JP2000058832A - Oxyzirconium nitride and/or hafnium gate dielectrics - Google Patents

Oxyzirconium nitride and/or hafnium gate dielectrics

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JP2000058832A
JP2000058832A JP11200829A JP20082999A JP2000058832A JP 2000058832 A JP2000058832 A JP 2000058832A JP 11200829 A JP11200829 A JP 11200829A JP 20082999 A JP20082999 A JP 20082999A JP 2000058832 A JP2000058832 A JP 2000058832A
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oxynitride
substrate
zirconium
metal
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JP11200829A
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Japanese (ja)
Inventor
Robert M Wallace
エム.ウォレス ロバート
Richard A Stoltz
エイ.ストルツ リチャード
Glen D Wilk
ディ.ウィルク グレン
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Texas Instruments Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric field-effect device considering a problem on the thickness of a gate dielectric. SOLUTION: An electric field-effect semiconductor device having a high permittivity oxyzirconium nitride (or hafnium)/gate dielectric and a forming method are provided. The device contains a silicon substrate 20 having a semiconductor channel area 24 formed in it. An oxyzirconium nitride gate dielectric layer 36 is formed on the substrate. Then, a conduction gate 38 continues. The oxyzirconium nitride gate dielectric layer 36 has are relative permittivity which is considerably higher than that of silicon dioxide.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は全般的に半導体デバ
イス構造及びその形成方法に関し、更に詳細には、集積
回路上に形成される電界効果デバイスのゲート誘電体に
関連する前記構造及び方法に関連する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to semiconductor device structures and methods for forming the same, and more particularly to such structures and methods relating to gate dielectrics of field effect devices formed on integrated circuits. I do.

【0002】[0002]

【従来の技術及びその課題】電界効果トランジスタなど
の半導体デバイスは電子産業で一般的である。このよう
なデバイスは非常に小さな寸法で形成することができ、
単結晶シリコン基板、即ち「チップ」上に何千又は何百
万個ものこれらのデバイスを形成し、相互に接続して、
マイクロプロセッサのような集積回路で役に立つ機能を
実行させることができる。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices such as field effect transistors are common in the electronics industry. Such devices can be formed with very small dimensions,
Thousands or millions of these devices are formed on a single crystal silicon substrate, or "chip," interconnected,
An integrated circuit such as a microprocessor can perform useful functions.

【0003】トランジスタの設計及び製造は非常に複雑
な作業であるが、トランジスタの全般的な構造及び動作
は割合単純である。図1には、簡略化した電界効果トラ
ンジスタが断面図で示されている。電界効果トランジス
タでは、基板(即ち、エピ層)100の表面付近の部分
は、処理の間、チャネル120と呼ばれる。チャネル1
20は、ソース140とドレイン160との間に電圧の
差があるとき、電流がチャネル120を介して流れるよ
うに、ソース140及びドレイン160に電気的に接続
される。チャネル120の半導電特性が変化して、チャ
ネル120上の導電層であるゲート190に印加される
電圧によってその抵抗率を制御することができる。この
ように、ゲート190の電圧を変えることによって、チ
ャネル120を介して流れる電流を一層多く又は一層少
なくすることができる。ゲート190とチャネル120
はゲート誘電体180で隔てられる。ゲート誘電体は絶
縁性であり、動作中、ゲート190とチャネル120の
間に少しの電流しか流れない又は全く電流が流れない
(但し、薄い誘電体に「トンネル」電流が見られる)。
しかし、ゲート誘電体は、ゲート電圧がチャネル120
の電界を誘起することができ、それが「電界効果トラン
ジスタ」の名前の由来となっている。
[0003] Although the design and fabrication of transistors is a very complex task, the overall structure and operation of the transistor is relatively simple. FIG. 1 shows a simplified field effect transistor in cross section. In a field effect transistor, the portion of the substrate (ie, epilayer) near the surface is referred to as a channel 120 during processing. Channel 1
20 is electrically connected to the source 140 and the drain 160 such that current flows through the channel 120 when there is a voltage difference between the source 140 and the drain 160. The semiconducting properties of the channel 120 change so that the resistivity can be controlled by the voltage applied to the gate 190, which is the conductive layer on the channel 120. Thus, by changing the voltage at the gate 190, more or less current can flow through the channel 120. Gate 190 and channel 120
Are separated by a gate dielectric 180. The gate dielectric is insulating and during operation, little or no current flows between gate 190 and channel 120 (although "tunnel" currents are seen with thin dielectrics).
However, the gate dielectric does not allow the gate voltage to
Electric field can be induced, which is the name of the "field effect transistor".

【0004】一般的に、集積回路の性能及び密度は、
「スケーリング」によって、即ち、チップ上の個別の半
導体デバイスの寸法を縮小することによって、高めるこ
とができる。都合の悪いことに、電界効果半導体デバイ
スはチャネル長に比例する出力信号を生成し、スケーリ
ングによってその出力が小さくなる。一般的にこの影響
は、ゲート誘電体180の厚さを薄くし、これによりゲ
ートをチャネルに一層近接させ、電界効果を強めること
によって補償されてきた。
In general, the performance and density of integrated circuits
It can be increased by "scaling", i.e., by reducing the dimensions of the individual semiconductor devices on the chip. Unfortunately, field effect semiconductor devices produce an output signal that is proportional to the channel length, and the output is reduced by scaling. In general, this effect has been compensated for by reducing the thickness of the gate dielectric 180, thereby bringing the gate closer to the channel and increasing the field effect.

【0005】デバイスを一層小さな寸法にスケーリング
するにつれて、ゲート誘電体の厚さは縮小し続ける。デ
バイスの寸法を更にスケーリングすることは可能である
が、ゲート誘電体の厚さのスケーリングは、従来のゲー
ト誘電体である二酸化シリコンでは、殆ど実用的な限界
に達している。二酸化シリコン・ゲート誘電体の厚さを
更にスケーリングすることは、酸化物を介する直接的な
トンネル作用による大きな電流漏れなど、多くの問題点
を有し得る。このような層は、文字どおりほんの少しの
原子層から形成されるため、このような層を再現性を持
たせて生成するには、厳しいプロセス制御が必要とされ
る。デバイス・パラメータは、誘電体材料の単一層がひ
とつでも存在するかしないかに基づいて大きく変化し得
るため、被覆の均一性も重要である。最後に、このよう
な薄い層は、不純物に対する拡散障壁が不十分である。
[0005] As devices are scaled to smaller dimensions, the thickness of the gate dielectric continues to shrink. Although it is possible to further scale the dimensions of the device, scaling the thickness of the gate dielectric has almost reached a practical limit for the conventional gate dielectric, silicon dioxide. Further scaling the thickness of the silicon dioxide gate dielectric can have many problems, such as high current leakage due to direct tunneling through the oxide. Since such layers are literally formed from only a few atomic layers, stringent process control is required to produce such layers with reproducibility. Coating uniformity is also important because device parameters can vary greatly based on the presence or absence of one single layer of dielectric material. Finally, such thin layers have poor diffusion barriers for impurities.

【0006】二酸化シリコンの制限を理解した上で、研
究者は、二酸化シリコンよりも厚い層に形成しても同様
の電界効果の性能を有するような代替の誘電体材料を探
している。この性能は「等価酸化物厚さ」と呼ばれるこ
とが多い。代替の材料は厚手であっても、ずっと薄い二
酸化シリコン(通常は単に「酸化物」と呼ぶ)の層と同
等の効果を有する。低い等価酸化物厚さを達成する見込
みのある代替例の多くは、その殆どではなくても、五酸
化タンタル、二酸化チタン、及びチタン酸バリウム・ス
トロンチウムなどの金属酸化物である。
[0006] With the understanding of the limitations of silicon dioxide, researchers are looking for alternative dielectric materials that have similar field effect performance when formed in a thicker layer than silicon dioxide. This performance is often referred to as "equivalent oxide thickness". Alternative materials, even thicker, have the same effect as a much thinner layer of silicon dioxide (commonly referred to simply as "oxide"). Many of the alternatives that are likely to achieve low equivalent oxide thickness are metal oxides such as, if not most, tantalum pentoxide, titanium dioxide, and barium strontium titanate.

【0007】研究者は、このような金属酸化物をゲート
誘電体として形成するには問題があることに気づいてい
る。典型的な金属酸化物のデポジション温度では、それ
らを形成するのに必要な酸化雰囲気又は酸素含有前駆物
質が、シリコン基板を酸化させる傾向を持ち、基板とゲ
ート誘電体との間の界面に酸化物層を生成させる。この
境界の酸化物層が存在すると、実際の酸化物の厚さが増
加し、代替のゲート誘電体のアプローチとしての有効性
が低減する。境界の酸化物層が存在することは、代替の
誘電体の電界効果デバイスの性能に大きな制約を与え
る。
Researchers have found that forming such a metal oxide as a gate dielectric is problematic. At typical metal oxide deposition temperatures, the oxidizing atmosphere or oxygen-containing precursor required to form them has a tendency to oxidize the silicon substrate, causing oxidation at the interface between the substrate and the gate dielectric. A material layer is generated. The presence of this boundary oxide layer increases the actual oxide thickness and reduces its effectiveness as an alternative gate dielectric approach. The presence of an interfacial oxide layer severely limits the performance of alternative dielectric field effect devices.

