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JP3915054B2 - Film forming material, film forming method, and element - Google Patents

Film forming material, film forming method, and element Download PDF

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JP3915054B2
JP3915054B2 JP2002059321A JP2002059321A JP3915054B2 JP 3915054 B2 JP3915054 B2 JP 3915054B2 JP 2002059321 A JP2002059321 A JP 2002059321A JP 2002059321 A JP2002059321 A JP 2002059321A JP 3915054 B2 JP3915054 B2 JP 3915054B2
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JP
Japan
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film forming
forming material
film
group
cvd
Prior art date
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Application number
JP2002059321A
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Japanese (ja)
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Inventor
英明 町田
祥雄 大下
真人 石川
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TRI Chemical Laboratorories Inc
Original Assignee
TRI Chemical Laboratorories Inc
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Publication date
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜形成材料、膜形成方法、及び素子に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
現在、半導体分野における進歩は著しく、LSIからULSIに移って来ている。そして、信号の処理速度を向上させる為、微細化が進んでいる。特に、ソースとドレインとの間の距離は短くなって来ている。これに伴って、ゲート酸化膜も極薄膜化の一途を辿っている。
【0003】
ところで、現在、ゲート酸化膜はSiOで構成されており、この厚さは10nm以下の薄さになるであろうことが予想されている。そして、ゲート酸化膜の厚さが3nm以下の厚さ、例えば3nm,2nm或いは1.5nmの厚さに至ると、ソースとドレイン間に溜められた電荷はゲート酸化膜を通り抜けてしまうようになる。
【0004】
このような問題を解決する為に金属酸化膜が提案され始めた。
【0005】
しかし、単に、金属酸化膜であれば良いと言うものではない。
【0006】
例えば、下層のシリコンを酸化しないことが必要である。すなわち、シリコン層との界面が安定したものでなければならない。又、誘電率が高くなければならない。
【0007】
このような観点からの研究が進められて行った結果、Zr(ジルコニウム)、Hf(ハフニウム)、Ln(ランタノイド元素)は、シリコンとの界面に安定なシリケイトを形成することから、シリコンとの界面が安定したものであり、かつ、酸化膜の誘電率が高いことから、その有効性が期待されている。しかしながら、Zr,Hf,Lnの酸化膜は、多結晶構造であり、特に成膜しようとする基板に対して垂直方向に柱状の多結晶構造になることが報告されている。この為、このような酸化膜でゲート酸化膜を構成してしまうと、ソースとドレイン間に溜められた電荷が酸化膜中の柱状結晶塊の間を抜けてしまうことが予想される。
【0008】
そこで、Zr,Hf,Lnの酸化膜の非晶質化が提案され、特にZr,Hf,Lnの膜にシリコンを添加することによって、膜が非晶質になることが確認されるに至った。しかしながら、この確認は、スパッタリング方法によって形成された膜に関してのみである。
【0009】
そして、シリコンの化合物を用いてCVDによりシリコンの添加を試みた例は非常に少ない。そして、CVDにより形成された膜が、一応、非晶質なものであることの確認はなされたものの、これまでの手法により生成された膜は、その中に、原料に由来する炭素や窒素が不純物として多く含まれていることが判り、これではゲート酸化膜としては満足できるものでなかった。
【0010】
従って、本発明が解決しようとする課題は、純度が高く、かつ、非晶質であるシリコン含有ゲート酸化膜をCVDで作成できる膜形成材料や膜形成方法の技術を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記の課題に対する研究を鋭意推し進めて行く中に、本発明者は、Si源としてSi(NCO)4−x(但し、xは1〜4の整数)を用いてCVDにより作成した膜は、炭素や窒素などの不純物の混入が殆ど問題にならず、高純度なものであり、かつ、非晶質なものであって、ゲート酸化膜として高性能なものであることを見出すに至った。
【0012】
このような知見を基にして本発明が達成されたものであり、前記の課題は、
Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素、Si、及びOが用いられて構成されてなるゲート酸化膜を形成する為の膜形成材料であって、
前記ゲート酸化膜におけるSi源として
Si(NCO)4−x(但し、xは1〜4の整数)
が用いられる
ことを特徴とする膜形成材料によって解決される。
【0013】
