(57)【要約】【課題】  不揮発性メモリデバイスのようなデバイス、及び統合プロセスツールにおいてデバイスを形成する方法の提供。【解決手段】  トンネル酸化物層を基板上に堆積させるステップと、トンネル酸化物層をプラズマに曝し、その結果、プラズマがトンネル酸化物の表面と近傍表面の形態を変化させ、プラズマ変化した近傍表面を形成するステップと、を含む。その後、トンネル酸化物の変化した近傍表面上にナノ結晶を堆積させる【選択図】  図５
2009147299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって：
基板上にトンネル酸化物を堆積させるステップと；
該トンネル酸化物層をプラズマに曝すステップであって、該プラズマが該トンネル酸化物の形態を変化させて、該トンネル酸化物の変化した表面と変化した近傍表面を形成する、前記ステップと；
該トンネル酸化物の該変化した表面上にナノ結晶を堆積させるステップと；
を含む、前記方法。
【請求項２】
該基板上に封入誘電物質を堆積させるステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該トンネル酸化物を約１ｎｍ〜約１０ｎｍの厚さに堆積させる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
該変化した近傍表面の厚さが、約０.２ｎｍ〜約２ｎｍである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
該トンネル酸化物層をプラズマに曝す該ステップが、イオンエネルギーを約１５ｅＶ未満に維持しつつ、パルスＲＦ電界をプラズマガスに適用する工程を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
該プラズマガスが、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、酸素、窒素、アンモニア、一酸化窒素、亜酸化窒素、三フッ化窒素、フッ素、メタン、二酸化炭素、炭素含有ガス、及びこれらの組合わせからなる群より選ばれる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ナノ結晶を堆積させる該ステップと封入誘電物質を堆積させる該ステップの少なくとも一つの前に該基板をアニールするステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
該ナノ結晶が、シリコン、白金、パラジウム、ニッケル、イリジウム、ルテニウム、コバルト、タングステン、タンタル、モリブデニウム、及びロジウムの少なくともを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
不揮発性メモリデバイスを製造する方法であって、
基板上にトンネル酸化物層を堆積させるステップと；
イオンエネルギーを約５ｅＶ未満に維持しつつ、パルスＲＦ電界をプラズマガスに適用することにより該トンネル酸化物層をプラズマに曝すステップであって、該プラズマが、該酸化物の形態を変化させて、該トンネル酸化物の変化した表面と変化した近傍表面を形成する、前記ステップと；
該トンネル酸化物の該変化した表面上にシリコンナノ結晶と金属ナノ結晶の少なくとも一つを堆積させるステップと；
該基板上に封入誘電物質を堆積させるステップと；
該基板上に制御ゲート物質を堆積させるステップと；
ナノ結晶を堆積させる該ステップと封入誘電物質を堆積させる該ステップの少なくとも一つの前に該基板をアニールするステップと；
を含む、前記方法。
【請求項１０】
該トンネル酸化物層が、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの厚さに堆積させる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
該変化した近傍表面の厚さが、約０.２ｎｍ〜２ｎｍである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
該プラズマガスが、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、酸素、窒素、アンモニア、一酸化窒素、亜酸化窒素、三フッ化窒素、フッ素、メタン、二酸化炭素、炭素含有ガス、及びこれらの組合わせからなる群より選ばれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
該ナノ結晶が、シリコン、白金、パラジウム、ニッケル、イリジウム、ルテニウム、コバルト、タングステン、タンタル、モリブデニウム、及びロジウムの少なくとも一つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
不揮発性メモリデバイスであって、
基板と；
該基板上に堆積された厚さが約１ｎｍ〜約１０ｎｍのトンネル酸化物層であって、該トンネル酸化物層の近傍表面領域が、厚さが約０.２ｎｍ〜２.０ｎｍのプラズマ処理されたトンネル酸化物を含む、前記トンネル酸化物層と；
該近傍表面領域上に配置されたシリコンナノ結晶と金属ナノ結晶の少なくとも一つと；
該シリコンナノ結晶と金属ナノ結晶の少なくとも一つの上に配置された封入誘電物質と；
該封入誘電物質の上に配置された制御ゲート物質と；
を含む、前記デバイス。
【請求項１５】
該金属ナノ結晶が、白金、パラジウム、ニッケル、イリジウム、ルテニウム、コバルト、タングステン、タンタル、モリブデン、及びロジウムの少なくとも一つを含む、請求項１４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、半導体デバイス、半導体デバイスを形成するための方法、及び不揮発性メモリデバイスとして用いられる半導体デバイスに関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]フラッシュメモリは、携帯電話、携帯端末（ＰＤＡ）、デジタルカメラ、ＭＰ３プレイヤー、ＵＳＢデバイス等の広範囲の電子用途のための不揮発性メモリとして幅広く用いられてきた。フラッシュメモリが、典型的には、多量の情報を記憶する携帯記録デバイスとして用いられるので、動作速度の増加とともに電力消費の減少とセルサイズの減少が非常に望ましい。
【０００３】
[0003]フラッシュメモリデバイスは、典型的には、電荷を保存するためのトンネル酸化物上の浮遊ゲート電極と電荷を含有する適正な厚さの誘電体酸化物周囲とを含む。ナノ結晶によって、酸化物周囲の必要とされる厚さを減少させるために、トンネル酸化物上の浮遊ゲート電極を取り替えることが提案されてきた。しかしながら、トンネル酸化物上のナノ結晶のより効率の良い一様な堆積を得る方法が依然として求められている。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]統合プロセスツールにおけるデバイスを形成するための装置及び方法を提供する。一実施形態において、方法は、基板上にトンネル酸化物を堆積させるステップと、トンネル酸化物層をプラズマに曝し、その結果、プラズマがトンネル酸化物の表面と近傍表面の形態を変化させ、変化した表面を形成するステップと、トンネル酸化物の変化した表面上にナノ結晶を堆積させるステップとを含む。その後、封入誘電物質を堆積させ、続いて基板上に制御ゲート物質を堆積させてもよい。同様に、ナノ結晶の多層が形成される場合には、封入誘電体の底の部分は、次のナノ結晶の層が堆積する前に処理されてもよい。トンネル酸化物層は、約２ｎｍ〜約１０ｎｍの厚さに堆積させるのがよく、プラズマ変化した近傍表面は、厚さが約０.５ｎｍ〜約２ｎｍであるのがよい。プラズマ変化した近傍表面は、約３０ｅＶ未満のプラズマイオンエネルギーを維持しつつ、ＲＦ電界をプラズマガスに適用することによりトンネル酸化物層をプラズマに曝すことによって形成されるのがよい。一実施形態において、プラズマイオンエネルギーは、約５ｅＶ〜約１５ｅＶであるのがよい。一実施形態において、プラズマ変化した近傍表面の厚さは、約１ｎｍである。
