利用氧化还原反应沉积贵金属电极的方法技术

本发明专利技术提供一种利用氧化还原反应沉积贵金属电极的方法。该方法包括向反应室中注入贵金属源气体、氧化气体和还原气体；及在该反应室中产生等离子体，以在底部结构上形成贵金属层或贵金属氧化物层。由此，该贵金属电极具有优异的层质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，更具体地，本专利技术涉及一种利用氧化还原反应沉积用于半导体电容器的贵金属电极的方法。
技术介绍
图1A为常规的半导体电容器C的剖视图。参考图1A，该半导体电容器C包括顺序形成于底部结构10上的底电极21，介电层22和顶电极23。图1B为利用晶体管作为底部结构的常规半导体存储器的剖视图。参考图1B，第一杂质区12a和第二杂质区12b形成在半导体衬底11上，栅极绝缘层13和栅极14形成在第一杂质区12a和第二杂质区12b之间的沟道区域上。绝缘层15形成在第一杂质区12a，第二杂质区12b和栅极14上。空穴穿过在半导体电容器C中的绝缘层15，充满导电材料的导电插塞16电连接于第二杂质区12b。导体电容器C中的电极，例如，底电极21可以由单金属、合金或金属的氧化物构成。广泛地使用贵金属，例如，Ru、Pt、Ir或Au。通常，利用化学气相沉积(CVD)方法或原子层沉积(ALD)方法，形成由贵金属构成的底电极21。当半导体电容器C的底电极21由贵金属构成时，产生了下面的问题。将该底电极21直接涂布到底部材料，如Si、SiO2或TiN(导电插塞)上。当把贵金属沉积在Si或SiO2上时，贵金属不能容易地附着于Si或SiO2，并且不能容易得到贵金属的成核和结晶，因为贵金属的晶体结构不同于Si或SiO2。因而，通过沉积贵金属形成的底电极21非常粗糙并具有增加的比电阻。图2为利用CVD方法形成的在SiO2上的贵金属Ru覆层的扫描电镜(SEM)照片。参考图2，因为Ru与SiO2之间的附着力非常低，所以Ru不规则地形成并且不均匀地分布在SiO2上。在利用贵金属形成底电极后，介电层形成在所述底电极上并且进行高温热处理。在热处理期间，使底电极的贵金属颗粒聚集，因而不能使用包括该底电极的电容器器件。为了克服该问题，利用ALD方法使贵金属前体与O2反应。然而，由于贵金属电极的催化作用，捕获过量O2，因此可以使贵金属电极氧化。当仅引入H2时，则不能分解贵金属前体。
技术实现思路
本专利技术提供一种沉积贵金属电极的方法，该贵金属电极具有优良的附着力并且能够防止氧的捕获，以在底部结构上形成底电极。根据本专利技术的一个方面，提供一种，包括向反应室中注入贵金属源气体、氧化气体和还原气体；及在该反应室中产生等离子体，以在底部结构上形成贵金属层或贵金属氧化物层。可以将所述贵金属源气体、氧化气体和还原气体同时注入到反应室中。贵金属源气体可以包括环戊二烯基前体。贵金属源气体可以包括Ru(iPr-Cp)2和Ru(C5H5)2中的至少一种。氧化气体可以包括O2和NO2中的至少一种，还原气体可以包括NH3和H2中的至少一种。反应室中的工作温度可以为约150～350℃。附图说明通过参考附图详述其示例性实施方案，本专利技术的上述和其它特点和优点将变得更加显而易见，附图中图1A和1B分别为常规的半导体电容器和利用它的存储器的剖视图；图2为利用化学气相沉积(CVD)方法形成的在SiO2上Ru覆层的扫描电镜(SEM)照片；图3A为根据本专利技术实施方案用于利用氧化还原反应沉积贵金属的原子层沉积(ALD)设备的示意图； 图3B和3C为根据本专利技术实施方案利用氧化还原反应沉积贵金属方法的示意图；图3D为根据本专利技术实施方案利用氧化还原反应形成单层贵金属方法的顺序安排时间图(timing view)；图4为根据本专利技术实施方案通过氧化还原反应形成在SiO2的空穴中贵金属覆层的SEM照片。具体实施例方式在下文中，将参考附图更详细地描述根据本专利技术实施方案利用氧化还原反应沉积贵金属的方法。在附图中，为了清楚，放大各层和区域的尺寸和厚度。图3A为根据本专利技术实施方案用于沉积贵金属的原子层沉积(ALD)设备的示意图。