專利名稱：高k介電膜,及其形成方法和相關(guān)的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高k介電膜，及其形成方法和相關(guān)的半導(dǎo)體器件，具體涉及與集成電路中用于場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的柵極電介質(zhì)或溝槽電容器的電容器電介質(zhì)有關(guān)的高k介電膜。
背景技術(shù)：
為了形成諸如CMOS器件(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)、MOSFET器件(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或高存儲(chǔ)器件例如DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的半導(dǎo)體器件，通常需要在例如硅晶片的襯底上形成薄的、高介電常數(shù)(高k)的膜。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種技術(shù)用以在半導(dǎo)體晶片上形成這種薄膜。
在過(guò)去，柵極介電層使用二氧化硅形成。然而，上述器件的按比例縮小增加了對(duì)與二氧化硅相比具有更高的介電常數(shù)的柵極電介質(zhì)的要求。這需要達(dá)到超薄氧化物等效厚度(EOT，等效氧化物厚度)而不以柵極漏電流折衷。
詳細(xì)地說(shuō)，由于半導(dǎo)體器件已經(jīng)按比例縮小為更小的尺寸，因此有效柵極電介質(zhì)厚度已經(jīng)變得更薄。由于直接隧穿的原因，例如SiO2和SiOxNy的常規(guī)柵極電介質(zhì)的持續(xù)按比例縮放幾乎已經(jīng)達(dá)到很高的柵極漏電流的基本限制，其在低漏電流的按比例縮放的器件要求中是不可接受的。為了抑制高漏電流，幾種過(guò)渡金屬氧化物和硅酸鹽的高k膜已經(jīng)被研究來(lái)代替SiO2和SiOxNy，例如HfO2、ZrO2、鉿鋁酸鹽、鋯鋁酸鹽、鋯硅酸鹽、鉿硅酸鹽和諸如La2O3、Pr2O3、及Gd2O3之類的鑭系氧化物。
然而，這些常規(guī)材料已經(jīng)顯示出多個(gè)缺點(diǎn)。根據(jù)S.OHMT等人的“Rare earth metal oxide gate thin films prepared by E-beamdeposition”，International Workshop on Gate Insulator2001，Tokyo，Japan，得知ZrO2或HfO2已經(jīng)顯示出微晶體形成，結(jié)果產(chǎn)生高漏電流。
此外，從2002年的Tech.Dig.VLSI的第84頁(yè)的J.H.LEE等人的“Poly-Si gate CMOSFETs with HfO2-Al2O3laminate gatedielectric for low power applications”中得知HfO2-Al2O3疊層或鉿鋁酸鹽由于高k介電膜內(nèi)的固定電荷的緣故而具有嚴(yán)重的遷移率退化。
而且，TAKESHI，YAMAGUCHI等人的“Additional scatteringeffects for mobility degradation in Hf-silicate gate MISFETs”Tech.Dig.IEDM 2002報(bào)道在鋯硅酸鹽或鉿硅酸鹽的情況下，HfO2和SiO2區(qū)域中的膜通過(guò)高溫退火的相位分離也引起遷移率退化。
對(duì)于鑭系氧化物來(lái)說(shuō)，漏電流結(jié)果指示出鑭系氧化物可能是未來(lái)電介質(zhì)的選擇。然而，根據(jù)H.IWAI等人的“Advanced gate dielectricmaterials for Sub-100nm CMOS”，Tech.Dig.IEDM 2002，報(bào)道，這些鑭系氧化物在隨后的熱退火之后也在Si襯底上形成界面層，其可以表示這些鑭系氧化物的熱不穩(wěn)定性。
