(57)【要約】  窒化シリコン層を形成する方法が記載される。本発明によれば、窒化シリコン層は、シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを低堆積温度（例えば、５５０℃未満）で熱分解して窒化シリコン層を形成することにより堆積される。その後、熱的に堆積した窒化シリコン層を水素ラジカルで処理して処理された窒化シリコン層を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって、
基板を５５０℃以下の温度に加熱するステップと、
シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを熱的に分解して該基板の表面上に窒化シリコン層を堆積させるステップと、
該窒化シリコン層を水素ラジカルにさらすステップと、
を含む前記方法。
【請求項２】
該水素ラジカルが水素含有ソースガスのプラズマ分解によって形成される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
該水素含有ソースガスが、アンモニア（ＮＨ３）、水素ガス（Ｈ２）、又はアンモニア（ＮＨ３）と水素ガス（Ｈ２）の組合わせを含んでいる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
該窒化シリコン層が、５×１０１５原子/ｃｍ２〜１×１０１７原子/ｃｍ２のフラックスの水素ラジカルで処理される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
該シリコン含有ソースガス又は該シリコンと窒素を含有するソースガスが、Ｓｉ-Ｓｉ、Ｎ＝Ｎ、Ｎ-Ｎ、又はそれらの組合わせの群より選ばれた結合を有する化合物を含んでいる、請求項1記載の方法。
【請求項６】
水素含有ソースガスが、更に、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）及びヘリウム（Ｈｅ）からなる群より選ばれる不活性ガスを含んでいる、請求項２記載の方法。
【請求項７】
該ソースガスの該プラズマ分解が、該窒化シリコン層が水素ラジカルで処理されるチャンバから物理的に離れて行われる、請求項２記載の方法。
【請求項８】
該窒化シリコン層が、該窒化シリコン層を水素ラジカルにさらした後に１.０原子パーセント未満の塩素濃度を有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
該窒化シリコン層が、該窒化シリコン層を水素ラジカルにさらした後に５原子パーセント未満の炭素濃度を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
該熱分解温度が５００℃未満である、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
該窒化シリコン層が、毎分１００オングストロームを超える堆積速度で形成される、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
該シリコン含有ソースガス又は該シリコンと窒素を含有するソースガスが、単結合で第２シリコン原子に結合された第１シリコン原子と該第１シリコン原子と該第２シリコン原子に結合された少なくとも塩素（Ｃｌ）又は窒素（Ｎ）原子を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
有機基が窒素原子に結合されている、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
該シリコン含有ソースガス又は該シリコンと窒素を含有するソースガスが、Ｒ２Ｎ-Ｓｉ(Ｒ’２)-Ｓｉ(Ｒ’２)-ＮＲ２、Ｒ３-Ｓｉ-Ｎ３、Ｒ’３-Ｓｉ-ＮＲ-ＮＲ２（式中、ｙは１以上であり、Ｒ、Ｒ’はハロゲン、１つ以上の二重結合を有する有機基、１つ以上の三重結合を有する有機基、脂肪族アルキル基、環状アルキル基、芳香族基、有機ケイ素基、アルキルアミノ基、又はＮ又はＳｉを含む環状基、及びそれらの組合わせの群より選ばれた１つ以上の官能基を含む。）の構造を有する群より選ばれた化合物を含んでいる、請求項５記載の方法。
【請求項１５】
Ｒ、Ｒ’が、クロロ、メチル、エチル、イソプロピル、トリメチルシリル、ピロリジン、及びそれらの組合わせの群より選ばれた１つ以上の官能基を含んでいる、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
該シリコン含有ソースガス又は該シリコンと窒素を含有するソースガスが、１,２-ジエチルテトラキス(ジエチルアミノ)ジシラン、１,２-ジクロロテトラキス(ジエチルアミノ)ジシラン、ヘキサキス(Ｎ-ピロリジニオ)ジシラン、１,１,２,２-テトラクロロビス(ジトリメチルアミノ)ジシラン、１,１,２,２-テトラクロロビス(ジイソプロピル)ジシラン、１,２-ジメチルテトラキス(ジエチルアミノ)ジシラン、トリス(ジメチルアミノ)シランアジド、トリメチルアミノシランアジド、(２,２ジメチルヒドラジン)ジメチルシラン、及びそれらの組合わせからなる群より選ばれる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを熱的に分解することにより、処理された該窒化シリコン層上に第２窒化シリコン層を堆積させるステップと、
該第２窒化シリコン層を水素ラジカルでさらすステップと、
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを熱的に分解することにより、処理された該第２窒化シリコン層上に第３窒化シリコン層を堆積させるステップと、
該第３窒化シリコン層を水素ラジカルでさらすステップと、
を更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
堆積した該窒化シリコン層が、４５０℃〜６００℃の温度において水素ラジカルで処理される、請求項１記載の方法。
【請求項２０】
該窒化シリコン層を処理した後、該窒化シリコン層が１０原子パーセント未満の水素濃度、該窒化シリコン層を水素ラジカルにさらした後に１.９０以上の屈折率、緩衝化酸化物エッチングを用いた酸化シリコンのエッチング速度とほぼ同じエッチング速度、又はそれらの組合わせを有する、請求項１記載の方法。
【請求項２１】
窒化シリコン層を形成する方法であって、
シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを５５０℃未満の温度で毎分１００オングストロームを超え１５０オングストローム未満の厚さまでの堆積速度で熱的に分解することにより堆積させるステップと、
堆積した該窒化シリコン層を、水素含有ガスのプラズマ分解によって形成された水素ラジカルにさらすステップと、
を含む前記方法。
【請求項２２】
該シリコン含有ソースガス又は該シリコンと窒素を含有するソースガスが、有機ジ又はモノシラン又は有機アミノジ又はモノシランからなる群より選ばれる、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
該水素含有ソースガスが、アンモニア（ＮＨ３）、水素ガス（Ｈ２）、又はアンモニア（ＮＨ３）と水素ガス（Ｈ２）の組合わせを含んでいる、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
堆積した該窒化シリコン層が、５×１０１５原子/ｃｍ２〜１×１０１７原子/ｃｍ２のフラックスを有する水素ラジカルで処理される、請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
堆積したが窒化シリコン層が水素ラジカルでさらされ、処理された該窒化シリコン層が、堆積した該窒化シリコン層を水素ラジカルにさらした後に１０％未満の水素濃度とほとんど減少したＳｉ-Ｈ結合を有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
該プラズマ分解が、該窒化シリコン層が水素ラジカルで処理されるチャンバから離れている、請求項２１記載の方法。
【請求項２７】
該窒化シリコン層が、堆積されるのと同じチャンバ内で処理される、請求項２１記載の方法。
【請求項２８】
窒化シリコン層を形成する方法であって、
シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを熱的に分解することによりシリコン層を堆積させるステップであって、該シリコン含有ソース又は該シリコンと窒素を含有するソースガスが塩素と炭素を含んでいる前記ステップと、
堆積した該窒化シリコン層を水素含有ガスのプラズマ分解によって形成された水素ラジカルで処理して処理した窒化シリコン層を形成するステップと、
を含む前記方法。
【請求項２９】
窒化シリコン層を形成する方法であって、
シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを熱的に分解することによりシリコン層を堆積させるステップであって、該窒化シリコン層を堆積した後、該窒化シリコン層が１５原子パーセントを超える水素濃度と１０原子パーセントの炭素濃度を有する前記ステップと、
堆積した該窒化シリコン層を、該窒化シリコン層が１０原子パーセント未満の水素濃度と５原子パーセント未満の炭素濃度を有するまで水素ラジカルで処理するステップと、
を含む前記方法。
【請求項３０】
該窒化シリコン層の塩素濃度が、堆積した該窒化シリコン層を水素ラジカルにさらした後に１.０原子パーセントである、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
窒化シリコン層を形成するための装置であって、
基板を保持するためのチャンバ内にある基板支持体と、
該基板支持体上に載置された基板を加熱するためのヒータと、
シリコンソースガスと窒素ソースガス及び/又はシリコンと窒素ソースガスを含むプロセスガス混合物をチャンバに供給するためのガス注入口と、
水素含有ガスから水素ラジカルを生成させるための手段と、
該装置の動作を制御するためのプロセッサ/コントローラであって、該プロセッサ/コントローラが、該基板支持体上に載置された該基板を５５０℃未満の温度に加熱し、且つシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガス又はシリコンと窒素を含有するソースガスを、該基板を加熱しつつチャンバに供給して、該基板上に窒化シリコン層を形成するための複数の命令を持つメモリと、該窒化シリコン層を水素ラジカルで処理する水素ラジカルを生成させるための手段を制御するための命令と、を含む前記プロセッサ/コントローラと、
を含む前記装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明は、薄層形成の分野、特に、窒化シリコン層を形成する方法及び装置に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]最新の集積回路は、機能回路の中に一緒に組込まれた文字通り何百万ものトランジスタから構成されている。集積回路の計算能力又は記憶能力を更に高めるために、ゲートの長さ及びゲート酸化物の厚さのようなトランジスタの特徴部のサイズは、更に縮小されなければならない。残念なことに、トランジスタのゲートの長さは、継続的に縮小されているので、トランジスタの電気特性及び性能は、デバイスの中のドーパントの熱の再分配によって大きく変化する場合がある。そのように、デバイスは更に縮小されるので、集積回路を製造するために用いられる熱量、即ち、個々のプロセス又は、堆積及びプロセス温度による累積した熱量も減少させ、デバイスの一貫した信頼性のある電気的性能を保証しなければならない。更に、半導体デバイスを更に縮小するために、デバイスを作るために用いられる薄層を、高い組成と均一の厚さで形成することができなければならない。
【０００３】
[0003]トランジスタの形成に用いられる１つの材料が窒化シリコンである。窒化シリコン薄層は、従来、半導体製造プロセスにおいて、熱化学気相堆積（ＣＶＤ）によって堆積されている。例えば、窒化シリコン層は、スペーサ層、エッチング停止、並びにコンデンサ及び中間層誘電体として用いられている。しかしながら、熱化学気相堆積を用いる単一ウエハリアクタ内で高品質の窒化シリコン層を形成する本方法は、７５０℃を超える高い堆積温度を必要とし及び/又は低温における低堆積速度を有し、トランジスタ製造に認められない窒化シリコンの堆積を生じる場合がある。
【０００４】
[0004]更に、窒化シリコン層を現在のプロセスと前駆物質で低温で又は高堆積速度で堆積する場合、層の品質はたいてい望ましいものにならない。例えば、シラン、ジクロロシラン、ジシラン、ビス-ｔert-ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）、ヘキサクロロジシランを含む現在の窒化シリコン前駆物質では、低密度や高水素含有量のような所望される層品質ではない層が得られた。ジシランとヘキサクロロジシランは、許容しうる堆積速度を可能にさせる弱いＳｉ-Ｓｉ結合を有するが、アンモニアのような窒素源と用いられる場合、弱い膜質（いずれも低密度と高水素含有量、ジシンランについては低ステップカバレージとマイクロローディング）か又はほとんど始末に負えないほどのパーティクルの生成（ヘキサクロロジシランについて）を招く。
【０００５】
[0005]従って、求められることは、低堆積温度で製造可能な堆積速度で熱化学気相堆積（ＣＶＤ）によって高品質の窒化シリコン層を形成する方法である。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]本発明は、一般的には、トランジスタの誘電体層、例えば、窒化シリコン層を形成する方法に関する。本発明によると、窒化シリコン層は、シリコンと窒素を含有するソースガス、又は、シリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを、低堆積温度で熱分解して窒化シリコン層を形成することにより堆積される。前駆物質は、Ｓｉ-Ｎ結合、Ｓｉ-Ｃｌ結合、又は双方の結合を有する化合物を含んでいる。その後、熱的に堆積した窒化シリコン層を水素ラジカルにさらして、処理した窒化シリコン層が形成される。１つ以上のＳｉ-Ｓｉ、Ｎ-Ｎ又はＮ＝Ｎ結合を有する前駆物質が、窒化シリコン層が低温度で堆積するために用いられる。
【０００７】
[0007]本発明の一態様においては、基板を５５０℃以下の温度に加熱するステップと、シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを熱分解して、基板の表面上に窒化シリコン層を堆積させるステップと、窒化シリコン層を水素ラジカルにさらすステップとを含む基板を処理する方法が提供される。
【０００８】
[0008]本発明の他の態様においては、シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを、５５０℃未満の温度で、毎分１００オングストロームを超える厚さから１５０オングストローム未満の厚さまでの堆積速度で熱分解し、堆積した窒化シリコン層を水素含有ガスをプラズマ分解することによって形成された水素ラジカルにさらすことにより窒化シリコン層を堆積させるステップを含む窒化シリコン層を形成する方法が提供される。
【０００９】
[0009]本発明の他の態様においては、シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを熱分解することによってシリコン層を堆積させるステップであって、シリコン含有ソースガス又はシリコンと窒素を含有するソースガスが塩素と炭素を含んでいる前記ステップと、堆積した窒化シリコン層を、水素含有ガスをプラズマ分解することによって形成された水素ラジカルで処理して、処理した窒化シリコン層を形成するステップを含む窒化シリコン層を形成する方法が提供される。
【００１０】
[0010]本発明の他の態様においては、シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを熱分解することによって窒化シリコン層を堆積させるステップであって、窒化シリコン層が堆積した後、窒化シリコン層の水素濃度が１５原子パーセントより大きく、炭素濃度が１０原子パーセントより大きい前記ステップと、堆積した窒化シリコン層を水素濃度が１０原子パーセント未満、炭素濃度が５原子パーセント未満になるまで水素ラジカルで処理するステップを含む窒化シリコン層を形成する方法が提供される。
【００１１】
