ＰＥＡＬＤによってＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する方法
【課題】プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）によって半導体基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する方法を提供する。
【解決手段】本方法は、窒素及び水素を含有する反応ガス及び添加ガスを、半導体基板が中に配置された反応空間に導入する工程と、高周波ＲＦパワー入力源と低周波ＲＦパワー入力源を使用してＲＦパワーを反応空間に印加する工程と、プラズマが励起している反応空間に水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態で導入し、このことにより基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する工程を含む。
【解決手段】本方法は、窒素及び水素を含有する反応ガス及び添加ガスを、半導体基板が中に配置された反応空間に導入する工程と、高周波ＲＦパワー入力源と低周波ＲＦパワー入力源を使用してＲＦパワーを反応空間に印加する工程と、プラズマが励起している反応空間に水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態で導入し、このことにより基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する工程を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路製造に関するもので、特に、ストレス調節された窒化ケイ素薄膜を形成する方法、及び低温（たとえば、４００℃以下）でプラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）を使って窒化ケイ素膜を成膜する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低温（４００℃以下）で成膜された窒化ケイ素膜が、メモリデバイスのための多くの重要な応用例に、たとえば、トランジスタのゲートのための不動態化層、表面保護層及び／又はスペーサーとして利用されてきた。窒化ケイ素膜は、プラズマ励起化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）方法によって形成することができる。他のCVD方法よりも優れたＰＥＣＶＤ方法の主要な長所は、広範囲な屈折率にわたり成膜率が高く、制御性に優れていることである。ＰＥＣＶＤ方法の更なる長所は、プロセスが比較的低温、たとえば４００℃以下で行われ、セル処理での熱の総量が最小に維持されることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２００３／００４０１５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、窒化ケイ素層が、特許文献１（サイトーによる米国特許公開第２００３／００４０１５８号号）に示されているように、異なるストレス（多少引っ張りのストレスを呈し、多少圧縮ストレスを呈する）があるｎ-ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴデバイスにおいて、キャリヤー移動度を向上させる構造で使われた。好ましくは、引っ張りのストレスをもつ窒化ケイ素層が低圧ＣＶＤプロセスにより形成され、圧縮ストレスをもつ窒化ケイ素層がＰＥＣＶＤプロセスにより形成される。特許文献１に開示された技術にしたがって、逆ストレスの特徴をもつ窒化ケイ素層を形成するためには、全く異なる成膜方法が使用されなければならない。
【０００５】
一実施例において、本発明は、低温（たとば４００℃以下）でプラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）を使用して、ストレス調節された窒化ケイ素薄膜を形成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、４００℃以下のような低温で、集積回路のための、窒化ケイ素層のようなＳｉ−Ｎ結合をもつストレス調節された（たとえば、−２．０ＧＰａ〜１．５ＧＰａ）誘電体膜を形成する方法を提供することである。本発明の他の目的は、ＰＥＡＬＤプロセスで二周波パワーを操作することによって成膜する方法を提供することである。
【０００７】
本発明の一実施例では、ＰＥＡＬＤによって半導体基板上に、Ｓｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する方法が提供される。この方法は、窒素と水素を含有する反応ガスと添加ガス（たとえば、希ガス）を半導体基板が配置された反応空間内に導入し、二周波のＲＦ（高周波と低周波）パワーを反応空間に印加することを含む。水素を含有するシリコン前駆体が、プラズマが励起されている反応空間に５秒以下の持続期間をもつパルスの状態で導入され、これより、基板上にストレス調節されたＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体膜が形成される。
【０００８】
ここで開示する発明において、“ガス”は固体や液体の蒸気を含んでもよい。ここで開示する発明において、“Ｓｉ−Ｎ結合をもつ”とは、Si-N結合によって特徴づけられること、Ｓｉ−Ｎ結合によって主に構成されていること、Ｓｉ−Ｎ膜に分類されること、及び／又は、Ｓｉ−Ｎ結合によって実質的に構成される主要な骨格を有することとして参照されてもよい。ここで開示する発明において、反応ガス、添加ガス及び水素を含有するシリコン前駆体は互いに異なっても、又はガスタイプに関して相容れないものであってもよい。すなわち、これらの分類間で重複するガスがない。さらに、ここで開示する発明において、示されるどんな範囲でも、端点を含む場合もあれば含まない場合もある。
【０００９】
他の実施例において、ＰＥＡＬＤによって半導体基板上にＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体膜を形成する方法は、反応ガスと添加ガスとを半導体基板が配置された反応室に導入する工程を含み、ここで、半導体基板の温度は約０℃から４００℃範囲に維持される。反応ガス及び添加ガスが反応室に導入された後、反応室はプラズマ励起状態に置かれる。つぎに、水素を含むシリコン前駆体がパルス流量制御弁を使用して、パルスの状態で反応室に導入され、ここで、シリコン前駆体は、プラズマが励起した反応室に導入され、このことにより、ガスのプラズマ反応により、基板上にＳｉ−Ｎ結合をもつ誘電体膜が形成される。
【００１０】
さらに他の実施例では、Ｓｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜が、異なる周波数範囲をもつＲＦパワーを供給することによって動作する二周波のＲＦパワー入力源をもつＰＥＡＬＤチャンバーで成膜される。典型的に、高周波パワー入力源が、５ＭＨｚを越える周波数（たとえば、１３．５６ＭＨｚ又は２７ＭＨｚの高ＲＦ周波パワーが使用され得る）のＲＦパワーを供給することによって動作する。低周波パワー入力源が、約４００ｋＨｚから約５００ｋＨｚの範囲にある周波数のＲＦパワーを供給することによって動作する。他の実施例では、低周波パワーと高周波パワーの比率は０％から１００％であってもよい。
【００１１】
一実施例において、高周波パワーは、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約０．３Ｗ／ｃｍ２の範囲、より典型的には約０．０４Ｗ／ｃｍ２から約０．１５Ｗ／ｃｍ２の範囲にあるＲＦパワー（ＨＲＦ）入力源を使用して導入されてもよい。低周波パワーは、０Ｗ／ｃｍ２から約０．３Ｗ／ｃｍ２の範囲、より典型的には０Ｗ／ｃｍ２から約０．１５Ｗ／ｃｍ２の範囲にあるＲＦパワー（ＬＲＦ）入力源を使用して導入されてもよい。
【００１２】
さらに他の実施例において、水素を含有するシリコン前駆体は、シリコンと水素の組合せ、シリコンと水素と窒素との組合せ、又はシリコンと水素と炭素と窒素との組合せからなってもよい。一実施例において、蒸発した水素を含有するシリコン前駆体は、約０．１秒から約１．０秒の持続時間をもつパルス（パルスの間の間隔が約０．５秒から約３秒）で導入されてもよい。一実施例として、反応ガスは、窒素ガスと水素ガスとの組合せ又はアンモニアガスと水素ガスとの組合せであってもよい。一実施例として、添加ガスはＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのグループから選択されてもよく、添加ガスのモル流量は、水素を含有するシリコンソースのモル流量を越えるものであってもよい。一実施例として、反応室は、約０．１トルから約１０トルの圧力に維持されてもよい。
【００１３】
本発明の態様及び従来技術を越えて達成される効果を要約する目的のために、本発明の目的及び効果がここで説明される。もちろん、このような目的や効果のすべてが本発明の特定の実施例のいずれかに従って達成されるわけではないことは理解されるであろう。したがって、たとえば、以下で教示する他の目的、効果を必ずしも達成することなく、ここで教示する一つの効果又は一群の効果を達成又は最適にする方法で本発明を実施又は成し遂げることができることは当業者であれば分かるであろう。
【００１４】
さらに、本発明の態様、特徴及び利点は以下の詳細な説明により明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施例に従ったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層を成膜するＰＥＡＬＤ装置の略示図である。
【図２】図２は、Ｓｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体層を形成するための本発明の実施例に従ったＰＥＡＬＤ法のプロセス工程を示す概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、成膜の間（５０ＷのＨＲＦ）、窒素流（ｓｌｍ）の関数として、本発明の実施例に従ったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層の膜ストレス（ＭＰａ）を示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、成膜の間、ＨＲＦパワー（Ｗ）の関数として、成膜の間のＨＲＦパワー（Ｗ）の機能として、本発明の実施例に従ったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層の膜ストレス（ＭＰａ）を示すグラフである。
【図４】図４は、成膜の間、ＬＲＦパワー（Ｗ）及び異なるＨＲＦパワー（Ｗ）の関数として、本発明の実施例に従ったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層の膜ストレス（ＭＰａ）を示すグラフである。
【図５】図５は、成膜の間（１００ＷのＨＲＦ）、ＬＲＦパワー（Ｗ）及び異なる成膜温度の関数として、本発明の実施例に従ったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層の膜ストレス（ＭＰａ）を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、基板温度が２５０℃であるときの、ＬＲＦパワー（Ｗ）及びＨＲＦパワー（０．１４２Ｗ／ｃｍ２）に関連してウエットエッチング（ｎｍ／ｍｉｎ）と膜ストレス（ＭＰａ）との間の関連を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、基板温度が３５０℃であるときの、ＬＲＦパワー（Ｗ）及びＨＲＦパワー（０．１４２Ｗ／ｃｍ２）に関連してウエットエッチング（ｎｍ／ｍｉｎ）と膜ストレス（ＭＰａ）との間の関連を示すグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、基板温度が４００℃であるときの、ＬＲＦパワー（Ｗ）及びＨＲＦパワー（０．１４２Ｗ／ｃｍ２）に関連してウエットエッチング（ｎｍ／ｍｉｎ）と膜ストレス（ＭＰａ）との間の関連を示すグラフである。
【図７】図７は、ＬＲＦパワー（Ｗ）に関連したストレス（ＭＰａ）とＮ−Ｈ結合との間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のこれら又は他の特徴は、本発明を限定することを意図するものではないが、好適実施例を図示する図面を参照して説明される。図面は説明の目的で単純化され、尺度も必ずしも一致しない。
【００１７】
本発明は、本発明を制限することを意図しない実施例を参照して記述される。さらに、一実施例に適用された要素を他の実施例に適用することは可能であり、異なる実施例に適用された要素を、特別な条件が付されない限り、互いに置き換えても、あるいは交換してもよい。さらに、以下で示された範囲の端点は、実施例において含む場合もあり、含まない場合もある。
【００１８】
