超高品質シリコン含有化合物層の形成方法
【課題】ＡＬＤがＣＶＤに比べて優れたコンフォーミティ（ｃｏｆｏｒｍａｌｉｔｙ）、成膜速度及び均一性を備えた気相堆積方法を提供する。
【解決手段】シリコンナイトライド層を含む、超高品質シリコン含有化合物層を形成するため、複数の順次的なステップ１４０が、反応チャンバー中で実施される。好ましい実施態様において、シリコン前駆物質としてトリシランを用いて、シリコン層が基板上に堆積１００される。シリコン前駆物質は、反応チャンバーから除去される１１０。その後、シリコンナイトライド層が、シリコン層を窒化すること１２０によって形成される。窒素反応物質は、反応チャンバーから除去される１１０。これらのステップ１００、１１０、１２０及び１３０を繰り返すことによって、所望の厚さのシリコンナイトライド層が形成される。
【解決手段】シリコンナイトライド層を含む、超高品質シリコン含有化合物層を形成するため、複数の順次的なステップ１４０が、反応チャンバー中で実施される。好ましい実施態様において、シリコン前駆物質としてトリシランを用いて、シリコン層が基板上に堆積１００される。シリコン前駆物質は、反応チャンバーから除去される１１０。その後、シリコンナイトライド層が、シリコン層を窒化すること１２０によって形成される。窒素反応物質は、反応チャンバーから除去される１１０。これらのステップ１００、１１０、１２０及び１３０を繰り返すことによって、所望の厚さのシリコンナイトライド層が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に集積回路製造の間にシリコン含有層を形成すること、ならびに、より詳しくは、均一なシリコン化合物層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電子デバイスの寸法が小さくなるにつれ、厚さの均一性、組成及びカバレージを含む、堆積された層の物理的特性が、より重要になってきている。これは、特に、集積回路の導体素子を分離するための誘電体（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）又は絶縁体として作用し得る、シリコン化合物の層又は膜にあてはまる。例えば、シリコンナイトライド材料は、トランジスタゲート誘電体（ｇａｔｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）、金属レベル（ｍｅｔａｌ ｌｅｖｅｌ）間の絶縁体、酸化及び他の拡散防止用バリア、ハードマスク（ｈａｒｄ ｍａｓｋ）、パシベーション層（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）、トランジスタにおけるスペーサー材料、反射防止コーティング材料、不揮発性メモリにおける層等として、半導体産業において、広く使用されている。シリコンオキサイド及びシリコンカーバイド材料は、集積回路製造において、同様に普及している。
【０００３】
現在、化学気相成長法（ＣＶＤ）は、基板上に薄層を堆積させるために最も一般的に使用されるプロセスである。このプロセスにより、最終的に堆積層を形成する分子又は原子の前駆物質（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）は、分子前駆物質として反応チャンバー内に同時に供給される。基板は、所望の原子又は分子種の層が基板上に堆積するように、分子前駆物質間の化学反応を促進するために最適な温度に維持される。従来のＣＶＤによるシリコン含有薄層の形成のための最も一般的な分子前駆物質は、シランである。
【０００４】
ＣＶＤは、比較的均一な厚さで層を堆積するという優れた能力を有することを示した。加えて、それは、比較的コンフォーマル層（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｌａｙｅｒ）、すなわち、堆積される表面の形状を厳密に複製する層を生み出す。しかしながら、デバイス密度が増加し続け、幾何学的形状（ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ）がより複雑になり続けるにつれ、堆積プロセスは、さらに、なお均一かつコンフォーマル層の必要性を満たすために改良されてきた。
【０００５】
これらの理由のため、原子層堆積（ＡＬＤ）は、半導体製造において、より重要になってきた。ＡＬＤは、主として、各サイクルが薄層を堆積する、多重堆積サイクル（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｄｅｐｏｓｉｓｉｏｎ ｃｙｃｌｅ）を包含する。ＡＬＤは、各サイクルの間、単一のモノレイヤー（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）以下を堆積することによって、完全にコンフォーマルかつ均一な層を堆積することを追求する。一般的に、これは、自己終結前駆物質分子の使用ならびに前駆物質の凝縮（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）及び熱分解を抑制するために条件を最適化することによって達成される。例えば、チタン化合物の層を堆積するため、ＴｉＣｌ４等のチタン前駆物質分子が使用され得る。ＴｉＣｌ４により、基板の表面にチタン原子が付着する一方、塩素原子は、基板表面の反対側のチタン原子側上の吸着層（ａｄｓｏｒｂｅｄ ｌａｙｅｒ）を終結する（ｔｅｒｍｉｎａｔｅ）。その結果、基板表面が、ひとたびチタン分子のモノレイヤーによって被覆されれば、チタン層の表面（ｔｏｐ ｏｆ ｔｉｔａｉｕｍ ｌａｙｅｒ）は、比較的不活性で、自己終結するための吸着プロセスを生じる塩素原子を含むことになる。
【０００６】
ＣＶＤに比べ、化合物層、すなわち２以上の元素（ｅｌｅｍｅｎｔ）を含む層を生じるために使用されるＡＬＤ分子前駆物質は、一般的に、別々のパルスにおいてＡＬＤ反応器中に導入される。例えば、最初の前駆物質は、さらなる吸着を抑制する吸着された種のリガンドと共に、自己制限的に（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇｌｙ）最初のパルスにおいて基板上に吸着する。前駆物質の導入の間、反応チャンバーは、異なる前駆物質間の気相反応を抑制するために、排気又は不活性ガスでパージされる（ｐｕｒｇｅｄ）。第１前駆物質のパージの後、第２前駆物質が、（例えば、リガンドを奪うか又はリガンドを置換するため）第１前駆物質の導入によって堆積された層と反応させるために、反応チャンバー中に導入され得る。この方法において、１つのサイクルが完了し、１つの薄い化合物層が基板上に堆積される。第２前駆物質との反応の後、第２前駆物質（及びあらゆる副生成物）は、排気又は不活性ガスパージによって除去され得る。これらの前駆物質に加え、他の反応物質も、各サイクルの間、反応チャンバー中に送り込まれ（ｐｕｌｓｅ ｉｎｔｏ）得る。サイクルは、その後、所望の厚さの化合物層に達するまで、繰り返され得る。
【０００７】
ＡＬＤがＣＶＤに比べて優れたコンフォーミティ（ｃｏｆｏｒｍａｌｉｔｙ）及び均一性を付与する一方、ＡＬＤは、速度に関しては比較的不十分である。なぜなら、所望の厚さの層は、理論上は、一度に（実際には、立体障害の結果としての反応部位のブロックにより、１分子未満のモノレイヤーが一般的である）１分子のモノレイヤーを形成しなくてはならず、また、各モノレイヤーを形成するために、多数のステップを採用しなくてはならないことから、ＡＬＤは、ＣＶＤが行うよりもより遅く、既定の厚さを有する層を形成する。その結果、コンフォーミティ及び均一性が増加する一方、ＡＬＤは、ＣＶＤと比較して処理量の減少という欠点を有する。
【０００８】
それにもかかわらず、高いコンフォーミティ及び均一性は、重要事項であり、これは現在、半導体製造が、何千、何百万のデバイスを同時に直径２００ミリメートル（ｍｍ）の基板上に製造するプロセスの間、シリコン含有化合物膜を堆積することを包含するからである。さらに、この産業が３００ｍｍウェハに移行し（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）、そして、将来的にはさらに大きなウェハを使用し得る。加えて、さらに大きな基板は、フラットパネルディスプレイ等の形態で、ますます一般的になってきている。製造プロセス中のシリコン含有化合物膜の厚さ及び／又は組成における顕著な変化は、影響を受けたデバイスが要求される性能仕様を満たさない場合、より低い生産収率を導く可能性がある。同様に、特定のデバイス内のフィルムにわたる変化は、デバイス性能及び／又は信頼性を減少する可能性がある。従って、多数の回路上のマイクロ電子デバイスの製造に適合するために基板サイズが増加するにつれ、従来のＣＶＤプロセスの欠点によって生み出される問題も増大する。
【０００９】
その結果、高い処理能力、マイクロ電子デバイスにおける回路のサイズを減少すること及び基板の表面積を増加することに対する絶え間ない必要性のため、高い処理能力をも可能にする一方、シリコン化合物のより均一かつコンフォーマル層を形成する方法が、引き続き必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの側面によれば、集積回路におけるシリコン含有化合物層を形成するための複数のサイクルを含む方法が提供される。各サイクルは、トリシランに基板を暴露することによってプロセスチャンバーにおいて基板上にシリコン層を堆積することを含む。トリシランは、その後、プロセスチャンバーから実質的に除去される。該シリコン層は、シリコン含有化合物層を形成するために、反応種に暴露される。該反応種は、実質的にプロセスチャンバーから除去される。
【００１１】
本発明の他の側面によれば、絶縁フィルムの形成するための方法が提供される。この方法は、反応チャンバー内に基板を装填（ｌｏａｄｉｎｇ）することを含む。シリコンフィルムは、基板をシリコン供給源に暴露することによって形成される。基板を装填した後、第１のシリコン膜を基板上に形成するためのシリコン供給源は、ポリシランである。該シリコン供給源は、その後、実質的に反応チャンバーから除去される。該シリコン膜は、シリコンナイトライド膜を形成するために窒素源に暴露され、その後、該窒素源は、実質的に反応チャンバーから除去される。
【００１２】
さらに、本発明の他の側面によれば、集積回路用の、絶縁シリコン化合物の層を形成するための方法が提供される。該層は、所望の厚さを有し、反応チャンバー内で複数の化学気相成長サイクルを行うことによって形成される。各サイクルは、まず、シリコン供給源に基板を暴露することによって、基板上にシリコン層を堆積することを含む。この堆積されたシリコン層は、およそ３Å〜２５Åの厚さのシリコン層を有する。次に、該シリコン層は、部分的に絶縁シリコン化合物の層を形成するために反応される。該シリコン層を反応させるためのプロセス温度は、およそ６５０℃未満である。
【００１３】
本発明の他の側面によれば、シリコンナイトライド層を基板上に形成するためのプロセス（ｐｒｏｃｅｓｓ）を提供する。該プロセスは、結晶シリコン表面を有する基板を、単一基板層流反応チャンバー（ｓｉｎｇｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｌａｍｉｎａｒ ｆｌｏｗ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）内に装填することを含む。シリコン層は、その後、ポリシランを含むシリコン供給源を分解することによって、結晶シリコン表面上に形成される。
【００１４】
シリコン層の形成後、窒素供給源をプロセスチャンバー内に流入させることによって、該シリコン層は、窒化されてシリコンナイトライド層を形成する。その後、シリコン層の形成及びシリコン層の窒化を、結果として、約３Å〜１０００Åの厚さのシリコンナイトライド層になるまで、繰り返す。
【００１５】
さらに本発明の他の側面によれば、シリコンナイトライド膜を形成するための方法を提供する。該方法は、単一基板層流反応チャンバー内に基板を装填し、該基板上にシリコン層を化学気相成長することを含む。堆積されたシリコン層は、およそ５％以下の厚さ不均一性を有し、基板全体を覆う（ｏｖｅｒ）シリコン層の上面の高さが、およその窒化飽和深度（ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）よりも大きい。その後、該シリコン層は、窒化される。
【００１６】
本発明の他の側面によれば、集積回路が提供される。該集積回路は、基板を覆うシリコン化合物の絶縁層を含む。該絶縁層は、およそ１０パーセント以下の厚さ不均一性及びおよそ２原子パーセント未満の水素濃度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様で使用される、典型的な単一基板反応チャンバーの概略断面図である；
【図２】図２は、本発明の好ましい実施態様による、典型的な反応物質及び不活性ガス供給源を図示するガスフローの概略図である；
【図３】図３は、主に、本発明の好ましい実施態様による、シリコン含有化合物層を形成するためのステップを示す、フローチャートである；
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の好ましい実施態様による、シリコン含有化合物層の形成前の基板を図示する；
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の好ましい実施態様による、シリコン層の形成後の図４Ａの基板を図示する；
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の好ましい実施態様による、図４Ｂのシリコン層と反応種との反応後に形成されるシリコン含有化合物層を図示する；
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の好ましい実施態様による、図４Ｃのシリコン含有化合物層上に形成されたシリコン層を示す；
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の好ましい実施態様による、図４Ｄのシリコン層と反応種との反応後に形成されるシリコン含有化合物層を図示する；
【図５】図５は、本発明の好ましい実施態様による、シリコンナイトライド誘電層（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）を形成するためのステップを示すフローチャートである；
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の好ましい実施態様による、ウェハクリーニング後の基板を図示する；
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の好ましい実施態様による、シリコンオキサイド層の形成後の図６Ａの基板を図示する；
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の好ましい実施態様による、図６Ｂのシリコンオキサイド層上に形成されたシリコンナイトライド層を図示する；
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の好ましい実施態様による、図６Ｃのシリコンナイトライド層上の、次のシリコンナイトライド層の形成によって、より厚くされた図６Ｃのシリコンナイトライド層を図示する；
【図６Ｅ】図６Ｅは、図６Ｄのシリコンナイトライド層が本発明の好ましい実施態様により好ましい厚さに形成された後に形成されたゲート電極を図示する；
【図７】図７は、主に、本発明の好ましい実施態様による、シリコン含有化合物層の形成のためのステップを示す他のフローチャートである；
【図８】図８は、本発明の好ましい実施態様により形成されたシリコンナイトライド膜の横断面を示す透過型電子顕微鏡写真の複製である；
【図９】図９は、本発明の好ましい実施態様により形成されたシリコンナイトライド膜に対するＲＢＳスペクトルを示す；
【図１０】図１０は、本発明の好ましい実施態様により形成されたシリコンナイトライド膜に対するＲＢＳ ＥＲＤスペクトルを示す；ならびに
【図１１】図１１は、本発明の好ましい実施態様により形成されたシリコンナイトライド膜に対するリーク電流（ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）データを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
好ましい実施形態の詳細な説明
好ましい反応器
好ましい実施態様は、単一基板、水平流コールドウォール反応器（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｆｌｏｗ ｃｏｌｄ−ｗａｌｌ ｒｅａｃｔｏｒ）のコンテクストにおいて示されるが、本発明の特定の側面は、当該技術分野において公知の様々なタイプの反応器への適用を有し、本発明はそのような反応器に限定されないことが理解される。例えば、バッチリアクター（ｂａｔｃｈ ｒｅａｃｔｏｒｓ）が使用され得、複数のウェハを同時に処理する能力によって、向上した処理能力を有利に可能なものとする。好適なバッチリアクターは、オランダのＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｎ．Ｖ．から、商品名Ａ４１２ＴＭの下で商業的に入手できる。
【００１９】
それにもかかわらず、単一基板、水平流コールドウォール反応器の使用は、特に好都合である。例えば、示されるシングルパス水平流（ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｓｓ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｆｌｏｗ）デザインは、反応物質どうし及びチャンバー表面との相互作用を最小限に抑える一方、特に、下記の循環する堆積プロセスにおいて、順に、迅速で順次的な処理を容易にする、低い滞留時間の、反応物質ガスの層流を可能にする。そのような層流は、互いに反応し得る反応物質を順次的に流入することを可能にする。回避される反応は、酸素及び水素含有反応物質によって生じるような、高い発熱性及び爆発性の反応、ならびにチャンバーの粒子汚染を生じる反応を含む。しかしながら、当業者は、特定の順次的プロセスに対して、他の反応器デザインもこれらの結果を達成するために提供され得、不適合な反応物質を除去することを可能にするのに十分なパージ又は排気時間が提供されることを認識するであろう。
【００２０】
図１は、好ましい実施態様によって構築された、クォーツプロセス（ｑｕａｒｔｚ ｐｒｏｃｅｓｓ）又は反応チャンバー１２を含む、化学気相成長法（ＣＶＤ）反応器１０を示し、ここに開示される方法は、それに対して特有の実用性を有する。反応器１０の優れた処理コントロールは、多数の異なる材料のＣＶＤにおける有用性を有し、同じチャンバー１２において順次的に複数の処理ステップを安全かつクリーンに達成し得る。反応器１０の基本的な構成は、アリゾナ州フェニックスのＡＳＭ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．から商品名ＥｐｓｉｌｏｎＴＭの下で商業的に入手することができる。
【００２１】
複数の放射熱源は、相当な量の吸収を伴うことなく、チャンバー１２において熱エネルギーを提供するために、チャンバー１２の外側で、クオーツチャンバー（ｑｕａｒｔｚ ｃｈａｍｂｅｒ）１２ウォールによって支持される。図示される放射熱源は、伸長された管状の放射熱エレメント１３（ｒａｄｉａｎｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ １３）の上部加熱アセンブリ（ｕｐｐｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を備える。上部加熱エレメント１３は、好ましくは、空間を空けて平行関係に配置され、また、実質的に下にある反応チャンバー１２を通る反応物質ガス流路（ｒｅａｃｔａｎｔ ｇａｓ ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）とも平行に配置される。下部加熱アセンブリ（ｌｏｗｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｙ）は、反応チャンバー１２の下の同様に伸長された管状放射熱エレンメント１４を含み、好ましくは、上部加熱エレメント１３を横断して位置される。望ましくは、放射熱の一部は、それぞれ上部及び下部ランプ１３及び１４の上及び下の粗い鏡面リフレクタプレートによって、チャンバー１２中に広く反射される。加えて、複数のスポットランプ１５は、反応チャンバー１２の底部を通じるコールドサポート構造によって生み出されるヒートシンク効果を妨げるために、基板支持構造（後述）の底面に対して濃縮された熱（ｃｏｎｃｅｔｒｒａｔｅｄ ｈｅａｔ）を供給する。
【００２２】
各伸長された管状加熱エレメント１３、１４は、好ましくは、ヨウ素等のハロゲンガスを含む透明なクォーツエンベロープ（ｑｕａｒｔｚ ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を有する高輝度タングステンフィラメントランプである。そのようなランプは、相当量の吸収を伴うことなく、反応チャンバー１２の壁を通して伝えられる広範囲の放射熱エネルギーを生じる。半導体処理装置の技術分野において公知であるように、様々なランプ１３、１４、１５のパワーは、独立に又はグループ化した領域において、温度センサーに応じて制御され得る。しかしながら、当業者は、ここに記載されるプロセスの原理及び利点が、他の加熱及び温度制御システムによって達成され得ることを理解するであろう。
【００２３】
基板は（好ましくは、シリコンウェハ１６を含む）、基板支持構造１８上の反応チャンバー１２内で支持されることが示される。ここで留意すべきは、図に示される実施態様の基板は単結晶シリコンウェハであるが、用語“基板”は、層が堆積されるあらゆる表面を広く言及するものと理解されるであろう。さらに、薄い、均一な層は、しばしば、ガラス又は他の基板上の光学的な（ｏｐｔｉｃａｌ）薄膜の堆積を含む（ただし、これに限定されない）他の基板について要求される。
【００２４】
図に示された支持構造１８は、ウェハ１６が置かれ、支持スパイダー２２によって順に支持される、基板ホルダー２０を含む。スパイダー２２は、チャンバーの下部壁に垂れ下がるチューブ２６の下方に延びるシャフト２４に取り付けられる。好ましくは、チューブ２６は、処理の間に流れ得るパージ又はスウィープ（ｓｗｅｅｐ）ガスを供給源に通じ、プロセスガス（ｐｒｏｃｅｓｓ ｇａｓ）がチャンバー１２の下部セクションへと逃げていくのを防ぐ。
【００２５】
複数の温度センサーは、ウェハ１６に接近して位置する。温度センサーは、光高温計又はサーモカップル等の、あらゆる様々な形態を取ることができる。温度センサーの数及び位置は、以下に記載される好ましい温度コントローラーを考慮して理解されるように、温度均一性を促進するために選択される。図に示される反応（ｒｅａｃｔｉｏｎ）１０において、温度センサーは、直接又は間接に、ウェハに近接する位置の温度を感知する。
【００２６】
示される実施態様において、温度センサーは、あらゆる好適な様式でウェハホルダー２０の下に吊された、第１又は中心サーモカップル２８を含む、サーモカップルを備える。示された中心サーモカップル２８は、ウェハホルダー２０に近接するスパイダー２２を通る。さらに、反応器１０は、同様にウェハ１６に近接する複数の第２又は周辺（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）サーモカップルを含み、前縁（ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ）又は前方（ｆｒｏｎｔ）サーモカップル２９、後縁又は後方サーモカップル３０及び側方サーモカップル（示さない）を含む。各周辺サーモカップルは、基板ホルダー２０及びウェハ１６を取り囲む、スリップリング（ｓｌｉｐ ｒｉｎｇ）３２内に納められる。各中心及び周辺サーモカップルは、様々な加熱エレメント１３、１４、１５のパワーを、サーモカップルの読みに応じて設定する、温度コントローラーに接続される。
【００２７】
周辺サーモカップルを納めることに加え、スリップリング３２は、ウェハエッジでのより大きな熱の損失又は吸収への傾向（そのようなエッジの近くの領域における容積に対する表面積のより大きな比によって生じることが知られている現象）を補償するように、高温加工中の放射熱を吸収及び放射する。エッジ損失を最小化することによって、スリップリング３２は、ウェハ１６を横断する放射熱不均一性のリスクを減少し得る。スリップリング３２は、あらゆる好適な手段で吊され得る。例えば、図に示されるスリップリング３２は、前方チャンバーディバイダ（ｆｒｏｎｔ ｃｈａｍｂｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ）３６及び後方チャンバーディバイダ（ｒｅａｒ ｃｈａｍｂｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ）３８に従属するエルボー（ｅｌｂｏｗ）３４上に位置する。ディバイダ３６、３８は、望ましくはクウォーツで形成される。いくつかのアレンジメントにおいて、後方ディバイダ３８は省略され得る。
【００２８】
図に示された反応チャンバー１２は、反応物質及びキャリアガスの注入用のインレットポート（ｉｎｌｅｔ ｐｏｒｔ）４０を含み、また、ウェハ１６もそれを通して受け取られ得る。アウトレットポート（ｏｕｔｌｅｔ ｐｏｒｔ）４２は、インレット４０及びアウトレット４２間に位置されるウェハ支持構造１８と共に、チャンバー１２の反対側に存在する。
【００２９】
