(57)【要約】処理用温度が比較的に高く（典型的には、少なくとも５００℃で）、圧力が比較的に高い（典型的には、少なくとも５０トル）間に、窒化シリコン層の高速形成を得る為に、窒化シリコン層がトランジスタ用ゲートを覆って形成される。処理条件は、窒化シリコン層をより均一に形成するように制御される。一般的に、ＮＨ３ガスとシリコン含有ガスとの容積比は、充分に高く選択されるが、トランジスタ用ゲート間に０．１５ミクロンの幅、少なくとも１．０の幅対高さ比、少なくとも５ミクロン×５ミクロンの専ら平坦なエリア低領域を表面が有する場合、層は、低領域のベース上より平坦エリア上の方が２５％以下の速度で形づくる。
2006507655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に窒化シリコン層を形成する方法において：
隆起したトランジスタ用ゲートと、トランジスタ用ゲート間に低領域とを有する基板を処理チャンバ内に挿入するステップと；
前記基板を少なくとも５００℃の処理温度まで加熱するステップと；
少なくとも５０トルの処理圧力で前記チャンバ内の圧力を維持するステップと；
ＮＨ３ガスを前記チャンバ内に導入するステップと；
シリコン含有ガスを前記チャンバ内に導入するステップであって、ＮＨ３ガスとシリコン含有ガスの分圧比は、選択された処理比になっており、シリコン含有ガスとＮＨ３ガスは互いに反応して前記基板上に窒化シリコン層を形成し、前記処理比は、充分に高く選択され、前記表面が、０．１５ミクロン未満の幅、少なくとも１．０の高さ対幅の比、少なくとも１ミクロン×１ミクロンの全平坦エリアの、前記トランジスタ用ゲート間の低領域を有する場合、前記層は、前記低領域のベース上より平坦エリア上で、２５％以下の、より速い速度で形づくり、前記チャンバ内の基板は、前記処理温度及び前記圧力で前記チャンバ内にある、前記ステップと；
前記基板を前記チャンバから取り出すステップと；
を備える、前記方法。  
【請求項２】
前記表面が、０．１５ミクロン未満の幅、少なくとも１．０の高さ対幅の比、少なくとも１ミクロン平方の実質的平坦エリアの低領域を有するとき、前記層は、前記低領域のベース内より前記平坦エリア上で、２５％以下の、より速い速度で形づくる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記層は、前記平坦エリアと前記低領域との間のトランジスタ用ゲート付近から少なくとも１ミクロン離れている前記平坦エリアの領域上で、２５％以下の、より速い速度で形づくる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記処理温度は、６００℃から８００℃の間である、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記処理圧力は、５０トルから３５０トルの間である、請求項１記載の方法。  
【請求項６】
前記シリコン含有ガスは、少なくとも、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｓｉ２Ｃｌ６、ＢＴＢＡＳの一つである、請求項１記載の方法。  
【請求項７】
前記表面は、０．１５ミクロン未満の幅、少なくとも１．０の高さ対幅の比、少なくとも２５ミクロン平方の実質的に平坦なエリアの低領域を有するとき、前記層は、前記低領域のベース上より前記平坦エリア上で、２５％以下の、より速い速度で形づくる、請求項６記載の方法。  
【請求項８】
前記処理温度は、６００℃から８００℃の間である、請求項６記載の方法。  
【請求項９】
前記処理圧力は、５０トルから３５０トルの間である、請求項６記載の方法。  
【請求項１０】
前記処理比は、少なくとも１００である、請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記処理比は、２００から３５０の間である、請求項１０記載の方法。  
【請求項１２】
前記処理温度は、６００℃から８００℃の間である、請求項１１記載の方法。  
【請求項１３】
前記処理圧力は、５０トルから３５０トルの間である、請求項１２記載の方法。  
【請求項１４】
前記処理圧力は、およそ２４０トルである、請求項１３記載の方法。  
【請求項１５】
基板に窒化シリコン層を形成する方法において：
隆起したトランジスタ用ゲートと、前記トランジスタ用ゲート間に低領域を有する基板を処理チャンバ内に挿入するステップと；
前記基板を約６００℃から８００℃の間の処理温度で加熱するステップと；
前記チャンバ内の圧力を５０トルから３５０トルの間の処理圧力で維持するステップと；
ＮＨ３ガスを前記チャンバ内に導入するステップと；
シリコン含有ガスを前記チャンバ内に導入するステップであって、前記ＮＨ３ガスとシリコン含有ガスの分圧比は、少なくとも１００という選択された処理比であり、前記シリコン含有ガスとＮＨ３ガスは互いに反応して窒化シリコン層を前記表面上に形づくる、前記ステップと；
