(57)【要約】【課題】電界効果トランジスタの用途に対して望ましい応力を提供すること。【解決手段】窒化膜の応力レベルを以下のうちの２つ以上の関数として調整する：（１）窒化膜を作製するのに使用する出発材料前駆体の選択、それで出発材料前駆体を処理する、（２）窒素を含む前駆体の選択、（３）出発材料前駆体と窒素を含む前駆体の比、（４）膜を成長させる一連のＣＶＤ条件、（５）および膜を成長させる厚さ。シリコン、窒素および炭素を含む化合物（例えばビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ））をＮＨ３と反応させることによって生成された急熱化学的気相堆積（ＲＴＣＶＤ）膜は、高い用途、エッチング・ストップ応用における優れた性能などの有利な特性を提供することができる。アンモニア処理されたＢＴＢＡＳ膜は特に高応力特性の提供に優れており、さらに、アニールを繰り返してもその高応力特性を維持する能力を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高応力窒化膜を生成する方法であって、
Ｓｉ、ＮおよびＣを任意の組合せで含む化合物（Ａ）をＮＨ３（Ｂ）と、急熱化学的気相堆積（ＲＴＣＶＤ）条件、プラズマ化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）条件または減圧化学的気相堆積（ＬＰＣＶＤ）条件で反応させるステップ
を含み、
前記反応ステップにより、＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える応力値を有する高応力膜を形成する
方法。
【請求項２】
前記反応ステップがＲＴＣＶＤ条件である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｓｉ、ＮおよびＣを含む前記化合物をＮＨ３と反応させる前記ステップ中にシラン、ジシラン、ヘキサクロロジシランおよびシラン・ベースの他の化合物からなるグループから選択された少なくとも１種の化合物の追加をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記化合物（Ａ）が塩素を含まない化合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
Ｓｉ、ＮおよびＣを含む前記化合物（Ａ）が、
（Ｒ−ＮＨ）４−ｎＳｉＸｎ  （Ｉ）
であり、上式で、Ｒがアルキル基（同じでもまたは異なっていてもよい）、ｎが１、２または３、ＸがＨまたはハロゲンである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記化合物（Ａ）がビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記反応ステップが、ビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）とＮＨ３を反応させるステップである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記反応が炭素濃度３から１５原子％で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
窒化膜を生成する方法であって、
急熱化学的気相堆積（ＲＴＣＶＤ）条件、プラズマ化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）条件または減圧化学的気相堆積（ＬＰＣＶＤ）条件で、約５００から７００℃の範囲の温度、約５０から５００Ｔｏｒｒの範囲の圧力で、
Ｓｉ、ＮおよびＣを任意の組合せで含む化合物（Ａ）を
窒素を含む前駆体（Ｂ）
と反応させるステップを含む方法。
【請求項１０】
前記反応ステップがＲＴＣＶＤ条件である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
炭素濃度約６から１０％、温度６５０℃、圧力１４０ＴｏｒｒでＢＴＢＡＳをＮＨ３と反応させる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記窒素を含む前駆体がＮＨ３である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応ステップにより、＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える量の応力値を有する膜を形成する、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える高い応力を有する膜を備える窒化シリコン膜。
【請求項１５】
前記膜が、ビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）とＮＨ３の反応生成物を含む、請求項１４に記載の窒化シリコン膜。
【請求項１６】
前記反応生成物の化学構造がＳｉｘＮｙＣｚＨｗであり、ｘ、ｙ、ｚおよびｗがそれぞれ０よりも大きな整数または非整数である、請求項１４に記載の窒化シリコン膜。
【請求項１７】
前記膜が、約＋１４から＋１８Ｇダイン／ｃｍ２の範囲の応力を有する膜である、請求項１４に記載の窒化シリコン膜。
【請求項１８】
