(57)【要約】  ゲート電極の層を堆積させる方法が提供される。その方法には、ドープされた多結晶シリコン層と、タングステンシリサイド薄層と、金属層とを堆積させるステップが含まれる。一態様においては、ドープされた多結晶シリコン層とタングステンシリサイド薄層は集積処理システム内に堆積される。他の態様においては、タングステンシリサイド層を堆積させるステップには、多結晶シリコン層をシリコン源に曝す工程と、タングステンシリサイド層を堆積させる工程と、タングステンシリサイド層をシリコン源に曝す工程とが含まれる【選択図】  図４
2008508721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にゲート電極の層を堆積させる方法であって、
該基板上に多結晶シリコン層を堆積させるステップと、
該多結晶シリコン層上に厚さが約２０オングストローム〜約８０オングストロームのタングステンシリサイド層を堆積させるステップと、
該タングステンシリサイド層上に金属層を堆積させるステップと、
を含む前記方法。
【請求項２】
該タングステンシリサイド層を堆積させるステップが、熱化学気相堆積プロセスにおいてシリコン源とタングステン源を含むガス混合物を反応させる工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
該シリコン源がジクロロシランであり、タングステン源が六フッ化タングステンである、請求項２記載の方法。
【請求項４】
該シリコン源がシランであり、該タングステン源が六フッ化タングステンである、請求項２記載の方法。
【請求項５】
該タングステンシリサイド層を堆積させるステップが、該ガス混合物を反応させる前に該多結晶シリコン層上に厚さが約５オングストローム〜約１０オングストロームのシリコン層を堆積させる工程を含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
堆積した該タングステンシリサイド層をシランに曝すステップを更に含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
該多結晶シリコン層がドープされ、該多結晶シリコン層より低い濃度のドーパントを含む多結晶シリコンを多く含む層が、該タングステンシリサイド層が堆積される前に該多結晶シリコン層上に堆積される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
該タングステンシリサイド層のシリコンとタングステンとの比が約２.１：１〜約３.０：１である、請求項１記載の方法。
【請求項９】
該金属層が、タングステン層、窒化タングステン層、又はそれらの組合せである、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
該多結晶シリコン層を堆積させた後、該タングステンシリサイド層を堆積させる前に、該基板を洗浄するステップであって、該基板を洗浄するステップが、該基板をフッ化水素酸に曝す工程を含む、前記ステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
基板上にゲート電極の層を堆積させる方法であって、
該基板上に多結晶シリコン層を堆積させるステップであって、
該多結晶シリコン層上に厚さが約２０オングストローム〜約８０オングストロームのタングステンシリサイド層を堆積させるステップであって、該タングステンシリサイド層を堆積させるステップが、
該多結晶シリコン層をシランに曝す工程と、
ジクロロシランと六フッ化タングステンを含むガス混合物を反応させて、該タングステンシリサイド層を堆積させる工程と、
該タングステンシリサイド層をシランに曝す工程と、
を含む前記ステップと、
該タングステンシリサイド層上に金属層を堆積させるステップと、
を含む、前記方法。
【請求項１２】
該タングステンシリサイドが基板処理チャンバ内で堆積され、該タングステンシリサイド層をシランに曝すステップが、該シランを該基板処理チャンバに約０.８トール〜約２トールの圧力で約１００ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍの流量で導入する工程を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
該多結晶シリコン層をシランに曝すステップが、該シランを基板処理チャンバに約５トール〜約１０トールの圧力において約３００ｓｃｃｍ〜約１２００ｓｃｃｍの流量で導入する工程を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
タングステンシリサイド層を堆積させる前に、該ドープされた多結晶シリコン層上に多結晶シリコンを多く含む層を堆積させるステップであって、該多結晶シリコン層がドープされ、該多結晶シリコンを多く含む層が該ドープされた多結晶シリコン層より低いドーパント濃度を有する前記ステップを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
