專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)原子層沉積形成混合稀土氧化物和鋁酸鹽薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體制造的形成電介質(zhì)材料的方法，更具體地涉及一種形成高介電常數(shù)的混合稀土氧化物薄膜和混合稀土鋁酸鹽薄膜的 方法，所述薄膜包含多種不同的稀土金屬元素。
背景技術(shù)：
對(duì)于將來(lái)的電子器件，高介電常數(shù)(高k)材料是用作電容器電介質(zhì) 和柵極電介質(zhì)的理想材料。最先用作電容器電介質(zhì)的高k材料是氧化鉭和
氧化鋁材料。在DRAM制造中，目前正在使用混合鉿鋁氧化物材料作為
電容器電介質(zhì)。類(lèi)似地，期望將鉿基電介質(zhì)作為柵極電介質(zhì)用于制造，從 而取代目前的氧化硅和氧氮化硅材料。
沉積高k電介質(zhì)的最常見(jiàn)方法包括物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相 沉積(CVD)和原子層沉積(ALD) 。 ALD方法相對(duì)于PVD和CVD方 法的優(yōu)點(diǎn)包括改善薄膜的厚度控制、改善整個(gè)晶片的均勻性以及改善高深 寬比結(jié)構(gòu)的保形性。
原子層沉積工藝包括將獨(dú)立的反應(yīng)蒸氣流的脈沖引入含有襯底的處理 室，各個(gè)脈沖通過(guò)吹掃或排空操作分隔。在每個(gè)脈沖期間，在晶片表面上 形成自限制化學(xué)吸附層，然后該層與下個(gè)脈沖中所含組分反應(yīng)。在脈沖間 隙通過(guò)吹掃或排空操作來(lái)減少或消除反應(yīng)蒸氣流的氣相混合。普通的ALD 工藝可以很好地控制每個(gè)循環(huán)下的亞單層(sub-monolayer)或近單層
(near-monolayer)的生長(zhǎng)。
ALD的一個(gè)代表性實(shí)例是通過(guò)三甲基鋁和水沉積鋁(Al)氧化物。在 此ALD工藝中，三甲基鋁的脈沖會(huì)與受熱襯底表面上的羥基反應(yīng)，形成 甲基-鋁部分的化學(xué)吸附層，該化學(xué)吸附層自限制為少于一個(gè)單層。然后將 反應(yīng)室吹掃或排空，以去除未反應(yīng)的三甲基鋁以及任何的氣相反應(yīng)副產(chǎn) 物。然后引入水的脈沖，其與表面鋁-甲基鍵反應(yīng)并重新生成羥基化的表 面。重復(fù)上述沉積循環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)逐層的薄膜生長(zhǎng)，每個(gè)循環(huán)生長(zhǎng)約1埃
(10—1Qm)的薄膜。通過(guò)選擇不同的反應(yīng)前驅(qū)體和氣體，ALD工藝可以沉 積許多不同類(lèi)型的薄膜。
目前接受評(píng)價(jià)的高k電介質(zhì)材料存在各種問(wèn)題。遇到的一些問(wèn)題包 括退火時(shí)的薄膜結(jié)晶，沉積和進(jìn)一步處理時(shí)的界面層生長(zhǎng)，界面陷阱密度大，溝道遷移率下降，與多晶硅柵極反應(yīng)以及金屬柵極的費(fèi)密能級(jí)釘 扎。為了減輕上述問(wèn)題，最近提出使用混合的鋯(Zr)和鉿(Hf)氧化物
作為高k電介質(zhì)。與純Zr氧化物或純Hf氧化物相比，這些電介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn) 包括提高熱穩(wěn)定性和改善電氣性質(zhì)。盡管并不知道造成這些改善的全部因 素，但是鋯和鉿具有類(lèi)似的化學(xué)性質(zhì)并且鋯氧化物與鉿氧化物可無(wú)限混 溶，這促進(jìn)了混合Zr和Hf氧化物的使用?，F(xiàn)有高k電介質(zhì)材料存在的其 它問(wèn)題包括介電常數(shù)遠(yuǎn)低于高級(jí)半導(dǎo)體器件所期望的值。此外，高k電介 質(zhì)材料與下方襯底之間存在界面層，這會(huì)導(dǎo)致介電常數(shù)進(jìn)一步降低。
因此，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高k電介質(zhì)材料的形成方法，所述高k電介質(zhì) 材料可在例如電容器和晶體管的半導(dǎo)體器件中用作柵極電介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種通過(guò)ALD和離子增強(qiáng)ALD (PEALD) 形成混合稀土氧化物和鋁酸鹽薄膜的方法。所述混合稀土氧化物和鋁酸鹽 薄膜包含多種不同稀土金屬元素的混合物，所述稀土金屬元素包括Y、 Lu、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Th、 Dy、 Ho、 Er、 Tm禾口 Yb。例
如，混合稀土氧化物和鋁酸鹽薄膜可用于高級(jí)半導(dǎo)體應(yīng)用，包括未來(lái)的用 作電容器和柵極電介質(zhì)二者的高k電介質(zhì)材料。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，提供了一種形成混合稀土氧化物薄膜或
混合稀土鋁酸鹽薄膜的方法，這如下實(shí)現(xiàn)將襯底布置在處理室中，然后 將襯底暴露于氣體脈沖序列以沉積具有期望厚度的混合稀土氧化物薄膜或 混合稀土鋁酸鹽薄膜。氣體脈沖序列以任意次序包括a)先將襯底暴露 于包含第一稀土前驅(qū)體的氣體脈沖，再將襯底暴露于包含含氧氣體的氣體 脈沖；b)先將襯底暴露于包含第二稀土前驅(qū)體的氣體脈沖，再將襯底暴 露于包含含氧氣體的氣體脈沖，其中第一和第二稀土前驅(qū)體包含不同的稀 土金屬元素；以及任選的c)先將襯底暴露于包含鋁前驅(qū)體的氣體脈沖， 再將襯底暴露于包含含氧氣體的氣體脈沖。所述方法還包括任選地以期 望次數(shù)重復(fù)每一個(gè)a) 、 b)和任選的c)，并且任選地以期望次數(shù)以任意 次序重復(fù)包括a) 、 b)和任選的c)的氣體脈沖序列，以達(dá)到期望的厚度。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，該方法還包括在至少一個(gè)暴露步驟之后 吹掃或排空所述處理室。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，提供了一種形成混合稀土氧化物薄膜 的方法，這如下實(shí)現(xiàn)a)將襯底布置在處理室中；b)將襯底順序暴露于 包含多種稀土前驅(qū)體的氣體脈沖，每種稀土前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元 素；C)將襯底暴露于包含含氧氣體的脈沖；以及d)以期望次數(shù)重復(fù)步驟 b)和C)期望次數(shù)，從而沉積具有期望厚度的混合稀土氧化物薄膜。根據(jù) 本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述方法還包括在至少一個(gè)暴露步驟之后吹掃或 排空處理室。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，步驟b)的氣體脈沖包括鋁 前驅(qū)體，從而形成混合稀土鋁酸鹽薄膜。根據(jù)另一種實(shí)施方式，在進(jìn)行了 步驟b)和C)之后，將襯底暴露于另一個(gè)脈沖序列，包括暴露于鋁前驅(qū) 體再暴露于含氧氣體，從而形成混合稀土鋁酸鹽薄膜。


圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的ALD系統(tǒng)的示意圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的PEALD系統(tǒng)的示意圖2A-2F示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土
基薄膜的脈沖序列；
圖3A-3D為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土氧化物薄膜的
工藝流程圖4A-4B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土氮化物薄膜的 工藝流程圖5A-5B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土氧氮化物薄膜 的工藝流程圖6A-6B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土鋁酸鹽薄膜的 工藝流程圖7A-7B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土鋁氮化物薄膜 的工藝流程圖8A-8B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土鋁氧氮化物薄膜的工藝流程圖9A和9B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的包含混合稀土基 材料的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
如同混合Zr/Hf氧化物基材料的情況，混合稀土基材料很可能為半導(dǎo) 體應(yīng)用中的未來(lái)高k應(yīng)用提供有益的熱特性和電特性。本文所用的"混合 稀土基材料"是指包含多種(即至少兩種)不同的稀土金屬元素的材料。 由于稀土元素作為氧化物、氮化物、氧氮化物、鋁酸鹽、鋁氮化物和鋁氧 氮化物時(shí)，其化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似并可幾乎無(wú)限混溶，因此預(yù)期它們可與其它稀 土元素形成高度穩(wěn)定的固溶體。包含結(jié)合了多種稀土金屬元素的混合稀土 基材料的薄膜的預(yù)期優(yōu)點(diǎn)包括提高了與硅或金屬柵電極材料接觸的熱穩(wěn) 定性；提高了結(jié)晶溫度；與包含單一稀土金屬元素的稀土基材料相比增大 了介電常數(shù)；降低了界面陷阱密度；減少了閾值電壓偏移和費(fèi)密能級(jí)釘 扎；改善了處理特性。例如，混合稀土基薄膜可用于未來(lái)高k電介質(zhì)材料 (用作電容器和晶體管柵極電介質(zhì))的應(yīng)用。
將鋁結(jié)合到混合稀土氧化物基材料中以形成鋁酸鹽結(jié)構(gòu)，這樣可以提 高與硅接觸的熱穩(wěn)定性以及更寬的帶隙從而減少泄漏。其它優(yōu)點(diǎn)包括可將 介電常數(shù)提高到超過(guò)只包含一種稀土金屬元素的稀土鋁酸鹽的介電常數(shù)。 可以預(yù)期，使用不同原子尺寸的稀土元素的混合稀土鋁酸鹽薄膜可能存在 組成范圍，這些薄膜由于極性增大而具有明顯較高的介電常數(shù)，極性增大 可以通過(guò)兩種稀土金屬離子(例如，鑭(La)與镥(Lu)的鋁酸鹽混合) 之間的尺寸失配來(lái)實(shí)現(xiàn)。
將氮結(jié)合到柵極電介質(zhì)材料中具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在某些情況下，已報(bào)導(dǎo) 電氣特性得到改善。此外，氮摻雜的電介質(zhì)與純氧化物材料相比容易在更 高的溫度下保持無(wú)定形。氮結(jié)合的其它優(yōu)點(diǎn)是使材料的介電常數(shù)略微增大 并且抑制摻雜物通過(guò)材料的擴(kuò)散。最后，氮結(jié)合有助于抑制薄膜沉積和后 續(xù)處理步驟中的界面層生長(zhǎng)。
本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種形成混合稀土基薄膜的方法，所述薄膜可以在優(yōu)異的厚度控制條件下對(duì)于較高的深寬比進(jìn)行均勻地沉積，而較高 的深寬比是未來(lái)的DRAM和邏輯電路中可以預(yù)見(jiàn)的。由于沉積高k薄膜
的CVD和PVD方法不能提供所需的保形性以及通過(guò)沉積速率控制原子 層，因此在未來(lái)的集成電路中需要使用沉積高k材料的ALD和PEALD方法。
在以下描述中，為了便于充分理解本發(fā)明，以及為了說(shuō)明性而非限制 性的目的，以下描述提出了具體細(xì)節(jié)，例如沉積系統(tǒng)的具體幾何結(jié)構(gòu)以及 其中所用的各種部件的描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以通過(guò)不同于這些 具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施方式來(lái)實(shí)施。
現(xiàn)在參見(jiàn)附圖，圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式在襯底上沉 積混合稀土基薄膜的ALD系統(tǒng)1。 ALD系統(tǒng)1包括處理室10，處理室10 具有被配置用于支撐襯底25的襯底支架20，在襯底25上形成混合稀土基 薄膜。處理室IO還包括上組件30 (例如，噴淋頭)，上組件30耦合至第 一處理材料供給系統(tǒng)40、第二處理材料供給系統(tǒng)42、吹掃氣體供給系統(tǒng) 44、含氧氣體供給系統(tǒng)46、含氮?dú)怏w供給系統(tǒng)48和含鋁氣體供給系統(tǒng) 50。此外，ALD系統(tǒng)1包括耦合至襯底支架20并被配置用于升高和控制 襯底25的溫度的襯底溫度控制系統(tǒng)60。另外，ALD系統(tǒng)1包括控制器 70，控制器70可耦合至處理室10、襯底支架20、被配置用于將處理氣體 引入處理室10的組件30、第一處理材料供給系統(tǒng)40、第二處理材料供給 系統(tǒng)42、吹掃氣體供給系統(tǒng)44、含氧氣體供給系統(tǒng)46、含氮?dú)怏w供給系 統(tǒng)48、含鋁氣體供給系統(tǒng)50和襯底溫度控制系統(tǒng)60。
