高介电常数介电材料的稳定化方法

专利名称：高介电常数介电材料的稳定化方法
技术领域：
本发明主要涉及用于在基板上沉积材料的方法，具体地，涉及一种在形成介电叠层的同时，沉积和稳定介电材料的方法。
在半导体工艺领域中，气相沉积工艺在沉积材料于平板面板显示器或其它电子组件基板的处理中，扮演了相当重要的角色。随着电子组件之几何尺寸不断缩小且组件密度持续增加，特征尺寸及其深宽比的研发也变得非常重要，目前正在发展0.07微米尺寸且深宽比为10或10以上的特征。因此，保形沉积材料以形成这类组件也变得愈来愈重要。
虽然已知公知化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)可成功地制造0.15微米尺寸及深宽比之组件，但要制造更具竞争性的组件尺寸就需要其它种方法。此类受到瞩目的技术之一是原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)技术。在一ALD工艺中，反应物气体顺序引入至内含有一基板的工艺室中。一般来说，将一第一反应物以脉冲方式引入至该工艺室中并使其吸附至基板表面上。将一第二反应物以脉冲方式引入至该工艺室中并与该第一反应物反应，以生成一沉积材料。在传送每一反应物气体之间，通常会执行吹洗步骤(apurge step)。该吹洗步骤可以载气流来连续执行或以一脉冲式吹洗方式在传送每一反应物气体之间来执行。
原子层沉积工艺已被成功地实施用于沉积介电层、阻挡层及导电层。以ALD工艺来沉积高k值介电材料被广泛用于栅极应用及电容应用中。氧化铪、硅酸铪、氧化锆及氧化钽都是常见的以ALD工艺沉积的高k值介电材料。
诸如高k值介电材料之类的介电材料，当暴露在后续工艺的高温处理下(＞500℃)时，很容易出现外貌变化。举例来说，氮化钽经常以CVD工艺在约600℃的温度下被沉积在氧化铪或氧化锆上。在这种高温下，氧化铪或氧化锆可能会产生结晶、丧失其不定形特性及低泄漏性质。此外，即使可避免该介电材料完全结晶，暴露在高温下会造成该介电材料的晶粒生长和/或相分离，使组件因高电流泄漏而使性能变差。
因此，需要一种用来形成介电材料，特别是高k值介电材料的工艺，其在暴露于后续工艺的高温处理下时，仍可保持外貌稳定。

发明内容
本发明实施例大致涉及一种在一基板上形成一介电叠层(a dielectric stack)的方法，其包括沉积一介电层在一基板上及将该介电层暴露在一氮化处理中以形成一氮化物层。该方法更包括重复该沉积及氮化处理，同时间歇性地(intermediately)将该基板暴露在一退火处理中。一般来说，在该氮化处理中使用一氮气等离子体。在一实例中，所形成的介电叠层包含介于约5原子％(atomicpercent，at％)至约25at％的氮气浓度。该介电层通常含氧气及至少一种额外元素，例如铪、钽、钛、铝、锆、镧、硅或其之组合。在某些实例中，该介电层可包含氧化铪、硅酸铪、氧化钽、氧化铝、硅酸铝、氧化硅、其衍生物及其组合。
在另一实施例中，一种在基板上形成介电叠层的方法，其包含以下步骤a)将一基板暴露在一沉积处理下以在该基板上生成一厚约1至约50的介电层；b)将该基板暴露在一氮化处理中，以于该基板上形成氮化物层；c)选择性的将该基板暴露在一退火处理中；及d)重复步骤a)至c)的处理循环，以形成一具有预定厚度的介电叠层。
在另一实施例中，提供一种在基板上形成介电叠层的方法，其包含将基板暴露在沉积处理下以于该基板上生成介电层；将该基板暴露在氮化处理中，以于该基板上形成氮化物层；将该基板暴露在退火处理中及将该基板顺序暴露在该沉积及氮化处理中，同时周期性及间歇性地将该基板暴露在该退火处理中，以形成一具有预定厚度的介电叠层。
在另一实施例中，提供一种在一基板上形成介电叠层的方法，其包含将一基板暴露在一沉积处理下以于该基板上生成几乎不含硅的金属氧化物层；将该基板暴露在一氮化处理中，以于该基板上形成一氧基氮化物层；及将该基板依序暴露在该沉积及氮化处理中，同时在该沉积工艺后并周期性及间歇性地将该基板暴露在该退火处理中，以形成一具有预定厚度的介电叠层。


图1所示为依据本发明所述一实施例用于形成介电材料的工艺顺序；图2A-2I所示为依据本发明所述另一实施例用于在基板表面上沉积多层的工艺顺序；图3A-3K所示为依据本发明所述另一实施例用于在基板表面上沉积多层的另一工艺顺序；图4所示为依据本发明所述另一实施例用于形成介电材料的工艺顺序；图5A-5D所示为依据本发明所述另一实施例用于在基板表面沉积出多层的另一工艺顺序。
具体实施例方式
发明实施例提供制备适于多种应用的介电材料的方法，特别是用于晶体管与电容制造过程中的高k介电材料。某些工艺使用原子层沉积(ALD)技术来控制该介电化合物的元素组成。在一实施例中，通过在沉积处理中沉积介电层及将该介电层暴露至氮化处理中以于该介电层上生成氮化物层的方式来制备出介电叠层。在每次氮化处理后可将该基板暴露在退火处理中，或在整个工艺期间周期性地将基板暴露在退火处理中。重复该沉积、氮化及退火处理，直到该介电叠层已到达一预定厚度为止。
该介电层通常是金属氧化物且可以ALD工艺、公知化学气相沉积法(CVD)或物理气相沉积法(PVD)来沉积。在一实施例中，介电层是几乎不含有硅的金属氧化物层。该介电层可包含氧及至少一种额外的元素，例如铪、钽、钛、铝、锆、镧、硅或其组合。在某些实例中，该介电层可包含氧化铪、硅酸铪、氧化钽、氧化铝、硅酸铝、氧化硅、其之衍生物或其组合。
以氮稳定多层介电材料在图1中，所示为用于形成介电材料(例如，氧基氮化硅铪)的处理100。图2A-3K对应于处理100，用于阐示如何形成用于半导体组件(如，晶体管和/或电容器)的介电材料。顺序沉积多层相同或类似组成的介电层以生成一介电材料。每个介电层沉积成一具有无定形层外貌或含有纳米结晶材料外貌的层。该外貌视每一单独层的厚度而定，因该层的厚度会导致材料尺寸上的限制。如果限制很小，即，如果该层厚度够薄的话，则该层将被迫保持无定形形式。
在处理100的实施例中，如图2A-2B所示，在步骤102中，以诸如ALD、CVD、PVD、热技术或其组合等公知技术，将介电层202沉积在基板200上。在较佳实施例中，可以一ALD工艺及公开于美国专利申请案第60/570,173号中(2004年5月12日提交，标题”Atomic Layer Deposition of Hafnium-containing High-KMaterials”，受让予本案申请人美商应用材料公司)的设备来沉积该介电层202，其全文在此引入作为参考。介电层202通常以约1至约50的厚度来沉积，优选以约5至约30的厚度来沉积，更优选为以约5至约20的厚度来沉积，例如，约15。