該タングステンシリサイド層を堆積させる該ステップの間、約４００℃〜約６５０℃の温度に加熱された基板支持部材上に該基板が支持されている、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
該多結晶シリコン層を堆積させた後、該タングステンシリサイド層を堆積させる前に、該基板を洗浄するステップであって、該基板を洗浄するステップが、該基板をフッ化水素酸に曝す工程を含む、前記ステップを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
基板を処理する方法であって、
集積処理システムの第１チャンバ内で該基板上に多結晶シリコン層を堆積させるステップと、
該集積処理システムの第２チャンバ内で該多結晶シリコン層上に厚さが約２０オングストローム〜約８０オングストロームのタングステンシリサイド層を堆積させるステップであって、多結晶シリコン層を堆積させる該ステップ後、タングステンシリサイド層を堆積させる該ステップ前に、該基板が該集積処理システムの外部の雰囲気に曝されない前記ステップと、
を含む前記方法。
【請求項１８】
該タングステンシリサイド層上に金属層を堆積させるステップであって、該多結晶シリコン層と、タングステンシリサイド層と、金属層とが、該基板上にゲート電極の層を形成する、前記ステップを更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
該金属層が、タングステン層、窒化タングステン層、又はそれらの組合せである、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
該タングステンシリサイド層を堆積させるステップが、
該多結晶シリコン層をシランに曝す工程と、
ジクロロシラン又はシランと六フッ化タングステンを含むガス混合物を反応させて該タングステンシリサイドを堆積させる工程と、
該タングステンシリサイドをシランに曝す工程と、
を含む、請求項１７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、一般的には、ゲート電極の層を堆積させる方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]集積回路は、多くの、例えば、数百万というデバイス、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。トランジスタ、例えば、電界効果型トランジスタには、典型的には、ソースと、ドレインと、ゲートスタックとが含まれる。ゲートスタックには、典型的には、基板、例えば、シリコン基板と、基板上のゲート誘電体、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）と、ゲート誘電体の上のゲート電極とが含まれる。
【０００３】
[0003]ゲート電極に用いられてきた材料には、アルミニウム（Ａｌ）のような金属や多結晶シリコンが含まれる。ドープされた多結晶シリコンはアルミニウムよりも低いしきい電圧を有するので、ゲート電極に好ましい材料であった。しきい電圧はトランジスタのソースとドレインを接続するゲートの下のチャネルの形成に必要な電圧量である。より低いしきい値はトランジスタに必要な電力量を低減させるとともにトランジスタの速度を増大させるので好ましい。
【０００４】
[0004]多結晶シリコン層上にタングステン（Ｗ）又は窒化タングステン（ＷＮ)/タングステンのスタックを含むゲート電極もまた開発された。多結晶シリコン層上にタングステン又は窒化タングステン/タングステン層のスタックを含むゲート電極は、ゲート電極の抵抗が小さいように形成することができ、９０ｎｍ以下のより小さなトランジスタの開発においてますます重要になっている。しかしながら、続いての処理ステップ、例えば、アニーリングでそのようなゲート電極を処理すると、タングステン層又は窒化タングステン層と多結晶シリコン層との間に望ましくない相互作用を生じ得ることがわかった。例えば、多結晶シリコン層とタングステン層又は窒化タングステン層との間にそれらの層がアニールされた時に、一様でない窒化シリコン（ＳｉＮ）層又はタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）層が形成されてしまう。多結晶シリコン層とタングステン層又は窒化タングステン層との間の反応もまた、ゲート電極の抵抗やデバイスの信頼性に影響し得る。
【０００５】