【０００５】
[0005]他の実施形態において、不揮発性メモリデバイスの製造方法は、基板上にトンネル酸化物層を堆積させるステップと、約１０Ｖ未満のプラズマ電位を維持しつつ、ＲＦ電界をプラズマガスに適用することによりトンネル酸化物層をプラズマに曝して、プラズマがトンネル酸化物の表面と近傍表面の形態を変化させるステップとを含む。方法は、更に、トンネル酸化物の変化した表面上にシリコンナノ結晶、シリコンゲルマニウムナノ結晶、及び金属ナノ結晶の少なくとも一つを堆積させるステップと、基板上に封入誘電物質を堆積させるステップと、基板上に制御ゲート物質を堆積させるステップと、ナノ結晶を堆積させるステップと封入誘電物質を堆積させるステップの少なくとも一つの前に基板をアニールするステップと、を含む。
【０００６】
[0006]他の実施形態において、不揮発性メモリデバイスを提供する。デバイスは、基板と、基板上に堆積した厚さが約２ｎｍ〜約１０ｎｍのトンネル酸化物層であって、トンネル酸化物層の近傍表面領域の厚さが約０.５ｎｍ〜約２.０ｎｍのプラズマ処理されたトンネル酸化物を含むトンネル酸化物層と、近傍表面領域上に堆積されたシリコンナノ結晶、シリコンゲルマニウムナノ結晶、及び金属ナノ結晶の少なくとも一つと、シリコンナノ結晶及び金属ナノ結晶の少なくとも一つの上に堆積された封入誘電物質と、封入誘電物質の上に堆積された制御ゲート物質と、を含む。
【０００７】
[0007]本発明の上記特徴が詳細に理解され得るように、上で簡単にまとめた本発明のより具体的な説明は、実施形態によって参照することができ、それらの一部は添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示しているだけであるので、本発明の範囲を限定するとみなされるべきでなく、本発明は他の同等に有効な実施形態を許容してもよいことは留意すべきである。
【詳細な説明】
【０００８】
[0014]不揮発性メモリデバイスのようなデバイス及び統合プロセスツール内にデバイスを形成するための方法を提供する。前記方法は、基板上にトンネル酸化物を堆積させるステップと、トンネル酸化物層をプラズマに曝し、その結果、プラズマがトンネル酸化物の表面と近傍表面の形態を変化させ、プラズマ変化した近傍表面を形成するステップと、を含む。その後、ナノ結晶をトンネル酸化物の変化した表面上に堆積させる。
【０００９】
[0015]図１は、発明の一実施形態のフラッシュメモリセル１００のセグメントの二次元ブロック図である。セル１００は、トンネル酸化物層１０３が堆積させることができる基板１０１を含むのがよい。トンネル酸化物層１０３は、プラズマ処理された近傍表面領域１０５を含むのがよい。シリコンベース、シリコンゲルマニウムベース、又は金属ベースのナノ結晶１０７は、プラズマ処理された近傍表面領域１０５上に堆積されるのがよい。ナノ結晶１０７は、封入誘電体層１０９によって封入されるのがよい。制御ゲート１１１は、封入誘電体層１０９の上に配置されるのがよい。
【００１０】
[0016]図２は、本発明の一実施形態を実施するように構成することができる例示的統合半導体基板処理システムを示す概略平面図である。統合システム２００の例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標)統合ツールの変更したものを示すものである。本明細書に記載される方法は、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）やＥＮＤＵＲＡ（登録商標）統合ツール又は他の製造業者から入手できるツールのような要求されるプロセスチャンバがそれに結合した他のツール内で実施することができることが企図される。
【００１１】
[0017]処理システム２００は、真空気密プロセスプラットフォーム２０１と、ファクトリインタフェース２０４と、システムコントローラ２０２とを含む。プラットフォーム２０１は、真空基板搬送チャンバ２０３に結合されている、複数の処理チャンバ２１４Ａ-Ｄとロードロックチャンバ２０６Ａ-Ｂを備える。ファクトリインタフェース２０４は、ロードロックチャンバ２０６Ａ-Ｂによって搬送チャンバ２０３に結合される。
【００１２】
[0018]ある実施形態において、ファクトリインタフェース２０４は、基板の搬送を容易にするために、少なくとも一つのドッキングステーション２０７と少なくとも一つのファクトリインタフェースロボット１３８を備える。ドッキングステーション２０７は、一つ以上の正面開口式一体型容器（ＦＯＵＰ）を許容するように構成される。四つのＦＯＵＰ２０５Ａ-Ｄは、図２の実施形態に示される。ファクトリインタフェースロボット１３８は、ロードロックチャンバ２０６Ａ-Ｂを通って処理するために、ファクトリインタフェース２０４から処理プラットフォーム２０１へ基板を搬送するように構成される。
【００１３】
[0019]ロードロックチャンバ２０６Ａ-Ｂの各々は、ファクトリインタフェース２０４に結合した第一ポートと搬送チャンバ２０３に結合した第二ポートを持つ。ロードロックチャンバ２０６Ａ-Ｂは、搬送チャンバ２０３の真空環境とファクトリインタフェース２０４の実質的周囲（例えば、大気）環境の間に基板を通過させることを容易にするために、チャンバ２０６Ａ-Ｂをポンプダウンしガスを抜く圧力制御システム（図示せず）に結合される。
【００１４】
[0020]搬送チャンバ２０３は、真空ポンプロボット２１３はその中に配置されている。真空ロボット２１３は、ロードロックチャンバ２０６Ａ-Ｂと処理チャンバ２１４Ａ-Ｄの間で基板２２１を搬送させることができる。ある実施形態において、搬送チャンバ２０３は、システム２００内に基板２２１を搬送させつつ、基板２２１を冷却させることを容易にするために、その中に構築された冷却ステーションを含んでもよい。
【００１５】
[0021]ある実施形態において、搬送チャンバ２０３に結合した処理チャンバ２１４Ａ-Ｄは、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ２１４Ａ-Ｂと、プラズマチャンバ２１４Ｃ（例えば、デカップルドプラズマ窒化物形成（ＤＰＮ）チャンバ）と、急速熱プロセス（ＲＴＰ）チャンバ２１４Ｄとが含まれるのがよい。ＣＶＤチャンバ２１４Ａ-Ｂは、熱化学気相堆積（熱ＣＶＤ）プロセス、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）、金属-有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、大気圧未満化学気相堆積（ＳＡＣＶＤ）等の異なるタイプのＣＶＤチャンバが含まれてもよい。或いは、少なくとも一つの原子層堆積（ＡＬＤ）、ＣＶＤ、物理気相堆積（ＰＶＤ）、ＤＰＮ、又はＲＴＰチャンバを含む、異なる処理チャンバが、プロセス要求に従ってシステム２００に同じ意味で組み込まれてもよい。適切なＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＤＰＮ、ＲＴＰ、ＭＯＣＶＤのプロセスチャンバは、他の製造業者の中でもＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できる。
【００１６】
[0022]ある実施形態において、所望によるサービスチャンバは（２１６Ａ-Ｂに図示）は、搬送チャンバ２０３に結合しているのがよい。サービスチャンバ２１６Ａ-Ｂは、脱ガス、向き、前洗浄プロセス、冷却等の他の基板プロセスを行うように構成されるのがよい。
