JP2000208508A - 珪酸塩高誘電率材料の真空蒸着 - Google Patents
珪酸塩高誘電率材料の真空蒸着Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 標準的ゲート構造体処理方法を用いて比較的
容易に処理することができ、二酸化珪素の誘電率よりも
大きな誘電率を有する新しい材料を提供する。 【解決手段】 半導体基体上に電子素子を製造する方法
において、前記半導体基体上に伝導性構造体を形成し
(図1の工程106)、前記伝導性構造体と前記半導体
基体との間に高誘電率材料の層を形成し(図1の工程1
02)、前記高誘電率材料層を、ガス状珪素源と、H
f、Zr、La、Y、Sc、Ce及びそれらの組合せか
らなる群から選択された材料からなる第二ガス状材料と
を供給することにより形成する、諸工程を含む、上記製
造方法。
容易に処理することができ、二酸化珪素の誘電率よりも
大きな誘電率を有する新しい材料を提供する。 【解決手段】 半導体基体上に電子素子を製造する方法
において、前記半導体基体上に伝導性構造体を形成し
(図1の工程106)、前記伝導性構造体と前記半導体
基体との間に高誘電率材料の層を形成し(図1の工程1
02)、前記高誘電率材料層を、ガス状珪素源と、H
f、Zr、La、Y、Sc、Ce及びそれらの組合せか
らなる群から選択された材料からなる第二ガス状材料と
を供給することにより形成する、諸工程を含む、上記製
造方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
及び処理、特に高誘電率材料を珪酸塩を用いて製造する
方法に関する。
及び処理、特に高誘電率材料を珪酸塩を用いて製造する
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の加工では、一定の面積の中
に一層多くの素子を製造することができるように、それ
ら素子を小さくする傾向にある。この小型化は実質的に
全ての素子に影響を与え、夫々の構造も小型化するよう
になる。このことは、ゲート構造及びキャパシタにとっ
ては特に問題になる。なぜなら、キャパシタンスがキャ
パシタの2枚の板の間に存在する材料の誘電率及びその
誘電材料の有効面積に比例するからである。更に、或る
構造のキャパシタンスは、その構造の二つの電極間の距
離に逆比例する。現在、SiO2がゲート誘電体のため
の材料として選択されているので、この層の厚さを、キ
ャパシタの面積の縮小を補償するように減少する。しか
し、酸化物層のこの薄層化は幾つかの理由から問題にな
っている。第一に、二酸化珪素層の厚さを約3nmより
小さく薄くすると、酸化物を通る漏洩が許容できないく
らい大きくなる。更に、酸化物層が、ゲート電極の伝導
度を増大するためにゲート電極にインプラントしたドー
パントをチャンネル領域の外に維持することに関し、有
効な障壁として働かなくなる。第二に、極めて薄い層
は、それらが自己限定(self-limiting)法により形成さ
れるのでなければ、再現性よく製造することは非常に困
難である。第三に、薄層、特にゲート絶縁体を、他の構
造体をエッチングする後処理を用いてエッチング除去す
ることは、厚い層の場合よりも遥かに顕著に薄い層に影
響を与える。なぜなら、除去される%は厚い層の場合よ
りも薄い層の場合の方が大きくなるからである。
に一層多くの素子を製造することができるように、それ
ら素子を小さくする傾向にある。この小型化は実質的に
全ての素子に影響を与え、夫々の構造も小型化するよう
になる。このことは、ゲート構造及びキャパシタにとっ
ては特に問題になる。なぜなら、キャパシタンスがキャ
パシタの2枚の板の間に存在する材料の誘電率及びその
誘電材料の有効面積に比例するからである。更に、或る
構造のキャパシタンスは、その構造の二つの電極間の距
離に逆比例する。現在、SiO2がゲート誘電体のため
の材料として選択されているので、この層の厚さを、キ
ャパシタの面積の縮小を補償するように減少する。しか
し、酸化物層のこの薄層化は幾つかの理由から問題にな
っている。第一に、二酸化珪素層の厚さを約3nmより
小さく薄くすると、酸化物を通る漏洩が許容できないく
らい大きくなる。更に、酸化物層が、ゲート電極の伝導
度を増大するためにゲート電極にインプラントしたドー
パントをチャンネル領域の外に維持することに関し、有
効な障壁として働かなくなる。第二に、極めて薄い層
は、それらが自己限定(self-limiting)法により形成さ
れるのでなければ、再現性よく製造することは非常に困
難である。第三に、薄層、特にゲート絶縁体を、他の構
造体をエッチングする後処理を用いてエッチング除去す
ることは、厚い層の場合よりも遥かに顕著に薄い層に影
響を与える。なぜなら、除去される%は厚い層の場合よ
りも薄い層の場合の方が大きくなるからである。
【0003】この問題を解決する別の方法には、ゲート
絶縁材料を一層誘電率の大きいものに変えることが含ま
れている。例えば、BST、PZT、TiO2及びTa2