本発明の実施例において、ＰＥＡＬＤにより、半導体基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する方法は、（ａ）半導体基板が中に配置された反応空間内に、窒素及び水素を含有する反応ガスならびに添加ガスを導入する工程、（ｂ）反応空間に二周波のＲＦ（高周波数及び低周波数）パワーを印加する工程、及び（ｃ）基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成するために、プラズマが励起されている反応空間に、水素を含有するシリコン前駆体を、持続時間が５秒未満で、ある間隔をもつパルスの状態で導入する工程を含む。
【００１９】
一実施例において、Ｓｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体薄膜は、異なる周波数範囲にあるＲＦパワーを供給することによって動作する二周波のＲＦパワー入力源をもつＰＥＡＬＤ反応室で成膜される。典型的に、高周波パワー入力源は、５ＭＨｚを越える周波数（たとえば、１３．５６ＭＨｚ又は２７ＭＨｚの高ＲＦ周波パワーを使用することができる）で動作する。低周波パワー入力源は、約４００ｋＨｚから約５００ｋＨｚの範囲にある周波数で動作する。ある実施例では、高周波パワーに対する低周波パワーは０から１００％であってもよい。
【００２０】
前述のどの実施例においてでも、高周波パワーは、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約０．３Ｗ／ｃｍ２の範囲、より典型的には約０．０４Ｗ／ｃｍ２から約０．１５Ｗ／ｃｍ２の範囲にあるＲＦパワー入力源を使用して導入される。低周波パワーは、０Ｗ／ｃｍ２から約０．３Ｗ／ｃｍ２の範囲、より典型的には０Ｗ／ｃｍ２から約０．１５Ｗ／ｃｍ２の範囲にあるＲＦパワー入力源を使用して導入される。
【００２１】
開示される実施例の一つは、プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により、半導体基板上に主要な膜構成をもつＳｉ−Ｎ結合を有するターゲットの誘電体膜（ここでターゲット誘電体膜は、ＰＥＡＬＤにより半導体基板上に主要な膜構成をもつＳｉ−Ｎ結合を有する基準の誘電体膜のストレスタイプとは反対のストレスタイプとして、引っ張りか圧縮のいずれかのストレスを有する）を形成する方法を提供し、この方法は、（ｉ）半導体基板が中に配置された反応空間に、窒素及び水素を含有する反応ガスならびに希ガスを導入する工程と、（ｉｉ）基準の誘電体膜とは反対のストレスを有するターゲット誘電体膜を得るために、低周波ＲＦパワー（ＬＲＦ）と高周波ＲＦパワー（ＨＲＦ）の混合のＲＦパワーをＬＲＦ／ＨＲＦの比率（この比率は、基準の誘電体膜のストレスタイプが引っ張りであるとき、基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を増加させることでセットされ、基準の誘電体膜のストレスタイプが圧縮であるとき、基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を減少させることによりセットされ、）で反応空間に印加する工程と、（ｉｉｉ）半導体基板上にターゲット誘電体膜をＰＥＡＬＤにより形成せるために、ＲＦパワーが印加されている間、水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態で反応空間に導入する工程とを含み、ここで、セットされた比率の結果として、ターゲット誘電体膜は、基準の誘電体膜のものと反対のストレスタイプを有する。
【００２２】
他の実施例では、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率は、ターゲット誘電体膜のストレスタイプを制御する主要なパラメータである。ある実施例では、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率は、ターゲット誘電体膜のストレスタイプを制御する唯一のパラメータである。
【００２３】
他の実施例では、ターゲット誘電体膜は圧縮の膜ストレスをもち、（ｉｉ）工程において、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率は基準の誘電体膜のために使用されるＬＲＦ／ＨＲＦの比率を増加させることによってセットされ、ここで、ＬＲＦ／ＨＲＦの増加した比率は２／１ないし１０／１０である。これに代えて、ある実施例では、ターゲット誘電体膜は引っ張りの膜ストレスをもち、（ｉｉｉ）工程において、ＬＲＦ／ＨＲＦFの比率は基準の誘電体膜のために使用されるＬＲＦ／ＨＲＦの比率を減少させることによってセットされ、ここで、ＬＲＦ／ＨＲＦの減少した比率は０／１０ないし４／１０である。
【００２４】
他の実施例では、成膜の間、水素を含有するシリコン前駆体は約０．５秒〜約３秒の間隔で約０．１秒〜約１．０秒のパルス持続時間をもつパルスの状態で導入される。
【００２５】
開示された他の実施例は、プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により半導体基板上に主要な膜構成をもつＳｉ−Ｎ結合を有するターゲット誘電体膜（このターゲット誘電体膜はＰＥＡＬＤにより半導体基板上に主要な膜構成をもち、基準の誘電体膜のものと異なる膜ストレス値を有する。）を形成する方法を提供し、その方法は、（ｉ）半導体基板が中に配置される反応空間に窒素及び水素を含有する反応ガスならびに希ガスを導入する工程、（ｉｉ）基準の誘電体膜のものとは異なるストレスタイプをもつターゲット誘電体膜を得るために、低周波パワー（ＬＲＦ）及び高周波パワー（ＨＲＦ）の混合を、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率（この比率は、基準の誘電体膜のものよりも低い膜ストレス値をもつ誘電体膜を得るために基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を増加させることによりセットされ、又は基準の誘電体膜のものよりも高い膜ストレス値をもつ誘電体膜を得るために基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を減少させることによりセットされる。）で導入する工程、及び（ｉｉｉ）半導体基板上にターゲット誘電体膜を形成するために、ＲＦパワーが印加されている間、水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態で反応空間に導入する工程を含み、ここで、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率は、ターゲット誘電体膜の膜ストレス値を基準の誘電体膜のものと違いをつける主要なパラメータとして使用される。
【００２６】
さらに開示された実施例は、プラズマ励起原子膜の成膜（ＰＥＡＬＤ）により半導体基板上に膜の主要な膜構成をもつＳｉ−Ｎ結合をそれぞれ有する多数の誘電体膜（この多数の誘電体膜は、引っ張りストレスをもつ膜と圧縮ストレスをもつ膜を含む。）を形成する方法を提供し、この方法は、（ｉ）半導体基板が中に配置される反応空間に、窒素と水素を含有する反応ガス及び希ガスを導入する工程、（ｉｉ）低周波ＲＦパワー（ＬＲＦ）及び高周波ＲＦパワー（ＨＲＦ）の混合をＬＲＦ／ＨＲＦの比率で反応空間に印加する工程、（ｉｉｉ）ＰＥＡＬＤにより半導体基板上に、引っ張りストレスをもつ膜及び圧縮ストレスをもつ膜のうちの一方を形成するために、水素を含有するシリコン前駆体をＲＦパワーが印加される反応空間に導入する工程、及び（ｉｖ）半導体基板上に引っ張りストレスをもつ膜及び圧縮ストレスをもつ膜のうちの他方を形成するために、主要なパラメータとして、成膜のストレスを制御し、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率を変更し、変更したＬＲＦ／ＨＲＦの比率で（ｉ）から（ｉｉｉ）の工程を繰り返す工程を含む。
【００２７】
ここで開示された特徴の全て又は一部は、どの開示の実施例においても組み合わせて使用することができる。
【００２８】
一実施例において、Ｓｉ−Ｎ結合を有する誘電体膜の成膜は、約−２．０ＧＰａ（圧縮）から１．５ＧＰａ（引っ張り）の範囲にあるストレスを有するように調節される。圧縮ストレスをもつ膜が必要な場合は、誘電体膜のストレスは、約−２．０ＧＰａから−１８０ＧＰａの範囲にあるように調節又は適合され得る。引っ張りストレスを有する膜が必要な場合は、誘電体膜は、約４０ＧＰａから−１．５ＧＰａの範囲にあるように調節又は適合され得る。
【００２９】
一実施例において、水素を含有するシリコン前駆体は、ＳｉαＨβＸγの化学式を有し、ここでα、β及びγは整数であり、γはゼロを含む。ＸはＮ及び／又はＣｍＨｎであってもよく、ｍ及びｎは整数である。一実施例として、αは１ないし５であってもよく、βは１ないし１０であってもよい。一実施例として、ｍは２ないし１８であってもよく、ｎは６ないし３０であってもよい。
【００３０】
上記の実施例のいずれも、基板は、その基板上への成膜の間、０℃から４００℃の温度に維持されてよい。他の実施例としては、基板の温度は、成膜の間、約２５０℃ないし約３５０℃である。
【００３１】
上記の実施例のいずれも、水素を含有するシリコン前駆体は、反応ガス及び添加ガスが連続して導入され、二周波のＲＦパワーが連続して印加されている間、パルスの状態で導入されてよい。
【００３２】
上記の実施例のいずれも、水素を含有するシリコン前駆体は、約０．１秒ないし約１．０秒の持続時間をもつパルスの状態で導入されてよい。他の実施例としては、水素を含有するシリコン前駆体のパルスは、約０．２秒ないし約０．３秒の持続時間をもつ。
【００３３】
他の実施例としては、水素を含有するシリコン前駆体のパルスは、約０．１秒ないし約３．０秒の間隔があけられている。また、他の実施例としては、間隔は、約０．５秒ないし約１．０秒又は約０．１秒ないし約２．０秒である。さらに、他の実施例では、パルスの持続時間は、パルスの間の間隔に等しいか又は短くてよい。
【００３４】
上記の実施例のいずれも、反応ガスは、Ｎ２とＨ２の混合物、ＮＨ３とＨ２の混合物、窒素−ホウ素−水素ガスを含む。一実施例として、反応ガスは、Ｎ２とＨ２の混合物（Ｎ２／Ｈ２のモル流量が約１／１ないし約１０／１である）を含んでよい。他の実施例では、Ｎ２／Ｈ２のモル流量は約２／１ないし約４／１である。他の実施例では、反応ガスは、ＮＨ３とＨ２の混合物（ＮＨ３／Ｈ２のモル流量が約１：１ないし約１：１０である）を含んでよい。また、他の実施例では、ＮＨ３／Ｈ２のモル流量が約１：１ないし約１：３であってよい。
【００３５】
上記に実施例のいずれも、添加ガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ及びＸｅのグループから選択された一つ又はそれ以上のガスであってよく、添加ガスのモル流量は、水素を含有するシリコン前駆体のモル流量を超えるものでもよい。他の実施例として、添加ガスの流量は約１５００ｓｃｃｍないし約２５００ｓｃｃｍであってよい。さらに、他の実施例として、添加ガスは、ヘリウムとアルゴンの混合物又はヘリウムとクリプトンとの混合物を含んでよい。他の実施例では、添加ガスはヘリウムとアルゴンの混合物で、そのモル流量が約３／１ないし約２０／１のものを含んでよい。他の実施例として、ヘリウム／アルゴンのモル流量は、約５／１ないし約１５／１であってよい。さらに他の実施例として、添加ガスはヘリウムとアルゴンの混合物であって、そのヘリウム／アルゴンのモル流量が約５／１ないし１５／１であるものでよい。
【００３６】
上記の実施例のいずれも、反応空間の圧力は、約０．１トルから約１０トルの範囲にあるように調節されてよい。他の実施例では、反応空間の圧力は、約２トルないし約９トルであってよい。
【００３７】
上記の実施例のいずれも、成膜されたときのＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体層の誘電率は、約４．５から約７．５の範囲とすることができる。他の実施例では、誘電率は約６．５ないし約７．２とすることができる。
【００３８】
上記の実施例のいずれも、水素を含有するシリコン前駆体は室温で、蒸気でも、液体であってもよい。他の実施例では、水素を含有するシリコン前駆体は、シラン、ジシラン、トリシリルアミン及びビス（tertブチルアミノ）シランのグループから選択された一つ以上の化合物であってもよい。
【００３９】
実施例が、本発明を限定することを意図することなく、図を参照して説明される。図１は、流量制御弁を有するプラズマＣＶＤリアクター（本発明で使用することができる）を組み込む装置の略示図である。
【００４０】