[0005]このように、抵抗が小さく且つ化学的性質と電気的性質が安定なゲート電極が求められている。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]本発明の実施形態は、一般的には、基板上にゲート電極を堆積させる方法であって、基板上に多結晶シリコン層を堆積させるステップと、多結晶シリコン層上に厚さが約２０オングストローム〜約８０オングストロームのタングステンシリサイド層を堆積させるステップと、タングステンシリサイド層上に金属層を堆積させて、ゲート電極の層を形成するステップと、を含む前記方法を提供する。一実施形態においては、多結晶シリコン層はドープされた多結晶シリコン層であり、多結晶シリコンを多く含む層はドープされた多結晶シリコン層上に堆積されている。
【０００７】
[0007]発明の実施形態は、また、基板上にゲート電極を堆積させる方法であって、基板上に多結晶シリコン層を堆積させるステップと、多結晶シリコン層上に厚さが約２０オングストローム〜約８０オングストロームのタングステンシリサイド層を堆積させるステップであって、タングステンシリサイド層を堆積させるステップが、多結晶シリコン層をシランに曝す工程と、ジクロロシランと六フッ化タングステンを含むガス混合物を反応させて、タングステンシリサイド層を堆積させる工程と、タングステンシリサイド層をシランに曝す工程と、を含む前記ステップと、その後、タングステンシリサイド層上に金属層を堆積させて、ゲート電極の層を形成するステップと、を含む前記方法を提供する。一実施形態においては、多結晶シリコン層をシランに曝すス工程は、多結晶シリコン層上にシリコン薄層を堆積させる段階と、タングステンシリサイド層をシランに曝す工程はタングステンシリサイド層上にシリコン薄層を堆積させる段階を含んでいる。
【０００８】
[0008]他の実施形態においては、集積処理システムの第１チャンバ内で基板上に多結晶シリコン層を堆積させるステップと、集積処理システムの第２チャンバ内で多結晶シリコン層上に厚さが約２０オングストローム〜８０オングストロームのタングステンシリサイド層を堆積させるステップと、を含む基板を処理する方法であって、基板が多結晶シリコンを堆積させた後、タングステンシリサイド層を堆積させる前に、集積処理システムの外部の雰囲気に曝されない、前記方法が提供される。
【０００９】
[0009]実施形態においては、更に、基板上にゲート電極の層を堆積させる方法は、基板上に多結晶シリコン層を堆積させステップと、約２５００Ω/ｃｍ２以上の層のシート抵抗を与えるのに充分な条件下で多結晶シリコン層上に厚さが表面特性を持つ約２０オングストローム〜８０オングストロームの層を堆積させるステップと、層上に金属層を堆積させるステップと、を含む前記方法が提供される。
【００１０】
[0010]本発明の上記特徴を詳細に理解することができるように、上で簡単にまとめた本発明のより具体的な説明は実施形態によって参照することができ、その一部は添付した図面に示されている。しかしながら、添付した図面は本発明の典型的な実施形態のみ示しているので、本発明の範囲の限定とみなされるべきでなく、本発明が他の等しく有効な実施形態を許容してもよいことは留意すべきである。
【詳細な説明】
【００１１】
[0017]本発明の実施形態は、基板上にゲート電極の層を堆積するための方法に関する。本発明の実施形態は、多結晶シリコン層と金属層との間に薄層を堆積させる方法であって、薄層のシート抵抗が約２５００Ω/ｃｍ２以上である、前記方法を提供する。一実施形態においては、それらの層は、多結晶シリコン層と、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）層と、金属層とを含んでいる。それらの層は、望ましいシート抵抗を持ち且つスタックの層との間の接着が良好なゲート電極を与える。タングステンシリサイド層は、金属層と多結晶シリコン層間の接着を高めるとともに金属層と多結晶シリコン層との間の望ましくない反応を防止する接着又はニカワ薄層である。タングステンシリサイド層は非常に薄い、即ち、約２０オングストローム〜約８０オングストローム厚であるので、タングステンシリサイド層はゲート電極スタックの抵抗をほとんど増大しない。本発明の実施形態に従って、ドープされないシリコン基板上で計測された場合に少なくとも２５００Ω/ｃｍ２のシート抵抗を持つタングステンシリサイド層が得られた。
【００１２】
[0018]一実施形態においては、多結晶シリコン層は基板上に堆積される。基板はシリコン又はシリコン含有基板であってもよい。本明細書で定義されるシリコン基板としては、単層シリコン基板、例えば、シリコンウエハ、又は１以上の他の層の最上部にシリコン層を含む構造が含まれる。典型的には、基板はその上にゲート酸化物薄層が形成されている。ゲート酸化物層は、基板を酸素を含む雰囲気に曝して基板の上面を酸化させることによって形成されたシリコン酸化物層であってもよい。
【００１３】