デバイス活性層の少なくとも一部分を、＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える引張応力を有する窒化シリコン・ライナで覆うステップを含む半導体ウェハ製造方法。
【請求項１９】
前記窒化シリコン・ライナの前記引張応力が少なくとも＋１４．５Ｇダイン／ｃｍ２である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記窒化シリコン・ライナが、ビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）とＮＨ３の反応生成物である窒化膜を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記デバイス活性層の全体を前記窒化シリコン・ライナで覆う、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記覆うステップが急熱化学的気相堆積（ＲＴＣＶＤ）プロセス中に実施される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
急熱化学的気相堆積（ＲＴＣＶＤ）プロセス、プラズマ化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスまたは減圧化学的気相堆積（ＬＰＣＶＤ）プロセスによって形成され、ビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）とＮＨ３の反応生成物である窒化膜を含む窒化物ライナ。
【請求項２４】
前記窒化膜が＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える引張応力を有する、請求項２３に記載の窒化物ライナ。
【請求項２５】
前記窒化膜が少なくとも＋１４．５Ｇダイン／ｃｍ２の引張応力を有する、請求項２４に記載の窒化物ライナ。
【請求項２６】
アンモニア処理された前記ＢＴＢＡＳ反応生成物が、繰返しアニール後も比較的高い応力レベルを維持する、請求項２３に記載の窒化物ライナ。
【請求項２７】
窒化膜の応力レベルを調整する方法であって、
前記窒化膜を形成するのに使用する出発材料前駆体の選択と、
前記出発材料前駆体とともに処理する、窒素を含む前駆体の選択と、
前記出発材料前駆体と窒素を含む前記前駆体の比と、
前記膜を成長させる一連のＣＶＤ条件と、
前記膜を成長させる厚さと、
からなるグループから選択された少なくとも２つを調整するステップを含む方法。
【請求項２８】
前記出発材料前駆体がＳｉ、ＣおよびＮを任意の組合せで含む化合物である、請求項２７に記載の応力レベル調整方法。
【請求項２９】
前記出発材料前駆体がＢＴＢＡＳである、請求項２７に記載の応力レベル調整方法。
【請求項３０】
前記窒素を含む前駆体がＮＨ３である、請求項２７に記載の応力レベル調整方法。
【請求項３１】
前記ＣＶＤ条件がＲＴＣＶＤ条件である、請求項２７に記載の応力レベル調整方法。
【請求項３２】
前記ＲＴＣＶＤ条件が、約５００〜７００℃の範囲の温度、約５０から５００Ｔｏｒｒの範囲の圧力、約３０から６００秒の時間範囲のＲＴＣＶＤ条件である、請求項３１に記載の応力レベル調整方法。
【請求項３３】
前記厚さが約５０から１，０００オングストロームである、請求項２７に記載の応力レベル調整方法。
【請求項３４】
窒化膜の前記応力レベルが＋１０Ｇから＋１８Ｇダイン／ｃｍ２の範囲に調整される、請求項２７に記載の応力レベル調整方法。
【請求項３５】
前記窒化膜がアンモニア処理されたＢＴＢＡＳ膜である、請求項３４に記載の応力レベル調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に集積回路製造に関し、詳細には、薄膜および薄膜の生成、ならびに製造中の半導体デバイス、特に急熱化学的気相堆積（rapid thermal chemical vapor deposition：ＲＴＣＶＤ）プロセス中の半導体デバイスに利点を与える薄膜の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回路製造（例えばトランジスタ製造）で使用するさまざまな膜が、さまざまなタイプの化学的気相堆積（ＣＶＤ）プロセスで生成されている。これらのさまざまなＣＶＤプロセスの例には、減圧化学的気相堆積（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ増強化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学的気相堆積（ＨＤＰＣＶＤ）、急熱化学的気相堆積（ＲＴＣＶＤ）、サイクリック堆積（cyclic deposition：ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、混合堆積（mixed deposition：ＭＬＤ）（すなわちＣＬＤとＡＬＤの混合）などがある。それぞれの堆積プロセスは、条件（温度、圧力、流量など）、装置、パラメータ（基板、時間など）および他の変量が互いにかなり異なる。
【０００３】
これらのさまざまな種類の堆積プロセスのそれぞれについて、さまざまな膜生成方法および膜が開示されている。