この例では、反応チャンバー３の内部１１に、平行で互いに向き合った一対の電気伝導性の平らなプレート電極４、２が設けられ、電極４にＨＲＦパワー（たとえば、１３．５６ＭＨｚ又は２７ＭＨｚ）５とＬＲＦパワー（たとえば、４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）５０を印加し、他の電極２を接地することによって、またはその反対にすることによって、プラズマが電極の間で励起される。温度レギュレータが下のステージ（下方電極２）に設けられ、その上に置かれた基板１の温度が所定の温度で、一定に維持される。上方電極４は、シャワープレートとしても機能し、反応ガス及び添加ガスが制御器２１及び２２をそれぞれ通過し、シャワープレート４を通過して反応チャンバー３に導入される。水素を含有するシリコン前駆体が、ガス流量制御器２３、パルス流量制御弁３１及びシャワープレート４を通過して反応チャンバーに導入される。さらに、反応チャンバー３内のガスを一定に排気する排気パイプ６が反応チャンバー３に設けられている。さらに、反応チャンバーには、反応チャンバー３の内部１１に封止ガスを導入するための封止ガス流量制御器２４が設けられている。（図では、反応チャンバーの内部において、反応ゾーンと移動ゾーンとを分離する分離プレートが省略されている。）
【００４１】
この実施例では、パルス流量制御弁３１に対して、ＡＬＤ（原子層の成膜）のために使用されるパルス供給弁を適宜使用することができる。
【００４２】
図２は、ストレス調節された窒化ケイ素を成膜する本発明の実施例にしたがったプロセス工程を示す。反応ガスと添加ガスが反応チャンバーに導入される、図２に示された本発明の実施例において（パターンI）、シリコン前駆体が、パターンＩＶで示されているように、反応チャンバーにパルス流量制御弁を介して約０．１秒から約１．０秒の間導入され、次に、約０．５秒から約３秒の間、導入が停止される。ここで、ガスの供給の間、パターンＩＩ及びＩＩＩによりそれぞれ示されているようにＬＲＦ及びＨＲＦパワーによりプラズマが励起される。一実施例として、他のガスは使用されなくともよい。
【００４３】
時間間隔Ａ（たとえば、１．０秒から１０．０秒の間隔）の間も、反応ガスと添加ガスは、反応チャンバーの圧力を安定させるために導入される。時間間隔Ｂの間で、反応ガスと添加ガスの流量が維持されている間、水素を含むシリコン前駆体は導入される。時間間隔Ｂの間はまた、ＨＲＦパワー及びＬＲＦパワーは自己帰還反応により原子層を成膜するように供給される。時間間隔Ｃの間、水素を含有するシリコン前駆体は停止する一方で、反応ガスの流量、添加ガスの流量、ＨＲＦパワーの供給、ＬＲＦパワーの供給は維持されている。時間間隔Ｂと時間間隔Ｃは1つのサイクルを構成し、時間間隔Ｄの間、所望の膜が得られるまで、複数のサイクルが実行される。
【００４４】
シリコン前駆体をパルスの状態で導入することがこれらを実施することにより繰り返され、形成された膜のストレスを著しく高めるものと考えられている水素−窒素結合が制御でき、膜の成長の間、Ｈｘ、Ｎｘラジカルを著しく増加させると考えられている大量の水素及び窒素がプロセスに添加することができ、その結果、成膜材の表面マイグレーションが改善され、基板上にストレス調節され、良好なコンフォーミティをもつ窒化ケイ素膜が形成される。
【００４５】
一実施例では、一サイクル当たりの成膜された膜の厚さは約０．１ｎｍ／サイクルから約１．０ｎｍ／サイクルであってもよく、シリコン前駆体のパルスの供給は、所望の厚さの膜（たとえば、５ｎｍから２０ｎｍ）が得られるまで続けられる。
【００４６】
半導体基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体層を形成するために、一実施例では、成膜条件は以下の通りとなる。
【００４７】
水素を含有するシリコン前駆体（たとば、トリシリルアミン）：
１０〜２０００ｓｃｃｍ（たとえば、５０〜１０００ｓｃｃｍ）
反応ガス１（たとえば、水素）：
２００〜２０００ｓｃｃｍ（たとえば、５００〜１５００ｓｃｃｍ）
反応ガス2（たとえば、窒素）：
２〜２０００ｓｃｃｍ（たとえば、１００〜１５００ｓｃｃｍ）
反応ガス3（たとえば、アンモニア）：
０〜１０００ｓｃｃｍ（たとえば、０〜５００ｓｃｃｍ）
希ガス1（たとえば、プロセスヘリウム）：
０〜５０００ｓｃｃｍ（たとえば、５００〜３０００ｓｃｃｍ）
封止ガス（たとえば、ヘリウム（典型的に、これは反応又はプロセスガスの一部を構成しない。））：
２００〜７００ｓｃｃｍ（たとえば、３００〜６００ｓｃｃｍ）
希ガス２（たとえば、アルゴン）：
５０〜７００ｓｃｃｍ（たとえば、２００〜６００ｓｃｃｍ）
【００４８】
基板温度：０〜４００℃（たとえば、１００〜３５０℃）
【００４９】
高周波ＲＦパワー（基板の表面積当たり）：
０．０１Ｗ／ｃｍ２〜０．３Ｗ／ｃｍ２
（たとえば、０．０４Ｗ／ｃｍ２〜０．２Ｗ／ｃｍ２）
低周波ＲＦパワー（基板の表面積当たり）：
高周波ＲＦ電圧の０〜１００％
【００５０】
前駆体供給時間：
０．１〜０．７秒の供給（たとえば、０．２〜０．５秒）、
０．１〜４．０秒の供給停止（たとえば、０．４〜２．０秒）
（たとえば、停止時間は、供給時間より長い。）
【００５１】
本発明の実施例にしたがったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層は、約８０％を超える（好適には、９０％以上）のコンフォーミティをもつことができる。コンフォーミティは、上面で形成される膜の平均厚さに対する溝の側面に形成される膜の平均厚さの比率と定義される。ストレスは、約−２．０ＧＰａ（圧縮）から約１．５ＧＰａ（引っ張り）の範囲に調節することができる。さらに、他の実施例では、基板に成膜した膜の誘電率は約６．７ないし約７．３とすることができ、６３３ｎｍでの反射率は、約１．８から２．５の範囲とすることができる。緩衝フッ化水素を用いて測られる、本発明の実施例に従った成膜された窒化ケイ素膜のエッチ速度は、約二倍から約十倍、標準として一般的に用いられる従来の熱酸化ケイ素膜の場合より小さいものとすることができる。
【００５２】
本発明は、本発明を制限することを意図しない具体的な例に関連して説明される。具体的な例に適用される数値は、他の条件の下で、少なくとも±５０％の範囲で修正してもよい。ここで範囲の端点を含む場合もあれば含まない場合もある。
条件及び／又は構成が特定されていない開示例に関して、当業者であれば、開示内容を考慮し日常の実験の問題として、このような条件及び／又は構成を容易に示すことができる。
【００５３】
例１
Ｓｉ−Ｎ結合を有する誘電体層が、以下の条件の下、図２に図示されたシーケンスと図１に図示されたＰＥＡＬＤ装置を使用して基板上に形成された。
【００５４】
トリシリルアミン：１００ｓｃｃｍ
水素：５００ｓｃｃｍ
窒素：５００、１０００、２０００ｓｃｃｍ
プロセスヘリウム：１４００ｓｃｃｍ
封止ヘリウム：５００ｓｃｃｍ
アルゴン：５００ｓｃｃｍ
基板温度：３５０℃
高周波ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚの周波数）：０．０７Ｗ／ｃｍ２
低周波ＲＦパワー（４３０ｋＨｚの周波数）：０．０Ｗ／ｃｍ２
トリシリルアミンの供給時間：０．３秒の供給、２．０秒の供給停止
【００５５】
図３Ａは、５００、１０００と２０００ｓｃｃｍの窒素流でもって成膜された膜のストレスの変化を表す。ストレスは、約０．７ＧＰａ（引っ張り）から約１．０ＧＰａ（引っ張り）の範囲で調整された。
【００５６】
例２
Ｓｉ−Ｎ結合を有する誘電体層は、以下の条件の下で、図2に図示されるシーケンスと図1に図示されるＰＥＡＬＤ装置を使用して、基板上に形成された。
【００５７】
トリシリルアミン：１００ｓｃｃｍ
水素：５００ｓｃｃｍ
窒素：１０００ｓｃｃｍ
プロセスヘリウム：１４００ｓｃｃｍ
封止ヘリウム：５００ｓｃｃｍ
アルゴン：５００ｓｃｃｍ
基板温度：３５０℃
高周波ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚの周波数）：
０．０４３、０．０７、０．１、０．１４２Ｗ／ｃｍ２
（それぞれ、３０、５０、７０、１００Ｗ）
低周波ＲＦパワー（４３０ｋＨｚの周波数）：
０．０Ｗ／ｃｍ２
トリシリルアミンの供給時間：０．３秒の供給、２．０秒の供給停止
【００５８】
図３Ｂは、０．０４３，０．０７、０．１及び０．１４２Ｗ／ｃｍ２の高周波パワーでもって成膜された膜のストレスの変化を表す。ストレスは、約０．６ＧＰａ（引っ張り）から約１．０ＧＰａ（引っ張り）の範囲で調節された。
【００５９】
例3
Ｓｉ−Ｎ結合を有する誘電体層が、以下の条件の下で、図２に図示されたシーケンスと図１に図示されるＰＥＡＬＤ装置を使用して基板上に形成された。
【００６０】
トリシリルアミン：１００ｓｃｃｍ
水素：５００ｓｃｃｍ
窒素：１０００ｓｃｃｍ
プロセスヘリウム：１４００ｓｃｃｍ
封止ヘリウム：５００ｓｃｃｍ
アルゴン：５００ｓｃｃｍ
基板温度：３５０℃
高周波ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚの周波数）：
０．０７Ｗ／ｃｍ２（５０Ｗ）、０．１４３Ｗ／ｃｍ２（１００Ｗ）
低周波ＲＦパワー（４３０ｋＨｚの周波数）：
高周波ＲＦパワーの０〜１００％
トリシリルアミンの供給時間：０．３秒の供給、２．０秒の供給停止
【００６１】
図４は、上記の条件の下、成膜された膜のストレスの変化を表すグラフである。膜は、０．０７Ｗ／ｃｍ２のＨＲＦパワーでもって、−１４９６ＭＰａ（圧縮）から１０４４ＭＰａ（引っ張り）の範囲のストレス値をもつ膜、０．１４２Ｗ／ｃｍ２のＨＲＦパワーでもって、−１６８４ＭＰａ（圧縮）から９６６Ｗ／ｃｍ２の範囲のストレス値をもつ膜を形成するために、種々の異なるＬＲＦパワー条件の下で成膜された。
【００６２】
例４
Ｓｉ−Ｎ結合を有する誘電体層が、以下の条件の下で、図２に図示されたシーケンスと図１に図示されたＰＥＡＬＤ装置を使用して、基板上に形成された。
【００６３】
トリシリルアミン：１００ｓｃｃｍ
水素：５００ｓｃｃｍ
窒素：１０００ｓｃｃｍ
プロセスヘリウム：１４００ｓｃｃｍ
封止ヘリウム：５００ｓｃｃｍ
アルゴン：５００ｓｃｃｍ
基板温度：２５０、３５０、４００℃
高周波ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚの周波数）：
０．１４２Ｗ／ｃｍ２（１００Ｗ）
低周波ＲＦパワー（４３０ｋＨｚの周波数）：
高周波ＲＦパワーの０〜１００％
トリシリルアミンの供給時間：０．３秒の供給、２．０秒の供給停止
【００６４】
図５は、上記の条件の下で、成膜された膜のストレスの変化を表しているグラフである。膜は、種々の異なるＬＲＦパワー及び基板温度条件の下で成膜された。成膜された膜は、２５０℃で−９２１．８ＭＰａ（圧縮）から６６９．４ＭＰａ（引っ張り）のストレス値、３５０℃で−１６８４ＭＰａ（圧縮）から９６６ＭＰａ（引っ張り）のストレス値、４００℃で−２１０８ＭＰａ（圧縮）から８８７．２４ＭＰａ（引っ張り）のストレス値をもつ。
【００６５】
図６Ａ〜図６Ｃは、０．１４２Ｗ／ｃｍ２のＨＲＦと異なるＬＲＦパワー強度の組み合わせにおける、ウエットエッチ速度とストレスとの関係を示す（図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、それぞれ２５０℃、３５０℃及び４００℃の基板温度のときを示す。）。成膜された膜のストレスは、基板温度に関係なく、ＬＲＦパワーを高くすることにより、引っ張りから圧縮に徐々にそして一定に変化する。ストレスが（ＬＲＦパワーを高くすることにより）引っ張りから圧縮に減少するときに、膜のウエットエッチ速度もまた減少する。
【００６６】
図７は、異なるＬＲＦパワーの条件でもって、成膜された膜のストレス及びＮ−Ｈ結合（面積）を表すグラフである。Ｎ−Ｈ構成はＬＲＦパワーを高めることにより増加する。成膜内のこれらの構成は圧縮状態の原因となる。これらの構成の量が減少すると、ストレスは次第に引っ張りとなる。
【００６７】
上述したように、開示した本発明の実施例にしたがった方法の重要な利点は、ストレス調節された窒化ケイ素の層又は他のＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層が、他の制御パラメータを実質的に変えることなく単に、ＨＲＦパワーに対するＬＲＦパワーの比率を操作することにより半導体基板上に形成することができることである。同様の方法で、膜のウエットエッチ速度を調節することができる。言い換えると、ストレスは単にＨＲＦパワーに対するＬＲＦパワーの比率を調整することにより、引っ張りと圧縮との間で調節することができる。このように、ｎ−ｐチャネルＭＯＳＦＥＴデバイスのような、異なるストレス及び／又はウエットエッチ速度を有する膜のラミネートを必要とする膜構成を、高い生産性で簡単に生産することができる。窒化ケイ素の層及び他のＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層はまた、比較的低い基板温度で形成されてもよく、このことにより、基板に熱による損傷が生ずることなく、生産性を高めることでき、適用できる基板のタイプを拡大することができる。さらに、本発明の実施例にしたがった方法は、厚さを正確に制御することができて、高い成膜率を達成することができ、高いコンフォーミティをもった構成を得ることができる。
【００６８】
本発明は、限定を意図するものではないが、上述の実施例に加え、以下の実施例も含む。
【００６９】
１） プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により、半導体基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する方法が、（ｉ）