O5は、次世代のゲート誘電体と考えられている。しか
し、これらの材料は、いずれも問題を抱えている。なぜ
なら、これらの材料を有効なゲート誘電体材料にするの
に必要な処理は、標準トランジスタ構造体の処理と対立
するからである。特に、これらの材料は、いずれも一般
に酸素含有雰囲気中で高温アニーリングする必要があ
り、このアニーリングが下の基体及び他の露出酸化性構
造体を著しく劣化することがある。
絶縁材料を一層誘電率の大きいものに変えることが含ま
れている。例えば、BST、PZT、TiO2及びTa2
O5は、次世代のゲート誘電体と考えられている。しか
し、これらの材料は、いずれも問題を抱えている。なぜ
なら、これらの材料を有効なゲート誘電体材料にするの
に必要な処理は、標準トランジスタ構造体の処理と対立
するからである。特に、これらの材料は、いずれも一般
に酸素含有雰囲気中で高温アニーリングする必要があ
り、このアニーリングが下の基体及び他の露出酸化性構
造体を著しく劣化することがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、標準的ゲート
構造体処理方法を用いて比較的容易に処理することがで
き、二酸化珪素の誘電率(ε≒3.9)よりも大きな誘
電率を有する新しい材料を使用する必要がある。
構造体処理方法を用いて比較的容易に処理することがで
き、二酸化珪素の誘電率(ε≒3.9)よりも大きな誘
電率を有する新しい材料を使用する必要がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】基本的には、本発明は、
ゲート誘電体として酸化物又は珪酸塩層を含むゲート構
造体、及び化学蒸着(CVD)を用いてそのような構造
体を製造する方法を含んでいる。特に、本発明のゲート
絶縁体は、ZrSiOx又はHfSiOx(ここで0<x
<4)からなるのが好ましく、或はZrO2又はHfO2
からさえなるのが好ましい。この層は、好ましくは約1
0〜40(一層好ましくは約15〜30)の誘電率を有
する。別の態様として、本発明の誘電体層は、キャパシ
タ誘電体として用いることができる。
ゲート誘電体として酸化物又は珪酸塩層を含むゲート構
造体、及び化学蒸着(CVD)を用いてそのような構造
体を製造する方法を含んでいる。特に、本発明のゲート
絶縁体は、ZrSiOx又はHfSiOx(ここで0<x
<4)からなるのが好ましく、或はZrO2又はHfO2
からさえなるのが好ましい。この層は、好ましくは約1
0〜40(一層好ましくは約15〜30)の誘電率を有
する。別の態様として、本発明の誘電体層は、キャパシ
タ誘電体として用いることができる。
【0006】半導体基体(基板,substrate)上に電子素子
を製造する方法において、前記半導体基体上に伝導性構
造体を形成し、そして前記伝導性構造体と前記半導体基
体との間に高誘電率材料の層を形成し、然も、前記高誘
電率材料層を、ガス状珪素源と、Hf、Zr、La、
Y、Sc、Ce及びそれらの組合せからなる群から選択
された材料からなる第二ガス状材料とを供給することに
より形成する、諸工程からなる電子素子製造方法。別の
態様として、ガス状酸素源も供給する。本発明の方法
は、電子素子を周囲雰囲気中で600〜900℃に加熱
する工程を含んでいてもよい。好ましくはアニーリング
工程の雰囲気は、O2、O3、N2、H2、NH 3、及びそ
れらの組合せからなる。ガス状珪素源は、シラン、ジシ
ラン、ジクロロシラン、及びそれらの組合せからなるの
が好ましく、キャリヤガス(好ましくはHe、N2、A
r、及びNeからなる)を含んでいてもよい。第二ガス
状材料は、Zr(OC4H9)4、Hf(OC4H9)4、Zr
(NO3)4、Hf(NO3)4、ZrCl4、HfCl4、Z
rI4、HfI4、ZrBr4、HfBr4、Zr2(OPr
i)6(tmhd)2、Hf2(OPri)6(tmhd)2、及
びそれらの組合せからなるのが好ましい。電子素子は、
キャパシタ又はトランジスタでもよい。
を製造する方法において、前記半導体基体上に伝導性構
造体を形成し、そして前記伝導性構造体と前記半導体基
体との間に高誘電率材料の層を形成し、然も、前記高誘
電率材料層を、ガス状珪素源と、Hf、Zr、La、
Y、Sc、Ce及びそれらの組合せからなる群から選択
された材料からなる第二ガス状材料とを供給することに
より形成する、諸工程からなる電子素子製造方法。別の
態様として、ガス状酸素源も供給する。本発明の方法
は、電子素子を周囲雰囲気中で600〜900℃に加熱
する工程を含んでいてもよい。好ましくはアニーリング
工程の雰囲気は、O2、O3、N2、H2、NH 3、及びそ
れらの組合せからなる。ガス状珪素源は、シラン、ジシ
ラン、ジクロロシラン、及びそれらの組合せからなるの
が好ましく、キャリヤガス(好ましくはHe、N2、A
r、及びNeからなる)を含んでいてもよい。第二ガス
状材料は、Zr(OC4H9)4、Hf(OC4H9)4、Zr
(NO3)4、Hf(NO3)4、ZrCl4、HfCl4、Z
