一种氧化锆膜及其沉积方法、应用技术

本发明专利技术涉及一种氧化锆膜及其沉积方法、应用。一种氧化锆膜ZrO

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锆膜及其沉积方法、应用
本专利技术涉及半导体制备领域，特别涉及一种氧化锆膜及其沉积方法、应用。
技术介绍
随着半导体器件的微型化，其主要结构之一-电容器的设计难度加大，尤其是改善电容量的难度大。同时由于电容器中电介质膜的阶梯覆盖率不足，导致电场分布不均匀，这加剧了电容量的改善难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氧化锆膜的沉积方法，该方法利用环戊基甲基醚类溶剂为添加剂促进锆源的流动，可以避免局部过量沉积导致的膜不均匀问题，可以改善氧化锆膜的阶梯覆盖率。为了实现以上目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种氧化锆膜ZrO2的沉积方法，包括：利用化学气相沉积法单原子层沉积方法沉积氧化锆膜，并且在沉积时，供应锆源之前先供应环戊基甲基醚类溶剂；所述环戊基甲基醚类溶剂为至少含有环戊基的疏水性醚类溶剂。以上沉积方法在供应锆源之前供应环戊基甲基醚类溶剂，可以避免锆源在局部区域过量沉积(尤其是在电容器图形的顶部区域过量沉积)，从而获得均匀性良好的氧化锆膜，具有良好的阶梯覆盖率，使电容器的电场分布均匀，利于提高电容量。添加环戊基甲基醚类溶剂可以改善均匀性的原因主要有以下两点：一方面，环戊基甲基醚类溶剂作为疏水性醚类溶剂，在高温度下化学稳定性高，不会过氧化或分解，并且沸点适当(环戊基甲基醚的沸点为106℃)，可以促进锆源的流动，从而避免锆源在图形顶部聚集，导致此处过量沉积；另一方面，环戊基甲基醚类溶剂具有氧钝化的效果，因而可以缓解局部的过量锆氧化。以上沉积方法主要用于半导体中电容器的制备，但这并不限定本专利技术的应用范围。本专利技术所适用的半导体器件包括但不限于：DRAM、2DNAND、3DNAND或LCD。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。图1为电介质膜具有良好阶梯覆盖率的电容器结构；图2为电介质膜具有低劣阶梯覆盖率的电容器结构；图3为现有技术沉积的氧化锆膜的形貌图；图4为本专利技术沉积的氧化锆膜的形貌图。图5为本专利技术沉积电介质膜时的工艺顺序图；图6为利用本专利技术方法在载体表面形成溶剂层的示意图。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。以图1所示和图2所示的电容器结构为例，代表了两种不同情况的阶梯覆盖率，图1中的电介质膜1具有良好的阶梯覆盖率，利用该结构组成的器件必然具有均匀的电场分布。而图2中的电介质膜1的阶梯覆盖率差，顶部的电介质膜厚显著大于底部，利用该结构组成的器件电场分布不均，电特性差。由此可见，在半导体的电容器制作过程中，电介质膜的阶梯覆盖率对电容量以及半导体的电特性至关重要。采用传统沉积方法得到的电介质膜的形貌如图3所示，台阶顶部的沉积物明显多于其它区域。为改善这种现象，本专利技术提出了以下实施方式。在利用化学气相沉积法沉积氧化锆膜时，在供应锆源之前先供应环戊基甲基醚类溶剂；然后进行后续的操作，例如供应臭氧或氧气，以及可选择性地吹扫、抽真空等。供应的环戊基甲基醚类溶剂为至少含有环戊基的疏水性醚类溶剂，典型的包括：环戊基甲基醚或者烷基取代的环戊基甲基醚等。由于环戊基甲基醚类溶剂作为疏水性醚类溶剂，在高温度下化学稳定性高，不会过氧化或分解，并且沸点适当(环戊基甲基醚的沸点为106℃)，因此可以促进锆源的流动，从而避免锆源在图形顶部聚集，导致此处过量沉积，还可避免引入其他杂质；另外，环戊基甲基醚类溶剂具有氧钝化的效果，因而可以缓解局部的过量锆氧化。利用以上方法得到介电膜形貌分布如图4所示。经过检测，该方法与没有添加环戊基甲基醚类溶剂的沉积方法相比，可以将DRAM的电容量从7.5fF/cell增加至8.3fF/cell，改善了10％以上，将介电膜泄露电流(D0failbit)从200bits/chip降低至80bits/chip以下，改善了60％以上。