インレットコンポーネント５０は、反応チャンバー１２にフィットされ、インレットポート４０を囲むように適応され、そしてウェハ１６が挿入され得る、水平に伸長されたスロット５２を含む。一般的に、垂直インレット５４は、図２に関してより完全に記載される、離れた供給源からガスを受け取り、そのようなガスをスロット５２及びインレットポート４０に通じる。インレット５４は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．５，２２１，５５６（Ｈａｗｋｉｎｓ ｅｔ ａｌ．により発行）又は１９９６年４月２５日に出願された、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．０８／６３７，６１６の図２１〜２６に関して記載され（これらの開示がここに参考として援用される）、ガスインジェクターを含み得る。そのようなインジェクターは、単一ウェハ反応器に対するガスフローの均一性を最大にするようにデザインされる。
【００３０】
同様に、アウトレットコンポーネント５６は、排気口５８がアウトレットポート４２と整列され、排気導管５９に導くように、プロセスチャンバー１２に取り付ける。チャンバー１２を通してプロセスガスを取り出すために、導管５９を、今度は、好適な減圧手段（記載せず）に通じることができる。好ましい実施態様において、プロセスガスは、反応チャンバー１２及び下流スクラバー（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｓｃｒｕｂｂｅｒ）８８を通して取り出される（図２）。ポンプ又はファンが、好ましくは、チャンバー１２を通るプロセスガスの取り出しにおいて補助するため及び低圧加工用のチャンバーを排気するために含まれる。
【００３１】
また、好ましい反応器１０は、好ましくは、チャンバー１０から上流に位置された励起種の供給源６０も含む。図示された実施態様の励起種供給源６０は、ガスライン６２に沿うマグネトロン発電機及びアプリケーターを含む、リモートプラズマ発生器（ｒｅｍｏｔｅ ｐｌａｓｍａ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を含む。典型的なリモートプラズマ発生器は、ドイツ、ミュンヘンのＲａｐｉｄ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｒａｄｉｃａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｒ３Ｔ）ＧｍｂＨから商品名ＴＲＷ−８５０の下で商業的に入手可能である。図に示される実施態様において、マグネトロンからのマイクロ波エネルギーは、ガスライン６２に沿ったアプリケーターにおいて流れるガスに連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）。前駆体ガスの供給源６３は、励起種発生器６０に導入するために、ガスライン６２に連結される。図に示される実施態様は、前駆物質ガスとしてＮ２を採用する。キャリアガス６４の別々の供給源も、ガスライン６２に連結され得、実施態様においては窒素源として窒素ガスを採用しているが、別々のキャリアガスは省略され得る。１以上のさらなる分岐ライン６５も、追加の反応物質用に提供され得る。各ガスラインは、発生器６０に導入され、そこから反応チャンバー１２へと導入されるキャリア及び反応種の相対量の選択を可能にするため、示されるように、別々のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）及びバルブを備え得る。
【００３２】
ウェハを、好ましくは、周囲の環境から隔離されたハンドリングチャンバー（ｈａｎｄｌｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ）（示さず）から、ピックアップデバイスによってスロット５２を通す。ハンドリングチャンバー及びプロセスチャンバー１２は、好ましくは、垂直アクチュエータを有するスリットバルブ又はＵ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．４，８２８，２２４に開示されるタイプのバルブ等のゲートバルブ（記載していない）によって分離される。
【００３３】
２００ｍｍのウェハを加工するためにデザインされた単一ウェハプロセスチャンバー１２のトータル容積キャパシティは、例えば、好ましくは、およそ３０リットル未満、より好ましくはおよそ２０リットル未満、さらに好ましくはおよそ１０未満である。図に示されるチャンバー１２は、およそ７．５リットルの最大容積（ｃａｐａｃｉｔｙ）を有する。しかしながら、図に示されるチャンバー１２は、ディバイダ３２、３８、ウェハホルダー２０、リング３２及びチューブ２６から流れるパージガスによって分割されるため、それを通るプロセスガスの有効容積は、総容積のおよそ半分である（図に示される実施態様においておよそ３．７７リットル）。もちろん、チャンバー１２が適合するようにデザインされたウェハのサイズによって、単一ウェハプロセスチャンバー１２の容積は異なると理解される。例えば、図に示されたタイプの単一ウェハプロセスチャンバー１２は、３００ｍｍウェハ用であるが、好ましくはおよそ１００リットル未満、より好ましくはおよそ６０リットル未満、さらに好ましくはおよそ３０リットル未満の最大容積を有する。１つの３００ｍｍウェハプロセスチャンバーは、およそ２４リットルの総容積を有し、およそ１１．８３リットルの有効加工ガス最大容積を有する。そのようなチャンバーの比較的小さな容積は、望ましくは、下記の循環するプロセスの相（ｐｈａｓｅｓ）間の迅速なチャンバーの排気又はパージを可能にする。
【００３４】
図２は、好ましい実施態様によるガスラインの概略図を示す。反応器１０には、好ましいシリコン供給源ガス又は前駆物質として、トリシランの液体反応物質供給源７４が提供される。液相反応物質７４を泡立たせるため及び気相反応物質をバブラー（ｂｕｂｂｌｅｒ）から反応チャンバー１２へ運ぶための、ガス（好ましくはＨ２）を含む不活性ガス供給源７５も、示される。バブラーは、シリコン供給源として液体トリシラン７４を保持する一方、ガスラインは、液体シリコン供給源を通して不活性ガスを泡立たせ、前駆物質を気体の形態で反応チャンバー１２へと輸送する。
【００３５】
同様に図２に示されるように、反応器１０は、さらに、水素ガス（Ｈ２）の供給源７２を含む。当該技術分野において周知の通り、水素は、その低い沸点によってきわめて高い純度で提供され得ることから、水素は有用なキャリアガス及びパージガスであり、シリコン堆積に適している。
【００３６】
また、好ましい反応器１０も、窒素ガス（Ｎ２）の供給源７３を含む。当該技術分野において周知の通り、Ｎ２は、しばしば、半導体製造において、Ｈ２のかわりにキャリア又はパージガスとして採用される。窒素ガスは比較的不活性であり、多くの集積材料（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）及びプロセスフローに適している。他の可能性のあるキャリアガスは、ヘリウム（Ｈｅ）又はアルゴン（Ａｒ）等の、希ガスを含む。
【００３７】
加えて、２原子窒素（Ｎ２）等の、他の窒素供給源６３は、チャンバー１２中における堆積されたシリコン層との反応のための活性種を提供するために、リモートプラズマ発生器６０に、提供され得る。追加として又はそのかわりに、アンモニア（ＮＨ３）供給源８４が、熱窒化のための揮発性窒素供給源としてはたらくために、提供され得る。さらに、当該技術分野において公知の通り、他のあらゆる好適な窒素供給源を採用することができ、直接又はリモートプラズマ発生器６０を通して、チャンバー１２中に流入させることが可能である。他のアレンジメントにおいて、ガス供給源６３は、シリコン含有化合物層を形成するため、他の反応物質ラジカルの供給源（例えば、Ｏ、Ｃ、Ｇｅ、金属等）を含むことができる。
【００３８】
また、反応器１０にも、酸化剤又はオキシダントの供給源７０を備え得る。オキシダント供給源７０は、あらゆる数々の公知のオキシダント、特に、Ｏ２、ＮＯ、Ｈ２Ｏ、Ｎ２Ｏ、ＨＣＯＯＨ、ＨＣｌＯ３等の揮発性オキシダントを含み得る。
【００３９】
望ましくは、反応器１０は、ドーパント供給源（例えば、図に示されるホスフィン７６、アルシン７８及びジボラン８０供給源）、ならびに反応器の壁及び他の内部構成部品をクリーニングするためのエッチャント（例えば、励起種発生器６０を通して提供されるＨＣｌ供給源８２又はＮＦ３／Ｃｌ２（記載していない））等の他の供給源ガスをも含む。下記に議論されるように、ポリシランを用いて最初のシリコン層が堆積された後のシリコン層の堆積のため、シランの供給源８６も同様に提供され得る。
【００４０】
各ガス供給源は、ガスパネルにて調整されたマスフローコントローラ（“ＭＦＣｓ”）と同様に、安全及び制御バルブ（ａｔｔｅｎｄａｎｔ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅｓ）を有するガスラインを介して、インレット５４（図１）に接続され得る。プロセスガスは、中央コントローラー中にプログラムされ、インジェクターを通してプロセスチャンバー１２に分布された方向に従って、インレット５４（図１）に通じる。プロセスチャンバー１２を通った後、未反応プロセスガス及び気体の反応副生成物は、大気中に排気する前に、環境的に危険な蒸気を濃縮するために、スクラバー８８に排気される。
【００４１】
上述の通り、従来のガス供給源に加え、好ましい反応器１０は、反応チャンバー１２から離れて又はその上流に位置される、励起種供給源６０を含む。図に示される供給源６０は、ガスが反応物質供給源６３由来の反応前駆物質（ｒｅａｃｔａｎｔ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ）を取り込む（ｉｎｃｌｕｄｅ）、アプリケーター中に流入するガスにマイクロ波エネルギーを結合する（ｃｏｕｐｌｅ）。プラズマはアプリケーター内で発火し、励起種は、チャンバー１２へと運ばれる。好ましくは、供給源６０によって生じた励起種の過剰に反応性のイオン種は、実質的に、チャンバー１２に入る前に、再結合する。一方、Ｎラジカルは、チャンバー１２に入るように生存することが可能であり、適当なように反応する。
【００４２】
加えて、プラズマを、反応チャンバーにおいて、ｉｎ ｓｉｔｕで発生させることができる。しかしながら、そのようなｉｎ ｓｉｔｕプラズマは、一部の堆積層に損傷、均一性及び粗度の問題の原因となる可能性がある。その結果、プラズマが使用されるところでは、一般的に、遠く離れて発生されたプラズマが好ましい。
【００４３】
トリシラン
マイクロ電子デバイスの製造は、シリコン含有化合物膜を堆積するために、ＣＶＤプロセスにおいてシラン（ＳｉＨ４）を長く使用してきた。それにもかかわらず、以下に議論されるように、多数の欠点を有することが見出された。
【００４４】
製造の文脈において、十分に制御されかつ再現可能な堆積プロセスは、デバイス収率および生産速度を最大化するために高度に所望されることが理解される。さらに、一般的に、堆積膜は、厚みおよび元素組成の両方においてできるだけ均一であることが望ましい。しかし、シランを使用する既存のプロセスは、シランの制限に起因して、種々の程度に非均一である膜を製造する傾向がある。
【００４５】
劇的な温度バリエーションは、加熱および温度制御システムにおける制限に起因して、ＣＶＤによって基板表面に堆積される膜の非均一性において重要な役割を果たす。基板の表面温度は、得られた膜の堆積速度および組成に影響することが見出された。従って、基板の表面全体にわたる温度バリエーションは、堆積速度におけるバリエーションを引き起こし、これは、次いで、堆積した膜における厚みのバリエーションを引き起こし得る。
【００４６】
これらの温度バリエーションは、いくつかの因子に起因し得る。例えば、温度は、堆積が進行するにつれて変化し得る。なぜなら、温度制御は、しばしば、基板の暴露された表面に依存するからである。また、単一のウェハ、水平ガスフローリアクター中のＳｉＣコーティング黒鉛成分（例えば、予め加熱したリングおよびサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ））の温度バリエーションは、温度および膜の非均一性に貢献し得る。さらに、他のプロセスパラメーターの不完全な制御（ガスフロー速度および全圧を含む）はまた、膜の物理的特性における非均一性に貢献すると考えられる。
【００４７】
これらのプロセスにおけるバリエーションは変化し得るので、基板上の位置の関数として、任意の特定の瞬間に堆積速度が変化し、基板の表面全体にわたって堆積する膜における厚みのバリエーションを得る。同様に、時間において任意の特定の瞬間に堆積する膜の組成は、多成分膜についての基板の表面全体にわたって場所毎に変化する。理論に制限されることなく、このようなバリエーションは、多成分膜の元素成分の各々を導入するために使用される前駆体間に存在する解離吸収活性化エネルギー（ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｖｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）における差異の直接的な結果であり得る。すなわち、化合物を形成する際に使用される異なる前駆体は、異なる速度で堆積し得、そして、温度バリエーションに対して異なる感受性を有する堆積速度を有し得る。結果として、以下に議論される平均化（ａｖｅｒａｇｉｎｇ−ｏｕｔ）／調整（ｔｕｎｉｎｇ）アプローチは、組成の非均一性の問題を必ずしも解決しない。
【００４８】
厚みおよび組成の非均一性に関する問題は、いくつかの実用的な問題を引き起こし得る。製造プロセスの間のシリコン含有化合物膜の厚みおよび／または組成における有意なバリエーションは、影響されるデバイスが要求される仕様または基準を満たさない場合、製造収率の低下を導き得る。また、特定のデバイス内の膜全体にわたるバリエーションは、デバイス性能および／または信頼性を減少させ得る。多数の場合において、これらの問題は悪化する。なぜなら、製造は、直径が２００ミリメートル（ｍｍ）であるウェハ上に同時に何千または何百万ものデバイスを製造するプロセスの間に、シリコン含有化合物膜を堆積することを包含するからである。工業は、現在３００ｍｍウェハに変化し、そして将来より大きいウェハでさえ使用し得る。
【００４９】
厚みの非均一性を和らげる１つの技術は、反応条件が実験的に調整された後、比較的厚い膜を堆積することである。このアプローチは、厚みの非均一性が、任意の特定の層の堆積時間にわたり平均化する傾向があるという事実による。加熱ランプの温度および配置、ガスフロー速度、ガス圧、ガス組成等のような変化し得るリアクタープロセス変数は、ウェハ支持体を回転させて、特に、単一のウェハシステム中において、全体の膜の厚みを平均化するために調整され得る。
【００５０】
調整は、各々、異なる予め選択されたセットの堆積条件下で、大多数の膜を堆積することを含む。次いで、各膜内の厚みのバリエーションは、測定され、そして厚みのバリエーションを減少または除去する条件を同定するために結果を分析する。所望でないことには、この反復プロセスを実施するために必要な時間および試験ウェハに起因して、多大な費用がかかる。
【００５１】
さらに、調整は、堆積プロセス中で基板全体にわたり均一な温度を生成することを必ずしも必要としない。むしろ、調整プロセスの結果は、特定の反応温度「設定ポイント」（すなわち、反応チャンバー装置が設定される基板温度）についての温度バリエーションによって生成される厚みのバリエーションを時間平均化（ｔｉｍｅ−ａｖｅｒａｇｅ）することである。しかし、特定の設定ポイントにおいて、基板の表面全体にわたる温度は、依然として変動し得る。
【００５２】
次いで、これは、組成のバリエーションの問題を提起する。なぜなら、組成の均一性は３次元で所望される（膜表面全体と膜の厚みの両方）。例えば、多数の膜は、ドーパントを含み、そしてこれらのドーパントのレベルは、膜の電子特性に影響する。非均一な温度は、膜へのドーパントまたは他の反応物の非均一な導入を生じ得る。
【００５３】
堆積の非均一性の問題は、非常に薄いシリコン含有化合物膜を堆積する際に、特に激しい。薄膜を製造するための能力は、回路の寸法が減縮し、得られたデバイスがよりコンパクトになるので、より重要となっている。しかし、上に記載される平均化／調整アプローチは、ますます不適切となっている。なぜなら、薄膜についての堆積プロセスが、一般的に、厚い膜についてよりも短く、膜の厚みを平均化する時間がより少ないからである。さらに、高度にコンパクトなデバイスは、組成の非均一性（平均化／リアクター調整によって適切に取り組まれていない問題）により感受性である。
【００５４】
変化し得るプロセス条件によって導入される複雑性に加えて、薄膜における膜均一性はまた、核形成現象によって影響される。核形成は完全に理解されていないが、シランを用いるＣＶＤによる堆積は、多数の別々のシリコンアイランドが基板の表面に最初に形成するプロセスによって生じることが観察されている。堆積が進行するにつれて、これらのアイランドは、お互いに接触するまで成長する傾向があり、最終的に、連続的なシリコン膜を形成する。この時点において、シリコン膜は、代表的に、最初の核形成部位に対応するピークおよび核形成部位間の領域に対応する谷を有する粗い表面を有する。堆積がさらに進み、膜が厚化するにつれて、厚みの均一性は、上に記載されるのと類似のプロセスを平均化することによって増加する。
【００５５】
しかし、薄い連続的なシリコン含有化合物膜は、一般的に、既存のシラン堆積プロセスによって調製するのが非常に困難である。なぜなら、膜は、アイランドが成長して一緒になって連続膜を形成する前に、アイランドのピーク近くの領域で所望の厚みを達成し得るからである。これらの問題は、より薄い膜について、そしてアモルファス膜における原子の表面移動によって、悪化する。連続性の問題は、代表的に、約２００Å以下の厚みを有する膜を堆積するためにシランを使用する場合に観察され、そして約１００Å未満の厚みを有する膜について、より多く観察される。これらの問題はまた、膜の表面積が増加するにつれて悪化する。重大な困難性は、しばしば、約１平方ミクロン以上の表面積を有する非常に薄い膜について遭遇し、約５平方ミクロン以上の表面積を有する非常に薄い膜について、より多く遭遇する。基板の性質はまた、表面が核形成および成長に影響する程度にシラン堆積を複雑化し得る。従って、例えば、シランを使用する、パターン化された誘電性基板上での非常に薄い連続的なアモルファスシリコン含有化合物膜の堆積は、特にやりがいがある。
【００５６】
前述を考慮して、米国出願番号１０／０７４，５６４（２００２年２月１１日出願）および公開されたＰＣＴ出願ＷＯ０２／０６４，８５３（２００２年８月２日公開）（これらの開示は、本明細書中にその全体が参考として援用される）に開示されるように、トリシラン（Ｈ３ＳｉＳｉＨ２ＳｉＨ３またはＳｉ３Ｈ８）は、シリコン供給源として使用される場合に相当な利益を提供することが発見されている。トリシランを利用する膜堆積方法は、ここで、基板の表面全体にわたる温度バリエーションにあまり感受性でないことが発見された。さらに、トリシランを用いる堆積速度は、堆積チャンバーへのトリシランのフロー速度とともに実質的に連続的に増加し、そして基板物質および厚みに対して比較的非感受性である。また、トリシランは、極端に短い膜核形成時間を有し、これは、シリコンの局在化した結晶堆積のサイズを減少させる。結果として、堆積したシリコン膜は、より薄くされ得、依然として均一である。さらに、この膜は、局在化したシリコン堆積物の減少したサイズに起因して、減少した表面の粗さを示す。
【００５７】
さらに、プロセス生産量（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）に関して、トリシランは、シランと比較してより高い堆積速度を示す。トリシランはまた、熱経費を減少させる。なぜなら、これは、シランよりも低いプロセス温度の使用を可能にするからである。
【００５８】
従って、本明細書中に記載される堆積方法においてトリシランを使用することは、多数の利点を提供する。例えば、これらの堆積方法は、均一に薄くそして連続的であるシラン含有化合物膜の製造を可能にする。これらの利点は、次いで、デバイスがより高い収率で製造されることを可能にし、そしてより小さい回路の寸法および／またはより高い信頼性を有する新しいデバイスの生産を可能にする。これらおよび他の利点は、以下に議論される。
【００５９】
プロセスフロー
以下により詳細に記載されるように、シリコン含有化合物層の形成において、薄いシリコン層は、望ましくは、シリコン前駆体、好ましくはトリシランに基板を最初に暴露することによって基板に堆積される。シリコン層は、別の前駆体と反応されてシリコン含有化合物層を形成し得る。好ましい実施形態において、他の前駆体は、窒素供給源である。窒素供給源は、シリコン層を窒化するために反応チャンバー中に導入され、シリコンナイトライドを形成する。窒化は、シリコン層中のシリコンが窒素供給源由来の窒素と反応する場合に生じて、シリコンナイトライドを生成する。窒化は、好ましくは、基板の表面のシリコン層に限定され、そして有利には、窒素供給源とのシリコン層の反応において実質的に完全な化学量論を生じる。このような完全な反応は、不純物があまり組み込まれないこと、より密度が高い膜、ならびに改善された厚み制御およびステップカバレッジを可能にする。さらに、以下に議論されるように、堆積された層は、絶縁特性を改善し、従来の絶縁薄膜よりもより厚くされ得、拡散バリアとしてこれらの堆積層の効果を増加する。
【００６０】
他の実施形態において、シリコン層は、窒素以外の反応物と反応されて、他のシリコン含有化合物層を形成し得る。例えば、シリコン層は、酸化されて、シリコンオキサイド層を形成し得る。このような場合において、酸素供給源は、窒素供給源の代わりに使用され得る。酸素供給源としては、例えば、原子状酸素、水、オゾン、酸素、一酸化窒素、亜酸化窒素または当該分野で公知の他のオキシダントが挙げられ得る。同様に、当該分野で公知の他の前駆体が、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイド、金属ケイ化物を含むがこれらに限定されないシリコン含有化合物層を形成するために使用され得る。
【００６１】
さらに、これらの堆積および反応の多数の連続サイクルは、シリコン含有化合物層を所望の厚みに構築するために実施され得る。有利には、本発明の方法によって形成される異なるシリコン含有化合物層は、他のものの上に（ｏｎｅ ｏｖｅｒ ａｎｏｔｈｅｒ）形成され得る。例えば、シリコンナイトライド膜は、シリコンオキサイド膜上に堆積され得る。さらに、シリコン含有化合物層は、ドープされてもよいし、そうでなければさらに反応されてもよい。例えば、シリコンナイトライド層は、シリコンオキシナイトライド層を形成するために酸化され得る。
【００６２】
図３は、本発明の好ましい実施形態に従う一般的なプロセスシーケンスを示す。基板は、プロセスチャンバー中に提供され、全てのシーケンスステップは、好ましくは、そのプロセスチャンバー中でインサイチュで実施される。
【００６３】
好ましくは、プロセスチャンバーは、Ｐｈｏｅｎｉｘ， ＡｒｉｚｏｎａのＡＳＭ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｉｎｃ．より市販され、図１および２に関して上に記載される、ＥｐｓｉｌｏｎＴＭシリーズの単一ウェハリアクターのような、単一ウェハの、水平ガスフローリアクターであり、好ましくは、放射加熱される。結果として、図３に示されるプロセスがまた、シャワーヘッドの配置を有するもののような、代替的なリアクター中で使用され得るが、増加した均一性および堆積速度における利益は、回転基板を使用する、ＥｐｓｉｌｏｎＴＭチャンバーの、水平単一パス層ガスフロー配置において特に効果的であることが見出された。
【００６４】
図３を参照すると、ステップ１００において、シリコン層は、基板上に形成される。「基板」は、シリコン含有物質が本発明の好ましい実施形態に従って堆積されるかまたは適用される、任意の基礎をなす表面を含むように、その通常の意味で、本明細書中で使用される。好ましい基板は、金属、シリコン、ゲルマニウム、プラスチック、および／またはガラス、好ましくは、シリコン化合物（Ｓｉ−Ｏ−Ｃ−Ｈ低誘電率の膜を含む）およびケイ素合金を含むがこれらに限定されない、実質上任意の物質からなり得る。基板はまた、トレンチまたはステップのような物理的構造上にそれらを有し得る。特に好ましい基板は、その上にインターフェーシャル・レイヤーを有するシリコン基板を含む。さらに、約４８０℃以上の加工温度で、水素で不動態化したＳｉ＜１００＞表面は、シリコン基板として有利に使用され得る。
【００６５】
ポリシランは、好ましくは、シリコン層１００を形成するためにシリコン供給源として使用される。本明細書中で使用される場合、「ポリシラン」は、化学式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎ＝２〜４）を有する。好ましくは、ポリシランは、ジシランまたはトリシランである。最も好ましくは、ポリシランはトリシランである。結果として、本発明は、トリシランと共にＣＶＤサイクルを使用する特に好ましい実施形態の文脈において記載されるが、当業者は、本発明の開示を考慮して、記載されるプロセスの特定の利点が他の前駆体および／または他の堆積技術で得られ得ることを理解するであろう。
【００６６】
シリコン層１００を形成する際に、シリコン前駆体の堆積は、当業者に公知の種々の堆積方法に従って適切に行われ得るが、最も大きい利益は、堆積が本明細書中に教示されるＣＶＤ法に従って行われる場合に得られる。開示される方法は、プラズマ・エンハンスト化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）または熱ＣＶＤ（気体のトリシランを利用して、ＣＶＤチャンバー内に含まれる基板上にシリコン含有化合物膜を堆積させる）を含む、ＣＶＤを使用することによって適切に実践され得る。熱ＣＶＤは、プロセスのシリコン堆積相について好ましい。