【0008】[0008]

【課題を達成するための手段及び作用】本発明は、オキ
シ窒化ジルコニウム又はオキシ窒化ハフニウム・ゲート
誘電体のいずれかを用いる半導体デバイス構造とその製
造方法を提供する。この方法では、Zr及びHfの混合
物のオキシ窒化物から形成されるゲート誘電体も含む。
この発明により、オキシ窒化ジルコニウム(又はハフニ
ウム)・ゲート誘電体は、従来の熱的なプロセスによる
二酸化シリコン又は窒化シリコン誘電体のいずれの比誘
電率よりも大きい比誘電率(dielectric constant)を
持つように形成することができる。このため、このオキ
シ窒化金属(Zr又はHf)誘電体層は、従来のゲート
誘電体よりも実質的に厚手であっても、等価の電界効果
を持つことができる。更に、ゲート誘電体の厚さの少な
くとも一部分に窒素が存在することが、硼素ドープされ
たポリシリコン・ゲート電極からというような硼素がチ
ャネル領域へ拡散するのを防止する助けになる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a semiconductor device structure using either zirconium oxynitride or hafnium oxynitride gate dielectric and a method of fabricating the same. The method also includes a gate dielectric formed from an oxynitride of a mixture of Zr and Hf.
In accordance with the present invention, the zirconium oxynitride (or hafnium) gate dielectric has a dielectric constant that is greater than the dielectric constant of either a conventional thermal process silicon dioxide or silicon nitride dielectric. Can be formed. Thus, this metal oxynitride (Zr or Hf) dielectric layer can have an equivalent field effect even though it is substantially thicker than a conventional gate dielectric. Further, the presence of nitrogen in at least a portion of the thickness of the gate dielectric helps to prevent boron from diffusing into the channel region, such as from a boron-doped polysilicon gate electrode.

【0009】従来の研究者の考えが、ゲート誘電体には
窒素を基本とする化合物を避けようとするものであっ
た。さらに、集積回路を製造する研究者は、大量生産す
る集積回路に新しい材料、特に、新しい材料の種類を追
加することは、調査をする前から躊躇する傾向がある。
これにも関わらず、我々の調査から、HfOxy及びZ
rOxy(比較的低いNレベルを有する)はSiに次い
で安定であるため、SiO2を形成する反応はない(シ
リコン酸化反応は、少なくとも誘電体特性が実質的に悪
化しない程度に最小化される)という示唆が得られた。
このこと、及び高い誘電率(permittivities)が達成で
きるということを、シリコン/オキシ窒化物界面を理解
しようとする我々の研究との組合わせることにより、オ
キシ窒化ジルコニウム及びオキシ窒化ハフニウム・ゲー
ト誘電体を利用できることが認識できる。
Previous investigators have attempted to avoid nitrogen-based compounds in the gate dielectric. In addition, researchers manufacturing integrated circuits tend to hesitate to add new materials, especially new material types, to mass-produced integrated circuits before investigating.
Nevertheless, from our investigations, HfO x N y and Z
Since rO x N y (having a relatively low N level) is the second most stable after Si, there is no reaction to form SiO 2 (the silicon oxidation reaction is at least minimized to the extent that the dielectric properties are not substantially degraded) To be done).
Combining this, and the ability to achieve high permittivities, with our work to understand the silicon / oxynitride interface, we have developed zirconium oxynitride and hafnium oxynitride gate dielectrics. We can recognize that it is available.

【0010】一つの実施例において、シリコン界面近く
では誘電体層が大きなオキシ窒化物化合物を有し、一
方、オキシ窒化物層の上側部分が大きなジルコニウム化
合物を有するように、傾斜型(graded)オキシ窒化ジル
コニウム(又はハフニウム)層が形成される。このよう
な構造は、許容可能な界面状態密度を有するシリコン界
面のシリコン/オキシ窒化ボンディングをまず行うこと
ができる。しかし、オキシ窒化物層に含まれるジルコニ
ウム及び/又はハフニウムは、被膜の比誘電率を著しく
増加させることができる。この発明は、非晶質ゲート誘
電体をも提供するが、これは稠密な微細構造を持ち、多
結晶誘電体の中の結晶粒境界(grain boundaries)に伴
う多くの問題を避けている。
In one embodiment, the dielectric layer has a large oxynitride compound near the silicon interface, while the upper portion of the oxynitride layer has a large zirconium compound so that the oxynitride layer has a large zirconium compound. A zirconium nitride (or hafnium) layer is formed. Such a structure allows first silicon / oxynitride bonding of the silicon interface with an acceptable interface state density. However, zirconium and / or hafnium contained in the oxynitride layer can significantly increase the dielectric constant of the coating. The present invention also provides an amorphous gate dielectric, which has a dense microstructure and avoids many of the problems associated with grain boundaries in polycrystalline dielectrics.

【0011】この発明の一面では、通常は、チャネル領
域のような構造を含む単結晶シリコン基板を用意し、こ
の基板の上にオキシ窒化金属ゲート誘電体層を形成し、
このゲート誘電体層に重なる導電ゲートを形成すること
を含む半導体デバイスを製造する方法を開示する。この
金属はZr、ハフニウム、又はその2つの混合物であっ
てよい。オキシ窒化金属層に適する基となる層は、剥き
出しのシリコン、オキシ窒化シリコン、及び水素で終端
されたSiなどの他の不活性化されたSi層を含む。こ
れらの他の不活性化方式には、オキシ窒化ジルコニウム
の形成前に不活性化剤の除去を必要とすることがある。
In one aspect of the present invention, there is typically provided a single crystal silicon substrate including a structure such as a channel region, a metal oxynitride gate dielectric layer formed on the substrate,
A method for fabricating a semiconductor device is disclosed that includes forming a conductive gate overlying the gate dielectric layer. The metal may be Zr, hafnium, or a mixture of the two. Suitable underlying layers for metal oxynitride layers include bare silicon, silicon oxynitride, and other passivated Si layers such as hydrogen terminated Si. These other deactivation schemes may require removal of the deactivator prior to formation of the zirconium oxynitride.

【0012】ジルコニウムに基づく1つの方式では、基
板の上にジルコニウムを形成し、酸素及び窒素を含む雰
囲気内で形成された金属をアニールし、こうして基板の
上にオキシ窒化金属層を形成することによって、オキシ
窒化ジルコニウム誘電体層が形成される。幾つかの実施
例では、この雰囲気はNO、又は遠隔の窒素/酸素プラ
ズマを含む。
One approach based on zirconium is to form zirconium on a substrate and anneal the metal formed in an atmosphere containing oxygen and nitrogen, thus forming a metal oxynitride layer on the substrate. A zirconium oxynitride dielectric layer is formed. In some embodiments, the atmosphere comprises NO or a remote nitrogen / oxygen plasma.

【0013】ジルコニウムに基づく別の方式では、基板
の上にジルコニウムを形成し、原子状態の窒素又はNH
3などの窒素を含む非酸化雰囲気内で形成された金属を
アニールし、この窒化ジルコニウム層を酸素中でアニー
ルしてオキシ窒化ジルコニウム層を形成することによっ
て、オキシ窒化ジルコニウム誘電体層が形成される。
In another zirconium-based approach, zirconium is formed on a substrate and nitrogen or NH in atomic state is
A zirconium oxynitride dielectric layer is formed by annealing a metal formed in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen, such as 3, and annealing this zirconium nitride layer in oxygen to form a zirconium oxynitride layer. .

【0014】ジルコニウムに基づく別の方式では、酸素
及び窒素を含む雰囲気中で基板の上にジルコニウム又は
ハフニウムをデポジットし、こうして基板の上にオキシ
窒化金属層を形成することによって、オキシ窒化ジルコ
ニウム(又はハフニウム)誘電体層が形成される。幾つ
かの実施例では、この雰囲気はNO又はN2Oを含む。
In another zirconium-based approach, zirconium or hafnium is deposited on a substrate in an atmosphere containing oxygen and nitrogen, thus forming a metal oxynitride layer on the substrate, thereby forming a zirconium oxynitride (or A hafnium) dielectric layer is formed. In some embodiments, the atmosphere containing NO or N 2 O.

【0015】[0015]

【実施例】図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。この出願では、オキシ窒化ジルコニウム誘電体の場
合について実施例を説明する。しかし、化学的に類似す
るため、これらの実施例の大部分において、ジルコニウ
ムの代りにハフニウムを使うことができる。更に、いず
れかの代りに、ハフニウム−ジルコニウム混合物を使う
ことができる。幾つかの実施例では、こういう混合物
は、実質的に純粋なZr又はHfであり、少量のHf又
はZrだけが含まれている。全般的に、オキシ窒化ジル
コニウムもオキシ窒化ハフニウムも、高い比誘電率を持
ち、良好な化学的な安定性を持つ。幾つかの実施例で
は、Zrが、その入手し易さ及び安いコストのため、好
ましいと考えられる。しかし、オキシ窒化ハフニウム
は、オキシ窒化ジルコニウムより幾分高い比誘電率を有
し、更に一層安定である。この僅かな性能の差により、
幾つかの用途ではオキシ窒化ハフニウムの方が好ましい
ことがある。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this application, examples are described for the case of zirconium oxynitride dielectric. However, because of their chemical similarity, hafnium can be used instead of zirconium in most of these embodiments. Further, a hafnium-zirconium mixture can be used instead. In some embodiments, such a mixture is substantially pure Zr or Hf and contains only small amounts of Hf or Zr. Overall, both zirconium oxynitride and hafnium oxynitride have a high dielectric constant and good chemical stability. In some embodiments, Zr may be preferred due to its availability and low cost. However, hafnium oxynitride has a somewhat higher dielectric constant than zirconium oxynitride and is even more stable. Due to this slight difference in performance,
For some applications, hafnium oxynitride may be preferred.