在沉积介电层202之前，可将基板200暴露在前处理工艺中并以各种官能团来终止基板表面。在所述沉积工艺开始前有用的官能团包括羟基(OH)、烷氧基(OR，其中R＝甲基、乙基、丙基或丁基)、卤氧基(OX，其中X＝氟、氯、溴或碘)、卤素(氟、氯、溴或碘)、氧自由基、氨基(NH或NH2)及烷胺基(NR或NR2，其中R＝氢、甲基、乙基、丙基或丁基)。在该前处理工艺中，基板暴露在诸如NH3、B2H6、SiH4、SiH6、H2O、HF、HCl、O2、O3、H2O2、H2、H-原子、N-原子、O-原子、醇类或胺类之类的反应物中。该官能团可作为一可供进入的化学前驱物黏附在基板表面的基础。在该前处理工艺中，基板表面暴露在该反应物中一段约5秒至约2分钟的期间，优选为约10秒至约30秒。在一实施例中，在开始ALD处理之前，该基板表面暴露在衍生自WVG系统的水蒸气下约15秒。
介电层202大致为高k值介电材料且包括以下之组合铪、锆、钛、钽、镧、铝、硅、氧和/或氮。介电层202也可以是包括含铪材料的组合物，例如氧化铪(HfOx或HfO2)、硅酸铪(HfSixOy或HfSiO4)、氧氮化硅铪(HfSixOyNz)、氧氮化铪(HfOxNy)、铝酸铪(HfAlxOy)、硅酸铝铪(HfAlxSiyOz)、氧氮化硅铝铪(HfAlwSixOyNz)、氧化镧铪(HfLaxOy)，含锆材料例如氧化锆(ZrOx或ZrO2)、硅酸锆(ZrSixOy或ZrSiO4)、氧氮硅锆(ZrSixOYNZ)、氧氮化锆(ZrOxNy)、铝酸锆(ZrAlxOy)、硅酸铝锆(ZrAlxSiyOz)、氧氮化硅铝锆(ZrAlwSixOyNz)、氧化镧锆(ZrLaxOy)，其它含铝材料或含镧材料例如氧化铝(Al2O3或AlOx)、氧化氮铝(AlOxNy)、硅酸铝(AlSixOy)、氧氮化硅铝(AlSixOyNz)、氧化铝镧(LaAlxOy)、氧化镧(LaOx或La2O3)、其衍生物或其组合。其它对介电层202有用的介电材料可包括氧化钛(TiOx或TiO2)、氧氮化钛(TiOxNy)、氧化钽(TaOx或Ta2O5)及氧氮化钽(TaOxNy)。
在步骤104中，该介电层202被暴露在一种氮化处理中，其可将氮原子物理性地并入至该介电材料中以形成含氮介电层204，如图2C所示。该氮化处理可包括去耦合等离子体氮化处理(Decoupled Plasma Nitridation，DPN)、远程等离子体氮化处理、热-电感应原子氮处理、及在介电层沉积过程中(例如，在ALD或CVD工艺中)并入氮气。通常在该含氮介电层204表面会富含氮原子。该含氮介电层204中的氮浓度可在约5原子％(at％)至约40原子％(at％)间，优选为在约10原子％(at％)至约25原子％(at％)间。优选为，该氮化处理将该介电层202暴露至一氮气等离子体下，例如DPN处理下。
在一实施例中，该基板被传送至一DPN制程室中，例如CENTURATMDNP工艺室(美商应用材料公司商品)。在一方面，该DNP室与用来沉积该介电层202的ALD室位在同一工具丛集中。因此，该基板可在不暴露在周围环境的情况下被暴露至氮化处理中。在DPN处理中，通过共同流入N2及一惰性等离子体(例如，氩气)的方式以原子-N来轰击该介电层202。除了N2外，还可使用其它含氮气体来形成该氮气等离子体，例如NH3、联胺(例如，N2H4或MeN2H3)、胺类(例如，Me3N、Me2NH或MeNH2)、苯胺类(例如，C6H5NH2)及叠氮化物(例如，MeN3或Me3SiN3)。可用于等离子体处理的其它惰性气体包括氦、氖及氙。该氮化处理可持续约10秒至约120秒的时间，优选是约15秒至约60秒的时间，例如，约30秒。此外，该氮化处理在等离子体功率设定在约900瓦至约2,700瓦且压力在约10毫托至约100毫托下施行。氮气的流速介于约0.1slm至约1.0slm间，惰性气体的流速则介于约0.1slm至约1.0slm间。在一较佳实施例中，该氮化处理是一DPN工艺且包括一共同流入氩气与氮气所形成的等离子体。
在另一实施例中，与其将基板传送至该DPN工艺室中，氮化处理可包括在沉积该介电层202的同一沉积室中，将该介电层202暴露至氮气等离子体下。举例来说，将介电层202暴露在一氮化用的远程等离子体，以直接在配置有一远程等离子体装置的工艺室(例如，一ALD工艺室或一CVD工艺室)中形成含氮介电层204。可通过热或热-电线来产生自由基型的氮化合物并将其用于该氮化处理中。其它用来生成含氮介电层204的氮化处理，也涵盖在本发明范畴中，例如在含氮环境下硬化该基板，和/或在形成该含氮介电层204期间将一氮前驱物包括在该ALD循环中的一额外的半反应中。举例来说，在用于形成硅酸铪的ALD循环中的额外的半反应可包括一脉冲的NH3及一脉冲的吹洗气体。
在图2A-2I所示的实施例中，步骤106省略了该选择性硬化处理。在步骤108中，决定出该介电材料的预定厚度。如果，在步骤102-106的循环之后，可达到该介电材料的预定厚度，则处理100会在步骤110中经历一额外的硬化处理且在步骤112中结束该处理100。但是，在较佳实施例中，该介电材料并无法在走完一次步骤102-106的循环之后，即达到该介电材料的预定厚度，因此必须在步骤102处再重新开始一次循环。
在图2D中，以和步骤102中所描述的相同处理在含氮介电层204上沉积介电层212。介电层212的厚度不需与介电层202的厚度完全一样，但其大致上需具有类似的厚度。在图2E中，介电层212如步骤104所述被暴露在一氮化处理中以形成含氮介电层214。在图2F中，以和步骤102中所描述的相同处理在含氮介电层214上沉积介电层222。在图2E中，介电层222如步骤104所述被暴露至氮化处理中以形成含氮介电层224。可重复步骤102-106数次以形成该介电材料的预定厚度。
