(57)【要約】【課題】  ＴＡＮＯＳ電荷トラップフラッシュメモリにおいて金属ゲート構造を形成するために用いることができる高ｋ誘電体層を形成する方法の提供。【解決手段】  基板をチャンバ内に準備するステップと、チャンバへ酸素含有ガスとアルミニウム含有化合物を含有するガス混合物を供給するステップであって、アルミニウム含有化合物がＲｘＡｌｙ(ＯＲ')ｚ及びＡｌ(ＮＲＲ')３からなる群より選ばれる式を有する、前記ステップと、該基板を加熱するステップと、加熱された基板上に誘電率が８を超える酸化アルミニウム層を化学気相堆積プロセスによって堆積させるステップと、を含む方法を用いる。【選択図】  図３
2008311631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラッシュメモリ製造に適した基板上に高ｋ誘電体層を形成する方法であって：
基板をチャンバ内に準備するステップと；
該チャンバへ酸素含有ガスとアルミニウム含有化合物を含有するガス混合物を供給するステップであって、該アルミニウム含有化合物がＲｘＡｌｙ(ＯＲ')ｚ及びＡｌ(ＮＲＲ')３からなる群より選ばれる式を有する、前記ステップと；
該基板を加熱するステップと；
加熱された該基板上に誘電率が約８を超える酸化アルミニウム層を化学気相堆積プロセスによって堆積させるステップと；
を含む前記方法。
【請求項２】
該酸素含有ガスが、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏの少なくとも一つである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ガス混合物を供給する該ステップが：
該ガス混合物と共にキャリヤガスを供給する工程であって、該キャリヤガスがＮ２、Ａｒ、Ｈｅ、ＮＯ、Ｎ２Ｏの少なくとも一つである、前記工程、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ＲｘＡｌｙ(ＯＲ')ｚ及びＡｌ(ＮＲＲ')３の該式のＲ及びＲ'が、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、ＣＯ、ＮＣＯ、アルキル基及びアリール基の少なくとも一つである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ＲｘＡｌｙ(ＯＲ')ｚの該式のｘ、ｙ及びｚが、１〜８の範囲にある整数である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該アルミニウム含有化合物が、トリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該基板をアニールするステップ、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該ガス混合物を供給する該ステップが：
該トリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）前駆物質を、該チャンバに供給する前に１５０℃未満で蒸発させる工程、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
フラッシュメモリ製造に適した基板上に高ｋ誘電体層を形成する方法であって：
基板をチャンバ内に準備するステップと；
トリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）前駆物質を１５０℃未満で蒸発させるステップと；
蒸発させた前駆物質と酸素含有ガスを該チャンバへ供給するステップと；
該基板を加熱するステップと；
加熱された該基板上に酸化アルミニウム層を化学気相堆積プロセスによって堆積させるステップと；
を含む前記方法。
【請求項１０】
該基板を約７００℃〜約１３００℃の温度でアニールするステップ、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
アニールする該ステップであって：
アニール中に、アニールガスを該基板に供給する工程であって、該アニールガスがＮ２、Ｏ２及びＨ２の少なくとも一つである、前記工程、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
該酸素含有ガスがＯ２である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
フラッシュメモリ製造に適した基板上に高ｋ誘電体層を形成する方法であって：
基板をチャンバ内に準備するステップと；
該チャンバへトリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）前駆物質と酸素含有ガスを含有するガス混合物を供給するステップと；
該基板上に酸化アルミニウム層を化学気相堆積プロセスによって堆積させるステップと；
該基板を約６００℃〜約８００℃に加熱するステップと；
加熱された該基板上に誘電率が約８を超える酸化アルミニウム層を化学気相堆積プロセスによって堆積させるステップと；
を含む前記方法。
【請求項１４】
