TWI359875B - Method of forming mixed rare earth nitride and alu - Google Patents

Description

1359875 九、發明說明： 相關技術之交互參照申請案· 發明案在相同日^銘酸鹽膜的方法」；和本 理人案號為4¾美第^™號(代 形成混合稀土氮氧化物及氮氧/t娜时法=沉積方式 日期提峨咖t同 =導=，細麵土蝴閘極^電質

f ^o^ooooc號（代理人案號為TTCA_127E)，其發 I /、有έ銘及齡稀土元素⑽極介電質 χ ς 請案之全勒容以參考資料方式在此H之料體裝置」。以上申 【發明所屬之技術領域】 化物及氮化鋁膜的方法 製造用之介電材料的形成方法，尤其是 ΐϊ ί含碰财同稀土金屬元*的高介電錄混合稀土氮 【先前技術】 南介電常數（高k)材料是未來電子裝置生產中，絲作為電 ”電、及用來作制極介電質的理想材料。第__細來作為電 谷介電的高k·是氧碰及氧化崎i目前，在生產〇1^ 中，混合氧化鉛鋁材料用來作為電容介電。相似地，铪基底介電 可望進入’介電質的生產’藉此取代目前的氧切及氮氧化石夕 材料。 最常用來沉積高k介電的方法包括物理氣相沉積（pVD)、化 學氣相沉積（CVD)及原子層沉積（ALD)e使用ALD方法而不 1359875 2的好處包括增進的薄膜厚度控制、增進 增進的晶圓整體均勻度、及高寬長比構造之 處應;汽流的脈衝到包含基板的 學吸附層，接著，此層與包含於下一個i 反應:介於每—脈衝之間的清洗或是排空，是用來 好以，氣Ϊ的氣相混合。典型的_製程可導致良 好控制ί母·:欠早—層成長，歧魏每職單-層的成長。 ⑽二nm蝴_子是從三τ基喊水來沉積氧化紹 奸其_ g @ &程巾’二γ基1㈣脈衝會與被加熱的表面上之 ，以形成自限於少於—個單—層的甲基銘組成部分 sm。接f藉由清洗或是排空反應室來移除未反應的三 I基紹、及任何取相反應的副產品。接著引人與表面甲基結 期反並產生_表面。藉著重複上述的沉積^ 週期1埃(ι〇Λη)的層膜成長來製造層。 多物及氣體’可以使用ald製程來沉積許 獅電材料在量測之下會承受各式各樣的問題。會 ^到的問姑含在退火難愤的結晶化、在沉積過財以及更 理過程中，介面層的成長、介猶的密度报大、通道移 ，率減>、和聚合石夕閘起反應、及Fermi能階和金屬問固定在一 ΐΓ^ΐ已ΐ提出減輕這些效應的對策，就是使用混合錯㈤ 心ϋ ^氧化物作為高k介電。這些介電的好處包括和純zr =化物或疋純Hf氧化·紗，具有增加的熱穩紐、及增進的 電特性。當這麟改善有轉的全部因素較未知的，藉由錯及 铪相似的化學特性、及藉緒及給氧化物的無限可溶混性可以 2ϋΗί>氧化物的使用。現行高k介電材料會面臨的其他 問嘁包括和先進的半導體裝置的理想值比起來，介電常數太低 1359875 了。此外’因為高k介電材料和底下基板之間的介面層的出現， 介電常數會更進一步減少。 一因此，咼k介電材料的形成需要更進一步的發展，以作為在 半導體裝置（例如電容器及電晶體）中之閘極介電質。 【發明内容】 本發明之實施例提供一種藉由ALD及電漿增加 (^EALD)方式沉積混合稀土氮化物及氮化鋁膜的方法。混合稀 土氮化物及氮化鋁膜包含複數個不同稀土金屬元素的混合，包括

Y、Lu、La、Ce、pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Th、Dy、Ho、Er、Tm、 。舉例而言，混合稀土氮化物及氮化_可以使用在先進的 半導體應財，包括未來用於電容狀閘齡電質的^介電材 料的產生。 艮據本發明之一實施例，藉由在一處理室中配置一基板、及 暴露該基板於氣體脈衝序射城積具錢望厚度的混合 =或是混合稀域化_，可以提供―卿姐合稀土氮化膜 或疋一種混合稀土氮化鋁膜的方法。氣體脈衝序列包括，以柯 依序施行第―，暴露該基板於包含第—稀土前驅物的 及第二，暴露該基板於含氮氣體的氣體脈衝中；5 ί序=第―’暴露該基板於包含第二稀土前驅物的氣體脈衝 了，及第一，暴露該基板於含氮氣體的氣體脈衝中，每— 土前驅物皆含有不_稀土金屬元素；及e)翻的 施仃第一，暴露該基板於包含鋁前驅物的氣體脈衝中，及厅 暴露該基板於包含含氮氣體的氣體脈衝中。此方法 ^一 ’ 及選用的e)可以重複想要的任何次數，且可以以任何3 a、)= 期望的次數重複包括a)、b)及選用心）的氣體脈 = 期望的厚心根據本發明之—實施例，此方法 丨以達 暴露步驟後，清洗或是排空處理室。 3在至>、一個 根據本發明之另-實補，可以提供—種稀土氮氧化膜的形

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^方法，藉由a)在一處理室中配置一基板、b)依序施行暴露該 土板於包含每一複數個稀土前驅物都具有不同稀土金屬元素的氣 體脈衝中、c)暴露該基板於包含含氮氣體的脈衝中，及d)重複 步驟b)和c)期望的次數’以沉積具有期望厚度的混合稀土氮化 ，。根據本發明之一實施例，此方法吏包含在至少一個暴露步驟 後β洗或是排空該處理室。根據本發明之另一實施例，步驟b) 的氣體脈衝包括鋁前驅物，藉以形成混合稀土氮化鋁膜。根據本 ，明另一個實施例，在實施步驟b)和c)之後，將基板暴露於另 脈衝序列，包括在將基板暴露於銘前驅物之後暴露於含氮氣氣 體’藉以形成混合稀土氮化鋁膜。 ’” 【實施方式】

在混合Zr/Hf氧化基底材料的情況中，混合稀土基底材料能撻 利的熱及電特性予在未來半導體中的高k應用。此處所使用 、此合稀土基底材料指的是包含複數個，也就是至少兩個，不同 ，土金屬元素的材料’因為稀土元素和氧化物、氮化物、氮氧化 勿、鋁酸鹽、氮化鋁、及氮氧化鋁的化性相似，且實際上可無限 ^混，以翻它們與其他稀土元素可則彡成高度穩定的固i溶 液。匕含混合稀土基底材料吸收複數個稀土金屬元素的薄臈，其 預期的贿包括在接财或是金伽電蹄料時，熱财度的^ =結ίίίΪ上升 ' 比妙、包含單—稀土金屬元素的稀土基^ 材抖’ ”電常數的增加、介猶的密度減少、臨界· 岐、及改善的處理躲。舉㈣言，使用混合 括未來用在電容器及電晶體閉極介電質中的 使混合稀土氧化基底材料吸祕則彡雜酸麟造，不但可 增加的熱穩定度’還可以提供較大的鍵結能隙 的稀土處，包括比起只包含—種稀土金屬元素 、、文·^j電㊉數的增加《使用具有不同原子尺寸的不同 1359875 ΐίΐΐ元素的混合稀土織鹽膜的組成範圍，可能因為兩個稀 、’屬子γ例如鑭（La)混合镏（Lu)的鋁酸鹽）之間的尺寸 不匹配所這成的極化性增加，所以可以提供明顯更高之介電常數。 閘極f電質材料吸收氮氣可以提供數種優點。在某些情況 备了增進的電特性°此外，比起純氧化物材ί，摻雜 =夕二ϊί於保持非晶形到更高溫。吸收氮氣具有務微增加 ，ί接二ί:ί、及抑制摻雜物在材料中擴散的額外優點。最後， ’儿、<、’’λ的製程步驟中，吸收氮氣有助於抑制介面層的成 长。 加以^ 2 ί，例係提供可在高深寬比方面利用優異厚度控制 DRAM^m合稀土基賴师成方法，㈣深寬比為未來 M及邏軏世代所能預見之需求。因為並不期望沉穑古 ㈣和卿法能在沉積速率方面提供所需之 ==^^的

™^,k#^ALD,P 在以下的敘述中，為了促進全盤了解本發明、 了特殊細節，例如特殊的沉積 狀及各種成刀的描述細，應被了解者為 脫離這些特殊細節的的實施例來實行。4丰發月了以以其他 現在參照附圖’根據本發明之一實施例，圖1Α顯 板上》儿積混合稀土基底膜的ALD系 、 在基 =有=固持器2。，用來固持混合稀土基冗 基板25。處理至10更包含上部組件3〇 (例 ^上， -處理材料供應系統40、第二處理材料供應幻、.二於第 氣體供應緒ί 含供·、㈣及含銘 麵合於基板固持器2。u括r:基， 步’ ALD系統1包括控制器7〇，耦合於 二更進 供應系統4〇、第二處理材料供應系統42、清洗_^= 料 9 供應系、统46、含氮氣體供應系統48、含铭氣體供應系統 5〇及基板溫度控制系統60。 擇一的，或是額外的，控制器70可以耦合於一個或更多 電腦獲;且控制器7〇可以從額外的控制器/ 在圖1八中’只顯示出單一個處理元件（1〇、2〇、3〇4〇42、 从^ = 48、5Q及6Q)，但這在本發明中並非必須的。除了獨立 件之外’从13系統1可以包括與任意數量控制器連接的 任意數量的處理元件。

控制器70可以用來組成任意數量的處理元件（1〇、2〇、、 ^0、42、44、46:48、50及60)，且控制器70可以收集、提供、 处理儲存及顯示處理元件的資料。控制器可以包含控制一或 處理元件的一些應用。例如，控制器70可以包括讓使用者 很簡單地操作介面以監視及/或控制一或多個處理元件的圖形使用 者面（GUI)組件（未顯示）。

