(57)【要約】  一実施形態においては、基板表面上に窒化シリコンを含有する層を堆積させるための方法であって、プロセスチャンバ内に基板を配置するステップと、該基板を所定の温度に加熱するステップと、該基板表面をアルキルアミノシラン化合物と少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種に曝すステップと、を含む前記方法が提供される。他の実施形態においては、基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、プロセスチャンバ内に基板を配置するステップと、該基板を所定の温度に加熱するステップと、基板表面をビス(tert-ブチルアミノ）シランと試薬、例えば、水素、シラン及び/又はジシランに曝すステップと、を含む前記方法が提供される。【選択図】  図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上に窒化シリコンを含有する層を堆積させるための方法であって、
基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、
該基板を所定の温度に加熱するステップと、
基板表面をアルキルアミノシラン化合物と少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種に曝すステップと、
該基板表面上に窒化シリコン材料を堆積させるステップと、
を含む前記方法。
【請求項２】
該アルキルアミノシラン化合物が、化学式（ＲＲ'Ｎ)４-ｎＳｉＨｎ（式中、Ｒ、Ｒ'は、独立して、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル及びペンチルからなる群より選ばれ、ｎ＝０、１、２又は３である。）を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
Ｒが水素であり、Ｒ'がメチル、エチル、プロピル、ブチル及びペンチルからなる群より選ばれる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
Ｒ'がブチルであり、ｎ＝２である。請求項３記載の方法。
【請求項５】
該アルキルアミノシラン化合物がビス(ｔ-ブチルアミノ)シランであり、該少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種が水素、シラン又はそれらの組合せである、請求項４記載の方法。
【請求項６】
該少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種が、Ｈ２、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＧｅＨ４、ＣＨ４、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｅｔ３Ｂ、（Ｈ３Ｓｉ)３Ｎ、Ｍｅ３Ｎ、Ｅｔ３Ｎ、Ｈ２ＮＮＨ２、Ｍｅ２ＮＮＭｅ２、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項２記載の方法。
【請求項７】
該所定の温度が約４００℃〜約６５０℃の範囲にある、請求項６記載の方法。
【請求項８】
該アルキルアミノシラン化合物が、約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの範囲にある流量を有する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
該少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種が、約５００ｓｃｃｍ以上の反応種流量を有する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
該窒化シリコン材料が、約０.８〜約１.３の範囲にあるＮ：Ｓｉ原子比を有する、請求項２記載の方法。
【請求項１１】
該窒化シリコン材料が約３ａｔ％〜約１５ａｔ％の範囲にある炭素濃度を有する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
プロセスチャンバ内で基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、
基板を約４００℃〜約６５０℃の範囲内の温度に加熱するステップと、
該基板をアルキルアミノシラン化合物と、水素、シラン、ボラン、ゲルマン、アルキル、アミン、ヒドラジン、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれる反応種とに曝して、基板表面上に窒化シリコン材料を堆積させるステップと、
を含む前記方法。
【請求項１３】
該アルキルアミノシラン化合物が化学式（ＲＲ'Ｎ)４-ｎＳｉＨｎ（式中、Ｒ、Ｒ'は、独立して、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル及びペンチルからなる群より選ばれ、ｎ＝０、１、２又は３である。）を有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
Ｒが水素であり、Ｒ'がメチル、エチル、プロピル、ブチル及びペンチルからなる群より選ばれる、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
Ｒ'がブチルであり、ｎ＝２である。請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
該アルキルアミノシラン化合物がビス(ｔ-ブチルアミノ)シランであり、該反応種が水素、シラン又はそれらの組合せである、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
該反応種が、Ｈ２、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＧｅＨ４、ＣＨ４、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｅｔ３Ｂ、（Ｈ３Ｓｉ)３Ｎ、Ｍｅ３Ｎ、Ｅｔ３Ｎ、Ｈ２ＮＮＨ２、Ｍｅ２ＮＮＭｅ２、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
該アルキルアミノシラン化合物が、約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの範囲にある流量を有する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
該反応種が、約５００ｓｃｃｍ以上の反応種流量を有する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
該プロセスチャンバが、化学気相堆積チャンバ、熱化学気相堆積チャンバ、原子層堆積チャンバ及びプラズマ増強型気相堆積チャンバからなる群より選ばれる堆積チャンバである、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
該窒化シリコン材料が、約０.８〜約１.３の範囲にあるＮ：Ｓｉ原子比を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２２】
該窒化シリコン材料が約３ａｔ％〜約１５ａｔ％の範囲にある炭素濃度を有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、
基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、
該基板を所定の温度に加熱するステップと、
基板表面をビス(ｔ-ブチルアミノ)シランと少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種とに曝して、その上に窒化シリコン材料を形成するステップと、
を含む前記方法。
【請求項２４】
該窒化シリコン材料が、約０.８〜約１.３の範囲にあるＮ：Ｓｉ原子比を含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
該窒化シリコン材料が約３ａｔ％〜約１５ａｔ％の範囲にある炭素濃度を有する、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