【０００４】
ＬＰＣＶＤプロセスで生成された膜の一例として、米国特許第５８７４３６８号は、２０ｍｍＴｏｒｒから２０Ｔｏｒｒの範囲の圧力、５００〜８００℃の範囲の温度のＬＰＣＶＤ炉でビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）から窒化シリコンを形成することを開示している。５５０〜６００℃でのＬＰＣＶＤを開示しているラックスマン（Laxman）他、「窒化シリコン堆積のための低温溶液（A low-temperature solution for siliconnitride deposition）」、固体技術（Solid State Technology）、2000年4月、79も参照されたい。
【０００５】
米国特許第６０４６４９４号は、負バイアス温度不安定性およびドーパント分離（segregation）を小さくするために、半導体デバイスの絶縁層をプラズマを使用せずに比較的に低い温度で形成することを開示している。ＬＰＣＶＤ炉で窒化シリコン・ライナを製作する方法が記載されている。この窒化層の製作には塩素化シラン・ガスが使用される。
【０００６】
ＬＰＣＶＤバッチ炉でのＬＰＣＶＤ中に実施される他の堆積が、障壁の用途に使用するシリコンリッチの窒化シリコン膜の形成を開示している米国特許第６２６８２９９号の堆積である。この窒化シリコン膜は、前駆体を含むさまざまなシリコン、例えばビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）、ＨＣＤ、ＳｉＨ４などとＮＨ３とを使用して堆積される。シリコンと窒素の比は、シリコンを含む前駆体とＮＨ３の流量比を変化させることによって調節する。
【０００７】
米国特許第６２６８２９９号は、ＳｉＨ４、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、ＢＴＢＡＳ、ＨＣＤおよびこれらのガスの混合物を使用してＬＰＣＶＤプロセスで障壁窒化物を堆積させるための低温プロセスを開示している。ＮＨ３と前駆体の流量比を変化させてさまざまなＳｉ：Ｎ比を得ている。
【０００８】
公開特許公報２００３０５１４５２号は、ＬＰＣＶＤ炉によるＢＴＢＡＳ窒化物の堆積を開示している。洗浄プロセスを最適化することによって膜厚の正確さが向上すると述べられている。
【０００９】
ＬＰＣＶＤ炉を使用して生成された他の膜が、ＬＰＣＶＤ炉を使用したＢＴＢＡＳ窒化物の堆積が公開特許公報２００１２３０２４８号に開示されている。
【００１０】
もちろんＬＰＣＶＤは知られている１つのＣＶＤプロセスの一例にすぎない。他の製造プロセスにはＰＥＣＶＤおよびＨＤＰＣＶＤプロセスが含まれる。
【００１１】
ＰＥＣＶＤおよびＨＤＰＣＶＤプロセス中に作製された膜の一例として、米国公開特許出願２００２／００９０８３５Ａ１号を参照されたい。この出願は、ＰＥＣＶＤおよびＨＤＰＣＶＤプロセスに対して特定の適合性を有する、炭素の取込みを与えるためのプラズマ・エネルギーを用いたＢＴＢＡＳおよび関連化合物による窒化膜の形成を開示している。
【００１２】
他の堆積プロセスにはＣＬＤ、ＡＬＤおよびＭＬＤが含まれる。ＣＬＤ、ＡＬＤおよびＭＬＤプロセスによって製作された膜の一例として、例えば米国公開特許出願２００３／００５９５３５Ａ１号を参照されたい。ＣＬＤ、ＡＬＤおよびＭＬＤによる、さまざまな前駆体を使用した窒化シリコンおよび他の材料の堆積が開示されている。これらの反応はコールド・ウォール反応炉（cold-wall reactor）で実施される。
【００１３】
堆積の他のカテゴリがＲＴＣＶＤである。いくつかの膜がＲＴＣＶＤプロセスで生成されている。例えば米国特許第６１５３２６１号は、ＢＴＢＡＳを使用してＲＴＣＶＤプロセスで窒化シリコンおよび酸化シリコンを堆積させることを開示している。米国公開特許出願２００１／００００４７６Ａ１号も参照されたい。
【００１４】
米国特許第６４５５３８９号は、窒化シリコンのスペーサ層を形成するＲＴＣＶＤプロセスを開示している。シランまたはジクロロシランをアンモニアと反応させて窒化シリコンを形成する。フワン（Huang）他は、一般にチャンバの温度が約６５０から７００℃、チャンバの圧力が約２００から６００Ｔｏｒｒ、ＲＴＣＶＤ堆積プロセスの持続時間が約２から４分のＲＴＣＶＤプロセスを記述している。
【００１５】
窒化膜は多くの異なる用途で使用されている。しかし特定の用途を満たすかどうかは多くの変量によって決まり、比較的に複雑な場合がある。例えば半導体デバイスについて言えば、特定のデバイスを有利に機能させるためには異なる多くの特性が重要となる。特定のデバイスを製造するためには多くの考慮事項が競合する。さまざまな異なる製造技法が提案されており、そのうちの数例を以下に示す。
【００１６】
例えば、一方では高い炭素取込みが望ましい場合がある。米国公開特許出願２００１／００３４１２９Ａ１号は、高炭素濃度を有する層のエッチング・プロセスを開示している。この堆積はＴＥＯＳ、ＢＴＢＡＳ、ＣＣｌ４、ＣＯ２などを使用する。スペーサは、ＢＴＢＡＳおよびＮＨ３を使用したＣＶＤによって形成することができる。
【００１７】
