(57)【要約】  共形の窒化シリコン膜を基板上に低温で形成する方法および装置が提供される。窒化シリコン層を形成するこの方法は、堆積サイクルを実行することを含み、堆積サイクルを実行することは、不安定なシリコン−窒素結合、シリコン−炭素結合または窒素−炭素結合を有する前駆体ガス分子を含む処理混合ガスを、基板をその中に有する処理チャンバ内に流入させること、不安定な結合を優先的に断ち切って、前駆体ガス分子に沿った１つまたは複数の反応部位を提供するため、前駆体ガスを、約２０℃から約４８０℃の間の温度で活性化すること、基板上に前駆体材料層を形成することであって、基板上に前駆体材料層を形成する際に、活性化された前駆体ガス分子が、前記１つまたは複数の反応部位のところで基板の表面と結合する、形成すること、および、前駆体材料層上でプラズマ処理プロセスを実行して、共形の窒化シリコン層を形成することを含む。
2015507362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化シリコン層を形成する堆積サイクルであって、
不安定なシリコン−窒素結合、シリコン−炭素結合または窒素−炭素結合を有する前駆体ガス分子を含む処理混合ガスを、基板をその中に有する処理チャンバ内に流入させること、
不安定な結合を優先的に断ち切って、１つまたは複数の前記前駆体ガス分子に沿った１つまたは複数の反応部位を提供するため、前記前駆体ガス分子を、約２０℃から約４８０℃の間の温度で活性化すること、
前記基板上に前駆体材料層を形成することであって、活性化された前記前駆体ガス分子が、前記１つまたは複数の反応部位のところで前記基板の表面と結合する、形成すること、および
前記前駆体材料層上でプラズマ処理プロセスを実行して、共形の窒化シリコン層を形成すること
を含む堆積サイクル。
【請求項２】
前記前駆体ガス分子を活性化することが、
前記処理チャンバ内において、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約４０Ｗ／ｃｍ２のＲＦ電力密度でプラズマを発生させること
をさらに含む、請求項１に記載の堆積サイクル。
【請求項３】
前記温度が３００℃よりも低い、請求項２に記載の堆積サイクル。
【請求項４】
前記前駆体混合ガスが、置換シラザン、置換シランまたはこれらの組合せを含む、請求項１に記載の堆積サイクル。
【請求項５】
前記プラズマ処理プロセスが、前記前駆体材料層中の前記前駆体ガス分子を架橋させる、請求項１に記載の堆積サイクル。
【請求項６】
前記堆積サイクルが、１回から１２０回繰り返される、請求項１に記載の堆積サイクル。
【請求項７】
前記処理混合ガスが、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）またはこれらの組合せをさらに含む、請求項１に記載の堆積サイクル。
【請求項８】
前記プラズマ処理プロセスを実行することが、
前記前駆体ガス分子の前記流入を止めること、および
アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）またはこれらの組合せを含むプラズマ処理ガスを前記処理チャンバ内に流入させること
を含む、請求項１に記載の堆積サイクル。
【請求項９】
前記共形の窒化シリコン層が炭素でドープされた、請求項８に記載の堆積サイクル。
【請求項１０】
前記共形の窒化シリコン層上で、前記窒化シリコン層を酸素にさらすことなくＵＶ硬化プロセスを実行すること
をさらに含む、請求項１に記載の堆積サイクル。
【請求項１１】
前記共形の窒化シリコン層の共形性が９０％以上である、請求項１に記載の堆積サイクル。
【請求項１２】
窒化シリコン層を形成する方法であって、
堆積サイクルを実行すること
を含み、堆積サイクルを実行することが、
不安定なシリコン−窒素結合、シリコン−炭素結合または窒素−炭素結合を有する前駆体ガス分子を含む処理混合ガスを、基板をその中に有する処理チャンバ内に流入させること、
前記処理チャンバ内において、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約４０Ｗ／ｃｍ２のＲＦ電力密度、および約２０℃から約４８０℃の間の温度でプラズマを発生させ、不安定な結合を優先的に断ち切って、１つまたは複数の前記前駆体ガス分子に沿った１つまたは複数の反応部位を提供するため、前記前駆体ガス分子を活性化すること、
前記基板上に前駆体材料層を形成することであって、活性化された前記前駆体ガス分子が、前記１つまたは複数の反応部位のところで前記基板の表面と結合する、形成すること、および
前記前駆体材料層上でプラズマ処理プロセスを実行して、共形の窒化シリコン層を形成し、共形の窒化シリコン膜組成物中の炭素の量を制御すること
を含み、前記プラズマ処理プロセスを実行することが、
前記前駆体ガス分子の前記流入を止めること、および
アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）またはこれらの組合せを含むプラズマ処理ガスを前記処理チャンバ内に流入させること
を含み、
前記方法がさらに、
前記堆積サイクルを１回から１２０回繰り返すこと
を含む方法。
【請求項１３】
前記前駆体ガス分子を活性化することが、１つまたは複数の前記前駆体ガス分子に沿った単一の反応部位を提供する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記前駆体混合ガスが、テトラメチルシクロテトラシラザン、ヘキサメチルシクロテトラシラザン（ＨＭＣＴＺ）、オクタメチルシクロテトラシラザン、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、ビス−ジエチルアミンシラン（ＢＤＥＡＳ）、ビス（ターシャリー−ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）またはこれらの組合せを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
窒化シリコン層を形成する方法であって、
堆積サイクルを実行すること
を含み、堆積サイクルを実行することが、
テトラメチルシクロテトラシラザン、ヘキサメチルシクロテトラシラザン（ＨＭＣＴＺ）、オクタメチルシクロテトラシラザン、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、ビス−ジエチルアミンシラン（ＢＤＥＡＳ）、ビス（ターシャリー−ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）またはこれらの組合せを含む前駆体ガス分子を含む処理混合ガスを、基板をその中に有する処理チャンバ内に流入させること、