中でも、Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素、Si、及びOが用いられて構成されてなるゲート酸化膜を形成する為の膜形成材料であって、
(i−O−CZr,(t−O−CZr,(DPM)Zr,(MeN)Zr,(EtN)Zr,(Et(Me)N)Zr,(i−O−CHf,(t−O−CHf,(DPM)Hf,(MeN)Hf,(EtN)Hf,(Et(Me)N)Hf,(DPM)Ln,Ln[N(SiMe,[CLn,[(CH)CLn,[(C)CLn,[(i−C)CLn,[(n−C)CLnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上と、
Si(NCO)4−x(但し、xは1〜4の整数)
とを具備することを特徴とする膜形成材料によって解決される。
【0014】
特に、Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素、Si、及びOが用いられて構成されてなるゲート酸化膜を形成する為の膜形成材料であって、
(EtN)Zr,(EtN)Hf,Ln[N(SiMeの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上と、
Si(NCO)
とを具備することを特徴とする膜形成材料によって解決される。
【0015】
すなわち、上記構造の化合物を用いてCVDにより作成した膜は、炭素や窒素などの不純物の混入が殆ど問題にならず、高純度なものであり、かつ、非晶質なものであって、ゲート酸化膜として高性能なものであった。
【0016】
尚、上記化合物を溶媒中に溶解して保存しておくと、分解がそれだけ抑制され、安定性に優れるものであった。そして、CVDの実施に際しては、溶媒に溶解したままで実施することも可能であり、従って上記CVDの原料を溶媒中に溶解しておくことは極めて好ましい。
【0017】
又、上記の課題は、上記の膜形成材料(化合物)と酸化剤とを用いてCVDにより酸化膜を形成することを特徴とする膜形成方法によっても解決される。
【0018】
特に、上記の膜形成材料(化合物)と酸化剤とを用いて同時分解によるCVDにより酸化膜を形成することを特徴とする膜形成方法によって解決される。或いは、上記の膜形成材料(化合物)と酸化剤とを用いて異時分解によるCVDにより酸化膜を形成することを特徴とする膜形成方法によって解決される。中でも、Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素源となるCVD用膜形成材料を分解させる第1工程、O源となる酸化剤を分解させる第2工程、Si源となるCVD用膜形成材料を分解させる第3工程、O源となる酸化剤を分解させる第4工程を順に行うと言った異時分解によるCVDにより酸化膜を形成することを特徴とする膜形成方法によって解決される。
【0019】
膜形成材料(化合物)は熱、プラズマ、光、レーザーの群の中から選ばれるいずれかの手法を用いて分解させられる。分解時の温度は350〜550℃であるのが好ましい。圧力は0.001〜20Torrであるのが好ましい。又、雰囲気は窒素で0.1〜10%に希釈された酸素雰囲気で行われるのが好ましい。
【0020】
又、前記の課題は、上記膜形成方法により形成されてなるゲート酸化膜を具備することを特徴とする素子によっても解決される。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明になる膜形成材料(特に、CVDにより形成する為の膜形成材料)は、Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素、Si、及びOが用いられて構成されてなるゲート酸化膜を形成する為の膜形成材料であって、前記ゲート酸化膜におけるSi源としてSi(NCO)4−x(但し、xは1〜4の整数)が用いられるものである。特に、(i−O−CZr,(t−O−CZr,(DPM)Zr,(MeN)Zr,(EtN)Zr,(Et(Me)N)Zr,(i−O−CHf,(t−O−CHf,(DPM)Hf,(MeN)Hf,(EtN)Hf,(Et(Me)N)Hf,(DPM)Ln,Ln[N(SiMe,[CLn,[(CH)CLn,[(C)CLn,[(i−C)CLn,[(n−C)CLnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上と、Si(NCO)4−x(但し、xは1〜4の整数)とを具備する。中でも、(EtN)Zr,(EtN)Hf,Ln[N(SiMeの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上と、Si(NCO)とを具備する。これらの化合物は、通常、溶媒中に入れられている。
【0022】
本発明になる膜形成方法は、上記の膜形成材料(化合物)と酸化剤とを用いてCVDにより酸化膜を形成する方法である。特に、上記の膜形成材料(化合物)と酸化剤とを用いて同時分解によるCVDにより酸化膜を形成する方法である。或いは、上記の膜形成材料(化合物)と酸化剤とを用いて異時分解によるCVDにより酸化膜を形成する方法である。異時分解の中でも、Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素源となるCVD用膜形成材料を分解させる第1工程、O源となる酸化剤を分解させる第2工程、Si源となるCVD用膜形成材料を分解させる第3工程、O源となる酸化剤を分解させる第4工程を順に行うとCVDにより酸化膜を形成する方法である。膜形成材料(化合物)は熱、プラズマ、光、レーザーの群の中から選ばれるいずれかの手法を用いて分解させられる。分解時の温度は350〜550℃である。圧力は0.001〜20Torrである。又、雰囲気は窒素で0.1〜10%に希釈された酸素雰囲気で行われる。
【0023】
本発明になるLSIやULSI等の素子は、上記膜形成方法により形成されてなるゲート酸化膜を具備するものである。
【0024】
以下、更に具体的な実施例を挙げて説明する。
【0025】
【実施例1】
図1は成膜装置(CVD)の概略図である。同図中、1a,1bは原料容器、2は加熱器、3は分解反応炉、4はSi基板、5は流量制御器である。
【0026】
容器1aには(EtN)Hfが入れられており、80℃に加熱される。そして、キャリアガスとして窒素が20ml/minの割合で吹き込まれた。
【0027】