該少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種が、Ｈ２、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＧｅＨ４、ＣＨ４、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｅｔ３Ｂ、（Ｈ３Ｓｉ)３Ｎ、Ｍｅ３Ｎ、Ｅｔ３Ｎ、Ｈ２ＮＮＨ２、Ｍｅ２ＮＮＭｅ２、それらの誘導体及びそれらの組合せからなる群より選ばれる、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
該ビス(ｔ-ブチルアミノ)シランが、約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの範囲にある流量を有する、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
該少なくとも１つの反応種が、約５００ｓｃｃｍ以上の反応種流量を有する、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
該所定の温度が約４００℃〜約６５０℃の範囲にある、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
該プロセスチャンバが、化学気相堆積チャンバ、熱化学気相堆積チャンバ、原子層堆積チャンバ及びプラズマ増強型気相堆積チャンバからなる群より選ばれる堆積チャンバである、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、
基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、
該基板を所定の温度に加熱するステップと、
基板表面をビス(ｔ-ブチルアミノ)シランと水素ガスとに曝して、その上に窒化シリコン材料を形成するステップと、
を含む前記方法。
【請求項３２】
該窒化シリコン材料が、約０.８〜約１.３の範囲にあるＮ：Ｓｉ原子比を含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
該窒化シリコン材料が、約３ａｔ％〜約１５ａｔ％の範囲にある炭素濃度を有する、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
該所定の温度が約４００℃〜約６５０℃の範囲にある、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
該ビス(ｔ-ブチルアミノ)シランが、約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの範囲にある流量を有する、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
該水素ガスが、約５００ｓｃｃｍ以上の流量を有する、請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
該プロセスチャンバが、化学気相堆積チャンバ、熱化学気相堆積チャンバ、原子層堆積チャンバ及びプラズマ増強型気相堆積チャンバからなる群より選ばれる堆積チャンバである、請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、
基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、
該基板を所定の温度に加熱するステップと、
基板表面をビス(ｔ-ブチルアミノ)シランとシラン又はビス(ｔ-ブチルアミノ)シランとジシランに曝すステップと、
基板表面上に窒化シリコン材料を堆積させるステップと、
を含む前記方法。
【請求項３９】
該窒化シリコン材料が、約０.８〜約１.３の範囲にあるＮ：Ｓｉ原子比を含む、請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
該窒化シリコン材料が約３ａｔ％〜約１５ａｔ％の範囲にある炭素濃度を有する、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
該所定の温度が約４００℃〜約６５０℃の範囲にある、請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
該ビス(ｔ-ブチルアミノ)シランが、約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの範囲にある流量を有する、請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
該シラン又はジシランが、約５００ｓｃｃｍ以上の流量を有する、請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
該プロセスチャンバが、化学気相堆積チャンバ、熱化学気相堆積チャンバ、原子層堆積チャンバ及びプラズマ増強型気相堆積チャンバからなる群より選ばれる堆積チャンバである、請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
基板表面上にデバイスを形成するための方法であって、
基板上にゲート材料と窒化シリコン材料を堆積させるステップであって、該窒化シリコン材料が、
該基板をプロセスチャンバ内に配置する工程と、
該基板を所定の温度に加熱する工程と、
基板表面をアルキルアミノシラン化合物と少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種を含有するアンモニアを含まないプロセスガスに曝す工程と、
を含むプロセスで堆積される、前記ステップを含む前記方法。
【請求項４６】
基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、
基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、
基板を所定の温度に加熱するステップと、
基板表面をビス(ｔ-ブチルアミノ)シランと炭化水素化合物か又はアルキル化合物とに曝して、その上に窒化シリコン材料を形成するステップと、
を含む前記方法。
【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、シリコン含有材料を堆積させるための方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、基板上に窒化シリコン材料を熱的に堆積させるための化学気相堆積技術に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]半導体デバイス製造の間に用いられるフロントエンドプロセスにおいて、窒化シリコンの熱化学気相堆積（ＣＶＤ）は最新技術である。熱ＣＶＤプロセスにおいて、原料化学、典型的にはシリコン前駆物質を砕壊して基板表面上に固体薄膜を作成するために熱エネルギーが用いられる。或はまた、熱ＣＶＤプロセスは、シリコン前駆物質を含む２つ以上の前駆物質を活性化して、先端半導体デバイス製造の間に原子的に不均一なシリコン含有膜を生成することがある。
【０００３】
[0003]熱源を備えた堆積チャンバは、シリコン含有材料を堆積させるための熱堆積チャンバとして用いられる。特に、バッチ炉又は単一ウエハチャンバは、高温、典型的には５００℃を超える温度で作動させる。フロントエンドプロセス、即ち、機能トランジスタを製造するプロセスは、一般的には、半導体デバイス製造に要求されること、例えば、低金属汚染、また、ストリンジェントな堆積特性、例えば、一貫したステップカバレージ、密度の高い構造特徴部から絶縁された特徴部まで最少限の厚さの変動（“パターンマイクロローディング”と呼ばれる)、高い膜質のために、熱ＣＶＤ性能を有するプロセスチャンバ内で行われる。プラズマ増強型ＣＶＤ（ＰＥ-ＣＶＤ）プロセスは、低熱量でシリコン含有材量を堆積させる魅力的な手段であることができるが、望ましくないことに、プラズマイオンがデバイスの活性トランジスタ領域を損傷することがある。
【０００４】
[0004]電子デバイスが更に小型化と高性能に進化するにつれて、先端デバイス処理、特に＜９０ｎｍ技術ノードには、より低い温度プロセスに、より短い時間だけ曝すこと、即ち、より低い熱量が必要である。一般に、製造順序の間の続いてのステップにおいて行われる熱プロセスステップの温度は、前のプロセスステップの温度より高くしてはならないので、設計された全体のデバイス性能の完全な状態が維持される。窒化シリコン膜は、一般的には熱プロセスによって形成され、ソース/ドレインコンタクトやゲート-ポリコンタクト内のゲート材料とエッチストップ層との間の絶縁スペーサとしてトランジスタ製造において用いることができる。窒化シリコンスペーサの形成の間の熱量は、ドープされた活性化材料の完全な状態を維持するために、短チャネル漏れを減少させるために且つチャネル移動分解を減少させるために、注入後の熱アニーリングプロセスの間の熱量より低くしなければならない。エッチストップ層の形成の間、窒化シリコン材料は、電流接触-シリサイド形成プロセスの間に用いられるより低い温度である、通常は約５００℃以下の温度に加熱される。