該酸素含有ガスがＯ２である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
アニールする該ステップが、
該基板を約７００℃〜約１３００℃の温度でアニールする工程と；
アニール中に、該基板にアニールガスを供給する工程であって、該アニールガスがＮ２、Ｏ２及びＨ２の少なくとも一つである、前記工程と；
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、基板上に物質を堆積させる方法に関し、より詳細には、化学気相堆積プロセスを用いて基板上に高ｋ誘電物質を堆積させる方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]フラッシュメモリは、携帯電話、携帯端末（ＰＤＡ）、デジタルカメラ、ＭＰ３プレイヤ、ＵＳＢデバイス等の広範囲の電子応用のための不揮発性メモリとして幅広く用いられてきた。フラッシュメモリが、典型的には、大量の情報を記憶するために携帯記録デバイスとして用いられるので、動作速度の増加と共に、低電力消費の減少と小さいセルサイズが、フラッシュメモリ設計と製造技術の改善に継続して求められている。
【０００３】
[0003]デバイスの大きさが５０ｎｍ以下のナロースケールに入るにつれて、電荷トラップフラッシュメモリデバイスは、従来のフローティング・ゲート・トンネルオキサイド（ＦＬＯＴＯＸ）デバイスと比較して、フローティング・ゲート干渉の少ない良好な充分なカップリング効果を与えるように開発されてきた。ＳＯＮＯＳ（シリコン・酸化物・窒化物・酸化物・シリコン）、ＭＯＮＯＳ（金属・酸化物・窒化物・酸化物・シリコン）等を含む数種の電荷トラップフラッシュメモリセルは、デバイス性能を改善することが探究されてきた。電荷トラップフラッシュメモリセルのゲート構造において、誘電体多層は、セル内で電荷トラップ層として役に立つゲート誘電層を形成するために用いられ、それにより、接合状態で電子をトラップし、良好な保持特性が得られる。
【０００４】
[0004]近年、酸化アルミニウム層は、高い仕事関数と消去効率を与えるＴＡＮＯＳ（タンタル・アルミナ・窒化物・酸化物・シリコン）金属ゲート電荷トラップフラッシュメモリを形成するためにゲート構造に用いられてきた。酸化アルミニウム層は、消去動作中にバックトンネリングを排除して高消去速度と効率を得るブロッキング物質として機能する。それ故、酸化アルミニウム層がセル構造に集積化された新たに開発されたＴＡＮＯＳセル構造は、電荷トラップフラッシュメモリの電気性能を改善するために有望なゲート構成として認識されている。
【０００５】
[0005]それ故、フラッシュメモリに用いるのに適した高ｋ物質を堆積させる方法が求められている。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]フラッシュメモリ製造に適した基板上に高ｋ誘電体層を形成する方法が提供される。一実施形態において、高ｋ誘電物質を堆積させる方法は、基板をチャンバ内に準備するステップと、チャンバへ酸素含有ガスとアルミニウム含有化合物を含有するガス混合物を供給するステップであって、アルミニウム含有化合物は、ＲｘＡｌｙ(ＯＲ')ｚ及びＡｌ(ＮＲＲ')３からなる群より選ばれる式を有する、前記ステップと、基板を加熱するステップと、加熱された基板上に誘電率が８を超える酸化アルミニウム層を化学気相堆積プロセスによって堆積させるステップと、を含むのがよい。
【０００７】
[0007]他の実施形態において、フラッシュメモリの製造に適した基板上に高ｋ誘電物質を形成する方法は、基板をチャンバ内に準備するステップと、トリエチル-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）前駆物質を１５０℃未満で蒸発させるステップと、チャンバへ蒸発させた前駆物質と酸素含有ガスを供給するステップと、基板を加熱するステップと、加熱された基板上に酸化アルミニウム層を化学気相堆積プロセスによって堆積させるステップとを含むのがよい。
【０００８】
[0008]更に他の実施形態において、フラッシュメモリ製造に適した基板上に高ｋ誘電物質を堆積させる方法であって、基板をチャンバ内に準備するステップと、チャンバへトリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）前駆物質と酸素含有ガスを含有するガス混合物を供給するステップと、基板を約６００℃〜約８００℃に加熱するステップと、加熱された基板上に誘電率が８を超える酸化アルミニウム層を化学気相堆積プロセスによって堆積させるステップと、該基板をアニールするステップとを含むのがよい。
【０００９】
[0009]本発明の教示は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解され得る。
【００１０】
[0015]理解を容易にするために、図に共通している同一要素を示すために同一の符号が用いられている。一実施形態の要素と特徴は、更に詳述せずに他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図されている。
【００１１】
