專利名稱：高介電常數(shù)氧化物膜的制造法、含該膜的電容器及制造法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造材料膜的方法，采用該方法形成的電容器及其制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種制造具有高介電常數(shù)的氧化物膜的方法，具有用該方法形成的介電膜的電容器，及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著諸如DRAM的半導(dǎo)體器件的集成密度的增加，使用二氧化硅(SiO2)膜制造柵氧化物膜或電容器變得更加復(fù)雜。因此，更加關(guān)注和研究具有比氧化硅膜的介電常數(shù)高的介電常數(shù)的材料。
具有高介電常數(shù)的材料(此后稱為“高k介電材料”)是氧化鋁(Al2O3)膜、氧化鉿(HfO2)膜等。尤其是，加強(qiáng)研究多層結(jié)構(gòu)，其中具有較低漏電流的氧化鋁膜和具有較高介電常數(shù)的氧化鉿膜順序疊置。
近年來，嘗試使用高k介電材料例如HfO2、ZrO2和SrTiO3來形成電容器或DRAM的柵氧化物膜。然而，在金屬/絕緣體/硅(MIS)結(jié)構(gòu)中，其中下電極由硅(Si)形成，因?yàn)楦遦介電材料通常具有低能帶偏移(band offset)，所以漏電流增加。由于這個原因，實(shí)際上難以將這些高k介電材料應(yīng)用于MIS結(jié)構(gòu)中。
結(jié)果是，開發(fā)出在硅膜和高k介電材料之間形成氧化鋁膜的方法，以降低漏電流，該氧化鋁膜對于硅膜來說具有較低介電常數(shù)和高能帶偏移。例如，已投入資金研究多層結(jié)構(gòu)，其中硅膜、氧化鋁(Al2O3)膜和高k介電材料順序堆疊。
圖1至3示出了將高k介電氧化物膜制成多層結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方法。
參見圖1，在硅膜10上形成氧化阻擋膜12。氧化阻擋膜12是使用快速熱處理(RTP)形成的氮化物膜。在形成氧化阻擋膜12后，如圖2所示，在氧化阻擋膜12上形成氧化鋁膜14。接著，如圖3所示，在氧化鋁膜14上形成介電常數(shù)高于氧化鋁膜14的介電常數(shù)的氧化鉿膜16。附圖標(biāo)記18表示由多晶硅形成的虛擬上電極。
在制造高k介電氧化物膜的傳統(tǒng)方法中，由于氧化鋁膜的低介電常數(shù)，所以不能充分增大電容器的容值，該傳統(tǒng)方法中氧化鋁膜和氧化鉿膜順序堆疊。而且，由于必須在不同溫度下形成氧化鋁膜和氧化鉿膜，因此需要兩種不同的原子層沉積(atomic layer deposition)(ALD)裝置。
即，根據(jù)傳統(tǒng)方法，至少需要兩個ALD裝置。而且，氧化鉿膜的沉積速率低于氧化鋁膜的沉積速率，因此降低產(chǎn)量。而且，由于在電容器制備后，在執(zhí)行熱處理期間高k介電氧化物膜可能會結(jié)晶，因此漏電流會增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制造高k介電氧化物膜的方法，通過該方法減小所用裝置的尺寸且提高產(chǎn)量。
本發(fā)明還提供一種采用該制造高k介電氧化物膜的方法形成的半導(dǎo)體器件的電容器。
本發(fā)明還提供一種制造該電容器的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制造高k介電氧化物膜的方法，其包括(a)將半導(dǎo)體襯底裝載在ALD裝置中；(b)在半導(dǎo)體襯底上沉積具有第一元素和第二元素的預(yù)定成分比的反應(yīng)材料；以及(c)通過氧化反應(yīng)材料，使得第一元素和第二元素同時氧化，來在半導(dǎo)體襯底上形成具有該兩種元素的第一高k介電氧化物膜。
本發(fā)明的方法還可包括在形成第一高k介電氧化物膜之后，從ALD裝置中排出剩余物，以及通過重復(fù)步驟(b)和(c)，在第一高k介電氧化物膜上形成第二高k介電氧化物膜。
步驟(b)包括將具有第一元素的第一前體提供到ALD裝置中，以將第一前體吸附在半導(dǎo)體襯底上；從ALD裝置中排出剩余物；將具有與第一元素反應(yīng)的第二元素的第二前體提供給ALD裝置；以及從ALD裝置中排出剩余物。
優(yōu)選地，第一前體是第一元素和具有高電負(fù)性(electronegativity)的氯(Cl)和氟(F)中之一的合成物(composition)，而第二前體是第二元素和具有比氯或氟的電負(fù)性更低的電負(fù)性的烴系配體(a ligand of hydrocarbon series)的合成物。這里，烴系配體可以是CH2-CH2-...-CH3，或CH2-CH2-...-CH3的部分H被CH2-CH2-...-CH3替代的合成物。