[0019]多結晶シリコン層は、約５００オングストローム〜約２０００オングストローム厚であってもよい。一態様においては、多結晶シリコン層は、ドープされたシリコン層、例えば、リンをドープした多結晶シリコン層である。多結晶シリコン層は、熱化学気相堆積プロセスにおいてシリコン源、例えば、シラン（ＳｉＨ４）又はジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）と、ドーパント源、例えば、ホスフィン（ＰＨ３）を含むガス混合物を反応させることより堆積させることができる。熱化学気相成長プロセスは、ＰｏｌｙｃｉｄｅＣｅｎｔｕｒａ（商標登録）システムのＰＯＬＹｇｅｎＴＭチャンバ内で行うことができる。ガス混合物は、更に、キャリヤガス、例えば、窒素又は不活性ガス、例えば、アルゴン又はヘリウムを含むことができる。多結晶シリコン層の例示的な堆積条件としては、処理チャンバへの約３０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍのシリコン源流量、チャンバの圧力を約５０トール〜約３００トールのチャンバ圧、約５７０℃〜約７５０℃の基板支持温度が含まれる。典型的には、基板の温度は基板支持の温度よりも約３０℃低い。上述また出願全体に示した処理条件が３００ｍｍの基板に対する処理条件であり、処理条件が他のサイズの基板に応じて調節することができることは留意すべきである。
【００１４】
[0020]代替的実施形態においては、ドープされた多結晶シリコン層はドープされていない多結晶シリコン層を堆積させ、その後ドープされていない多結晶シリコン層をドーパント源に曝すことにより形成することができる。
【００１５】
[0021]ドープされた多結晶シリコン層を堆積した後、多結晶シリコンを多く含む層はドープされた多結晶シリコン層の上に堆積される。多結晶シリコンを多く含む層は、低い濃度のドープされた多結晶シリコン層又はドープされていない多結晶シリコン層のドーパントを含有する多結晶シリコン層である。例えば、ドープされた多結晶シリコン層は約１×１０２０〜約１×１０２１原子/ｃｍ３のドーパント濃度を有することができ、多結晶シリコンを多く含む層はその上部表面で約１×１０１９原子/ｃｍ３のドーパント濃度を有することができ、多結晶シリコンを多く含む層は多結晶シリコン層よりも低いドーパント濃度を有する。多結晶シリコンを多く含む層はドープされた多結晶シリコン層を堆積させるために用いられる同じチャンバ内で堆積させることができ、ドープされた多結晶シリコン層と多結晶シリコンを多く含む層の堆積はインサイチュで、即ち、２つの層の堆積間のチャンバの外部の雰囲気に基板を曝さずに同じチャンバ内で行われる。多結晶シリコンを多く含む層はチャンバへドーパント源のフローを停止すると共にチャンバ内でシリコン源のフローを続けることにより堆積させることができる。他の実施形態においては、チャンバへのドーパント源とシリコン源のフローを停止させ、多結晶シリコンを多く含む層を堆積するためにチャンバへのシリコン源のフローを続行する前に、キャリヤガスのフローのようにチャンバをパージする。
【００１６】
[0022]或いは、多結晶シリコンを多く含む層は多結晶シリコン層を堆積させるために用いられるチャンバと異なるチャンバ内で堆積させることができる。多結晶シリコン層を堆積させるチャンバと多結晶シリコンを多く含む層を堆積させるチャンバは、集積処理システムの一部であってもよく、いずれの層も、真空を破壊することなく２つの層の堆積の間に集積処理システムの外部の雰囲気に基板を曝さずに堆積させることができる。
【００１７】
[0023]多結晶シリコンを多く含む層はドーパントの濃度勾配を有してもよく、図１に示されるように、残存するドーパント源がチャンバから除去されるので多結晶シリコンを多く含む層を堆積させる間にドーパントの濃度が低下する。図１は、多結晶シリコンを多く含む層をその上に堆積したドープされた多結晶シリコン層のリン濃度プロファイルを示すグラフである。多結晶シリコンを多く含む層の表面のリン濃度は、約３×１０１９原子/ｃｍ３である。多結晶シリコンを多く含む層のリン濃度は、多結晶シリコンを多く含む層の深さにおいて、ドープされた多結晶シリコン層のリン濃度とほぼ同じになるまで増加する（約２×１０２０原子/ｃｍ３）。
【００１８】
[0024]ドープされたシリコン層に対してホスフィンのようなドーパント源がタングステンシリサイド層を堆積するために用いられるシリコン源からシリコンの寄与を損ない得ることが見出されているので、多結晶シリコンを多く含む層の堆積は続いて堆積されるタングステンシリサイド層の核形成を増強すると考えられる。
【００１９】