前記チャンバから前記基板を取り出すステップと；
を備える、前記方法。
【請求項１６】
前記表面は、０．１５ミクロン未満の幅、少なくとも１．０の高さ対幅の比、少なくとも１ミクロン平方の実質的平坦エリアの低領域を有するとき、前記層は、前記低領域のベース内より前記平坦エリア上で、２５％以下の、より速い速度で形づくる、請求項１５記載の方法。  
【請求項１７】
前記処理比は、２００から３５０の間である、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記処理比は、２００から３５０の間である、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記シリコン含有ガスは、ＳｉＨ４である、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
１）発明の分野
[0001]本発明は、窒化シリコン層を基板上に形成する方法に関する。
２）関連技術の説明
[0002]集積回路は、しばしば半導体ウエハ内或いはその上部に形成される。一以上のステップは、ウエハ基板の表面上に窒化シリコン層の形成を含んでもよい。ウエハ基板上の表面は、しばしば、交互に隆起したトランジスタ用ゲートと、これらのトランジスタ用ゲート間に低領域を有する。非常に狭い低領域は、これら形成部の幾つかの間に形成されてもよいし、表面は、また、専ら平坦な広いエリアでもよい。
【０００２】
[0003]シラン（ＳｉＨ４）混合ガスとアンモニアガス（ＮＨ３）は、そのような表面を覆って窒化シリコン層を形成する為に、しばしば使用される。窒化シリコン層は、後でエッチバックされ、トランジスタ用ゲートに隣接するスペーサを形成する。ＳｉＨ４ガスとＮＨ３ガスは、処理チャンバ内に導入され、互いに反応して、表面上に堆積する窒化シリコンを形成する。窒化シリコン層が形づくる速度は、処理条件、特にチャンバ内の圧力に依存する。圧力が高ければ、窒化シリコン層が形づくる速度は速くなる。ある処理において、圧力は比較的低く維持されるが、多くのウエハは同時に一つのチャンバ内で処理されるので、比較的に高い処理能力が得られる。
【０００３】
[0004]チャンバ内で一つのウエハが処理される場合、圧力を高め、窒化シリコン層が形づくる速い速度を得ることが必要になるかもしれない。しかし、窒化シリコン層が高速および高圧で形成されるとき、特に、広い平坦エリアとトランジスタ用ゲート間の狭くて低い領域で、堆積速度、対応して生じる厚さを比較するとき、厚さの実質的な変動が生じることが分かった。
【発明の概要】
【０００４】
[0005]本発明は、一般的に、基板上に窒化シリコン層を形成する方法に関する。隆起したトランジスタ用ゲートと、トランジスタ用ゲート間に低領域を備えた表面を有する基板が処理チャンバ内に導入される。基板は、処理温度まで加熱される。チャンバ内の圧力は、処理圧で維持される。シリコン含有ガスがチャンバ内に導入される。ＮＨ３ガスがチャンバ内に導入される。シリコン含有ガスとＮＨ３ガスは、互いに反応して基板上に窒化シリコン層を形成する。基板は、窒化シリコン層が表面上に形成されると、チャンバから取り出される。
【０００５】
[0006]窒化シリコン層は、処理温度が比較的に高く（典型的には少なくとも５００℃で）圧力が比較的に高い（典型的には少なくとも５０トルで）間に形成され、窒化シリコン層の、比較的に高い形成速度が得られる。処理条件は、より均一に窒化シリコン層が形成されるように制御される。一般的に、ＮＨ３ガスとシリコン含有ガスとの容積比は、充分に高く選択されるので、０．１５ミクロン未満の幅、少なくとも１．０の高さ対幅の比、少なくとも５ミクロン×５ミクロンの専ら平坦エリアの低領域を表面が有する場合、層は、低領域のベース上より平坦エリア上で２５％以下の、より速い速度で形づくる。比は、一般的に、２００から３５０の間であるが、同等の効果で、他の処理条件、特に圧力が制御されるなら、より低い比も可能であろう。
【０００６】
[0007]以下、添付図面を参照して、例示する方式で、本発明を更に説明する。
【発明の詳細な説明】
【０００７】
[0012]窒化シリコン層がトランジスタ用ゲートを覆って形成されるが、処理温度は比較的に高く（典型的には少なくとも５００℃で）、圧力は比較的に高く（典型的には少なくとも５０トルで）、窒化シリコン層の比較的に高速形成を得る処理が説明される。処理条件は、より均一に窒化シリコン層を形成する為に制御される。一般的に、ＮＨ３ガス対シリコン含有ガスの容積比は、充分に高く選択されるが、表面がトランジスタ用ゲート間に低領域を有し、この低領域が、０．１５ミクロン未満の幅、少なくとも１．０の高さ対幅の比、少なくとも５ミクロン×５ミクロンの専ら平坦エリアであるとき、当該層は、低領域のベース上より平坦エリア上で２５％を超えない、より速い速度で形づくる。
