(57)【要約】【課題】  基板上にシリコンと窒素を含む層を形成する方法を提供する。【解決手段】  層は、また、酸素を含んでもよく、酸窒化シリコンゲート誘電体層として用いることができる。一態様では、層を形成するステップは、シリコン基板を窒素と希ガスのプラズマに曝して、窒素を基板の上面に混入させる工程を含み、ここで、希ガスは、アルゴン、ネオン、クリプトン、又はキセノンである。層をアニールして、次いで、窒素のプラズマに曝して、より多くの窒素を層中に混入させる。次いで、層を更にアニールする。【選択図】  図１
2009545895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にシリコンと窒素を含む層を形成する方法であって、
シリコンを含む基板をチャンバ内に導入するステップと、
該チャンバ内の該基板を窒素と希ガスのプラズマに曝して、窒素を該基板の上面に混入させ且つ該基板上にシリコンと窒素を含む層を形成するステップであって、該希ガスが、アルゴン、ネオン、クリプトン、及びキセノンからなる群より選ばれる、前記ステップと、
シリコンと窒素を含む該層をアニールするステップと、
シリコンと窒素を含む該層を窒素のプラズマに曝して、より多くの窒素をシリコンと窒素を含む該層に混入させるステップと、
次いで、シリコンと窒素を含む該層を更にアニールするステップと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
シリコンと窒素を含む該層を該アニールするステップが、酸素を該層中に導入する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該窒素が、窒素源として窒素ガス（Ｎ２）によって供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該プラズマが、ＲＦ電力、マイクロ波電力、又はこれらの組み合わせを用いて生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該アニールするステップと更にアニールするステップが、各々、シリコンと窒素を含む該層を、約８００℃〜約１１００℃の温度で、酸素ガス（Ｏ２）を含むガスに曝す工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該アニールするステップと更にアニールするステップの一つ以上が、シリコンと窒素を含む該層を、約８００℃〜約１１００℃の温度で、不活性ガスに曝す工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
基板上にシリコンと窒素を含む層を形成する方法であって、
シリコンを含む基板をチャンバ内に導入するステップであって、該基板が、水素終端した或いはその上に化学酸化物薄層を備える上面を有する、前記ステップと、
該チャンバ内の該基板を窒素と希ガスのプラズマに曝して、窒素を基板の該上面中に混入させ且つ該基板上にシリコンと窒素を含む層を形成するステップであって、該希ガスが、アルゴン、ネオン、クリプトン、及びキセノンからなる群より選ばれる、前記ステップと、
シリコンと窒素を含む該層をアニールするステップであって、該アニール中、酸素が該層中に導入される前記ステップと、
シリコンと窒素を含む該層を窒素のプラズマに曝して、より多くの窒素を、シリコンと窒素を含む該層中に混入させるステップと、
次いで、シリコンと窒素を含む該層を更にアニールするステップと、
を含む、前記方法。
【請求項８】
該窒素が、窒素源として窒素ガス（Ｎ２）によって供給される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該基板を該チャンバ内に導入する前に、該基板を洗浄するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
該基板を洗浄するステップが、ウェット洗浄プロセスを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
該ウェット洗浄プロセスが、該基板をＨ２Ｏと、ＮＨ４ＯＨと、Ｈ２Ｏ２を含む溶液に曝すステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