[0011]本発明の他の態様においては、基板を保持するためのチャンバ内にある基板支持体と、基板支持体上に載置された基板を加熱するためのヒータと、シリコンソースガスと窒素ソースガス及び/又はシリコンと窒素のソースガスを含むプロセスガス混合物をチャンバに供給するためのガス注入口と、水素含有ガスから水素ラジカルを生成させるための手段と、装置の動作を制御するためのプロセッサ/コントローラであって、プロセッサ/コントローラが、基板支持体上に載置された基板を５５０℃未満の温度に加熱し、且つシリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガス又はシリコンと窒素を含有するソースガスを、基板を加熱しつつチャンバに供給して、基板上に窒化シリコン層を形成するための複数の命令を持つメモリと、窒化シリコン層を水素ラジカルで処理する水素ラジカルを生成させるための手段を制御するための命令を含む、前記プロセッサ/コントローラとを含む窒化シリコン層を形成するための装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【００１２】
[0017]本発明は、低堆積温度で形成されうる高品質の窒化シリコン層の形成に関する。以下の説明において、本発明を完全に理解するために、多くの個々の詳細、例えば、堆積やアニール装置が示されている。しかしながら、これらの個々の詳細がなくても本発明を実施することができると当業者は理解する。他の場合において、周知の半導体プロセスは、本発明を不必要にわかりにくくするのを避けるために、特に詳細を説明していない。
【００１３】
[0018]熱化学気相堆積（ＣＶＤ）によって５５０℃未満の低堆積温度で高品質の窒化シリコン層を形成するための方法及び装置が提供される。窒化シリコン層を堆積する方法の一実施例は、一般的には、図１のフローチャートで示されている。本発明の第一ステップによると、図１のブロック１０２に示されるように、シリコンと窒素を含有するソースガス、又は、シリコン含有ソースガスと窒素含有ソースガスを含むプロセスガス混合物が、５５０℃以下、例えば、約５００℃未満の堆積温度（基板温度）でチャンバ内で熱分解されて、窒化シリコン層を堆積するシリコン化学種と窒素化学種が得られる。１種又は複数のソースガスは、熱化学気相堆積によって少なくとも毎分５０オングストローム、理想的には、少なくとも毎分１００オングストロームの堆積速度で５５０℃以下の低堆積温度（即ち、基板温度又はウエハ温度）で窒化シリコン層を形成することが可能なように選ばれる。
【００１４】
前駆物質
[0019]熱化学気相堆積によって十分に大きい堆積速度で低温で窒化シリコン層を得るために使用できるソースガスは、１つ以上のＳｉ-Ｎ結合又はＳｉ-Ｃｌ結合をもつ化合物、例えば、ビス-ｔｅｒｔ-ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）又はヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ又はＳｉ２Ｃｌ６）を含んでいる。化合物は、更に、Ｓｉ-Ｓｉ結合、Ｎ-Ｎ結合、Ｎ＝Ｎ結合、Ｓｉ-ＮとＳｉ-Ｃｌ結合の混合物、又はそれらの組合わせを含むことができる。
【００１５】
[0020]Ｓｉ-Ｃｌ官能基（結合）とＳｉ-Ｎ官能基（結合）の組合わせは、適切な堆積速度で特にいつも低下している温度について改良されたステップカバレージとマイクロローディングに見られる。Ｓｉ-Ｃｌ基の数は、Ｓｉ-Ｎ基の数に相対して変えることができる。Ｓｉ-Ｃｌ結合とＳ-Ｎ結合は、層特性と堆積特性に対して異なる効果があると思われ、Ｓｉ-Ｎ結合とＳ-Ｃｌ結合との比は、層特性と堆積特性を釣り合わせるために使用できる。
【００１６】
[0021]上記の好ましい結合構造を有する化合物は下記の一般構造を持っている
（ｉ）ＮＲ２-Ｓｉ(Ｒ’２)-Ｓｉ(Ｒ’２)-ＮＲ２（アミノ（ジ）シラン）
（ｉｉ）Ｒ３-Ｓｉ-Ｎ＝Ｎ＝Ｎ（シリルアジド）、又は
（ｉｉｉ）Ｒ’３-Ｓｉ-ＮＲ-ＮＲ２（シリルヒドラジン）
[0022]上記の一般構造において、Ｒ、Ｒ’は、その官能基は、ハロゲン、１つ以上の二重結合を有する有機基、１つ以上の三重結合を有する有機基、脂肪族アルキル基、環状アルキル基、芳香族基、有機ケイ素基、アルキルアミノ基、又はＮ又はＳｉを含む環状基、及びそれらの組合わせの群より選ばれる１つ以上の官能基を含んでいる。
【００１７】
[0023]適切な官能基の例としては、クロロ（Ｃｌ）、メチル（-ＣＨ３）、エチル（-ＣＨ２ＣＨ３）、イソプロピル、トリメチルシリル、ピロリジン、及びそれらの組合わせを含んでいる。適切な化合物の例としては以下の化合物が含まれる。
１,２-ジエチルテトラキス(ジエチルアミノ)ジシラン  (ＣＨ２ＣＨ３(ＮＣＨ２ＣＨ３)２Ｓｉ)２
１,２-ジクロロテトラキス(ジエチルアミノ)ジシラン  (Ｃｌ(ＮＣＨ２ＣＨ３)２Ｓｉ)２
ヘキサキス(Ｎ-ピロリジニオ)ジシラン  ((Ｃ４Ｈ９Ｎ)３)Ｓｉ)２
１,１,２,２-テトラクロロビス(ジトリメチルアミノ)ジシラン  (Ｃｌ２(ＮＳｉ(ＣＨ３)３)Ｓｉ)２
１,１,２,２-テトラクロロビス(ジイソプロピル)ジシラン  (Ｃｌ２(Ｎ(Ｃ３Ｈ７)２))Ｓｉ)２
１,２-ジメチルテトラキス(ジエチルアミノ)ジシラン  (ＣＨ３(ＮＣＨ２ＣＨ３)２Ｓｉ)２
トリス(ジメチルアミノ)シランアジド  (Ｎ(ＣＨ３)２)３ＳｉＮ３
トリメチルアミノシランアジド  (ＣＨ３)３ＳｉＮ３
(２,２ジメチルヒドラジン)ジメチルシラン  (ＣＨ３)２ＳｉＨ-ＮＨ-Ｎ(ＣＨ３)２
それらの組合わせ。
【００１８】
[0024]シリコンとシリコンの単結合（即ち、Ｓｉ-Ｓｉ単結合）を有するシリコンソースガス（前駆物質）又はシリコンと窒素のソースガス（前駆物質）は、分子を約５５０℃以下のような低温で分解又は解離することを可能にすると考えられる。
【００１９】
[0025]シリコンと窒素を含む層を堆積するために使用し得る窒素ソースガス又は前駆物質は、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、アジ化水素ＨＮ３、又はそれらの組合せを含むがこれらに限定されない。窒素ソースガスは、理想的には、低温での窒素ソースガスの分解のために窒素-窒素単結合（即ち、Ｎ-Ｎ単結合）を含有する。更に、プロセスガス混合物中にシリコンと窒素を含有するソースガスが用いられる場合、典型的には、層堆積の間、堆積した層の組成について柔軟に制御するために、ある量の窒素ソースガスもガス混合物に含められる。
【００２０】
[0026]適切なシリコンソースガス又はシリコンと窒素のソースガス化合物は、層における炭素と水素の含有量が最少限になるように適応されてもよい。この点において、Ｓｉ-Ｃ結合、Ｓｉ-Ｈ結合、Ｎ-Ｈ結合は、前駆物質結合組成物において最少限である。
【００２１】
[0027]活性化された前駆物質を用いるＳｉＮ ＣＶＤの方法が本明細書に記載される。ＣＶＤプロセスは、ＳｉＮ層を化学量論にするために、ＮＨ３のある量であるが最少量を加える必要があるかもしれない。ＳｉとＮを層へ取り込む効率が異なる（異なる速度論的バリア）ので、前駆物質から窒素を分配するにも拘わらず、このことはなお必要である。化学量論窒化シリコン層は＜１０％Ｃを含むが、潜在的にはなお＞１０％のＨを含み、温度やＲ基の選択に左右される。別の特許に詳述されているように、％Ｈを下げるために可能な後処理を更に使うことができる。アミノジシラン前駆物質を用いて酸化物及び酸窒化物を堆積させるためには、Ｎ２Ｏのような酸化剤の付加が必要である。
【００２２】
[0028]本発明の実施形態に従って、単一ウエハリアクタ内で窒化シリコン層を堆積させ、処理する方法の一実施例は、図２のフローチャート２００に示される。第一ステップは、ウエハ又は基板上で熱化学気相堆積によって窒化シリコン層を堆積させることである。窒化シリコン堆積プロセスの個々の実施例は、フローチャート２００のブロック２０１として図２に示され、フローチャート２００のステップ２０２-２１０を含めてもよい。窒化シリコン層を堆積させるための第一ステップは、チャンバ内にウエハ又は基板を入れることである。理想的には、窒化シリコン層は、ウエハを加熱するために抵抗加熱した基板支持体をもつ低圧単一ウエハコールドウォールリアクタのチャンバ、例えば、アプライドマテリアルズのＸｇｅｎ（登録商標）チャンバ内で形成される。適切なチャンバの一実施例は図４に図示され、具体的に説明されている。