米国公開特許出願２００２／０１１１０３９号は、さまざまなウェット・エッチング速度を与えるために化学量論組成および他の特性が制御されたＢＴＢＡＳおよび窒素を含むガスによって形成された、ある低誘電率酸窒化シリコン・スペーサを開示している。ドライ・エッチング速度の耐性を向上させるための炭素取込みが教示されている。
【００１８】
米国公開特許出願２００２／０１２７７６３号は、ＢＴＢＡＳ、Ｏ２およびＮＨ３を使用したＬＰＣＶＤによるｉｎ−ｓｉｔｕ酸化物−窒化物−酸化物堆積によってＬ字形スペーサを形成することを教示している。低コストの代替Ｌ字形スペーサが提供され、後続の誘電膜のためのギャップの充填により良好であると述べられている。
【００１９】
ゲート・スタックの表面に堆積させた核生成（シード）窒化層の堆積、およびＢＴＢＡＳによってシード層の表面に堆積させたそれに続く窒化層の堆積を開示している米国公開特許出願２００３／００６８８５５Ａ１号のように、製造中に、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）、ウェット・エッチングなどの腐食性のプロセスからゲート・スタックを保護することが望ましいことがある。ＢＴＢＡＳ窒化物の炭素を使用してゲート・スタックを腐食性のプロセスから保護する。
【００２０】
米国特許第６５８６８１４号は、ＢＴＢＡＳ窒化物のエッチング耐性を使用してＳＴＩ充填物の侵食を助けるＳＴＩ形成用のＢＴＢＡＳ窒化物の使用を開示している。
【００２１】
米国公開特許出願２００３／０１２７６９７Ａ１号は、ＰＦＥＴのチャネルの圧縮を生み出すために、複数のトランジスタの活性領域をそれぞれのゲート電極ごとに分割し、隣接したゲート電極間に薄いＳＴＩを形成することを開示している。
【００２２】
半導体トランジスタの場合、議論を呼んだ他の特性は応力特性である。例えば米国公開特許出願２００２／００６３２９２Ａ１号は、チャネルに局部応力を生み出すためのあるウェハ方向を開示し、高引張（high-tensile）窒化誘電体について概略的に述べているが、高引張とはどんな測定値を言うのか、またはどの特定の窒化物が高引張窒化物の例なのかは具体的に開示していない。
【００２３】
米国公開特許出願２００２／０１７９９０８Ａ１号は不純物を導入するさまざまな方法を教示しており、不純物を導入しアニールすることによって薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の配線の内部応力を制御する。
【００２４】
米国特許第６５７３１７２号は、さまざまな応力レベルを有するＰＥＣＶＤ窒化膜をＰＭＯＳおよびＮＭＯＳデバイス上に形成することを開示している。
【００２５】
もちろん、半導体デバイスの任意の１つの特性（例えば応力に関連した特性）を最適化するときには、他の多くの必要な特性および性能面の考慮事項を満たすこととの間でバランスをとらなければならない。
【００２６】
背景として、回路製造においては、ウェハ製造中、デバイス活性層２１を有するデバイス２を窒化物ライナ１（例えば窒化膜）が覆う図１に示したものなどのアセンブリに使用されている。ウェハ製造に関しては、従来から、さまざまなタイプの応力を提供するさまざまなタイプの窒化膜が使用可能であった。ノベラス（Novellus）社製のプラズマ化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）ツール、アプライド（Applied）ＰＥＣＶＤツール、およびアプライド・マテリアルズ（AppliedMaterials）社製急熱化学的気相堆積（ＲＴＣＶＤ）ツールは引張窒化膜（Tensile Nitride film）を提供することができ、応力は通常最大＋１０Ｇダイン／ｃｍ２であり、従来の製品に基づくいくつかの例は、ノベラス社製で＋２．５Ｇダイン／ｃｍ２；ＰＥＣＶＤで＋４．５Ｇダイン／ｃｍ２）；ＲＴＣＶＤ  ＳｉＨ４で＋９．８Ｇダイン／ｃｍ２である。
【００２７】
窒化物ライナの他の例として、移動度を向上させるために異なる応力を有する２つの別個のライナが開示されている米国公開特許出願２００３／００４０１５８Ａ１号を参照されたい。一方のライナはＬＰＣＶＤによって作製され、もう一方のライナはＰＥＣＶＤによって作製される。
【特許文献１】米国特許第５８７４３６８号
【特許文献２】米国特許第６０４６４９４号
【特許文献３】米国特許第６２６８２９９号
【特許文献４】公開特許公報２００３０５１４５２号
【特許文献５】公開特許公報２００１２３０２４８Ａ号
【特許文献６】米国公開特許出願２００２／００９０８３５Ａ１号
【特許文献７】米国公開特許出願２００３／００５９５３５Ａ１号
【特許文献８】米国特許第６１５３２６１号
【特許文献９】米国公開特許出願２００１／００００４７６Ａ１号
【特許文献１０】米国特許第６４５５３８９号
【特許文献１１】米国公開特許出願２００１／００３４１２９Ａ１号
【特許文献１２】米国公開特許出願２００２／０１１１０３９号
【特許文献１３】米国公開特許出願２００２／０１２７７６３号
【特許文献１４】米国公開特許出願２００３／００６８８５５Ａ１号
【特許文献１５】米国特許第６５８６８１４号
【特許文献１６】米国公開特許出願２００３／０１２７６９７Ａ１号
【特許文献１７】米国公開特許出願２００２／００６３２９２Ａ１号
【特許文献１８】米国公開特許出願２００２／０１７９９０８Ａ１号
【特許文献１９】米国特許第６５７３１７２号
【特許文献２０】米国公開特許出願２００３／００４０１５８Ａ１号