在將半導(dǎo)體襯底裝載到ALD裝置中之前，可以在半導(dǎo)體襯底上形成氧化阻擋膜。
優(yōu)選地第一元素和第二元素可分別是鉿(Hf)和鋁(Al)。第一高k介電氧化物膜可以是AHO((Alx，Hf1-x)Oy)膜，第二高k介電氧化物膜可以由AHO膜或者具有比AHO膜的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)的介電膜形成。
第三高k介電氧化物膜，如具有比AHO膜的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)的介電膜，還可形成在第一高k介電膜上。在除ALD裝置外的沉積裝置中形成第三高k介電氧化物膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種半導(dǎo)體器件的電容器，該電容器包括下電極；形成在下電極上的AHO((Alx，Hf1-x)Oy)膜；以及形成在AHO膜上的上電極。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法，該方法包括(a)在半導(dǎo)體襯底上形成下電極；(b)將其上形成有下電極的半導(dǎo)體襯底裝載到ALD裝置中；(c)在ALD裝置中將具有第一元素和第二元素的預(yù)定成分比的反應(yīng)材料沉積到下電極上；(d)通過氧化反應(yīng)材料，使得第一元素和第二元素同時氧化，從而在下電極上形成具有所述兩種元素的第一高k介電氧化物膜；(e)從ALD裝置中卸載沉積有第一高k介電氧化物膜的所得結(jié)構(gòu)；以及(f)在第一高k介電氧化物膜上形成上電極。
本發(fā)明的方法還可包括在形成第一高k介電氧化物膜之后，從ALD裝置中排出剩余物；以及通過重復(fù)步驟(c)和(d)，在第一高k介電氧化物膜上形成第二高k介電氧化物膜。
步驟(c)與制造該高k介電氧化物膜的方法中的相同。
在將半導(dǎo)體襯底裝載到ALD裝置中之前，在下電極上可以形成氧化阻擋膜。
在形成上電極之前，可以以不同于形成第二高k介電氧化物膜的方法的方法形成第三高k介電氧化物膜。例如，第三高k介電氧化物膜可以由具有比AHO膜的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)的介電膜形成，并使用除ALD裝置外的沉積裝置，如CVD裝置。
根據(jù)本發(fā)明，可以減小所用沉積裝置的尺寸，而不會降低高k介電氧化物膜的性能。而且，可以節(jié)省沉積所需的時間，從而提高產(chǎn)量。


通過參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯，在附圖中圖1至3是示出制造高k介電氧化物膜的傳統(tǒng)方法的剖面圖；圖4至13是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造高k介電氧化物膜的方法的剖面圖；圖14是示出氧化物膜的成分比隨著沉積溫度變化的曲線圖，其影響根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造高k介電氧化物膜的方法；圖15A和15B分別是在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成高k介電氧化物膜之后立即拍攝的示出了疊層結(jié)構(gòu)的結(jié)晶程度的透射電子顯微照片(TEM)、以及示出EDS分析結(jié)果的曲線圖；圖16A和16B分別是在對形成了高k介電氧化物膜的所得結(jié)構(gòu)退火之后拍攝的顯示疊層結(jié)構(gòu)的結(jié)晶程度的TEM、以及示出EDS分析結(jié)果的曲線圖；圖17A和17B分別是顯示根據(jù)傳統(tǒng)方法和本發(fā)明形成的高k介電氧化物膜的電容-電壓(C-V)變化的曲線圖；以及圖18至21是使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造高k介電氧化物膜的方法形成的具有介電膜的電容器的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
本申請要求于2003年3月11日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請第2003-15197號的優(yōu)先權(quán)，這里將其全文作參考引用。
將參考附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造高k介電氧化物膜的方法、具有使用該方法形成的介電膜的電容器、以及制造該電容器的方法。在附圖中，為清晰起見，放大了元件的形狀。