[0025]ドープされた多結晶シリコン層と多結晶シリコンを多く含む層が堆積された後に、タングステンシリサイド層はその上に堆積される。タングステンシリサイド層は、シリコン源、例えば、ジクロロシアン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）又はシアン（ＳｉＨ４）とタングステン源、例えば、六フッ化タングステン（ＷＦ６）を含むガス混合物を熱化学気相成長プロセスにおいて反応させることにより堆積させることができる。ガス混合物は、更に、キャリヤガス、例えば、窒素又は不活性ガスを含むことができる。タングステンシリサイド層の例示的堆積条件としては、堆積チャンバへの約３０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍのシリコン源の流量、堆積チャンバへの約１ｓｃｃｍ〜約３ｓｃｃｍのタングステン源の流量、約０.８トール〜約２トールのチャンバ圧、約４００℃〜約６５０℃の基板支持温度が挙げられる。基板支持温度は、用いられるシリコン源によって変動させることができる。例えば、約５００℃〜６５０℃の基板支持温度はジクロロシアンがシリコン源として用いられる場合に好ましく、約４００℃〜５００℃の基板支持温度はシアンがシリコン源として用いられる場合に好ましい。タングステンシリサイド層は、厚さが約２０オングストローム〜約８０オングストローム、シリコンとタングステンとの比が約２.１：１〜約３.０：１である。シリコンとタングステンの比は、例えば、シリコン源とタングステン源の流量の比を調節することにより調節可能である。
【００２０】
[0026]好適実施形態においては、タングステンシリサイド層を堆積させるステップは、シリコン源とタングステン源のガス混合物を反応させて、多結晶シリコン層の上にタングステンシリサイド層を堆積させる前に、多結晶シリコン層、即ち、上記のドープされた多結晶シリコン層の最上部のドープされた多結晶シリコン層か又は多結晶シリコンを多く含む層をシリコン源、例えば、シランに曝す工程を含む。多結晶シリコン層は、タングステンシリサイド層を堆積させるために用いた同じチャンバ内でシリコン源に曝すことができる。キャリヤガスはシリコン源より先にチャンバへ導入される。シリコン源は、約５トール〜約１０トールのチャンバ圧と約４００℃〜約６５０℃、例えば、約５５０℃の温度に加熱されたチャンバ内の基板支持部材において、約３００ｓｃｃｍ〜約１２００ｓｃｃｍ、例えば、約７００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入することができる。シリコン源は、多結晶シリコン上に幾つかのシリコン原子層のようなシリコン薄層、例えば、厚さが約５オングストローム〜約１０オングストロームの１-２原子層を堆積させるのに充分な時間チャンバに流すことができる。例えば、シリコン源は、約３００ｓｃｃｍ〜約１２００ｓｃｃｍの流量で約２０秒〜約５０秒の間チャンバ内へ流すことができる。シリコン薄層の堆積はタングステンシリサイド層の核形成を高め、シリコン/タングステン比が２以上のタングステンシリサイド層の形成に寄与すると考えられる。発明の実施形態に従って多結晶シリコン層上に堆積した５０オングストロームのタングステンシリサイド層は、Ｘ線光電子分光法（ＸＲＳ）により計測されたように、約２.４：１のシリコン/タングステン比を有した。
【００２１】
[0027]シリコン/タングステン比が２以上のタングステンシリサイド層は、シリコン/タングステン比が低いタングステンシリサイド層が、アニーリングのような、続いての基板処理ステップの間、下にある多結晶シリコン層と反応する過剰のタングステンラジカルを供給することができ、且つ多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層の間の物理的不均一性と抵抗率の不均一性を有するインタフェースを形成することができることが見出されたので望ましい。シリコン/タングステン比が２以上のタングステンシリサイド層は、また、シリコン/タングステン比が低いタングステンシリサイド層が剥離する傾向があることが見出されたので望ましい。
【００２２】
[0028]上記実施形態において、多結晶シリコン層をシリコン源に曝して、シリコン薄層を堆積させた後、ジクロロシアンがチャンバに導入される。ジクロロシアンの安定な流量がチャンバ内に確立される。例えば、約３０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ、例えば、約６０ｓｃｃｍのジクロロシアン流量と、約１トール〜約１.２トールのチャンバ圧を用いることができる。その後、六フッ化タングステンが、約１ｓｃｃｍ〜約３ｓｃｃｍ、例えば、約２ｓｃｃｍの流量と約０.８トール〜約２トール、例えば、約１トール〜約１.２トールのチャンバ圧のように、チャンバに導入される。ジクロロシアンと六フッ化タングステンがチャンバ内で反応して、タングステンシリサイド層を堆積させる。タングステンシリサイド層を堆積させる間、チャンバ内の基板支持部材は約４００℃〜約６５０℃、例えば、約５５０℃の温度に加熱することができる。上述したように、温度は変動させることができ、用いられるガス源に左右される。任意に、ジクロロシアンフローは、タングステンシリサイド層の堆積後にチャンバをパージするためにキャリヤガスフローと維持される。