前記処理チャンバ内において、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約４０Ｗ／ｃｍ２のＲＦ電力密度、および約２０℃から約４８０℃の間の温度でプラズマを発生させ、前記前駆体ガス分子中の不安定な結合を優先的に断ち切って、１つまたは複数の前記前駆体ガス分子に沿った１つまたは複数の反応部位を提供するため、前記前駆体ガス分子を活性化すること、
前記基板上に前駆体材料層を形成することであって、活性化された前記前駆体ガス分子が、前記反応部位のところで基板表面に結合する、形成すること、および
前記前駆体材料層上でプラズマ処理プロセスを実行して、共形の窒化シリコン層を形成すること
を含み、
前記方法がさらに、
前記共形の窒化シリコン層の厚さが９０Åから約１１０Åになるように前記堆積サイクルを繰り返すこと、および
前記共形の窒化シリコン層上で、前記窒化シリコン層を酸素にさらすことなくＵＶ硬化プロセスを実行すること
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に、ドープされた窒化シリコン膜を含む共形の窒化シリコン膜を低温で形成する方法およびプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイス産業および半導体産業は、製造歩留りを高め、同時に、表面積がますます大きくなっている基板上に堆積させる層の均一性を増大させる努力を続けている。これらの同じ因子はさらに、新しい材料と相まって、基板上における単位面積あたりの回路の集積度をより高める。回路の集積度が増すにつれて、層特性に関するより高い均一性およびプロセス制御に対する必要性も高まる。
【０００３】
例えば、超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路は通常、半導体基板上に形成された百万個を超えるトランジスタを含み、それらのトランジスタは協力して、電子デバイス内でさまざまな機能を実行する。このようなトランジスタが、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）電界効果トランジスタを含むことがある。ＣＭＯＳトランジスタは、半導体基板中に画定されたソース領域とドレイン領域の間に配置されたゲート構造体を含む。ゲート構造体（スタック）は一般に、ゲート誘電体材料上に形成されたゲート電極を備える。
【０００４】
トランジスタは、伝統的な平面回路とは対照的な３次元回路すなわち３Ｄ回路として形成されることもある。３Ｄトランジスタは、垂直な「フィン（ｆｉｎ）」構造体の３つの側面に導電性チャネルを形成するゲートを使用することがあり、それによって、より低い電圧、より少ない漏れでチップが動作することを可能にする。このようなゲート構造体を有する３次元トランジスタの例には、ＦｉｎＦＥＴ（より初期のＤＥＬＴＡ（シングルゲート）トランジスタ設計に基づく、シリコンオンインシュレータテクノロジ基板上に構築された非平面ダブルゲートトランジスタ）、トライゲート（Ｔｒｉｇａｔｅ）トランジスタ構造体などがある。
【０００５】
デバイスノード（ｄｅｖｉｃｅ  ｎｏｄｅ）が４５ｎｍ未満、例えば２２ｎｍレベルに縮小するとき、および３Ｄトランジスタの製造が増えているとき、高アスペクト比構造体および／または３Ｄ構造体上の誘電体膜の低パターンローディング効果（ｐａｔｔｅｒｎ  ｌｏａｄｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）での共形カバレッジ（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  ｃｏｖｅｒａｇｅ）は決定的に重要な要件である。ドープされた窒化シリコンを含む窒化シリコン膜は、集積回路形成の全体を通じて、ゲートスペーサ、ライナ（ｌｉｎｅｒ）層、犠牲層、バリア層などとして使用することができる。熱プロセスを使用して形成された窒化シリコン膜は良好な共形性を提供する。しかしながら、高温（典型的には４００℃超）を必要とすること、さまざまな用途に合わせて膜の組成および特性を設計することがほとんどできないことなどが欠点である。また、シランベースの従来のプラズマ化学気相堆積（ＰＥ−ＣＶＤ）窒化シリコン膜は、ラジカル束の方向性（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）のため、ステップカバレッジ（ｓｔｅｐ  ｃｏｖｅｒａｇｅ）がよくない。さらに、特にフィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）サイズが低下するとき、および非平面構造の使用が増えているときには、所望の膜特性を有するように共形層を調整することも困難であった。
【０００６】
したがって、特にパターン密度および構造体のアスペクト比が増大するとき、およびデバイス構造体のサイズが縮小するときには、共形の窒化シリコン膜を基板上に形成する調節可能な低温プロセスが求められる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は一般に、窒化シリコン層を基板上に形成する方法およびプロセスを提供する。一実施形態では、窒化シリコン層を形成する方法が堆積サイクルを実行することを含み、堆積サイクルを実行することは、不安定な（ｌａｂｉｌｅ）シリコン−窒素結合、シリコン−炭素結合または窒素−炭素結合を有する前駆体ガス分子を含む処理混合ガスを、基板をその中に有する処理チャンバ内に流入させること、不安定な結合を優先的に断ち切って、前駆体ガス分子に沿った１つまたは複数の反応部位を提供するため、前駆体ガスを、約２０℃から約４８０℃の間の温度で活性化すること、基板上に前駆体材料層を形成することであって、活性化された前駆体ガス分子が、前記１つまたは複数の反応部位のところで基板の表面と結合する、形成すること、および前駆体材料層上でプラズマ処理プロセスを実行して、共形の窒化シリコン層を形成することを含む。
【０００８】
他の実施形態では、窒化シリコン層を形成する方法が、不安定なシリコン−窒素結合、シリコン−炭素結合または窒素−炭素結合を有する前駆体ガス分子を含む処理混合ガスを、基板をその中に有する処理チャンバ内に流入させること、処理チャンバ内において、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約４０Ｗ／ｃｍ２のＲＦ電力密度、および約２０℃から約４８０℃の間の温度でプラズマを発生させ、不安定な結合を優先的に断ち切って、前駆体ガス分子に沿った１つまたは複数の反応部位を提供するため、前駆体ガスを活性化すること、基板上に前駆体材料層を形成するであって、活性化された前駆体ガス分子が、前記１つまたは複数の反応部位のところで基板の表面と結合する、形成すること、および前駆体材料層上でプラズマ処理プロセスを実行して、共形の窒化シリコン層を形成し、共形の窒化シリコン膜組成物中の炭素の量を制御することを含む。プラズマ処理プロセスを実行することは、前駆体ガス分子の流入を止めること、およびアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）またはこれらの組合せを含むプラズマ処理ガスを処理チャンバ内に流入させることを含む。この方法はさらに、この堆積サイクルを１回から１２０回繰り返すことを含む。