【００１７】
[0023]システムコントローラ２０２は、システム２００に結合している。システムコントローラ２０２は、システム２００のプロセスチャンバ２１４Ａ-Ｄの直接制御を用いて、或いは、プロセスチャンバ２１４Ａ-Ｄとシステム２００と関連付けたコンピュータ（又はコントローラ）を制御することによってシステム２００の動作を制御する。システムコントローラ２０２は、ＣＰＵ２３０と、メモリ記憶デバイス２３６と、支援回路２３２とを備える。動作中、システムコントローラ２０２は、システム２００の性能を高めるためにそれぞれのチャンバとシステムからデータの収集とフィードバックを可能にする。
【００１８】
[0024]図３及び図４は、本発明の実施形態によるＤＰＭチャンバのようなプラズマチャンバ３００を示す図である。プラズマチャンバ３００は、チャンバ３１２と、基板ホルダ３１４と、ＲＦコイル３１６と、電極プレート３１８とを含む。電極プレート３１８は、チャンバ３１２の本体を通って接地３２０に接続している。電極プレート３１８の接地によって、チャンバ３１２の内部容積３２４におけるＲＦコイル３１６とプラズマ３２２との間の容量結合が除去される。容量結合の除去は、イオン密度や電子密度のようなプラズマ３２２の他の特性を劇的に変化させずにプラズマ３２２の電位を低下させる。ＲＦコイル３１６からの誘導結合は、除去されず、この結合は、プラズマ３２２を生成し維持する。
【００１９】
[0025]図３を詳しく参照すると、プラズマチャンバ３００は、更に、下部搬送チャンバ３２６と搬送機構３２８とを含む。チャンバ３１２は、搬送チャンバ３２６の最上部に位置決めされている。搬送チャンバ３２６の内部容積３３０は、チャンバ３１２のベースにおいて円形開口部３３２を通ってチャンバ３１２の内部容積３２４と連通して置かれている。基板ホルダ３１４は、搬送機構３２８の最上部に固定され、搬送機構３２８は、基板ホルダを上げたり下げたりするために使用し得る。
【００２０】
[0026]使用において、搬送機構３２８は、基板ホルダ３１４が搬送チャンバ３２６の内部容積３３０に下がるように作動させる。ロボットアームに取り付けられたブレード上に位置決めされた基板は、その後、搬送チャンバ３２６の壁内のスリットバルブ開口部を通って内部容積３３０に搬送される。搬送機構３２８は、その後、基板ホルダを上げるように作動させ、その結果、基板ホルダ３１４が基板の下面に接触し、ブレードから基板を上げる。ブレードは、その後、搬送チャンバから取り除かれ、その後、搬送機構３２８は、再び、基板ホルダを開口部３３２に上げるように作動させる。基板ホルダ３１４に位置する基板は、その後、チャンバ３１２の内部容積３２４に曝される上面を持つ。
【００２１】
[0027]チャンバ３１２は、主として、導電性本体３３６と誘電体石英上壁３３８とを含む。導電性本体３３６は、チャンバの下の部分を形成し、上壁３３８は、チャンバ３１２の上の部分を形成する。導電性本体３３６と上壁３３８は、一緒に内部容積３２４を画成する。
【００２２】
[0028]四つのガスノズルポート３４０は、導電性本体３３６を通って内部容積３２４に形成される。ガスノズルポート３４０は、基板ホルダ３１４の周りに９０°の間隔で位置決めされる。導電性本体３３６もまた、その片面で真空ポンプチャネル３４２を画成する。ガスノズルポート３４０は、バルブを介してガスマニフォールドに接続され、真空ポンプチャネル３４２は、ポンプに接続される。ポンプが作動する場合、ガスが真空ポンプチャネル３４２を通って内部容積３２４から引き出され、内部容積３２４内の圧力を低下させる。バルブは、マニフォールドからバルブとガスノズルポート３４０を通って内部容積３２４にガスを配分させるように作動させ得る。
【００２３】
[0029]図４をより詳しく参照すると、上壁３３８はドーム形状を持ち、電極プレート３１８は上壁３３８の外面と一致するドーム形状を持つ。電極プレート３１８は、上壁３３８上に直接位置してもよい。電極プレート３１８は、上壁３３８の中央の上に円形開口部３４４を画成する。上壁３３８と電極プレート３１８は、縦軸３４６に対称である。
【００２４】
[0030]コイル３１６は、縦軸３４６と開口部３４４の周りにらせん状である。コイル３１６は、電極プレート３１８のドーム形状の上に位置決めされ、一致している。コイル３１６の一端は、ＲＦソース３５０に接続され、コイル３１６の反対の端は接地３５２に接続されている。
【００２５】
[0031]図５は、本発明のある実施形態による堆積プロセス５００を示すプロセスフロー図である。プロセス５００は、他の製造業者からのものを含む他のツールで行われてもよいことも企図される。図６Ａ-図６Ｅは、本発明のある実施形態による基板構造を示す概略断面図である。
【００２６】
[0032]方法５００は、上記システム２００に統合されたプロセスチャンバ２１４Ａのようなプロセスチャンバに基板６０１を供給することによるステップ５０２から開始する。基板６０１は、膜処理が行われるいかなる基板又は物質表面をも表す。例えば、基板６０１は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化シリコン、歪シリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はドープされていない多結晶シリコン、ドープされた又はドープされていないシリコン、パターン形成された又はパターン形成されていないウエハ、シリコンオンインスレータ（ＳＯＩ）、炭素ドープされた酸化シリコン、窒化シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイア又は他の適切な工作物のような物質であるのがよい。基板６０１は、２００ｍｍ径、３００ｍｍ径、又は４５０径のような種々の寸法だけでなく、長方形又は正方形のパネルを持つものであってもよい。特に断らない限り、本明細書に記載される実施形態と例は、２００ｍｍ径、３００ｍｍ径、４５０ｍｍ径を有する基板で行われる。
【００２７】
[0033]ステップ５０４において、トンネル酸化物層６０３は、基板６０１上に形成される。トンネル酸化物層６０３は、いかなる適切なプロセスによっても形成することができる。ある実施形態において、トンネル酸化物層６０３は、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＸＥ、ＸＥ Ｐｌｕｓ、又はＲＡＤＩＡＮＣＥＴＭＲＴＰチャンバのような低圧ＲＴＰチャンバを用いて成長させることができるＳｉＯ２を含む。ＳｉＯ２膜は、チャンバが基板表面を急速に加熱し乾燥させるランプを用いて酸素の存在下に酸化された層を形成する酸化プロセスである急速熱酸化によって形成することができる。シリコン基板（又はウエハ）の急速熱酸化は、Ｏ２、Ｏ２＋Ｎ２、Ｏ２＋Ａｒ、Ｎ２Ｏ、又はＮ２Ｏ＋Ｎ２ガス混合物の存在下に乾燥プロセス急速熱酸化を用いて行われる。ガス又はガス混合物の全流量は、約１ｓｌｍ-約５ｓｌｍである。或いは、シリコン基板の急速熱酸化は、例えば、全流量が約１-１３％のＨ２による約１ｓｌｍ-約５ｓｌｍである、Ｏ２＋Ｈ２、Ｏ２＋Ｈ２＋Ｎ２、又はＮ２Ｏ＋Ｈ２が存在したインサイチュスチームジェネレーション（ＩＳＳＧ）のような湿式プロセスを用いて行うことができる。ある実施形態において、ＳｉＯ２誘電体膜を形成するために用いられる急速熱酸化プロセスは、厚さが約２５ｎｍ〜約１０ｎｍであるＳｉＯ２誘電体膜が得られる約７５０℃-約１０００℃の処理温度と約０.５トール-約５０トールの処理圧力で約５秒-約９０秒間行うことができる。一実施形態において、厚さは、約４ｎｍ〜約８ｎｍであるのがよい。
【００２８】