【００２３】
[0029]タングステンシリサイド層の堆積後、タングステンシリサイド層はシリコン源、例えば、シランのフローに曝されてもよい。キャリヤガスが用いられてもよい。シランはチャンバ内へ約５００℃〜約６００℃の基板支持部材温度と約０.８トール〜約２トール、例えば、約１〜約１.２トールのチャンバ圧で約１００ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍの流量で流すことができる。タングステンシリサイド層をシランフローへ曝すことにより、層を堆積させるために用いられるＷＦ６のようなフッ素含有前駆物質からの残渣としてタングステンシリサイド層と会合することができる、望まれていないフッ素原子の除去が可能となる。シランは分解し、フッ素原子と組み合わせて、チャンバから排気することができるＨＦとＳｉＦ４を形成する。タングステンシリサイド層をシランに曝すことにより、下にある層を保護する酸化シリコンキャップを形成するために酸化することができるタングステンシリサイド上にシリコンを多く含むキャップを形成することもできる。
【００２４】
[0030]他の実施形態においては、多結晶シリコン層をシリコン源に曝すこと、タングステンシリサイド層を堆積すること、タングステンシリサイド層をシリコン源に曝すことは、タングステンシリサイド層をシリコン源に曝すことにより多結晶シリコン層をシリコン源へ曝すことから、基板が集積処理システムの外部の雰囲気に曝されないような集積処理システム内の異なったチャンバにおいて行うことができる。
【００２５】
[0031]任意に、タングステンシリサイド層がシランに曝された後、タングステンシリサイド層の表面にタングステン-窒素結合を形成すると共にその上に窒化タングステン層の堆積を高めるためにアンモニア（ＮＨ３）をチャンバへ導入することができる。
【００２６】
[0032]本明細書に記載される実施形態のいずれかによってタングステンシリサイド層を堆積させた後、金属層はタングステンシリサイド層上に堆積される。金属層はタングステン層、窒化タングステン層、又はそれらの組合せ、例えば、タングステン層が続く窒化タングステン層であってもよい。タングステン層と窒化タングステン層は、例えば、ＣＶＤ、物理気相堆積（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積させることができる。タングステン層と窒化タングステン層の堆積の例示的処理条件は、“金属酸化物ゲート電極に対する窒化タングステンの周期的堆積”と称する共同譲渡された米国特許出願第１０/０８４,７６７号に開示され、本明細書に記載される本明細書の開示と特許請求された態様と一致する程度まで本明細書に援用されている。
【００２７】
[0033]集積処理順序
[0034]一実施形態においては、集積処理システム内の基板上にゲート電極の層、厚さが約２０オングストローム〜約８０オングストロームの多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層を備えた層の集積方法が提供される。用いることができる集積処理システム１００の例は、図２に概略的に示されている、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から入手できるＰｏｌｙｃｉｄｅＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）システムである。集積処理システム１００には、中央トランスファチャンバ１０２、トランスファロボット１０３、ロードロック１０４、１０６、処理チャンバ１１０、１１４、１１６、１１８が含まれてもよい。処理チャンバ１１０、１１４、１１６、１１８は熱化学気相堆積チャンバである。一実施形態においては、処理チャンバ１１０と１１６はＰＯＬＹｇｅｎＴＭチャンバであり、処理チャンバ１１４と１１８はＤＣＳ（ジクロロシアン）ｘＺ３００チャンバであり、いずれもアプライドマテリアルズから入手できる。ＰＯＬＹｇｅｎＴＭチャンバは、本発明の実施形態のドープされた多結晶シリコンを多く含む層を堆積するために用いることができる低圧熱化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）チャンバである。ＤＣＳｘＺ３００チャンバは、本発明の実施形態によってタングステンシリサイド層を堆積するために用いることができる化学気相堆積チャンバである。
【００２８】
[0035]代替的実施形態においては（図示せず）、一方の処理チャンバがＰＯＬＹｇｅｎＴＭチャンバであり、もう一方の処理チャンバがＤＣＳｘＺ ３００チャンバである、２つだけ処理チャンバを持つＰｏｌｙｃｉｄｅ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）システムを用いることができる。
【００２９】