【０００９】
他の実施形態では、窒化シリコン層を形成する方法が堆積サイクルを実行することを含み、堆積サイクルを実行することは、テトラメチルシクロテトラシラザン、ヘキサメチルシクロテトラシラザン（ＨＭＣＴＺ）、オクタメチルシクロテトラシラザン、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、ビス−ジエチルアミンシラン（ＢＤＥＡＳ）、ビス（ターシャリー−ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）またはこれらの組合せからなるグループから選択された前駆体ガス分子を含む処理ガス分子混合物を、基板をその中に有する処理チャンバ内に流入させること、処理チャンバ内において、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約４０Ｗ／ｃｍ２のＲＦ電力密度、および約２０℃から約４８０℃の間の温度でプラズマを発生させ、前駆体ガス分子中の不安定な結合を優先的に断ち切って、前駆体ガス分子に沿った１つまたは複数の反応部位を提供するため、前駆体ガスを活性化すること、基板上に前駆体材料層を形成することであって、活性化された前駆体ガス分子が、反応部位のところで基板表面に結合する、形成すること、および前駆体材料層上でプラズマ処理プロセスを実行して、共形の窒化シリコン層を形成することを含む。この方法はさらに、共形の窒化シリコン層の厚さが約９０Åから約１１０Åになるようにこの堆積サイクルを繰り返すこと、および共形の窒化シリコン層上で、窒化シリコン層を酸素にさらすことなくＵＶ硬化プロセスを実行することを含む。
【００１０】
上に挙げた本開示の諸特徴を詳細に理解することができるように、そのうちのいくつかが添付図面に示された実施形態を参照することによって、上に概要を示した発明をより具体的に説明する。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態だけを示したものであり、したがって添付図面を本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意すべきである。等しく有効な別の実施形態を本発明が受け入れる可能性があるためである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な基板処理システムの略断面図である。
【図２Ａ】金属ゲート形成プロセスの異なる段階を概略的に示す側断面図である。
【図２Ｂ】金属ゲート形成プロセスの異なる段階を概略的に示す側断面図である。
【図３Ａ】ゲート形成プロセスの異なる段階を概略的に示す側断面図である。
【図３Ｂ】ゲート形成プロセスの異なる段階を概略的に示す側断面図である。
【図３Ｃ】ゲート形成プロセスの異なる段階を概略的に示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書に記載された実施形態は一般に、ドープされた共形の窒化シリコン層を含む共形の窒化シリコン層を基板上に低温で形成する方法を提供する。基板上の窒化シリコン層の位置、用途および機能に応じて、所望の量の応力、例えば所望の量の圧縮応力または引張応力を有するように、この共形の窒化シリコン層を調整することもできる。層の共形性に影響を及ぼすことなく窒化シリコン層中の炭素の量を調整することもできる。共形の窒化シリコン層は、集積回路製造中および他のマイクロエレクトロニクス型の製造中のさまざまな目的に適合することができる。例えば、共形の窒化シリコン層は、少し例を挙げただけでも、スペーサ、エッチング停止層、ゲートの周囲または他の活性デバイス構造体の周囲のライナ、犠牲層、歪み誘起層、銅バリア層、浅いトレンチ隔離ライナとして使用することができる。
【００１３】
層の共形性は通常、フィーチャの側壁に堆積した層の平均層厚と、基板のフィールドすなわち上面に堆積した同じ層の平均層厚との比（百分率として表すことができる）によって定量化される。本明細書に記載された方法によって堆積させた層の共形性は、９５％以上など、約９０％超から約１００％であることが観察されている。
【００１４】
不安定なシリコン−窒素結合、シリコン−炭素結合または窒素−炭素結合を有する前駆体を利用し、それらの不安定な結合を優先的に断ち切ることによって、前駆体を、３５０°Ｃよりも低い温度、例えば２００°Ｃ以下の温度で活性化し、堆積させた層を、ヘリウム（Ｈｅ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、アルゴン（Ａｒ）またはこれらの組合せからなるグループから選択されたガスでプラズマ処理することによって、共形の堆積を改良することができる。本明細書に記載された堆積プロセスは適当な処理システム内で実行することができる。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に従って共形の窒化シリコン層を低温で堆積させるようにプログラムされた基板処理システム、システム１００の略図である。適当なシステムの例には、Ｄ×Ｚ（商標）処理チャンバを使用することができるＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システム、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ５０００（登録商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（商標）システム、例えばＰＲＯＤＵＣＥＲ  ＳＥ（商標）処理チャンバおよびＰＲＯＤＵＣＥＲ  ＧＴ（商標）処理チャンバなどがある。これらは全て、米カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されている。
【００１６】
システム１００は、プロセスチャンバ１２５、ガスパネル１３０、制御ユニット１１０、および電源、真空ポンプなどのその他のハードウェア構成要素を含む。プロセスチャンバ１２５は一般に、半導体基板１９０などの基板を支持するために使用される基板支持ペデスタル１５０を備える。この基板支持ペデスタル１５０は、シャフト１６０に結合された変位機構（図示せず）を使用してプロセスチャンバ１２５内を垂直方向に移動する。プロセスに応じて、処理前に半導体基板１９０を所望の温度に加熱することができる。基板支持ペデスタル１５０は、埋め込まれたヒータ要素１７０によって加熱することができる。例えば、電源１０６からヒータ要素１７０に電流を流すことによって基板支持ペデスタル１５０を抵抗加熱することができる。次いで、基板支持ペデスタル１５０によって半導体基板１９０が加熱される。基板支持ペデスタル１５０の温度を監視するため、基板支持ペデスタル１５０には、熱電対などの温度センサ１７２も埋め込まれている。測定された温度は、ヒータ要素１７０用の電源１０６を制御するためにフィードバックループで使用される。基板の温度は、その特定のプロセス用途に対して選択された温度に維持または制御することができる。