[0034]ある実施形態において、トンネル酸化物物質は、堆積プロセスの間、基板を少なくとも一つの堆積ガスに曝すことによって基板６０１上に堆積させることができる。ある実施形態において、堆積プロセスは、シリコン前駆物質と酸素前駆物質又はシリコン源と酸素源を含有する前駆物質を含有することができる堆積ガスを持つＣＶＤプロセスであるのがよい。或いは、堆積プロセスは、少なくとも二つの堆積ガスを持つＡＬＤプロセスであってもよく、基板は、シリコン前駆物質と酸素前駆物質に連続して曝される。ある実施形態において、ステップ５０４で、酸素前駆物質とシリコン前駆物質が、プロセスチャンバ内に導入されてもよく、又は従来のＣＶＤプロセスでのように同時に又はＡＬＤプロセスでのように連続して基板６０１に曝されてもよい。
【００２９】
[0035]ステップ５０４で酸化シリコン物質を形成するのに適した酸素前駆物質の例としては、酸素原子（Ｏ）、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、水（Ｈ２Ｏ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、有機過酸化物、アルコール、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、五酸化二窒素（Ｎ２Ｏ５）、これらのプラズマ、これらのラジカル、これらの誘導体、又はこれらの組合わせが挙げられる。ある実施形態において、酸素前駆物質は、オゾンと水を組合わせることよって形成して、強力な酸化剤を与えることができる。酸素前駆物質は、通常、強力な酸化力を持つヒドロキシルラジカル（ＯＨ）を含有する。オゾン濃度は、水濃度に相対して変動させることができる。一実施形態において、オゾンと水とのモル比は、約０.０１〜約３０の範囲にあるのがよい。他の実施形態において、モル比は、約０.０３〜約３であるのがよい。他の実施形態において、モル比は約０.１〜約１であるのがよい。
【００３０】
[0036]ステップ５０４での酸化シリコン物質を形成するのに適したシリコン前駆物質の例としては、シラン、アルキルシラン、ハロシラン、アルコキシシラン、アミノシラン、アミノジシラン、シリルアジド、シリルヒドラジン、又はそれらの誘導体が挙げられる。シリコン前駆物質の一部の個々の例としては、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、メチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）、ビス(ｔｅｒｔブチルアミン）シラン（ＢＴＢＡＳ又は（ｔＢｕ(Ｈ)Ｎ)２ＳｉＨ２）、テトラエトキシシラン（(ＥｔＯ)４Ｓｉ又はＴＥＯＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ又はＳｉ２Ｃｌ６）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、１,２-ジエチルテトラキス（ジエチルアミノ)ジシラン（(ＣＨ２ＣＨ３((ＣＨ３ＣＨ２)２Ｎ)２Ｓｉ)２）、１,２-ジクロロテトラキス(ジエチルアミノ)ジシラン（(Ｃｌ((ＣＨ３ＣＨ２)２Ｎ)２Ｓｉ)２）、ヘキサキス(Ｎ-ピロリジノ)ジシラン（((Ｃ４Ｈ９Ｎ)３)Ｓｉ)２）、１,１,２,２-テトラクロロビス(ジ(トリメチルシリル)アミノ)ジシラン（(Ｃｌ２((ＣＨ３)３Ｓｉ)２Ｎ)Ｓｉ)２）、１,１,２,２-テトラクロロビス(ジイソプロピルアミノ)ジシラン（(Ｃｌ２((Ｃ３Ｈ７)２Ｎ)Ｓｉ)２）、１,２-ジメチルテトラキス(ジエチルアミノ)ジシラン（(ＣＨ３(ＣＨ３ＣＨ２Ｎ)２Ｓｉ)２）、トリ(ジメチルアミノ)シランアジド（((ＣＨ３)２Ｎ)３ＳｉＮ３）、トリ(メチルアミノ)シランアジド（((ＣＨ３(Ｈ)Ｎ)３ＳｉＮ３）、２,２-ジメチルヒドラジンジメチルシラン（(ＣＨ３)２(Ｈ)Ｓｉ)(Ｈ)ＮＮ(ＣＨ３)２）、トリシリルアミン（(ＳｉＨ３)３Ｎ又はＴＳＡ）、及びヘキサキス(エチルアミノ)ジシラン（((ＥｔＨＮ)３Ｓｉ)２）、これらのラジカル、これらのプラズマ、これらの誘導体、又はこれらの組合わせが挙げられる。
【００３１】
[0037]ある実施形態において、アルコキシシラン化合物は、ステップ５０４で酸化シリコン物質を形成するためのシリコン前駆物質として用いられる。アルコキシシランは、化学式（ＲＯ)ｎＳｉＲ’(４-ｎ）（式中、ｎ＝１、２、３又は４、Ｒは、それぞれ独立して、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、又は他のアルキル基であってもよく、Ｒ’は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン基、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、又は他のアルキル基であってもよい）を有してもよい。シリコン前駆物質として用いることができるアルコキシシラン化合物としては、テトラエトキシシラン（(ＥｔＯ)４Ｓｉ又はＴＥＯＳ）、テトラメトキシシラン（(ＭｅＯ)４Ｓｉ）、テトラプロポキシシラン（(ＰｒＯ)４Ｓｉ）、テトライソプロポシキシラン（(ｉＰｒＯ)４Ｓｉ）、テトラブトキシシラン（(ＢｕＯ)４Ｓｉ）、トリエトキシシラン（(ＥｔＯ)３ＳｉＨ）、ジエトキシシラン（(ＥｔＯ)２)ＳｉＨ２）、ジエトキシジメチルシラン（(ＥｔＯ)２ＳｉＭｅ２）、ジエトキシジエチルシラン（（ＥｔＯ)２ＳｉＥｔ２）、ジメトキシジエトキシシラン（(ＭｅＯ)２Ｓｉ(ＯＥｔ)２）、それらの誘導体、又はこれらの組合わせが挙げられる。他の実施形態において、アルコキシシラン化合物（例えば、ＴＥＯＳ）は、ステップ５０４で、別々のシリコンと酸素前駆物質の代わりに、シリコンと酸素の双方の供給源として用いて、酸化シリコン物質を形成することができる。
【００３２】
[0038]シリコン前駆物質と酸素前駆物質がプロセスチャンバ内で組合わせることができるので、酸化シリコン物質のようなシリコン含有物質は、基板表面上に形成される。ある実施形態において、酸化シリコン物質は、約１ｎｍ／分〜約５０ｎｍ／分の範囲の速度で約１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲の厚さに堆積させることができる。一実施形態において、厚さは、約４ｎｍ〜約８ｎｍであるのがよい。酸化シリコン物質は、ＳｉｘＯｙのような化学式を有してもよく、ここで、酸素：シリコン原子比（ｙ／Ｘ）は約２以下、例えば、ＳｉＯ２である。
【００３３】
[0039]キャリヤガスは、酸素前駆物質とシリコン前駆物質の分圧を制御するためにステップ５０４で供給されるのがよい。単一ウエハプロセスチャンバの全内部圧力は、約１００ミリトール〜約７４０トールの範囲内の圧力であるのがよい。一実施形態において、圧力は、約２５０ミリトール〜約１００トールであるのがよい。一実施形態において、圧力は、約５００ミリトール〜約５０トールであるのがよい。一実施形態において、プロセスチャンバの内部圧力は、約１０トール以下の圧力に維持される。他の実施形態において、圧力は、約５トール以下であるのがよい。他の実施形態において、圧力は、約１トール以下であるのがよい。一部の実施形態において、キャリヤガスは、バッチ処理システムのために約１００ミリトール〜約１トールの範囲内の窒素前駆物質又はシリコン前駆物質の分圧を制御するように供給されるのがよい。適切なキャリヤガスの例としては、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、フォーミングガス、又はこれらの組合わせが挙げられる。
【００３４】