容器1bにはSi(NCO)が入れられており、キャリアガスとして窒素が20ml/minの割合で吹き込まれた。
【0028】
気化された(EtN)Hf及びSi(NCO)はキャリアガスと共に配管を経て分解反応炉3に導入される。尚、この時、系内は0.1〜1Torrに排気されていた。又、基板4は500℃に加熱されている。
【0029】
又、上記導入時に、反応ガスとして、窒素で1%に希釈した酸素を10ml/minの割合で流した。
【0030】
上記のようにしてSi基板4表面に膜が形成された。
【0031】
この膜をTEM(透過型電子顕微鏡)にて観察した。その結果、結晶塊は観測されず、アモルファスであることが確認できた。界面も安定していた。又、電子線回折パターンによってもアモルファスであることが確認できた。
【0032】
又、XPS(X線光電子分光法)によって膜中のHf,Si,O,N,Cの濃度を分析した。これによれば、C,Nは観測されず、膜はHfとSiとOとからなるものであった。
【0033】
更に、上記方法で作成した厚さ5nmの膜のCapacitance−Voltage特性を調べた処、次世代トランジスタに十分に使用可能なリーク耐性を持っていた。
【0034】
【実施例2〜6】
実施例1において、(EtN)Hfの代わりに(i−O−CHf,(t−O−CHf,(DPM)Hf,(MeN)Hf,(Et(Me)N)Hfを用いて同様に行った。
【0035】
その結果、実施例1と同様な膜が得られた。
【0036】
【実施例7〜12】
実施例1において、(EtN)Hfの代わりに(EtN)Zr,(i−O−CZr,(t−O−CZr,(DPM)Zr,(MeN)Zr,(Et(Me)N)Zrを用いて同様に行った。
【0037】
その結果、実施例1と同様な膜が得られた。但し、膜組成はZr,Si,Oである。
【0038】
【実施例13〜19】
実施例1において、(EtN)Hfの代わりにLn[N(SiMe,(DPM)Ln,[CLn,[(CH)CLn,[(C)CLn,[(i−C)CLn,[(n−C)CLnを用いて同様に行った。
【0039】
その結果、実施例1と同様な膜が得られた。但し、膜組成はLn,Si,Oである。
【0040】
尚、LnとしてはLa,Pr,Nd,Sm,Tb,Er,Ybが用いられた。
【0041】
【実施例20〜24】
実施例1において、Si(NCO)の代わりにHSi(NCO),HSi(NCO)を用いて同様に行った。
【0042】
その結果、実施例1と同様な膜が得られた。
【0043】
【実施例25〜28】
実施例1において、希釈酸素の代わりに亜酸化窒素、オゾン、水、過酸化水素を用いて同様に行った。
【0044】
その結果、実施例1と同様な膜が得られた。
【0045】
【実施例29〜31】
実施例1において、化合物の分解手段としての加熱の代わりにプラズマ、光、レーザー照射を用いて同様に行った。
【0046】
その結果、実施例1と同様な膜が得られた。
【0047】
【実施例32】
図2は成膜装置(CVD)の概略図である。同図中、1a,1bは原料容器、2は加熱器、3は分解反応炉、4はSi基板、5,6は流量制御器、7は気化器である。
【0048】
図2の装置を用い、Pr[N(SiMeが0.1mol/lとなるようにデカンに溶解した溶液を原料容器1aに入れ、又、Si(NCO)が0.1mol/lとなるようにデカンに溶解した溶液を原料容器1bに入れ、流量制御器6を通して気化器7に送った。尚、Pr[N(SiMeが輸送されて来る気化器7では190℃に、Si(NCO)が輸送されて来る気化器7では50℃に設定されていて、これにより気化される。
【0049】
気化された原料はキャリアガスと共に配管を経て分解反応炉3に導入される。尚、この時、基板4は350℃に加熱されている。
【0050】
又、上記導入時に、反応ガスとして、窒素で1%に希釈した酸素を20ml/minの割合で流した。
【0051】
上記のようにしてSi基板4表面に膜が形成された。
【0052】
この膜をTEMにて観察した。その結果、結晶塊は観測されず、アモルファスであることが確認できた。界面も安定していた。又、電子線回折パターンによってもアモルファスであることが確認できた。
【0053】
又、XPSによって膜中のPr,Si,O,N,Cの濃度を分析した。これによれば、C,Nは観測されず、膜はPrとSiとOとからなるものであった。
【0054】
【発明の効果】
高純度で非晶質のゲート酸化膜をCVDで作成でき、高性能な素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】CVD装置の概略図
【図2】CVD装置の概略図
【符号の説明】
1a,1b 容器
2 加熱器
3 分解反応炉
4 Si基板
5 流量制御器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming material, a film forming method, and an element.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
At present, the progress in the semiconductor field is remarkable, and the LSI is moving from ULSI. In order to improve the processing speed of signals, miniaturization is progressing. In particular, the distance between the source and drain is getting shorter. Along with this, the gate oxide film is also becoming extremely thin.
[0003]
By the way, at present, the gate oxide film is made of SiO 2 , and it is expected that this thickness will be 10 nm or less. When the thickness of the gate oxide film reaches 3 nm or less, for example, 3 nm, 2 nm, or 1.5 nm, the charge accumulated between the source and the drain passes through the gate oxide film. .