在下文中，提供一種制造具有高介電常數(shù)以及低漏電流和低陷阱密度的高k介電氧化物膜的方法，該方法利用含鋁前體和用于沉積高k介電材料層的另一前體的化學(xué)反應(yīng)，還提供一種具有使用該方法形成的高k介電氧化物膜的電容器、以及制造該電容器的方法。
首先，參考圖4至13描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造高k介電氧化物膜的方法。
圖4和5分別是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例形成的所得結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖4和5中，附圖標(biāo)記40表示半導(dǎo)體襯底，42表示AHO((Alx，Hf1-x)Oy)膜。在圖5中，附圖標(biāo)記44表示形成在半導(dǎo)體襯底40和AHO膜42之間的氧化阻擋膜，例如快速熱處理氮化物膜(此后稱為“RTN層”)。
實(shí)施例1將其上待形成高k介電氧化物膜的半導(dǎo)體襯底例如硅襯底裝載在ALD裝置的晶片臺上(未顯示)。然后，預(yù)定量的含第一元素如鉿(Hf)的第一前體被提供給ALD裝置，且被化學(xué)吸附在半導(dǎo)體襯底40的表面上，如圖6所示。第一前體46是第一元素和如Cl和F的具有高電負(fù)性的配體的合成物。例如，第一前體46是HfCl4。第一前體的沒有被吸附在半導(dǎo)體襯底40的表面上的部分從ALD裝置中排出。此后，含第二元素如鋁(Al)的第二前體被提供給ALD裝置，該第二元素與第一前體46的第一元素反應(yīng)。第二前體是第二元素和烴系配體的合成物，例如Al(CH3)3、Al(CH2-CH2-...-CH3)、或Al(CH2-CH2-...-CH3)的一個H被CH2-CH2-...-CH3所取代的合成物。烴系配體具有比第一前體(precursor)中所含的Cl或F的電負(fù)性更低的電負(fù)性。
由于第一前體的配體的電負(fù)性不同于第二前體的配體的電負(fù)性，例如，第一前體中所含的氯容易與第二前體中所含的烴系元素發(fā)生反應(yīng)。通過該反應(yīng)，第一和第二前體的配體被作為副產(chǎn)物除去。結(jié)果是，通過化學(xué)吸附第一元素和第二元素得到的反應(yīng)材料沉積在半導(dǎo)體襯底40上。
具體地，如圖7所示，在第二前體47和第一前體46之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。第一前體46的配體(-Cl)和第二前體47的配體(-CH3)結(jié)合并揮發(fā)，于是用第二前體47中所含的鋁填充因去除第一前體46的配體而形成的空缺(vacancy)。結(jié)果是，如圖8所示，包括兩種正離子即Hf離子和Al離子的反應(yīng)材料(Hf-Al)48被均勻地形成在半導(dǎo)體襯底40上。
接著，將用于氧化反應(yīng)材料48的如O3和H2O的預(yù)定量的氧化氣體提供到形成有反應(yīng)材料48的半導(dǎo)體襯底40上。氧化氣體與鉿和鋁同時反應(yīng)。即，形成在半導(dǎo)體襯底40上的反應(yīng)材料48被氧化，從而在半導(dǎo)體襯底40上形成氧化劑((Alx，Hf1-x)Oy)50，如圖9所示。在氧化劑((Alx，Hf1-x)Oy)50中，值“x”的范圍是從0.1至0.9，值“Y”的范圍是從2至5。在圖9中，附圖標(biāo)記50a表示由氧化劑50形成的高k介電氧化物膜，即AHO層。
提供第一前體46至氧化該反應(yīng)材料48優(yōu)選地在預(yù)定溫度下進(jìn)行，例如250℃至400℃，更優(yōu)選地在300℃。
然而，如圖14所示，因?yàn)榉磻?yīng)材料48的成分比(Hf/(Al+Hf))隨著溫度而變化，所以可以通過控制溫度來調(diào)整成分比，且可以改變前述示例性溫度范圍。例如，在反應(yīng)材料48具有一特定成分比，因而表現(xiàn)出良好的漏電流性能和/或介電常數(shù)性能的情況下，將示例性處理溫度改變至反應(yīng)材料48具有該特定成分比的溫度。
在圖14中，附圖標(biāo)記G1表示第一曲線，該曲線示出了反應(yīng)材料48的成分比隨處理溫度的變化。
接著，如圖9所示，在半導(dǎo)體襯底40上形成高k介電氧化物膜50a，然后執(zhí)行排出工藝，以便從ALD裝置中除去剩余氣體。接著，重復(fù)n次從供應(yīng)第一前體46至氧化反應(yīng)材料48至排出剩余氣體，直至在半導(dǎo)體襯底40上沉積所需厚度的高k介電氧化物膜。在執(zhí)行最終排出工藝后，在預(yù)定溫度下對完成的高k介電氧化物膜進(jìn)行熱處理。
