[發明專利]使用溶液基前體的原子層沉積方法和設備

有效

• 申請號: 200610077801.3
• 申請日: 2006-04-29
• 公開（公告）號: CN101063196A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發明（設計）人: C·馬;Q·M·王;P·J·赫爾亞;R·霍格爾
• 申請（專利權）人: 波克股份有限公司
• 主分類號: C23C16/448
• 分類號: C23C16/448;C23C16/30;C23C16/52;H01L21/205
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 沙永生

技術領域

本發明涉及用于輸送較廣種類的前體進行原子層沉積的新的、有用的方法和設備。本發明還涉及利用輸送前體的新方法進行原子層沉積方法。

背景技術

原子層沉積(ALD)是用于下一代導體阻擋層、高k柵極介電層、高k電容層、保護層、以及硅晶片加工中的金屬柵電極的可行技術。ALD還可應用于其它電子工業，例如平板顯示器、化合物半導體、磁和光存貯器、太陽能電池、納米技術和納米材料中。ALD用來制造超薄的、高保形的金屬層、氧化物層、氮化物層、以及其它在旋回沉積工藝中某時的單層。通過使用氧化或氮化反應的ALD工藝，已經制造出了許多主族金屬元素和過渡金屬元素如鋁、鈦、鋯、鉿和鉭的氧化物和氮化物。也可使用ALD工藝，通過還原或燃燒反應沉積純金屬層，例如Ru、Cu、Ta、以及其它金屬。

一般的ALD工藝使用連續的前體氣體脈沖以沉積膜，每次一層。具體地，第一前體氣體被引入加工室中，并在室中通過在基材表面的反應制造單層。然后，第二前體被引入以與第一前體反應，在基材上形成由第一前體和第二前體的成分構成的膜的單層。每對脈沖(一次循環)精確地產生一個膜單層，從而可以根據形成的沉積循環的數量來非常精確地控制最終的膜的厚度。

隨著半導體裝置不斷地越來越密集地包含各種器件，溝道長度也變得越來越小。為了適應未來的電子裝置技術，需要用有效氧化物厚度(EOT)小于1.5nm的超薄高k氧化物來代替SiO₂和SiON柵極電介質。較佳地，高k材料應具有高帶隙和帶偏移、高k值、對硅的良好穩定性、最小SiO₂界面層、以及在基材上的高質量界面。非晶的或高結晶溫度的膜也是理想的。一些可接受的高k介電材料列于表1。在所列的材料中，HfO₂、Al₂O₃、ZrO₂、以及有關的三元高k材料在用作柵極電介質方面受到最多的關注。HfO₂和ZrO₂具有更高的k值，但是它們的斷裂場和結晶溫度也更低。Hf和Zr的鋁酸鹽具有更高k值和更高斷裂場。Y₂O₃具有高稀土材料(例如，Eu⁺³)溶解度，可用于光電子用途。

表1：ALD高k柵極材料的介電性能

???材料???K????EOT?(在5nm的膜上)????斷裂場E_BD?(在1μA/cm²上的MV/cm)???結晶溫度?????(℃)??HfO₂??13-17????1.3????1-5????400-600??Al₂O₃??7-9????2.44????3-8????900-1000??ZrO₂??20????0.98????1????＜300^*??Hf_xAl_yO_z??8-20????1.22????N/A????900