或者(或替代性地)，控制器70可耦合至一個(gè)或更多個(gè)另外的控制 器/計(jì)算機(jī)(未示出)，并且控制器70可從另一個(gè)控制器/計(jì)算機(jī)獲取設(shè)置 和/或配置信息。
在圖1A中，示出了單一的處理元件(10、 20、 30、 40、 42、 44、 46、 48、 50和60)，但這并非本發(fā)明所必需。ALD系統(tǒng)1可包括任意數(shù) 量的處理元件，這些處理元件除了獨(dú)立的處理元件以外還可具有與其相連 的任意數(shù)量的控制器。
控制器70可用于配置任意數(shù)量的處理元件(10、 20、 30、 40、 42、44、 46、 48、 50和60)，并且控制器70可收集、提供、處理、存儲(chǔ)和顯 示來(lái)自處理元件的數(shù)據(jù)。控制器70可包括一定數(shù)量的用于控制一個(gè)或更 多個(gè)處理元件的應(yīng)用程序。例如，控制器70可包括能夠提供易于使用的 界面的圖形用戶(hù)界面(GUI)構(gòu)件(未示出)，以使用戶(hù)監(jiān)測(cè)和/或控制一 種或更多種處理元件。
仍參見(jiàn)圖1A， ALD系統(tǒng)1可被配置用于處理200 mm襯底、300 mm 襯底或更大尺寸的襯底。實(shí)際上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以預(yù)期，該沉積系統(tǒng) 可被配置用于處理各種尺寸的襯底、晶片或LCD。因此，盡管本發(fā)明的各 個(gè)方面以處理半導(dǎo)體襯底的方式來(lái)描述，但本發(fā)明并不限于此。或者，可 以使用能夠同時(shí)處理多個(gè)襯底的間歇式ALD系統(tǒng)來(lái)沉積本發(fā)明的實(shí)施方 式中描述的混合稀土基薄膜。
第一處理材料供給系統(tǒng)40和第二處理材料供給系統(tǒng)42被配置用于向 處理室10中交替或同時(shí)引入第一和第二稀土前驅(qū)體，其中第一和第二稀 土前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素。第一和第二稀土前驅(qū)體的交替引入可 以是循環(huán)的，或可以是非循環(huán)的，在第一與第二材料的引入之間具有可變 的時(shí)間長(zhǎng)度。此外，第一處理材料供給系統(tǒng)40和第二處理材料供給系統(tǒng) 42中的每一個(gè)可被配置用于將多種稀土前驅(qū)體交替或同時(shí)引入處理室 10，所述多種稀土前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可以使用數(shù)種方法將稀土前驅(qū)體引入處理室 10。 一種方法包括通過(guò)使用獨(dú)立的起泡器或直接液體注射系統(tǒng)或其組合 將稀土前驅(qū)體汽化，然后在引入處理室10期間或之前將其混合在氣相 中。通過(guò)獨(dú)立控制每種前驅(qū)體的汽化速率，可以使沉積薄膜中具有期望的 稀土金屬元素化學(xué)計(jì)量。另一種供給每種稀土前驅(qū)體的方法包括獨(dú)立控制 兩種或更多種不同的液體源，然后在進(jìn)入通用蒸發(fā)器之前將其混合。當(dāng)前 驅(qū)體在溶液中相容或?yàn)橐后w形式并且具有類(lèi)似的汽化特性時(shí)，可以使用該 方法。其它方法包括在起泡器中使用相容的混合固體或液體前驅(qū)體。液體 源前驅(qū)體可包括純液體稀土前驅(qū)體或者溶解在相容溶劑中的固體或液體稀
土前驅(qū)體?？捎玫南嗳萑軇┌ǖ幌抻冢x子液體、烴(脂族烴、烯烴 和芳族烴)、胺、酉旨、聚乙烯醚類(lèi)(glymes)、冠醚、醚和聚醚。在某些情況下，可以將一種或更多種相容的固體前驅(qū)體溶解在一種或更多種相容
的液體前驅(qū)體中。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，以此方式，通過(guò)引入
多種不同的稀土元素，可使沉積薄膜中包含多種稀土前驅(qū)體。本領(lǐng)域技術(shù)
人員還會(huì)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)控制氣體脈沖中的不同前驅(qū)體的相對(duì)濃度水平，可
以以期望的化學(xué)計(jì)量沉積混合稀土基薄膜。
本發(fā)明的實(shí)施方式可以使用各種不同的稀土前驅(qū)體。例如，許多稀土 前驅(qū)體具有下式
其中，M為稀土元素，選自釔(Y)、镥(Lu)、鑭(La)、鈰 (Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、軋(Gd)、鋱 (Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)和鐿(Yb) ; L1、 L2、 1^3為獨(dú)立的陰離子配體；D為中性供體配體，其中x可為0、 1、 2或 3。 L1、 L2、 1^配體可各自獨(dú)立地選自垸氧化物、鹵化物、芳氧化物、酰 胺、環(huán)戊二烯基、垸基、甲硅烷基、酰胺化物(amidinate) 、 /3-二酮酸 鹽、酮亞胺(ketoiminate)、硅烷醇化物(silanoate)和羧酸鹽。D配體可 選自醚、呋喃、吡啶、吡咯、吡咯烷、胺、冠醚、聚乙烯醚類(lèi)和腈。
L基烷氧化物的示例包括叔丁氧化物、異丙氧化物、乙氧化物、1-甲 氧基-2，2-二甲基-2-丙酸鹽(MMP) 、 1-二甲基氨基-2,2，-二甲基-丙酸鹽、 戊氧化物和新戊氧化物。鹵化物的示例包括氟化物、氯化物、碘化物和溴 化物。芳氧化物的示例包括苯氧化物和2,4,6-三甲基苯氧化物。酰胺的示 例包括二(三甲基甲硅烷基)酰胺、二叔丁基酰胺和2，2，6，6-四甲基哌啶 (TMPD)。環(huán)戊二烯基的示例包括環(huán)戊二烯基、1-甲基環(huán)戊二烯基、 1,2,3,4-四甲基環(huán)戊二烯基、1-乙基環(huán)戊二烯基、五甲基環(huán)戊二烯基、1-異 丙基環(huán)戊二烯基、1-正丙基環(huán)戊二烯基和1-正丁基環(huán)戊二烯基。垸基的示 例包括二(三甲基甲硅烷基)甲基、三(三甲基甲硅烷基)甲基和三甲基甲硅烷 基甲基。甲硅烷基化合物的示例是三甲基甲硅烷基。酰胺化物的示例包括 N,N，-二叔丁基乙酰胺化物、N,N，-二異丙基乙酰胺化物、N,N，-二異丙基-2-叔丁基乙酰胺化物和N,N'-二叔丁基-2-叔丁基乙酰胺化物。/S-二酮酸鹽的 示例包括2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸鹽(THD)、六氟-2,4-戊二酸鹽和6,6，7,7,8,8,8-七氟-2，2-二甲基-3，5-辛二酸鹽(FOD)。酮亞胺的示例是2-異 丙基亞氨基-4-戊酸鹽。硅烷醇化物的示例包括三-叔丁基硅氧化物和三乙 基硅氧化物。羧酸鹽的示例是2-乙基己酸鹽。
D配體的示例包括四氫呋喃、二乙醚、1,2-二甲氧基乙烷、二聚乙烯 醚、三聚乙烯醚、四聚乙烯醚、12-冠-6-醚、10-冠-4-醚、吡啶、N-甲基吡 咯烷、三乙胺、三甲胺、乙腈和2，2-二甲基丙腈。
稀土前驅(qū)體的代表性示例包括
Y前驅(qū)體Y(N(SiMe3)2)3 、 Y(N(iPr)2)3 、 Y(N(tBu)SiMe3)3 、 Y(TMPD)3 、 Cp3Y 、 (MeCp)3Y 、 ((nPr)Cp)3Y 、 ((nBu)Cp)3Y 、 Y(OCMe2CH2NMe2)3 、 Y(THD)3 、 Y[OOCCH(C2H5)C4H9〗3 、 Y(Q凡902)3CH3(OCH2CH2)30CH3 、 Y(CF3COCHCOCF3)3 、 Y(OOCC10H7)3、 Y(OOC10H19)J Y(0(iPr))3。
La前驅(qū)體La(N(SiMe3)2)3 、 La(N(iPr)2)3 、 La(N(tBu)SiMe3)3 、 La(TMPD)3、 ((iPr)Cp)3La 、 Cp3La、 Cp3La(NCCH3)2 、 La(Me2NC2H4Cp)3 、 La(THD)3 、 La[OOCCH(C2H5)C4H9]3 、
La(CnHw02)3'CH3(OCH2CH2)30CH3 、 La(CnH^02)3.CH3(OCH2CH2)40CH3、 La(0(iPr))3 、 La(OEt)3 、 La(acac)3 、 La(((tBu)2N)2CMe)3 、 La(((iPr)2N)2CMe)3 、 La(((tBu)2N)2C(tBu))3 、 La(((iPr)2N)2C(iPr))3禾口 La(FOD)3 。
Ce前驅(qū)體Ce(N(SiMe3)2)3 、 Ce(N(iPr)2)3 、 Ce(N(tBu)SiMe3)3 、 Ce(TMPD)3 、 Ce(FOD)3 、 ((iPr)Cp)3Ce 、 Cp3Ce 、 Ce(Me4Cp)3 、 Ce(OCMe2CH2NMe2)3 、 Ce(THD)3 、 Ce[OOCCH(C2H5)C4H9]3 、 Ce(CuH1902)3CH3(OCH2CH2)3OCH3 、
Ce(CnHi902)3'CH3(OCH2CH2)40CH3、 Pr前驅(qū)體Pr(N(SiMe3)2)3 、 Pr(FOD)3 、 (C5Me4H)3Pr Pr(CuHw02)3CH3(OCH2CH2)30CH3 、
Ce(0(iPr))3禾口 Ce(acac)3。 ((iPr)Cp)3Pr 、 Cp3Pr 、 Pr(THD)3 、 、Pr[OOCCH(C2H5)C4H9]3 、 Pr(0(iPr))3 、 Pr(acac)3 、 Pr(hfac)3 、
Pr(((tBu)2N)2CMe)3 、 Pr(((iPr)2N)2CMe)3 、 Pr(((tBu)2N)2C(tBu))3 和 Pr(((iPr)2N)2C(iPr))3。Nd前驅(qū)體:Nd(N(SiMe3)2)3 、 Nd(N(iPr)2)3 、 ((iPr)Cp)3Nd、 Cp3Nd、 (C5Me4H)3Nd 、 Nd(THD)3 、 Nd[OOCCH(C2H5)C4H9]3 、 Nd(0(iPr))3 、 Nd(acac)3、 Nd(hfac)3、 Nd(F3CC(0)CHC(0)CH3)^P Nd(FOD)3。
Sm前驅(qū)體Sm(N(SiMe3)2)3 、 ((iPr)Cp)3Sm 、 Cp3Sm 、 Sm(THD)3 、 Sm[OOCCH(C2H5)C4H9]3、 Sm(0(iPr))3、 Sm(acac)J(C5Me5)2Sm。
Eu前驅(qū)體Eu(N(SiMe3)2)3 、 ((iPr)Cp)3Eu 、 Cp3Eu 、 (Me4Cp)3Eu、 Eu(THD)3 、Eu[OOCCH(C2H5)C4H9]3 、Eu(0(iPr))3 、Eu(acac)3 和 (C5Me5)2Eu。
Gd前驅(qū)體Gd(N(SiMe3)2)3 、 ((iPr)Cp)3Gd 、 Cp3Gd 、 Gd(THD)3 、 Gd[OOCCH(C2H5)C4H9]3、 Gd(0(iPr))3和Gd(acac)3。
Tb前驅(qū)體Tb(N(SiMe3)2)3 、 ((iPr)Cp)3Tb 、 Cp3Tb 、 Tb(THD)3 、 Tb[OOCCH(C2H5)C4H9]3、 Tb(0(iPr))3和Tb(acac)3 。
Dy前驅(qū)體Dy(N(SiMe3)2)3 、 ((iPr)Cp)3Dy 、 Cp3Dy 、 Dy(THD)3 、 Dy[OOCCH(C2H5)C4H9]3、 Dy(0(iPr))3、 Dy(02C(CH2)6CH3)3和Tb(acac)3。
Ho前驅(qū)體Ho(N(SiMe3)2)3 、 ((iPr)Cp)3Ho 、 Cp3Ho 、 Ho(THD)3 、 Ho[OOCCH(C2H5)C4H9]3、 Ho(0(iPr))3和Ho(acac)3。
Er前驅(qū)體Er(N(SiMe3)2)3 、 ((iPr)Cp)3Er 、 ((nBu)Cp)3Er 、 Cp3Er 、 Er(THD)3、 Er[OOCCH(C2H5)C4H9]3、 Er(0(iPr))3和Er(acac)3 。
Tm前驅(qū)體Tm(N(SiMe3)2)3 、 ((iPr)Cp)3Tm 、 Cp3Tm、 Tm(THD)3 、 Tm[OOCCH(C2H5)C4H9]3、 Tm(0(iPr))3和Tm(acac)3 。
Yb前驅(qū)體Yb(N(SiMe3)2)3 、 Yb(N(iPr)2)3 、 ((iPr)Cp)3Yb 、 Cp3Yb、 Yb(THD)3 、 Yb[OOCCH(C2H5)C4H9]3 、 Yb(0(iPr))3 、 Yb(acac)3 、 (C5Me5)2Yb、 Yb(hfac)3和Yb(FOD)3。
Lu前驅(qū)體Lu(N(SiMe3)2)3 、 ((iPr)Cp)3Lu 、 Cp3Lu 、 Lu(THD)3 、 Lu[OOCCH(C2H5)C4H9]3 、 Lu(0(iPr))3和Lu(acac)3 。
在上述前驅(qū)體以及下面提出的前驅(qū)體中，采用以下通用縮寫(xiě)Si: 硅；Me:甲基；Et:乙基；iPr:異丙基；nPr:正丙基；Bu: 丁基； nBu:正丁基；SBU:仲丁基；iBu:異丁基；tBu:叔丁基；Cp:環(huán)戊二烯