仍然參照圖1A’能夠裝配ALD系統1以處理2〇〇mm的基板、 fOmm的基板、或是更大尺寸的基板。事實上，熟知本技藝者當 ，了解，沉積系統可以用來處理不論大小為何的基板、晶圓、或 是LCD。因此，當本發明的實施態樣的描述與半導體基板處理有 關，本發明並非僅限於此。或者，能夠同時處理多重基板的批式 ALD系統可以用於沉積本發明之實施例中所述之混合稀土基底 膜。 _ 裝配第一處理材料供應系統40及第二處理材料供應系統 42，以用來交替地或是同時地引入第一及第二稀土前驅物到處理 室10，第一及第二稀土前驅物包含不同的稀土金屬元素。引入第 一及第二稀土前驅物的交替可以是週期式的，或是可以是在引入 第一及第二材料之間具有可變週期時間的非週期式。更進一步， 第一處理材料供應系統40及第二處理材料供應系統42的每一 個’都能夠交替地或是同時地引入複數個稀土前驅物到處理室

10，複數個稀土前驅物包含不同的稀土金屬元素。 處理數種方法來引入稀土前驅物到 =化稀土前驅物，接著在引入處理室ι〇之中ΐίίί父 中得到期望的稀土金屬元素化學膜 =方法，包括分別控制兩個或更多個不同的^體源 或混ί液體源。可以在前驅物和溶液相“ 喷中使用相容的混合固體或是㈣前驅物。 =· ί 反氯化合物（脂肪族、烯煙及芳香族）、胺類、 曰Λ、㈣、冠謎、醚類及聚帽貞。在某些狀況中，在-或 驅物中可以溶解—或更多▲目容的固體前馬 區 土前=本if 了解’藉由在沉積峨中包括複數個稀 ^此組合中可包含複數個不同的稀土元素。熟知本技藝 …2易了解’藉由控制氣體脈衝中各種前驅物的相對濃度程 度，可沉積具有期望的化學劑量的混合稀土基底膜。 本發明之實施例可各式各樣的不_土前驅物 許多稀土前驅物具有此公式·· 例如 ML'L2L3DxΜ是稀土金屬元素，係選自紀（γ)、镏（Lu)、鋼（La)、飾（ce)、镨（Pr)、鈥（Nd)、釤（sm)、銪（eu)、釓（Gd)、铽⑽)、巧（D2y)、3鈥（Hg)、餌㈤、链（Tm)、及镱（Yb)的群組。 L、L、L是個別的陰離子配位基，且D是中性的施體配位基， 其中X y為0小2或3。每- L1、L2、L3配位基可以是個別地 選自烷氧化物、齒化物、芳氧化物、胺類、環戊二烯基、烷基、 矽烷基、脒酸鹽、/5-二酮亞胺鹽、酮亞胺鹽、矽烷酮、及羧酸鹽 1359875 的群組》D配位基係選自謎類、吱喃、吼碗、吼洛、吼嚷咬、 類、冠醚類、甘二甲醚、及腈類的群組。 L族烧氧化物的例子包括三級-丁氧化物、異丙氧化物、乙氧 化物、1-曱氧基-2 ’ 2-二甲基-2-丙酸鹽（mmp)、I·二甲基胺_2，2, 二甲基-丙酸鹽、戊氧化物、及新戊氧化物。齒化物的例子包括氟 化物、氣化物、碘化物、及溴化物。芳氧化物的例子包括苯氧化 、 物、及2，4 ’ 6-三甲基苯氧化物。胺類的例子包括雙（三甲矽烷） 醯胺二-三級-丁醯胺、及2 ’ 2，6 ’ 6-四甲基六氫吼咬（TMpd)。 … 環戊二烯基類的例子包括環戊二烯基、1-曱基環戊二烯基、〗，2， 3 ’ 4-四甲基環戊二烯基、1-乙基環戊二稀基、五曱基環戊二稀基、 Φ 及1_異丙基環戊二烯基、1-正丙基環戊二烯基、1-正丁基環戊二稀 基。烷類的例子包括雙（三甲矽烷）曱基、三（三曱矽烷）甲基、 及三甲矽烷曱基。矽烷基的一例為三甲矽烷基。脒酸鹽的例_^包 括N ’ N -—-二級-丁基乙肺、N ’ Ν’-二-異丙基乙脉酸鹽、n，N，· 二-異丙基-2-三級-丁基跡酸鹽、及Ν，Ν’-二-三級-丁基-2-三級-丁 基脉酸鹽。/5-二酮酸鹽的例子包括2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二 •酮酸鹽（THD)、六氟-2，4-戊二酮酸鹽、及6,6,7,7,8,8, 8-七氟-2 ’ 2-二甲基1-3，5-辛二酮酸_鹽（F〇D)。酮亞胺鹽的例子 為2-異丙亞胺-4-戊_酸鹽。石夕烧酮的例子包括三·三級-丁基石夕氧 化物、及三乙基石夕氧化物。缓酸鹽的例子為2-乙基己酸鹽。 • D配位基的例子包括四氫呋喃、二乙基醚、1，2-二曱氧乙烧、 雙二甘二曱驗、三甘二曱謎、四甘二甲趟、12-冠醚-6、10-冠醚-4 ’ 吡啶、Ν-曱基吡咯啶、三乙胺、三曱胺、乙腈、及2,2-二甲丙腈。 稀土前驅物的代表性例子包括： ' Υ 前驅物：γ (N (SiMe3) 2) 3、Y (N (iPr) 2) 3、 Y (N (tBu) SiMe3) 3、Y (TMPD) 3、Cp3Y、（MeCp) 3Y、 ((nPr) Cp) 3Y、（（nBu) Cp) 3Y、Y (OCMe2CH2NMe2) 3、 Y (THD) 3、Y[〇〇CCH (C2H5) C4H9]3、 Y (C"H1902) 3CH3 (OCH2CH2) 3OCH3、Y(CF3COCHCOCF3)3、 12 1359875 Y(OOCC10H7)3、Y(OOC10H19)3、及 Y(0(iPr))3 °

La 前驅物：La(N(SiMe3)2)3、La(N(iPr)2)3、La(N(tBu)SiMe3)3、 La(TMPD)3、（(iPr)Cp)3La、Cp3La、Cp3La(NCCH3)2、 La(Me2NC2H4Cp)3、La(THD)3、La[OOCCH(C2H5)C4H9]3、 La(C"H1902)3. CH3(OCH2CH2)3OCH3、

La(CnH1902)3 CH3(OCH2CH2)4OCH3、La(0(iPr))3、La(OEt)3、 La(acac)3、La(((tBu)2N)2CMe)3、La(((iPr)2N)2CMe)3、 … La(((tBu)2N)2C(tBu))3、La(((iPr)2N)2C(tBu))3、及 La(FOD)3。 •， Ce 前驅物：Ce(N(SiMe3)2)3、Ce(N(iPr)2)3、Ce(N(tBu)SiMe3)3、

Ce(TMPD)3、Ce(FOD)3、（(iPr)Cp)3Ce、Cp3Ce、Ce(Me4Cp)3、 • Ce(OCMe2CH2NMe2)3、Ce(THD)3、Ce[OOCCH(C2H5)C4H9]3、 Ce(CnH19〇2)3 · CH3(OCH2CH2)3〇CH3 '

CeCCuHwOA.CHWOCi^CHAOCH;、Ce(0(iPr))3、及 Ce(acac)3。

Pr 前驅物：Pr(N(SiMe3)2)3、（(iPr)Cp)3Pr、Cp3Pr、Pr(THD)3、 Pr(FOD)3、（C5Me4H)3Pr、Pr[OOCCH(C2H5)C4H9]3、

Pr(C11H19〇2)3 CH3(OCH2CH2)3〇CH3 ' Pr(0(iPr))3 > Pr(acac)s > Pr(hfac)3、Pr(((tBu)2N)2CMe)3、Pr(((iPr)2N)2CMe)3、 Pr(((tBu)2N)2C(tBu))3、及 Pr(((iPr)2N)2C(tBu))3 〇

Nd 前驅物：Nd(N(SiMe3)2)3、Nd(N(iPr)2)3、（(iPr)Cp)3Nd、 Cp3Nd、（C5Me4H)3Nd、Nd(THD)3、Nd[OOCCH(C2H5)C4H9]3、 響 Nd(0(iPr))3、Nd(acac)3、Nd(hfac)3、Nd(F3CC(0)CHC(0)CH3)3、及 Nd(FOD)3。

Sm 前驅物：Sm(N(SiMe3)2)3、((iPr)Cp)3Sm、Cp3Sm、Sm(THD)3、 Sm[OOCCH(C2H5)C4H9]3、Sm(0(iPr))3、Sm(acac)3 及(C5Me5)2Sm。

Eu 前驅物：Eu(N(SiMe3)2)3、((iPr)Cp)3Eu、Cp3Eu、(Me4Cp)3Eu、 Eu(THD)3、Eu[OOCCH(C2H5)C4H9]3、Eu(0(iPr))3、Eu(acac)3 及 (C5Me5)2Eu。

Gd 前驅物：Gd(N(SiMe3)2)3、((iPr)Cp)3Gd、Cp3Gd、Gd(THD)3、 Gd[OOCCH(C2H5)C4H9]3、Gd(0(iPr))3、及 Gd(acac)3。

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Tb 前驅物：Tb(N(SiMe3)2)3、（(iPr)Cp)3Tb、Cp3Tb、Tb(THD)3、 Tb[OOCCH(C2H5)C4H9]3、Tb(0(iPr))3、及 Tb(acac)3。

Dy 前驅物：Dy(N(SiMe3)2)3、((iPr)Cp)3Dy、Cp3Dy、Dy(THD)3、 Dy[OOCCH(C2H5)C4H9]3、Dy(0(iPr))3、Dy(02C(CH2)6CH3)3、及 Dy(acac)3 °

Ho 前驅物：Ho(N(SiMe3)2)3、（(iPr)Cp)3Ho、Cp3Ho、Ho(THD)3、 H〇[OOCCH(C2H5)C4H9]3、Ho(0(iPr))3、及 Ho(acac)3。

Er 前驅物：Er(N(SiMe3)2)3、（(iPr)Cp)3Er、（(nBu)Cp)3Er、Cp3Er、 一 Er(THD)3、Er[OOCCH(C2H5)C4H9]3、Er(0(iPr))3、及 Er(acac)3。

Tm 前驅物：Tm(N(SiMe3)2)3、（(iPr)Cp)3Tm、Cp3Tm、 • Tm(THD)3、Tm[OOCCH(C2H5)C4H9]3、Tm(0(iPr))3、及 Tm(acac)3。

Yb 前驅物：Yb(N(SiMe3)2)3、Yb(N(iPr)2)3、（(iPr)Cp)3Yb、 Cp3Yb、Yb(THD)3、Yb[OOCCH(C2H5)C4H9]3、Yb(0(iPr))3、 Yb(acac)3、（C5Me5)2Yb、Yb(hfac)3、及 Yb(FOD)3 〇