實(shí)施例2如圖10至13所示，第二實(shí)施例中的制造步驟與第一實(shí)施例中的制造步驟相同，其不同之處在于，供應(yīng)第一前體46至最終步驟在半導(dǎo)體襯底40上形成了氧化阻擋膜44之后進(jìn)行。氧化阻擋膜44是氮化物膜，它通過將半導(dǎo)體襯底40裝載到氮?dú)夥諣t中、以及使用RTP對其處理預(yù)定時間段來獲得。氧化膜44可以防止被沉積在半導(dǎo)體襯底40上的介電材料和硅之間的反應(yīng)。于是，可以穩(wěn)定地維持介電材料的介電常數(shù)。氧化阻擋膜44可以用氮氧化硅(SiON)形成。
此后，將基于測量結(jié)果，描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高k介電氧化物膜的性能。
圖15A是TEM，示出了根據(jù)本發(fā)明形成的AHO膜的結(jié)晶程度；圖15B示出了第二曲線G2和第三曲線G3，其分別示出了鉿和鋁的含量隨AHO層位置的變化。圖15A和15B示出了在形成AHO膜之后和在熱處理AHO膜以便結(jié)晶之前立即測量的結(jié)果。同時，圖16A和16B與圖15A和15B類似，不同之處在于測量結(jié)果是在熱處理AHO膜以便結(jié)晶之后得到的。在圖16B中，附圖標(biāo)記G4和G5分別表示第四曲線和第五曲線，其分別對應(yīng)于第二曲線G2和第三曲線G3。
參考圖15A，半導(dǎo)體襯底40的結(jié)晶線Lc終止在半導(dǎo)體襯底40和氧化阻擋膜44之間的界面處。而且，圖16A顯示出與圖15A類似的結(jié)果。因此，可以推斷出在本發(fā)明中，可以抑制熱處理期間AHO膜的結(jié)晶。
在本發(fā)明中，由于AHO膜被形成至約30的薄厚度，所以AHO膜的結(jié)晶度沒有降低，而是增加漏電流。因此，如圖15A和16A所示，如果AHO膜的結(jié)晶被抑制，則也可抑制漏電流。
這里，AHO膜的漏電流的抑制程度與AHO層的成分比密切相關(guān)。于是，漏電流的抑制程度受到反應(yīng)材料48的沉積溫度的影響。
在圖15B和16B中，水平軸代表測量位置。測量位置沿垂直方向，從形成于半導(dǎo)體襯底40上的AHO膜42的表面直到半導(dǎo)體襯底40(位置“20”或“40”)分布。
參考圖15B和16B的第二至第五曲線G2、G3、G4和G5，在最終熱處理以便結(jié)晶之前測量的AHO層中所含的鉿和鋁含量的分布情況(G2和G3)類似于在最終熱處理后測量的分布情況(G4和G5)?；谏鲜鼋Y(jié)果，即使在完成最終熱處理之后，AHO層中所含鉿和鋁的含量的分布得以保留。
另外，圖17A和17B示出了電容隨偏壓的變化。圖17A示出了關(guān)于一電容器(此后稱為“傳統(tǒng)電容器”)的電容-電壓(C-V)變化，該電容器包括通過傳統(tǒng)的制造高k介電氧化物膜的方法形成的氧化鋁膜；且17B示出了關(guān)于一電容器(此后稱為“本發(fā)明電容器”)的C-V變化，該電容器包括根據(jù)本發(fā)明的AHO膜。
在圖17A中，第六曲線G6示出了當(dāng)從正(+)到負(fù)(-)將偏壓施加到傳統(tǒng)電容器上時電容量的變化，第七曲線G7示出了當(dāng)從負(fù)(-)到正(+)施加偏壓時電容量的變化。
在圖17B中，第八曲線G8示出了當(dāng)從正(+)到負(fù)(-)將偏壓加到本發(fā)明電容器上時電容量的變化，第九曲線G9示出了當(dāng)從負(fù)(-)到正(+)加偏壓時電容量的變化。
如圖17A所示，在第六曲線G6和第七曲線G7之間存在間隙，這是由存在于傳統(tǒng)電容器的高k介電氧化物膜(即氧化鋁膜)中的陷阱造成的。
另一方面，如圖17B所示，與第六曲線G6和第七曲線G7不相同，在第八曲線G8和第九曲線G9之間不存在間隙。這意味著在本發(fā)明電容器包括的如AHO膜或由AHO膜和另外的高k介電氧化物膜(如圖19的42、62)形成的材料膜的高k介電氧化物膜中不存在陷阱，或者在本發(fā)明電容器中存在密度比傳統(tǒng)電容器中低得多的陷阱。
根據(jù)本發(fā)明的用于制造高k介電氧化物膜的上述方法(此后稱為“本發(fā)明方法”)可以應(yīng)用于形成柵氧化物膜或電容器的介電膜。圖18至21是半導(dǎo)體器件的電容器的剖面圖，其包括使用本發(fā)明方法形成的介電膜。