基；THD: 2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸鹽;TMPD: 2,2,6,6-四甲基哌啶;acac:乙酰基丙酮酸鹽；hfac:六氟乙?；猁}；FOD: 6,6,7,7，8,8，8-七氟-2,2-二甲基-3，5-辛二酸鹽。
仍參見(jiàn)圖1A，含氧氣體供給系統(tǒng)46被配置用于將含氧氣體引入處理 室10。含氧氣體可包括02、 H20或11202或其組合，以及任選的例如Ar 的惰性氣體。類(lèi)似地，含氮?dú)怏w供給系統(tǒng)48被配置用于將含氮?dú)怏w引入 處理室10。含氮?dú)怏w可包括NH3、 N2HU或其組合，以及任選的例如Ar的 惰性氣體。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，含氧氣體或含氮?dú)怏w可包括 NO、 N02或N20或其組合，以及任選的例如Ar的惰性氣體。
本發(fā)明的實(shí)施方式可以使用各種不同的鋁前驅(qū)體，用于將鋁結(jié)合到混 合稀土基薄膜中。例如，許多鋁前驅(qū)體具有下式
A1LL2L3DX
其中，L1、 L2、 ！^為獨(dú)立的陰離子配體；D為中性供體配體，其中x 可為0、 l或2。 L1、 L2、 ！^配體可各自獨(dú)立地選自烷氧化物、鹵化物、芳 氧化物、酰胺、環(huán)戊二烯基、烷基、甲硅烷基、酰胺化物、0-二酮酸鹽、 酮亞胺(ketoiminate)、硅烷醇化物和羧酸鹽。D配體可選自醚、呋喃、 吡啶、吡咯、吡咯烷、胺、冠醚、聚乙烯醚類(lèi)和腈。
鋁前驅(qū)體的其它示例包括Al2Me6、 Al2Et6、 [Al(0(sBu))3]4 、 Al(CH3COCHCOCH3)3 、 AlBr3 、 A1I3 、 Al(0(iPr))3 、 [Al(NMe2)3]2 、 Al(iBu)2Cl、 Al(iBu)3、 Al(iBu)2H、 Affit2Cl 、 Et3Al2(0(sBu))^n A1(THD)3。
仍參見(jiàn)圖1A，吹掃氣體供給系統(tǒng)44被配置用于將吹掃氣體引入處理 室10。例如，在向處理室10中引入稀土前驅(qū)體與引入含氧氣體、含氮?dú)?體或鋁前驅(qū)體之間，可以進(jìn)行吹掃氣體的引入。吹掃氣體可包含惰性氣 體，惰性氣體例如為稀有氣體(即，He、 Ne、 Ar、 Kr、 Xe)、氮(N2) 或氫(H2)。
此外，ALD系統(tǒng)1包括襯底溫度控制系統(tǒng)60，其耦合至襯底支架20 并被配置用于升高和控制襯底25的溫度。襯底溫度控制系統(tǒng)60包括溫度 控制元件，例如冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)包括吸收來(lái)自襯底支架20的熱量 的再循環(huán)冷卻劑流，并將熱量轉(zhuǎn)移至換熱器系統(tǒng)(未示出)，或當(dāng)加熱 時(shí)，將熱量從換熱器系統(tǒng)轉(zhuǎn)移出來(lái)。此外，溫度控制元件可以包括加熱/冷卻元件，例如電阻加熱元件或熱電加熱器/冷卻器，所述加熱/冷卻元件可
以包含在襯底支架20中，也可以包含在及處理室10的室壁和ALD系統(tǒng)1 的任何其它部件中。襯底溫度控制系統(tǒng)60例如可被配置用于在室溫到大 約350-55(TC的范圍內(nèi)升高和控制襯底溫度?；蛘?，襯底溫度例如可為約 150-350°C。然而可以理解，根據(jù)在給定的襯底表面上沉積具體的混合稀土 基材料所需的溫度來(lái)選擇襯底溫度。
為了改善襯底25與襯底支架20之間的熱傳遞，襯底支架20可包括機(jī) 械夾緊系統(tǒng)或電夾緊系統(tǒng)(例如靜電夾緊系統(tǒng))以將襯底25固定在襯底 支架20的上表面。此外，襯底支架20還可包括襯底背面氣體輸送系統(tǒng)， 其被配置用于將氣體引至襯底25的背面，從而改善襯底25與襯底支架20 之間的氣隙熱傳導(dǎo)。當(dāng)需要將襯底的溫度控制在高溫或低溫下時(shí)，可以使 用這種系統(tǒng)。例如，襯底背面氣體系統(tǒng)可包括兩區(qū)氣體分配系統(tǒng)，其中氦 氣隙壓力可在襯底中部與邊緣之間獨(dú)立地變化。
此外，處理室10還通過(guò)管道38耦合至壓力控制系統(tǒng)32，壓力控制系 統(tǒng)32包括真空泵送系統(tǒng)34和閥36，其中壓力控制系統(tǒng)32被配置用于將 處理室10可控地排空，達(dá)到適于在襯底25上形成薄膜并適合使用第一和 第二處理材料的壓力。真空泵送系統(tǒng)34可包括泵浦速度能夠高達(dá)約5000 1/s (和更高)的渦輪分子泵(TMP)或低溫泵，閥36可包括用于調(diào)節(jié)室 壓力的門(mén)閥。此外，監(jiān)測(cè)室壓力的裝置(未示出)可耦合至處理室10。壓 力測(cè)量裝置可例如是可從MKS Instruments, Inc. (Andover， MA)購(gòu)得的 628B型Baratron絕對(duì)容量壓力計(jì)。壓力控制系統(tǒng)32可例如被配置用于在 沉積混合稀土基材料時(shí)將處理室壓力控制在約0.1-100 Torr。
第一材料供給系統(tǒng)40、第二材料供給系統(tǒng)42、吹掃氣體供給系統(tǒng) 44、含氧氣體供給系統(tǒng)46、含氮?dú)怏w供給系統(tǒng)48和含鋁氣體供給系統(tǒng)50 可包括一個(gè)或更多個(gè)壓力控制裝置、 一個(gè)或更多個(gè)流量控制裝置、 一個(gè)或 更多個(gè)過(guò)濾器、 一個(gè)或更多個(gè)閥和/或一個(gè)或更多個(gè)流量傳感器。流量控制 裝置可包括氣動(dòng)閥、電-機(jī)械閥(電磁閥)和/或高速率脈沖氣體注射閥。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，氣體可以被依次和交替地脈沖進(jìn)入處理室10，其 中每個(gè)氣體脈沖的長(zhǎng)度可為約1-10秒。稀土前驅(qū)體的氣體脈沖長(zhǎng)度例如可為0.3-3秒，例如1秒。鋁前驅(qū)體的氣體脈沖長(zhǎng)度例如可為0.1-3秒，例如0.3秒。含氧和含氮?dú)怏w的氣體脈沖長(zhǎng)度例如可為0.3-3秒，例如l秒。吹掃氣體脈沖長(zhǎng)度例如可為1-20秒，例如3秒。示例性脈沖氣體注射系統(tǒng)的更多細(xì)節(jié)描述在待審美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2004/0123803中。
仍參見(jiàn)圖1A，控制器70可包括微處理器、存儲(chǔ)器和能夠生成控制電壓的數(shù)字I/0端口，該控制電壓足以傳輸并激活到ALD系統(tǒng)1的輸入，以及監(jiān)視來(lái)自ALD系統(tǒng)1的輸出。此外，控制器可被耦合至處理室10、襯底支架20、上組件30、第一處理材料供給系統(tǒng)40、第二處理材料供給系統(tǒng)42、吹掃氣體供給系統(tǒng)44、含氧氣體供給系統(tǒng)46、含氮?dú)怏w供給系統(tǒng)48、含鋁氣體供給系統(tǒng)50、襯底溫度控制系統(tǒng)60、襯底溫度控制器60和壓力控制系統(tǒng)32,并可以與其交換信息。例如，可以利用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序來(lái)根據(jù)工藝流程激活到沉積系統(tǒng)1的前述組件的輸入?？刂破?0的 一 個(gè)示例是可以從Dell Corporation ， Austin ， Texas獲得的DELLPRECISION WORKSTATION 610TM。
然而，控制器70可以實(shí)現(xiàn)為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其響應(yīng)處理器來(lái)執(zhí)行包含在存儲(chǔ)器中的一條或多條指令的一個(gè)或多個(gè)序列而執(zhí)行本發(fā)明的基于微處理器的處理步驟的一部分或全部。這些指令可以從另一計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如硬盤(pán)或可移動(dòng)介質(zhì)驅(qū)動(dòng)器)讀取到控制器存儲(chǔ)器中。也可以采用多處理布置中的一個(gè)或多個(gè)處理器作為控制器微處理器，以執(zhí)行包含在主存儲(chǔ)器中的指令序列。在可替換實(shí)施方式中，硬連線電路可以用于替代軟件指令或者與軟件指令相組合。從而，實(shí)施例并不限于硬件電路和軟件的任何特定組合。
控制器70包括至少一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或存儲(chǔ)器，例如控制器存儲(chǔ)器，其用于保存根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)編程的指令并用于保存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、表、記錄或可能是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所必需的其他數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例是致密盤(pán)、硬盤(pán)、軟盤(pán)、磁帶、磁光盤(pán)、PROM (EPROM、 EEPROM、閃存EPROM) 、 DRAM、 SRAM、 SDRAM、或任何其他磁介質(zhì)、致密盤(pán)(例如CD-ROM)、或任何其他光介質(zhì)、穿孔卡、紙帶、或其他具有孔圖案的物理介質(zhì)、載波(下面描述)、或任何其他計(jì)算機(jī)可讀取的介質(zhì)。在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的任何一種或其組合上存儲(chǔ)軟件，這些軟件用于控制控制器70，用于驅(qū)動(dòng)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，并且/或者用于使得控制器能夠與人類(lèi)用戶(hù)交互。這些軟件可包括但不限于設(shè)備驅(qū)動(dòng)器、操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)工具和應(yīng)用軟件。這種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還包括用于執(zhí)行在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)執(zhí)行的處理的全部或一部分(如果處理是分布式的話(huà))的本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
計(jì)算機(jī)代碼設(shè)備可以是任何可解釋的或可執(zhí)行的代碼機(jī)制，包括但不
限于腳本、可解釋程序、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL) 、 Java類(lèi)和完全可執(zhí)行程序。而且，本發(fā)明的處理的一部分可以是分布式的以實(shí)現(xiàn)更好的性能、可靠性和/或成本。
這里所用的術(shù)語(yǔ)"計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)"指參與向控制器70的處理器提供以供執(zhí)行的指令的任何介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以采取許多形式，包括但不限于非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)和傳輸介質(zhì)。非易失性介質(zhì)例如包括
光盤(pán)、磁盤(pán)和磁光盤(pán)，例如硬盤(pán)或可移動(dòng)介質(zhì)驅(qū)動(dòng)器。易失性介質(zhì)包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，例如主存儲(chǔ)器。而且，各種形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以用來(lái)向控制器的處理器運(yùn)送一條或多條指令的一個(gè)或多個(gè)序列以供執(zhí)行。例如，這些指令最初可以承載在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的磁盤(pán)上。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以將用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的全部或一部分的指令遠(yuǎn)程加載到動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將指令發(fā)送到控制器70。