图2H示出在执行步骤102-106六次后，由含氮介电层204、214、224、244及254所形成的介电叠层260。此后，如果在步骤108已达到介电材料的预定厚度，则在步骤110时将基板暴露在选择性施加的退火处理中。该基板被传送至一诸如CENTURATM RADIANCETM RTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在退火处理中。该退火室可以和沉积室/或氮化室位于同一工具丛集中。因此，基板可在不需暴露至周围环境的情况下被退火。将基板保持在约600℃至约1,200℃的温度下约1秒至约120秒，例如，1,000℃下约15秒。一般来说，工艺室气体含至少一种退火气体，例如O2、N2、NH3、N2H4、NO、N2O或其组合。该工艺室维持在约1托至约100托压力下，例如，约5托压力下。
该退火处理可将介电材料叠层260转变成包含介电性氮化材料层206、216、226、236、246及256的叠层270，如图2I所示。该退火处理可修复步骤104中任何因等离子体轰击所致的损害，并降低介电性氮化材的固定电荷量。每一介电性氮化材料层206、216、226、236、246及256的膜层厚度可介于约1至约50间，优选为约5至约30间，更佳是约5至约20间，例如约15。介电材料或叠层270的厚度是介于约10至约250间，优选为约20至约100间，例如约60。在一实施例中，介电材料或叠层270的厚度是60或更少。
在处理100的另一实例中，在步骤102中，以公知的沉积技术(例如，ALD、CVD、PVD、热式沉积或其组合)将介电层302沉积在基板300上，如图3A-3E所示。在一较佳实施例中，介电层302如上述介电层202一样，以一ALD处理沉积而成。介电层302一般是一种具有高k值介电材料且包括铪、锆、钛、钽、镧、铝、硅、氧和/或氮的组合。介电层302可具由如介电层202一样的组成。介电层302厚度大致介于约1至约50间，优选为约5至约30间，更佳是约5至约20间，例如约15。
在步骤104中，介电层302被暴露在氮化处理中以将氮原子并入至介电层中形成含氮介电层304，如图3C所示。该氮化处理可包括去耦合等离子体氮化处理(DPN)、远程等离子体氮化处理、热-电线感应的原子氮处理、及在介电层沉积过程中(例如，在ALD或CVD工艺中)并入氮气。通常在该含氮介电层304表面会富含氮原子。该含氮介电层304中的氮浓度可在约5原子％(at％)至约40原子％(at％)间，优选为在约10原子％(at％)至约25原子％(at％)间。优选为，该氮化处理将该介电层302暴露至一氮气等离子体下，例如DPN处理下。
在一实施例中，该基板被传送至一DPN工艺室中，例如CENTURATM DNP工艺室(美商应用材料公司商品)。在一方面，该DNP室与用来沉积该介电层302的ALD室位在同一工具丛集中。因此，该基板可在不暴露在周围环境的情况下被暴露至氮化处理中。在DPN处理中，通过共同流入N2及惰性气体等离子体(例如，氩气)的方式以原子-N来轰击该介电层302。除了N2外，还可使用其它含氮气体来形成该氮气等离子体，例如NH3、联胺(例如，N2H4或MeN2H3)、胺类(例如，Me3N、Me2NH或MeNH2)、苯胺类(例如，C6H5NH2)及叠氮化物(例如，MeN3或Me3SiN3)。可用于等离子体处理的其它惰性气体包括氦、氖及氙。该氮化处理可持续约10秒至约120秒的时间，优选为约15秒至约60秒的时间，例如，约30秒。此外，该氮化处理在等离子体功率设定在约900瓦至约2,700瓦且压力在约10毫托至约100毫托下施行。氮气的流速介于约0.1slm至约1.0slm间，惰性气体的流速则介于约0.1slm至约1.0slm间。在一较佳实施例中，该氮化处理是DPN工艺且包括一共同流入氩气与氮气所形成的等离子体。
在另一实施例中，与其将基板传送至该DPN工艺室中，一氮化处理可包括在沉积该介电层302的同一沉积室中，将该介电层302暴露至氮气等离子体下。举例来说，将介电层302暴露在一氮化用的远程等离子体，以直接在配置有一远程等离子体装置的工艺室(例如，ALD工艺室或CVD工艺室)中形成含氮介电层304。可通过热或热-电线来产生自由基型的氮化合物并将其用于该氮化处理中。其它用来生成含氮介电层304的的氮化处理，也涵盖在本发明范畴中，例如在含氮环境下硬化该基板，和/或在形成该含氮介电层304期间将一氮前驱物包括至该ALD循环中的一额外的半反应中。举例来说，在一用于形成硅酸铪的ALD循环中的一额外的半反应可包括一脉冲的NH3及一脉冲的吹洗气体。
在图3A-3K所示的实施例中，该选择性退火处理在步骤106中执行。该基板被传送至诸如CENTURATM RADIANCETM RTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在退火处理中。该退火室可以和沉积室/或氮化室位于同一工具丛集中。因此，基板可在不需暴露至周围环境的情况下被退火。将基板保持在约600℃至约1,200℃的温度下约1秒至约120秒，例如，1,000℃下约15秒。一般来说，工艺室气体含至少一种退火气体，例如O2、N2、NH3、N2H4、NO、N2O或其组合。该工艺室维持在约1托至约100托压力下，例如，约5托压力下。
该退火处理可将含氮介电层304转变成介电性氮化材料层306，如图3D所示。该退火处理可修复步骤104中任何因等离子体轰击所致的损害，并降低含氮介电层304上的固定电荷量。在步骤108中，决定出介电材料的预定厚度。如果在步骤102-106循环一次后，已达到该介电材料的预定厚度，则该处理100会在步骤110时略过该选择性执行的退火处理，并在步骤112中结束该处理。但是，在较佳实施例中，因为在步骤102-106循环一次后，并未达到该介电材料的预定厚度，因此会再次重复该些步骤。
在图3E中，以和步骤102中所描述的相同处理在介电性氮化层306上沉积介电层312。介电层312的厚度不需与介电层302的厚度完全一样，但其大致上需具有类似的厚度。在图3F中，介电层312如步骤104所述被暴露在氮化处理中以形成含氮介电层314。在图3G中，以和步骤106中所描述的相同处理将基板暴露至退火处理中，以将含氮介电层314转变成介电性氮化层316。在图3H中，介电层322如步骤102所述以相同处理沉积在介电性氮化层316上。在图3I中，以和步骤104中所描述的相同处理将届电层322暴露至氮化处理中，以形成含氮介电层324。在图3J中，以和步骤106中所描述的相同处理将基板暴露至退火处理中，以将含氮介电层324转变成介电性氮化层326。可重复步骤102-106数次以形成该介电材料的预定厚度。