Lu 前驅物：Lu(N(SiMe3)2)3、（(iPr)Cp)3Lu、Cp3Lu、Lu(THD)3、 Lu[OOCCH(C2H5)C4H9]3、Lu(0(iPr))3、及 Lu(acac)3。 ‘在上述還有以下的前驅物中，使用以下的縮寫：Si:矽；Me : 甲基；Et :乙基；iPr :異丙基；nPr :正丙基；Bu : 丁基；nBu : 正丁基；sBu :二級丁基；iBu :異丁基；tBu :三級丁基；Cp : φ 環戊二烯基；THD : 2，2，6 ’ 6-四甲基-3，5-庚二酮酸鹽；TMPD : 2，2，6 ’ 6-四甲基六氫吡啶；acac :乙醯丙酮酸鹽；hfac :六氟 乙醯丙酮酸鹽；及FOD :6,6,7,7,8,8, 8-七氟-2，2-二甲 基-3，5-辛二酮酸鹽。 •仍然參照圖1A，含氧氣體供應系統46用來引入含氧氣體到 " 處理室10。含氡氣體可以包括02、H20、或是H2〇2、或是其組 合，以及選用的惰性氣體，例如Ar。同理，含氮氣體供應系統 48是用來引入含氮氣體到處理室1〇。含氮氣體可以包括NH3、 N2H4、或是其組合’以及選用的惰性氣體，例如Ar。根據本發明 之一實施例，含氧氣體或含氮氣體可以包括no、no2、或是N20、 14 1359875 或是其組合，以及選用的惰性氣體，例如Ar。 本發明之實施例能夠利用各式各樣的鋁前驅物，以使混合稀 土基底膜吸收鋁◊例如，很多鋁前驅物具有此公式： Α1Ινϋ30χ 其中L1、L2、L3是個別的陰離子配位基，且〇是中性的施體配位 基，其中X可以為0、1、或2。每一 L1、l2、L3配位基可以個別 地選自烷氧化物、自化物、芳氧化物、胺類、環戊二烯基、烷基、 石夕烧基、脉酸鹽、冷-二酮酸鹽、酮亞胺鹽、石夕烷酮、及羧酸鹽的 群組。D配位基係選自於喊類、π夫喃、π比碗、α比洛、D比洛咬、胺 類、冠醚類、甘二甲醚、及腈類的群組。 銘前驅物的其他例子包括：Al2Me6、Ai2Et6、[Al(〇(sBu))3]4、 A1(CH3COCHOOOH3)3、AlBr3、A1I3、Al(0(iPr))3、[Al(NMe2)3]2、 Al(iBu)2C卜 Al(iBu)3、Al(iBu)2H、AlEt2Q、Et3Al2(〇(sBu))3、 及 A1(THD)3。 仍然參照圖1A，清洗氣體供應系統44是用來引入清洗氣 ，到處理室10。例如，清洗氣體的引入可以發生在引入到處理 室10的稀土前驅物的脈衝及含氧氣體、含氮氣體、或是鋁前驅 物之間。清洗氣體可以包含例如鈍氣（即He、Ne、Ar、Kr、 的惰性氣體、氮氣（N2)或是氫氣（H2)。 仍然參照圖ΙΑ，清洗氣體供應系統44是用來引入清洗氣 ，到處理室10。例如，清洗氣體的引入可以發生在引入到處理 室10的稀土前驅物的脈衝及含氧氣體、含氮氣體、或是鋁前驅 物的脈衝之間。清洗氣體可以包含例如鈍氣（即He、Ne、Ar、 Kr、Xe)的惰性氣體、氮氣（N2)或是氫氣（H2)。 ^ 更進一步，ALD系統1包括耦合於基板固持器20的基板 溫度控制系統60,用來升高及控制基板25的溫度。基板溫度控 制系統60包含溫度控制元件’例如一冷卻系統，包括從基板固 ，器20接收熱量並把熱量轉換到熱交換器系統（未顯示）的再 循環冷卻劑流’或是在加熱時從熱交換系統轉換熱量。此外，

15 式加熱元;或i電;包=固室= 丨50 C。應被了解者為，係以導致在仏 別的=稀土基底材料的理想溫度來選:“板的溫度。沉積特 為了改進基板25與基板固持器20之間的埶轉換，其把 Ϊ?Γ二以包括機械箝位系統'或是例如電穩“ - ϊ ί ΐ 1以固定基板2 5於基板固持器2 0的上表面。更Ϊ 其二ήί 了改進基板25與基板固持112G之間的氣隙敎傳導， 二::更ί含ΐ板後側氣體傳送系統，用來引入氣 體，板25的後側。可以在升高或是降低基板 ϊ：ίί ° } 氣體分配系統，其中，可以在基板25的中 間獨立地變更氦氣的氣隙壓力。 遠緣 拉哭t 了可改H气25々與基板固持器20之間的熱轉換，基板固 4:办二Γc括機，藉位系統、或是例⑹電穩態箝位系統的電 子柑位糸、.先，以固定基板25於基板固持器2〇的上表面。更進 二步’為T改進基板25與基板固持器2〇之間的氣隙熱傳導， 二ίϊ f ί 2〇可以更包含基板後侧氣體傳送系統，用來引入氣 3基板25的後侧。可以在抬升或是降低基板溫度所需之基板 控制^此㈣統。例如’基板後側氣體系統可以包含雙區 刀配系統’其中’可以在基板25的中心和邊緣之間各自變更 氦氣的壓力。 更進一步，處理室1〇更經由導管38耦合於包含真空幫浦系 $ 34及閥36的壓力控制系統32，其中，壓力控制系統％是用來 操控處理室1G的排空’以達於適合在基板25之上形成薄膜、及 適於使用第-及第二處理材料的壓力。真空m統34可以包括 s /尚輪真空幫浦（TMP)、或是抽吸速度能夠高達每秒5000公 可更大）的低溫幫浦’且閥36可包括用來調節室壓力的閘閥。 來監視室壓力的裝置（未顯示）可以#合於處理室10。 里ί 置可為，例如M^Wns^ments，1110 (And〇ver,MA) ^二a可得之TyPe 628B Baratr〇n絕對電容壓力計。壓力控制系統 在沉積混合稀土基底材料的過程中’用來控制處 叼坚刀；丨於大約O.lTorr到大約100T〇rr之間。 系統iH^系、统仙、第二材料供應系統42、清洗氣體供應 H供摩系乳體供應系、统46、含氮氣體供應系、统48及含銘氣 Ϊ^'ίί 流動感測器。流動控制裝置;:包: = =高，衝氣體注入閥。根據=實：是 於大約（U秒至大約綱秒之者;，度可例如介 於大約1秒到大约10孙夕門L成者母一矾體脈衝的長度可介 可以介於0.3秒到3秒：門:例=驅物例示性的氣體脈衝長度 例示性的氣體脈衝長度1/= ^ •秒。含氧及含氮氣體 秒。例示性的脈;_、、$彡 5 y 和之間，例如3 公開號第錢视纟_鞭美_利申請案 仍然參照圖1A，控制器7〇 數位I/O埠，能夠產生3 j仏3以處理㊆、記憶體、及 電壓，並也監視= 動姻系統1的輸入的控制 於處理室10、基板固持器2〇、上= ^制器7〇可以輕合 統4〇、第二處理材料供應系統42 = = 材料供應系 板溫度控㈣6Gi=T=H48、含域触勒統50 ; 力控制糸統32,並且能和它們交換資訊。例 17 1359875 ，為了實施沉積製程，根據製程的教示，儲存於記憶體中的程 式，可，用來啟動前述ALD系統1的成分的輸入。控制器的一個 例子為從Dell Corporation，Austin，Texas商業上可獲得的dell PRECISION WORKSTATION 610™ ο 立然而二控制器70可以作為普通用途的電腦系統，實施本發明 之部分或是全部的微處理器處理步驟，以回應處理器執行^ =體Τ之-或更多個指令中的-或更多個序列。可以從另一個 ’例如㈣或是可移除舰碟讀取這射旨令到 。在多處理排列中的—或更多個處理11，也可以被用來 中之指令序列的控制11微處理11。在別 =知射’猶魏可贿替或技合賴齡。因此，實施 例並不限於任何特殊的硬體電路及軟體的組合。 抑___歧記紐，例如控制 體Μ健根縣發日滕紅齡齡絲， ΐ讀嬋=例ΪΪ光實施本發明可能需要的資料。電腦 硬碟、軟碟、磁帶、雖柄、ρ_ 』θ，腿0Μ、快閃麵m)、dram、sram、sdram、 或疋其他任何磁性媒體、光碟（例如cd_rom)、 學材料、打孔卡、紙帶、或是直有^ 可光 (將於底下描述）、或是電ΐ可從取材i载波 合的還奸㈣綱mi聽或特於電斷讀媒體的組 ί ==1此雜體可w紐料祕Hi 麵作糸統、發展工具、及應用軟體。ltt( = 類型及完全彻程式。此外，為了更好二庫=)、= 成本明之處理的 制器70 此處職岐倾提供指令給控 包括但不限於種==爾編形式， 是可移磁^學碟，例如殘^ ί以= 可，電腦可讀媒體二形 指令可《實現在遠端電：磁碟:更:：:丨可:m初 本發明的全部或是部分的指 於實行 送指令到控制器70。 J勁…己L體巾並且經由網路傳 控制器70可以位於相對於md系 ==系統1的遠處。舉例而言，控=上= 個直接連結、内部網路、網路、及盔線連社 =製商端（例如裝備製造商）的内部網路。 牛悄而5，控制器70可以耦合於網路。更進一步，另—二 =制器、錬器等）能夠存取，例如，控制器7〇，二 個對於内部網路及網際網路的直接連絲交換資訊。 热知本技藝者亦可知，經由無線連結，控制器7〇能夠和 統1交換資訊。 示 根據本發明之一實施例，圖1B描述用來在基板上沉積混 i基底膜的PEALD系統10〇qPEAld系統励和圖1A中σ 3 $統1很像，但更包括在處理室1G中之氣體暴露中至少一部分 %，用來產生電漿的電漿產生系統。如此使得從包括〇2、H2〇、 Ηζ〇2或其組合的含氧氣體所產生的臭氧及電漿激發氧氣能夠形 成。相似地，在處理室中，電漿激發氮氣可以從包括N2、N<、 或N2H4或其組合的含氮氣體來形成。且電漿氧氣及氮氣可以彳^包 含NO、N〇2、N2〇或其組合的處理氣體來形成。電漿產生系統包 1359875 括輕合於處理室1G的第—電源52，用來齡功率至引入處 10的，體。第-電源52可以是可變電源，並可包括射頻（ 產生器及阻抗匹配網路，並可更包括處理室1〇中貫穿即 合至電衆之處的t極。電極可以形成在上部組件31之中，且可以 ίϋϊίί’器2g。藉著使匹配網路的輸出阻抗以及包括電 極和電㈣處理室的輸人阻抗她，阻抗匹配網路可以 化從RF產生器到電聚的处功轉移。例如，藉著減少反射功率， 阻抗匹配祕可以增加處理室1G巾之轉移到電聚的Μ功率。匹

