(57)【要約】【課題】窒素含有材料を形成するために窒素を組み込むための改良方法を提供すること。【解決手段】ＮＨ３の供給源とガス連通しており、励起種ジェネレータとガス連通している単一基板反応チャンバを備えること；該反応チャンバ中に半導体基板を提供すること；該励起種ジェネレータ中で励起種を生成すること；ＮＨ３を該基板の上流及び該励起種ジェネレータの下流で該励起種に曝露すること；および該ＮＨ３の該励起種への曝露の後に、該基板を該ＮＨ３及び該励起種に曝露することを含む半導体加工方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＨ３の供給源とガス連通しており、励起種ジェネレータとガス連通している単一基板反応チャンバを備えること；
該反応チャンバ中に半導体基板を提供すること；
該励起種ジェネレータ中で励起種を生成すること；
ＮＨ３を該基板の上流及び該励起種ジェネレータの下流で該励起種に曝露すること；および
該ＮＨ３の該励起種への曝露の後に、該基板を該ＮＨ３及び該励起種に曝露すること
を含む半導体加工方法。
【請求項２】
該励起種の前駆体がＮ２である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該励起種の前駆体が更に、Ｈｅ及びＡｒからなる群より選ばれた１以上の種を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
該励起種の前駆体がＨｅおよびＡｒからなる群より選ばれる１以上の種である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該ＮＨ３の該励起種への曝露が、該基板へのＮＨ３及び励起種の合体したフローを形成するために該励起種のフローと該ＮＨ３のフローを合体させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該フローの合体が、該励起種及び該ＮＨ３を個別のインレット経由で該チャンバ中へ流動することを含み、ここで該励起種のフローと該ＮＨ３のフローが該チャンバ内の該基板の上流で合流する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
該励起種への該ＮＨ３の曝露が、該ＮＨ３を活性化し窒素ラジカルを生成する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該励起種の生成がラジカルを生成し、ここで該ＮＨ３の該励起種への曝露が、該励起種の生成後に作られたラジカルの量と比較してラジカルの総数の増加を生じる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該基板の曝露が該基板の窒化を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
該基板の表面が誘電体層を含み、ここで該基板の窒化が該誘電体層の窒化を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
該誘電体層がＳｉＯ２を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
該誘電体層が高ｋ誘電体を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
該高ｋ誘電体がメタルシリケートである請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
該メタルシリケートがＨｆＳｉＯである請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
該高ｋ誘電体がＨｆＡｌＯである請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
該誘電体層の窒化がトランジスタ用のゲート誘電体層を形成する請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
該基板の窒化が誘電体層を形成する請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
該基板の窒化が窒化珪素を形成する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
該基板の窒化後、該基板のアニーリングをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項２０】
該基板のアニーリングが、該基板を不活性雰囲気中で高温に曝すことを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
該不活性雰囲気が窒素ガスを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
該高温が約８００℃以下である請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
該高温が約７００℃以下である請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
該基板のアニーリングが約１〜２分間実施される請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
該基板の該ＮＨ３及び該励起種への曝露と同時に該基板を他の前駆体種のフローに曝露し、これによってコンパウンド膜を形成することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
該他の前駆体種が珪素前駆体である請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
該珪素前駆体がシランである請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
該シランがＳｉＨ４である請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
該基板の該ＮＨ３及び該励起種への曝露の前に、該基板を他の前駆体種のフローに曝露し、該他の前駆体種を該反応チャンバから取り除くことを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
該他の前駆体種がトリシランを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
該励起種の生成が、該反応チャンバの上流に配置されたマイクロ波ラジカルジェネレータ中で、該励起種前駆体をマイクロ波エネルギーに曝露することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
反応チャンバが層流反応チャンバである請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
該合体したフローの形成が該反応チャンバ中で実施される請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