图3K示出在执行步骤102-106六次后，由介电氮化层306、316、326、336、346及356所形成的介电材料或叠层370。每一介电性氮化材料层306、316、326、336、346及356的膜层厚度可介于约1至约50间，优选为约5至约30间，更佳是约5至约20间，例如约15。介电材料或叠层370的厚度是介于约10至约250间，优选为约20至约100间，例如约60。在一实施例中，介电材料或叠层370的厚度是60或更少。
虽然图2I及3K示出可顺序沉积出含有六层介电氮化材料层的叠层270及370以形成一介电材料。但介电材料也可只含两层或高达数百层的材料。举例来说，整体厚度约60的介电材料可包括12层各约5A的材料层，6层各约10的材料层，4层各约15的材料层，3层各约20的材料层，或2层各约30的材料层等等。在另一实施例中，整体厚度约100的介电材料可包括20层各约5的材料层，10层各约10的材料层，5层各约20的材料层，4层各约25的材料层，或2层各约50的材料层等等。介电材料保持无定形且其氮原子浓度介于约5at％至约25间，优选为约10at％至约20at％间，例如，约15at％。
如上所述，介电材料或叠层270通过将已沉积了所需数目的介电层且已达成预定膜层厚度的基板，施以退火处理所制备而成。或者，将每一氮化处理的介电层施以退火处理来形成介电材料或叠层370。在另一实施例中，在生成介电材料期间，步骤106的选择性施加的退火处理可在循环执行一次步骤102-106的期间施加，或是在步骤102-106另一次循环中被省略。可实施常规实验来决定出将基板暴露至退火处理的正确间隔期间。关于该退火处理的某些工艺参数包括在氮化处理期间使用的特定氮化技术、介电层厚度及组成、及最终介电材料的所需特征等。
通过氮来稳定介电材料在图4中，示出用于形成介电材料(例如，氧氮化铪材料或氧氮化钽材料)的示例性处理400。图5A-5D对应于处理400，用于显示可用于诸如晶体管和/或电容之类的半导体组件的介电材料。沉积在基板500上的介电层502被暴露在氮化处理中，以形成含氮介电层504。此后，通过暴露在退火处理而将含氮介电层504转变成介电性氮化介电层506。
在处理400的一实例中，在步骤402中以诸如ALD、CVD、PVD、热式沉积技术或其组合等公知技术，将介电层502沉积于基板500上，如图5A-5B所示。在一较佳实施例中，以一ALD工艺及诸如2004年5月12日提交的美国专利(标题”Atomic Layer Deposition of Hafnium-containing High-K Materials”，受让人为美商应用材料公司，公开的内容在此并入作为参考)中所揭示的设备，来沉积该介电层502。介电层502一般厚约5至约300间，优选为约10至约200间，更佳是约10至约100间，例如，约50。
在沉积该介电层502之前，可先对基板进行前处理，使其表面具有各种官能团，例如羟基(OH)、烷氧基(OR，其中R＝甲基、乙基、丙基或丁基)、卤氧基(OX，其中X＝氟、氯、溴或碘)、卤素(氟、氯、溴或碘)、氧自由基、氨基(NH或NH2)及烷胺基(NR或NR2，其中R＝氢、甲基、乙基、丙基或丁基)。在以ALD工艺或CVD工艺沉积该介电层502之前，最好先对基板进行前处理。可通过施用一诸如NH3、B2H6、SiH4、SiH6、H2O、HF、HCl、O2、O3、H2O2、H2、H-原子、N-原子、O-原子、醇类或胺类之类的反应物，来开始该前处理。一旦基板表面经过前处理之后，即可开始一ALD工艺循环。对许多高-k值介电材料来说，在某些工艺条件下，前驱物的吸附具有自我限制(self-limiting)的性质，且一般是在低温下(＜300℃)，方能表现出这样的行为。在一实施例，该前处理可能涉及在沉积一铪化合物之前先通过试剂进行浸泡的步骤。该浸泡可能涉及将基板表面暴露在试剂下一段约5秒至约120秒的时间，优选为一段约5秒至约30秒的时间。在一实施例中，在以一ALD工艺沉积该介电层502之前，该基板表面被暴露在水中一段约15秒的时间。
沉积在基板表面的介电层502可具有多种组合比例，其可以是均匀、不均匀、级状和/或多层叠层或层状物。介电层502通常为一高k值介电材料且包括以下之组合铪、锆、钛、钽、镧、铝、硅、氧和/或氮。介电层502也可以是一包括含铪材料的组合物，例如氧化铪(HfOx或HfO2)、硅酸铪(HfSixOy或HfsiO4)、氧氮化硅铪(HfSixOyNz)、氧氮化铪(HfOxNy)、铝酸铪(HfAlxOy)、硅酸铝铪(HfAlxSiyOz)、氧氮化硅铝铪(HfAlwSixOyNz)、氧化镧铪(HfLaxOy)，含锆材料例如氧化锆(ZrOx或ZrO2)、硅酸锆(ZrSixOy或ZrSiO4)、氧氮硅锆(ZrSixOYNZ)、氧氮化锆(ZrOxNy)、铝酸锆(ZrAlxOy)、硅酸铝锆(ZrAlxSiyOz)、氧氮化硅铝锆(ZrAlwSixOyNz)、氧化镧锆(ZrLaxOy)，其它含铝材料或含镧材料例如氧化铝(Al2O3或AlOx)、氧化氮铝(AlOxNy)、硅酸铝(AlSixOy)、氧氮化硅铝(AlSixOyNz)、氧化铝镧(LaAlxOy)、氧化镧(LaOx或La2O3)、其衍生物或其组合。其它对介电层502有用的介电材料可包括氧化钛(TiOx或TiO2)、氧氮化钛(TiOxNy)、氧化钽(TaOx或Ta2O5)及氧氮化钽(TaOxNy)。对介电层502有用的层状物膜层包括HfO2/Al2O3、La2O3/Al2O3及HfO2/La2O3/Al2O3。
在步骤404中，该介电层502被暴露在一种氮化处中，其可将氮原子物理性地并入至该介电材料中以形成含氮介电层504，如图5C所示。该氮化处理可包括去耦合等离子体氮化处理(Decoupled Plasma Nitridation，DPN)、远程等离子体氮化处理、热-电线感应的原子氮处理、及在介电层沉积过程中(例如，在ALD或CVD工艺中)并入氮气。通常在该含氮介电层504表面会富含氮原子。该含氮介电层504中的氮浓度可在约5原子％(at％)至约40原子％(at％)间，优选为在约10原子％(at％)至约25原子％(at％)间。优选的，该氮化处理将该介电层202暴露至氮气等离子体下，例如DPN处理下。