[0016]しかしながら、添付の図面は本発明の例示的実施形態のみ示し、それ故、本発明の範囲を限定するとみなされるべきでなく、本発明が他の同等に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
[0017]本発明の実施形態は、一般的には、フラッシュメモリ製造に適した基板上に高ｋ誘電物質を化学気相堆積プロセスによって堆積させる方法を提供する。ある実施形態において、高ｋ物質は、化学気相堆積プロセス、例えば、金属有機化学気相堆積プロセス（ＭＯＣＶＤ）によって堆積された８を超える誘電率を有する酸化アルミニウム層である。ＭＯＣＶＤプロセスによって堆積された酸化アルミニウムは、高誘電率、高消去効率を与え、ＴＡＮＯＳ電荷トラップフラッシュメモリにおけるバックトンネリングを排除する。
【００１２】
[0018]図１は、本発明の実施形態の半導体基板を処理するのに用いることができる集積化ツール１００の概略平面図である。集積化ツール１００の例としては、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社からすべて入手できるＰＲＯＤＵＣＥ（登録商標）、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）、ＥＮＤＵＲＡ（登録商標）の集積化ツールが挙げられる。本明細書に記載された方法は、他の製造業者から入手できるものを含むそれに結合された必要とされるプロセスチャンバを持つ他のツールにおいて実施することができることが企図されている。
【００１３】
[0019]ツール１００には、真空気密処理プラットフォーム１０１と、ファクトリインタフェース１０４と、システムコントローラ１０２とが含まれる。プラットフォーム１０１は、複数のプロセスチャンバ１１４Ａ-ＤとロードロックチャンバＡ-Ｂを備え、これらは、真空基板搬送チャンバ１０３に結合されている。ファクトリインタフェース１０４は、ロードロックチャンバ１０６Ａ-Ｂによって搬送チャンバ１０３に結合されている。
【００１４】
[0020]一実施形態において、ファクトリインタフェース１０４は、少なくとも一つのドッキングステーション１０７、基板の搬送を容易にする少なくとも一つのファクトリインタフェースロボット１３８を備えている。ドッキングステーション１０７は、一つ以上の前面開口部統一ポッド（ＦＯＵＰ）を受容するように構成される。四つのＦＯＵＰ１０５Ａ-Ｄは、図１の実施形態に示されている。ファクトリインタフェースロボット１３８は、基板をファクトリインタフェース１０４からロードロックチャンバ１０６Ａ-Ｂを通って処理するための処理プラットフォーム１０１に搬送するように構成される。
【００１５】
[0021]ロードロックチャンバ１０６Ａ-Ｂのそれぞれは、ファクトリインタフェース１０４に結合された第一ポートと搬送チャンバ１０３に結合された第二ポートを有する。ロードロックチャンバ１０６Ａ-Ｂは、搬送チャンバ１０３の真空環境とファクトリインタフェース１０４の実質的な周囲（例えば、大気）環境の間に基板を送るのを容易にするためにチャンバ１０６Ａ-Ｂをポンプダウンし通気する圧力制御システム（図示せず）に結合される。
【００１６】
[0022]搬送チャンバ１０３は、その中に配置された真空ロボット１１３を持つ。真空ロボット１１３は、ロードロックチャンバ１０６Ａ-Ｂと処理チャンバ１１４Ａ-Ｄの間に基板１２１の搬送することができる。一実施形態において、搬送チャンバ１０３は、ツール１００において基板の搬送しつつ基板を冷却することを容易にするためにその中に構築された冷却ステーションを含むのがよい。
【００１７】
[0023]一実施形態において、搬送チャンバ１０３に結合された処理チャンバとしては、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ１１４Ａ-Ｂ、リモートプラズマ酸化（ＲＰＯ）チャンバ１１４Ｃ、及び急速熱プロセス（ＲＴＰ）チャンバ１１４Ｄを挙げることができる。化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ１１４Ａ-Ｂとしては、異なる種類の化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、熱化学気相堆積（熱ＣＶＤ）プロセス、低圧力化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）、金属有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、大気圧未満化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）等を挙げることができる。或いは、少なくとも一つのＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＲＰＯ、ＲＴＰチャンバを含む、異なるプロセスチャンバを、プロセスの要求に従って集積化ツール１００に交換可能に組み込むことができる。適切なＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＲＰＯ、ＲＴＰ及びＭＯＣＶＤ処理チャンバは、他の製造業者の中で、Ａｐｐｌｉｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できる。図１に示される実施形態において、ツール１００におけるチャンバ１１４Ａ-Ｄの少なくとも一つは、図２に関して以下に詳細に記載されるＭＯＣＶＤチャンバである。
