專利名稱：沉積材料及形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及沉積材料及形成方法。
背景技術(shù)：
介電材料已被用于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中以實(shí)現(xiàn)多種目的。它們能夠被用于將ー個(gè)區(qū)與另ー個(gè)區(qū)電隔離。另外，可以采用被選擇的用于介電材料的具體材料來幫助微調(diào)半導(dǎo)體芯片內(nèi)的電磁場(chǎng)，從而可以獲得多種部件。在一個(gè)實(shí)例中，可以通過制造被電容器介電材料分開的第一電容器電極和第二電容器電極來形成電容器。當(dāng)施加電流時(shí)，這種電容器介電材料允許第一電容器電極和第二電容器電極容納電荷。這允許被采用的電容器臨時(shí)存儲(chǔ)所需電荷。然而，隨著半導(dǎo)體器件變得越來越小，可能出現(xiàn)關(guān)于介電層的問題。具體來說，當(dāng)半導(dǎo)體制造從40nmエ藝節(jié)點(diǎn)急速?zèng)_過28nmエ藝節(jié)點(diǎn)時(shí)，當(dāng)前的形成這些介電層的方法對(duì)被要求滿足當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中期望的性能和制造規(guī)范的任務(wù)是完全不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括向沉積腔室引入第一前體并持續(xù)第一時(shí)間；在引入所述第一前體之后，向所述沉積腔室引入第一清除氣體并持續(xù)第二時(shí)間，其中所述第二時(shí)間大于所述第一時(shí)間；在引入所述第一清除氣體之后，向所述沉積腔室引入第二前體并持續(xù)第三時(shí)間，其中所述第三時(shí)間大于或等于所述第一時(shí)間；以及在引入所述第二前體之后向所述沉積腔室引入第二清除氣體并持續(xù)第四時(shí)間。在一可選實(shí)施例中，所述第四時(shí)間大于所述第三時(shí)間。在一可選實(shí)施例中，所述第二時(shí)間和所述第四時(shí)間的第一總和大于所述第一時(shí)間和所述第三時(shí)間的第二總和。在一可選實(shí)施例中，所述第二前體含有氧。在一可選實(shí)施例中，所述方法進(jìn)ー步包括向所述沉積腔室引入所述第一前體并持續(xù)第五時(shí)間，在向所述沉積腔室引入所述第二清除氣體之后進(jìn)行向所述沉積腔室引入所述第一前體并持續(xù)第五時(shí)間的步驟；向所述沉積腔室引入第三清除氣體并持續(xù)第六時(shí)間，所述第六時(shí)間小于所述第二時(shí)間；向所述沉積腔室引入所述第二前體并持續(xù)第七時(shí)間，所述第七時(shí)間小于所述第三時(shí)間；以及向所述沉積腔室引入所述第四清除氣體并持續(xù)第八時(shí)間，所述第八時(shí)間小于所述第四時(shí)間。在一可選實(shí)施例中，所述第五時(shí)間、所述第六時(shí)間、所述第七時(shí)間、和所述第八時(shí)間全都彼此相等。在一可選實(shí)施例中，引入的所述第一前體包含鋯。
在一可選實(shí)施例中，所述方法進(jìn)ー步包括在引入第二清除氣體之后形成DRAM電容器頂板。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括執(zhí)行第一循環(huán)以形成介電材料的第一單層，所述第一循環(huán)包括使襯底的表面與第一前體反應(yīng)并持續(xù)第一時(shí)間周期以形成第一前體表面；從所述第一前體表面清除所述第一前體并持續(xù)第二時(shí)間，其中，所述第二時(shí)間周期大于所述第一時(shí)間周期；用第二前體氧化所述第一前體表面以形成所述介電材料的所述第一單層，氧化所述第一前體表面持續(xù)第三時(shí)間周期，其中，所述第三時(shí)間周期大于或等于所述第一時(shí)間周期；以及從所述介電材料的所述第一單層清除所述第二前體并持續(xù)第四時(shí)間周期，其中，所述第四時(shí)間周期大于所述第三時(shí)間周期；以及在執(zhí)行所述第一循環(huán)之后執(zhí)行第二循環(huán)以形成所述介電材料的第二單層。在一可選實(shí)施例中，所述第一前體包含鋯。在一可選實(shí)施例中，所述第二循環(huán)進(jìn)一歩包括使所述介電材料的所述第一單層的表面與所述第一前體反應(yīng)并持續(xù)第五時(shí)間周期以形成第二前體表面；從所述第二前體表面清除所述第一前體并持續(xù)第六時(shí)間周期，其中，所述第六時(shí)間周期小于所述第二時(shí)間周期；用所述第二前體氧化所述第二前體表面以形成所述介電材料的第二單層，氧化所述第ニ前體表面持續(xù)第七時(shí)間 周期，所述第七時(shí)間周期小于所述第三時(shí)間周期；以及從所述第ニ單層清除所述第二前體并持續(xù)第八時(shí)間周期，其中，所述第八時(shí)間周期小于所述第四時(shí)間周期。在一可選實(shí)施例中，所述方法進(jìn)ー步包括執(zhí)行第三循環(huán)以形成所述介電材料的第三單層，所述執(zhí)行第三循環(huán)發(fā)生在所述執(zhí)行第二循環(huán)之后，所述第三循環(huán)與所述第一循環(huán)相同。在一可選實(shí)施例中，所述方法進(jìn)ー步包括在所述第二單層上方形成DRAM頂部電容器極板。在一可選實(shí)施例中，所述方法進(jìn)ー步包括在所述第二單層上方形成電容器頂板。在一可選實(shí)施例中，所述方法進(jìn)ー步包括在所述第二單層上方形成柵電極。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的又ー個(gè)方面，還提供了一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括第一層，包括第一材料，所述第一層包括多個(gè)第一單層，所述多個(gè)第一單層具有第一密度；以及第二層，位于所述第一層上方，所述第二層包括所述第一材料，所述第二層包括多個(gè)第二單層，所述多個(gè)第二單層具有小于所述第一密度的第二密度。在一可選實(shí)施例中，所述第一材料是氧化鋯。在一可選實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件進(jìn)ー步包括位于所述第二層上方的第三層，所述第三層包括所述第一材料，并包括多個(gè)第三單層，所述多個(gè)第三單層具有大于所述第ニ密度的第三密度。
在一可選實(shí)施例中，所述第一層具有比所述第二層更高的氧濃度。在一可選實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件進(jìn)ー步包括位于所述第二層上方的電容器頂部電極。