rI4、HfI4、ZrBr4、HfBr4、Zr2(OPr
i)6(tmhd)2、Hf2(OPri)6(tmhd)2、及
びそれらの組合せからなるのが好ましい。電子素子は、
キャパシタ又はトランジスタでもよい。
【0007】本発明の別の態様は、半導体基体上に高誘
電率材料を製造する方法において、室中にガス状珪素源
を与え、前記室中に第二ガス状源で、Hf、Zr、L
a、Y、Sc、Ce及びそれらの組合せからなる群から
選択された材料からなる第二ガス状源を与える、諸工程
からなる方法にある。本発明の方法は、更に、高誘電率
材料を周囲雰囲気中で600〜900℃に加熱する工程
を含んでいてもよい。アニーリング周囲雰囲気は、
O2、O3、N2、H2、NH3、及びそれらの組合せから
なるのが好ましい。ガス状珪素源は、シラン、ジシラ
ン、ジクロロシラン、及びそれらの組合せからなるのが
好ましく、キャリヤガス(好ましくはHe、N2、A
r、及びNeからなる)を含んでいてもよい。材料は、
Zr(OC4H9)4、Hf(OC4H9)4、Zr(N
O3)4、Hf(NO3)4、ZrCl4、HfCl4、ZrI
4、HfI4、ZrBr4、HfBr4、Zr2(OPri)6
(tmhd)2、Hf 2(OPri)6(tmhd)2、及びそ
れらの組合せからなるのが好ましい。第二ガス状源は、
酸素源を含んでいてもよい。
電率材料を製造する方法において、室中にガス状珪素源
を与え、前記室中に第二ガス状源で、Hf、Zr、L
a、Y、Sc、Ce及びそれらの組合せからなる群から
選択された材料からなる第二ガス状源を与える、諸工程
からなる方法にある。本発明の方法は、更に、高誘電率
材料を周囲雰囲気中で600〜900℃に加熱する工程
を含んでいてもよい。アニーリング周囲雰囲気は、
O2、O3、N2、H2、NH3、及びそれらの組合せから
なるのが好ましい。ガス状珪素源は、シラン、ジシラ
ン、ジクロロシラン、及びそれらの組合せからなるのが
好ましく、キャリヤガス(好ましくはHe、N2、A
r、及びNeからなる)を含んでいてもよい。材料は、
Zr(OC4H9)4、Hf(OC4H9)4、Zr(N
O3)4、Hf(NO3)4、ZrCl4、HfCl4、ZrI
4、HfI4、ZrBr4、HfBr4、Zr2(OPri)6
(tmhd)2、Hf 2(OPri)6(tmhd)2、及びそ
れらの組合せからなるのが好ましい。第二ガス状源は、
酸素源を含んでいてもよい。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の次の記載は、図1の方法
論及び図2a〜2dの素子構造(異なった図中同じ参照
番号は同じ又は同様な構成を示しており、図に例示した
それら構成は、必ずしも実物大にはなっていない)を中
心に述べられているが、本発明は、金属ゲート又はどの
ような他の型のゲート構造についても用いることがで
き、使い捨て可能なゲート(言及することによってここ
に取り入れたケースに例示されているようなゲート)又
は図に示すような標準的加工工程を用いて製造すること
ができる。本発明の誘電体層は、係属中の米国特許出願
60/100,605(TIに譲渡され、文書番号TI-
24776Pとして記録されている)(言及することに
よってこれは本明細書に取り入れる)中に例示されてい
るような、使い捨て可能なゲート構造体製造工程でのゲ
ート誘電体として用いることもできる。更に、本発明の
方法論及びそれによって形成される誘電体層は、キャパ
シタの二つの電極間の誘電体として用いることができ
る。
論及び図2a〜2dの素子構造(異なった図中同じ参照
番号は同じ又は同様な構成を示しており、図に例示した
それら構成は、必ずしも実物大にはなっていない)を中
心に述べられているが、本発明は、金属ゲート又はどの
ような他の型のゲート構造についても用いることがで
き、使い捨て可能なゲート(言及することによってここ
に取り入れたケースに例示されているようなゲート)又
は図に示すような標準的加工工程を用いて製造すること
ができる。本発明の誘電体層は、係属中の米国特許出願
60/100,605(TIに譲渡され、文書番号TI-
24776Pとして記録されている)(言及することに
よってこれは本明細書に取り入れる)中に例示されてい
るような、使い捨て可能なゲート構造体製造工程でのゲ
ート誘電体として用いることもできる。更に、本発明の
方法論及びそれによって形成される誘電体層は、キャパ
シタの二つの電極間の誘電体として用いることができ
る。
【0009】本発明の方法の前に、前処理を行なっても
よい。この前処理には、ウエーハ202の表面を清浄に
すること、絶縁領域204の形成、及びウエーハ部分の
ドーピングが含まれる。絶縁構造体204は図2a〜c
に、浅いトレンチ絶縁構造体(STI)として例示され
ているが、どのような型の絶縁構造体を用いてもよい。
絶縁構造体の例には、LOCOS、STI、及び接合絶
縁構造体が含まれる。
よい。この前処理には、ウエーハ202の表面を清浄に
すること、絶縁領域204の形成、及びウエーハ部分の