窒素及び水素を含有する反応ガスと添加ガスを半導体基板が中に配置された反応空間に導入する工程、（ｉｉ）ＲＦパワーを高周波ＲＦパワーと低周波ＲＦパワー入力源を使用して反応空間に印加する工程、及び（ｉｉｉ）プラズマが励起された反応空間に、５秒以下の持続時間をもつパルスの状態で水素を含有するシリコン前駆体を導入し、これにより、基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する工程を含む。
【００７０】
２） １）に従う方法であって、高周波ＲＦパワー入力源は約１３．５６ＭＨｚ又は約２７ＭＨｚの周波数を有する高周波ＲＦパワーを供給し、低周波ＲＦパワー入力源は約４００ｋＨｚから約５００ｋＨｚの範囲の周波数を有する低周波ＲＦパワーを供給する。
【００７１】
３） １）又は２）に従う方法であって、高周波ＲＦパワー入力源は、約０．０４Ｗ／ｃｍ２から約０．１５Ｗ／ｃｍ２の範囲にある高周波ＲＦパワーを供給する。
【００７２】
４） １）ないし３）のいずれかに従う方法であって、低周波ＲＦパワー入力源は、高周波ＲＦパワーによって供給される高周波ＲＦパワーの１００％以下又は０％である低周波ＲＦパワーを供給する。
【００７３】
５） １）ないし４）のいずれかに従う方法であって、基板は、その上に成膜する間、０℃から４００℃の温度に保たれる。
【００７４】
６） １）ないし５）のいずれかに従う方法であって、水素を含有するシリコン前駆体はＳｉαＨβＸγの化学式を有し、ここで、α、βとγが整数で、γはゼロを含み、ＸはＮ及び／又はＣｍＨｎを含み、ここで、ｍとｎは整数である。
【００７５】
７） １）ないし６）のいずれかに従う方法であって、水素を含有するシリコン前駆体がパルスの状態で導入される間、反応ガス及び添加ガスが連続して導入され、ＲＦパワーが連続して印加される。
【００７６】
８） １）ないし７）のいずれかに従う方法であって、水素を含有するシリコン前駆体は、持続時間が約０．１秒から約１．０秒で、間隔が約０．１秒から３．０秒であるパルスの状態で導入される。
【００７７】
９） ８）に従う方法であって、パルスの持続時間が間隔に等しいか又は短い。
【００７８】
１０） １）ないし９）のいずれかに従う方法であって、反応ガスは、Ｎ２とＨ２の混合物、ＮＨ３とＨ２の混合物、及び窒素-ホウ素-水素ガスから成るグループから選択された少なくとも一つである。
【００７９】
１１） １０）に従う方法であって、反応ガスは、Ｎ２とＨ２の混合物であり、ここでこの混合物におけるＮ２／Ｈ２のモル流量比率が約１／１ないし約１０／１である。
【００８０】
１２） １０）に従う方法であって、反応ガスは、ＮＨ３とＨ２の混合物であり、ここでこの混合物におけるＮＨ３／Ｈ２のモル流量比率が約１／１ないし約１０／１である。
【００８１】
１３） １）ないし１２）のいずれかに従う方法であって、添加ガスは、ヘリウムとアルゴンの混合物、及びヘリウムとクリプトンの混合物からなるグループから選択された少なくとも一つである。
【００８２】
１４） １３）に従う方法であって、添加ガスはヘリウムとアルゴンの混合物であり、ここでヘリウム/アルゴンのモル流量比率が約３／１ないし約２０／１である。
【００８３】
１５） １３）に従う方法であって、添加ガスはヘリウムとクリプトンの混合物であり、ここで、ヘリウム/クリプトンのモル流量比率が約３／１ないし約２０／１である。
【００８４】
１６） １）ないし１５）のいずれかに従う方法であって、Ｓｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜が、一サイクル当たり、約１Åないし約１０Åの厚さで、半導体基板上に形成される。
【００８５】
１７） １）ないし１６）のいずれかに従う方法であって、基板上に成膜されたストレス調節された誘電体膜は、約−２．０ＧＰａないし約＋１．５ＧＰａの膜ストレスを有する。
【００８６】
１８） １）ないし１７）のいずれかに従う方法であって、ストレス調節された誘電体膜は窒化ケイ素膜である。
【００８７】
１９） １）ないし１８）のいずれかに従う方法であって、ストレス調節された誘電成膜は、少なくとも９０％のステップカバレージ又はコンフォーミティを有する。
【００８８】
本発明の思想及び態様から離れることなく多くのさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。したがって、言うまでもなく、本発明の形式は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路製造に関するもので、特に、ストレス調節された窒化ケイ素薄膜を形成する方法、及び低温（たとえば、４００℃以下）でプラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）を使って窒化ケイ素膜を成膜する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低温（４００℃以下）で成膜された窒化ケイ素膜が、メモリデバイスのための多くの重要な応用例に、たとえば、トランジスタのゲートのための不動態化層、表面保護層及び／又はスペーサーとして利用されてきた。窒化ケイ素膜は、プラズマ励起化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）方法によって形成することができる。他のCVD方法よりも優れたＰＥＣＶＤ方法の主要な長所は、広範囲な屈折率にわたり成膜率が高く、制御性に優れていることである。ＰＥＣＶＤ方法の更なる長所は、プロセスが比較的低温、たとえば４００℃以下で行われ、セル処理での熱の総量が最小に維持されることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２００３／００４０１５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、窒化ケイ素層が、特許文献１（サイトーによる米国特許公開第２００３／００４０１５８号号）に示されているように、異なるストレス（多少引っ張りのストレスを呈し、多少圧縮ストレスを呈する）があるｎ-ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴデバイスにおいて、キャリヤー移動度を向上させる構造で使われた。好ましくは、引っ張りのストレスをもつ窒化ケイ素層が低圧ＣＶＤプロセスにより形成され、圧縮ストレスをもつ窒化ケイ素層がＰＥＣＶＤプロセスにより形成される。特許文献１に開示された技術にしたがって、逆ストレスの特徴をもつ窒化ケイ素層を形成するためには、全く異なる成膜方法が使用されなければならない。
【０００５】
一実施例において、本発明は、低温（たとば４００℃以下）でプラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）を使用して、ストレス調節された窒化ケイ素薄膜を形成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、４００℃以下のような低温で、集積回路のための、窒化ケイ素層のようなＳｉ−Ｎ結合をもつストレス調節された（たとえば、−２．０ＧＰａ〜１．５ＧＰａ）誘電体膜を形成する方法を提供することである。本発明の他の目的は、ＰＥＡＬＤプロセスで二周波パワーを操作することによって成膜する方法を提供することである。
【０００７】
本発明の一実施例では、ＰＥＡＬＤによって半導体基板上に、Ｓｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する方法が提供される。この方法は、窒素と水素を含有する反応ガスと添加ガス（たとえば、希ガス）を半導体基板が配置された反応空間内に導入し、二周波のＲＦ（高周波と低周波）パワーを反応空間に印加することを含む。水素を含有するシリコン前駆体が、プラズマが励起されている反応空間に５秒以下の持続期間をもつパルスの状態で導入され、これより、基板上にストレス調節されたＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体膜が形成される。
【０００８】
ここで開示する発明において、“ガス”は固体や液体の蒸気を含んでもよい。ここで開示する発明において、“Ｓｉ−Ｎ結合をもつ”とは、Si-N結合によって特徴づけられること、Ｓｉ−Ｎ結合によって主に構成されていること、Ｓｉ−Ｎ膜に分類されること、及び／又は、Ｓｉ−Ｎ結合によって実質的に構成される主要な骨格を有することとして参照されてもよい。ここで開示する発明において、反応ガス、添加ガス及び水素を含有するシリコン前駆体は互いに異なっても、又はガスタイプに関して相容れないものであってもよい。すなわち、これらの分類間で重複するガスがない。さらに、ここで開示する発明において、示されるどんな範囲でも、端点を含む場合もあれば含まない場合もある。
【０００９】
他の実施例において、ＰＥＡＬＤによって半導体基板上にＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体膜を形成する方法は、反応ガスと添加ガスとを半導体基板が配置された反応室に導入する工程を含み、ここで、半導体基板の温度は約０℃から４００℃範囲に維持される。反応ガス及び添加ガスが反応室に導入された後、反応室はプラズマ励起状態に置かれる。つぎに、水素を含むシリコン前駆体がパルス流量制御弁を使用して、パルスの状態で反応室に導入され、ここで、シリコン前駆体は、プラズマが励起した反応室に導入され、このことにより、ガスのプラズマ反応により、基板上にＳｉ−Ｎ結合をもつ誘電体膜が形成される。
【００１０】
さらに他の実施例では、Ｓｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜が、異なる周波数範囲をもつＲＦパワーを供給することによって動作する二周波のＲＦパワー入力源をもつＰＥＡＬＤチャンバーで成膜される。典型的に、高周波パワー入力源が、５ＭＨｚを越える周波数（たとえば、１３．５６ＭＨｚ又は２７ＭＨｚの高ＲＦ周波パワーが使用され得る）のＲＦパワーを供給することによって動作する。低周波パワー入力源が、約４００ｋＨｚから約５００ｋＨｚの範囲にある周波数のＲＦパワーを供給することによって動作する。他の実施例では、低周波パワーと高周波パワーの比率は０％から１００％であってもよい。
【００１１】
一実施例において、高周波パワーは、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約０．３Ｗ／ｃｍ２の範囲、より典型的には約０．０４Ｗ／ｃｍ２から約０．１５Ｗ／ｃｍ２の範囲にあるＲＦパワー（ＨＲＦ）入力源を使用して導入されてもよい。低周波パワーは、０Ｗ／ｃｍ２から約０．３Ｗ／ｃｍ２の範囲、より典型的には０Ｗ／ｃｍ２から約０．１５Ｗ／ｃｍ２の範囲にあるＲＦパワー（ＬＲＦ）入力源を使用して導入されてもよい。
【００１２】
さらに他の実施例において、水素を含有するシリコン前駆体は、シリコンと水素の組合せ、シリコンと水素と窒素との組合せ、又はシリコンと水素と炭素と窒素との組合せからなってもよい。一実施例において、蒸発した水素を含有するシリコン前駆体は、約０．１秒から約１．０秒の持続時間をもつパルス（パルスの間の間隔が約０．５秒から約３秒）で導入されてもよい。一実施例として、反応ガスは、窒素ガスと水素ガスとの組合せ又はアンモニアガスと水素ガスとの組合せであってもよい。一実施例として、添加ガスはＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのグループから選択されてもよく、添加ガスのモル流量は、水素を含有するシリコンソースのモル流量を越えるものであってもよい。一実施例として、反応室は、約０．１トルから約１０トルの圧力に維持されてもよい。
【００１３】
本発明の態様及び従来技術を越えて達成される効果を要約する目的のために、本発明の目的及び効果がここで説明される。もちろん、このような目的や効果のすべてが本発明の特定の実施例のいずれかに従って達成されるわけではないことは理解されるであろう。したがって、たとえば、以下で教示する他の目的、効果を必ずしも達成することなく、ここで教示する一つの効果又は一群の効果を達成又は最適にする方法で本発明を実施又は成し遂げることができることは当業者であれば分かるであろう。
【００１４】
さらに、本発明の態様、特徴及び利点は以下の詳細な説明により明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施例に従ったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層を成膜するＰＥＡＬＤ装置の略示図である。