【００２３】
[0029]基板がチャンバ内に入れると、窒化シリコン層を堆積させるために用いられる堆積圧と温度が達成される。本発明の実施形態においては、窒化シリコン層の堆積が起こる堆積圧は、約１０トール〜約３５０トールである。堆積温度（即ち、ウエハ又は基板の温度）は、窒化シリコン層を堆積させるために用いられる個々のプロセスガス（例えば、シリコン含有ソースガスや窒素含有ソースガス）に左右される。ウエハ又は基板の温度は、５５０℃以下、例えば、５００℃未満、一般的には、堆積プロセスの間、約４５０℃〜約５５０℃である。
【００２４】
[0030]次に、ブロック２０６に示されるように、堆積チャンバ内にプロセスガスが導入される。プロセスガス混合物は、本明細書に記載されるように、少なくともシリコン含有ソースガス（即ち、分解されて、窒化シリコン層を堆積させるためのシリコン原子又はシリコン含有中間化学種を得ることができるガス）と窒素含有ソースガス（即ち、熱分解されて、窒化シリコン層を堆積させるための窒素原子又は窒素含有化学種のソースを得ることができるガス）を含む。或いは、プロセスガス混合物は、窒化シリコン層を形成するための窒素原子とシリコン原子の双方又は窒素及びシリコンを持つ中間体化学種のソースを単一分子から得られるシリコンと窒素のソースガスを含むことができる。
【００２５】
[0031]シリコンと窒素のソースガスが用いられる場合、プロセスガス混合物は窒素ソースガス及び/又はシリコンソースガスを含むこともでき、窒素とシリコンのソースを追加することなくシリコンと窒素のソースガスだけを含むこともできる。本発明の実施形態においては、堆積チャンバにシリコンソースガスを供給する前に堆積チャンバに窒素ソースガスが供給される。或いは、ヘリウムやアルゴンを含む希ガス、窒素（Ｎ２）のような不活性キャリヤガスを反応チャンバに導入することができる。シリコンソースガスと窒素ソースガスは、１：１〜１：１０００の間、例えば、約１：１〜約１：５００の流量比で処理チャンバに導入することができる。
【００２６】
[0032]本発明の実施形態においては、シリコンソースガスはヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）である。窒化シリコン層は、チャンバにＨＣＤとＮＨ３又はＮ２Ｈ４を供給することによって形成されうる。ＨＣＤが用いられる場合には、反応チャンバに導入する前に、Ｎ２のような不活性搬送ガスと混合されてもよい。ＨＣＤは１０-２００ｓｃｃｍの速度で反応チャンバに供給され、５００-５０００ｓｃｃｍの窒素ソースガスが反応チャンバに供給される。一実施例においては、ＨＣＤソースガスと窒素ソースガスの流量は、それぞれ１：１〜１：１０００、理想的には１：１〜１：５００である。このようなプロセスは、約８０オングストローム/分の堆積速度で５３０℃のウエハ温度で、また、約５０オングストローム/分の堆積速度で４８０℃のウエハ温度で窒化シリコン層を形成できる。
【００２７】
[0033]適切な窒化シリコン層は、１０-１００ｓｃｃｍの流量の１,２-ジクロロテトラキス(ジエチルアミノ)ジシランと２００-２０００ｓｃｃｍの流量の窒素ソースガスを用いて形成できる。適切な窒化シリコン層は、１０-１００ｓｃｃｍの流量の１,２-ジエチルテトラキス(ジエチルアミノ)ジシランと２００-２０００ｓｃｃｍの流量の窒素ソースガスから堆積できる。このようなプロセスは、約８０オングストローム/分の堆積速度で５３０℃のウエハ温度で、また、約５０オングストローム/分の堆積速度で４８０℃のウエハ温度で窒化シリコン層を形成できる。以下の実施例は、更に、アプライドマテリアルズＳｉＮｇｅｎのような単一ウエハ低圧熱ＣＶＤ装置における、好ましくは前駆物質１,２-ジクロロテトラキス(ジエチルアミノ)ジシランによる詳細なプロセスパラメータであり、約４５０℃〜約６５０℃、例えば、約５００℃の基板温度、約１０トール〜約３００トール、例えば、約４０トール〜約２００トールのチャンバ圧力、１０より大きい、例えば、約５０〜約１００のＮＨ３とシリコン前駆物質の流量、約０.２〜約１.０ｇｍ/分のシリコン前駆物質の流量、６０〜２００オングストローム/分、例えば、約１００オングストローム/分の堆積速度を生じうる約５００ミル〜約１０００ミルのヒータからシャワーヘッドまでの間隔を含んでいる。
【００２８】
[0034]それに比べて、以下はバッチ炉における更にまた好ましくは前駆物質１,２-ジクロロテトラキス(ジエチルアミノ)ジシランによるＳｉＮ-ＣＶＤプロセスの詳細であり、約４５０℃〜約６５０℃、例えば、約５００℃の基板温度、約０.１トール〜約２トール、約０.４トール〜約１トールのチャンバ圧、１０未満、例えば、約１〜約５のＮＨ３とシリコン前駆物質の流量を含み、シリコン前駆物質の流量は炉チューブ容積に左右され、５〜２０オングストローム/分、例えば、約１２オングストローム/分の堆積速度を生じうる。
【００２９】
[0035]次に、フローチャート２００のブロック２０８に示されるように、加熱した基板又は基板支持体からの熱によって、シリコンと窒素のソースガス又はシリコンソースガスと窒素ソースガスが熱分解する。シリコンソースガスの熱分解によって、シリコン原子又はシリコン含有中間化学種が得られる。窒素ソースガスの熱分解によって、窒素原子又は窒素含有中間化学種が得られる。シリコンと窒素のソースガスの熱分解によって、シリコン原子又はシリコン中間化学種と窒素原子又は窒素中間化学種の双方を得ることができる。シリコン原子又はシリコン含有中間化学種は、窒素原子又は窒素含有中間化学種と反応して、基板の表面上に窒化シリコン層を堆積させる。本発明において、シリコンと窒素を含有するソースガス又はシリコンソースガスと窒素ソースガスは、熱エネルギーのみ、例えば、基板からの熱又は基板支持体からの熱を用いて、追加のエネルギー源、例えば、光子増強又はプラズマ増強を援助せずに熱分解され、プラズマを含まない堆積プロセスと呼ばれることは理解されるべきである。本発明の実施形態においては、窒化シリコン層は１０-１５０オングストロームの厚さに堆積され、１２０オングストローム未満、理想的には８０オングストローム未満の厚さが好ましい。より厚い層が所望される場合には、後述されるより厚い層を堆積させるために、第２、第３、又は他の複数の堆積/水素ラジカル処理サイクルを使用できる。
【００３０】
[0036]本発明の実施形態においては、ブロック２１０に示されるように、十分に厚い窒化シリコン層が堆積された後、シリコンソースガスと窒素ソースガスのフローが停止する。本発明の実施形態においては、窒化シリコン層の堆積が完了したとき、ブロック２１０に示されるように基板は窒素ソースガスで任意に処理されてもよい。窒素ソースガスだけが約１０秒間反応チャンバに導入される。堆積ステップの終わりに窒化シリコン層を窒素ソースガスで処理すると、基板上の未反応のシリコン部位が終了する。この動作は、窒化シリコン層においてＮ/Ｓｉ比率の増大と水素の減少（特に、Ｓｉ-Ｈ結合型で）を助ける。しかしながら、動作２１０は、本発明に従って良好な窒化シリコン層を達成するのに必要でない。
【００３１】
[0037]窒化シリコン層を堆積させるために本発明に用いられるプロセスガス混合物は、窒化シリコン層が、熱化学気相堆積で少なくとも毎分５０オングストロームの速度で、理想的には毎分１００オングストロームより大きな速度で５５０℃未満、理想的には５００℃未満の低堆積温度で堆積されることを可能にする。
【００３２】
プラズマ処理
[0038]堆積した窒化シリコン層は、層の品質を改善するために所定の時間水素ラジカルで処理される。水素ラジカルは、アンモニア（ＮＨ３）や水素（Ｈ２）のような水素含有ガスのプラズマ分解によってチャンバ内のインサイチュ又は遠隔デバイスで形成することができ、チャンバに分配できる。堆積した窒化シリコン層は、５×１０１５原子/ｃｍ２〜１×１０１７原子/ｃｍ２のフラックスの水素ラジカルで処理できる。水素ラジカルの処理の間、基板は約４５０℃〜約６００℃の低温に約１００ミリトール〜約５トールのチャンバ圧力で加熱される。十分な処理は、典型的には、約１５〜約１２０秒間に起こりうる。
【００３３】
