(57)【要約】【課題】半導体用途における高ｋ誘電体膜を形成するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】本発明は、多層多成分高ｋ誘電体膜を形成するためのシステム及び方法を提供する。一部の実施形態では、本発明は、ハフニウム、チタン、酸素、窒素、及び他の成分を含む高ｋ誘電体膜を形成するためのシステム及び方法を提供する。本発明の更に別の態様では、誘電体膜は、組成勾配を有して形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハフニウム成分及び／又はチタン成分及び／又はシリコン成分及び／又は酸素成分及び／又は窒素成分を含むことを特徴とする誘電体膜。
【請求項２】
ハフニウム成分、チタン成分、シリコン成分、酸素成分、及び窒素成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の誘電体膜。
【請求項３】
ｘ、ｙ、及びｚが、それぞれ、０から２までの数を表す場合に、ＨｆＴｉＳｉxＯyＮzの組成を含むことを特徴とする誘電体膜。
【請求項４】
基板上に膜を形成する方法であって、
少なくとも１つがチタン含有化学成分を含有する２つ又はそれよりも多くの前駆物質が、処理チャンバに一緒に又は順に搬送されて基板の表面上に単層を形成し、該処理チャンバに搬送される該前駆物質の各々の量は、望ましい組成勾配が膜に形成されるように選択的に制御される、
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記膜は、ＡＬＤ、エネルギ支援ＡＬＤ、ＣＶＤ、エネルギ支援ＣＶＤ、ＰＶＤ、又は反応性ＰＶＤのいずれか１つによって形成されることを特徴とする請求項４に記載の膜を形成する方法。
【請求項６】
前記膜は、２０℃から８００℃の間の温度、及び０．００１ｍＴｏｒｒから６００Ｔｏｒｒの間の圧力で形成されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
Ｓｉ、ＳｉＯ2、又はＳＯＩから成る基板と、
Ｓｉの濃度がＨｆの濃度よりも大きいＨｆＳｉＯx、Ｓｉの濃度がＴｉの濃度よりも大きいＴｉＳｉＯx、Ｓｉの濃度がＡｌの濃度よりも大きいＡｌＳｉＯx、又はＳｉの濃度が、ＨｆにＴｉ及びＨｆＴｉＯxを加えたものの合計濃度よりも大きいＨｆＳｉＴｉＯxのうちのいずれか１つから成る、前記基板の上の第１の層と、
ＨｆＯｘ、ＨｆＴｉＯx、ＨｆＡｌＯx、ＴｉＯx、ＨｆＴａＴｉＯx、ＴａＯx、ＨｆＴａＯx、ＴｉＴａＯx、ＴｉＡｌＯx、又はＴｉＡｌＯxのうちのいずれか１つから成る、前記第１の層の上の第２の層と、
ＨｆＯＮ、ＴｉＯＮ、ＳｉＯＮ、ＨｆＴｉＯＮ、ＨｆＳｉＯＮ、ＴｉＳｉＯＮ、又はＨｆＴｉＳｉＯＮのうちのいずれか１つから成る、前記第２の層の上の第３の層と、
ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＳｉＮx、Ｒｕ、ＲｕＯ2、ＣｏＷＰ、又はＴａＣＮのうちのいずれか１つから成る、前記第３の層の上の第４の層と、
Ｗ、ＷＮ、Ｒｕ、ＮｉＳｉx、又はドープＳｉのうちのいずれか１つから成る、前記第４の層の上の第５の層と、
を含むことを特徴とする半導体膜スタック。
【請求項８】
シリコン豊富な最下層と、窒素豊富な最上層と、該最上層及び最下層の間に形成されたチタン酸ハフニウム層とを含み、該シリコン豊富最下層において、シリコンの濃度が、ハフニウム、チタン、又は窒素、又はその組合せの濃度よりも大きいことを特徴とする誘電体膜。
【請求項９】
前記シリコンの濃度は、誘電体膜が上に形成される基板から離れる距離の関数として減少することを特徴とする請求項８に記載の誘電体膜。
【請求項１０】
前記シリコン豊富な最下層の前記シリコンの濃度は、８０パーセントまでであることを特徴とする請求項８に記載の誘電体膜。
【請求項１１】
前記チタン酸ハフニウム層において、前記シリコンの濃度は、ハフニウム、チタン、窒素、又はその組合せの濃度よりも小さいことを特徴とする請求項８に記載の誘電体膜。
【請求項１２】
ドープＳｉ又は金属から成る基板と、
ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＳｉＮx、Ｒｕ、ＲｕＯ2、ＣｏＷＰ、ＮｉＳｉx、又はＴａＣＮのうちのいずれか１つから成る、前記基板の上の第１の層と、
Ｗ、ＷＮ、Ｒｕ、ＮｉＳｉx、又はドープＳｉのうちのいずれか１つから成る、前記第１の層の上の第２の層と、
ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＳｉＮx、Ｒｕ、ＲｕＯ2、ＣｏＷＰ、ＮｉＳｉx、又はＴａＣＮのうちのいずれか１つから成る、前記第２の層の上の第３の層と、
ＨｆＯx、ＨｆＴｉＯx、ＨｆＡｌＯx、ＴｉＯx、ＨｆＴａＴｉＯx、ＴａＯx、ＨｆＴａＯx、ＴｉＴａＯx、ＴｉＡｌＯx、ＴｉＡｌＯx、ＨｆＳｉＯx、ＴｉＳｉＯx、ＴａＳｉＯx、ＡｌＳｉＯx、又はＨｆＳｉＴｉＴａＯxのうちのいずれか１つから成る、前記第３の層の上の第４の層と、
ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＳｉＮx、Ｒｕ、ＲｕＯ2、ＣｏＷＰ、又はＴａＣＮのうちのいずれか１つから成る、前記第４の層の上の第５の層と、
Ｗ、ＷＮ、Ｒｕ、ＮｉＳｉx、又はドープＳｉのうちのいずれか１つから成る、前記第５の層の上の第６の層と
を含むことを特徴とする半導体膜スタック。
【請求項１３】
処理チャンバで１つ又はそれよりも多くの基板上に膜を形成する方法であって、
１つ又はそれよりも多くの基板を１つ又はそれよりも多くの前駆物質に露出して該基板上に該前駆物質の単層を形成し、処理チャンバから余分な前駆物質をパージする段階と、
前記１つ又はそれよりも多くの基板を該基板上の前記前駆物質の前記単層と反応する１つ又はそれよりも多くの反応剤に露出して化合物を形成し、前記処理チャンバから余分な反応剤をパージする段階と、
