(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄメモリデバイスで使用される薄膜層のスタックを形成するための方法であって、
堆積リアクタの処理チャンバに基板を提供することと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ誘電体層形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給することと、
前記基板上に誘電体層を形成することと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ金属層形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給することと、
前記基板上に金属層を形成することと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ金属窒化物接着層形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給することと、
前記誘電体層と前記金属層との間に、前記金属層の表面に窒素を添加することによって金属窒化物接着層を形成することと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ誘電体層形成に適した一又は複数のプロセスガスを前記供給すること、前記基板上に誘電体層を前記形成すること、前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ金属層形成に適した一又は複数のプロセスガスを前記供給すること、前記基板上に金属層を前記形成すること、前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ金属窒化物接着層形成に適した一又は複数のプロセスガスを前記供給すること、並びに、前記誘電体層と前記金属層との間に金属窒化物接着層を前記形成することを繰り返して、各誘電体層と隣接する金属層との間に前記金属窒化物接着層のうちの１つを有する誘電体層と金属層を交互に重ねたスタックを形成することと
を含む方法。
【請求項２】
前記堆積リアクタの前記処理チャンバ内部で、前記誘電体層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスをイオン化してプラズマにすることと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ前記金属層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスが供給された後、前記金属層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスをイオン化してプラズマにすることと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ前記金属窒化物接着層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスが供給された後、前記金属窒化物接着層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスをイオン化してプラズマにすることと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記誘電体層は、酸化物、窒化物、酸素窒化物、リンケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、リンホウケイ酸塩ガラス、及びこれらの誘導体からなるグループから選択された材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記誘電体層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスは、シラン又はテトラエトキシシランのうちの少なくとも１つ、及び酸素（Ｏ２）又は亜酸化窒素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属層は、タングステン、アルミニウム、ニッケル、コバルト、タンタル、チタン、これらのケイ素化合物、これらの合金、及びこれらの誘導体からなるグループから選択された材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記金属層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスは、水素、不活性ガス、並びに、タングステン、アルミニウム、ニッケル、コバルト、タンタル、又はチタンから選択された金属を含む金属前駆体を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記金属窒化物接着層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスは、水素、アンモニア、窒素及び処理条件下で不活性な希釈ガスのうちの一又は複数、並びに、タングステン、アルミニウム、ニッケル、コバルト、タンタル、又はチタンから選択された金属を含む金属前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記金属層は第１の厚みを有し、前記金属窒化物接着層は第２の厚みを有し、また、前記第１の厚みと前記第２の厚みとの比は、約５：１から約１００：１の間である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
