專(zhuān)利名稱(chēng)：鍶釕氧化物界面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本揭示內(nèi)容大體涉及集成電路裝置，并且在特定實(shí)施例中，本揭示內(nèi)容涉及使用原子層沉積來(lái)形成鍶釕氧化物界面的方法和利用所述界面的設(shè)備。
背景技術(shù)：
集成電路是制造于常用基底(稱(chēng)為襯底)上的電子組件的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。電子組件通常是制造于充當(dāng)襯底的半導(dǎo)體材料的晶片上?？墒褂枚喾N制造技術(shù)(例如分層、摻雜、掩膜和蝕刻)在晶片上構(gòu)建數(shù)百萬(wàn)個(gè)電阻器、晶體管和其它電子組件。然后使組件接線(xiàn)在一起或互聯(lián)以界定特定電路，例如處理器或存儲(chǔ)器裝置。在集成電路制造中通常期望減小各組件的尺寸。減小尺寸通常伴隨成本降低(因可在單個(gè)襯底上制造越來(lái)越多的裝置)和功率要求降低(因接通較小組件需要較少的功率)。然而，達(dá)成此尺寸減小需要付出一些代價(jià)。由于集成電路裝置變得越來(lái)越小，故組件間的電阻和電流泄漏問(wèn)題日益嚴(yán)重。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)是集成電路裝置的一個(gè)實(shí)例。DRAM通常利用具有電容器或其它電荷存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器單元來(lái)容納指示所述存儲(chǔ)器單元的數(shù)據(jù)值的電荷。由于所述電容器變得更小，故其容納足夠電荷以允許感測(cè)數(shù)據(jù)值和在某一期望時(shí)期內(nèi)保持所述電荷的能力變得更加關(guān)鍵。釕(Ru)通常用作電容器的底部電極，而鍶鈦氧化物(SrTiO3)(有時(shí)稱(chēng)為鈦酸鍶或簡(jiǎn)稱(chēng)為ST0)用于電容器的電介質(zhì)。然而，直接生長(zhǎng)于釕上的STO往往使釕氧化，而形成非化學(xué)計(jì)量氧化釕(Ruox)。通常不期望在釕電極與STO電介質(zhì)間存在此氧化釕界面。氧化釕相對(duì)于STO往往具有高表面粗糙度、高應(yīng)力(由于晶格失配)和低功函數(shù)或障壁高度，此均不利于STO達(dá)成期望電介性質(zhì)。已有人建議使用鍶釕氧化物(SrRuO3)(有時(shí)稱(chēng)為釕酸鍶或簡(jiǎn)稱(chēng)為SR0)作為釕酸鹽電極與STO電介質(zhì)間的界面。參見(jiàn)釕酸鍶籽晶層對(duì)通過(guò)等離子體增強(qiáng)原子層沉積制備的SrTiO3薄膜的電介性質(zhì)的效應(yīng)(Effect of Sr-Ruthenate Seed Layer on Dielectric Properties of SrTiO3 Thin Films Prepared by Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition)，安智薰(Ji-Hoon Ahn)等人，電化學(xué)學(xué)會(huì)志(Journal of The Electrochemical Society)，155 (10)G185-G188，2008。已證實(shí)釕導(dǎo)體與 STO 電介質(zhì)間的所述界面可改良STO電介質(zhì)的電介性質(zhì)。然而，仍期望進(jìn)一步改良。出于上述原因，且出于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解本發(fā)明說(shuō)明書(shū)后可了解的其它原因，業(yè)內(nèi)需要替代結(jié)構(gòu)和其形成集成電路裝置的工藝。

發(fā)明內(nèi)容


圖IA是本揭示內(nèi)容的實(shí)施例的存儲(chǔ)器陣列的一部分的示意圖。
圖IB是本揭示內(nèi)容的實(shí)施例的存儲(chǔ)器單元的示意圖。圖2是本揭示內(nèi)容的實(shí)施例的集成電路存儲(chǔ)器裝置的簡(jiǎn)化框圖。圖3A-3D概念性地繪示本揭示內(nèi)容的實(shí)施例的原子層沉積工藝。圖4A-4E是本揭示內(nèi)容的實(shí)施例的集成電路裝置的一部分在不同制造階段的剖視圖。圖5是根據(jù)本揭示內(nèi)容的一實(shí)施例使用原子層沉積在經(jīng)釕涂布的襯底上形成鍶釕氧化物界面和在鍶釕氧化物上形成鍶鈦氧化物電介質(zhì)的方法的流程圖。圖6A是跨越在二氧化硅載體上的釕上生長(zhǎng)的鍶鈦氧化物試樣的濃度梯度圖。圖6B是顯示鍶鈦氧化物與釕的界面反應(yīng)的掃描電子顯微照片。圖7A是跨越在二氧化硅載體上的氧化釕上生長(zhǎng)的鍶鈦氧化物試樣的濃度梯度圖。圖7B是顯示鍶鈦氧化物與氧化釕的界面反應(yīng)的掃描電子顯微照片。圖8A是跨越在二氧化硅載體上的鍶釕氧化物上生長(zhǎng)的鍶鈦氧化物試樣的濃度梯度圖。圖8B是顯示鍶鈦氧化物與鍶釕氧化物的界面反應(yīng)的掃描電子顯微照片。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō)明中，參照附圖，所述附圖形成本發(fā)明實(shí)施例的一部分且其中以圖解說(shuō)明的方式顯示可實(shí)踐本揭示內(nèi)容的具體實(shí)施例。