ドーピングが含まれる。絶縁構造体204は図2a〜c
に、浅いトレンチ絶縁構造体(STI)として例示され
ているが、どのような型の絶縁構造体を用いてもよい。
絶縁構造体の例には、LOCOS、STI、及び接合絶
縁構造体が含まれる。
【0010】殆どの標準的処理領域中では、ウエーハ上
に薄い酸化物を成長させた後、絶縁構造体の形成及び基
体ドーパントの打込み(implanting)を行う。もし薄い酸
化物層を用いるならば、それは工程102の前に除去す
るのが好ましい。薄い酸化物層の除去は、酸化物エッチ
ング、又は脱グレーズ(deglaze)工程で達成されるのが
好ましい。この工程は、絶縁構造体204に実質的に影
響を与えないようにしながら、保護酸化物を除去するよ
うに、ウエーハをHF溶液に曝すことを含むのが好まし
い。
に薄い酸化物を成長させた後、絶縁構造体の形成及び基
体ドーパントの打込み(implanting)を行う。もし薄い酸
化物層を用いるならば、それは工程102の前に除去す
るのが好ましい。薄い酸化物層の除去は、酸化物エッチ
ング、又は脱グレーズ(deglaze)工程で達成されるのが
好ましい。この工程は、絶縁構造体204に実質的に影
響を与えないようにしながら、保護酸化物を除去するよ
うに、ウエーハをHF溶液に曝すことを含むのが好まし
い。
【0011】図1及び図2aの工程102に関し、層2
06は基体202の上を覆うように形成する。工程10
2では、層206は、好ましくはマスキング操作により
絶縁構造体(図2aに示す)の上に形成されないように
してもよく、或は絶縁構造体204から選択的に除去し
てもよく、或は絶縁構造体204の上に形成し(図示せ
ず)、そこに残しておいてもよい。層206は、遷移金
属〔例えば、Hf、Zr、La、Y、Sc及び(又は)
Ce〕、珪素(もし層208を珪酸塩にするならば)、
及び或る場合には酸素及び(又は)窒素からなるのが好
ましい。層206は、好ましくは、HfSiOx、Zr
SiOx、LaSiOx、YSiOx、ScSiOx、Ce
SiOx、Hf、HfSi2、Zr、ZrSi2、La、
LaSix、Y、YSix、Sc、ScSix、Ce、又
はCeSixからなり、好ましくは4〜10nmの程度
の厚さ(一層好ましくは約4〜6nmの厚さ)である。
本発明の方法を用いて、層206は化学蒸着により形成
する。本発明の幾つかの態様を、本発明の珪酸塩層を形
成するのに用いることができる。
06は基体202の上を覆うように形成する。工程10
2では、層206は、好ましくはマスキング操作により
絶縁構造体(図2aに示す)の上に形成されないように
してもよく、或は絶縁構造体204から選択的に除去し
てもよく、或は絶縁構造体204の上に形成し(図示せ
ず)、そこに残しておいてもよい。層206は、遷移金
属〔例えば、Hf、Zr、La、Y、Sc及び(又は)
Ce〕、珪素(もし層208を珪酸塩にするならば)、
及び或る場合には酸素及び(又は)窒素からなるのが好
ましい。層206は、好ましくは、HfSiOx、Zr
SiOx、LaSiOx、YSiOx、ScSiOx、Ce
SiOx、Hf、HfSi2、Zr、ZrSi2、La、
LaSix、Y、YSix、Sc、ScSix、Ce、又
はCeSixからなり、好ましくは4〜10nmの程度
の厚さ(一層好ましくは約4〜6nmの厚さ)である。
本発明の方法を用いて、層206は化学蒸着により形成
する。本発明の幾つかの態様を、本発明の珪酸塩層を形
成するのに用いることができる。
【0012】次の態様の各々において、記号Mは、Hf
又はZr、又はこの用途のためのHf及びZrと同様な
希望の性質を有する他のそのような金属(例えば、上に
列挙したLa、Y、Sc、又はCe)を指すのに用いら
れている。これらの態様の各々では、キャリヤガス(こ
れはHe、窒素、アルゴン、ネオン、又はそれらの組合
せからなっていてもよい)と一緒にされているか、又は
されていない前駆物質を用いている。本発明の態様の前
駆物質は、金属源、M、珪素源〔好ましくはシラン、ジ
シラン及び(又は)ジクロロシラン〕を用い、場合によ
り酸素及び(又は)窒素源さえ用いて構成される。酸素
源はO2、O3、又はプラズマ源のような他の酸素源にす
ることができる。酸素及び(又は)窒素源が前駆物質中
に与えられていない場合には、アニーリング工程104
は、層206中に酸素及び(又は)窒素を配合するよう
に行うことができる。
又はZr、又はこの用途のためのHf及びZrと同様な
希望の性質を有する他のそのような金属(例えば、上に
列挙したLa、Y、Sc、又はCe)を指すのに用いら
れている。これらの態様の各々では、キャリヤガス(こ
れはHe、窒素、アルゴン、ネオン、又はそれらの組合
せからなっていてもよい)と一緒にされているか、又は
されていない前駆物質を用いている。本発明の態様の前
駆物質は、金属源、M、珪素源〔好ましくはシラン、ジ
シラン及び(又は)ジクロロシラン〕を用い、場合によ
り酸素及び(又は)窒素源さえ用いて構成される。酸素
源はO2、O3、又はプラズマ源のような他の酸素源にす