【００１７】
プロセスチャンバ１２５を排気するため、およびプロセスチャンバ１２５内の適切なガス流および圧力を維持するために真空ポンプ１０２が使用される。基板支持ペデスタル１５０の上方には、そこを通してプロセスチャンバ１２５にプロセスガスが導入されるシャワーヘッド１２０が位置し、シャワーヘッド１２０は、プロセスチャンバ１２５内にプロセスガスを均一に分配するように適合されている。シャワーヘッド１２０は、プロセスシーケンスの異なるステップで使用されるさまざまなプロセスガスを制御および供給するガスパネル１３０に接続されている。プロセスガスについては後により詳細に説明する。
【００１８】
ガスパネル１３０を使用して、気化したさまざまな液体前駆体を制御および供給することもできる。図示されてはいないが、液体前駆体の供給源からの液体前駆体を、例えば液体噴射気化器によって気化させ、キャリアガスの存在下でプロセスチャンバ１２５に送達することができる。キャリアガスは通常、窒素などの不活性ガスまたはアルゴン、ヘリウムなどの貴ガスである。あるいは、熱によっておよび／または真空によって強化された気化プロセスにより、アンプルから液体前駆体を気化させてもよい。
【００１９】
シャワーヘッド１２０と基板支持ペデスタル１５０はさらに、間隔を置いて配置された一対の電極を形成することができる。これらの電極間に電場が生成されると、プロセスチャンバ１２５に導入されたプロセスガスに点火されて、プロセスガスがプラズマ１９２になる。この電場は通常、マッチングネットワーク（ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｎｅｔｏｗｏｒｋ）（図示せず）を介して、基板支持ペデスタル１５０を、単一周波数または２重周波数高周波（ＲＦ）電力源（図示せず）に接続することによって生成される。あるいは、このＲＦ電源およびマッチングネットワークをシャワーヘッド１２０に結合してもよく、またはシャワーヘッド１２０と基板支持ペデスタル１５０の両方に結合してもよい。
【００２０】
ＰＥＣＶＤ技法は、基板表面に近い反応ゾーンに電場を印加することによって反応物ガスの励起および／または脱会合（ｄｉｓａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）を促進し、反応種のプラズマを生み出す。プラズマ中の反応種の反応性は、化学反応が起こるのに必要なエネルギーを低減させ、事実上、このようなＰＥＣＶＤプロセスに必要な温度を低くする。
【００２１】
質量流量コントローラ（図示せず）および制御ユニット１１０、例えばコンピュータによって、ガスパネル１３０を通過するガス流および液体流の適切な制御および調節が実行される。シャワーヘッド１２０は、ガスパネル１３０からプロセスガスが均一に分配され、プロセスチャンバ１２５内に均一に導入されることを可能にする。例として、制御ユニット１１０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１１２、支持回路１１４、および関連制御ソフトウエアを含む記憶装置１１６を備える。この制御ユニット１１０は、基板の輸送、ガス流量制御、液体流量制御、温度制御、チャンバの排気など、基板処理に必要な多数のステップの自動制御を担う。混合プロセスガスがシャワーヘッド１２０を出ると、前駆体ガスのプラズマによって強化された（以後、プラズマ強化）活性化が起こり、その結果、半導体基板１９０の表面１９５に前駆体が堆積する。
【００２２】
堆積プロセス
本発明の態様は、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）層の低温共形堆積を提供する。本発明の態様はさらに、炭素がドープされた窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ：Ｃ）などのドープされた低温共形窒化シリコン層を堆積させる堆積プロセスを含む。低温共形堆積は、処理チャンバに導入された処理混合ガスを利用するプロセスによって達成することができ、この処理混合ガスは窒素およびシリコンを有する前駆体を含む。すなわち前駆体ガス化合物は窒素およびシリコンの両方を有する。この前駆体ガスは、不安定なシリコン−窒素結合、シリコン−炭素結合または窒素−炭素結合を有する。この前駆体ガスを少なくとも部分的に活性化して、不安定な結合を優先的に断ち切ることにより、前駆体ガス化合物に沿った限られた数の活性部位または反応部位を形成する。前駆体ガスの活性部位が基板の表面と結合して、基板上に前駆体材料層を形成する。次いで、この前駆体材料層上でプラズマ処理プロセスを実行して、共形の窒化シリコン層を形成する。
【００２３】
本明細書に記載されたプロセスは、窒化シリコン層を形成するときに、自己制限的な（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）反応状態および／または自己飽和的な（ｓｅｌｆ−ｓａｔｕｒａｔｉｎｇ）反応／堆積プロセスを提供し、それによってより共形の堆積プロセスを提供すると考えられる。さらに、この低温共形窒化シリコン層は、高いステップカバレッジおよび低いパターンローディング効果を有する。本明細書に定義されているとおり、高いステップカバレッジを有する層は、低いステップカバレッジを有する層よりも、フィーチャの異なる表面間、すなわち側壁、上面および底面間の層厚の差の百分率が小さい。パターンローディング効果（ＰＬＥ）は、少数のフィーチャを有する基板領域（孤立エリア）のフィーチャの部分、例えば底面、上面または側壁の層厚と、高いフィーチャ密度を有する基板領域（高密度エリア）のフィーチャの対応する部分の層厚との間の層厚の差の百分率と定義され、したがって、パターンローディング効果の百分率が低いことは、基板全体の層厚の均一性が高いことの反映である。
【００２４】
一実施形態によれば、さまざまなプロセスを有する堆積サイクルを使用して共形の窒化シリコン層を形成する。この堆積サイクルは、図１に関して以前に説明したプロセスチャンバ１２５および半導体基板１９０などの、基板をその中に有する処理チャンバ内に、処理混合ガスを流入させることを含む。この処理混合ガスは、シリコンおよび窒素を有する少なくとも１種類の前駆体ガスを含む。すなわち、この前駆体ガスは、シリコンと窒素の両方を含む化合物を有する。
【００２５】