而且，從例如柵極層到Si襯底的諸如硼滲透的雜質(zhì)滲透是通過(guò)這些高k介電膜來(lái)解決的另一問(wèn)題。即使已知在HfSixOy上結(jié)合氮用來(lái)抑制這種例如硼滲透，并改善熱穩(wěn)定性，但是還報(bào)道了需要HfSixOyNz中超過(guò)80％的Si/[Si+Hf]比例的高Si含量來(lái)防止平帶電壓移動(dòng)，結(jié)果嚴(yán)重降低了膜的介電常數(shù)，即使是在30原子百分比的高氮含量的情況下(參見(jiàn)M.KOYAMA等人的“Effects of nitrogen inHfSiON gate dielectric on the electrical and thermalcharacteristics”，Tech.Dig.IEDM 2002，34-1)。該很高Si含量HfSixOyNz的低k介電膜就介電常數(shù)來(lái)說(shuō)與常規(guī)SiOxNy幾乎相同，并且考慮到代替SiOxNy則不再是有意義的。Si襯底上的相應(yīng)膜形成的其它技術(shù)問(wèn)題在于，在介電層和Si襯底之間的界面處的高氮濃度可被隨后的高熱退火引發(fā)而使遷移率退化。
因此，需要提供改善的高k介電膜，及其形成方法和相關(guān)的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，形成在襯底上的半導(dǎo)體器件的高k介電膜至少包括具有第一氮含量和第一硅含量的金屬硅氮氧化物的底層，和具有第二氮含量和第二硅含量的金屬硅氮氧化物的頂層，其中頂層的所述第二氮含量高于底層的所述第一氮含量，并且頂層的所述第二硅含量高于底層的所述第一硅含量。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，高k介電膜構(gòu)成多層堆疊，其包括形成在所述底層和所述頂層之間的金屬硅氮氧化物的至少一個(gè)中間層，其具有另一氮含量和另一硅含量，其中相應(yīng)的另一氮和硅含量在所述相應(yīng)的第一和第二氮和硅含量之間。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，頂層厚度等于或低于高k介電膜中的剩余層的厚度的總和。
形成高k介電膜的方法包括以下步驟，即在襯底上形成具有第一氮含量和第一硅含量的金屬硅氮氧化物的底層，以及形成具有第二氮含量和第二硅含量的金屬硅氮氧化物的頂層，其中所述第二氮含量高于所述第一氮含量，并且所述第二硅含量高于相應(yīng)層的所述第一硅含量。
為了進(jìn)一步改善遷移率，尤其是當(dāng)在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中用作柵極電介質(zhì)時(shí)，該方法進(jìn)一步包括在形成底層之前在襯底上形成氧化硅的襯底界面層的步驟。
另外，具有另一氮含量和另一硅含量的金屬硅氮氧化物的至少一個(gè)中間層形成在底層上，其中相應(yīng)的另一氮含量和另一硅含量高于前面層的所述氮含量和硅含量。
在替換實(shí)施例中，形成高k介電膜的方法包括以下步驟，即在襯底上形成具有第一硅含量的金屬硅氧化物的預(yù)底層，形成具有第二硅含量的金屬硅氧化物的預(yù)頂層，其中第二硅含量高于第一硅含量，并且執(zhí)行N2等離子體處理以將所述預(yù)底層轉(zhuǎn)變成具有第一氮含量的金屬硅氮氧化物底層，并將所述預(yù)頂層轉(zhuǎn)變成具有第二氮含量的金屬硅氮氧化物頂層，其中所述第二氮含量高于所述第一氮含量。
并且，在該替換實(shí)施例中，具有另一硅含量的金屬硅氧化物的至少一個(gè)中間層形成，其中相應(yīng)的另一硅含量高于前面層的硅含量，并且其中在N2等離子體處理期間，至少一個(gè)中間層被轉(zhuǎn)變成具有另一氮含量的至少一個(gè)金屬硅氮氧化物中間層，其中相應(yīng)的另一氮含量高于前面層的氮含量。


