(D)與所述工序(C)同時(shí)執(zhí)行。
4.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述工序(D)在所述工序(C)之前執(zhí)行。
5.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述工序(A)~(D)重復(fù)執(zhí)行。
6.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,在所述工序(A)之前,進(jìn)行(A1)將氫氣供給到所述工藝空間的工序;(A2)所述工序(A1)之后,從所述工藝空間排除氫氣的工序。
7.如權(quán)利要求6所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,在所述工序(A1)之前,進(jìn)行(A3)將氧化氣體導(dǎo)入到所述工藝空間的工序。
8.如權(quán)利要求6所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述工序(A2)~(D)重復(fù)執(zhí)行。
9.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述工序(A)覆蓋所述被處理襯底表面,以通過所述有機(jī)金屬原料分子,形成對(duì)應(yīng)于多個(gè)分子層的厚度的有機(jī)金屬原料分子層。
10.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述工序(A)覆蓋所述被處理襯底表面,以通過所述有機(jī)金屬原料分子,形成對(duì)應(yīng)于單一分子層的厚度的有機(jī)金屬原料分子層。
11.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述胺類有機(jī)金屬原料包含Hf、Zr、Si、Al、Ti的任意一種作為金屬元素。
12.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述電介質(zhì)膜由Hf、Zr和Al的任意一種金屬元素的氧化物、或硅酸鹽、或鋁酸鹽構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述電介質(zhì)膜由HfO2或ZrO2構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述胺類有機(jī)金屬原料包含甲氨基或乙氨基或甲基乙基氨基。
15.如權(quán)利要求14所述的電介質(zhì)膜的形成方法,其特征在于,所述胺類有機(jī)金屬原料由四(二甲氨基)鉿或四(二甲氨基)鋯構(gòu)成。
16.一種半導(dǎo)體器件的制造方法,包括在襯底上形成柵絕緣膜的工序;在所述柵絕緣膜上形成柵電極的工序;以所述柵電極作為掩模,將雜質(zhì)元素導(dǎo)入到所述襯底中的工序,其特征在于,形成所述柵絕緣膜的工序包括(A)在保持所述襯底的工藝空間中,供給包含所述胺類有機(jī)金屬分子的原料氣體的工序;(B)所述工序(A)之后,從所述工藝空間排除所述原料氣體的工序;(C)所述工序(B)之后,將氫氣供給到所述被處理襯底表面的工序;(D)所述工序(B)之后,將氧化氣體導(dǎo)入到所述工藝空間中的工序。
17.一種電容器的制造方法,包括在襯底上形成下部電極的工序;在所述下部電極上形成電容器絕緣膜的工序;在所述電容器絕緣膜上形成上部電極的工序,其特征在于,形成所述電容器絕緣膜的工序包括(A)在保持所述襯底的工藝空間中,供給包含所述胺類有機(jī)金屬分子的原料氣體的工序;(B)所述工序(A)之后,從所述工藝空間排除所述原料氣體的工序;(C)所述工序(B)之后,將氫氣供給到所述被處理襯底表面的工序;(D)所述工序(B)之后,將氧化氣體導(dǎo)入到所述工藝空間中的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電介質(zhì)膜的形成方法,其在由使用胺類有機(jī)金屬原料的MOCVD法進(jìn)行的high-K電介質(zhì)膜的形成時(shí),能夠使在膜中殘留的碳的量最小化。在露出被處理襯底表面的工藝空間中,供給包含所述胺類有機(jī)金屬分子的原料氣體,在所述被處理襯底表面上化學(xué)吸附所述胺類有機(jī)金屬分子。之后,進(jìn)行向所述被處理襯底表面供給氫氣的工序、及在所述工藝空間中導(dǎo)入氧化氣體的工序,由此,在所述被處理襯底表面上形成high-K電介質(zhì)膜。
文檔編號(hào)H01L29/40GK1689147SQ0382448
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者杉田義博 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社