為了更充分地理解實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)將結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述作為參考，其中圖1示出了根據(jù)ー實(shí)施例的具有柵層疊和底部電容器電極的襯底；圖2A不出了根據(jù)ー實(shí)施例的位于底部電容器電極上方的介電層的形成；圖2B示出了根據(jù)ー實(shí)施例的可用于形成介電層的沉積腔室；圖3示出了根據(jù)ー實(shí)施例的可用于形成介電層的第一沉積エ藝；圖4示出了根據(jù)ー實(shí)施例的位于介電層上方的頂部電容器電極和位線的形成；圖5A示出了根據(jù)ー實(shí)施例的復(fù)合介電層；圖5B示出了根據(jù)ー實(shí)施例的可用于幫助形成復(fù)合介電層的第二沉積エ藝；圖6A-6B示出了根據(jù)ー實(shí)施例的復(fù)合介電層；圖7A-7B示出了根據(jù)ー實(shí)施例的顯示密度増加的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；圖8示出了根據(jù)ー實(shí)施例的顯示泄露減少的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；圖9示出了根據(jù)ー實(shí)施例的用作CMOS晶體管中的柵極電介質(zhì)的介電層；和圖10示出了根據(jù)ー實(shí)施例的用作II1-V族金屬柵極晶體管中的柵極電介質(zhì)的介電層。除非另有說明，不同附圖中的相應(yīng)數(shù)字和符號(hào)通常是指相應(yīng)的部件。繪制附圖是為了清楚地舉例說明實(shí)施例的相關(guān)方面，附圖并不必需按比例繪制。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)討論實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，這些實(shí)施例提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅是制造和使用實(shí)施例的示例性的具體方式，并不用于限制實(shí)施例的范圍。實(shí)施例將描述關(guān)于具體環(huán)境中的實(shí)施例，即在28納米エ藝節(jié)點(diǎn)的金屬-絕緣體-金屬(MIM)中的高k電介質(zhì)。然而，這些實(shí)施例也可以適用于其他用途中的其他介電層?，F(xiàn)在參考圖1，示出了襯底101以及位于襯底101內(nèi)的隔離區(qū)103、位于襯底101上的多個(gè)柵層疊102、源扱/漏極區(qū)111、第一層間介電(ILD)層113、第一蝕刻停止層119、電容器接觸件115、下位線接觸件117、第二 ILD層121、和底部電容器極板123。襯底101可以包括摻雜的或未摻雜的體硅或者絕緣體上硅(SOI)襯底的有源層。通常，SOI襯底包括半導(dǎo)體材料的層，如硅、鍺、硅鍺、SO1、 絕緣體上硅鍺(SGOI)、或它們的組合?？梢允褂玫钠渌r底包括多層襯底、梯度襯底、或混合取向襯底。隔離區(qū)103可以是淺溝槽隔離(STI)區(qū)，并且可以通過蝕刻襯底101形成溝槽并用如本領(lǐng)域中已知的介電材料填充溝槽來形成。可以使用通過本領(lǐng)域中已知的常規(guī)方法形成的介電材料，如氧化物材料、高密度等離子體(HDP)氧化物或類似氧化物填充隔離區(qū)103。位于襯底101上的柵層疊102可以包括柵極介電層105、柵電極107、和間隔件109。柵極介電層105可以是介電材料，如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化物、含氮氧化物、或它們的組合等。柵極介電層105可以具有大于約4的相對(duì)介電常數(shù)值。這些材料的其他實(shí)例包括氧化鋁、氧化鑭、氧化鉿、氧化鋯、氮氧化鉿、或它們的組合。在柵極介電層105包括氧化物層的實(shí)施例中，柵極介電層105可以在包含氧化物、H2O, NO、或它們的組合的環(huán)境中通過任何氧化工藝形成，如濕法或干法熱氧化?？蛇x地，可以采用化學(xué)汽相沉積(CVD)技術(shù)將四こ基原硅酸鹽(TEOS)和氧氣用作前體來形成柵極電介質(zhì)105。在一實(shí)施例中，柵極介電層105的厚度可以在約8A至約200A之間。柵電極107可以包含導(dǎo)電材料，如金屬(例如，鉭、鈦、鑰、鶴、鉬、招、鉿、釕)、金屬硅化物(例如，硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳、硅化鉭)、金屬氮化物(例如，氮化鈦、氮化鉭)、摻雜的多晶硅、其他導(dǎo)電材料、或它們的組合等。在柵電極107是多晶硅的實(shí)施例中，可以通過采用低壓化學(xué)汽相沉積(LPCVD)沉積摻雜的或未摻雜多晶硅來形成厚度在約400A至約2,400A范圍內(nèi)，如約1,400A的柵電極107。—旦形成了柵極介電層105和柵電極107,則可以圖案化柵極介電層105和柵電極107。在一實(shí)施例中，可以米用例如光刻掩膜和蝕刻エ藝來圖案化柵極介電層105和柵電極107，由此在柵電極107上方形成光刻掩膜(在圖1中未示出)，然后使其暴露到圖案化的光下。暴露之后，去除光刻掩膜的期望部分暴露出下面的柵電極107，然后可以蝕刻下面的柵電極107以去除暴露部分，從而圖案化 柵電極107和柵極介電層105?？梢酝ㄟ^在柵電極107和襯底101的上方均厚沉積ー個(gè)或多個(gè)間隔件層(未示出)來形成間隔件109。間隔件層可以包含SiN、氮氧化物、SiC, SiON、氧化物和類似化合物，并可以通過常用方法如化學(xué)汽相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)CVD、濺射、和本領(lǐng)域中已知的其他方法形成?？梢灾T如通過各向同性或各向異性蝕刻來圖案化間隔件層，從而從結(jié)構(gòu)的水平面去除間隔件層，并形成如圖1中所示出的間隔件109?？梢栽跂艠O介電層105的相對(duì)側(cè)的襯底101中形成源扱/漏極區(qū)111。在襯底101是n型襯底的實(shí)施例中，可以通過注入適當(dāng)?shù)膒型摻雜劑如硼、鍺、銦或類似物來形成源極/漏極區(qū)111?？蛇x地，在襯底101是p型襯底的實(shí)施例中，可以通過注入適當(dāng)?shù)膎型摻雜劑如磷，神，或類似物來形成源扱/漏極區(qū)111?？梢允褂脰艠O介電層105、柵電極107和間隔件109作為掩膜注入這些源扱/漏極區(qū)111?？梢栽跂艑盈B102和襯底101上方形成第一 ILD層113以便提供襯底101、柵層疊102、和上面的金屬層之間的電隔離。第一 ILD層113可以通過以下方法來形成化學(xué)汽相沉積、濺射或任何本領(lǐng)域中用于形成ILD的已知和使用的其他方法，使用例如四こ基正硅酸鹽(TEOS)和氧氣作為前體。第一 ILD層113的厚度可以是約4,000A至約13,000人,但也可以使用其他厚度。第一 ILD層113可以包含摻雜的或未摻雜的氧化硅，但是可選地也可以采用其他材料，如摻雜氮化硅的硅酸鹽玻璃、高k材料、或這些的組合，或類似物。形成之后，可以采用例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)エ藝平坦化第一 ILD層113。在形成第一 ILD層113之后,可以通過第一 ILD層113形成電容器接觸件115和下位線接觸件117。在一實(shí)施例中，可以形成電容器接觸件115以提供襯底101和底部電容器極板123 (在下面進(jìn)ー步描述)之間的電連接。可以形成下位線接觸件117以幫助提供柵層疊102之間的源極/漏極區(qū)111與位線407 (下面參考圖4討論的)之間的電連接。可以通過鑲嵌エ藝形成電容器接觸件115和下位線接觸件117，以此掩膜沉積在第一 ILD層113的表面上，在表面內(nèi)蝕刻空穴，并使用導(dǎo)電材料(如鎢或銅)填充空穴。應(yīng)當(dāng)注意到，電容器接觸件115和下位線接觸件117可以包含一層或多層導(dǎo)電材料。