控制器70可以相對(duì)于ALD系統(tǒng)1位于本地，或者其可以相對(duì)于ALD系統(tǒng)1位于遠(yuǎn)處。例如，控制器70可以利用直接連接、內(nèi)部網(wǎng)、因特網(wǎng)和無(wú)線連接中的至少一種與ALD系統(tǒng)1交換數(shù)據(jù)?？刂破?0可以耦合到例如在客戶(hù)位置(即，器件制造者等)處的內(nèi)部網(wǎng)，或者可以耦合到例如在供應(yīng)商位置(即，設(shè)備制造商)處的內(nèi)部網(wǎng)。另外，例如，控制器70可以耦合到因特網(wǎng)。此外，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)(即，控制器、服務(wù)器等)可以經(jīng)由直接連接、內(nèi)部網(wǎng)和因特網(wǎng)中的至少一種訪問(wèn)例如控制器70以交換數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將意識(shí)到，控制器70可以經(jīng)由無(wú)線連接與沉積系統(tǒng)1交換數(shù)據(jù)。
圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式在襯底上沉積稀土基薄膜的PEALD系統(tǒng)100。 PEALD系統(tǒng)100與圖1A描述的ALD系統(tǒng)類(lèi)似，但是 還包括等離子體生成系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置用于在向處理室10引入至少一 部分氣體期間生成等離子體。這使得通過(guò)包含02、 H20、 11202或其組合的 含氧氣體形成臭氧和等離子體激發(fā)氧。類(lèi)似地，體可以通過(guò)包含N2、 NH3 或N2H4或其組合的含氮?dú)怏w，在處理室中形成等離子體激發(fā)氮。而且， 可以通過(guò)包含NO、 N02和N20或其組合的處理氣體形成等離子體激發(fā)的 氧和氮。等離子體生成系統(tǒng)包括第一功率源52，第一功率源52耦合至工 藝室IO并且被配置用于將功率耦合至被引入處理室IO的氣體。第一功率 源52可以是可變的功率源，并且可以包括射頻(RF)發(fā)生器和阻抗匹配 網(wǎng)絡(luò)，還可包括電極，RF功率通過(guò)該電極耦合至處理室10中的等離子 體。電極可被形成在上組件31中，并且可被配置成與襯底支架20相對(duì)。 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以被配置用于優(yōu)化從RF發(fā)生器到等離子體的RF功率的傳 輸，這是通過(guò)將匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗與處理室(包括電極和等離子體)的 輸入阻抗相匹配而實(shí)現(xiàn)的。例如，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)用來(lái)通過(guò)減小反射功率來(lái) 提高到等離子體處理室10中的等離子體的RF功率的傳輸。匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?(例如，L型、ti型、T型等)和自動(dòng)控制方法對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是 公知的。
或者，第一功率源52可包括RF發(fā)生器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，并還可包括 天線，例如感應(yīng)線圈，RF功率通過(guò)該天線耦合至處理室10中的等離子 體。天線可例如包括螺旋或螺線線圈(例如在感應(yīng)耦合等離子體源或螺旋 天線源中)，或者可例如包括扁平線圈(例如在變壓器耦合的等離子體源 中)。
或者，第一功率源52可包括微波頻率發(fā)生器，并且還可包括微波天 線和微波窗口，微波功率通過(guò)該微波天線和微波窗口耦合至處理室10中 的等離子體。微波功率的耦合可通過(guò)電子回旋共振(ECR)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，或 者采用表面波等離子體技術(shù)實(shí)現(xiàn)，例如縫隙平面天線(Slot Plane Antenna, SPA)，如美國(guó)專(zhuān)利No. 5024716中所描述。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，PEALD系統(tǒng)100包括襯底偏壓生成系 統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置用于在向處理室10交替引入氣體的至少一部分期間生成或輔助生成等離子體(通過(guò)襯底支架偏壓)。襯底偏壓系統(tǒng)可包括襯底 功率源54，襯底功率源54耦合到處理室IO并且被配置用于將功率耦合到
襯底25。襯底功率源54可包括RF發(fā)生器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，還可包括電 極，RF功率通過(guò)該電極耦合到襯底25。電極可以形成在襯底支架20中。 例如，襯底支架20可以經(jīng)由從RF發(fā)生器(未示出)通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) (未示出)發(fā)送到襯底支架20的RF功率被電偏置在某一RF電壓。RF偏 壓的典型頻率可為約0.1-100 MHz，例如可以為13.56 MHz。用于等離子 體處理的RF偏壓系統(tǒng)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的?；蛘?，RP功率 以多個(gè)頻率被施加到襯底支架電極。盡管等離子體生成系統(tǒng)和襯底偏壓系 統(tǒng)在圖1中示為分離的實(shí)體，但是它們實(shí)際上可包括耦合到襯底支架20 的一個(gè)或更多個(gè)功率源。
此外，PEALD系統(tǒng)100包括遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)56，用于在等離子體 激發(fā)氣體流入將其暴露于襯底25的處理室10之前，提供含氧氣體、含氮 氣體或其組合并對(duì)這些氣體進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體激發(fā)。遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)56 可例如包括微波頻率發(fā)生器。處理室壓力可為約0.1-10 Torr，或約0.2-3 Torr。
圖2A-2F示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明形成混合稀土基薄膜的脈沖序 列。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，使用順序和交替的脈沖序列來(lái)沉積混合稀土 基薄膜的不同組分(即，稀土金屬元素、鋁、氧和氮)。由于ALD和 PEALD工藝通常在每個(gè)氣體脈沖沉積少于一個(gè)單層的材料，因此可以通 過(guò)不同薄膜組分的獨(dú)立沉積序列形成均勻的材料。根據(jù)氣體的選擇和脈沖 序列的組合，可以形成混合稀土材料，包括混合稀土氧化物薄膜、混合稀 土氮化物薄膜、混合稀土氧氮化物薄膜、混合稀土鋁酸鹽薄膜、混合稀土 鋁氮化物薄膜以及混合稀土鋁氧氮化物薄膜。
圖2A示出了在步驟202中通過(guò)第一稀土前驅(qū)體沉積第一稀土元素的 脈沖序列200。圖2B示出了在步驟212中通過(guò)第二稀土前驅(qū)體沉積第二稀 土元素的脈沖序列210。圖2C示出了在步驟222中通過(guò)多種稀土前驅(qū)體同 時(shí)沉積多種不同的稀土元素的脈沖序列220。圖2D示出了在步驟232中通 過(guò)暴露于含氧氣體將氧結(jié)合到混合稀土基薄膜中的脈沖序列230。圖2E示出了在步驟242中通過(guò)暴露于含氮?dú)怏w將氮結(jié)合到混合稀土基薄膜中的脈
沖序列240。圖2F示出了在步驟252中通過(guò)鋁前驅(qū)體沉積鋁的脈沖序列 250。
根據(jù)圖2A-2F示出的實(shí)施方式，每個(gè)脈沖序列200、 210、 220、 230、 240和250可分別包括吹掃或排空步驟204、 214、 224、 234、 244、 254以
從處理室中去除未反應(yīng)氣體或副產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，可
以省略吹掃或排空步驟204、 214、 224、 234、 244、 254中的一個(gè)或更多 個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可以采用圖2A-2F所示的脈沖序列的不同組 合來(lái)沉積不同的混合稀土基材料。下面是可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施方式的教導(dǎo) 沉積的包含兩種不同的稀土金屬元素的混合稀土基材料的示例。本領(lǐng)域技 術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到，大量下文未示出的其它稀土基材料也可被沉積。因 此，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于下面所列的材料。例如，其它混合稀土基 材料可包含多于兩種(例如三種、四種或更多種)的稀土元素。
混合稀土氧化物L(fēng)axLuyOm、 YxLuyOm、 YxLayOm
LaxPfyOm 。
混合稀土氮化物L(fēng)axLuyNn、 YxLuyNn、 YxLayNn LaxPryNn。
LaxLuyOmNn
混合稀土氧氮化物 NdxLayOmNn禾口 LaxPryOmNn。
混合稀土鋁氧化物 NdxLayAlaOm禾n LaxPryAlaOm。
混合稀土鋁氮化物
NdxLayAlaNn和LaxPryAlaNn。
混合稀土鋁氧氮化
NdxLayOm和
NdxLaYNn和
YxLuyOmNn 、 YxLaYOmNn 、
LaxLuyAlaOm 、 YxLuyAlaOn
YxLayAlaOn
LaxLuyAlaNn 、 YxLuyAlaNn 、 YxLayAlaNn 、
LaxLuyAlaOmNn 、 YxLuvAla〇mNn
YxLayAlaOmNn、 NdxLayAlaOmNn和LaxPryAlaOmNn。
混合稀土〗
圖3A-3D是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土氧化物薄膜的工藝流程圖。圖3A-3D的工藝流程可通過(guò)圖1/2的ALD/PEALD系統(tǒng) 1/101實(shí)施，或通過(guò)被配置用于進(jìn)行ALD/PEALD工藝的任何其它合適的 ALD/PEALD系統(tǒng)實(shí)施。在圖3A中，工藝300開(kāi)始于步驟302，其中襯底
(例如半導(dǎo)體襯底)被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。在步驟 304中，襯底順序暴露于包含第一稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體的氣 體脈沖。在步驟306中，襯底順序暴露于第二稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含 氧氣體的氣體脈沖。含氧氣體可包括02、 H20、 H202、臭氧、等離子體激 發(fā)氧或其組合，以及任選地例如Ar的惰性氣體。
在步驟304中，第一稀土前驅(qū)體與受熱襯底表面上的羥基反應(yīng)，以形 成厚度小于一個(gè)單層的包含第一稀土金屬元素的化學(xué)吸附層。所述化學(xué)吸 附層的厚度小于一個(gè)單層，這是因?yàn)榍膀?qū)體的尺寸大于第一稀土金屬元素 的尺寸。接下來(lái)，含氧氣體的氣體脈沖中的氧與化學(xué)吸附表面層反應(yīng)并生 成羥基化的表面。通過(guò)重復(fù)此順序的氣體暴露，即交替進(jìn)行這兩種暴露數(shù) 次，可以實(shí)現(xiàn)逐層生長(zhǎng)，每個(gè)循環(huán)生長(zhǎng)約1埃(10—1Qm)。如下面將要描 述，根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，在順序和交替的氣體脈沖之間，可將 處理室吹掃或排空，以將任何未反應(yīng)的第一或第二稀土前驅(qū)體、副產(chǎn)物和 含氧氣體從處理室中去除。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，第一稀土 (RE1)前驅(qū)體和第二稀土
(RE2)前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素，用于形成化學(xué)通式為 RElxRE2yOm的混合稀土氧化物薄膜，其中x、 y和m為非零數(shù)。如工藝流 程中的箭頭308所示，可以重復(fù)順序暴露步驟304和306預(yù)定次數(shù)，直到 形成了具有期望厚度的混合稀土氧化物薄膜。期望的薄膜厚度可依賴(lài)于半 導(dǎo)體器件的類(lèi)型或所形成的器件區(qū)域。例如，薄膜厚度可為約5-200埃， 或約5-40埃。
