(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、誘電層を形成する方法、及びそれに関連するデバイスを提供する。【解決手段】  誘電層は、中間の厚さまで誘電層を沈着することによって、かつ中間の厚さの誘電層に窒化処理を適用することによって形成されてよい。次いで、誘電層は最終的な所望の厚さまで沈着されてよい。【選択図】  図２
2007281493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に薄膜誘電体層を形成する方法であって、
化学気相成膜（ＣＶＤ）処理法によって、中間厚さまでの初期の誘電体層を設置するステップであって、前記中間厚さは、前記薄膜誘電体層の最終厚さよりも薄い、ステップと、
窒化処理によって、中間厚さの初期の誘電体層に窒素を組み込むステップであって、窒素は、前記中間厚さの初期の誘電体層全体にわたって、不均一な濃度で分布され、窒素濃度分布は、初期の誘電体層の中央コア内で、窒素の実質的に高いピーク濃度を有する、ステップと、
最終誘電体層を設置して、最終厚さを有する薄膜誘電体層を形成するステップであって、前記最終誘電体層の設置は、窒化された初期の誘電体層の上部表面で優先的に生じる、ステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記化学気相成膜処理法は、原子層成膜法、ＣＶＤエピタキシー法、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）法、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、光強化ＣＶＤ（ＰＨＣＶＤ）、レーザ誘起ＣＶＤ（ＰＣＶＤ）、電子強化ＣＶＤおよびプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）からなる群から選定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
半導体基板上に薄膜誘電体層を形成する方法であって、
物理気相成膜（ＰＶＤ）処理法によって、中間厚さまでの初期の誘電体層を設置するステップであって、前記中間厚さは、前記薄膜誘電体層の最終厚さよりも薄い、ステップと、
窒化処理によって、中間厚さの初期の誘電体層に窒素を組み込むステップであって、窒素は、前記中間厚さの初期の誘電体層全体にわたって、不均一な濃度で分布され、窒素濃度分布は、初期の誘電体層の中央コア内で、実質的に高い窒素のピーク濃度を有する、ステップと、
最終誘電体層を設置して、最終厚さを有する薄膜誘電体層を形成するステップであって、前記最終誘電体層の設置は、窒化された初期の誘電体層の上部表面で、優先的に生じる、ステップと、
を有する方法。
【請求項４】
前記物理気相成膜処理法は、さらに、
ソース材料を気化または昇華させることにより蒸気を発生させるステップと、
前記ソースから基板の方に前記蒸気を輸送させるステップと、
前記蒸気を濃縮させて、前記基板表面に膜を形成するステップと、
を有する蒸着処理法を含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記物理気相成膜処理法は、真空蒸発法、電子ビーム蒸発法、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法および反応性蒸発法からなる群から選定された蒸発処理プロセスを有することを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項６】
前記物理気相成膜処理法は、衝突エネルギー粒子からソース電極表面への運動量移動によって、ソース材料電極表面から表面原子を射出させるステップを含むスパッタリング処理プロセスを有することを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項７】
前記物理気相成膜処理法は、ダイオードスパッタリング法、反応性スパッタリング法、バイアススパッタリング（イオンプレーティング）法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビーム成膜法、イオンビームスパッタ成膜法、反応性イオンプレーティング法、およびクラスタービーム成膜（ＣＢＤ）法からなる群から選定された処理プロセスを含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項８】
前記物理気相成膜処理法は、パルスレーザ成膜法およびエピタキシャル成長法からなる群から選定された処理プロセスを有することを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項９】