【００６７】
ポリシランは、好ましくは、供給ガスの形態でまたは供給ガスの成分として、プロセスチャンバー１２（図１）に導入される。供給ガスは、ポリシラン以外のガス（例えば、不活性キャリアガス）を含み得る。キャリアガスは、当該分野で公知のキャリアガス（例えば、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、またはその種々の組み合わせ）を含み得る。好ましくは、窒素は、本明細書中に使用される方法についてキャリアガスとして使用される。
【００６８】
ポリシランがトリシランである場合、トリシランは、好ましくは、トリシラン蒸気を同伴するキャリアガスと共に使用されるバブラー、より好ましくは温度制御バブラーによりチャンバーに導入される。好ましくは、バブラーからのトリシランフロー速度は、約１ｓｃｃｍ〜１ｓｌｍまで、より好ましくは、約５０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍまで変化する。好ましくは、キャリアガスは、約２ｓｌｍ〜２０ｓｌｍで変化するフロー速度を有する。
【００６９】
反応チャンバー１２（図１）における全圧は、好ましくは、約０．００１Ｔｏｒｒ〜約７８０Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは、約０．００１Ｔｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒの範囲、最も好ましくは、約０．００１Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの範囲である。トリシランの分圧は、好ましくは、全圧の約０．０００１％〜約１００％の範囲、より好ましくは、全圧の約０．００１％〜約５０％の範囲である。供給ガスのポリシランおよび他の成分の相対的な分圧は、好ましくは、シリコン含有化合物膜を堆積する過程にわたり比較的一定に維持される。しかし、シリコン層形成１００および他のステップは、必ずしも等圧的に行われる必要はない。例えば、ステップ１００は、ステップ１２０よりも高い圧力で行われ得、逆も行われ得る。
【００７０】
有利には、０．００１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力での堆積が、優れた均一性を生じることが見出されている。さらに、低分圧が、一般的に、プロセスの間により低い水素含量を維持するために所望である。しかし、より多くのケイ素原子数を有するシランにおける固有の低いＨ：Ｓｉ比に起因して、例えばトリシランについての分圧は、より低次のシラン（例えば、ジシランおよびシラン）についてのそれよりも高くあり得る。
【００７１】
好ましくは、シリコン層形成１００およびサイクル１４０は、一般的に、等熱的に行われる。熱ＣＶＤについて、好ましい堆積温度は、約４００℃〜約８００℃、好ましくは、約４５０℃〜約７５０℃、より好ましくは、約４５０℃〜約６５０℃の範囲である。好ましくは、これらの温度は、基板についての温度設定に対応する。
【００７２】
好ましくは、熱い基板表面でシリコン前駆体を熱分解または分解するのに十分なエネルギーを供給し、そして、基板表面に送達される速度によって主に制御される速度でシリコンを堆積するために、堆積条件は創られる。従って、トリシランのような前駆体について、堆積はまた、好ましくは、質量輸送制限レジーム（ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｒｅｇｉｍｅ）中またはそれに近い化学気相成長堆積条件化で行われる。質量輸送制限レジームにおいて、堆積速度は、本質的に温度と無関係である。これは、基板の表面全体にわたる小さい温度バリエーションが堆積速度にほとんどまたは全く影響しないことを意味する。質量輸送制限レジームにおける堆積は、厚みおよび組成バリエーションを非常に最小化し、そして本明細書中に記載される好ましいシリコン含有化合物膜の製造を可能にすることが見出された。従って、有利には、このような条件は、最小の負荷効果またはパターン感受性を有する堆積を可能にする。
【００７３】
好ましいシリコン含有化合物層の形成において、ステップ１００で形成される膜の厚みは、当該分野で公知のように、所定の一連の堆積パラメーター（例えば、全圧および温度）について堆積時間および／またはガスフロー速度を変化させることによって、意図される適用に従って変化され得る。特定の一連の堆積条件について、シリコン層形成１００のシリコン堆積の期間は、薄いシリコン層が形成されるように選択されるべきである。薄くかつ均一なシリコン層を形成することにより、層は容易に十分に反応され得、例えば、窒化または酸化され得、以下に記載される、薄くかつ均一なシリコン含有化合物層の形成を可能にする。結果として、約６５０℃未満で、シリコン層の厚みは、約３Åと２５Åとの間であり、より好ましくは、約３Åと１５Åとの間であり、最も好ましくは、約３Åと８Åとの間である。しかし、好ましい厚みの範囲は、温度のようなプロセス条件に依存して変化し得ることが理解される。より高い温度において、より厚いシリコン層が、依然として堆積され得るが、依然として、層が十分に反応されることを可能にする。例えば、約９００℃以上の温度において、約２０〜５０Åのシリコン層が使用され得る。
【００７４】
シリコン層形成１００後、任意の過剰なシリコン供給源および副産物は、プロセスチャンバーから除去１１０され得る。シリコン供給源除去１１０は、以下を含む除去プロセスのいずれか１つまたは任意の組み合わせによって生じ得る：不活性ガスでのプロセスチャンバーのパージ、シリコン供給源の排気、または反応種を運ぶガスによるシリコン供給源ガスの置換。しかし、シリコン供給源ガス除去１１０が、反応種を運ぶガスとの供給源ガスの置換によって達成される場合、プロセスチャンバーは、好ましくは、上に記載され図１に示される、ＡＳＭ ＥｐｓｉｌｏｎＴＭシリーズの単一ウェハリアクターのような、単一基板層流チャンバーである。さらに、シリコン供給源ガス除去１１０がパージによって行われる場合、プロセスチャンバー１２は、好ましくは、数秒間パージされる。
【００７５】
シリコン供給源ガス除去１１０は、好ましくは、チャンバー１２（図１）中の特定の反応物の量がチャンバー１２に入る次の反応物との所望でない副反応を最小化するために十分に低いレベルにあるように行われることが理解される。これは、次いで、形成されるシリコン含有化合物層中の不純物の所望でない混入を最小化する。このような低いレベルの反応物は、例えば、チャンバー１２のパージまたは排気の期間を最適化することによって、達成され得る。このようなレベルにおいて、プロセスチャンバーは、特定の反応物が実質的にないと言われ得る。
【００７６】
シリコン供給源ガス除去１１０後、シリコン層を、シリコン含有化合物層１２０の形成のために反応種と反応され得る。このような反応種は、例えば、シリコンナイトライド層を形成するための窒素供給源、またはシリコンオキサイド層を形成するための酸素供給源を含み得る。好ましくは、ステップ１００で形成されるシリコン層は、化学量論的に完全に反応種と反応するのに十分な期間、流入する（ｉｎｆｌｏｗｉｎｇ）反応種に暴露される。より好ましくは、反応条件は、シリコンナイトライド層の形成に関して以下により詳細に議論されるように、形成されるシリコン層と完全に反応するように、そして基礎をなす構造への損傷を避けるように選択される。
【００７７】
シリコン含有化合物層１２０の形成後、反応物除去１３０は、シリコン供給源除去１１０について上に記載される方法のいずれかを使用して、実施され得る。しかし、ステップ１１０および１３０は、正確に同じ方法によって起きる必要はない。例えば、１つのステップは、パージを包含し得るが、他のプロセスは、排気を含み得る。
【００７８】
ステップ１００、１１０、１２０および１３０の実施は、１つのサイクル１４０を含み、そして基板上に１つの層のシリコン含有化合物を堆積する。次いで、サイクル１４０は、シリコン含有化合物層が所望の厚さに構築されるまで、連続して繰り返され得る。
【００７９】
結果として、当業者は、本発明が種々の厚みの層の形成を可能にし、厚みは、例えば、特定の適用の要求に基づいて選択されることを理解する。例えば、ゲート誘電体としての使用のために、十分なサイクルが、好ましくは、約３Åと２０Åとの間の厚みのシリコンナイトライド層を成長するために行われる。別の実施例において、トランジスタ側壁スペーサーとしての使用のために、実施される多数のサイクルが、好ましくは、約１５０Åと４００Åとの間の厚みのシリコンナイトライド層を形成するように選択され得る。しかし、より大きい厚みが可能である；例えば、５０００Åまでの厚みが十分な数のサイクルを実施した後に形成され得ることが理解され得る。
【００８０】
図４Ａ〜４Ｅを参照すると、上記プロセスの結果が様式化した例示で示される。図４Ａ〜４Ｃは、図３に示されるサイクル１４０の一回のラン後の、シリコン含有化合物層の形成を示す。図４Ａは、シリコン供給源のチャンバー１２への導入の前の基板２００を示す。図４Ｂは、シリコン供給源の導入後に堆積されたシリコンの第１層２０２を示す。図４Ｃは、シリコン層２０２と反応種との反応後、シリコン層２０２から形成されるシリコン含有化合物層２０４を示す。
【００８１】
１サイクルを完了した後、他のサイクルが行われ得る。図４Ｄは、以前に形成されたシリコン含有化合物層２０４上の、新しいサイクル１４０中に堆積した第２のシリコン層２０６を示す。好ましくは、以前のサイクル１４０で使用されるのと同じ反応種が再びチャンバー１２に導入され、第２のシリコン層２０６と反応する。結果として、シリコン含有化合物層２０４と第２のシリコン層２０６の合わせた厚みを有する、より厚いシリコン含有化合物層２０８が形成される。この様式で、このようなサイクル１４０を繰り返した後、第１のシリコン含有化合物層２０４は、所望の厚さまで構築され得る。
【００８２】
上に示されたように、本発明は、特にシリコンナイトライド層を形成するために利用され得る。図５は、このような層を形成するための１つの可能なプロセスシーケンスを示す。例示される実施形態において、シリコンナイトライドを含むゲート誘電層は、基板上の半導体構造上に形成される。
【００８３】
ゲート誘電体の形成のための調製において、ウェハは、好ましくは、半導体構造上の混入物および天然に存在するかまたは自然酸化膜を除去するために、最初にクリーニング３００される。従来は、ウェハクリーニングは、プロセスチャンバー１２（図１）へのウェハのローディングの前に、エキソサイチュ（ｅｘ ｓｉｔｕ）で行われる。例えば、ウェハは、ＳＣ１／ＨＦ湿式エッチバス中でクリーニングされ得る。あるいは、統合されたＨＦおよび酢酸蒸気クリーニングは、クラスターツール内で近隣のモジュール中で行われ得、輸送時間および再混入または再酸化の機会を減少させる。別のアレンジメントにおいて、水素ベーキングステップは、自然酸化膜を昇華させるためにチャンバー１２（図１）内で行われ得る。少量のＨＣｌ蒸気は、水素ベーキングの間に金属混入物などをクリーニングする際に補助するためにこのステップに添加され得る。なお別のアレンジメントにおいて、プラズマ生成物は、例えば、Ｈラジカルを水素ガスと置換することによって、インサイチュクリーニングを補助してもよいし、これを行うのに使用してもよい。当該分野で公知のウェハクリーニングの他の方法もまた適していることが理解される。
【００８４】
エキソサイチュクリーニング後またはインサイチュクリーニングの前のいずれかに、ウェハをプロセスチャンバーにローディングする。自然酸化膜のクリーニングは、水素終結表面を残す傾向があり、これは、クリーンルームの環境または他のオキシダントの供給源への暴露の際の自発的な再酸化を有利に阻害する。このような水素終結化は、さらなるプロセスの前に脱着され得る。
【００８５】
次いで、インターフェーシャル・レイヤー（例えば、シリコンオキサイド層）は、好ましくは、堆積された層の誘電性能を改善するために、基板上に形成される３１０。インターフェーシャル・レイヤーは、エキソサイチュまたはインサイチュで形成され得る。シリコンオキサイド層は、熱酸化または基板のオキシダントへの暴露を含む他の方法を含むが、これらに限定されない、当該分野で公知の方法に従って、形成され得る。例えば、結晶性シリコン基板表面（例えば、Ｓｉ＜１００＞）は、原子状酸素または他の公知の酸化化学物質（例えば、水、オゾン、酸素、一酸化窒素、亜酸化窒素等）に暴露され、シリコンオキサイドを形成し得る。さらに、シリコンオキサイド層はまた、例えば、シリコン層を堆積するためにトリシランを使用して、そして反応種としてオキシダントを使用して、図３のサイクルプロセスによって形成され得る。
【００８６】
次いで、シリコンナイトライド層は、上に開示される方法に従って形成され得る。
【００８７】
特に、シリコン層は、シリコンオキサイド層上に最初に形成される３２０。好ましくは、トリシランは、チャンバー１２に流入され、トリシランの議論において上に議論される条件下および図３で、熱ＣＶＤによって基板上に堆積する。
【００８８】
好ましい実施形態は、形成される種々の厚みのシリコン層を可能にし、好ましくは、シリコン層の厚みは、窒化条件に基づいて選択される。これは、シリコン層が窒化される場合、原子状窒素は、シリコン層を通って基礎をなすシリコン基板に拡散し得るからである。窒素拡散の深さは、当該分野で公知のように測定され得、そして窒化温度および窒化の期間を含む種々のプロセス条件に関連する。従って、所定のセットのプロセス条件について、原子状窒素は、シリコン層を通って、特定の深さ（窒化飽和深度（ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）と呼ばれる）まで拡散し得る。窒化が約１分未満の間起こる場合、窒化飽和深度は、短期窒化飽和深度と呼ばれ得る。
【００８９】
堆積されたシリコン含有化合物層の議論において以下に議論されるように、基板の窒化は、理論的に予想されるものよりも劣る誘電特性を有するシリコンナイトライド層を生じることが見出されている。従って、堆積されたシリコンナイトライド膜の誘電特性を改善するために、基礎をなす基板の窒化は、好ましくは、窒化飽和深度以上の厚みまで基板上に形成される第１のシリコン層を堆積することによって最小化される。引き続き堆積される層は、代表的に、第１のシリコン層上に堆積される結果として、窒化飽和深度よりも基板からさらに間隔が開いていることが理解される。結果として、第１の後に堆積されるシリコン層の厚みは、好ましくは、窒化飽和深度以下である。
【００９０】
しかし、所定のセットの窒化条件について、第１のシリコン層の形成後、引き続くサイクルにおいて形成される引き続くシリコン層は、より薄くあり得る。なぜなら、シリコンナイトライド層の厚みは増加するが、窒化飽和深度は、比較的一定のままであるからである。例えば、好ましい実施形態において、第１のシリコン層は、例えば、約８〜２０Åの窒化飽和深度まで堆積され得、そして引き続く層は、１サイクル当たり、例えば、約３Å〜１０Åのより薄い厚みで堆積され得る。１つの好ましい実施形態において、第１のシリコン層は、約１２Åの厚さまで堆積され、そして引き続く層は、１サイクル当たり約６Åのより薄い厚みまで堆積される。シリコン層の厚みを変化させることに加えて、他のプロセス条件（例えば、窒化温度および／または窒化の期間）が、窒化飽和深度がシリコン層の厚みよりも深くならないように、変更され得ることが理解される。
【００９１】
次いで、ステップ３２０後、任意の過剰のトリシランを、好ましくは、窒素種を含む供給ガスをチャンバー１２に流入させることによって、チャンバー１２から除去する３３０。有利には、層流チャンバー１２（図１）は、供給ガス中の窒素供給源中のフローを可能にし、供給ガスは、堆積されたシリコン層と反応させるため、そして反応チャンバー１２から過剰なトリシランガスを強制的に除く（ｆｏｒｃｅ）ための両方に使用される。しかし、上に議論されるように、トリシランはまた、チャンバー１２をパージまたは排気することによって除去され得る。
【００９２】
次いで、シリコンナイトライド層は、チャンバー１２（図１）への窒素供給源の導入によって形成される３４０。好ましい窒素前駆体としては、（Ｈ３Ｓｉ）３Ｎ（トリシリルアミン）、アンモニア、原子状窒素、ヒドラジン（Ｈ２Ｎ２）、ヒドラゾ酸（ＨＮ３）、ＮＦ３、前述の混合物、および不活性ガス（例えば、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ）と前述の希釈物のような化学前駆体を含む。最も好ましくは、原子状窒素が窒素前駆体である。
【００９３】
原子状窒素は、好ましくは、励起種発生器６０（図２）を使用して産生される。窒素ガスは、好ましくは、原子状窒素を産生するために、約１ｓｌｍ〜１０ｓｌｍで励起種発生器６０を介して流される。より詳細には、窒素フローは、ヘリウムのキャリアガスと合わされ、キャリアガスは、好ましくは、約１ｓｌｓ〜１０ｓｌｍのフローを有する。従って、ＡＳＭ ＥｐｓｉｌｏｎＴＭシリーズ単一ウェハリアクターと組み合わせて遠隔プラズマ発生器を使用して、励起した窒素種を、代替的にトリシランを用いて、好ましくは、チャンバー１２（図１）にパルスする。
【００９４】
代表的に、議論される条件下で、窒素供給源への暴露は、二分未満の間生じる。しかし、パルスの期間は、温度、窒化されるシリコン層の厚み、基礎をなす構造の感受性、および使用されるリアクターと共に変化し得ることが理解される。例えば、約２分未満のパルス期間は、ＡＳＭ ＥｐｓｉｌｏｎＴＭシリーズの単一ウェハリアクターの特定の堆積特性に関連する；他のリアクターは、当該分野で公知のように、リアクターの特定の特性に依存して、３Å〜２５Åシリコン層を窒化するために、より短いまたはより長い期間を必要とし得る。
【００９５】
シリコンナイトライド層形成３４０後、窒素供給源除去３５０は、好ましくは、実質的に窒素供給源がないチャンバー１２（図１）を作るために行われる。例えば、窒素供給源除去３５０は、窒素フローを停止する一方、トリシランを含む供給ガスでフローするか、または単純に不活性なＮ２を流し続ける間に励起種発生器６０の電源を切ることによって、チャンバー１２をパージするかまたは排気することを包含し得る。
【００９６】
ステップ３５０後、シリコン層形成３２０は、次いで、新しいサイクル３６０を始めるために新しいシリコン層を形成するように実施され得る。実施されるサイクル３６０の数は、カウントされ得、所望の厚みの層を堆積するように最適化され得る。結果として、複数のサイクル３６０が、所望の厚さが達成されるまで実施され、実施されるサイクル３６０の合計数はカウントされ、そして特定の膜の厚みと相関する。
【００９７】
従って、ゲート誘電体層についてシリコンナイトライド層を形成するためのプロセスについての好ましい実施形態は、以下のステップを包含する：
・Ｓｉ３Ｈ８パルス
・Ｓｉ３Ｈ８除去
・窒化
・窒素供給源除去
サイクル３６０によるシリコンナイトライド層の形成後、ゲート電極は、当該分野で公知の方法によって形成され得る３７０。
【００９８】
図６Ａ〜６Ｅを参照すると、上記プロセスの結果を、様式化した例示によって示す。図６Ａは、ウェハクリーニング後の基板４００を示す。図６Ｂは、基板４００上に堆積されたインターフェーシャル・レイヤー４１０を示す。図６Ｃは、インターフェーシャル・レイヤー４１０上に第１サイクル３６０（図５）を実施することによって形成されたシリコンナイトライド層４２０を示す。図６Ｄは、サイクル３６０（図５）の引き続く実施によってより厚くされたシリコンナイトライド層４２０を示す。図６Ｅは、引き続いて形成されたゲート電極４３０を示す。
【００９９】
本発明は、シリコンナイトライド層を形成することを特に参照することによって示され、本発明の教示はまた、他のシリコン含有化合物層を形成するために適用され得ることが理解される。例えば、シリコンオキサイドはまた、基板表面上に直接形成され得る。この場合において、シリコン含有化合物層１２０（図３）の形成の間に窒素供給源を導入するのではなく、酸素供給源が導入され得る。酸素供給源としては、原子状酸素、水、オゾン、酸素、一酸化窒素、亜酸化窒素を含むがこれらに限定されない、当該分野で公知のオキシダントを含む。同様に、当該分野で公知の他の前駆体が、シリコンゲルマニウムおよびシリコンカーバイドを含むがこれらに限定されない、他のシリコン含有化合物層を形成するために使用され得る。
【０１００】
他の好ましい実施形態において、シリコン含有化合物層は、各サイクルにおけるステップ１３０（図３）又は３５０（図５）の後、引き続き反応され得る。例えば、半導体としてはたらくシリコン含有化合物層（例えば、ＳｉＧｅ）は、引き続きドープされ得る。別の例では、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮｙ）層は、シリコンナイトライド層から形成され得る。この実施形態では、シリコンナイトライド層を形成した後、酸素供給源が導入されてシリコンナイトライドが酸化され得、そしてシリコンオキシナイトライド層が形成される。このようなシリコンオキシナイトライド層は、図５を参照して前記で述べたシリコンオキサイド層に代えて、誘電層を形成するためのインターフェーシャル・レイヤーとして使用され得ることが理解されるであろう。シリコンカーバイドナイトライド（ＳｉＣｘＮｙ）又はシリコンオキシカーバイド（ＳｉＯｘＣｙ）は、同様に、続く窒化又は酸化プロセスによって形成され得る。
【０１０１】
また、異なるシリコン供給源が異なるサイクル１４０（図３）又は３６０（図５）において使用され得ることが理解されるであろう。１つの好ましい実施形態において、トリシランがあるサイクルのためのシリコン供給源として使用され得、そしてジシランが別のサイクルのために使用され得る。好ましくは、トリシランは、サイクル１４０（図３）又は３６０（図５）の最初の実施において、基板に堆積される第一のシリコン層を形成するために使用される。続くシリコン層は、ハロシラン（即ち、化学式Ｒ４−ｘＳｉＨｘ（ここで、Ｒ＝Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ、及び、Ｘ＝０〜３）を有するシリコン化合物）又は他のシラン（ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎ＝１〜４、好ましくはｎ≧２））を用いて形成され得る。シリコン供給源の組み合わせが使用され得る（例えば、トリシラン及びジシランが、第一シリコン層が形成された後に同時に使用され得る）ことが理解されるであろう。さらに、「純粋な」トリシランを供給しようとしても、通常いくらかのジシランが存在することに留意されたい。
【０１０２】
好都合には、異なるサイクルにおいて異なるシリコン供給源を使用することに加えて、図３のＣＶＤ法とともに異なる堆積方法が使用され得る。図７に言及すると、１つの好ましい実施形態において、図３のＣＶＤ法が使用され、シリコン含有化合物層が所望の厚さより小さい厚さに堆積される４４０。例えば、図３に示される方法のたった１サイクルだけが行われる。引き続き、電気的性能、組成物の純度（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ｐｕｒｉｔｙ）、及び高い材料密度が主要な関心事とならないスペーサー層を有するような場合においてスループットを増大させるためには、シリコン含有化合物層の残りの所望の厚さの大部分は、非サイクル法（前駆体の同時導入を伴う従来のＣＶＤ４５０を含む）を用いるバルク堆積によって堆積され得る。トリシランに加えて、好ましいシリコン供給源としては、ハロシラン（即ち、化学式Ｒ４−ｘＳｉＨｘ（ここで、Ｒ＝Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ、及び、Ｘ＝０〜３）を有するシリコン化合物）又は他のシラン（例えば、ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎ＝１〜４、好ましくはｎ≧２））が挙げられる。好ましくは、シリコン含有化合物層は、また、シリコン含有化合物層の合計厚さが所望の厚さとなるように、図３のサイクルプロセスに従って形成された４６０シリコン含有化合物層でシールされる。
【０１０３】
他の好ましい実施形態において、薄いシリコン含有化合物層（例えば、シリコンナイトライド）を堆積させた後４４０、基板を含むウェハがその反応チャンバーから第二反応チャンバーへ移され得る。第二反応チャンバー中では、より厚いＰＥＣＶＤ又はファーネス（ｆｕｒｎａｃｅ）シリコン含有化合物層（例えば、シリコンナイトライド）が、その薄いシリコン含有化合物層上へ堆積され得る。続いて、このウェハは、好ましくは、より厚いシリコン含有化合物層上への別の薄いシリコン含有化合物層のサイクル堆積４６０のための別の反応チャンバーへ移される。好ましくは、サイクル堆積４６０のためのこの反応チャンバーは、サイクル堆積４４０が行われたのと同じ反応チャンバーである。
【０１０４】
１つの好ましい実施形態において、シリコンナイトライド層は、シリコン供給源としてトリシランを用いる図３の方法の１サイクルを行うことによって堆積される。次いで、より厚い従来のシリコンナイトライドは、シラン及び窒素供給源がともに導入されている同じ反応チャンバー中で従来のＣＶＤによって形成される。好ましくは、次に、シリコンナイトライドシーリング層が、再びトリシランを用いて、図３の方法によって第二のシリコンナイトライド層上へ形成される。第三のシリコンナイトライド層が形成される場合、全ての３つのシリコンナイトライド層の厚さは、その３層の総厚が所望の合計厚さとなるように調整されることが理解されるであろう。
【０１０５】
かくして、このシリコンナイトライド層の頂部及び底部は、低い水素含有量を有する非常にコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）及び均一（ｕｎｉｆｏｒｍ）なシリコンナイトライド層からなる。好都合なことに、この低い水素含有量は、低いホウ素拡散率に対応する。望ましいことに、これらの優れた頂部及び底部シリコンナイトライド層は、それらが一部となっているより厚いシリコンナイトライド層の界面における拡散バリアとして機能し得る。