根據(jù)圖3A所示的實(shí)施方式，工藝流程300包括沉積循環(huán)，所述沉積 循環(huán)包括順序和交替暴露第一稀土前驅(qū)體的脈沖、含氧氣體的脈沖、第二 稀土前驅(qū)體的脈沖和含氧氣體的脈沖。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，順 序和交替暴露步驟304、 306的次序可以顛倒，即步驟306在步驟304之前 進(jìn)行，從而影響薄膜生長(zhǎng)和薄膜組成。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，順序暴露步驟304和306的每一個(gè)可獨(dú) 立地重復(fù)預(yù)定次數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果步驟304以脈沖序列A表示而 步驟306以脈沖序列B表示，則沉積循環(huán)可包括AB，其中AB可重復(fù)預(yù) 定次數(shù)(即，ABABAB等)，直到形成期望的薄膜。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易 認(rèn)識(shí)到，可以采用各種其它的沉積循環(huán)，例如包括ABBABB、 AABAAB、 ABBB、 AAAB、 AABB、 AAABB，等等。然而，本發(fā)明的實(shí) 施方式并不限于這些沉積循環(huán)，因?yàn)榭梢圆捎肁和B的任意組合。使用這 些不同的沉積循環(huán)，可以沉積出含有不同量和不同深度剖面的第一和第二 稀土元素的稀土氧化物薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，為了形成包含三種或更多種不同的稀 土金屬元素的混合稀土氧化物薄膜，可以在圖3A所示的工藝流程中增加 額外的脈沖序列，這些脈沖序列包含含有不同稀土元素的額外稀土前驅(qū) 體。換言之，對(duì)于每種額外結(jié)合到薄膜中的稀土金屬元素，通過(guò)增加包含 稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體的氣體脈沖的脈沖序列，將額外的稀土 元素結(jié)合到薄膜中。在一個(gè)實(shí)施例中，可以增加包含第三稀土前驅(qū)體的氣 體脈沖和含氧氣體的氣體脈沖的脈沖序列C。因此， 一個(gè)沉積循環(huán)可例如 包括ABC、 ABBC、 ABCC等。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于這些沉 積循環(huán)，因?yàn)榭梢圆捎肁、 B和C的其它組合。
圖3B為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的形成混合稀土氧化物薄膜的 工藝流程圖。工藝流程320與圖3A的工藝流程310類(lèi)似，只是工藝流程 320還包括在每個(gè)氣體脈沖后吹掃或排空處理室的步驟。吹掃或排空步驟 可有助于在順序和交替的稀土前驅(qū)體與含氧氣體脈沖之間從處理室去除任 何未反應(yīng)的稀土前驅(qū)體、副產(chǎn)物和含氧氣體。在本文中，吹掃步驟還可包 括在吹掃過(guò)程中排空處理室。
工藝320開(kāi)始于步驟322，其中襯底(例如半導(dǎo)體襯底)被布置在 ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。在步驟324中，襯底被暴露于第一稀土 前驅(qū)體襯底的氣體脈沖，在步驟326中，處理室被吹掃或排空以從處理室 去除未反應(yīng)的第一稀土前驅(qū)體和任何副產(chǎn)物。在步驟328中，襯底被暴露 于含氧氣體的脈沖，在步驟330中，處理室被吹掃或排空以從處理室去除任何未反應(yīng)的含氧氣體或副產(chǎn)物。
在步驟332中，襯底被暴露于包含第二稀土前驅(qū)體的氣體脈沖，在步
驟334中，處理室被吹掃或排空以從處理室去除任何未反應(yīng)的第二稀土前 驅(qū)體和任何副產(chǎn)物。在步驟336中，襯底被暴露于含氧氣體的脈沖，在步 驟338中，處理室被吹掃或排空以從處理室去除任何未反應(yīng)的含氧氣體或 副產(chǎn)物。類(lèi)似于圖3A的工藝流程300，工藝流程320的暴露步驟324-330 可如工藝流程箭頭340所示重復(fù)預(yù)定次數(shù)，并暴露步驟332-338可如工藝 流程箭頭342所示重復(fù)預(yù)定次數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，暴露步驟 324-330與步驟332-338的組合可重復(fù)預(yù)定次數(shù)，如工藝流程箭頭344所 示。
圖3C是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的形成混合稀土氧化物薄膜的 工藝流程圖。如圖3C所示，工藝350開(kāi)始于步驟352，其中襯底(例如半 導(dǎo)體襯底)被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。在步驟354中，襯 底被暴露于包含多種(即至少兩種)具有不同稀土金屬元素的稀土前驅(qū)體 的氣體脈沖。因此，所述氣體脈沖包含多種不同的將被沉積在襯底上的稀 土金屬元素?？梢元?dú)立地控制氣體脈沖中每種稀土前驅(qū)體的相對(duì)濃度，以 調(diào)節(jié)得到的混合稀土氧化物薄膜的組成。在步驟356中，襯底被暴露于含 氧氣體的脈沖。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如工藝流程箭頭358所示， 順序暴露步驟354和356可重復(fù)預(yù)定次數(shù)。
圖3D是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的形成混合稀土氧化物薄膜的 工藝流程圖。工藝流程360類(lèi)似于圖3C的工藝流程350，只是還包括在每 個(gè)氣體脈沖后吹掃或排空處理室的步驟。工藝360開(kāi)始于步驟362，其中 襯底(例如半導(dǎo)體襯底)被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。
在步驟364中，襯底被暴露于包含多種具有不同稀土金屬元素的稀土 前驅(qū)體的氣體脈沖，在步驟366中，處理室被吹掃或排空以從處理室去除 未反應(yīng)的稀土前驅(qū)體和任何副產(chǎn)物。在步驟368中，襯底被暴露于含氧氣 體的脈沖，在步驟370中，處理室被吹掃或排空以從處理室去除任何過(guò)量 的含氧氣體或副產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，暴露步驟364-370與 可重復(fù)預(yù)定次數(shù)，如工藝流程箭頭372所示。混合稀土氮化物薄膜
圖4A-4B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土氮化物薄膜的
工藝流程圖。圖4A-4B的工藝流程可通過(guò)圖1/2的ALD/PEALD系統(tǒng) 1/101實(shí)施，或通過(guò)被配置用于進(jìn)行ALD/PEALD工藝的任何其它合適的 ALD/PEALD系統(tǒng)實(shí)施。
在圖4A中，工藝400開(kāi)始于步驟402，其中襯底(例如半導(dǎo)體襯底) 被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。在步驟404中，襯底被順序暴 露于包含第一稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氮?dú)怏w的氣體脈沖。在步驟406 中，襯底被順序暴露于第二稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氮?dú)怏w的氣體脈 沖。含氮?dú)怏w可包括NH3、 N2H4、等離子體激發(fā)氮或其組合，以及任選地 例如Ar的惰性氣體。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，第一稀土 (RE1)前驅(qū)體和第二稀土 (RE2)前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素，用于形成化學(xué)通式為 RElJlE2yN。的混合稀土氮化物薄膜，其中x、 y和n為非零數(shù)。如工藝流 程中的箭頭408所示，可以重復(fù)順序暴露步驟404和406預(yù)定次數(shù)，直到 形成了具有期望厚度的混合稀土氮化物薄膜。期望的薄膜厚度可依賴(lài)于半 導(dǎo)體器件的類(lèi)型或所形成的器件區(qū)域。例如，薄膜厚度可為約5-200埃， 或約5-40埃。
根據(jù)圖4A所示的實(shí)施方式，工藝流程400包括沉積循環(huán)，所述沉積 循環(huán)包括順序和交替暴露第一稀土前驅(qū)體的脈沖、含氮?dú)怏w的脈沖、第二 稀土前驅(qū)體的脈沖和含氮?dú)怏w的脈沖。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，工藝 流程400可包括任意次序的步驟404、 406、 408。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí) 施方式，順序和交替暴露步驟404、 406的次序可以顛倒，即步驟406在 步驟404之前進(jìn)行，從而影響薄膜生長(zhǎng)和薄膜組成。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，順序暴露步驟404和406的每一個(gè)可獨(dú) 立地重復(fù)預(yù)定次數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果步驟404以脈沖序列A表示而 步驟406以脈沖序列B表示，則沉積循環(huán)可包括AB，其中AB可重復(fù)預(yù) 定次數(shù)(即，ABABAB等)，直到形成期望的薄膜。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到，可以采用各種其它的沉積循環(huán)，例如包括ABBABB、 AABAAB、 ABBB、 AAAB、 AABB、 AAABB，等等。然而，本發(fā)明的實(shí) 施方式并不限于這些沉積循環(huán)，因?yàn)榭梢圆捎肁和B的任意組合。使用這 些不同的沉積循環(huán)，可以沉積出含有不同量和不同深度剖面的第一和第二 稀土元素的稀土氮化物薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，為了形成包含三種或更多種不同的稀 土金屬元素的混合稀土氮化物薄膜，可以在圖4A所示的工藝流程中增加 額外的脈沖序列，這些脈沖序列包含含有不同稀土元素的額外稀土前驅(qū) 體。換言之，對(duì)于每種額外結(jié)合到薄膜中的稀土金屬元素，通過(guò)增加包含 稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氮?dú)怏w的氣體脈沖的脈沖序列，將額外的稀土 元素結(jié)合到薄膜中。在一個(gè)實(shí)施例中，可以增加包含第三稀土前驅(qū)體的氣 體脈沖和含氮?dú)怏w的氣體脈沖的脈沖序列c。因此， 一個(gè)沉積循環(huán)可例如 包括ABC、 ABBC、 ABCC等。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于這些沉 積循環(huán)，因?yàn)榭梢圆捎肁、 B和C的其它組合。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，類(lèi)似于圖3B的工藝流程320，工藝流 程400還可包括在每個(gè)氣體脈沖后吹掃或排空處理室的步驟。吹掃或排空 步驟可有助于在交替的稀土前驅(qū)體與含氮?dú)怏w脈沖之間從處理室去除任何 未反應(yīng)的稀土前驅(qū)體、副產(chǎn)物和含氮?dú)怏w。
圖4B為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的形成混合稀土氮化物薄膜的 工藝流程圖。如圖4B所示，工藝410開(kāi)始于步驟412，其中襯底(例如半 導(dǎo)體襯底)被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。
在步驟414中，襯底被暴露于包含多種具有不同稀土金屬元素的稀土 前驅(qū)體的氣體脈沖。因此，所述氣體脈沖包含多種不同的將被沉積在襯底 上的稀土金屬元素?？梢元?dú)立地控制氣體脈沖中每種稀土前驅(qū)體的相對(duì)濃 度，以調(diào)節(jié)得到的混合稀土氮化物薄膜的組成。在步驟416中，襯底被暴 露于含氮?dú)怏w的脈沖。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如工藝流程箭頭418 所示，順序暴露步驟414和416可重復(fù)預(yù)定次數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，類(lèi)似于圖3D的工藝流程360，工藝 流程410還可包括在每個(gè)氣體脈沖后吹掃或排空處理室的步驟。吹掃或排空步驟可有助于在交替的氣體脈沖之間從處理室去除任何未反應(yīng)的稀土前 驅(qū)體、副產(chǎn)物和含氮?dú)怏w。
混合稀土氧氮化物薄膜
圖5A-5B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土氧氮化物薄膜