足夠詳細(xì)地闡述所述實(shí)施例以使所屬領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，且應(yīng)理解，可利用其它實(shí)施例，且可在不背離本發(fā)明的范圍的情況下在工藝、化學(xué)、電學(xué)或機(jī)械方面進(jìn)行改變。先前和在以下說(shuō)明中使用的術(shù)語(yǔ)晶片和襯底包括任一基本半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。二者均應(yīng)理解為包括藍(lán)寶石上硅(SOS)技術(shù)、絕緣體上硅(SOI)技術(shù)、薄膜晶體管(TFT)技術(shù)、摻雜和未摻雜半導(dǎo)體、由基本半導(dǎo)體支撐的硅外延層、以及所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。此外，當(dāng)在以下說(shuō)明中提及晶片或襯底時(shí)，可利用先前工藝步驟以在基本半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成區(qū)域/接面。此外，方向參照(例如上方、下方、頂部、底部和側(cè)面)是相對(duì)于彼此且并不一定是指絕對(duì)方向。因此， 以下詳細(xì)說(shuō)明不應(yīng)視為具有限制意義。一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例包括作為釕導(dǎo)體與鍶鈦氧化物(STO)電介質(zhì)間的鈣鈦礦氧化物界面的鍶釕氧化物(SRO)和形成所述結(jié)構(gòu)的方法。所述結(jié)構(gòu)的形成和使用將闡述于存儲(chǔ)器裝置內(nèi)關(guān)于其使用的內(nèi)容中，所述存儲(chǔ)器裝置是集成電路裝置的一個(gè)實(shí)例。然而，所述結(jié)構(gòu)的使用不限于其在提及存儲(chǔ)器裝置時(shí)所闡述的使用。相反，如根據(jù)本揭示內(nèi)容的實(shí)施例形成的SRO界面可用于釕導(dǎo)體與STO電介質(zhì)配對(duì)的任一集成電路裝置中。各實(shí)施例的SRO均是通過(guò)使用以下方式來(lái)形成進(jìn)行氧化鍶(SrO)的原子層沉積 (ALD)且隨后對(duì)氧化鍶實(shí)施退火以形成鍶釕氧化物。ALD(也稱(chēng)為原子層外延(ALE))是化學(xué)氣相沉積(CVD)的一種形式，其在半導(dǎo)體制造中廣泛用于形成極薄尺寸的材料層(通常在原子級(jí)上)。ALD工藝由氣相前體與襯底間的一系列交替的自限制化學(xué)反應(yīng)(稱(chēng)為半反應(yīng))組成。將前體以脈沖方式依序輸送到反應(yīng)器中，且在各前體脈沖之間進(jìn)行吹掃。使用一系列所述脈沖/吹掃/脈沖/吹掃循環(huán)來(lái)形成材料的連續(xù)層。在各實(shí)施例中，依次使用第一 ALD工藝(使用水作為氧化劑)和第二 ALD工藝(使用臭氧作為氧化劑)來(lái)形成氧化鍶。使用水作為氧化劑來(lái)形成氧化鍶的第一部分可用于抑制因鈍化下伏層而對(duì)釕導(dǎo)體造成的不利影響。然而，使用水作為氧化劑，氧化鍶的形成速率相對(duì)較慢。使用臭氧作為氧化鍶的最初單層的氧化劑可提供較高的形成速率，但往往會(huì)腐蝕下伏釕，從而產(chǎn)生高表面粗糙度。通過(guò)在最初形成期間使用水作為氧化劑，且隨后通過(guò)使用臭氧作為氧化劑來(lái)形成其余氧化鍶，可在保持相對(duì)較高沉積速率的同時(shí)促進(jìn)表面粗糙度的改良。圖IA是根據(jù)本揭示內(nèi)容的實(shí)施例形成的含有電荷存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器陣列100的一部分的示意圖。存儲(chǔ)器陣列100包括通常以邏輯行和邏輯列布置的多個(gè)存儲(chǔ)器單元102。 典型存儲(chǔ)器陣列100含有數(shù)百萬(wàn)個(gè)所述存儲(chǔ)器單元102。每個(gè)存儲(chǔ)器單元102均包括存取晶體管104，其中每個(gè)存取晶體管104的柵極皆耦合到存取線(xiàn)108(通常稱(chēng)為字線(xiàn))。存取晶體管104的第一源極/漏極區(qū)耦合到數(shù)據(jù)線(xiàn)110(通常稱(chēng)為位元線(xiàn))，且存取晶體管104的第二源極/漏極區(qū)耦合到電容器106。存儲(chǔ)器單元102的數(shù)據(jù)值是以電荷形式存儲(chǔ)于電容器106上且所述數(shù)據(jù)值是通過(guò)下述方式來(lái)感測(cè)與相聯(lián)位元線(xiàn)110共享電荷并檢測(cè)因電荷共享引起的相聯(lián)位元線(xiàn)110上的電勢(shì)變化。電容器106在釕電極與鍶鈦氧化物電介質(zhì)之間具有根據(jù)本揭示內(nèi)容的實(shí)施例形成的鍶釕氧化物界面。耦合到相同字線(xiàn) 108的一組存儲(chǔ)器單元102通常稱(chēng)為一行存儲(chǔ)器單元。同樣，耦合到相同位元線(xiàn)110的一組存儲(chǔ)器單元102通常稱(chēng)為一列存儲(chǔ)器單元。圖IB是提供本揭示內(nèi)容實(shí)施例中存儲(chǔ)器單元102的其它細(xì)節(jié)的示意圖。如圖IB 中所繪示，存儲(chǔ)器單元102的存取晶體管104的源極/漏極區(qū)耦合到電容器106的底部電極112。底部電極112是釕電極。