例如，電容器接觸件115和下位線接觸件117可以包括阻擋層、粘合層、多個(gè)導(dǎo)電層或類似層?？梢栽诘谝?ILD層113上方形成第一蝕刻停止層119以便為后續(xù)蝕刻エ藝提供控制點(diǎn)。第一蝕刻停止層119可以是介電材料，如SiN或SiON，但是也可以使用本領(lǐng)域中已知的其他材料，如SiC或氧化物。在一實(shí)施例中，可以采用エ藝如CVD、PECVD、ALD或類似エ藝形成第一蝕刻停止層119，并且可以形成具有厚度在約300A和約1,500A之間的第一蝕刻停止層119?？梢栽诘谝晃g刻停止層119上方形成第二 ILD層121，并且第二 ILD層121可以包含通過以下方法形成的氧化物通過化學(xué)汽相沉積(CVD)技術(shù)使用四こ基正硅酸鹽(TEOS)和氧氣作為前體形成或者通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)形成的氧化物。在ー實(shí)施例中，第二 ILD層121的厚度可以處于約4,000A和約13,000A之間?？梢云教够诙蘒LD層121的表面，諸如使用氧化物漿液通過CMPエ藝來平坦化。一旦形成了第二 ILD層121，可以圖案化第二 ILD層121和第一蝕刻停止層119以便暴露出下面的電容器接觸件115，以及提供在第二 ILD層121中的開ロ，其中，底部電容器極板123可以形成在開口中。第二 ILD層121和第一蝕刻停止層119可以采用例如合適的光刻掩膜和蝕刻エ藝來圖案化，其中光刻膠(在圖1中未示出)形成在第二 ILD層121的上方、然后照射并顯影使得暴露出第二 ILD層121的下面部分。一旦光刻膠已被顯影，可以使用合適的蝕刻劑并且還使用光刻膠作為掩膜來去除暴露出的第二 ILD層121。第二 ILD層121的蝕刻可以停止在第一蝕刻停止層119上，然后采用光刻膠和第二 ILD層121作為掩膜可以蝕刻第一蝕刻停止層119以便暴露出下面的電容器接觸件115。一旦圖案化了第二 ILD層121和第一蝕刻停止層119，可以形成與電容器接觸件115電接觸的底部電容器極板123。底部電容器極板123可以通過沉積并圖案化導(dǎo)電材料層，如TiN、TaN、釕或類似物層，來形成。底部電容器極板123可以例如通過CVD或SLD技術(shù)來形成，并且底部電容器極板123可以具有約100A至約500A之間的厚度，如約200A的厚度。在形成了底部電容器極板123之后，可以通過例如CMPエ藝或回蝕刻エ藝去除第二ILD層121的表面上的任何多余的導(dǎo)電材料。圖2A示出了可形·成在底部電容器極板123上方的沉積層201。沉積層201可以用作介電層以將底部電容器板123與頂部電容器極板401 (圖2A中未示出，但在下面參考圖4并討論)電隔離。在一實(shí)施例中，沉積層201可以結(jié)合底部電容器極板123和頂部電容器極板401—起使用以形成電容器，所述電容器可用于以例如嵌入式動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(eDRAM)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)電荷。圖2B示出了可用于形成沉積層201的沉積系統(tǒng)200。在一實(shí)施例中，沉積系統(tǒng)200可以接收來自第一前體輸送系統(tǒng)205和第二前體輸送系統(tǒng)207的前體材料,并形成在第二ILD層121以及襯底101上方的底部電容器極板123上的沉積層201 (為了清楚起見位于襯底101和第一蝕刻停止層119之間的介入層被從圖2B中去除)。沉積層201的形成可以在接收第一前體材料和第二前體材料的沉積腔室203中實(shí)施。
第一前體輸送系統(tǒng)205和第二前體輸送系統(tǒng)207可以彼此結(jié)合起來工作以向沉積腔室203供應(yīng)各種不同的前體材料。在一實(shí)施例中，第一前體輸送系統(tǒng)205可以包括載氣供應(yīng)系統(tǒng)208、流量控制器209和前體罐211。載氣供應(yīng)系統(tǒng)208可以供應(yīng)可用于幫助向沉積腔室203 “運(yùn)載”前體氣體的氣體。載氣可以是惰性氣體或者不與沉積系統(tǒng)200內(nèi)的前體材料或其他材料反應(yīng)的其他氣體。例如，載氣可以是氦氣(He)、氬氣(Ar)、氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、或它們的組合，或類似氣體，然而可選地也可以采用任何其他合適的載氣。載氣供應(yīng)系統(tǒng)208可以是容器，如氣體貯藏罐，所述容器或者位于沉積腔室203當(dāng)?shù)靥幓蛘呶挥谶h(yuǎn)離沉積腔室203處。載氣供應(yīng)系統(tǒng)208可以向流量控制器209供應(yīng)期望的載氣?？梢圆捎昧髁靠刂破?09以控制到前體罐211的載氣的流量，并且最終控制到沉積腔室203的載氣得流量，從而還有助于控制沉積腔室203內(nèi)的壓強(qiáng)。流量控制器209可以是例如比例閥、調(diào)節(jié)閥、針閥、調(diào)壓器、質(zhì)量流量控制器、或它們的組合，或類似裝置。流量控制器209可以向前體罐211供應(yīng)受控載氣?？梢圆捎们绑w罐211通過蒸發(fā)或升華可以固相或液相輸送的前體材料來向沉積腔室203供應(yīng)期望的前體。前體罐211可以具有蒸汽區(qū)，在蒸汽區(qū)內(nèi)前體材料可被驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化成氣相以致來自流量控制器209的載氣可以進(jìn)入前體罐211，并使得或者運(yùn)載氣態(tài)前體材料離開前體罐211并去往沉積腔室203。如果可以使用載氣和升華/蒸發(fā)エ藝來實(shí)現(xiàn)第二前體材料，則第二前體輸送系統(tǒng)207可以包括與第一前體輸送系統(tǒng)205相似的部件?？蛇x地，在在制備和存儲(chǔ)期間第二前體材料呈氣體狀態(tài)的實(shí)施例中，第二前體輸送系統(tǒng)207可以包括第二前體材料供應(yīng)系統(tǒng)210，如氣體貯藏罐或機(jī)器，以在按需基礎(chǔ)上生成第二前體材料。例如，在采用臭氧作為第二前體材料的實(shí)施例中，第二前體材料供應(yīng)系統(tǒng)210可以包括集中器或者其他的能夠按需生成臭氧以便向前體氣體控制器213供應(yīng)臭氧的臭氧生成器。第二前體材料供應(yīng)系統(tǒng)210可以供應(yīng)一連串的第二前體材料到，例如，流量控制器209,其與上面描述的關(guān)于第一前體輸送系統(tǒng)205的流量控制器相似。第二前體輸送系統(tǒng)207中的流量控制器209可以幫助控制第二前體材料流向前體氣體控制器213的流量，流量控制器209可以是例如比例 閥、調(diào)節(jié)閥、針閥、調(diào)壓器、質(zhì)量流量控制器、或它們的組合，或類似裝置，然而可選地也可以采用任何其他合適的控制第二前體材料的流量的方法。第一前體輸送系統(tǒng)205和第二前體輸送系統(tǒng)207可以將它們各自的前體材料供應(yīng)到前體氣體控制器213中，該前體氣體控制器213可以將第一前體輸送系統(tǒng)205和第二前體輸送系統(tǒng)207與沉積腔室203連接或者隔離，以便向沉積腔室203輸送期望的前體材料。前體氣體控制器213可以包括諸如閥門、流量計(jì)、傳感器或類似物之類的器件，以控制每種前體的輸送速率，并且前體氣體控制器213可以通過接收到的來自控制單元215的指令來控制。