在衬底上形成含金属层的气相沉积方法技术

本发明专利技术所述的原子层沉积方法可有利地用于在衬底上形成含金属层。例如，本发明专利技术所述的某些方法可形成具有低碳含量（例如低碳酸锶含量）的钛酸锶层，其可形成具有高介电常数的层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权声明本申请主张2007年2月14日申请的美国专利申请案第11/705,992号的优先权，此 案全部内容以引用的方式并入本文中。
技术介绍
集成电路装置的尺寸减小己形成将高介电常数(即高介质电容率)材料并入电容器 和栅极内的需要。由于现行技术的最小尺寸实际上受标准介电材料使用的制约，因此搜 寻新型高介电常数材料和方法正变得越加重要。与常规介电材料相比，含有碱土金属的 介电材料可在电容方面提供显著优势。例如，钙钛矿材料钛酸锶(SrTi03)具有所揭示 的高达500的主体介电常数。遗憾地是，已证明难以成功地将碱土金属与气相沉积方法整合。例如，尽管已揭示 f3-二酮酸锶的原子层沉积(ALD)，但这些前体化合物的不良反应性往往需要高衬底温度 和强氧化剂来使膜生长，这一膜往往被含碳杂质污染。例如，由于含碳杂质(诸如碳酸 锶)会实质十.降低所得膜的介电常数，因此这些杂质不合乎需要。将所述含碳杂质从高 介电常数膜中去除的努力仅取得有限的成功，这至少部分是因为使用了不便和/或昂贵的 技术，包括例如在臭氧中暴露于紫外线(UV)辐射和高压各向同性反应性离子蚀刻。正在探寻制备适合于当前和新一代集成电路装置的高介电常数膜的新方法。
技术实现思路
以下对如本文中所述的方法的各种实施例的描述不希望描述所述方法的每个实施 例或每个实施过程。相反，结合附图，参考以下具体实施方式和权利要求书，显然可更 完整了解如本文中所述的方法。此外，应了解可使用其它实施例并且在不背离本揭示案 的范围下可作出结构上的改变。制备在退火后结晶成立方相的无缺陷SrTi03膜需要形成具有大体l:l的锶:钛原子比 的钛酸锶膜。晶态立方相的存在可形成高介电常数，钙钛矿材料就以此知名。此外，需 要减少和/或消除钛酸锶膜中的含碳杂质，诸如碳酸锶(SrC03)，因为所述含碳杂质会 有害于膜的电性质。木文中所述的原子层沉积方法的某些实施例可提供至少一些所要的 性质。 附图说明图1是说明通过如本揭示案中所述的原子层沉积方法，在衬底上沉积的含金属层的 实施例的示意性侧视图。图2是适用于如本文中所述的方法的气相沉积系统的透视图。 图3是使用如本文中所述的方法所形成的实例电容器构造。图4描绘通过如实例1中所述的方法所制备的钛酸锶层的实施例的x射线光电子能 谱(XPS)。所述能谱是深度(纳米；x轴)与原子浓度(原子百分数；y轴)的关系图。图5是说明通过如比较实例1中所述的方法所制备的含金属层的实施例的x射线衍 射数据(XRD) (5a);和通过如实例1中所述的方法所制备的含金属层的实施例的x射 线衍射数据(XRD) (5b)。图5a和图5b是26角(度；x轴)与强度(任意单位或A.U.; y轴)的关系图。图6是说明通过如比较实例1 (扫描1)中所述的方法所制备的含金属层的实施例 和通过如实例1 (扫描2)中所述的方法所制备的含金属层的实施例的氧多重扫描图形 (6a)和碳多重扫描图形(6b)的角分辨x射线光电子能谱。图6a和图6b是结合能(电 子伏特或E.V.; x轴)与每秒计数(y轴)的关系图。 具体实施例方式图1是可通过本文中所揭示的方法所制备的构造100的说明。参看图1，初始氧化 钛沉积阶段可在衬底110上沉积氧化钛层120。在某些实施例中，氧化钛层120厚度可 小于1纳米，且在其它某些实施例中，氧化钛层120厚度为至多0.6纳米。在某些实施 例中，氧化钛层120厚度可为至少0.3纳米。初始氧化钛沉积阶段包括多个氧化钛沉积 循环。如本文中所使用的"多个"意指两个或更多个。在一些实施例中，初始氧化钛沉 积阶段由多个氧化钛沉积循环组成或基本上由多个氧化钛沉积循环组成。例如，在某些 实施例中，初始氧化钛沉积阶段可由11至14个氧化钛沉积循环组成。再次参看图1，中期沉积阶段可在氧化钛层120上沉积氧化锶/氧化钛层130。