３Ｄメモリデバイスで使用される薄膜層のスタックを形成するための方法であって、
堆積リアクタの処理チャンバに基板を提供することと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ酸化物層堆積に適した一又は複数のプロセスガスを供給することと、
前記基板上に酸化物層を形成することと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへタングステン層形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給することと、
前記酸化物層上にタングステン層を形成することと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへタングステン窒化物接着層形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給することと、
前記タングステン層上に、前記タングステン層の表面に窒素を添加することによってタングステン窒化物接着層を形成することと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ酸化物層堆積に適した一又は複数のプロセスガスを前記供給すること、前記基板上に前記酸化物層を前記形成すること、前記堆積リアクタの前記処理チャンバへタングステン層形成に適した一又は複数のプロセスガスを前記供給すること、前記酸化物層上に前記タングステン層を前記形成すること、前記堆積リアクタの前記処理チャンバへタングステン窒化物接着層形成に適した一又は複数のプロセスガスを前記供給すること、並びに、前記タングステン層上にタングステン窒化物接着層を前記形成することを繰り返して、各酸化物層と隣接するタングステン層との間に前記タングステン窒化物接着層のうちの１つを有する酸化物層とタングステン層を交互に重ねたスタックを形成することと
を含む方法。
【請求項１０】
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ前記酸化物層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスが供給された後、前記酸化物層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスをイオン化してプラズマにすることと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ前記タングステン層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスが供給された後、前記タングステン層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスをイオン化してプラズマにすることと、
前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ前記タングステン窒化物接着層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスが供給された後、前記タングステン窒化物接着層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスをイオン化してプラズマにすることと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
酸化物層、タングステン層、及びタングステン窒化物接着層のすべてが形成された後、前記スタックに複数の孔を形成すること、並びに前記複数の孔に高誘電率誘電体材料を共形堆積すること、を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化物層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスは、シラン又はテトラエトキシシランのうちの少なくとも１つ、及び酸素（Ｏ２）又は亜酸化窒素のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記タングステン層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスは、タングステン六フッ化物、水素、及び不活性ガスを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記タングステン窒化物接着層形成に適した前記一又は複数のプロセスガスは、タングステン六フッ化物、水素、アンモニア、並びに窒素及び処理条件下で不活性な希釈ガスのうちの一又は複数を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