【０１０６】
更に、ステップ１００（図３）又はステップ３２０（図５）のための温度が必ずしも等温である必要がないことが理解されるであろう。１つの好ましい実施形態において、シリコン層形成１００（図３）又は３２０（図５）は、約５２５℃より低い、好ましくは約５００℃より低い、最も好ましくは約４７５℃より低い第１温度で起こり得る。好ましくは、その層は次に、シリコン含有化合物層１２０（図３）又は３４０（図５）の形成の前に、堆積時の（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）シリコン層からの水素の完全な除去を可能にするため、数秒間放置される。好ましくは、層は、１０秒より長い間放置される。シリコン含有化合物層１２０（図３）又は３４０（図５）の形成のために、温度は、次いで、第１温度より高い第２温度まで上昇される。好ましくは、続くサイクル１４０（図３）又は３６０（図５）がこの第２高温にて等温で行われ、所望の厚さのシリコン含有化合物層を堆積する。低温及び水素除去時間が、基板表面との界面で膜に低い水素含有量をもたらすので、このようなプロセスは、特に、非結晶性シリコン基板表面上のシリコンナイトライド膜堆積に有用である（例えば、ガラス材料、金属酸化物、金属シリケート及び金属上のＳｉＯ２低誘電率スピン）。好都合なことに、続く堆積サイクルのための高温は、より迅速な堆積及び低水素界面の形成後の増大されたスループットを可能にする。
【０１０７】
堆積されたシリコン含有化合物層
望ましくは、好ましい実施形態に従う好ましいシリコン含有化合物膜は、膜の表面に渡って、非常に均一な厚さを有する。膜厚の均一性は、好ましくは、マルチポイント（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｐｏｉｎｔ）厚さ測定を行うこと（例えば、偏光解析法又は断面法（ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎｉｎｇ）、様々な厚さ測定値を平均することにより平均厚さを決定すること、及び、ｒｍｓ変動性（ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ）を測定すること）によって決定される。所定の表面積での比較を可能にするために、結果は、ｒｍｓ厚さ変動性を平均厚さで割り、そしてその結果をパーセンテージとして表すために１００をかけることによって計算された不均一性のパーセント（ｐｅｒｃｅｎｔ ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）として表現され得る。好ましくは、その厚さ不均一性は、約２０％以下、より好ましくは約１０％以下、更により好ましくは約５％以下、最も好ましくは約２％以下である。
【０１０８】
膜厚を測定するための適当な方法としては、マルチポイント偏光解析法（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｐｏｉｎｔ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｉｃ）が挙げられる。膜厚を測定するための機器は、良く知られており、市販されている。好ましい機器としては、Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ， Ｉｎｃ．， Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａからの機器であるＮａｎｏＳｐｅｃ（登録商標）シリーズが挙げられる。シリコン含有化合物膜の厚さは、また、基板を断面化し、適当な顕微鏡技術（最も好ましくは、電子顕微鏡）によってその厚さを測定することによって決定され得る。厚さが測定されるスパンは、膜の約１０倍の厚さからシリコン含有化合物膜の全体のスパンまでの範囲におけるあらゆるスパンであり得る。もし膜厚がスパンに渡り変化するならば、その厚さは平均厚さ（即ち、所定のスパンに渡る膜の最も厚い及び最も薄い寸法の数値平均（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｖｅｒａｇｅ））であると考えられる。
【０１０９】
本書で使用される場合、ｒｍｓ（より正確には、平均平方誤差の平方根）は、所定の集団のメンバーによって示される変動性の量を表現する方法である。例えば、ｙグラムの平均重量を有する対象のグループにおいて、グループの各メンバーがいくらかの量だけ平均値と異なる重量ｙ’を有するとすると、（ｙ’−ｙ）として表される。ｒｍｓを計算するためには、これらの差を二乗し（それらが正の数であること確実にするため）、足し合わせ、そして平均して、平均平方誤差が得られる。平均平方誤差の平方根がｒｍｓ変動性である。
【０１１０】
厚さの均一性に加え、好ましいシリコン含有化合物膜は、好ましくは、様々なトポグラフィー上にコンフォーマルコーティングを提供する。コンフォーマルコーティングは、それが重なる構造の湾曲（もし存在するならば）に従う層である。コンフォーマルシリコン含有化合物膜は、好ましくは、良好なステップカバレッジを示す。「ステップカバレッジ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）」は、階段状の表面に重なるコンフォーマル膜の厚さの均一性をいう。階段状の表面は、同じ水平面において配置されていない２又はそれ以上の平行なコンポーネントを有する表面である。ステップカバレッジは、好ましくは、段の底部における膜の平均厚さを測定し、それを段の頂部における平均厚さで割り、そして、その結果をパーセントの数字で表すために１００をかけることによって、決定される。
【０１１１】
好ましいシリコン含有化合物膜は、比較的高いアスペクト比でも良好なステップカバレッジを有する。「アスペクト比」とは、構造の水平幅に対する段の垂直高さの比をいう。約４．５〜約６の範囲のアスペクト比において、好ましいシリコン含有化合物膜は、約７０％以上、より好ましくは８０％以上のステップカバレッジを有する。約１〜約４の範囲におけるアスペクト比では、好ましいシリコン含有化合物膜は、約８０％以上の、より好ましくは９０％以上のステップカバレッジを有する。ステップカバレッジは、好ましくは、上記のように計算されるが、側壁の厚さを考慮することによっても計算され得る。例えば、ステップカバレッジの代替的な定義としては、段の頂部及び／又は底部の平均厚さに対する側壁の厚さの比が挙げられる。しかしながら、他に言及しない限り、本書におけるステップカバレッジは、段の底部におけるシリコン含有化合物膜の水平部分の平均厚さを測定し、これを段の頂部における水平部分の平均厚さで割り、その結果をパーセンテージで表すために１００をかけることによって、前述のように決定される。
【０１１２】
好都合には、好ましいシリコン含有化合物膜の表面の滑らかさ及び厚さは、約１平方ミクロン（μｍ２）又はそれより大きい、より好ましくは約５μｍ２又はそれより大きい、さらにより好ましくは約１０μｍ２又はそれより大きい表面積上で維持される。シリコン含有化合物膜は、大きい基板（例えば、ウェハ）の全て又は一部を被覆し得、それゆえ、約３００ｃｍ２又はそれより大きい、好ましくは７００ｃｍ２又はそれより大きい表面積を有し得る。
【０１１３】
良好なステップカバレッジが通常達成されるので、多くの場合、シリコン含有化合物膜の表面粗さは、実質的に、それが重なっている表面粗さと同じである。表面粗さは、好ましくは、該当する表面の１ミクロン×１ミクロン部分について原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定されるようなｒｍｓ表面粗さである。下に位置する基板表面の粗さは、約１Åｒｍｓ（原子的に平坦な表面）から約２５Åｒｍｓ又はそれより更に大きい範囲であり得る。好ましくは、下に位置する基板表面は、１０Åｒｍｓ又はそれより小さい、より好ましくは５Å又はそれより小さい粗さを有し、それゆえ、重なっているシリコン含有化合物膜は、それに匹敵する粗さを有する。所定の程度の粗さを有する下に位置する基板表面に対して、その上に堆積されるシリコン含有化合物膜は、好ましくは、約５Å又はそれより小さい、より好ましくは約３Å又はそれより小さい、更により好ましくは約２Å又はそれより小さい量だけ、基板表面粗さよりも大きい表面粗さを有する。例えば、もし基板表面粗さが約７Åｒｍｓである場合、その上に堆積されるシリコン含有化合物膜の測定される表面粗さは、好ましくは約１２Åｒｍｓ（７Å＋５Å）又はそれより小さい。好ましくは、下に位置する表面は、約２Åｒｍｓ又はそれより小さい粗さを有し、重なっているシリコン含有化合物膜は約５Åｒｍｓ又はそれより小さい、より好ましくは、約３Åｒｍｓ又はそれより小さい、最も好ましくは約２Åｒｍｓ又はそれより小さい測定された表面粗さを有する。
【０１１４】
これらの利点は、トリシランがシリコン供給源として使用され且つ原子状窒素が窒素供給源として使用された以下の実施例の実施形態によって形成されたシリコンナイトライド層について得られたデータにおいて証明される。
【０１１５】
図８は、好ましい実施形態に従って形成されたシリコンナイトライド膜の断面図を示す実際の透過型電子顕微鏡写真の複写物である。顕微鏡写真のナノメートルスケールであっても、たった１４Å厚さのシリコンナイトライド層が優れた均一性を示したことが証明される。
【０１１６】
シリコンナイトライド膜は、また、優れた化学量論及び純度を示した。特に、当該分野で知られているように、シリコンナイトライド膜中のシリコンとナイトライドの比についての値は、Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ＲＢＳ）によって決定され得る。図９は、本発明の好ましい実施形態に従って形成されたシリコンナイトライドサンプルの代表的なＲＢＳスペクトル（２ＭｅＶＨｅ＋＋）である。ＲＵＭＰモデリングプログラムに基づくシミュレーションを用いるＲＢＳスペクトルデータの分析は、シリコン及び窒素濃度の定量化を可能にした。意味深いことに、このデータは、シリコンナイトライドが、シリコン原子当り約１．３３窒素原子の比を有する完全に化学量論のシリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）にほぼ等しい約Ｓｉ４３Ｎ５６の化学量論又はシリコン原子当り約１．３０窒素原子の比を有することが見出されたように、実質的に化学量論のシリコンナイトライド膜を示す。
【０１１７】
さらに、また当業者に知られているように、水素含有量を分析するためにＲＢＳ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｒｅｃｏｉｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＥＲＤ）スペクトルが使用され得る。このようなスペクトルが得られ、そして図１０に示される。また、シリコンナイトライド膜は、膜内の水素濃度が技術の検出限界より低い（即ち、０．２原子パーセントより低い水素が組み込まれた）ことを示すＲＵＭＰを使用する定量的分析を用いて、優れた組成物純度を示した。それゆえ、シリコンナイトライド膜の分析は、その膜が優れた純度と化学量論を有することを示した。
【０１１８】
好都合なことに、好ましい実施形態に従って形成されたシリコン含有化合物層の高いコンフォーマリティー（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｉｔｙ）並びに物理的及び化学的均一性は、従来法によって形成される類似の層に比べて、改善された物理的特性を有する。例えば、シリコン化合物（例えば、シリコンナイトライド及びシリコンオキサイド）の絶縁層は、シリコン化合物を形成するときの下に位置する基板の反応に一部起因し、そしてまた、組み込まれた不純物（組み込まれた水素のような）に起因し、理論的に予測されるより低い絶縁特性を有する。望ましくは、好ましい絶縁層は、低い組み込まれた水素及び下に存在する基板の最小化された反応を有し、結果的に改善された絶縁特性をもたらす。
【０１１９】
特に、本発明に従って形成されるシリコンナイトライド膜は、他の化合物（例えば、シリコンオキシナイトライド）が伝統的に好まれてきた適用において、使用され得る。望ましくは、シリコンオキシナイトライドとの比較におけるその異なる材料特性に起因して、このような適用におけるシリコンナイトライドの使用は、より高い誘電率及びより良いバリア特性を有する層をもたらす。
【０１２０】
さらに、シリコンナイトライド層を形成するとき、プロセス温度は、好ましくは、シランを利用する従来のＣＶＤ法と比べて低減される。そのようなものとして、シリコンチャネルへ向かう窒素拡散は、シリコン誘電界面における窒素の量が注意深く制御され且つ制限されなければならないゲート誘電適用において、低減され得る。
【０１２１】
さらに、その高い誘電率のため、シリコンナイトライド層は、幾つかの適用において（例えば、ゲート誘電体のために）優れたものであり得る。これは、デバイスの限界寸法が小さくなり続けるとき、シリコンオキサイドの基本的な材料特性から生じる限界に起因して、ゲート誘電体適用のための伝統的な材料（例えば、ＳｉＯ２）の有用性が低下するからである。これらの限界は、特に、量子力学的トンネリング（ｑｕａｎｔｕｍ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）が誘電層を通る電流漏れのための主なメカニズムになる場合、約１５Åより小さい物理的厚さに対して深刻（ａｃｕｔｅ）である。さらに、超薄ＳｉＯ２層は、電気的に活性なドーパント原子の分散に対する低いバリアである。結果的に、ＳｉＯ２のものよりも大きな誘電率を有する絶縁薄膜材料は、リーク電流性能を改善するために及びドーパント原子の分散に対するより良いバリアとして働くために望ましいことが決定された。ゲート誘電適用に加え、シリコンナイトライド膜は、また、多くのトランジスタ適用におけるスペーサーとして使用され得る。これらの適用の全てについて、薄いシリコンナイトライド膜は、好ましくは、リーク電流の性能に関して優れた特性を有する。さらに、ゲート誘電適用について、薄いシリコンナイトライド膜は、好ましくは、キャリア移動度パースペクティブ（ｃａｒｒｉｅｒ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ）から優れた電気的性能を示し、これは、それらが低いインターフェーシャルトラップ密度（即ち、それらが堆積される結晶半導体表面との許容される界面）を有することを意味する。
【０１２２】
従来のシリコンナイトライド膜は、シリコンナイトライド自体の高誘電率のために、理論的にこの必要性に適しているようにみえるが、実際は、従来のＣＶＤ法によって形成されたシリコンナイトライド膜は、ゲート誘電適用に求められる物理的及び電気的特性を示していない。典型的に、これらの膜は、匹敵する物理的厚さにおいて、ＳｉＯ２のものよりも僅かだけ良いリーク電流を示した。これは、膜の化学組成（即ち、シリコンナイトライド層へ組み込まれた不純物の存在）に一部起因していると考えられる。水素、炭素及酸素のような元素は、膜特性が理論的な予測を満たさない原因となる主要な不純物であると考えられている。また、シリコンナイトライド層自体より「下（ｂｅｌｏｗ）」において、結晶シリコン表面との界面における窒素の意図的でない存在は、予期されたよりも低い電気的性能に寄与する。下に位置するバルク半導体内の窒素は、シリコンナイトライド堆積プロセスの副産物として存在すると考えられている。
【０１２３】
従来のＣＶＤにより形成されたシリコンナイトライド層が前述された領域において失望させてきた一方で、上記のように形成された好ましいシリコンナイトライド層は、優れたウェハ内（ｗｉｔｈｉｎ−ｗａｆｅｒ）及びウェハ間（ｗａｆｅｒ−ｔｏ−ｗａｆｅｒ）の厚さ、元素濃度の均一性及び低い汚染（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）元素濃度を有する。さらに、これらの好ましいシリコンナイトライド層は、従来法により形成されたシリコンナイトライド層よりも少ない不純物を有し、理論予測により一致する電気特性を示す。さらに、窒化飽和深度（ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）と等しい又はそれ以上の厚さまで基板上へ第１シリコン層を堆積させることによって、シリコンナイトライド層より下の窒素の存在が最小化される。第一層がすでに窒化飽和深度より大きい又は等しい場合、続くシリコン層は、好都合には、窒化飽和深度と等しい厚さよりも小さい厚さまで堆積され得る。このように、従来のＣＶＤ法によって形成されたシリコン含有化合物層よりも均一及びコンフォーマルであることに加え、好ましい実施形態に従って形成されるシリコン含有化合物膜は、また、優れた誘電的又は電気的特性を示し得る。
【０１２４】
後述する実施例に従って形成されたシリコンナイトライド膜について、リーク電流データが得られた。図１１に示すように、約１４Åと同じくらい小さい物理的厚さを有する膜についてさえも、シリコンナイトライド膜は、非常に低いリーク電流を示した。
【０１２５】
さらに、シリコンナイトライド層がシリコンオキサイド又はシリコンオキシナイトライド層上へ形成され得、さらに一体化されたシリコンナイトライド膜の電気的特性が改善されることが理解されるであろう。シリコンオキサイド及びシリコンオキシナイトライド層は、それゆえ、インターフェイシャル・レイヤーとして使用され得る。これらの層は、前述したように、又は当業者に知られた方法により、形成され得る。
【０１２６】
さらに、本発明の方法に従って形成されたシリコンナイトライド層は、また、改善された酸化耐性を示す。この改善された酸化耐性は、膜を、クリーンルームの空気暴露に対して或いは続くプロセス（例えば、層形成後のアニーリング）の間の反応チャンバー中に存在する酸素又は湿気（例えば、漏れ又はガス純度の問題に起因する）に対して低感度にする。好都合なことに、このようなアニールは、酸化しながら又は不活性な周囲条件内で行われ得る。
【０１２７】
本発明は、好ましい実施形態の詳細な説明及び添付の図面から、より良く理解され、これらは、本発明を説明することを意図するが、本発明を限定するものではなく、ここで、同じ数字は、同じ構造を示す。
【実施例】
【０１２８】
図示されるゲート構造を形成するための例示的な方法を次に詳細に記載する：
シリコンナイトライド層を、ＡＳＭ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｉｎｃ． ｏｆ Ｐｈｏｅｎｉｘ， ＡＺからの単一基板Ｅｐｓｉｌｏｎ（登録商標）リアクター中で形成した。ウェハを、反応チャンバー中へ装入し（ｌｏａｄｅｄ）、そして、トリシラン堆積のための準備を行った。トリシランを、６秒間、６３ｓｃｃｍにて、反応チャンバー中へ流し込んだ。反応チャンバーを、１０秒間、窒素ガスでパージした。原子状窒素を、窒素ガスを６ｓｌｍにてマイクロ波ラジカルジェネレーター（ＭＲＧ）へ流し込むことによって生成し、そして、１４５秒間、反応チャンバーへ流し込んだ。次いで、反応チャンバーを、１０秒間、窒素ガスでパージした。約５Åのシリコンナイトライドをサイクルごとに堆積し、そして、８サイクルを実行して約４０Åの厚さのシリコンナイトライド層を形成した。各サイクルの各ステップを、６５０℃にて等温で且つ３Ｔｏｒｒにて等圧で行った。
【０１２９】
当業者によって、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の方法に種々の省略、追加及び改変が行われ得ること、そして、全てのこのような改変及び変更が、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内であると意図されることが理解されるであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に集積回路製造の間にシリコン含有層を形成すること、ならびに、より詳しくは、均一なシリコン化合物層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電子デバイスの寸法が小さくなるにつれ、厚さの均一性、組成及びカバレージを含む、堆積された層の物理的特性が、より重要になってきている。これは、特に、集積回路の導体素子を分離するための誘電体（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）又は絶縁体として作用し得る、シリコン化合物の層又は膜にあてはまる。例えば、シリコンナイトライド材料は、トランジスタゲート誘電体（ｇａｔｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）、金属レベル（ｍｅｔａｌ ｌｅｖｅｌ）間の絶縁体、酸化及び他の拡散防止用バリア、ハードマスク（ｈａｒｄ ｍａｓｋ）、パシベーション層（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）、トランジスタにおけるスペーサー材料、反射防止コーティング材料、不揮発性メモリにおける層等として、半導体産業において、広く使用されている。シリコンオキサイド及びシリコンカーバイド材料は、集積回路製造において、同様に普及している。
【０００３】
現在、化学気相成長法（ＣＶＤ）は、基板上に薄層を堆積させるために最も一般的に使用されるプロセスである。このプロセスにより、最終的に堆積層を形成する分子又は原子の前駆物質（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）は、分子前駆物質として反応チャンバー内に同時に供給される。基板は、所望の原子又は分子種の層が基板上に堆積するように、分子前駆物質間の化学反応を促進するために最適な温度に維持される。従来のＣＶＤによるシリコン含有薄層の形成のための最も一般的な分子前駆物質は、シランである。
【０００４】
ＣＶＤは、比較的均一な厚さで層を堆積するという優れた能力を有することを示した。加えて、それは、比較的コンフォーマル層（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｌａｙｅｒ）、すなわち、堆積される表面の形状を厳密に複製する層を生み出す。しかしながら、デバイス密度が増加し続け、幾何学的形状（ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ）がより複雑になり続けるにつれ、堆積プロセスは、さらに、なお均一かつコンフォーマル層の必要性を満たすために改良されてきた。
【０００５】
これらの理由のため、原子層堆積（ＡＬＤ）は、半導体製造において、より重要になってきた。ＡＬＤは、主として、各サイクルが薄層を堆積する、多重堆積サイクル（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｄｅｐｏｓｉｓｉｏｎ ｃｙｃｌｅ）を包含する。ＡＬＤは、各サイクルの間、単一のモノレイヤー（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）以下を堆積することによって、完全にコンフォーマルかつ均一な層を堆積することを追求する。一般的に、これは、自己終結前駆物質分子の使用ならびに前駆物質の凝縮（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）及び熱分解を抑制するために条件を最適化することによって達成される。例えば、チタン化合物の層を堆積するため、ＴｉＣｌ４等のチタン前駆物質分子が使用され得る。ＴｉＣｌ４により、基板の表面にチタン原子が付着する一方、塩素原子は、基板表面の反対側のチタン原子側上の吸着層（ａｄｓｏｒｂｅｄ ｌａｙｅｒ）を終結する（ｔｅｒｍｉｎａｔｅ）。その結果、基板表面が、ひとたびチタン分子のモノレイヤーによって被覆されれば、チタン層の表面（ｔｏｐ ｏｆ ｔｉｔａｉｕｍ ｌａｙｅｒ）は、比較的不活性で、自己終結するための吸着プロセスを生じる塩素原子を含むことになる。
【０００６】
ＣＶＤに比べ、化合物層、すなわち２以上の元素（ｅｌｅｍｅｎｔ）を含む層を生じるために使用されるＡＬＤ分子前駆物質は、一般的に、別々のパルスにおいてＡＬＤ反応器中に導入される。例えば、最初の前駆物質は、さらなる吸着を抑制する吸着された種のリガンドと共に、自己制限的に（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇｌｙ）最初のパルスにおいて基板上に吸着する。前駆物質の導入の間、反応チャンバーは、異なる前駆物質間の気相反応を抑制するために、排気又は不活性ガスでパージされる（ｐｕｒｇｅｄ）。第１前駆物質のパージの後、第２前駆物質が、（例えば、リガンドを奪うか又はリガンドを置換するため）第１前駆物質の導入によって堆積された層と反応させるために、反応チャンバー中に導入され得る。この方法において、１つのサイクルが完了し、１つの薄い化合物層が基板上に堆積される。第２前駆物質との反応の後、第２前駆物質（及びあらゆる副生成物）は、排気又は不活性ガスパージによって除去され得る。これらの前駆物質に加え、他の反応物質も、各サイクルの間、反応チャンバー中に送り込まれ（ｐｕｌｓｅ ｉｎｔｏ）得る。サイクルは、その後、所望の厚さの化合物層に達するまで、繰り返され得る。
【０００７】
ＡＬＤがＣＶＤに比べて優れたコンフォーミティ（ｃｏｆｏｒｍａｌｉｔｙ）及び均一性を付与する一方、ＡＬＤは、速度に関しては比較的不十分である。なぜなら、所望の厚さの層は、理論上は、一度に（実際には、立体障害の結果としての反応部位のブロックにより、１分子未満のモノレイヤーが一般的である）１分子のモノレイヤーを形成しなくてはならず、また、各モノレイヤーを形成するために、多数のステップを採用しなくてはならないことから、ＡＬＤは、ＣＶＤが行うよりもより遅く、既定の厚さを有する層を形成する。その結果、コンフォーミティ及び均一性が増加する一方、ＡＬＤは、ＣＶＤと比較して処理量の減少という欠点を有する。