該基板を洗浄するステップが、該基板をＨＦに曝すステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該基板が、その上に約３オングストローム〜約５オングストロームの厚さを有する化学酸化物薄層を備える上面を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
基板上にシリコンと窒素を含む層を形成する方法であって、
シリコンを含む基板をチャンバ内に導入するステップと、
該チャンバ内の該基板を窒素とアルゴンのプラズマに曝して、窒素を該基板の上面中に混入させ且つ該基板上にシリコンと窒素を含む層を形成するステップと、
シリコンと窒素を含む該層をアニールするステップであって、該アニール中、酸素が該層中に導入される、前記ステップと、
シリコンと窒素を含む該層を窒素のプラズマに曝して、より多くの窒素を、シリコンと窒素を含む該層中に混入させるステップと、
次いで、シリコンと窒素を含む該層を更にアニールするステップと、
を含む、前記方法。
【請求項１５】
該基板を該チャンバ内に導入する前に、該基板を洗浄するステップを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
該洗浄するステップが、水素終端した或いはその上に化学酸化物薄層を備える該基板の上面を形成する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
該基板が、その上に約３オングストローム〜約５オングストロームの厚さを有する化学酸化物薄層を備える上面を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
該窒素が、窒素源として窒素ガス（Ｎ２）によって供給される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
該アニールするステップと更にアニールするステップが、各々、該層を、約８００℃〜約１１００℃の温度で、酸素ガス（Ｏ２）を含むガスに曝す工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
該更にアニールするステップが、該層を、約８００℃〜約１１００℃の温度で、不活性ガスに曝す工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的に、ゲート誘電体層を形成する方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）ゲート誘電体層の形成方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]集積回路は、多数の、例えば、何百万ものデバイス、例えば、トランジスタ、キャパシタ、レジスタから構成される。電界効果トランジスタのようなトランジスタは、典型的には、ソースと、ドレインと、ゲートスタックとを含む。ゲートスタックは、典型的には、シリコン基板のような基板と、基板上の二酸化ケイ素、ＳｉＯ２のようなゲート誘電体と、ゲート誘電体上の多結晶シリコンのようなゲート電極とを含む。
【０００３】
[0003]集積回路のサイズ及びその上のトランジスタのサイズが小さくなるのにつれて、トランジスタの速度を増大するために必要なゲート駆動電流が増大してきている。ゲート静電容量が増大すると駆動電流が増大し、静電容量はゲート誘電体厚さに反比例するので、誘電体厚さを減じることは、駆動電流を増大する一つの方法である。
【０００４】
[0004]ＳｉＯ２ゲート誘電体の厚さを２０オングストローム未満に減じる試みがなされてきている。しかしながら、２０オングストローム未満の薄いＳｉＯ２ゲート誘電体の使用により、ゲート性能と耐久性に望ましくない影響をしばしば生じることが分かってきた。例えば、ホウ素がドープされたゲート電極からのホウ素が、薄いＳｉＯ２ゲート誘電体を通って下に横たわるシリコン基板中に浸透する。また、薄い誘電体では、ゲート漏れ、即ち、トンネル現象、が典型的に増大し、ゲートによって消費される電力量を増大する。
【０００５】
[0005]薄いＳｉＯ２ゲート誘電体での問題を解決するために用いられてきている一つの方法は、窒素をＳｉＯ２層に混入させて、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ又はＳｉＯｘＮｙ）ゲート誘電体を形成することである。窒素をＳｉＯ２層の中に混入させることによって、ホウ素が下に横たわるシリコン基板中に浸透することを阻止し、ゲート誘電体の誘電率を上げ、より厚い誘電体層の使用が可能になる。