３Ｄメモリデバイスで使用される薄膜層のスタックを形成するための方法であって、
堆積リアクタの処理チャンバに基板を提供することと、
タングステン窒化物接着層が各酸化物層と隣接するタングステン層との間の界面に形成されている酸化物層とタングステン層の一連の交互層を形成するため、前記堆積リアクタの前記処理チャンバへ供給されるプロセスガスをイオン化し、前記タングステン層の表面に窒素を添加することによって前記タングステン窒化物接着層を形成することとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］  本発明の態様は概して、３Ｄフラッシュメモリで使用されるスタックを形成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］  コンピュータメモリデバイスの製造業者は、低コストでより大きな容量を有するより小さな形状寸法を常に追求している。この目的を達成するため、メモリセルのコンポーネントは一般的に互いの上部に層状に重ねられ、３Ｄスタックを形成する。
【０００３】
［０００３］  多くの場合、このような３Ｄメモリスタックの形成は、誘電体材料と導電性材料の交互層よって開始され、ここで導電性材料層は、フラッシュメモリのメモリセル内で使用されるトランジスタに対する制御ゲートとして機能する。多結晶シリコンは導電性材料として使用可能であるが、多結晶シリコンの使用には、多結晶シリコン凹部、ケイ素化、及び金属の湿式剥離などの問題がある。
【０００４】
［０００４］  代替的に、このような３Ｄメモリスタックの形成は、誘電体層と電荷捕獲層とを交互に重ねること、例えば、酸化物層に窒化物層を重ねることによって開始されうる。窒化ケイ素は電荷捕捉材料として使用可能であるが、スタック内での初期層の１つとしての窒化ケイ素の使用には、欠陥を制御しながら行う窒化物除去の問題がある。その結果、タングステンなどの金属、又は窒化チタンなどの金属化合物は、一般的にスタックに形成される孔又はチャネル内に堆積しなければならず、これらの金属又は金属化合物の共形堆積は更なる課題をもたらす。
【０００５】
［０００５］  したがって、３Ｄメモリ構造に対しては方法改良のニーズがある。
【発明の概要】
【０００６】
［０００６］  一実施形態では、３Ｄメモリデバイスで使用される薄膜層スタックを形成するための方法が提供される。本方法は、堆積リアクタの処理チャンバに基板を提供すること、堆積リアクタの処理チャンバ内へ誘電体層形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給すること、基板上に誘電体層を形成すること、堆積リアクタの処理チャンバ内へ金属層形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給すること、誘電体層上に金属層を形成すること、堆積リアクタの処理チャンバ内へ金属窒化物接着層の形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給すること、金属層上に金属窒化物接着層を形成することの手順を含む。次にこの手順は、誘電体層、これに続く金属層、更に続く金属窒化物接着層のスタックを形成するために繰り返される。
【０００７】
［０００７］  別の実施形態では、３Ｄメモリデバイスで使用される薄膜層スタックを形成するための方法が提供される。本方法は、堆積リアクタの処理チャンバに基板を提供すること、堆積リアクタの処理チャンバ内へ酸化物層形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給すること、基板上に酸化物層を形成すること、堆積リアクタの処理チャンバ内へタングステン層形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給すること、酸化物層上にタングステン層を形成すること、堆積リアクタの処理チャンバ内へタングステン窒化物接着層形成に適した一又は複数のプロセスガスを供給すること、タングステン層上にタングステン窒化物接着層を形成することの手順を含む。次にこの手順は、酸化物層、これに続くタングステン層、更に続くタングステン窒化物接着層のスタックを形成するために繰り返される。３Ｄメモリデバイスで使用される薄膜層スタックの形成後、更なるプロセスは、スタックに複数の孔を形成すること、及び複数の孔に酸化ケイ素よりも誘電率の大きい材料を共形に形成することを含みうる。
【０００８】
［０００８］  本発明の上述の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約されている本発明のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は付随する図面に示されている。しかしながら、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面は、この発明の典型的な実施形態のみを示しており、従って、発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態によるプロセスフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態により処理された基板を示している。