【0016】この発明の好ましい実施例は、ここで説明
するように、シリコン基板の上に製造することができ
る。この発明を実施するのに必要ではないが、Si(1
00)基板を使うのが普通である。これらの実施例の説
明は、図2に示すように、基板20の上にオプショナル
のエピタキシャルSi層22を形成し、エピタキシャル
層22(又はエピ層を使わない場合は基板20)内に能
動チャネル領域24を打込んだ後から始まる。この説明
では、関心のある領域内で、保護又は自然の酸化シリコ
ン領域26(好ましくは1nm未満の酸化物で構成され
ることが好ましい)がチャネル24に重なっていると仮
定する。このような酸化シリコン層は、〜10-3Tor
rの酸素雰囲気内で、クリーンな基板を600−700
℃に約30秒間加熱することによって形成することがで
きる。製造中にこの工程に達するプロセスはすべて先行
技術において周知であり、この発明を用いることができ
る種々の同等な場合も周知である。
The preferred embodiment of the present invention can be fabricated on a silicon substrate, as described herein. Although not required to practice the present invention, Si (1
00) It is common to use a substrate. In the description of these embodiments, as shown in FIG. 2, an optional epitaxial Si layer 22 is formed on a substrate 20 and an active channel region is formed in the epitaxial layer 22 (or the substrate 20 when an epi layer is not used). It starts after you hit 24. In this description, it is assumed that a protective or natural silicon oxide region 26 (preferably composed of less than 1 nm of oxide) overlaps the channel 24 within the region of interest. Such a silicon oxide layer has a thickness of -10 -3 Torr.
Clean substrate 600-700 in oxygen atmosphere of r
It can be formed by heating to about 30 seconds. All processes that reach this step during manufacture are well known in the prior art, as well as the various equivalent cases in which the present invention can be used.

【0017】オキシ窒化ジルコニウム・ゲート誘電体を
形成するために用いられる特定の実施例が、酸化シリコ
ン領域26が、その場所に残されて境界のオキシ窒化シ
リコン層を形成するのに使われるか、その下にあるシリ
コン上に誘電体層を直接形成するのに使うことができる
ようにするよう取除かれるか、或いは、取除かれて、オ
キシ窒化ジルコニウム・デポジション・プロセスにおい
て基板の相互作用を抑制するように設計された不活性化
層と置換えるかを決める。
The particular embodiment used to form the zirconium oxynitride gate dielectric may be used to form a boundary silicon oxynitride layer where a silicon oxide region 26 is left in place. It has been removed or removed so that it can be used to form a dielectric layer directly on the underlying silicon to reduce the interaction of the substrate in the zirconium oxynitride deposition process. Decide whether to replace it with a passivation layer designed to suppress it.

【0018】この後に直ぐ続く説明は、オキシ窒化物を
形成する材料をデポジットするための基板の準備に関連
し、これはこの後説明する特定の実施例に用いることが
できる。酸化シリコン領域26を取除く場合、この発明
には好ましい出発面が2つある。領域26を取除いて、
図3に示すようにクリーンで剥き出しの上側表面28を
残すか、或いは図4に示すように水素で終端する表面2
8を残す。酸化物領域26を取除く場合、特定のプロセ
スで、酸素に対する露出を許容し得る点にくるまで、例
えば超高真空(〜10-8Torr未満)で処理すること
により、反応性の強い剥き出しのSi表面の化学反応を
防止することができれば、剥き出しの表面の方が水素終
端する表面よりも好ましい。そうでない場合、剥き出し
のSi表面は再酸化を抑制する水素のような適当な不活
性化剤を用いて終端すべきであり、これでもプロセス中
の適当な点で容易に取除くことができる。
The description that immediately follows relates to the preparation of the substrate for depositing the material forming the oxynitride, which can be used in the particular embodiment described hereinafter. When removing the silicon oxide region 26, the present invention has two preferred starting surfaces. Remove area 26,
Leave a clean, bare upper surface 28 as shown in FIG. 3 or a hydrogen terminated surface 2 as shown in FIG.
Leave 8. If the oxide region 26 is to be removed, then a particular process may be used, for example, in an ultra-high vacuum (less than -10 -8 Torr) to a point where exposure to oxygen is acceptable, resulting in a highly reactive bare If the chemical reaction on the Si surface can be prevented, the exposed surface is more preferable than the hydrogen-terminated surface. If not, the bare Si surface should be terminated with a suitable deactivator, such as hydrogen, which inhibits re-oxidation, and can still be easily removed at a suitable point during the process.

【0019】酸化物を除去する方法は、それに重なるデ
ポジションが実施されるまで、クリーンで酸化物のない
表面28を保つことができる限り、この発明を実施する
のに重要ではないと考えられている。酸化物26の除去
を実施する好ましい1つの方法は、湿ったHFに対する
露出によるものであり、例えば、基板を希釈HFの中に
30秒間浸漬し、脱イオン水で洗浄することである。こ
れによって、自然酸化物が除去されると共に、表面が水
素で終端される。別の好ましい方法は、HF蒸気に対す
る露出によるものである。これによっても同様な結果が
得られるが、表面の再酸化又は汚染を更に防止するため
に、例えばクラスタ・ツールで用いることができる。こ
のいずれかの方式は、この他の適当なストリッピング薬
品を用いてもよいが、HF又はNH4F溶液が終端する
ための最後の工程として好ましい。
It is believed that the method of oxide removal is not critical to the practice of this invention as long as a clean, oxide-free surface 28 can be maintained until the overlying deposition is performed. I have. One preferred method of performing oxide 26 removal is by exposure to wet HF, for example, immersing the substrate in dilute HF for 30 seconds and rinsing with deionized water. This removes the native oxide and terminates the surface with hydrogen. Another preferred method is by exposure to HF vapor. This gives similar results, but can be used, for example, in a cluster tool to further prevent re-oxidation or contamination of the surface. Either of these schemes may use other suitable stripping chemicals, but is preferred as the last step to terminate the HF or NH 4 F solution.

【0020】この他の幾つかの方法により、図3に示す
ように、終端していない表面28が得られる。クラスタ
・ツール方式に特に用いられるこのような1つの方法
は、Si融剤による脱着(flux desorption)である。
10-8Torrより低く、780℃で、好ましくは1.
5Å/秒のSi融剤を約600秒間用いると、自然酸化
物が取除かれるだけでなく、超薄ゲート誘電体として利
点を持ち得る原子的に滑らかな階段面ができることが判
っている。代案は、真空中又はH2雰囲気内で基板を高
温に加熱することによる単純な脱着である。しかし、S
i融剤方法により優れた表面構造が得られると考えられ
る。このいずれの方法でも、それに重なるデポジション
が完了するまで、基板を超高真空に保たないと、例えば
プラズマ又はH2雰囲気内の高温フィラメントによって
発生された原子状態の水素に対する露出により、表面2
8が水素終端になることがある。
Several other methods result in an unterminated surface 28, as shown in FIG. One such method that is particularly used for the cluster tool approach is flux desorption with a Si flux.
Lower than 10 -8 Torr, at 780 ° C, preferably 1.
It has been found that the use of 5 ° / sec Si flux for about 600 seconds not only removes native oxide, but also creates an atomically smooth step surface that may have advantages as an ultra-thin gate dielectric. Alternative is a simple desorption by heating the substrate to a high temperature in a vacuum or H 2 atmosphere. However, S
It is considered that an excellent surface structure can be obtained by the i-flux method. In this one manner, until the deposition overlapping therewith completed, and does not keep the substrate in ultra-high vacuum, for example by exposure to hydrogen of the generated atomic state by the hot filament plasma or H 2 in the atmosphere, the surface 2
8 may be hydrogen terminated.

【0021】表面28は、窒化シリコン、又は厳密に言
えばシリコンの酸化物ではないオキシ窒化シリコン層の
ような超薄層を用いて不活性化することもできる。この
ような層は拡散障壁として作用し、重なる層を形成する
間、基板に酸化抵抗を持たせる。オキシ窒化物層を使う
場合、オキシ窒化の好ましい方法は、NOに対する露出
である。この層は、1nm未満の厚さであることが好ま
しく、0.5nm未満の厚さであることが更に好まし
い。理由はよく分かっていないが、この超薄不活性化層
は、酸素を担持するゲート誘電体の形成の間、シリコン
基板の酸化を著しく低減させる。
Surface 28 can also be passivated using an ultra-thin layer such as silicon nitride or a silicon oxynitride layer that is not strictly an oxide of silicon. Such a layer acts as a diffusion barrier, causing the substrate to have oxidation resistance during the formation of the overlapping layers. When using an oxynitride layer, the preferred method of oxynitridation is exposure to NO. This layer preferably has a thickness of less than 1 nm, more preferably less than 0.5 nm. For reasons that are not well understood, this ultra-thin passivation layer significantly reduces oxidation of the silicon substrate during formation of the oxygen-carrying gate dielectric.

【0022】オキシ窒化物層の実際の比誘電率を測定す
ることは困難であるが、5から6の範囲であると考えら
れている。同等の酸化物厚さに対する不活性化層の比較
的低い比誘電率の影響を小さくするため、0.5nm未
満の厚さがより一層好ましい。窒素導入がオキシ窒化物
層を酸化障壁として利用するのに重要であると考えられ
るため、原子状態の窒素を供給する雰囲気中でNO形成
されたオキシ窒化物層をポスト・アニールすると好都合
であり得る。
It is difficult to measure the actual dielectric constant of the oxynitride layer, but it is believed to be in the range of 5 to 6. A thickness of less than 0.5 nm is even more preferred to reduce the effect of the relatively low dielectric constant of the passivation layer on equivalent oxide thickness. It may be advantageous to post-anneal the NO-formed oxynitride layer in an atmosphere that supplies atomic nitrogen because nitrogen introduction is considered important to use the oxynitride layer as an oxidation barrier .