根據(jù)以下詳細(xì)描述并參考附圖，本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，其中圖1A和1B是示出用于制作根據(jù)第一實(shí)施例的高k介電膜的基本步驟的部分截面圖；圖2是根據(jù)第二實(shí)施例的高k介電膜的部分截面圖；圖3A～3D是示出用于制作根據(jù)第三實(shí)施例的高k介電膜的基本步驟的部分截面圖；圖4是使用高k介電膜的場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件的部分截面圖；以及圖5是使用高k介電膜的溝槽電容器的部分截面圖。
具體實(shí)施例方式
雖然本發(fā)明可允許各種修改和替換形式，但是其具體實(shí)施例在附圖中借助實(shí)例被示出，并在此被詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，該處的附圖和詳細(xì)描述并不旨在將本發(fā)明限制在所公開(kāi)的具體形式。相反，本發(fā)明將覆蓋落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價(jià)物和替換。
圖1A和1B示出說(shuō)明用于產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的高k介電膜的基本步驟的局部截面圖。
根據(jù)圖1A，單晶Si襯底1用作半導(dǎo)體襯底，在其表面上借助層淀積法形成金屬硅氮氧化物(MSixBOyBNzB)的底層B。
根據(jù)圖1B，在底層B的表面上，由相同的金屬硅氮氧化物形成頂層T，然而，具有不同的硅含量和氮含量。詳細(xì)地說(shuō)，淀積的頂層T構(gòu)成具有第二氮含量zT和第二硅含量xT的MSixTOyTNzT。底層和頂層B和T的第一和第二氮含量以及第一和第二硅含量xB和xT以這種方式來(lái)選擇，即頂層T的第二氮含量zT高于底層的第一氮含量zB，并且頂層T的第二硅含量xT高于底層的第一硅含量xB。
MSixOyNz層中的下標(biāo)x、y和z或xB、yB和zB或xT、yT和zT是表示分子中的原子百分比的正實(shí)數(shù)。相應(yīng)層中的氮原子百分比通過(guò)(z/(1+x+y+z))×100來(lái)計(jì)算。通常，Si和M(金屬)濃度分別用(x/(1+x))×100和(1/(1+x))×100來(lái)表示。
由此，根據(jù)圖1B所示的雙層堆疊構(gòu)成了具有改善特性的新的高k介電膜2。詳細(xì)地說(shuō)，該雙層堆疊的高氮含量頂層T對(duì)有效防止例如硼從摻硼的多晶硅電極(未示出)擴(kuò)散到場(chǎng)效應(yīng)器件溝道中起關(guān)鍵作用，而低氮含量底層B有助于防止該溝道和/或襯底1內(nèi)的遷移率退化。而且，由于金屬硅氮氧化物中的Si含量的降低與金屬含量的增加有關(guān)，而根據(jù)第一實(shí)施例的雙層堆疊的介電常數(shù)的增加提供了比類似的高Si含量金屬硅氮氧化物的現(xiàn)有技術(shù)更高的介電常數(shù)。因此，有可能進(jìn)一步按比例縮小有效的氧化物厚度(EOT)，同時(shí)防止尤其由直接隧穿引起的泄漏。
根據(jù)本發(fā)明，頂層T中的Si和N濃度需要高于底層B中的，例如xT＞xB，zT＞zB。相對(duì)于底層B的頂層T中的N和Si的比例進(jìn)一步取決于考慮什么金屬硅氧化物。在金屬硅氮氧化物層中的金屬M(fèi)是Hf的情況下，其是HfSixOyNz，HfSixOyNz的Si/(Hf+Si)比例需要在70％～95％的范圍內(nèi)，并且N濃度與30原子百分比一樣高。由此，對(duì)于使用Hf作為金屬的頂層T中的固定Si和N濃度來(lái)說(shuō)，底層B的N和Si含量需要低于頂層T的，并且N原子百分比在15％～25％的范圍內(nèi)，以及Si/(Hf+Si)比例在20％～60％的范圍內(nèi)。
關(guān)于不同層的厚度，應(yīng)當(dāng)注意頂層T應(yīng)當(dāng)具有比高k介電膜2內(nèi)的其它層之和的厚度更低的厚度，或者相等。即，根據(jù)第一實(shí)施例的雙層結(jié)構(gòu)的頂層T應(yīng)當(dāng)薄于或等于底層B。