電介質(zhì)114插于電容器106的底部電極112與頂部電極 116之間。電介質(zhì)114是鍶鈦氧化物電介質(zhì)。頂部電極116通常耦合到接地節(jié)點(diǎn)118。頂部電極116是導(dǎo)電材料(例如，多晶硅)。盡管示意地表示，但電容器106可利用業(yè)內(nèi)已知的多種電容器幾何形狀中的任一者，例如簡(jiǎn)單板式電容器，或更通常地采用一些更復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，例如容器式電容器、溝槽式電容器或諸如此類(lèi)。因不同實(shí)施例適用于不同的形成材料的方法，因此各實(shí)施例不限于特定幾何形狀。圖2是本揭示內(nèi)容的實(shí)施例中作為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的集成電路存儲(chǔ)器220的簡(jiǎn)化框圖。存儲(chǔ)器220包括存儲(chǔ)器單元陣列222、地址解碼器224、行存取電路226、 列存取電路228、控制電路230和輸入/輸出(I/O)電路232。存儲(chǔ)器陣列222含有多個(gè)存儲(chǔ)器單元，其具有耦合于位元線(xiàn)與電容器間的存取晶體管，例如參照?qǐng)D1A-1B所闡述者?？蓪⒓呻娐反鎯?chǔ)器220耦合到處理器234或其它存儲(chǔ)器控制器以存取存儲(chǔ)器陣列222。耦合到處理器234的集成電路存儲(chǔ)器220形成電子系統(tǒng)的部分。電子系統(tǒng)的一些實(shí)例包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、外圍裝置、無(wú)線(xiàn)電子裝置、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等。集成電路存儲(chǔ)器220通過(guò)控制線(xiàn)236從處理器234接收控制信號(hào)以控制對(duì)存儲(chǔ)器陣列222的存取?；貞?yīng)通過(guò)地址線(xiàn)238接收的地址信號(hào)將對(duì)存儲(chǔ)器陣列222的存取引導(dǎo)到一個(gè)或一個(gè)以上目標(biāo)存儲(chǔ)器單元。一旦回應(yīng)控制信號(hào)和地址信號(hào)而存取，則可通過(guò)DQ線(xiàn) 240將數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器單元或從存儲(chǔ)器單元讀取數(shù)據(jù)。應(yīng)理解，DRAM的上述說(shuō)明打算提供對(duì)存儲(chǔ)器的大致理解且并非DRAM所有元件和特征的完整說(shuō)明。此外，本發(fā)明同樣適用于業(yè)內(nèi)已知的各種尺寸和類(lèi)型的集成電路裝置且并不打算受上述DRAM限制。圖3A-3D概念性地繪示可與本揭示內(nèi)容的實(shí)施例一起使用的ALD工藝。應(yīng)注意，圖中并未試圖展示具體分子結(jié)構(gòu)。然而，有關(guān)本揭示內(nèi)容的ALD的概念可借助圖3A-3D來(lái)理解。在A(yíng)LD中，將氣態(tài)前體引入(每次一種)安裝于反應(yīng)器(例如，反應(yīng)室)內(nèi)的襯底表面。所述氣態(tài)前體的此引入采用各氣態(tài)前體的順序脈沖形式。在前體氣體的脈沖中，使前體氣體流入特定區(qū)或區(qū)域中并保持短時(shí)間周期。在脈沖之間，吹掃反應(yīng)室(例如，用氣體 (通常為惰性氣體)沖洗)和/或抽真空。所引入的第一種前體材料有時(shí)稱(chēng)為前體，且所引入的第二種材料有時(shí)稱(chēng)為反應(yīng)物，但兩種材料均是由ALD反應(yīng)形成的最終材料的前體，且因此在本文中可將二者均稱(chēng)為前體。例如，將第一前體引入反應(yīng)器中且在第一脈沖階段期間使所述前體的一部分化學(xué)吸附于襯底表面上。通常，第一前體化學(xué)吸附于表面的吸附位置，例如使襯底暴露于水蒸氣或周?chē)鷿駳馑玫降奈搅u基的位置。然而，用于形成吸附位置的表面處理將取決于所選前體。然后吹掃反應(yīng)器(例如，用氣體(通常為惰性氣體)沖洗)和/或抽真空，以去除多余第一前體(即，未吸附于襯底的吸附位置上的第一前體)和反應(yīng)副產(chǎn)物。化學(xué)吸附的第一前體產(chǎn)生ALD工藝的后續(xù)階段的反應(yīng)位置。在所述實(shí)例中，隨后將第二前體引入反應(yīng)器中且在第二脈沖階段中使一部分與第一前體在反應(yīng)位置反應(yīng)。然后吹掃反應(yīng)器以去除多余第二前體(即，未與第一前體在反應(yīng)位置反應(yīng)的第二前體)和反應(yīng)副產(chǎn)物。在第二前體與第一前體在反應(yīng)位置反應(yīng)后，形成在 ALD工藝的后續(xù)循環(huán)中用于化學(xué)吸附其它第一前體的吸附位置。可執(zhí)行多個(gè)交替循環(huán)以形成期望厚度的膜。在圖3A中，將第一前體352引入反應(yīng)器中且在第一脈沖階段期間使一部分化學(xué)吸附于襯底350的表面上。通常，第一前體352化學(xué)吸附于表面的吸附位置354，例如使襯底暴露于水蒸氣所得到的吸附羥基的位置。然而，用于形成吸附位置354的表面處理將取決于所選前體。然后吹掃反應(yīng)器(例如，用氣體(通常為惰性氣體)沖洗)和/或抽真空， 以去除圖:3B中的多余第一前體352(即，未吸附于襯底350的吸附位置3M上的第一前體 352)和反應(yīng)產(chǎn)物356?