前體氣體控制器213在接收到來自控制単元215的指令時(shí)，可打開或者關(guān)閉閥門以便將第一前體輸送系統(tǒng)205和第二前體輸送系統(tǒng)207之一與沉積腔室203連接，并通過多岐管216將期望的前體材料輸送到沉積腔室203中并至蓮蓬式噴頭217。蓮蓬式噴頭217可以被用于將所選的前體材料散布至沉積腔室203中，并可以被設(shè)計(jì)成均勻散布前體材料以便最小化可能由不均勻散布引起的不期望的エ藝條件。在一實(shí)施例中，蓮蓬式噴頭217可以具有圓形設(shè)計(jì)，該圓形設(shè)計(jì)帶有在蓮蓬式噴頭217周圍均勻散布的開ロ，以使得將期望的前體材料散布到沉積腔室203中。沉積腔室203可以接收期望的前體材料，并將前體材料暴露于襯底101，并且沉積腔室203可以是可適于散布前體材料并使前體材料與襯底101接觸的任何期望的形狀。在圖2B中所示出的實(shí)施例中，沉積腔室203具有圓柱形側(cè)壁和底部。而且，沉積腔室203可以被殼體219圍繞，殼體219由與各種エ藝材料不反應(yīng)的材料制成。在一實(shí)施例中，殼體219可以是鋼、不銹鋼、鎳、鋁、這些的合金、或者這些的組合。在沉積腔室203內(nèi)，襯底101可以被放置在安裝平臺(tái)221上，以便在沉積エ藝期間定位和控制襯底101。安裝平臺(tái)221可以包括加熱機(jī)構(gòu)，以便在沉積エ藝期間加熱襯底101。進(jìn)ー步地，雖然圖2B中示出了單個(gè)安裝平臺(tái)221，但是另外，在沉積腔室203內(nèi)可以包括任何數(shù)量的安裝平臺(tái)221。沉積腔室203還可以具有用于廢氣排出沉積腔室203的排氣ロ 225。為了幫助排出廢氣，還可以將真空泵223連接至沉積腔室203的排氣ロ 225。在控制單元215的控制下，真空泵223還可以用于以減少和控制沉積腔室203內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到期望壓強(qiáng)，以及還可以用于從沉積腔室203中排出前體材料以便為引入下一種前體材料做準(zhǔn)備?？梢圆捎贸练e系統(tǒng)200在襯底101上形成沉積層201。在一實(shí)施例中，沉積層201可以是材料如氧化鋯(ZrO2)、氧化鉿(HfO2)、氧化鑭(La2O3)或類似物的高k介電層?？梢圆捎贸练eエ藝如原子層沉積(ALD)在沉積腔室203中形成沉積層201。然而，雖然本文所述的實(shí)施例描述了采用ALD形成電容器內(nèi)的介電層的沉積層201，這些實(shí)施例不g在限制電容器介電層，或者甚至完全不限制介電材料，因?yàn)椴捎眠@些實(shí)施例可以形成其他用途和材料，如導(dǎo)電材料。僅僅作為實(shí)例，微電子技術(shù)中的ALD可以用于形成高k(高介電常數(shù))柵極氧化物 、高k存儲(chǔ)器電容器介電層(如圖1至圖6B中示出的沉積層201)、鐵電體、和用于電極和互連件的金屬和氮化物。在高k柵極氧化物中，可以期望對(duì)超薄膜的更大控制，在45nm技術(shù)下ALD可以達(dá)到更廣泛的應(yīng)用。在金屬化中，共形膜是有用的，并且目前期望ALD可以用于65nm節(jié)點(diǎn)下的主流生產(chǎn)中。在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)中，共形層的有用性更大，并且當(dāng)部件尺寸變得小于IOOnm時(shí)ALD能夠有助于滿足加工目標(biāo)。在采用ALD形成金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)中的柵極介電層的實(shí)施例中，可以采用ALD沉積高k氧化物如A1203、ZrO2和Hf02。當(dāng)高k氧化物按比例縮小至1. Onm或以下的厚度時(shí)，對(duì)高k氧化物的刺激來自通過當(dāng)前使用的SiO2 MOSFET柵極介電層的高隧道電流的問題。采用高k氧化物，可以制成更厚的柵極介電層以實(shí)現(xiàn)要求的電容密度，因而可以減小通過該結(jié)構(gòu)的隧道電流。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)電容器介電層的發(fā)展與迄今為止產(chǎn)業(yè)中廣泛使用的柵極介電層一SiO2的發(fā)展相似，但其可能在不久的將來隨著器件尺寸的減小而逐步被淘汰。為了增強(qiáng)操作，按比例縮小的DRAM電容器中的電容器介電層通常具有良好的共形性和200以上的介電常數(shù)值。鑒于此，雖然電容器介電層可以包括與用于MOSFET柵極介電層的材料相似的材料(例如，如上面所討論的Al2O3,ZrO2、和HfO2)，然而用于DRAM電容器介電層的候選材料還可以包括與用于MOSFET柵極介電層的那些材料不同的其他材料，如(Ba，Sr)TiO30鑒于此，ALDエ藝，其能夠幫助滿足高共形目的以實(shí)現(xiàn)DRAM電容器介電層，對(duì)形成用于DRAM應(yīng)用的電容器介電層(如圖1至圖6B中所討論的電容器介電層的實(shí)施例)也是有用的。在又一個(gè)實(shí)例中，ALDエ藝可以用于形成過渡金屬氮化物，如TiN、WN和TaN，這發(fā)現(xiàn)作為金屬阻擋物和作為柵極金屬的潛在用途。金屬阻擋物可以使用在基于銅的芯片中以避免銅擴(kuò)散至周圍的材料中，如絕緣體和硅襯底，也阻止由元素從絕緣體擴(kuò)散的銅污染，絕緣體采用金屬阻擋物層包圍銅互連件。通常期望金屬阻擋物是純的、致密的、導(dǎo)電的、共形的、薄的，并對(duì)金屬或絕緣體具有良好的粘合性。從加工技術(shù)立場(chǎng)來看，通過采用ALD的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)這些屬性。在一實(shí)施例中，氮化鈦是ー種這樣的ALD氮化物，其可以采用ALDエ藝用前體TiCl4和NH3形成。ALDエ藝還可以用于形成其他金屬膜。作為實(shí)例，在使用沉積層201作為導(dǎo)電層的實(shí)施例中，沉積層201可以形成金屬互連件(例如，銅)、金屬插塞(例如，鎢插塞)、DRAM電容器電極、鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FRAM)電極(例如，貴金屬)、以及甚至用于雙柵極MOSFET的高功函數(shù)金屬和低功函數(shù)金屬?；谒o出的這些，雖然，如圖1至圖6B所示出的實(shí)施例中所討論的，本文所述的實(shí)施例可以用于形成作為電容器介電層的沉積層201，但是沉積層201并不g在限制為電容器介電層或者甚至完全不限于介電材料。如上面段落中所討論的，沉積層201可以形成為任何其他合適的介電層，包括用于MOSFET或介電材料的其他用途的柵極氧化物。可選地，可以形成沉積層201作為導(dǎo)電材料，并且該沉積層201可用于形成在導(dǎo)電互連件內(nèi)的柵極金屬或阻擋物金屬?？蛇x地，沉積層201的這些用途和所有其他合適的用途以及ALDエ藝可以被采用，并且所有這些打算全部包括在這些實(shí)施例的范圍內(nèi)。返回到沉積層201是電容器介電層的實(shí)施例中，可以通過將第一前體放入第一前體輸送系統(tǒng)205中啟動(dòng)沉積層201的形成。例如，在沉積層201是ZrO2的實(shí)施例中，第一前體材料可以是諸如四[こ基甲基氨基]鋯(TEMAZr)的前體。可選地，可以采用為任何合適的相(固相、液相或氣相 )的任何合適的前體材料以形成ZrO2層，如氯化鋯(ZrC14)、ZyALD、或 Zr-PAZ。另外，第二前體材料可置入第二前體輸送系統(tǒng)207中或通過第二前體輸送系統(tǒng)207形成。