【非特許文献１】ラックスマン（Laxman）他、「窒化シリコン堆積のための低温溶液（Alow-temperature solution for silicon nitride deposition）」、固体技術（Solid StateTechnology）、2000年4月、79
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
従来の膜、ならびに窒化物ライナおよび他の膜を生成する従来の方法は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）および他の用途にとって望ましい特性の全てを提供するわけでは必ずしもない。例えば窒化物ライナとして使用される従来の窒化膜は、他の必要な特性とのバランスをとりながら望ましい応力を提供することができなかった。膜および半導体デバイス（例えばＦＥＴ）を所望の特性を有するように作製するための十分にシンプルで実行可能な生成方法もない。
【００２９】
本発明の発明者は、局部機械応力（圧縮または引張応力）が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のチャネル移動度および駆動電流を高めることを特に考慮した。ｎＦＥＴの引張応力およびｐＦＥＴの圧縮応力はそれぞれにキャリア移動度を高めることができる。したがって本発明は、ＦＥＴ用途に対して望ましい応力、例えばエッチング・ストップ・ライナに対して十分に高い応力（例えば＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える応力、好ましい実施例では約＋１４．５Ｇダイン／ｃｍ２の応力）を提供するという目的を有する。
【００３０】
さらに本発明は、繰返しアニール後も所望の高い応力を示し続ける材料を提供するという目的を有する。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の発明者は、膜（例えばＲＴＣＶＤ窒化膜）が提供する応力を、以下のうちの２つ以上の組合せの関数として操作できることを確認した：（１）膜を作製するのに使用する出発材料前駆体（例えばＳｉ、ＣおよびＮを任意の組合せで含む化合物、好ましくはＢＴＢＡＳ）；（２）出発材料前駆体を処理する処理材料（例えば窒素を含む前駆体、好ましくは窒化膜を形成するのに適した材料、最も好ましくはＮＨ３）；（３）出発材料前駆体と処理材料の比；（４）膜を成長させるＣＶＤ条件（例えばＲＴＣＶＤ条件）；（５）および膜を成長させる厚み。
【００３２】
本発明の他の目的は高応力窒化膜を形成する方法を提供することにある。この方法は、Ｓｉ、ＮおよびＣを任意の組合せで含む化合物（この化合物は塩素を含まない化合物であることが好ましい）をＮＨ３と、急熱化学的気相堆積（ＲＴＣＶＤ）条件、プラズマ化学的気相堆積（ＰＥＣＶＤ）条件または減圧化学的気相堆積（ＬＰＣＶＤ）条件で反応させるステップを含み、この反応ステップから、＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える応力提供値を有する高応力膜が形成される。上記の方法の任意選択のいくつかの詳細は以下のとおりである。本発明のこの方法の好ましい一実施形態では、反応が炭素濃度３から１５原子％で実施される。
Ｓｉ、ＮおよびＣを含む化合物は、
（Ｒ−ＮＨ）４−ｎＳｉＸｎ  （Ｉ）
とすることができ、上式で、Ｒはアルキル基（同じでもまたは異なっていてもよい）、ｎは１、２または３、ＸはＨまたはハロゲンである。Ｓｉ、ＮおよびＣを含む最も好ましい化合物はビス−ｔ（第三）−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）である。
【００３３】
好ましい他の実施形態では本発明が窒化膜を形成するプロセスを提供する。このプロセスは、ＲＴＣＶＤ条件、ＰＥＣＶＤ条件またはＬＰＣＶＤ条件で、約５００から７００℃の範囲の温度、約５０から５００Ｔｏｒｒの範囲の圧力で、Ｓｉ、ＮおよびＣを任意の組合せで含む化合物（Ａ）を窒素を含む前駆体（Ｂ）（例えばＮＨ３）と反応させるステップを含む。
【００３４】
このような本発明のプロセスおよび方法の他の好ましい実施形態は以下のとおりである。反応ステップ中に例えばシラン、ジシラン、ヘキサクロロジシランおよびシラン・ベースの他の化合物などの少なくとも１種の化合物を追加するステップをさらに含めることができる。反応ステップから、＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える量の応力提供値を有する膜を形成することができる。反応ステップは約５００から７００℃の範囲の温度で実施することができる。反応ステップは約５０から５００Ｔｏｒｒの範囲の圧力で実施することができる。
【００３５】
本発明の他の好ましい実施形態は窒化シリコン膜を提供する。この窒化シリコン膜は、＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える量の高い応力を提供する膜、例えばビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）とＮＨ３の反応生成物（例えば化学構造ＳｉｘＮｙＣｚＨｗを有する反応生成物。ｘ、ｙ、ｚおよびｗはそれぞれ０よりも大きな整数または非整数である）を含む膜、約＋１４から＋１８Ｇダイン／ｃｍ２の範囲の応力を提供する膜などを含む。