【００１８】
[0024]一実施形態において、任意のサービスチャンバ（１１６Ａ-Ｂとして図示）は、搬送チャンバ１０３に結合されてもよい。サービスチャンバ１１６Ａ-Ｂは、他の基板のプロセス、例えば、脱ガス、オリエンテーション、予備洗浄プロセス、冷却等を行うように構成されてもよい。
【００１９】
[0025]システムコントローラ１０２は、集積化処理ツールに結合される。システムコントローラ１０２は、ツール１００のプロセスチャンバ１１４Ａ-Ｄの直接制御を用いて又は或いは、プロセスチャンバ１１４Ａ-Ｄとツール１００と関連するコンピュータ（又はコントローラ）を制御することによって、ツール１００の動作を制御する。動作中、システムコントローラ１０２は、それぞれのチャンバとシステムからのデータ収集とフィードバックがツール１００の性能を最適化することを可能にする。
【００２０】
[0026]システムコントローラ１０２は、一般的には、中央処理装置（ＣＰＵ）１３０と、メモリ１３６と、支援回路１３２とを含む。ＣＰＵ１３０は、工業環境で使用し得る汎用コンピュータプロセッサのあらゆる形の一つであるのがよい。支援回路１３２は、通例、ＣＰＵ１３０に結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源等を備えてもよい。ソフトウエアルーチン、例えば、図２に関して以下に記載される高ｋ誘電体堆積のための方法２００は、ＣＰＵ１３０によって実行された場合、ＣＰＵを具体的な用途のコンピュータ（コントローラ）１０２へ変換する。ソフトウエアルーチンは、また、ツール１００から離れて位置する第二コントローラ（図示せず）１０２によって記憶及び／又は実行することができる。
【００２１】
[0027]図２は、本発明の実施形態に従って高ｋ誘電物質の堆積を行うために使用し得るチャンバ１１４Ａ、例えば、ＭＯＣＶＤ処理チャンバを示す概略図である。処理チャンバ１１４Ａは、リッドアセンブリ２２４によって囲まれたチャンバ本体２００を含む。リッドアセンブリ２２４、又はチャンバ本体２００の他の部分は、プロセスガスをチャンバ１１４Ａへ提供するためのガス分配器２２０を含む。チャンバ本体２２０は、一般的には、内部容積を画成する側壁２０１と底壁２２２を含む。支持用ペデスタル２５０は、チャンバ本体２００の内部容積２２６内に設けられる。ペデスタルは、アルミニウム、セラミック、及び他の適切な材料から製造することができる。ペデスタル２５０は、置換機構（図示せず）を用いてチャンバ本体の内部の垂直方向に移動することができる。
【００２２】
[0028]ペデスタル２５０は、その上に支持された基板１２１の温度を制御するのに適した内蔵されたヒータ素子２７０を含むのがよい。一実施形態において、ペデスタル２５０は、電源２０６からヒータ素子２７０に電流を印加することによって抵抗的に加熱するのがよい。一実施形態において、ヒータ素子２７０は、ニッケル・鉄・クロム合金（例えば、ＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標)）シースチューブに封入されたニッケル・クロムワイヤでできているのがよい。電源２０６から供給される電流は、コントローラ１０２によって調整されて、ヒータ素子２７０によって生成された熱を制御し、それにより、基板１２１とペデスタル２５０を膜の堆積中、ほぼ一定の温度で維持する。供給された電流は、約１００℃〜約８００℃のペデスタル２５０の温度を選択的に制御するように調整されるのがよい。
【００２３】
[0029]熱電対のような温度センサ２７２は、従来の手法において、ペデスタル２５０の温度をモニタするために支持ペデスタル２５０に内蔵されるのがよい。測定された温度は、加熱素子２７０に供給される電力を調整するためにコントローラ１０２によって用いられるので、基板が所望の温度に維持される。
【００２４】
[0030]真空ポンプ２０２は、処理チャンバ１１４Ａの底に形成されたポートに結合される。真空ポンプ２０２は、処理チャンバ１１４Ａ内の所望のガス圧力を維持するために用いられる。真空ポンプ２０２によって、後処理ガスとプロセスの副生成物も処理チャンバ１１４から排出される。
【００２５】
[0031]ガスパネル２３０は、液体アンプルキャビネット２５２と蒸発器キャビネット２５４を通ってガス分配器２２０に接続される。ガスパネル２３０は、キャビネット２５２、２５４から内部堆積２２６へ金属前駆物質を運ぶ液体アンプルキャビネット２５２と蒸発器キャビネット２５４を通ってガスを導入する。一つ以上のアパーチャ（図示せず）は、内部容積２２６に流れるガスを容易にするためにガス分配器２２０内に形成されるのがよい。アパーチャは、異なるプロセス要求に対して種々のプロセスガスの流れを容易にするために、異なるサイズ、数、分配、形状、設計、直径を持つことができる。ガスパネル２３０は、また、内部容積２２６、例えば、ファーパージ又は他の適用に直接ガスを供給するための異なる経路を与えるために、チャンバ本体２００及び／又はペデスタル２５０に接続することができる。ガスパネルから供給することができるガスの例としては、特に、酸素含有ガス、例えば、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、Ｎ２Ｏ、ＮＯが挙げられる。