图4仅仅列举了电介质膜覆盖的电极为氮化钛TiN，但本专利技术还使用其他电极的覆盖，例如各种金属的氮化物(氮化镍、氮化钒等)。上述实施方式宜采用脉冲式供应反应源(锆源、反应气体等)，每次循环可采用的供应顺序为：供应环戊基甲基醚类溶剂—供应锆源—反应源吹扫、供应反应气体、反应气体吹扫。如图5所示，按照以下顺序沉积电介质膜：氧钝化(02passivation)——供应锆源——反应源吹扫——供应反应气体——反应气体吹扫；氧钝化可采用本专利技术提供的方法，即供应环戊基甲基醚类溶剂，例如环戊基甲基醚，结构式如下：利用该方法先在载体表面形成溶剂层，如图6所示。上述方法中供应环戊基甲基醚类溶剂适宜在200～250℃的环境中进行。以上实施方式并不限定锆源和反应物的类型，可采用的锆源包括但不限于以下中的一种或多种混合：Zr(DMA)2(Me)2，Zr(EMA)2(Me)2，Zr(DMA)(Me)2(Cp)，Zr(EMA)2(Cp)2，Zr(Cp)2(Me)2，Zr(Cp)(EMA)(Me)2；其中，Cp为环戊二烯基，METHD为甲氧基乙氧基四甲基庚二酮酸根，MPD为2-甲基-2,4戊二氧基，THD为2,3,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸根，EMA为乙基甲基胺基，DMA为二甲基胺基，Me为甲基。可采用的反应气体有氧气、臭氧等。环戊基甲基醚类溶剂指至少含有环戊基的疏水性醚类溶剂，例如典型的环戊基甲基醚。另外，本专利技术的方法不受设备的限制，可采用典型的单片式设备、集群式设备、炉管式设备或旋转式设备(Merry-go-round)。上述方法和制得的ZrO2膜可用于制备任意类型的半导体器件，包括但不限于：DRAM、2DNAND、3DNAND或LCD。本专利技术上述的化学气相沉积法为广义的化学气相沉积，即气相反应物经过化学反应生成膜的方式，包括传统的CVD、ALD等类型。在以上的描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锆膜的沉积方法，其特征在于，包括：利用化学气相沉积法沉积氧化锆膜，并且在沉积时，供应锆源之前先供应环戊基甲基醚类溶剂；/n所述环戊基甲基醚类溶剂为至少含有环戊基的疏水性醚类溶剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆膜的沉积方法，其特征在于，包括：利用化学气相沉积法沉积氧化锆膜，并且在沉积时，供应锆源之前先供应环戊基甲基醚类溶剂；
所述环戊基甲基醚类溶剂为至少含有环戊基的疏水性醚类溶剂。


2.根据权利要求1所述的沉积方法，其特征在于，所述环戊基甲基醚类溶剂为环戊基甲基醚。


3.根据权利要求1或2所述的沉积方法，其特征在于，所述锆源选自以下中的至少一种：Zr(DMA)2(Me)2，Zr(EMA)2(Me)2，Zr(DMA)(Me)2(Cp)，Zr(EMA)2(Cp)2，Zr(Cp)2(Me)2，Zr(Cp)(EMA)(Me)2；
其中，
Cp为环戊二烯基，
METHD为甲氧基乙氧基四甲基庚二酮酸根，
MPD为2-甲基-2,4戊二氧基，
THD为2,3,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸根，
EMA为乙基甲基胺基，
DMA为二甲基胺基，
Me为甲基。


4.根据权利要求1或2所述的沉积方法，其特征在于，所述供应环戊基甲基醚类溶剂在200～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相遇，安重镒，金成基，项金娟，李亭亭，卢一泓，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，真芯北京半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11