【００３６】
他の好ましい実施形態において本発明は半導体ウェハ製造方法を提供する。この方法は、デバイス活性層の少なくとも一部分を、＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える引張応力（好ましくは少なくとも＋１４．５Ｇダイン／ｃｍ２の引張応力）を有する窒化シリコン・ライナ、好ましくはＢＴＢＡＳとＮＨ３の反応生成物である窒化膜を含む窒化シリコン・ライナで覆うステップを含む。本発明の半導体製造方法の好ましい一実施形態では、デバイス活性層の全体を窒化シリコン・ライナで覆う。この覆うステップは、例えばＲＴＣＶＤプロセスまたは他のＣＶＤプロセス中に実施することができる。
【００３７】
他の好ましい実施形態において本発明は、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤまたはＬＰＣＶＤプロセスによって形成された窒化物ライナを提供する。このような本発明のライナの好ましい実施例は、例えばＢＴＢＡＳとＮＨ３の反応生成物である窒化膜を含むライナである。本発明のライナの他の好ましい実施例は、窒化膜が＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える引張応力を有するライナ、例えば窒化膜が少なくとも＋１４．５Ｇダイン／ｃｍ２の引張応力を有する窒化物ライナである。本発明のライナの他の好ましい実施例は、繰返しアニール後も比較的に高い応力レベルを維持するアンモニア処理されたＢＴＢＡＳ反応生成物である窒化物ライナである。
【００３８】
さらに、他の好ましい実施形態において本発明は、窒化膜の応力レベルを調整する方法を提供することを理解されたい。この方法は、（１）窒化膜を作製するために使用する出発材料前駆体（例えばＳｉ、ＣおよびＮを任意の組合せで含む化合物、好ましくはＢＴＢＡＳである出発材料前駆体）の選択；（２）それで出発材料前駆体を処理する、窒素を含む前駆体（好ましくはＮＨ３）の選択；（３）出発材料前駆体と窒素を含む前駆体の比；（４）膜を成長させる一連のＣＶＤ条件（例えばＲＴＣＶＤ条件など）；および（５）膜を成長させる厚み（例えば約５０から１，０００オングストロームの範囲の厚さなど）からなるグループから選択された少なくとも２つを調整するステップを含む。好ましい一実施例では、ＣＶＤ条件が、約５００〜７００℃の範囲の温度、約５０から５００Ｔｏｒｒの範囲の圧力での約３０から６００秒の範囲のＣＶＤ条件である。好ましい一実施形態では、本発明の応力レベル調節方法が、窒化膜の応力レベルを＋１０Ｇから＋１８Ｇのダイン／ｃｍ２の範囲に調整する。他の好ましい実施例では、窒化膜がアンモニア処理されたＢＴＢＡＳ膜である。
【００３９】
以上の目的、態様および利点ならびにその他の目的、態様および利点は、図面を参照した本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からよりいっそう理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
特に好ましい実施形態において本発明は、以下のうちの２つ以上を操作することによって膜（例えば窒化膜）の応力レベルを調整する方法を提供する：
（１）膜を作製するのに使用する出発材料前駆体（例えばＳｉ、ＣおよびＮを任意の組合せで含む化合物。好ましい実施例はＢＴＢＡＳである）；
（２）それで出発材料前駆体を処理する、窒素を含む前駆体（窒素を含む前駆体の好ましい実施例は窒化膜を形成するのに適した材料、最も好ましくはＮＨ３である）；
（３）出発材料前駆体と窒素を含む前駆体の比；
（４）膜を成長させる一連のＣＶＤ条件（例えばＲＴＣＶＤ条件、好ましくは約５００〜７００℃の範囲の温度、約５０〜５００Ｔｏｒｒの範囲の圧力での約３０〜６００秒の範囲のＲＴＣＶＤ条件）；ならびに
（５）膜を成長させる厚さ（例えば約５０から１，０００オングストロームの範囲の厚さ）。
【００４１】
膜の応力レベルを調整する本発明の方法に基づく好ましい一実施例では、膜を作製するのに使用する出発材料前駆体および窒素を含む前駆体を選択して窒化膜を形成する。特に好ましい組合せは、ＢＴＢＡＳ前駆体をＮＨ３ガスと反応させて窒化膜を形成する組合せである。アンモニア処理したＢＴＢＡＳから形成される窒化膜を、残りの操作因子、すなわち出発材料前駆体と窒素を含む前駆体の比、膜を成長させる一連のＣＶＤ条件、および膜を成長させる厚さ、のうちの１つまたは複数の因子を操作することによって、高い応力レベル（例えば＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える応力レベル）を有するように操作することができる。応力レベルは、約＋１０Ｇのダイン／ｃｍ２から＋１８Ｇダイン／ｃｍ２の範囲の特定の応力レベル値を希望に応じて選択することができる。
【００４２】