【００２６】
[0032]液体アンプルキャビネット２５２は、その中にペデスタル２５０上に配置された基板１２１上に金属含有層を堆積させるために用いられるソース物質を与える金属前駆物質を保存することができる。一実施形態において、金属前駆物質は、液体形であるのがよい。本明細書に用いられる液体の前駆物質の例としては、アルミニウム含有化合物、例えば、ジエチルアルミニウムエトキシド（Ｅｔ２ＡｌＯＥｔ）、トリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（Ｅｔ３Ａｌ２ＯＢｕ３、又はＥＢＤＡ）、トリメチルジアルミニウムエトキシド、又は式ＲｘＡｌｙ(ＯＲ')ｚ、（ここでｘ、ｙ及びｚは１〜８の範囲にある整数である）、又はＡｌ(ＮＲＲ')３、（ここで、Ｒ及びＲ'は同じ基であっても又は同じ基でなくてもよい）を有するアルミニウム化合物が挙げられる。ガスパネル２３０から供給されるガスは、蒸発器キャビネット２５４を通ってチャンバ１１４Ａの内部容積２２６にアンプルキャビネット２５２内の液体前駆物質を押し進める。液体前駆物質は、蒸発器キャビネット２５４内で加熱し蒸発させ、金属含有蒸気を形成し、その後、キャリヤガスによって内部容積２２６に注入される。一実施形態において、蒸発器キャビネット２５４は、約１００℃〜約２５０℃の温度で液体前駆物質を蒸発させることができる。
【００２７】
[0033]コントローラ１０２は、プロセス順序を制御すると共にガスパネル２３０、液体アンプルキャビネット２５２、蒸発器キャビネット２５４からのガスフローを調整するために用いられる。コントローラ１１０と処理チャンバ１１４の種々の要素の間の二方向連通は、集団的にシグナルバス２１８と呼ばれる多数のシグナルケーブルを通って処理され、その一部は図２に示される。
【００２８】
[0034]図３は、基板上にフラッシュメモリスタックを形成するために有利に用いることができる高ｋ物質を堆積させるプロセス３００の一実施形態を示すプロセスフロー図である。高ｋ物質は、集積化クラスタツール内の処理チャンバ、例えば、上記ツール１００内に集積化される処理チャンバ１１４Ａ内で堆積させることができる。方法３００は、また、他の製造業者からのものを含む、他のツールで行うことができることが企図される。図４Ａ-図４Ｃは、プロセス３００の異なる段階に対応する概略断面図である。
【００２９】
[0035]方法３００は、基板１２１をプロセスチャンバ、例えば、システム１００内のプロセスチャンバ１１４Ａに準備することによるステップ３０２で開始し、図４Ａに示されるフラッシュメモリを形成するために用いられる基板１２１上に高ｋ誘電物質を形成する。基板１２１は、膜処理が行われるあらゆる基板又は物質表面を意味する。例えば、基板１２１は、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、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多結晶シリコン、ドープされた又はドープされていないシリコンウエハ、また、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シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素ドープされた酸化シリコン、窒化シリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイア又は他の適切な工作物のような物質であるのがよい。基板１２１は、２００ｍｍ、３００ｍｍ径、又は４５０ｍｍウエハだけでなく、矩形又は正方形のパネルのような種々の大きさを持つことができる。特に明示しない限り、本明細書に記載される実施形態と実施例は、２００ｍｍ径、３００ｍｍ径、又は４５０ｍｍ径を有する基板上で行われる。
【００３０】
[0036]一実施形態において、基板１２１は、ＴＡＮＯＳ電荷トラップフラッシュメモリデバイスに適切するのがよい高ｋ誘電物質を含むその上に配置された誘電体膜スタックを含むのがよい。基板１２１上に配置された誘電体膜スタックは、酸化シリコン層上に配置された窒化シリコン層を含む。基板１２１上に配置された窒化シリコン層と酸化シリコン層は、いかなる適切なプロセスによっても堆積させることができる。
【００３１】