【図２】図２は、Ｓｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体層を形成するための本発明の実施例に従ったＰＥＡＬＤ法のプロセス工程を示す概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、成膜の間（５０ＷのＨＲＦ）、窒素流（ｓｌｍ）の関数として、本発明の実施例に従ったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層の膜ストレス（ＭＰａ）を示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、成膜の間、ＨＲＦパワー（Ｗ）の関数として、成膜の間のＨＲＦパワー（Ｗ）の機能として、本発明の実施例に従ったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層の膜ストレス（ＭＰａ）を示すグラフである。
【図４】図４は、成膜の間、ＬＲＦパワー（Ｗ）及び異なるＨＲＦパワー（Ｗ）の関数として、本発明の実施例に従ったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層の膜ストレス（ＭＰａ）を示すグラフである。
【図５】図５は、成膜の間（１００ＷのＨＲＦ）、ＬＲＦパワー（Ｗ）及び異なる成膜温度の関数として、本発明の実施例に従ったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層の膜ストレス（ＭＰａ）を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、基板温度が２５０℃であるときの、ＬＲＦパワー（Ｗ）及びＨＲＦパワー（０．１４２Ｗ／ｃｍ２）に関連してウエットエッチング（ｎｍ／ｍｉｎ）と膜ストレス（ＭＰａ）との間の関連を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、基板温度が３５０℃であるときの、ＬＲＦパワー（Ｗ）及びＨＲＦパワー（０．１４２Ｗ／ｃｍ２）に関連してウエットエッチング（ｎｍ／ｍｉｎ）と膜ストレス（ＭＰａ）との間の関連を示すグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、基板温度が４００℃であるときの、ＬＲＦパワー（Ｗ）及びＨＲＦパワー（０．１４２Ｗ／ｃｍ２）に関連してウエットエッチング（ｎｍ／ｍｉｎ）と膜ストレス（ＭＰａ）との間の関連を示すグラフである。
【図７】図７は、ＬＲＦパワー（Ｗ）に関連したストレス（ＭＰａ）とＮ−Ｈ結合との間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のこれら又は他の特徴は、本発明を限定することを意図するものではないが、好適実施例を図示する図面を参照して説明される。図面は説明の目的で単純化され、尺度も必ずしも一致しない。
【００１７】
本発明は、本発明を制限することを意図しない実施例を参照して記述される。さらに、一実施例に適用された要素を他の実施例に適用することは可能であり、異なる実施例に適用された要素を、特別な条件が付されない限り、互いに置き換えても、あるいは交換してもよい。さらに、以下で示された範囲の端点は、実施例において含む場合もあり、含まない場合もある。
【００１８】
本発明の実施例において、ＰＥＡＬＤにより、半導体基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する方法は、（ａ）半導体基板が中に配置された反応空間内に、窒素及び水素を含有する反応ガスならびに添加ガスを導入する工程、（ｂ）反応空間に二周波のＲＦ（高周波数及び低周波数）パワーを印加する工程、及び（ｃ）基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成するために、プラズマが励起されている反応空間に、水素を含有するシリコン前駆体を、持続時間が５秒未満で、ある間隔をもつパルスの状態で導入する工程を含む。
【００１９】
一実施例において、Ｓｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体薄膜は、異なる周波数範囲にあるＲＦパワーを供給することによって動作する二周波のＲＦパワー入力源をもつＰＥＡＬＤ反応室で成膜される。典型的に、高周波パワー入力源は、５ＭＨｚを越える周波数（たとえば、１３．５６ＭＨｚ又は２７ＭＨｚの高ＲＦ周波パワーを使用することができる）で動作する。低周波パワー入力源は、約４００ｋＨｚから約５００ｋＨｚの範囲にある周波数で動作する。ある実施例では、高周波パワーに対する低周波パワーは０から１００％であってもよい。
【００２０】
前述のどの実施例においてでも、高周波パワーは、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約０．３Ｗ／ｃｍ２の範囲、より典型的には約０．０４Ｗ／ｃｍ２から約０．１５Ｗ／ｃｍ２の範囲にあるＲＦパワー入力源を使用して導入される。低周波パワーは、０Ｗ／ｃｍ２から約０．３Ｗ／ｃｍ２の範囲、より典型的には０Ｗ／ｃｍ２から約０．１５Ｗ／ｃｍ２の範囲にあるＲＦパワー入力源を使用して導入される。
【００２１】
開示される実施例の一つは、プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により、半導体基板上に主要な膜構成をもつＳｉ−Ｎ結合を有するターゲットの誘電体膜（ここでターゲット誘電体膜は、ＰＥＡＬＤにより半導体基板上に主要な膜構成をもつＳｉ−Ｎ結合を有する基準の誘電体膜のストレスタイプとは反対のストレスタイプとして、引っ張りか圧縮のいずれかのストレスを有する）を形成する方法を提供し、この方法は、（ｉ）半導体基板が中に配置された反応空間に、窒素及び水素を含有する反応ガスならびに希ガスを導入する工程と、（ｉｉ）基準の誘電体膜とは反対のストレスを有するターゲット誘電体膜を得るために、低周波ＲＦパワー（ＬＲＦ）と高周波ＲＦパワー（ＨＲＦ）の混合のＲＦパワーをＬＲＦ／ＨＲＦの比率（この比率は、基準の誘電体膜のストレスタイプが引っ張りであるとき、基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を増加させることでセットされ、基準の誘電体膜のストレスタイプが圧縮であるとき、基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を減少させることによりセットされ、）で反応空間に印加する工程と、（ｉｉｉ）半導体基板上にターゲット誘電体膜をＰＥＡＬＤにより形成せるために、ＲＦパワーが印加されている間、水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態で反応空間に導入する工程とを含み、ここで、セットされた比率の結果として、ターゲット誘電体膜は、基準の誘電体膜のものと反対のストレスタイプを有する。
【００２２】
他の実施例では、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率は、ターゲット誘電体膜のストレスタイプを制御する主要なパラメータである。ある実施例では、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率は、ターゲット誘電体膜のストレスタイプを制御する唯一のパラメータである。
【００２３】
他の実施例では、ターゲット誘電体膜は圧縮の膜ストレスをもち、（ｉｉ）工程において、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率は基準の誘電体膜のために使用されるＬＲＦ／ＨＲＦの比率を増加させることによってセットされ、ここで、ＬＲＦ／ＨＲＦの増加した比率は２／１ないし１０／１０である。これに代えて、ある実施例では、ターゲット誘電体膜は引っ張りの膜ストレスをもち、（ｉｉｉ）工程において、ＬＲＦ／ＨＲＦFの比率は基準の誘電体膜のために使用されるＬＲＦ／ＨＲＦの比率を減少させることによってセットされ、ここで、ＬＲＦ／ＨＲＦの減少した比率は０／１０ないし４／１０である。
【００２４】
他の実施例では、成膜の間、水素を含有するシリコン前駆体は約０．５秒〜約３秒の間隔で約０．１秒〜約１．０秒のパルス持続時間をもつパルスの状態で導入される。
【００２５】
開示された他の実施例は、プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により半導体基板上に主要な膜構成をもつＳｉ−Ｎ結合を有するターゲット誘電体膜（このターゲット誘電体膜はＰＥＡＬＤにより半導体基板上に主要な膜構成をもち、基準の誘電体膜のものと異なる膜ストレス値を有する。）を形成する方法を提供し、その方法は、（ｉ）半導体基板が中に配置される反応空間に窒素及び水素を含有する反応ガスならびに希ガスを導入する工程、（ｉｉ）基準の誘電体膜のものとは異なるストレスタイプをもつターゲット誘電体膜を得るために、低周波パワー（ＬＲＦ）及び高周波パワー（ＨＲＦ）の混合を、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率（この比率は、基準の誘電体膜のものよりも低い膜ストレス値をもつ誘電体膜を得るために基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を増加させることによりセットされ、又は基準の誘電体膜のものよりも高い膜ストレス値をもつ誘電体膜を得るために基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を減少させることによりセットされる。）で導入する工程、及び（ｉｉｉ）半導体基板上にターゲット誘電体膜を形成するために、ＲＦパワーが印加されている間、水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態で反応空間に導入する工程を含み、ここで、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率は、ターゲット誘電体膜の膜ストレス値を基準の誘電体膜のものと違いをつける主要なパラメータとして使用される。
【００２６】
さらに開示された実施例は、プラズマ励起原子膜の成膜（ＰＥＡＬＤ）により半導体基板上に膜の主要な膜構成をもつＳｉ−Ｎ結合をそれぞれ有する多数の誘電体膜（この多数の誘電体膜は、引っ張りストレスをもつ膜と圧縮ストレスをもつ膜を含む。）を形成する方法を提供し、この方法は、（ｉ）半導体基板が中に配置される反応空間に、窒素と水素を含有する反応ガス及び希ガスを導入する工程、（ｉｉ）低周波ＲＦパワー（ＬＲＦ）及び高周波ＲＦパワー（ＨＲＦ）の混合をＬＲＦ／ＨＲＦの比率で反応空間に印加する工程、（ｉｉｉ）ＰＥＡＬＤにより半導体基板上に、引っ張りストレスをもつ膜及び圧縮ストレスをもつ膜のうちの一方を形成するために、水素を含有するシリコン前駆体をＲＦパワーが印加される反応空間に導入する工程、及び（ｉｖ）半導体基板上に引っ張りストレスをもつ膜及び圧縮ストレスをもつ膜のうちの他方を形成するために、主要なパラメータとして、成膜のストレスを制御し、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率を変更し、変更したＬＲＦ／ＨＲＦの比率で（ｉ）から（ｉｉｉ）の工程を繰り返す工程を含む。
【００２７】
ここで開示された特徴の全て又は一部は、どの開示の実施例においても組み合わせて使用することができる。
【００２８】
一実施例において、Ｓｉ−Ｎ結合を有する誘電体膜の成膜は、約−２．０ＧＰａ（圧縮）から１．５ＧＰａ（引っ張り）の範囲にあるストレスを有するように調節される。圧縮ストレスをもつ膜が必要な場合は、誘電体膜のストレスは、約−２．０ＧＰａから−１８０ＧＰａの範囲にあるように調節又は適合され得る。引っ張りストレスを有する膜が必要な場合は、誘電体膜は、約４０ＧＰａから−１．５ＧＰａの範囲にあるように調節又は適合され得る。
【００２９】
一実施例において、水素を含有するシリコン前駆体は、ＳｉαＨβＸγの化学式を有し、ここでα、β及びγは整数であり、γはゼロを含む。ＸはＮ及び／又はＣｍＨｎであってもよく、ｍ及びｎは整数である。一実施例として、αは１ないし５であってもよく、βは１ないし１０であってもよい。一実施例として、ｍは２ないし１８であってもよく、ｎは６ないし３０であってもよい。
【００３０】
上記の実施例のいずれも、基板は、その基板上への成膜の間、０℃から４００℃の温度に維持されてよい。他の実施例としては、基板の温度は、成膜の間、約２５０℃ないし約３５０℃である。
【００３１】
上記の実施例のいずれも、水素を含有するシリコン前駆体は、反応ガス及び添加ガスが連続して導入され、二周波のＲＦパワーが連続して印加されている間、パルスの状態で導入されてよい。
【００３２】
上記の実施例のいずれも、水素を含有するシリコン前駆体は、約０．１秒ないし約１．０秒の持続時間をもつパルスの状態で導入されてよい。他の実施例としては、水素を含有するシリコン前駆体のパルスは、約０．２秒ないし約０．３秒の持続時間をもつ。
【００３３】
他の実施例としては、水素を含有するシリコン前駆体のパルスは、約０．１秒ないし約３．０秒の間隔があけられている。また、他の実施例としては、間隔は、約０．５秒ないし約１．０秒又は約０．１秒ないし約２．０秒である。さらに、他の実施例では、パルスの持続時間は、パルスの間の間隔に等しいか又は短くてよい。
【００３４】