在對(duì)于沉積層201，ZrO2層被期望的實(shí)施例中，第二前體材料可以含有氧以便氧化第一前體材料以形成ZrO2單層。例如，在TEMAZr作為第一前體材料采用的實(shí)施例中，臭氧(O3)可作為第二前體材料使用，并臭氧可以置入第二前體輸送系統(tǒng)207中。可選地,任何其他合適的前體材料如氧氣、水(H2O)、N20、H2O-H2O2、或這些的組合可作為第二前體材料使用?！⒌谝磺绑w材料和第二前體材料分別準(zhǔn)備好在第一前體輸送系統(tǒng)205和第ニ前體輸送系統(tǒng)207中，通過控制單元215發(fā)送指令給前體氣體控制器213從而將第一前體輸送系統(tǒng)205連接至沉積腔室203可啟動(dòng)沉積層201的形成。一旦連接，第一前體輸送系統(tǒng)205能夠?qū)⒌谝磺绑w材料(例如，TEMAZr)通過前體氣體控制器213和多歧管216向蓮蓬式噴頭217輸送。然后蓮蓬式噴頭217能夠?qū)⒌谝磺绑w材料散布至沉積腔室203中，在沉積腔室203中第一前體材料能夠被吸收并與第二 ILD層121和底部電容器極板123的暴露的表面反應(yīng)。在沉積層201是ZrO2的實(shí)施例中，第一前體材料可以在約150sccm和約600sccm之間如約200sCCm的流速下流入沉積腔室203中并持續(xù)每循環(huán)為大約2秒的第一時(shí)間t:。另外，沉積腔室203可以保持在約Itorr和約IOtorr之間如約3torr的壓強(qiáng)下以及在約250°C和約400°C之間如約300°C的溫度下。然而，作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到，這些エ藝條件僅僅g在示例，因?yàn)榭梢圆捎萌魏魏线m的エ藝條件，同時(shí)這些合適的エ藝條件保留在實(shí)施例的范圍內(nèi)。當(dāng)?shù)谝磺绑w材料被吸收到第二 ILD層121和底部電容器極板123上時(shí)，第一前體材料將與位于第二 ILD層121和底部電容器極板123的暴露表面上的開放活性位點(diǎn)反應(yīng)。然而，一旦第二 ILD層121和底部電容器極板123上所有的開放活性位點(diǎn)都已與第一前體材料發(fā)生反應(yīng)，則反應(yīng)將停止，因?yàn)椴辉儆信c第一前體材料鍵合的開放活性位點(diǎn)。這種限制導(dǎo)致第一前體材料與第二 ILD層121和底部電容器極板123的反應(yīng)是自限制性的以及在第ニ ILD層121和底部電容器極板123的表面上形成經(jīng)過反應(yīng)的第一前體材料的單層，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積層201的厚度的精確控制。在第二 ILD層121和底部電容器極板123上的自限制性反應(yīng)完成后，可以清除沉積腔室203中的第一前體材料。例如，控制單元215可以指令前體氣體控制器213斷開第一前體輸送系統(tǒng)205 (包含將被從沉積腔室203清除走的第一前體材料)并連接清除氣體輸送系統(tǒng)214以向沉積腔室203輸送清除氣體。在實(shí)施例中，清除氣體輸送系統(tǒng)214可以是向沉積腔室203提供清除氣體如氮?dú)?、氬氣、氙氣、或其他非反?yīng)性氣體的氣體罐或者其他設(shè)備。另外，控制單元215也可以啟動(dòng)真空泵223，以便對(duì)沉積腔室203施加壓強(qiáng)差從而來輔助去除第一前體材料。 清除氣體連同真空泵223 —起可以從沉積腔室203清除第一前體材料并持續(xù)第二時(shí)間t2，該第二時(shí)間t2大于第一時(shí)間h。在一實(shí)施例中，第二時(shí)間t2可以處于約2秒和約12秒之間，如約10秒。通過采用更長(zhǎng)的清除時(shí)間，可以從沉積腔室203去除更大量的殘留有機(jī)金屬化學(xué)品(例如，第一前體及其元素如碳、氮和氫)。鑒于此，將存在更少量的可能污染沉積層201的有機(jī)金屬化學(xué)品，并污染可以減少。當(dāng)完成清除第一前體材料之后，可以通過控制單元215發(fā)送指令給前體氣體控制器213從而斷開清除氣體輸送系統(tǒng)214并將第二前體輸送系統(tǒng)207 (供應(yīng)第二前體材料)連接至沉積腔室203來啟動(dòng)向沉積腔室203引入第二前體材料(例如，臭氧)。一旦連接，第二前體輸送系統(tǒng)207可以向蓮蓬式噴頭217輸送第二前體材料。然后蓮蓬式噴頭217能夠?qū)⒌诙绑w材料散布至沉積腔室203中，在沉積腔室203中第二前體材料可以與第一前體材料以另ー自限制性反應(yīng)方式反應(yīng)以在第二 ILD層121和底部電容器極板123的表面上形成期望材料例如ZrO2的單層。在上面討論的用臭氧形成ZrO2層的實(shí)施例中，臭氧可以在約500sccm和約900sccm之間如約700sccm的流速下引入至沉積腔室203中，同時(shí)，沉積腔室203可以保持在約Itorr和約IOtorr之間的壓強(qiáng)下以及約250°C至約400°C之間的溫度下。然而,作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到，這些エ藝條件預(yù)期僅僅g在示例，因?yàn)榭梢圆捎萌魏魏线m的エ藝條件來引入氧氣，同時(shí)這些任何合適的エ藝條件仍保留在實(shí)施例的范圍內(nèi)。另外，可以將第二前體材料引入至沉積腔室203中并持續(xù)第三時(shí)間t3，該第三時(shí)間t3大于或等于第一時(shí)間h。在第二前體材料是氧化劑如臭氧的實(shí)施例中，使第三時(shí)間セ3大于第一時(shí)間、有助于完成第一前體材料的氧化。在至少ー個(gè)實(shí)施例中，第三時(shí)間t3可以大于或者等于第一時(shí)間h，如處于約2秒和約5秒之間，如4秒。
在已形成期望材料例如ZrO2的單層之后，可以再次清除沉積腔室203(留下位于襯底101上的期望材料的單層)。例如，控制單元215可以指令前體氣體控制213斷開第二前體輸送系統(tǒng)207 (含有將被從沉積腔室203清除走的第二前體材料)并連接清除氣體輸送系統(tǒng)214以向沉積腔室203輸送清除氣體。另外，控制單元215還可以啟動(dòng)真空泵223以向沉積腔室203施加壓強(qiáng)差從而輔助去除第二前體材料。清除氣體連同真空泵223 —起可以從沉積腔室203清除第二前體材料并持續(xù)第四時(shí)間t4，該第四時(shí)間t4大于第三時(shí)間t3。在一實(shí)施例中，第四時(shí)間t4可以處于約2秒和約12秒之間，如約10秒。通過采用更長(zhǎng)的清除時(shí)間，可以從沉積腔室203去除更大量的殘留化學(xué)品(例如，第二前體材料和可能在副反應(yīng)中形成的任何其他化學(xué)品)。另外，在ー實(shí)施例中，總清除時(shí)間(例如第二時(shí)間t2和第四時(shí)間t4之和)可以大于引入前體材料的總時(shí)間(例如，第一時(shí)間h和第三時(shí)間t3)。鑒于此，將存在更少量的可能污染沉積層201的殘留化學(xué)品污染，并且污染可以減少。在已對(duì)沉積腔室203清除第二前體材料之后，完成了用于形成材料的第一循環(huán)，并可以開始類似于第一循環(huán)的第二循環(huán)。例如，重復(fù)循環(huán)可以引入第一前體材料約2秒，用清除氣體清除約10秒，用第二前體脈沖約4秒，以及用清除氣體清除約10秒?？梢灾貜?fù)這些循環(huán)直到襯底101上的沉積層201具有約65A和約105A之間如約85A的厚度。在ー實(shí)施例中，用處于約70個(gè)循環(huán)和約120個(gè)循環(huán)之間的循環(huán)可以獲得期望的厚度。一旦沉積層201已達(dá)到了期望的厚度，則可以從沉積腔室203中去除襯底101以進(jìn)行更進(jìn)一歩的加工。圖3不出了描述的用于形成沉積層201的第一沉積エ藝300的總括。在一實(shí)施例中，第一沉積エ藝300采用ー個(gè)循環(huán)，在該循環(huán)中，在第一步驟301中引入第一前體材料并持續(xù)第一時(shí)間b，并在第二步驟303中清除沉積系統(tǒng)200并持續(xù)第二時(shí)間t2，其中第二時(shí)間大于第一時(shí)間h。在第三步驟305中引入第二前體材料并持續(xù)第三時(shí)間t3，其中第三時(shí)間大于或等于第一時(shí)間h。然后在第四步驟307中清除沉積系統(tǒng)200并持續(xù)第四時(shí)間t4，其中第四時(shí)間大于第三時(shí)間t3。