[0037]基板１２１を処理チャンバへ移す前に、予備洗浄プロセスが、基板１２１を洗浄するために行うことができる。予備洗浄プロセスは、基板１２１の表面上にさらされる化合物が官能基で終結させるように構成される。基板１２１の表面上に結合及び／又は形成される官能基としては、ヒドロキシル（ＯＨ）、アルコキシ（ＯＲ、ここで、Ｒ＝Ｍｅ、Ｅｔ、Ｐｒ又はＢｕ）、ハロキシル（ＯＸ、ここで、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂ又はＩ）、ハライド（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ）、酸素基及びアミノ（ＮＲ又はＮＲ２、ここで、Ｒ＝Ｈ、Ｍｅ、Ｅｔ、Ｐｒ又はＢｕ）が挙げられる。予備洗浄プロセスは、基板１２１の表面をＮＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＳｉＨ４、ＳｉＨ６、Ｈ２Ｏ、ＨＦ、ＨＣｌ、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２、原子状水素、原子状窒素、原子状酸素、アルコール、アミン、それらのプラズマ、それらの誘導体又はそれらの組合わせにさらすことができる。官能基は、基板１２１の表面上に結合するように入るときの化学前駆物質のベースを与えることができる。一実施形態において、予備洗浄プロセスは、基板１２１の表面を試薬に約１秒〜約２分間さらすのがよい。他の実施形態において、さらす時間は、約５秒〜約６０秒間であるのがよい。予備洗浄プロセスは、また、基板１２１の表面をＲＣＡ溶液（ＳＣ１／ＳＣ２）、ＨＦ最終溶液、過酸化物溶液、酸性溶液、塩基性溶液、それらのプラズマ、それらの誘導体又はそれらの組合わせにさらすステップを含むのがよい。有用な予備洗浄プロセスは、共同譲渡された米国特許第６,８５８,５４７号、２００２年１１月２１日出願の“ＳｕｒｆａｃｅＰｒｅ-ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”と称する米国第２００３０２３２５０１号として公開された同時系属中の米国特許出願第１０／３０２,７５２に記載されている。
【００３２】
[0038]湿式洗浄プロセスが基板表面を洗浄するために行われる実施形態において、湿式洗浄プロセスは、ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＴＥＭＰＥＳＴＴＭ湿式洗浄システムで行うのがよい。或いは、基板１２１は、ＷＶＧシステムに由来する水蒸気に約１５秒間さらすのがよい。
【００３３】
[0039]ステップ３０４において、ガス混合物は、ガスパネル２３０から液体アンプルキャビネット２５２と蒸発器キャビネット２５４を通ってプロセスチャンバ１１４Ａへ基板表面まで流される。ガス混合物には、少なくともアルミニウム含有化合物と基板１２１上に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層を堆積させる反応性ガスが含まれる。本発明の方法によって堆積される酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層は、高熱安定性、高誘電率（８を超える）、良好な電気抵抗、高純度を持ち、フラッシュメモリ製造に用いるのに良好な候補としての酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層にする。一実施形態において、アルミニウム含有化合物は、式ＲｘＡｌy(ＯＲ')z（式中、Ｒ及びＲ'は、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、ＣＯ、ＮＣＯ、アルキル基又はアリール基であり、ｘ、ｙ及びｚは、１〜８の範囲にある整数である）を有するのがよい。他の実施形態において、アルミニウム含有化合物は、式Ａｌ(ＮＲＲ')３（式中、Ｒ及びＲ'は、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、ＣＯ、ＮＣＯ、アルキル基又はアリール基であるのがよく、Ｒ'は、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、ＣＯ、ＮＣＯ、アルキル基又はアリール基であるのがよい）を有するのがよい。適切なアルミニウム含有化合物の例は、ジエチルアルミニウムエトキシド（Ｅｔ２ＡｌＯＥｔ）、トリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（Ｅｔ３Ａｌ２ＯＢｕ３、又はＥＢＤＡ）、トリメチルジアルミニウムエトキシド、ジメチルアルミニウムイソプロポキシド、ジ-ｓｅｃ-ブトキシアルミニウムエトキシド、(ＯＲ)２ＡｌＲ'（ここで、Ｒ及びＲ'はメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ターシャリブチル、及びより多数の炭素原子を有する他のアルキル基等であるのがよい）である。アルミニウム含有ガスと供給することができる反応性ガスとしては、酸素含有ガス、例えば、特に、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、窒素（Ｎ２）、Ｎ２Ｏ、及びＮＯが挙げられる。
【００３４】