【０００８】
それにもかかわらず、高いコンフォーミティ及び均一性は、重要事項であり、これは現在、半導体製造が、何千、何百万のデバイスを同時に直径２００ミリメートル（ｍｍ）の基板上に製造するプロセスの間、シリコン含有化合物膜を堆積することを包含するからである。さらに、この産業が３００ｍｍウェハに移行し（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）、そして、将来的にはさらに大きなウェハを使用し得る。加えて、さらに大きな基板は、フラットパネルディスプレイ等の形態で、ますます一般的になってきている。製造プロセス中のシリコン含有化合物膜の厚さ及び／又は組成における顕著な変化は、影響を受けたデバイスが要求される性能仕様を満たさない場合、より低い生産収率を導く可能性がある。同様に、特定のデバイス内のフィルムにわたる変化は、デバイス性能及び／又は信頼性を減少する可能性がある。従って、多数の回路上のマイクロ電子デバイスの製造に適合するために基板サイズが増加するにつれ、従来のＣＶＤプロセスの欠点によって生み出される問題も増大する。
【０００９】
その結果、高い処理能力、マイクロ電子デバイスにおける回路のサイズを減少すること及び基板の表面積を増加することに対する絶え間ない必要性のため、高い処理能力をも可能にする一方、シリコン化合物のより均一かつコンフォーマル層を形成する方法が、引き続き必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの側面によれば、集積回路におけるシリコン含有化合物層を形成するための複数のサイクルを含む方法が提供される。各サイクルは、トリシランに基板を暴露することによってプロセスチャンバーにおいて基板上にシリコン層を堆積することを含む。トリシランは、その後、プロセスチャンバーから実質的に除去される。該シリコン層は、シリコン含有化合物層を形成するために、反応種に暴露される。該反応種は、実質的にプロセスチャンバーから除去される。
【００１１】
本発明の他の側面によれば、絶縁フィルムの形成するための方法が提供される。この方法は、反応チャンバー内に基板を装填（ｌｏａｄｉｎｇ）することを含む。シリコンフィルムは、基板をシリコン供給源に暴露することによって形成される。基板を装填した後、第１のシリコン膜を基板上に形成するためのシリコン供給源は、ポリシランである。該シリコン供給源は、その後、実質的に反応チャンバーから除去される。該シリコン膜は、シリコンナイトライド膜を形成するために窒素源に暴露され、その後、該窒素源は、実質的に反応チャンバーから除去される。
【００１２】
さらに、本発明の他の側面によれば、集積回路用の、絶縁シリコン化合物の層を形成するための方法が提供される。該層は、所望の厚さを有し、反応チャンバー内で複数の化学気相成長サイクルを行うことによって形成される。各サイクルは、まず、シリコン供給源に基板を暴露することによって、基板上にシリコン層を堆積することを含む。この堆積されたシリコン層は、およそ３Å〜２５Åの厚さのシリコン層を有する。次に、該シリコン層は、部分的に絶縁シリコン化合物の層を形成するために反応される。該シリコン層を反応させるためのプロセス温度は、およそ６５０℃未満である。
【００１３】
本発明の他の側面によれば、シリコンナイトライド層を基板上に形成するためのプロセス（ｐｒｏｃｅｓｓ）を提供する。該プロセスは、結晶シリコン表面を有する基板を、単一基板層流反応チャンバー（ｓｉｎｇｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｌａｍｉｎａｒ ｆｌｏｗ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）内に装填することを含む。シリコン層は、その後、ポリシランを含むシリコン供給源を分解することによって、結晶シリコン表面上に形成される。
【００１４】
シリコン層の形成後、窒素供給源をプロセスチャンバー内に流入させることによって、該シリコン層は、窒化されてシリコンナイトライド層を形成する。その後、シリコン層の形成及びシリコン層の窒化を、結果として、約３Å〜１０００Åの厚さのシリコンナイトライド層になるまで、繰り返す。
【００１５】
さらに本発明の他の側面によれば、シリコンナイトライド膜を形成するための方法を提供する。該方法は、単一基板層流反応チャンバー内に基板を装填し、該基板上にシリコン層を化学気相成長することを含む。堆積されたシリコン層は、およそ５％以下の厚さ不均一性を有し、基板全体を覆う（ｏｖｅｒ）シリコン層の上面の高さが、およその窒化飽和深度（ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）よりも大きい。その後、該シリコン層は、窒化される。
【００１６】
本発明の他の側面によれば、集積回路が提供される。該集積回路は、基板を覆うシリコン化合物の絶縁層を含む。該絶縁層は、およそ１０パーセント以下の厚さ不均一性及びおよそ２原子パーセント未満の水素濃度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様で使用される、典型的な単一基板反応チャンバーの概略断面図である；
【図２】図２は、本発明の好ましい実施態様による、典型的な反応物質及び不活性ガス供給源を図示するガスフローの概略図である；
【図３】図３は、主に、本発明の好ましい実施態様による、シリコン含有化合物層を形成するためのステップを示す、フローチャートである；
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の好ましい実施態様による、シリコン含有化合物層の形成前の基板を図示する；
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の好ましい実施態様による、シリコン層の形成後の図４Ａの基板を図示する；
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の好ましい実施態様による、図４Ｂのシリコン層と反応種との反応後に形成されるシリコン含有化合物層を図示する；
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の好ましい実施態様による、図４Ｃのシリコン含有化合物層上に形成されたシリコン層を示す；
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の好ましい実施態様による、図４Ｄのシリコン層と反応種との反応後に形成されるシリコン含有化合物層を図示する；
【図５】図５は、本発明の好ましい実施態様による、シリコンナイトライド誘電層（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）を形成するためのステップを示すフローチャートである；
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の好ましい実施態様による、ウェハクリーニング後の基板を図示する；
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の好ましい実施態様による、シリコンオキサイド層の形成後の図６Ａの基板を図示する；
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の好ましい実施態様による、図６Ｂのシリコンオキサイド層上に形成されたシリコンナイトライド層を図示する；
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の好ましい実施態様による、図６Ｃのシリコンナイトライド層上の、次のシリコンナイトライド層の形成によって、より厚くされた図６Ｃのシリコンナイトライド層を図示する；
【図６Ｅ】図６Ｅは、図６Ｄのシリコンナイトライド層が本発明の好ましい実施態様により好ましい厚さに形成された後に形成されたゲート電極を図示する；
【図７】図７は、主に、本発明の好ましい実施態様による、シリコン含有化合物層の形成のためのステップを示す他のフローチャートである；
【図８】図８は、本発明の好ましい実施態様により形成されたシリコンナイトライド膜の横断面を示す透過型電子顕微鏡写真の複製である；
【図９】図９は、本発明の好ましい実施態様により形成されたシリコンナイトライド膜に対するＲＢＳスペクトルを示す；
【図１０】図１０は、本発明の好ましい実施態様により形成されたシリコンナイトライド膜に対するＲＢＳ ＥＲＤスペクトルを示す；ならびに
【図１１】図１１は、本発明の好ましい実施態様により形成されたシリコンナイトライド膜に対するリーク電流（ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）データを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
好ましい実施形態の詳細な説明
好ましい反応器
好ましい実施態様は、単一基板、水平流コールドウォール反応器（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｆｌｏｗ ｃｏｌｄ−ｗａｌｌ ｒｅａｃｔｏｒ）のコンテクストにおいて示されるが、本発明の特定の側面は、当該技術分野において公知の様々なタイプの反応器への適用を有し、本発明はそのような反応器に限定されないことが理解される。例えば、バッチリアクター（ｂａｔｃｈ ｒｅａｃｔｏｒｓ）が使用され得、複数のウェハを同時に処理する能力によって、向上した処理能力を有利に可能なものとする。好適なバッチリアクターは、オランダのＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｎ．Ｖ．から、商品名Ａ４１２ＴＭの下で商業的に入手できる。
【００１９】
それにもかかわらず、単一基板、水平流コールドウォール反応器の使用は、特に好都合である。例えば、示されるシングルパス水平流（ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｓｓ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｆｌｏｗ）デザインは、反応物質どうし及びチャンバー表面との相互作用を最小限に抑える一方、特に、下記の循環する堆積プロセスにおいて、順に、迅速で順次的な処理を容易にする、低い滞留時間の、反応物質ガスの層流を可能にする。そのような層流は、互いに反応し得る反応物質を順次的に流入することを可能にする。回避される反応は、酸素及び水素含有反応物質によって生じるような、高い発熱性及び爆発性の反応、ならびにチャンバーの粒子汚染を生じる反応を含む。しかしながら、当業者は、特定の順次的プロセスに対して、他の反応器デザインもこれらの結果を達成するために提供され得、不適合な反応物質を除去することを可能にするのに十分なパージ又は排気時間が提供されることを認識するであろう。
【００２０】
図１は、好ましい実施態様によって構築された、クォーツプロセス（ｑｕａｒｔｚ ｐｒｏｃｅｓｓ）又は反応チャンバー１２を含む、化学気相成長法（ＣＶＤ）反応器１０を示し、ここに開示される方法は、それに対して特有の実用性を有する。反応器１０の優れた処理コントロールは、多数の異なる材料のＣＶＤにおける有用性を有し、同じチャンバー１２において順次的に複数の処理ステップを安全かつクリーンに達成し得る。反応器１０の基本的な構成は、アリゾナ州フェニックスのＡＳＭ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．から商品名ＥｐｓｉｌｏｎＴＭの下で商業的に入手することができる。
【００２１】
複数の放射熱源は、相当な量の吸収を伴うことなく、チャンバー１２において熱エネルギーを提供するために、チャンバー１２の外側で、クオーツチャンバー（ｑｕａｒｔｚ ｃｈａｍｂｅｒ）１２ウォールによって支持される。図示される放射熱源は、伸長された管状の放射熱エレメント１３（ｒａｄｉａｎｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ １３）の上部加熱アセンブリ（ｕｐｐｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を備える。上部加熱エレメント１３は、好ましくは、空間を空けて平行関係に配置され、また、実質的に下にある反応チャンバー１２を通る反応物質ガス流路（ｒｅａｃｔａｎｔ ｇａｓ ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）とも平行に配置される。下部加熱アセンブリ（ｌｏｗｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｙ）は、反応チャンバー１２の下の同様に伸長された管状放射熱エレンメント１４を含み、好ましくは、上部加熱エレメント１３を横断して位置される。望ましくは、放射熱の一部は、それぞれ上部及び下部ランプ１３及び１４の上及び下の粗い鏡面リフレクタプレートによって、チャンバー１２中に広く反射される。加えて、複数のスポットランプ１５は、反応チャンバー１２の底部を通じるコールドサポート構造によって生み出されるヒートシンク効果を妨げるために、基板支持構造（後述）の底面に対して濃縮された熱（ｃｏｎｃｅｔｒｒａｔｅｄ ｈｅａｔ）を供給する。
【００２２】
各伸長された管状加熱エレメント１３、１４は、好ましくは、ヨウ素等のハロゲンガスを含む透明なクォーツエンベロープ（ｑｕａｒｔｚ ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を有する高輝度タングステンフィラメントランプである。そのようなランプは、相当量の吸収を伴うことなく、反応チャンバー１２の壁を通して伝えられる広範囲の放射熱エネルギーを生じる。半導体処理装置の技術分野において公知であるように、様々なランプ１３、１４、１５のパワーは、独立に又はグループ化した領域において、温度センサーに応じて制御され得る。しかしながら、当業者は、ここに記載されるプロセスの原理及び利点が、他の加熱及び温度制御システムによって達成され得ることを理解するであろう。
【００２３】
基板は（好ましくは、シリコンウェハ１６を含む）、基板支持構造１８上の反応チャンバー１２内で支持されることが示される。ここで留意すべきは、図に示される実施態様の基板は単結晶シリコンウェハであるが、用語“基板”は、層が堆積されるあらゆる表面を広く言及するものと理解されるであろう。さらに、薄い、均一な層は、しばしば、ガラス又は他の基板上の光学的な（ｏｐｔｉｃａｌ）薄膜の堆積を含む（ただし、これに限定されない）他の基板について要求される。
【００２４】
図に示された支持構造１８は、ウェハ１６が置かれ、支持スパイダー２２によって順に支持される、基板ホルダー２０を含む。スパイダー２２は、チャンバーの下部壁に垂れ下がるチューブ２６の下方に延びるシャフト２４に取り付けられる。好ましくは、チューブ２６は、処理の間に流れ得るパージ又はスウィープ（ｓｗｅｅｐ）ガスを供給源に通じ、プロセスガス（ｐｒｏｃｅｓｓ ｇａｓ）がチャンバー１２の下部セクションへと逃げていくのを防ぐ。
【００２５】
複数の温度センサーは、ウェハ１６に接近して位置する。温度センサーは、光高温計又はサーモカップル等の、あらゆる様々な形態を取ることができる。温度センサーの数及び位置は、以下に記載される好ましい温度コントローラーを考慮して理解されるように、温度均一性を促進するために選択される。図に示される反応（ｒｅａｃｔｉｏｎ）１０において、温度センサーは、直接又は間接に、ウェハに近接する位置の温度を感知する。
【００２６】
示される実施態様において、温度センサーは、あらゆる好適な様式でウェハホルダー２０の下に吊された、第１又は中心サーモカップル２８を含む、サーモカップルを備える。示された中心サーモカップル２８は、ウェハホルダー２０に近接するスパイダー２２を通る。さらに、反応器１０は、同様にウェハ１６に近接する複数の第２又は周辺（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）サーモカップルを含み、前縁（ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ）又は前方（ｆｒｏｎｔ）サーモカップル２９、後縁又は後方サーモカップル３０及び側方サーモカップル（示さない）を含む。各周辺サーモカップルは、基板ホルダー２０及びウェハ１６を取り囲む、スリップリング（ｓｌｉｐ ｒｉｎｇ）３２内に納められる。各中心及び周辺サーモカップルは、様々な加熱エレメント１３、１４、１５のパワーを、サーモカップルの読みに応じて設定する、温度コントローラーに接続される。
【００２７】
周辺サーモカップルを納めることに加え、スリップリング３２は、ウェハエッジでのより大きな熱の損失又は吸収への傾向（そのようなエッジの近くの領域における容積に対する表面積のより大きな比によって生じることが知られている現象）を補償するように、高温加工中の放射熱を吸収及び放射する。エッジ損失を最小化することによって、スリップリング３２は、ウェハ１６を横断する放射熱不均一性のリスクを減少し得る。スリップリング３２は、あらゆる好適な手段で吊され得る。例えば、図に示されるスリップリング３２は、前方チャンバーディバイダ（ｆｒｏｎｔ ｃｈａｍｂｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ）３６及び後方チャンバーディバイダ（ｒｅａｒ ｃｈａｍｂｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ）３８に従属するエルボー（ｅｌｂｏｗ）３４上に位置する。ディバイダ３６、３８は、望ましくはクウォーツで形成される。いくつかのアレンジメントにおいて、後方ディバイダ３８は省略され得る。
【００２８】
図に示された反応チャンバー１２は、反応物質及びキャリアガスの注入用のインレットポート（ｉｎｌｅｔ ｐｏｒｔ）４０を含み、また、ウェハ１６もそれを通して受け取られ得る。アウトレットポート（ｏｕｔｌｅｔ ｐｏｒｔ）４２は、インレット４０及びアウトレット４２間に位置されるウェハ支持構造１８と共に、チャンバー１２の反対側に存在する。
【００２９】
インレットコンポーネント５０は、反応チャンバー１２にフィットされ、インレットポート４０を囲むように適応され、そしてウェハ１６が挿入され得る、水平に伸長されたスロット５２を含む。一般的に、垂直インレット５４は、図２に関してより完全に記載される、離れた供給源からガスを受け取り、そのようなガスをスロット５２及びインレットポート４０に通じる。インレット５４は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．５，２２１，５５６（Ｈａｗｋｉｎｓ ｅｔ ａｌ．により発行）又は１９９６年４月２５日に出願された、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．０８／６３７，６１６の図２１〜２６に関して記載され（これらの開示がここに参考として援用される）、ガスインジェクターを含み得る。そのようなインジェクターは、単一ウェハ反応器に対するガスフローの均一性を最大にするようにデザインされる。
【００３０】
同様に、アウトレットコンポーネント５６は、排気口５８がアウトレットポート４２と整列され、排気導管５９に導くように、プロセスチャンバー１２に取り付ける。チャンバー１２を通してプロセスガスを取り出すために、導管５９を、今度は、好適な減圧手段（記載せず）に通じることができる。好ましい実施態様において、プロセスガスは、反応チャンバー１２及び下流スクラバー（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｓｃｒｕｂｂｅｒ）８８を通して取り出される（図２）。ポンプ又はファンが、好ましくは、チャンバー１２を通るプロセスガスの取り出しにおいて補助するため及び低圧加工用のチャンバーを排気するために含まれる。
【００３１】
また、好ましい反応器１０は、好ましくは、チャンバー１０から上流に位置された励起種の供給源６０も含む。図示された実施態様の励起種供給源６０は、ガスライン６２に沿うマグネトロン発電機及びアプリケーターを含む、リモートプラズマ発生器（ｒｅｍｏｔｅ ｐｌａｓｍａ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を含む。典型的なリモートプラズマ発生器は、ドイツ、ミュンヘンのＲａｐｉｄ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｒａｄｉｃａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｒ３Ｔ）ＧｍｂＨから商品名ＴＲＷ−８５０の下で商業的に入手可能である。図に示される実施態様において、マグネトロンからのマイクロ波エネルギーは、ガスライン６２に沿ったアプリケーターにおいて流れるガスに連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）。前駆体ガスの供給源６３は、励起種発生器６０に導入するために、ガスライン６２に連結される。図に示される実施態様は、前駆物質ガスとしてＮ２を採用する。キャリアガス６４の別々の供給源も、ガスライン６２に連結され得、実施態様においては窒素源として窒素ガスを採用しているが、別々のキャリアガスは省略され得る。１以上のさらなる分岐ライン６５も、追加の反応物質用に提供され得る。各ガスラインは、発生器６０に導入され、そこから反応チャンバー１２へと導入されるキャリア及び反応種の相対量の選択を可能にするため、示されるように、別々のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）及びバルブを備え得る。
【００３２】
ウェハを、好ましくは、周囲の環境から隔離されたハンドリングチャンバー（ｈａｎｄｌｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ）（示さず）から、ピックアップデバイスによってスロット５２を通す。ハンドリングチャンバー及びプロセスチャンバー１２は、好ましくは、垂直アクチュエータを有するスリットバルブ又はＵ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．４，８２８，２２４に開示されるタイプのバルブ等のゲートバルブ（記載していない）によって分離される。
【００３３】
２００ｍｍのウェハを加工するためにデザインされた単一ウェハプロセスチャンバー１２のトータル容積キャパシティは、例えば、好ましくは、およそ３０リットル未満、より好ましくはおよそ２０リットル未満、さらに好ましくはおよそ１０未満である。図に示されるチャンバー１２は、およそ７．５リットルの最大容積（ｃａｐａｃｉｔｙ）を有する。しかしながら、図に示されるチャンバー１２は、ディバイダ３２、３８、ウェハホルダー２０、リング３２及びチューブ２６から流れるパージガスによって分割されるため、それを通るプロセスガスの有効容積は、総容積のおよそ半分である（図に示される実施態様においておよそ３．７７リットル）。もちろん、チャンバー１２が適合するようにデザインされたウェハのサイズによって、単一ウェハプロセスチャンバー１２の容積は異なると理解される。例えば、図に示されたタイプの単一ウェハプロセスチャンバー１２は、３００ｍｍウェハ用であるが、好ましくはおよそ１００リットル未満、より好ましくはおよそ６０リットル未満、さらに好ましくはおよそ３０リットル未満の最大容積を有する。１つの３００ｍｍウェハプロセスチャンバーは、およそ２４リットルの総容積を有し、およそ１１．８３リットルの有効加工ガス最大容積を有する。そのようなチャンバーの比較的小さな容積は、望ましくは、下記の循環するプロセスの相（ｐｈａｓｅｓ）間の迅速なチャンバーの排気又はパージを可能にする。
【００３４】
図２は、好ましい実施態様によるガスラインの概略図を示す。反応器１０には、好ましいシリコン供給源ガス又は前駆物質として、トリシランの液体反応物質供給源７４が提供される。液相反応物質７４を泡立たせるため及び気相反応物質をバブラー（ｂｕｂｂｌｅｒ）から反応チャンバー１２へ運ぶための、ガス（好ましくはＨ２）を含む不活性ガス供給源７５も、示される。バブラーは、シリコン供給源として液体トリシラン７４を保持する一方、ガスラインは、液体シリコン供給源を通して不活性ガスを泡立たせ、前駆物質を気体の形態で反応チャンバー１２へと輸送する。
【００３５】
同様に図２に示されるように、反応器１０は、さらに、水素ガス（Ｈ２）の供給源７２を含む。当該技術分野において周知の通り、水素は、その低い沸点によってきわめて高い純度で提供され得ることから、水素は有用なキャリアガス及びパージガスであり、シリコン堆積に適している。
【００３６】
また、好ましい反応器１０も、窒素ガス（Ｎ２）の供給源７３を含む。当該技術分野において周知の通り、Ｎ２は、しばしば、半導体製造において、Ｈ２のかわりにキャリア又はパージガスとして採用される。窒素ガスは比較的不活性であり、多くの集積材料（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）及びプロセスフローに適している。他の可能性のあるキャリアガスは、ヘリウム（Ｈｅ）又はアルゴン（Ａｒ）等の、希ガスを含む。
【００３７】
加えて、２原子窒素（Ｎ２）等の、他の窒素供給源６３は、チャンバー１２中における堆積されたシリコン層との反応のための活性種を提供するために、リモートプラズマ発生器６０に、提供され得る。追加として又はそのかわりに、アンモニア（ＮＨ３）供給源８４が、熱窒化のための揮発性窒素供給源としてはたらくために、提供され得る。さらに、当該技術分野において公知の通り、他のあらゆる好適な窒素供給源を採用することができ、直接又はリモートプラズマ発生器６０を通して、チャンバー１２中に流入させることが可能である。他のアレンジメントにおいて、ガス供給源６３は、シリコン含有化合物層を形成するため、他の反応物質ラジカルの供給源（例えば、Ｏ、Ｃ、Ｇｅ、金属等）を含むことができる。