在圖18所示的電容器中，在下電極60a上形成氧化阻擋膜44，且在氧化阻擋膜44上形成AHO((Alx，Hf1-x)Oy)膜42，作為高k介電膜。在AHO((Alx，Hf1-x)Oy)膜42中，值“x”的范圍從0.1至0.9，且值“y”的范圍從2至5。在AHO膜42上布置上電極60b。下電極60a是與下半導(dǎo)體襯底(未顯示)連接的硅電極，且氧化阻擋膜44是RTN膜或氮氧化硅(SiON)膜。上電極60b例如由多晶硅形成。AHO膜42是通過本發(fā)明方法得到的介電膜。作為AHO層的替代物，圖18所示的電容器和圖19至21所示的其它電容器中可以包括任何其它的等效介電膜。
同時，如圖19所示，還可在上電極60b和AHO膜42之間形成介電層，例如HfO2層、ZrO2或STO層，其具有比AHO膜42的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)。在圖19中，附圖標(biāo)記62表示包括在AHO膜42和上電極60b之間的高k介電膜。
圖20示出了從圖18所示的電容器中去掉氧化阻擋膜44的情況。類似地，還可在AHO膜42和上電極60b之間形成如圖19所示的高k介電膜62。
圖21示出了具有空間電極(sterical electrode)的電容器。這里，下電極78a具有柱形形狀，且經(jīng)由導(dǎo)電插塞76與半導(dǎo)體襯底70連接，導(dǎo)電插塞76填充形成在層間電介質(zhì)(ILD)72中的接觸孔74。下電極78a被氧化阻擋膜44覆蓋。氧化阻擋膜44可以選擇性地形成。氧化阻擋膜44被具有預(yù)定厚度的AHO膜42覆蓋。AHO膜42是通過本發(fā)明方法得到的介電膜。AHO膜42被由諸如多晶硅形成的上電極78b覆蓋。類似地，還可在上電極78b和AHO膜42之間形成如圖19所示的高k介電膜62。在這種情況下，可以選擇性地形成氧化阻擋膜44。即，由于AHO膜42和下電極78a之間的反應(yīng)性很小，所以如果需要，可以形成氧化阻擋膜44。
同時，下文中將簡要介紹圖18至21中所示電容器的制造方法。
將下電極60a或78a形成為與半導(dǎo)體襯底(未顯示)連接。接著，將形成有下電極60a或78a的半導(dǎo)體襯底裝載到ALD裝置中，且通過本發(fā)明方法，在下電極60a或78a上形成高k介電氧化物膜42作為介電膜。此后，將堆疊有高k介電氧化物膜42的所得結(jié)構(gòu)從ALD裝置中取出。然后，在預(yù)定沉積裝置中，在高k介電氧化物膜42上形成上電極60b或78b。
如圖18、19和21所示，制造電容器的方法還可包括在下電極60a或78a與高k介電氧化物膜42之間形成氧化阻擋膜44。而且，還可在上電極60a或78b與高k介電氧化物膜42之間形成如圖19所示的介電膜62，其具有比高k介電氧化物膜42的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)。這里，盡管介電膜62優(yōu)選在ALD裝置中形成，但是也可在除ALD裝置外的沉積裝置如化學(xué)氣相沉積(CVD)裝置中形成介電膜62。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的制造高k介電氧化物膜如AHO膜的方法包括利用鋁和鉿的前體之間的化學(xué)反應(yīng)在半導(dǎo)體襯底上沉積鋁離子和鉿離子，且同時氧化鋁離子和鉿離子。因此，與要求至少兩個ALD裝置的傳統(tǒng)方法不同，本發(fā)明僅需要一個ALD裝置。結(jié)果是，在本發(fā)明中，可以減小裝置的尺寸，可以提高產(chǎn)量，并且可以降低制造成本。而且，本發(fā)明的高k介電氧化物膜如AHO膜除了具有低泄漏電流和陷阱密度外，還表現(xiàn)出高介電常數(shù)。結(jié)果是，包括該高k介電氧化物膜作為介電膜的電容器也表現(xiàn)出低泄漏電流和低陷阱密度。
盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的示例性實(shí)施例具體顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，可以對其作各種形式和細(xì)節(jié)上的變化，而不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以形成在高k介電膜之上和之下包括AHO膜的電容器。
權(quán)利要求