該基板の曝露が約６５０℃以下で実施される請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
該基板の曝露が約６００℃以下で実施される請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
部分的に製造された集積回路を反応チャンバ中に提供すること；および
該部分的に製造された集積回路を励起した窒素種およびアンモニアに曝露することにより、該部分的に製造された集積回路を窒化すること（ここで窒素の取り込みは約５％を超える）
を含む、部分的に製造された集積回路の表面の窒化方法。
【請求項３７】
窒素の取り込みが約１０％を超える請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
窒素の取り込みが約１５％を超える請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
該基板の窒化が約６００℃以下で実施される請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
該励起窒素種が窒素ラジカルを含む請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
該基板の窒化が：
プラズマによって活性化された（plasma-activated）励起種の生成；
アンモニアの該基板上流での該励起種への曝露；および
該曝露されたアンモニアおよび該励起種の該基板への流動
を含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
該反応チャンバが単一基板反応チャンバである請求項３６に記載に方法。
【請求項４３】
該基板の窒化が誘電体層の窒化を含む請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
反応チャンバ外での励起種の生成；および
該チャンバ内でアンモニアを該励起種に曝露することによる反応チャンバ中での窒素ラジカルの生成
を含む半導体加工方法。
【請求項４５】
窒素ラジカルの生成が、該励起種および該アンモニアを該反応チャンバ中へ個別に流動することを含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
該基板を該窒素ラジカルに曝露することによる基板の窒化を更に含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
該基板の窒化がゲート誘電体層の窒化を含む請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
該ゲート誘電体層上にゲート電極を形成することを更に含む請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
該基板を該窒素ラジカルおよび他の前駆体に曝露することによって基板上にコンパウンド膜を化学気相成長させることをさらに含む請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
該他の前駆体がシランであり、該膜が窒化珪素膜である請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
該励起種の生成がラジカルジェネレータを通ってガスを流動することを含む請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
該ラジカルジェネレータがマイクロ波ラジカルジェネレータである請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
該ガスが窒素ガス、ヘリウムガスおよびアルゴンガスから成る群から選択される請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
該反応チャンバがコールドウォール、単一基板反応チャンバである請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本願は、２００４年８月２７日に出願された米国仮出願シリアル番号第６０／６０５，０６８、「ＢＡＴＣＨ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＬＯＷ  ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＣＯＭＰＯＵＮＤ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」の優先権の利益を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、概して、集積回路の製造、より詳細には、堆積した材料中に窒素を取り込むための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
窒素含有材料、即ち窒化物は、集積回路の製造において広く使用される。例えば、窒化物は、トランジスタゲート誘電体、金属平面間の絶縁体、酸化及び他の拡散を防ぐためのバリア、ハードマスク、パシベーション層、トランジスタにおけるスペーサー材料、反射防止コーティング材料、不揮発性メモリ中のレイヤー等として使用される。
【０００４】
一例を挙げると、窒素含有誘電体層（例えば、組み込まれた窒素を有する二酸化珪素）は、多くの金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタにおいてゲート誘電体を形成するために用いられる。ゲート誘電体層は、半導体層から「金属」層を分離する。典型的に、「金属」層は、ゲート電極として機能し、そして金属よりむしろシリコンで形成される。シリコンは、典型的に、導電性を高めるために、例えば、ホウ素によって、ドープされる。ゲート電極は、半導体層を横切る電子フローの制御のために機能する。
【０００５】
トランジスタの作動時、ゲート誘電体は、半導体層とゲート電極の間の望ましくない電子フローを防ぐ。誘電体層はまた、トランジスタの電気的特性を維持することによってトランジスタの長期の信頼性の維持を促進する。例えば、誘電体層は、典型的に、ゲート電極と半導体層との間のドーパント拡散を防ぎ、また典型的に、そこへ電子が注入されるのを阻止する。なかでも当然のことながら、ドーパント拡散および／または電子注入は、とりわけ半導体層を通る電子フローを調節するのに必要な閾値電圧を変化させること、及び種々の層の電荷キャリー挙動（charge-carrying behavior）を変化させることによって、トランジスタの電気的特性を劣化させ得ると認識される。
【０００６】