【図３】本発明の別の実施形態によるプロセスフロー図である。
【図４Ａ】本発明の別の実施形態により処理された基板を示している。
【図４Ｂ】本発明の別の実施形態により処理された基板を示している。
【図４Ｃ】本発明の別の実施形態により処理された基板を示している。
【００１０】
［００１３］  理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指し示すために、可能な場合には、同一の参照番号を使用した。一実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［００１４］  プロセスインテグレーション及び層の接着に利点をもたらす、３Ｄフラッシュメモリで使用されるスタックを形成するための方法が説明されている。
【００１２】
［００１５］  図１は、複数の薄膜層を有する構造を形成するためのプロセス１００を要約するプロセスフロー図である。図２は、プロセス１００により作られたデバイスの断面図である。プロセス１００を説明する際に、図２の特徴が参照される。１０２では、堆積リアクタの処理チャンバに基板２００が提供される。堆積リアクタは、化学気相堆積（ＣＶＤ）又は原子層堆積（ＡＬＤ）を使用しうる。どちらもプラズマを援用する堆積方法である。基板は典型的に、デバイスが形成されうる表面を提供する構造部材である。そのため、基板は、ケイ素、ゲルマニウム、又は化合物半導体などの半導体材料、ガラス、セラミック、又はプラスチックなどの誘電体材料、或いは、アルミニウム又は他の金属などの導電性材料であってもよい。
【００１３】
［００１６］  １０４では、誘電体層２１２の形成に適したプロセスガスが、堆積リアクタの処理チャンバに供給される。誘電体層２１２は、酸化物、窒化物、酸素窒化物、リンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）、又はリンホウケイ酸塩ガラス（ＰＢＳＧ）であってもよい。酸化物層は、ＣＶＤ又はプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスで、従来のテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）／酸素混合ガスを使用して作られうる。窒化物層は、従来の有機シラン／アンモニア混合ガスを使用して作られうる。酸素窒化物層は、ＴＥＯＳ／酸素混合ガスにアンモニアを添加した混合物を使用して作られうる。ＰＳＧ、ＢＳＧ、及びＰＢＳＧは、上述のＴＥＯＳ／酸素混合ガスを、混合ガスに添加されるホスフィン及びボラン（又はそれらのオリゴマー）などのリン及び／又はホウ素ドーパント前駆体と共に使用して作られうる。１０６では、基板２００上で誘電体層２１２が形成される。
【００１４】
［００１７］  一実施形態では、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスは誘電体層２１２を形成するために使用されるが、他の堆積方法も使用されうる。１０４で処理チャンバに供給される混合ガスは、処理チャンバに供給された後に、イオン化されてプラズマになりうる。ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスは、高周波（ＲＦ）電力及び低周波電力を使用しうる。高周波ＲＦ電力は、約１ＭＨｚから約２０ＭＨｚの間の周波数、例えば約１３．５６ＭＨｚで、約５０Ｗから約２０００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。低周波ＲＦ電力は、約２００ｋＨｚから約１ＭＨｚの間の周波数、例えば約３５０ｋＨｚで、約３０Ｗから約１０００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。ＤＣ又はＲＦバイアスは、約０Ｗから約２００Ｗの間の電力レベル、例えば約５０Ｗで基板に印加されうる。ＲＦ電力は、サイクル式又はパルス式であってもよく、連続的又は非連続的であってもよい。誘電体層２１２の堆積中、堆積リアクタの処理チャンバは、約３００℃から約６５０℃の間の温度、例えば４５０℃で、約０．５Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの間の圧力、例えば５Ｔｏｒｒに維持されうる。誘電体層２１２の堆積中のシャワーヘッドと基板支持体ペデスタルとの間の距離は、約２００ミルから約１，０００ミルの間、例えば４００ミルとなりうる。
【００１５】
［００１８］  １０８では、金属層２１４の形成に適したプロセスガスが、堆積リアクタの処理チャンバに供給される。金属層２１４は、タングステン、アルミニウム、ニッケル、コバルト、タンタル、又はチタン、これらの金属の合金、又はこれらの金属のケイ素化合物の層となりうる。金属層２１４の形成に適したプロセスガスは、水素と、タングステン、アルミニウム、ニッケル、コバルト、タンタル、又はチタンからなるグループからの金属を含む金属化合物、並びに、アルゴン又はヘリウムなどの不活性ガスを含みうる。１１０では、誘電体層２１２上に金属層２１４が形成される。使用されうる金属前駆体は、金属アルキルなどの有機金属化合物、一例としてトリメチルアルミニウムを含む。塩化物及びフッ化物などの無機金属化合物、例えば、タングステン六フッ化物（ＷＦ６）、塩化チタン（ＴｉＣｌ４）なども金属前駆体として使用されうる。