前記薄膜誘電体層は、ゲート誘電体層であり、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲートの形成に使用されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
前記薄膜誘電体層は、ＳｉＯ２を含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
前記薄膜誘電体層は、Ａｌ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
前記誘電体層は、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＳｒＴｉＯ３、金属ケイ酸塩、金属アルミン酸塩、およびこれらの組み合わせからなる群から選定される材料を含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
中間厚さの初期の誘電体層に窒素を組み込むステップは、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガスおよびこれらの組み合わせからなる群から選定されたガスで、中間厚さの初期の誘電体層を熱窒化処理するステップを有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
中間厚さの誘電体層に窒素を組み込むステップは、Ｎ２Ｏプラズマ窒化、ＮＯプラズマ窒化、ＮＨ３プラズマ窒化、Ｎ２プラズマ窒化およびこれらの組み合わせからなる群から選定されたプラズマ窒化法で、中間厚さの誘電体層を処理するステップを有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
中間厚さの初期の誘電体層に窒素を組み込むステップは、中間厚さの初期の誘電体層に、遠隔プラズマ窒化処理を適用するステップを有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
前記半導体基板は、半導体元素を有することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
前記最終誘電体は、化学気相成膜（ＣＶＤ）法および物理気相成膜（ＰＶＤ）法からなる群から選定された方法で設置されることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１８】
前記初期の誘電体層は、厚さが訳10Å未満のＡｌ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項１９】
前記熱窒化処理は、約300℃から約500℃の間の温度で実施されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
【請求項２０】
前記遠隔プラズマ処理は、約250℃の温度で、約3分間実施されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
【請求項２１】
半導体基板上に薄膜誘電体層を形成する方法であって、
中間厚さまでの初期の誘電体層を設置するステップであって、前記中間厚さは、前記薄膜誘電体層の最終厚さよりも薄く、前記初期の誘電体層は、化学気相成膜（ＣＶＤ）法および物理気相成膜（ＰＶＤ）法からなる群から選定された方法で設置される、ステップと、
窒化処理によって、初期の誘電体層に窒素を組み込むステップであって、窒素は、前記初期の誘電体層全体にわたって、不均一な濃度で分布され、窒素分布は、窒素のベル型濃度プロファイルが得られるように、初期の誘電体層の中央コア内に優先的に設置され、前記中央コア内で、実質的にピーク濃度が得られる、ステップと、
最終誘電体層を設置して、最終厚さを有する誘電体層を形成するステップであって、前記最終誘電体層は、化学気相成膜（ＣＶＤ）法および物理気相成膜（ＰＶＤ）法からなる群から選定された方法によって設置される、ステップと、
その後、最終厚さを有する前記誘電体層を熱処理するステップと、
を有する方法。
【請求項２２】
前記熱処理は、約1％のＯ２を含む雰囲気下、約800℃で実施されることを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
前記初期のおよび最終誘電体層は、Ａｌ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２４】
前記初期の誘電体層は、厚さが約10Åであり、前記最終誘電体層は、厚さが約20Åであることを特徴とする請求項23に記載の方法。
【請求項２５】
半導体基板上にゲート誘電体層を形成する方法であって、
中間厚さまでの初期の誘電体層を設置するステップであって、前記中間厚さは、前記ゲート誘電体層の最終厚さよりも薄く、前記初期の誘電体は、化学気相成膜（ＣＶＤ）法および物理気相成膜（ＰＶＤ）法からなる群から選定された方法で設置される、ステップと、