望ましい膜の厚みが形成されるまで前記露出する段階を繰り返し、各前駆物質の組成勾配が該膜の該厚みにわたって確立されるように、各前駆物質の濃度が該段階の各繰返し中に制御される段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
Ｓｉ、ＳｉＯ2、又はＳＯＩから成る基板と、
ＨｆＯx、ＨｆＴｉＯx、ＨｆＡｌＯx、ＴｉＯx、ＨｆＴａＴｉＯx、ＴａＯx、ＨｆＴａＯx、ＴｉＴａＯx、ＴｉＡｌＯx、又はＴｉＡｌＯxのうちのいずれか１つから成る、前記基板の上の第１の層と、
を含むことを特徴とする半導体膜。
【請求項１５】
Ｓｉの濃度がＨｆの濃度よりも大きいＨｆＳｉＯｘ、Ｓｉの濃度がＴｉの濃度よりも大きいＴｉＳｉＯx、Ｓｉの濃度がＡｌの濃度よりも大きいＡｌＳｉＯx、又はＳｉの濃度が、ＨｆにＴｉ及びＨｆＴｉＯxを加えたものの合計濃度よりも大きいＨｆＳｉＴｉＯxのうちのいずれか１つから成る、前記基板と前記第１の層の間に形成された中間層、
を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の膜。
【請求項１６】
ＨｆＯＮ、ＴｉＯＮ、ＳｉＯＮ、ＨｆＴｉＯＮ、ＨｆＳｉＯＮ、ＴｉＳｉＯＮ又はＨｆＴｉＳｉＯＮのうちのいずれか１つから成る、前記第１の層の上に形成された第２の層を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の膜。
【請求項１７】
ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＳｉＮx、Ｒｕ、ＲｕＯ2、ＣｏＷＰ、又はＴａＣＮのうちのいずれか１つから成る、前記第２の層の上の第３の層を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の膜。
【請求項１８】
Ｗ、ＷＮ、Ｒｕ、ＮｉＳｉx、又はドープＳｉのうちのいずれか１つから成る、前記第３の層の上の第４の層を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００５年４月７日出願の米国特許仮出願第６０／６６９，８１２号に対する優先権の恩典を「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）」の下に請求するものであり、この特許の開示内容は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。
一般的に、本発明は、半導体用途における高ｋ誘電体膜を形成するためのシステム及び方法に関する。より具体的には、本発明は、ハフニウム、チタン、酸素、窒素、及び他の成分を含む多成分誘電体膜を基板上に作製するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
性能及び速度増大の要件は、微小電子装置の継続するスケーリングに対する推進力の一部をもたらしている。更に、エンドユーザからの性能改善、機能増強、及び低コスト化に対する期待は、経済面でスケーリングを達成する推進力をもたらしている。これらの力が組み合わされて、半導体素子上のトランジスタ数が約１８ヵ月毎に倍化する傾向を確立している。これは、半導体素子スケーリングにおける周知の「ムーアの法則」である。
【０００３】
トランジスタの速度及び性能は、主としてゲートエンジニアリングの詳細によって決定される。これには、ソース及びドレーン深さとドーピングの詳細、ゲート誘電体材料の厚み及び性質、及び他の要素が含まれる。現在の最先端技術では、引き続き、二酸化シリコンがゲート誘電体材料として使用されている。ホウ素貫通のような問題を防止するために、二酸化シリコンゲート材料は、多くの場合に窒素でドープされる。装置速度要件を満たすために、二酸化シリコンゲート誘電体材料の厚みは、＜１ｎｍに近づいている。「４５ｎｍノード」（国際半導体技術ロードマップ−ＩＴＲＳにおいて定義）として公知である半導体素子ノードでは、この二酸化シリコンの所要厚みは、ゲート誘電体材料を貫く電子の「トンネリング」を防止するのに不十分であることになると予測されている。これらの条件下では、公知の装置は、もはや機能しないことになる。
【０００４】
従来のトランジスタゲートの構造は、多層スタックの構造である。現在の技術では、露出シリコン表面上に二酸化シリコンゲート誘電体材料（任意的に窒素でドープ）が適用されている。一般的に、ドープポリシリコン（任意的にタングステン又は金属シリサイド）のような電極材料が、ゲート誘電体材料の上に堆積される。ゲート誘電体材料は、半導体素子の製造中に典型的に６００℃及びそれよりも高い高温を含む場合があるその後の処理段階の下で基板及び電極材料の両方と接触した時に、化学的、物理的、及び電気的に安定したものでなければならない。二酸化シリコンは、独特に４０年にわたりこの用途に十分に適してきた。
【０００５】
半導体素子におけるコンデンサ構造の形成においても、同様の問題に直面している。一般的に、３つの基本的形式のコンデンサがある。「ＳＩＳ」コンデンサは、電極が各々ドープシリコン製であるシリコン−絶縁体−シリコンコンデンサを指す。「ＭＩＳ」コンデンサは、一方の電極が金属であり、他方の電極がドープシリコン製である金属−絶縁体−シリコンコンデンサを指す。最後に、「ＭＩＭ」コンデンサは、電極が各々金属製であり、誘電体がＣｏＷＰ、Ｔａ／ＴａＮ、Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｒｕ／ＲｕＯ2のようなバリアの層の間に組み込まれ、かつ装置の形式によってＣｕ、Ｒｕなどのような実際の電極がそれに続く金属−絶縁体−金属コンデンサを指す。上述のゲート誘電体材料の場合と同様に、誘電体材料は、半導体素子の製造中に典型的に６００℃又はそれよりも高い高温を含む場合があるその後の処理段階の下で電極材料の両方と接触した時に、化学的、物理的、及び電気的に安定したものでなければならない。二酸化シリコン及び窒化珪素は、独特に長年にわたってこの用途に十分に適してきた。しかし、メモリ高密度化及びメモリセル小型化に対する要件は、コンデンサ用途に対して新技術の開発を必要としている。