誘電体層の窒化は、誘電体層の熱および電気的安定性を改善し得る。多くの窒素含有ゲート誘電体層（例えば、窒素を含有する高誘電率（high k）誘電体及び酸化珪素層）は、より高い誘電率を付与し得、そして電子注入に対するより高い抵抗性を付与し得る。さらに、窒素含有ゲート誘電体層は、窒素を含有しない類似の誘電体層と比較して、ドーパント拡散に対する高い抵抗性を付与し得る。しかし、ゲート誘電体に窒素を組み込む従来の方法は、特に、ゲート誘電体が非常に薄い場合、調節が困難になり得る。さらに、取り込まれた窒素の量は、用途によって所望されるよりも少なくなり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、窒素含有材料を形成するために窒素を組み込むための改良方法の要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に従って、半導体加工のための方法が提供される。この方法は、ＮＨ３の供給源とガス連通しており、励起種ジェネレータとガス連通している単一基板反応チャンバ（single substrate reaction chamber）の提供を含む。半導体基板は、反応チャンバ中に準備される。励起種は、励起種ジェネレータ中で生成される。ＮＨ３は、基板の上流及び励起種ジェネレータの下流で励起種に曝される。ＮＨ３を励起種に曝した後、基板はＮＨ３及び励起種に曝される。
【０００９】
本発明のもう一つの側面に従って、部分的に製造された集積回路の表面を窒化するための方法が提供される。この方法は、反応チャンバ中に、部分的に製造された集積回路を準備することを含む。部分的に製造された集積回路は、この部分的に製造された集積回路を励起された窒素種及びアンモニアに曝すことによって窒化され、ここで、窒素取り込みは、約５％を超える。
【００１０】
本発明のさらにもう一つの側面に従って、半導体加工のための方法が提供される。この方法は反応チャンバ外での励起種の生成を含む。この方法はさらに、チャンバ中でアンモニアを励起種に曝すことによって反応チャンバ中で窒素ラジカルを生成することを含む。
【００１１】
本発明は、好ましい実施形態の詳細な説明および添付の図面からより良く理解される。これは例証目的であり、本発明を限定するのではない（ここで、類似番号は、全体にわたって類似構造を示す）。
【００１２】
好ましい実施形態の詳細な説明
堆積した材料に窒素を取り込む技術は、種々の欠点を示すことが見出されてきた。例えば、アンモニア（ＮＨ３）を用いる熱窒化または窒素プラズマを用いるプラズマ窒化は、各々欠点を有する。熱窒化は、高レベルの窒素の取り込みを達成するために比較的高温を必要とする。しかし、これらの高温は、下層の材料との意図せぬ反応を引き起こし得る。例えば、下層の窒化または酸化が生じ得る。さらに、いくつかの堆積した材料（例えば、いくつかのゲート誘電体層を形成する誘電体）は、高温で結晶化し得る。さらに、材料中での相分離の可能性がある（例えば、三元酸化物は、それらの対応する二元酸化物へと分離し得る）。結晶化または相分離は、該材料および／または該材料と他の材料との界面の物理的および電気的特性を、所望されないように変化し得る。
【００１３】
窒化は、窒素ラジカルを作り出すために、その場でまたは遠隔的に生成され得るプラズマを用いても達成することができる。プラズマ窒化は、典型的には、より低温で実施され得、熱窒化と比較して、窒化におけるより良好な制御をもたらし得る。しかし、窒素ラジカルが反応チャンバ内で生成されるインサイチュ（in situ）プラズマ窒化は、窒化される材料を損傷し得る。いくつかの用途（例えば、ゲート誘電体形成）は、そのような損傷に対して特に敏感である。この損傷は、アニールによってある程度は修復可能であるが、修復はプロセスの費用及び窒化熱使用量を所望されない形で増加し、さらに、高温は熱窒化について上述したように、酸化の危険性を増加し得る。
【００１４】
インサイチュプラズマ生成に起因するプラズマの損傷は、プラズマを遠隔的に生成することによって回避され得る。しかし、遠隔プラズマ窒化（remote plasma nitridation）は、ラジカルジェネレータから基板への移動間のラジカルの損失に主として起因するそれ独自の制限を有する。ラジカルの損失は、ラジカルとリアクタ表面（そして衝突の発生は、ラジカルが基板に達する前に、流動ダイナミクスがラジカルの再循環を引き起こす場合に、増大し得る）または、ガスフローにおける他の種との衝突に起因して、および／または他のラジカルとの再結合に起因して生じ得る。さらに、比較的低温の反応チャンバは、ラジカルのエネルギーが減少するのに伴いラジカルの損失も引き起こし得ることが理解される。さらに、基板付近では、高温のサセプタ領域がラジカルの損失を減少させるためにさらなるエネルギーを付与するが、その容量中のラジカルの存在は、衝突の発生を増加させ得、そしてさらなるラジカルの損失を導き得るという競合的効果が存在し得る。このラジカル損失は、窒化の効率を所望されない形で制限する。効率に関する懸念は、Ｎ２の解離効率（すなわち、Ｎ２を用いてラジカルが発生され得る効率）が、それ自体有限であり容易に増加しないという事実によって、増幅させられることが理解される。
【００１５】
ラジカルの損失は、種々の手段により軽減され得るが、これらのいずれもが完全には問題を解消しない。例えば、より低いプロセスの圧力は、ガスフローにおける種間の平均自由行程を増加させ得、これによりラジカルが別のラジカルまたは他種と衝突する確立を減少させる。より低い圧力はまた、ガスのスピードも上昇させ得、ラジカルがラジカルジェネレータから基板に、より迅速に移動することを可能にし、それによって例えば、ラジカルによる如何なるエネルギーの損失も最小限に抑える。しかし、圧力の減少は、プロセスチャンバの制限及び操作上の懸念によって制限される。例えば、いくつかのプラズマ供給源の設計に起因するプラズマチャンバの安全性の懸念、プラズマを維持する必要性、及びプラズマがプラズマ供給源の外側に拡張することを回避する必要性は、チャンバ内のガス圧が特定のレベルより高く保たれることを必要とし得る。従って、反応チャンバ内のガス圧を下げることは、多くの場合、制限ある選択肢である。
【００１６】
これらの困難性の観点から、本発明の好ましい実施形態は、窒素種を遠隔的に生成した励起種に曝し、次いで基板をその曝露された窒素種に曝すことによって、改良された窒化を可能にする。窒素種は、それが励起種ジェネレータの下流かつ基板の表面に達する前に励起種に曝されるとき、安定な非イオン化種である。好ましくは、窒素種および励起種は、基板を保持する反応チャンバ内で遭遇する。窒素種は、好ましくはＮＨ３であり、そして励起種は、好ましくはＮ２から生成された励起窒素種である。励起種の他の非限定的な例としては、有利なことに、Ｎ２よりもラジカル生成が効率的であり得るＨｅ及びＡｒから生成された励起種がある。励起種は、反応チャンバの上流に位置する、例えば、マイクロ波ラジカルジェネレータ（microwave radical generator）中で生成され得る。さらに、Ｈｅ及びＡｒは、ラジカル生成及びラジカルの寿命を増加させるためにラジカルジェネレータ中にＮ２フローと共に添加され得る。
【００１７】
曝露された窒素種は、有利なことに、基板の表面上に既に堆積した材料の窒化に応用され得る。他の実施形態において、曝露された窒素種は、窒素ラジカルが所望される如何なる用途においても使用され得る。例えば、曝露された窒素種は、種々の窒化物の化学気相成長（ＣＶＤ）において使用され得る。１つの例において、窒化珪素は、曝露された窒素種を窒素前駆体として、そして珪素種（例えば、トリシラン）を珪素前駆体として使用して形成され得る。さらに、曝露された窒素種は、サイクリックＣＶＤプロセスにおいて窒化珪素を形成するために用いられ得、その各々のサイクルにおいて、順に：１）珪素種を用いて珪素層が堆積され、２）珪素種が除去され、そして３）珪素層が曝露された窒素種と反応する。所望される厚さの窒化珪素層を形成するために、複数のサイクルが実施され得る。