上記の実施例のいずれも、反応ガスは、Ｎ２とＨ２の混合物、ＮＨ３とＨ２の混合物、窒素−ホウ素−水素ガスを含む。一実施例として、反応ガスは、Ｎ２とＨ２の混合物（Ｎ２／Ｈ２のモル流量が約１／１ないし約１０／１である）を含んでよい。他の実施例では、Ｎ２／Ｈ２のモル流量は約２／１ないし約４／１である。他の実施例では、反応ガスは、ＮＨ３とＨ２の混合物（ＮＨ３／Ｈ２のモル流量が約１：１ないし約１：１０である）を含んでよい。また、他の実施例では、ＮＨ３／Ｈ２のモル流量が約１：１ないし約１：３であってよい。
【００３５】
上記に実施例のいずれも、添加ガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ及びＸｅのグループから選択された一つ又はそれ以上のガスであってよく、添加ガスのモル流量は、水素を含有するシリコン前駆体のモル流量を超えるものでもよい。他の実施例として、添加ガスの流量は約１５００ｓｃｃｍないし約２５００ｓｃｃｍであってよい。さらに、他の実施例として、添加ガスは、ヘリウムとアルゴンの混合物又はヘリウムとクリプトンとの混合物を含んでよい。他の実施例では、添加ガスはヘリウムとアルゴンの混合物で、そのモル流量が約３／１ないし約２０／１のものを含んでよい。他の実施例として、ヘリウム／アルゴンのモル流量は、約５／１ないし約１５／１であってよい。さらに他の実施例として、添加ガスはヘリウムとアルゴンの混合物であって、そのヘリウム／アルゴンのモル流量が約５／１ないし１５／１であるものでよい。
【００３６】
上記の実施例のいずれも、反応空間の圧力は、約０．１トルから約１０トルの範囲にあるように調節されてよい。他の実施例では、反応空間の圧力は、約２トルないし約９トルであってよい。
【００３７】
上記の実施例のいずれも、成膜されたときのＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体層の誘電率は、約４．５から約７．５の範囲とすることができる。他の実施例では、誘電率は約６．５ないし約７．２とすることができる。
【００３８】
上記の実施例のいずれも、水素を含有するシリコン前駆体は室温で、蒸気でも、液体であってもよい。他の実施例では、水素を含有するシリコン前駆体は、シラン、ジシラン、トリシリルアミン及びビス（tertブチルアミノ）シランのグループから選択された一つ以上の化合物であってもよい。
【００３９】
実施例が、本発明を限定することを意図することなく、図を参照して説明される。図１は、流量制御弁を有するプラズマＣＶＤリアクター（本発明で使用することができる）を組み込む装置の略示図である。
【００４０】
この例では、反応チャンバー３の内部１１に、平行で互いに向き合った一対の電気伝導性の平らなプレート電極４、２が設けられ、電極４にＨＲＦパワー（たとえば、１３．５６ＭＨｚ又は２７ＭＨｚ）５とＬＲＦパワー（たとえば、４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）５０を印加し、他の電極２を接地することによって、またはその反対にすることによって、プラズマが電極の間で励起される。温度レギュレータが下のステージ（下方電極２）に設けられ、その上に置かれた基板１の温度が所定の温度で、一定に維持される。上方電極４は、シャワープレートとしても機能し、反応ガス及び添加ガスが制御器２１及び２２をそれぞれ通過し、シャワープレート４を通過して反応チャンバー３に導入される。水素を含有するシリコン前駆体が、ガス流量制御器２３、パルス流量制御弁３１及びシャワープレート４を通過して反応チャンバーに導入される。さらに、反応チャンバー３内のガスを一定に排気する排気パイプ６が反応チャンバー３に設けられている。さらに、反応チャンバーには、反応チャンバー３の内部１１に封止ガスを導入するための封止ガス流量制御器２４が設けられている。（図では、反応チャンバーの内部において、反応ゾーンと移動ゾーンとを分離する分離プレートが省略されている。）
【００４１】
この実施例では、パルス流量制御弁３１に対して、ＡＬＤ（原子層の成膜）のために使用されるパルス供給弁を適宜使用することができる。
【００４２】
図２は、ストレス調節された窒化ケイ素を成膜する本発明の実施例にしたがったプロセス工程を示す。反応ガスと添加ガスが反応チャンバーに導入される、図２に示された本発明の実施例において（パターンI）、シリコン前駆体が、パターンＩＶで示されているように、反応チャンバーにパルス流量制御弁を介して約０．１秒から約１．０秒の間導入され、次に、約０．５秒から約３秒の間、導入が停止される。ここで、ガスの供給の間、パターンＩＩ及びＩＩＩによりそれぞれ示されているようにＬＲＦ及びＨＲＦパワーによりプラズマが励起される。一実施例として、他のガスは使用されなくともよい。
【００４３】
時間間隔Ａ（たとえば、１．０秒から１０．０秒の間隔）の間も、反応ガスと添加ガスは、反応チャンバーの圧力を安定させるために導入される。時間間隔Ｂの間で、反応ガスと添加ガスの流量が維持されている間、水素を含むシリコン前駆体は導入される。時間間隔Ｂの間はまた、ＨＲＦパワー及びＬＲＦパワーは自己帰還反応により原子層を成膜するように供給される。時間間隔Ｃの間、水素を含有するシリコン前駆体は停止する一方で、反応ガスの流量、添加ガスの流量、ＨＲＦパワーの供給、ＬＲＦパワーの供給は維持されている。時間間隔Ｂと時間間隔Ｃは1つのサイクルを構成し、時間間隔Ｄの間、所望の膜が得られるまで、複数のサイクルが実行される。
【００４４】
シリコン前駆体をパルスの状態で導入することがこれらを実施することにより繰り返され、形成された膜のストレスを著しく高めるものと考えられている水素−窒素結合が制御でき、膜の成長の間、Ｈｘ、Ｎｘラジカルを著しく増加させると考えられている大量の水素及び窒素がプロセスに添加することができ、その結果、成膜材の表面マイグレーションが改善され、基板上にストレス調節され、良好なコンフォーミティをもつ窒化ケイ素膜が形成される。
【００４５】
一実施例では、一サイクル当たりの成膜された膜の厚さは約０．１ｎｍ／サイクルから約１．０ｎｍ／サイクルであってもよく、シリコン前駆体のパルスの供給は、所望の厚さの膜（たとえば、５ｎｍから２０ｎｍ）が得られるまで続けられる。
【００４６】
半導体基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体層を形成するために、一実施例では、成膜条件は以下の通りとなる。
【００４７】
水素を含有するシリコン前駆体（たとば、トリシリルアミン）：
１０〜２０００ｓｃｃｍ（たとえば、５０〜１０００ｓｃｃｍ）
反応ガス１（たとえば、水素）：
２００〜２０００ｓｃｃｍ（たとえば、５００〜１５００ｓｃｃｍ）
反応ガス2（たとえば、窒素）：
２〜２０００ｓｃｃｍ（たとえば、１００〜１５００ｓｃｃｍ）
反応ガス3（たとえば、アンモニア）：
０〜１０００ｓｃｃｍ（たとえば、０〜５００ｓｃｃｍ）
希ガス1（たとえば、プロセスヘリウム）：
０〜５０００ｓｃｃｍ（たとえば、５００〜３０００ｓｃｃｍ）
封止ガス（たとえば、ヘリウム（典型的に、これは反応又はプロセスガスの一部を構成しない。））：
２００〜７００ｓｃｃｍ（たとえば、３００〜６００ｓｃｃｍ）
希ガス２（たとえば、アルゴン）：
５０〜７００ｓｃｃｍ（たとえば、２００〜６００ｓｃｃｍ）
【００４８】
基板温度：０〜４００℃（たとえば、１００〜３５０℃）
【００４９】
高周波ＲＦパワー（基板の表面積当たり）：
０．０１Ｗ／ｃｍ２〜０．３Ｗ／ｃｍ２
（たとえば、０．０４Ｗ／ｃｍ２〜０．２Ｗ／ｃｍ２）
低周波ＲＦパワー（基板の表面積当たり）：
高周波ＲＦ電圧の０〜１００％
【００５０】
前駆体供給時間：
０．１〜０．７秒の供給（たとえば、０．２〜０．５秒）、
０．１〜４．０秒の供給停止（たとえば、０．４〜２．０秒）
（たとえば、停止時間は、供給時間より長い。）
【００５１】
本発明の実施例にしたがったＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層は、約８０％を超える（好適には、９０％以上）のコンフォーミティをもつことができる。コンフォーミティは、上面で形成される膜の平均厚さに対する溝の側面に形成される膜の平均厚さの比率と定義される。ストレスは、約−２．０ＧＰａ（圧縮）から約１．５ＧＰａ（引っ張り）の範囲に調節することができる。さらに、他の実施例では、基板に成膜した膜の誘電率は約６．７ないし約７．３とすることができ、６３３ｎｍでの反射率は、約１．８から２．５の範囲とすることができる。緩衝フッ化水素を用いて測られる、本発明の実施例に従った成膜された窒化ケイ素膜のエッチ速度は、約二倍から約十倍、標準として一般的に用いられる従来の熱酸化ケイ素膜の場合より小さいものとすることができる。
【００５２】
本発明は、本発明を制限することを意図しない具体的な例に関連して説明される。具体的な例に適用される数値は、他の条件の下で、少なくとも±５０％の範囲で修正してもよい。ここで範囲の端点を含む場合もあれば含まない場合もある。
条件及び／又は構成が特定されていない開示例に関して、当業者であれば、開示内容を考慮し日常の実験の問題として、このような条件及び／又は構成を容易に示すことができる。
【００５３】
例１
Ｓｉ−Ｎ結合を有する誘電体層が、以下の条件の下、図２に図示されたシーケンスと図１に図示されたＰＥＡＬＤ装置を使用して基板上に形成された。
【００５４】
トリシリルアミン：１００ｓｃｃｍ
水素：５００ｓｃｃｍ
窒素：５００、１０００、２０００ｓｃｃｍ
プロセスヘリウム：１４００ｓｃｃｍ
封止ヘリウム：５００ｓｃｃｍ
アルゴン：５００ｓｃｃｍ
基板温度：３５０℃
高周波ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚの周波数）：０．０７Ｗ／ｃｍ２
低周波ＲＦパワー（４３０ｋＨｚの周波数）：０．０Ｗ／ｃｍ２
トリシリルアミンの供給時間：０．３秒の供給、２．０秒の供給停止
【００５５】
図３Ａは、５００、１０００と２０００ｓｃｃｍの窒素流でもって成膜された膜のストレスの変化を表す。ストレスは、約０．７ＧＰａ（引っ張り）から約１．０ＧＰａ（引っ張り）の範囲で調整された。
【００５６】
例２
Ｓｉ−Ｎ結合を有する誘電体層は、以下の条件の下で、図2に図示されるシーケンスと図1に図示されるＰＥＡＬＤ装置を使用して、基板上に形成された。
【００５７】
トリシリルアミン：１００ｓｃｃｍ
水素：５００ｓｃｃｍ
窒素：１０００ｓｃｃｍ
プロセスヘリウム：１４００ｓｃｃｍ
封止ヘリウム：５００ｓｃｃｍ
アルゴン：５００ｓｃｃｍ
基板温度：３５０℃
高周波ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚの周波数）：
０．０４３、０．０７、０．１、０．１４２Ｗ／ｃｍ２
（それぞれ、３０、５０、７０、１００Ｗ）
低周波ＲＦパワー（４３０ｋＨｚの周波数）：
０．０Ｗ／ｃｍ２
トリシリルアミンの供給時間：０．３秒の供給、２．０秒の供給停止
【００５８】
図３Ｂは、０．０４３，０．０７、０．１及び０．１４２Ｗ／ｃｍ２の高周波パワーでもって成膜された膜のストレスの変化を表す。ストレスは、約０．６ＧＰａ（引っ張り）から約１．０ＧＰａ（引っ張り）の範囲で調節された。
【００５９】
例3
Ｓｉ−Ｎ結合を有する誘電体層が、以下の条件の下で、図２に図示されたシーケンスと図１に図示されるＰＥＡＬＤ装置を使用して基板上に形成された。
【００６０】
トリシリルアミン：１００ｓｃｃｍ
水素：５００ｓｃｃｍ
窒素：１０００ｓｃｃｍ
プロセスヘリウム：１４００ｓｃｃｍ
封止ヘリウム：５００ｓｃｃｍ
アルゴン：５００ｓｃｃｍ
基板温度：３５０℃
高周波ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚの周波数）：
０．０７Ｗ／ｃｍ２（５０Ｗ）、０．１４３Ｗ／ｃｍ２（１００Ｗ）
低周波ＲＦパワー（４３０ｋＨｚの周波数）：
高周波ＲＦパワーの０〜１００％
トリシリルアミンの供給時間：０．３秒の供給、２．０秒の供給停止
【００６１】
図４は、上記の条件の下、成膜された膜のストレスの変化を表すグラフである。膜は、０．０７Ｗ／ｃｍ２のＨＲＦパワーでもって、−１４９６ＭＰａ（圧縮）から１０４４ＭＰａ（引っ張り）の範囲のストレス値をもつ膜、０．１４２Ｗ／ｃｍ２のＨＲＦパワーでもって、−１６８４ＭＰａ（圧縮）から９６６Ｗ／ｃｍ２の範囲のストレス値をもつ膜を形成するために、種々の異なるＬＲＦパワー条件の下で成膜された。
【００６２】
例４
Ｓｉ−Ｎ結合を有する誘電体層が、以下の条件の下で、図２に図示されたシーケンスと図１に図示されたＰＥＡＬＤ装置を使用して、基板上に形成された。
【００６３】
トリシリルアミン：１００ｓｃｃｍ
水素：５００ｓｃｃｍ
窒素：１０００ｓｃｃｍ
プロセスヘリウム：１４００ｓｃｃｍ
封止ヘリウム：５００ｓｃｃｍ
アルゴン：５００ｓｃｃｍ
基板温度：２５０、３５０、４００℃
高周波ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚの周波数）：
０．１４２Ｗ／ｃｍ２（１００Ｗ）
低周波ＲＦパワー（４３０ｋＨｚの周波数）：
高周波ＲＦパワーの０〜１００％
トリシリルアミンの供給時間：０．３秒の供給、２．０秒の供給停止
【００６４】
図５は、上記の条件の下で、成膜された膜のストレスの変化を表しているグラフである。膜は、種々の異なるＬＲＦパワー及び基板温度条件の下で成膜された。成膜された膜は、２５０℃で−９２１．８ＭＰａ（圧縮）から６６９．４ＭＰａ（引っ張り）のストレス値、３５０℃で−１６８４ＭＰａ（圧縮）から９６６ＭＰａ（引っ張り）のストレス値、４００℃で−２１０８ＭＰａ（圧縮）から８８７．２４ＭＰａ（引っ張り）のストレス値をもつ。