【0023】他の方法によって作られるオキシ窒化物
は、必要とされる厚さで、ここで説明するゲート誘電体
構造の幾つかを完成するのに十分な酸化抵抗を持たない
と考えられ、並びに/又は更に高いプロセス温度を必要
とし、そのため、好ましくない。例えば、N2Oプロセ
スでは、NOプロセスよりも、取込むNがずっと少なく
なる。NH3プロセスは予め存在しているSiO2被膜を
必要とし、そのため、NH3を用いて、均一なサブ・ナ
ノメータのオキシ窒化物被膜を達成するのは困難である
と思われる。更に、NH3アニールは、被膜構造に望ま
しくない水素を取込む。
Oxynitrides made by other methods are not considered to have sufficient oxidation resistance to complete some of the gate dielectric structures described herein at the required thickness; And / or requires higher process temperatures and is therefore not preferred. For example, the N 2 O process takes much less N than the NO process. NH 3 process requires the SiO 2 film already exist, therefore, with NH 3, it is believed to be difficult to achieve a uniform sub-nanometer oxynitride film. In addition, NH 3 annealing introduces undesirable hydrogen into the coating structure.

【0024】この発明に用いることができる典型的なN
Oプロセスは次の通りである。基板をクリーンにして、
パッド酸化物を取除く。このクリーニングの最後の工程
として、基板を希釈HFに30秒間沈漬し、脱イオン水
で洗浄する。その後、基板を反応室に入れ、この反応室
を3×10-8Torrまで真空に引き、その後基板を5
00℃に加熱して、基板の表面から水素の不活性化の部
分を取除く。基板を700℃に加熱し、4TorrのN
Oを10秒間室に導入して、オキシ窒化物不活性化層を
形成する。図5は、不活性化層30、例えば、典型的に
はオキシ窒化物を示しているが、場合によっては窒化物
不活性化層である可能性もある。
A typical N which can be used in the present invention
The O process is as follows. Clean the board,
Remove pad oxide. As the last step of this cleaning, the substrate is immersed in diluted HF for 30 seconds and washed with deionized water. Thereafter, the substrate is placed in a reaction chamber, and the reaction chamber is evacuated to 3 × 10 −8 Torr, and then the substrate is placed in a reaction chamber.
The substrate is heated to 00 ° C. to remove a portion of hydrogen inactivation from the surface of the substrate. The substrate is heated to 700 ° C. and 4 Torr of N
O is introduced into the chamber for 10 seconds to form an oxynitride passivation layer. FIG. 5 shows a passivation layer 30, for example, typically an oxynitride, but in some cases may be a nitride passivation layer.

【0025】基板がクリーンなSi表面、酸化物層、又
は上に述べたような保護障壁層のいずれかを持つように
準備されると、幾つかの方法の内の1つの方法によっ
て、基板の上にオキシ窒化ジルコニウム(又はハフニウ
ム)・ゲート誘電体が形成される。これらの幾つかの方
法を以下に説明する。
Once the substrate is prepared to have a clean Si surface, an oxide layer, or a protective barrier layer as described above, the substrate may be prepared by one of several methods. A zirconium oxynitride (or hafnium) gate dielectric is formed thereon. Some of these methods are described below.

【0026】この発明では、シリコンに次ぐその安定性
と一層高い誘電率とにより、オキシ窒化ジルコニウム及
びオキシ窒化ハフニウムを選ぶ。珪酸塩及び酸化物のデ
ータに基づいて、これらのオキシ窒化金属の形成熱(生
成熱)が、二酸化シリコンの形成熱よりも負であって、
その誘電率はSiO2又は窒化シリコンよりも高いと考
えられる。これは更に安定なゲート構造を形成して、境
界の二酸化シリコンの選択的な形成を避けるはずであ
る。表1は、幾つかの材料の形成熱、誘電率、及びバン
ドギャップのリストであり、比較のために二酸化シリコ
ンも含めてある。
In the present invention, zirconium oxynitride and hafnium oxynitride are selected for their stability and higher dielectric constant next to silicon. Based on silicate and oxide data, the heat of formation (heat of formation) of these metal oxynitrides is more negative than the heat of formation of silicon dioxide,
Its dielectric constant is believed to be higher than SiO 2 or silicon nitride. This should form a more stable gate structure and avoid the selective formation of borderline silicon dioxide. Table 1 lists the heats of formation, dielectric constants, and band gaps of some materials, including silicon dioxide for comparison.

【0027】[0027]

【表1】 表1 材料 バルクの誘電率 バンドギャップ 形成熱(kcal (eV) /g/O原子) Y23 12 −152 CaO 7 −152 MgO 9.6 7.8 −144 La23 30 −143 SrO 5.8 −142 Ca3SiO5 −138 Sc23 −137 Ca2SiO4 −135 HfO2 40 −134 ZrO2 25 7.8 −131 CeO2 26 −129 Al2O3 10 8.7 −125 Ba2SiO4 −124 CaSiO3 −123 SrSiO3 〜−123 Mg2SiO4 −122 Na2SiO3 −121 BaSiO3 −120 MgSiO3 −119 ZrSiO4 −115 CeSiO4 〜−115 Bi4Si212 35−75 TiO2 30 3−3.5 −110 SiO2 3.9 8.9−9.3 −103 Ta25 26 4.5 −100 ZnO 4.6 3.3 −84 WO3 42 −66.9 CuO −37.6 PdO −21Table 1 Material Dielectric constant of bulk Material Band gap heat of formation (kcal (eV) / g / O atom) Y 2 O 3 12 -152 CaO 7 -152 MgO 9.6 7.8 -144 La 2 O 3 30-143 SrO 5.8-142 Ca 3 SiO 5 -138 Sc 2 O 3 -137 Ca 2 SiO 4 -135 HfO 2 40 -134 ZrO 2 257.8 -131 CeO 2 26 -129 Al 2 O 3 108.7 -125 Ba 2 SiO 4 -124 CaSiO 3 -123 SrSiO 3 -123 Mg 2 SiO 4 -122 Na 2 SiO 3 -121 BaSiO 3 -120 MgSiO 3 -119 ZrSiO 4 -115 CeSiO 4 -115 Bi 4 Si 2 O 12 35-75 TiO 2 30 3-3.5-110 SiO 2 3.9 8.9-9.3-103 Ta 2 O 5 26 4.5 -100 ZnO 4.6 3.3 -84 WO 3 42 -66.9 CuO -37.6 PdO -21

【0028】オキシ窒化ジルコニウムは多結晶又は非晶
質被膜のいずれかとして形成することができる。一般的
に、多結晶被膜の方が比誘電率が高い。しかし、一般的
に非晶質被膜は、絶縁降伏性能が一層高く、拡散障壁が
一層よく、境界の状態密度が一層低い。更に、この発明
によるオキシ窒化ジルコニウム誘電体を形成する多くの
実施例では、多結晶被膜に要求される化学量論的な均一
性のために、非晶質被膜を形成するほうが、多結晶被膜
を形成するよりも一層容易であることがある。
Zirconium oxynitride can be formed as either a polycrystalline or amorphous coating. Generally, a polycrystalline film has a higher relative dielectric constant. However, amorphous coatings generally have higher dielectric breakdown performance, better diffusion barriers, and lower boundary density of states. In addition, in many embodiments of forming zirconium oxynitride dielectrics according to the present invention, forming an amorphous coating is more desirable for the stoichiometric uniformity required of the polycrystalline coating. It may be easier than forming.

【0029】[0029]

【実施例1】この発明による1つの実施例では、クリー
ンなSi表面の上にZr又はHfをデポジットし、この
金属をオキシ窒化し、この構造をアニールすることによ
り、オキシ窒化ジルコニウム又はハフニウム・ゲート誘
電体が形成される。この実施例では、図3又は図4に示
すような基板を使う。表面28を図4に示すように水素
不活性化する場合、基板を真空中又は不活性な雰囲気中
で500℃より高い温度まで短時間加熱して、不活性化
部分を取除くことができる。
Embodiment 1 In one embodiment according to the present invention, Zr or Hf is deposited on a clean Si surface, the metal is oxynitrided, and the structure is annealed to form a zirconium oxynitride or hafnium gate. A dielectric is formed. In this embodiment, a substrate as shown in FIG. 3 or FIG. 4 is used. If the surface 28 is to be hydrogen passivated as shown in FIG. 4, the substrate can be briefly heated to a temperature above 500 ° C. in a vacuum or inert atmosphere to remove the passivated portions.

【0030】図6について説明すると、例えば、スパッ
タリング、蒸着、化学反応気相成長(CVD)又はプラ
ズマCVDにより、基板28の上に直接的に金属層32
(例えばジルコニウム)をデポジットする。図面は、表
面28がチャネル領域24の表面であることを示してい
る。しかし、エピタキシャル層22又は基板20の表面
の上にオキシ窒化金属層を形成することも、同じ方法に
従う。以下の説明では、文章の前後関係から区別してい
る場合を別として、層20及び24は互換性を持って使
われる。
Referring to FIG. 6, a metal layer 32 is deposited directly on a substrate 28 by, for example, sputtering, vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), or plasma CVD.
(For example, zirconium). The figure shows that surface 28 is the surface of channel region 24. However, forming the metal oxynitride layer on the surface of the epitaxial layer 22 or the substrate 20 follows the same method. In the following description, layers 20 and 24 are used interchangeably, except for the case where they are distinguished from the context of the text.