【００１８】
理論によって制限されること無く、励起種（例えば、窒素ラジカル）は、窒素種（例えば、ＮＨ３）にエネルギーを与えそして活性化し、窒素ラジカルおよび／または準安定窒素種を含む曝露された窒素種を結果的に生じると考えられる。例えば、ＮＨ３が窒素種として用いられ、Ｎ２から形成された窒素ラジカルが励起種として使用された場合、ＮＨ３はＮ２よりも活性化のためにより少ないエネルギーを必要とし、高エネルギーのＮ２由来のラジカル及び準安定なＮ２に曝すことによるＮＨ３の活性化時に更なる窒素ラジカルの生成を可能にする。従って、有利なことに、遠隔的に生成した励起種に曝すことによるＮＨ３の活性化は、プラズマ窒化の利点を保持しつつ、問題点を最小限に抑える。例えば、励起種は、インサイチュプラズマ窒化のプラズマ損傷無く、そして遠隔プラズマ（remote plasma）だけを使用する窒化のラジカルの損失度無く、材料の窒化に用いられ得る。さらに、比較的低温が窒化に使用され得る。
【００１９】
ここで図面を参照する（類似の番号は全体にわたって類似のパーツを示す）。
好ましいリアクタ
単一基板、水平フローコールドウォールリアクター（horizontal flow cold-wall reactor）に関連して好適な実施形態が示されるが、本発明の特定の側面は当該技術分野において知られる様々なタイプのリアクタへの応用があり、本発明はそのような単一基板リアクタに限定されるのではないことが理解される。例えば、バッチリアクター（batch reactor）が使用され得、有利なことに、複数の基板を同時に処理する能力によって増加した処理量を可能とする。適切なバッチリアクターは、オランダのＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｎ．Ｖ．の商品名Ａ４１２ＴＭとして商業的に入手可能である。
【００２０】
しかしながら、単一基板、水平フローコールドウォールリアクターの使用が特に有利である。例えば、図示された単一パス水平フローデザインは反応ガスの層流を低残留時間で可能とし、これは次に、迅速な一連の加工を促進し、一方で連続して流動した反応物同士およびチャンバ表面との相互作用を最小限に抑える。このような層流は、互いに反応するかもしれない反応物の連続した流動を可能にする。避けるべき反応には、例えば酸素および水素含有反応物によって作り出されるような高度に発熱性または爆発性の反応、及びチャンバの微粒子汚染を起こす反応が含まれる。しかしながら、当業者であれば、特定の連続したプロセスにおいて、不適合な反応材料を除去するために十分なパージまたは排気時間が与えられるのであれば、他のリアクターデザインもまたこれらの目的を達成するために提供され得ることを認識する。
【００２１】
図１は、好適な実施形態に従って組立てられた化学気相成長（ＣＶＤ）リアクタ１０（クォーツプロセス、即ちチャンバ１２を含む）を示し、これに対しここに開示される方法は特に有用性がある。リアクタ１０の優れた加工制御は、多くの異なる材料の窒化及びＣＶＤに有効であり、同一のチャンバ１２中で連続的に複数の処理ステップを安全且つクリーンに成し遂げることができる。リアクタ１０の基本構造は、アリゾナ州フェニックスのＡＳＭ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃの商品名ＥｐｓｉｌｏｎＴＭとして商業的に入手可能である。
【００２２】
複数の放射熱供給源はチャンバ１２の外側に支持されており、クォーツチャンバ１２の壁による相当な吸収無くチャンバ１２中に熱エネルギーを供給する。図示された放射熱供給源は、細長いチューブタイプの放射加熱エレメント１３の上部加熱アセンブリを含む。上部加熱エレメント１３は、好ましくは、間隙を介して平行関係で配置され、下に位置する反応チャンバ１２を通る反応物ガスフロー経路と実質的に平行でもある。下部加熱アセンブリは、反応チャンバ１２の下に同様に細長いチューブタイプの放射加熱エレメント１４を含み、好ましくは上部加熱エレメント１３に対して横向きに方向付けられている。望ましくは、放射熱の一部は、上部および下部のランプ１３，１４各々の上下の粗い鏡面反射プレート（rough specular reflector plates）によって、チャンバ１２中に広く反射される。さらに、複数のスポットランプ１５は、反応チャンバ１２の底を通って延びるコールドサポート（cold support）構造によって作られる熱シンク効果（heat sink effect）を打ち消すために、基板支持構造（以下に説明される）の下側に集中した熱を供給する。
【００２３】
細長いチューブタイプの加熱エレメント１３，１４各々は、好ましくは、ヨウ素などのハロゲンガスを含む透明のクォーツエンベロープ（quartz envelope）を有する高強度タングステンフィラメントランプである。このようなランプは、明らかな吸収無く、反応チャンバ１２の壁を透過した全スペクトルの放射熱エネルギーを作り出す。半導体プロセス装置の技術分野において知られるように、種々のランプ１３，１４，１５のパワーは独立的に若しくは温度センサーに対応してグループ化されたゾーンで調節され得る。しかし、熟練した技術者ならば、ここに開示されたプロセスの原理と利点は他の加熱および温度コントロールシステムによっても達成し得ることを理解する。
【００２４】
基板（好ましくはシリコンウエハ１６）は、反応チャンバ１２中の基板サポート構造１８上に支持されることが示される。図示された実施形態の基板は単結晶シリコンウエハであるが、“基板”という用語は窒化されるおよび／またはその上に層が堆積される如何なる表面をも広く示すことに注意すべきである。さらに、窒化された層は他の基板上にしばしば必要とされ、これはガラスまたは他の基板上の光学的薄膜の堆積を含むがこれに限定されるのではない。
【００２５】
図示された支持構造１８は基板ホルダ２０を含み、この上にウエハ１６が静止し、これは次にサポートスパイダー２２によって支持される。スパイダー２２はシャフト２４に取付けられ、チャンバの下壁からぶら下がっているチューブ２６を通って下方に延びる。好ましくは、チューブ２６は加工中に流動し得るパージまたはスイープ（sweep）ガスの供給源と通じており、プロセスガスがチャンバ１２の下部セクションへ漏れるのを抑制する。
【００２６】
複数の温度センサーはウエハ１６の近傍に位置する。温度センサーは、例えば光学高温計または熱電対など、種々の形態のいずれもとり得る。温度センサーの数および位置は、下記の好ましい温度制御装置の説明を考慮すると理解されるであろう温度の均一性を促進するために選択される。図示された反応１０において、温度センサーは直接または間接的にウエハ近傍に位置する温度を感知する。
【００２７】