[0040]ある実施形態において、キャリヤガス、例えば、窒素（Ｎ２）や酸化窒素（ＮＯ）、又は及び／又は不活性ガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）は、処理チャンバ１１４Ａへガス混合物により供給されてもよい。更に、種々の他の処理ガスが、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）物質の性質を変性するためにガス混合物に添加されてもよい。一実施形態において、処理ガスは、反応性ガス、例えば、水素（Ｈ２）、アンモニア、（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）の混合物、又はそれらの組合わせであってもよい。異なる反応性ガス又は不活性ガスを添加すると、反射性のような膜構造及び/又は膜の化学成分が変化させることができ、それより、堆積された膜を調整して所望の膜特性を有し異なるプロセス要求が満たされる。本発明に示された実施形態において、アルミニウム含有化合物は、トリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）であり、反応ガスは、酸素ガス（Ｏ２）である。キャリヤガスは、窒素（Ｎ２）ガスである。
【００３５】
[0041]一実施形態において、トリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）は、約１５０℃未満、例えば、約１１５℃の温度で蒸発させる。トリエチル-トリ
-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）は、毎分約５ミリグラム〜毎分約５０ミリグラムの流量で処理チャンバ１１４に供給されるのがよい。Ｏ２のような反応ガスは、約０.１ｓｌｍ〜約３０ｓｌｍの流量で供給されるのがよい。Ｎ２のようなキャリヤガスは、約０.１ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの流量で供給されるのがよい。
【００３６】
[0042]ステップ３０６において、堆積プロセスの基板温度は、所定の温度範囲で維持される。一実施形態において、プロセスチャンバ内の基板温度は、約５００℃〜約９００℃、例えば、約６００℃〜約８００℃に維持される。他の実施形態において、基板の温度は、約６００℃〜約７００℃で維持されている。
【００３７】
[0043]基板温度を維持しつつ、いくつかのプロセスパラメータを調整することができる。３００ｍｍ基板を処理するのに適した一実施形態において、プロセス圧力は、約０トール〜約８０トール、例えば、約１トール〜約２０トール、例えば、約３.５トールに維持されるのがよい。基板とシャワヘッドの間の間隔は、約２００ミル〜約１０００ミルに制御することができる。
【００３８】
[0044]ステップ３０８において、図４Ｂに示されるように、酸化アルミニウム層４０４が基板１２１上に堆積されるが、アルミニウム含有化合物は分解され、反応ガスと反応する。処理中、トリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）は、蒸発し、キャリヤガス、例えば、窒素（Ｎ２）ガス及び／又は他の異なるタイプの不活性ガスによって処理チャンバ１１４Ａへ運ばれる。チャンバ１１４Ａ内でトリエチル-トリ-ｓｅｃ-ブトキシジアルミニウム（ＥＢＤＡ）蒸気と反応ガス、例えば、酸素Ｏ２が反応して、基板１２１上にＡｌ２Ｏ３膜４０４を形成する。堆積プロセスは、酸化アルミニウム層４０４の所望の厚さが達成されるまで所定の時間行われる。一実施形態において、酸化アルミニウム層４０４の厚さは、約１２５オングストローム〜約２２５オングストロームである。プロセスは、約６０秒〜約２４０秒の時間行うことができる。
【００３９】
[0045]酸化アルミニウム層の誘電率は、堆積しつつ基板温度を変化させることによって調整させることができる。更に図５に示されるように、約６３０℃の温度で堆積された酸化アルミニウム層は、誘電率約１０（点５０２として図示）を有し、約６８０℃の堆積温度の温度で堆積された酸化アルミニウム層は、誘電率約８（ドット５０４）を有する。従って、より低い誘電率が所望される実施形態において、所望のより低い誘電率を得るためにより高いプロセス温度を用いることができる。対照的に、より高い誘電率が所望される実施形態において、所望のより高い誘電率を得るためにより低いプロセス温度を用いることができる。或いは、プロセス温度は、異なる所望の誘電率を得るためにいかなる範囲にも変化させることができる。
【００４０】
[0046]任意のステップ３１０において、アニールチャンバ内の基板１２１上に配置された高ｋ酸化アルミニウム層４０４をアニールするために熱アニールプロセスを行うことができる。任意のステップ３１０を行うことができる適切なＲＴＰチャンバの一例は、特に、ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＣＥＮＴＵＲＡＴＭ ＲＡＤＩＡＮＣＥＴＭ ＲＴＰチャンバである。熱アニールプロセスステップ３１０は、真空を破壊せずにツール１００に集積化されたプロセスチャンバ１１４Ｂ-Ｄの一つにおいて連続して行うことができる。或いは、熱アニールプロセスは、他の処理システムにおいて異なる処理チャンバ内で行うことができる。
【００４１】