【０００５】
[0005]従来、窒化シリコンの熱ＣＶＤは、シリコン源前駆物質、例えば、シラン（ＳｉＨ４)、ジクロロシラン（Ｃｌ２ＳｉＨ２)、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）又はヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）を窒素源、例えば、アンモニア（ＮＨ３）と組み合わせて用いる。高度な半導体デバイスに要求される、特に９０ｎｍ以下のデバイス作成のためのこれらの前駆物質とそれらのプロセス状況は、将来の適用に著しい欠点を生じる。シラン、ジクロルシラン、アンモニアは、分子間結合が強いために、６００℃未満の温度で解離効率が低い基本的な限界を有し、それ故、生産価値がある前駆物質ではない。ジシランとヘキサクロロジシランは、５５０℃未満の温度で許容しうる堆積速度を可能にする弱いＳｉ-Ｓｉ結合を有する。しかしながら、５５０℃未満で窒素源、例えば、アンモニアと用いた場合、アンモニアの解離速度が遅いために堆積速度が低下する。むしろ安定なＮ２分子のような他の用いうる窒素前駆物質には、より高い解離温度又はプラズマが必要である。更に、５５０℃未満の温度での膜特性は、不充分であり、望ましくなく（例えば、低濃度、高水素含量)、不充分な性能（例えば、ジシランのステップカバレージとマイクロローディングは市場が容認したレベルより悪い）になってしまう。また、塩素ベースの前駆物質（例えば、Ｃｌ２ＳｉＨ２又はＳｉ２Ｃｌ６）は、通常、堆積する材料の塩素含量を増大させる。高塩素含量は、プロセスキットに対する欠損又は粒子問題を生じることがあり、また、膜をエッチストップ層適用に有効でなくする、エッチング選択性を阻止することがある。
【０００６】
[0006]或はまた、シリコン前駆物質ビス(ｔ-ブチルアミノ)シラン（ＢＴＢＡＳ又は（ｔＢｕ(Ｈ)Ｎ)２ＳｉＨ２）は、熱ＣＶＤプロセスに用いることができる。しかしながら、アンモニアと組み合わせたＢＴＢＡＳは、堆積速度が遅い。例えば、ＢＴＢＡＳとアンモニアを含有する堆積ガスの堆積速度は、通常、５５０℃未満の温度で毎分わずか数オングストロームであり、生産価値のあるプロセスではない。
【０００７】
[0007]側壁構造として窒化シリコンを形成するための従来の方法は、しばしば半導体ゲートの不活性化が生じる。窒化シリコンは、従来は、充分な堆積速度を得るために高温で形成されている。例えば、窒化シリコンを堆積させるためにジクロルシランガス又はＢＴＢＡＳとアンモニアとを用いた従来の低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）には、充分な窒化シリコン堆積速度、例えば、５オングストローム/分を超える速度を維持するために、７００℃を超える温度が必要である。高温は、また、デバイスの拡張領域内のドーパントに高活性化エネルギーを与える。高活性化エネルギーは、誘電材料の結晶粒界及び/又は半導体ゲートの縁においてドーパントを移動させる。この移動は、ドーパント損失、続いて、ゲート材料の耐性が増大した半導体ゲートの不活性化を生じる。
【０００８】
[0008]他の実施例においては、窒化シリコン材料がエッチストップ層として誘電体層の金属コンタクトバイアを形成しつつ用いることができる。ソース/ドレインとゲートシリサイド（例えば、ニッケルシリサイド）が５００℃未満の温度で形成されるので、ソース/ドレインコンタクトに対する金属とゲート材料コンタクトに対する金属を良好にするために、ゲートシリサイドの完全な状態を維持することが重要である。シリサイド分解による金属コンタクトからの抵抗の増加は、より高い消費電力を生じ、過剰な熱発生はトランジスタの初期故障を生じる。
【０００９】
[0009]それ故、より低い温度で堆積プロセスを用いて望ましい品質の窒化シリコン材料を形成し且つ製造可能な堆積速度で窒化シリコン材料を形成することができる方法が求められている。
【発明の概要】
【００１０】
[00l0]一実施形態においては、基板表面上に窒化シリコンを含有する層を堆積させるための方法であって、基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、基板を所定の温度に加熱するステップと、基板表面をアルキルアミノシラン化合物と少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種に曝すステップと、基板表面上に窒化シリコン材料を堆積させるステップと、を含む前記方法が提供される。
【００１１】
[0011]他の実施態様においては、プロセスチャンバ内で基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、基板を約４００℃〜約６５０℃の範囲内の温度に加熱するステップと、基板をアルキルアミノシラン化合物と反応種、例えば、水素、シラン、ボラン、ゲルマン、アルキル、炭化水素、アミン、ヒドラジン、それらの誘導体又はそれらの組合せに曝すステップと、を含む前記方法が提供される。
【００１２】
[0012]他の実施形態においては、基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、基板を所定の温度に加熱するステップと、基板表面をビス(ｔ-ブチルアミノ)シランと少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種とに曝して、基板表面上に窒化シリコン材料を形成するステップと、を含む前記方法が提供される。
【００１３】
[0013]他の実施形態においては、基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、基板を所定の温度に加熱するステップと、基板表面をビス(ｔ-ブチルアミノ)シランと水素ガスとに曝して、基板表面上に窒化シリコン材料を形成するステップと、を含む前記方法が提供される。
【００１４】
[0014]他の実施形態においては、基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、基板を所定温に加熱するステップと、基板表面をビス(ｔ-ブチルアミノ)シランとシラン又はビス(ｔ-ブチルアミノ)シランとジシランに曝すステップと、基板表面上に窒化シリコン材料を堆積させるステップと、を含む前記方法が提供される。
【００１５】
[0015]他の実施形態においては、基板表面上にデバイスを形成するための方法であって、基板上にゲート材料と窒化シリコン材料を堆積させるステップを含む前記方法が提供される。窒化シリコン材料は、基板をプロセスチャンバ内に配置する工程と、基板を所定の温度に加熱する工程と、基板表面をアルキルアミノシラン化合物と少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種を含有するアンモニアを含まないプロセスガスに曝す工程と、を含むプロセスによって堆積される。
【００１６】
[0016]他の実施形態においては、基板上に窒化シリコン層を堆積させるための方法であって、基板をプロセスチャンバ内に配置するステップと、基板を所定の温度に加熱するステップと、基板表面をビス(ｔ-ブチルアミノ)シランと炭化水素化合物か又はアルキル化合物とに曝して、基板表面上に窒化シリコン材料を形成するステップと、を含む前記方法が提供される。
【００１７】
[0017]上記の本発明の特徴が詳細に理解されるように、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、その一部は添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態だけを示しているので、本発明の範囲を制限するものとみなすべきでなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を許容することができることは留意すべきである。
【詳細な説明】
【００１８】
[0021]方法は、基板表面上に窒化シリコン材料を堆積させる複数の実施形態において開示される。方法は、一般的には、基板表面をシリコン前駆物質、例えば、アルキルアミノシラン化合物と少なくとも１つのアンモニアを含まない反応種に曝すステップを含んでいる。好適実施形態においては、シリコン前駆物質はビス(ｔ-ブチルアミノ)シラン（ＢＴＢＡＳ）であり、アンモニアを含まない反応種は水素、シラン化合物、ボラン化合物、ゲルマン化合物、アルキル化合物、アミン化合物又はヒドラジン化合物であることができる。