【００１６】
［００１９］  一実施形態では、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスは金属層２１４を形成するために使用されるが、他の堆積方法も使用されうる。１０８で処理チャンバに供給される混合ガスは、処理チャンバに供給された後に、イオン化されてプラズマになりうる。ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスは、高周波ＲＦ電力及び低周波ＲＦ電力を使用しうる。高周波ＲＦ電力は、約１ＭＨｚから約２０ＭＨｚの間の周波数、例えば約１３．５６ＭＨｚで、約１００Ｗから約１５００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。低周波ＲＦ電力は、約２００ｋＨｚから約１ＭＨｚの間の周波数、例えば約３５０ｋＨｚで、約０Ｗから約５００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。ＤＣ又はＲＦバイアスは、約０Ｗから約２００Ｗの間の電力レベル、例えば約５０Ｗで基板に印加されうる。ＲＦ電力は、サイクル式又はパルス式であってもよく、連続的又は非連続的であってもよい。金属層２１４の堆積中、処理チャンバは、約３００℃から約６５０℃の間の温度、例えば４５０℃で、約０．５Ｔｏｒｒから５０Ｔｏｒｒの間の圧力、例えば３０Ｔｏｒｒに維持されうる。金属層２１４の堆積中のシャワーヘッドと基板支持体ペデスタルとの間の距離は、約２００ミルから約１，０００ミルの間、例えば４００ミルとなりうる。
【００１７】
［００２０］  １１２では、金属窒化物接着層２１６の形成に適したプロセスガスが、堆積リアクタの処理チャンバに供給される。金属窒化物接着層２１６は、タングステン窒化物の層となりうる。金属窒化物接着層２１６の形成に適したプロセスガスは、アンモニア、窒素、不活性ガス、並びに、タングステン、アルミニウム、ニッケル、コバルト、タンタル、又はチタンからなるグループからの金属を含む金属化合物を含みうる。１１４では、金属層２１４上に金属窒化物接着層２１６が形成される。
【００１８】
［００２１］  一実施形態では、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）は金属窒化物接着層２１６を形成するために使用されるが、他の堆積方法も使用されうる。１１２で処理チャンバに供給される混合ガスは、処理チャンバに供給された後に、イオン化されてプラズマになりうる。ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスは、高周波ＲＦ電力及び低周波ＲＦ電力を使用しうる。高周波ＲＦ電力は、約１ＭＨｚから約２０ＭＨｚの間の周波数、例えば約１３．５６ＭＨｚで、約４５Ｗから約２５００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。低周波ＲＦ電力は、約２００ｋＨｚから約１ＭＨｚの間の周波数、例えば約３５０ｋＨｚで、約２０Ｗから約５００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。ＤＣ又はＲＦバイアスは、約０Ｗから約２００Ｗの間の電力レベル、例えば約５０Ｗで基板に印加されうる。ＲＦ電力は、サイクル式又はパルス式であってもよく、連続的又は非連続的であってもよい。金属窒化物接着層２１６の堆積中、処理チャンバは、約３００℃から約６５０℃の間の温度、例えば４５０℃で、約０．５Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの間の圧力、例えば７Ｔｏｒｒに維持されうる。金属窒化物接着層２１６の堆積中のシャワーヘッドと基板支持体ペデスタルとの間の距離は、約２００ミルから約８００ミルの間、例えば３００ミルとなりうる。
【００１９】
［００２２］  別の実施形態では、層２１６などの金属窒化物接着層を形成するため、堆積された金属層の表面に窒素が添加されうる。プラズマ窒化などのプロセスは、インシトゥ又は遠隔のプラズマ生成で使用されうる。アンモニア又は窒素ガスなどの窒素前駆体、或いは窒素前駆体の混合物は、本書に記載の方法によってインシトゥで活性化又はイオン化されうる。活性のある窒素前駆体核種は、金属窒化物層２１６を形成するため、金属層２１４に接触させられる。窒素前駆体は交互に、個別のチャンバ内で活性化又はイオン化され、活性のある窒素核種は処理チャンバに流れ込み、金属層２１４と接触して金属窒化物層２１６を形成する。
【００２０】
［００２３］  金属層２１４は、金属窒化物接着層２１６よりも厚くなりうる。金属窒化物接着層２１６の厚みに対する金属層２１４の厚みの比率は、約５：１から約１００：１の間、例えば２５：１になりうる。
【００２１】