ることができる。酸素及び(又は)窒素源が前駆物質中
に与えられていない場合には、アニーリング工程104
は、層206中に酸素及び(又は)窒素を配合するよう
に行うことができる。
【0013】本発明の一つの態様として、ガス状のM
(NO3)4の組合せを、シラン、又はジシラン、又はジ
クロロシランと共に(このガス混合物の好ましくは約1
0%であるキャリヤガスと共に)ガス状で室中へ与え
る。M(NO3)4の流量は、好ましくは5〜20scc
m(一層好ましくは約10sccm)であり、シラン
(及びキャリヤガス)の流量は、好ましくは約1〜20
sccm(一層好ましくは約1〜10sccm)であ
る。室の周囲温度は約60〜120℃(一層好ましくは
約70℃)であり、基体温度は、好ましくは約200〜
600℃(一層好ましくは約300〜500℃)であ
る。本発明のこの前駆物質の利点は、それが炭素を含ま
ないこと、及びそれが過剰の水を形成しにくいことであ
る。
(NO3)4の組合せを、シラン、又はジシラン、又はジ
クロロシランと共に(このガス混合物の好ましくは約1
0%であるキャリヤガスと共に)ガス状で室中へ与え
る。M(NO3)4の流量は、好ましくは5〜20scc
m(一層好ましくは約10sccm)であり、シラン
(及びキャリヤガス)の流量は、好ましくは約1〜20
sccm(一層好ましくは約1〜10sccm)であ
る。室の周囲温度は約60〜120℃(一層好ましくは
約70℃)であり、基体温度は、好ましくは約200〜
600℃(一層好ましくは約300〜500℃)であ
る。本発明のこの前駆物質の利点は、それが炭素を含ま
ないこと、及びそれが過剰の水を形成しにくいことであ
る。
【0014】本発明の別の態様では、ガス状の金属t-
ブトキシド、M(OC4H9)4の組合せを(好ましくはキ
ャリヤガスと共に)、ガス状のシランと(好ましくはキ
ャリヤガスと共に、好ましくはキャリヤガス 約10%
及びシラン90%として)室中へ与える。M(OC
4H9)4の流量は、約5〜15sccm(一層好ましくは
約10sccm)であり、シラン(及びキャリヤガス)
の流量は、好ましくは約1〜20sccm(一層好まし
くは約1〜10sccm)である。ジシラン又はジクロ
ロシランを、シランの代わりに用いることができる。室
の雰囲気温度は、好ましくは約60〜120℃(一層好
ましくは約70℃)であり、基体温度は、好ましくは約
400〜700℃(一層好ましくは約450〜600
℃)である。
ブトキシド、M(OC4H9)4の組合せを(好ましくはキ
ャリヤガスと共に)、ガス状のシランと(好ましくはキ
ャリヤガスと共に、好ましくはキャリヤガス 約10%
及びシラン90%として)室中へ与える。M(OC
4H9)4の流量は、約5〜15sccm(一層好ましくは
約10sccm)であり、シラン(及びキャリヤガス)
の流量は、好ましくは約1〜20sccm(一層好まし
くは約1〜10sccm)である。ジシラン又はジクロ
ロシランを、シランの代わりに用いることができる。室
の雰囲気温度は、好ましくは約60〜120℃(一層好
ましくは約70℃)であり、基体温度は、好ましくは約
400〜700℃(一層好ましくは約450〜600
℃)である。
【0015】本発明の別の態様として、ガス状金属源は
MCl4、MI4、又はMBr4からなっていてもよい。
ガス状珪素源は、シラン、ジシラン、又はジクロロシラ
ンからなっていてもよく、He、Ar、N2、又はNe
のようなキャリヤガスを更に含んでいてもよい。更に、
ガス状酸素源(例えば、O2又はO3)が含有されていて
もよく、或は酸素又はオゾン雰囲気中で後のアニーリン
グを(例えば、任意的アニーリング工程104として)
行なってもよい。この工程中の基体温度は、好ましくは
約200〜600℃(一層好ましくは約300〜500
℃)である。塩素及び臭素は非常に反応性であり、塩素
は腐食性であるので、これらのガスのいずれかが用いら
れる場合には、非ステンレス鋼反応器(好ましくは石英
反応器)を用いるべきである。
MCl4、MI4、又はMBr4からなっていてもよい。
ガス状珪素源は、シラン、ジシラン、又はジクロロシラ
ンからなっていてもよく、He、Ar、N2、又はNe
のようなキャリヤガスを更に含んでいてもよい。更に、
ガス状酸素源(例えば、O2又はO3)が含有されていて
もよく、或は酸素又はオゾン雰囲気中で後のアニーリン
グを(例えば、任意的アニーリング工程104として)
行なってもよい。この工程中の基体温度は、好ましくは
約200〜600℃(一層好ましくは約300〜500
℃)である。塩素及び臭素は非常に反応性であり、塩素
は腐食性であるので、これらのガスのいずれかが用いら
れる場合には、非ステンレス鋼反応器(好ましくは石英
反応器)を用いるべきである。
【0016】本発明の別の態様では、ガス状金属源は、
M2(OPri)6(tmhd)2からなり、珪素源は、シラ
ン、ジシラン、又はジクロロシランからなるのが好まし
い。この工程中、基体温度は好ましくは約400〜70