[0004]
In order to solve such problems, metal oxide films have been proposed.
[0005]
However, it does not simply mean that a metal oxide film is sufficient.
[0006]
For example, it is necessary not to oxidize the underlying silicon. That is, the interface with the silicon layer must be stable. Also, the dielectric constant must be high.
[0007]
As a result of research conducted from such a viewpoint, Zr (zirconium), Hf (hafnium), and Ln (lanthanoid element) form a stable silicate at the interface with silicon. Is stable and the dielectric constant of the oxide film is high, so its effectiveness is expected. However, it has been reported that the oxide film of Zr, Hf, and Ln has a polycrystalline structure, and in particular, has a columnar polycrystalline structure in a direction perpendicular to the substrate to be formed. For this reason, if the gate oxide film is formed of such an oxide film, it is expected that the charge accumulated between the source and the drain will escape between the columnar crystal blocks in the oxide film.
[0008]
Therefore, it has been proposed to make the oxide film of Zr, Hf, and Ln amorphous, and in particular, by adding silicon to the film of Zr, Hf, and Ln, it has been confirmed that the film becomes amorphous. . However, this confirmation is only for films formed by sputtering methods.
[0009]
There are very few examples of adding silicon by CVD using a silicon compound. Although the film formed by CVD has been confirmed to be amorphous for the time being, the film produced by the conventional methods contains carbon and nitrogen derived from the raw materials. It was found that many impurities were contained, and this was not satisfactory as a gate oxide film.
[0010]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a film forming material and a film forming method that can form a silicon-containing gate oxide film having high purity and amorphousness by CVD.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
While intensively pursuing research on the above problems, the present inventor has developed a film formed by CVD using Si (NCO) x H 4-x (where x is an integer of 1 to 4 ) as the Si source. It has been found that contamination of impurities such as carbon and nitrogen is hardly a problem, is highly pure and amorphous, and has high performance as a gate oxide film. .
[0012]
The present invention has been achieved based on such findings,
A film forming material for forming a gate oxide film composed of one or more elements selected from the group consisting of Zr, Hf, and Ln, Si, and O,
Si (NCO) x H 4-x (where x is an integer of 1 to 4 ) as a Si source in the gate oxide film
This is solved by a film forming material characterized in that is used.