例証された実施形態において、温度センサーは、第一の即ち中央熱電対２８を含む熱電対を含み、ウエハホルダ２０下に何らかの適切な方法でぶら下がっている。図示された中央熱電対２８はウエハホルダ２０近傍のスパイダー２２を貫通する。リアクタ１０は更に複数の第二の即ち周囲の熱電対を含み、これはまたウエハ１６の近傍であり、前縁または前の熱電対２９、後縁または後ろの熱電対３０およびサイド熱電対（示されていない）を含む。周囲の熱電対のそれぞれは、基板ホルダ２０およびウエハ１６を囲むスリップリング３２中に収容される。中央および周囲の熱電対の各々は、熱電対の示度に反応して種々の加熱エレメント１３、１４、１５のパワーを設定する熱制御装置に接続される。
【００２８】
周囲の熱電対の収容に加えて、スリップリング３２は、ウエハエッジにおけるより大きな熱の損失または吸収への傾き（このようなエッジ付近の部分において体積に対する表面積のより大きな割合によって起こることが知られている現象）を相殺するように、高熱プロセス時に放射熱を吸収または放出する。エッジの損失を最小限に抑えることによって、スリップリング３２はウエハ１６にわたって不均一な放射熱の危険性を軽減することができる。スリップリング３２は如何なる適切な方法によっても吊り下げられ得る。例えば、図示されたスリップリング３２は、フロントチャンバデバイダ（chamber divider）３６およびリアチャンバデバイダ３８からぶら下がるエルボー３４上に静止する。デバイダ３６および３８は、望ましくはクォーツで形成される。配置によっては、リアデバイダ３８は削除され得る。
【００２９】
図示された反応チャンバ１２は、反応物のおよびキャリアガスの注入のためのインレットポート４０を含み、ウエハ１６はそこを通してでも受け取られ得る。アウトレットポート４２は、チャンバ１２の反対側にあり、インレット４０およびアウトレット４２の間に位置するウエハサポート構造１８を伴う。
【００３０】
インレットコンポーネント５０は、反応チャンバ１２に取付けられ、インレットポート４０を囲むように適応され、水平に細長いスロット５２を含み、そこを通ってウエハ１６が挿入され得る。一般的に、垂直のインレット５４は遠隔の供給源からガスを受け取り（これは図２との関連でより完全に説明される）、このようなガスとスロット５２およびインレットポート４０を連通する。インレット５４は、Hawkinsらに発行された米国特許第５２２１５５６号中に記載されている、または１９９６年４月２５日に出願された米国特許出願第０８／６３７６１６中の図２１−２６に関して説明されているようにガス注入器を含み得、これらの開示は参考として援用される。このような注入器は単一ウエハリアクタのためのガスフローの均一性を最大限にするように設計される。
【００３１】
アウトレットコンポーネント５６は、排気口５８がアウトレットポート４２と一直線に並び、排気導管（exhaust conduits）５９に導くように、同様にプロセスチャンバ１２に取付ける。導管５９は次に、チャンバ１２を通ってプロセスガスを吸引するための適切なバキューム装置（示されていない）と連通し得る。好適な実施形態において、プロセスガスは反応チャンバ１２および下流のスクラバー８８（図２）を通って吸引される。ポンプまたはファンが、好ましくは、チャンバ１２を通ってのプロセスガスの吸引を補助するため、および低圧加工のためにチャンバを排気するために含まれる。
【００３２】
好ましいリアクタ１０はまた励起種の供給源６０を含み、好ましくはチャンバ１０の上流に位置する。図示された実施形態の励起種の供給源６０は、ガス線６２に沿ったマグネトロンパワージェネレータおよびアプリケータを含む遠隔プラズマジェネレータを含む。代表的な遠隔プラズマジェネレータは、ドイツ、ミュンヘンのＲａｐｉｄ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｒａｄｉｃａｌｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  （Ｒ３Ｔ）ＧｍｂＨの商品名ＴＲＷ−８５０が商業的に入手可能である。図示された実施形態において、マグネトロンからのマイクロ波エネルギーは、ガス線６２に沿ったアプリケータ中を流れるガスに連結される。前駆体ガスの供給源６３は、励起種ジェネレータ６０への導入のために、ガス線６２に連結される。図示された実施形態は、窒素ガスを前駆体ガスとして使用する。キャリヤーガスの離れた供給源６４もまたガス線６２に連結され得、実施形態においてＮ２を窒素ガス源として使用しているが、離れたキャリヤーガスは削除され得る。更なる反応物のために１つ以上の更なる枝線６５もまた備えられ得る。各々のガス線は、ジェネレータ６０およびそこから反応チャンバ１２へ導入されるキャリヤーおよび反応物種の相対量の選択を可能にするために、個別のマスフロー制御装置（ＭＦＣ）およびバルブが図示されるように備え付けられ得る。
【００３３】
ウエハは、好ましくは、周囲環境から隔離されたハンドリングチャンバ（示されていなし）からピックアップデバイスでスロット５２を通して入れられる。ハンドリングチャンバおよびプロセスチャンバ１２は、好ましくは、例えば垂直アクチュエータ（actuator）を保持したスリットバルブ（slit valve）のようなゲートバルブ（示されていない）、またはＣｒａｂｂ等の米国特許第４８２８２２４号に開示されたタイプのバルブ（その開示全体は参考により援用される）によって隔てられる。
【００３４】
２００ｍｍウエハを加工するために設計された単一ウエハプロセスチャンバ１２の全収容量は、例えば、好ましくは約３０リットルより少なく、より好ましくは約２０リットルより少なく、最も好ましくは約１０リットルよりも少ない。図示されたチャンバ１２は収容量約７．５リットルである。しかしながら、図示されたチャンバ１２はデバイダ３２、３８、ウエハホルダ２０、リング３２およびチューブ２６から流れるパージガスによって分割されるので、プロセスガスフローの有効容量は全容量の約半分（図示された実施形態においては約３．７７リットル）である。勿論、単一ウエハプロセスチャンバ１２の容量は、チャンバ１２が設計され収容しようとするウエハのサイズによって異なり得ることが理解される。例えば、図示されたタイプであるが３００ｍｍのウエハ用の単一ウエハプロセスチャンバ１２は、好ましくは約１００リットルよりも少ないの収容量を有し、より好ましくは約６０リットルより少なく、最も好ましくは約３０リットルより少ない。１つの３００ｍｍウエハ用プロセスチャンバは、全容量約２４リットルを有し、有効プロセシングガス収容量約１１．８３リットルを有する。このようなチャンバの比較的小容量は、望ましくは反応物を急速にチャンバ内に流れ込ませるためのチャンバの急速な排気またはパージを可能にする。
【００３５】
図２は、好適な実施形態に従ったガス線の概略図を示す。リアクタ１０は、好ましいケイ素源ガスまたは前駆体としてトリシランである液体反応物供給源７４を備え付けている。液相反応物７４のバブリング、及びバブラー（bubbler）から反応チャンバ１２への気相反応材料を運ぶための、ガス（好ましくはＨ２）を含む不活性ガスの供給源７５はまた示されている。バブラーはケイ素供給源として液体トリシラン７４を保持し、一方でガス線は、液体ケイ素供給源中で不活性なガスをバブリングし、前駆体をガス状で反応チャンバ１２への輸送させる。
【００３６】
図２においてまた示されるように、リアクタ１０は更に水素ガス（Ｈ２）の供給源７２を含む。当該技術分野において知られるように、水素は有用なキャリヤーガスおよびパージガスである。なぜなら、低沸点に起因した非常に高い純度での供給が可能であり、シリコン堆積との適合性があるためである。