的工藝流程圖。圖5A-5B的工藝流程可通過(guò)圖1/2的ALD/PEALD系統(tǒng) 1/101實(shí)施，或通過(guò)被配置用于進(jìn)行ALD/PEALD工藝的任何其它合適的 ALD/PEALD系統(tǒng)實(shí)施。
在圖5A中，工藝500開(kāi)始于步驟502，其中襯底(例如半導(dǎo)體襯底) 被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。在步驟504中，襯底被順序暴 露于包含第一稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體、含氮?dú)怏w或含氧和氮的 氣體的氣體脈沖。在步驟506中，襯底被順序暴露于第二稀土前驅(qū)體的氣 體脈沖和含氧氣體、含氮?dú)怏w或含氧和氮的氣體的氣體脈沖。含氧氣體可 包括02、 H20、 H202、 NO、 N02、 N20、臭氧、等離子體激發(fā)氧或其組 合，以及任選地例如Ar的惰性氣體。含氮?dú)怏w可包括NH3、 N2H4、 NO、 N02、 N20、等離子體激發(fā)氮或其組合，以及任選地例如Ar的惰性氣體。 為了將氧和氮結(jié)合到薄膜中，步驟504和506的組合應(yīng)當(dāng)包括至少一種含 氧的氣體脈沖和至少一種含氮的氣體脈沖。顯然，包括NO、 N02或N20 的氣體既含氧也含氮。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，第一稀土 (RE1)前驅(qū)體和第二稀土 (RE2)前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素，用于形成化學(xué)通式為 REURE2yOmNn的混合稀土氧氮化物薄膜，其中x、 y、 m和n為非零數(shù)。 如工藝流程中的箭頭508所示，可以重復(fù)順序暴露歩驟504和506預(yù)定次 數(shù)，直到形成了具有期望厚度的混合稀土氧氮化物薄膜。期望的薄膜厚度 可依賴(lài)于半導(dǎo)體器件的類(lèi)型或所形成的器件區(qū)域。例如，薄膜厚度可為約 5-200埃，或約5-40埃。
根據(jù)圖5A所示的實(shí)施方式，工藝流程500包括沉積循環(huán)，所述沉積 循環(huán)包括順序和交替暴露第一稀土前驅(qū)體的脈沖、含氧、含氮或含氧和氮 的氣體的脈沖、第二稀土前驅(qū)體的脈沖和含氧、含氮或含氧和氮的氣體的脈沖。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，順序和交替暴露步驟504、 506的 次序可以顛倒，即步驟506在步驟504之前進(jìn)行，從而影響薄膜生長(zhǎng)和薄 膜組成。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，順序暴露步驟504和506的每一個(gè)可獨(dú) 立地重復(fù)預(yù)定次數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果步驟504以脈沖序列A表示而 步驟506以脈沖序列B表示，則沉積循環(huán)可包括AB，其中AB可重復(fù)預(yù) 定次數(shù)(即，ABABAB等)，直到形成期望的薄膜。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易 認(rèn)識(shí)到，可以采用各種其它的沉積循環(huán)，例如包括ABBABB、 AABAAB、 ABBB、 AAAB、 AABB、 AAABB，等等。然而，本發(fā)明的實(shí) 施方式并不限于這些沉積循環(huán)，因?yàn)榭梢圆捎肁和B的任意組合。使用這 些不同的沉積循環(huán)，可以沉積出含有不同量和不同深度剖面的第一和第二 稀土元素、氧、氮的稀土氧氮化物薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，為了形成包含三種或更多種不同的稀 土金屬元素的混合稀土氧氮化物薄膜，可以在圖5A所示的工藝流程中增 加額外的脈沖序列，這些脈沖序列包含含有不同稀土元素的額外稀土前驅(qū) 體。換言之，對(duì)于每種額外結(jié)合到薄膜中的稀土金屬元素，通過(guò)增加包含 稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧、含氮或含氧和氮的氣體的氣體脈沖的脈沖 序列，將額外的稀土元素結(jié)合到薄膜中。在一個(gè)實(shí)施例中，可以增加包含 第三稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧、含氮或含氧和氮的氣體的氣體脈沖的 脈沖序列C。因此， 一個(gè)沉積循環(huán)可例如包括ABC、 ABBC、 ABCC等。 然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于這些沉積循環(huán)，因?yàn)榭梢圆捎肁、 B和 C的其它組合。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，類(lèi)似于圖3B的工藝流程320，工藝流 程500還可包括在每個(gè)氣體脈沖后吹掃或排空處理室的步驟。吹掃或排空 步驟可有助于在交替的稀土前驅(qū)體與含氧和含氧的氣體脈沖之間從處理室 去除任何未反應(yīng)的稀土前驅(qū)體、副產(chǎn)物、含氧氣體和含氮?dú)怏w。
圖5B為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的形成混合稀土氧氮化物薄膜 的工藝流程圖。如圖5B所示，工藝510開(kāi)始于步驟512，其中襯底(例如 半導(dǎo)體襯底)被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。在步驟514中，襯底被暴露于包含多種具有不同稀土金屬元素的稀土 前驅(qū)體的氣體脈沖。因此，所述氣體脈沖包含多種(即至少兩種)不同的 將被沉積在襯底上的稀土金屬元素?？梢元?dú)立地控制氣體脈沖中每種稀土 前驅(qū)體的相對(duì)濃度，以調(diào)節(jié)得到的混合稀土氧氮化物薄膜的組成。在步驟 516中，襯底被暴露于含氧氣體、含氮?dú)怏w或含氧和氮的氣體的脈沖。根
據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如工藝流程箭頭518所示，順序暴露步驟514 和516可重復(fù)預(yù)定次數(shù)。為了將氧和氮結(jié)合到薄膜中，步驟514和516的 組合應(yīng)當(dāng)包括至少一種含氧的氣體脈沖和至少一種含氮的氣體脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，類(lèi)似于圖3D的工藝流程360，工藝 流程510還可包括在每個(gè)氣體脈沖后吹掃或排空處理室的步驟。吹掃或排 空步驟可有助于在交替的氣體脈沖之間從處理室去除任何未反應(yīng)的稀土前 驅(qū)體、副產(chǎn)物含氧氣體或含氮?dú)怏w。
混合稀土鋁酸鹽薄膜
圖6A-6B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土鋁酸鹽薄膜的 工藝流程圖。圖6A-6B的工藝流程可通過(guò)圖1/2的ALD/PEALD系統(tǒng) 1/101實(shí)施，或通過(guò)被配置用于進(jìn)行ALD/PEALD工藝的任何其它合適的 ALD/PEALD系統(tǒng)實(shí)施。
在圖6A中，工藝600開(kāi)始于步驟602，其中襯底(例如半導(dǎo)體襯底) 被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。在步驟604中，襯底被順序暴 露于包含第一稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體的氣體脈沖。在步驟606 中，襯底被順序暴露于第二稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體的氣體脈 沖。在步驟608中，襯底被順序暴露于鋁前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體的 氣體脈沖。含氧氣體可包括02、 H20、 H202、臭氧、等離子體激發(fā)氧或其 組合，以及任選地例如Ar的惰性氣體。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，第一稀土 (RE1)前驅(qū)體和第二稀土 (RE2)前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素，用于形成化學(xué)通式為 RElJlE2yAlaOm的混合稀土鋁酸鹽薄膜，其中x、 y、 a和m為非零數(shù)。如 工藝流程中的箭頭614所示，可以重復(fù)順序暴露步驟604、 606和608預(yù)定次數(shù)，直到形成了具有期望厚度的混合稀土鋁酸鹽薄膜。期望的薄膜厚度 可依賴(lài)于半導(dǎo)體器件的類(lèi)型或所形成的器件區(qū)域。例如，薄膜厚度可為約
5-200埃，或約5-40埃。
根據(jù)圖6A所示的實(shí)施方式，工藝流程600包括沉積循環(huán)，所述沉積 循環(huán)包括順序和交替暴露第一稀土前驅(qū)體的脈沖、含氧氣體的脈沖、第二 稀土前驅(qū)體的脈沖、含氧氣體的脈沖、鋁前驅(qū)體的脈沖和含氧氣體的脈 沖。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，順序和交替暴露步驟604、 606、 608 的次序可以改變，從而影響薄膜生長(zhǎng)和薄膜組成。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，順序暴露步驟604、 606和608的每一 個(gè)可獨(dú)立地重復(fù)預(yù)定次數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果步驟604以脈沖序列A 表示、步驟606以脈沖序列B表示而步驟608以脈沖序列X表示，則沉積 循環(huán)可包括ABX，其中ABX可重復(fù)預(yù)定次數(shù)(即，ABXABXABX 等)，直到形成期望的薄膜。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到，可以采用各種 其它的沉積循環(huán)，例如包括AABXAABX、 ABBXABBX、 ABXXABXX、 AABXABBX，等等。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于這些沉積循環(huán)， 因?yàn)榭梢圆捎肁、 B和X的任意組合。使用這些不同的沉積循環(huán)，可以沉 積出含有不同量和不同深度剖面的第一和第二稀土元素以及鋁的稀土鋁酸 鹽薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，為了形成包含三種或更多種不同的稀 土金屬元素的混合稀土鋁酸鹽薄膜，可以在圖6A所示的工藝流程中增加 額外的脈沖序列，這些脈沖序列包含含有不同稀土元素的額外稀土前驅(qū) 體。換言之，對(duì)于每種額外結(jié)合到薄膜中的稀土金屬元素，通過(guò)增加包含 稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體的氣體脈沖的脈沖序列，將額外的稀土 元素結(jié)合到薄膜中。在一個(gè)實(shí)施例中，可以增加包含第三稀土前驅(qū)體的氣 體脈沖和含氧氣體的氣體脈沖的脈沖序列C。因此， 一個(gè)沉積循環(huán)可例如 包括ABCX、 ABBCX、 ABCCX等。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于這 些沉積循環(huán)，因?yàn)榭梢圆捎肁、 B、 C和X的其它組合。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，工藝流程600還包括在每個(gè)氣體脈沖 后吹掃或排空處理室的步驟。吹掃或排空步驟可有助于在交替的稀土前驅(qū)體、含氧氣體和含鋁氣體的脈沖之間從處理室去除任何未反應(yīng)的稀土前驅(qū) 體、副產(chǎn)物、鋁前驅(qū)體和含氧氣體。
如工藝流程箭頭612所示，暴露步驟604和606可順序重復(fù)預(yù)定次 數(shù)，如工藝流程箭頭610所示，暴露步驟606和608可順序重復(fù)預(yù)定次 數(shù)。此外，如工藝流程箭頭614所示，暴露步驟604、 606和608可重復(fù)預(yù)
定次數(shù)。
圖6B為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的形成混合稀土鋁酸鹽薄膜的 工藝流程圖。如圖6B所示，工藝620開(kāi)始于步驟622，其中襯底(例如半 導(dǎo)體襯底)被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。