在一实施例中，该基板被传送至一DPN工艺室中，例如CENTURATM DNP工艺室(美商应用材料公司商品)。在一方面，该DNP室与用来沉积该介电层502的ALD室位于同一工具丛集中。因此，该基板可在不暴露在周围环境的情况下被暴露在氮化处理中。在DPN处理中，通过共同流入N2及惰性气体等离子体(例如，氩气)的方式以原子-N来轰击该介电层502。除了N2外，还可使用其它含氮气体来形成该氮气等离子体，例如NH3、联胺(例如，N2H4或MeN2H3)、胺类(例如，Me3N、Me2NH或MeNH2)、苯胺类(例如，C6H5NH2)及叠氮化物(例如，MeN3或Me3SiN3)。可用于等离子体处理的其它惰性气体包括氦、氖及氙。该氮化处理可持续约10秒至约120秒的时间，优选为约15秒至约60秒的时间，例如，约30秒。此外，该氮化处理在等离子体功率设定在约900瓦至约2,700瓦且压力在约10毫托至约100毫托下施行。氮气的流速介于约0.1slm至约1.0slm间，惰性气体的流速则介于约0.1slm至约1.0slm间。在一较佳实施例中，该氮化处理是DPN工艺且包括共同流入氩气与氮气所形成的等离子体。
在另一实施例中，替代将基板传送至该DPN工艺室中的步骤，氮化处理可包括在沉积该介电层502的同一沉积室中，将该介电层502暴露至氮气等离子体下。举例来说，将介电层502暴露在氮化用的远程等离子体，以直接在配置有远程等离子体装置的工艺室(例如，一ALD工艺室或一CVD工艺室)中形成含氮介电层504。可通过热或热-电线来产生自由基型的氮化合物并将其用于该氮化处理中。其它用来生成含氮介电层504的氮化处理，也涵盖在本发明范畴中，例如在含氮环境下硬化该基板，和/或在形成该含氮介电层504期间将一氮前驱物包括至该ALD循环中的额外的半反应中。举例来说，在用于形成硅酸铪的ALD循环中的额外的半反应可包括脉冲的NH3及脉冲的吹洗气体。
在步骤406中，基板被暴露至一退火处理中。在一实施例中，该基板被传送至一诸如CENTURATM RADIANCETM RTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在一退火处理中。该退火室可以和沉积室/或氮化室位于同一工具丛集中。因此，基板可在不需暴露至周围环境的情况下被退火。将基板保持在约600℃至约1,200℃的温度下约1秒至约120秒，例如，1,000℃下约60秒。一般来说，工艺室气体含至少一种退火气体，例如O2、N2、NH3、N2H4、NO、N2O或其组合。该工艺室维持在约1托至约100托压力下，例如，约5托压力下。
该退火处理可将含氮介电层504转变成介电性氮化材料层506，如图5D所示。该退火处理可修复步骤404中任何因等离子体轰击所致的损害，并降低介电性氮化层506上的固定电荷量。介电性材料仍会保持无定形状且具有约5at％至约25at％之氮原子浓度，优选为约10at％至约20at％的氮原子浓度，例如，约15at％。介电性氮化层506的厚度约5至约300间，优选为约10至约200间，更佳是约10至约100间，例如，约50。
这里所述的“基板表面(a substrate surface)”是指在执行了膜层处理后的基板上形成的任一基板或材料表面。举例来说，可于其上执行膜层处理的基板表面包括诸如介电材料、硅、氧化硅、应力硅、绝缘层上覆硅层(SOI)、掺杂碳的氧化硅层、氮化硅、掺杂的硅层、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石等材料，及诸如金属、金属氮化物、金属合金等其它材料及其它导电材料，视最终应用而定。基板表面上的阻挡层、金属或金属氮化物包括钛、氮化钛、氮化钨、钽及氮化钽。基板可有多种尺寸，例如直径200毫米或300毫米的晶圆，及长方形或方形等。所述处理的实施例可沉积含硅化合物于多种基板及其表面上，特别是，高k值介电材料。对本发明实施例有用的基板包括，但不限于半导体晶圆，例如结晶硅(例如，硅<100>或硅<111>)、氧化硅、应力硅、硅化锗、掺杂或未掺杂的多晶硅、掺杂或未掺杂的氮化硅晶圆及图案化或未图案化的晶圆。表面包括裸露的硅晶圆、膜层、层及具有介电性、导电性及阻挡特性的材料，且包括氧化铝及多晶硅。表面前处理包括研磨、蚀刻、缩减、氧化、氢氧化、退火和/或烘烤。
在本文中，“原子层沉积(atomic layer deposition)”或“循环式沉积(cyclicaldeposition)”一词指循序引入二种或多种反应化合物以沉积一材料层于基板表面上。该二、三或多种反应化合物也可被引入至一处理室的反应区内。通常，每一反应化合物以一时间延迟加以间隔开来，以容许每一化合物可黏附于基板表面和/或在基板表面上反应。在一方面，第一前驱物或化合物A以脉冲方式进入该反应区，接着是第一时间延迟。之后，一第二前驱物或化合物B以脉冲方式进入该反应区，接着是第二时间延迟。在每一时间延迟期间，会在处理室中引入一种诸如氮气之类的冲洗气体，以冲洗该反应区或是移除反应区中任何残余的反应化合物或副产物。或者，可使该冲洗气体连续流动穿过该沉积室，使得在反应化合物脉冲之间的时间延迟期间，只有该冲洗气体持续流动。或者，持续施以反应化合物脉冲直到在基板表面形成所需厚度的沉积膜层为止。无论是哪一种情况，化合物A脉冲、冲洗气体、化合物B脉冲及冲洗气体的ALD处理室一个循环。可以化合物A或化合物B来开始一次循环并持续该循环的顺序，直到达成预定厚度的沉积膜层为止。在另一实施例中，分别将一内含化合物A的第一前驱物脉冲、一内含化合物B的第二前驱物脉冲及一内含化合物C的第三前驱物脉冲引入至处理室中。或者，第一前驱物脉冲在时间上可与该第二前驱物脉冲重叠，而第三前驱物则不会与该第一或第二前驱物在时间上出现重叠。
“脉冲(pulse)”一词在此是指以间歇式或不连续方式将一定量的特定化合物引入至一处理室的反应区中。每一脉冲中一定量的特定化合物可随时间改变，视该脉冲持续的时间长短而定。每一脉冲持续期间可视诸多因素而改变，例如所使用处理室的容积、与其耦合之真空系统种类及该特定化合物本身的挥发性/反应性。“半反应(half-reaction)”在此是指附随于一冲洗步骤后之一前驱物脉冲步骤。
实施例实施例1 将一基板置放在一ALD处理室中且将该基板表面暴露在一前处理之下，以在该表面形成羟基团。以铪前驱物(HfCl4)、硅前驱物(TDMAS)及由一水蒸气产生器(water vapor generator，WVG)系统(Fujikin of American，Inc.，Santa Clara，California)生成的原位水蒸气，执行一ALD工艺而在该基板表面沉积出一硅酸铪层。该ALD循环包括循序的HfCl4脉冲、水蒸气脉冲、TDMAS脉冲及水蒸气脉冲，每一脉冲均以一氮气冲洗步骤加以间隔。重复该ALD循环10次以形成一厚度约4的硅酸铪层。