[0013]
Among them, a film forming material for forming a gate oxide film constituted by using one or more elements selected from the group of Zr, Hf, and Ln, Si, and O,
(I-O-C 3 H 7) 4 Zr, (t-O-C 4 H 9) 4 Zr, (DPM) 4 Zr, (Me 2 N) 4 Zr, (Et 2 N) 4 Zr, (Et (Me) N) 4 Zr, (i-O-C 3 H 7) 4 Hf, (t-O-C 4 H 9) 4 Hf, (DPM) 4 Hf, (Me 2 N) 4 Hf, (Et 2 N) 4 Hf, (Et (Me) N) 4 Hf, (DPM) 3 Ln, Ln [N (SiMe 3 ) 2 ] 3 , [C 5 H 5 ] 3 Ln, [(CH 3 ) C 5 H 4] 3 Ln, [(C 2 H 5) C 5 H 4] 3 Ln, [(i-C 3 H 7) C 5 H 4] 3 Ln, [(n-C 4 H 9) C 5 H 4 ] One or two or more selected from the group of 3 Ln;
Si (NCO) x H 4-x (where x is an integer of 1 to 4)
It solves by the film forming material characterized by comprising.
[0014]
In particular, a film forming material for forming a gate oxide film constituted by using one or more elements selected from the group of Zr, Hf, and Ln, Si, and O,
One or more selected from the group of (Et 2 N) 4 Zr, (Et 2 N) 4 Hf, Ln [N (SiMe 3 ) 2 ] 3 ;
Si (NCO) 4
It solves by the film forming material characterized by comprising.
[0015]
That is, a film formed by CVD using a compound having the above structure is almost free from contamination by impurities such as carbon and nitrogen, is highly pure and amorphous, and has a gate. It was a high performance oxide film.
[0016]
In addition, when the said compound was melt | dissolved and preserve | saved in the solvent, decomposition | disassembly was suppressed so much and it was excellent in stability. The CVD can be performed while being dissolved in a solvent. Therefore, it is extremely preferable to dissolve the CVD raw material in the solvent.
[0017]
The above problem can also be solved by a film forming method characterized in that an oxide film is formed by CVD using the above film forming material (compound) and an oxidizing agent.
[0018]
In particular, the problem is solved by a film forming method characterized in that an oxide film is formed by CVD by simultaneous decomposition using the above film forming material (compound) and an oxidizing agent. Alternatively, the problem is solved by a film forming method in which an oxide film is formed by CVD using heterogeneous decomposition using the film forming material (compound) and an oxidizing agent. Among them, a first step of decomposing a CVD film forming material that is one or more element sources selected from the group of Zr, Hf, and Ln, a second step of decomposing an oxidant that is an O source, An oxide film is formed by CVD by different time decomposition in which a third step of decomposing a CVD film forming material serving as a Si source and a fourth step of decomposing an oxidizing agent serving as an O source are sequentially performed. It is solved by the film forming method.
[0019]
The film-forming material (compound) is decomposed using any method selected from the group consisting of heat, plasma, light, and laser. The temperature during decomposition is preferably 350 to 550 ° C. The pressure is preferably 0.001 to 20 Torr. The atmosphere is preferably performed in an oxygen atmosphere diluted with nitrogen to 0.1 to 10%.
[0020]
The above-mentioned problem can also be solved by an element comprising a gate oxide film formed by the above film forming method.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As the film forming material according to the present invention (particularly, a film forming material for forming by CVD), one or more elements selected from the group of Zr, Hf, and Ln, Si, and O are used. A film forming material for forming a gate oxide film composed of Si (NCO) x H 4-x (where x is an integer of 1 to 4) is used as a Si source in the gate oxide film. It is what In particular, (i-O-C 3 H 7) 4 Zr, (t-O-C 4 H 9) 4 Zr, (DPM) 4 Zr, (Me 2 N) 4 Zr, (Et 2 N) 4 Zr, (Et (Me) N) 4 Zr, (i-O-C 3 H 7) 4 Hf, (t-O-C 4 H 9) 4 Hf, (DPM) 4 Hf, (Me 2 N) 4 Hf, (Et 2 N) 4 Hf, (Et (Me) N) 4 Hf, (DPM) 3 Ln, Ln [N (SiMe 3 ) 2 ] 3 , [C 5 H 5 ] 3 Ln, [(CH 3 ) C 5 H 4] 3 Ln, [ (C 2 H 5) C 5 H 4] 3 Ln, [(i-C 3 H 7) C 5 H 4] 3 Ln, [(n-C 4 H 9) C 5 1 or 2 or more selected from the group of H 4 ] 3 Ln and Si (NCO) x H 4-x (where x is an integer of 1 to 4). Among these, one or more selected from the group of (Et 2 N) 4 Zr, (Et 2 N) 4 Hf, Ln [N (SiMe 3 ) 2 ] 3 and Si (NCO) 4 are used. It has. These compounds are usually placed in a solvent.