【0031】スパッタリングによるデポジションは、コ
リメート式スパッタリング又はロング・スロー・スパッ
タリングのような、低エネルギのプラズマ装置を用いて
行うことが好ましい。デポジットする合計の厚さが薄
く、均一性が望まれているため、低いデポジション速度
(例えば、毎秒数オングストローム程度)が有益である
ことがある。8”のウエーハでは、基本圧力が〜10-8
Torr、動作圧力が〜10-3Torr、及びスパッタ
リング・ガンとウエーハとの間の隔たりが16インチで
ある装置でデポジションを完了することができ、均一性
を改善するためにウエーハを回転させてもよい。Arが
許容できるスパッタリング・ガスであり、デポジション
の間、ウエーハは400−600℃の温度に保つことが
できる。
The deposition by sputtering is preferably performed using a low energy plasma apparatus such as collimated sputtering or long throw sputtering. Low deposition rates (eg, on the order of a few Angstroms per second) may be beneficial due to the low total thickness of the deposit and the desire for uniformity. For an 8 "wafer, the base pressure is ~ 10 -8
The deposition can be completed in an apparatus with Torr, operating pressure of -10 -3 Torr, and a separation of 16 inches between the sputtering gun and the wafer, and rotating the wafer to improve uniformity. Is also good. Ar is an acceptable sputtering gas and the wafer can be kept at a temperature of 400-600 ° C during deposition.

【0032】スパッタリングの代りとして、500−6
00℃の基板の上に、電子ビーム源からの蒸着により、
金属層32をデポジットすることができ、正味のデポジ
ション速度は毎秒1/10乃至数オングストローム程度
にする。均一性を改善するために、基板を回転させるこ
とが好ましい。
Instead of sputtering, 500-6
On a substrate at 00 ° C., by evaporation from an electron beam source,
The metal layer 32 can be deposited, with a net deposition rate on the order of 1/10 to several Angstroms per second. Preferably, the substrate is rotated to improve uniformity.

【0033】この他の代りの方法は、四塩化ジルコニウ
ム(又は四塩化ハフニウム)及び水素ガスのような適当
な前駆物質を用いたCVD又はプラズマCVDがある。
硝酸Zr(又はHf)のような窒素を担持するジルコニ
ウム(又はハフニウム)前駆物質も許容できる。この場
合も、こういう方法では、低いデポジション速度及び温
度(600℃並びにそれ以下)が役立つことがあり、プ
ラズマを基板で発生する反応器よりも下流プラズマ型反
応器の方が好ましい。
Another alternative is CVD or plasma CVD using suitable precursors such as zirconium tetrachloride (or hafnium tetrachloride) and hydrogen gas.
Zirconium (or hafnium) precursors that carry nitrogen, such as Zr nitrate (or Hf), are also acceptable. Again, lower deposition rates and temperatures (600 ° C. and below) may be useful in such methods, and downstream plasma reactors are preferred over reactors that generate plasma on a substrate.

【0034】図8について説明すると、金属層32がオ
キシ窒化によってオキシ窒化ジルコニウム(又はハフニ
ウム)層36に変換される。この工程の間、オキシ窒化
が不足すると、抵抗及び拡散抵抗が減少し、オキシ窒化
が過剰であると、(その下にあるシリコンの酸化のため
に)層36に対する静電容量が減少するので、プロセス
制御が重要である。この工程には幾つかのプロセスを利
用することができる。金属は、NO又はN2Oのような
酸素/窒素雰囲気に対する直接的な露出により、オキシ
窒化ジルコニウム(又はハフニウム)に変換することが
できる。この代りに、低温遠隔N2/O2プラズマを使う
こともできる。
Referring to FIG. 8, the metal layer 32 is converted to a zirconium oxynitride (or hafnium) layer 36 by oxynitridation. Insufficient oxynitriding during this step reduces resistance and diffusion resistance, while excessive oxynitriding reduces the capacitance on layer 36 (due to oxidation of the underlying silicon), Process control is important. Several processes can be used for this step. Metal, by direct exposure to an oxygen / nitrogen atmosphere, such as NO or N 2 O, can be converted to oxy-zirconium nitride (or hafnium). Alternatively, a low-temperature remote N 2 / O 2 plasma can be used.

【0035】オキシ窒化雰囲気内での直接的な変換に対
する1つの代案は、窒素(が好ましい)又はNH3の遠
隔プラズマ窒素雰囲気での窒化とその後に続く酸化であ
る。紫外線露出を伴う又は伴わない低温O2アニール、
3のような活性化酸素アニール、紫外線露出を伴う
3、下流側O2プラズマ、N2O、又は直流バイアスさ
れた基板に対する低温O2プラズマのような多数の酸素
アニール・プロセスがこの工程に利用できる。この最後
のプロセスの一例として、基板に対してHe裏側冷却を
80℃で加えながら、〜60V DC及び13.56M
Hz又は300kHz RFを基板に印加して、1mT
orrで動作する下流側1500W ECR源を使うこ
とができる。抵抗率及び比誘電率の両方が許容できる範
囲内になるように、処理時間を実験的に決定する。
One alternative to direct conversion in an oxynitriding atmosphere is nitridation of nitrogen (preferably) or NH 3 in a remote plasma nitrogen atmosphere followed by oxidation. Low temperature O 2 anneal with or without UV exposure,
Activated oxygen anneal such as O 3, O 3 with ultraviolet exposure, downstream O 2 plasma, N 2 O, or a direct current biased many oxygen annealing process, such as low-temperature O 2 plasma to the substrate This step Available to As an example of this last process, 基板 60 V DC and 13.56M while applying He backside cooling to the substrate at 80 ° C.
Hz or 300 kHz RF applied to the substrate,
A downstream 1500W ECR source operating at orr can be used. The processing time is determined experimentally so that both resistivity and relative permittivity are within acceptable ranges.

【0036】一般的に、オキシ窒化ジルコニウム(又は
ハフニウム)層36の高温アニールは、低温オキシ窒化
の後、被膜を稠密化又は被膜を結晶化させるように選ば
れる。例えば、Ar中で750℃で20秒間アニールす
ることにより、基板を稠密にすることができる。このア
ニールは不活性又は還元性雰囲気内で行うことができ、
金属層32がハロゲンを用いたCVDによってデポジッ
トされた場合、還元性雰囲気が特に役立つ。還元性雰囲
気を用いる場合、酸素中の別の低温ポスト・アニールを
使って、オキシ窒化ジルコニウム(又はハフニウム)層
36の誘電体特性を改善することができる。
In general, the high temperature anneal of the zirconium oxynitride (or hafnium) layer 36 is selected to densify or crystallize the coating after low temperature oxynitridation. For example, the substrate can be made dense by annealing in Ar at 750 ° C. for 20 seconds. This annealing can be performed in an inert or reducing atmosphere,
A reducing atmosphere is particularly useful if the metal layer 32 is deposited by CVD using halogen. If a reducing atmosphere is used, another low temperature post anneal in oxygen can be used to improve the dielectric properties of the zirconium oxynitride (or hafnium) layer 36.

【0037】最後に、図9について説明すると、オキシ
窒化ジルコニウム・ゲート誘電体36の上に導電ゲート
38をデポジットする。ゲート38をデポジットするプ
ロセスは周知である。ゲート38は、例えば、ドープさ
れたポリシリコン、金属、又は導電性金属酸化物によっ
て形成することができる。
Finally, referring to FIG. 9, a conductive gate 38 is deposited over the zirconium oxynitride gate dielectric 36. The process of depositing gate 38 is well known. Gate 38 may be formed, for example, of doped polysilicon, metal, or conductive metal oxide.

【0038】他の方式では、ポリシリコン・ゲートは、
誘電体36の還元並びに界面におけるゲート38の酸化
を防止するために、誘電体36とゲート38の間に追加
の不活性化層を必要とする場合が多い。不活性化層は許
容し得るが、下にあるオキシ窒化ジルコニウム・シリコ
ンとポリシリコンの反応により、オキシ窒化ジルコニウ
ム・シリコンの境界ゾーンを形成しがちであり、これは
層の誘電体特性を破壊しない。このような、下側の界面
で得られる両立性の利点の多くは、上側の界面にも適用
できる。更に、誘電体36中の窒素が、ポリシリコン・
ゲートがドープされるとき、誘電体36の中を通って基
板20に至る硼素の移動を大幅に少なくする。
In another scheme, the polysilicon gate is:
An additional passivation layer is often required between the dielectric 36 and the gate 38 to prevent reduction of the dielectric 36 and oxidation of the gate 38 at the interface. Although the passivation layer is acceptable, the reaction of the underlying zirconium silicon oxynitride with polysilicon tends to form a boundary zone of zirconium silicon oxynitride, which does not destroy the dielectric properties of the layer . Many of the advantages of compatibility obtained at the lower interface are also applicable to the upper interface. Further, nitrogen in the dielectric 36 is
When the gate is doped, the migration of boron through the dielectric 36 to the substrate 20 is greatly reduced.