【００６５】
図６Ａ〜図６Ｃは、０．１４２Ｗ／ｃｍ２のＨＲＦと異なるＬＲＦパワー強度の組み合わせにおける、ウエットエッチ速度とストレスとの関係を示す（図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、それぞれ２５０℃、３５０℃及び４００℃の基板温度のときを示す。）。成膜された膜のストレスは、基板温度に関係なく、ＬＲＦパワーを高くすることにより、引っ張りから圧縮に徐々にそして一定に変化する。ストレスが（ＬＲＦパワーを高くすることにより）引っ張りから圧縮に減少するときに、膜のウエットエッチ速度もまた減少する。
【００６６】
図７は、異なるＬＲＦパワーの条件でもって、成膜された膜のストレス及びＮ−Ｈ結合（面積）を表すグラフである。Ｎ−Ｈ構成はＬＲＦパワーを高めることにより増加する。成膜内のこれらの構成は圧縮状態の原因となる。これらの構成の量が減少すると、ストレスは次第に引っ張りとなる。
【００６７】
上述したように、開示した本発明の実施例にしたがった方法の重要な利点は、ストレス調節された窒化ケイ素の層又は他のＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層が、他の制御パラメータを実質的に変えることなく単に、ＨＲＦパワーに対するＬＲＦパワーの比率を操作することにより半導体基板上に形成することができることである。同様の方法で、膜のウエットエッチ速度を調節することができる。言い換えると、ストレスは単にＨＲＦパワーに対するＬＲＦパワーの比率を調整することにより、引っ張りと圧縮との間で調節することができる。このように、ｎ−ｐチャネルＭＯＳＦＥＴデバイスのような、異なるストレス及び／又はウエットエッチ速度を有する膜のラミネートを必要とする膜構成を、高い生産性で簡単に生産することができる。窒化ケイ素の層及び他のＳｉ−Ｎ結合を有する誘電体層はまた、比較的低い基板温度で形成されてもよく、このことにより、基板に熱による損傷が生ずることなく、生産性を高めることでき、適用できる基板のタイプを拡大することができる。さらに、本発明の実施例にしたがった方法は、厚さを正確に制御することができて、高い成膜率を達成することができ、高いコンフォーミティをもった構成を得ることができる。
【００６８】
本発明は、限定を意図するものではないが、上述の実施例に加え、以下の実施例も含む。
【００６９】
１） プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により、半導体基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する方法が、（ｉ）
窒素及び水素を含有する反応ガスと添加ガスを半導体基板が中に配置された反応空間に導入する工程、（ｉｉ）ＲＦパワーを高周波ＲＦパワーと低周波ＲＦパワー入力源を使用して反応空間に印加する工程、及び（ｉｉｉ）プラズマが励起された反応空間に、５秒以下の持続時間をもつパルスの状態で水素を含有するシリコン前駆体を導入し、これにより、基板上にＳｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜を形成する工程を含む。
【００７０】
２） １）に従う方法であって、高周波ＲＦパワー入力源は約１３．５６ＭＨｚ又は約２７ＭＨｚの周波数を有する高周波ＲＦパワーを供給し、低周波ＲＦパワー入力源は約４００ｋＨｚから約５００ｋＨｚの範囲の周波数を有する低周波ＲＦパワーを供給する。
【００７１】
３） １）又は２）に従う方法であって、高周波ＲＦパワー入力源は、約０．０４Ｗ／ｃｍ２から約０．１５Ｗ／ｃｍ２の範囲にある高周波ＲＦパワーを供給する。
【００７２】
４） １）ないし３）のいずれかに従う方法であって、低周波ＲＦパワー入力源は、高周波ＲＦパワーによって供給される高周波ＲＦパワーの１００％以下又は０％である低周波ＲＦパワーを供給する。
【００７３】
５） １）ないし４）のいずれかに従う方法であって、基板は、その上に成膜する間、０℃から４００℃の温度に保たれる。
【００７４】
６） １）ないし５）のいずれかに従う方法であって、水素を含有するシリコン前駆体はＳｉαＨβＸγの化学式を有し、ここで、α、βとγが整数で、γはゼロを含み、ＸはＮ及び／又はＣｍＨｎを含み、ここで、ｍとｎは整数である。
【００７５】
７） １）ないし６）のいずれかに従う方法であって、水素を含有するシリコン前駆体がパルスの状態で導入される間、反応ガス及び添加ガスが連続して導入され、ＲＦパワーが連続して印加される。
【００７６】
８） １）ないし７）のいずれかに従う方法であって、水素を含有するシリコン前駆体は、持続時間が約０．１秒から約１．０秒で、間隔が約０．１秒から３．０秒であるパルスの状態で導入される。
【００７７】
９） ８）に従う方法であって、パルスの持続時間が間隔に等しいか又は短い。
【００７８】
１０） １）ないし９）のいずれかに従う方法であって、反応ガスは、Ｎ２とＨ２の混合物、ＮＨ３とＨ２の混合物、及び窒素-ホウ素-水素ガスから成るグループから選択された少なくとも一つである。
【００７９】
１１） １０）に従う方法であって、反応ガスは、Ｎ２とＨ２の混合物であり、ここでこの混合物におけるＮ２／Ｈ２のモル流量比率が約１／１ないし約１０／１である。
【００８０】
１２） １０）に従う方法であって、反応ガスは、ＮＨ３とＨ２の混合物であり、ここでこの混合物におけるＮＨ３／Ｈ２のモル流量比率が約１／１ないし約１０／１である。
【００８１】
１３） １）ないし１２）のいずれかに従う方法であって、添加ガスは、ヘリウムとアルゴンの混合物、及びヘリウムとクリプトンの混合物からなるグループから選択された少なくとも一つである。
【００８２】
１４） １３）に従う方法であって、添加ガスはヘリウムとアルゴンの混合物であり、ここでヘリウム/アルゴンのモル流量比率が約３／１ないし約２０／１である。
【００８３】
１５） １３）に従う方法であって、添加ガスはヘリウムとクリプトンの混合物であり、ここで、ヘリウム/クリプトンのモル流量比率が約３／１ないし約２０／１である。
【００８４】
１６） １）ないし１５）のいずれかに従う方法であって、Ｓｉ−Ｎ結合を有するストレス調節された誘電体膜が、一サイクル当たり、約１Åないし約１０Åの厚さで、半導体基板上に形成される。
【００８５】
１７） １）ないし１６）のいずれかに従う方法であって、基板上に成膜されたストレス調節された誘電体膜は、約−２．０ＧＰａないし約＋１．５ＧＰａの膜ストレスを有する。
【００８６】
１８） １）ないし１７）のいずれかに従う方法であって、ストレス調節された誘電体膜は窒化ケイ素膜である。
【００８７】
１９） １）ないし１８）のいずれかに従う方法であって、ストレス調節された誘電成膜は、少なくとも９０％のステップカバレージ又はコンフォーミティを有する。
【００８８】
本発明の思想及び態様から離れることなく多くのさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。したがって、言うまでもなく、本発明の形式は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に主要な膜構成をもち、Ｓｉ−Ｎ結合を有するターゲット誘電体膜であって、プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により、半導体基板上に主要な膜構成をもちＳｉ−Ｎ結合を有する基準の誘電体膜のストレスタイプと反対で、引っ張り又は圧縮のストレスタイプを有するターゲット誘電体膜をＰＥＡＬＤにより形成する方法であって、
（ｉ） 半導体基板が中に配置される反応空間に、窒素及び水素を含有する反応ガス並びに希ガスを導入する工程と、
（ｉｉ） 基準の誘電体膜のストレスタイプとは反対のストレスタイプを有するターゲット誘電体膜を得るために、低周波ＲＦパワー（ＬＲＦ）と高周波ＲＦパワー（ＨＲＦ）の混合のＲＦパワーを、基準の誘電体膜のストレスタイプが引っ張りのときは、基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を増加させることにより、又は基準の誘電体膜のストレスタイプが圧縮のときは、基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を減少させることによりセットされるＬＲＦ／ＨＲＦの比率で、反応空間に印加する工程と、
（ｉｉｉ） ＲＦパワーが印加されている間、反応空間に水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態に導入し、このことにより半導体基板上にターゲット誘電体膜をＰＥＡＬＤにより形成する工程と、
を含み、セットされた比率の結果として、ターゲット誘電体膜は基準の誘電体膜のストレスタイプとは反対のストレスタイプを有する、方法。
【請求項２】
ＬＲＦ/ＨＲＦの比率はターゲット誘電体膜のストレスタイプを制御する主要なパラメータである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＬＲＦ/ＨＲＦの比率はターゲット誘電体膜のストレスタイプを制御する唯一のパラメータである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ターゲット誘電体膜は圧縮の膜ストレスを有し、工程（ｉｉ）において、ＬＲＦ/ＨＲＦの比率は基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ/ＨＲＦの比率を増加させることによりセットされ、ここで増加したＬＲＦ/ＨＲＦの比率は２／１０から１０／１０である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ターゲット誘電体膜は引っ張りの膜ストレスを有し、工程（ｉｉ）において、ＬＲＦ/ＨＲＦの比率が基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ/ＨＲＦの比率を減少させることによりセットされ、ここで減少したＬＲＦ/ＨＲＦの比率は０／１０ないし４／１０である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
膜を形成している間、水素を含有するシリコン前駆体は、パルスの持続時間が約０．１秒ないし約１．０秒で、パルスの間の間隔が約０．５秒ないし約３秒のパルスの状態で導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
半導体基板上に主要な膜構成をもち、Ｓｉ−Ｎ結合を有するターゲット誘電体膜であって、プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により、半導体基板上に主要な膜構成をもちＳｉ−Ｎ結合を有する基準の誘電体膜の膜ストレス値と異なる膜ストレス値を有するターゲット誘電体膜をＰＥＡＬＤにより形成する方法であって、
（ｉ） 半導体基板が中に配置される反応空間に、窒素及び水素を含有する反応ガス並びに希ガスを導入する工程と、
（ｉｉ） 基準の誘電体膜のストレスタイプとは反対のストレスタイプを得るために、低周波ＲＦパワー（ＬＲＦ）と高周波ＲＦパワー（ＨＲＦ）の混合のＲＦパワーを、基準の誘電体膜の膜ストレス値未満の膜ストレス値を有するターゲット誘電体膜を得るために基準の誘電体膜のために使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を増加させることにより、又は基準の誘電体膜の膜ストレス値を超える膜ストレス値を得るために基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を減少させることによりセットされるＬＲＦ／ＨＲＦの比率で、反応空間に印加する工程と、
（ｉｉｉ） ＲＦパワーが印加されている間、反応空間に水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態で導入し、このことにより半導体基板上にターゲット誘電体膜をＰＥＡＬＤにより形成する工程と、
を含み、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率は、ターゲット誘電体膜の膜ストレス値を基準の誘電体膜の膜ストレス値と違わせる主要なパラメータとして使用される、方法。
【請求項８】
ＬＲＦ/ＨＲＦの比率はターゲット誘電体膜の膜ストレス値を違わせる唯一のパラメータである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
半導体基板上に主要な膜構成をもち、Ｓｉ−Ｎ結合をそれぞれが有する複数の誘電体膜であって、引っ張りのストレス膜及び圧縮のストレス膜を含む複数の誘電体膜を、プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により形成する方法であって、
（ｉ） 半導体基板が中に配置される反応空間に、窒素及び水素を含有する反応ガス並びに希ガスを導入する工程と、