窒化膜のこの実施例を、例示的なウェハ製造アセンブリ４を示す図１を参照してさらに論じる。このアセンブリは、デバイス２の活性層２１を覆う窒化物ライナ１（従来の窒化物ライナまたは本発明に基づく窒化物ライナとすることができる）によって大きな機械応力を生み出すことができる。本発明は、ウェハ製造に使用可能な従来の窒化膜の例（例えばアセンブリ４においてライナ１として使用）が提供するよりも優れた性能（例えばより大きな応力または異なるタイプの応力、あるいはその両方）を提供する。図１は例示のために示したものであり、本発明が図１に基づく配置に限定されると考えてはならないことを理解されたい。ウェハ製造アセンブリ（例えば図１のアセンブリ４）において、本発明は、従来のツールが提供する応力よりも大きな応力または従来のツールが提供する応力とは異なる応力、あるいはその両方を有利に提供する（従来のツールの実施例は例えばノベラス社製ＰＥＣＶＤツール、アプライドＰＥＣＶＤツールおよびアプライド・マテリアルズ社製ＲＴＣＶＤツールであり、これらのツールは図２に示すように、従来の膜に関して通常最大約＋１０Ｇダイン／ｃｍ２の応力を有する引張窒化膜を提供する）。
【００４３】
本発明は、従来の窒化膜が提供するよりも相対的に高い引張応力（例えば＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える引張応力、好ましい実施例では約＋１４．５Ｇダイン／ｃｍ２の引張応力）を有する膜を有利に提供する。さらに有利には、多くの従来の膜とは違い、本発明に基づく膜が提供するこの応力はひき続くアニール後もあまり変化しない。
【００４４】
本発明に基づく例示的な膜を形成するためには、Ｓｉ、ＮおよびＣを任意の組合せで含む化合物を出発材料として使用することができる。この化合物の好ましい実施例はビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）前駆体である。ＢＴＢＡＳは市販試薬（reagent）であり、有利なことに塩素を含まない前駆体である。
【００４５】
本発明では、Ｓｉ、ＮおよびＣを含む化合物（例えばＢＴＢＡＳ）を適当な膜形成試薬、例えばＮＨ３と反応させる。窒化膜を形成する条件でＮＨ３と反応させることが好ましく、所望の応力測定値（例えば＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える応力、好ましくは約＋１４から＋１８Ｇダイン／ｃｍ２までの範囲の応力）または他の特性（例えばアニールを繰り返しても応力特性を維持する能力）、あるいはこれらの両方を有する窒化膜を形成する条件下でＮＨ３と反応させることが最も好ましい。
【００４６】
Ｓｉ、ＮおよびＣを含む化合物（例えばＢＴＢＡＳ前駆体）を出発材料として使用する本発明に基づく反応は例えば、ＲＴＣＶＤ条件（ＲＴＣＶＤツール、例えば市販されているアプライド・マテリアル社製センチュラ（Applied Material Centura）ＲＴＣＶＤツール内が最も好ましい）、ＰＥＣＶＤ条件、ＬＰＣＶＤ条件などで実施することができる。
【００４７】
本発明は高応力レベル膜を提供し、特に好ましい実施例ではＲＴＣＶＤアンモニア処理ＢＴＢＡＳ窒化膜を提供する。膜の応力レベルは膜の厚さによって操作することができる。例えば出発材料（ＢＴＢＡＳなど）及び処理材料（ＮＨ３など）を含むＣ、Ｓｉ及びＮの量を増すことで膜厚を厚くすること、あるいは、堆積時間を増すことによって、応力レベルを増大することができる。
【００４８】
本発明の膜（例えば窒化膜）を、例えば図１のライナ１などのエッチング・ストップ（障壁）窒化物ライナとして使用することができる。図１は例示にすぎず、本発明に基づくライナは他の構成でも使用できることを理解されたい。さらに、本発明の膜（例えば窒化膜）は、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）ライナ、ゲート・スペーサなどにも使用することができる。
【００４９】
本発明は、いくつかの点（例えば高い引張応力を提供すること、または応力データの変動が小さいこと、あるいはその両方）で従来のＰＥＣＶＤ膜よりも優れた膜を提供することを理解されたい。従来から、あるレベルの引張応力を生み出すために多くのタイプのＰＥＣＶＤ膜が使用されているが、残念ながらその大部分は、希望するよりも小さい引張応力しか生み出すことができない。特に好ましい実施形態において本発明は、より高い引張応力、例えば＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える応力、好ましくは約＋１４から＋１８Ｇダイン／ｃｍ２の範囲の応力などの＋１０Ｇダイン／ｃｍ２を超える応力を提供することができるＲＴＣＶＤ  ＢＴＢＡＳ窒化膜を提供する。
【００５０】
加えて本発明は、さらに有利なことに、応力データの変動がＰＥＣＶＤ膜よりも小さいＢＴＢＡＳ窒化膜を提供する。一方、本発明に基づくＢＴＢＡＳ窒化膜から得られる応力は極めて繰返し性が高く、また、プロセス・パラメータの影響を容易には受けない。プロセス・パラメータによる影響に耐えるＢＴＢＡＳ窒化膜は本発明の利点である。
【００５１】
本発明では、要求に応じた厚さに膜を堆積させることができ、膜厚の好ましい範囲は約５０から１，０００オングストロームである。本発明はさらに、所望の応力レベルを与えるために膜厚の可変性を提供する。例えば、要求に応じたさまざまな応力レベルを提供するために窒化膜の厚さを変化させることができる。窒化膜の厚さの設定では、その用途（例えばエッチング・ストップ・ライナとしての使用など）が考慮される。