【0039】[0039]

【実施例2】この発明の第2の実施例では、酸素/窒素
雰囲気内で、基板の上にジルコニウム(又はハフニウ
ム)をデポジットした後、アニールを行うことにより、
オキシ窒化ジルコニウム(又はハフニウム)・ゲート誘
電体が形成される。この実施例は、図2、3、又は4に
対応する方法の内の1つによって用意された基板を利用
することが好ましく、金属は実施例1で説明した方法の
内の1つによってデポジットすることができるが、次に
述べるような違いがある。
Embodiment 2 In a second embodiment of the present invention, zirconium (or hafnium) is deposited on a substrate in an oxygen / nitrogen atmosphere, and annealing is performed.
A zirconium oxynitride (or hafnium) gate dielectric is formed. This embodiment preferably utilizes a substrate prepared by one of the methods corresponding to FIGS. 2, 3, or 4, and the metal is deposited by one of the methods described in Example 1. Yes, but with the following differences:

【0040】図10について説明すると、前に述べたよ
うにZr又はHfをスパッタリングすることにより、ク
リーンなSi表面の上にオキシ窒化ジルコニウム層40
をデポジットすることができる。しかし、若干量の制御
された酸素及び窒素活動を使って、ジルコニウムが基板
に供給されるときに、層40を少なくとも部分的に酸化
−窒化する。例えば、Arを用いたスパッタリングの
間、NO又はN2Oを基板の近くに導入し、NOの流量
をArの流量のおよそ1/10にすることができる。毎
秒0.1ナノメータの金属デポジション速度では、デポ
ジション・プロセスを開始してから0乃至5秒後に、オ
キシ窒化ガスを導入することが好ましい。この遅延時間
は(ある場合)、境界のSiO2層の形成を妨げる助け
になる。
Referring to FIG. 10, a zirconium oxynitride layer 40 is formed on a clean Si surface by sputtering Zr or Hf as described above.
Can be deposited. However, using some amount of controlled oxygen and nitrogen activity, layer 40 is at least partially oxidized-nitrided when zirconium is provided to the substrate. For example, during sputtering with Ar, NO or N 2 O may be introduced near the substrate, such that the flow rate of NO is approximately 1/10 of the flow rate of Ar. At a metal deposition rate of 0.1 nanometers per second, the oxynitriding gas is preferably introduced 0 to 5 seconds after the start of the deposition process. This delay time (if any) helps prevent the formation of a borderline SiO 2 layer.

【0041】蒸着方法によってジルコニウムをもたらす
場合、オキシ窒化ガスは基板の近くに添加することが好
ましい。デポジットされた金属の完全に近いオキシ窒化
を達成するには、0.1nm/秒の金属デポジション速
度に対し、〜5−10TorrのNOを使うことができ
る。CVD方法を使う場合、必要な酸素(例えば、四塩
化ジルコニウムと水)を適当な前駆物質によって供給す
べきであり、窒素を供給することができる。窒素を担持
しない前駆物質では、遠隔の窒素プラズマ、NO、N2
O、又はNH3のような窒素源を用いたデポジション後
の窒化によって窒素を供給することができる。
When zirconium is provided by a vapor deposition method, the oxynitriding gas is preferably added near the substrate. To achieve near perfect oxynitridation of the deposited metal, ~ 5-10 Torr NO can be used for a metal deposition rate of 0.1 nm / sec. If a CVD method is used, the necessary oxygen (eg, zirconium tetrachloride and water) should be supplied by a suitable precursor, and nitrogen can be supplied. For precursors that do not carry nitrogen, remote nitrogen plasma, NO, N 2
O, or nitrogen can be supplied by nitriding after deposition of a nitrogen source using as NH 3.

【0042】このオキシ窒化ジルコニウム層は、(デポ
ジション中又はその後の製造工程中)下にあるSiと反
応しがちであるが、その結果のオキシ窒化ジルコニウム
・シリコン境界層は、殆どの用途で重大な問題点とはな
らない。
This zirconium oxynitride layer tends to react with the underlying Si (during deposition or during subsequent fabrication steps), but the resulting zirconium oxynitride-silicon boundary layer is critical for most applications. Is not a problem.

【0043】幾つかの実施例では、この境界のオキシ窒
化ジルコニウム・シリコン層の厚さを厚くすることが望
ましいことがある。この方式では、酸化窒化ジルコニウ
ムとその下にある層との間の反応は、傾斜層を作ること
ができる。この方法の1つの変形が図12に示されてお
り、ここでは、層40がオキシ窒化シリコン層30の上
にデポジットされている。このような実施例では、アニ
ール中の酸素/窒素活動を減らすことができ、層30か
ら酸素、窒素、及びシリコンを「盗み」、更に/又は、
オキシ窒化シリコン層30にZrを「与える」ことによ
って、境界のオキシ窒化ジルコニウム・シリコン層36
を形成することができる。構造の傾斜は、層30及び4
0の相対的な初期の厚さを調節することによって調節す
ることができる。
In some embodiments, it may be desirable to increase the thickness of the zirconium silicon oxynitride layer at this boundary. In this manner, the reaction between zirconium oxynitride and the underlying layer can create a graded layer. One variation of this method is shown in FIG. 12, where a layer 40 is deposited over the silicon oxynitride layer 30. In such an embodiment, oxygen / nitrogen activity during the anneal may be reduced, and “stolen” oxygen, nitrogen, and silicon from layer 30 and / or
By "applying" Zr to the silicon oxynitride layer 30, the boundary zirconium silicon oxynitride silicon layer 36
Can be formed. The slope of the structure is that layers 30 and 4
It can be adjusted by adjusting the relative initial thickness of zero.

【0044】一層厚いオキシ窒化ジルコニウム・シリコ
ン境界層を形成するための別の方法は、金属デポジショ
ンの前にNOを開始することである。この方式では、初
期NOは、薄いオキシ窒化シリコン層を形成し始める。
金属の導入によりオキシ窒化ジルコニウム層の形成が開
始する。アニールの後、拡散によりオキシ窒化シリコン
境界層ができる。金属デポジションの開始前に時間を変
えることによって、境界層の厚さ及び傾斜を変えること
ができる。
Another method for forming a thicker zirconium oxynitride-silicon boundary layer is to initiate NO before metal deposition. In this manner, the initial NO begins to form a thin silicon oxynitride layer.
The introduction of the metal starts the formation of the zirconium oxynitride layer. After annealing, diffusion forms a silicon oxynitride boundary layer. By changing the time before the start of metal deposition, the thickness and slope of the boundary layer can be changed.

【0045】[0045]

【実施例3】この発明の第3の実施例では、基板の上に
金属酸化物をデポジットした後、窒化することにより、
オキシ窒化ジルコニウム(又はハフニウム)誘電体が形
成される。この方法は、デポジットされた層が高度に減
少された(即ち、酸素欠乏)状態にないため、上述の珪
化物の方式よりもうまく機能することがある。
Embodiment 3 In a third embodiment of the present invention, a metal oxide is deposited on a substrate and then nitrided,
A zirconium oxynitride (or hafnium) dielectric is formed. This method may work better than the silicide approach described above because the deposited layer is not in a highly reduced (ie, oxygen starved) state.

【0046】この実施例に従って形成されるオキシ窒化
物は、図3、4、又は5に従って用意された基板の上に
形成され得る。
The oxynitride formed according to this embodiment can be formed on a substrate prepared according to FIG. 3, 4, or 5.

【0047】図7に関し、ZrO2又はHfO2などの金
属酸化物をスパッタリングすることによって、ジルコニ
ウム酸化物層50がクリーンなSi表面上にデポジット
される。スパッタリングの代りとして、500−600
℃で、正味のデポジション速度は毎秒1/10乃至数オ
ングストローム程度で、蒸着によって基板の上にこの金
属酸化物層50をデポジットすることができる。均一性
を改善するために、基板を回転させることが好ましい。
Referring to FIG. 7, a zirconium oxide layer 50 is deposited on a clean Si surface by sputtering a metal oxide such as ZrO 2 or HfO 2 . 500-600 instead of sputtering
At ° C, the net deposition rate is on the order of 1/10 to several Angstroms per second, and this metal oxide layer 50 can be deposited on a substrate by evaporation. Preferably, the substrate is rotated to improve uniformity.

【0048】次に図11に関し、部分的に減少されたジ
ルコニウム酸化物層50が窒化によってオキシ窒化ジル
コニウム層52に変換される。この方法において、我々
は窒素の遠隔プラズマでの窒化を好むことが多い。しか
し、技術者によっては、NOへの露出を好み、N2O又
はNH3での窒化による許容可能な結果を見出すことも
ある。
Referring now to FIG. 11, the partially reduced zirconium oxide layer 50 is converted to a zirconium oxynitride layer 52 by nitridation. In this way, we often prefer nitriding with a remote plasma of nitrogen. However, some technicians prefer exposure to NO, sometimes found acceptable results by nitridation in N 2 O or NH 3.

【0049】約30分間までの約400−500℃での
2のポスト・アニールにより、低漏れ電流を維持した
まま、キャパシタンスが次第に増加する。一層高い温度
又は一層長時間のアニールはキャパシタンスを低下させ
やすい。紫外線露出を伴う又は伴わない低温O2アニー
ル、又はO3のような活性化酸素アニール、紫外線露出
を伴うO3、下流側O2プラズマ、N2O、又は直流バイ
アスされた基板に対する低温O2プラズマのような多数
の酸素アニール・プロセスがこの工程に利用できる。こ
の最後のプロセスの一例として、基板に対してHe裏側
冷却を80℃で加えながら、〜60V DC及び13.
56MHz又は300kHz RFを基板に印加して、
1mTorrで動作する下流側1500W ECR源を
使うことができる。抵抗率及び比誘電率の両方を許容で
きる範囲内になるように、処理時間を実験的に決定す
る。
Post anneal of O 2 at about 400-500 ° C. for up to about 30 minutes results in a gradual increase in capacitance while maintaining low leakage current. Higher temperatures or longer anneals tend to reduce capacitance. Low O 2 anneal with or without UV exposure, or activation oxygen anneal such as O 3, O 3 with ultraviolet exposure, downstream O 2 plasma, N 2 O cold O 2 or for DC biased substrate, Numerous oxygen anneal processes such as plasma are available for this step. As an example of this last process, 基板 60 V DC and 13.
Apply 56MHz or 300kHz RF to the substrate,
A downstream 1500 W ECR source operating at 1 mTorr can be used. The processing time is determined experimentally so that both the resistivity and the relative permittivity are within acceptable ranges.