Γ'Γίί$ (例如L•型、冗·型、τ-型等）及自動控制方法是孰 知本技藝者皆可知的。 …、 第一電源52可以包括RF產生器及組抗匹配網路，也 ι括天線，例如在處理室10中經由处功率耦合於電漿的感 二線圈。天線能夠，例如，包括在感驗合電㈣或是螺旋狀^ 旋或是螺線管_，或是能夠，例如，包括顏器輕 漿源中的平板線圈。 ％ 或者第電源52可以包括微波頻率產生器，還能更包括在 處理Ϊ、10中貫穿微波功_合於電漿之處的微波天線及微波窗 口。微波功率的耦合可以藉著使用電子迴旋加速器震盪 r 完成’ f是藉著使用表面波電漿方式來完成，例如美國專 利第5024716號所述之槽式平面天線（spA)。 根據本發明之一實施例，PEALD系統1〇〇包括基板偏壓產生 糸、充，用來在引入氣體到處理室10的交替地施行的至少一部份 中，產生或是輔助產生電漿（藉由施加偏壓於基 偏壓系統可以包括基板電源54,搞合於處理室1G=合= 到基板25基板電源54可以包括Rp產生器及阻抗匹配網路，還 可以更包括貫穿RF功率耦合於基板25之處的電極。電極可以形 基板，持器2〇之中。例如，藉著把rp功率從好功率產生 ^未示）經由阻抗匹配網路（未顯示）傳送到基板固持器2〇， 土板固持器20可以在rf電壓下進行電偏壓。典型的即偏壓頻 20 ^範圍大約在0.1MHz到大約100MHz，且可為13 56MHz。電漿 理的RF偏屢系統為熟知本技藝者所知者。或者，可以在多種頻 ，之下施加RF功率於基板固持器電極。儘管示於圖m的賴產 生系統及基板偏壓系統是分離的個體，但實 個輕合於基板@1持H2G的電源。 π化3 &更夕 友鍊^外二^系統励包括遠端賴系統56，在把電漿激發 孔體抓入處理室1G且暴露基板25於魏激發氣體中之前，提 並遠端電》發含魏體、錢㈣、或是频合。遠端電聚系 統56可例如&含微波頻率產生器。處理室壓力可以介於大約 O.lTorr到大約lOTorr，或是介於大約0.2τ〇ιτ到大約3T〇rr。 根據本發明之實施例，圖2A到圖亦概略地描述形成混合稀 /土基底膜的脈衝序列。根據本發明的實施例，接續的及交替的脈 衝序列是"用來沉積混合稀土基底膜的不同成分（例如稀土金屬元 素、鋁、氧及氮）。既然ALD及PEALD製程通常所沉積的比每氣 體脈衝單-層材料還來得少，所以有可能會使㈣之不同成分的 個別沉積序列以形成均質材料。依照氣體選擇及脈衝序列的組 ^二可以形成包括混合稀土氧化膜、混合稀土氮化膜、混合稀土 氮氧化膜、混合稀土鋁酸鹽膜、混合稀土氮化鋁膜及混合稀土氮 氧化鋁膜的混合稀土材料。 圖2A描述脈衝序列2〇〇,以從步驟202中的第一稀土前驅物 沉積第一稀土元素。圖2B描述脈衝序列210，以從步驟212中的 第二稀土前驅物沉積第二稀土元素。圖2C描述脈衝序列22p，以 從步驟222中的複數個稀土前驅物同時沉積複數個不同的稀土元 素。圖2D描述脈衝序列230,以從步驟232中的暴露於含氧氣體， 使/tb合稀土基底膜吸收氧氣。圖2E描述脈衝序列240，以從步驟 242中的暴露於含氮氣體，使混合稀土基底膜吸收氮氣。圖邛描 述脈衝序列250，以從步驟252中的鋁前驅物沉積鋁。 根據圖2A到圖2F所述之實施例，脈衝序列200、210、220、 230、240及250各都能包括清洗或是排空步驟204、214、224、 21 1359875 =4、244及254。以從處理室移除未反應的氣體或是 據本發明之另-實施例’可以忽略清洗或是排空步驟挪厂乂 224、234、244及254的其中一或更多個。 丄4、 根據本發明之實施例，圖2A到圖2F所述之脈衝 32，來沉積不_混合稀土基底材料。以下為例示= =者本發明實關之教7F所沉積的包含兩财同混 素的混合稀土基底材料。熟知本㈣者t可知，仍可以沉稽U 於下之其他混合稀土絲材料麵。因此，本發明 例 下所述之材料。舉例而言，其他的混合稀土基底材料可= 包3多於兩個的稀土元素，例如三個、四個或更多個。 ^合^ 土 氧化物：LaxLUy〇m、YxLUy〇m、YxW)m、、 1-/3,χΑ 0 混合稀土氮化物：LaxLuyNn、YxLUyNn、YxLayNn、Ν 及 LaxPryNn。 y 混合稀域氧化物：LaxLUy〇mNn、YxLUy〇mNn、γ NdxLayOmNn、及 LaxPryOmNn。 混合稀土鋁氧化物心xLUyAla〇m、YxLUyAla〇m、γ NdxLayAlaOm、及 LaxPryAla〇m。 混合稀土鋁氮化物·· LaxLUyAlaNn、ΥχΙ^Α1Λ、ΥχΙ^Α1Λ、