［００２４］  ある実施形態では、金属窒化物接着層は各誘電体層と金属層との間に付加されうる。金属窒化物接着層は、１１４での金属窒化物接着層の形成に関連して上述されているプロセスと同様のプロセスに従って形成されうる。金属層の堆積に先立って、誘電体層に金属窒化物接着層を付加するため、金属窒化物層は、１１２と１１４で言及されている操作によって、誘電体層上に堆積されうる。したがって、操作１１２及び１１４は、幾つかの実施形態では、操作１０６と操作１０８との間で繰り返されうる。
【００２２】
［００２５］  誘電体層２１２、金属層２１４、及び金属窒化物接着層２１６を形成するプロセスは、判断操作１１６によって示されているように、所望の層数に到達するまで繰り返されうる。図２のデバイスでは、プロセスを繰り返すことによって、付加層が形成されている。第２の誘電体層２２２は金属窒化物接着層２１６の上に形成され、第２の金属層２２４は第２の誘電体層２２２の上に形成され、また、第２の金属窒化物接着層２２６は第２の金属層２２４の上に形成されている。第３の誘電体層２３２は第２の金属窒化物接着層２２６の上に形成され、第３の金属層２３４は第３の誘電体層２３２の上に形成され、また、第３の金属窒化物接着層２３６は第３の金属層２３４の上に形成されている。実際には、付加的な層がもたらされうることも理解されたい。図２のデバイスに示した層は、図２に示した順とは逆の順でもたらされうることも理解されたい。プロセスを任意の所望回数だけ繰り返すことによって、任意の層数がもたらされうる。幾つかの実施形態では、プロセスは５０回以上、或いは１００回以上繰り返されうる。
【００２３】
［００２６］  堆積リアクタの処理チャンバは、堆積化学物質間の移行をきれいにするため、必要に応じて、いつでもパージを行いうる。例えば、処理チャンバは、１０６での誘電体層形成と、１０８での金属層のためのプロセスガス供給との間でパージされてもよい。処理チャンバはまた、１１０での金属層形成と、１１２での金属窒化物接着層のためのプロセスガス供給との間でパージされてもよい。処理チャンバはまた、１１４での金属窒化物接着層形成と、１０４での誘電体層のためのプロセスガス供給との間でパージされてもよい。処理チャンバのパージングは、図２に示したように、デバイス内の１つの層から次の層への移行を明瞭にするため、幾つかの実施形態では有用になりうる。代替的に、２つ以上の処理チャンバが使用されてもよい。処理チャンバは、特定の層を形成するために専用にすることもできる。
【００２４】
［００２７］  １１６で所望の層数に到達した後、オプションによりプロセスを継続してスタックに複数の孔を形成することもできる。孔は穿孔するか打ち抜くことができる。代替的に、ドライエッチングなどの切断技術も使用されうる。複数の孔が形成された後、孔内に共形の高誘電率誘電体材料を堆積することにより、複数のチャネルが作成されうる。高誘電率誘電体材料は、金属酸化物など、酸化ケイ素よりも誘電率の大きい材料を含む。酸化アルミニウム及び酸化ハフニウムは一般的に、高誘電率ゲート誘電体材料として使用される。
【００２５】
［００２８］  図３は、複数の薄膜層を有する構造を形成するためのプロセス３００を要約するプロセスフロー図である。図４Ａは、プロセス３００により作られたデバイスの断面図である。プロセス３００を説明する際に、図４Ａから図４Ｃの特徴が参照される。３０２では、堆積リアクタの処理チャンバに基板２００が提供される。堆積リアクタは、化学気相堆積（ＣＶＤ）又は原子層堆積（ＡＬＤ）を使用しうるが、どちらもプラズマを援用する堆積方法である。基板は典型的に、デバイスが形成されうる表面を提供する構造部材である。そのため、基板は、ケイ素、ゲルマニウム、又は化合物半導体などの半導体材料、ガラス、セラミック、又はプラスチックなどの誘電体材料、或いは、アルミニウム又は他の金属などの導電性材料であってもよい。
【００２６】
［００２９］  ３０４では、酸化物層４１２の形成に適したプロセスガスが、堆積リアクタの処理チャンバに供給される。酸化物層４１２は酸化ケイ素であってもよい。酸化ケイ素が選択された酸化物層である場合、酸化ケイ素層の形成に適したプロセスガスには、ケイ素前駆体及び酸化剤が含まれる。ケイ素前駆体は、シラン又はＴＥＯＳのうちの少なくとも１つを含みうる。シランの流量は、約１００ｓｃｃｍから約２，０００ｓｃｃｍの間、例えば約５００ｓｃｃｍから６００ｓｃｃｍの間となりうる。ＴＥＯＳの流量は、約５００ｍｇｍから約１０，０００ｍｇｍの間、例えば約３，０００ｍｇｍとなりうる。酸化剤は、酸素又は亜酸化窒素のうちの少なくとも１つを含みうる。酸化剤の流量は、約５００ｓｃｃｍから約２０，０００ｓｃｃｍの間となりうる。３０６では、基板２００上に酸化物層４１２が形成される。
【００２７】