【0050】第1の実施例で説明したように、形成後ア
ニールを実行することが望ましいこともある。
As described in the first embodiment, it may be desirable to perform annealing after formation.

【0051】上述の方式において、オキシ窒化ジルコニ
ウム(又はハフニウム)とその下にあるシリコンとの間
の反応を遅くすることが望ましいことがある。これらの
場合、上述のように、シリコン表面上に薄いオキシ窒化
シリコン層をまず形成することが役に立つことがある。
その後、オキシ窒化ジルコニウム・シリコン層は、上述
の方法の内の1つによってこの不活性化層を形成するこ
とができる。
In the manner described above, it may be desirable to slow the reaction between zirconium oxynitride (or hafnium) and the underlying silicon. In these cases, as described above, it may be helpful to first form a thin silicon oxynitride layer on the silicon surface.
Thereafter, a zirconium oxynitride silicon layer can form this passivation layer by one of the methods described above.

【0052】本発明は、ここに説明した特定の実施例に
制限されるものではない。ここでは、明確さのため特定
の基板および特定のデバイスの種類を説明したが、この
発明には、一般的に、上に重なる導電領域の電界効果を
用いて能動領域の半導電特性を修正する、Siに基づく
デバイスの用途がある。説明した工程の種々の別の組み
合わせを用いて、オキシ窒化ジルコニウム(又はハフニ
ウム)・ゲート誘電体を生成することができ、これらは
本発明の範囲内に含まれることを意図している。
The present invention is not limited to the specific embodiments described herein. Although specific substrates and specific device types have been described herein for clarity, the present invention generally uses the field effect of the overlying conductive region to modify the semiconductive properties of the active region. , Si-based devices. Various other combinations of the described steps can be used to produce zirconium oxynitride (or hafnium) gate dielectrics, which are intended to be included within the scope of the present invention.

【0053】以上の開示はゲート誘電体に集中してき
た。しかし、漏れ電流が適当に小さければ、大抵のゲー
ト誘電体はメモリ・セルの記憶誘電体として使うことが
出来る。一般的に、メモリの誘電体はゲート誘電体とし
て使うには適していないことに注意されたい。このよう
に適していないのは、ゲート誘電体が普通必要とする界
面特性にもっと多くの要求があるためである。オキシ窒
化ジルコニウム(又はハフニウム)誘電体では、酸化時
間(即ち、オキシ窒化金属の酸素含有量)を増加させる
ことにより、漏れ電流を許容し得るレベルまで減らすこ
とが出来る。このように酸素含有量が増加すると、全体
的な構造の誘電率が若干低下するが、それでも全体的と
しての比誘電率は依然として現在の技術よりかなり高
い。上に述べた物理的な蒸気デポジション(PVD)方
法(スパッタリング及び蒸着)では、典型的には高度に
同形の層が得られないことに注意されたい。その為、記
憶誘電体としての用途に上に述べたこういうPVD方法
の内の1つを使うとき、ざらざらしたポリシリコンのよ
うな表面積が増えた形状に、これを使うことは、実際的
ではないことがある。しかし、オキシ窒化ジルコニウム
の高い誘電率により、複雑な表面領域を増やす方式なし
でも、役に立つ高エネルギ蓄積量および容量のキャパシ
タを当業者が製造することが可能となる。
The above disclosure has concentrated on gate dielectrics. However, if the leakage current is appropriately small, most gate dielectrics can be used as storage dielectrics in memory cells. Note that in general, the memory dielectric is not suitable for use as a gate dielectric. This lack of suitability is due to the more demanding interface properties that gate dielectrics typically require. For zirconium oxynitride (or hafnium) dielectrics, increasing the oxidation time (ie, the oxygen content of the metal oxynitride) can reduce leakage current to an acceptable level. With this increase in oxygen content, the dielectric constant of the overall structure is slightly reduced, but the relative dielectric constant as a whole is still significantly higher than current technology. It should be noted that the physical vapor deposition (PVD) methods described above (sputtering and vapor deposition) typically do not yield highly conformal layers. Therefore, when using one of the above mentioned PVD methods for use as a storage dielectric, it is impractical to use this in shapes with increased surface area, such as rough polysilicon. Sometimes. However, the high dielectric constant of zirconium oxynitride allows those skilled in the art to produce useful high energy storage and capacitance capacitors without the need to increase the complex surface area.

【0054】以上の説明に関して更に次の項を開示す
る。 (1) 集積回路上に電界効果デバイスを製造する方法
であって、単結晶シリコン基板を提供し、基板の上にオ
キシ窒化金属ゲート誘電体層を形成し、この金属は、ハ
フニウム、ジルコニウム、及びそれらの混合物の群から
選択され、ゲート誘電体層に重なる導電ゲートを形成す
ることを含む方法。 (2) 第1項に記載の方法であって、基板は、デポジ
ットする工程のすぐ前のクリーンなSi表面を含む方
法。 (3) 第1項に記載の方法であって、オキシ窒化金属
誘電体層を形成する工程は、基板の上に金属を形成し、
この金属は、ハフニウム、ジルコニウム、及びそれらの
混合物の群から選択され、形成された金属を、酸素及び
窒素を含む雰囲気内でアニールし、それによって基板の
上にオキシ窒化金属層を形成することを含む方法。 (4) 第3項に記載の方法であって、この雰囲気は、
窒素/酸素プラズマを含み、このプラズマは基板から離
れて生成される方法。 (5) 第1項に記載の方法であって、オキシ窒化金属
誘電体層を形成する工程は、基板の上に金属酸化物を形
成し、この金属は、ハフニウム酸化物、ジルコニウム酸
化物、及びそれらの混合物の群から選択され、形成され
た金属酸化物を、窒素を含む雰囲気内でアニールし、そ
れによって基板の上にオキシ窒化金属層を形成すること
を含む方法。
With respect to the above description, the following section is further disclosed. (1) A method of manufacturing a field effect device on an integrated circuit, comprising providing a single crystal silicon substrate, forming a metal oxynitride gate dielectric layer on the substrate, the metal comprising hafnium, zirconium, and A method comprising forming a conductive gate selected from the group of those mixtures and overlying the gate dielectric layer. (2) The method according to paragraph 1, wherein the substrate includes a clean Si surface immediately before the step of depositing. (3) The method according to (1), wherein the step of forming the metal oxynitride dielectric layer comprises: forming a metal on the substrate;
The metal is selected from the group of hafnium, zirconium, and mixtures thereof, and annealing the formed metal in an atmosphere containing oxygen and nitrogen, thereby forming a metal oxynitride layer on the substrate. Including methods. (4) The method according to item 3, wherein the atmosphere is:
A method comprising a nitrogen / oxygen plasma, wherein the plasma is generated remotely from the substrate. (5) The method according to (1), wherein the step of forming the metal oxynitride dielectric layer comprises forming a metal oxide on the substrate, the metal comprising hafnium oxide, zirconium oxide, and A method selected from the group of the mixtures and comprising annealing the formed metal oxide in an atmosphere containing nitrogen, thereby forming a metal oxynitride layer on the substrate.

【0055】(6) 第5項に記載の方法であって、こ
の雰囲気は窒素プラズマを含み、このプラズマは基板か
ら離れて生成される方法。 (7) 第1項に記載の方法であって、オキシ窒化金属
誘電体層を形成する工程は、基板の上に金属を形成し、
この金属は、ハフニウム、ジルコニウム、及びそれらの
混合物の群から選択され、形成された金属を、窒素を含
む非酸化雰囲気内でアニールし、それによって基板の上
に窒化金属層を形成し、この窒化金属層を酸化雰囲気内
でアニールし、それによって基板の上にオキシ窒化金属
層を形成することを含む方法。 (8) 第1項に記載の方法であって、オキシ窒化金属
誘電体層を形成する工程は、酸素及び窒素を含む雰囲気
で基板の上に金属をデポジットすることを含み、この金
属は、ハフニウム、ジルコニウム、及びそれらの混合物
の群から選択される方法。 (9) 第3、5、又は8項に記載の方法であって、こ
の雰囲気はNOを含む方法。
(6) The method according to paragraph 5, wherein the atmosphere includes a nitrogen plasma, and the plasma is generated away from the substrate. (7) The method according to (1), wherein the step of forming the metal oxynitride dielectric layer comprises: forming a metal on the substrate;
The metal is selected from the group of hafnium, zirconium, and mixtures thereof, and annealing the formed metal in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen, thereby forming a metal nitride layer on the substrate, A method comprising annealing a metal layer in an oxidizing atmosphere, thereby forming a metal oxynitride layer on a substrate. (8) The method of claim 1, wherein forming the metal oxynitride dielectric layer comprises depositing a metal on the substrate in an atmosphere including oxygen and nitrogen, the metal comprising hafnium. , Zirconium, and mixtures thereof. (9) The method according to (3), (5) or (8), wherein the atmosphere contains NO.