[0036]方法が集積処理順序を含んでいる、基板上にゲート電極の層を堆積させる方法の実施形態は、図２-図４について以下に記載される。図３はゲート電極の層を含む構造２００の断面図である。図４は実施形態の処理順序をまとめたフローチャートである。
【００３０】
[0037]図３に示した実施形態においては、ステップ３０２（図４）に示されるように、基板２０２が集積処理システム１００に導入される。基板２０２はその上にゲート酸化物層を含む。ロードロック１０４又は１０６によって基板２０２が集積処理システム１００に導入される。基板２０２は、トランスファロボット１０３によって処理チャンバ１１０に移される。ステップ３０４に示されるように、ドープされた多結晶シリコン層２０６は処理チャンバ１１０内でゲート酸化物２０４上に堆積される。その後、ステップ３０６に示されるように、多結晶シリコンを多く含む層２０８が処理チャンバ１１０内でドープされた多結晶シリコン層２０６が堆積される。ステップ３０８に示されるように、基板２０２がトランスファロボット１０３によって処理チャンバ１１８に移される。ステップ３１０に示されるように、基板２０２とその上の層は、処理チャンバ１１８内でシランに曝される。基板２０２とその上の層は、その上にシリコン２１０の薄層を堆積させるのに充分な時間シランに曝すことができる。その後、ステップ３１２に示されるように、タングステンシリサイド層２１２が処理チャンバ１１８内で堆積される。次に、ステップ３１４に示されるように、基板２０２とその上の層が処理チャンバ１１４内でシランに曝される。基板２０２とその上の層はシリコンを多く含む層キャップ２１４を形成するのに充分な時間シランに曝される。その後、ステップ３１６に示されるように、基板２０２が集積処理システム１００から取り出される。ステップ３１８に示されるように、金属層２１６が基板上に堆積した層の最上部に堆積される。金属層はタングステン層、窒化タングステン層、又はそれらの組合せである。
【００３１】
[0038]発明のある実施形態においては、多結晶シリコン層は基板上に堆積され、その後、基板を雰囲気に曝すことなく、タングステンシリサイド層は多結晶シリコン層上に堆積され、他の実施形態においては、基板は多結晶シリコン層の堆積後、タングステンシリサイド層の堆積前に雰囲気に曝すことができる。このような実施形態においては、基板は、多結晶シリコン層の堆積後、タングステンシリサイド層の堆積前に、フッ化水素酸（ＨＦ）に基板を曝すことによって、例えば、フッ化水素で基板をすすぐことによって洗浄することができる。
【００３２】
[0039]本発明の実施形態によるゲート電極の層を含む半導体デバイスの例は、図５に示される。図５は、ソース５０４とドレイン５０６の領域を持つ基板５０２を備えたＮＭＯＳトランジスタ５００を示す図である。基板は、ゲート酸化物層５０８がその上にソース５０４とドレイン５０６の領域の間に形成されている。ゲート電極５１０には、本発明の実施形態のいずれかによって形成されたゲート電極層（図示せず）が含まれる。スペーサ５１２は、ゲート酸化物層５０８とゲート電極５１０を囲んでいる。
【００３３】
[0040]発明の実施形態は、更に、特許請求された本発明の範囲を制限するものではない以下の実施例によって記載される。
【００３４】
[0041]実施例
[0042]酸化物層がその上に形成された３００ｍｍの基板を、ＰＯＬＹｇｅｎＴＭチャンバとＤＣＳｘＺ３００チャンバを備えたＰｏｌｙｃｉｄｅ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）システムに導入した。ドープされた多結晶シリコンを、シランと水素で希釈した１％ホスフィンを含むガス混合物から熱化学気相堆積プロセスを用いてＰＯＬＹｇｅｎＴＭチャンバ内で基板上に堆積させた。ドープされた多結晶シリコン層を、９９ｓｃｃｍのホスフィン流量と５０ｓｃｃｍのジシランの流量で１５０トールの圧力において６００℃の基板支持温度と約５５８℃の基板温度で約５５秒間堆積させた。窒素をチャンバへ堆積前に流し、堆積中と堆積後も続けた。その後、ドープされていない多結晶シリコン層を、８０ｓｃｃｍのジシラン流量、約２５秒間、１５０トールの圧力、６００℃の基板支持温度、５５８℃の基板支持温度を用いてドープされた多結晶シリコン層上へ堆積させる。その後、基板をＤＣＳｘＺ３００チャンバに移した。アルゴンを１０００ｓｃｃｍでチャンバ内のジクロロシアン源ポートを通って導入し、また、１０００ｓｃｃｍでチャンバ内の六フッ化タングステン源ポートを通って導入し、タングステンシリサイド層の堆積によって維持した。その後、基板を３００ｓｃｃｍの流量で３５秒間シランに曝した。その後、ジクロロシアンを、六フッ化タングステンを２ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入する前に６０ｓｃｃｍの流量で１０秒間チャンバに導入し、六フッ化タングステンの流れで２０秒間維持して、５０オングストロームのタングステンシリサイド層を堆積させた。タングステンシリサイド層を５５０℃の基板支持温度と約４４３℃の基板温度で１.２トールの圧力において堆積させた。六フッ化タングステンフローを停止させ、ジクロロシアンフローを１０秒間維持した。その後、基板を５５０℃の基板支持温度と約４４３℃の基板温度で２トールの圧力において１００ｓｃｃｍの流量で１０秒間シランに曝した。