【０００６】
[0006]窒素をＳｉＯ２層中に混入させて、選択的なその後のアニールとともに、本質的に一つのステッププロセスで酸窒化シリコン層を形成するのに、プラズマ窒化物形成が用いられてきている。しかしながら、このような単一ステップの窒化プロセスでは、層の厚さによって、窒素原子パーセントのような、酸窒化シリコン層の濃度プロファイルを制御することが難しい。これにより、酸窒化シリコン層を堆積させる方法の要求がある。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]本発明は、一般的に、基板上にシリコンと窒素を含む層を形成する方法を提供する。シリコンと窒素を含む層は、また、酸素も含むので、ゲート誘電体層として用いることができる酸窒化シリコン層を得る。
【０００８】
[0008]一実施形態では、基板上にシリコンと窒素を含む層を形成する方法は、シリコンを含む基板をチャンバ内に導入するステップと、次いで、チャンバ内の基板を窒素と希ガスのプラズマに曝して、窒素を基板の上面中に混入させ且つ基板上にシリコンと窒素を含む層を形成するステップであって、希ガスが、アルゴン、ネオン、クリプトン、及びキセノンからなる群より選ばれる、前記ステップとを含む。シリコンと窒素を含む層は、アニールされる。層のアニールは、層を、約８００℃〜約１１００℃の温度で酸素ガスを含むガスに曝すステップ或いは層を約８００℃〜約１１００℃の温度で不活性ガスに曝すステップを含む場合がある。次いで、層を、窒素のプラズマに曝して、より多くの窒素を、シリコンと窒素を含む層中に混入させる。次いで、層を更にアニールする。
【０００９】
[0009]他の実施形態では、シリコンと窒素を含む層を基板上に形成する方法は、シリコンを含む基板をチャンバ内に導入するステップと、次いで、チャンバ内の基板を窒素とアルゴンのプラズマに曝して窒素を基板の上面中に混入させ且つシリコンと窒素を含む層を基板上に形成するステップとを含む。シリコンと窒素を含む層をアニールし、アニール中、酸素を層中に導入する。次いで、層を、窒素のプラズマに曝して、より多くの窒素を、シリコンと窒素を含む層中に混入させる。次いで、層を更にアニールする。
【００１０】
[0010]本発明の上述した特徴を詳細に理解できるように、上で簡単にまとめた本発明のより具体的な記載が、実施形態を参照してなされ、実施形態のいくつかは、添付図面に示される。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示し、従って、その範囲を限定するものと考えられるものではなく、本発明は、他の等しい効果的な実施形態も含むことが留意されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態を示すフローチャートである。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態によるプロセス順序の異なる段階での基板構造を示す図式的な断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態によるプロセス順序の異なる段階での基板構造を示す図式的な断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施形態によるプロセス順序の異なる段階での基板構造を示す図式的な断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の実施形態によるプロセス順序の異なる段階での基板構造を示す図式的な断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明の実施形態によるプロセス順序の異なる段階での基板構造を示す図式的な断面図である。
【図３】図３は、層の等価酸化膜厚(ＥＯＴ)に対する本発明の実施形態による誘電体層のＮＭＯＳ駆動電流を示すグラフである。
【図４】図４は、層の等価酸化膜厚(ＥＯＴ)に対する本発明の実施形態による誘電体層のＰＭＯＳ駆動電流を示すグラフである。
【詳細な説明】
【００１２】
[0015]本発明の実施形態は、シリコンと窒素を含む層を形成する方法を提供する。シリコンと窒素を含む層は、ゲート誘電体層として用いることができる酸窒化シリコン(ＳｉＯＮ)層である場合がある。本発明の実施形態による酸窒化シリコンを含むゲートスタックは、ＮＭＯＳとＰＭＯＳのデバイスの両方で望ましい駆動電流を有する。