1.一種制造高k介電氧化物膜的方法，該方法包括(a)將半導(dǎo)體襯底裝載到原子層沉積裝置中；(b)在該半導(dǎo)體襯底上沉積具有第一元素和第二元素的預(yù)定成分比的反應(yīng)材料；以及(c)通過氧化該反應(yīng)材料，使得該第一元素和該第二元素同時氧化，從而在該半導(dǎo)體襯底上形成具有所述兩種元素的第一高k介電氧化物膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成該第一高k介電氧化物膜后，從該原子層沉積裝置中排出剩余物；以及通過重復(fù)步驟(b)和(c)，在該第一高k介電氧化物膜上形成第二高k介電氧化物膜。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)包括將具有該第一元素的第一前體提供給該原子層沉積裝置，將該第一前體吸附在該半導(dǎo)體襯底上；從該原子層沉積裝置中排出剩余物；將具有與該第一元素反應(yīng)的該第二元素的第二前體提供給該原子層沉積裝置；以及從該原子層沉積裝置中排出剩余物。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟(b)包括將具有該第一元素的第一前體提供給該原子層沉積裝置，將該第一前體吸附在該半導(dǎo)體襯底上；從該原子層沉積裝置中排出剩余物；將具有與該第一元素反應(yīng)的該第二元素的第二前體提供給該原子層沉積裝置；以及從該原子層沉積裝置中排出剩余物。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該第一前體是該第一元素與氯和氟中之一的合成物。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該第二前體是該第二元素和烴系配體的合成物，該烴系配體具有比氯或氟的電負(fù)性更低的電負(fù)性。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該烴配體是CH2-CH2-...-CH3、或CH2-CH2-...-CH3的部分H被CH2-CH2-...-CH3替代的合成物。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在將該半導(dǎo)體襯底裝載到該原子層沉積裝置中之前，在該半導(dǎo)體襯底上形成氧化阻擋膜。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一元素和該第二元素分別是鉿和鋁。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一高k介電氧化物膜是AHO((Alx，Hf1-x)Oy)膜。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該第一高k介電氧化物膜是AHO((Alx，Hf1-x)Oy)膜。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該第二高k介電氧化物膜由AHO膜形成。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該第二高k介電氧化物膜由AHO膜形成。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中還在該第一高k介電氧化物膜上形成第三高k介電氧化物膜。
15.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該第一前體包括作為該第一元素的鉿。
16.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該第二前體包括作為該第二元素的鋁。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中該第二前體包括作為該第二元素的鋁。
18.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該氧化阻擋膜由快速熱氮化物膜或氮氧化硅膜形成。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該第三高k介電氧化物膜由具有比AHO膜的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)的介電膜形成。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在除該原子層沉積裝置外的沉積裝置中形成具有比AHO膜的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)的該介電膜。
21.如權(quán)利要求9所述的方法，其中步驟(b)和(c)在同一溫度下進(jìn)行。
22.一種半導(dǎo)體器件的電容器，該電容器包括下電極；形成在該下電極上的AHO((Alx，Hf1-x)Oy)膜；以及形成在該AHO膜上的上電極。
23.如權(quán)利要求22所述的電容器，還包括形成在該下電極和該AHO層之間的氧化阻擋膜。
24.如權(quán)利要求22所述的電容器，還包括在該上電極和該AHO層之間的具有比該AHO膜的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)的介電膜。