【００３８】
また、反応器１０にも、酸化剤又はオキシダントの供給源７０を備え得る。オキシダント供給源７０は、あらゆる数々の公知のオキシダント、特に、Ｏ２、ＮＯ、Ｈ２Ｏ、Ｎ２Ｏ、ＨＣＯＯＨ、ＨＣｌＯ３等の揮発性オキシダントを含み得る。
【００３９】
望ましくは、反応器１０は、ドーパント供給源（例えば、図に示されるホスフィン７６、アルシン７８及びジボラン８０供給源）、ならびに反応器の壁及び他の内部構成部品をクリーニングするためのエッチャント（例えば、励起種発生器６０を通して提供されるＨＣｌ供給源８２又はＮＦ３／Ｃｌ２（記載していない））等の他の供給源ガスをも含む。下記に議論されるように、ポリシランを用いて最初のシリコン層が堆積された後のシリコン層の堆積のため、シランの供給源８６も同様に提供され得る。
【００４０】
各ガス供給源は、ガスパネルにて調整されたマスフローコントローラ（“ＭＦＣｓ”）と同様に、安全及び制御バルブ（ａｔｔｅｎｄａｎｔ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅｓ）を有するガスラインを介して、インレット５４（図１）に接続され得る。プロセスガスは、中央コントローラー中にプログラムされ、インジェクターを通してプロセスチャンバー１２に分布された方向に従って、インレット５４（図１）に通じる。プロセスチャンバー１２を通った後、未反応プロセスガス及び気体の反応副生成物は、大気中に排気する前に、環境的に危険な蒸気を濃縮するために、スクラバー８８に排気される。
【００４１】
上述の通り、従来のガス供給源に加え、好ましい反応器１０は、反応チャンバー１２から離れて又はその上流に位置される、励起種供給源６０を含む。図に示される供給源６０は、ガスが反応物質供給源６３由来の反応前駆物質（ｒｅａｃｔａｎｔ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ）を取り込む（ｉｎｃｌｕｄｅ）、アプリケーター中に流入するガスにマイクロ波エネルギーを結合する（ｃｏｕｐｌｅ）。プラズマはアプリケーター内で発火し、励起種は、チャンバー１２へと運ばれる。好ましくは、供給源６０によって生じた励起種の過剰に反応性のイオン種は、実質的に、チャンバー１２に入る前に、再結合する。一方、Ｎラジカルは、チャンバー１２に入るように生存することが可能であり、適当なように反応する。
【００４２】
加えて、プラズマを、反応チャンバーにおいて、ｉｎ ｓｉｔｕで発生させることができる。しかしながら、そのようなｉｎ ｓｉｔｕプラズマは、一部の堆積層に損傷、均一性及び粗度の問題の原因となる可能性がある。その結果、プラズマが使用されるところでは、一般的に、遠く離れて発生されたプラズマが好ましい。
【００４３】
トリシラン
マイクロ電子デバイスの製造は、シリコン含有化合物膜を堆積するために、ＣＶＤプロセスにおいてシラン（ＳｉＨ４）を長く使用してきた。それにもかかわらず、以下に議論されるように、多数の欠点を有することが見出された。
【００４４】
製造の文脈において、十分に制御されかつ再現可能な堆積プロセスは、デバイス収率および生産速度を最大化するために高度に所望されることが理解される。さらに、一般的に、堆積膜は、厚みおよび元素組成の両方においてできるだけ均一であることが望ましい。しかし、シランを使用する既存のプロセスは、シランの制限に起因して、種々の程度に非均一である膜を製造する傾向がある。
【００４５】
劇的な温度バリエーションは、加熱および温度制御システムにおける制限に起因して、ＣＶＤによって基板表面に堆積される膜の非均一性において重要な役割を果たす。基板の表面温度は、得られた膜の堆積速度および組成に影響することが見出された。従って、基板の表面全体にわたる温度バリエーションは、堆積速度におけるバリエーションを引き起こし、これは、次いで、堆積した膜における厚みのバリエーションを引き起こし得る。
【００４６】
これらの温度バリエーションは、いくつかの因子に起因し得る。例えば、温度は、堆積が進行するにつれて変化し得る。なぜなら、温度制御は、しばしば、基板の暴露された表面に依存するからである。また、単一のウェハ、水平ガスフローリアクター中のＳｉＣコーティング黒鉛成分（例えば、予め加熱したリングおよびサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ））の温度バリエーションは、温度および膜の非均一性に貢献し得る。さらに、他のプロセスパラメーターの不完全な制御（ガスフロー速度および全圧を含む）はまた、膜の物理的特性における非均一性に貢献すると考えられる。
【００４７】
これらのプロセスにおけるバリエーションは変化し得るので、基板上の位置の関数として、任意の特定の瞬間に堆積速度が変化し、基板の表面全体にわたって堆積する膜における厚みのバリエーションを得る。同様に、時間において任意の特定の瞬間に堆積する膜の組成は、多成分膜についての基板の表面全体にわたって場所毎に変化する。理論に制限されることなく、このようなバリエーションは、多成分膜の元素成分の各々を導入するために使用される前駆体間に存在する解離吸収活性化エネルギー（ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｖｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）における差異の直接的な結果であり得る。すなわち、化合物を形成する際に使用される異なる前駆体は、異なる速度で堆積し得、そして、温度バリエーションに対して異なる感受性を有する堆積速度を有し得る。結果として、以下に議論される平均化（ａｖｅｒａｇｉｎｇ−ｏｕｔ）／調整（ｔｕｎｉｎｇ）アプローチは、組成の非均一性の問題を必ずしも解決しない。
【００４８】
厚みおよび組成の非均一性に関する問題は、いくつかの実用的な問題を引き起こし得る。製造プロセスの間のシリコン含有化合物膜の厚みおよび／または組成における有意なバリエーションは、影響されるデバイスが要求される仕様または基準を満たさない場合、製造収率の低下を導き得る。また、特定のデバイス内の膜全体にわたるバリエーションは、デバイス性能および／または信頼性を減少させ得る。多数の場合において、これらの問題は悪化する。なぜなら、製造は、直径が２００ミリメートル（ｍｍ）であるウェハ上に同時に何千または何百万ものデバイスを製造するプロセスの間に、シリコン含有化合物膜を堆積することを包含するからである。工業は、現在３００ｍｍウェハに変化し、そして将来より大きいウェハでさえ使用し得る。
【００４９】
厚みの非均一性を和らげる１つの技術は、反応条件が実験的に調整された後、比較的厚い膜を堆積することである。このアプローチは、厚みの非均一性が、任意の特定の層の堆積時間にわたり平均化する傾向があるという事実による。加熱ランプの温度および配置、ガスフロー速度、ガス圧、ガス組成等のような変化し得るリアクタープロセス変数は、ウェハ支持体を回転させて、特に、単一のウェハシステム中において、全体の膜の厚みを平均化するために調整され得る。
【００５０】
調整は、各々、異なる予め選択されたセットの堆積条件下で、大多数の膜を堆積することを含む。次いで、各膜内の厚みのバリエーションは、測定され、そして厚みのバリエーションを減少または除去する条件を同定するために結果を分析する。所望でないことには、この反復プロセスを実施するために必要な時間および試験ウェハに起因して、多大な費用がかかる。
【００５１】
さらに、調整は、堆積プロセス中で基板全体にわたり均一な温度を生成することを必ずしも必要としない。むしろ、調整プロセスの結果は、特定の反応温度「設定ポイント」（すなわち、反応チャンバー装置が設定される基板温度）についての温度バリエーションによって生成される厚みのバリエーションを時間平均化（ｔｉｍｅ−ａｖｅｒａｇｅ）することである。しかし、特定の設定ポイントにおいて、基板の表面全体にわたる温度は、依然として変動し得る。
【００５２】
次いで、これは、組成のバリエーションの問題を提起する。なぜなら、組成の均一性は３次元で所望される（膜表面全体と膜の厚みの両方）。例えば、多数の膜は、ドーパントを含み、そしてこれらのドーパントのレベルは、膜の電子特性に影響する。非均一な温度は、膜へのドーパントまたは他の反応物の非均一な導入を生じ得る。
【００５３】
堆積の非均一性の問題は、非常に薄いシリコン含有化合物膜を堆積する際に、特に激しい。薄膜を製造するための能力は、回路の寸法が減縮し、得られたデバイスがよりコンパクトになるので、より重要となっている。しかし、上に記載される平均化／調整アプローチは、ますます不適切となっている。なぜなら、薄膜についての堆積プロセスが、一般的に、厚い膜についてよりも短く、膜の厚みを平均化する時間がより少ないからである。さらに、高度にコンパクトなデバイスは、組成の非均一性（平均化／リアクター調整によって適切に取り組まれていない問題）により感受性である。
【００５４】
変化し得るプロセス条件によって導入される複雑性に加えて、薄膜における膜均一性はまた、核形成現象によって影響される。核形成は完全に理解されていないが、シランを用いるＣＶＤによる堆積は、多数の別々のシリコンアイランドが基板の表面に最初に形成するプロセスによって生じることが観察されている。堆積が進行するにつれて、これらのアイランドは、お互いに接触するまで成長する傾向があり、最終的に、連続的なシリコン膜を形成する。この時点において、シリコン膜は、代表的に、最初の核形成部位に対応するピークおよび核形成部位間の領域に対応する谷を有する粗い表面を有する。堆積がさらに進み、膜が厚化するにつれて、厚みの均一性は、上に記載されるのと類似のプロセスを平均化することによって増加する。
【００５５】
しかし、薄い連続的なシリコン含有化合物膜は、一般的に、既存のシラン堆積プロセスによって調製するのが非常に困難である。なぜなら、膜は、アイランドが成長して一緒になって連続膜を形成する前に、アイランドのピーク近くの領域で所望の厚みを達成し得るからである。これらの問題は、より薄い膜について、そしてアモルファス膜における原子の表面移動によって、悪化する。連続性の問題は、代表的に、約２００Å以下の厚みを有する膜を堆積するためにシランを使用する場合に観察され、そして約１００Å未満の厚みを有する膜について、より多く観察される。これらの問題はまた、膜の表面積が増加するにつれて悪化する。重大な困難性は、しばしば、約１平方ミクロン以上の表面積を有する非常に薄い膜について遭遇し、約５平方ミクロン以上の表面積を有する非常に薄い膜について、より多く遭遇する。基板の性質はまた、表面が核形成および成長に影響する程度にシラン堆積を複雑化し得る。従って、例えば、シランを使用する、パターン化された誘電性基板上での非常に薄い連続的なアモルファスシリコン含有化合物膜の堆積は、特にやりがいがある。
【００５６】
前述を考慮して、米国出願番号１０／０７４，５６４（２００２年２月１１日出願）および公開されたＰＣＴ出願ＷＯ０２／０６４，８５３（２００２年８月２日公開）（これらの開示は、本明細書中にその全体が参考として援用される）に開示されるように、トリシラン（Ｈ３ＳｉＳｉＨ２ＳｉＨ３またはＳｉ３Ｈ８）は、シリコン供給源として使用される場合に相当な利益を提供することが発見されている。トリシランを利用する膜堆積方法は、ここで、基板の表面全体にわたる温度バリエーションにあまり感受性でないことが発見された。さらに、トリシランを用いる堆積速度は、堆積チャンバーへのトリシランのフロー速度とともに実質的に連続的に増加し、そして基板物質および厚みに対して比較的非感受性である。また、トリシランは、極端に短い膜核形成時間を有し、これは、シリコンの局在化した結晶堆積のサイズを減少させる。結果として、堆積したシリコン膜は、より薄くされ得、依然として均一である。さらに、この膜は、局在化したシリコン堆積物の減少したサイズに起因して、減少した表面の粗さを示す。
【００５７】
さらに、プロセス生産量（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）に関して、トリシランは、シランと比較してより高い堆積速度を示す。トリシランはまた、熱経費を減少させる。なぜなら、これは、シランよりも低いプロセス温度の使用を可能にするからである。
【００５８】
従って、本明細書中に記載される堆積方法においてトリシランを使用することは、多数の利点を提供する。例えば、これらの堆積方法は、均一に薄くそして連続的であるシラン含有化合物膜の製造を可能にする。これらの利点は、次いで、デバイスがより高い収率で製造されることを可能にし、そしてより小さい回路の寸法および／またはより高い信頼性を有する新しいデバイスの生産を可能にする。これらおよび他の利点は、以下に議論される。
【００５９】
プロセスフロー
以下により詳細に記載されるように、シリコン含有化合物層の形成において、薄いシリコン層は、望ましくは、シリコン前駆体、好ましくはトリシランに基板を最初に暴露することによって基板に堆積される。シリコン層は、別の前駆体と反応されてシリコン含有化合物層を形成し得る。好ましい実施形態において、他の前駆体は、窒素供給源である。窒素供給源は、シリコン層を窒化するために反応チャンバー中に導入され、シリコンナイトライドを形成する。窒化は、シリコン層中のシリコンが窒素供給源由来の窒素と反応する場合に生じて、シリコンナイトライドを生成する。窒化は、好ましくは、基板の表面のシリコン層に限定され、そして有利には、窒素供給源とのシリコン層の反応において実質的に完全な化学量論を生じる。このような完全な反応は、不純物があまり組み込まれないこと、より密度が高い膜、ならびに改善された厚み制御およびステップカバレッジを可能にする。さらに、以下に議論されるように、堆積された層は、絶縁特性を改善し、従来の絶縁薄膜よりもより厚くされ得、拡散バリアとしてこれらの堆積層の効果を増加する。
【００６０】
他の実施形態において、シリコン層は、窒素以外の反応物と反応されて、他のシリコン含有化合物層を形成し得る。例えば、シリコン層は、酸化されて、シリコンオキサイド層を形成し得る。このような場合において、酸素供給源は、窒素供給源の代わりに使用され得る。酸素供給源としては、例えば、原子状酸素、水、オゾン、酸素、一酸化窒素、亜酸化窒素または当該分野で公知の他のオキシダントが挙げられ得る。同様に、当該分野で公知の他の前駆体が、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイド、金属ケイ化物を含むがこれらに限定されないシリコン含有化合物層を形成するために使用され得る。
【００６１】
さらに、これらの堆積および反応の多数の連続サイクルは、シリコン含有化合物層を所望の厚みに構築するために実施され得る。有利には、本発明の方法によって形成される異なるシリコン含有化合物層は、他のものの上に（ｏｎｅ ｏｖｅｒ ａｎｏｔｈｅｒ）形成され得る。例えば、シリコンナイトライド膜は、シリコンオキサイド膜上に堆積され得る。さらに、シリコン含有化合物層は、ドープされてもよいし、そうでなければさらに反応されてもよい。例えば、シリコンナイトライド層は、シリコンオキシナイトライド層を形成するために酸化され得る。
【００６２】
図３は、本発明の好ましい実施形態に従う一般的なプロセスシーケンスを示す。基板は、プロセスチャンバー中に提供され、全てのシーケンスステップは、好ましくは、そのプロセスチャンバー中でインサイチュで実施される。
【００６３】
好ましくは、プロセスチャンバーは、Ｐｈｏｅｎｉｘ， ＡｒｉｚｏｎａのＡＳＭ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｉｎｃ．より市販され、図１および２に関して上に記載される、ＥｐｓｉｌｏｎＴＭシリーズの単一ウェハリアクターのような、単一ウェハの、水平ガスフローリアクターであり、好ましくは、放射加熱される。結果として、図３に示されるプロセスがまた、シャワーヘッドの配置を有するもののような、代替的なリアクター中で使用され得るが、増加した均一性および堆積速度における利益は、回転基板を使用する、ＥｐｓｉｌｏｎＴＭチャンバーの、水平単一パス層ガスフロー配置において特に効果的であることが見出された。
【００６４】
図３を参照すると、ステップ１００において、シリコン層は、基板上に形成される。「基板」は、シリコン含有物質が本発明の好ましい実施形態に従って堆積されるかまたは適用される、任意の基礎をなす表面を含むように、その通常の意味で、本明細書中で使用される。好ましい基板は、金属、シリコン、ゲルマニウム、プラスチック、および／またはガラス、好ましくは、シリコン化合物（Ｓｉ−Ｏ−Ｃ−Ｈ低誘電率の膜を含む）およびケイ素合金を含むがこれらに限定されない、実質上任意の物質からなり得る。基板はまた、トレンチまたはステップのような物理的構造上にそれらを有し得る。特に好ましい基板は、その上にインターフェーシャル・レイヤーを有するシリコン基板を含む。さらに、約４８０℃以上の加工温度で、水素で不動態化したＳｉ＜１００＞表面は、シリコン基板として有利に使用され得る。
【００６５】
ポリシランは、好ましくは、シリコン層１００を形成するためにシリコン供給源として使用される。本明細書中で使用される場合、「ポリシラン」は、化学式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎ＝２〜４）を有する。好ましくは、ポリシランは、ジシランまたはトリシランである。最も好ましくは、ポリシランはトリシランである。結果として、本発明は、トリシランと共にＣＶＤサイクルを使用する特に好ましい実施形態の文脈において記載されるが、当業者は、本発明の開示を考慮して、記載されるプロセスの特定の利点が他の前駆体および／または他の堆積技術で得られ得ることを理解するであろう。
【００６６】
シリコン層１００を形成する際に、シリコン前駆体の堆積は、当業者に公知の種々の堆積方法に従って適切に行われ得るが、最も大きい利益は、堆積が本明細書中に教示されるＣＶＤ法に従って行われる場合に得られる。開示される方法は、プラズマ・エンハンスト化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）または熱ＣＶＤ（気体のトリシランを利用して、ＣＶＤチャンバー内に含まれる基板上にシリコン含有化合物膜を堆積させる）を含む、ＣＶＤを使用することによって適切に実践され得る。熱ＣＶＤは、プロセスのシリコン堆積相について好ましい。
【００６７】
ポリシランは、好ましくは、供給ガスの形態でまたは供給ガスの成分として、プロセスチャンバー１２（図１）に導入される。供給ガスは、ポリシラン以外のガス（例えば、不活性キャリアガス）を含み得る。キャリアガスは、当該分野で公知のキャリアガス（例えば、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、またはその種々の組み合わせ）を含み得る。好ましくは、窒素は、本明細書中に使用される方法についてキャリアガスとして使用される。
【００６８】
ポリシランがトリシランである場合、トリシランは、好ましくは、トリシラン蒸気を同伴するキャリアガスと共に使用されるバブラー、より好ましくは温度制御バブラーによりチャンバーに導入される。好ましくは、バブラーからのトリシランフロー速度は、約１ｓｃｃｍ〜１ｓｌｍまで、より好ましくは、約５０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍまで変化する。好ましくは、キャリアガスは、約２ｓｌｍ〜２０ｓｌｍで変化するフロー速度を有する。
【００６９】
反応チャンバー１２（図１）における全圧は、好ましくは、約０．００１Ｔｏｒｒ〜約７８０Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは、約０．００１Ｔｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒの範囲、最も好ましくは、約０．００１Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの範囲である。トリシランの分圧は、好ましくは、全圧の約０．０００１％〜約１００％の範囲、より好ましくは、全圧の約０．００１％〜約５０％の範囲である。供給ガスのポリシランおよび他の成分の相対的な分圧は、好ましくは、シリコン含有化合物膜を堆積する過程にわたり比較的一定に維持される。しかし、シリコン層形成１００および他のステップは、必ずしも等圧的に行われる必要はない。例えば、ステップ１００は、ステップ１２０よりも高い圧力で行われ得、逆も行われ得る。
【００７０】
有利には、０．００１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力での堆積が、優れた均一性を生じることが見出されている。さらに、低分圧が、一般的に、プロセスの間により低い水素含量を維持するために所望である。しかし、より多くのケイ素原子数を有するシランにおける固有の低いＨ：Ｓｉ比に起因して、例えばトリシランについての分圧は、より低次のシラン（例えば、ジシランおよびシラン）についてのそれよりも高くあり得る。
【００７１】
好ましくは、シリコン層形成１００およびサイクル１４０は、一般的に、等熱的に行われる。熱ＣＶＤについて、好ましい堆積温度は、約４００℃〜約８００℃、好ましくは、約４５０℃〜約７５０℃、より好ましくは、約４５０℃〜約６５０℃の範囲である。好ましくは、これらの温度は、基板についての温度設定に対応する。
【００７２】
好ましくは、熱い基板表面でシリコン前駆体を熱分解または分解するのに十分なエネルギーを供給し、そして、基板表面に送達される速度によって主に制御される速度でシリコンを堆積するために、堆積条件は創られる。従って、トリシランのような前駆体について、堆積はまた、好ましくは、質量輸送制限レジーム（ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｒｅｇｉｍｅ）中またはそれに近い化学気相成長堆積条件化で行われる。質量輸送制限レジームにおいて、堆積速度は、本質的に温度と無関係である。これは、基板の表面全体にわたる小さい温度バリエーションが堆積速度にほとんどまたは全く影響しないことを意味する。質量輸送制限レジームにおける堆積は、厚みおよび組成バリエーションを非常に最小化し、そして本明細書中に記載される好ましいシリコン含有化合物膜の製造を可能にすることが見出された。従って、有利には、このような条件は、最小の負荷効果またはパターン感受性を有する堆積を可能にする。
【００７３】
好ましいシリコン含有化合物層の形成において、ステップ１００で形成される膜の厚みは、当該分野で公知のように、所定の一連の堆積パラメーター（例えば、全圧および温度）について堆積時間および／またはガスフロー速度を変化させることによって、意図される適用に従って変化され得る。特定の一連の堆積条件について、シリコン層形成１００のシリコン堆積の期間は、薄いシリコン層が形成されるように選択されるべきである。薄くかつ均一なシリコン層を形成することにより、層は容易に十分に反応され得、例えば、窒化または酸化され得、以下に記載される、薄くかつ均一なシリコン含有化合物層の形成を可能にする。結果として、約６５０℃未満で、シリコン層の厚みは、約３Åと２５Åとの間であり、より好ましくは、約３Åと１５Åとの間であり、最も好ましくは、約３Åと８Åとの間である。しかし、好ましい厚みの範囲は、温度のようなプロセス条件に依存して変化し得ることが理解される。より高い温度において、より厚いシリコン層が、依然として堆積され得るが、依然として、層が十分に反応されることを可能にする。例えば、約９００℃以上の温度において、約２０〜５０Åのシリコン層が使用され得る。
【００７４】
シリコン層形成１００後、任意の過剰なシリコン供給源および副産物は、プロセスチャンバーから除去１１０され得る。シリコン供給源除去１１０は、以下を含む除去プロセスのいずれか１つまたは任意の組み合わせによって生じ得る：不活性ガスでのプロセスチャンバーのパージ、シリコン供給源の排気、または反応種を運ぶガスによるシリコン供給源ガスの置換。しかし、シリコン供給源ガス除去１１０が、反応種を運ぶガスとの供給源ガスの置換によって達成される場合、プロセスチャンバーは、好ましくは、上に記載され図１に示される、ＡＳＭ ＥｐｓｉｌｏｎＴＭシリーズの単一ウェハリアクターのような、単一基板層流チャンバーである。さらに、シリコン供給源ガス除去１１０がパージによって行われる場合、プロセスチャンバー１２は、好ましくは、数秒間パージされる。
【００７５】
シリコン供給源ガス除去１１０は、好ましくは、チャンバー１２（図１）中の特定の反応物の量がチャンバー１２に入る次の反応物との所望でない副反応を最小化するために十分に低いレベルにあるように行われることが理解される。これは、次いで、形成されるシリコン含有化合物層中の不純物の所望でない混入を最小化する。このような低いレベルの反応物は、例えば、チャンバー１２のパージまたは排気の期間を最適化することによって、達成され得る。このようなレベルにおいて、プロセスチャンバーは、特定の反応物が実質的にないと言われ得る。
【００７６】
シリコン供給源ガス除去１１０後、シリコン層を、シリコン含有化合物層１２０の形成のために反応種と反応され得る。このような反応種は、例えば、シリコンナイトライド層を形成するための窒素供給源、またはシリコンオキサイド層を形成するための酸素供給源を含み得る。好ましくは、ステップ１００で形成されるシリコン層は、化学量論的に完全に反応種と反応するのに十分な期間、流入する（ｉｎｆｌｏｗｉｎｇ）反応種に暴露される。より好ましくは、反応条件は、シリコンナイトライド層の形成に関して以下により詳細に議論されるように、形成されるシリコン層と完全に反応するように、そして基礎をなす構造への損傷を避けるように選択される。
【００７７】
シリコン含有化合物層１２０の形成後、反応物除去１３０は、シリコン供給源除去１１０について上に記載される方法のいずれかを使用して、実施され得る。しかし、ステップ１１０および１３０は、正確に同じ方法によって起きる必要はない。例えば、１つのステップは、パージを包含し得るが、他のプロセスは、排気を含み得る。