在步驟624中，襯底被暴露于包含多種具有不同稀土金屬元素的稀土 前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體的氣體脈沖?？梢元?dú)立地控制每種稀土前驅(qū) 體的相對(duì)濃度，以調(diào)節(jié)得到的混合稀土鋁酸鹽薄膜的組成。在步驟626 中，襯底被順序暴露于鋁前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體的氣體脈沖。根據(jù) 本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如工藝流程箭頭628所示，順序暴露步驟624和 626可重復(fù)預(yù)定次數(shù)。此外，暴露步驟624和626可各自獨(dú)立地重復(fù)預(yù)定
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，工藝流程620還可包括在每個(gè)氣體脈 沖后吹掃或排空處理室的步驟。吹掃或排空步驟可有助于從處理室去除任 何未反應(yīng)的稀土前驅(qū)體、副產(chǎn)物、含氧氣體和鋁前驅(qū)體。
混合稀土鋁氮化物薄膜
圖7A-7B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土鋁氮化物薄膜 的工藝流程圖。圖7A-7B的工藝流程可通過(guò)圖1/2的ALD/PEALD系統(tǒng) 1/101實(shí)施，或通過(guò)被配置用于進(jìn)行ALD/PEALD工藝的任何其它合適的 ALD/PEALD系統(tǒng)實(shí)施。
在圖7A中，工藝700開(kāi)始于步驟702，其中襯底(例如半導(dǎo)體襯底) 被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。在步驟704中，襯底被順序暴 露于包含第一稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氮?dú)怏w的氣體脈沖。在步驟706 中，襯底被順序暴露于第二稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氮?dú)怏w的氣體脈沖。在步驟708中，襯底被順序暴露于鋁前驅(qū)體的氣體脈沖和含氮?dú)怏w的
氣體脈沖。含氮?dú)怏w可包括NH3、 N2H4、等離子體激發(fā)氮或其組合，以及 任選地例如Ar的惰性氣體。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，第一稀土 (RE1)前驅(qū)體和第二稀土 (RE2)前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素，用于形成化學(xué)通式為 RElxRE2yAlaNn的混合稀土鋁氮化物薄膜，其中x、 y、 a和n為非零數(shù)。 如工藝流程中的箭頭714所示，可以重復(fù)順序暴露步驟704、 706和708預(yù) 定次數(shù)，直到形成了具有期望厚度的混合稀土鋁氮化物薄膜。期望的薄膜 厚度可依賴(lài)于半導(dǎo)體器件的類(lèi)型或所形成的器件區(qū)域。例如，薄膜厚度可 為約5-200埃，或約5-40埃。
根據(jù)圖7A所示的實(shí)施方式，工藝流程700包括沉積循環(huán)，所述沉積 循環(huán)包括順序和交替暴露第一稀土前驅(qū)體的脈沖、含氮?dú)怏w的脈沖、第二 稀土前驅(qū)體的脈沖、含氮?dú)怏w的脈沖、鋁前驅(qū)體的脈沖和含氮?dú)怏w的脈 沖。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，順序和交替暴露步驟704、 706、 708 的次序可以改變，從而影響薄膜生長(zhǎng)和薄膜組成。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)。施方式，順序暴露步驟704、 706和708的每一 個(gè)可獨(dú)立地重復(fù)預(yù)定次數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果步驟704以脈沖序列A 表示、步驟706以脈沖序列B表示、而步驟708以脈沖序列X表示，則沉 積循環(huán)可包括ABX，其中ABX可重復(fù)預(yù)定次數(shù)(即，ABXABXABX 等)，直到形成期望的薄膜。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到，可以采用各種 其它的沉積循環(huán)，例如包括AABXAABX、 ABBXABBX、 ABXXABXX、 AABXABBX，等等。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于這些沉積循環(huán)， 因?yàn)榭梢圆捎肁、 B和X的任意組合。使用這些不同的沉積循環(huán)，可以沉 積出含有不同量和不同深度剖面的第一和第二稀土元素以及鋁的稀土鋁氮 化物薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，為了形成包含多種不同的稀土金屬元 素的混合稀土鋁氮化物薄膜，可以在圖7A所示的工藝流程中增加額外的 脈沖序列，這些脈沖序列包含含有不同稀土元素的額外稀土前驅(qū)體。換言 之，對(duì)于每種額外結(jié)合到薄膜中的稀土金屬元素，通過(guò)增加包含稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氮?dú)怏w的氣體脈沖的脈沖序列，將額外的稀土元素結(jié)合 到薄膜中。在一個(gè)實(shí)施例中，可以增加包含第三稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和 含氮?dú)怏w的氣體脈沖的脈沖序列C。因此， 一個(gè)沉積循環(huán)可例如包括
ABCX、 ABBCX、 ABCCX等。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于這些沉 積循環(huán)，因?yàn)榭梢圆捎肁、 B、 C和X的其它組合。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，為了形成包含多種不同的稀土金屬元 素的混合稀土氧化物薄膜，可以在圖7A所示的工藝流程中增加額外的脈 沖序列，這些脈沖序列包含含有不同稀土元素的額外稀土前驅(qū)體。換言 之，對(duì)于每種額外結(jié)合到薄膜中的稀土金屬元素，通過(guò)增加包含稀土前驅(qū) 體的氣體脈沖和含氮?dú)怏w的氣體脈沖的脈沖序列，將額外的稀土元素結(jié)合 到薄膜中。在一個(gè)實(shí)施例中，可以增加包含第三稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和 含氧氣體的氣體脈沖的脈沖序列C。因此， 一個(gè)沉積循環(huán)可例如包括 ABCX、 ABBCX、 ABCCX等。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于這些沉 積循環(huán)，因?yàn)榭梢圆捎肁、 B、 C和X的其它組合。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，工藝流程700還包括在每個(gè)氣體脈沖 后吹掃或排空處理室的歩驟。吹掃或排空步驟可有助于在交替的稀土前驅(qū) 體、含氮?dú)怏w和含鋁氣體的脈沖之間從處理室去除任何未反應(yīng)的稀土前驅(qū) 體、副產(chǎn)物、鋁前驅(qū)體和含氮?dú)怏w。
如工藝流程箭頭712所示，暴露步驟704和706可順序重復(fù)預(yù)定次 數(shù)，如工藝流程箭頭710所示，暴露步驟706和708可順序重復(fù)預(yù)定次 數(shù)。此外，如工藝流程箭頭714所示，暴露步驟704、 706和708可重復(fù)預(yù) 定次數(shù)。
圖7B為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的形成混合稀土鋁氮化物薄膜 的工藝流程圖。如圖7B所示，工藝720開(kāi)始于步驟722，其中襯底(例如 半導(dǎo)體襯底)被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。
在步驟724中，襯底被暴露于包含多種具有不同稀土金屬元素的稀土 前驅(qū)體的氣體脈沖和含氮?dú)怏w的氣體脈沖?？梢元?dú)立地控制每種稀土前驅(qū) 體的相對(duì)濃度，以調(diào)節(jié)得到的混合稀土鋁氮化物薄膜的組成。在步驟726 中，襯底被順序暴露于鋁前驅(qū)體的氣體脈沖和含氮?dú)怏w的氣體脈沖。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如工藝流程箭頭728所示，順序暴露步驟724和 726可重復(fù)預(yù)定次數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，工藝流程720還可包括在每個(gè)氣體脈 沖后吹掃或排空處理室的步驟。吹掃或排空步驟可有助于從處理室去除任 何未反應(yīng)的稀土前驅(qū)體、副產(chǎn)物、含氮?dú)怏w和鋁前驅(qū)體。
混合稀土鋁氧氮化物薄膜
圖8A-8B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于形成混合稀土鋁氧氮化物薄 膜的工藝流程圖。圖8A-8B的工藝流程可通過(guò)圖1/2的ALD/PEALD系統(tǒng) 1/101實(shí)施，或通過(guò)被配置用于進(jìn)行ALD/PEALD工藝的任何其它合適的 ALD/PEALD系統(tǒng)實(shí)施。
在圖8A中，工藝800開(kāi)始于步驟802，其中襯底(例如半導(dǎo)體襯底) 被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。在步驟804中，襯底被順序暴 露于包含第一稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體、含氮?dú)怏w或含氧和氮的 氣體的氣體脈沖。在步驟806中，襯底被順序暴露于第二稀土前驅(qū)體的氣 體脈沖和含氧氣體、含氮?dú)怏w或含氧和氮的氣體的氣體脈沖。在步驟808
中，襯底被順序暴露于鋁前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧氣體、含氮?dú)怏w或含氧 和氮的氣體的氣體脈沖。含氧氣體可包括02、 H20、 H202、 NO、 N02、 N20、臭氧、等離子體激發(fā)氧或其組合，以及任選地例如Ar的惰性氣體。 含氮?dú)怏w可包括NH3、 N2H4、 NO、 N02、 N20、等離子體激發(fā)氮或其組 合，以及任選地例如Ar的惰性氣體。為了將氧和氮結(jié)合到薄膜中，步驟 804和806的組合應(yīng)當(dāng)包括至少一種含氧的氣體脈沖和至少一種含氮的氣 體脈沖。顯然，包括NO、 N02或N20的氣體既含氧也含氮。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，第一稀土 (RE1)前驅(qū)體和第二稀土 (RE2)前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素，用于形成化學(xué)通式為 REURE2yAU)mNn的混合稀土鋁氧氮化物薄膜，其中x、 y、 a、 m和n為 非零數(shù)。如工藝流程中的箭頭814所示，可以重復(fù)順序暴露步驟804、 806 和808預(yù)定次數(shù)，直到形成了具有期望厚度的混合稀土鋁氧氮化物薄膜。 期望的薄膜厚度可依賴(lài)于半導(dǎo)體器件的類(lèi)型或所形成的器件區(qū)域。例如，薄膜厚度可為約5-200埃，或約5-40埃。
根據(jù)圖8A所示的實(shí)施方式，工藝流程800包括沉積循環(huán)，所述沉積
循環(huán)包括順序和交替暴露于第一稀土前驅(qū)體的脈沖，含氧、含氮或含氧
和氮的氣體的脈沖，第二稀土前驅(qū)體的脈沖，含氧、含氮或含氧和氮的氣 體的脈沖，鋁前驅(qū)體的脈沖，和含氧、含氮或含氧和氮的氣體的脈沖。根