この前駆体は、不安定なシリコン−窒素結合、シリコン−炭素結合または窒素−炭素結合を有する化合物を含むことができる。この前駆体はさらに、メチル基、エチル基などの炭化水素基を含むことができる。適当な前駆体のいくつかの例は、置換されたシラザン（以後、置換シラザン）、置換されたシラン（以後、置換シラン）、またはこれらの組合せを含む。置換シラザンは、Ｓｉ−Ｎ主鎖と、アルキル基などのＳｉ上のさまざまな有機置換基とを有する化合物である。置換シランは、Ｓｉ−Ｎ主鎖と、Ｎ上のさまざまな有機置換基とを有する化合物である。これらの分子に沿った有機置換基は、これらの化合物中の不安定な基（１つまたは複数）である傾向があり、それらの不安定な結合は、前記１種または数種の前駆体ガスの活性化中に切断される。
【００２６】
置換シラザンは環状シラザンまたは線状シラザンとすることができる。適当な環状シラザンは、以下の化合物、例えばテトラメチルシクロテトラシラザン、ヘキサメチルシクロテトラシラザン（ＨＭＣＴＺ）およびオクタメチルシクロテトラシラザン、またはこれらの組合せのうちの１つまたは複数の化合物を含む。環状シラザンの具体的ないくつかの例には、１，２，３，４−テトラメチルシクロテトラシラザン、１，１，３，３−テトラメチルシクロテトラシラザン、１，１，３，３，５，５−ヘキサメチルシクロテトラシラザン、１，２，３，４，５，６−ヘキサメチルシクロテトラシラザン、１，１，３，３，５，５，７，７−オクタメチルシクロテトラシラザン、および１，２，３，４，５，６，７，８−オクタメチルシクロテトラシラザンが含まれる。適当な線状シラザンにはヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）が含まれる。適当な置換シランには、ビス−ジエチルアミンシラン（ＢＤＥＡＳ）、ビス（ターシャリー−ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）およびトリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）を含めることができる。これらの前駆体化合物はいずれも、単独でまたは他の前駆体化合物と組み合わせて使用することができる。
【００２７】
処理混合ガスは、これらの前駆体ガスの他に、キャリアガスまたは他のタイプのガスなど、他のプロセスガスを含むことができる。例えば、他のプロセスガスには、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、キセノン（Ｘｅ）およびこれらの組合せを含むことができる。Ｈｅ、Ｎ２およびＡｒをキャリアガスとして使用することができる。Ａｒ、ＸｅおよびＨｅはさらに、前駆体分子を活性化し、より低出力での堆積を可能にするのに役立つことがあり、このことは、強い衝撃（ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）、すなわち高いプラズマ出力に敏感な材料が基板上にある場合に望ましいことがある。＜１Ｗ／ｃｍ２などの低出力プラズマが使用されるときには、容易にイオン化し、プラズマを安定に維持することができるため、ＡｒおよびＸｅが望ましい。しかしながら、プラズマ状態ではＡｒおよびＸｅの反応性があまりに高いことがあり、（不安定な結合を断ち切るのを支援するだけに留まらず）前駆体分子の過度の解離を引き起こすことがあるため、より高い出力の処理混合ガス中でＡｒおよびＸｅを使用することはあまり望ましくないことがある。
【００２８】
この窒化シリコン堆積プロセスはさらに、前駆体ガス化合物を活性化して、前駆体ガス化合物中の１つまたは複数の不安定な結合を優先的に断ち切ることにより、単一の反応部位などの限られた数の反応部位を、前駆体ガス化合物に沿って形成することを含む。この前駆体ガス化合物は、化合物中の結合が完全には断ち切られないように制御可能に活性化する。１つまたは複数の不安定な結合が優先的に断ち切られると、この化合物から炭化水素基が離れた場合などのように、前駆体化合物の活性化中に生み出された長鎖ラジカルに沿って、単一の部位など少数の反応部位だけが形成される。したがって、前駆体化合物は大部分が不活性であり、化合物に沿った特定の位置だけで基板の表面と反応することができる。これは、前駆体化合物が反応することができる表面に沿ったある位置を前駆体化合物が見つけるまで前駆体化合物が基板の表面に沿って移動するより多くの移動度を前駆体化合物に提供すると考えられる。基板上に前駆体材料層が形成され、その際には、前駆体ガス化合物が、反応部位のところで基板の表面と結合し、かつ／または反応する。
【００２９】
前駆体化合物に沿った反応部位が少数であるため、前駆体化合物と基板表面とのこの反応は自己制限的であると考えられる。このプロセスのこの自己制限的な性質は、共形の窒化シリコン層の形成に役立つと考えられる。このようにして基板表面に形成される前駆体材料層は、単分子層（ｍｏｎｏ−ｌａｙｅｒ）であることがあり、または単分子層未満の層、すなわちサブ単分子層（ｓｕｂ−ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）であることもある。前駆体材料層が単分子層未満の層であることがあるのは、活性化された前駆体化合物が非常に大きく、そのため前駆体化合物が基板の表面を完全には覆わないためであると考えられる。活性化された前駆体化合物が基板表面ともはや結合することができないときには、活性化された前駆体化合物が基板表面と結合しようしても基板表面と反応しない自己飽和レジームが生じる。
【００３０】
処理チャンバ内において、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約４０Ｗ／ｃｍ２のＲＦ電力密度でプラズマを発生させることにより、化合物を活性化することができる。この電力密度によって、前駆体化合物が活性化される程度を、前駆体化合物に沿って少数の活性部位だけが形成されるように、場合によっては単一の活性部位だけが形成されるように調節することができる。前駆体化合物の活性化の程度を制御することができることにより、共形の窒化シリコン層を形成するのに必要な熱エネルギーの量はかなり低減すると考えられる。
【００３１】
前駆体化合物の活性化中の堆積プロセス温度は約２０℃から約４８０℃とすることができる。例えば、この温度を、例えば約５０℃および約２００℃からなど、例えば約１００℃または約１５０℃など、３００℃よりも低い温度とすることができる。共形の窒化シリコン膜を形成する従来の熱プロセスでは、より高い温度、典型的には６００℃よりも高い温度が必要なため、炉（ｆｕｒｎａｃｅ）が使用され、熱プロセスのガス流には方向性がないため膜は一般に共形に堆積する。
【００３２】
しかしながら、典型的なプラズマプロセス下では非共形の膜が形成する。プラズマプロセスは普通、方向性を有し、この方向性は通常、共形の膜を形成する能力を阻害しまたは妨げるためである。プラズマ強化ガスの方向性のため、このような非共形の窒化シリコン膜は、膜が形成された構造体のコーナにおいて「マッシュルーム（ｍｕｓｈｒｏｏｍ）」効果を示すことがある。
【００３３】