窒化処理によって、中間厚さの初期の誘電体層に窒素を組み込むステップであって、窒素は、前記初期の誘電体層全体にわたって、不均一に分布され、窒素の濃度プロファイルは、ベル型の曲線を有し、中央コア内で、実質的に高い窒素ピーク濃度を示す、ステップと、
最終誘電体層を設置して、最終厚さを有するゲート誘電体層を形成するステップであって、前記最終誘電体層の設置は、窒化された初期の誘電体層の上部表面で優先的に生じる、ステップと、
を有する方法。
【請求項２６】
前記初期のおよび最終誘電体層は、Ａｌ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項25に記載の方法。
【請求項２７】
前記初期の誘電体層は、厚さが約10Åであり、前記最終誘電体層は、厚さが約20Åであることを特徴とする請求項26に記載の方法。
【請求項２８】
さらに、前記ゲート誘電体を熱処理するステップを有し、
前記熱処理は、約1％のＯ２を含む雰囲気下、約800℃で実施されることを特徴とする請求項25に記載の方法。
【請求項２９】
さらに、前記初期の誘電体層に窒素を取り込むとともに、前記初期の誘電体層に酸素を組み込むステップを有し、
中央コア内の窒素の濃度プロファイルは、ベル型の曲線を有し、前記ベル型のプロファイルのピークは、中央コア内にあり、前記初期の誘電体層の中央コア内で、実質的に最小濃度よりも大きな極大濃度値を示すことを特徴とする請求項1乃至17のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３０】
半導体材料で構成された基板と、
該基板の上部表面に形成された薄膜誘電体層と、
窒化された初期の誘電体層の上部表面に形成された最終誘電体層と、
薄膜誘電体層と接続され、誘電界を介して、前記基板に電界を提供する電気リードと、
を有する電界効果型デバイスであって、
前記薄膜誘電体層は、ベル型の曲線の窒素の濃度プロファイルを有する、初期の窒化された誘電体層であって、前記ベル型のプロファイルのピークは、初期の誘電体層の中央コア内にあり、前記初期の誘電体層の中央コア内の最小濃度よりも実質的に大きな極大濃度値を有する、電界効果型デバイス。
【請求項３１】
前記基板は、実質的にシリコンで構成された基板を有することを特徴とする請求項30に記載の方法。
【請求項３２】
前記誘電体層は、実質的にＡｌ２Ｏ３で構成された誘電体層を有することを特徴とする請求項31に記載の方法。
【請求項３３】
金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であって、
ゲルマニウムで構成された基板と、
前記基板の上部表面に形成された誘電体層であって、請求項25に記載の方法により形成された誘電体層と、
前記誘電体層と電気的に接続され、前記誘電体層を介して前記基板に電界を提供するゲート電極と、
を有する金属酸化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項３４】
前記誘電体層は、ＳｉＯ２で構成された誘電体層を有することを特徴とする請求項33に記載のＭＯＳＦＥＴ。
【請求項３５】
前記誘電体層は、実質的にＡｌ２Ｏ３で構成された誘電体層を有することを特徴とする請求項33に記載のＭＯＳＦＥＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施態様は、一般的に半導体デバイスの分野に関し、より詳細には誘電層を形成する方法及び関連するデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、典型的には、半導体基板と、半導体基板上に沈着された一つ以上の薄膜とを含む。薄膜は、半導体デバイスの電気的で光学的特性の基礎を提供する層を形成する。基板の表面上の前述の層を形成する処理は、薄膜沈着又は簡素な沈着と呼ばれる。
【０００３】
広義に薄膜と呼ばれる“誘電層”は、電気的な絶縁を提供するために沈着される。典型的な誘電層は、トランジスタ・ゲートの誘電体フィルムである。例えば、トランジスタ・ゲートの誘電体フィルムは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の根本的な基板からゲート電極を電気的に絶縁するために使用されてもよい。典型的には、この層の性能を増大するために窒素が誘電層に組み込まれる。
【０００４】
窒化は、窒素が誘電層に組み込まれる段階の処理を意味する。窒素の組み込みが適切に実行されると、ドーパント拡散を抑えて、肯定的なフラットバンドの電圧シフトを緩和し、漏電を縮小し、信頼度を改善する。しかしながら、窒素が余分に存在するか、又は誘電層の不適当な位置で配置される場合、組み込まれた窒素は、前述したような長所がないだけでなく、キャリアの移動性を劣化するかもしれない。