0℃(一層好ましくは約450〜600℃)である。酸
素源を用いるか、或は酸素又はオゾン雰囲気中でのアニ
ーリングを行なってもよい(工程104でのように)。
M2(OPri)6(tmhd)2からなり、珪素源は、シラ
ン、ジシラン、又はジクロロシランからなるのが好まし
い。この工程中、基体温度は好ましくは約400〜70
0℃(一層好ましくは約450〜600℃)である。酸
素源を用いるか、或は酸素又はオゾン雰囲気中でのアニ
ーリングを行なってもよい(工程104でのように)。
【0017】図1及び図2bの工程104に関し、珪素
と遷移金属との組合せを含有する層206の電気的性質
を改良するため、又は一層好ましくは既に存在する珪酸
塩層の品質を改良するため、次にアニーリングを少しで
も行う。例えば、もし層206が、Hf、HfSi2、
Zr、又はZrSi2からなるならば、それは、夫々H
fOx、HfSiOx、ZrOx、又はZrSiOxになる
か、或は一層好ましくは、層が既にHfSiOxである
ならば、形成ガス中で(好ましくはN290%:H 210
%を用いて)アニーリング工程を行うことにより珪酸塩
膜中の欠陥が除去され、それによってその層の電気的性
質が改良される。別法として、酸素含有雰囲気中でのア
ニーリングは、xの値を増大することにより、珪酸塩の
酸素含有量を増大する。好ましくは、アニーリング工程
104は、N290%:H210%の雰囲気中で、約35
0〜500℃(一層好ましくは約450℃)の温度で約
10〜30分間(一層好ましくは30分間)行うか;又
は酸素雰囲気中で約400〜900℃(一層好ましくは
約800℃)の温度で、約15〜60秒間(好ましくは
約30秒間)行うか;又はO3雰囲気中で約25〜40
0℃の温度で行うか;又はN2又はNH3雰囲気中で約5
00〜600℃の温度で行う。他の温度及び雰囲気の組
合せを用いてもよいが、これらが最良の結果を与えると
思われる。好ましくは、アニーリング工程104で層2
06をこの上昇させた温度に、酸素含有及び(又は)窒
素含有雰囲気中で10〜120秒間(一層好ましくは約
20〜45秒間、更に一層好ましくは約30秒間)かけ
る。
と遷移金属との組合せを含有する層206の電気的性質
を改良するため、又は一層好ましくは既に存在する珪酸
塩層の品質を改良するため、次にアニーリングを少しで
も行う。例えば、もし層206が、Hf、HfSi2、
Zr、又はZrSi2からなるならば、それは、夫々H
fOx、HfSiOx、ZrOx、又はZrSiOxになる
か、或は一層好ましくは、層が既にHfSiOxである
ならば、形成ガス中で(好ましくはN290%:H 210
%を用いて)アニーリング工程を行うことにより珪酸塩
膜中の欠陥が除去され、それによってその層の電気的性
質が改良される。別法として、酸素含有雰囲気中でのア
ニーリングは、xの値を増大することにより、珪酸塩の
酸素含有量を増大する。好ましくは、アニーリング工程
104は、N290%:H210%の雰囲気中で、約35
0〜500℃(一層好ましくは約450℃)の温度で約
10〜30分間(一層好ましくは30分間)行うか;又
は酸素雰囲気中で約400〜900℃(一層好ましくは
約800℃)の温度で、約15〜60秒間(好ましくは
約30秒間)行うか;又はO3雰囲気中で約25〜40
0℃の温度で行うか;又はN2又はNH3雰囲気中で約5
00〜600℃の温度で行う。他の温度及び雰囲気の組
合せを用いてもよいが、これらが最良の結果を与えると
思われる。好ましくは、アニーリング工程104で層2
06をこの上昇させた温度に、酸素含有及び(又は)窒
素含有雰囲気中で10〜120秒間(一層好ましくは約
20〜45秒間、更に一層好ましくは約30秒間)かけ
る。
【0018】図1〜図2cの工程106に関し、伝導性
ゲート電極層210を形成する。層210は、多結晶質
珪素、多結晶質珪素ゲルマニウム、ドープした多結晶質
珪素、ドープした多結晶質珪素ゲルマニウム、タングス
テン、チタン、窒化タングステン、窒化チタン、白金、
アルミニウム、それらの組合せ、又はそれらの一種以上
からなる積層体から構成されている。層210は、標準
的半導体処理工程を用いて形成するのが好ましく、標準
的トランジスタ形成で一般に用いられている厚さを有す
るのが好ましい。
ゲート電極層210を形成する。層210は、多結晶質
珪素、多結晶質珪素ゲルマニウム、ドープした多結晶質
珪素、ドープした多結晶質珪素ゲルマニウム、タングス
テン、チタン、窒化タングステン、窒化チタン、白金、
アルミニウム、それらの組合せ、又はそれらの一種以上
からなる積層体から構成されている。層210は、標準
的半導体処理工程を用いて形成するのが好ましく、標準
的トランジスタ形成で一般に用いられている厚さを有す
るのが好ましい。
【0019】本発明の特定の態様をここに記述してきた
が、それらは本発明を限定するものと見做すべきではな
い。本発明の多くの態様は、明細書の方法論を参照する
ことにより当業者には明らかになるであろう。本発明の