しかしながら、窒化シリコンの低温共形堆積は、あるタイプの分子を、プラズマ強化プロセスなどによって、前述のように分子に沿って少数の活性部位が存在するように活性化することによって可能になると考えられる。分子に沿って少数の活性部位が存在することは、たとえ低温であっても、たとえプラズマ強化条件下であっても窒化シリコン膜の共形堆積に寄与する。
【００３４】
次に、この堆積サイクルでは、前駆体材料層上でプラズマ処理プロセスを実行して、共形の窒化シリコン層を形成する。このプラズマ処理プロセスは、プラズマ処理ガスを処理チャンバ内に流入させることを含む。このプラズマ処理プロセスの間、前駆体ガスの流入を遮断することができ、処理混合ガス中の残りのガスは流入し続けてもまたは止められてもよく、他のプラズマ処理ガスを使用してもよい。これらのプラズマ条件下では、基板の表面の前駆体層がある構成および数で架橋して、Ｓｉ−Ｎ−Ｓｉ網目を形成し、それによって共形の窒化シリコン膜を形成すると考えられる。このプラズマ処理は表面のＮ−Ｈ結合と反応し、次の前駆体材料層のために表面を準備すると考えられる。
【００３５】
これらのプラズマ処理ガスは、処理混合ガス中に既に存在する同じガスのうちの一部のガスを含むことができる。このプラズマ処理ガスは、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、キセノン（Ｘｅ）およびこれらの組合せを含むことができる。このタイプの１種または数種のプラズマ処理ガスおよびプラズマ処理の処理条件は、共形の窒化シリコン層中で所望の膜特性を達成されるように変更される。例えば、このプラズマ処理にＨ２を追加すると、Ｃ−Ｈ結合が優先的に解離し、これがＳｉ−Ｃ−Ｓｉ網目の形成につながる。しかしながら、このプラズマ処理へのＮＨ３の追加は、Ｓｉ−ＣＨｘ結合の切断および新しいＳｉ−Ｎ−Ｓｉ網目の形成を支援することにより、膜からの炭素の除去を可能にする。Ａｒ、ＸｅおよびＨｅをプラズマの希釈剤として使用して、プラズマ密度の制御を助けることができる。
【００３６】
下表１は、前駆体堆積プロセスおよびプラズマ処理プロセスのガス流量の範囲を示す。例示的なプロセスパラメータが括弧内に示されている。これらのプロセスは３００ｍｍ基板を使用して実施した。
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【００３７】
下表２は、前駆体堆積プロセスおよびプラズマ処理プロセスの残りのプロセスパラメータの範囲を示す。例示的な具体的なプロセスパラメータが括弧内に示されている。
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【００３８】
プラズマ処理プロセスは、基板表面と結合した隣接する前駆体分子どうしを架橋させるだけでなく、組成、屈折率、応力、湿式エッチング選択性、膜中の炭素結合（例えばＳｉ−Ｃ網目対Ｓｉ−Ｃ−Ｃ−Ｓｉ対ＳｉＮ）、湿式エッチング速度（ｗｅｔ  ｅｔｃｈ  ｒａｔｅ）（ＷＥＲ）、電気特性などの窒化シリコン層のさまざまな所望の膜特性を調整および制御する目的にも使用することができる。湿式エッチング速度は一般に、炭素含量が高いほど湿式エッチング速度が低下するような態様で、炭素含量とともに変化すると考えられる。屈折率は膜の組成および密度の結果である。
【００３９】
プラズマ処理プロセスを使用し、プラズマ処理プロセスの持続時間および／または使用する１種もしくは数種のプラズマ処理ガスのタイプを制御するなどによって、共形の窒化シリコン層中の炭素の量を制御することができる。例えば、共形の窒化シリコン膜中の窒素を増やしたい場合には、アンモニアまたは窒素を主たるプラズマ処理ガスとして使用することができる。炭素がドープされた共形の窒化シリコン膜が所望である場合には、水素を主たるプラズマ処理ガスとして使用することができる。例えば、この共形の窒化シリコン膜は、炭素を含まない膜から炭素を３０〜４０％含む膜までのいずれかの膜とすることができ、依然として共形性を維持することができる。プラズマ堆積の間に存在する炭素を含むラジカルの低い移動度および高い付着係数（ｓｔｉｃｋｉｎｇ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のため、従来のＳｉＣＮ膜は、不可能とは言えないまでも、高い共形性を有することが困難であった。次いで、この堆積サイクルを繰り返して、共形の窒化シリコン層の厚さを増大させることができる。１回の堆積サイクルは通常、厚さ約３オングストローム（Å）の共形の窒化シリコン膜を堆積させ、厚さ５Åの厚い膜を堆積させることもある。次いで、この堆積サイクルをある回数繰り返すことができ、または共形の窒化シリコン層の所望の厚さに達するまでこの堆積サイクルを繰り返すことができる。例えば、この堆積サイクルを２回から１２０回、例えば３０回または５０回繰り返すことができる。さらに、共形の窒化シリコン層の厚さが約５Åないし約３００Å、例えば約９０Åから約１１０Å、例えば約１００Åの厚さになるまで、この堆積サイクルを繰り返すこともできる。いくつかの場合には、共形の窒化シリコン層の厚さが約５００Åになるまで堆積サイクルを繰り返すことができる。これには、それぞれの層の厚さによって約１００〜１７０回の堆積サイクルが必要となることがある。
【００４０】
下表３は、さまざまなプラズマ処理が共形の窒化シリコン膜に対して有する効果を示す。
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【００４１】
圧縮応力が加わった共形の窒化シリコン層を形成するときなど、共形の窒化シリコン層の応力を調整するために、このプラズマ処理プロセスを使用することもできる。プラズマ処理プロセス中のイオン衝撃を増大させることによって、圧縮応力を有するように共形の窒化シリコン層を調整することができる。
【００４２】
このプラズマ処理プロセスをＵＶ硬化プロセスと組み合わせて使用して、共形の窒化シリコン層の応力を調整することもできる。よりバルク型の効果を有するため、一般に、窒化シリコン層を堆積させるごとにＵＶ硬化プロセスを実行する必要はない。このＵＶ硬化プロセスは通常、共形の窒化シリコン膜の形成が９０〜１１０Å進むごとに実行する。例えば、ＵＶ硬化プロセスと組み合わせたこのプラズマ処理プロセスは、圧縮応力を有する共形の窒化シリコン層を提供することができる。ＮＨ３プラズマ処理は、窒化シリコン中に形成されることがある炭素を除去し、それによって多くの水素を含む共形の窒化シリコン膜を残す。このプラズマ処理プロセス後のＵＶ硬化プロセスは、Ｓｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合を断ち切り、新しいＳｉ−Ｎ結合を形成することにより、水素を除去し、歪みを有するＳ−Ｎ結合を形成することができる。このようにすると、引張応力を有する共形の低温窒化シリコン膜を形成することができる。
【００４３】