【０００６】
二酸化シリコン誘電体材料に代わる誘電体誘電率がより高い「高ｋ」を有する新素材の特定及び開発に研究が費やされてきた。これによって装置は、電子のトンネリングを防止しながら機能することができると考えられる。一般的に、ＺｒＯ2及びＨｆＯ2のような金属酸化物材料が調査されている。これらの材料は、いくつかの理由で不満足なものであることが見出されている。これらの金属酸化物材料は、シリコン又は二酸化シリコン上に堆積された時に、その後の処理条件下で安定ではない。それらは、下に重なる材料と電極材料とに反応し、望ましい誘電特性を有していないと共に装置の性能を劣化する酸化物相と珪酸塩相を形成する。更に、それらは、高い「漏れ電流」を示し、かつ典型的な装置よりも消費電力が多い装置をもたらすことが見出されている。これは、長いバッテリ寿命を必要とする用途に使用されることになる装置には望ましくないものである。
従って、二酸化シリコンよりも高い誘電定数値（高ｋ）を有する膜を作製する方法の更なる開発が必要とされている。特に、原子層堆積（ＡＬＤ）などのような最新堆積技術を用いて高ｋ膜を作製する方法が必要とされている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／６６９，８１２号
【特許文献２】米国特許出願出願番号第１０／８６９，７７９号
【特許文献３】米国特許出願出願番号第１０／５２１，６１９号
【発明の開示】
【０００８】
一般的に、本発明は、ＳｉＯ2よりも高い誘電定数（高ｋ）を有する多成分膜材料の堆積方法を提供する。高ｋ材料には、ゲート及びコンデンサなどのような半導体構造の製造における用途がある。一部の実施形態では、本方法は、堆積工程中の膜にわたる組成勾配の導入を提供する。
一実施形態では、本発明は、ＳｉＯ2よりも高い誘電定数（高ｋ）を有する多層多成分膜スタックの堆積方法を提供する。高ｋ膜スタックには、ゲート及びコンデンサなどのような半導体構造の製造における用途がある。本方法は、膜の堆積工程中の膜スタックにおける膜の各々にわたる組成勾配の導入を提供する。
【０００９】
本発明の一実施形態では、様々な堆積方法を用いて多成分膜材料を形成する。堆積方法としては、以下で更に説明するように、逐次熱ＡＬＤ、逐次プラズマ強化ＡＬＤ、同時注入熱ＡＬＤ、同時注入プラズマ強化ＡＬＤ、熱「化学気相堆積（ＣＶＤ）」、プラズマ強化ＣＶＤ、又は「物理的気相成長法（ＰＶＤ）」がある。
本発明の別の実施形態では、ハフニウム、チタン、シリコン、酸素、窒素、及びその組合せを含む高ｋ材料の多成分膜が提供される。高ｋ材料は、ゲート及びコンデンサなどのような半導体構造の製造において使用することができる。
【００１０】
本発明の一実施形態では、多成分膜は、多成分膜の様々な成分を含有する適切な前駆物質を供給することによって形成される。前駆物質は、個別の化学的エンティティとすることができ、又は２つ又はそれよりも多くの成分の適切な混合物とすることができる。前駆物質は、堆積中に同時に又は順番に導入することができる。例示的な実施形態では、ハフニウム、チタン、及びシリコンを含有する前駆物質が使用される。
本発明の更に別の実施形態では、多成分膜は、多成分膜の様々な成分を含有する適切な反応ガスを供給することによってを形成される。反応ガスは、堆積層を酸化、窒化、又は還元するのに使用することができる様々な化学種を含む。反応ガスは、堆積中に同時に又は順番に導入することができる。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、高ｋゲート膜スタックを形成する多層多成分膜スタックが提供される。一部の実施形態では、多層高ｋスタックは、Ｓｉ豊富層、第１のバリア層、バルク高ｋ層、酸化窒化物層、第２のバリア層、電極層、及びその組合せを含む。任意的に、層の１つ又はそれよりも多くは、多層構造の性能を特別に最適化するように選択かつ作成される。
本発明の一実施形態では、高ｋコンデンサ膜スタックを形成する多層多成分膜スタックが提供される。一部の実施形態では、多層スタックは、第１のバリア層、電極層、第２のバリア層、バルク高ｋ層、第３のバリア層、電極層、及びその組合せを含む。更に、層の１つ又はそれよりも多くは、多層構造の性能を特別に最適化するように選択かつ作成することができる。
【００１２】
本発明の態様はまた、少なくとも１つがチタン含有化学成分を含有する２つ又はそれよりも多くの前駆物質が、処理チャンバに一緒に又は順に搬送されて単層を基板の表面上に形成し、処理チャンバに搬送された前駆物質の各々の量が、望ましい組成勾配が膜に形成されるように選択的に制御されることを特徴とする膜を基板上に形成する方法を提供する。
本発明の他の態様、実施形態、及び利点は、本発明の詳細説明及び特許請求の範囲を読み、図面を参照すると明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
一般的に、本発明は、ＳｉＯ2よりも高い誘電定数（高ｋ）を有する多成分膜材料の堆積方法を提供する。高ｋ材料には、ゲート及びコンデンサなどのような半導体構造体の製造における用途がある。一部の実施形態では、本方法は、堆積工程中の膜にわたる組成勾配の導入を提供する。本発明の方法をシリコンウェーハが基板として使用される実施形態に対して示す。本方法を使用して、シリコンウェーハ、複合半導体ウェーハ、ガラス、フラットパネル、金属、金属合金、プラスチック、ポリマー、有機材料、及び無機材料などのようなあらゆる適切な基板上に膜を堆積することができることが認められるであろう。
【００１４】
一実施形態では、本発明は、ｘ、ｙ、ｚがそれぞれ０から２までの数を表すＨｆＴｉＳｉxＯyＮzという組成を含む誘電体膜を提供する。誘電体膜は、ゲート及びコンデンサなどのような半導体構造体の製造において使用することができる。
一実施形態では、本発明の誘電体膜は、ハフニウム成分、チタン成分、シリコン成分、酸素成分、及び窒素成を含む。