[0022]
The film forming method according to the present invention is a method of forming an oxide film by CVD using the above film forming material (compound) and an oxidizing agent. In particular, this is a method of forming an oxide film by CVD by simultaneous decomposition using the film forming material (compound) and an oxidizing agent. Alternatively, an oxide film is formed by CVD using heterogeneous decomposition using the film forming material (compound) and an oxidizing agent. Among heterochronous decompositions, a first step of decomposing a film forming material for CVD as one or two or more element sources selected from the group of Zr, Hf, and Ln, decomposing an oxidizing agent as an O source In this method, an oxide film is formed by CVD by sequentially performing a second process, a third process for decomposing a CVD film forming material serving as a Si source, and a fourth process for decomposing an oxidizing agent serving as an O source. The film-forming material (compound) is decomposed using any method selected from the group consisting of heat, plasma, light, and laser. The temperature during decomposition is 350 to 550 ° C. The pressure is 0.001 to 20 Torr. The atmosphere is an oxygen atmosphere diluted with nitrogen to 0.1 to 10%.
[0023]
An element such as LSI or ULSI according to the present invention comprises a gate oxide film formed by the above film forming method.
[0024]
Hereinafter, more specific examples will be described.
[0025]
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic view of a film forming apparatus (CVD). In the figure, 1a and 1b are raw material containers, 2 is a heater, 3 is a decomposition reaction furnace, 4 is a Si substrate, and 5 is a flow rate controller.
[0026]
The container 1a contains (Et 2 N) 4 Hf and is heated to 80 ° C. Then, nitrogen was blown as a carrier gas at a rate of 20 ml / min.
[0027]
Si (NCO) 4 was placed in the container 1b, and nitrogen was blown as a carrier gas at a rate of 20 ml / min.
[0028]
The vaporized (Et 2 N) 4 Hf and Si (NCO) 4 are introduced into the decomposition reaction furnace 3 through piping along with the carrier gas. At this time, the system was exhausted to 0.1 to 1 Torr. The substrate 4 is heated to 500 ° C.
[0029]
At the time of introduction, oxygen diluted to 1% with nitrogen was supplied as a reaction gas at a rate of 10 ml / min.
[0030]
A film was formed on the surface of the Si substrate 4 as described above.
[0031]
This film was observed with a TEM (transmission electron microscope). As a result, no crystal lumps were observed, and it was confirmed to be amorphous. The interface was also stable. It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern that it was amorphous.
[0032]
Further, the concentrations of Hf, Si, O, N, and C in the film were analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). According to this, C and N were not observed, and the film was composed of Hf, Si and O.
[0033]
Furthermore, when the Capacitance-Voltage characteristics of the 5 nm thick film prepared by the above method were examined, the film had leak resistance that could be used sufficiently for the next generation transistor.
[0034]
Examples 2 to 6
In Example 1, (Et 2 N) 4 instead (i-O-C 3 H 7) 4 Hf of Hf, (t-O-C 4 H 9) 4 Hf, (DPM) 4 Hf, (Me 2 N) 4 Hf, (Et (Me) N) 4 Hf was used in the same manner.
[0035]
As a result, a film similar to that in Example 1 was obtained.
[0036]
Examples 7 to 12
In Example 1, instead of (Et 2 N) 4 Hf, (Et 2 N) 4 Zr, (i-O—C 3 H 7 ) 4 Zr, (t—O—C 4 H 9 ) 4 Zr, ( DPM) 4 Zr, (Me 2 N) 4 Zr, (Et (Me) N) 4 Zr were used in the same manner.
[0037]
As a result, a film similar to that in Example 1 was obtained. However, the film composition is Zr, Si, O.