25.如權(quán)利要求23所述的電容器，還包括在該上電極和該AHO層之間的具有比該AHO膜的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)的介電膜。
26.一種制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法，該方法包括(a)在半導(dǎo)體襯底上形成下電極；(b)將其上形成有該下電極的該半導(dǎo)體襯底裝載到原子層沉積裝置中；(c)在該原子層沉積裝置中將具有第一元素和第二元素的預(yù)定成分比的反應(yīng)材料沉積到該下電極上；(d)通過氧化該反應(yīng)材料，使得該第一元素和該第二元素同時氧化，從而在該下電極上形成具有所述兩種元素的第一高k介電氧化物膜；(e)從該原子層沉積裝置中卸載沉積有該第一高k介電氧化物膜的所得結(jié)構(gòu)；以及(f)在該第一高k介電氧化物膜上形成上電極。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括在形成該第一高k介電氧化物膜之后，從該原子層沉積裝置中排出剩余物；以及通過重復(fù)步驟(c)和(d)，在該第一高k介電氧化物膜上形成第二高k介電氧化物膜。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其中步驟(c)包括將具有該第一元素的第一前體提供給該原子層沉積裝置，將該第一前體吸附在該半導(dǎo)體襯底上；從該原子層沉積裝置中排出剩余物；將具有與該第一元素反應(yīng)的該第二元素的第二前體提供給該原子層沉積裝置；以及從該原子層沉積裝置中排出剩余物。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中步驟(c)包括將具有該第一元素的第一前體提供給該原子層沉積裝置，將該第一前體吸附在該半導(dǎo)體襯底上；從該原子層沉積裝置中排出剩余物；將具有與該第一元素反應(yīng)的該第二元素的第二前體提供給該原子層沉積裝置；以及從該原子層沉積裝置中排出剩余物。
30.如權(quán)利要求26所述的方法，其中在將該半導(dǎo)體襯底裝載到該原子層沉積裝置中之前，在該下電極上形成氧化阻擋膜。
31.如權(quán)利要求26所述的方法，其中該第一高k介電氧化物膜是AHO層。
32.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該第一高k介電氧化物膜是AHO層。
33.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該第二高k介電氧化物膜是AHO膜或具有比該AHO膜的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)的介電膜。
34.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該第一前體包括鉿，該第二前體包括鋁。
35.如權(quán)利要求26所述的方法，在形成該上電極之前，還包括在該第一高k介電氧化物膜上形成第三高k介電氧化物膜。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中該第三高k介電氧化物膜由具有比該AHO層的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)的介電膜形成。
37.如權(quán)利要求26所述的方法，其中步驟(d)在約250℃至400℃的溫度下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高介電常數(shù)氧化物膜的制造法、含該膜的電容器及制造法。制造高k介電氧化物膜的步驟是(a)將半導(dǎo)體襯底裝載到ALD裝置中；(b)在半導(dǎo)體襯底上沉積具有第一元素和第二元素的預(yù)定成分比的反應(yīng)材料；和(c)通過氧化反應(yīng)材料使得第一元素和第二元素同時氧化，在半導(dǎo)體襯底上形成具有所述兩種元素的第一高k介電氧化物膜。在該方法中，減小了裝置的尺寸，提高了產(chǎn)量，且降低了制造成本。而且該高k介電氧化物膜表現(xiàn)出高介電常數(shù)和低泄漏電流和陷阱密度。于是，包括作為介電膜的該高k介電氧化物膜的電容器也表現(xiàn)出低泄漏電流和陷阱密度。
文檔編號H01L21/31GK1531032SQ20041002839
公開日2004年9月22日 申請日期2004年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月11日
發(fā)明者李正賢, 徐范錫, 閔約賽, 曹永真 申請人:三星電子株式會社