；瘜W(xué)吸附的第一前體352形成ALD工藝的后續(xù)階段的反應(yīng)位置358， 如圖:3B中所表示。在圖3C中，將第二前體360引入反應(yīng)器中且在第二脈沖階段期間一部分與第一前體352在反應(yīng)位置358處反應(yīng)。然后吹掃圖3D中的反應(yīng)器以去除多余第二前體360(即， 未與第一前體352在反應(yīng)位置358處反應(yīng)的第二前體360)和反應(yīng)產(chǎn)物362。在第二前體 360與第一前體352在反應(yīng)位置358處反應(yīng)后，形成在A(yíng)LD工藝的后續(xù)循環(huán)中用于化學(xué)吸附其它第一前體352的吸附位置364。就一個(gè)實(shí)例性實(shí)施例來(lái)說(shuō)，第一前體352是鍶源且第二前體360是用于制造氧化鍶材料的氧源。就另一實(shí)例性實(shí)施例來(lái)說(shuō)，第一前體352是鈦源且第二前體360是用于制造氧化鈦材料的氧源。為制造鍶鈦氧化物材料，可使用制造氧化鍶和氧化鈦的交替ALD循環(huán)。圖3A-3D的階段的每一循環(huán)都形成單個(gè)材料單層?？蓤?zhí)行多個(gè)圖3A-3D的階段的循環(huán)以制造期望材料的連續(xù)膜。圖4A-4E是本揭示內(nèi)容的實(shí)施例中集成電路裝置的一部分在不同制造階段的剖視圖。圖4A繪示經(jīng)釕涂布的襯底的一部分。作為一個(gè)實(shí)例，經(jīng)釕涂布的襯底的釕材料470 可代表電容器的第一電極(例如，底部電極)。在圖4B中，形成覆蓋釕材料470的第一氧化鍶材料472。使用ALD工藝來(lái)形成第一氧化鍶材料472，其中第一前體是鍶源且第二前體是基本上由水組成的氧源?？墒褂枚鄠€(gè)ALD循環(huán)(如參照?qǐng)D3A-3D所闡述)來(lái)形成第一氧化鍶材料472的連續(xù)氧化鍶材料。連續(xù)第一氧化鍶材料472的形成將用于鈍化下伏釕材料 470，以在使用臭氧作為第二前體的后續(xù)處理中保護(hù)下伏釕材料470。如果在所關(guān)注的相關(guān)區(qū)中(例如，在未來(lái)電容器的對(duì)置電極間的區(qū)中)下伏釕材料470無(wú)任一部分透過(guò)第一氧化鍶材料472暴露，則本文所用第一氧化鍶材料472是連續(xù)的。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，使用水作為氧源將ALD工藝重復(fù)至少三個(gè)循環(huán)以形成第一氧化鍶材料472。就另一實(shí)施例來(lái)說(shuō)，使用水作為氧源將ALD工藝重復(fù)實(shí)施至少多個(gè)ALD循環(huán)直到第一氧化鍶材料472形成連續(xù)材料為止。就再一實(shí)施例來(lái)說(shuō)，重復(fù)ALD工藝直到第一氧化鍶材料472為至少約20 A (在工業(yè)處理的精度內(nèi))為止。在形成第一氧化鍶材料472后，在圖4C中形成覆蓋第一氧化鍶材料472的第二氧化鍶材料474。使用ALD工藝來(lái)形成第二氧化鍶材料474，其中第一前體是鍶源且第二前體包括臭氧。可使用多個(gè)ALD循環(huán)(如參照?qǐng)D3A-3D所闡述)來(lái)形成第二氧化鍶材料474 的連續(xù)氧化鍶材料。連續(xù)第二氧化鍶材料474的形成將用于為后續(xù)材料的形成提供光滑表面。如果在所關(guān)注的相關(guān)區(qū)中(例如，在未來(lái)電容器的對(duì)置電極間的區(qū)中)并無(wú)下伏第一氧化鍶材料472的部分透過(guò)第二氧化鍶材料474暴露，則本文所用第二氧化鍶材料474是連續(xù)的。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，使用臭氧作為氧源將ALD工藝重復(fù)實(shí)施至少多個(gè)ALD循環(huán)直到第二氧化鍶材料474形成連續(xù)材料為止。就另一實(shí)施例來(lái)說(shuō)，重復(fù)ALD工藝直到第二氧化鍶材料474為至少約20 A (在工業(yè)處理的精度內(nèi))為止。就再一實(shí)施例來(lái)說(shuō)，重復(fù)ALD 工藝直到第二氧化鍶材料474為約30-60 A (在工業(yè)處理的精度內(nèi))為止。在形成第二氧化鍶材料474后，對(duì)所述結(jié)構(gòu)實(shí)施退火，例如，在60(TC下在氮(N2) 環(huán)境中快速熱退火10分鐘。退火工藝用于將第一氧化鍶材料472和第二氧化鍶材料474 轉(zhuǎn)化為具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的鍶釕氧化物界面476。鍶釕氧化物界面476的厚度具有自限制性，即，鍶釕氧化物材料的量受限于可與下伏釕材料470反應(yīng)的氧化鍶材料的量。在對(duì)釕材料470、第一氧化鍶材料472和第二氧化鍶材料474實(shí)施退火后，在圖4D 中形成覆蓋第二鍶釕氧化物界面476的鍶鈦氧化物材料478。例如，鍶鈦氧化物材料478可代表電容器的電介質(zhì)?？墒褂肁LD工藝來(lái)形成鍶鈦氧化物材料478，所述ALD工藝使用交替的ALD循環(huán)來(lái)形成氧化鍶(其中第一前體是鍶源且第二前體是氧源)和氧化鈦(其中第一前體是鈦源且第二前體是氧源)?？