在本专利技术的实施方案中，利用ALD方法沉积贵金属。参考图3A，首先，将由Si、SiO2、介电材料或TiN构成的底部结构10放在反应室31中，并利用真空泵P将反应室31中包括杂质的气体排出，以保持高真空状态。通过气体供应管32a、32b和33c，将源气体、反应气体和净化气体供应给反应室31。一般，设定初始真空度为10-7～10-8托，反应室中的工作温度为约150～350℃。图3B和3C为根据本专利技术实施方案利用氧化还原反应沉积贵金属的方法的示意图。参考图3B，首先，将贵金属前体，即，要沉积形成底电极或顶电极的材料的源气体注入到反应室31中。该贵金属前体可以是常用在ALD方法中的Cp前体。术语Cp是指环戊二烯基(C5H5)或取代的环戊二烯基配位体。Cp与贵金属π-键结合。例如，Ru的前体包括Ru(iPr-Cp)2和Ru(C5H5)2中的至少一种。将注入反应室31中的贵金属前体涂布在底部结构10上。接着，利用泵排出反应室31中的气体。为了增加排放效率，可以任选地利用净化气体如惰性气体，例如，Ar、Ne或N2。因而，排净反应室31中的气体。然后，将氧化气体和还原气体同时注入到反应室31中。氧化气体可以是O2或NO2，还原气体可以是NH3、H2O或H2。在本专利技术实施方案中，其特征在于将氧化气体和还原气体同时注入到反应室31中作为反应气体。在将贵金属源气体注入到反应室31中后，可以将氧化气体和还原气体注入到反应室31中。优选地，可以通过气体供应管32a、32b和33c，将贵金属源气体、氧化气体和还原气体同时注入到反应室31中。接着，产生等离子体，从而加速氧化气体与还原气体的反应，从而形成OH自由基。注入的氧化气体与还原气体的比，依据电容器的顶电极和底电极是否由金属或金属氧化物构成而变化。例如，当顶电极和底电极由金属构成时，还原气体的比例必须为90at％或更大，基于注入的氧化气体和还原气体的总数。当顶电极和底电极由金属氧化物构成时，还原气体的比例必须为10at％或更小，基于注入的氧化气体和还原气体的总数。因而，氧化气体与还原气体的反应产生OH自由基，所产生的OH自由基与贵金属前体反应，从而在底部结构10上形成贵金属电极或贵金属氧化物电极。参考图3C，现在将更详细地解释贵金属Ru的形成。当把反应气体，即，氧化气体和还原气体同时注入到反应室31中时，它们的部分彼此反应，产生OH，如下方案1 OH与配位体R′反应，取代Cp前体中的H，从而使Cp前体的配位体R′从Cp前体中分离出来。结果，Cp和贵金属Ru之间的π-键变得不稳定，Cp自发地与Ru分离。根据本专利技术实施方案方法利用下面的过程，通过结合氧化气体与一部分还原气体产生的自由基状态(radical state)的气体与Cp前体反应，不同于利用氧化气体与注入的金属源气体反应的过程的常规方法。结果，仅贵金属保留在底部结构10上。如上所述，当贵金属氧化物电极形成在底部结构10上时，应该增加注入的氧化气体的部分比例，以便氧化气体的比例为90at％或更大，基于注入的氧化气体和还原气体的总数。在由方案1所示的反应后剩余的氧化气体与贵金属反应，形成贵金属氧化物。在底部结构10上的反应完成后，排出反应室31中剩余的源气体或反应气体，或者用惰性气体(净化气体)净化反应室31。图3D为根据本专利技术实施方案利用氧化还原反应形成单层贵金属的方法的顺序安排时间图。如同常规的ALD方法，根据本实施方案的方法包括注入贵金属源气体→净化→注入氧化气体和还原气体(产生等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用氧化还原反应沉积贵金属电极的方法，包括：向反应室中注入贵金属源气体、氧化气体和还原气体；及在该反应室中产生等离子体，以在底部结构上形成贵金属层或贵金属氧化物层。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正贤，相崔俊，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]