圖4示出了頂部電容器極板401的形成以及頂部電容器極板401和沉積層201的圖案化。頂部電容器極板401可以由導(dǎo)電材料如TiN、TaN、釕、鋁、鎢、銅、或這些的組合，或類似物形成，并可以采用エ藝如CVD、PECVD、或ALD或類似エ藝形成。在一實(shí)施例中，可以形成厚度處于約IOOA和約500A之間的頂部電容器極板401。一旦形成了頂部電容器極板401，則可以圖案化頂部電容器極板401和沉積層201以形成電容器。在一實(shí)施例中，頂部電容器極板401和沉積層201可以采用例如合適的光刻掩膜和蝕刻エ藝來圖案化，在光刻掩膜和蝕刻エ藝中，光刻膠(在圖4中未示出)形成在頂部電容器極板401上方、然后被照射并顯影以致暴露出下面的頂部電容器極板401的部分。一旦顯影了光刻膠，可以采用合適的蝕刻劑并還可以使用光刻膠作為掩膜去除暴露的頂部電容器極板401和下面的沉積層201。圖4還示出了第三ILD層403、上位線接觸件405和位線407的形成。第三ILD層403可以包含氧化物，該氧化物可以通過化學(xué)汽相沉積(CVD)技術(shù)使用四こ基正硅酸鹽(TEOS)和氧氣作為前體形成。然而，可以使用本領(lǐng)域中已知的其他方法和材料。在ー實(shí)施例中，第三ILD層403的厚度可以處于約4,000A和約13,000A之間，然而也可以使用其他厚度?？梢云教够谌齀LD層403的表面，諸如通過CMPエ藝使用氧化物漿液來平坦化。
一旦形成了第三ILD層403，可以形成上位線接觸件405以延伸通過第三ILD層403和第一蝕刻停止層119?？梢圆捎描偳顶ㄋ囆纬缮衔痪€接觸件405，據(jù)此在第三ILD層403的表面上沉積掩膜，開ロ蝕刻至表面內(nèi)，并使用導(dǎo)電材料(如鎢或銅)來填充開ロ。然而，也可以采用本領(lǐng)域中已知的其他方法和材料來形成上位線接觸件405。應(yīng)當(dāng)注意到，上位線接觸件405可以包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電材料層。例如，上位線接觸件405可以包括阻擋層、粘合層、多重導(dǎo)電層或類似層。位線407可以與上位線接觸件405電連接以連接至襯底101中的源扱/漏極區(qū)111?？梢酝ㄟ^鑲嵌エ藝形成位線407，通過鑲嵌エ藝在第三ILD層403的表面上沉積掩膜，圖案蝕刻至表面內(nèi)，并使用導(dǎo)電材料填充圖案。本領(lǐng)域中已知的其他方法或材料也可以用于形成這種位線407。圖5A至圖5B示出了可以采用第一沉積エ藝300 (如上面參考圖3所討論的)連同第二沉積エ藝500 —起形成的復(fù)合介電層501。該實(shí)施例雖然仍適用于28納米エ藝節(jié)點(diǎn)中的電容器，但也可以同樣用于增加40nmエ藝節(jié)點(diǎn)中的eDRAM中的電容器的數(shù)據(jù)保留。在該實(shí)施例中，第一沉積エ藝300可以與第二沉積エ藝500結(jié)合起來應(yīng)用，以形成復(fù)合介電層501。在這些實(shí)施例中，第二沉積エ藝500可以采用比第一沉積エ藝300更快的循環(huán)時(shí)間，從而使復(fù)合介電層501的總形成在時(shí)間上比采用例如第一沉積エ藝300自身形成沉積層201更有效。例如，看圖5A,復(fù)合介電層501可以包括第一介電材料503和第二介電材料505的復(fù)合結(jié)構(gòu)?？梢悦子蒙厦鎱⒖紙D2至圖3描述的第一沉積エ藝300形成第一介電材料503。然而，為了在總生產(chǎn)中節(jié)省時(shí)間，可以采用圖5B中概括的第二沉積エ藝500形成第二介電材料505。 在該實(shí)施例中，第二沉積エ藝500可以包括在第5步驟507中引入第一前體材料并持續(xù)第一時(shí)間h。然后在第6步驟509中，可掃吹沉積系統(tǒng)200并持續(xù)第五時(shí)間t5，其中第五時(shí)間小于第二時(shí)間t2 ;然后在第7步驟511中，可以引入第二前體材料到沉積系統(tǒng)200并持續(xù)第六時(shí)間t6，其中第六時(shí)間小于第三時(shí)間t3，以及然后在第8步驟513中，再次掃吹沉積系統(tǒng)200并持續(xù)第七時(shí)間t7，其中第七時(shí)間t7小于第四時(shí)間t4。通過采用比第一沉積エ藝300更短的清除第二前體材料的時(shí)間周期，可以減少第ニ沉積エ藝500的循環(huán)時(shí)間，從而減少復(fù)合介電層501的總沉積エ藝，并使總沉積エ藝消耗時(shí)間更少且更有效。在一具體實(shí)施例中，第一時(shí)間b、第五時(shí)間t5、第六時(shí)間t6和第七時(shí)間t7可以全都是相同的時(shí)間，如2秒。然而，第五時(shí)間t5、第六時(shí)間t6和第七時(shí)間t7并不打算限制為彼此是相同的時(shí)間，可選地可以采用其他時(shí)間周期。因此，通過采用第一沉積エ藝300和第二沉積エ藝500，可以首先形成第一介電材料503以有助于減少復(fù)合介電層501的泄露，同時(shí)可以米用第二介電材料505以使總沉積エ藝更有效。另外，通過采用第一沉積エ藝300和第二沉積エ藝500，第一介電材料503由于氧化時(shí)間增加將具有比第二介電材料505更高的氧含量。在一具體實(shí)施例中，可以形成厚度處于約25A和約35A之間的第一介電材料503(采用第一沉積エ藝300形成)，同時(shí)，可以形成厚度處于約50A和約70A之間的第二介電材料505 (采用第二沉積エ藝500形成)。第一介電材料503比第二介電材料505薄。由于這些厚度，復(fù)合介電層501可以獲得處于約lpcs/hr和約2pcs/hr之間的更快的生產(chǎn)量(以晶圓/時(shí)計(jì))，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)泄露減少。