範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるものであ
る。
が、それらは本発明を限定するものと見做すべきではな
い。本発明の多くの態様は、明細書の方法論を参照する
ことにより当業者には明らかになるであろう。本発明の
範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるものであ
る。
【0020】以上の説明に関して更に次の項を開示す
る。 (1) 半導体基体上に電子素子を製造する方法において、
前記半導体基体上に伝導性構造体を形成し、そして前記
伝導性構造体と前記半導体基体との間に高誘電率材料の
層を形成し、然も、前記高誘電率材料層は、ガス状珪素
源と、Hf、Zr、La、Y、Sc、Ce及びそれらの
組合せからなる群から選択された材料からなる第二ガス
状材料とを供給することにより形成する、諸工程を含む
上記方法。 (2) 高誘電率材料層を、ガス状酸素源も供給することに
より形成する、第1項記載の方法。 (3) 電子素子を周囲雰囲気中で600〜900℃に加熱
する工程を更に含む、第1項記載の方法。 (4) 周囲雰囲気が、O2、O3、N2、H2、NH3、及び
それらの組合せからなる群から選択されたガスを含む、
第3項記載の方法。 (5) ガス状珪素源が、シラン、ジシラン、ジクロロシラ
ン、及びそれらの組合せからなる群から選択されたガス
を含む、第1項記載の方法。 (6) ガス状珪素源がキャリヤガスを含む、第5項記載の
方法。 (7) キャリヤガスが、He、N2、Ar及びNeからな
る群から選択されたガスを含む、第6項記載の方法。 (8) 第二ガス状材料が、Zr(OC4H9)4、Hf(OC
4H9)4、Zr(NO3) 4、Hf(NO3)4、ZrCl4、
HfCl4、ZrI4、HfI4、ZrBr4、HfB
r4、Zr2(OPri)6(tmhd)2、Hf2(OPri)
6(tmhd)2、及びそれらの組合せからなる群から選
択されたガスを含む、第1項記載の方法。 (9) 電子素子がキャパシタ又はトランジスタである、第
1項記載の方法。 (10) 半導体基体上に高誘電率材料を製造する方法にお
いて、室中にガス状珪素源を与え、Hf、Zr、La、
Y、Sc、Ce及びそれらの組合せからなる群から選択
された材料からなる第二ガス状源を前記室中に与える、
諸工程を含む、上記方法。 (11) 高誘電率材料を周囲雰囲気中で600〜900℃
に加熱する工程を更に含む、第10項記載の方法。 (12) 周囲雰囲気が、O2、O3、N2、H2、NH3、及び
それらの組合せからなる群から選択されたガスを含む、
第11項記載の方法。 (13) ガス状珪素源が、シラン、ジシラン、ジクロロシ
ラン、及びそれらの組合せからなる群から選択されたガ
スを含む、第10項記載の方法。 (14) ガス状珪素源がキャリヤーガスを含む、第13項
記載の方法。 (15) キャリヤガスが、He、N2、Ar、及びNeから
なる群から選択されたガスを含む、第14項記載の方
法。 (16) 材料が、Zr(OC4H9)4、Hf(OC4H9)4、
Zr(NO3)4、Hf(NO3)4、ZrCl4、HfC
l4、ZrI4、HfI4、ZrBr4、HfBr4、Zr2
(OPri)6(tmhd)2、Hf2(OPri)6(tmh
d)2、及びそれらの組合せからなる群から選択されたガ
スを含む、第10項記載の方法。 (17) 第二ガス状源が酸素を含む、第1項記載の方法。 (18) 半導体基体上に電子素子を製造する方法におい
て、前記半導体基体上に伝導性構造体を形成し(図1の
工程106)、前記伝導性構造体と前記半導体基体との
間に高誘電率材料の層を形成し(図1の工程102)、
前記高誘電率材料層を、ガス状珪素源と、Hf、Zr、
La、Y、Sc、Ce及びそれらの組合せからなる群か
ら選択された材料からなる第二ガス状材料とを供給する
ことにより形成する、諸工程を含む、上記方法。
る。 (1) 半導体基体上に電子素子を製造する方法において、
前記半導体基体上に伝導性構造体を形成し、そして前記
伝導性構造体と前記半導体基体との間に高誘電率材料の
層を形成し、然も、前記高誘電率材料層は、ガス状珪素
源と、Hf、Zr、La、Y、Sc、Ce及びそれらの
組合せからなる群から選択された材料からなる第二ガス
状材料とを供給することにより形成する、諸工程を含む
上記方法。 (2) 高誘電率材料層を、ガス状酸素源も供給することに
より形成する、第1項記載の方法。 (3) 電子素子を周囲雰囲気中で600〜900℃に加熱
する工程を更に含む、第1項記載の方法。 (4) 周囲雰囲気が、O2、O3、N2、H2、NH3、及び
それらの組合せからなる群から選択されたガスを含む、
第3項記載の方法。 (5) ガス状珪素源が、シラン、ジシラン、ジクロロシラ
ン、及びそれらの組合せからなる群から選択されたガス
を含む、第1項記載の方法。 (6) ガス状珪素源がキャリヤガスを含む、第5項記載の
方法。 (7) キャリヤガスが、He、N2、Ar及びNeからな