将基板传送到一去耦合等离子体氮化(DNP)处理室中，例如一CENTURATM DNP室(美商应用材料公司出品)。通过共同流入一氮气与一氩气来将基板表面暴露在一氮化处理之下。该氮化处理持续约10秒，以容许氮原子被并入至硅酸铪层中。此后将该基板再送到一诸如CENTURATMRADIANCETM RTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在一退火处理中。于约15托压力的O2环境下，将基板保持在1,000℃下约15秒。并入到层中的氮原子会与硅酸铪形成键结以产生铪硅氧氮化物。重复该包含该ALD处理、氮化处理击退火处理的工艺循环15次，直到形成厚度约60的铪硅氧氮化物层为止。
实施例2 将一基板置放在一配备有远程等离子体产生器的ALD处理室中且将该基板表面暴露在一前处理之下，以在该表面形成羟基团。以铪前驱物(TDEAH)、硅前驱物(Tris-DMAS)及由一水蒸气产生器(water vapor generator，WVG)系统(Fujikin of American，Inc.，Santa Clara，California)生成的原位水蒸气，执行一ALD工艺而于该基板表面沉积出一硅酸铪层。该ALD循环包括在第一半反应中同时流入TDEAH及Tris-DMAS，及接续在第二半反应中流入水蒸气脉冲，每一半反应均以一氩气冲洗步骤加以间隔。重复该ALD循环10次以形成一厚度约4的硅酸铪层。
该ALD处理结束后，将基板留在该配备有远程等离子体产生器的ALD室中。让基板表面暴露在一远程等离子体氮化处理中约10秒，以容许氮原子被并入至硅酸铪层中。之后将该基板再送到一诸如CENTURATM RADIANCETMRTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在一退火处理中。在约15托压力的O2环境下，将基板保持在1,000℃下约15秒。并入至层中的氮原子会与硅酸铪形成键结以产生铪硅氧氮化物。重复该包含该ALD处理、氮化处理击退火处理的工艺循环15次，直到形成厚度约60的铪硅氧氮化物层为止。
实施例3 将一基板置放在一ALD处理室中且将该基板表面暴露在一前处理之下，以在该表面形成羟基团。以钽前驱物(TaCl5)及水，执行一ALD工艺而于该基板表面沉积出一氧化钽层。该ALD循环包括循序的TaCl5脉冲及水蒸气脉冲，每一脉冲均以一氮气冲洗步骤加以间隔。重复该ALD循环8次以形成一厚度约5的氧化钽层。
将基板传送到一去耦合等离子体氮化(DNP)处理室中，例如一CENTURATM DNP室(美商应用材料公司出品)。通过共同流入氮气与氩气来将基板表面暴露在一氮化处理之下。该氮化处理持续约10秒，以容许氮原子被并入至氧化钽层中。随后将该基板再送到一诸如CENTURATMRADIANCETM RTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在一退火处理中。在约15托压力的O2环境下，将基板保持在1,000℃下约15秒。并入层中的氮原子会与氧化钽形成键结以产生钽氧氮化物。重复该包含该ALD处理、氮化处理击退火处理的工艺循环20次，直到形成厚度约100的钽氧氮化物层为止。
实施例4将一基板置放在一配备有远程等离子体产生器的ALD处理室中且将该基板表面暴露在一前处理之下，以在该表面形成羟基团。以钽前驱物(TaCl5)及水，执行一ALD工艺而于该基板表面沉积出一氧化钽层。该ALD循环包括循序的TaCl5脉冲及水蒸气脉冲，每一脉冲均以一氮气冲洗步骤加以间隔。重复该ALD循环8次以形成一厚度约5的氧化钽层。
该ALD处理结束后，将基板留在该配备有远程等离子体产生器的ALD室中。让基板表面暴露在一远程等离子体氮化处理中约10秒，以容许氮原子被并入至氧化钽层中。之后将该基板再送到一诸如CENTURATM RADIANCETMRTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在一退火处理中。在约15托压力的O2环境下，将基板保持在1,000℃下约15秒。并入至层中的氮原子会与氧化钽形成键结以产生钽氧氮化物。重复该包含该ALD处理、氮化处理击退火处理的工艺循环10次，直到形成厚度约50的钽氧氮化物层为止。
实施例5 将一基板置放在一ALD处理室中且将该基板表面暴露在一前处理之下，以于该表面形成羟基团。以铪前驱物(HfCl4)、硅前驱物(TDMAS)及由一水蒸气产生器(water vapor generator，WVG)系统(Fujikin of American，Inc.，Santa Clara，Califomia)生成的原位水蒸气，执行一ALD工艺而于该基板表面沉积出硅酸铪层。该ALD循环包括循序的HfCl4脉冲、水蒸气脉冲、TDMAS脉冲及水蒸气脉冲，每一脉冲均以一氮气冲洗步骤加以间隔。重复该ALD循环10次以形成厚度约4的硅酸铪层。
将基板传送到一去耦合等离子体氮化(DNP)处理室中，例如一CENTURATM DNP室(美商应用材料公司出品)。通过共同流入氮气与氩气等离子体来将基板表面暴露在氮化处理之下。该氮化处理持续约10秒，以容许氮原子被并入至硅酸铪层中。重复该包含该ALD处理、氮化处理的工艺循环15次，直到形成厚度约60的铪硅氧氮化物层为止。
之后，将该基板再送到一诸如CENTURATM RADIANCETM RTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在一退火处理中。在约15托压力的O2环境下，将基板保持在1,000℃下约60秒。并入至层中的氮原子会与硅酸铪形成键结以产生铪硅氧氮化物。
实施例6 将一基板置放在一ALD处理室中且将该基板表面暴露在一前处理之下，以于该表面形成羟基团。以钽前驱物(TaCl5)及水，执行一ALD工艺而于该基板表面沉积出一氧化钽层。该ALD循环包括循序的TaCl5脉冲及水蒸气脉冲，每一脉冲均以一氮气冲洗步骤加以间隔。重复该ALD循环8次以形成一厚度约12的氧化钽层。