墒褂枚鄠€(gè)ALD循環(huán)(如參照?qǐng)D3A-3D所闡述)來(lái)形成鍶鈦氧化物材料478的連續(xù)鍶鈦氧化物材料。如果在所關(guān)注的相關(guān)區(qū)中(例如，未來(lái)電容器的對(duì)置電極間的區(qū)中)下伏鍶釕氧化物材料476無(wú)任一部分透過(guò)鍶鈦氧化物材料478暴露，則本文所用鍶鈦氧化物材料478是連續(xù)的。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，使用交替的氧化鈦循環(huán)和氧化鍶循環(huán)重復(fù)ALD工藝，直到鍶鈦氧化物材料478形成連續(xù)材料，之后用氧化鈦覆蓋。 就另一實(shí)施例來(lái)說(shuō)，重復(fù)ALD工藝直到鍶鈦氧化物材料478為約80-120 A (在工業(yè)處理的精度內(nèi))為止。在圖4E中，如果經(jīng)釕涂布的襯底的釕材料470打算形成電容器的底部電極且鍶鈦氧化物材料478打算形成電容器的電介質(zhì)，則可形成覆蓋鍶鈦氧化物材料478的導(dǎo)電材料480作為電容器的第二電極(例如，頂部電極)。作為一個(gè)實(shí)例，導(dǎo)電材料480可為導(dǎo)電摻雜多晶硅。圖5是根據(jù)本揭示內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例使用原子層沉積在釕上形成鍶釕氧化物界面和在鍶釕氧化物上形成鍶鈦氧化物電介質(zhì)的方法的流程圖。從經(jīng)釕涂布的襯底或諸如此類(lèi)開(kāi)始，在563處，將鍶前體以脈沖方式輸送到反應(yīng)器中并吹掃。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，鍶前體是Sr (C11H19O2)2，也稱(chēng)為Sr(THD)2或(四甲基庚二酮酸)鍶。例如，可在約^(TC的蒸發(fā)器溫度、約300°C至325°C的襯底溫度和約1-2托的壓力下經(jīng)30-60秒以0. 4-0. 8ml/min流速將鍶前體饋送到反應(yīng)器中，隨后將反應(yīng)器吹掃約30秒。在565處，將水蒸氣以脈沖方式輸送到反應(yīng)器中并吹掃。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，在約300°C至325°C的襯底溫度和約1-2托的壓力下使用水蒸氣產(chǎn)生器(WVG)系統(tǒng)經(jīng)30-60秒將水蒸氣饋送到反應(yīng)器中，隨后將反應(yīng)器吹掃約30秒。如果在方塊567處從ALD循環(huán)563/565得到的氧化鍶的厚度達(dá)到期望厚度，則工藝進(jìn)行到方塊569，否則重復(fù)ALD循環(huán)563/565。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在每一循環(huán)后通常不測(cè)量使用 ALD循環(huán)563/565形成的氧化鍶的厚度。盡管已知原位測(cè)量方法，但更通常地將測(cè)定每一 ALD循環(huán)563/565的預(yù)期沉積速率，并確定產(chǎn)生期望厚度所需的ALD循環(huán)563/565的預(yù)期次數(shù)。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，在實(shí)施最后的ALD循環(huán)563/565后，在進(jìn)行到方塊569之前，用溶劑沖洗反應(yīng)器。例如，可在約290°C的蒸發(fā)器溫度、約300°C至325°C的襯底溫度和約1_2 托的壓力下經(jīng)15-30秒將四氫呋喃(THF)以約0.4-1. Oml/min的流速饋送到反應(yīng)器中，并吹掃約30-60秒。在569處，將鍶前體以脈沖方式輸送到反應(yīng)器中并吹掃。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，鍶前體仍然為(四甲基庚二酮酸)鍶。例如，可在約^KTC的蒸發(fā)器溫度、約300°C至325°C的襯底溫度和約1-2托的壓力下經(jīng)30-60秒以0. 4-0. 8ml/min流速將鍶前體饋送到反應(yīng)器中， 隨后將反應(yīng)器吹掃約30秒。在571處，將臭氧以脈沖方式輸送到反應(yīng)器中并吹掃。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，在約300°C至325°C的襯底溫度和約1-2托的壓力下經(jīng)30-60秒將臭氧供應(yīng)到反應(yīng)器以提供以體積計(jì)含有約15%臭氧的氣氛，隨后將反應(yīng)器吹掃約30秒。如果在方塊573處從ALD循環(huán)569/571得到的氧化鍶的厚度達(dá)到期望厚度，則工藝進(jìn)行到方塊575，否則重復(fù)ALD循環(huán)569/571。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在每一循環(huán)后通常不測(cè)量使用 ALD循環(huán)569/571形成的氧化鍶的厚度。盡管已知原位測(cè)量方法，但更通常將測(cè)定每一 ALD 循環(huán)569/571的預(yù)期沉積速率，并確定產(chǎn)生期望厚度所需的ALD循環(huán)569/571的預(yù)期次數(shù)。 