[0040]ステップ５０６において、トンネル酸化物層６０３は、その表面がプラズマ処理プロセスによって変化して、プラズマ処理された近傍表面領域６０５を形成していてもよい。ステップ５０６は、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＣＥＮＴＵＲＡＴＭＤＰＮチャンバのようなプラズマチャンバ内で行われるのがよい。プラズマ処理プロセスは、トンネル酸化物層６０３をプラズマに曝し、トンネル酸化物層６０３の最上層の化学的及び／又は物理的形態を変化させ、近傍表面領域６０５上のシリコン又はナノ結晶の形成の表面核形成の最適化が得られる。
【００３５】
[0041]図３と図４を参照すると、まず内部容積３２４内の圧力を所定レベルまで低下させることによってプラズマを生成させることができる。その後、プラズマガスを内部容積３２４へ導入する。プラズマガスは、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）、又はこれらの組合わせの不活性ガスからなる。不活性ガスを用いると、トンネル酸化物層６０３の表面に物理的形態変化を得ることができる。他の実施形態において、プラズマガスとしては、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、フッ素（Ｆ２）、これらの組合わせ、又はＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅのような不活性ガスとこれらの組合わせのような反応性ガスが挙げられるのがよい。反応性ガスを用いると、トンネル酸化物層６０３の表面に物理的形態の変化だけでなく、化学的形態の変化を得ることができる。
【００３６】
[0042]プラズマガスの導入後、ＲＦ源３５０は、１３.５６ＭＨｚの周波数でコイル３１６にＲＦ電流を供給するように作動させることができる。ＲＦコイル３１６は、チャンバの上壁全体に電極プレートによって拡散するＲＦ電界を生成する。円形開口部は、ＲＦ電界がチャンバの上部面を通って内部容積３２４に入ることを可能にする。その後、ＲＦ電界は、内部容積３２４内でプラズマガスと結合する。ＲＦ電界は、最初に、わずかな自由電子を励起する。その後、自由電子は、これらの原子からより多くの電子を遊離するために他の原子と衝突する。プロセスは、定常状態の条件が達成されるまで続けられ、ここで、プラズマ３２２は、定常量の自由電子と自由イオン、定常電子温度、接地に相対する一定電圧を持つ。イオンの“リザーバー”は、内部容積３２４内に生成され、プラズマ３２２の電位は、イオンをこのリザーバーから二酸化シリコン層に組み込むことを援助する。基板と基板ホルダ３１４の電位は、全プロセスで、自由に浮遊しているが、プラズマ３２２の電圧と基板ホルダ３１４の電圧に差がある。この差がイオンの組み込みを推進する。
【００３７】
[0043]電極プレートを接地せずに、ＲＦコイル３１６は、プラズマ３２２に容量的に結合している。ＲＦコイル３１６とプラズマ３２２の間のこのような容量結合によって、プラズマ３２２の電圧が増加する。反対に、電極プレート３１８の接地によって、容量結合が大幅に減少し、プラズマ３２２の電圧は低下する。プラズマ電位と電子温度は低下するが、イオン密度は相対的に高いままである。トンネル酸化物表面の過度の変化を防止するために、また、トンネル酸化物層を通ってシリコン基板に、例えば、窒素の組み込みを防止するために、プラズマ電位は、１０Ｖ未満に維持するのがよい。電子温度は、約２ｅＶ以下であるのがよい。イオン密度は、少なくとも１０１０ｃｍ-３であるのがよい。
【００３８】
[0044]不活性プラズマプロセスは、約１０秒〜約５分間継続する。一実施形態において、約３０秒〜約４分間であるのがよい。他の実施形態において、約１分〜約３分間であるのがよい。また、プラズマプロセスは、約１００ワット〜約３０００ワットの範囲内のプラズマ電力設定で行われる。一実施形態において、電力設定は、約７００ワット〜約２,５００ワットであるのがよい。他の実施形態において、電力設定は、約９００ワット〜約１８００ワットであるのがよい。通常は、プラズマプロセスは、約５０％〜約１００％の負荷サイクルと約１０ｋＨｚのパルス周波数で行われるのがよい。チャンバの圧力は、約１０ミリトール〜約８０ミリトールである。プラズマガスの流量は、毎分約１０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）〜毎分約１標準立方センチメートル（ｓｌｍ）であるのがよい。一実施形態において、流量は、約５０ｓｃｃｍ〜約７５０ｓｃｃｍであるのがよい。他の実施形態において、流量は、約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍであるのがよい。
【００３９】
[0045]ステップ５０６におけるプラズマプロセスによるトンネル酸化物層６０３の表面の変換によって、プラズマ処理近傍表面領域６０５が形成されることになる。プラズマ処理された近傍表面領域の厚さは、約０.５ｎｍ〜約２ｎｍである。一実施形態において、厚さは約１ｎｍである。トンネル酸化物層６０３の近傍表面の変化は、同時にナノ結晶形成の表面核形成の最適化を可能にしつつ、デバイスの有益な電荷保持寿命を達成するために、トンネル酸化物層６０３のトンネル特性に対する影響を最小にする。プラズマプロセスの結果として表面核形成の最適化は、少なくとも一部にはＳｉＯ２トンネル酸化物表面の表面エネルギーの変化によるものである。通常、ＳｉＯ２の表面エネルギーは１.５Ｊ／ｍ２である。比較として、白金の表面エネルギーは、２.５Ｊ／ｍ２であり、Ｒｕの表面エネルギーは、２.３Ｊ／ｍ２であり、これらはナノ結晶フラッシュとしてみなされる一般の金属である。それ故、金属原子がＳｉＯ２表面上の半球に合体する密度は、本明細書に開示される技術を用いてＳｉＯ２表面の物理的又は化学的形態を変化させることにより制御させることができる。１.１Ｊ／ｍ２の金、０.８７Ｊ／ｍ２のアルミニウム、１.３Ｊ／ｍ２の銅のような他の金属は、それらの表面エネルギーがＳｉＯ２より低いために、処理されていないＳｉＯ２上で合体することができない。１.６５Ｊ／ｍ２のチタンや１.５５Ｊ／ｍ２のパラジウムはぎりぎりＳｉＯ２表面エネルギーより大きくないので、ＳｉＯ２の表面上で合体することができない。
【００４０】
[0046]所望によるステップ５０８において、プラズマ変化ポストアニールが行われてもよい。アニールは、基板が約５００℃〜約１２００℃の温度に供される、ＲＴＰチャンバ３００内で行われてもよい。一実施形態において、温度は、約９００℃〜約１１００℃であるのがよい。一実施形態において、基板温度は、約６００℃未満で維持するのがよい。アニールは、約１秒〜約２４０秒間行うことができる。一実施形態において、時間は、約３０秒〜約９０秒であるのがよい。一実施形態において、アニールは、約１０００℃で約６０秒間行うのがよい。通常は、ＲＴＰアニールチャンバ雰囲気は、Ｏ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、又はこれらの組合わせのような少なくとも一つのアニールガスを含有する。アニールチャンバは、約５トール〜約１００トールの圧力に維持するのがよい。一実施形態において、圧力は、約５０トールであるのがよい。
【００４１】
[0047]ステップ５１０で、シリコン、シリコンゲルマニウム、又は金属ナノ結晶６０７は、近傍表面領域６０５の最上部に堆積される。一実施形態において、シリコン、シリコンゲルマニウム、又は金属ナノ結晶の層は、ＰＶＤプロセス、ＡＬＤプロセス、ＣＶＤプロセス、無電解堆積プロセス、ＥＣＰプロセス、又はこれらの組み合わせによって形成されるのがよい。シリコン、シリコンゲルマニウム、又は金属層は、約２０ｎｍ以下の厚さに堆積されるのがよい。一実施形態において、厚さは、約０.３ｎｍ〜約５ｎｍあるのがよい。他の実施形態において、厚さは、約０.４ｎｍ〜約３ｎｍであるのがよい。他の実施形態において、厚さは、約０.５ｎｍ〜約２ｎｍであるのがよい。シリコン、シリコンゲルマニウム、又は金属は、近傍表面領域６０５の最上部に、また、シリコン、シリコンゲルマニウム、又は金属及び近傍表面領域６０５の表面エネルギーのために堆積する。シリコン原子、シリコンゲルマニウム原子、又は金属原子は、ナノ結晶６０７のような半球に合体する。形成されたナノ結晶６０７の粒径は、約０.５ｎｍ〜約２０ｎｍであるのがよい。他の実施形態において、直径は、０.５ｎｍ〜１０ｎｍであるのがよい。他の実施形態において、直径は、０.５ｎｍ〜２ｎｍであるのがよい。ナノ結晶６０７は、ナノ結晶が少なくとも０.５ｎｍの距離で互いに離れるような間隔をとるのがよい。一実施形態において、距離は少なくとも１ｎｍであるのがよい。