【００３５】
[0043]多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層の堆積の間に集積処理システムから基板を取り出すことなく、多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層を堆積させることによって、多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層の間のインタフェースの酸化を最少にする。多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層の堆積の間に集積処理システムのトランスファチャンバによってチャンバ間に基板を移し、トランスファチャンバを、典型的には窒素雰囲気で維持し、基板を酸素に曝すことを最少にし、基板は集積処理システム内にある。トランスファチャンバは、約２.５トール〜約５トール、例えば、約３トールの圧力を有してもよい。図６に示されるように、多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層は、集積処理システム内で堆積され（図６におけるインサイチュ組込みライン）、多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層の間の酸素濃度は多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層の間のインタフェースの酸素濃度よりも低く、ここで、多結晶シリコン層は第１処理チャンバ内で堆積され、タングステンシリサイド層は外部の雰囲気に曝され、第２処理チャンバ内で３時間後に堆積される（図６におけるアイドル時間３時間ライン）。外部の雰囲気に曝された基板の多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層の間のインタフェースの酸素濃度はフッ化水素酸（ＨＦ）で基板をすすぐことにより低下するが、集積処理システム内で多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層を堆積することが好ましい。
【００３６】
[0044]上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の更に多くの実施形態が本発明の基本的範囲から逸脱することなく構成されてもよく、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従ってドープされた多結晶シリコン層とその上に堆積された多結晶シリコンを多く含む層のリン濃度のプロファイルを示すグラフである。
【図２】図２は、集積処理システムの平面概略図である。
【図３】図３は、実施形態に従ってゲート電極を備えた多層を含めむ構造の断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態を示すフローチャートである。
【図５】図５は、一実施形態に従って形成されたゲート電極を含むデバイスの断面図である。
【図６】図６は、異なる実施形態に従って多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層とのインタフェースでの酸素濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１００…集積処理システム、１０２…中央トランスファチャンバ、１０３…トランスファロボット、１０４…ロードロック、１０６…ロードロック、１１０…処理チャンバ、１１４…処理チャンバ、１１６…処理チャンバ、１１８…処理チャンバ、２００…構造、２０２…基板、２０４…ゲート酸化物層、２０６…ドープされた多結晶シリコン層、２０８…多結晶シリコンを多く含む層、２１０…シリコン薄層、２１２…タングステンシリサイド層、２１４…シリコンを多く含むキャップ、２１６…金属層、５００…ＮＭＯＳトランジスタ、５０２…基板、５０４…ソース、５０６…ドレイン、５０８…ゲート酸化物層、５１０…ゲート電極、５１２…スペーサ。
【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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【国際調査報告】
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