【００１３】
[0016]本発明の実施形態を、図１のフローチャートに関して簡単に記載し、図２Ａ-図２Eに関して以下に更に記載する。
【００１４】
[0017]図１に示すように、ステップ１０２でシリコンを含む基板をチャンバ内に導入する。ステップ１０４に示すように、基板を窒素と希ガスのプラズマ、即ち、窒素と希ガス含有プラズマに曝して、シリコンと窒素を含む層を基板上に形成する。ステップ１０６で、次いで、シリコンと窒素を含む層を、アニールする。ステップ１０８で、次いで、シリコンと窒素を含む層を窒素のプラズマに曝す。ステップ１１０で、シリコンと窒素を含む層を更にアニールする。ステップ１０４とステップ１０８は、プラズマの存在下で窒素を層中に混入させるので、プラズマ窒化ステップとして記載してもよい。多数のプラズマ窒化ステップとアニールステップの連続を用いることによって、望ましい濃度プロファイルを有する酸窒化シリコンのようなシリコンと窒化を含む層を得ることができる。
【００１５】
[0018]図２Ａは、図１のステップ１０２で上述したような、シリコンを含む基板２００の例を示す図である。基板２００は、２００ｍｍ或いは３００ｍｍの基板、或いは他の半導体或いはフラットパネルディスプレイ処理に適した基板であるのがよい。基板は、ベアシリコンウエハ或いは基板のようなシリコン基板であるのがよい。代わりに、基板は、水素終端した或いはその上に化学酸化物薄層を備える上面を有するシリコン基板であってもよい。水素で終端した上面或いは基板上面上の化学酸化物薄層は、ステップ１０２で基板をチャンバに導入する前に、シリコン基板上で行う洗浄プロセスによって作ることができる。洗浄プロセスを行って、更に処理の前に、自然酸化物層或いは他の混入物質を基板から取り除くのがよい。洗浄プロセスは、単一基板或いはバッチシステムのどちらで行ってもよい。洗浄プロセスは、超音波槽で行うのがよい。
【００１６】
[0019]一実施形態では、洗浄プロセスは、基板をウェット洗浄プロセスに曝すステップを含む。ウェット洗浄プロセスは、基板を、基板の上面上に化学酸化物薄層を形成するＨ２ＯとＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２を含む溶液、例えば、ＳＣ-１溶液に曝すステップを含むのがよい。代わりに、ウェット洗浄プロセスは、洗浄プロセスの最後ステップで、基板をフッ酸(ＨＦ)の希釈溶液に曝すステップを含み、基板上に水素終端した上面を残す、ＨＦ最終洗浄を含むのがよい。溶液は、約０.１〜１０.０質量％のＨＦ濃度を有するのがよく、約２０℃〜３０℃の温度で用いるのがよい。例示的実施形態では、溶液は約０.５質量％のＨＦを有し、温度が約２５℃である。基板を溶液に短時間曝した後、純水でのすすぎステップを続けるのがよい。
【００１７】
[0020]ステップ１０２に戻り、基板を導入したチャンバは、基板をプラズマに曝すことのできるチャンバである。プラズマは、ＲＦ電力、マイクロ波電力、又はこれらの組み合わせを用いて生成させるのがよい。プラズマは、準リモートプラズマ源、誘導プラズマ源、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ)源、又は他のプラズマ源を用いて生成させるのがよい。プラズマは、連続的或いはパルスであってもよい。
【００１８】
[0021]用いることができるチャンバの例は、減結合プラズマ窒化（ＤＰＮ)チャンバである。ＤＰＮチャンバは、発明の名称が“Ｍｅｔｈｏｄａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒ ＰｌａｓｍａＮｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇａｔｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ＵｓｉｎｇＡｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｅｎｅｒｇｙ”とされた、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社に譲渡され、２００４年１２月２日に公開された米国特許出願公開第２００４/０２４２０２１号に更に記載され、この開示内容を本明細書に参照として援用する。