【００３７】
好適なリアクタ１０はまた窒素ガス（Ｎ２）の供給源７３を含む。当該技術分野において知られるように、Ｎ２は半導体の製造においてキャリヤーまたはパージガスとしてしばしばＨ２の代わりに使用される。窒素ガスは比較的不活性であり、多くの集積材料およびプロセスフローと適合性がある。他の可能なキャリヤーガスには、例えばヘリウム（Ｈｅ）またはアルゴン（Ａｒ）といった希ガスが含まれる。
【００３８】
更に、窒素前駆体８４（好ましくはアンモニア（ＮＨ３））が、チャンバ１２中に堆積された層との反応のために供給される。二原子窒素（Ｎ２）の供給源６３は、窒素前駆体の供給源８４からの窒素種を活性化するためおよびチャンバ１２中に堆積した層と反応させるための励起種を供給するために遠隔プラズマジェネレータ６０に流動される励起種として供給され得る。更に、窒素前駆体供給源８４を活性化するために励起種を生成する遠隔プラズマジェネレータを通って流動する二原子窒素の供給源６３へ、追加または代替物として、如何なる他の適切な励起種の供給源が使用され得る。例えば、他の配置において、ガス供給源６３はヘリウムおよび／またはアルゴン励起種を生成するためにヘリウムまたはアルゴンを含み得る。
【００３９】
リアクタ１０はまた、酸化剤またはオキシダントの供給源７０を備え得る。オキシダント供給源７０は多くの公知のオキシダントのいずれも、特に、例えば、Ｏ２，ＮＯ、Ｈ２Ｏ、Ｎ２Ｏ、ＨＣＯＯＨ，ＨＣｌＯ３といった揮発性オキシダントを含み得る。
【００４０】
望ましくは、リアクタ１０はまた、ドープ供給源（例えば図示されたホスフィン７６、アルシン７８およびジボラン８０の供給源）およびリアクタ壁をクリーニングするためのエッチング剤並びに他の内在的コンポーネント（例えば、ＨＣｌ供給源８２または励起種ジェネレータ６０を通って供給されるＮＦ３／Ｃｌ２［示されていない］）といった他の供給源ガスも含む。シランの供給源８６はまたシリコン層の堆積のために供給され得る。
【００４１】
ガス供給源各々は、付随の安全装置およびコントロールバルブ並びにガスパネルにおいて統合されたマスフロー制御装置（“ＭＦＣｓ”）を伴うガス線によってインレット５４（図１）に接続され得る。プロセスガスは、中央制御装置にプログラムされた指揮に従って、インレット５４（図１）に連通され注入器を通ってプロセスチャンバ１２に分配される。プロセスチャンバ１２を通過した後、未反応のプロセスガスおよび気体の反応副産物は大気への排気前に環境に悪影響な煙霧を凝縮させるためにスクラバー８８へ排気される。
【００４２】
上述のように、従来型のガス供給源に加えて、好ましいリアクタ１０は、遠隔にまたは反応チャンバ１２の上流に位置する励起種の供給源６０を含む。図示された供給源６０はマイクロ波エネルギーをアプリケータ内を流れるガスに連結する。ここでガスは反応物供給源６３からの反応物前駆体を含む。プラズマはアプリケータ内で点火され、励起種はチャンバ１２へ向かって運ばれる。好ましくは、供給源６０によって生成した励起種のうち過度に反応性のイオン種は、実質的にチャンバ１２中に入る以前に再結合する。他方、例えば、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，またはＮラジカルといった中性ラジカルおよび例えば、準安定のＨｅ，Ｎｅ，ＡｒまたはＮ２種といった準安定安定種はチャンバ１２に入るまで存在し続けることができ、窒素前駆体を活性化し、および／または基板と反応する。
プロセスの流れ
上記のように、本発明は、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）トランジスタの用途において、とりわけ窒化物ゲート誘電体層に有利に応用することができる。図３〜５はこのような層を形成する一つの可能なプロセス順序を例証する。図示された実施形態において、窒素を取り込んだゲート誘電体層は半導体構造上に形成される。窒素は、ゲート誘電体層を形成するための、例えばケイ素、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、およびケイ酸塩、アルミン酸塩またはそれらの合金の層といった種々の層に組み込まれ得る。好ましくは、窒化される層は、例えばＨｆＳｉＯなどの金属シリケートを含む高ｋ誘電体層である。ここで使用されるように、高ｋ誘電体は、好ましくは４．０よりも大きいｋを有する絶縁体であり、より好ましくは８よりも大きいｋを有し、最も好ましくは１０よりも大きいｋを有する。
【００４３】
図３に関して、ゲート誘電体の形成のための準備において、半導体ウエハ４００は、好ましくは、界面層として機能し最終的に形成される電気デバイスの電気的性質の改良を付与する薄い化学的（thin chemical）または熱的酸化層（thermal oxide layer）４１０と共にプロセスチャンバ中に準備される。酸化層４１０はin situまたはex situで形成され得る。例えば、ウエハ４００はまず、半導体構造上の汚れおよび自然発生またはネイティブ酸化物を取り除くためにクリーニングされ得る。クリーニングは、例えば、ウエハを液体または気体のＨＦに曝すことによって成し遂げられ得る。更に、当該技術分野で知られる他のウエハクリーニング方法もまた適切であることが理解される。そして界面層４１０のための化学的酸化物（chemical oxide）は、ＳＣ−１ステップ中またはウエハ４００を希釈Ｏ３に曝すことによって形成され得る。他の実施形態において、化学的酸化物は、ＳＣ１−ＳＣ２またはオゾン化ウエハクリーニングで形成され得る。
【００４４】
図４を参照して、誘電体層４２０が形成される。誘電体層は、好ましくは、高ｋ絶縁体であり当該技術分野において知られる種々の方法に従って形成され得る。例えば、層４２０がＨｆＳｉＯで形成される場合、層はハフニウム、ケイ素および酸化物前駆体を用いた化学気相成長および／または原子層成長によって形成され得る。
【００４５】
層４２０が酸化ケイ素で形成される他の実施形態において、酸化ケイ素は、熱酸化（Ｏ２またはＨ２およびＯ２の混合物を酸素源として使用する）または基板４００をオキシダントに曝すことを必要とする他の方法を含むがこれらに限定されない種々の方法によって形成され得る。例えば、結晶性ケイ素基板の表面、例えばＳｉ＜１００＞は、酸化ケイ素を形成するために、原子酸素または他の既知の酸化剤（oxidizing chemicals）（例えば、水、オゾン、酸素、酸化窒素、亜酸化窒素など）に曝され得る。更に、酸化ケイ素層はまた、化学気相成長においてケイ素および酸素前駆体を用いて酸化ケイ素を堆積させることによっても形成され得る。好ましい珪素前駆体にはポリシラン、即ち化学式ＳｉｎＨ２ｎ＋２有するシラン（ｎ＝２〜４）が含まれる。好ましくは、ポリシランはジシランまたはトリシランである。最も好ましくは、ポリシランはトリシランである。好ましい酸素前駆体には上記に列挙された酸化剤が含まれ、Ｏ２を使用して生成された酸素ラジカルもまた含み得る。
【００４６】