【０００５】
従来の誘電層の形成において、窒化は誘電層が沈着される前後のいずれかで適用される。前者の処理は事前沈着の窒化と呼ばれ、後者の処理は沈着後の窒化と呼ばれる。沈着後の窒化において、誘電層はその最終的な厚さまで沈着され、次いで、例えば、膜を高温（例えば、３００乃至５００℃）でアンモニア（ＮＨ３）ガスに暴露することによって、又は膜を窒化のための遠隔プラズマに暴露することによって、窒化される。誘電層がすでに最終的な厚さまで沈着されているので、全体の誘電層は、窒化処理に暴露される。
【０００６】
事前沈着の窒化は、典型的には、誘電層を沈着する前に、窒素が豊富な薄膜（例えば、薄い窒化物フィルム）を基板の上層面に適用することを含む。次いで、誘電層は、薄い窒化物フィルム上に沈着される。後の沈着の窒化と対照的に、窒素原子は、基板と誘電層との間に濃縮される。後の沈着の窒化で共通して使用される窒化物フィルムの例は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）とオキシ窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）である。
【０００７】
したがって、従来の誘電層の処理は、２つの極端な窒化の選択を提供する。窒素原子は、実質的に均質な濃度で誘電層の全体にわたって分配されるか（例えば、後の沈着の窒化）、又は窒素原子は誘電層と基礎をなす基板との間のインターフェースで濃縮される（事前沈着の窒化）うちのいずれかである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、誘電層を形成する方法、及びそれに関連するデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施態様は、一般的に、誘電層を形成する方法を導き、デバイスとシステムに帰着する。本発明の実施態様において、誘電層は半導体物質からなる基板の表面上の中間の厚さに沈着される。次いで、窒化処理は、誘電層に窒素を組み入れるために中間の厚さの誘電層に適用される。次に、誘電層は、該誘電層の最終的な厚さまで沈着される。上述したように、従来の窒化処理は、後の窒化及び事前窒化に限定される。後の窒化処理において、窒素原子は誘電層の全体にわたって均質に分配される。事前の窒化処理において、窒素原子は誘電層と基板との間のインターフェースで濃縮される。対照的に、本発明の実施態様は、窒素原子が実際に誘電層内のいかなる場所にも濃縮されることを可能にする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、誘電層を形成する方法、及びそれに関連するデバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施態様は、限定されないが、実施例の方法によって例示され、添付図において同様の参照番号は同様の要素を意味する。
【００１２】
図１Ａ乃至１Ｃは、本発明の実施態様により形成された３つの典型的な誘電層の概略図である。誘電層１２０、１２５、及び１３０は、本発明の実施態様による基板１０５、１１０、及び１１５の上層面に対してそれぞれ沈着される。基板１０５、１１０、及び１１５は、基本的な半導体物質と、化合物の半導体物質（例えば、ＩＩＩ−Ｖ化合物及びＩＩ−ＶＩ化合物）と、直接のバンドギャップの半導体物質と、間接のバンドギャップの半導体物質とを含有する幅広い半導体物質から構成される。適切な半導体物質の例は、例えば、シリコン（Ｓｉ、Ｚ＝１４）とゲルマニウム（Ｇｅ、Ｚ＝３２）とを含む。
【００１３】
図１Ａは、誘電層１２０が中間の厚さ１３５に沈着される概略図である。中間の厚さ１３５は、本発明の例示された実施態様において、所望の誘電層の厚さにおいておよそ１乃至５パーセントである。窒化処理は、窒素を組み込むために中間の厚さ１３５の誘電層に適用される。窒化処理は、熱的窒化又は化学的／物理的窒化を含んでよい。窒化処理は、図２を参照してより完全に記載される。
【００１４】
次いで、誘電層１２０は、最終的な所望の厚さに沈着される。中間の厚さの影付けされたエリア１３５は、本発明の例示された実施態様において、窒素原子が基板１０５とのインターフェースで濃縮されたことを示す。インターフェースで窒素原子が濃縮される理由は、誘電層が誘電層の最終の厚さのおよそ１乃至５パーセントの中間の厚さに沈着された場合に窒化処理が実行されたからである。
【００１５】
図１Ｂは、誘電層１２５が中間の厚さ１４０に沈着される概略図である。本発明の例示された実施態様において、中間の厚さ１４０は、所望の誘電層の厚さのほぼ５０パーセントである。窒化処理は、かかる領域に窒素を組み込むために中間の厚さ１４０の誘電層に適用される。次いで、誘電層１２５は最終的な所望の厚さまで沈着される。影付け領域によって例示されるように、窒素原子は誘電層１２５の下半分で最初に分配される。したがって、図１Ｂは、従来の事前の窒化処理又は後の窒化処理を使用して可能でない窒化濃度の概略図である。