一つの適した減結合プラズマ窒化（ＤＰＮ）チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から市販されているＤＰＮ ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）チャンバである。ＤＰＮ ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）チャンバを含むことができ、本発明の実施形態を行うのに用いることができる総合処理システムの例は、ＧＡＴＥＳＴＡＣＫ ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システムであり、これもまた、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能である。
【００１９】
[0022]一旦チャンバ内に入ると、図２Ｂに示すように、基板２００が窒素と希ガスのプラズマに曝されて窒素が基板の上面に混入し、基板上にシリコンと窒素を含む層２０２が形成される。一態様において、基板を窒素と希ガスのプラズマに曝すステップは、プラズマ窒化プロセスである。プラズマ中の窒素は、窒素ガス（Ｎ２)のような窒素源によって供給される。希ガスは、アルゴン（Ａｒ)、ネオン（Ｎｅ)、クリプトン（Ｋｒ)、又はキセノン（Ｘｅ)であるのがよい。一実施形態において、窒素源は、窒素ガスであり、希ガスはアルゴンである。プラズマは、約１％〜約８０％の希ガスを含み、残りは窒素によって供給されるのがよい。用いることができるプラズマ処理条件の例は、チャンバ内への約１０ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍの窒素源、例えば、Ｎ２、の流れと、チャンバ内への約１０ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍの希ガス、例えば、Ａｒの流れと、約５ミリトール〜約１０００ミリトールのチャンバ圧力とを含む。ＲＦ電力は、連続波（ＣＷ）或いは約３ｋＷ〜５ｋＷのパルスプラズマ電力で１３.５６ＭＨｚで供給するのがよい。パルス中、ピークＲＦ電力、周波数、デューティサイクルは、典型的には、それぞれ、約１０Ｗ〜約３０００Ｗ、約２ｋＨｚ〜約１００ｋＨｚ、約２〜約５０％である。プラズマ窒化物形成は、約１〜約１８０秒間行うのがよい。一実施形態では、Ｎ２を約２００ｓｃｃｍで供給し、約５％のデューティサイクルを誘電プラズマ源に適用して、約２５℃、約２０ミリトールで、約１５〜約１８０秒間、約１０００ＷのＲＦ電力を約１０ｋＨｚで化学酸化物表面上にパルスさせる。付加的な実施形態では、Ｎ２を約２００ｓｃｃｍで供給し、約５％のデューティサイクルを誘導プラズマ源に適用して、約２５℃、約８０ミリトールで、約１５秒間、約１０００ＷのＲＦ電力を約１０ｋＨｚで水素終端表面上にパルスさせる。
【００２０】
[0023]シリコンと窒素を含む層２０２を形成した後、層をアニールする。層２０２のアニールによって、図２Ｃに示すように、異なる副層（sublayer）を層２０２に形成する。副層２０２ａは、基板２０２に隣接し、副層２０２ｃは、基板２０２から最も離れており、副層２０２ｂは、副層２０２ａと２０２ｃとの間にある。副層２０２ｂは、副層２０２ａと２０２ｃよりも高い窒素濃度を有し、副層２０２ａと２０２ｃは、層２０２がアニールの前に有するよりも低い窒素濃度を有する。層２０２をアニールすることによって、また、層２０２を窒素含有プラズマに続いて曝すステップ（ステップ１０８）で、窒素が層２０２にあまりに深く浸透せず、下に横たわる基板２０２を汚染せず、層２０２と２００をゲート誘電体層と下に横たわるシリコンチャネルとしてそれぞれ含むゲートデバイスを害することのないように、層の密度を上げる。アニールは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能である、ＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）チャンバ或いはＲａｄｉａｎｃｅＰｌｕｓＲＴＰチャンバのようなチャンバで行うことができる。
【００２１】