【００１９】
[0022]窒化シリコン材料は、幾つかの堆積技術によって堆積させることができる。好ましくは、窒化シリコン材料は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、例えば、熱ＣＶＤによって形成される。熱ＣＶＤプロセスは、シリコン前駆物質と反応種をプロセスチャンバに共に流すことによって窒化シリコン材料を堆積させる。プロセスチャンバ及び/又は基板は、試薬間の化学反応を生じる所定の温度に加熱される。一般に、シリコン前駆物質と反応種の流れは、並流（co-current）で一定である。しかしながら、いずれの試薬の増加又は減少も、好ましいプロセスによっては望ましいものである。従来の熱ＣＶＤの他に、窒化シリコン材料を堆積させる他の有効なプロセスとしては、パルスＣＶＤ、原子層堆積（ＡＬＤ）が含まれる。パルスＣＶＤプロセスでは、試薬、例えば、シリコン前駆物質と反応種は、プロセスチャンバに共に流れパルスされる。ＡＬＤプロセスでは、試薬、例えば、シリコン前駆物質と反応種は、プロセスチャンバに個々に順次パルスされる。プラズマ増強型堆積技術は、ＡＬＤプロセスか又はＣＶＤプロセスで用いることができる。窒化シリコン材料は、本明細書に記載される堆積プロセスの間、一枚の基板又は一束の基板に堆積させることができる。
【００２０】
[0023]本明細書に用いられる“基板表面”は、膜処理が行われるあらゆる基板又は基板上に形成された材料面を意味する。例えば、処理を行うことができる基板表面としては、シリコン、酸化シリコン、歪みシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ)、ゲルマニウムオンインシュレータ（ＧＯＩ)、炭素ドープされた酸化シリコン、窒化シリコン、オキシ窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、ガラス、サファイヤのような材料、金属、金属窒化物、金属合金のような他のあらゆる材料、他の導電材料が挙げられるがこれらに限定されず、個々の用途に左右される。基板表面上のバリヤ層、金属又は金属窒化物としては、チタン、窒化チタン、窒化タングステン、タンタル、窒化タンタルが挙げられる。基板は種々の寸法、例えば、２００ｍｍ又は３００ｍｍ径ウエハ、矩形板又は角板を有してもよい。本明細書に記載されるプロセスの実施形態は、多くの基板や表面上に窒化シリコン材料を堆積させるものである。本発明の実施形態が有効なものである基板としては、半導体ウエハ、例えば、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞)、酸化シリコン、歪みシリコン、ＳＯＩ、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコンウエハ、窒化シリコン、パターン形成された又はパターン形成されていないウエハが挙げられるがこれらに限定されない。表面としては、裸のシリコンウエハ、誘電性、導電性、バリヤ性を有する膜、層、材料が挙げられ、酸化アルミニウム、ポリシリコン、他のゲート材料が挙げられる。基板は、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニール及び/又は焼成する前処理プロセスに曝されてもよい。
【００２１】
[0024]適用全体に、用語“窒化シリコン”材料、化合物、膜又は層という用語は、少なくともシリコンと窒素を含有する組成物を含むと解釈しなければならず、他の要素を含んでもよい。本発明の実施形態の間に形成及び/又は堆積した窒化シリコン材料は、変動した元素濃度を有する。一般に、窒化シリコンは、実験化学式、ＳｉＮｘを有する層又は膜として堆積する。完全に窒化された窒化シリコンは、化学式Ｓｉ３Ｎ４を有することができ、そのＮ：Ｓｉ比（原子）は約１.３３である。しかしながら、窒化が少ない窒化シリコン材料は、約０.７程度のＮ：Ｓｉ比の範囲内で形成することができる。それ故、窒化シリコン材料のＮ：Ｓｉ比は、約０.７〜約１.３３、好ましくは約０.８〜約１.３であってもよい。窒化シリコン材料は、シリコンと窒素のほかに、水素、炭素、酸素及び/又はホウ素のような他の元素を含有してもよい。ある実施形態においては、窒化シリコン材料の水素濃度は約８質量パーセント（ｗｔ％）以上である。窒化シリコン材料の炭素濃度は、約３原子パーセント（ａｔ％）〜約１５ａｔ％であってもよい。本明細書に記載されるプロセスによって形成される窒化シリコン材料としては、窒化シリコン（ＳｉＮｘ)、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ)、炭窒化シリコン（ＳｉＣｘＮｙ)、炭窒化酸化シリコン（ＳｉＣｘＯｙＮｚ）が含まれてもよい。窒化シリコン材料は、本明細書に記載されるプロセス条件を制御することによって化学量論と組成物を変動させて形成することができる。
【００２２】
[0025]プロセス条件は、堆積する窒化シリコン材料の所望の組成、また、電子特徴部における配置、用いられる特定のシリコン前駆物質又は反応種、処理される基板の多重性（例えば、単一ウエハ又はバッチウエハ堆積）のような因子に基づいて変化しうる。シリコン前駆物質と１以上の反応種の混合物は、膜質又は堆積速度を犠牲にせずに堆積温度を低くする。このように、反射率とウェットエッチ速度を含む膜質は良好であり、堆積速度は５オングストローム/分を超える。好ましくは、窒化シリコン膜は、約１０オングストローム/分〜約５００オングストローム/分、好ましくは約２０オングストローム/分〜約２００オングストローム/分、より好ましくは約５０オングストローム/分〜約１５０オングストローム/分の範囲、例えば、１００オングストローム/分の速度で堆積される。窒化シリコン層の厚みは、典型的には約１０オングストローム〜約１,０００オングストロームの範囲にある。例えば、一適用例においては、窒化シリコン層の厚みは、典型的には約１００オングストローム〜約１,０００オングストロームの範囲にあり、他の適用例には１００オングストローム未満、例えば、約５０オングストローム以下の厚みが必要である。
【００２３】
[0026]窒化シリコン材料は、通常は約200℃〜約800℃、好ましくは700℃未満、例えば、約400℃〜約650℃、例えば、500℃の温度で堆積される。プロセスチャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手できる単一ウエハ、低圧熱ＣＶＤチャンバ、例えば、ＳＩＮＧＥＮ（登録商標）であってもよい。プロセスチャンバは、多重処理プラットフォーム、各々がカリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手できる、例えば、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）プラットフォーム又はＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）プラットフォームに組込まれてもよい。このような処理プラットフォームは、真空を砕壊せずに幾つかの処理操作を行うことができる。他の実施形態においては、窒化シリコン材料は、米国特許第2003-0079686号として公表された２００１年１２月２１日出願の“原子層堆積のためのガス分配装置及び方法”と称する共同譲渡された米国特許出願第１０/０３２,２８４号に記載される単一ウエハチャンバを用いたＡＬＤプロセスによって堆積され、この開示内容は本明細書に援用されている。本発明は、また、ＣＶＤ又はＡＬＤプロセスのために構成されているバッチ炉チャンバにおいて窒化シリコン材料を堆積させる方法を行うことが予想される。
【００２４】
[0027]一般に、窒化シリコン堆積プロセスは、約０.１トール〜約１,０００トール、好ましくは約１０トール〜約７６０トール、より好ましくは約１０トール〜約５００トールの範囲にある圧力、例えば、約２５０トールで加圧される単一ウエハチャンバにおいて行われる。窒化シリコン堆積プロセスは、また、約０.１トール〜約１０.０トール、好ましくは約０.３トール〜約１.０トールの範囲にある圧力、例えば、約０.５トールで加圧されるバッチ炉チャンバにおいて行われてもよい。フローガス及び/又はパージガスは、堆積プロセスの種々のステップの全体にプロセスチャンバに加えられる。通常、フローガス及び/又はパージガスは約１００ｓｃｃｍ〜約３,０００ｓｃｃｍ範囲にある流量を有し、堆積プロセスの間に用いられるプロセスチャンバ設計と試薬に左右される。フローガス及び/又はパージガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、水素、フォーミングガス又はそれらの組合せであってもよい。一実施形態においては、プラズマは、フローガスの有無にかかわらず衝突することができるが、好ましくはアルゴン及び/又は窒素を含有する。
