專利名稱：一種鍍敷絕緣物質的方法
技術領域：
本發明涉及一種在一半導體襯底上鍍敷絕緣物質、用以形成一電容器組件的方法。
為了減小半導體設備中所需的電容器的尺寸，目前該工業正朝著利用具有高介電常數(K)材料的方向發展。一種特別受歡迎的材料是五氧化鉭(Ta2O5)，由于其介電常數約為25，所以該物質是一個非常有前景的候選者。該物質可以利用多種化學和物理方式進行鍍敷，但是在半導體工業中最為常用的是有源可視蒸敷法(active visualvapour deposition)。該工藝是眾所周知的，并且例如在美國專利5111355中進行了描述。從這份專利中可以看出鉭是這類物質中的一種，即其氧化物可以形成于金屬靶的表面上，并且可以從該靶上開始進行濺鍍，這與那些其氧化物或者氮化物成形于射程中或者襯底表面上的其他反應工藝正好相反。可能是因為這個因素，所以會穿經鍍敷層發生相對較高的泄漏電流問題。正如在美國專利5872696中所能夠看到的那樣，這種情況一部分是由針孔現象造成的，而一部分是由于存在有由所述層中未氧化鉭原子連接起來所形成泄漏通道而造成的。在那篇專利中，泄漏電流的減小是通過對五氧化鉭進行進一步氧化處理來實現的。這樣就能夠充分減少針孔和/或導電通路以形成較大面積的電容器。但是，面積較小的電容器會導致相對較高的泄漏電流(當將5伏電壓施加于100埃厚的五氧化鉭層上時大于10-6安的數量級)。
本發明的要點在于提供一種在一支撐件上將絕緣物質鍍敷到一半導體襯底上的方法，用以形成一電容器組件，該方法包括從一金屬靶上將金屬氧化物層反應濺鍍到所述襯底上的步驟，其特征在于所述支撐件被偏壓，用以隨著金屬氧化層的形成，穿過所鍍敷的絕緣物質而感應出一直流電壓。
所述感應電壓可以在200至300伏的范圍內，并且為了達到這個目的可以借助于一RF或者脈沖直流電源來對所述支撐件施加偏壓。也可以利用一RF或者脈沖直流電源對所述靶施加偏壓，最好是利用脈沖電源。
該方法還包括有在鍍敷之后或者鍍敷過程中對所鍍敷的氧化物進行等離子氧化的步驟。
所述絕緣層可以鍍敷在第一電極上，而離散的第二電極可以鍍敷在該絕緣層的上表面上，用以形成多個電容器。各個第二電極的面積可以小于0.01平方厘米，而利用第二電極所形成的電容器的面積為0.008平方厘米。
在一優選實施例中，所述金屬氧化物為五氧化鉭，但是應該相信的是通過該方法將可以顯示出對從靶上所反應濺鍍出的任何金屬氧化物進行改進的方法。
雖然在前面已經對本發明進行了說明，但是應該理解的是其包括任何由前面或者下文中所描述的技術特征所形成的創造性組合。
本發明可以以多種方式進行實施，并且現在將通過參照附圖
的例子來對一特定實施例進行描述，其中所述附圖是穿經一排根據本發明所形成的電容器的示意性剖面圖。
反應濺鍍工藝是非常公知的技術，并且例如在1978年由AcademicPress，Inc.出版的、由John L.Vossen和Werner Kern共同編輯的“ThinFilm Processes”雜志第48至53頁及第107至109頁中進行了描述。在此通過參考而將其中所公開的內容結合入本發明。同樣，也將已經提及的美國專利5872696中所公開的內容通過參考而結合入本發明，在該美國專利中詳細描述了五氧化鉭的反應氣體陰極濺鍍工藝。
正如在附圖中所能夠看到的那樣，本申請將一第一電極10(一般由氮化鈦制成)鍍敷到一襯底11的表面上，并且通過在其上反應濺鍍五氧化鉭12來形成一絕緣層。隨后通過穿經一孔眼掩模鍍敷氮化鈦圓點13來形成第二電極。隨后，通過相應的圓點13、位于其下方的第一電極10部分，及由絕緣物質12所形成的中間部分形成一獨立的電容器。
在本申請中用于進行反應鍍敷工藝所裝備的靶電極由脈沖直流電源供送能量。