[0024]一実施形態では、シリコンと窒素を含む層のアニールは、層を、低圧Ｏ２或いは、Ｏ２分圧が約１ミリトール〜約１００トールである、Ｎ２雰囲気中に希釈されたＯ２のような低圧酸化雰囲気のような、軽い酸化雰囲気に曝すステップを含む。層は、約８００℃〜約１００℃の基板温度で、約５秒〜約１８０秒間、アニールするのがよい。Ｏ２は、約２ｓｃｃｍ〜約５０００ｓｃｃｍ、例えば、約５００ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に導入するのがよい。一実施形態では、温度を約１０００℃に維持し、約０.１トールの圧力で、約１５秒間、Ｏ２を５００ｓｃｃｍで供給する。
【００２２】
[0025]他の実施形態では、シリコンと窒素を含む層のアニールは、層を、窒素、アルゴン、又はこれらの組み合わせのような不活性ガスに、約８００℃〜約１１００℃の温度で曝すステップを含む。
【００２３】
[0026]他の実施形態では、ウェット酸化環境を与えることによって、アニールを行うのがよい。このプロセスは、インサイチュ蒸気生成（ＩＳＳＧ）として知られ、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から市販されている。ＩＳＳＧプロセスは、基板を５００ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍの酸素と１０ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの水素を有し、０.５〜１８.０トールの圧力の環境で、約７００℃〜１０００℃に加熱するステップを含む。好ましくは、水素は、酸素と水素の混合物の全体のガス流の２０％未満である。ガス混合物へ曝す時間は、約５〜約１８０秒である。一実施形態において、酸素は、９８０ｓｃｃｍで供給され、水素は２０ｓｃｃｍで供給され、基板表面温度は、８００℃であり、チャンバ圧力は、７.５トールであり、露出時間は約１５秒である。
【００２４】
[0027]シリコンと窒素を含む層をアニールした後、図１のステップ１０８に示すように、層を窒素のプラズマに曝す。層を窒素のプラズマに曝すことによって、追加量の窒素を層に混入させるので、層中の窒素の原子％が増加する。図２Ｄに示すように、シリコンと窒素含有層２０２の副層２０２ｄが、更にシリコンと窒素含有層２０２の表面に形成され、副層２０２ａ-２０２ｃよりも高い窒素濃度を有する。
【００２５】
[0028]窒素のプラズマは、窒素が（Ｎ２）、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、又は亜酸化窒素（ＮＯ）のような窒素源によって供給することができる。必要により、窒素のプラズマは、また、アルゴン、ネオン、クリプトン、又はキセノンのような希ガスを含んでもよい。プラズマは、ＲＦ電力、マイクロ波電力、又はこれらの組み合わせを用いて生成させるのがよい。プラズマは、準リモートプラズマ源、誘導プラズマ源、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ)源、又は他のプラズマ源を用いて生成させるのがよい。プラズマは、連続的或いはパルスであってもよい。層は、ＤＰＮＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）チャンバのようなＤＰＮチャンバ内のプラズマに曝すのがよい。
【００２６】
[0029]用いることができるプラズマ処理条件の例は、チャンバ内への約１０ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍの窒素源、例えばＮ２、の流れと、約２０℃〜約５００℃のチャンバ基板支持温度と、約５ミリトール〜約１０００ミリトールのチャンバ圧力を含む。ＲＦ電力は、連続波（ＣＷ）或いは約３ｋＷ〜５ｋＷのパルスプラズマ電力により、１３.５６Ｍｈｚで供給するのがよい。パルス中、ピークＲＦ電力、周波数、デューティサイクルは、典型的には、それぞれ、約１０Ｗ〜約３０００Ｗ、約２ｋＨｚ〜約１００ｋＨｚ、約２〜約５０％である。プラズマ窒化物形成は、約１〜約１８０秒間行うのがよい。一実施形態では、Ｎ２を約２００ｓｃｃｍで供給し、約５％のデューティサイクルを誘電プラズマ源に適用して、約２５℃、約２０ミリトールで、約１５〜約１８０秒間、約１０００ＷのＲＦ電力を約１０ｋＨｚで提供する。
【００２７】