就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，在實(shí)施最后的ALD循環(huán)569/571后，在進(jìn)行到方塊569之前，用溶劑沖洗反應(yīng)器。例如，可在約^KTC的蒸發(fā)器溫度、約300°C至325°C的襯底溫度和約1_2托的壓力下經(jīng)15-30秒將四氫呋喃(THF)以約0.4-1. Oml/min的流速饋送到反應(yīng)器中，并吹掃約 30-60 秒。在575處，對(duì)所述結(jié)構(gòu)實(shí)施退火以使通過(guò)ALD循環(huán)563/565和569/571形成的氧化鍶與下伏的釕反應(yīng)，藉此形成具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的鍶釕氧化物材料。例如，可在600°C 下在隊(duì)環(huán)境中對(duì)所述結(jié)構(gòu)實(shí)施10分鐘的快速熱退火工藝。在577處，將鈦前體以脈沖方式輸送到反應(yīng)器中并吹掃。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，鈦前體是Ti (C6H12O2) (C11H19O2)2，也稱(chēng)為T(mén)i (MPD) (thd)2^ (甲基戊二酮)_(四甲基庚二酮酸) 鈦。例如，可在約^(TC的蒸發(fā)器溫度、約300°C至325°C的襯底溫度和約1_2托的壓力下經(jīng) 30-60秒以0. 4-0. 8ml/min流速將鈦前體饋送到反應(yīng)器中，隨后吹掃反應(yīng)器約30秒。在579 處，將臭氧以脈沖方式輸送到反應(yīng)器中并吹掃。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，在約300°C至325°C的襯底溫度和約1-2托的壓力下經(jīng)30-60秒將臭氧供應(yīng)到反應(yīng)器以提供以體積計(jì)含有約15% 臭氧的氛圍，隨后將反應(yīng)器吹掃約30秒。在框579與577間的虛線(xiàn)指示在進(jìn)行到框581之前，ALD循環(huán)577/579可執(zhí)行一個(gè)或一個(gè)以上循環(huán)。在581處，用溶劑沖洗反應(yīng)器。例如， 可在約290°C的蒸發(fā)器溫度、約300°C至325°C的襯底溫度和約1_2托的壓力下經(jīng)15-30秒將四氫呋喃(THF)以約0. 4-1. Oml/min的流速饋送到反應(yīng)器，并吹掃約30-60秒。在583處，將鍶前體以脈沖方式輸送到反應(yīng)器中并吹掃。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，鍶前體仍然為(四甲基庚二酮酸)鍶。例如，可在約^KTC的蒸發(fā)器溫度、約300°C至325°C的襯底溫度和約1-2托的壓力下經(jīng)30-60秒以0. 4-0. 8ml/min流速將鍶前體饋送到反應(yīng)器， 隨后吹掃反應(yīng)器約30秒。在585處，將臭氧以脈沖方式輸送到反應(yīng)器中并吹掃。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，在約300°C至325°C的襯底溫度和約1-2托的壓力下經(jīng)30-60秒將臭氧供應(yīng)到反應(yīng)器以提供以體積計(jì)含有約15%臭氧的氛圍，隨后將反應(yīng)器吹掃約30秒。在框583與585 間的虛線(xiàn)指示在進(jìn)行到框589之前，ALD循環(huán)583/585可執(zhí)行一個(gè)或一個(gè)以上循環(huán)。在589 處，用溶劑沖洗反應(yīng)器。例如，可在約290°C的蒸發(fā)器溫度、約300°C至325°C的襯底溫度和約1-2托的壓力下經(jīng)15-30秒將四氫呋喃(THF)以約0. 4-1. Oml/min的流速饋送到反應(yīng)器， 并吹掃約30-60秒。如果在方塊589處從ALD循環(huán)577/579和583/585得到的鍶鈦氧化物的厚度達(dá)到期望厚度，則工藝進(jìn)行到方塊591，否則重復(fù)ALD循環(huán)577/579和583/585。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在每一循環(huán)后通常不測(cè)量使用ALD循環(huán)577/579和583/585形成的鍶鈦氧化物的厚度。相反， 更通常將測(cè)定ALD循環(huán)577/579和583/585的每一重復(fù)的預(yù)期沉積速率，并確定產(chǎn)生期望厚度所需的ALD循環(huán)577/579和583/585的預(yù)期次數(shù)。在591處，將鈦前體以脈沖方式輸送到反應(yīng)器中并吹掃。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，鈦前體仍然為(甲基戊二酮)-(四甲基庚二酮酸)鈦。例如，可在約^KTC的蒸發(fā)器溫度、約 300°C至325°C的襯底溫度和約1-2托的壓力下經(jīng)30-60秒以0. 4-0. 8ml/min流速將鈦前體饋送到反應(yīng)器中，隨后吹掃反應(yīng)器約30秒。在593處，將臭氧以脈沖方式輸送到反應(yīng)器中并吹掃。就一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)，在約300°C至325°C的襯底溫度和約1-2托的壓力下經(jīng)30-60秒將臭氧供應(yīng)到反應(yīng)器以提供以體積計(jì)含有約15%臭氧的氣氛，隨后將反應(yīng)器吹掃約30秒。