【００４２】
[0048]形成されたナノ結晶は、シリコン、シリコンゲルマニウム、又は白金、パラジウム、ニッケル、イリジウム、ルテニウム、コバルト、タングステン、タンタル、モリブデン、ロジウム、又はこれらの合金、又はこれらの組み合わせのような少なくとも一つの金属を含有するのがよい。一実施形態において、ナノ結晶物質は、白金、ニッケル、ルテニウム、白金-ニッケル合金、又はこれらの組み合わせを含む。
【００４３】
[0049]通常は、金属ナノ結晶堆積の場合、ＰＶＤは、固体金属ターゲットとアルゴンプラズマで行われ得る。ＰＶＤ、ＣＶＤ又はＡＬＤを用いることができ、ここで、基板は、約３００℃未満の温度で約１トール〜約１０トールのプロセスチャンバ圧に維持されるのがよい。一定のキャリヤガス流が望まれる一実施形態において、キャリヤガス流は、プロセスチャンバ内で設定される。キャリヤガスは、揮発性反応種及び／又は副生成物をプロセスチャンバから除去するためのパージガスとしても作用するように選ぶことができる。キャリヤガス、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）、又はこれらの組み合わせを用いることができる。キャリヤガス流がプロセスチャンバ内で設定された後、金属含有前駆物質のパルスは、キャリヤガス流に添加される。本明細書に用いられる用語パルスは、プロセスチャンバに又はキャリヤガス流に注入される物質の一回分を意味する。貴金属含有前駆物質のパルスは、所定の時間間隔続ける。
【００４４】
[0050]金属含有前駆物質は、例えば、パラジウム、白金、コバルト、ニッケル、ロジウム等、特に、ルテニウムの金属を含むのがよい。適切なパラジウム含有前駆物質としては、特に、ビス(アリル)パラジウム、ビス(２-メチルアリル)パラジウム、及び(シクロペンタジエニル)(アリル)パラジウムが挙げられる。適切な白金含有前駆物質としては、特に、トリメチル(シクロペンタジエニル)白金、トリメチル(メチルシクロペンタジエニル)白金、シクロペンタジエニル(アリル)白金、ジメチル(シクロオクタジエン)白金、メチル(カルボニル)シクロペンタジエニル白金、トリメチル(アセチルアセトナト)白金、及びビス(アセチルアセトナト)白金が挙げられる。
【００４５】
[0051]適切なコバルト含有前駆物質としては、特に、(シクロペンタジエニル)(シクロヘキサジエニル)コバルト、(シクロブタジエニル)(シクロペンタジエニル)コバルト、ビス(シクロペンタジエニル)コバルト、ビス(メチルシクロペンタジエニル)コバルト、シクロペンタジエニル(１,３-ヘキサジエニル)コバルト、(シクロペンタジエニル)(５-メチルシクロペンタジエニル)コバルト、及びビス(エチレン)(ペンタメチルシクロペンタジエニル)コバルトが挙げられる。適切なニッケル含有前駆物質としては、特に、ビス(メチルシクロペンタジエニル)ニッケルが挙げられる。適切なロジウム含有前駆物質としては、特に、ビス(プロピレン)ロジウム、ビス(カルボニル)(シクロペンタジエニル)ロジウム、ビス(カルボニル)(メチルシクロペンタジエニル)ロジウム、及びビス(カルボニル)(エチルシクロペンタジエニル)ロジウムが挙げられる。
【００４６】
[0052]適切なルテニウム含有前駆物質は、トリス(２,２,６,６-テトラメチル-３,５-ヘプタンジオナト)ルテニウム、ビス(２,４-ジメチルペンタジエニル)ルテニウム、ジカルボニルペンタジエニルルテニウム、ルテニウムアセチルアセトネート、(２,４-ジメチルペンタジエニル)ルテニウム(シクロペンタジエニル)、ビス(２,２,６,６-テトラメチル-３,５-ヘプタンジオナト)ルテニウム(１,５-シクロオクタジエン)、(２,４-ジメチルペンタジエニル)ルテニウム(メチルシクロペンタジエニル)、(１,５-シクロオクタジエン)ルテニウム(シクロペンタジエニル)、(１,５-シクロオクタジエン)ルテニウム(メチルシクロペンタジエニル)、(１,５-シクロオクタジエン)ルテニウム(エチルシクロペンタジエニル)、(２,４-ジメチルペンタジエニル)ルテニウム(イソプロピルシクロペンタジエニル)、（２，４−ジメチルペンタジエニル）−ルテニウム（イソプロピルシクロペンタジエニル）、ビス(Ｎ,Ｎ-ジメチル-１,３-テトラメチルジイミナト)ルテニウム(１,５-シクロオクタジエン)、ビス(Ｎ,Ｎ-ジメチル-１,３-ジメチルジイミナト)ルテニウム(１,５-シクロオクタジエン)、ビス(アリル)ルテニウム(１,５-シクロオクタジエン)、（.ｅｔａ..ｓｕｐ.６-Ｃ.ｓｕｂ.６Ｈ.ｓｕｂ.６)ルテニウム(１,３-シクロヘキサジエン)、ビス(１,１-ジメチル-２-アミノエトキシラト)ルテニウム(１,５-シクロオクタジエン)、ビス(１,１-ジメチル-２-アミノエチルアミナト)ルテニウム(１,５-シクロオクタジエン)、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００４７】
[0053]金属含有前駆物質のパルスの時間間隔は、例えば、使用したプロセスチャンバの容積容量、それに結合した真空システム及び用いられる反応種の揮発性／反応性の多くの要因よって変化しうる。例えば、大容量プロセスチャンバは、例えば、キャリヤ／パージガスや温度のプロセス条件を安定化するためにより長い時間につながり、より長いパルス時間が必要となることがある。プロセスガスのより少ない流量もまた、プロセス条件を安定化するためにより長い時間につながり、より長いパルス時間が必要となることがある。より低いチャンバ圧は、プロセスガスがより急速にプロセスチャンバから排気され、より長い時間が必要であることを意味する。一般に、プロセス条件は、有利には、金属含有前駆物質のパルスが充分な量の前駆物質を供給して、金属含有ナノ結晶の少なくとも単層が基板上に吸着されるように選ばれる。その後、真空システムと組み合わせた一定のキャリヤガス流によってチャンバ内に残っている過剰の貴金属含有前駆物質をプロセスチャンバから除去することができる。
【００４８】
[0054]一実施形態において、ナノ結晶６０７は、シリコン半球を備える。一実施形態において、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＰＯＬｙＧＥＮ ＬＰＣＶＤチャンバを堆積に用いることができる。チャンバの堆積温度は、約３００℃〜約８００℃であるのがよい。チャンバの堆積圧は、約１０トール〜約３５０トールの圧力に設定されるのがよい。一実施形態において、温度は、約５００℃〜約７００℃であるのがよく、圧力は、約３０トール〜約３５０トールであるのがよい。
【００４９】
[0055]シリコン源（即ち、前駆物質）は、シラン（ＳｉＨ４）のようなガスか、或いはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、ビスターシャリブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ、（Ｃ８Ｈ２２Ｎ２Ｓｉ））のような他のシリコン源ガスであるのがよい。更に、Ｈ２と不活性ガス（例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン）を含むキャリヤガスが含まれてもよい。一例において、シランは、約５０ｓｃｃｍ〜約１５０ｓｃｃｍでチャンバに送り込まれ、チャンバ内の堆積温度は約４４０℃〜約４９０℃の安定した温度で約１５０トール〜約３５０トールの堆積圧に維持される。一実施形態において、シランの分圧は、約０.５トール〜約３.５トールであるのがよい。