【００５２】
例えば、本発明の膜（例えばＢＴＢＡＳ膜）をエッチング・ストップ・ライナとしてうまく使用するためには、従来の膜と比べたときに本発明に基づく膜が与える応力の向上はゲートのコーナでの引張応力の発揮によるものであることを考慮して、スペーサ窒化物をその厚さおよび応力に関して慎重に選択しなければならない。すなわち、応力の向上はゲートのコーナでの引張応力の発揮によるものであるので、スペーサが厚すぎる場合またはスペーサの応力が大きすぎる場合には、本発明の膜（例えばＢＴＢＡＳ膜）の効果は低く抑えられてしまうと考えられる。したがって、本発明の膜（例えばＢＴＢＡＳ膜）をエッチング・ストップ・ライナとして使用するときには、特定の用途に関してスペーサ窒化物が厚くなりすぎないように、または提供される応力が大きくなりすぎないようにスペーサ窒化物を選択しなければならない。
【００５３】
本発明の膜（例えばＢＴＢＡＳ膜）は、引張応力を生み出してスペーサを提供する有利な用途、およびＲＴＣＶＤ  ＳｉＨ４膜またはＰＥＣＶＤ膜に対して知られているスペーサ形成のための他の用途を有する。有利には本発明は、従来の窒化膜よりも良好な共形性（conformity）および負荷効果（loading effect）を与えるスペーサ（例えばＢＴＢＡＳスペーサ）を提供する。
【００５４】
次に本発明のいくつかの実施例を示す。本発明はこれらの実施例に限定されない。
【実施例１】
【００５５】
単一のウェハ反応炉の中でＢＴＢＡＳとＮＨ３を反応させることによって膜（すなわち窒化膜）を堆積させた。３から１５原子（重量）％の炭素濃度を与えるプロセス条件を選択した。
【００５６】
従来の膜に比べて駆動電流が向上していることを示すデバイス・データが得られた。図３および４にｎＦＥＴおよびｐＦＥＴの電気特性を示す。ＢＴＢＡＳ窒化膜は、ＰＥＣＶＤ引張窒化膜（およびＰＥＣＶＤ圧縮窒化膜）を有するデバイスよりも高いｎＦＥＴ駆動電流を提供することができる。本発明のこの実施例に基づく膜にはｐＦＥＴ駆動電流の低下も見られない。ｎＦＥＴ駆動電流の向上は局部ひずみ（strain）、したがってデバイスの幾何学的形状および窒化物の厚さに依存する。一般に、幅の長いｎＦＥＴデバイスでは、厚さ５００ÅのＢＴＢＡＳはｎＦＥＴ電流を８％向上させることができ、７５０ÅのＢＴＢＡＳはこの電流をさらに３％向上させる。ｐＦＥＴ駆動電流の低下も見られない。
【００５７】
図５のデータは、ｎＦＥＴ駆動電流の向上が主に、より良好なチャネル・キャリア移動度ならびにソースおよびドレイン内およびスペーサの下の外部抵抗によることを示唆している。
【実施例２】
【００５８】
ＲＴＣＶＤプロセスにおいてＢＴＢＡＳとＮＨ３を以下の条件で反応させる。
炭素濃度：                              ６から１０％
温度                                    ６５０℃
圧力                                    １４０Ｔｏｒｒ
シラン、ジシラン、ヘキサクロロジシラン  なし
【００５９】
厚さ５００または７５０オングストロームの膜を形成する。他の膜厚を形成することもできる。
【００６０】
その好ましい実施形態に関して本発明を説明したが、添付の請求項の趣旨および範囲内で変更を加えて本発明を実施することができることを当業者は理解しよう。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】デバイス活性層を覆う窒化物ライナを含む従来のアセンブリを示す図である。
【図２】従来の膜および本発明に基づく膜（ＢＴＢＡＳ）を含む窒化物堆積後の膜の圧縮および引張応力を示す図である。
【図３】ＰＥＣＶＤ法に基づく従来のｎＦＥＴおよび本発明のｎＦＥＴ（ＢＴＢＡＳ）を含むｎＦＥＴのＩｏｎに対するＩｏｆｆのグラフである。
【図４】ＰＥＣＶＤ法に基づく従来のｐＦＥＴおよび本発明のｐＦＥＴ（ＢＴＢＡＳ）を含むｐＦＥＴのＩｏｎに対するＩｏｆｆのグラフである。
【図５】（従来の）ＰＥＣＶＤデータと（本発明の）ＢＴＢＡＳデータの間の関係を示すデータを示す図である。
【図６】ヒータ温度６７５℃、圧力２７５Ｔｏｒｒ、ＢＴＢＡＳ流量１ｓｌｍ（標準リットル／分）のグラフである。ひし形の点は応力を示し、四角い点は速度を示す。ｘ軸はアンモニア流量（ｓｃｃｍ）に対応し、左側のｙ軸は応力を示し、右側のｙ軸は堆積速度を示す。
【図７】ビス−ｔ−ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）の化学構造を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  窒化物ライナ
２  デバイス
３  浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）
４  ウェハ製造アセンブリ
２１  活性層
【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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【図７】
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