如果在方塊595處從ALD循環(huán)591/593得到的鍶鈦氧化物的厚度達(dá)到期望厚度， 則工藝進(jìn)行到方塊597，否則重復(fù)ALD循環(huán)591/593。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在每一循環(huán)后通常不測(cè)量使用ALD循環(huán)591/593形成的氧化鈦的厚度。相反，更通常將測(cè)定每一 ALD循環(huán)591/593 的預(yù)期沉積速率，并確定產(chǎn)生期望厚度所需的ALD循環(huán)591/593的預(yù)期次數(shù)。在597處，對(duì)所述結(jié)構(gòu)實(shí)施退火以使通過(guò)ALD循環(huán)563/565、569/571和591/593形成的鍶鈦氧化物結(jié)晶。例如，可在600°C下在N2環(huán)境中對(duì)所述結(jié)構(gòu)實(shí)施10分鐘的快速熱退火工藝。然后可視待制造的期望集成電路裝置而定執(zhí)行后續(xù)工藝。例如，如果釕是電容器的電極，且鍶鈦氧化物是電容器的電介質(zhì)，則后續(xù)處理可包括形成對(duì)置電極以完成電容器。已證實(shí)通過(guò)在釕導(dǎo)體與鍶鈦氧化物電介質(zhì)之間納入鍶釕氧化物界面可使鍶鈦氧化物電介質(zhì)具有光滑表面特性，其中使用原子層沉積來(lái)形成所述鍶釕氧化物界面，所述原子層沉積在第一部分期間使用水作為氧化劑且在第二部分期間使用臭氧作為氧化劑。圖6A 是跨越在二氧化硅載體上的釕上生長(zhǎng)的鍶鈦氧化物試樣的濃度梯度圖。圖6B是顯示鍶鈦氧化物與釕的界面反應(yīng)的掃描電子顯微照片。圖6A-6B顯示鍶鈦氧化物與釕的顯著界面反應(yīng)和鍶元素與鈦元素的相互擴(kuò)散。圖7A是跨越在二氧化硅載體上的氧化釕上生長(zhǎng)的鍶鈦氧化物試樣的濃度梯度圖。圖7B是顯示鍶鈦氧化物與氧化釕的界面反應(yīng)的掃描電子顯微照片。圖7A-7B顯示鍶鈦氧化物與氧化釕的界面反應(yīng)。圖8A是跨越在二氧化硅載體上的鍶釕氧化物上生長(zhǎng)的鍶鈦氧化物試樣的濃度梯度圖。圖8B是顯示鍶鈦氧化物與鍶釕氧化物的界面反應(yīng)的掃描電子顯微照片。圖8A-8B顯示鍶鈦氧化物相對(duì)光滑且在整個(gè)鍶釕氧化物上鍶元素與鈦元素的相互擴(kuò)散相對(duì)較少。如本文所述在釕導(dǎo)體上制備鍶釕界面可促使釕導(dǎo)體鈍化，同時(shí)對(duì)表面粗糙度具有極小或無(wú)不利影響。例如，在一個(gè)試樣中，使用水作為氧化劑在80 A釕上形成20 A氧化鍶，隨后使用臭氧作為氧化劑形成30 A氧化鍶。在形成氧化鍶前，釕的片電阻(Rs)具有350的平均值和97的變化值，且在形成氧化鍶后，所述結(jié)構(gòu)具有321的平均值和101的變化值。在另一試樣中，使用水作為氧化劑在100 A釕上形成20 A 氧化鍶，隨后使用臭氧作為氧化劑形成60 A氧化鍶。在形成氧化鍶前，釕的片電阻(Rs)具有217的平均值和56的變化值，且在形成氧化鍶后，所述結(jié)構(gòu)具有179的平均值和48的變化值。結(jié)論盡管本文已圖解說(shuō)明并闡述特定實(shí)施例，但業(yè)內(nèi)一般技術(shù)人員應(yīng)了解，任何經(jīng)計(jì)算以達(dá)成相同目的的安排均可替代所示的特定實(shí)施例。業(yè)內(nèi)一般技術(shù)人員將易知本揭示內(nèi)容的諸多更改。因此，本申請(qǐng)案打算涵蓋本揭示內(nèi)容的任何更改或變化形式。
權(quán)利要求
1.一種形成鍶釕氧化物的方法，其包含使用第一原子層沉積方法在釕材料上形成第一氧化鍶材料，其中所述第一原子層沉積使用鍶前體且使用水作為氧源；使用第二原子層沉積方法在所述第一氧化鍶材料上形成第二氧化鍶材料，其中所述第二原子層沉積方法使用鍶前體且使用臭氧作為氧源；和對(duì)所述釕材料、所述第一氧化鍶材料和所述第二氧化鍶材料實(shí)施退火以形成所述鍶釕氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述第一氧化鍶材料和形成所述第二氧化鍶材料包含在所述第一原子層沉積方法和所述第二原子層沉積方法中使用相同的鍶前體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中使用鍶前體包含在所述第一原子層沉積方法和所述第二原子層沉積方法中的至少一者中使用(四甲基庚二酮酸)鍶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包含至少執(zhí)行多次所述第一原子層沉積方法的循環(huán)以形成呈連續(xù)材料形式的所述第一氧化鍶材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包含至少執(zhí)行多次所述第一原子層沉積方法的循環(huán)以形成至少20 A厚度的所述第一氧化鍶材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包含至少執(zhí)行多次所述第二原子層沉積方法的循環(huán)以形成呈連續(xù)材料形式的所述第二氧化鍶材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一權(quán)利要求所述的方法，其中對(duì)所述釕材料、所述第一氧化鍶材料和所述第二氧化鍶材料實(shí)施退火包含在氮環(huán)境中執(zhí)行快速熱退火。