據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，順序和交替暴露步驟804、 806、 808的次序 可以改變，從而影響薄膜生長(zhǎng)和薄膜組成。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，順序暴露步驟804、 806和808的每一 個(gè)可獨(dú)立地重復(fù)預(yù)定次數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果步驟804以脈沖序列A 表示、步驟806以脈沖序列B表示而步驟808以脈沖序列X表示，則沉積 循環(huán)可包括ABX，其中ABX可重復(fù)預(yù)定次數(shù)(即，ABXABXABX 等)，直到形成期望的薄膜。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到，可以采用各種 其它的沉積循環(huán)，例如包括AABXAABX、 ABBXABBX、 ABXXABXX、 AABXABBX，等等。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于這些沉積循環(huán)， 因?yàn)榭梢圆捎肁、 B和X的任意組合。使用這些不同的沉積循環(huán)，可以沉 積出含有不同量和不同深度剖面的第一和第二稀土元素、鋁、氮和氧的稀 土鋁氧氮化物薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，為了形成包含三種或更多種不同的稀 土金屬元素的混合稀土鋁氧氮化物薄膜，可以在圖8A所示的工藝流程中 增加額外的脈沖序列，這些脈沖序列包含含有不同稀土元素的額外稀土前 驅(qū)體。換言之，對(duì)于每種額外結(jié)合到薄膜中的稀土金屬元素，通過(guò)增加包 含稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧、含氮或含氧和氮的氣體的氣體脈沖的脈 沖序列，將額外的稀土元素結(jié)合到薄膜中。在一個(gè)實(shí)施例中，可以增加包 含第三稀土前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧、含氮或含氧和氮的氣體的氣體脈沖 的脈沖序列C。因此， 一個(gè)沉積循環(huán)可例如包括ABCX、 ABBCX、 ABCCX等。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于這些沉積循環(huán)，因?yàn)榭梢?采用A、 B、 C和X的其它組合。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，工藝流 程800還包括在每個(gè)氣體脈沖后吹掃或排空處理室的步驟。吹掃或排空步 驟可有助于在交替的稀土前驅(qū)體、含氧氣體、含氮?dú)怏w和含鋁氣體的脈沖之間從處理室去除任何未反應(yīng)的稀土前驅(qū)體、副產(chǎn)物、鋁前驅(qū)體、含氧氣 體和含氮?dú)怏w。
如工藝流程箭頭812所示，暴露步驟804和806可順序重復(fù)預(yù)定次 數(shù)，如工藝流程箭頭810所示，暴露步驟806和808可順序重復(fù)預(yù)定次 數(shù)。此外，如工藝流程箭頭814所示，暴露步驟804、 806和808可重復(fù)預(yù)
定次數(shù)。
圖8B為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的形成混合稀土鋁氧氮化物薄 膜的工藝流程圖。如圖8B所示，工藝820開(kāi)始于步驟822，其中襯底(例 如半導(dǎo)體襯底)被布置在ALD或PEALD系統(tǒng)的處理室中。
在步驟824中，襯底被暴露于包含多種具有不同稀土金屬元素的稀土 前驅(qū)體的氣體脈沖和含氧、含氮或含氧和氮的氣體的氣體脈沖?？梢元?dú)立 地控制每種稀土前驅(qū)體的相對(duì)濃度，以調(diào)節(jié)得到的混合稀土鋁氧氮化物薄 膜的組成。在步驟826中，襯底被順序暴露于鋁前驅(qū)體的氣體脈沖和含 氧、含氮或含氧和氮的氣體的氣體脈沖。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如 工藝流程箭頭828所示，順序暴露步驟824和826可重復(fù)預(yù)定次數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，工藝流程820還可包括在每個(gè)氣體脈 沖后吹掃或排空處理室的歩驟。吹掃或排空歩驟可有助于從處理室去除任 何未反應(yīng)的稀土前驅(qū)體、副產(chǎn)物、含氧氣體、含氮?dú)怏w和鋁前驅(qū)體。
圖9A和9B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的包含混合稀土基 材料的半導(dǎo)體器件的剖視圖。在示意性剖視圖中，并未示出場(chǎng)發(fā)射晶體管
(FET) 90和91的源區(qū)和漏區(qū)。圖9A中的FET 90包括半導(dǎo)體襯底92、 用作柵極電介質(zhì)的混合稀土基薄膜96以及薄膜96上的導(dǎo)電柵電極薄膜 98?；旌舷⊥粱∧?6可包含多種(即至少兩種)不同的稀土金屬元 素，所述稀土元素選自Y、 Lu、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Th、 Dy、 Ho、 Er、 Tm和Yb?；旌舷⊥粱∧?6可以是混合稀土氧化物薄 膜、混合稀土氮化物薄膜、混合稀土氧氮化物薄膜、混合稀土鋁酸鹽薄 膜、混合稀土鋁氮化物薄膜或混合稀土鋁氧氮化物薄膜?；旌舷⊥粱∧?96的厚度可為約5-200埃，或約5-40埃。FET 90還包括柵電極薄膜98，其厚度可例如為約5-10 nm并且可包含 多晶硅、金屬或含金屬的材料，所述金屬或含金屬的材料包括W、 WN、 WSix、 Al、 Mo、 Ta、 TaN、 TaSiN、 HfN、 HfSiN、 Ti、 TiN、 TiSiN、 Mo、 MoN、 Re、 Pt或Ru。
圖9B的FET 91與圖9A的FET 90類(lèi)似，只是還包括位于混合稀土基 薄膜％與襯底92之間的界面層94。界面層94可例如是氧化物層、氮化 物層或氧氮化物層。
根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方式，半導(dǎo)體器件可包括含有混合稀土基材料 的電容器。
盡管以上只是詳細(xì)描述了本發(fā)明的某些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員 很容易意識(shí)到，在實(shí)質(zhì)上不脫離本發(fā)明的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)的前提下，可以 對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行許多修改。因此，所有的這種修改均包含在本發(fā)明的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種形成混合稀土氧化物薄膜或混合稀土鋁酸鹽薄膜的方法，包括將襯底布置在處理室中；和將所述襯底暴露于氣體脈沖序列以沉積具有期望厚度的混合稀土氧化物薄膜或混合稀土鋁酸鹽薄膜，其中所述氣體脈沖序列以任意次序包括a)按順序，第一，將所述襯底暴露于包含第一稀土前驅(qū)體的氣體脈沖；第二，將所述襯底暴露于包含含氧氣體的氣體脈沖；b)按順序，第一，將所述襯底暴露于包含第二稀土前驅(qū)體的氣體脈沖；第二，將所述襯底暴露于包含所述含氧氣體的氣體脈沖，其中所述第一和第二稀土前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素；和c)任選地，按順序，第一，先將所述襯底暴露于包含鋁前驅(qū)體的氣體脈沖；第二，將所述襯底暴露于包含所述含氧氣體的氣體脈沖，其中，a)、b)和任選的c)中的每一個(gè)任選地重復(fù)任意期望次數(shù)，并且其中，包括a)、b)和任選的c)的所述氣體脈沖序列以任意次序任選地重復(fù)任意期望次數(shù)，從而得到所述期望厚度。
2. 如權(quán)利要求1的方法，其中，所述第一和第二稀土前驅(qū)體中的所述 稀土金屬元素選自Y、 Lu、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Th、 Dy、 Ho、 Er、 Tm和Yb。
3. 如權(quán)利要求1的方法，其中，所述含氧氣體包括02、 H20、 H202、 臭氧或等離子體激發(fā)氧或其中兩種或更多種的組合。
4. 如權(quán)利要求1的方法，其中，a)包括 交替進(jìn)行第一和第二暴露步驟多次。
5. 如權(quán)利要求1的方法，其中，b)包括 交替進(jìn)行第一和第二暴露步驟多次。
6. 如權(quán)利要求1的方法，其中，c)包括 交替進(jìn)行第一和第二暴露步驟多次。
7. 如權(quán)利要求1的方法，還包括在a) 、 b)或c)中至少一個(gè)之后吹掃或排空所述處理室。
8. 如權(quán)利要求1的方法，還包括在a) 、 b)或C)中至少一個(gè)中的 第一和第二暴露步驟之間吹掃或排空所述處理室。
9. 如權(quán)利要求1的方法，還包括進(jìn)行一個(gè)或更多個(gè)額外的暴露步驟，其中，每個(gè)額外的暴露步驟包 括按順序，第一，將所述襯底暴露于包含額外的稀土前驅(qū)體的氣體脈 沖；第二，將所述襯底暴露于包含所述含氧氣體的氣體脈沖，其中每種額 外的稀土前驅(qū)體包含與所述第一和第二稀土前驅(qū)體中的稀土金屬元素不同 的稀土金屬元素。
10. 如權(quán)利要求1的方法，其中，所述混合稀土氧化物薄膜或混合稀土鋁酸鹽薄膜的厚度為5-200埃。
11. 如權(quán)利要求1的方法，其中，a)和b)中的第一暴露步驟同時(shí)進(jìn) 行，并且a)和b)中的第二暴露步驟同時(shí)進(jìn)行，從而，按順序，第一，將所述襯底暴露于包含所述第一和第二稀土前驅(qū)體的氣體脈沖；第二，將所述襯底暴露于包含所述含氧氣體的氣體脈沖。
12. —種形成混合稀土氧化物薄膜的方法，包括a) 將襯底布置在處理室中；b) 將所述襯底暴露于包含多種稀土前驅(qū)體的氣體脈沖，其中每種稀土前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素；C)將所述襯底暴露于含氧氣體的氣體脈沖；和d)重復(fù)步驟b)和c)期望次數(shù)，以沉積具有期望厚度的混合稀土氧化物薄膜。
13. 如權(quán)利要求12的方法，其中，所述至少兩種稀土金屬元素選自 Y、 Lu、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Th、 Dy、 Ho、 Er、 Tm和Yb。
14. 如權(quán)利要求12的方法，其中，所述含氧氣體包括02、 H20、 H202、臭氧或等離子體激發(fā)氧或其中兩種或更多種的組合。
15. 如權(quán)利要求12的方法，還包括在至少一個(gè)暴露步驟之后吹掃或 排空所述處理室。
16. 如權(quán)利要求12的方法，其中，所述混合稀土氧化物薄膜的厚度為5-200埃。
17. —種形成混合稀土鋁酸鹽薄膜的方法，包括a) 將襯底布置在處理室中；b) 按順序，第一，將所述襯底暴露于包含多種稀土前驅(qū)體的氣體脈 沖，其中每種稀土前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素；第二，將所述襯底暴 露于包含含氧氣體的氣體脈沖；C)按順序，第一，將所述襯底暴露于包含鋁前驅(qū)體的氣體脈沖；第 二，將所述襯底暴露于包含含氧氣體的氣體脈沖；和d)重復(fù)步驟b) —C)期望次數(shù)，以沉積具有期望厚度的混合稀土鋁 酸鹽薄膜。
18. 如權(quán)利要求17的方法，其中，所述至少兩種稀土金屬元素選自 Y、 Lu、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Th、 Dy、 Ho、 Er、 Tm禾卩Yb。
19. 如權(quán)利要求17的方法，其中，所述含氧氣體包括02、 H20、 H202、臭氧或等離子體激發(fā)氧或其中兩種或更多種的組合。
20. 如權(quán)利要求17的方法，還包括在b)或c)中至少一個(gè)之后吹掃 或排空所述處理室。
21. 如權(quán)利要求17的方法，還包括在b)或c)中至少一個(gè)中的第一 和第二暴露步驟之間吹掃或排空所述處理室。
22. —種形成混合稀土鋁酸鹽薄膜的方法，包括a) 將襯底布置在處理室中；b) 將所述襯底暴露于包含多種稀土前驅(qū)體的氣體脈沖，其中每種稀 土前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素并包含鋁前驅(qū)體；C)將所述襯底暴露于含氧氣體的氣體脈沖；和c) 重復(fù)步驟b) —c)期望次數(shù)，以沉積具有期望厚度的混合稀土鋁酸鹽薄膜。
23. 如權(quán)利要求22的方法，其中，所述稀土金屬元素選自Y、 Lu、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Th、 Dy、 Ho、 Er、 Tm和Yb。
24. 如權(quán)利要求22的方法，其中，所述含氧氣體包括02、 H20、 H202、臭氧或等離子體激發(fā)氧或其中兩種或更多種的組合。
25.如權(quán)利要求22的方法，還包括在至少一個(gè)暴露步驟之后吹掃或 排空所述處理室。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種沉積柵極電介質(zhì)的方法，所述柵極電介質(zhì)包括至少兩種氧化物形式或鋁酸鹽形式的稀土金屬元素。所述方法包括將襯底(25，92)布置在處理室(10)中以及將襯底(25，92)暴露于包含第一稀土前驅(qū)體的氣體脈沖并暴露于包含第二稀土前驅(qū)體的氣體脈沖。襯底(25，92)還可任選地被暴露于包含鋁前驅(qū)體的氣體脈沖。在每個(gè)前驅(qū)體氣體脈沖之后，將襯底(25，92)暴露于含氧氣體的氣體脈沖。在替代性實(shí)施方式中，第一和第二稀土前驅(qū)體可一起被脈沖，并且二者之一或全部可與鋁前驅(qū)體一起被脈沖。第一和第二稀土前驅(qū)體包含不同的稀土金屬元素?？芍貜?fù)這種順序暴露步驟，以沉積具有期望厚度的混合稀土氧化物或鋁酸鹽層(96)。還可以在每個(gè)氣體脈沖之后進(jìn)行吹掃或排空步驟。
文檔編號(hào)C23C16/448GK101460658SQ200780020120
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者羅伯特·D·克拉克 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社