NdxLayAlaNn、及 LaxPryAlaNn。 混合稀土喊氧錄：LaxLuyAla〇misin、YxijUyAla()mNn、

YxLayAla〇mNn、NdxLayAla〇mNn、及 LaxPryAlaOmNn。 混合稀土氧化膜 根據本發明之實施例，圖3A到3D是形成混合稀土氧化膜的 製程流程圖。圖3A到3D的製程流程可以藉由圖丨和圖2的 ALD/PEALD系統1/HH、或是其他任何用來實施ALD/pEALD製 私的合適ALD/PEALD系統來實施。在圖3A中，製程3〇〇開始於 步驟302的配置一基板，例如半導體基板，於ALD或？£；八1^系 22 統的處理室中。步驟304中，依序地暴露基板於包含 U脈衝及含氧氣體的氣體脈衝中。在步驟306中稀依； 中暴:ίί2第二稀土前驅物的氣體脈衝及含氧氣體的氣體脈衝 ΐ 包括〇2、Η2〇、邮2、臭氧、歧電漿激發氧 軋或其組合，以及選用的惰性氣體，例如Ar。 軋 胁中，第一稀土前驅物和婉基板之表面上的氫 =團起反應，以形成比包含第—稀土金屬元素的單—層還 學吸附層會比單—層還薄的原因是前驅物的5寸 麵尺寸大。接著’從含氧氣體脈衝所產生的 化予·表面胁反應’並再產生氫氧化表面。藉由重複 ^、’只的氣體暴露’也就是藉由交替地施行兩種暴露步驟複數 著每週期1埃（1(Γ%)㈣成長來形成膜層。如以下 體ίίί 可以藉著在連續及交替地施行的氣 疋排空處理室，從反應室移除任何未反應的第 一或第二稀土前驅物、副產品、及含氧氣體。 根據本發明之實施例，第一稀土（RE1)前驅物及 ，含刪稀土金屬元素’以形成具有-般化學式 為RElxRE2yOm的混舍稀土氧化膜，其中χ、y及m為非零數字。 可以重複接續的暴露步驟3〇4及3〇6預定數目的次數， ’直到具有期望厚度的混合稀土氧化膜形成為二 膜的期望厚度可以取決於半導體裝置的類型或是 域。例如’膜的厚度可以介於大约5埃及大約200 3d 介於大約5埃及大約40埃之間。 、 ’ 根據圖3Α所述之實施例，製程流程3〇〇包括包含連續及交替 的暴露於第一稀土前驅物脈衝、含氧氣體脈衝、第二稀土前物 脈衝、及含氧氣體脈衝的沉積週期。根據本發明之另一實施例， 連續及交替地施行的暴露步驟304及306的順序，可以是顛倒的， 也就是說，步驟306可以在步驟3〇4之前實施，以影響膜的成長 以及膜的組成。 、 23 及各個接續的暴露步驟304 ^Λ/Ι u、/目的-人數。在一例中，若以脈衝序列Α代表步驟 AB，序列6代表步驟306 ’則一個沉積週期可以包括 古zJ:从 可以重複預定數目的次數（例如ABABAB等者） 夕錄i望!!卿柄止，熟知本賴者#可㈣了解，仍有其他 夕種有可此之沉積週期，例如ABBABB、、 ^AB、AAABB等者。然而，本發明之實酬並不限於這些沉積 3 何由A及B組成的週期。使用這些不同的沉積 週』’在最後的混合稀土氧化财，可能會沉積包含不同量及不 同深度的第一及第二稀土元素的稀土氧化膜。 心ίΐ本f明之另—實施例’可以加人包含不同稀土元素的額 外稀亡刖驅物的額外脈衝序列到圖3八所述之製程流程中，以形成 包含：個或更多個不同稀土金屬元素的混合稀土氧化膜。也就是 ^，藉由加入包含各個將被此膜吸收的額外稀土金屬元素的稀土 剛驅物的氣體脈衝、以及含氧氣體的氣體脈衝的脈衝序列，此膜 可以，收額外的稀土元素。在一例中，可以加入脈衝序列c，包 含第二稀土前驅物的氣體脈衝及含氧氣體的氣體脈衝。因此，一 個沉積週期可以，例如，包括ABC、ABBC、ABCC等者。然而， 本發明之實施例並不限於這些沉積週期，可以使用其他的A、B 及C之組合。 根據本發明之另一實施例，圖3B為形成混合稀土氧化膜的製 程流程圖。製程流程320和圖3A中的製程流程310類似，但是製 程流程320更包含在每氣體脈衝之後的清洗或是排空處理室的步 驟。清洗或疋排空步驟有助於在依序施行及交替地施行的稀土前 驅物及含氧氣體脈衝之間，從處理室移除任何未反應的稀土前驅 物、副產品、及含氧氣體。此處所使用的清洗步驟可以更包含在 清洗時排空處理室。 製程320開始於在步驟322中配置一基板，例如半導體基板， 於ALD或是PEALD系統的處理室中。在步驟324中，暴露基板 24 ^59875 稀土前驅物的氣體脈衝中，且在步 县 :從異”室移除未反應的第二=物排 主2，t，露基板於含氧氣體的脈衝中，且在步驟33〇中， ΐίίϊ ’讀處理室移除任何未反應的含氧氣體或 中，暴絲板於包含第二稀土前驅物的氣體脈衝 未及雇ii i中’清洗或排空處理室，以從處理室移除任何 ，反應的第二稀土前驅物及任何副產品。在 ί 338 ^ ^ 的至移除任何未反應的含氧氣體或是副產品。類似圖3a中 程300，可以重複製程流程32〇的暴露步驟似到33〇 驟丨t數丄如製程絲箭頭細所示，且可以重複暴露步 太路B ’ 8預定數目的次數’如製程流程箭頭342所示。根據 之一實施例，可以重複暴露步驟324到33G、及步驟332 的組合預定數目的次數，如製程流程箭頭344所示。 ^本發明又另-實施例’圖3C為形成混合稀土氧化膜的製 ，机耘圖。如圖3C所示，製程35〇開始於在步驟3M中配置一 =例如半導體基板，於ALD献pEALD系_處理室中。在 v驟354中，暴露基板於包含複數個，也就是至少兩個，各具有 不同稀土金屬元素的稀土前驅物的氣體脈衝中。因此，包含^复數 ，不同稀土金屬元素的氣體脈衝被沉積在基板上。可以分別控制 虱體脈衝中之各個稀土前驅物的相對濃度，以修改 ^化膜的組成。在步驟356中，暴露基板於含氧氣體的脈衝^中 ，據本發明之一實施例，可以重複接續的暴露步驟354及350預 定數目的次數，如製程箭頭358所示。 根據本發明之更另一實施例，圖3D為形成混合稀土氧化膜的 ^程流，圖。製程流程360類似於圖3C之製程流程35〇，但其亦 匕含在每一氣體脈衝之後的清洗或是排空處理室的步驟。製程360 開始於在步驟362中配置一基板，例如半導體基板，於ALD或是 25 1359875 PEALD系統的處理室中。 在步驟364中，暴露基板於包含久星 複數個稀土前驅物之氣體脈衝中 土金屬凡素的 空處理室，以從處理室移除未清洗或是排 =或是排找理室，峨驗室歸是 柳預定數目的次數，如^暴露步驟364到 混合稀土氮化膜 根據本發明之實施例，圖4A到圖4B 的製程流程圖。圖4A到圖4B的製鞋、、°稀土氣化膜 勘祖〇系統1/101或是:ί ，和圖2的 程的合適ALD/PEALD系統加以實施。 & LD/PEALD製 …在圖4A中，製程400開始於在步驟4〇2中配置一夷 半導體基板，於ALD或是PEALD系統的^ ° 中，佑床砧羼a* 示既的處理至中。在步驟404 體的氙俨舭衡：％:稀土前驅物的氣體脈衝及含氮氣 體的乳體脈衝巾。在步驟406中，依序地暴露基板於 义 驅物的氣體脈衝及含氮氣體的氣體脈衝中。含氮氣體可=人刚 NH3、N2H4、或是電t激魏氣或其組合，及選用_性=， 例如Ar。 〜肢 根據本發明之實施例’第-稀土（RE1)前驅物 (RE2)前驅物包含不同的稀土金屬元素，以形成具有 為RElxRE2yNn的混合稀土氮化膜，其中x、y&n為非 ^ 可以重複接續的暴露步驟404及406預定數目的次數，^激二二 程箭頭408所示’直到具有期望厚度的混合稀土氮化膜形 广 膜的期望厚度可以取決於半導體裝置的類型或是形成袭置的’止° 域。例如，膜的厚度可以介於大約S埃及大約2〇〇埃之間°° 介於大約5埃及大約40埃之間。 、曰 26 1359875 根據圖4A所述之實施例，製程流程4〇〇包括包含接續地及交 曰地暴露於第-稀土前驅物脈衝、含氮氣舰衝、第二稀土前驅 ^脈衝、及含氮氣體脈衝軌積職。根據本發明之—實施例， 製程流程4〇0可包含任何順序的步驟4〇4、4〇6、及姻。根據本 發明之另-實施例’沉積週期的連續及交替地施行的暴露步驟· 及406可以顛倒，也就是說，步驟4〇6可以在步驟4〇4之 以影響膜的成長以及膜的組成。 、 根據本發明之實施例，可以分別重複各健續的暴露步驟4〇4 雜6預定數目的次數。在一例中，若以脈衝序列A代表步驟 ，且以脈衝序列B代表步驟4〇6，則一個沉積週期可以包括 AB，且可以重複ΛΒ預定數目的次數（例如者已括 到預期的卿成為止。熟知本技藝者#可媽了解，仍有其他 種可能的沉積週期，包括例如ABBABB、、 =Β#ΑΑΒΒ、ΑΑΑΒΒ等者。細，本發明之實侧並不限於 ，二沉，週期，可以使用其他A、B的組合。使用不同的沉積週 d有可能在最後的混合稀域域巾沉積包含 的第-及第二稀土元素的稀土氮化膜。 ^不门冰度 根據本發明之另-實施例’可以加入包含具有不同稀土元素 的額外稀亡前驅物的額外脈衝序列到圖4Α所示之製程流程中，以 ，包含三個或更多個不同稀土金屬元素的混合稀^匕膜。換 Ϊ由ΐί地暴露於稀土前驅物的的氣體脈衝及含氮氣體 的虱體脈衝，此膜可以吸收額外的稀土元素。在一例中，可加入 ^，三，土前驅物軌舰衝、及含氮氣體的氣體脈衝的脈衝 ，列c。因此，一個沉積週期能，例如，包括ABc、abbc、abcc 等者。然而，本發明的實施例並不限於這些沉積週期，可 A、 B、C的其他種組合。 根據本發明之另一實施例，類似於圖3B的製程如， 可以更包括在每氣體脈衝之後的清洗或是排空處理室 、乂驟。清洗或是排空步驟有助於在交替地施行的稀土前驅物以 27 及含氮氣體的脈衝之間，從處理室移除任何未反應的稀土前驅 物、副產品、及含氮氣體。 。士根據本發明又另一實施例，圖4B為形成混合稀土氮化膜的製 程流程圖。如圖4B所示，製程41〇始於在步驟412中配置一基板， 例如半導體基板，於ALD或是PEALD系統的處理室中。 _在步驟414中’暴露基板於包含複數個稀土前驅物各具有不 ，稀土金屬元素的氣體脈衝中。因此，包含複數個不同稀土金屬 元素的^體脈衝可以沉積在基板上。可以分別控制氣體脈衝中每 一稀土前驅物的相對濃度，以修改最後的混合稀土氮化膜的組 成。在步驟416中，暴露基板於含氮氣體的脈衝中。根據本發明 之一實施例，可以重複接續的暴露步驟414及416預定數目^次 數’如製程流程箭頭418所示。 根據本發明之另一實施例，類似於圖3D之製程流程36〇，製 程流程410可更包含在每氣體脈衝之後的清洗或是排空處理室的 步，]清洗或是排空步驟有助於在交替地施行的稀土前驅物以及 含氮氣體的脈衝之間，從處理室移除任何未反應的稀土前驅物、 副產品、及含氮氣體。 混合稀土氮氧化膜 根據本發明之實施例，圖5A到圖5B為形成混合稀土氮氧化 臈的製程流程圖。圖5A到圖5B的製程流程可以藉由圖i和圖2 的ALD/PEALD系統1/101、或是其他任何用來實施ALD/pEALD 製程的合適ALD/PEALD系統來實施。 在圖5A中’製程500開始於在步驟502中配置—基板，例如 半導體基板，於ALD或是PEALD系統的處理室中。在步驟5〇4 ，:依序地暴露基板於包含第一稀土前驅物的氣體脈衝、及由含 氧氣體、含氮氣體、或是含氧及氮氣體組成的氣體脈衝中。在步 驟506中，依序地暴露基板於第二稀土前驅物的氣體脈衝、及由 含氧氣體、含氮氣體、或是含氧及氮氣體所組成的氣體脈衝中。 28 1359875 含氧氣體可以包括〇2、H2〇、H2〇2、NO、N〇2、n2o、臭氧、或 疋電聚激發乳氣或疋其組合’及選用的惰性氣體，例如Aj·。含氮 氣體可以包含ΝΗ3、Ν#4、NO、Ν02 ' Ν20、或是電漿激發氮氣 或是其組合，及選用的惰性氣體，例如Ar。為了使此膜吸收氧氣 及氮氣，步驟504及506的組合應該包括至少一個含氧氣的氣體 脈衝及至少一個含氮氣的氣體脈衝。當然，N〇、n〇2、或是N2〇 同時包含氧氣及氮氣。