【００１６】
図１Ｃは、誘電層１３０が中間の厚さ１５０に沈着される概略図である。本発明の例示された実施態様において、中間の厚さ１５０は、所望の誘電層の厚さのほぼ９５乃至９９パーセントである。窒化処理は、かかる領域に窒素を組み込むために中間の厚さ１５０の誘電層に適用される。次いで、誘電層１３０は最終的な所望の厚さまで沈着される。影付け領域によって例示されるように、中間層１５０が誘電層１３０の最終の（例えば、所望の）厚さに非常に近いので、窒素原子は誘電層１３０の全体にわたって完全に分配される。
【００１７】
図２は、本発明の実施態様にしたがって、特定の所望の濃度の窒素を薄膜に組み込むための方法のある態様を例示する流れ図である。実施態様の処理ブロック２１０を参照するに、誘電層は中間の厚さに沈着される。用語としての誘電層は、電気的でかつ光学的なデバイスを形成するために半導体基板上に沈着された誘電物質の薄膜構造を意味する。誘電層は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＳｒＴｉＯ３、金属ケイ酸塩（例えば、ＨｆｘＳｉｙＯｚ）、及び／又は金属アルミン酸塩（例えば、ＨｆｘＡｌｙＯｚ）から構成される。
【００１８】
本発明の実施態様において、幅広い沈着技術は、化学蒸着及び物理蒸着を含んで、誘電層を沈着するために採用されてよい。下記に限定されないが、適切な化学蒸着（ＣＶＤ）処理の例は、原子層沈着、ＣＶＤエピタキシー、気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、光増幅型ＣＶＤ（ＰＨＣＶＤ）、レーザー誘引型ＣＶＤ（ＰＣＶＤ）、電子増幅型ＣＶＤ、及びプラズマ増幅型（ＣＶＤ）である。
【００１９】
原子層沈着（ＡＬＤ）は、基板上の単一の原子層の制御された沈着を意味する。ＡＬＤはまた、原子層エピタキシー（ＡＬＥ）及び原子層の化学蒸着（ＡＬＣＶＤ）として周知である。ＣＶＤ処理は、当業者にとって周知であり、それらが本発明の実施例にどのように関係するかに関する場合以外はさらには記述されないであろう。
【００２０】
物理蒸着は、蒸発処理及びスパッタリング処理の両者を幅広く包含する。蒸発処理は、下記の一連のことを含み、それらは、原材料を沸騰又は昇華することによって蒸気を発生し、蒸気を供給源から基板に移動し、基板表面上にフィルムを形成するために蒸気を凝縮することである。蒸発プロセスの例は、従来の真空蒸発、電子ビーム蒸発、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、及び反応性蒸発である。蒸発処理を使用する誘電層の沈着は当業者にとって周知であり、それらが本発明の実施例にどのように関係するかに関する場合以外はさらには記述されないであろう。
【００２１】
スパッタリング処理は、表面の原子までのイオンの砲撃からの運動量の移動によって電極表面からの表面の原子の放出を含む。スパッタリング処理の例は、ダイオードスパッタリング、反応性スパッタリング、バイアススパッタリング（イオンめっき）、マグネトロンスパッタリング、イオンビーム沈着、イオンビームスパッタ沈着、反応性イオンめっき、クラスタビーム沈着（ＣＢＤ）である。スパッタ沈着処理は当業者にとって周知であり、それらが本発明の実施例にどのように関係するかに関する場合以外はさらには記述されないであろう。
【００２２】
物理的な蒸気沈着はまた、パルス型レーザー沈着及びエピタキシャル成長を含む。エピタキシャル成長は、基板上に適応された単結晶層の成長を意味する。パルス型レーザー沈着（ＰＬＤ）は、基板に沈着された原子“スプレー”を生成するためにレーザー光のパルスを使用することを意味する。エピタキシャル成長及びＰＬＤは当業者に周知であり、それらが本発明の実施例にどのように関係するかに関する場合以外はさらには記述されないであろう。
【００２３】
用語としての中間の厚さは、所望の（又は最終の厚さ）誘電層よりも薄い厚さを意味する。誘電層は、一般的には、電気的でかつ光学的なデバイスを生成するために半導体基板上に形成される。それらの誘電層は、典型的には、所定の（例えば、所望の）厚さを有する。中間の厚さに誘電層を沈着することは、所望の厚さの部分（例えば、１％、５％、１２．５％、２５％、５０％、９５％など）まで誘電層を沈着することを意味する。
【００２４】
処理ブロック２２０を参照するに、窒化処理は、中間の厚さの誘電層に適用される。用語としての窒化処理は、窒素を誘電層に組み入れる処理を幅広く意味する。本発明の実施態様で使用されてよい窒化処理は、熱的窒化及び化学的／物理的窒化を含む。
【００２５】