圖6A至圖6B示出了復(fù)合介電層501的其他實(shí)施例。在圖6A中，可以形成厚度處于約45A和約50A之間的第一介電材料503 (采用第一沉積エ藝300)?？梢孕纬珊穸忍幱诩s45A和約50A之間的第二介電材料505 (采用第二沉積エ藝500)。第一介電材料503和第二介電材料505可以具有基本上相同的厚度。該エ藝可以比采用第一沉積エ藝300自身獲得更高的生產(chǎn)量，如約1. 5pcs/hr (但是沒有如上面參考圖5A所述的實(shí)施例高)，同時(shí)仍獲得相比于上面參考圖5A描述的實(shí)施例的更大的泄露減少。圖6B示出了復(fù)合介電層501的實(shí)施例，其中第一介電材料503A和503B可以形成在第二介電材料的兩面上。第一介電材料503A和503B可以比第二介電材料505薄。在該實(shí)施例中，可以形成厚度處于約27A和約37A之間如約32A的第一介電材料503A(采用例如第一沉積エ藝300)，以及可以形成厚度處于約45A和約50A之間如約47A的第二介電材料505(米用第二沉積エ藝500)。另外,一旦形成了第二介電材料505,可以在第二介電材料505上方形成第一介電材料的另ー層503B。在實(shí)施例中，可以形成具有處于約14A和約18A之間如約16A的厚度的第一介電材料的附加層503B。相比于上面參考圖6A描述的實(shí)施例，該實(shí)施例可以獲得更大的泄露減少。并且，該實(shí)施例還可以具有更低的生產(chǎn)量(以晶圓/時(shí)計(jì))，如約lpcs/hr。另外，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到上面描述的關(guān)于復(fù)合介電層的實(shí)施例僅僅是復(fù)合介電層的示例性實(shí)例，并不g在以任何方式限制實(shí)施例。可以采用第一介電材料503和第二介電材料505的任何其他合適的組合,如通過首先形成第二介電材料505,然后在第ニ介電材料505上方形成第一介電材料503。可選地，這些以及任何其他合適的組合可以被采用，并打算全都包括在實(shí)施例的范圍內(nèi)。圖7A至圖7B示出了通過采用第一沉積エ藝300(如上面參考圖3所述的)，可以更好地控制沉積層201的密度和缺陷計(jì)數(shù)?？磮D7A，采用第一沉積エ藝300形成的電介質(zhì)測(cè)量的平均密度為5. 53k，其大于采用第二沉積エ藝500形成的電介質(zhì)的平均測(cè)量密度，采用第二沉積エ藝形成的電介質(zhì)的平均測(cè)量密度為5. 2k。這種增加的密度表明采用第一沉積エ藝300形成的電介質(zhì)中的缺陷計(jì)數(shù)更低。圖7B示出了采用XRR擬合模型的増加密度的相似測(cè)試結(jié)果，其中，收集在0. 12度至2度的光譜?？从傻诙练eエ藝500形成的且厚度為27.45A的氧化鋯層，由第二沉積エ藝500形成的氧化鋯層的測(cè)量密度為5. 278。然而，采用第一沉積エ藝300形成的且厚度為39.25A的氧化鋯層的測(cè)量密度為5. 586。鑒于此，雖然在正常情況下期望介電層如氧化鋯可以具有相同的密度，但是與其他形成方法如第二沉積エ藝500相比，采用第一沉積エ藝300導(dǎo)致沉積層201的密度増加。圖8示出了隨著上面在圖7A至圖7B中示出的密度和缺陷計(jì)數(shù)方面的改進(jìn)，當(dāng)沉積層201為介電材料時(shí)其泄露也可以得到改進(jìn)。在該圖表中，等效氧化物厚度(EOT)(以埃計(jì))沿著X軸確定，同時(shí)采用沉積層201并在-1. 8伏特的電容器的泄露沿著y軸確定。如所示的，當(dāng)采用第一沉積エ藝300而不是第二沉積エ藝500吋，出現(xiàn)了不期望的泄露升高，泄露升高了約I個(gè)數(shù)量級(jí)。圖9示出了可以采用第一沉積エ藝300來形成用于高k金屬柵極晶體管900的第ニ柵極介電層901的另ー實(shí)施例。在該 實(shí)施例中，高k金屬柵極晶體管900可以形成在例如襯底101上，并且如上面參考圖1描述的隔離區(qū)103可以形成在襯底101內(nèi)。
然而，在該實(shí)施例中，如上面參考圖2至圖3描述的，可以采用第一沉積エ藝300形成第二柵極介電層901。例如，可以引入第一前體材料并持續(xù)第一時(shí)間h，可以執(zhí)行清除并持續(xù)第二時(shí)間t2，可以引入第二前體材料并持續(xù)第三時(shí)間t3，以及可以執(zhí)行清除并持續(xù)第四時(shí)間t4?？梢灾貜?fù)該循環(huán)以形成厚度處于約5A和約20A之間的第二柵極介電層901，并且可以形成具有更低的泄露、更高的密度和更少的缺陷的第二柵極介電層901，例如ZrO20可選地，可以使用通過第一沉積エ藝300和第二沉積エ藝500的組合形成的復(fù)合介電材料形成第二柵極介電層901，如上面參考圖5A至圖6B所述的。例如，可以采用厚度為約32A的第一介電材料503和厚度為約63A的第二介電材料505形成第二柵極介電層901，但是可選地可以采用第一介電材料503和第二介電材料505的任何合適的組合。一旦形成了第二柵極介電層901，可以形成如上面參考圖1所述的柵電極107、間隔件109和源極/漏極區(qū)111。然而，通過采用第一沉積エ藝300 (或者其自身或者與第二沉積エ藝500結(jié)合)，可以形成具有第二柵極介電層901的高k金屬柵極晶體管900并且具有更低的泄露、更高的密度以及更少的缺陷。圖10示出了沉積層201或者復(fù)合介電層501可被用作II1-V族高k金屬柵極結(jié)構(gòu)1000中的第三柵極介電層1025的又一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，II1-V族高k金屬柵極結(jié)構(gòu)1000可以包括4° (100)裁切硅襯底1001、厚度為0.7 iim的GaAs成核和緩沖層1003、厚度為0. 7iim的Ina52Ala48As緩沖層1005、厚度為IOOnm的Ina52Ala48As底部阻擋層1007、厚度為IOnm的In0.7Ga0.3As QW溝道1009、厚度為2nm的InP層1011、厚度為3nm的Ina52Ala48As 層 1013、娃 S-摻雜層 1015、厚度為 3nm 的 Ina52Ala48AsjH 1017、厚度為 6nm的InP蝕刻停止層1019、厚度為20nm的n++InGaAs層1021、以及源扱/漏極區(qū)1023。在該實(shí)施例中，第三柵極介電層1025 (或者通過第一沉積エ藝300自身或者與第二沉積エ藝500結(jié)合形成)可以被形成為延伸穿過Ina52Ala48As層1013、娃S-摻雜層1015、In。. 52AlQ.48As層1017、InP蝕刻停止層1019、和n++InGaAs層1021，采用第一沉積エ藝300自身或者與第ニ沉積エ藝500結(jié)合通過例如蝕刻這些層然后形成第三柵極介電層1025。一旦形成了第三柵極介電層1025，可以在第三柵極介電層1025上方形成柵電極1027。通過采用使用第一沉積エ藝300自身或第一沉積エ藝300與第二沉積エ藝500結(jié)合形成的沉積層201或復(fù)合介電層501，II1-V族高k金屬柵極結(jié)構(gòu)1000內(nèi)的第三柵極介電層1025可以增加密度和減少缺陷計(jì)數(shù)的數(shù)量。另外，采用介電層的器件中可能發(fā)生的任何泄露可被減少，從而增加器件的效能。在一實(shí)施例中，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括向沉積腔室中引入第一前體并持續(xù)第一時(shí)間；在引入第一前體之后向沉積腔室引入第一清除氣體并持續(xù)第二時(shí)間，其中，第二時(shí)間大于第一時(shí)間。在引入第一清除氣體之后向沉積腔室引入第二前體并持續(xù)第三時(shí)間，其中，第三時(shí)間大于第一時(shí)間。在引入第二前體之后向沉積腔室引入第二清除氣體并持續(xù)第四時(shí)間。在另ー個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括執(zhí)行第一循環(huán)以形成介電材料的第一單層。