根據本發明之一實施例，第一稀土（RE〗）前驅物及第二稀土 (RE2)前驅物包含不同的稀土金屬元素，以形成具有一般化學式 為R^lxRE2yOmNn的混合稀土氮氧化膜，其中χ、y、m及n為非 零數予。可以重複接續的暴露步驟504及506預定數目的次數， 如製程流程箭頭508所示，直到具有期望厚度的混合稀土氮氧化 膜形成為止。膜的期望厚度可以取決於半導體裝置的 成裝置的區域。例如，賴厚度可时敎約5埃及大約 之間，或是介於大約5埃及大約40埃之間。 根據圖5A所示之實施例，製程流程5〇〇包括含有連續且交替 地f行的暴露於第一稀土前驅物脈衝、含氧、含氮、或是含氧及 氮氣體的脈衝、第二稀土前驅物脈衝、及含氧、錢、或是含氧 及氮氣體的脈衝的沉積週期。根據本發明之實施例，連續且交替 丁的，露步驟504及506的順序可以顛倒，也就是說，步驟 步驟504之前實施，以影響膜的成長及膜的組成。 及明之—實施例，可以重複各個接續的暴露步驟5〇4 二並以在一例_ ’如果以脈衝序列A代表步驟 AB，ΑΦΰτ(、序列8代表步驟506，則一個沉積週期可以包括 $丨#β以重複ΑΒ預定數目的次數（例如等者）， 的卿成為止。熟知本技藝者#可_ 了解，仍狹可包 =種沉積週期，例如趣趣B、編趣解上了。 AAAB、AABb、AAABB等者。然而，本發明 = 这些沉積週期，可以使用其他A及B的組合不同的沉^週 29 1359875 期Je可旎會在最後的混合稀土氮氧化膜中，沉積包含不同量及不 同深度的第一及第二稀土金屬元素、氧氣、及氮氣的稀土氮氧化 膜。 根據本發明之另—實施例，可以加人包含具打同稀土金屬 元素的額外稀土前驅物的額外脈衝序列到圖5A中製 形成包含三個或更多個不同稀土金屬元素的混合稀土氮膜^ ，而S之’藉由加人各個此膜將吸收之額外稀土金屬元素的脈衝 #包3稀土金屬刖驅物氣體脈衝、及含氧、含氮、或是含氧 及氮氣體的氣體脈衝，此膜可以吸收額外的稀土元素。在一例中， 可^加入包含第三稀土前驅物的氣體脈衝、及含氧、含氮、或是 含氧及氮氣咖氣體脈衝雜衝序列C。因此，—個沉積週期能 夠，例如’包括ABC、ABBC、ABCC等者。然而，本發明之實 施例並不限於這魏積職，可峨祕他A、B、C的組合。、 、根據本發明之另一實施例，類似於圖3B的製程流程32〇，製 程流程5GG可以更包括在每氣舰衝之後的清洗歧排空處理室 步驟。清洗献排空步驟有祕在稀土前驅物、含氧氣體、及含 巧氣衝較替祕行之間，從處理室㈣任何未反應 的稀土刖驅物、副產品、含氧氣體、及含氮氣體。 明i又另一實施例’圖5b為形成混合稀土氛氧化膜 的I#王k私圖。如圖5B，製程51〇開始於在步驟512中配置一基 板，例如半導體基板，於ALD或是PEALD系統的處理室中。 在步驟514中’暴露基板於包含複數個稀土前驅物各都且有 不同，土金屬元素的氣體脈衝。因此，氣體脈衝包含複數個， 也就疋說，至少兩個將要沉積在基板上的不同稀土金屬元素。可 控土前驅物的相對漠度，以修改最後的混合稀土 氣化膜之組成。在步驟中，暴露基板於含氧氣體、含氮氣體、 或是含氧及氮氣體所組成的氣體脈衝中。根據本發明之一實施 例:可，重複接續的暴露步驟沿及训預定數目的次數，如製 程>瓜程前頭518所示。為了把氧氣及氣氣吸收到此膜中，步驟514

30 1359875 及516的組合應該包括至少一個包含氧氣的氣體脈衝、及至少一 個包含氮氣的氣體脈衝。 根據本發明之另一實施例，類似於圖3D的製程流程360，製 程流程510可以更包括在每氣體脈衝之後的清洗或是排空處理室 的步驟。在交替地施行的氣體脈衝之間的清洗或是排空步驟，可 以幫助從處理室移除任何未反應的稀土前驅物、副產品、含氧氣 體、或是含氮氣體。 ' 現合稀土紹酸鹽膜 根據本發明之實施例，圖6A到圖6B為形成混合稀土鋁酸鹽 膜的製程流程圖。圖6A到圖6B的製程流程可以藉由圖丨和圖2 的ALD/PEALD系統1/101、或是其他任何用來實施ALD/pEALD 製程的合適ALD/PEALD系統來實施。 .在圖6A中，製程600開始於在步驟602中配置一基板，例如 半導體基板’於ALD或是PEALD系統的處理室中。在步驟604 ，，依序地暴露基板於包含第一稀土前驅物的氣體脈衝、及含氧 f體的氣體脈衝中。在步驟606中，依序地暴露基板於第二稀土 前驅物的氣體脈衝、及含氧氣體的氣體脈衝中。在步驟6〇8中， 依序地暴露基板於鋁前驅物的氣體脈衝、及含氧氣體的氣體脈衝 ，。含氧氣體可以包括〇2、H2〇、H2〇2、臭氧、或是電漿激發氧 氣或是其組合’及選用的惰性氣體，例如Ar。 &據本發明之實施例，第一稀土（RE1)前驅物及第二稀土（证2) 別驅物包含不同的稀土金屬元素，以形成具有一般化學式為 RElxRE2yAlaOm的混合稀土鋁酸鹽膜，其中χ、y、&及爪為非零 數字。可以重複接續的暴露步驟6〇4、606及608預定數目的次數， 如製程流程箭頭614所示，直到具有期望厚度的混合稀土鋁酸鹽 膜形成為止。膜的期望厚度可以取決於半導體裝置的類型或是形 成裝置的區域。例如，膜的厚度可以介於大約5埃及大約2〇〇埃 之間’或是介於大約5埃及大約40埃之間。 31 1359875 恭根據圖6A所述之實施例’製程流程包括包含接續地及交替地 ，露於，一稀土前驅物脈衝、含氧氣體脈衝、第二稀土前驅物脈 衝、含氧氣體脈衝、鋁前驅物脈衝及含氧氣體脈衝的沉積週期。 根據本ί明之另一實施例，可以變換沉積週期的連續及交替地施 行的暴露步驟604、606及608的順序，以影響膜的成長以及膜的 組成。 - 根據本發明之實施例’可以分別重複接續的暴露步驟604、606 及608預定數目的次數。在一例中，若以Α代表步驟604、以Β 代表步驟606、且以X代表步驟6〇8，則一個沉積週期可以包括 fBX ’其中ABX可以重複預定數目的次數（例如ΑΒχΑΒχΑβχ 專者）’直到期望的膜形成為止。熟知本技藝者當可輕易了解，仍 然有多種可能的沉積週期，包括例如A^XMBX、 ABJBXABBX、ΑΒΧΧΑΒΧΧ、ΑΑΒΧΑΒΒΧ 等者。然而，本發明

之實施例並不限於這些沉積週期，仍然可以使用其他A、β、及X 的組^。使用不同的沉積週期，在最後的混合稀土紹酸鹽膜中， ^可能可以沉積包含不同量及不同深度的第一、第二稀土金屬元 素及鋁的稀土鋁酸鹽膜。 根據本發明之另一實_，可以加人包含具有不同稀土金屬 兀素的額^卜稀土前驅物的額外脈衝序列到圖6A中的製程流程，以 Φ ，成，含三巧或更多個不同稀土金屬元素的混合稀土鋁酸鹽膜。 ，而s之，藉由加入各個即將被此膜吸收之額外稀土金屬元素的 ^衝序列’包含稀土金屬前驅物氣體脈衝、及含氧氣體的氣體脈 :’此2可以吸收額外的稀土元素。在—射，可以加入包含第 :稀土前驅物的氣舰衝、及含氧氣體的氣舰衝的脈衝序列c。 此，一個沉積週期能夠，例如，包括ABCX、MBCX、 者。然而，本發明之實施例並不限於這些沉積週期，可以 其他A、B、C、及X的組合。 根據本發明之另-實施例，製程流程6〇〇可以更包括在每氣 體脈衝之後的清洗或是排空處理室的步驟。清洗或是排空步驟有 32 ^^9875 3於土前驅物、含氧氣體、及含銘氣體脈衝之 含^ 未反應的稀土前驅物、副產品、叙前驅物、 程流===暴=驟6(Τ _ _目_，如製 定數目的次數，_ 4^可以依序地重複暴露步驟606及608預 ㈣-人數’如製程流程箭頭61〇所示 ： 步魏、606 '及-預定數目的次數，如W箭：4 -A杯，如二Π所製私開始於在步驟622中配置 US 6241 /於則献PEALD系_處理室中。 物都且有不鬥絲序地暴露基板於包含每一複數個稀土前驅 2的i體脈衝、及具有含氧氣體的氣體 混合稀土峨鹽膜之組成。在步驟626中對^ =物的氣體脈衝、及含氧氣體的氣體脈射。根 =例，可以重複接續的暴露步驟624及626預定數目的 及示。更進一步，可以各自重複暴露步驟伽 及^前移除任何未反應的稀土則驅物、副產品、含氧氣體、 混合稀土氮化紹膜 ^據本發明之實關，圖7八卵％為形纽合稀土氮化铭 膜的製程流程圖。圖7A到圖7B的製程流程可以藉由圖i和圖2 ，ALD/PEALD _ l/m、献其触何絲實施 ALD/pEALD 製程的合適ALD/PEALD系統來實施。 33 5 1359875 在圖7A中，製程700開始於在步驟702中配置一基板，例如 f導體基板，於ALD或是PEALD系統的處理室中。在步驟7〇4 广，依序地暴露基板於包含第一稀土前驅物的氣體脈衝、及含氮 f體的氣體脈衝中。在步驟7〇6中，依序地暴露基板於第二稀土 别驅物的氣體脈衝、及含氮氣體的氣體脈衝中。在步驟708中， =序地，路基板於鋁前驅物的氣體脈衝、及含氮氣體的氣體脈衝 中。含氮氣體可以包括_、邮4、或是電漿激發氮氣、或是盆 組合，及選用的惰性氣體，例如Ar。 ’、 根據本發明之實施例，第一稀土（RE1)前驅物及第二稀土 前驅物包含不同的稀土金屬元素，以形成具有一般化學式 響為赃湖¥1凡的混合稀土氮化銘臈，其中χ、y、a及η為非 零數字。接續的暴露步驟704及7〇6可以重複預定數目的次數’ =製程流程制712所示，直到具有·厚度的混合稀土氮化紹 膜形成為止。膜的期望厚度可以取決於半導體裝置的類型或是形 - 成裝置的區域。例如，膜的厚度可以介於大約5埃及大約200埃 之間，或是介於大約5埃及大約40埃之間。 、 +根據圖7Α所述之實施例，製造流程包括包含接續地及交替地 ^露於第7稀土前驅物雜、錢氣舰衝、第二稀土前驅物脈 衝、含氮氣體脈衝、鋁前驅物脈衝及含氮氣體脈衝的沉積週期。 •根據本發明之另一實施例，可以變換沉積週期的連續及交替地施 =暴露步驟7〇4、7〇6及的順序’以影響膜的成長以及膜的 組成。 根據本發明之實施例’可以分別重複接續的暴露步驟704、706 及7〇8預定數目的次數。在一例中，若以脈衝序列八代表步驟 704、以脈衝序列Β代表步驟7〇6、且以脈衝序列χ代表步驟7〇8， •貝^個沉積週期可以包括ΑΒΧ ’其中ΑΒχ可以重複預定數目的 之J，ΑΒΧΑΒχΑΒΧ等者）’直到期望的膜形成為止。熟知 本技藝者當可輕易了解，仍然有多種可能的沉積週期，包括例如 ΑΑΒΧΑΑΒΧ、ΑΒΒΧΑΒΒΧ、ΑΒΧΧΑΒχχ、ΑΑΒχΑΒΒχ 等者。 34 1359875 然而，本發明之實施例並不限於這些沉積週期，仍然可以使用其 他A、B、及X的組合。使用不同的沉積週期，在最後的混合稀 土氮化銘膜中，可以沉積包含不同量及不同深度.的第一、第二稀 土金屬元素及鋁的稀土氮化鋁膜。