[0047]一実施形態において、基板１２１は、約７００℃〜約１３００℃の温度に熱的に加熱することができる。他の実施形態において、アニール温度は、約８００℃〜１３００℃、例えば、約１０００℃〜約１３００℃に制御することができる。熱アニールプロセスは、異なる時間を持ってもよい。一実施形態において、熱アニールプロセスの時間は、約１秒〜約１８０秒、例えば、約２秒〜約６０秒、例えば、約５秒〜約６０秒であるのがよい。少なくとも一つのアニールガスが、熱アニールプロセスのチャンバへ供給される。アニールガスの例としては、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、酸素原子（Ｏ）、水素（Ｈ２）、Ｄ２ガス、水（Ｈ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（ＮＯ２）、二酸化窒素（ＮＯ２）、五酸化二窒素（Ｎ２Ｏ５）、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、及びそれらの誘導体又はそれらの組合わせが挙げられる。アニールのために制御される圧力は、約０トール〜約７６０トール、例えば、約５トール〜約１００トール、例えば、約５トール〜約２０トールである。
【００４２】
[0048]ステップ３１０の任意の熱アニールプロセスは、図４Ｃで示されるように、酸化アルミニウム層４０４をポストアニール層４０６に変換してもよい。熱アニールプロセスステップ３１０は、従来のオージェ分光法によって測定されるようにアルミニウムと酸化物結合間の結合エネルギーを促進させ、それにより、酸化アルミニウム膜における固体膜構造を与える。更に、ポストアニール層４０６は、従来の原子間力顕微鏡によって検査されるように表面粗さが５ｎｍ未満の滑らかな表面を持つ。
【００４３】
[0049]一実施形態において、金属層及び／又は金属窒化物層、例えば、Ｔａ又はＴａＮは、更に、金属ゲート構造ＴＡＮＯＳ電荷トラップフラッシュメモリデバイスを形成するためにポストアニールされた酸化アルミニウム層４０６の最上部上に形成することができる。アニールされた酸化アルミニウム層４０６は、消去動作中にバックトンネリングを実質的に排除しつつ高消去効率と低電力消費を与えるブロッキング層として役に立つ。本明細書に提供されるＭＯＣＶＤによる酸化アルミニウム層を堆積させるための方法もまた、他の適切なデバイス及び／又はトランジスタに用いることができることが企図されている。
【００４４】
[0050]このように、ゲート製造電荷トラップフラッシュメモリに用いることができる高ｋ層を堆積させる方法を提供してきた。本方法によって、ＴＡＮＯＳ電荷トラップフラッシュメモリの金属ゲート構造におけるブロッキング層として役に立つ高誘電率安定膜が得られ、それにより、デバイスの電気性能が改善される。
【００４５】
[0051]上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の他の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】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態で用いられる種類の例示的な集積回路基板プロセスシステム（例えば、クラスタツール）を示す概略平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施に使用し得る装置を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態の堆積プロセスを示すプロセスフロー図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態に従って高ｋ物質がその上に配置された基板構造を示す概略断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施形態に従って高ｋ物質がその上に配置された基板構造を示す概略断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の実施形態に従って高ｋ物質がその上に配置された基板構造を示す概略断面図である。
【図５】図５は、異なる堆積温度で異なる誘電率を持つ本発明の一実施形態によって形成された高ｋ物質を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１００…ツール、１０１…処理プラットフォーム、１０２…システムコントローラ、１０３…搬送チャンバ、１０４…ファクトリインタフェース、１１４…処理チャンバ、１０５…前面開口部統一ポッド、１０６…ロードロックチャンバ、１０７…ドッキングステーション、１１３…真空ロボット、１１４…処理チャンバ、１１６…サービスチャンバ、１２１…基板、１３０…中央処理装置、１３２…支援回路、１３６…メモリ、１３８…ファクトリインタフェースロボット、２００…チャンバ本体、２０１…側壁、２０２…真空ポンプ、２０６…電源、２１８…シングルバス、２２０…ガス分配器、２２２…底壁、２２４…リッドアセンブリ、２２６…内部容積、２３０…ガスパネル、２５０…ペデスタル、２５２…液体アンプルキャビネット、２５４…蒸発器キャビネット、２７０…ヒータ素子、２７２…温度センサ、４０４…酸化アルミニウム層、４０６…ポストアニール層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【外国語明細書】
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