【００５０】
[0056]ジシランについては、このシリコン前駆物質ガスを約５０ｓｃｃｍ〜約１５０ｓｃｃｍでチャンバに送り込むのがよく、チャンバの堆積温度は約４２５℃〜約４７５℃の安定した温度で約３０トール〜約２２５トールの堆積圧に維持される。ジシラン前駆物質の分圧は、約０.１トール〜約３.０トールであってもよい。トリシランについては、この前駆物質ガスを約２００ｓｃｃｍ〜約３５０ｓｃｃｍでチャンバに送り込むのがよく、チャンバの堆積温度は約４００℃〜約４５０℃の安定した温度で約３０トール〜約２００トールの堆積圧に維持される。トリシランの分圧は、０．１トール〜２．５トールであってもよい。
【００５１】
[0057]サセプタとチャンバ内に配置された基板からの熱エネルギーは、シリコン源ガスを分解させ、近傍表面領域６０５上に不連続なアモルファスナノ結晶シリコン膜を堆積させる。図６Ｃは説明を明瞭にするために簡単にした形で示しているが、一実施形態において、ナノ結晶シリコン層の密度は、約１×１０１０結晶／ｃｍ２より大きく、平均粒径は約５ｎｍであるのがよい。本発明の一実施形態において、プラズマ又は光子増強のような追加のエネルギー源によらずにシリコン源ガスを分解するために熱エネルギーだけが用いられる。
【００５２】
[0058]本発明の一実施形態において、堆積圧、温度、また、プロセスガス流量や濃度は、ナノ結晶シリコン膜が約０.５ｎｍ／分〜約１.５ｎｍ／分の範囲にある堆積速度で堆積されるように選ばれる。堆積速度は、プロセス化学、温度、又は圧力に左右されることがある。例えば、シランは、約４４０℃〜約４９０℃の堆積温度、約１５０トール〜約３５０トールの堆積圧、約０.５トール〜約３.５トールの分圧に基づいて、約０.５ｎｍ／分の速度で堆積させることができる。所望の厚さのナノ結晶６０７を含む膜が形成されるまでチャンバにプロセスガス混合物が連続して送り込まれる。
【００５３】
[0059]所望によるステップ５１２で、ナノ結晶堆積ポストアニールが行われてもよい。アニールは、基板が約５００℃〜約１２００℃の温度に供されるＲＴＰチャンバ３００内行われるのがよい。一実施形態において、温度は、約９００℃〜約１,１００℃であるのがよい。他の実施形態において、アニールは、約６００℃未満の温度で行われるのがよい。アニールは、約１秒〜約２４０秒間行われるのがよい。一実施形態において、時間は、約３０秒〜約９０秒間であるのがよい。一実施形態において、アニールは、約１０００℃で約６０秒間行われるのがよい。通常は、ＲＴＰアニールチャンバ雰囲気は、Ｏ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、又はこれらの組み合わせのような少なくとも一つのアニールガスを含有する。アニールチャンバは、約５トール〜約１００トール、例えば、約５０トールの圧力に維持されるのがよい。
【００５４】
[0060]ステップ５１４で、ナノ結晶６０７を封入するために封入誘電体層６０９を堆積させる。封入誘電体層６０９は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、熱技術又はこれらの組み合わせのような気相堆積プロセスによって堆積させることができる。ある実施形態において、封入誘電体層６０９は、ＡＬＤプロセス及び装置によって堆積される高ｋ誘電体層であるのがよい。封入誘電体層６０９は、一般的には約０.５ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲にある膜厚で堆積される。一実施形態において、厚さは、約１ｎｍ〜約２０ｎｍであるのがよい。他の実施形態において、厚さは、約４ｎｍ〜約１０ｎｍであるのがよい。
【００５５】
[0061]封入誘電体層６０９は、基板表面上に堆積され、同種、異種、段階的及び又は多層のスタック又はラミネートである種々の組成を有してもよい。封入誘電体層６０９は、通常は、高ｋ誘電物質であり、ハフニウム、ジルコニウム、チタン、タンタル、ランタン、アルミニウム、シリコン、酸素及び／又は窒素の組み合わせを含んでもよい。封入誘電体層６０９は、ハフニウム含有物質、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ又はＨｆＯ２）、ケイ酸ハフニウム（ＨｆＳｉｘＯｙ又はＨｆＳｉＯ４）、酸窒化シリコンハフニウム（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯｘＮｙ）、アルミン酸ハフニウム（ＨｆＡｌｘＯｙ）、ケイ酸アルミニウムハフニウム（ＨｆＡｌｘＳｉｙＯｚ）、酸窒化シリコンアルミニウムハフニウム（ＨｆＡｌｗＳｉｘＯｙＮｚ）、酸化ランタンハフニウム（ＨｆＬａｘＯｙ）、ジルコニウム含有物質、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ又はＺｒＯ２）、ケイ酸ジルコニウム（ＺｒＳｉｘＯｙ又はＺｒＳｉＯ４）、酸窒化シリコンジルコニウム（ＺｒＳｉｘＯｙＮｚ）、酸窒化ジルコニウム（ＺｒＯｘＮｙ）、アルミン酸ジルコニウム（ＺｒＡｌｘＯｙ）、ケイ酸アルミニウムジルコニウム（ＺｒＡｌｘＳｉｙＯｚ）、酸窒化シリコンアルミニウムジルコニウム（ＺｒＡｌｗＳｉｘＯｙＮｚ）、酸化ランタンジルコニウム（ＺｒＬａｘＯｙ）、他のアルミニウム含有物質又はランタン含有物質、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＯｘ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）、ケイ酸アルミニウム（ＡｌＳｉｘＯｙ）、酸窒化シリコンアルミニウム（ＡｌＳｉｘＯｙＮｚ）、酸化アルミニウムランタン（ＬａＡｌｘＯｙ）、酸化ランタン（ＬａＯｘ又はＬａ２Ｏ３）、これらの誘導体及びこれらの組み合わせを含む組成を有してもよい。高ｋ誘電体層に有用な他の誘電物質としては、酸化チタン（ＴｉＯｘ又はＴｉＯ２）、酸窒化チタン（ＴｉＯｘＮｙ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ又はＴａ２Ｏ５）及び酸窒化タンタル（ＴａＯｘＮｙ）を挙げることができる。高ｋ誘電体層に有用な誘電物質であるラミネート膜は、ＨｆＯ２／Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２／ＳｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３及びＨｆＯ２／ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３が挙げられる。
【００５６】
[0062]ある実施形態において、ＡＬＤプロセスは、プロセスチャンバ、例えば、プロセスチャンバ３００内で、約１トール〜約１００トールの範囲にある圧力で行われる。一実施形態において、圧力は、約１トール〜約２０トールであるのがよい。他の実施形態において、圧力は、約１トール〜約１０トールであるのがよい。基板の温度は、約７０℃〜約１,０００℃の範囲に維持されるのがよい。一実施形態において、温度は、約１００℃〜約６５０℃であるのがよい。他の実施形態において、温度は、約２５０℃〜約５００℃であるのがよい。ある実施形態において、ハフニウム前駆物質は、約５ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍの範囲にある速度でプロセスチャンバに導入されるのがよい。ハフニウム前駆物質は、窒素のようなキャリヤガスと、約５０ｓｃｃｍ〜約１,０００ｓｃｃｍの範囲にある全流量で導入することができる。ハフニウム前駆物質は、約０.１秒〜約１０秒間の範囲にある速度でチャンバにパルスすることができ、具体的なプロセス条件、ハフニウム前駆物質、又は堆積されたハフニウム含有物質の所望の組成に左右される。ある実施形態において、ハフニウム前駆物質は、約１秒〜約５秒間の範囲にある速度でプロセスチャンバにパルスすることができる。一実施形態において、速度は約３秒間であるのがよい。