このＵＶ硬化プロセスは、堆積チャンバと同じチャンバ内で、またはその中で窒化シリコン層を堆積させた堆積チャンバを含む統合されたツールの一部であるチャンバ内で実行することができる。例えば、このＵＶ硬化プロセスは、その中で窒化シリコン層を堆積させるＰＥＣＶＤチャンバを含むＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）プラットホームの一部であるＮＡＮＯＣＵＲＥ（商標）チャンバ内で実行することができる。このＵＶ硬化プロセスは、共形の窒化シリコン層上で、窒化シリコン層を酸素にさらすことなく実行することができる。例えば、このＵＶ硬化プロセスは、堆積プロセス、プラズマ処理プロセスおよびＵＶ硬化プロセス間で真空破壊（ｖａｃｕｕｍ  ｂｒｅａｋ）が起こらないように、統合されたプラットホーム内で実行することができる。
【００４４】
使用することができる例示的なＵＶ硬化プロセス条件は、約０．５トルから約８トルの間のチャンバ圧力、および約２０℃から約６５０℃の間、例えば約４００℃から約４８０℃の間の基板支持体温度を含む。このＵＶ硬化プロセスの基板支持体温度は、堆積プロセス中の基板支持体温度よりも高くし、または堆積プロセス中の基板支持体温度よりも低くし、または堆積プロセス中の基板支持体温度と等しくすることができる。
【００４５】
このＵＶ硬化プロセスは、不活性ガス、窒素を含むガス、水素ガス、またはこれらの組合せを含む処理ガスを使用することができ、この処理ガスは、処理中に約０．５ｓｌｍから約５０ｓｌｍの間の流量、例えば約１６ｓｌｍの流量でチャンバに導入することができる。例示的なガスは、Ｈｅ、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒおよびこれらの組合せを含む。この処理ガスを、例えば約１秒から約２時間の間、例えば約１秒から約１０分の間、チャンバ内に流入させることができる。ＵＶ放射は、水銀マイクロ波アークランプ、パルスキセノンフラッシュランプまたは高効率ＵＶ光放出ダイオードアレイなどの任意のＵＶ源によって供給することができる。ＵＶ放射の波長は、例えば約１７０ｎｍから約４００ｎｍの間とすることができる。ＵＶ放射は、１７３ｎｍなどの単一の波長を有することができる。あるいは、２００ｎｍよりも長い波長を提供する広帯域ＵＶ源によってＵＶ放射を供給してもよい。この処理は、堆積させた材料を、約１ワット／ｃｍ２から約１０００ワット／ｃｍ２の間の紫外放射にさらすことを含むことができ、この紫外放射は、約０．５ｅＶから約１０ｅＶの間、例えば約１ｅＶから約６ｅＶの間のフォトンエネルギー（電子ボルト）を提供することができる。
【００４６】
本発明の実施形態に従って形成された膜は、ステップカバレッジが９５％、ＰＬＥが５％の共形性を示し、膜中の炭素の所望の量も調整した。この良好なローディング効果は、たとえプラズマ強化プロセスによってより多くのガスラジカル束が生成されたとしても、そのガスラジカルの大部分が不活性であることによるものと考えられる。これは、このガスラジカルが、結合するための前述の活性部位を少数しか持たないためである。そのため、たとえ処理チャンバの１つのエリア内により多くのガスラジカル束が存在したとしても、活性化された前駆体は、付着する部位を持たないため、多くの材料を吸収する真に高密度の構造パターンがあっても、そこに物理的にとどまることができない。例えば、前駆体分子は互いに積み重なることができない。したがって、たとえデバイスが４５ｎｍよりも小さく縮小し、アスペクト比構造体が増大したときであっても、低いパターンローディング効果（ＰＬＥ）を有する窒化シリコンの共形カバレッジが達成される。
【００４７】
本明細書に記載された実施形態に従って形成された共形の窒化シリコン膜は、ライナ、スペーサ、歪み誘起層などとして使用することができる。次に、本明細書に記載された低温共形窒化シリコン膜によって利益を得ることができる特定の２つのタイプの用途を説明する。
【００４８】
図２Ａ〜２Ｂは、基板上に形成された相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイスのＰＭＯＳゲート領域２１３およびＮＭＯＳゲート領域２１４を形成する目的に使用される金属ゲート形成プロセスの異なる段階を概略的に示すデバイス２００の側断面図を示す。デバイス形成プロセスの金属ゲート形成段階は、ゲートファースト（ｇａｔｅ  ｆｉｒｓｔ）金属ゲート形成シーケンス、ゲートラスト（ｇａｔｅ  ｌａｓｔ）金属ゲート形成シーケンスなどの所望のゲート形成処理シーケンスに応じた異なる多くの方法で実行することができる。図２Ａは、ＰＭＯＳデバイス２０１およびＮＭＯＳデバイス２０２のそれぞれのゲート領域（例えばＰＭＯＳゲート領域２１３およびＮＭＯＳゲート領域２１４）内に、形成されたダミーゲート２１１（例えばポリシリコンダミーゲート）が配置された、リプレースメントゲート（ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｇａｔｅ）式の形成シーケンス（すなわちゲートラスト型のシーケンス）の一段階を概略的に示す。低温共形窒化シリコン膜向けの用途を例示するために、ゲートリプレースメントプロセスの一部分だけが示されている。
【００４９】
この例では、ＣＭＯＳデバイス２０３が、基板２１０の一部分に形成されたフィールド分離領域２０５によって分離されたＰＭＯＳデバイス２０１とＮＭＯＳデバイス２０２とを備える。図２Ａおよび２Ｂに示されているように、ＰＭＯＳデバイス２０１は一般に、基板２１０に形成されたｎ−ウェル領域２１２内に配置されたソース／ドレイン領域２２８間に配置されたゲート酸化物２２２、スペーサ２２４およびダミーゲート２１１を含むＰＭＯＳゲート領域２１３を備える。ＮＭＯＳデバイス２０２は一般に、基板２１０内に配置されたソース／ドレイン領域２２６間に配置されたゲート酸化物２２２、スペーサ２２４およびダミーゲート２１１を含むＮＭＯＳゲート領域２１４を備える。図２Ａ〜２Ｂに示された略図では、ＮＭＯＳデバイスとＰＭＯＳデバイスが同じように示されており、共通の参照符号を使用しているが、デバイスはそれぞれ異なる構成を有することができるため、このことが、本明細書に記載された発明の範囲を限定することは意図されていないことに留意すべきである。
【００５０】
ＮＭＯＳおよびＰＭＯＳデバイスの上にプレ金属（ｐｒｅ−ｍｅｔａｌ）誘電体層２０６が形成されている。プレ金属誘電体層２０６はＳｉＯ２製とすることができ、ＰＥＣＶＤプロセスでＴＥＯＳを使用して形成することができる。図２Ａに示されているように、プレ金属誘電体層２０６とＰＭＯＳおよびＮＭＯＳデバイスとの間にライナ層２０４を形成することができる。ライナ層２０４は、本明細書に開示されたさまざまなプロセスに従って形成された低温共形窒化シリコン膜を含むことができる。ゲートリプレースメントプロセスを開始するためにダミーゲート２１１を図２Ｂに示されているように「露出させる」目的でデバイス２００を研磨するときにＣＭＰ停止層として機能するように、ライナ層２０４を構成することができる。