[0030]シリコンと窒素を含む層２０２を窒素のプラズマに曝した後、ステップ１１０に示すように更に層をアニールする。図２Ｅに示すように、更なるアニールは、副層２０２ｂと２０２ｃが、副層２０２ａと２０２ｄよりも高い窒素濃度を有するように、層２０２の窒素濃度プロファイルを変える。副層２０２ａの窒素濃度を減少させる一つの利益は、それによって、層２０２とシリコン基板２００との間の接合部の窒素濃度が減少するので、ゲート誘電体-シリコンチャネルの境界での窒素濃度が減少することは、固定電荷と接合部状態の密度を減少させるので、層２０２がゲート誘電体層であり、シリコン基板がゲートトランジスタのチャネルを含むときに望ましい。更なるアニールは、ラディアンス（登録商標）チャンバ或いはＲＡＤＩＡＮＣＥＰｌｕｓＲＴＰチャンバのようなチャンバ内で行うことができ、両方とも、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能である。
【００２８】
[0031]一実施形態では、シリコンと窒素を含む層のアニールは、層を低圧Ｏ２或いは、Ｏ２分圧が約１ミリトール〜約１００トールである、Ｎ２雰囲気中に希釈されたＯ２のような低圧酸化雰囲気のような、軽い酸化雰囲気に曝すステップを含む。層は、約８００℃〜約１００℃の基板温度で、約５秒〜約１８０秒間、アニールするのがよい。Ｏ２は、約２ｓｃｃｍ〜約５０００ｓｃｃｍ、例えば、約５００ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に導入するのがよい。一実施形態では、温度を約１０００℃に、約０.１トールの圧力を約１５秒間維持しながら、Ｏ２を５００ｓｃｃｍで供給する。
【００２９】
[0032]他の実施形態では、シリコンと窒素を含む層のアニールは、層を、約８００℃と約１１００℃の高温で、窒素、アルゴン、又はこれらの組み合わせのような不活性ガスに曝すステップを含む。
【００３０】
[0033]図３及び図４は、それぞれ、本発明の実施形態により形成された酸窒化シリコンゲート誘電体層を含むゲートスタックと、他の方法により形成された酸窒化シリコンゲート誘電体層を含むゲートスタックとの、ＮＭＯＳ駆動電流とゲート誘電体層等価酸化膜厚及びＰＭＯＳ駆動電流とゲート誘電体層等価酸化膜厚を示すグラフである。他の方法により形成されたゲート誘電体層は、シリコン基板の酸化と、シリコン基板のプラズマ窒化物形成（減結合プラズマ窒化物形成、ＤＰＮ）と、基板のアニール（窒化後アニール、ＰＮＡ）を含むプロセスによって形成した。本発明の実施形態により形成したゲート誘電体層は、１６％のアルゴン／窒素プラズマ中でのシリコン基板のプラズマ窒化物形成と、酸素（Ｏ２）の存在下で高温での基板のアニールと、窒素プラズマ中での基板のプラズマ窒化物形成と、減圧酸素雰囲気中で高温での基板のアニールとを含むプロセスによって形成した。
【００３１】
[0034]図３及び図４は、酸化シリコン層の単一のプラズマ窒化物形成によって形成されたゲート誘電体層と比較して、本発明の実施形態によるゲート誘電体層を含むＮＭＯＳとＰＭＯＳのデバイスの両方の駆動電流で、約６％の改善があったことを示すグラフである。本発明の実施形態により形成されたゲート誘電体層は、また、アルゴン或いは他の希ガスを含まない窒素プラズマ中でのシリコン基板のプラズマ窒化物形成と、酸素（Ｏ２）の存在下で高温での基板のアニールと、窒素プラズマ中での基板のプラズマ窒化物形成と、高温での基板のアニールとを含むプロセスによって形成されたゲート誘電体層を含むデバイスに対して、約３％の改善を有することも分かった。基板の最初のプラズマ窒化物形成中、窒素に加えて、アルゴン或いはネオン、クリプトン或いはキセノンのような他の重い不活性ガスを含むプラズマを用いることは、シリコン基板とその上に形成されたシリコンと窒素の層、例えば、酸窒化シリコン層との間の接合部を改善することによって、駆動電流を改善すると思われる。
【００３２】
[0035]前記は、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなしに、本発明の更に多くの実施形態を構成することができ、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００３３】
２００…基板、２０２…層、２０２ａ…副層、２０２ｂ…副層、２０２ｃ…副層、２０２ｄ…副層。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2009545895.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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