【００５７】
[0063]ある実施形態において、ハフニウム前駆物質は、約０.１秒〜約１秒間の範囲にある速度でプロセスチャンバにパルスされる。一実施形態において、速度は、約０.５秒であるのがよい。一実施形態において、ハフニウム前駆物質は、四塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）であるのがよい。パージガス、例えば、アルゴン又は窒素のパルスは、約２ｓｌｍ〜約２２ｓｌｍの範囲にある流量で導入することができる。一実施形態において、速度は、約１０ｓｌｍであるのがよい。各処理サイクルは、約０.０１秒〜約２０秒間の範囲で行われる。一実施形態において、プロセスサイクルは約１０秒間続ける。他の実施形態において、プロセスサイクルは約２秒間続ける。約１０秒間続けるより長い処理ステップは、優れたハフニウム含有膜を堆積させるが、処理能力が低下する。個々のパージガス流量とプロセスサイクルの時間は、実験によって得られる。一実施形態において、直径３００ｍｍのウエハは、同様の処理能力を維持するために、２００ｍｍ径のウエハと同じ時間に約２倍の流量を必要とする。酸化ガスは、約０.１ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍの範囲にある流量でプロセスチャンバに導入される。一実施形態において、速度は約０.５ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍであるのがよい。酸化ガスは、約０.１秒〜約２０秒間の範囲にある速度でプロセスチャンバにパルスされるのがよい。他の実施形態において、速度は、約０.２秒〜約１０秒間であるのがよい。他の実施形態において、速度は、約０.５秒〜約５秒であるのがよい。一実施形態において、酸化ガスは、約１秒〜約５秒間の範囲にある速度でパルスされる。他の実施形態において、速度は、約１.７秒間であるのがよい。他の実施形態において、酸化ガスは、約０.１秒〜約３秒間の範囲にある速度でパルスされるのがよい。他の実施形態において、速度は約０.５秒間であるのがよい。
【００５８】
[0064]ステップ５１６で、制御ゲート層６１１は、封入誘電体６０９の上に堆積される。制御ゲート層６１１は、統合処理システム２００（図２）のＬＰＣＶＤ堆積チャンバ２１４Ａ又はＡＬＤチャンバ２１４Ｂのような堆積チャンバ内で形成されることができる、多結晶層であるのがよい。多結晶シリコンの代わりに、制御ゲート層６１１は、アモルファスシリコン膜又は他の適切な導電物質であってもよい。更に、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステン、及び他の高融点金属又は他の適切な電極物質のような金属を、その上に堆積させることができる。制御ゲート層６１１の形成後、ゲートスタックを冷却チャンバに搬送し、その後、処理、試験、又は当該技術において既知の他のプロセスのために、ロードロック２０４及び２０６のような記憶領域に搬送させることができる。
【００５９】
[0065]ゲート誘電体膜を含むゲートスタック、プラズマ処理されたゲート誘電体膜表面、ナノ結晶、封入誘電体膜、多結晶シリコンキャップ膜は、必ずしも前述の統合処理システム２００に組み込まれないいくつかのプロセスチャンバ内で形成することができる。
【００６０】
[0066]上記は本発明の実施形態に関し、本発明の他の多くの実施形態は、本発明の基本的範囲から逸脱せずに構成されてもよく、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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態のフラッシュメモリセルのセグメントを示す二次元ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態を実施するために用いることができる例示的統合半導体基板処理システムを示す概略平面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態を実施するために用いることができる例示的プラズマチャンバを示す概略平面図である。
【図４】図４は、図３のプラズマチャンバを示す他の概略平面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態の堆積プロセスを示すプロセスフロー図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の一実施形態の基板構造を示す概略断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の一実施形態の基板構造を示す概略断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の一実施形態の基板構造を示す概略断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の一実施形態の基板構造を示す概略断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、本発明の一実施形態の基板構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１００…セル、１０１…基板、１０３…トンネル酸化物層、１０５…表面領域、１０７…ナノ結晶、１０９…封入誘電体層、１１１…制御ゲート、１３８…ファクトリインタフェースロボット、２００…処理システム、２０１…プロセスプラットフォーム、２０２…システムコントローラ、２０３…搬送チャンバ、２０４…ファクトリインタフェース、２０５Ａ…正面開口式一体型容器、２０５Ｂ…正面開口式一体型容器、２０５Ｃ…正面開口式一体型容器、２０５Ｄ…正面開口式一体型容器、２０６Ａ…ロードロックチャンバ、２０６Ｂ…ロードロックチャンバ、２０７…一ドッキングステーション、２１３…真空ロボット、２１４Ａ…プロセスチャンバ、２１４Ｂ…処理チャンバ、２１４Ｃ…処理チャンバ、２１４Ｄ…処理チャンバ、２１６Ａ…サービスチャンバ、２１６Ｂ…サービスチャンバ、２２１…基板、２３０…ＣＰＵ、２３２…支援回路、２３６…メモリ記憶デバイス、３００…プラズマチャンバ、３１２…チャンバ、３１４…基板ホルダ、３１６…コイル、３１８…電極プレート、３２０…接地、３２２…プラズマ、３２４…内部容積、３２６…搬送チャンバ、３２８…搬送機構、３３０…内部容積、３３２…開口部、３３６…導電本体、３３８…上壁、３４０…ガスノズルポート、３４２…真空ポンプチャネル、３４４…開口部、３４６…縦軸、３５０…ＲＦ源、３５２…接地、５００…プロセス、５０２…ステップ、５０４…ステップ、５０６…ステップ、５０８…所望によるステップ、５１０…ステップ、５１２…所望によるステップ、５１４…ステップ、５１６…ステップ、６０１…基板、６０３…トンネル酸化物層、６０５…表面領域、６０７…ナノ結晶、６０９…封入誘電体層、６１１…制御ゲート層。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【外国語明細書】
2009147299000001.pdf