熱的窒化は、高温度で窒素を含有するガスに（中間又は最終的な厚さの）誘電層を暴露することを意味する。熱的窒化に最適なガスの例は、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＨ３、及びＮ２を含む。熱的窒化に最適な温度は、典型的には３００℃乃至５００℃間の範囲であるが、この範囲外の温度もある場合には使用される。熱的窒化は当業者に周知であり、それらが本発明の実施例にどのように関係するかに関する場合以外はさらには記述されないであろう。
【００２６】
化学的／物理的窒化処理は、化学蒸着（ＣＶＤ）、迅速な熱的ＣＶＤ（ＲＴＣＶＤ）、プラズマ窒化、遠隔プラズマ窒化（ＲＰＮ）、イオン注入、及び原子層沈着（ＡＬＤ）を含む。プラズマ窒化は、誘電層に組み込むためのプラズマにおいて窒素原子を発生することを意味する。遠隔のプラズマ窒化（ＲＰＮ）は、誘電層がプラズマに対して直接的に暴露しない、プラズマ窒化処理を意味する。化学的／物理的窒化処理（例えば、ＲＰＮ）は当業者に周知であり、それらが本発明の実施例にどのように関係するかに関する場合以外はさらには記述されないであろう。
【００２７】
膜沈着前の窒化処理の挿入は、多大な操作、及び従来の窒化処理が提供するよりも薄膜での窒素濃度のプロファイルの制御を完全に可能にする。上述のように、従来の窒化処理は、事前沈着の窒化又は後の沈着の窒化のいずれかに一般的に限定される。後の沈着の窒化において、窒素原子は、基板と誘電層との間のインターフェースに濃縮される。後の沈着の窒化において、窒素原子は誘電層の全体にわたって分配される。したがって、従来の窒化は、単に極端な２つのうち１つを提供する。
【００２８】
本発明の代替となる実施態様において、酸化処理は、上述した窒化処理に代わるか又は加えて、処理ブロック２２０で実行される。酸化処理は、熱的酸化及び／又は化学的／物理的酸化を含んでよい。酸化処理のための酸素の供給は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３などであってよい。酸化処理は当業者に周知であり、それらが本発明の実施例にどのように関係するかに関する場合以外はさらには記述されないであろう。
【００２９】
本発明の実施態様において、処理ブロック２３０を参照するに、誘電層は最終的な厚さまで沈着される。処理ブロック２３０のために適切な沈着技術は、例えば、処理ブロック２１０に関して上述した任意の沈着技術であってよい。本発明の実施態様において、同一の沈着技術は処理ブロック２１０及び２３０で使用される。本発明の代替となる実施態様において、異なる沈着技術は処理ブロック２１０及び２３０で使用される。例えば、本発明の実施態様において、プラズマ増幅型ＣＶＤは処理ブロック２１０で使用されて、原子層沈着は処理ブロック２３０で使用される。
【００３０】
用語としての最終の厚さは、誘電層において最終的に所望の厚さまで誘電層を沈着することを幅広く意味する。典型的には、誘電層は所望の厚さまで正確に沈着される。通常、所望の厚さは、誘電層が一部分である大型デバイスの電気的／光学的な特性によって必要とされる。用語としての最終的な厚さは、典型的に大型デバイスの電気的／光学的な特性によって必要とされる所望の厚さまで誘電層が沈着することを意味する。
【００３１】
図３は、本発明の実施態様にしたがって、沈着された典型的な誘電層の濃度プロファイルを例示する。典型的な濃度プロファイルは、二次イオン質量スペクトロスコピー（ＳＩＭＳ）を使用して得られた。図３に例示された実施態様において、誘電層はＡｌ２Ｏ３から構成される。濃度レベル３１０、３２０、３３０及び３４０は、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、及びシリコン（Ｓｉ）の濃度レベルをそれぞれ示す。本発明の実施態様にしたがって、誘電層は原子層沈着（ＡＬＤ）を使用する中間の厚さまで沈着された。遠隔のプラズマ窒化（ＲＰＮ）は、中間の厚さの誘電層に窒素を組み込むために使用された。次いで、ＡＬＤは、最終的な所望の厚さまで誘電層を沈着するために使用された。本発明の例示された実施態様において、参照番号３５０は、窒素が基板と誘電層との間のインターフェースの近傍で濃縮されたことを示す。
【００３２】
図４は、本発明の実施態様にしたがって実行された、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）４００のブロック図である。ＭＯＳＦＥＴ４００は、基板４１０と、供給源４２０と、ゲート４３０と、及びドレイン４４０とを含む。当該技術で周知なように、ゲート４３０は、供給源とドレインとの間に電流を流す電界を提供する。
【００３３】
誘電層４５０は、ゲート４３０と基板４１０との間に電気的な絶縁を提供する。本発明の実施態様において、例えば、Ａｌ２Ｏ３から構成される誘電層４５０は、図２に関して開示された処理にしたがって形成される。第一段階として、誘電層４５０は、例えば、１０オングストロームの中間の厚さまで沈着される。次いで、例えば、ＲＰＮの窒化処理が誘電層４５０に適用される。次に、誘電層４５０は、その最終的な厚さ（例えば、３０オングストローム）まで沈着される。熱なまし段階（例えば、８００℃で１％酸素）は、誘電層４５０が最終的な厚さまで沈着された後に実行されてよい。