【０００８】
[0013]添付図面の図１は、本発明に従う方法を実行する為に使用される装置１０を例示する。当該装置は、化学気相堆積用チャンバ１２、サセプタ１４，バルブ１６、ポンプ１８、スリットバルブ２０、分散用プレート板２１を含む。サセプタ１４は、チャンバ１２のベース内に置かれている。バルブ１６は、チャンバ１２の上部に接続され、ポンプ１８はチャンバ１２のベースに接続されている。スリットバルブ２０は、チャンバ１２の側部にあるスリットバルブ用開口を開閉する。分散用プレート２１は、スリットバルブ２０の上方で、チャンバ１２のリッド内に置かれ、チャンバ１２を上部と下部に分離する。
【０００９】
[0014]使用中、ウエハ基板２２は、スリットバルブ用開口を通ってチャンバ１２内に挿入され、サセプタ１４上に置かれる。スリットバルブ２０は、その後、スリットバルブ用開口を閉じる。バルブ１６は閉じられ、ポンプ１８はスイッチが入れられ、チャンバ１２内の圧力が減じられる。その後、ガスがバルブ１６を通ってチャンバ１２内に導入され、分散用プレート２１内の開口２４を通ってウエハ基板２２の上方、ポンプ１８まで流れる。ウエハ基板２２は、そのようにしてガスに晒される。バルブ１６は、異なるガスに接続されたマニフォールドに典型的に接続される。そのため、異なるガスが、異なる時間にチャンバ１２内に導入される。ポンプ１８は、予め選択された圧力でチャンバ１２内の圧力を維持、制御する為に、或いは、その圧力を高める為に操作可能である。抵抗性加熱素子２６は、サセプタ１４内に置かれる。抵抗性加熱素子２６を通る電流は、サセプタとウエハ基板２２の加熱を引き起こす。ある装置（図示せず）は、チャンバ１２内の圧力をモニタする為に使用され、他の装置（図示せず）はウエハ基板２２の温度を検知する。
【００１０】
[0015]図２は、窒化シリコンが形成されるべき上面３２を有するウエハ基板２２を例示する。上面３２は、複数の隆起されたトランジスタ用ゲート３４、３６と、それらの間に低領域を有する。トランジスタ用ゲート３４、３６は、高密度領域内で、互いに密接して置かれ、トランジスタゲート３６は、トランジスタ用ゲート３４より密度の低い領域で互いに離れて置かれている。低領域３８は、２つのトランジスタ用ゲート３４の間に形成されている。低領域３８は、幅４０，深さ４２を有する。幅４０は、０．１５ミクロンより小さく、深さ４２対幅４０の比は、少なくとも１．０である。そのため、低領域３８は比較的に狭いが、その幅と比較すると、相対的に深い深さを有する。専ら平坦なエリア４６は、トランジスタ用ゲート３４、３６間に形成されている。エリア４６は、およそ、１０ミクロンの幅であり、紙面に直交して、およそ２０ミクロンの長さを有する。そのため、エリア４６は、およそ２００ミクロン平方になる。
【００１１】
[0016]図３は、図２における表面３２上に窒化シリコン層を形成する為に実行されるステップを例示する。ステップ１４１において、ウエハ基板は、チャンバ内に導入される。その後、ステップ１４２において、ウエハ基板は、処理温度まで加熱される。ステップ１４３において、窒素（Ｎ２）キャリアガスと共に、ＮＨ３ガスがチャンバ内に導入される。ステップ１４４において、ＳｉＨ４ガスがチャンバ内に導入される。ＳｉＨ４ガスとＮＨ３ガスは、チャンバ内に導入される前に予め混合されてもよい。ステップ１４５において、処理チャンバ内の圧力は、処理圧力で維持されるが、その間、ウエハはガスに晒される。ステップ１４６において、圧力がポンプでおよそ２トルまで下げられ、ウエハ基板がチャンバから取り出される。
【００１２】
[0017] 処理チャンバ内の基板が処理温度、チャンバ内の圧力が処理圧力である間、ＳｉＨ４ガスとＮＨ３ガスは互いに反応する。図４に例示されるように、ＳｉＨ４ガスとＮＨ３ガスとの反応は、ウエハ基板２２の表面３２上に窒化シリコン層５０の形成を引き起こす。窒化シリコン層５０は、トランジスタ用ゲート３４のうち最も近いトランジスタ用ゲートからおよそ２ミクロンの距離５４だけ開けられた間隔、およそ８ミクロンの領域５２上で、平坦エリア４６上に厚さＴ１を有する。窒化シリコン層５０は、低領域３８のベース内で厚さＴ２を有する。ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスは、等しい距離と時間だけ同時に流れるので、ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスの、得られる分圧は、それらの流量に対して同一比である。ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスの比は、充分に高く選択されるので、窒化シリコン層が平坦エリア４６で形成される速度は、低領域３８のベースで窒化シリコン層が形づくる速度と、あまり違わないので、得られた厚さＴ１は、厚さＴ２より、それほど厚くならない。