図５を参照して、誘電体層４２０は窒化される。図示された実施形態において、窒化はＮＨ３をインレットポート４０経由で反応チャンバ１２に流動することによって達成される。更に、ガス供給源６３からのＮ２は、窒素ラジカルまたは準安定窒素種（Ｎ２の場合、準安定窒素種は高エネルギーレベルであるが、不十分なエネルギーまたはラジカル形成を有する励起Ｎ２分子である）を含み得る励起種を生成するために励起種ジェネレータ６０に個別に流動される。そして励起種は励起種ジェネレータ６０からチャンバ１２中へ流動される。
【００４７】
励起窒素種のフローは、ＮＨ３のフローと基板１６の上流で合流する。図示された実施形態において、二つのガスフローは個別のインレット経由で合流し、基板１６への合体した流れを形成する。励起種は、ＮＨ３を活性化するためにＮＨ３分子と衝突する。理論に制限されることなく、励起種はＮＨ３から窒素ラジカルを生成するために十分なエネルギーをＮＨ３に渡すことができると考えられる。ＮＨ３から窒素ラジカルを生成するために必要なエネルギーは、Ｎ２から窒素ラジカルを生成するために必要なものよりも少ない。従って、遠隔的に活性化されたＮ２から生成された窒素励起種はＮＨ３から窒素ラジカルを生成するために使用され得るため、窒素ラジカルの正味の獲得が達成し得る。更に、ＮＨ３の活性化は、ウエハ１６（図１）により近いチャンバ１２中で起こり、ラジカル種の衝突および再結合によるラジカルの損失の機会が減るので、このラジカルの獲得は維持され得る。更に、加熱されたウエハはまた、ウエハ１６付近のＮＨ３／窒素励起種混合物からの更なるラジカルの局所的生成に寄与するエネルギーを与え得る。
【００４８】
引き続き図５を参照し、窒素ラジカル、準安定窒素種およびＮＨ３は窒素含有誘電体層４２０を形成するために誘電体層４２０（図４）上で衝突する。窒化の持続期間、温度および他のパラメーターは誘電体層４２０の厚みおよび層４２０に所望される窒素取り込みの程度に依存する。例えば、窒化の所要時間および／または温度は窒化度の上昇のために増加し得る。
【００４９】
必要に応じて、窒化の後、基板は結果生じる膜の密度を高めるため及び安定化するためにアニール化される。アニールの温度及び持続時間は、例えば特定の材料との温度適合性に基づいて選択される。基板は例えば１〜２分間アニールされ得る。例えば、基板は、Ｈｆを多く含むＨｆ−シリケートでは約７００℃以下、そしてＳｉを多く含むＨｆ−シリケートでは約８００℃以下の温度で、約６０秒間アニールされ得る。
【００５０】
図６を参照し、窒素含有誘電体層４２０の形成の後、ゲート電極４３０は当該技術分野おいて知られる種々の方法で形成され得る。
【実施例】
【００５１】
実施例１
窒化ケイ素膜の遠隔プラズマエンハンスト（remote plasma enhanced）化学気相成長（ＲＰＥＣＶＤ）におけるＮ２プラズマ供給源の下流にＮＨ３を添加する効果が調査された。堆積は、アリゾナ州、フェニックスのＡＳＭ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．の単一基板ＥｐｓｉｌｏｎＴＭリアクタ中で実施された。ウエハは反応チャンバ中に積み込まれ、窒化ケイ素の堆積のために準備された。堆積温度は６５０℃に設定され、圧力は２トルであった。シラン（ＳｉＨ４）がケイ素前駆体として使用され、１０ｓｃｃｍで反応チャンバ中に流動された。アンモニアは、堆積の実施によって０〜１０００ｓｃｃｍで変動された速さで反応チャンバ内に流動された。窒素ラジカルおよび準安定窒素種を含む励起窒素種は４ｓｌｍで窒素ガス（Ｎ２）をマイクロ波ラジカルジェネレータ（ＭＲＧ）中に流動することで生成され反応チャンバ中に流動された。アンモニアがチャンバ中に流動される堆積において、励起窒素種のフローはチャンバ中でアンモニアのフローと合体された。
【００５２】
堆積速度および結果生じる窒化珪素膜の屈折率が測定された。図７を参照し、窒化ケイ素膜の堆積速度は、反応物フローにＮＨ３を添加することによって格段に促進されることが分かった。例えば、堆積速度は、流動するＮＨ３のない約１ｎｍ／分から１０００ｓｃｃｍのＮＨ３のフローを伴う約２８ｎｍ／分に上昇した。このように、堆積速度はＮＨ３のフローによって予想外にも一桁の上昇をした。好ましくは、窒素化合物膜の堆積速度は約５ｎｍ／分以上であり、より好ましくは約１０ｎｍ／分以上、そして最も好ましくは約２０ｎｍ／分以上である。
【００５３】
また図７に図示されていない個別の実験において、ＮＨ３およびＳｉＨ４を使用した窒化ケイ素の堆積は、励起窒素種をＳｉＨ４と共に使用した窒化ケイ素の堆積について見られたものよりも更に低い堆積速度を結果として生じた。これらの実験は、堆積速度の上昇を起こすのは、励起窒素種およびＮＨ３の組合せによる相乗効果であり；上昇はこれら２つの反応物の１つのものの寄与の結果ではないことを示唆する。さらに、有利なことに、ＮＨ３のフローと共におよびＮＨ３のフロー無しで形成された膜の屈折率は同様であり、堆積した膜中の優れたレベルの窒素の取り込みを示している。
実施例２
既に形成された高−ｋ誘電体への窒素の取り込みのためのＮ２プラズマ供給源の上流にＮＨ３を添加する効果が調査された。窒素の取り込みは、アリゾナ州、フェニックスのＡＳＭ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．の単一基板ＥｐｓｉｌｏｎＴＭリアクタ中で実施された。窒素は、２ｎｍのＨｆＳｉＯ層（Ｈｆ：Ｓｉのパルス割合１：１）中に種々の堆積後アニールにおいて取り込まれた。
【００５４】
ＮＨ３を用いた温度７００℃での熱窒化による堆積は対照として使用された。ＮＨ３の分圧は約０．０５から約１．２トルに変動された。
【００５５】
他の実験において、Ｎ２由来の遠隔的に励起された窒素種はＮＨ３のフローと共に反応チャンバ中に流動された。窒化温度は６００℃に設定された。圧力は２．５トルで一定に維持された。励起窒素種は、１６ｓｌｍで窒素ガスをマイクロ波ラジカルジェネレータ（ＭＲＧ）中に流動することによって生成された。アンモニアは０．２ｓｌｍ〜２ｓｌｍで速さを変動し、反応チャンバ中へ流動された。
【００５６】
結果生じた窒素含有膜の屈折率（ＲＩ）を測定した。図８を参照し、励起窒素種の添加は、熱窒化よりもさらに低い温度でさえ取り込まれた窒素の濃度を顕著に上昇させることが見出された。例えば、アンモニア分圧約０．０５トルにおいてより低いＲＩを有する一方、アンモニア分圧約０．１７５トルでの励起窒素種／アンモニア堆積のＲＩは、分圧約０．２５トルでのアンモニア単独の堆積のＲＩに優る。図８においても見られるように、励起窒素種／アンモニア窒化のＲＩは、試験の残り中全てにおいてアンモニア単独の窒化のＲＩよりも高く存在する。更に、アンモニア分圧の上昇毎に、励起窒素種／アンモニアのＲＩは、アンモニア単独の窒化よりも高い割合で増加した。さらに、図８に図示されない実験において、励起窒素種だけがＨｆＳｉＯ膜の窒化に使用された。それらの実験と比較して、励起窒素種／アンモニアを使用した窒化の実施の場合、ＲＩの上昇がまたより大きいことが分かった。
【００５７】