本発明の１つの例示的な実施形態では、ＨｆＳｉＴｉＯx膜を形成する。一部の実施形態では、膜の最下部（第１のいくつかの膜）は、本明細書では「Ｓｉ豊富」というＨｆ又はＴｉ又はＨｆ及びＴｉ（例えば、［Ｓｉ］＞＞（［Ｈｆ＋Ｔｉ］）の濃度よりも高いＳｉ濃度を含む膜スタックが提供される。これは、Ｓｉが豊富な膜が、半導体素子製造中に、その後の熱処理中に、及び露出Ｓｉ又はＳｉＯ2上に直接堆積時に安定性が増強されているために膜の望ましい属性である。しかし、Ｓｉの濃度が高いと、これらの形式の誘電体材料のｋ値が小さくなることが公知である。この膜構造を堆積するのに使用することができるＡＬＤ法の例は、２００４年６月１５日申請の現在出願中の米国特許出願出願番号第１０／８６９，７７９号（代理人整理番号Ａ−７２２１８−１／ＭＳＳ）において説明されており、この特許の開示内容全体は、本明細書において引用により組み込まれている。一実施形態では、ＡＬＤ法では、ＡＬＤ堆積サイクルの一部で各成分を含有する前駆物質を導入することによって多成分膜を形成する。次に、前駆物質を酸化、窒化、又は還元することができる化学種のような反応ガスをＡＬＤ堆積サイクルの他の部分で導入する。以下の説明においては、酸化反応剤を使用する例示的な実施形態に対して本発明を説明する。堆積する望ましい膜によっては、適切な窒化又は還元反応ガスを使用することもできることも認められるであろう。
【００１５】
Ｓｉ、Ｈｆ、及びＴｉの相対濃度は、各サイクル中に様々な前駆物質の堆積パラメータを選択的に制御するか又は変更するという連続的付加によって膜厚が増大する時に選択的に制御されるか又は変更される。堆積パラメータとしては、ガス流量及びパルス時間などがある。このようにして、膜のＳｉ濃度を膜堆積の初めに高いものになるように選択し、膜の中間又は上部でゼロにすることができる。これには、下に重なるＳｉ層又はＳｉＯ2層に接触して高ｋ誘電体膜の安定性を高め、しかも膜のｋ値を最大にするという効果がある。
【００１６】
本発明の一実施形態では、以下の公式を有する少なくとも堆積金属を含む堆積前駆物質を使用する。
Ｍ（Ｌ）X
ここで、Ｍは、Ｈｆ及びＴｉを含む金属であり、Ｌは、アミン、アミド、アルコキシド、ハロゲン、水素化物、アルキル、アジド、硝酸塩、亜硝酸塩、シクロペンタジエニル、カルボニル、カルボキシレート、ジケトン、アルケン、アルキン、又はその代用類似物、及びその組合せを含む配位子であり、ｘは、Ｍの原子価数未満又はそれに等しい整数である。例示的な実施形態では、Ｈｆ前駆物質は、ＴＥＭＡ−Ｈｆ、Ｔｉ前駆物質は、ＴＥＭＡ−Ｔｉであり、ＴＥＭＡ配位子は、テトラキス（エチルメチルアミノ）配位子である。第３のＳｉ含有前駆物質も使用する。適切なＳｉ源としては、ハロゲン化珪素、シリコンジアルキルアミド又はアミン、シリコンアルコキシド、シラン、ジシラン、シロキサン、アミノジシラン、及びハロゲン化二珪素がある。例示的な実施形態では、シリコン前駆物質は、ＴＥＭＡ−Ｓｉであり、ＴＥＭＡ配位子は、テトラキス（エチルメチルアミノ）配位子である。
【００１７】
３つの前駆物質（ＴＥＭＡ−Ｈｆ、ＴＥＭＡ−Ｔｉ、及びＴＥＭＡ−Ｓｉ）を処理チャンバに導入する。処理チャンバは、単一ウェーハシステムのような単一の基板を保持するように適応させることができ、又は処理チャンバは、バッチ式炉、ミニバッチ式炉、又は複数ウェーハ処理システムなどのような複数の基板を保持するように適応させることができる。特に、本発明を実施するのに十分に適するミニバッチ式炉は、２００５年１月１４日出願の米国特許出願出願番号第１０／５２１，６１９号（代理人整理番号Ａ−７１７４８／ＭＳＳ）において説明されており、この特許の開示内容全体は、本明細書において引用により組み込まれている。特定の例示的な堆積システムを示しているが、本発明の方法は、当業技術で公知のあらゆる様々なＡＬＤシステム、ＣＶＤシステム、及びＰＶＤシステムで実行することができる。３つの前駆物質は、順番に処理チャンバに導入する。３つの前駆物質は、気相濃度及び表面反応度に比例した濃度で基板上の単層を形成する。単層を形成しない余分な前駆物質は、あらゆる適切な手段によって処理チャンバから除去される。次に、単層と反応するように適切な酸化反応剤を導入する。酸化反応剤は、オゾン、酸素、過酸化物、水、空気、亜酸化窒素、Ｎ酸化物、及びその混合物とすることができる。オゾン及び水は、例示的な選択例である。単層と反応しない余分な酸化反応剤は、あらゆる適切な手段によって処理チャンバから除去される。その結果は、Ｈｆ、Ｓｉ、及びＴｉの特定の相対濃度を有するＨｆＳｉＴｉＯx層である。次の連続的なサイクル中に、３つの前駆物質の気相での相対濃度は、３つの前駆物質の処理パラメータを変えることによって変えることができる。それによって第１の単層とは異なるＨｆ、Ｓｉ、及びＴｉの相対濃度を有する第２の単層が得られる。この教示内容を堆積工程の各サイクル中に採用し、膜にわたる各成分の濃度を調整することができる。
【００１８】
一部の実施形態では、上述の逐次ＡＬＤ法は、一般的に、２０℃と８００℃の間、及び好ましくは、１５０℃と４００℃の間の温度で実行される。上述の逐次ＡＬＤ法は、一般的に、０．００１ｍＴｏｒｒと６００Ｔｏｒｒの間、及び好ましくは、１ｍＴｏｒｒと１００Ｔｏｒｒの間の圧力で実行される。上述の逐次ＡＬＤ法は、一般的に、０ｓｃｃｍと２０，０００ｓｃｃｍの間、及び好ましくは、０．１ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍの間の総ガス流量で実行される。
【００１９】