[0039]水素ラジカル処理に用いられる水素ラジカルは、あらゆる適切な方法で得ることができる。本発明の実施形態においては、水素ラジカルは、分解して十分な数の水素ラジカルを得ることができる水素含有ガスのプラズマ分解によって形成される。水素ラジカルは、非常に活性化した中性水素原子と、荷電した水素イオンを含む原子水素のすべての化学種を含んでいる。適切な水素ソースガスとしてはアンモニア（ＮＨ３）や水素ガス（Ｈ２）が含まれる。本発明の実施形態においては、水素ソースガスはＮＨ３とＨ２の混合物を含んでいる。本発明の実施形態においては、水素処理ガスはＮＨ３のみ又はＨ２のみを含んでいる。更に、本発明の実施形態においては、不活性ガス、例えば、Ｎ２、Ａｒ又はＨｅが水素処理ガスと共に得ることができる。
【００３４】
[0040]水素含有ガスは２００-２０００ワットの電力の高周波源のマイクロ波を用いて適切に解離されて、水素ラジカルを得ることができる。水素処理ガスのプラズマ分解は、インサイチュ（その場で）又は遠隔プラズマを用いて達成できる。インサイチュプロセスにおいて、プラズマと水素ラジカルは、処理すべき窒化シリコン層をもつ基板が位置している同じチャンバ内で生成される。適切なプラズマチャンバの一実施例としては、容量結合ＰＥＣＶＤ又は高密度プラズマＨＤＰチャンバが含まれる。遠隔プラズマ処理において、水素ラジカルとプラズマは、処理すべき窒化シリコン層を持つ基板が位置しているチャンバから離れたチャンバ内のマイクロ波で生成される。遠隔プラズマプロセスにおいて、プラズマと水素ラジカルは、第１チャンバ（解離チャンバ又はキャビティ）内で生成され、その後、解離チャンバからコンジットを通って、処理すべき窒化シリコン層を持つ基板を含む第２チャンバへ流れる。あらゆる適切な遠隔プラズマ発生リアクタ、例えば、アステックスアストロン、アプライドマテリアルズ遠隔プラズマ窒化ＲＰＮソース、アプライドマテリアルズのアドバンスドストリップ不動態化プラス（ＡＳＰ）チャンバが使用しうるが、これらに限定されない。
【００３５】
[0041]本発明の実施形態においては、水素ラジカルは、水素含有ガス、例えば、アンモニア（ＮＨ３）、水素ガス（Ｈ２）又はそれらの組合わせの“ホットワイヤ”又は接触分解によって形成される。“ホットワイヤ”プロセスにおいて、ワイヤ又は触媒、タングステンフィラメントが、約１６００-１８００℃の高温に加熱され、水素処理ガスがフィラメント上に送られる。加熱したフィラメントは、水素処理ガスのクラッキング又は分解を引き起こして水素ラジカルを形成させる。水素ラジカルは、その後、フィラメントの下に位置する基板上に形成された窒化シリコン層を処理する。フィラメントは高温を有するが、処理プロセスの間、基板はなお６００℃未満、好ましくは５５０℃未満の低温にのみ加熱される。本発明の更に他の実施形態においては、水素ラジカルを生成するために誘導生成プラズマを用いることができる。
【００３６】
[0042]水素ラジカルが窒化シリコン層を透過することができる距離が低温プロセスで、例えばＨＣＤ被膜では約１００オングストローム、例えば、シラン被膜では、典型的には、５０オングストローム未満に制限されることから、１５０オングストローム以下、好ましくは１００オングストローム以下の窒化シリコン層が水素ラジカル処理に先立って形成される。より厚い窒化シリコン層が所望される場合、複数の堆積と処理サイクルが使用できる。例えば、３００オングストロームの窒化シリコン層が所望される場合、まず１００オングストロームの窒化シリコン層を堆積させることができ、その後、水素ラジカルで窒化シリコン層を処理する。次に、処理した窒化シリコン層上に第２の１００オングストロームの窒化シリコン層を堆積させ、その後、第２窒化シリコン層を水素ラジカルで処理する。次に、第２窒化シリコン層上に第３の１００オングストローム窒化シリコン層を堆積させ、水素ラジカルで処理する。このようにして、高品質の窒化シリコン層は、所望されるあらゆる厚さに形成できる。例えば、ＨＣＤの１８０オングストロームＣＶＤに続いて８秒間水素ラジカルにさらす３サイクルは、１００オングストロームの処理された、また、８０オングストロームの処理されない３層を示している。
【００３７】
[0043]例えば、前水素ラジカル処理窒化シリコン層は、かなりの割合のＳｉ-Ｈ型を持つ１５原子パーセントを超える水素濃度、有機シリコン前駆物質が用いられる場合には、１０原子パーセントを超える炭素濃度、塩素化シリコン前駆物質が用いられる場合には、１原子パーセントを超える塩素濃度、１.８５未満の屈折率、緩衝化酸化物エッチング（ＢＯＥ）のような酸化物エッチングを用いる酸化シリコンのエッチ速度の２倍を超えるウェットエッチ速度を持てる。このような窒化シリコン層は、スペーサやインタポリ誘電体のような半導体デバイス製造における窒化シリコン層の多くの適用に不適切とみなすことができる。
【００３８】
[0044]処理した窒化シリコン層は、１０原子パーセント未満の全水素濃度、Ｓｉ-Ｈ型の低割合、炭素濃度、例えば、５原子パーセント未満、塩素濃度、例えば、１原子パーセント未満、高屈折率、例えば、１.９０を超える、又は低ウェットエッチング速度、例えば、ＢＯＥのような酸化物エッチングを用いた酸化シリコンとほぼ同じ（１：１）エッチング速度を有することが見出された。
【００３９】
[0045]本発明のプロセスは、高品質の窒化シリコン層が熱化学気相堆積により低堆積温度で製造可能な高堆積速度（例えば、５０オングストローム/分を超える）で形成することを可能にする。低堆積温度は、窒化シリコン層が、デバイスの熱量に劇的に影響しないように堆積温度が十分に低いことからトランジスタ又は活性デバイスの形成後又はその中のドーパント分配後の適用又は位置において半導体回路製造プロセスに用いられることを可能にする。窒化シリコン層の高堆積速度は、プロセスが単一ウエハリアクタ内で実行されることを可能にする。
【００４０】
製造
[0046]本発明に従って窒化シリコン層を形成する方法は、低熱量及び/又はシリコン基板内に配置されたドーパントの再分配防止を必要とする半導体デバイスの製造に用いるのに理想的である。本発明に従う窒化シリコン層の使用のための一実施例は、側壁スペーサの製造にある。このような用途において、図３Ａに示される基板３００のような基板が準備される。基板３００は、ゲート誘電体層３０４がその上に形成された単結晶シリコン基板又は層３０２を含んでいる。横に対向する側壁を持つゲート電極３０６はゲート誘電体層上に形成されている。典型的には、一組のソース/ドレインチップ又は拡張領域３１０が、ゲート電極３０６の横に対向する側壁と整列してシリコン基板３０２に形成される。
【００４１】
[0047]次に、図３Ｂに示されるように、本発明に従って形成される低温窒化シリコン層は、図３００の基板上に全体的に堆積される。窒化シリコン層３１２の厚さは、製造されるトランジスタの物理特性に左右され、６５ｎｍ技術デバイスについては、たいてい少なくとも２００オングストロームの厚さである。本発明によれば、窒化シリコン層は、上記のように低い堆積温度を用いて高堆積速度で堆積される。１００オングストローム以下、理想的には５０オングストローム未満の厚さを有する窒化シリコン層がまず形成される。その後、窒化シリコン層は、上記のように、水素ラジカルでアニールされる。次に、必要であれば、水素ラジカル処理をした最初の窒化シリコン層の上に第２窒化シリコン層が形成される。第２窒化シリコン層は、その後、上記のように水素ラジカルで処理される。次に、第３窒化シリコン層が、上記のように低温化学気相堆積によって堆積される。第３堆積窒化シリコン層は、上記のように水素ラジカルで処理される。所望される全体の厚さを有する窒化シリコン層３１２が形成されるまでこの方法でプロセスが続けられる。幾つかの使用実施形態においては、堆積した又は成長した酸化シリコン層は、窒化シリコン層に先立って形成され、それ故、窒化シリコン層の基礎となる。窒化シリコン層３１２が低温プロセスで形成され、低温で水素ラジカルで処理されることから、ソース/ドレイン拡張３１０を形成するドーパントはほとんど移動せず、窒化シリコンの間、基板３０２内で再分配する。このようにして、製造されたデバイスの電気特性は一貫している。
【００４２】