隨后利用下述工藝條件在相同(“數目相同”)的晶片上進行兩次試驗，其中在第一次試驗中其上座放有所述襯底的支撐件沒有被施加偏壓，而在第二次試驗中所述支撐件如下面所示那樣被施加偏壓試驗結構負電極 TiN絕緣物質 Ta2O5其厚度通常為100埃至1000埃，具有代表性的是500埃，在不同的應用領域也可能會需要1微米的厚度，下面報告的結果是在100埃的基礎上進行的。總體來說，層厚越小越好。
正電極 為了對所述絕緣物質進行測試，利用一孔眼掩模來鍍敷一氮化鈦層，以形成面積為0.008平方厘米的電容式圓點。
試驗工藝通過反應鍍敷來形成600埃厚的五氧化鉭層靶的電源 2千瓦的直流電源，以1000千赫的頻率進行脈沖，并且脈沖寬度為4000納秒氬氣氣流 50sccm氧氣氣流 40sccm工作臺的溫度 300℃工作臺的偏壓電源 600瓦，由13.65兆赫的射頻(RF)，可以感應出270V的直流偏壓工藝時間 150秒晶體尺寸 150毫米的硅晶體對如前所述那樣所鍍敷的五氧化鉭進行等離子氧化氧氣氣流 200sccm感應線圈的電壓 500瓦特，在400瓦特的功率下平穩啟動，并隨后增加1分鐘的工藝時間功率密度是一個十分重要的區別技術特征，對于不同尺寸的晶體和腔室來說，其他的功率級也許將是合適的并且可以根據經驗加以確定。
在施加5伏電壓的條件下對電容式圓點13進行探測，并且對泄漏電流進行測定。在沒有對支撐件施加偏壓條件下所形成的那一批電容器的泄漏電流大于10-6安培，而在施加偏壓條件下所形成的那一批電容器的泄漏電流小于10-8安培。在所有情況下五氧化鉭的厚度均為100埃。
應該指出的是在所有情況下均需要執行美國專利5872696中所述的氧化步驟，但是在施加偏壓條件下的泄漏電流量明顯改善。這就有力地表明在本發明申請中提供了一種完全不同的工藝，并且應該明白的是這將會使得鍍敷層的密度得以改善。應該明白的是泄漏電流量值改善的程度就意味著本申請已經找到了一種明顯改善該類型電容器性能的方法。
權利要求
1.一種在一支撐件上將絕緣物質鍍敷到一半導體襯底上、用以形成一電容器組件的方法，該方法包括從一金屬靶上將一金屬氧化物層反應濺鍍到所述襯底上的步驟，其特征在于，向所述支撐件施加偏壓，用以隨著金屬氧化層的形成，穿過所鍍敷的絕緣物質而感應出一直流電壓。
2.如權利要求1中所述的方法，其特征在于，所感應出的電壓在200至300伏之間。
3.如權利要求1或2中所述的方法，其特征在于，借助于一RF或脈沖直流電源向所述支撐件施加偏壓。
4.如權利要求1中所述的方法，其特征在于，利用一RF或者脈沖直流電源向所述靶施加偏壓。
5.如前述權利要求中任一個所述的方法，還包括有在鍍敷步驟之后或者鍍敷過程中對所述氧化物進行等離子氧化的步驟。
6.如前述權利要求中任一個所述的方法，其特征在于，由鍍敷在第一電極上的絕緣物質與離散地鍍敷在該絕緣物質上表面上的第二電極形成多個電容器。
7.如權利要求6中所述的方法，其特征在于，各個第二電極的面積小于0.01平方厘米。
8.如前述權利要求中任一個所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化物為五氧化鉭。
全文摘要
本發明涉及一種在一半導體襯底上鍍敷絕緣物質用以形成一電容器組件的方法。該方法包括從一金屬靶上將一金屬氧化物層反應濺鍍到所述襯底上的步驟,其中支撐件被施加偏壓,用以隨著金屬氧化物的形成穿經所鍍敷的絕緣物質而感應出一直流電壓。該電壓可以在200至300伏的范圍內。
文檔編號H01L21/314GK1326218SQ0111660
公開日2001年12月12日 申請日期2001年4月13日 優先權日2000年4月14日
發明者克萊爾·L·威金斯 申請人:特利康控股有限公司