【００３４】
用語としての漏電は、誘電層４５０により流れる電流を意味する。図４に例示された本発明の実施態様において、処理２００が誘電層４５０に従来の誘電層では可能でない窒素濃度のプロファイルを有するようにさせるので、漏電は従来の誘電層と比較して相当に減少される。漏電がＭＯＳＦＥＴ４００の誘電層４５０に関して記載される一方、漏電は幅広い状況での事柄であることを当業者は認識するだろう。
【００３５】
図５は、本発明の実施態様による誘電層４５０での漏電における窒化の効果を例示する。図５に示されたグラフは、曲線５１０、５２０及び５３０におけるバイアス電圧と漏電との関係を示す。曲線５１０は、沈着処理中に窒化段階が実行されない場合における漏電を例示する。対照的に、曲線５２０及び５３０は、本発明の実施態様により、異なる窒化処理の効果を例示する。曲線５２０では、窒化処理は２５℃で１分間のＲＰＮからなる。曲線５３０は、窒化処理が２５０℃で３分間のＲＰＮからなる場合の漏電を示す。本発明の実施態様にしたがって、図５によって示されるように、漏電は数オーダーで減少できる。
【００３６】
当該明細書全体にわたって“ある実施態様”又は“一つの実施態様”を言及することは、実施態様と関連して記載される特定の特質、構造若しくは特徴が本発明の少なくとも一つの実施態様に含まれることを意味することを認識すべきである。したがって、当該明細書の様々な部分における“一つの実施態様”又は“ある実施態様”或いは“代替となる実施態様”への２つ以上の言及は、必ずしもすべてが同じ実施態様を参照しないことを強調して、認識するべきである。さらに、特定の特質、構造又は特徴は、本発明の一つ以上の実施態様で適するように組み合わされてよい。
【００３７】
同様に、本発明の典型的な実施態様の先の記載、本発明の様々な特徴は、一つ以上の様々な新規性のある態様についての理解を援助する開示を合理化する目的で、本発明の単一の実施態様、図面又は記載を共にまとめられることを認識すべきである。しかしながら、本開示の方法は、請求された発明が明らかに詳述された各請求項よりもさらに多くの特徴を必要とする意図を反映するとは解釈されない。むしろ、請求項が反映するように、新規性の態様は、単一の先の開示された実施態様のすべての特徴の範囲内におさまる。したがって、請求項は、本発明の個別の実施態様として独自の各請求項と共に、この詳細な記載に明らかに組み入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】誘電層１２０が、最終的な厚さのおよそ１乃至５パーセントの中間の厚さに沈着する概略図である。
【図１Ｂ】誘電層１２５が、最終的な厚さのおよそ５０パーセントの中間の厚さに沈着する概略図である。
【図１Ｃ】誘電層１３０が、最終的な厚さのおよそ９５乃至９９パーセントの中間の厚さに沈着する概略図である。
【図２】本発明の実施態様による特定の好ましい濃度の窒素を薄膜に組み込むための方法のある態様の概略図である。
【図３】本発明の実施態様による沈着された典型的な誘電層の濃度を示す図である。
【図４】本発明の実施態様により実行された金属酸化物の半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）４００のブロック図である。
【図５】本発明の実施態様による誘電層の漏電に対する窒化の影響を例証する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０５  基板
１１０  基板
１１５  基板
１２０  誘電層
１２５  誘電層
１３０  誘電層
１３５  中間の厚さ
１４０  中間の厚さ
１５０  中間の厚さ
２００  処理
２１０  処理ブロック
２２０  処理ブロック
２３０  処理ブロック
３１０  アルミニウムの濃度レベル
３２０  酸素の濃度レベル
３３０  窒素の濃度レベル
３４０  シリコンの濃度レベル
３５０  基板と誘電層との間のインターフェースの近傍での窒素の濃縮のグラフ
４００  金属酸化物半導体電界効果トランジスタ
４１０  基板
４２０  供給源
４３０  ゲート
４４０  ドレイン
４５０  誘電層
５１０  沈着処理中に窒化段階が実行されない場合における漏電のグラフ
５２０  本発明の実施態様により、異なる窒化処理の効果のグラフ
５３０  本発明の実施態様により、異なる窒化処理の効果のグラフ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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