根據本發明之另一實施例，可以加入包含具有不同稀土元素 的額外稀土前驅物的額外脈衝序列到圖7A中的製程流程，以形成 ，含複數個不同稀土金屬元素的混合稀土氮化鋁膜。換而言之， ，由加入包含依序地暴露於稀土金屬前驅物的氣體脈衝、及含氮 氣體的氣體脈衝的額外脈衝序列到每一想要的稀土元素的沉積週 期之中，此膜可以吸收額外的稀土元素。在一例中，可以加入包 含接續的第三稀土前驅物脈衝、及含氮氣體脈衝的脈衝序列c。 ，此，一個沉積週期能夠，例如，包括ABCX、^BCX、ΑΒ(χχ 等者。然而，本發明之實施例並不限於這些沉積週期，可以使用 其他A、Β、C、及X的組合。 根據本發明之另—實施例，可以加人包含具有不同稀土金屬 元素的額外稀土前驅物的額外脈衝序列到圖7八中 ϋ成土含三個或更多财同稀土金屬元素的混合稀土氮化銘膜。 ϊίϋΐ由加人額外脈衝序列，包含依序地暴露於稀土金屬 、及含氧氣體的氣體脈衝到每—期望的稀土元 素的"L積週期之中，此膜可以吸收額外的稀土元素。在 續，三稀土前驅物脈衝、及含氧氣體脈衝的脈 妙積週期能夠，例如，包括船、纖X、 / 本發狀實施舰不限於這些沉積週期，可 以使用其他A、Β、C、及X的組合。 根據本發明之另-實施例，製程流 體脈衝之後的清洗或是排空處理室的步 : ί氮氣^、反應的稀场驅物、難品、轉驅物、 35 1359875 程流暴露步驟7G4及，預定數目的次數，如製 定數目# 且可以依序地重複暴露步驟706及708預 所示。 及708預疋數目的次數，如製程流程箭頭714 的製明二T所 稀土氮化賴 ⑽ίϋί4 ^暴露基板於包含複數個稀土前枢物各具有不

脈衝、及具有含氮氣體的氣體脈衝。可 前驅物的相對濃度，以修改最後的混合稀土 ίί驟726中，依序地暴露基板於1呂前驅物的 亂體脈衝、及各氮氣體的氣體脈衝中。根據本發明之 根據本發明之另一實施例，製程流程720可以更包括 體脈衝之後的清洗錢齡纽室的麵。清洗錢排空步驟有 助於從處理室移除任何未反應的稀土前驅物、副產品 、 及鋁前驅物。 机股 混合稀土氮氧化鋁膜 根據本發明之實施例，圖8A到圖8B為形成混合稀土氮氧化 鋁膜的製程流程圖。圖8A到圖8B的製程流程可以藉由圖丨和 2的ALD/PEALD系統1/101、或是其他任何用來實施ald/peald 製程的合適ALD/PEALD系統來實施。 在圖8A中，製程800開始於在步驟802中配置一基板，例如 半導體基板，於ALD或是PEALD系統的處理室中。在步驟8〇4 中，依序地暴露基板於包含第一稀土前驅物的氣體脈衝及由含 氣體、含氮氣體、或疋含氧及氮氣體所組成的氣體脈衝中。在步 < S ) 36 1359875 驟中，依，地暴露基板於第二稀土前驅物的氣體脈衝、及由 含氧氣體、含氮氣體、或是含氧及氮氣體所組成的氣體脈衝中。 ，，驟808中，依序地暴露基板於鋁前驅物的氣體脈衝、及由含 ，氣體、含氮氣體、或是含氧及氮氣體所組成的氣體脈衝中。含 氧氣體可以包括〇2、h2o、h2o2、no、no2、N20、臭氧、或是 電漿激發氧氣、或其組合，及選用的惰性氣體，例如含氮氣 ，可以包括、邮4、NO、NO:、叫0或是電漿激發氮氣、或 疋其組合，及選用的惰性氣體，例如Af。為了使此膜吸收氧氣及 ’氮氣，步驟804及806的組合應該包括至少一個含氧的氣體脈衝， 及至少一個含氮氣體脈衝。當然，包括]^〇、：^〇2、或是n 鲁體同時具有氧氣及氮氣。 ' 根據本發明之實施例，第一稀土（反^)前驅物及第二稀土 (RE2)前驅物包含不同的稀土金屬元素，以形成具有一般化學式 為RElxRE2yAla〇mNn的混合稀土氮氧化鋁膜，其中χ、y、a、爪 . 及11為非零數字。可以重複接續的暴露步驟804、806、及808預 疋數目的-人數，如製程流程箭頭814所示，直到具有期望厚度的 /tc*合稀土氮氧化紹膜形成為止。膜的期望厚度可以取決於半導體 裝置的類型或是形成裝置的區域。例如，膜的厚度可以介於大約5 埃及大約200埃之間，或是介於大約5埃及大約4〇埃之間。、’ φ #根據圖8A所述之實施例，製程流程包括包含接續地及交替地 暴露於第一稀土前驅物脈衝、由含氧、含氮、或是含氧及氮氣體 所，成的脈衝、第二稀土前驅物脈衝、由含氧、含氮、或是含氧 ，氮，體所組成的脈衝、鋁前驅物脈衝及由含氧、含氮、或是含 氧及氮氣體所組成的脈衝的沉積週期。根據本發明之另一實施 例，可以變換沉積週期的連續及交替地施行的暴露步驟8〇4、 及808的順序，以影響膜的成長以及膜的組成。 根據本發明之實施例，接續的暴露步驟8〇4、8〇6及8〇8都可 以各自分別重複預定數目的次數。在一例中，若以脈衝序列A代 表步驟804、以脈衝序列B代表步驟806、且以脈衝序列X代表 37 1359875 sm沉積週期可以包括皿，其中趣可以重複預 也孰f 例如仙篇罵乂等者），直到期望的膜形成為 勺iLH藝者當可輕易了解，憾有多種可能的沉積週期， aabxaabx，abbxabbx>abxxabxx，aabxabbx ，本發明之實施例並不限於這些沉積週期，仍然可以 、、字人^ 4· $二B、及X的組合。使用不同的沉積週期，在最後的 稀土氮乳化鋁臈中，可以沉積包含不同量及不同深度的第 一、第二稀土金屬元素、鋁、氮及氧的氮氧化鋁膜。 的明之另—實關，可以加人包含具有不_ 土元素 =外稀土則驅物的額外脈衝序列到圖8Α中的製程流程以形成 =二個，更多個土金屬元钱混合稀土氮氧德膜。換 I° t ^由加入包含依序地暴露於稀土金屬前驅物的氣體脈 、含氮氣體、或是含氧及氮氣體喊舰衝的額外 =卜的:土元素。在一例中，可以加入包含第三稀二ΐ 含氧氣體的脈衝序列C。因此，一個沉積週期能夠，例如，包括 、趣CX、ABCCX等者。然而，本發明之實施例並不限 於延些沉積週期，可以使用其他八、8、(：、及\的組合。 了ίί依序地重複暴露步驟8〇4及806預定數目的次數，如製 =程箭頭812所示，且可以依序地重複暴露步驟_及_ ^ 疋數目的次數，如製程流程箭頭810所示。更進一步，可以重複 ^露步驟804、806、及808預定數目的次數，如製程流程箭頭814 所不0 f本發明之又另-實施例’圖8Β為形成混合稀土氮氧化紹 膜的製程流程圖。如圖8Β所示，製程820開始於在步驟822中配 ，一基板，例如半導體基板，於ALD或是PEALD系統的處理室 中。 在步驟824中’同時暴露基板於包含每一複數個稀土前驅物 都具有不同的稀土金屬元素的氣體脈衝、及具有含氧、含氮、或 38 1359875 是含氧及氮的氣體脈衝。可以分別控制每一稀土前驅物的相對濃 度，以修改最後的混合稀土氮氧化膜之組成。在步驟826中，依 序地暴露基板於铭前驅物的氣體脈衝、及含氧、含氮、或是含氧 及氮氣體的氣體脈衝中。根據本發明之一實施例，可以重複^續 的暴露步驟824及826預定數目的次數，如製程流程箭頭828所 示。 根據本發明之另一實施例，製程流程820可以更包括在每氣 體脈衝之後的清洗或疋排空處理室的步驟。清洗或是排空步驟^ 助於從處理室移除任何未反應的稀土前驅物、副產品、含氧氣體、 含氮氣體、及鋁前驅物。 根據本發明之實施例，圖9A及圖9B概略地顯示包含混合稀 土基底材料的半導體裝置橫剖面圖。在這些概略的橫剖面圖中， 並未顯示出場效電晶體（ΡΈΤ) 90及91的源極與汲極β圖9A中 的FET90包含半導體基板92、作為閘極介電質的混合稀土基底膜 96、及在膜％之上的導通閘電極膜98。混合稀土基底膜96可以 包含複數個，也就是至少兩個，選自Υ、Lu、La、Ce、Pr、Nd、 Sm、Eu、Gd、Th、Dy、Ho、Er、Tm、及 Yb 的不同稀土金屬元 素。混合稀土基底膜96可以是混合稀土氧化膜、混合稀土氮化膜、 混合稀土氮氧化膜、混合稀土鋁酸鹽膜、混合稀土氮化鋁膜、或 是混合稀土氮氧化鋁膜。混合稀土基底膜96的厚度可以介於大約 5埃及大約200埃之間，或是介於大約5埃及大約40埃之間。 FET90更包含閘電極膜98，能夠是，舉例而言，介於大約5nm 及大約10nm之間的厚度，且包含聚合Si、金屬、或是包含、w、 WN、WSix、A卜 Mo、Ta、TaN、TaSiN、HfN、HfSiN、Ti、TiN、 TiSiN、Mo、MoN、Re、Pt、或是Ru的含金屬材料。 圖9B中的FET91類似於圖9A中的FET90，但更包含介於混 合稀土基底膜96及基板92之間的介面層94。介面層94能夠，舉 例而言，是氧化層、氮化層、或是氮氧化層。 根據本發明之其他實施例，半導體裝置可以包含含有混合稀 39 土基底材料的電容器。 儘ΐ以上只有描述—些例示性的本發明實施例，熟知本技藝 =可輕m在實際上錢縣發明之新練示以及優點的 ，圍内’實施例具有許多種可能的變型。因此，所有的變異型皆 包含在本發明之範圍内。 【圖式簡單說明】 在附圖中： 圖1A描述與本發明實施例一致之ALD系統的概略圖； 圖1B描述與本發明實施例一致之PEALD系統的概略圖； 根據本發明之實施例，圖2A到圖2F概略地顯示用來形成稀 土基底膜的脈衝序列； 根據本發明之實施例，圖3A到圖3D為形成混合稀土氧化膜 的製程流程圖； 根據本發明之實施例，圖4A到圖4B為形成混合稀土氮化膜 的製程流程圖； 根據本發明之實施例，圖5A到圖5B為形成混合稀土氮氧化 膜的製程流程圖； 根據本發明之實施例，圖6A到圖6B為形成混合稀土鋁酸鹽 膜的製程流程圖； 根據本發明之實施例，圖7A到圖7B為形成混合稀土氮化鋁 膜的製程流程圖； 根據本發明之實施例，圖8A到圖8B為形成混合稀土氮氧化 紹膜的製程流程圖；及 根據本發明之實施例，圖9A到圖9B概略地顯示含混合稀土 基底材料的半導體裝置橫剖面圖。 立件符號說明^ 1 : ALD系統 1359875 10 :處理室 20 :基板固持器 25 :基板 Μ:上部組件 32 :壓力控制系統 Μ:真空幫浦系統 36 :閥 38 :導管