在形成高k介電膜2之后，退火工藝(在N2或其它氣體中，在超過(guò)600℃的溫度下)有助于使層堆疊密度增加并減少缺陷，以改善高k介電膜2的質(zhì)量(尤其改善漏電流特性)。
圖2示出了根據(jù)第二實(shí)施例的高k介電膜的部分截面圖，其中相同的參考數(shù)字指的是相同或相應(yīng)的層，并省略了這些層的重復(fù)描述。
根據(jù)第二實(shí)施例，襯底界面層I形成在襯底1的表面上，而高k介電膜2的相應(yīng)的另外的層形成在該襯底界面層I的表面上。在Si襯底1的情況下，該襯底界面層優(yōu)選構(gòu)成氧化硅，其進(jìn)一步增加了襯底內(nèi)的遷移率，并減少了襯底1表面處的缺陷。
除了所示的根據(jù)第一和第二實(shí)施例的具有金屬硅氮氧化物底層和頂層的雙層MSixOyNz堆疊之外，至少另外的金屬硅氮氧化物的金屬層也可形成在所述底層B和所述頂層T之間，具有另一氮含量和另一硅含量，其中相應(yīng)的另一氮含量和另一硅含量在底層B和頂層T的所述第一和第二氮和硅含量之間。具體地說(shuō)，分別形成的中間層的另一氮含量和另一硅含量高于在前面步驟中形成的金屬硅氮氧化物的相應(yīng)的氮和硅含量。
頂層T的厚度也等于或低于高k介電膜或多層堆疊中剩余層的厚度總和，即底層和另外的中間層。
關(guān)于形成上述金屬硅氮氧化物層的優(yōu)選方法，物理汽相淀積(PVD)是淀積各種MSixOyNz層的方法之一。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在Ar/N2/O2氣氛中共濺射金屬，例如Hf、Zr、La、Pr、Gd和其它鑭系金屬，以及硅，被認(rèn)為形成金屬硅氮氧化物膜。這些金屬硅氮氧化物中的氮濃度和硅濃度可由N2流和硅濺射速率來(lái)控制。具有少量硅的高氮含量金屬硅氮氧化物可以在Si的共濺射期間使用高氮流來(lái)獲得。
作為實(shí)例之一，在本發(fā)明的基本概念中，可以形成高k介電膜2頂部處的高氮含量和高硅含量金屬硅氮氧化物，以及高k介電膜2的底部處的較低氮含量和較低硅含量，以使高k介電膜2的界面和(未示出的)通常形成在高k介電膜2頂部上的多晶硅電極保持熱穩(wěn)定。多晶硅電極淀積通常使用SiH4或Si2H6來(lái)執(zhí)行，其可以借助來(lái)自SiH4或Si2H6的氫引起金屬-O和金屬-N鍵的減少，可能產(chǎn)生缺陷，而又導(dǎo)致高漏電流。由于在金屬-O和金屬-N鍵的位置中的多個(gè)Si-N和Si-O鍵，在相應(yīng)的多晶硅淀積期間，金屬硅氮氧化物中的高氮濃度和高硅濃度抑制了氫和高k介電膜之間的反應(yīng)。當(dāng)使用金屬材料代替多晶硅作為形成在高k介電膜2表面上的電極時(shí)，產(chǎn)生類似的優(yōu)點(diǎn)。
由此，ZrSixOyNz、HfSixOyNz、LaSixOyNz、PrSixOyNz、GdSixOyNz、DySixOyNz、和其它結(jié)合氮的鑭系硅酸鹽可形成為高k介電膜。
圖3A～3D示出說(shuō)明用于制作根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的高k介電膜的基本步驟的部分截面圖，其中如同圖1和2中一樣，相同的參考數(shù)字指的是相同或相應(yīng)的層，因此在下面省略了這些層的重復(fù)描述。
根據(jù)第三實(shí)施例，通過(guò)替換方法形成三層堆疊以提供高k介電膜2。
根據(jù)圖3A，再次地，襯底界面層I優(yōu)選通過(guò)熱工藝直接形成在襯底1的表面上。由此，SiO2-襯底界面層I形成在Si襯底1上。接著，具有低第一硅含量xB的金屬硅氧化物的預(yù)底層B1優(yōu)選借助淀積形成在襯底界面層I上。
根據(jù)圖3B，具有另一硅含量xM的金屬硅氧化物的預(yù)中間層M1淀積在具有第一硅含量xB的預(yù)底層B1上。再次地，預(yù)中間層M1或另外的層的另一硅含量xM高于底層B1的硅含量，或者(如果使用多個(gè)中間層的話)高于前面層的硅含量。