【００７８】
ステップ１００、１１０、１２０および１３０の実施は、１つのサイクル１４０を含み、そして基板上に１つの層のシリコン含有化合物を堆積する。次いで、サイクル１４０は、シリコン含有化合物層が所望の厚さに構築されるまで、連続して繰り返され得る。
【００７９】
結果として、当業者は、本発明が種々の厚みの層の形成を可能にし、厚みは、例えば、特定の適用の要求に基づいて選択されることを理解する。例えば、ゲート誘電体としての使用のために、十分なサイクルが、好ましくは、約３Åと２０Åとの間の厚みのシリコンナイトライド層を成長するために行われる。別の実施例において、トランジスタ側壁スペーサーとしての使用のために、実施される多数のサイクルが、好ましくは、約１５０Åと４００Åとの間の厚みのシリコンナイトライド層を形成するように選択され得る。しかし、より大きい厚みが可能である；例えば、５０００Åまでの厚みが十分な数のサイクルを実施した後に形成され得ることが理解され得る。
【００８０】
図４Ａ〜４Ｅを参照すると、上記プロセスの結果が様式化した例示で示される。図４Ａ〜４Ｃは、図３に示されるサイクル１４０の一回のラン後の、シリコン含有化合物層の形成を示す。図４Ａは、シリコン供給源のチャンバー１２への導入の前の基板２００を示す。図４Ｂは、シリコン供給源の導入後に堆積されたシリコンの第１層２０２を示す。図４Ｃは、シリコン層２０２と反応種との反応後、シリコン層２０２から形成されるシリコン含有化合物層２０４を示す。
【００８１】
１サイクルを完了した後、他のサイクルが行われ得る。図４Ｄは、以前に形成されたシリコン含有化合物層２０４上の、新しいサイクル１４０中に堆積した第２のシリコン層２０６を示す。好ましくは、以前のサイクル１４０で使用されるのと同じ反応種が再びチャンバー１２に導入され、第２のシリコン層２０６と反応する。結果として、シリコン含有化合物層２０４と第２のシリコン層２０６の合わせた厚みを有する、より厚いシリコン含有化合物層２０８が形成される。この様式で、このようなサイクル１４０を繰り返した後、第１のシリコン含有化合物層２０４は、所望の厚さまで構築され得る。
【００８２】
上に示されたように、本発明は、特にシリコンナイトライド層を形成するために利用され得る。図５は、このような層を形成するための１つの可能なプロセスシーケンスを示す。例示される実施形態において、シリコンナイトライドを含むゲート誘電層は、基板上の半導体構造上に形成される。
【００８３】
ゲート誘電体の形成のための調製において、ウェハは、好ましくは、半導体構造上の混入物および天然に存在するかまたは自然酸化膜を除去するために、最初にクリーニング３００される。従来は、ウェハクリーニングは、プロセスチャンバー１２（図１）へのウェハのローディングの前に、エキソサイチュ（ｅｘ ｓｉｔｕ）で行われる。例えば、ウェハは、ＳＣ１／ＨＦ湿式エッチバス中でクリーニングされ得る。あるいは、統合されたＨＦおよび酢酸蒸気クリーニングは、クラスターツール内で近隣のモジュール中で行われ得、輸送時間および再混入または再酸化の機会を減少させる。別のアレンジメントにおいて、水素ベーキングステップは、自然酸化膜を昇華させるためにチャンバー１２（図１）内で行われ得る。少量のＨＣｌ蒸気は、水素ベーキングの間に金属混入物などをクリーニングする際に補助するためにこのステップに添加され得る。なお別のアレンジメントにおいて、プラズマ生成物は、例えば、Ｈラジカルを水素ガスと置換することによって、インサイチュクリーニングを補助してもよいし、これを行うのに使用してもよい。当該分野で公知のウェハクリーニングの他の方法もまた適していることが理解される。
【００８４】
エキソサイチュクリーニング後またはインサイチュクリーニングの前のいずれかに、ウェハをプロセスチャンバーにローディングする。自然酸化膜のクリーニングは、水素終結表面を残す傾向があり、これは、クリーンルームの環境または他のオキシダントの供給源への暴露の際の自発的な再酸化を有利に阻害する。このような水素終結化は、さらなるプロセスの前に脱着され得る。
【００８５】
次いで、インターフェーシャル・レイヤー（例えば、シリコンオキサイド層）は、好ましくは、堆積された層の誘電性能を改善するために、基板上に形成される３１０。インターフェーシャル・レイヤーは、エキソサイチュまたはインサイチュで形成され得る。シリコンオキサイド層は、熱酸化または基板のオキシダントへの暴露を含む他の方法を含むが、これらに限定されない、当該分野で公知の方法に従って、形成され得る。例えば、結晶性シリコン基板表面（例えば、Ｓｉ＜１００＞）は、原子状酸素または他の公知の酸化化学物質（例えば、水、オゾン、酸素、一酸化窒素、亜酸化窒素等）に暴露され、シリコンオキサイドを形成し得る。さらに、シリコンオキサイド層はまた、例えば、シリコン層を堆積するためにトリシランを使用して、そして反応種としてオキシダントを使用して、図３のサイクルプロセスによって形成され得る。
【００８６】
次いで、シリコンナイトライド層は、上に開示される方法に従って形成され得る。
【００８７】
特に、シリコン層は、シリコンオキサイド層上に最初に形成される３２０。好ましくは、トリシランは、チャンバー１２に流入され、トリシランの議論において上に議論される条件下および図３で、熱ＣＶＤによって基板上に堆積する。
【００８８】
好ましい実施形態は、形成される種々の厚みのシリコン層を可能にし、好ましくは、シリコン層の厚みは、窒化条件に基づいて選択される。これは、シリコン層が窒化される場合、原子状窒素は、シリコン層を通って基礎をなすシリコン基板に拡散し得るからである。窒素拡散の深さは、当該分野で公知のように測定され得、そして窒化温度および窒化の期間を含む種々のプロセス条件に関連する。従って、所定のセットのプロセス条件について、原子状窒素は、シリコン層を通って、特定の深さ（窒化飽和深度（ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）と呼ばれる）まで拡散し得る。窒化が約１分未満の間起こる場合、窒化飽和深度は、短期窒化飽和深度と呼ばれ得る。
【００８９】
堆積されたシリコン含有化合物層の議論において以下に議論されるように、基板の窒化は、理論的に予想されるものよりも劣る誘電特性を有するシリコンナイトライド層を生じることが見出されている。従って、堆積されたシリコンナイトライド膜の誘電特性を改善するために、基礎をなす基板の窒化は、好ましくは、窒化飽和深度以上の厚みまで基板上に形成される第１のシリコン層を堆積することによって最小化される。引き続き堆積される層は、代表的に、第１のシリコン層上に堆積される結果として、窒化飽和深度よりも基板からさらに間隔が開いていることが理解される。結果として、第１の後に堆積されるシリコン層の厚みは、好ましくは、窒化飽和深度以下である。
【００９０】
しかし、所定のセットの窒化条件について、第１のシリコン層の形成後、引き続くサイクルにおいて形成される引き続くシリコン層は、より薄くあり得る。なぜなら、シリコンナイトライド層の厚みは増加するが、窒化飽和深度は、比較的一定のままであるからである。例えば、好ましい実施形態において、第１のシリコン層は、例えば、約８〜２０Åの窒化飽和深度まで堆積され得、そして引き続く層は、１サイクル当たり、例えば、約３Å〜１０Åのより薄い厚みで堆積され得る。１つの好ましい実施形態において、第１のシリコン層は、約１２Åの厚さまで堆積され、そして引き続く層は、１サイクル当たり約６Åのより薄い厚みまで堆積される。シリコン層の厚みを変化させることに加えて、他のプロセス条件（例えば、窒化温度および／または窒化の期間）が、窒化飽和深度がシリコン層の厚みよりも深くならないように、変更され得ることが理解される。
【００９１】
次いで、ステップ３２０後、任意の過剰のトリシランを、好ましくは、窒素種を含む供給ガスをチャンバー１２に流入させることによって、チャンバー１２から除去する３３０。有利には、層流チャンバー１２（図１）は、供給ガス中の窒素供給源中のフローを可能にし、供給ガスは、堆積されたシリコン層と反応させるため、そして反応チャンバー１２から過剰なトリシランガスを強制的に除く（ｆｏｒｃｅ）ための両方に使用される。しかし、上に議論されるように、トリシランはまた、チャンバー１２をパージまたは排気することによって除去され得る。
【００９２】
次いで、シリコンナイトライド層は、チャンバー１２（図１）への窒素供給源の導入によって形成される３４０。好ましい窒素前駆体としては、（Ｈ３Ｓｉ）３Ｎ（トリシリルアミン）、アンモニア、原子状窒素、ヒドラジン（Ｈ２Ｎ２）、ヒドラゾ酸（ＨＮ３）、ＮＦ３、前述の混合物、および不活性ガス（例えば、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ）と前述の希釈物のような化学前駆体を含む。最も好ましくは、原子状窒素が窒素前駆体である。
【００９３】
原子状窒素は、好ましくは、励起種発生器６０（図２）を使用して産生される。窒素ガスは、好ましくは、原子状窒素を産生するために、約１ｓｌｍ〜１０ｓｌｍで励起種発生器６０を介して流される。より詳細には、窒素フローは、ヘリウムのキャリアガスと合わされ、キャリアガスは、好ましくは、約１ｓｌｓ〜１０ｓｌｍのフローを有する。従って、ＡＳＭ ＥｐｓｉｌｏｎＴＭシリーズ単一ウェハリアクターと組み合わせて遠隔プラズマ発生器を使用して、励起した窒素種を、代替的にトリシランを用いて、好ましくは、チャンバー１２（図１）にパルスする。
【００９４】
代表的に、議論される条件下で、窒素供給源への暴露は、二分未満の間生じる。しかし、パルスの期間は、温度、窒化されるシリコン層の厚み、基礎をなす構造の感受性、および使用されるリアクターと共に変化し得ることが理解される。例えば、約２分未満のパルス期間は、ＡＳＭ ＥｐｓｉｌｏｎＴＭシリーズの単一ウェハリアクターの特定の堆積特性に関連する；他のリアクターは、当該分野で公知のように、リアクターの特定の特性に依存して、３Å〜２５Åシリコン層を窒化するために、より短いまたはより長い期間を必要とし得る。
【００９５】
シリコンナイトライド層形成３４０後、窒素供給源除去３５０は、好ましくは、実質的に窒素供給源がないチャンバー１２（図１）を作るために行われる。例えば、窒素供給源除去３５０は、窒素フローを停止する一方、トリシランを含む供給ガスでフローするか、または単純に不活性なＮ２を流し続ける間に励起種発生器６０の電源を切ることによって、チャンバー１２をパージするかまたは排気することを包含し得る。
【００９６】
ステップ３５０後、シリコン層形成３２０は、次いで、新しいサイクル３６０を始めるために新しいシリコン層を形成するように実施され得る。実施されるサイクル３６０の数は、カウントされ得、所望の厚みの層を堆積するように最適化され得る。結果として、複数のサイクル３６０が、所望の厚さが達成されるまで実施され、実施されるサイクル３６０の合計数はカウントされ、そして特定の膜の厚みと相関する。
【００９７】
従って、ゲート誘電体層についてシリコンナイトライド層を形成するためのプロセスについての好ましい実施形態は、以下のステップを包含する：
・Ｓｉ３Ｈ８パルス
・Ｓｉ３Ｈ８除去
・窒化
・窒素供給源除去
サイクル３６０によるシリコンナイトライド層の形成後、ゲート電極は、当該分野で公知の方法によって形成され得る３７０。
【００９８】
図６Ａ〜６Ｅを参照すると、上記プロセスの結果を、様式化した例示によって示す。図６Ａは、ウェハクリーニング後の基板４００を示す。図６Ｂは、基板４００上に堆積されたインターフェーシャル・レイヤー４１０を示す。図６Ｃは、インターフェーシャル・レイヤー４１０上に第１サイクル３６０（図５）を実施することによって形成されたシリコンナイトライド層４２０を示す。図６Ｄは、サイクル３６０（図５）の引き続く実施によってより厚くされたシリコンナイトライド層４２０を示す。図６Ｅは、引き続いて形成されたゲート電極４３０を示す。
【００９９】
本発明は、シリコンナイトライド層を形成することを特に参照することによって示され、本発明の教示はまた、他のシリコン含有化合物層を形成するために適用され得ることが理解される。例えば、シリコンオキサイドはまた、基板表面上に直接形成され得る。この場合において、シリコン含有化合物層１２０（図３）の形成の間に窒素供給源を導入するのではなく、酸素供給源が導入され得る。酸素供給源としては、原子状酸素、水、オゾン、酸素、一酸化窒素、亜酸化窒素を含むがこれらに限定されない、当該分野で公知のオキシダントを含む。同様に、当該分野で公知の他の前駆体が、シリコンゲルマニウムおよびシリコンカーバイドを含むがこれらに限定されない、他のシリコン含有化合物層を形成するために使用され得る。
【０１００】
他の好ましい実施形態において、シリコン含有化合物層は、各サイクルにおけるステップ１３０（図３）又は３５０（図５）の後、引き続き反応され得る。例えば、半導体としてはたらくシリコン含有化合物層（例えば、ＳｉＧｅ）は、引き続きドープされ得る。別の例では、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮｙ）層は、シリコンナイトライド層から形成され得る。この実施形態では、シリコンナイトライド層を形成した後、酸素供給源が導入されてシリコンナイトライドが酸化され得、そしてシリコンオキシナイトライド層が形成される。このようなシリコンオキシナイトライド層は、図５を参照して前記で述べたシリコンオキサイド層に代えて、誘電層を形成するためのインターフェーシャル・レイヤーとして使用され得ることが理解されるであろう。シリコンカーバイドナイトライド（ＳｉＣｘＮｙ）又はシリコンオキシカーバイド（ＳｉＯｘＣｙ）は、同様に、続く窒化又は酸化プロセスによって形成され得る。
【０１０１】
また、異なるシリコン供給源が異なるサイクル１４０（図３）又は３６０（図５）において使用され得ることが理解されるであろう。１つの好ましい実施形態において、トリシランがあるサイクルのためのシリコン供給源として使用され得、そしてジシランが別のサイクルのために使用され得る。好ましくは、トリシランは、サイクル１４０（図３）又は３６０（図５）の最初の実施において、基板に堆積される第一のシリコン層を形成するために使用される。続くシリコン層は、ハロシラン（即ち、化学式Ｒ４−ｘＳｉＨｘ（ここで、Ｒ＝Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ、及び、Ｘ＝０〜３）を有するシリコン化合物）又は他のシラン（ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎ＝１〜４、好ましくはｎ≧２））を用いて形成され得る。シリコン供給源の組み合わせが使用され得る（例えば、トリシラン及びジシランが、第一シリコン層が形成された後に同時に使用され得る）ことが理解されるであろう。さらに、「純粋な」トリシランを供給しようとしても、通常いくらかのジシランが存在することに留意されたい。
【０１０２】
好都合には、異なるサイクルにおいて異なるシリコン供給源を使用することに加えて、図３のＣＶＤ法とともに異なる堆積方法が使用され得る。図７に言及すると、１つの好ましい実施形態において、図３のＣＶＤ法が使用され、シリコン含有化合物層が所望の厚さより小さい厚さに堆積される４４０。例えば、図３に示される方法のたった１サイクルだけが行われる。引き続き、電気的性能、組成物の純度（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ｐｕｒｉｔｙ）、及び高い材料密度が主要な関心事とならないスペーサー層を有するような場合においてスループットを増大させるためには、シリコン含有化合物層の残りの所望の厚さの大部分は、非サイクル法（前駆体の同時導入を伴う従来のＣＶＤ４５０を含む）を用いるバルク堆積によって堆積され得る。トリシランに加えて、好ましいシリコン供給源としては、ハロシラン（即ち、化学式Ｒ４−ｘＳｉＨｘ（ここで、Ｒ＝Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ、及び、Ｘ＝０〜３）を有するシリコン化合物）又は他のシラン（例えば、ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎ＝１〜４、好ましくはｎ≧２））が挙げられる。好ましくは、シリコン含有化合物層は、また、シリコン含有化合物層の合計厚さが所望の厚さとなるように、図３のサイクルプロセスに従って形成された４６０シリコン含有化合物層でシールされる。
【０１０３】
他の好ましい実施形態において、薄いシリコン含有化合物層（例えば、シリコンナイトライド）を堆積させた後４４０、基板を含むウェハがその反応チャンバーから第二反応チャンバーへ移され得る。第二反応チャンバー中では、より厚いＰＥＣＶＤ又はファーネス（ｆｕｒｎａｃｅ）シリコン含有化合物層（例えば、シリコンナイトライド）が、その薄いシリコン含有化合物層上へ堆積され得る。続いて、このウェハは、好ましくは、より厚いシリコン含有化合物層上への別の薄いシリコン含有化合物層のサイクル堆積４６０のための別の反応チャンバーへ移される。好ましくは、サイクル堆積４６０のためのこの反応チャンバーは、サイクル堆積４４０が行われたのと同じ反応チャンバーである。
【０１０４】
１つの好ましい実施形態において、シリコンナイトライド層は、シリコン供給源としてトリシランを用いる図３の方法の１サイクルを行うことによって堆積される。次いで、より厚い従来のシリコンナイトライドは、シラン及び窒素供給源がともに導入されている同じ反応チャンバー中で従来のＣＶＤによって形成される。好ましくは、次に、シリコンナイトライドシーリング層が、再びトリシランを用いて、図３の方法によって第二のシリコンナイトライド層上へ形成される。第三のシリコンナイトライド層が形成される場合、全ての３つのシリコンナイトライド層の厚さは、その３層の総厚が所望の合計厚さとなるように調整されることが理解されるであろう。
【０１０５】
かくして、このシリコンナイトライド層の頂部及び底部は、低い水素含有量を有する非常にコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）及び均一（ｕｎｉｆｏｒｍ）なシリコンナイトライド層からなる。好都合なことに、この低い水素含有量は、低いホウ素拡散率に対応する。望ましいことに、これらの優れた頂部及び底部シリコンナイトライド層は、それらが一部となっているより厚いシリコンナイトライド層の界面における拡散バリアとして機能し得る。
【０１０６】
更に、ステップ１００（図３）又はステップ３２０（図５）のための温度が必ずしも等温である必要がないことが理解されるであろう。１つの好ましい実施形態において、シリコン層形成１００（図３）又は３２０（図５）は、約５２５℃より低い、好ましくは約５００℃より低い、最も好ましくは約４７５℃より低い第１温度で起こり得る。好ましくは、その層は次に、シリコン含有化合物層１２０（図３）又は３４０（図５）の形成の前に、堆積時の（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）シリコン層からの水素の完全な除去を可能にするため、数秒間放置される。好ましくは、層は、１０秒より長い間放置される。シリコン含有化合物層１２０（図３）又は３４０（図５）の形成のために、温度は、次いで、第１温度より高い第２温度まで上昇される。好ましくは、続くサイクル１４０（図３）又は３６０（図５）がこの第２高温にて等温で行われ、所望の厚さのシリコン含有化合物層を堆積する。低温及び水素除去時間が、基板表面との界面で膜に低い水素含有量をもたらすので、このようなプロセスは、特に、非結晶性シリコン基板表面上のシリコンナイトライド膜堆積に有用である（例えば、ガラス材料、金属酸化物、金属シリケート及び金属上のＳｉＯ２低誘電率スピン）。好都合なことに、続く堆積サイクルのための高温は、より迅速な堆積及び低水素界面の形成後の増大されたスループットを可能にする。
【０１０７】
堆積されたシリコン含有化合物層
望ましくは、好ましい実施形態に従う好ましいシリコン含有化合物膜は、膜の表面に渡って、非常に均一な厚さを有する。膜厚の均一性は、好ましくは、マルチポイント（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｐｏｉｎｔ）厚さ測定を行うこと（例えば、偏光解析法又は断面法（ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎｉｎｇ）、様々な厚さ測定値を平均することにより平均厚さを決定すること、及び、ｒｍｓ変動性（ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ）を測定すること）によって決定される。所定の表面積での比較を可能にするために、結果は、ｒｍｓ厚さ変動性を平均厚さで割り、そしてその結果をパーセンテージとして表すために１００をかけることによって計算された不均一性のパーセント（ｐｅｒｃｅｎｔ ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）として表現され得る。好ましくは、その厚さ不均一性は、約２０％以下、より好ましくは約１０％以下、更により好ましくは約５％以下、最も好ましくは約２％以下である。
【０１０８】
膜厚を測定するための適当な方法としては、マルチポイント偏光解析法（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｐｏｉｎｔ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｉｃ）が挙げられる。膜厚を測定するための機器は、良く知られており、市販されている。好ましい機器としては、Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ， Ｉｎｃ．， Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａからの機器であるＮａｎｏＳｐｅｃ（登録商標）シリーズが挙げられる。シリコン含有化合物膜の厚さは、また、基板を断面化し、適当な顕微鏡技術（最も好ましくは、電子顕微鏡）によってその厚さを測定することによって決定され得る。厚さが測定されるスパンは、膜の約１０倍の厚さからシリコン含有化合物膜の全体のスパンまでの範囲におけるあらゆるスパンであり得る。もし膜厚がスパンに渡り変化するならば、その厚さは平均厚さ（即ち、所定のスパンに渡る膜の最も厚い及び最も薄い寸法の数値平均（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｖｅｒａｇｅ））であると考えられる。
【０１０９】
本書で使用される場合、ｒｍｓ（より正確には、平均平方誤差の平方根）は、所定の集団のメンバーによって示される変動性の量を表現する方法である。例えば、ｙグラムの平均重量を有する対象のグループにおいて、グループの各メンバーがいくらかの量だけ平均値と異なる重量ｙ’を有するとすると、（ｙ’−ｙ）として表される。ｒｍｓを計算するためには、これらの差を二乗し（それらが正の数であること確実にするため）、足し合わせ、そして平均して、平均平方誤差が得られる。平均平方誤差の平方根がｒｍｓ変動性である。
【０１１０】
厚さの均一性に加え、好ましいシリコン含有化合物膜は、好ましくは、様々なトポグラフィー上にコンフォーマルコーティングを提供する。コンフォーマルコーティングは、それが重なる構造の湾曲（もし存在するならば）に従う層である。コンフォーマルシリコン含有化合物膜は、好ましくは、良好なステップカバレッジを示す。「ステップカバレッジ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）」は、階段状の表面に重なるコンフォーマル膜の厚さの均一性をいう。階段状の表面は、同じ水平面において配置されていない２又はそれ以上の平行なコンポーネントを有する表面である。ステップカバレッジは、好ましくは、段の底部における膜の平均厚さを測定し、それを段の頂部における平均厚さで割り、そして、その結果をパーセントの数字で表すために１００をかけることによって、決定される。
【０１１１】
好ましいシリコン含有化合物膜は、比較的高いアスペクト比でも良好なステップカバレッジを有する。「アスペクト比」とは、構造の水平幅に対する段の垂直高さの比をいう。約４．５〜約６の範囲のアスペクト比において、好ましいシリコン含有化合物膜は、約７０％以上、より好ましくは８０％以上のステップカバレッジを有する。約１〜約４の範囲におけるアスペクト比では、好ましいシリコン含有化合物膜は、約８０％以上の、より好ましくは９０％以上のステップカバレッジを有する。ステップカバレッジは、好ましくは、上記のように計算されるが、側壁の厚さを考慮することによっても計算され得る。例えば、ステップカバレッジの代替的な定義としては、段の頂部及び／又は底部の平均厚さに対する側壁の厚さの比が挙げられる。しかしながら、他に言及しない限り、本書におけるステップカバレッジは、段の底部におけるシリコン含有化合物膜の水平部分の平均厚さを測定し、これを段の頂部における水平部分の平均厚さで割り、その結果をパーセンテージで表すために１００をかけることによって、前述のように決定される。
【０１１２】
好都合には、好ましいシリコン含有化合物膜の表面の滑らかさ及び厚さは、約１平方ミクロン（μｍ２）又はそれより大きい、より好ましくは約５μｍ２又はそれより大きい、さらにより好ましくは約１０μｍ２又はそれより大きい表面積上で維持される。シリコン含有化合物膜は、大きい基板（例えば、ウェハ）の全て又は一部を被覆し得、それゆえ、約３００ｃｍ２又はそれより大きい、好ましくは７００ｃｍ２又はそれより大きい表面積を有し得る。
【０１１３】