【0056】(10) 第1項に記載の方法であって、
オキシ窒化金属誘電体層を形成する工程は、基板の上に
オキシ窒化シリコン層を形成し、酸素及び窒素を含む雰
囲気でオキシ窒化シリコン層の上に金属をデポジット
し、それによって基板の上にオキシ窒化金属層を形成す
ることを含み、この金属は、ハフニウム、ジルコニウ
ム、及びそれらの混合物の群から選択される方法。 (11) 第10項に記載の方法であって、オキシ窒化
シリコン層の形成は、酸素及び窒素を含む第1の雰囲気
に基板を露出させ、金属をデポジットする工程は、基板
を露出させる工程の開始から5秒以内に開始されること
を含む方法。 (12) 第1項に記載の方法であって、オキシ窒化金
属誘電体層を形成する工程は、基板の上にオキシ窒化シ
リコン層を形成することを含み、オキシ窒化シリコン層
の上に金属を形成し、この金属は、ハフニウム、ジルコ
ニウム、及びそれらの混合物の群から選択され、形成さ
れた金属を、酸素及び窒素を含む雰囲気内でアニール
し、それによってオキシ窒化金属層を形成する方法。 (13) 第1項に記載の方法であって、オキシ窒化金
属誘電体層を形成する工程は、基板の上にオキシ窒化シ
リコン層を形成することを含み、オキシ窒化シリコン層
の上に金属を形成し、この金属は、ハフニウム、ジルコ
ニウム、及びそれらの混合物の群から選択され、形成さ
れた金属を、窒素を含む非酸化雰囲気内でアニールし、
それによって、オキシ窒化シリコン層の上に窒化金属層
を形成し、窒化金属層を酸化雰囲気内でアニールし、そ
れによって、オキシ窒化シリコン層の上にオキシ窒化金
属層を形成する方法。
(10) The method according to item 1, wherein
The step of forming a metal oxynitride dielectric layer comprises forming a silicon oxynitride layer on the substrate, depositing the metal on the silicon oxynitride layer in an atmosphere containing oxygen and nitrogen, thereby forming an oxynitride on the substrate. A method comprising forming a metal nitride layer, wherein the metal is selected from the group of hafnium, zirconium, and mixtures thereof. (11) The method according to (10), wherein the forming of the silicon oxynitride layer comprises exposing the substrate to a first atmosphere containing oxygen and nitrogen, and depositing the metal comprises: A method comprising starting within 5 seconds of the start. (12) The method according to (1), wherein the step of forming a metal oxynitride dielectric layer includes forming a silicon oxynitride layer on the substrate, and depositing a metal on the silicon oxynitride layer. Forming, wherein the metal is selected from the group of hafnium, zirconium, and mixtures thereof, wherein the formed metal is annealed in an atmosphere comprising oxygen and nitrogen, thereby forming a metal oxynitride layer. (13) The method according to (1), wherein the step of forming the metal oxynitride dielectric layer includes forming a silicon oxynitride layer on the substrate, and forming a metal on the silicon oxynitride layer. Forming the metal, wherein the metal is selected from the group of hafnium, zirconium, and mixtures thereof, and annealing the formed metal in a non-oxidizing atmosphere comprising nitrogen;
Thereby forming a metal nitride layer on the silicon oxynitride layer and annealing the metal nitride layer in an oxidizing atmosphere, thereby forming a metal oxynitride layer on the silicon oxynitride layer.

【0057】(14) そこにつくられる電界効果デバ
イスを有する集積回路であって、電界効果デバイスが、
単結晶シリコン半導電チャネル領域と、チャネル領域に
重なるオキシ窒化金属ゲート誘電体と、ゲート誘電体に
重なる導電ゲートとを含み、前記金属は、ハフニウム、
ジルコニウム、及びそれらの混合物の群から選択される
集積回路。 (15) 第1、3、5、7、8、10、13、又は1
4項に記載の方法であって、この金属は実質的に純粋な
ジルコニウムである方法。 (16) 第14項に記載の集積回路であって、このゲ
ート誘電体は多結晶である集積回路。 (17) 第14項に記載の集積回路であって、このゲ
ート誘電体は非晶質である集積回路。 (18) 第14項に記載の集積回路であって、オキシ
窒化金属ゲート誘電体とシリコン・チャネル領域との間
に、オキシ窒化金属の境界層を含む集積回路。 (19) 第18項に記載の集積回路であって、導電ゲ
ートはポリシリコンを含み、更にオキシ窒化金属ゲート
誘電体とポリシリコン導電ゲートとの間に、オキシ窒化
金属シリコンの境界層を含む集積回路。
(14) An integrated circuit having a field effect device formed therein, wherein the field effect device is:
A single crystal silicon semiconductive channel region, a metal oxynitride gate dielectric overlying the channel region, and a conductive gate overlying the gate dielectric, wherein the metal is hafnium;
An integrated circuit selected from the group of zirconium and mixtures thereof. (15) First, 3, 5, 7, 8, 10, 13, or 1
The method of claim 4, wherein the metal is substantially pure zirconium. (16) The integrated circuit according to item 14, wherein the gate dielectric is polycrystalline. (17) The integrated circuit according to item 14, wherein the gate dielectric is amorphous. 18. The integrated circuit of claim 14, further comprising a metal oxynitride boundary layer between the metal oxynitride gate dielectric and the silicon channel region. (19) The integrated circuit of clause 18, wherein the conductive gate comprises polysilicon and further comprising a metal oxynitride silicon boundary layer between the metal oxynitride gate dielectric and the polysilicon conductive gate. circuit.

【0058】(20) 高誘電率オキシ窒化ジルコニウ
ム(又はハフニウム)・ゲート誘電体を有する電界効果
半導体デバイス及びその形成方法を開示する。このデバ
イスは、その中に形成される半導電チャネル領域24を
有するシリコン基板20を含む。この基板の上にオキシ
窒化ジルコニウム・ゲート誘電体層36が形成され、そ
の後導電ゲート38が続く。オキシ窒化ジルコニウム・
ゲート誘電体層36は、二酸化シリコンの比誘電率より
著しく高い比誘電率を有する。
(20) A field effect semiconductor device having a high dielectric constant zirconium oxynitride (or hafnium) gate dielectric and a method of forming the same are disclosed. The device includes a silicon substrate 20 having a semiconductive channel region 24 formed therein. A zirconium oxynitride gate dielectric layer 36 is formed over the substrate, followed by a conductive gate 38. Zirconium oxynitride
Gate dielectric layer 36 has a dielectric constant significantly higher than that of silicon dioxide.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】典型的な先行技術の集積回路電界効果トランジ
スタの断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a typical prior art integrated circuit field effect transistor.

【図2】半導体デバイスの断面図であって、本発明に従
ってオキシ窒化ジルコニウム・ゲート誘電体をデポジシ
ョンするのに適切な1つの面を示す。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device illustrating one surface suitable for depositing a zirconium oxynitride gate dielectric in accordance with the present invention.

【図3】半導体デバイスの断面図であって、本発明に従
ってオキシ窒化ジルコニウム・ゲート誘電体をデポジシ
ョンするのに適切な別の面を示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor device illustrating another surface suitable for depositing a zirconium oxynitride gate dielectric in accordance with the present invention.

【図4】半導体デバイスの断面図であって、本発明に従
ってオキシ窒化ジルコニウム・ゲート誘電体をデポジシ
ョンするのに適切な別の面を示す。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device illustrating another surface suitable for depositing a zirconium oxynitride gate dielectric in accordance with the present invention.

【図5】半導体デバイスの断面図であって、本発明に従
ってオキシ窒化ジルコニウム・ゲート誘電体をデポジシ
ョンするのに適切な別の面を示す。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device illustrating another surface suitable for depositing a zirconium oxynitride gate dielectric in accordance with the present invention.

【図6】本発明の1つの実施例に従った製造中の半導体
デバイスの断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device during manufacture according to one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の別の実施例に従った製造中の半導体デ
バイスの断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor device during manufacture according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の別の実施例に従った製造中の半導体デ
バイスの断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor device during manufacture according to another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の別の実施例に従った製造中の半導体デ
バイスの断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor device during manufacture according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の別の実施例に従った製造中の半導体
デバイスの断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor device during manufacture according to another embodiment of the present invention.

【図11】本発明の別の実施例に従った製造中の半導体
デバイスの断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device during manufacture according to another embodiment of the present invention.

【図12】本発明の別の実施例に従った製造中の半導体
デバイスの断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a semiconductor device during manufacture according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 基板 22 エピタキシャル層 24 チャネル 36 オキシ窒化ジルコニウム(又はハフニウム)層 38 ゲート Reference Signs List 20 substrate 22 epitaxial layer 24 channel 36 zirconium oxynitride (or hafnium) layer 38 gate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレン ディ.ウィルク アメリカ合衆国 テキサス,ダラス,マー クビル ドライブ 9050,ナンバー821 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Glendi. Wilk United States Texas, Dallas, Markville Drive 9050, number 821

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 集積回路上に電界効果デバイスを製造す
る方法であって、 単結晶シリコン基板を提供し、 基板の上にオキシ窒化金属ゲート誘電体層を形成し、 この金属は、ハフニウム、ジルコニウム、及びそれらの
混合物の群から選択され、 ゲート誘電体層に重なる導電ゲートを形成することを含
む方法。
1. A method of manufacturing a field effect device on an integrated circuit, comprising: providing a single crystal silicon substrate, forming a metal oxynitride gate dielectric layer on the substrate, the metal comprising hafnium, zirconium. And a mixture thereof, comprising forming a conductive gate overlying the gate dielectric layer.
【請求項2】 そこにつくられる電界効果デバイスを有
する集積回路であって、電界効果デバイスが、 単結晶シリコン半導電チャネル領域と、 チャネル領域に重なるオキシ窒化金属ゲート誘電体と、 ゲート誘電体に重なる導電ゲートとを含み、 前記金属は、ハフニウム、ジルコニウム、及びそれらの
混合物の群から選択される集積回路。
2. An integrated circuit having a field effect device formed therein, the field effect device comprising: a single crystal silicon semiconductive channel region; a metal oxynitride gate dielectric overlying the channel region; An overlying conductive gate, wherein the metal is selected from the group of hafnium, zirconium, and mixtures thereof.
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