本発明の別の例示的な実施形態では、２００℃よりも低い温度で本発明を実施することが望ましい。反応及び化合物形成を助けるために、更に別のエネルギ源が供給される。この実施形態では、３つの前駆物質（ＴＥＭＡ−Ｈｆ、ＴＥＭＡ−Ｔｉ、及びＴＥＭＡ−Ｓｉ）を順番に処理チャンバ内に導入する。上述の場合のように、処理チャンバは、単一の基板又は複数の基板を保持することができる。単層を形成しない余分な前駆物質は、あらゆる適切な手段によって処理チャンバから除去される。上述の場合のように、次に、単層と反応するように、適切な酸化反応剤を導入する。オゾン及び酸素は、例示的な選択例である。反応を助けるために、エネルギ源を使用する。エネルギ源は、直接プラズマ、遠隔プラズマ、下流側プラズマ、ＲＦ−プラズマ、マイクロ波プラズマ、ＵＶ光子、真空ＵＶ（ＶＵＶ）光子、可視光子、ＩＲ光子、及びその組合せとすることができる。エネルギ源は、＜２００℃の温度で反応する化学種を形成する。エネルギ源は、処理チャンバ内で直接に使用することができ、又は処理チャンバに入る前に反応ガスに作用することができる。本発明者は、本方法を「エネルギ支援逐次ＡＬＤ」と位置付けた。単層と反応しない余分な酸化反応剤は、あらゆる適切な手段によって処理チャンバから除去される。その結果は、Ｈｆ、Ｓｉ、及びＴｉの特定の相対濃度を有するＨｆＳｉＴｉＯx層である。次のＡＬＤサイクル中に、３つの前駆物質の気相での相対濃度は、３つの前駆物質の処理パラメータを変えることによって変えることができる。それによって第１の単層とはＨｆ、Ｓｉ、及びＴｉの異なる相対濃度を有する第２の単層が得られる。この教示内容を堆積工程の各サイクル中に採用し、膜にわたる各成分の濃度を調整することができる。
【００２０】
上述のエネルギ支援逐次ＡＬＤ法は、一般的に、２０℃と８００℃の間、及び好ましくは、２０℃と２００℃の間の温度で実行される。上述のエネルギ支援逐次ＡＬＤは、一般的に、０．００１ｍＴｏｒｒと６００Ｔｏｒｒの間、及び好ましくは、１ｍＴｏｒｒと１００Ｔｏｒｒの間の圧力で実行される。上述のエネルギ支援逐次ＡＬＤは、一般的に、０ｓｃｃｍと２０，０００ｓｃｃｍの間、及び好ましくは、０．１ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍの間のガス流量で実行される。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、３つの前駆物質（ＴＥＭＡ−Ｈｆ、ＴＥＭＡ−Ｔｉ、及びＴＥＭＡ−Ｓｉ）を処理チャンバ内に導入する。処理チャンバは、単一ウェーハシステムのような単一の基板を保持するように適応させることができ、又は処理チャンバは、バッチ式炉、ミニバッチ式炉、又は複数ウェーハ処理システムなどのような複数の基板を保持するように適応させることができる。３つの前駆物質は、処理チャンバ内に導入する前にガス状の形態で混合させるか、又は処理チャンバ内で混合させることができる。この実施形態では、前駆物質は、先の代替的な実施形態で説明したように、処理チャンバに独立に又は順番に搬送するのではなく、１サイクルで処理チャンバ内に共に存在する。３つの前駆物質は、気相濃度及び表面反応度に比例した濃度で基板上に単層を形成する。層を形成しない余分な前駆物質は、あらゆる適切な手段によって処理チャンバから除去される。次に、単層と反応するように適切な酸化反応剤を導入する。酸化反応剤は、オゾン、酸素、過酸化物、水、空気、亜酸化窒素、Ｎ酸化物、及びその混合物とすることができる。オゾン及び水は、例示的な選択例である。単層と反応しない余分な酸化反応剤は、あらゆる適切な手段によって処理チャンバから除去される。その結果は、Ｈｆ、Ｓｉ、及びＴｉの特定の相対濃度を有するＨｆＳｉＴｉＯx層である。次のＡＬＤＦサイクル中に、３つの前駆物質の気相での相対濃度は、３つの前駆物質の処理パラメータを変えることによって変えることができる。それによって第１の単層とは異なるＨｆ、Ｓｉ、及びＴｉの相対濃度を有する第２の単層が得られる。この教示内容を堆積工程の各サイクル中に採用し、膜にわたる各成分の濃度を調整することができる。
【００２２】
上述の逐次ＡＬＤ法は、一般的に、２０℃と８００℃の間、及び好ましくは、１５０℃と４００℃の間の温度で実行される。上述の同時注入ＡＬＤ法は、一般的に、０．００１ｍＴｏｒｒと６００Ｔｏｒｒの間、及び好ましくは、１ｍＴｏｒｒと１００Ｔｏｒｒの間の圧力で実行される。上述の同時注入ＡＬＤ法は、一般的に、０ｓｃｃｍと２０，０００ｓｃｃｍの間、及び好ましくは、０．１ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍの間の総ガス流量で実行される。
【００２３】
本発明の別の実施形態では、２００℃よりも低い温度で本発明を実施することが望ましい。反応及び化合物形成を助けるために、更に別のエネルギ源が供給される。この実施形態では、３つの前駆物質（ＴＥＭＡ−Ｈｆ、ＴＥＭＡ−Ｔｉ、及びＴＥＭＡ−Ｓｉ）を１サイクルで処理チャンバ内に導入する。上述の場合のように、処理チャンバは、単一の基板又は複数の基板を保持することができる。単層を形成しない余分な前駆物質は、あらゆる適切な手段によって処理チャンバから除去される。上述の場合のように、次に、単層と反応するように、適切な酸化反応剤を導入する。オゾン及び酸素は、例示的な選択例である。反応を助けるために、エネルギ源を使用する。エネルギ源は、直接プラズマ、遠隔プラズマ、下流側プラズマ、ＲＦ−プラズマ、マイクロ波プラズマ、ＵＶ光子、真空ＵＶ（ＶＵＶ）光子、可視光子、ＩＲ光子、及びその組合せとすることができる。エネルギ源は、＜２００℃の温度で反応する化学種を形成する。エネルギ源は、処理チャンバ内で直接に使用することができ、又は処理チャンバに入る前に反応ガスに作用することができる。本発明者は、本方法を「エネルギ支援同時注入ＡＬＤ」と位置付けた。単層と反応しない余分な酸化反応剤は、あらゆる適切な手段によって処理チャンバから除去される。その結果は、Ｈｆ、Ｓｉ、及びＴｉの特定の相対濃度を有するＨｆＳｉＴｉＯx層である。次のＡＬＤサイクル中に、３つの前駆物質の気相での相対濃度は、３つの前駆物質の処理パラメータを変えることによって変えることができる。それによって、第１の単層とはＨｆ、Ｓｉ、及びＴｉの異なる相対濃度を有する第２の単層が得られる。この教示内容を堆積工程の各サイクル中に採用し、膜にわたる各成分の濃度を調整することができる。
【００２４】