氧化 锶/氧化钛层130的厚度可视指定应用的需要而基于所用沉积循环数控制。在某些实施例 中，氧化锶/氧化钛层130厚度可为至少1纳米，且在其它实施例中，厚度为2纳米。尽 管一般而言氧化锶/氧化钛层的最大厚度仅受特定应用的要求(例如50纳米、100纳米 或甚至更厚)的限制，但在如本文中所述的某些说明性实施例中，氧化锶/氧化钛层130 的最大厚度可为例如20纳米、30纳米或40纳米。中期沉积阶段包括多个氧化锶沉积循环和多个氧化钛沉积循环。在一些实施例中， 中期沉积阶段可包括氧化锶沉积循环与氧化钛沉积循环交替进行。在其它实施例中，中10期沉积阶段可包括多个连续氧化锶沉积循环与一个氧化钛沉积循环交替进行。又在其它 实施例中，中期沉积阶段可包括一个氧化锶沉积循环与多个连续氧化钛沉积循环交替进 行。更在其它实施例中，中期沉积阶段可包括多个连续氧化锶沉积循环与多个连续氧化 钛沉积循环交替进行。又在其它实施例中，中期沉积阶段可包括上述沉积循环序列的组 合，由上述沉积循环序列的组合组成或基本上由上述沉积循环序列的组合组成。所属领域的技术人员可更改中期沉积阶段中氧化锶沉积循环和氧化钛沉积循环数 和序列，以形成例如具有所要厚度且具有大体1:1的锶:钛原子比的钛酸锶层。例如，在 某些实施例中，中期沉积阶段可包括多组(例如，4至20组或20组以上)交替进行的 2至4个连续氧化锶沉积循环与7至14个连续氧化钛沉积循环。在某些实施例中，中期 沉积阶段始于并终于一个或更多个氧化锶沉积循环。如本文中所使用的术语"或"通常 以包括"和/或"的含义使用，除非所述用法的上下文另有明确说明。再次参看图1，最终氧化钛沉积阶段可在中期沉积层130上沉积氧化钛层140。在 某些实施例中，氧化钛层140厚度可为至多l纳米，且在其它某些实施例中，厚度可为 至多0.6纳米。在某些实施例中，氧化钛层140厚度可为至少0.3纳米。最终氧化钛沉 积阶段包括多个氧化钛沉积循环。在一些实施例中，最终氧化钛沉积阶段由多个氧化钛 沉积循环组成或基木上由多个氧化钛沉积循环组成。例如，在某些实施例中，最终氧化 钛沉积阶段可由11至14个氧化钛沉积循环组成。有利的是，已发现本文中所述的至少一些方法可提供以(例如)大体1:1的锶:钛原 子比和/或低含碳杂质(例如SrC03)含量为特征的钛酸锶膜，其可形成例如高介电常数 的性质。0.9:1.0至1.0:0.9的锶钛原子比在本文中视为大体1:1的锶:钛原子比。如本 文中所使用，端点数值范围的叙述包括那一范围内所包含的所有数(例如，l至5包括 1、 1.5、 2、 2.75、 3、 3.80、 4、 5等)。低碳含量钛酸锶需要沉积时且尤其在退火后的碳酸锶含量小于或等于5原子％ (以 金属原子计)。具有低碳含量且在某些实施例中不具有可检测的碳含量的钛酸锶可有利 于在沉积时和/或退火后产生具有所要钙钛矿结晶相(例如立方相)的钛酸锶膜。具有所 要钙钛矿结晶相的钛酸锶膜对于具有高介电常数可为有利的。可使用含金属前体组合物、以本揭示案中所述的各种方法形成含金属层。如本文中 所使用的"含金属"用于指可完全由金属组成或可包括除金属外的其它元素的材料，通 常为化合物或层。典型的含金属化合物包括(但不限于)金属、金属-配位基络合物、金 属盐、有机金属化合物和其组合。典型的含金属层包括(但不限于)金属、金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上形成含金属层的方法，所述方法包含：　提供包含至少一种钛前体化合物的蒸气；　提供包含至少一种金属有机锶前体化合物的蒸气；和　使所述包含所述至少一种钛前体化合物的蒸气和所述包含所述至少一种锶前体化合物的蒸气与衬底接 触，以利用包含多个沉积循环的原子层沉积方法在所述衬底的至少一个表面上形成含金属层，其中所述多个沉积循环包含：包含至少一个氧化钛沉积循环的初始氧化钛沉积阶段和包含至少一个氧化钛沉积循环的最终氧化钛沉积阶段。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴斯卡尔斯里尼瓦桑，约翰斯迈思，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]