第一循環(huán)包括使襯底的表面與第一前體反應(yīng)并持續(xù)第ー時(shí)間周期(也即襯底的表面與第一前體反應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)為第一時(shí)間周期)以形成第一前體表面；從第一前體表面清除第一前體并持續(xù)第二時(shí)間周期，其中，第二時(shí)間周期大于第一時(shí)間周期；用第二前體氧化第一前體表面以形成介電材料的第一單層，所述氧化第一前體表面持續(xù)第三時(shí)間周期，其中，第三周期大于或等于第一時(shí)間周期；以及從介電材料的第一單層清除第二前體并持續(xù)第四時(shí)間周期，其中，第四時(shí)間周期大于第三時(shí)間周期。該方法還包括在執(zhí)行第一循環(huán)之后執(zhí)行第二循環(huán)以形成所述介電材料的第二單層。在又一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括包含第一材料的第一層，該第一層包括多個(gè)第一單層，該多個(gè)第一單層具有第一密度。第二層位于第一層的上方，該第二層包括第一材料，該第二層包括多個(gè)第二單層，該多個(gè)第二單層具有小于第一密度的第二密度。盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的實(shí)施例的精神和范圍的情況下，在此可進(jìn)行各種改變、替換和更改。例如，可以顛倒復(fù)合電介質(zhì)內(nèi)的第一介電材料和第二介電材料的布置，首先形成第二介電材料，然后在第二介電材料上方形成第一介電材料。而且，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于本說明書中描述的エ藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的具體實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)實(shí)施例的公開內(nèi)容將很容易理解，根據(jù)實(shí)施例可以采用現(xiàn)有存在的 或今后開發(fā)的用于實(shí)現(xiàn)與本文所述相應(yīng)實(shí)施例基本上相同的功能或者獲得基本上相同的結(jié)果的エ藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求g在其范圍內(nèi)包括這樣的エ藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 向沉積腔室引入第一前體并持續(xù)第一時(shí)間； 在引入所述第一前體之后，向所述沉積腔室引入第一清除氣體并持續(xù)第二時(shí)間，其中所述第二時(shí)間大于所述第一時(shí)間； 在引入所述第一清除氣體之后，向所述沉積腔室引入第二前體并持續(xù)第三時(shí)間，其中所述第三時(shí)間大于或等于所述第一時(shí)間；以及 在引入所述第二前體之后向所述沉積腔室引入第二清除氣體并持續(xù)第四時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第四時(shí)間大于所述第三時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二時(shí)間和所述第四時(shí)間的第一總和大于所述第一時(shí)間和所述第三時(shí)間的第二總和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二前體含有氧。
5.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 執(zhí)行第一循環(huán)以形成介電材料的第一單層，所述第一循環(huán)包括 使襯底的表面與第一前體反應(yīng)并持續(xù)第一時(shí)間周期以形成第一前體表面； 從所述第一前體表面清除所述第一前體并持續(xù)第二時(shí)間，其中，所述第二時(shí)間周期大于所述第一時(shí)間周期； 用第二前體氧化所述第一前體表面以形成所述介電材料的所述第一單層，氧化所述第一前體表面持續(xù)第三時(shí)間周期，其中，所述第三時(shí)間周期大于或等于所述第一時(shí)間周期；以及 從所述介電材料的所述第一單層清除所述第二前體并持續(xù)第四時(shí)間周期，其中，所述第四時(shí)間周期大于所述第三時(shí)間周期；以及 在執(zhí)行所述第一循環(huán)之后執(zhí)行第二循環(huán)以形成所述介電材料的第二單層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一前體包含鋯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第二循環(huán)進(jìn)一步包括 使所述介電材料的所述第一單層的表面與所述第一前體反應(yīng)并持續(xù)第五時(shí)間周期以形成第二前體表面； 從所述第二前體表面清除所述第一前體并持續(xù)第六時(shí)間周期，其中，所述第六時(shí)間周期小于所述第二時(shí)間周期； 用所述第二前體氧化所述第二前體表面以形成所述介電材料的第二單層，氧化所述第二前體表面持續(xù)第七時(shí)間周期，所述第七時(shí)間周期小于所述第三時(shí)間周期；以及 從所述第二單層清除所述第二前體并持續(xù)第八時(shí)間周期，其中，所述第八時(shí)間周期小于所述第四時(shí)間周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括執(zhí)行第三循環(huán)以形成所述介電材料的第三單層，所述執(zhí)行第三循環(huán)發(fā)生在所述執(zhí)行第二循環(huán)之后，所述第三循環(huán)與所述第一循環(huán)相同。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括 第一層，包括第一材料，所述第一層包括多個(gè)第一單層，所述多個(gè)第一單層具有第一密度；以及 第二層，位于所述第一層上方，所述第二層包括所述第一材料，所述第二層包括多個(gè)第二單層，所述多個(gè)第二單層具有小于所述第一密度的第二密度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一材料是氧化鋯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于制造半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)和方法。一個(gè)實(shí)施例包括采用原子層沉積(ALD)工藝形成沉積層。ALD工藝可以利用第一前體并持續(xù)第一時(shí)間周期；第一清除并持續(xù)比第一時(shí)間周期更長(zhǎng)的第二時(shí)間周期；第二前體并持續(xù)比第一時(shí)間周期更長(zhǎng)的第三時(shí)間周期；以及第二清除并持續(xù)比第三時(shí)間周期更長(zhǎng)的第四時(shí)間周期。本發(fā)明還公開了沉積材料及形成方法。
文檔編號(hào)H01L21/02GK103050376SQ201210057500
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者張耀文, 蔡正原, 林杏蓮 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司