上述のエネルギ支援同時注入ＡＬＤ法は、一般的に、２０℃と８００℃の間、及び好ましくは、２０℃と２００℃の間の温度で実行される。上述のエネルギ同時注入ＡＬＤは、一般的に、０．００１ｍＴｏｒｒと６００Ｔｏｒｒの間、及び好ましくは、１ｍＴｏｒｒと１００Ｔｏｒｒの間の圧力で実行される。上述のエネルギ支援同時注入ＡＬＤは、一般的に、０ｓｃｃｍと２０，０００ｓｃｃｍの間、及び好ましくは、０．１ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍの間のガス流量で実行される。
【００２５】
本発明は、多くのＡＬＤシーケンスに適用することができる。２つ又は３つの前駆物質及び１つ又は２つの反応ガスの例を以下の「表１」に示している。表中、文字「Ａ」はハフニウム成分、「Ｂ」はチタン成分、「Ｃ」は、シリコン、アルミニウム、ジルコニウム、タンタル、ランタン、又はセリウムのような成分、「Ｏ」は、Ｏ3のような酸化剤、「Ｎ」は、ＮＨ3のような窒化剤を表している。「Ａ＋Ｂ」は、パルス処理される前に薬剤（Ａ、Ｂ）が気相又は液相で予め混合されることを意味する。
【００２６】
（表１）
2008536318.tif 000003
（表１続き）
2008536318.tif 000004
（表１続き）
2008536318.tif 000005
（表１続き）
2008536318.tif 000006
【００２７】
表中、各行は、ターゲット膜を堆積する異なる処理シーケンスを表している。表の各列は、シーケンスのこのような段階中に導入されるガスを説明している。エネルギ支援ＡＬＤ、ＣＶＤ、エネルギ支援ＣＶＤ、ＰＶＤ、又は反応ＰＶＤを使用することができる。
【００２８】
本発明の別の実施形態では、３つの前駆物質（ＴＥＭＡ−Ｈｆ、ＴＥＭＡ−Ｔｉ、及びＴＥＭＡ−Ｓｉ）及び酸化反応剤（例えば、オゾン又は水など）を同時に処理チャンバ内に導入する。処理チャンバは、単一ウェーハシステムのような単一の基板を保持するように適応させることができ、又は処理チャンバは、バッチ式炉、ミニバッチ式炉、又は複数ウェーハ処理システムなどのような複数の基板を保持するように適応させることができる。３つの前駆物質は、処理チャンバへの導入前にガス状の形態で混合させることができ、又は処理チャンバ内部で混合させることができる。３つの前駆物質は、気相濃度及び表面反応度に比例した濃度で基板上に膜を形成する。その結果は、Ｈｆ、Ｓｉ、及びＴｉの特定の相対濃度を有するＨｆＳｉＴｉＯx層である。本発明者は、本方法を「勾配ＣＶＤ」と位置付けた。堆積時間中に、３つの前駆物質の気相での相対濃度は、３つの前駆物質の処理パラメータを変えることによって変えることができる。それによって全体を通してＨｆ、Ｓｉ、及びＴｉの異なる相対濃度を有する堆積材料が得られることになる。処理パラメータは、膜が緩やかに堆積され、従って、原子レベルでの濃度制御が可能になるように選択することができる。この教示内容を堆積工程中に採用し、膜にわたる各成分の濃度を調整することができる。
【００２９】
上述の勾配ＣＶＤ法は、一般的に、２０℃と８００℃の間、及び好ましくは、１５０℃と４００℃の間の温度で実行される。上述の方法は、一般的に、０．００１ｍＴｏｒｒと６００Ｔｏｒｒの間、及び好ましくは、１ｍＴｏｒｒと１００Ｔｏｒｒの間の圧力で実行される。上述の方法は、一般的に、０ｓｃｃｍと２０，０００ｓｃｃｍの間、及び好ましくは、０．１ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍの間のガス流量で実行される。
【００３０】
本発明の別の実施形態では、２００℃よりも低い温度で本発明を実施することが望ましい。このような実施形態では、反応及び化合物形成を助けるために更に別のエネルギ源が供給される。３つの前駆物質（ＴＥＭＡ−Ｈｆ、ＴＥＭＡ−Ｔｉ、及びＴＥＭＡ−Ｓｉ）及び酸化反応剤（例えば、オゾン又は水など）を同時に処理チャンバ内に導入する。上述の場合のように、処理チャンバは、単一の基板又は複数の基板を保持することができる。反応を助けるために、エネルギ源を使用する。エネルギ源は、直接プラズマ、遠隔プラズマ、下流側プラズマ、ＲＦ−プラズマ、マイクロ波プラズマ、ＵＶ光子、真空ＵＶ（ＶＵＶ）光子、可視光子、ＩＲ光子、及びその組合せとすることができる。エネルギ源は、＜２００℃の温度で反応する化学種を形成する。エネルギ源は、処理チャンバ内で直接に使用することができ、又は処理チャンバに入る前に反応ガスに作用することができる。本発明者は、この方法を「エネルギ支援ＣＶＤ」と位置付けた。その結果は、Ｈｆ、Ｓｉ、及びＴｉの特定の相対濃度を有するＨｆＳｉＴｉＯx層である。本発明者は、この方法を「エネルギ支援勾配ＣＶＤ」として特徴付けた。堆積時間中に、３つの前駆物質の気相での相対濃度は、３つの前駆物質の処理パラメータを変えることによって変えることができる。それによって膜を通してＨｆ、Ｓｉ、及びＴｉの異なる相対濃度を有する堆積材料が得られることになる。処理パラメータは、膜が緩やかに堆積され、従って、原子レベルでの濃度制御が可能になるように選択することができる。この教示内容を堆積工程中に採用し、膜にわたる各成分の濃度を調整することができる。
【００３１】
上述のエネルギ支援勾配ＣＶＤ法は、一般的に、２０℃と８００℃の間、及び好ましくは、２０℃と２００℃の間の温度で実行される。上述のエネルギ支援勾配ＣＶＤ法は、一般的に、０．００１ｍＴｏｒｒと６００Ｔｏｒｒの間、及び好ましくは、１ｍＴｏｒｒと１００Ｔｏｒｒの間の圧力で実行される。上述のエネルギ支援勾配ＣＶＤ法は、一般的に、０ｓｃｃｍと２０，０００ｓｃｃｍの間、及び好ましくは、０．１ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍの間のガス流量で実行される。
【００３２】