【００２５】
[0028]一実施形態においては、シリコン前駆物質と反応種は、窒化シリコン材料を堆積させるための単一ウエハの熱ＣＶＤプロセスの間、プロセスチャンバに共に流される。シリコン前駆物質は、約１ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍ、好ましくは約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの範囲にある流量でプロセスチャンバに加えられる。一実施例においては、ＢＴＢＡＳは、約１３ｓｃｃｍ〜約１３０ｓｃｃｍ範囲にある流量を有することができ、キャリヤガスと組み合わせた場合、約０.１ｇ/分〜約１.０ｇ/分の範囲にある速度に等価である。反応種は、約１００ｓｃｃｍ〜約３,０００ｓｃｃｍ、好ましくは約５００ｓｃｃｍ〜約３,０００ｓｃｃｍ、より好ましくは約１,０００ｓｃｃｍ〜約２,０００ｓｃｃｍの範囲にある流量を有するプロセスチャンバに加えられる。反応種の流量又は濃度は、シリコン前駆物質の流量又は濃度と関連して変動させることができる。単一ウエハプロセスのＣＶＤの間、反応種/シリコン前駆物質のモル比（例えば、Ｈ２/ＢＴＢＡＳ又はＳｉＨ４/ＢＴＢＡＳ）は、少なくとも約１０、好ましくは約１０〜約１００、より好ましくは約３０〜約５０の範囲にある。
【００２６】
[0029]他の実施形態においては、シリコン前駆物質と反応種は、バッチウエハの窒化シリコン材料を堆積させるための熱ＣＶＤプロセスの間、プロセスチャンバに共に流される。シリコン前駆物質は、約１ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍ、好ましくは約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの範囲にある流量でプロセスチャンバに加えられる。一旦ベースプレッシャが一定になると、反応種が約１００ｓｃｃｍ〜約３,０００ｓｃｃｍ、好ましくは約５００ｓｃｃｍ〜約1,０００の範囲にある流量でプロセスチャンバに加えられる。反応種流量又は濃度は、シリコン前駆物質の流量又は濃度、バッチチャンバ容積、処理すべきウエハの数に関連して変動させることができる。バッチウエハプロセスのＣＶＤの間、反応種/シリコン前駆物質のモル比（例えば、Ｈ２/ＢＴＢＡＳ又はＳｉＨ４/ＢＴＢＡＳ）は、通常は約３０未満、好ましくは約２０未満、より好ましくは約１０未満、例えば、約８である。バッチウエハＣＶＤプロセスの反応種/シリコン前駆物質のモル比は、通常は約３０未満であるが、ある実施形態においては、より高い比、例えば、約１００が予想される。
【００２７】
[0030]他の実施形態においては、シリコン前駆物質と反応種は、窒化シリコン材料を堆積させるＡＬＤプロセスの間、プロセスチャンバに順次パルスされる。シリコン前駆物質は、約１ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍ、好ましくは約１０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの範囲にある流量でプロセスチャンバに加えられる。一実施例においては、ＢＴＢＡＳは、約１３ｓｃｃｍ〜約１３０ｓｃｃｍの範囲にある流量を有することができ、約０.１ｇ/分〜約１.０ｇ/分の範囲にある速度に等価であり、ＢＴＢＡＳ分圧や曝された表面積に左右される。反応種は、約１００ｓｃｃｍ〜約３,０００ｓｃｃｍ以上の範囲にある、好ましくは５００ｓｃｃｍ超え、例えば、約５００ｓｃｃｍ〜約３,０００、好ましくは約１,０００ｓｃｃｍ〜約２,０００ｓｃｃｍの範囲にある流量でプロセスチャンバに加えられる。
【００２８】
[0031]一般に、ＡＬＤプロセスサイクルには、シリコン前駆物質をパルスすることと、プロセスチャンバをパージガスに曝すことと、反応種をパルスすることと、プロセスチャンバをパージガスに曝すこととが含まれる。サイクルは、窒化シリコン材料が所定の厚さに堆積されるまで繰り返される。シリコン前駆物質、反応種又はパージガスのパルスの時間は、独立して、約０.０５秒〜約１０秒、好ましくは約０.１秒〜約１秒の範囲にあり、例えば、約０.５秒である。
【００２９】
[0032]本明細書に用いられる“原子層堆積”又は“周期的堆積”は、基板表面上に材料層を堆積させるために２以上の反応性化合物を連続導入することを意味する。或いは、２、３又はそれ以上の反応性化合物がプロセスチャンバの反応ゾーンに導入することができる。通常、各反応性化合物は時間の遅れによって分けられ、各化合物が基板表面に付着及び/又は反応することを可能にする。一態様においては、第１前駆物質又は化合物Ａ（例えば、シリコン前駆物質）が反応ゾーンにパルスされ、第１時間の遅れが続く。次に、第２前駆物質又は化合物Ｂ（例えば、反応種）が反応ゾーンにパルスされ、第２時間の遅れが続く。各々の時間の遅れの間に、窒素のようなパージガスが処理チャンバに導入されて、反応ゾーンをパージするか又はさもなければ反応ゾーンからあらゆる残留反応性化合物又は副生成物を除去する。或はまた、パージガスは、堆積プロセスの全体に連続して流すことができるので、パージガスだけが反応性化合物のパルス間の時間の遅れの間に流れる。或いは、反応性化合物は、所望の膜又は膜厚が基板表面上に形成されるまでパルスされる。いずれの予想展開においても、化合物Ａパルスをする、パージガス、化合物Ｂをパルスする、パージガスのＡＬＤプロセスがサイクルである。サイクルは、化合物Ａか又は化合物Ｂにから開始することができ、所望の厚みを有する膜を達成するまでサイクルのそれぞれの順序を続ける。他の実施形態においては、第１前駆物質含有化合物Ａ、第２前駆物質含有し化合物Ｂ、第３前駆物質含有化合物Ｃは、各々別個にプロセスチャンバにパルスされる。或はまた、第１前駆物質のパルスは、第２前駆物質のパルスと合って重なることができ、第３前駆物質のパルスは第１前駆物質と第２前駆物質のいずれのパルスとも重ならない。
【００３０】
[0033]窒化シリコン材料は、シリコン前駆物質から化学法によって堆積する。シリコン前駆物質は、一般的には窒素、例えば、アミノシランを含有する。有効なシリコン前駆物質である特定のアミノシランは、化学式（ＲＲ'Ｎ)４-ｎＳｉＨｎ（式中、Ｒ、Ｒ'は、独立して、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル又はアリールであり、ｎ＝０、１、２又は３である。）を有するアルキルアミノシランである。一実施形態においては、Ｒは水素であり、Ｒ'は、独立してアルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル又はペンチルであり、Ｒ'はブチル基、例えば、ｔ-ブチルであり、ｎは２である。他の実施形態においては、Ｒ、Ｒ'は独立してアルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル又はアリール基である。本明細書に記載される堆積プロセスに有効なシリコン前駆物質としては、(ｔＢｕ(Ｈ)Ｎ)３ＳｉＨ、（ｔＢｕ(Ｈ)Ｎ)２ＳｉＨ２、（ｔＢｕ(Ｈ)Ｎ)ＳｉＨ３、（ｉＰｒ(Ｈ)Ｎ)３ＳｉＨ、(ｉＰｒ(Ｈ)Ｎ)２ＳｉＨ２、(ｉＰｒ(Ｈ)Ｎ)ＳｉＨ３、それらの誘導体が挙げられる。好ましくは、シリコン前駆物質はビス(ｔ-ブチルアミノ)シラン（(ｔＢｕ(Ｈ)Ｎ)２ＳｉＨ２又はＢＴＢＡＳ）である。他の実施形態においては、シリコン前駆物質は、化学式（ＲＲ'Ｎ)４-ｎＳｉＲ"ｎ（式中、ＲとＲ'は独立して、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、又はアリールであり、Ｒ"は独立して、水素、アルキル（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル又はペンチル)、アリール又はハロゲン（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）であり、ｎ＝０、１、２又は３である。）を有するアルキルアミノシランであってもよい。
【００３１】