【００５１】
本明細書に記載された実施形態に従って形成された低温共形窒化シリコン膜を使用することができる他の用途はゲートスペーサである。図３Ａ〜３Ｃは、低温共形窒化シリコンを含む材料のスペーサ層を含む集積化スキームを示す。図３Ａは、基板（図示せず）上のトランジスタ構造体３００を示す。トランジスタ構造体３００はゲートスタック３２４を備える。ゲートスタック３２４は、ゲート誘電体層３０４およびゲート電極層３０６を含む。ゲート誘電体層３０４は通常、約５．０よりも小さい誘電率を有する層を形成する酸化シリコン（ＳｉＯｎ）および／または酸窒化シリコンなどの材料の層を堆積または成長させることによって形成される。ゲート誘電体技術の進歩は、ゲート誘電体層３０４を形成する目的にはより高誘電率の材料（Ｋ＞１０）が望ましいことを示している。
【００５２】
ゲート電極層３０６は一般に、限定はされないが、ドープされたポリシリコン、無ドープのポリシリコン、炭化シリコンまたはシリコン−ゲルマニウム化合物などの材料を含むことができる。しかしながら、企図された実施形態は、金属、金属合金、金属酸化物、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリサイド、またはゲート電極を形成する当技術分野でよく知られている他の材料を含むゲート電極層３０６を含むことができる。
【００５３】
ゲート電極層３０６上にハードマスク層３０８が形成されている。ゲートスタック３２４は、ソース領域３１２とドレイン領域３１４の間にある。この構造体中に形成されたフィールド分離領域３０２が、１つの導電型、例えばｎ型（ＮＭＯＳ）のウェル領域３０３を、隣接する、別の導電型、例えばｐ型のウェル（図示せず）から分離している。ゲート電極層３０６とゲート誘電体層３０４は、図３Ａに示されているように、一体として、トランジスタなどの集積デバイスのゲートスタック３２４またはゲートとしても知られている複合構造体を画定する。
【００５４】
図３Ｂを参照すると、約２００Åから約１０００Åの間、好ましくは約４００Åから約８００Åの間の範囲の厚さを有するスペーサ層３２６が、ゲートスタック３２４の上面、ならびにゲート電極層３０６およびゲート誘電体層３０４の側壁の全長を含むゲートスタック３２４の側面の全長に沿った部分にブランケット堆積している。同時に、トランジスタ構造体３００またはフィールド分離領域３０２の露出した部分の上にもスペーサ層３２６が堆積している。スペーサ層３２６は、本明細書に記載された炭素がドープされた低温共形窒化シリコン層などの１つまたは複数の窒化物層を含むことができる。
【００５５】
次いで、スペーサ層３２６をエッチングして、ゲート電極層３０６の上面から、フィールド分離領域３０２の上面から、およびゲートスタック３２４に直に隣接した部分を除くトランジスタ構造体３００の上面の大部分からスペーサ層３２６を、図３Ｃに示されているように除去する。このエッチングプロセスの一実施形態では、異方性エッチングによってスペーサ層をエッチングして、ゲート電極層３０６およびゲート誘電体層３０４の両方の側壁の全長に沿ったスペーサ層３２６の部分を残す。
【００５６】
このトランジスタの後続の処理では、先端注入プロセス（ｔｉｐ  ｉｍｐｌａｎｔ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を利用することによって、先端または浅いソース／ドレイン延長部分３４０を形成する。次に、トランジスタ構造体３００を高ドーズの深い注入プロセスにかけて、ウェル領域３０３内に深い接合ソース／ドレイン領域３４８を形成する。この深い注入は、浅いソース／ドレイン延長部分３４０を形成するのに使用したのと同じ導電型の不純物を含むイオンを注入することを含む。
【００５７】
トランジスタ構造体およびトランジスタ構造体を形成する方法の上記の実施形態は単なる例である。ゲート電極の追加の実施形態およびゲート電極を形成する代替方法の追加の実施形態を使用して本発明を実施することもできる。
【実施例１】
【００５８】
ＰＥＣＶＤプロセスによって３００ｍｍ基板上に共形の窒化シリコン層を堆積させることができる。基板および基板ペデスタルを約２００℃まで加熱した。プラズマ条件下で、この基板を、シリコンおよび窒素を有する炭化水素前駆体であるＣ６Ｈ２１Ｎ３Ｓｉ３（ＨＭＣＴＺ）およびＨｅキャリアガスにさらした。この堆積プラズマは５０ワットで１０秒間発生させた。前駆体ガスの流量は約１０００ｍｇ／分とした。前駆体材料層を形成した後、前駆体ガス流を止め、基板を、Ｈ２ガスを含むプラズマ処理プロセスに１０秒間さらした。プラズマ処理ガスの流量は約５ｓｌｍとした。処理プラズマは５００ワットで１０秒間発生させた。１サイクルあたり約５Åの１００回のサイクルによって、最終的な厚さが約５００Åの窒化シリコン材料を基板上に堆積させた。この共形窒化シリコン材料の組成分析によれば、共形性は９５％、ＰＬＥは５％、炭素含量は１６原子（ａｔ）％であった。
【実施例２】
【００５９】
ＰＥＣＶＤプロセスによって３００ｍｍ基板上に共形の窒化シリコン層を堆積させることができる。基板および基板ペデスタルを約２００℃まで加熱した。プラズマ条件下で、この基板を、シリコンおよび窒素を有する炭化水素前駆体であるＣ６Ｈ２１Ｎ３Ｓｉ３（ＨＭＣＴＺ）およびＨｅキャリアガスにさらした。この堆積プラズマは５０ワットで１０秒間発生させた。前駆体ガスの流量は約１０００ｍｇ／分とした。前駆体材料層を形成した後、前駆体ガス流を止め、基板を、ＮＨ３ガスを含むプラズマ処理プロセスに１５秒間さらした。プラズマ処理ガスの流量は約１０ｓｌｍとした。処理プラズマは５００ワットで１５秒間発生させた。１サイクルあたり約４．５Åの１００回のサイクルによって、最終的な厚さが約４５０Åの窒化シリコン材料を基板上に堆積させた。組成分析によれば、炭素含量は＜２％、共形性は９０％超、ＰＬＥは５％であった。
【００６０】
この基板上で、Ｈｅガスを使用して、６トル、４００℃で１２０秒間、ＵＶ硬化プロセスを実行した。膜の分析によれば、応力は５００ＧＰａ、炭素含量は＜２％Ｃ原子量であった。
【００６１】
以上の説明は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく本発明の他の追加の実施形態を考案することができ、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】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2015507362.tif 000010
【図３Ｃ】
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【国際調査報告】
2015507362.tif 000012
2015507362.tif 000013
2015507362.tif 000014