本発明の別の実施形態では、ＰＶＤ法を用いて多成分膜を堆積させる。第１の実施形態では、３つのターゲット、すなわち、Ｈｆのターゲット、Ｔｉのターゲット、及びＳｉのターゲットを使用する。Ｈｆ、Ｔｉ及びＳｉを同時に又は順番に堆積させることによって多成分層を形成する。ＰＶＤパラメータは、材料の数個の層のみが堆積されるように選択する。次に、層と反応するように適切な酸化反応剤を導入する。酸化反応剤は、オゾン、酸素、過酸化物、水、空気、亜酸化窒素、Ｎ酸化物、及びその混合物とすることができる。オゾン及び水は、例示的な選択例である。層と反応しない余分な酸化反応剤は、あらゆる適切な手段によって処理チャンバから除去される。その結果は、Ｈｆ、Ｓｉ、及びＴｉの特定の相対濃度を有するＨｆＳｉＴｉＯx層である。次の「ＰＶＤ  ＡＬＤ」サイクル中に、３つのターゲットの相対濃度は、３つのターゲットのＰＶＤパラメータを変えることによって変えることができる。それによって第１の単層とは異なるＨｆ、Ｓｉ、及びＴｉの相対濃度を有する第２の単層が得られることになる。この教示内容を堆積工程の各サイクル中に採用し、膜にわたる各成分の濃度を調整することができる。
【００３３】
上述の「ＰＶＤ  ＡＬＤ」方法は、一般的に、２０℃と８００℃の間、及び好ましくは、２０℃と２００℃の間の温度で実行される。上述の「ＰＶＤ  ＡＬＤ」方法は、一般的に、０．００１ｍＴｏｒｒと６００Ｔｏｒｒの間、及び好ましくは、１ｍＴｏｒｒと１００Ｔｏｒｒの間の圧力で実行される。上述の「ＰＶＤ  ＡＬＤ」方法は、一般的に、０ｓｃｃｍと２０，０００ｓｃｃｍの間、及び好ましくは、０．１ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍの間のガス流量で実行される。
【００３４】
本発明の別の実施形態では、ＰＶＤ技術を用いて多成分膜を堆積させる。第１の実施形態では、３つのターゲット、すなわち、Ｈｆのターゲット、Ｔｉのターゲット、及びＳｉのターゲットを使用する。Ｈｆ、Ｔｉ、及びＳｉを同時に又は順番に堆積させることによって多成分層を形成する。ＰＶＤパラメータは、材料の数個の層のみが堆積されるように選択する。次に、ＰＶＤ時に層と反応するように適切な酸化反応剤を導入する。酸化反応剤は、オゾン、酸素、過酸化物、水、空気、亜酸化窒素、Ｎ酸化物、及びその混合物とすることができる。オゾン及び水は、例示的な選択例である。本発明者は、本方法を「反応性−ＰＶＤ  ＡＬＤ」と位置付けた。堆積時間中に、３つの成分の相対濃度は、３つのターゲットの処理パラメータを変えることによって変えることができる。それによって全体を通じてＨｆ、Ｓｉ、及びＴｉの異なる相対濃度を有する堆積材料が得られることになる。処理パラメータは、膜が緩やかに堆積され、従って、原子レベルでの濃度制御が可能になるように選択することができる。この教示内容を堆積工程中に採用し、膜にわたる各成分の濃度を調整することができる。
【００３５】
上述の反応性「ＰＶＤ  ＡＬＤ」方法は、一般的に、２０℃と８００℃の間、及び好ましくは、２０℃と２００℃の間の温度で実行される。上述の「ＰＶＤ  ＡＬＤ」方法は、一般的に、０．００１ｍＴｏｒｒと６００Ｔｏｒｒの間、及び好ましくは、１ｍＴｏｒｒと１００Ｔｏｒｒの間の圧力で実行される。上述の「ＰＶＤ  ＡＬＤ」方法は、一般的に、０ｓｃｃｍと２０，０００ｓｃｃｍの間、及び好ましくは、０．１ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍの間のガス流量で実行される。
【００３６】
一実施形態では、本発明は、ＳｉＯ2よりも高い誘電定数（高ｋ）を有する多層多成分膜スタックの堆積方法を提供する。高ｋ膜スタックには、ゲート及びコンデンサなどのような半導体構造体の製造における用途がある。本方法は、膜の堆積工程中の膜スタックにおける膜の各々にわたる組成勾配の導入を提供する。
本発明の一実施形態では、高ｋゲート膜スタックをもたらすように多層多成分膜スタックを形成する。様々な多層スタックは、Ｓｉ豊富層、第１のバリア層、バルク高ｋ層、酸化窒化物層、第２のバリア層、電極層、及びその組合せを含む。各層は、多層構造の性能を特別に最適化するように選択かつ作成される。
【００３７】
ゲート誘電体材料は、一般的に、基板の表面上に直接に成長させるか又は堆積させる。この例では、シリコンウェーハを基板として使用している。現在のＳｉＯ2ゲート誘電体は、高温（＞６００℃）で露出シリコン基板を酸素種に露出することによって成長させるか又は形成される。シリコン表面は、ＳｉＯ2層の形成にこの層のためのシリコンの供給源として作用することによって加わる。本発明の高ｋ誘電体材料では、意図的に、シリコン表面を膜の成分のいずれかの供給源としては使用していない。一部の実施形態では、清浄なシリコン表面上に直接に第１の層を堆積させる。尚、シリコンは、大気に露出された時にＳｉＯxの自然酸化物を形成するものであることが公知である。従って、本発明のここでの説明に対して、高ｋ膜の下に清浄なシリコン表面又は薄いＳｉＯ2層があると仮定されている。
【００３８】
図１を参照すると、任意的に堆積させることができる第１の層は、Ｓｉ豊富層である。例示的な材料としては、ＨｆＳｉＯx、ＴｉＳｉＯx、ＨｆＳｉＴｉＯx、及びＡｌＳｉＯxなどがある。「Ｓｉ豊富」とは、［Ｓｉ］＞［Ｈｆ］、［Ｓｉ＞［Ｔｉ］、又は［Ｓｉ］＞（［Ｈｆ］＋［Ｔｉ］）ということである。一実施形態では、シリコン含有量は、最大８０％までとすることができる。この層の濃度が高いので、その後の処理段階中に下に重なる基板（１００）に隣接する膜の化学的、物理的、及び電気的安定性が促進される。この層は、次の層が基板と反応しない組合せでは不要である。この層は、図１では（１０１）として示されている。Ｓｉ濃度は、Ｓｉ濃度が第１の層の上部で低くなるように、基板から遠ざかる距離の関数として減少させることができる。
【００３９】
堆積される第２の層（１０２）は、バルク金属酸化物層である。この材料は、誘電定数（ｋ）の最高値を有し、この材料により、多層スタックの優勢な誘電特性が決まる。この層は、金属酸化物内にＳｉが存在すると、ｋの値が小さくなることで公知のことからＳｉを含んでいないことが好ましい。例示的な材料は、ＨｆＯx、ＴｉＯx、ＴａＯx、ＨｆＴａＯx、ＴｉＴａＯx、ＨｆＴｉＯx、ＨｆＡｌＯx、ＴｉＡｌＯx、ＴａＡｌＯx、及びＨｆＴａＴｉＯxなどを含む。