将基板传送到一去耦合等离子体氮化(DNP)处理室中，例如一CENTURATM DNP室(美商应用材料公司出品)。通过共同流入氮气与氩气等离子体来将基板表面暴露在氮化处理之下。该氮化处理持续约10秒，以容许氮原子被并入至氧化钽层中。重复该包含该ALD处理、氮化处理的工艺循环10次，直到形成厚度约120的氮化的氧化钽层为止。
之后将该基板再送到一诸如CENTURATM RADIANCETM RTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在一退火处理中。在约15托压力的O2环境下，将基板保持在1,000℃下约60秒。并入至层中的氮原子会与氧化钽形成键结以产生钽氧氮化物。
实施例7 将一基板置放在一ALD处理室中且将该基板表面暴露在一前处理之下，以在该表面形成羟基团。以铪前驱物(HfCl4)及水，执行一ALD工艺而于该基板表面沉积出一氧化钽层。该ALD循环包括循序的HfCl4脉冲及水蒸气脉冲，每一脉冲均以氮气冲洗步骤加以间隔。重复该ALD循环直到形成一厚度约75的氧化铪层为止。
将基板传送到一去耦合等离子体氮化(DNP)处理室中，例如一CENTURATM DNP室(美商应用材料公司出品)。通过共同流入氮气与氩气等离子体来将基板表面暴露在氮化处理之下。该氮化处理持续约30秒，以容许氮原子被并入至氧化铪层中。之后将该基板再送到一诸如CENTURATMRADIANCETM RTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在一退火处理中。在约15托压力的O2环境下，将基板保持在1,000℃下约45秒。并入至层中的氮原子会与氧化铪形成键结以产生铪氧氮化物。
实施例8将一基板置放在一ALD处理室中且将该基板表面暴露在一前处理之下，以在该表面形成羟基团。以钽前驱物(TaCl5)及水，执行一ALD工艺而于该基板表面沉积出一氧化钽层。该ALD循环包括循序的TaCl5脉冲及水蒸气脉冲，每一脉冲均以一氮气冲洗步骤加以间隔。重复该ALD循环直到形成一厚度约85的氧化钽层为止。
将基板传送到一去耦合等离子体氮化(DNP)处理室中，例如一CENTURATM DNP室(美商应用材料公司出品)。通过共同流入氮气与氩气等离子体来将基板表面暴露在一氮化处理之下。该氮化处理持续约30秒，以容许氮原子被并入至氧化钽层中。之后将该基板再送到一诸如CENTURATMRADIANCETM RTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在一退火处理中。在约15托压力的O2环境下，将基板保持在1,000℃下约45秒。并入至层中的氮原子会与氧化钽形成键结以产生钽氧氮化物。
实施例9比较实施例 在相同的条件下，于基板A与基板B上沉积出氧化铪层。基板A置于DNP室中，例如一CENTURATM DNP室(美商应用材料公司出品)，并暴露于氮化处理中。之后，将基板A放在一诸如CENTURATMRADIANCETM RTP室(美商应用材料公司出品)之类的退火处理室中，并使其暴露在一退火处理中。基板B则并未被暴露在一氮化处理或退火处理中。测量两表面上的漏电流，可知基板A的电流密度远低于基板B，虽然两基板都具有类似的EOTs(有效氧化物厚度)。此外，已经经过退火处的基板A，较基板B具备热安定性，基板B的表面在暴露于后续工艺的高温下会出现结晶现象。
虽然本发明已通过较佳实施例进行了如上描述，但熟悉本领域的技术人员应能了解本发明还有许多变化，本发明的范围由如下权利要求书确定。
权利要求
1.一种在基板上形成介电叠层的方法，包括在基板上沉积第一介电层；将所述第一介电层暴露于氮化处理中，以形成第一氮化层；在所述第一氮化层上沉积第二介电层；将所述第二介电层暴露于氮化处理中，以形成第二氮化层；以及以预定时间将所述基板暴露在退火处理中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述第二氮化层上沉积第三介电层；以及将所述第三介电层暴露于所述氮化处理中，以形成第三氮化层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括顺序沉积多层介电层并将每一介电层暴露在所述氮化处理中以于其上形成多层氮化层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在沉积所述第二介电层、第三介电层及该多层介电层的每一层之前，先将所述基板暴露在该退火处理中。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述退火处理介于约600℃至约1,200℃的温度下执行长约1秒至约120秒的时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化处理包含氮气等离子体。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述介电叠层的氮浓度介于约5at％至约25at％之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一、第二及第三介电层包含一介电材料，所述介电材料含有氧以及至少一种选自铪、钽、钛、铝、锆、镧、硅及其组合的元素。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述介电材料选自氧化铪、硅酸铪、氧化钽、氧化铝、硅酸铝、氧化硅、其衍生物或其组合。
10.一种在基板上形成介电叠层的方法，包括步骤a)将基板暴露在沉积处理种，以在该基板上形成厚度介于约1至约50间的介电层；b)将所述基板暴露在氮化处理中，以在该基板上形成氮化层；c)选择性地将所述基板暴露在退火处理中；以及d)重复步骤a)至c)的处理循环，以形成一具有预定厚度的介电叠层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述处理循环包含在步骤c)中执行的退火处理。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在将所述基板暴露至退火处理之前，所述介电叠层即已具有一预定厚度。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述退火处理在介于约600℃至约1,200℃的温度下执行长约1秒至约120秒的时间。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述氮化处理包含氮气等离子体。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述介电叠层的氮浓度介于约5at％至约25at％间。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述介电层包含氧及至少一种选自铪、钽、钛、铝、锆、镧、硅及其组合的元素。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述介电层包含一种材料，其选自氧化铪、硅酸铪、氧化钽、氧化铝、硅酸铝、氧化硅、其衍生物或其组合。