根據(jù)圖3C，具有第二硅含量xT的金屬硅氧化物的預(yù)頂層T1形成在至少一個(gè)預(yù)中間層M1上。而且，預(yù)頂層T1的第二硅含量xT高于預(yù)中間層M1的硅含量，其高于預(yù)底層B1的硅含量。
此外，對(duì)金屬硅氧化物層進(jìn)行N2等離子體處理形成SiN鍵而不是金屬-N鍵，由于在不同層中的Si含量不同時(shí)，N2等離子體處理之后的氮含量也分別不同。
具體地說(shuō)，已知HfSixOy可通過(guò)多種淀積方法形成，例如MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積)、PVD(物理汽相淀積)和ALD(原子層淀積)。在MOCVD的情況下，HfSixOy，兩個(gè)前體，Hf的Hf[N(C2H5)2]4和Si的Si[N(CH3)2]4連同O2一起流入反應(yīng)器中以淀積HfSixOy。在硅酸鹽淀積期間，HfSixOy中的SiO2摩爾分?jǐn)?shù)可由工藝參數(shù)來(lái)控制，例如溫度、壓力和兩個(gè)前體流速。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)溫度從325℃增加到650℃可以將HfSixOy中的SiO2摩爾分?jǐn)?shù)從約20％增加到65％。工藝壓力從400Pa(3Torr)變到1065Pa(8Torr)導(dǎo)致SiO2摩爾分?jǐn)?shù)從30％增加到45％。
在本發(fā)明的基本概念中，本發(fā)明的第三實(shí)施例使用MOCVD HfSixOy依次用于淀積低SiO2含量HfSixBOyB和高SiO2含量HfSixTOyT淀積在高k介電膜2的底部和頂部處，其后是N2等離子體處理。在N2等離子體硝化之后，膜2的頂層T示出高氮含量，并且底層B示出低氮含量。
由于MOCVD Zr硅酸鹽代替了MOCVD Hf硅酸鹽，要求前體僅改變?yōu)橛糜赯r硅酸鹽的Zr[N(C2H5)2]4和Si[N(CH3)2]4。
使用MOCVD Hf硅酸鹽或Zr硅酸鹽的Hf或Zr氮氧化硅堆疊的該實(shí)施例可擴(kuò)充為用于MOCVD鑭系硅酸鹽，即使多種鑭系MOCVD工藝也是可以的。
由此，根據(jù)圖3D，在執(zhí)行N2等離子體處理之后，預(yù)底層B1、預(yù)中間層M1和預(yù)頂層T1轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的金屬硅氮氧化物底層B、中間層M和頂層T。
而且，在N2等離子體處理之后的退火工藝可被認(rèn)為能緩解等離子體對(duì)高k介電膜2的損傷，以使高k介電膜致密，并減少高k膜堆疊中的缺陷和雜質(zhì)。
圖4示出使用包括高k介電膜作為柵極電介質(zhì)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體器件的部分截面圖。
根據(jù)圖4，源區(qū)S、漏區(qū)D以及源區(qū)和漏區(qū)之間的溝道區(qū)設(shè)置在半導(dǎo)體襯底1中。根據(jù)本發(fā)明，高k介電膜2用作柵極電介質(zhì)，并形成在溝道區(qū)上，而柵極層形成在所述柵極電介質(zhì)2上。此外，在柵極堆疊的側(cè)壁處可設(shè)置隔離物SP，以形成源區(qū)和漏區(qū)S和D。當(dāng)柵極層3優(yōu)選包括多晶硅時(shí)，它還可以構(gòu)成金屬柵極，由此改善半導(dǎo)體器件的電特性。
圖5示出半導(dǎo)體器件的部分截面圖，其中高k介電膜用作電容器電介質(zhì)。
根據(jù)圖5，為了例如在DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)半導(dǎo)體器件中實(shí)現(xiàn)所謂的溝槽電容器，在硅襯底1內(nèi)設(shè)置深溝槽或孔。在溝槽的下部附近的襯底1中形成第二電極5之后，在溝槽或孔的表面上設(shè)置高k介電膜2。填充材料4用作所得到的電容器的第一電極，其通常是高摻雜的多晶硅或淀積的金屬。
由此，新的高k介電膜顯著改善了半導(dǎo)體器件的電特性，由此能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的集成密度。