したがって、上記のように、好適な実施形態に従った材料の窒化は非常に多くの利点を提供する。例えば、熱窒化に匹敵し、プラズマ単独の窒化よりも遥かに優れた窒化の取り込み（nitridation incorporation）を達成することができる。好ましくは、窒素の取り込みは、窒化物材料中の窒素の原子百分率が約５％以上、より好ましくは約１０％以上、そしてより好ましくは約１５％以上である。更に、窒化の温度は典型的な熱窒化よりも低く、熱の使用量を軽減し、下層材料の所望されない反応を最小限に抑える。好ましくは、好適な実施形態に従った窒化は約６５０℃以下、より好ましくは約６００℃以下で実施される。更に、上述のように、プラズマの損傷は、有利なことに、遠隔的に生成された励起種の使用によって防止される。更に、窒素コンパウンド膜の堆積速度は、窒素前駆体、好ましくはアンモニアおよび励起種、好ましくは窒素ラジカルまたは準安定窒素種の組合せを用いて上昇され得る。
【００５８】
例証および検討された実施形態の種々の改良が可能であることが理解される。例えば、上記のように、種々の材料が窒化され得、これは、ＨｆＯ２，ＺｒＯ２，ＺｒＳｉＯ，ＨｆＡｌＯ、等を含む、ＨｆＳｉＯ以外の高ｋ誘電体層を含む。他の材料の例としては、ゲート誘電体の形成のためにも使用され得る、珪素および酸化ケイ素を含む。有利なことには、珪素の表面は窒化珪素誘電体層を形成するために窒化され得る。更に、既に堆積した膜に添加された窒素について例証されるが、窒素の取り込みは、窒素種および他の反応物が同時にチャンバ中に流動され、これによってコンパウンド層を堆積する窒素含有層の化学気相成長もまた関与し得る。
【００５９】
従って、上述のプロセスの種々の省略、追加および改良は本発明の範囲から脱することなくなされ得ると当業者に理解されるが、そのような改良および変更の全てが、添付の特許請求の範囲によって明確にされるように本発明の範囲内に収まると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態で、例示的な単一基板反応チャンバを用いるための断面図である。
【図２】図２は、本発明の好適な実施形態に従って、例示的な反応物および不活性ガスの供給源を例示する、ガスフロー図である。
【図３】図３は、本発明の好適な実施形態に従って、ゲート誘電体層が形成される基板を例示する。
【図４】図４は、本発明の好適な実施形態に従って、誘電体層形成後の図３の基板を例示する。
【図５】図５は、本発明の好適な実施形態に従って、誘電体層の窒化後の図４の珪素酸化物膜を例示する。
【図６】図６は、本発明の好適な実施形態に従って、図５の窒化誘電体層上に形成されたゲート電極を例示する。
【図７】図７は、本発明の好適な実施形態に従って形成される窒化珪素膜の堆積速度を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の好適な実施形態に従って堆積された高ｋ膜への窒素の取り込みを屈折率の測定を通して示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月7日(2005.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
複数の温度センサーはウエハ１６の近傍に位置する。温度センサーは、例えば光学高温計または熱電対など、種々の形態のいずれもとり得る。温度センサーの数および位置は、下記の好ましい温度制御装置の説明を考慮すると理解されるであろう温度の均一性を促進するために選択される。図示されたリアクタ１０において、温度センサーは直接または間接的にウエハ近傍に位置する温度を感知する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
好ましいリアクタ１０はまた励起種の供給源６０を含み、好ましくはチャンバ１２の上流に位置する。図示された実施形態の励起種の供給源６０は、ガス線６２に沿ったマグネトロンパワージェネレータおよびアプリケータを含む遠隔プラズマジェネレータを含む。代表的な遠隔プラズマジェネレータは、ドイツ、ミュンヘンのＲａｐｉｄ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｒａｄｉｃａｌｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  （Ｒ３Ｔ）ＧｍｂＨの商品名ＴＲＷ−８５０が商業的に入手可能である。図示された実施形態において、マグネトロンからのマイクロ波エネルギーは、ガス線６２に沿ったアプリケータ中を流れるガスに連結される。前駆体ガスの供給源６３は、励起種ジェネレータ６０への導入のために、ガス線６２に連結される。図示された実施形態は、窒素ガスを前駆体ガスとして使用する。キャリヤーガスの離れた供給源６４もまたガス線６２に連結され得、実施形態においてＮ２を窒素ガス源として使用しているが、離れたキャリヤーガスは削除され得る。更なる反応物のために１つ以上の更なる枝線６５もまた備えられ得る。各々のガス線は、ジェネレータ６０およびそこから反応チャンバ１２へ導入されるキャリヤーおよび反応物種の相対量の選択を可能にするために、個別のマスフロー制御装置（ＭＦＣ）およびバルブが図示されるように備え付けられ得る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
２００ｍｍウエハを加工するために設計された単一ウエハプロセスチャンバ１２の全収容量は、例えば、好ましくは約３０リットルより少なく、より好ましくは約２０リットルより少なく、最も好ましくは約１０リットルよりも少ない。図示されたチャンバ１２は収容量約７．５リットルである。しかしながら、図示されたチャンバ１２はデバイダ３６、３８、ウエハホルダ２０、リング３２およびチューブ２６から流れるパージガスによって分割されるので、プロセスガスフローの有効容量は全容量の約半分（図示された実施形態においては約３．７７リットル）である。勿論、単一ウエハプロセスチャンバ１２の容量は、チャンバ１２が設計され収容しようとするウエハのサイズによって異なり得ることが理解される。例えば、図示されたタイプであるが３００ｍｍのウエハ用の単一ウエハプロセスチャンバ１２は、好ましくは約１００リットルよりも少ないの収容量を有し、より好ましくは約６０リットルより少なく、最も好ましくは約３０リットルより少ない。１つの３００ｍｍウエハ用プロセスチャンバは、全容量約２４リットルを有し、有効プロセシングガス収容量約１１．８３リットルを有する。このようなチャンバの比較的小容量は、望ましくは反応物を急速にチャンバ内に流れ込ませるためのチャンバの急速な排気またはパージを可能にする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図５を参照して、誘電体層４２０は窒化される。図示された実施形態において、窒化はＮＨ３をインレットポート４０経由で反応チャンバ１２に流動することによって達成される。更に、ガス供給源６３からのＮ２は、窒素ラジカルまたは準安定窒素種（Ｎ２の場合、準安定窒素種は高エネルギーレベルであるが、ラジカルを形成するのに不十分なエネルギーを有する励起Ｎ２分子である）を含み得る励起種を生成するために励起種ジェネレータ６０に個別に流動される。そして励起種は励起種ジェネレータ６０からチャンバ１２中へ流動される。
【外国語明細書】
2006086521000001.pdf
2006086521000002.pdf
2006086521000003.pdf
2006086521000004.pdf