[0034]窒化シリコン材料の化学堆積は、シリコン前駆物質を反応種、好ましくはアンモニアを含まない反応種で化学的に還元させることによって達成することができる。反応種は、２分子間の反応の間に化学的に還元する（即ち、電子を移動させる)。シリコン前駆物質、即ち、アルキルアミノシランは反応種の非存在下に熱分解して窒化シリコン材料を形成することができるが、反応種は、より低温度でさえ堆積速度を増大させることによって反応のためになる。特定の理論又はメカニズムに縛られず又は限定されることなく、反応種は、アルキルアミノシランのアルキルアミノ基からアルキル官能基を還元させることによって、例えば、ＢＴＢＡＳからイソブチレン及び/又はｔ-ブチルアミンを形成することによって反応を援助すると考えられる。
【００３２】
[0035]本明細書に記載される堆積プロセスに用いることができる反応種としては、水素（Ｈ２)、シラン、ゲルマン、ボラン、炭化水素及び/又はアルキル、ホスフィン、アミン、ヒドラジン、アジド、それらの誘導体又はそれらの組合せが挙げられる。シランとしては、シラン（ＳｉＨ４)、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６)、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８)、ジクロロシラン（Ｃｌ２ＳｉＨ２)、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６)、アルキルシラン（例えば、ＭｅＳｉＨ３）又はそれらの誘導体が挙げられる。ゲルマンとしては、ゲルマン（ＧｅＨ４)、ジゲルマン（Ｇｅ２Ｈ６)、トリゲルマン（Ｇｅ３Ｈ８)、アルキルゲルマン（例えば、ＭｅＧｅＨ３）又はそれらの誘導体が挙げられる。ボランとしては、ボラン（ＢＨ３)、ジボラン（Ｂ２Ｈ６)、アルキルボラン（例えば、Ｅｔ３Ｂ)、それらの付加物又はそれらの誘導体が挙げられる。炭化水素及び/又はアルキルとしては、メタン（ＣＨ４)、エタン（Ｃ２Ｈ６)、プロパン（Ｃ３Ｈ８)、ブタン（Ｃ４Ｈ１０)、エチレン（Ｃ２Ｈ４)、エチン（Ｃ２Ｈ２)、プロピレン（Ｃ３Ｈ６)、アリレン（Ｃ３Ｈ４)、ブタン（Ｃ４Ｈ８)、ブチン（Ｃ４Ｈ６）又はそれらの誘導体が挙げられる。ホスフィンとしては、ホスフィン（ＰＨ３)、メチルホスフィン（ＭｅＰＨ２)、ジメチルホスフィン（Ｍｅ２ＰＨ）又はそれらの誘導体が挙げられる。アミンやヒドラジンとしては、（Ｈ３Ｓｉ)３Ｎ、（Ｍｅ３Ｓｉ)３Ｎ、Ｍｅ３Ｎ、Ｅｔ３Ｎ、Ｈ２ＮＮＨ２、Ｍｅ(Ｈ)ＮＮＨ２、Ｍｅ２ＮＮＨ２、Ｍｅ(Ｈ)ＮＮ(Ｈ)Ｍｅ、Ｍｅ２ＮＮＭｅ２、ｔＢｕＮＮｔＢｕ又はそれらの誘導体が挙げられる。好適実施形態においては、反応種は、水素、シラン、ジシラン又はその組合せである。
【００３３】
[0036]幾つかの実施形態においては、酸素前駆物質をシリコン前駆物質と反応種を含む堆積プロセスに添加して、酸化シリコン又は窒化シリコン材料、例えば、酸窒化シリコンを形成することができる。本明細書に記載される堆積プロセスに用いることができる酸素前駆物質としては、原子Ｏ、酸素（Ｏ２)、オゾン（Ｏ３)、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、有機ペルオキシド、アルコール、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ５、それらの誘導体又はそれらの組合せが挙げられる。
【００３４】
[0037]窒化シリコン材料は、幾つかの物理的性質のために電子特徴部/デバイスの全体に堆積する。窒化シリコン材料は、電気絶縁体、また、バリヤ材料である。窒化シリコン材料がその間、例えば、ゲート材料と電極の間に配置される場合、バリヤ性は、異なる材料又は要素との間のイオン拡散を阻止する。それ故、窒化シリコン材料は、バリヤ層、保護層、オフセット層、スペーサ層、キャッピング層に用いることができる。窒化シリコン材料の他の物理的性質は、高い硬度である。ある適用例においては、窒化シリコン材料は、種々の光デバイスやツールの保護コーティングとして用いることができる。窒化シリコンの更に他の物理的性質は、酸化シリコンに対するエッチング選択性である。即ち、オーバーエッチング又はアンダーエッチングを含まずにエッチングの深さを正確に制御するために酸化シリコン誘電体層の下のエッチストップ層として窒化シリコンを用いることができる。
【００３５】
[0038]ある実施形態においては、窒化シリコン材料は、図1Ａ-図２に示されるようにＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタの各種層として堆積させることができる。図１Ａは、はめ込まれたソース/ドレインと持ち上げられたソース/ドレイン双方を含有するＭＯＳＦＥＴ内に堆積した窒化シリコン材料を示す図である。ソース/ドレイン層１２は、基板１０のイオン注入法によって形成される。一般に、基板１０はｎ型でドープされ、ソース/ドレイン層１２はｐ型でドープされる。シリコン含有層１３、通常Ｓｉ、ＳｉＧｅ又はＳｉＧｅＣは、ＣＶＤ法によってソース/ドレイン層１２上に選択的且つエピタキシャル的に又は基板１０上に直接成長する。シリコン含有層１４は、また、ＣＶＤ法によってシリコン含有層１３上に選択的且つエピタキシャル的に成長する。ゲートバリヤ層１８は、分割されたシリコン含有層１３を架橋する。一般に、ゲートバリヤ層１８は、酸化シリコン、酸窒化シリコン又は酸化ハフニウムから構成することができる。通常は絶縁材料、例えば、窒化物/酸化物/窒化物スタック（例えば、Ｓｉ３Ｎ４/ＳｉＯ２/Ｓｉ３Ｎ４）であるスペーサ１６がゲートバリヤ層１８を部分的に包含している。或いはまた、スペーサ１６は、窒化シリコン材料、例えば、本明細書に記載される種々のプロセスによって堆積する窒化シリコン又は酸窒化シリコンの均質層であってもよい。ゲート層２２（例えば、ポリシリコン）は、スペーサ１６とオフセット層２０をいずれの側面にも配置することができる。オフセット層２０は、本明細書に記載される種々のプロセスによって堆積した窒化シリコン材料、例えば、窒化シリコンから構成されてもよい。
【００３６】
[0039]図１Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ上に堆積したソース/ドレインとゲートコンタクトバイアエッチングのためのエッチストップ層２４を示す図である。エッチストップ層２４は、本明細書に記載される種々のプロセスによって堆積する窒化シリコン材料、例えば、窒化シリコンから構成されてもよい。前金属誘電体層２６（例えば、酸化シリコン）は、エッチストップ層２４上に堆積され、その上に形成されたコンタクトホールバイア２８を含有する。
【００３７】
[0040]他の実施形態においては、図２は、本発明の種々の実施形態の間にバイポーラトランジスタ内の数層として堆積した窒化シリコン材料を示す図である。シリコン含有化合物層３４は、基板３０上に以前に堆積したｎ型コレクタ層３２上に堆積される。トランジスタには、更に、絶縁層３３（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘＮｙ又はＳｉ３Ｎ４）と、コンタクト層３６（例えば、多量にドープされたポリＳｉ）と、オフセット層３８（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）と、第２絶縁層４０（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘＮｙ又はＳｉ３Ｎ４）とが含まれる。絶縁層３３及び４０とオフセット層３８は、独立して窒化シリコン材料、例えば、本明細書に記載される種々のプロセスによって酸窒化シリコン、炭窒化シリコン及び/又は窒化シリコンとして堆積することができる。好ましくは、絶縁層３３及び４０は酸窒化シリコンであり、オフセット層３８は窒化シリコンである。
【００３８】
比較例
[0041]図３は、熱ＣＶＤプロセスによってＢＴＢＡＳによる窒化シリコン材料の堆積の幾つかの比較例を示すグラフである。比較は、水素ガスのような反応種がアンモニアの有無にかかわらず窒化シリコン材料の堆積速度を増大することを示している。実際に、反応種としてのアンモニアの使用は、ＢＴＢＡＳと水素による窒化シリコン材料の形成を阻止する傾向がある。
【００３９】
[0042]実験１及び２は６５０℃で行い、実験３及び４は6００℃で行った。実験１及び３はアンモニアを含有せず、実験２及び４は１,０００ｓｃｃｍのアンモニア流量で行った。実験１の場合、窒化シリコン材料堆積の速度は２３４オングストローム/分、３４８オングストローム/分、３４２オングストローム/分であることが求められ、それぞれ０ｓｃｃｍ、１,５００ｓｃｃｍ、3,０００ｓｃｃｍの水素流量に対応した。実験２の場合、窒化シリコン材料堆積の速度は１５３オングストローム/分、２０３オングストローム/分、２１２オングストローム/分であることが求められ、それぞれ０ｓｃｃｍ、１,０００ｓｃｃｍ、２,０００ｓｃｃｍの水素流量に対応した。堆積プロセスが水素による場合、ＢＴＢＡＳは、熱的に分解して、アンモニアが存在する場合より約５３％速く窒化シリコン材料を形成した。それ故、アンモニアは窒化シリコンの形成を妨害するようである。しかしながら、水素がアンモニアと加えられる場合、堆積速度は増大したが、アンモニアが存在しないプロセスほど速くなかった（実験１及び２での第２データと第３データの点を参照のこと)。