得益于該公開(kāi)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明被認(rèn)為能提供高k介電膜，及其形成方法和相關(guān)的半導(dǎo)體器件，其具有通過(guò)降低隧穿電流產(chǎn)生的改善的漏電流以及改善的擴(kuò)散阻擋特性。本發(fā)明的各個(gè)方面的另外的修改和替換實(shí)施例將由于該描述而對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而顯而易見(jiàn)。
附圖標(biāo)記列表1襯底2高k介電膜3柵極層4第一電極5第二電極B底層M中間層
T頂層B1預(yù)底層M1預(yù)中間層T1預(yù)頂層I襯底界面層S源區(qū)D漏區(qū)SP隔離物
權(quán)利要求
1.用于半導(dǎo)體器件的高k介電膜，形成在襯底(1)上并至少包括具有第一氮含量(zB)和第一硅含量(xB)的金屬硅氮氧化物的底層(B)；以及具有第二氮含量(zT)和第二硅含量(xT)的金屬硅氮氧化物的頂層(T)，其中頂層(T)的所述第二氮含量(zT)高于底層(B)的所述第一氮含量(zB)，并且頂層(T)的所述第二硅含量(xT)高于底層(B)的所述第一硅含量(xB)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的高k介電膜，其特征在于氧化硅的襯底界面層(I)形成在所述襯底(1)和所述底層(B)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的高k介電膜，其特征在于金屬硅氮氧化物的至少一個(gè)中間層(M)形成在具有另一氮含量(zM)和另一硅含量(xM)的所述頂層(T)和所述底層(B)之間，其中所述相應(yīng)的另一氮含量(zM)和另一硅含量(xM)在所述第一和第二氮和硅含量(zT、zB、xT、xB)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任何一個(gè)的高k介電膜，其特征在于所述底層、中間層和/或頂層包括相同的金屬硅氮氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中的任何一個(gè)的高k介電膜，其特征在于所述金屬硅氮氧化物是ZrSixOyNz、HfSixOyNz、LaSixOyNz、PrSixOyNz、GdSixOyNz或DySixOyNz，其中x、y和z是指示分子中原子百分比的正實(shí)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中的任何一個(gè)的高k介電膜，其特征在于頂層(T)的厚度等于或低于高k介電膜(2)中的剩余層的厚度總和。
7.包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體器件，具有設(shè)置在半導(dǎo)體襯底(1)中的源區(qū)(S)、漏區(qū)(D)和溝道區(qū)、形成在所述溝道區(qū)上的柵極電介質(zhì)(2)、以及形成在所述柵極電介質(zhì)上的柵極層(3)，其中所述柵極電介質(zhì)(2)包括根據(jù)權(quán)利要求1～6中的任何一個(gè)的高k介電膜。
8.包括溝槽電容器的半導(dǎo)體器件，具有形成在半導(dǎo)體襯底(1)中的第一電極(4)、電容器電介質(zhì)(2)和第二電極(5)，其中所述電容器電介質(zhì)(2)包括根據(jù)權(quán)利要求1～6中的任何一個(gè)的高k介電膜。
9.形成高k介電膜的方法，包括以下步驟a)在襯底(1)上形成具有第一氮含量(zB)和第一硅含量(xB)的金屬硅氮氧化物的底層(B)；b)形成具有第二氮含量(zB)和第二硅含量(xT)的金屬硅氮氧化物的頂層(T)，其中頂層(T)的所述第二氮含量(zT)高于底層(B)的所述第一氮含量(zB)，并且頂層(T)的所述第二硅含量(xT)高于底層(B)的所述第一硅含量(xB)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于另一步驟，即在形成所述底層(B)之前在所述襯底(1)上形成氧化硅的襯底界面層(I)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其特征在于另一步驟，即在所述底層(B)上形成具有另一氮含量(zM)和另一硅含量(xM)的金屬硅氮氧化物的至少一個(gè)中間層(M)，其中相應(yīng)的另一氮含量(zM)和另一硅含量(xM)高于前面層的氮含量和硅含量。