【００４０】
任意的に堆積させることができる第３の層（１０３）は、金属−酸化物−窒化物材料である。この材料は、ｋの高値を維持するが、窒素も含み、誘電体を通って下に重なる基板内へ入るＢのような電気的に活性の種の拡散を防止する。ホウ素拡散は、電極材料がＢでドープされたポリＳｉである時には問題である。例示的な材料としては、ＨｆＯＮ、ＴｉＯＮ、ＳｉＯＮ、ＨｆＴｉＯＮ、ＨｆＳｉＯＮ、ＴｉＳｉＯＮ、ＨｆＴｉＳｉＯＮ、ＨｆＡｌＯＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ、及びＨｆＴｉＡｌＯＮなどがある。
【００４１】
任意的に堆積させることができる第４の層（１０４）は、バリア材料である。この材料は、電極材料との堆積材料の相互作用を防止する。バリア材料は、誘電特性又は導電特性を有することができる。例示的な材料としては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＳｉＮx、Ｒｕ、ＲｕＯ2、ＣｏＷＰ、及びＴａＣＮなどがある。
任意的に堆積させることができる第５の層（１０５）は、電極材料である。この層は、電圧をゲート誘電体に印加してトランジスタを作動させる役目を果たす。例示的な材料としては、Ｗ、ＷＮ、Ｒｕ、ＮｉＳｉx、及びドープポリＳｉなどがある。
本発明の一実施形態では、高ｋコンデンサ膜スタックをもたらすように多層多成分膜スタックが形成される。多層スタックの様々な層は、電極層、第１のバリア層、バルク高ｋｃ層、第２のバリア層、電極層、及びその組合せを含む。各層は、多層構造の性能を特別に最適化するように選択かつ作成される。
【００４２】
一般的に、３つの基本的形式のコンデンサ構造がある。「ＳＩＳ」コンデンサは、電極が各々ドープシリコン製であるシリコン−絶縁体−シリコンコンデンサを指す。「ＭＩＳ」コンデンサは、一方の電極が金属であり、他方の電極がドープシリコン製である金属−絶縁体−シリコンコンデンサを指す。最後に、「ＭＩＭ」コンデンサは、電極が各々ドープ金属製である金属−絶縁体−金属コンデンサを指す。上述のゲート誘電体材料の場合と同様に、誘電体材料は、半導体素子製造中に典型的に６００℃又はそれよりも高い高温を含む場合があるその後の処理段階下で電極材料の両方と接触した時に、化学的、物理的、及び電気的に安定でなければならない。二酸化シリコン及び窒化珪素は、長年にわたって独特にこの用途に十分に適してきた。
【００４３】
ここで図２を参照すると、任意的に堆積させることができる第１の層（２０１）は、バリア材料である。この材料は、電極材料との基板材料の相互作用を防止する。バリア材料は、誘電特性又は導電特性を有することができる。例示的な材料としては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＳｉＮx、Ｒｕ、ＲｕＯ2、ＣｏＷＰ、ＴａＣＮ、及びＮｉＳｉxなどがある。
任意的に堆積させることができる第２の層（２０２）は、電極材料である。この層は、コンデンサ構造のプレートの１つの役目をする。例示的な材料としては、Ｗ、ＷＮ、Ｒｕ、ＮｉＳｉx、及びドープポリＳｉなどがある。
【００４４】
任意的に堆積させることができる第３の層（２０３）は、バリア材料である。この材料は、電極材料との誘電体材料の相互作用を防止する。バリア材料は、誘電特性又は導電特性を有することができる。例示的な材料としては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＳｉＮx、Ｒｕ、ＲｕＯ2、ＣｏＷＰ、ＴａＣＮ、及びＮｉＳｉxなどがある。
任意的に堆積させることができる第４の層（２０４）は、バルク金属酸化物層である。この材料は、誘電定数（ｋ）の最高値を有し、この材料により、多層スタックの優勢な誘電特性が決まる。例示的な材料としては、ＨｆＯx、ＴｉＯx、ＴａＯx、ＨｆＴａＯx、ＴｉＴａＯx、ＨｆＴｉＯx、ＨｆＡｌＯx、ＴｉＡｌＯx、ＴａＡｌＯx、ＨｆＳｉＯx、ＴｉＳｉＯx、ＴａＳｉＯx、ＡｌＳｉＯx、ＨｆＳｉＴｉＴａＯx、及びＨｆＴａＴｉＯxなどがある。
【００４５】
任意的に堆積させることができる第５の層（２０５）は、バリア材料である。この材料は、電極材料との誘電体材料の相互作用を防止する。バリア材料は、誘電特性又は導電特性を有することができる。例示的な材料としては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＳｉＮx、Ｒｕ、ＲｕＯ2、ＣｏＷＰ、ＴａＣＮ、及びＮｉＳｉxなどがある。
任意的に堆積させることができる第６の層（２０６）は、電極材料である。この層は、コンデンサ構造体のプレートの１つの役目をする。例示的な材料としては、Ｗ、ＷＮ、Ｒｕ、ＮｉＳｉx、及びドープポリＳｉなどがある。
本発明の特定的な実施形態の先の説明は、例示及び説明を目的として示したものである。それらは、網羅的であったり、又は本発明を開示した正確な形態に限定することを意図したものではなく、上述の教示内容に照らして明らかに多くの修正、実施形態、及び変形が可能である。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びそれらの均等物によって規定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態を示すゲート誘電スタックの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すコンデンサ誘電スタックの概略断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  基板
１０２  第２の層
１０３  第３の層
【図１】
2008536318.tif 000007
【図２】
2008536318.tif 000008
【国際調査報告】
2008536318.tif 000009
2008536318.tif 000010