【００４０】
[0043]実験３の場合、窒化シリコン材料堆積の速度は、６０オングストローム/分、１０６オングストローム/分、１０３オングストローム/分であることを求め、それぞれ０ｓｃｃｍ、１,５００ｓｃｃｍ、３,０００ｓｃｃｍの水素流量に対応した。実験４の場合、窒化シリコン材料堆積の速度は、３０オングストローム/分、４３オングストローム/分、４３オングストローム/分であることを求め、それぞれ０ｓｃｃｍ、ｌ,000ｓｃｃｍ、２,０００ｓｃｃｍの水素流量に対応した。実験３及び４は、実験１及び２とよく相関するが、温度が低いために堆積速度が遅い。全体として、水素ガスのような反応種を窒化シリコン材料を堆積させるためにＢＴＢＡＳを含有する堆積プロセスに添加すると、窒化シリコン形成に有利でない温度で堆積速度を増大させる。実験３の第２データと第３データの点は、6００℃でさえ、窒化シリコン材料が１００オングストローム/分を超える速度で堆積することを示している。
【００４１】
実施例
[0044]以下の仮定の実施例は、本明細書における種々の実施形態の特性をより良く示すことである。実施例は、本発明の範囲を限定するものとして解釈してはならない。実施例１-実施例６において、アプライドマテリアルズ社から入手できるＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）３００ｍｍＳＩＮＧＥＮ（登録商標）低圧、熱ＣＶＤチャンバは、単一ウエハプロセスに用いることができる。実施例７-１２において、バッチウエハプロセスのための熱ＣＶＤチャンバ/炉を用いることができる。実施例１３-１８において、アプライドマテリアルズ社による３００ｍｍのＡＬＤチャンバは、単一ウエハＡＬＤプロセスに用いることができる。
【００４２】
[0045]実施例１ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約２５０トールの圧力で約５５０℃に加熱した。約２,０００ｓｃｃｍの流量をもつ水素ガス（Ｈ２）と約５０ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳ（ｔＢｕ(Ｈ)Ｎ)２ＳｉＨ２）を含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約６０オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約３００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００４３】
[0046]実施例２ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約４５０トールの圧力で約４７５℃に加熱した。約１,０００ｓｃｃｍの流量をもつシラン（ＳiＨ４）と約３０ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約５０オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約２５０オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００４４】
[0047]実施例３ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約４５０トールの圧力で約４２５℃に加熱した。約１,０００ｓｃｃｍの流量をもつジシラン（Ｓi２Ｈ６）と約２５ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約４０オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約２００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００４５】
[0048]実施例４ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約５５０トールの圧力で約５５０℃に加熱した。約３,０００ｓｃｃｍの流量をもつメタンガス（ＣＨ４）と約１００ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約５０オングストローム/分の流量で約６分間堆積して、約３００オングストロームの厚みを有する膜を得、約１０ａｔ％の炭素を含有した。
【００４６】
[0049]実施例５ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約４５０トールの圧力で約４５０℃に加熱した。約１,０００ｓｃｃｍの流量をもつゲルマン（ＧｅＨ４）と約２５ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約４０オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約２００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００４７】
[0050]実施例６ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約５００トールの圧力で約４７５℃に加熱した。約１,５００ｓｃｃｍの流量をもつジボラン（Ｂ２Ｈ６）と約３５ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約４０オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約２００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００４８】
[0051]実施例７ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約０.５トールの圧力で約５００℃に加熱した。約２００ｓｃｃｍの流量をもつ水素ガスと約１５ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約１０オングストローム/分の流量で約２５分間堆積して、約２５０オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００４９】
[0052]実施例８ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約０.７トールの圧力で約４５０℃に加熱した。約１００ｓｃｃｍの流量をもつシランと約１５ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約５オングストローム/分の流量で約４０分間堆積して、約２００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００５０】
[0053]実施例９ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約０.５トールの圧力で約４５０℃に加熱した。約１００ｓｃｃｍの流量をもつジシランと約１２ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約１０オングストローム/分の流量で約３０分間堆積して、約３００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００５１】
[0054]実施例１０ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約１.０トールの圧力で約６００℃に加熱した。約３００ｓｃｃｍの流量をもつメタンガスと約２０ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約１０オングストローム/分の流量で約３０分間堆積して、約３００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００５２】