[0038]
Examples 13 to 19
In Example 1, Ln [N (SiMe 3 ) 2 ] 3 , (DPM) 3 Ln, [C 5 H 5 ] 3 Ln, [(CH 3 ) C 5 H 4 instead of (Et 2 N) 4 Hf ] 3 Ln, [(C 2 H 5) C 5 H 4] 3 Ln, [(i-C 3 H 7) C 5 H 4] 3 Ln, [(n-C 4 H 9) C 5 H 4] The same procedure was performed using 3 Ln.
[0039]
As a result, a film similar to that in Example 1 was obtained. However, the film composition is Ln, Si, O.
[0040]
As Ln, La, Pr, Nd, Sm, Tb, Er, and Yb were used.
[0041]
Examples 20 to 24
In Example 1, HSi (NCO) 3 and H 2 Si (NCO) 2 were used in the same manner instead of Si (NCO) 4 .
[0042]
As a result, a film similar to that in Example 1 was obtained.
[0043]
Examples 25-28
In Example 1, the same procedure was performed using nitrous oxide, ozone, water, and hydrogen peroxide instead of diluted oxygen.
[0044]
As a result, a film similar to that in Example 1 was obtained.
[0045]
Examples 29-31
In Example 1, it carried out similarly using plasma, light, and laser irradiation instead of the heating as a decomposition | disassembly means of a compound.
[0046]
As a result, a film similar to that in Example 1 was obtained.
[0047]
Example 32
FIG. 2 is a schematic view of a film forming apparatus (CVD). In the figure, 1a and 1b are raw material containers, 2 is a heater, 3 is a decomposition reaction furnace, 4 is a Si substrate, 5 and 6 are flow controllers, and 7 is a vaporizer.
[0048]
Using the apparatus of FIG. 2, a solution dissolved in decane so that Pr [N (SiMe 3 ) 2 ] 3 is 0.1 mol / l is put in the raw material container 1a, and Si (NCO) 4 is 0.1 mol. A solution dissolved in decane so as to be 1 / l was put into the raw material container 1 b and sent to the vaporizer 7 through the flow rate controller 6. The vaporizer 7 to which Pr [N (SiMe 3 ) 2 ] 3 is transported is set to 190 ° C., and the vaporizer 7 to which Si (NCO) 4 is transported is set to 50 ° C. Is done.
[0049]
The vaporized raw material is introduced into the decomposition reaction furnace 3 through a pipe together with a carrier gas. At this time, the substrate 4 is heated to 350 ° C.
[0050]
At the time of introduction, oxygen diluted to 1% with nitrogen was supplied as a reaction gas at a rate of 20 ml / min.
[0051]
A film was formed on the surface of the Si substrate 4 as described above.
[0052]
This film was observed with TEM. As a result, no crystal lumps were observed, and it was confirmed to be amorphous. The interface was also stable. It was also confirmed by the electron beam diffraction pattern that it was amorphous.
[0053]
Further, the concentrations of Pr, Si, O, N, and C in the film were analyzed by XPS. According to this, C and N were not observed, and the film was composed of Pr, Si and O.
[0054]
【The invention's effect】
A high-purity amorphous gate oxide film can be formed by CVD, and a high-performance device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a CVD apparatus. FIG. 2 is a schematic view of a CVD apparatus.
1a, 1b Container 2 Heater 3 Decomposition reactor 4 Si substrate 5 Flow rate controller

Claims (11)

Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素、Si、及びOが用いられて構成されてなるゲート酸化膜を形成する為の膜形成材料であって、
前記ゲート酸化膜におけるSi源として
Si(NCO)4−x(但し、xは1〜3の整数)
が用いられる
ことを特徴とする膜形成材料。
A film forming material for forming a gate oxide film composed of one or more elements selected from the group consisting of Zr, Hf, and Ln, Si, and O,
Si (NCO) x H 4-x (where x is an integer of 1 to 3) as a Si source in the gate oxide film
A film forming material characterized in that is used.
Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素源として、
(i−O−C Zr,(t−O−C Zr,(DPM) Zr,(Me N) Zr,(Et N) Zr,(Et(Me)N) Zr,(i−O−C Hf,(t−O−C Hf,(DPM) Hf,(Me N) Hf,(Et N) Hf,(Et(Me)N) Hf,(DPM) Ln,Ln[N(SiMe ,[C Ln,[(CH )C Ln,[(C )C Ln,[(i−C )C Ln,[(n−C )C Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物
が用いられる
ことを特徴とする請求項1の膜形成材料。
As one or more element sources selected from the group of Zr, Hf, Ln,
(I-O-C 3 H 7) 4 Zr, (t-O-C 4 H 9) 4 Zr, (DPM) 4 Zr, (Me 2 N) 4 Zr, (Et 2 N) 4 Zr, (Et (Me) N) 4 Zr, (i-O-C 3 H 7) 4 Hf, (t-O-C 4 H 9) 4 Hf, (DPM) 4 Hf, (Me 2 N) 4 Hf, (Et 2 N) 4 Hf, (Et (Me) N) 4 Hf, (DPM) 3 Ln, Ln [N (SiMe 3 ) 2 ] 3 , [C 5 H 5 ] 3 Ln, [(CH 3 ) C 5 H 4] 3 Ln, [(C 2 H 5) C 5 H 4] 3 Ln, [(i-C 3 H 7) C 5 H 4] 3 Ln, [(n-C 4 H 9) C 5 H 4 ] One or two or more compounds selected from the group of 3 Ln
The film-forming material according to claim 1 , characterized in that is used .
Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素源となる化合物及び/又はSi源となる化合物が、溶媒中に溶解されてなることを特徴とする請求項1又は請求項2の膜形成材料。 The compound serving as one or two or more element sources and / or the compound serving as a Si source selected from the group consisting of Zr, Hf, and Ln is dissolved in a solvent. The film forming material according to claim 2. Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素、Si、及びOが用いられて構成されてなるゲート酸化膜をCVDにより形成する為の膜形成材料であることを特徴とする請求項1〜請求項3いずれかの膜形成材料。 It is a film forming material for forming a gate oxide film composed of one or more elements selected from the group of Zr, Hf, and Ln, Si, and O by CVD. The film forming material according to claim 1, wherein the film forming material is a film forming material. 請求項1〜請求項4いずれかの膜形成材料と、酸化剤とを用いてCVDにより酸化膜を形成することを特徴とする膜形成方法 An oxide film is formed by CVD using the film forming material according to any one of claims 1 to 4 and an oxidizing agent . 膜形成材料を、各々、同時または別々に分解させることを特徴とする請求項5の膜形成方法。 6. The film forming method according to claim 5, wherein the film forming materials are decomposed simultaneously or separately . Zr,Hf,Lnの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の元素源となるCVD用膜形成材料を分解させる第1工程、O源となる酸化剤を分解させる第2工程、Si源となるCVD用膜形成材料を分解させる第3工程、O源となる酸化剤を分解させる第4工程が順に行われることを特徴とする請求項5又は請求項6の膜形成方法。 A first step of decomposing a film forming material for CVD as one or more element sources selected from the group of Zr, Hf, and Ln, a second step of decomposing an oxidant as an O source, a Si source The film forming method according to claim 5 or 6, wherein the third step of decomposing the CVD film forming material and the fourth step of decomposing the oxidizing agent serving as the O source are sequentially performed . 膜形成材料は熱、プラズマ、光、レーザーの群の中から選ばれるいずれかの手法を用いて分解させられることを特徴とする請求項5〜請求項7いずれかの膜形成方法。 Film forming material heat, plasma, light, claim 5 claim 7 either film forming method characterized in that it is allowed to decompose using any of the techniques selected from the group of the laser. 膜形成材料は350〜550℃の温度下で分解させられることを特徴とする請求項5〜請求項8いずれかの膜形成方法。The film forming method according to any one of claims 5 to 8, wherein the film forming material is decomposed at a temperature of 350 to 550 ° C. 窒素で0.1〜10%に希釈された酸素雰囲気、分解温度350〜550℃、反応室圧力0.001〜20Torrの条件下で行われることを特徴とする請求項5〜請求項9いずれかの膜形成方法。 Nitrogen diluted oxygen atmosphere from 0.1 to 10% decomposition temperature 350 to 550 ° C., either claims 5 to claim 9, characterized in that it is carried out under the conditions of the reaction chamber pressure 0.001~20Torr Film forming method. 請求項5〜請求項10いずれかの膜形成方法により形成されてなるゲート酸化膜を具備 することを特徴とする素子 An element comprising a gate oxide film formed by the film forming method according to claim 5 .
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