12.根據(jù)權(quán)利要求9～11中的任何一個(gè)的方法，其特征在于所述底層、中間層和/或頂層(B、M、T)通過(guò)在Ar/N2/O2氣氛中金屬和硅的共濺射形成，其中氮和硅濃度由N2流和Si濺射速率控制。
13.形成高k介電膜的方法，包括以下步驟a)在襯底(1)上形成具有第一硅含量(xB)的金屬硅氧化物的預(yù)底層(B1)；b)形成具有第二硅含量(xT)的金屬硅氧化物的預(yù)頂層(T1)，其中預(yù)頂層(T1)的所述第二硅含量(xT)高于預(yù)底層(B1)的所述第一硅含量(xB)；以及c)執(zhí)行N2等離子體處理以將所述預(yù)底層(B1)轉(zhuǎn)變成具有第一氮含量(zB)的金屬硅氮氧化物底層(B)，并將所述預(yù)頂層(T1)轉(zhuǎn)變成具有第二氮含量(zT)的金屬硅氮氧化物底層(T)，其中頂層(T)的所述第二氮含量(zT)高于底層(B)的所述第一氮含量(zB)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于另一步驟，即形成具有另一硅含量(xM)的金屬硅氧化物的至少一個(gè)預(yù)中間層(M1)，其中相應(yīng)的另一硅含量(xM)高于前面層的硅含量，并且其中在步驟c)中，在N2等離子體處理期間，所述至少一個(gè)預(yù)中間層(M1)被轉(zhuǎn)變成具有另一氮含量(zM)的至少一個(gè)金屬硅氮氧化物中間層(M)，其中所述相應(yīng)的另一氮含量(zM)高于前面層的氮含量。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其特征在于所述預(yù)底層、預(yù)中間層和/或預(yù)頂層(B1、M1、T1)借助MOCVD、PVD和/或ALD形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求12～14中的任何一個(gè)的方法，其特征在于另一步驟，即在步驟a)中形成所述預(yù)底層(B1)之前，在所述襯底(1)上形成氧化硅的襯底界面層(I)。
17.根據(jù)權(quán)利要求9～16中的任何一個(gè)的方法，其特征在于另一步驟，即至少對(duì)所述所述底層、中間層和/或頂層(B、M、T)執(zhí)行退火步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求9～17中的任何一個(gè)的方法，其特征在于所述金屬硅氮氧化物是ZrSixOyNz、HfSixOyNz、LaSixOyNz、PrSixOyNz、GdSixOyNz或DySixOyNz，其中x、y和z是指示分子中原子百分比的正實(shí)數(shù)。
全文摘要
提供了高k介電膜，及其形成方法和相關(guān)半導(dǎo)體器件，其中具有第一氮含量(zB)和第一硅含量(xB)的金屬硅氮氧化物的底層(B)，和具有第二氮含量(zT)和第二硅含量(xT)的金屬硅氮氧化物的頂層(T)以這種方式形成，即第二氮含量(zT)高于第一氮含量(zB)，并且第二硅含量(xT)高于第二硅含量(xB)。由此，具有極好的泄漏特性和很高的介電常數(shù)的介電膜(2)形成。
文檔編號(hào)H01L29/51GK1820355SQ03826872
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2003年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者C·林, K·李 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司