[0055]実施例１１ - ３００ｍｍ基板はバッチプロセスチャンバに配置し、約０.５トールの圧力で約４５０℃に加熱した。約１００ｓｃｃｍの流量をもつゲルマンと約１０ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約２０オングストローム/分の流量で約２０分間堆積して、約４００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００５３】
[0056]実施例１２ - ３００ｍｍ基板はバッチプロセスチャンバに配置し、約０.７トールの圧力で約４７５℃に加熱した。約１５０ｓｃｃｍの流量をもつジボランと約２０ｓｃｃｍの流量をもつＢＴＢＡＳを含有するプロセスガスを基板表面に曝した。窒化シリコン材料を約２０オングストローム/分の流量で約２０分間堆積して、約４００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００５４】
[0057]実施例１３ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約１０トールの圧力で約５５０℃に加熱した。Ａｒ（２,０００ｓｃｃｍ）とＢＴＢＡＳ（２５ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った。ＢＴＢＡＳ層は基板に吸着され、チャンバを１秒間パージして、過剰のプロセスガスを除去した。水素ガス（３,０００ｓｃｃｍ）を１秒間基板表面に曝した。基板に吸着されたＢＴＢＡＳは化学的に還元されて、基板表面上に窒化シリコン材料を形成した。チャンバを１秒間パージして、過剰のガス、副生成物、汚染物質を除去した。窒化シリコン材料を約３０オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約１５０オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００５５】
[0058]実施例１４ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約１０トールの圧力で約５５０℃に加熱した。Ａｒ（２,０００ｓｃｃｍ）とＢＴＢＡＳ（２５ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った。ＢＴＢＡＳ層は基板に吸着され、チャンバを１秒間パージして、過剰のプロセスガスを除去した。Ａｒ（１,０００ｓｃｃｍ）とシラン（５００ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った（pulsed）。基板に吸着されたＢＴＢＡＳは化学的に還元されて、基板表面上に窒化シリコン材料を形成した。チャンバを１秒間パージして、過剰のガス、副生成物、汚染物質を除去した。窒化シリコン材料を約４０オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約２００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００５６】
[0059]実施例１５ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約１０トールの圧力で約５５０℃に加熱した。Ａｒ（２,０００ｓｃｃｍ）とＢＴＢＡＳ（２５ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った。ＢＴＢＡＳ層は基板に吸着され、チャンバを１秒間パージして、過剰のプロセスガスを除去した。Ａｒ（１,０００ｓｃｃｍ）とジシラン（５００ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った。基板に吸着されたＢＴＢＡＳは化学的に還元されて、基板表面上に窒化シリコン材料を形成した。チャンバを１秒間パージして、過剰のガス、副生成物、汚染物質を除去した。窒化シリコン材料を約４０オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約２００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００５７】
[0060]実施例１６ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約１０トールの圧力で約６００℃に加熱した。Ｎ２（２,０００ｓｃｃｍ）とＢＴＢＡＳ（２５ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った。ＢＴＢＡＳ層は基板に吸着され、チャンバを１秒間パージして、過剰のプロセスガスを除去した。Ｎ２（１,０００ｓｃｃｍ）とメタン（５００ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った。基板に吸着されたＢＴＢＡＳは化学的に還元されて、基板表面上に窒化シリコン材料を形成した。チャンバを１秒間パージして、過剰のガス、副生成物、汚染物質を除去した。窒化シリコン材料を約２５オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約１２５オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００５８】
[0061]実施例１７ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約１０トールの圧力で約５５０℃に加熱した。Ｎ２（２,０００ｓｃｃｍ）とＢＴＢＡＳ（２５ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った。ＢＴＢＡＳ層は基板に吸着され、チャンバを１秒間パージして、過剰のプロセスガスを除去した。Ｎ２（１,０００ｓｃｃｍ）とメタン（５００ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った。基板に吸着されたＢＴＢＡＳは化学的に還元されて、基板表面上に窒化シリコン材料を形成した。チャンバを１秒間パージして、過剰のガス、副生成物、汚染物質を除去した。窒化シリコン材料を約３０オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約１５０オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００５９】
[0062]実施例１８ - ３００ｍｍ基板はプロセスチャンバに配置し、約１０トールの圧力で約５５０℃に加熱した。Ｎ２（２,０００ｓｃｃｍ）とＢＴＢＡＳ（２５ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った。ＢＴＢＡＳ層は基板に吸着され、チャンバを１秒間パージして、過剰のプロセスガスを除去した。Ｎ２（１,０００ｓｃｃｍ）とジボロン（５００ｓｃｃｍ）を含有するプロセスガスフローを０.５秒間プロセスチャンバに律動的に送った。基板に吸着されたＢＴＢＡＳは化学的に還元されて、基板表面上に窒化シリコン材料を形成した。チャンバを１秒間パージして、過剰のガス、副生成物、汚染物質を除去した。窒化シリコン材料を約４０オングストローム/分の流量で約５分間堆積して、約２００オングストロームの厚みを有する膜を得た。
【００６０】
[0063]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】
【００６１】
【図１Ａ】図１Ａは、本明細書に記載される実施形態に従ってその上に窒化シリコン層が少なくとも部分的に堆積した典型的なＭＯＳＦＥＴトランジスタを示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本明細書に記載される実施形態に従ってその上に窒化シリコン層が少なくとも部分的に堆積した典型的なＭＯＳＦＥＴトランジスタを示す断面図である。
【図２】図２は、本明細書に記載される実施形態に従ってその上に窒化シリコン層が少なくとも部分的に堆積した典型的なバイポーラトランジスタを示す断面図である。
【図３】図３は、本明細書に記載される実施形態の種々の実験を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１０…基板、１２…ソース/ドレイン層、１３…シリコン含有層、１４…シリコン含有層、１６…スペーサ、１８…ゲートバリヤ層、２０…オフセット層、２２…ゲート層、２４…エッチストップ層、２６…前金属誘電体層、３０…基板、３２…ｎ型コレクタ層、３３…絶縁層、３４…シリコン含有化合物層、３６…コンタクト層、３８…オフセット層、４０…絶縁層。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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