［００３０］  一実施形態では、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスは酸化物層４１２を形成するために使用されるが、他の堆積方法も使用されうる。３０４で処理チャンバに供給される混合ガスは、処理チャンバに供給された後に、イオン化されてプラズマになりうる。ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスは、高周波ＲＦ電力及び低周波ＲＦ電力を使用しうる。高周波ＲＦ電力は、約１ＭＨｚから約２０ＭＨｚの間の周波数、例えば約１３．５６ＭＨｚで、約５０Ｗから約２０００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。低周波ＲＦ電力は、約２００ｋＨｚから約１ＭＨｚの間の周波数、例えば約３５０ｋＨｚで、約３０Ｗから約１０００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。ＤＣ又はＲＦバイアスは、約０Ｗから約２００Ｗの間の電力レベル、例えば約５０Ｗで基板に印加されうる。ＲＦ電力は、サイクル式又はパルス式であってもよく、連続的又は非連続的であってもよい。酸化物層４１２の堆積中、堆積リアクタの処理チャンバは、約３００℃から約６５０℃の間の温度、例えば４５０℃で、約０．５Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの間の圧力、例えば５Ｔｏｒｒに維持されうる。酸化物層４１２の堆積中のシャワーヘッドと基板支持体ペデスタルとの間の距離は、約２００ミルから約１，０００ミルの間、例えば４００ミルとなりうる。
【００２８】
［００３１］  ３０８では、タングステン層４１４の形成に適したプロセスガスが、堆積リアクタの処理チャンバに供給される。タングステン層の形成に適したプロセスガスは、タングステン六フッ化物（ＷＦ６）、水素、及びアルゴン又はヘリウムなどの不活性ガスを含みうる。ＷＦ６の流量は、約１００ｓｃｃｍから約２，０００ｓｃｃｍの間、例えば約５００ｓｃｃｍから６００ｓｃｃｍの間となりうる。水素の流量は、約５００ｓｃｃｍから約２０，０００ｓｃｃｍの間、例えば約７，５００ｓｃｃｍとなりうる。３１０では、酸化物層４１２上にタングステン層４１４が形成される。
【００２９】
［００３２］  一実施形態では、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスはタングステン層４１４を形成するために使用されるが、他の堆積方法も使用されうる。３０８で処理チャンバに供給される混合ガスは、処理チャンバに供給された後に、イオン化されてプラズマになりうる。ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスは、高周波ＲＦ電力及び低周波ＲＦ電力を使用しうる。高周波ＲＦ電力は、約１ＭＨｚから約２０ＭＨｚの間の周波数、例えば約１３．５６ＭＨｚで、約１００Ｗから約１５００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。低周波ＲＦ電力は、約２００ｋＨｚから約１ＭＨｚの間の周波数、例えば約３５０ｋＨｚで、約０Ｗから約５００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。ＤＣ又はＲＦバイアスは、約０Ｗから約２００Ｗの間の電力レベル、例えば約５０Ｗで基板に印加されうる。ＲＦ電力は、サイクル式又はパルス式であってもよく、連続的又は非連続的であってもよい。タングステン層４１４の堆積中、堆積リアクタの処理チャンバは、約３００℃から約６５０℃の間の温度、例えば４５０℃で、約０．５Ｔｏｒｒから約５０Ｔｏｒｒの間の圧力、例えば３０Ｔｏｒｒに維持されうる。タングステン層４１４の堆積中のシャワーヘッドと基板支持体ペデスタルとの間の距離は、約２００ミルから約１，０００ミルの間、例えば４００ミルとなりうる。
【００３０】
［００３３］  ３１２では、タングステン窒化物接着層４１６の形成に適したプロセスガスが、堆積リアクタの処理チャンバに供給される。タングステン窒化物接着層の形成に適したプロセスガスは、タングステン六フッ化物、アンモニア、水素、窒素、及びアルゴン又はヘリウムなどの不活性ガスを含みうる。ＷＦ６の流量は、約１００ｓｃｃｍから約２，０００ｓｃｃｍの間、例えば約５００ｓｃｃｍから６００ｓｃｃｍの間となりうる。水素の流量は、約０ｓｃｃｍから約２０，０００ｓｃｃｍの間、例えば約７，５００ｓｃｃｍとなりうる。アンモニアの流量は、約１００ｓｃｃｍから約１０，０００ｓｃｃｍの間、例えば約４，５００ｓｃｃｍとなりうる。窒素及び／又はヘリウム及び／又はアルゴンの流量は、約１，０００ｓｃｃｍから約２０，０００ｓｃｃｍの間、例えば約１２，５００ｓｃｃｍとなりうる。３１４では、タングステン層４１４上にタングステン窒化物接着層４１６が形成される。
【００３１】
［００３４］  一実施形態では、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスはタングステン窒化物接着層４１６を形成するために使用されるが、他の堆積方法も使用されうる。３１２で処理チャンバに供給される混合ガスは、処理チャンバに供給された後に、イオン化されてプラズマになりうる。ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスは、高周波ＲＦ電力及び低周波ＲＦ電力を使用しうる。高周波ＲＦ電力は、約１ＭＨｚから約２０ＭＨｚの間の周波数、例えば約１３．５６ＭＨｚで、約４５Ｗから約２５００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。低周波ＲＦ電力は、約２００ｋＨｚから約１ＭＨｚの間の周波数、例えば約３５０ｋＨｚで、約２０Ｗから約５００Ｗの間の電力レベルで供給されうる。ＤＣ又はＲＦバイアスは、約０Ｗから約２００Ｗの間の電力レベル、例えば約５０Ｗで基板に印加されうる。ＲＦ電力は、サイクル式又はパルス式であってもよく、連続的又は非連続的であってもよい。タングステン窒化物接着層４１６の堆積中、堆積リアクタの処理チャンバは、約３００℃から約６５０℃の間の温度、例えば４５０℃で、約０．５Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの間の圧力、例えば７Ｔｏｒｒに維持されうる。タングステン層４１４の堆積中のシャワーヘッドと基板支持体ペデスタルとの間の距離は、約２００ミルから約８００ミルの間、例えば３００ミルとなりうる。