並：第一處理材料供應系統 42 .第二處理材料供應糸統 Μ:清洗氣體供應系統 Μ:含氧氣體供應系統 Μ:含氮氣體供應系統 迎：含鋁氣體供應系統 公：第一電源 54 .基板電源 处：遠端電漿系統 迎：基板溫度控制系統 IS :控制器

90 : FET

91 ： FET 92 :半導體基板 94 :介面層 96 :混合稀土基底膜 98:閘電極膜 100 : PEALD 系統 200、210、220、230、240、250 :脈衝序列 300、320、350、360、400、410、500、510、600、620、700、720、 800、820 :製程流程 41

Claims (1)

100年9月19曰修正替換頁 96110744 (無劃線） 1359875 、申請專利範圍： 一種混合稀土氬化物或是混合稀土氮化鋁膜的形成方法，包 含： 在一處理室中，配置一基板；及 暴露該基板於氣體脈衝序列之中，以沉積具有期望 之 化物膜或是一混合稀土氮化蝴，其中，該ί體 脈衝序列包括以任何順序施行的下列步驟： 的二:第…暴露絲板於包含第—稀土前驅物 == 第二，暴露該基板於包含-含氣氣體的氣 b)依序施行：第一，暴露該基板於包含一 ，的氣體脈衝之中’及第二，暴露該基板於包含—含氮气^的 土金屬元素.及八中以第及弟一稀土刖驅物包含不同的稀 ΙΕ^1)ϋ用的，依序施行：第一，暴露該基板於包含一鋁前 氣體脈^之ί衝之中’及第二’暴露該基板於包含含氮氣體的 舌器f ^ ’係將〇、b)及選用的e)步驟中的每-者任音地 b)及H所期望的次數’以達到該期望厚度，且其中，包含^)、 2. 地重複任H步氣舰解列，係以购次序加以任意 如申望的次數’以達到該期望厚度。 膜的“項土氮化物或是混合稀土氮化紹 金屬元素，係選自、;^在一及第二稀土前驅物中的該稀土 Th、Dy、H〇、^^Y、LU、La、Ce、Pr、Nd、LGd、 3 y Wo、Er、Tm、及 Yb。 ’二圍之混合稀土氮化物或是混合稀土氮化銘 激發氮氣、或是含氮氣體包含_、、或是電裝 I如申4觸_1項之混合稀土氮化物或是混合稀土氮化銘 42 1359875 __ 100年9月19日修正替換頁 96110744 (無劃線） 膜的形成方法，其中，a)步驟包含： ^ 交替地施行該第一及第二暴露步驟複數次。 5·如申睛專利範圍第1項之混合稀土氮化物或是混合稀土氮化鋁 膜的形成方法，其中，b)步驟包含： 父替地施行該第·一及第二暴露步驟複數次。 6.如申凊專利範圍第1項之混合稀土氮化物或是混合稀土氮化鋁 • 膜的形成方法，其中，C)步驟包含·· 交替地施行該第一及第二暴露步驟複數次。 • 7·如申，專利範圍第1項之混合稀土氮化物或是混合稀土氮化鋁 鲁，的形成方法，更包含在a)、b)或C)步驟的至少其中之一 後’清洗或是排空該處理室。 8.如申請專利範圍第1項之混合稀土氮化物或是混合稀土氮化鋁 膜的开f成方法，更包含在a)、b)或c)步驟的至少其中之一 的該f—及第二暴露步驟之間，清洗或是排空該處理室。 •.如申請專利範圍第1項之混合稀土氮化物或是混合稀土氮化鋁 膜的形成方法，更包含： 實施一或多個額外的暴露步驟，其中，每一額外的暴露步 at二依序施行：第一，暴露該基板於包含一額外稀土前驅物 I if脈ΐ之中，及第二，暴露該絲於⑦含該含氮氣體的氣 p f脈衝之中；其中，每一額外的稀土前驅物包含與在該第-及 f二稀土前驅物中之稀土金屬元素不同的稀土金屬元素。 範圍第1項之混合稀土氮化物或是混合稀土氮化銘 “盾=人方法，其中，該混合稀土氮化物或是氮化鋁膜所具有 的厚，介於大約5埃及大約200埃之間。 1 ϋ:Ϊ乾圍第1項之混合稀土氮化物或是混合稀土氮化銘 旆，^、方法其中，&b)中的該第一暴露步驟係同時實 始―及b) _的該第二暴露步驟係同時實施，藉以依序 的’ ί露該f板於同時含有該第一及第二稀土前驅物 、二-1衝之中，及第二，暴露該基板於包含該含氮氣體的氣 43 1359875 — 100年9月19曰修正替換頁 96110744 (^1^) 體脈衝之中。 ' 12. —種混合稀土氮化膜的形成方法，包含： " a)在一處理室中，配置一基板； : b)暴露該基板於含有複數個稀土前驅物的氣體脈衝之 , 中，該稀土前驅物包含至少兩個不同稀土金屬元素； ' c)暴露該基板於含氮氣體的氣體脈衝之中；及 • d)重複步驟b)及c)期望的次數，以沉積具有期望晟 的混合稀土氮化膜。 又 _ I3.如申請專利範圍第12項之混合稀土氮化膜的形成方法，i中， 籲該至少兩個稀土金屬元素係選自於Y、Lu、La、Ce、Pr〔Nd、 Sm、Eu、Gd、Th、Dy、Ho、Er、Tm、及 Yb。 14.如申請專利範圍第12項之混合稀土氮化膜的形成方法，豆中， 該含氮氣體包含nh3、n2h4、或是電錄發氮氣、或是其；^合。 申請專利範圍第12項之混合稀土氮化膜的形成方法，更°包 暴露步驟至少其中一者之後，清洗或是排空該處理室。 - 請專利範圍第12項之混合稀土氮化膜的形成方法，其中， ^混合稀土氮化膜所具有之厚度介於大約5埃到大約200埃之 *1 « •—種混合稀土氮化鋁膜的形成方法，包含： a)在一處理室中，配置一基板； 依序施行：第一，暴露該基板於包含複數個稀土前驅 ^之氣體脈衝中，該稀土前驅物包含至少兩個不同稀土金屬元 '、’及第二’暴露該基板於含氮氣體的氣體脈衝中； ，.脱依序*施行：第一，暴露該基板於包含鋁前驅物的氣體 ^ ’及第二’暴露該基板於包含含氮氣體的氣體脈衝中； 夕、、31\重複步驟b)至〇期望的次數，以沉積具有期望厚度 之此合稀土氮化鋁膜。 18’如申請專利範圍第π項之混合稀土氮化紹膜的形成方法，其 44 96‘月S替換頁 =，該至少兩個稀土金屬元素係選自於Y、Lu ， 19 /、EU、Gd、Th、Dy、Ήο、Er、Tm、及 Yb β •^申請專利範圍第17項之混合稀土氮化銘膜的形成方法，立 麵丄該含氮氣體包含卿、賊4、或是電漿激發氮氣、或是其 之0 請專利翻第17項之混合稀土氮化賴的形成方法 g在步驟b)或e)的至少其中之—後，清洗或是排空該處 21.=請專利綱第17項之混合稀土氮德膜的形成方法 1 步驟b)*c)的至少其中之一的該第一及第二暴露步 ^领之間，清洗或是排空該處理室。 -、 種混合稀土氮化紹膜的形成方法，包含： a)在一處理室中，配置一基板； 體暴露該基板於包含複數個稀土前驅物及銘前驅物的氣 ^脈衝中’該複數個稀土前驅物具有至少兩個不同稀土金屬元 c)暴露該基板於具有含氮氣體的氣體脈衝中； 重複步驟b)到c)期望的次數，以沉積具有期望厚度 /tb合稀土氮化銘膜。 $申二專利範圍第22項之混合稀土氮化賴的形成方法其 宁’該稀土金屬元素係選自於Y、Lu、La、Ce、Pr、Nd、Sm、 u、Gd、Th、Dy、Ho、Er、Tm、及 Yb。 ί申二範圍第22項之混合稀土氮化_的形成方法，其 組合二S氮乳體包含、ΝΛ、或是電衆激發氡氣、或是其 25 圍第22項之混合稀土氮化1呂膜的形成方法，更 ^在該暴辭少其+_者之後，清洗献排空該處理 Η * 一、圖式： 45