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一權(quán)利要求所述的方法，其中使用第一原子層沉積方法在釕材料上形成第一氧化鍶材料包含在原子層沉積方法中將第一鍶前體化學(xué)吸附到所述釕材料上；使水蒸氣與所述化學(xué)吸附的第一鍶前體反應(yīng)；和將化學(xué)吸附所述第一鍶前體和使所述水蒸氣與所述化學(xué)吸附的第一鍶前體反應(yīng)的循環(huán)重復(fù)第一循環(huán)數(shù)，以在所述釕材料上形成所述第一氧化鍶材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一權(quán)利要求所述的方法，其中使用第二原子層沉積方法在所述第一氧化鍶材料上形成第二氧化鍶材料包含在原子層沉積方法中將第二鍶前體化學(xué)吸附到所述第一氧化鍶材料上；使臭氧與所述化學(xué)吸附的第二鍶前體反應(yīng)；和將化學(xué)吸附所述第二鍶前體和使所述臭氧與所述化學(xué)吸附的第二鍶前體反應(yīng)的循環(huán)重復(fù)第二循環(huán)數(shù)，以在所述第一氧化鍶材料上形成第二氧化鍶材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述釕材料是釕電極，所述方法進(jìn)一步包含在所述鍶釕氧化物上形成鍶鈦氧化物電介質(zhì)；和在所述鍶鈦氧化物電介質(zhì)上形成第二電極以形成電容器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述鍶釕氧化物上形成鍶鈦氧化物電介質(zhì)包含執(zhí)行通過(guò)原子層沉積形成氧化鍶和通過(guò)原子層沉積形成氧化鈦的交替循環(huán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其進(jìn)一步包含在形成所述第二電極前對(duì)所述鍶鈦氧化物電介質(zhì)實(shí)施退火。
13.根據(jù)權(quán)利要求10到12中任一權(quán)利要求所述的方法，其中在所述鍶鈦氧化物電介質(zhì)上形成第二電極包含形成多晶硅電極。
14.一種集成電路裝置，其包含 釕；覆蓋于所述釕上的鍶鈦氧化物電介質(zhì)；和插于所述釕與所述鍶鈦氧化物電介質(zhì)間的鍶釕氧化物界面； 其中所述鍶釕氧化物界面是使用包含下列的方法形成使用鍶前體作為第一前體且水蒸氣作為第二前體來(lái)執(zhí)行第一原子層沉積方法，以在所述釕上形成第一氧化鍶材料；使用鍶前體作為第一前體且臭氧作為第二前體來(lái)執(zhí)行第二原子層沉積方法，以在所述第一氧化鍶材料上形成第二氧化鍶材料；和對(duì)所述釕、所述第一氧化鍶材料和所述第二氧化鍶材料實(shí)施退火以形成所述鍶釕氧化物界面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路裝置，其中，在所述方法中，形成所述第一氧化鍶材料和形成所述第二氧化鍶材料包含在所述第一原子層沉積方法和所述第二原子層沉積方法中使用相同的鍶前體。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的集成電路裝置，其中所述方法進(jìn)一步包含 執(zhí)行所述第一原子層沉積方法，至少直到所述第一氧化鍶材料連續(xù)為止；和執(zhí)行所述第二原子層沉積方法，至少直到所述第二氧化鍶材料連續(xù)為止。
17.根據(jù)權(quán)利要求14到16中任一權(quán)利要求所述的集成電路裝置，其中，在所述方法中， 形成所述第一氧化鍶材料和形成所述第二氧化鍶材料包含形成至少20 A的所述第一氧化鍶材料和形成至少20 A的所述第二氧化鍶材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求14到17中任一權(quán)利要求所述的集成電路裝置，其中，在所述方法中， 對(duì)所述釕、所述第一氧化鍶材料和所述第二氧化鍶材料實(shí)施退火以形成所述鍶釕氧化物界面包含在氮環(huán)境中執(zhí)行快速熱退火。
19.根據(jù)權(quán)利要求14到18中任一權(quán)利要求所述的集成電路裝置，其中所述釕是電容器的第一電極且所述鍶鈦氧化物電介質(zhì)是所述電容器的電介質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14到18中任一權(quán)利要求所述的集成電路裝置，其中所述集成電路裝置是存儲(chǔ)器裝置，其進(jìn)一步包含存儲(chǔ)器單元陣列，所述存儲(chǔ)器單元包含存取晶體管和電容器； 其中所述電容器中至少一者包含 作為第一電極的所述釕；和插于所述第一電極與第二電極間的所述鍶鈦氧化物電介質(zhì)。
全文摘要
鍶釕氧化物在釕導(dǎo)體與鍶鈦氧化物電介質(zhì)之間提供有效界面。鍶釕氧化物的形成包括使用原子層沉積來(lái)形成氧化鍶和隨后對(duì)氧化鍶實(shí)施退火以形成鍶釕氧化物。使用水作為氧源對(duì)氧化鍶進(jìn)行第一原子層沉積，隨后使用臭氧作為氧源對(duì)氧化鍶進(jìn)行后續(xù)原子層沉積。
文檔編號(hào)H01L21/205GK102421935SQ201080020703
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者巴斯卡爾·斯里尼瓦桑, 瓦西爾·安東諾夫, 約翰·斯邁思 申請(qǐng)人:美光科技公司