[发明专利]使用溶液基前体的原子层沉积方法和设备

说明书

本申请是申请日为2006.04.29，申请号为200610077801.3，发明名称为“使用溶液基前体的原子层沉积方法和设备”的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于输送较广种类的前体进行原子层沉积的新的、有用的方法和设备。本发明还涉及利用输送前体的新方法进行原子层沉积方法。

背景技术

原子层沉积(ALD)是用于下一代导体阻挡层、高k栅极介电层、高k电容层、保护层、以及硅晶片加工中的金属栅电极的可行技术。ALD还可应用于其它电子工业，例如平板显示器、化合物半导体、磁和光存贮器、太阳能电池、纳米技术和纳米材料中。ALD用来制造超薄的、高保形的金属层、氧化物层、氮化物层、以及其它在旋回沉积工艺中某时的单层。通过使用氧化或氮化反应的ALD工艺，已经制造出了许多主族金属元素和过渡金属元素如铝、钛、锆、铪和钽的氧化物和氮化物。也可使用ALD工艺，通过还原或燃烧反应沉积纯金属层，例如Ru、Cu、Ta、以及其它金属。

一般的ALD工艺使用连续的前体气体脉冲以沉积膜，每次一层。具体地，第一前体气体被引入加工室中，并在室中通过在基材表面的反应制造单层。然后，第二前体被引入以与第一前体反应，在基材上形成由第一前体和第二前体的成分构成的膜的单层。每对脉冲(一次循环)精确地产生一个膜单层，从而可以根据形成的沉积循环的数量来非常精确地控制最终的膜的厚度。

随着半导体装置不断地越来越密集地包含各种器件，沟道长度也变得越来越小。为了适应未来的电子装置技术，需要用有效氧化物厚度(EOT)小于1.5nm的超薄高k氧化物来代替SiO₂和SiON栅极电介质。较佳地，高k材料应具有高带隙和带偏移、高k值、对硅的良好稳定性、最小SiO₂界面层、以及在基材上的高质量界面。非晶的或高结晶温度的膜也是理想的。一些可接受的高k介电材料列于表1。在所列的材料中，HfO₂、Al₂O₃、ZrO₂、以及有关的三元高k材料在用作栅极电介质方面受到最多的关注。HfO₂和ZrO₂具有更高的k值，但是它们的断裂场和结晶温度也更低。Hf和Zr的铝酸盐具有更高k值和更高断裂场。Y₂O₃具有高稀土材料(例如，Eu⁺³)溶解度，可用于光电子用途。

表1：ALD高k栅极材料的介电性能

  材料  K  EOT  (在5nm的膜上) 断裂场E_BD (在1μA/cm²上的MV/cm)  结晶温度  (℃)  HfO₂  13-17  1.3  1-5  400-600