[0048]次に、図３Ｃに示されるように、十分に厚い窒化シリコン層３１２の形成後、窒化シリコン層３１２が異方的にエッチングされ、ゲート電極３０６の横に対向する側壁に沿っている側壁スペーサ３１４が形成できる。異方性エッチングプロセスは、ゲート電極３０６の側壁のような垂直面上に窒化シリコン層を残しつつ、ソース/ドレイン拡張部３１０とゲート電極３０６の最上面のような水平面から窒化シリコン層を除去する。側壁スペーサ３１４の形成後、深いソース/ドレイン領域３１６の形成及び/又はソース/ドレイン領域上のシリサイド３１８の形成のような半導体デバイスの追加の処理を行うことができる。側壁スペーサ３１４は、深いソース/ドレイン領域の埋め合わせを可能にし、チタンシリサイド又はコバルトシリサイドのようなシリサイドをソース/ドレインとゲート電極の最上面上に当該技術において周知の自己整列プロセスで形成することを可能にする。
【００４３】
装置
[0049]本発明の窒化シリコン層は、理想的には低圧熱化学気相堆積リアクタで形成される。適切なリアクタ４００の一例は、図４に示されている。本発明の実施形態においては、水素ラジカル処理は、窒化シリコン層を堆積させるために用いられるものと同じチャンバ内で行うことができる。層を堆積させるために用いられるものと同じチャンバ内で“堆積したまま”の窒化シリコン層を水素ラジカルで処理するために、遠隔プラズマ源を低圧化学気相堆積リアクタに結合して、水素ラジカルのソースをチャンバに供給することができる。低圧化学気相堆積リアクタ４００に結合した遠隔プラズマ発生器ソース８０１の一実施例も図４で示されている。遠隔プラズマ発生器８０１を熱化学気相堆積リアクタ４００に結合すると、本発明のスループットが非常に改善され、窒化シリコン堆積後に、窒化シリコン層を水素ラジカルで直接処理することを可能にする。更に、連続する堆積/処理サイクルが、２００オングストロームを超える窒化シリコン層のような厚い窒化シリコン層を形成するために用いられる場合、このような装置はウエハのスループットを劇的に改善する。
【００４４】
[0050]図４は、反応容器アセンブリ（リアクタ）４００を示している。図４は、リアクタ４００が、プロセスガス、前駆ガス、又は反応ガスを熱分解して、ウエハ基板（図示せず）上にシリコンを含む層を形成する反応チャンバ４０８を定義するチャンバ本体４０６を備えていることを示している。チャンバ本体４０６は、チャンバが圧力を１０〜約３５０トールに維持することを可能にする物質から構成されている。例示的な一実施形態においては、チャンバ本体４０６は、アルミニウム合金物質から構成されている。チャンバ本体４０６は、温度制御された液体がそこを通ってポンプで送られてチャンバ本体４０６を冷却するための通路４１０を含んでいる。温度制御された液体の通路を備えた、リアクタ４００は“コールドウォール”リアクタと呼ばれている。チャンバ本体４０６を冷却すると、チャンバ本体４０６を形成するために用いられる物質に対して反応性化学種の存在と高温による腐食が防止される。
【００４５】
[0051]チャンバ本体４０６内には、反応チャンバ４０８、チャンバリッド４２６、フェースプレート（又はシャワーヘッド）４３０、遮断プレート４２８、抵抗加熱アセンブリ４０４が常在している。抵抗加熱アセンブリ４０４は、ニッケルでできているヒータチューブ４１４の長さを通るワイヤリード４１２を含んでいる。ヒータチューブ４１４の端部に、焼結ＡＩＮからできた加熱ディスク４１６がある。加熱ディスク４１６の中に、モリブデンからできた１つ以上の加熱コイル４１８がある。ワイヤ４１２とコイル４１８は、ろう付けによって接合され、その中で
導電性をもつ。ワイヤ４１２は、ＡＩＮセラミックスリーブ４２０により熱的に隔離される。コイル４１８は、電気抵抗のほとんどを与え、それ故、反応チャンバ４０８の大部分が加熱される。加熱ディスク４１６の端に、ポケット４２２と呼ばれる溝があり、ポケット４２２の中にウエハ（図示せず）が配置される。
【００４６】
[0052]図４は、チャンバ本体４０８が更に、リフタアセンブリ４３６を収容していることを示している。リフタアセンブリ４３６は、反応チャンバ４０８の内外で、ウエハ基板（図示せず）の移動を容易にする。リフタアセンブリ４３６はステッパモータでもよい。リフタアセンブリ４３６は、ヒータアセンブリ４０４を軸４０５に沿って上下に移動して、反応チャンバ４０８の内外でウエハ基板の移動を容易にする。
【００４７】
[0053]基板又はウエハは、例えば、ロボット搬送メカニズム（図示せず）によって、入口ポート４３４を通って反応チャンバ４０８に配置される。一実施形態においては、ロボット搬送メカニズムは搬送ブレードに結合し、ロボット搬送メカニズムが搬送ブレードを制御する。搬送ブレードは開口部を通って基板を挿入して、反応チャンバ４０８へ加熱ディスク４１６のポケット４２２に装入する。基板が装入されているので、リフタアセンブリ４３６はヒータアセンブリ４０４と加熱ディスク４１６を軸４０５に沿った下の方向に下げ、加熱ディスク４１６の表面が入口ポート４３４の下になる。加熱ディスク４１６が下げられるので、基板が反応チャンバ４０８内に配置される。基板が装入されると、入口４３４はシールされ、リフタアセンブリ４３６は、ヒータアセンブリ４０４と加熱ディスク４１６を上の（例えば、上向き）方向にフェースプレート４３０に向かって移動又は進ませる。一例示的実施形態においては、ウエハ基板がフェースプレート４３０から距離が短い（例えば、４００-９００ミル）場合、前進が停止する。
【００４８】
[0054]一例示的実施形態においては、堆積又は処理の準備ができている場合、ガスパネル４０１によって制御されたプロセスガス又は前駆ガスが反応チャンバ４０８に導入される。遮断プレート４２８は、それを通してガス流を収容するために複数の穴（図示せず）を有する。プロセスガスは、まずポート４２４を通って、遮断プレート４２８を通って、その後、フェースプレート４３０を通って、反応チャンバ４０８に導入される。プロセスガスは、ポート４２４から遮断プレート４２８の複数の穴を通って、その後、フェースプレート４３０を通って分配される。フェースプレート４３０が反応チャンバ４０８へプロセスガスを一様に分配する。
【００４９】
[0055]基板は、例えば、ヒータアセンブリ４０４を、例えば、下方に（下げる）ことによってチャンバから取り出せる。リフタアセンブリ４３６の作用によって加熱アセンブリ４０４が下の方向に移動するので、リフトピン４４２は、コンタクトリフトプレート４４４と接触し、静止したままになり、最終的に加熱ディスク４１６の最上面の上に伸びて、加熱ディスクが下げられたまま加熱ディスク４１６から基板を分離する。搬送ブレードは、その後、開口部４３４を通って挿入され、基板と加熱ディスク４１６の間に配置される。その後、コンタクトリフトプレート４４４が下げられ、それによって、リフトピン４４２が下がり、基板が搬送ブレードに下がる。基板は、その後、搬送ブレードによって入口ポート４３４を通って取り出せる。
【００５０】
[0056]上記のメカニズムは、続いての基板に繰り返すことができる。１つの適切なリフタアセンブリ４３６の詳細な説明は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社に譲渡された米国特許第５,７７２,７７３号に記載されている。
【００５１】
[0057]リアクタ４００は温度表示器（図示せず）も含んでおり、反応チャンバ４０８の内側で処理温度をモニタする。一実施例においては、温度表示器は、加熱ディスク４１６の表面（又は、加熱ディスク４１６によって支持された基板の表面）の温度について都合よくデータを与えるように配置されている熱電対でありうる。リアクタ４００において、基板温度は加熱ディスク４１６の温度よりわずか２０-３０℃低い。
【００５２】