【００１３】
[0018]図４は、図１の基板２２のようなウエハ基板上に形成された窒化シリコン層の実験結果を例示する。各々の場合において、チャンバ内の処理圧は、およそ２４０トルで維持された。４枚のウエハが７２５℃で処理され、ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスとの分圧比は、７２５℃で処理されたウエハの各々に対し変更された。その後、４枚のウエハは、７５０℃で、それぞれが、ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスの異なる分圧比で処理され、その後、４枚のウエハが７７５℃で、４枚のウエハが８００℃で続けられた。各々の場合、厚さＴ１は、Ｆ（ｔ．ｖ．）（％）＝（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ２により提示される一定の百分率だけ、厚さＴ２より大きかった。Ｆ（ｔ．ｖ．）は、ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスの特定分圧比において最適最小値を有した。最適最小値は、温度により異なっていた。一般的に言えることは、全ての最適値は、温度に拘わらず、２００から３５０の間の特定分圧比に該当することである。Ｆ（ｔ．ｖ．）は、通常、分圧比が２５０から３１０の間で２５％未満であった。一定例の場合、２０％以下のＦ（ｔ．ｖ．）を得ることも可能であった。２０％以下のＦ（ｔ．ｖ．）値は、所定の処理条件、特に比較的に高い圧力ということから、例外的である。
【００１４】
[0019]本発明の範囲から逸脱することなく、処理条件を変更することは可能であろう。例えば、６００℃から８５０℃の範囲、図４の１６枚のウエハに対するもののように、より好ましくは７２５℃から８００℃の範囲の温度を利用することも可能であろう。温度は、一定時間で単一ウエハを処理するために必要であるように、窒化シリコン層の比較的に速い形成速度を得る為に、少なくとも５００℃であることが好ましい。２４０トル以外の圧力で適した結果を得ることも可能であろう。このように、圧力は、５０トルから３５０トルの範囲、好ましくは、少なくとも１００トルであればよい。ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスとの異なる分圧比を利用して適した結果を得ることも可能であろう。少なくとも１００の分圧比は、異なる温度及び／又は圧力で適していることが証明可能である。Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｓｉ２Ｃｌ６、ビス（テルトブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、又は、これらのガスの組合せのような異なるシリコン含有ガスを利用することも、それに応じて処理条件を変えることも可能であろう。
[0020]一定の例示実施形態を説明し図示してきたが、そのような実施形態は、単に例示的なものであり、本発明の限定するものではなく、本発明は図示または説明された特定の構成及び配置に限定されるものではなく、当業者にとって、変形は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明に従う方法を実行する為に使用可能な処理チャンバの横断面図である。
【図２】本発明の方法に従って窒化シリコン層が上部に形成されたウエハ基板の横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に従い窒化シリコン層を形成する為に使用されるステップを例示するフローチャートである。
【図４】図４は、４グループの異なるウエハ基板に対し、ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスの処理用分圧比に対し厚さ変動を例示するチャートであるが、グループは異なる温度で処理され、各グループは、ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスの４つの異なる分圧比で処理されている。
【符号の説明】
【００１６】
１０…装置、１２…化学気相堆積用チャンバ、１４…サセプタ、１６…バルブ、１８…ポンプ、２０…スリットバルブ、２１…分散用プレート、２２…ウエハ基板、２４…開口、２６…抵抗性加熱素子、３２…上面、３４，３６…トランジスタ用ゲート、３８…、４０…幅、４２…深さ、４６…専ら平坦なエリア、５０…窒化シリコン層、５２…領域、５４…距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2006507655.tif 000007
2006507655.tif 000008
2006507655.tif 000009