【００３２】
［００３５］  タングステン層４１４は、タングステン窒化物接着層４１６よりも厚くなりうる。タングステン窒化物接着層４１６の厚みに対するタングステン層４１４の厚みの比率は、約５：１から約１００：１の間、例えば２５：１になりうる。
【００３３】
［００３６］  ある実施形態では、タングステン窒化物接着層は各酸化物とタングステン層との間に付加されうる。タングステン窒化物接着層は、３１４でのタングステン窒化物接着層の形成に関連して上述されているプロセスと同様のプロセスに従って形成されうる。したがって、操作３１２及び３１４は、幾つかの実施形態では、操作３０６と操作３０８との間で繰り返されうる。
【００３４】
［００３７］  酸化物層４１２、タングステン層４１４、及びタングステン窒化物接着層４１６を形成するプロセスは、判断操作３１６によって示されているように、所望の層数に到達するまで繰り返されうる。図４Ａのデバイスでは、プロセスを繰り返すことによって、付加層が形成されている。第２の酸化物層４２２はタングステン窒化物接着層４１６の上に形成され、第２のタングステン層４２４は第２の酸化物層４２２の上に形成され、また、第２のタングステン窒化物接着層４２６は第２のタングステン層４２４の上に形成されている。第３の酸化物層４３２は第２のタングステン窒化物接着層４２６の上に形成され、第３のタングステン層４３４は第３の酸化物層４３２の上に形成され、また、第３のタングステン窒化物接着層４３６は第３のタングステン層４３４の上に形成されている。実際には、付加的な層がもたらされうることも理解されたい。図４Ａのデバイスに示した層は、図４Ａに示した順とは逆の順でもたらされうることも理解されたい。プロセスを任意の所望回数だけ繰り返すことによって、任意の層数がもたらされうる。幾つかの実施形態では、プロセスは５０回以上、或いは１００回以上繰り返されうる。
【００３５】
［００３８］  堆積リアクタの処理チャンバは、堆積化学物質間の移行をきれいにするため、必要に応じて、いつでもパージを行いうる。例えば、処理チャンバは、３０６での酸化物層形成と、３０８でのタングステン層のためのプロセスガス供給との間でパージされてもよい。処理チャンバはまた、３１０でのタングステン層形成と、３１２でのタングステン窒化物接着層のためのプロセスガス供給との間でパージされてもよい。処理チャンバはまた、３１４でのタングステン窒化物接着層形成と、３０４での酸化物層のためのプロセスガス供給との間でパージされてもよい。処理チャンバのパージングは、図４Ａに示したように、デバイス内の１つの層から次の層への移行を明瞭にするため、幾つかの実施形態では有用になりうる。代替的に、２つ以上の処理チャンバが使用されてもよい。処理チャンバは、特定の層を形成するために専用にすることもできる。
【００３６】
［００３９］  ３１６で所望の層数に到達した後、オプションによりプロセスを３１８及び３２０で継続することもできる。図４Ｂ及び図４Ｃは、これらの付加的なプロセス操作に対応する。３１８では、複数の孔４０７がスタックに作成される。孔は穿孔するか打ち抜くことができる。代替的に、ドライエッチングなどの切断技術も使用されうる。３２０では、孔４０７内に共形の高誘電率誘電体材料を堆積することにより、複数のチャネル４０９が作成される。高誘電率誘電体材料は、金属酸化物など、酸化ケイ素よりも誘電率の大きい材料を含む。酸化アルミニウム及び酸化ハフニウムは一般的に、高誘電率ゲート誘電体材料として使用される。
【００３７】
［００４０］  本書に記載のプロセスは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．から市販されているＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）チャンバのいずれかを使用して実行されうる。他の製造業者の処理チャンバも同様に使用されうる。
【００３８】
［００４１］  上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、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１】
0006800015.tif 000002
【図２】
0006800015.tif 000003
【図３】
0006800015.tif 000004
【図４Ａ】
0006800015.tif 000005
【図４Ｂ】
0006800015.tif 000006
【図４Ｃ】
0006800015.tif 000007