[0058]図４は更に、反応チャンバ４０８が温度制御されたライナ又は断熱ライナ４０９で裏打ちされていることを示している。上述のように、チャンバ本体４０６は温度制御された液体のための通路４１０を含み、コールドウォールチャンバ効果を生じる。反応チャンバ４０８の内側の反応温度は６００℃以上になる場合がある。反応チャンバ４０８内に層を形成するために用いられる化学によって、高温度は、反応チャンバ４０８のチャンバ本体４０６を簡単に腐食する。従って、チャンバ本体４０６は、チャンバ本体４０６を冷却する水又は他の冷却剤のような温度制御された液体のための通路４１０を備えている。これにより、チャンバ本体４０６を簡単に腐食するチャンバ本体４０６が熱くなりすぎることが防止される。このようなコールドウォールチャンバと関連することができる１つの問題は、チャンバのコールドウォールと近接する反応チャンバ４０８の内側の領域が温度の急な低下を経験する傾向があることである。これらの領域における温度の急な低下によって、反応チャンバ４０８内に形成されたシリコンを含む層にとって望ましくない又は好ましくないパーティクルの形成又は凝結が促される。例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層を形成する堆積プロセスにおけるＨＣＤとＮＨ３の反応によって、典型的には、ＮＨ４Ｃｌが形成される。ＮＨ４Ｃｌは、形成されるＳｉ３Ｎ４に対する汚染を防止するために洗浄を必要とする望ましくない塩の副生成物である。温度が約１５０℃未満に下がる場合、ＮＨ４Ｃｌのような凝結が起こる。これらのパーティクルは、チャンバ壁から離すことができる。離されたパーティクルは、粒子パーティクル形成のための核形成部位をウエハ基板上に形成する。一実施形態においては、反応チャンバ４０８は温度制御されたライン４０９で裏打ちされ、パーティクルの望ましくない凝結を防止する。
【００５３】
[0059]一実施形態においては、温度制御されたライナ４０９がチャンバ本体４０６の壁に結合され、温度制御されたライナ４０９だけがチャンバ本体４０６の壁に沿って幾つかの物理的接触点をもつ。（例えば、図４に示されている接触点４５９を参照）。温度制御されたライナ４０９とチャンバ本体４０６の壁の間の物理的接触を最少限にすると、導電点を最少限にすることによるチャンバ本体４０６への熱損失が最少限になる。
【００５４】
[0060]堆積中、反応チャンバ４０８の底にパージガス（例えば、窒素）が送られて、望まれていない堆積を防止することができる。
【００５５】
[0061]リアクタ４００は、１つ又は複数の圧力レギュレータ（図示せず）にも結合している。圧力レギュレータは反応チャンバ４０８内の圧力を設定し保持する。このような圧力レギュレータがこの分野で知られている。例示的実施形態に使用しうる圧力レギュレータは、約１０トール〜約３５０トールの範囲のレベルで圧力を保持できなければならない。或いは、リアクタ４００は、反応チャンバ４０８からガスポンプで送るためにこの分野ではよく知られているガスポンプアウトシステム（図示せず）にも結合することができる。ガスポンプアウトシステム（例えば、スロットルバルブを含むことができる）は、反応チャンバ４０８内の圧力を制御するためにも使用できる。リアクタ４００は、センサ（図示せず）にも結合し、反応チャンバ４０８内の処理圧力をモニタする。
【００５６】
[0062]一実施形態においては、コントローラ又はプロセッサ/コントローラ９００は、チャンバ本体４０６に結合し、チャンバ圧力を示すセンサからの信号を受け取る。プロセッサ/コントローラ９００は、また、ガスパネル４０１システムに結合して、窒素ソースガス、シリコンソースガス、不活性ガス及び/又はパージガスのフローを制御することができる。プロセッサ９００は、１つ又は複数の圧力レギュレータとともに機能して、反応チャンバ４０８内で所望される圧力を調整又は保持することができる。更に、プロセッサ/コントローラは、加熱ディスクの温度を制御することができ、それ故、その上に配置された基板の温度を制御することができる。プロセッサ/コントローラ９００は、本発明に従って窒化シリコン層を形成するために上で示したパラメータの中の窒素ソースガスフロー、シリコンソースガスフロー及び不活性ガスフロー、並びにチャンバ内圧力及び加熱ディスク温度を制御するためにコンピュータ読取り可能フォーマットの命令を有するメモリを含んでいる。例えば、５５０℃以下の温度に基板を加熱するための命令、及び基板を５５０℃以下の温度に加熱しつつチャンバ４０８にシリコンソースガスと窒素ソースガス及び/又はシリコンと窒素のソースガスを供給するための命令、並びにチャンバ４０８内の圧力を１０-３５０トールに制御するための命令がプロセッサ/コントローラ９００のメモリに記憶されている。
【００５７】
[0063]リアクタ４００における構成成分の材料は、さらされた構成成分が本発明の高温処理に適合しなければならないように選ばれる。シリコンを含む層を形成するための本発明の前駆物質又は反応化学種の熱分解は、６００℃程度まで反応チャンバ４０８内部の温度を必要とする。リアクタ４００内の構成成分の材料は、このように高い温度に耐える種類からなるべきである。一実施形態においては、チャンバ本体４０６は、硬質陽極酸化アルミニウムのような耐食性金属から作られている。このような種類のアルミニウムは、しばしば高価である。或いは、チャンバ本体４０６は、温度制御された液体が通過するための通路４１０を含んでいる。通路４１０はチャンバ本体４０６を冷たいままに保つので、温度制御された液体の通路は、チャンバ本体４０６が非常に安価なアルミ合金又は他の適切な金属から作られることを可能にする。述べたように、このことはリアクタ４００がしばしばコールドウォールリアクタと呼ばれる理由の１つである。コールドウォール又は冷却されたチャンバ本体４０６上で望まれていない凝結を防止するために、上記の温度制御されたライナ４０９は、反応チャンバ４０８から放出された熱を吸収し、温度制御されたライナ４０９の温度を、少なくとも約１５０℃以上或いは層形成適用によっては少なくとも約２００℃以上に保つ材料で作られる。一実施形態においては、温度制御されたライナ４０９は、望まれていない凝結を防止するのに十分な温度に維持される必要がある。
【００５８】
[0064]更に、構成成分材料は、プロセスガスや他の化学物質、例えば、反応チャンバ４０８に導入することができる洗浄化学剤及び前駆物質とも適合するべきである。一実施形態においては、加熱アセンブリ４０４のさらされた表面は、プロセスと適合すれば種々の材料から構成することができる。例えば、この考察における例示的な実施形態には、高温で加えられる腐食性化学が必要である。従って、加熱アセンブリの構成成分は、この環境に耐えなければならない。一実施例においては、加熱アセンブリの構成要素は、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）のようなセラミック材料から作られている。加熱アセンブリ４０４の加熱ディスク４１６も窒化アルミニウム材料から構成することができる。
【００５９】
[0065]例示的な一実施形態において、反応チャンバ４０８は、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、又はそれらの組合せのような安定ガスを用いて安定される。一実施例においては、マニホールドは、反応チャンバ４０８に安定化ガスを放出するガスパネルシステム４０１に含まれている。安定化ガスは、５-６リットルの容量をもつリアクタ４００に対して、１,０００ｓｃｃｍ〜１０,０００ｓｃｃｍの範囲にある、好ましくは、約２,０００ｓｃｃｍの流量をもてる。
【００６０】
[0066]本発明の実施形態においては、リアクタ４００は、水素ラジカルを発生させ、堆積チャンバ４０８に供給する遠隔プラズマ発生器８０１に結合される。遠隔プラズマ発生器８０１は、マイクロ波源によりマイクロ波を生成させるマグネトロン８０２を含んでいる。マグネトロン８０２は、好ましくは２.５Ｇｈｚマイクロ波エネルギーの１０,０００ワットまで生成できる。必要とされる電力量は、チャンバ４０８の大きさに依存して（比例して）いることは留意すべきである。３００ｍｍウエハを処理するために用いられるアニールチャンバの場合、１０,０００ワットの電力が十分でなければならない。マイクロ波源は装置８００内にプラズマを生成させるために用いられるが、高周波（ＲＦ）のような他のエネルギー源を用いることができる。
【００６１】
[0067]マグネトロン８０２は、インピーダンス整合のために供給されるアイソレータとダミーロード８０４に結合される。ダミーロードは反射電力を吸収し、反射電力はマグネトロンヘッドには行かない。アイソレータとダミーロード８０４は導波管８０６によって結合され、マイクロ波エネルギーを自動チューナ８０８に送る。自動チューナ８０８は、インピーダンス整合ヘッドとインピーダンス整合スタブを駆動する３つのステッパモータを用いて電源に送られるマイクロ波エネルギーの反射電力を減少させる別個の検出モジュールからなる。自動チューナ８０８は、マイクロ波エネルギーをマイクロ波アプリケータキャビティ（又はチャンバ）８１０の中央に合わせるので、エネルギーは、コンジット８１２によってアプリケータキャビティ８１０へ送られる水素処理ガスによって吸収される。自動チューナが好ましいが、手動チューナも使うことができる。