る群から選択されたガスを含む、第6項記載の方法。 (8) 第二ガス状材料が、Zr(OC4H9)4、Hf(OC
4H9)4、Zr(NO3) 4、Hf(NO3)4、ZrCl4、
HfCl4、ZrI4、HfI4、ZrBr4、HfB
r4、Zr2(OPri)6(tmhd)2、Hf2(OPri)
6(tmhd)2、及びそれらの組合せからなる群から選
択されたガスを含む、第1項記載の方法。 (9) 電子素子がキャパシタ又はトランジスタである、第
1項記載の方法。 (10) 半導体基体上に高誘電率材料を製造する方法にお
いて、室中にガス状珪素源を与え、Hf、Zr、La、
Y、Sc、Ce及びそれらの組合せからなる群から選択
された材料からなる第二ガス状源を前記室中に与える、
諸工程を含む、上記方法。 (11) 高誘電率材料を周囲雰囲気中で600〜900℃
に加熱する工程を更に含む、第10項記載の方法。 (12) 周囲雰囲気が、O2、O3、N2、H2、NH3、及び
それらの組合せからなる群から選択されたガスを含む、
第11項記載の方法。 (13) ガス状珪素源が、シラン、ジシラン、ジクロロシ
ラン、及びそれらの組合せからなる群から選択されたガ
スを含む、第10項記載の方法。 (14) ガス状珪素源がキャリヤーガスを含む、第13項
記載の方法。 (15) キャリヤガスが、He、N2、Ar、及びNeから
なる群から選択されたガスを含む、第14項記載の方
法。 (16) 材料が、Zr(OC4H9)4、Hf(OC4H9)4、
Zr(NO3)4、Hf(NO3)4、ZrCl4、HfC
l4、ZrI4、HfI4、ZrBr4、HfBr4、Zr2
(OPri)6(tmhd)2、Hf2(OPri)6(tmh
d)2、及びそれらの組合せからなる群から選択されたガ
スを含む、第10項記載の方法。 (17) 第二ガス状源が酸素を含む、第1項記載の方法。 (18) 半導体基体上に電子素子を製造する方法におい
て、前記半導体基体上に伝導性構造体を形成し(図1の
工程106)、前記伝導性構造体と前記半導体基体との
間に高誘電率材料の層を形成し(図1の工程102)、
前記高誘電率材料層を、ガス状珪素源と、Hf、Zr、
La、Y、Sc、Ce及びそれらの組合せからなる群か
ら選択された材料からなる第二ガス状材料とを供給する
ことにより形成する、諸工程を含む、上記方法。
【図1】本発明の一つの態様の方法を例示する工程図で
ある。
ある。
【図2a】図1に例示した本発明の方法を用いて処理さ
れる部分的に製造した素子の断面図である。
れる部分的に製造した素子の断面図である。
【図2b】図1に例示した本発明の方法を用いて処理さ
れる部分的に製造した素子の断面図である。
れる部分的に製造した素子の断面図である。
【図2c】図1に例示した本発明の方法を用いて処理さ
れる部分的に製造した素子の断面図である。
れる部分的に製造した素子の断面図である。
202 ウエーハ 204 絶縁領域 206 層 208 層 210 層
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基体上に電子素子を製造する方法
において、 前記半導体基体上に伝導性構造体を形成し、そして前記
伝導性構造体と前記半導体基体との間に高誘電率材料の
層を形成し、然も、前記高誘電率材料層を、ガス状珪素
源と、Hf、Zr、La、Y、Sc、Ce及びそれらの
組合せからなる群から選択された材料からなる第二ガス
状材料とを供給することにより形成する、諸工程からな
る上記方法。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11585899P | 1999-01-13 | 1999-01-13 | |
US11961599P | 1999-02-11 | 1999-02-11 | |
US119615 | 1999-02-11 | ||
US115858 | 1999-02-11 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000208508A true JP2000208508A (ja) | 2000-07-28 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11375450A Abandoned JP2000208508A (ja) | 1999-01-13 | 1999-12-28 | 珪酸塩高誘電率材料の真空蒸着 |
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Country | Link |
---|---|
US (2) | US6544875B1 (ja) |
EP (1) | EP1028458A3 (ja) |
JP (1) | JP2000208508A (ja) |
KR (1) | KR20000052627A (ja) |
TW (1) | TW440970B (ja) |
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