良好なステップカバレッジが通常達成されるので、多くの場合、シリコン含有化合物膜の表面粗さは、実質的に、それが重なっている表面粗さと同じである。表面粗さは、好ましくは、該当する表面の１ミクロン×１ミクロン部分について原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定されるようなｒｍｓ表面粗さである。下に位置する基板表面の粗さは、約１Åｒｍｓ（原子的に平坦な表面）から約２５Åｒｍｓ又はそれより更に大きい範囲であり得る。好ましくは、下に位置する基板表面は、１０Åｒｍｓ又はそれより小さい、より好ましくは５Å又はそれより小さい粗さを有し、それゆえ、重なっているシリコン含有化合物膜は、それに匹敵する粗さを有する。所定の程度の粗さを有する下に位置する基板表面に対して、その上に堆積されるシリコン含有化合物膜は、好ましくは、約５Å又はそれより小さい、より好ましくは約３Å又はそれより小さい、更により好ましくは約２Å又はそれより小さい量だけ、基板表面粗さよりも大きい表面粗さを有する。例えば、もし基板表面粗さが約７Åｒｍｓである場合、その上に堆積されるシリコン含有化合物膜の測定される表面粗さは、好ましくは約１２Åｒｍｓ（７Å＋５Å）又はそれより小さい。好ましくは、下に位置する表面は、約２Åｒｍｓ又はそれより小さい粗さを有し、重なっているシリコン含有化合物膜は約５Åｒｍｓ又はそれより小さい、より好ましくは、約３Åｒｍｓ又はそれより小さい、最も好ましくは約２Åｒｍｓ又はそれより小さい測定された表面粗さを有する。
【０１１４】
これらの利点は、トリシランがシリコン供給源として使用され且つ原子状窒素が窒素供給源として使用された以下の実施例の実施形態によって形成されたシリコンナイトライド層について得られたデータにおいて証明される。
【０１１５】
図８は、好ましい実施形態に従って形成されたシリコンナイトライド膜の断面図を示す実際の透過型電子顕微鏡写真の複写物である。顕微鏡写真のナノメートルスケールであっても、たった１４Å厚さのシリコンナイトライド層が優れた均一性を示したことが証明される。
【０１１６】
シリコンナイトライド膜は、また、優れた化学量論及び純度を示した。特に、当該分野で知られているように、シリコンナイトライド膜中のシリコンとナイトライドの比についての値は、Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ＲＢＳ）によって決定され得る。図９は、本発明の好ましい実施形態に従って形成されたシリコンナイトライドサンプルの代表的なＲＢＳスペクトル（２ＭｅＶＨｅ＋＋）である。ＲＵＭＰモデリングプログラムに基づくシミュレーションを用いるＲＢＳスペクトルデータの分析は、シリコン及び窒素濃度の定量化を可能にした。意味深いことに、このデータは、シリコンナイトライドが、シリコン原子当り約１．３３窒素原子の比を有する完全に化学量論のシリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）にほぼ等しい約Ｓｉ４３Ｎ５６の化学量論又はシリコン原子当り約１．３０窒素原子の比を有することが見出されたように、実質的に化学量論のシリコンナイトライド膜を示す。
【０１１７】
さらに、また当業者に知られているように、水素含有量を分析するためにＲＢＳ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｒｅｃｏｉｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＥＲＤ）スペクトルが使用され得る。このようなスペクトルが得られ、そして図１０に示される。また、シリコンナイトライド膜は、膜内の水素濃度が技術の検出限界より低い（即ち、０．２原子パーセントより低い水素が組み込まれた）ことを示すＲＵＭＰを使用する定量的分析を用いて、優れた組成物純度を示した。それゆえ、シリコンナイトライド膜の分析は、その膜が優れた純度と化学量論を有することを示した。
【０１１８】
好都合なことに、好ましい実施形態に従って形成されたシリコン含有化合物層の高いコンフォーマリティー（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｉｔｙ）並びに物理的及び化学的均一性は、従来法によって形成される類似の層に比べて、改善された物理的特性を有する。例えば、シリコン化合物（例えば、シリコンナイトライド及びシリコンオキサイド）の絶縁層は、シリコン化合物を形成するときの下に位置する基板の反応に一部起因し、そしてまた、組み込まれた不純物（組み込まれた水素のような）に起因し、理論的に予測されるより低い絶縁特性を有する。望ましくは、好ましい絶縁層は、低い組み込まれた水素及び下に存在する基板の最小化された反応を有し、結果的に改善された絶縁特性をもたらす。
【０１１９】
特に、本発明に従って形成されるシリコンナイトライド膜は、他の化合物（例えば、シリコンオキシナイトライド）が伝統的に好まれてきた適用において、使用され得る。望ましくは、シリコンオキシナイトライドとの比較におけるその異なる材料特性に起因して、このような適用におけるシリコンナイトライドの使用は、より高い誘電率及びより良いバリア特性を有する層をもたらす。
【０１２０】
さらに、シリコンナイトライド層を形成するとき、プロセス温度は、好ましくは、シランを利用する従来のＣＶＤ法と比べて低減される。そのようなものとして、シリコンチャネルへ向かう窒素拡散は、シリコン誘電界面における窒素の量が注意深く制御され且つ制限されなければならないゲート誘電適用において、低減され得る。
【０１２１】
さらに、その高い誘電率のため、シリコンナイトライド層は、幾つかの適用において（例えば、ゲート誘電体のために）優れたものであり得る。これは、デバイスの限界寸法が小さくなり続けるとき、シリコンオキサイドの基本的な材料特性から生じる限界に起因して、ゲート誘電体適用のための伝統的な材料（例えば、ＳｉＯ２）の有用性が低下するからである。これらの限界は、特に、量子力学的トンネリング（ｑｕａｎｔｕｍ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）が誘電層を通る電流漏れのための主なメカニズムになる場合、約１５Åより小さい物理的厚さに対して深刻（ａｃｕｔｅ）である。さらに、超薄ＳｉＯ２層は、電気的に活性なドーパント原子の分散に対する低いバリアである。結果的に、ＳｉＯ２のものよりも大きな誘電率を有する絶縁薄膜材料は、リーク電流性能を改善するために及びドーパント原子の分散に対するより良いバリアとして働くために望ましいことが決定された。ゲート誘電適用に加え、シリコンナイトライド膜は、また、多くのトランジスタ適用におけるスペーサーとして使用され得る。これらの適用の全てについて、薄いシリコンナイトライド膜は、好ましくは、リーク電流の性能に関して優れた特性を有する。さらに、ゲート誘電適用について、薄いシリコンナイトライド膜は、好ましくは、キャリア移動度パースペクティブ（ｃａｒｒｉｅｒ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ）から優れた電気的性能を示し、これは、それらが低いインターフェーシャルトラップ密度（即ち、それらが堆積される結晶半導体表面との許容される界面）を有することを意味する。
【０１２２】
従来のシリコンナイトライド膜は、シリコンナイトライド自体の高誘電率のために、理論的にこの必要性に適しているようにみえるが、実際は、従来のＣＶＤ法によって形成されたシリコンナイトライド膜は、ゲート誘電適用に求められる物理的及び電気的特性を示していない。典型的に、これらの膜は、匹敵する物理的厚さにおいて、ＳｉＯ２のものよりも僅かだけ良いリーク電流を示した。これは、膜の化学組成（即ち、シリコンナイトライド層へ組み込まれた不純物の存在）に一部起因していると考えられる。水素、炭素及酸素のような元素は、膜特性が理論的な予測を満たさない原因となる主要な不純物であると考えられている。また、シリコンナイトライド層自体より「下（ｂｅｌｏｗ）」において、結晶シリコン表面との界面における窒素の意図的でない存在は、予期されたよりも低い電気的性能に寄与する。下に位置するバルク半導体内の窒素は、シリコンナイトライド堆積プロセスの副産物として存在すると考えられている。
【０１２３】
従来のＣＶＤにより形成されたシリコンナイトライド層が前述された領域において失望させてきた一方で、上記のように形成された好ましいシリコンナイトライド層は、優れたウェハ内（ｗｉｔｈｉｎ−ｗａｆｅｒ）及びウェハ間（ｗａｆｅｒ−ｔｏ−ｗａｆｅｒ）の厚さ、元素濃度の均一性及び低い汚染（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）元素濃度を有する。さらに、これらの好ましいシリコンナイトライド層は、従来法により形成されたシリコンナイトライド層よりも少ない不純物を有し、理論予測により一致する電気特性を示す。さらに、窒化飽和深度（ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）と等しい又はそれ以上の厚さまで基板上へ第１シリコン層を堆積させることによって、シリコンナイトライド層より下の窒素の存在が最小化される。第一層がすでに窒化飽和深度より大きい又は等しい場合、続くシリコン層は、好都合には、窒化飽和深度と等しい厚さよりも小さい厚さまで堆積され得る。このように、従来のＣＶＤ法によって形成されたシリコン含有化合物層よりも均一及びコンフォーマルであることに加え、好ましい実施形態に従って形成されるシリコン含有化合物膜は、また、優れた誘電的又は電気的特性を示し得る。
【０１２４】
後述する実施例に従って形成されたシリコンナイトライド膜について、リーク電流データが得られた。図１１に示すように、約１４Åと同じくらい小さい物理的厚さを有する膜についてさえも、シリコンナイトライド膜は、非常に低いリーク電流を示した。
【０１２５】
さらに、シリコンナイトライド層がシリコンオキサイド又はシリコンオキシナイトライド層上へ形成され得、さらに一体化されたシリコンナイトライド膜の電気的特性が改善されることが理解されるであろう。シリコンオキサイド及びシリコンオキシナイトライド層は、それゆえ、インターフェイシャル・レイヤーとして使用され得る。これらの層は、前述したように、又は当業者に知られた方法により、形成され得る。
【０１２６】
さらに、本発明の方法に従って形成されたシリコンナイトライド層は、また、改善された酸化耐性を示す。この改善された酸化耐性は、膜を、クリーンルームの空気暴露に対して或いは続くプロセス（例えば、層形成後のアニーリング）の間の反応チャンバー中に存在する酸素又は湿気（例えば、漏れ又はガス純度の問題に起因する）に対して低感度にする。好都合なことに、このようなアニールは、酸化しながら又は不活性な周囲条件内で行われ得る。
【０１２７】
本発明は、好ましい実施形態の詳細な説明及び添付の図面から、より良く理解され、これらは、本発明を説明することを意図するが、本発明を限定するものではなく、ここで、同じ数字は、同じ構造を示す。
【実施例】
【０１２８】
図示されるゲート構造を形成するための例示的な方法を次に詳細に記載する：
シリコンナイトライド層を、ＡＳＭ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｉｎｃ． ｏｆ Ｐｈｏｅｎｉｘ， ＡＺからの単一基板Ｅｐｓｉｌｏｎ（登録商標）リアクター中で形成した。ウェハを、反応チャンバー中へ装入し（ｌｏａｄｅｄ）、そして、トリシラン堆積のための準備を行った。トリシランを、６秒間、６３ｓｃｃｍにて、反応チャンバー中へ流し込んだ。反応チャンバーを、１０秒間、窒素ガスでパージした。原子状窒素を、窒素ガスを６ｓｌｍにてマイクロ波ラジカルジェネレーター（ＭＲＧ）へ流し込むことによって生成し、そして、１４５秒間、反応チャンバーへ流し込んだ。次いで、反応チャンバーを、１０秒間、窒素ガスでパージした。約５Åのシリコンナイトライドをサイクルごとに堆積し、そして、８サイクルを実行して約４０Åの厚さのシリコンナイトライド層を形成した。各サイクルの各ステップを、６５０℃にて等温で且つ３Ｔｏｒｒにて等圧で行った。
【０１２９】
当業者によって、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の方法に種々の省略、追加及び改変が行われ得ること、そして、全てのこのような改変及び変更が、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内であると意図されることが理解されるであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン含有化合物層を有する集積回路の製造方法であって、該方法が、複数のサイクルを含み、各サイクルが、以下：
物質輸送による制限がなされた４００℃以上の成膜条件で基板をトリシランに暴露することによって、基板とトリシランとを接触させて、トリシランを基板で、トリシランをプロセスチャンバー内に導入している間に熱分解させ、プロセスチャンバー内において基板にシリコン層を堆積すること；
その後、プロセスチャンバーからトリシランを除去すること；
シリコン層を反応種（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｅｃｉｅｓ）に暴露することによって、５％以下の厚さ不均一性と、８０％以上のステップカバレッジと、を有するシリコン含有化合物層を形成すること；及び
その後、プロセスチャンバーから反応種を除去すること
を含む製造方法。
【請求項２】
シリコン含有化合物層の厚さ不均一性が２％以下である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
シリコン含有化合物層が９０％以上のステップカバレッジを有する、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
シリコン含有化合物層が、アスペクト比が１以上の構造を有する基板に堆積する、請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
反応種が窒素種を含み、シリコン含有化合物層がシリコンナイトライドを含む、請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
シリコンナイトライド層が、インターフェーシャル・レイヤー上に形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
インターフェーシャル・レイヤーが、以下：
基板をトリシランに暴露することによって基板上にシリコン層を堆積すること；及び
シリコン層を酸素種に暴露することによってインターフェーシャル・レイヤーを形成すること
を含むプロセスによって形成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
反応チャンバーにおける複数の化学気相成長サイクルを行うことによる、集積回路用に所望の厚さを有する、絶縁シリコン化合物の層を有する集積回路の製造方法であって、各サイクルが以下：
第１に、物質輸送による制限がなされた４００℃以上の成膜条件でシリコン供給源に基板を暴露することによって、基板とシリコン供給源とを接触させて、シリコン供給源を基板で、シリコン供給源をプロセスチャンバー内に導入している間に熱分解させ、基板上に３Å〜２５Åの厚さのシリコン層を堆積させること；及び
第２に、絶縁シリコン化合物の層を部分的に形成するためにシリコン層を反応させることを含む、
ここで、複数のサイクルのうち、サイクルの第１の実行（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）において、基板上に第１のシリコン層を堆積するために使用されるシリコン供給源がポリシランである、
５％以下の厚さ不均一性と、８０％以上のステップカバレッジと、を有する層の形成方法。
【請求項９】
反応が、酸化を含み、絶縁シリコン化合物がシリコンオキサイドである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
トリシランが、第１シリコン層を堆積するために使用されるシリコン供給源である、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
第１シリコン層の堆積の後、後のシリコン層を堆積するためのシリコン供給源が、シラン化学式、ＳｉｎＨ２ｎ＋２（式中、ｎ＝１〜４）を有するシラン及びハロシラン化学式Ｒ４−ＸＳｉＨＸ（式中、Ｒ＝Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ及びＸ＝０〜３）を有するハロシランからなる群より選択されるシリコン化合物を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第１シリコン層を反応させるための第２基板温度が、第１基板温度より高い、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１シリコン層の反応後、後のシリコン層の堆積及び反応が等温的に行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、第１シリコン層を反応させる前に、少なくとも１０秒間、反応チャンバーを排気することを含む、請求項８から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
基板上の第１シリコン層の厚さが、窒化飽和深度よりも大きいか、又はほぼ等しい、請求項８から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
以下：
基板上のシリコン化合物の絶縁層、
（ここで、該層は、１０パーセント以下の厚さ不均一性及び０．２原子パーセント未満の水素濃度を有する）
を含む、集積回路。
【請求項１７】
絶縁層が、シリコンナイトライドを含む、請求項１６に記載の集積回路。
【請求項１８】
絶縁層中のシリコンと窒素の比が、実質的に化学量論的である（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ）、請求項１７に記載の集積回路。
【請求項１９】
さらに、絶縁層の下に結晶シリコン表面を含み、該シリコン表面が実質的に窒素を含まない、請求項１６から１８のいずれかに記載の集積回路。
【請求項２０】
絶縁層がシリコンオキシナイトライドを含む、請求項１６から１９のいずれかに記載の集積回路。
【請求項２１】
厚さ不均一性が２％以下である、請求項２０に記載の集積回路。
【請求項２２】
水素濃度が０．２原子パーセント未満である、請求項２１に記載の集積回路。
【請求項２３】
絶縁層の表面粗度が、基板表面粗度より５Å以下だけ大きい、請求項１６から２２のいずれかに記載の集積回路。
【請求項１】
シリコン含有化合物層を有する集積回路の製造方法であって、該方法が、複数のサイクルを含み、各サイクルが、以下：
物質輸送による制限がなされた４００℃以上の成膜条件で基板をトリシランに暴露することによって、基板とトリシランとを接触させて、トリシランを基板で、トリシランをプロセスチャンバー内に導入している間に熱分解させ、プロセスチャンバー内において基板にシリコン層を堆積すること；
その後、プロセスチャンバーからトリシランを除去すること；
シリコン層を反応種（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｅｃｉｅｓ）に暴露することによって、５％以下の厚さ不均一性と、８０％以上のステップカバレッジと、を有するシリコン含有化合物層を形成すること；及び
その後、プロセスチャンバーから反応種を除去すること
を含む製造方法。
【請求項２】
シリコン含有化合物層の厚さ不均一性が２％以下である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
シリコン含有化合物層が９０％以上のステップカバレッジを有する、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
シリコン含有化合物層が、アスペクト比が１以上の構造を有する基板に堆積する、請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
反応種が窒素種を含み、シリコン含有化合物層がシリコンナイトライドを含む、請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
シリコンナイトライド層が、インターフェーシャル・レイヤー上に形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
インターフェーシャル・レイヤーが、以下：
基板をトリシランに暴露することによって基板上にシリコン層を堆積すること；及び
シリコン層を酸素種に暴露することによってインターフェーシャル・レイヤーを形成すること
を含むプロセスによって形成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
反応チャンバーにおける複数の化学気相成長サイクルを行うことによる、集積回路用に所望の厚さを有する、絶縁シリコン化合物の層を有する集積回路の製造方法であって、各サイクルが以下：
第１に、物質輸送による制限がなされた４００℃以上の成膜条件でシリコン供給源に基板を暴露することによって、基板とシリコン供給源とを接触させて、シリコン供給源を基板で、シリコン供給源をプロセスチャンバー内に導入している間に熱分解させ、基板上に３Å〜２５Åの厚さのシリコン層を堆積させること；及び
第２に、絶縁シリコン化合物の層を部分的に形成するためにシリコン層を反応させることを含む、
ここで、複数のサイクルのうち、サイクルの第１の実行（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）において、基板上に第１のシリコン層を堆積するために使用されるシリコン供給源がポリシランである、
５％以下の厚さ不均一性と、８０％以上のステップカバレッジと、を有する層の形成方法。
【請求項９】
反応が、酸化を含み、絶縁シリコン化合物がシリコンオキサイドである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
トリシランが、第１シリコン層を堆積するために使用されるシリコン供給源である、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
第１シリコン層の堆積の後、後のシリコン層を堆積するためのシリコン供給源が、シラン化学式、ＳｉｎＨ２ｎ＋２（式中、ｎ＝１〜４）を有するシラン及びハロシラン化学式Ｒ４−ＸＳｉＨＸ（式中、Ｒ＝Ｃｌ、Ｂｒ又はＩ及びＸ＝０〜３）を有するハロシランからなる群より選択されるシリコン化合物を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第１シリコン層を反応させるための第２基板温度が、第１基板温度より高い、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１シリコン層の反応後、後のシリコン層の堆積及び反応が等温的に行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、第１シリコン層を反応させる前に、少なくとも１０秒間、反応チャンバーを排気することを含む、請求項８から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
基板上の第１シリコン層の厚さが、窒化飽和深度よりも大きいか、又はほぼ等しい、請求項８から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
以下：
基板上のシリコン化合物の絶縁層、
（ここで、該層は、１０パーセント以下の厚さ不均一性及び０．２原子パーセント未満の水素濃度を有する）
を含む、集積回路。
【請求項１７】
絶縁層が、シリコンナイトライドを含む、請求項１６に記載の集積回路。
【請求項１８】
絶縁層中のシリコンと窒素の比が、実質的に化学量論的である（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ）、請求項１７に記載の集積回路。
【請求項１９】
さらに、絶縁層の下に結晶シリコン表面を含み、該シリコン表面が実質的に窒素を含まない、請求項１６から１８のいずれかに記載の集積回路。
【請求項２０】
絶縁層がシリコンオキシナイトライドを含む、請求項１６から１９のいずれかに記載の集積回路。
【請求項２１】
厚さ不均一性が２％以下である、請求項２０に記載の集積回路。
【請求項２２】
水素濃度が０．２原子パーセント未満である、請求項２１に記載の集積回路。
【請求項２３】
絶縁層の表面粗度が、基板表面粗度より５Å以下だけ大きい、請求項１６から２２のいずれかに記載の集積回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２８３３５７（Ｐ２０１０−２８３３５７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４３２１５（Ｐ２０１０−１４３２１５）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【分割の表示】特願２００４−５２３５２１（Ｐ２００４−５２３５２１）の分割
【原出願日】平成１５年７月１８日（２００３．７．１８）
【出願人】（５０００１９８９０）エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド (60)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【分割の表示】特願２００４−５２３５２１（Ｐ２００４−５２３５２１）の分割
【原出願日】平成１５年７月１８日（２００３．７．１８）
【出願人】（５０００１９８９０）エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド (60)
【Ｆターム（参考）】
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