18.一种在基板上形成介电叠层的方法，包括a)将基板暴露在一沉积处理中，以在该基板上形成厚度介于约1至约50间的介电层；b)将所述基板暴露在氮化处理中，以在该基板上形成氮化层；c)选择性地将所述基板暴露在退火处理中；及d)重复步骤a)至c)的处理循环，以形成具有预定厚度的介电叠层。
19.一种在基板上形成介电叠层的方法，包括a)将基板暴露在沉积处理中，以在该基板上形成厚度介于约1至约50间的介电层；b)将所述基板暴露在氮化处理中，以在所述基板上形成氮化层；及c)重复步骤a)至b)的处理循环，以形成一具有预定厚度的介电叠层。
20.一种在基板上形成介电叠层的方法，包括将基板暴露在沉积处理中，以形成介电层；将所述基板暴露在氮化处理中，以在其上形成氮化层；将所述基板暴露在退火处理中；以及此后，顺序将所述基板暴露于该沉积处理及该氮化处理中，同时定期且间歇式地将所述基板暴露在该退火处理中，以形成具有预定厚度的介电材料。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述介电层包含一金属氧化物。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，氮化处理包含一氮气等离子体。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述氮气等离子体包含是在约900瓦至约2,700瓦的功率范围下执行长约5秒至约60秒的一段时间。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述介电材料的氮浓度介于约5at％至约25at％间。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述退火处理在介于约600℃至约1,200℃的温度下执行长约1秒至约120秒的一段时间。
26.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述介电材料实质上不含硅。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述介电材料包含氧及至少一种选自铪、钽、钛、铝、锆、镧、硅及其组合的元素。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述介电层包含一种介电材料，其选自氧化铪、氧化镧、氧化镧铪、氧化铝铪、氧化镧铝、氧化钽、氧化钛、氧化铝、其衍生物或其组合。
29.一种在基板上形成介电叠层的方法，包括将基板暴露在沉积处理中，以在其上形成实质上不含硅的金属氧化物层；将所述基板暴露于氮化处理中，以在其上形成一金属氧氮化物层；及此后，顺序将该基板暴露于该沉积处理及该氮化处理中，同时在该沉积处理后定期且间歇式地将该基板暴露至该退火处理中，以形成一具有预定厚度的介电材料。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，氮化处理包含一氮气等离子体。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，氮气等离子体包含是在约900瓦至约2,700瓦的功率范围下执行长约5秒至约60秒的一段时间。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述介电材料的氮浓度介于约5at％至约25at％间。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述退火处理在介于约600℃至约1,200℃的温度下执行长约1秒至约120秒的一段时间。
34.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物层实质上不含硅。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物层包含至少一种选自铪、钽、钛、铝、锆、镧及其组合的元素。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物层选自氧化铪、氧化镧、氧化镧铪、氧化铝铪、氧化镧铝、氧化钽、氧化钛、氧化铝、及其组合中。
37.一种在基板上形成介电叠层的方法，包括将基板暴露在沉积处理中，以在其上形成一实质上不含硅的介电层；将所述基板暴露在氮化处理中，以在其上形成氮化层；及此后，顺序将所述基板暴露在该沉积处理及该氮化处理中，同时定期且间歇式地所述基板暴露在该退火处理中，以形成一具有预定厚度的介电材料。
全文摘要
本发明公开了一种生成介电叠层的方法，其通过将基板暴露在一系列的沉积、氮化及退火处理中。在一实例中，提供一种方法其包含将该基板暴露在一沉积处理下以于其上生成一介电层；将该基板暴露在一氮化处理中，以在其上形成一氮化物层；将该基板暴露在一退火处理中及将该基板顺序暴露在该沉积及氮化处理中，同时周期性及间歇性地将该基板暴露在该退火处理中，以形成一具有预定厚度的介电叠层。一般来说，在氮化处理中使用一氮气等离子体以形成约5at％至约25at％的氮浓度。该介电层通常包含氧及至少一种选自铪、钽、钛、铝、锆、镧、硅及其之组合的元素。
文档编号H01L21/28GK1934685SQ200580009236
公开日2007年3月21日 申请日期2005年5月12日 优先权日2004年5月21日
发明者克里斯托弗·奥尔森, 普拉文·K·纳万克尔, 施雷斯·S·卡尔, 兰德海尔·撒克, 尚克尔·姆萨克瑞斯南, 菲利普·A·克劳斯 申请人:应用材料股份有限公司