（ｉｉ） 低周波ＲＦパワー（ＬＲＦ）と高周波ＲＦパワー（ＨＲＦ）の混合のＲＦパワーをＬＲＦ／ＨＲＦの比率で反応空間に印加する工程と、
（ｉｉｉ） ＲＦパワーが印加されている間、反応空間に水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態で導入し、このことにより半導体基板上に引っ張りストレス膜及び圧縮ストレス膜のうちの一方をＰＥＡＬＤにより形成する工程と、
（ｉｖ） 成膜される膜のストレスを制御する主要なパラメータとして、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率を変更し、変更したＬＲＦ／ＨＲＦの比率で、工程（ｉ）から工程（ｉｉ）を繰り返し、このことにより、半導体基板上に引っ張りストレス膜及び圧縮ストレス膜のうちの他方を形成する工程と、
を含む、方法。
【請求項１０】
ＬＲＦ/ＨＲＦの比率の変更はＬＲＦ/ＨＲＦの比率を増加させることであり、ここで、引っ張りのストレスを有する膜又は圧縮のストレスを有する膜の他方は、圧縮のストレスを有する膜である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
増加したＬＲＦ/ＨＲＦの比率は２／１０ないし１０／１０である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ＬＲＦ/ＨＲＦの比率の変更はＬＲＦ/ＨＲＦの比率を減少させることであり、引っ張りのストレスを有する膜又は圧縮のストレスを有する膜の他方は、引っ張りストレスを有する膜である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
減少したＬＲＦ/ＨＲＦの比率は０／１０ないし４／１０である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、成膜する膜のストレスを制御する第二のパラメータとして、工程（ｉｖ）において、水素に対する窒素の比率を変更する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、成膜する膜のストレスを制御する第二のパラメータとして、工程（ｉｖ）において、ＨＲＦの量を変更する工程を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１６】
水素を含有するシリコン前駆体はシリコンと水素の組合せ、シリコン、水素及び窒素の組合せ、又はシリコン、水素、炭素及び窒素の組合せである、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
反応ガスは窒素ガスと水素ガスの組合せ又はアンモニアガスと水素ガスの組合せである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
膜を形成している間、水素を含有するシリコン前駆体は、パルスの持続時間が約０．１秒ないし約１．０秒で、パルスの間の間隔が約０．５秒ないし約３秒のパルスの状態で導入される、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
反応ガス、希ガス及び水素を含有するシリコン前駆体は互いに異なる、請求項９に記載の方法。
【請求項２０】
希ガスのモル流量は水素を含有するシリコンソースのモル流量より大きい、請求項９に記載の方法。
【請求項１】
半導体基板上に主要な膜構成をもち、Ｓｉ−Ｎ結合を有するターゲット誘電体膜であって、プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により、半導体基板上に主要な膜構成をもちＳｉ−Ｎ結合を有する基準の誘電体膜のストレスタイプと反対で、引っ張り又は圧縮のストレスタイプを有するターゲット誘電体膜をＰＥＡＬＤにより形成する方法であって、
（ｉ） 半導体基板が中に配置される反応空間に、窒素及び水素を含有する反応ガス並びに希ガスを導入する工程と、
（ｉｉ） 基準の誘電体膜のストレスタイプとは反対のストレスタイプを有するターゲット誘電体膜を得るために、低周波ＲＦパワー（ＬＲＦ）と高周波ＲＦパワー（ＨＲＦ）の混合のＲＦパワーを、基準の誘電体膜のストレスタイプが引っ張りのときは、基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を増加させることにより、又は基準の誘電体膜のストレスタイプが圧縮のときは、基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を減少させることによりセットされるＬＲＦ／ＨＲＦの比率で、反応空間に印加する工程と、
（ｉｉｉ） ＲＦパワーが印加されている間、反応空間に水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態に導入し、このことにより半導体基板上にターゲット誘電体膜をＰＥＡＬＤにより形成する工程と、
を含み、セットされた比率の結果として、ターゲット誘電体膜は基準の誘電体膜のストレスタイプとは反対のストレスタイプを有する、方法。
【請求項２】
ＬＲＦ/ＨＲＦの比率はターゲット誘電体膜のストレスタイプを制御する主要なパラメータである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＬＲＦ/ＨＲＦの比率はターゲット誘電体膜のストレスタイプを制御する唯一のパラメータである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ターゲット誘電体膜は圧縮の膜ストレスを有し、工程（ｉｉ）において、ＬＲＦ/ＨＲＦの比率は基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ/ＨＲＦの比率を増加させることによりセットされ、ここで増加したＬＲＦ/ＨＲＦの比率は２／１０から１０／１０である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ターゲット誘電体膜は引っ張りの膜ストレスを有し、工程（ｉｉ）において、ＬＲＦ/ＨＲＦの比率が基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ/ＨＲＦの比率を減少させることによりセットされ、ここで減少したＬＲＦ/ＨＲＦの比率は０／１０ないし４／１０である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
膜を形成している間、水素を含有するシリコン前駆体は、パルスの持続時間が約０．１秒ないし約１．０秒で、パルスの間の間隔が約０．５秒ないし約３秒のパルスの状態で導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
半導体基板上に主要な膜構成をもち、Ｓｉ−Ｎ結合を有するターゲット誘電体膜であって、プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により、半導体基板上に主要な膜構成をもちＳｉ−Ｎ結合を有する基準の誘電体膜の膜ストレス値と異なる膜ストレス値を有するターゲット誘電体膜をＰＥＡＬＤにより形成する方法であって、
（ｉ） 半導体基板が中に配置される反応空間に、窒素及び水素を含有する反応ガス並びに希ガスを導入する工程と、
（ｉｉ） 基準の誘電体膜のストレスタイプとは反対のストレスタイプを得るために、低周波ＲＦパワー（ＬＲＦ）と高周波ＲＦパワー（ＨＲＦ）の混合のＲＦパワーを、基準の誘電体膜の膜ストレス値未満の膜ストレス値を有するターゲット誘電体膜を得るために基準の誘電体膜のために使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を増加させることにより、又は基準の誘電体膜の膜ストレス値を超える膜ストレス値を得るために基準の誘電体膜に対して使用されたＬＲＦ／ＨＲＦの比率を減少させることによりセットされるＬＲＦ／ＨＲＦの比率で、反応空間に印加する工程と、
（ｉｉｉ） ＲＦパワーが印加されている間、反応空間に水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態で導入し、このことにより半導体基板上にターゲット誘電体膜をＰＥＡＬＤにより形成する工程と、
を含み、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率は、ターゲット誘電体膜の膜ストレス値を基準の誘電体膜の膜ストレス値と違わせる主要なパラメータとして使用される、方法。
【請求項８】
ＬＲＦ/ＨＲＦの比率はターゲット誘電体膜の膜ストレス値を違わせる唯一のパラメータである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
半導体基板上に主要な膜構成をもち、Ｓｉ−Ｎ結合をそれぞれが有する複数の誘電体膜であって、引っ張りのストレス膜及び圧縮のストレス膜を含む複数の誘電体膜を、プラズマ励起原子層の成膜（ＰＥＡＬＤ）により形成する方法であって、
（ｉ） 半導体基板が中に配置される反応空間に、窒素及び水素を含有する反応ガス並びに希ガスを導入する工程と、
（ｉｉ） 低周波ＲＦパワー（ＬＲＦ）と高周波ＲＦパワー（ＨＲＦ）の混合のＲＦパワーをＬＲＦ／ＨＲＦの比率で反応空間に印加する工程と、
（ｉｉｉ） ＲＦパワーが印加されている間、反応空間に水素を含有するシリコン前駆体をパルスの状態で導入し、このことにより半導体基板上に引っ張りストレス膜及び圧縮ストレス膜のうちの一方をＰＥＡＬＤにより形成する工程と、
（ｉｖ） 成膜される膜のストレスを制御する主要なパラメータとして、ＬＲＦ／ＨＲＦの比率を変更し、変更したＬＲＦ／ＨＲＦの比率で、工程（ｉ）から工程（ｉｉ）を繰り返し、このことにより、半導体基板上に引っ張りストレス膜及び圧縮ストレス膜のうちの他方を形成する工程と、
を含む、方法。
【請求項１０】
ＬＲＦ/ＨＲＦの比率の変更はＬＲＦ/ＨＲＦの比率を増加させることであり、ここで、引っ張りのストレスを有する膜又は圧縮のストレスを有する膜の他方は、圧縮のストレスを有する膜である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
増加したＬＲＦ/ＨＲＦの比率は２／１０ないし１０／１０である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ＬＲＦ/ＨＲＦの比率の変更はＬＲＦ/ＨＲＦの比率を減少させることであり、引っ張りのストレスを有する膜又は圧縮のストレスを有する膜の他方は、引っ張りストレスを有する膜である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
減少したＬＲＦ/ＨＲＦの比率は０／１０ないし４／１０である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、成膜する膜のストレスを制御する第二のパラメータとして、工程（ｉｖ）において、水素に対する窒素の比率を変更する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、成膜する膜のストレスを制御する第二のパラメータとして、工程（ｉｖ）において、ＨＲＦの量を変更する工程を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１６】
水素を含有するシリコン前駆体はシリコンと水素の組合せ、シリコン、水素及び窒素の組合せ、又はシリコン、水素、炭素及び窒素の組合せである、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
反応ガスは窒素ガスと水素ガスの組合せ又はアンモニアガスと水素ガスの組合せである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
膜を形成している間、水素を含有するシリコン前駆体は、パルスの持続時間が約０．１秒ないし約１．０秒で、パルスの間の間隔が約０．５秒ないし約３秒のパルスの状態で導入される、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
反応ガス、希ガス及び水素を含有するシリコン前駆体は互いに異なる、請求項９に記載の方法。
【請求項２０】
希ガスのモル流量は水素を含有するシリコンソースのモル流量より大きい、請求項９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２３７１８（Ｐ２０１１−２３７１８Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５３７５４（Ｐ２０１０−１５３７５４）
【出願日】平成２２年７月６日（２０１０．７．６）
【出願人】（０００２２７９７３）日本エー・エス・エム株式会社 (68)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月６日（２０１０．７．６）
【出願人】（０００２２７９７３）日本エー・エス・エム株式会社 (68)
【Ｆターム（参考）】
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