【００６２】
[0068]アプリケータ８１０は、マグネトロン８０２から受け取ったマイクロ波エネルギーを用いて、アプリケータ８１０の内部にある石英プラズマチューブを通って流れるように水素処理ガスからプラズマを生成する。水素ラジカルを発生させるために用いられるＨ２やＮＨ３のようなこれらに限定されない水素処理ガスのソース８１４、例えば、タンクはマイクロ波アプリケータ８１０に結合される。更に、アルゴン（Ａｒ）、又は、ヘリウム（Ｈｅ）のような不活性ガスのソースもアプリケータ８１０に結合される。紫外光をプラズマチューブに放射して、プロセスガスを部分的にイオン化し、それによって、マイクロ波エネルギーがプラズマを発火させるのをより容易にするために発火前の水銀灯を用いることができる。
【００６３】
[0069]マグネトロン８０２からのマイクロ波エネルギーは、水素処理ガスを本質的に３つの成分；イオン化又は荷電した水素原子、活性化（反応性）電気的に中性の水素原子、中間水素含有化学種からなるプラズマに変換し、本発明のために、これらのすべてが“水素ラジカル”を構成する。
【００６４】
[0070]アプリケータ８１０は装置４００のリッドにボルトで固定されうる。高濃度プラズマ混合物は、コンジット８１４を通って下流にチャンバ４０８まで流れる。水素ラジカルは、アニールすべき基板が位置するチャンバ４０８から分かれた又は離れた位置（チャンバ８１０）で生成されることから、水素ラジカルは“遠隔生成”されると言われる。
【００６５】
[0071]遠隔プラズマ源８０１は、プロセッサ/コントローラ９００に結合される。プロセッサ/コントローラ９００は、遠隔プラズマ源８０１の動作を制御して上記の水素ラジカル処理プロセスを達成する、コンピュータ読取り可能なフォーマットでメモリに記憶された命令を含むことができる。命令は、例えば、５×１０１５原子/ｃｍ２〜１×１０１７原子/ｃｍ２のフラックスのような、窒化シリコン層を処理するのに必要な所望される水素ラジカルフラックスを得るための水素処理ガス流量と電力を制御する命令を含むことができ、また、加熱ディスクの温度（それ故、ウエハ温度）を制御するための命令と水素ラジカル処理プロセスの間、チャンバ４０８内の圧力を制御する命令も含むことができる。
【００６６】
[0072]更に、本発明は、単一ウエハ装置を用いることについて記載してきたが、本発明の堆積・処理プロセスは、所望される場合には、本発明の範囲から逸脱しないで、半バッチ又はチューブ型装置で実施される。
【００６７】
[0073]本発明の代替的実施形態においては、低温窒化シリコン堆積プロセスは、図５に示されるように、クラスタツール５００のようなクラスタツールで実施される。クラスタツール５００は、その中に含まれたロボットのようなウエハハンドラ５０４をもつ密封可能な搬送チャンバ５０２を含んでいる。１つのロードロック又は１組のロードロック５０６は、密封可能なドアを通って搬送チャンバ５０２に結合されて、ウエハがロボット５０４によってクラスタツール５００へ入ること、また、クラスタツール５００から出ることを可能にする。密封可能なドアによって搬送チャンバ５０２に、アプライドマテリアルズ社のＸｇｅｎ単一ウエハ、コールドウォール、抵抗ヒータをもつ熱化学気相堆積リアクタのような、窒化シリコン堆積リアクタ５０８が結合される。また、密封可能なドアによって搬送チャンバ５０２に、図５に示されるように、水素ラジカル処理チャンバ５１０が結合される。水素ラジカル処理チャンバは、例えば、アプライドマテリアルズ社のアドバンスドストリップ不動態化プラス（ＡＳＰ）チャンバのようなプラズマチャンバ、アプライドマテリアルズ社の遠隔プラズマ窒化ＲＰＮチャンバのような遠隔プラズマチャンバ、又は、“ホットワイヤ”チャンバでもよい。典型的には、搬送チャンバ５０２は低圧に保たれ、Ｎ２のような不活性環境を含んでいる。このようにして、ウエハは、１つのチャンバ（例えば、窒化シリコン堆積チャンバ５０８）から第２チャンバ（例えば、水素ラジカル処理チャンバ）に、逆もまた同様に、ウエハを酸化雰囲気又は汚染物質にさらすことなく搬送させることができる。クラスタツール５００は、また、窒化シリコン堆積リアクタ５００の動作を制御する上記プロセッサ/コントローラ９００と、上記窒化シリコン層を堆積し且つ窒化シリコン層を上記水素ラジカルで処理する水素ラジカル処理チャンバ５１０を含むことができる。
【００６８】
[0074]使用中、図３Ａで示されるウエハのようなウエハ又は基板は、ロードロック５０６からロボット５０４によって搬送チャンバ５０２に入る。ウエハは窒化シリコン堆積チャンバ５０８に搬送され、その間ドアが密封され、低堆積温度プロセスによりその上に窒化シリコン層が形成される。その上に窒化シリコン層が形成されると、ウエハはロボット５０４によって窒化シリコン堆積チャンバ５０８から取り出され、ロボット５０４によって水素ラジカル処理チャンバ５１０に入る。その後、水素ラジカル処理チャンバ５１０と搬送チャンバ５０２間のドアが密封され、上記のように窒化シリコン層が水素ラジカルにさらされる。より厚い窒化シリコン層が所望される場合には、ウエハはチャンバ５１０から取り出されることができ、追加の窒化シリコンを堆積するために窒化シリコン堆積チャンバ５０８に戻される。ウエハは、再び、窒化シリコン堆積チャンバ５０８から取り出され、水素ラジカル処理チャンバ５１０に戻され、もう一度、水素ラジカルで処理される。所望される厚さと品質の窒化シリコン層が得られるまで、ウエハは、堆積チャンバ５０８と処理チャンバ５１０の間を連続して搬送されることができる。かなり厚い窒化シリコン層が形成されると、ウエハはクラスタツール５００から取り出される。
【００６９】
[0075]このように、低堆積温度で高品質窒化シリコン層を堆積させ処理する方法及び装置が記載された。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、窒化シリコン層を形成するための方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】図２は、窒化シリコン層を形成するための方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図３Ａ】図３Ａは、窒化シリコン層から形成された側壁スペーサを持つ半導体デバイスを形成するための方法の一実施形態の断面概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、窒化シリコン層から形成された側壁スペーサを持つ半導体デバイスを形成するための方法の一実施形態の断面概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、窒化シリコン層から形成された側壁スペーサを持つ半導体デバイスを形成するための方法の一実施形態の断面概略図である。
【図４】図４は、窒化シリコン層を形成するために使用しうる装置の一実施形態の断面概略図である。
【図５】図５は、窒化シリコン層を形成するために使用しうるクラスタツールの一実施形態の平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
３００…基板、３０２…層、３０６…ゲート電極、３１０…拡張領域、３１２…窒化シリコン層、３１４…側壁スペーサ、３１６…ソース/ドレイン、３１８…シリサイド、４００…リアクタ、４０１…ガスパネル、４０４…ヒータアセンブリ、４０５…軸、４０６…チャンバ本体、４０８…反応チャンバ、４０９…断熱ライナ、４１０…通路、４１２…ワイヤリード、４１４…ヒータチューブ、４１６…加熱ディスク、４１８…加熱コイル、４２２…ポケット、４２６…チャンバリッド、４２８…遮断プレート、４３０…フェースプレート、４３４…入口ポート、４３６…リフタアセンブリ、４４２…リフトピン、４４４…コンタクトリフトプレート、５００…クラスタツール、５０４…ロボット、８００…装置、８０１…遠隔プラズマ発生器、８０２…マグネトロン、８０４…ダミーロード、８０６…導波管、８０８…自動チューナ、８１０…アプリケータ、９００…プロセッサ/コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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