JP2002009016A - 基板を処理するめの方法 - Google Patents

基板を処理するめの方法

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バクリ ムールー
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ジー ガネイアム スティーヴ
Huyen T Tran
ティ トラン ハイアン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、金属酸化物を高密度化し、基板上
に金属窒化物の膜を形成することにより基板を処理する
方法を提供する。 【解決手段】 本発明の１つの特徴は、金属窒化物の膜
は、基板上に金属酸化物の膜を堆積し、金属酸化物の膜
を硝酸化ガスに曝すステップにより形成される。本発明
の他の特徴は、誘電体層５１４が基板５１２上に堆積さ
れ、この誘電体層は開口５１６を形成するためにエッチ
ングされて基板を露出し、その後金属酸化物の層５１９
が金属層５１８上に堆積され、硝酸化ガスに曝されて金
属酸化物の層の密度を高め、且つ下にある金属層の一部
が硝酸化されて金属窒化物の層５１８を形成する。金属
酸化物の層の高密度化は、窒素を含む雰囲気中で熱アニ
ーリングすることによって行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、集積回路
及び他の電子デバイスの製造に関する。特に、本発明
は、金属窒化物の膜を堆積する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】サブハーフミクロン及びそれより小さな
形状を確実に製造することは、ＶＬＳＩ(very large sc
ale integration)及びＵＬＳＩ(ultra large scale int
egration)集積回路の次世代に対するキーとなる技術の
１つである。しかし、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ技術におけ
る相互接続の大きさが縮小することは処理能力への更な
る要求を提起している。この技術の中心にあるマルチレ
ベル相互接続のフィーチャは、高アスペクト比のフィー
チャ、例えば、バイア、ライン、コンタクト、及び他の
相互接続の注意深い処理を必要とする。これらの相互接
続形状の確かな形成は、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの成功す
るために非常に重要であり、また、回路密度及び個々の
基板やダイの品質を増すためのたゆまぬ努力にとっても
非常に重要である。
【０００３】回路の密度が増加するに従って、ビアの
幅、コンタクト及び他のフィーチャばかりでなく、それ
らの間の誘電体材料はサブミクロンの大きさ、即ち０.
５μｍあるいはそれ以下に減少する。ところが、フィー
チャに対するアスペクト比、即ち高さと幅の比が増加す
ると言う結果を伴って、誘電体層の厚さは実質的に一定
のままである。多くの従来の堆積プロセスは、アスペク
ト比が４：１、特にそれが１０：１を超えるサブミクロ
ンの構造を充填するのは困難である。従って、高いアス
ペクト比を有する空隙のない、サブミクロンのフィーチ
ャの形成に向けて非常に多くの努力が行なわれている。
【０００４】高いアスペクトフィーチャを形成すること
の困難性に直面している１つのこのような素子は、ディ
ジタルコンピュータにおいてデータを蓄積するために一
般に用いられるダイナミックランダムアクセスメモリ
（ＤＲＡＭ）の集積回路である。現在利用可能なＤＲＡ
Ｍは、単結晶シリコンチップ上に作られた１６ミリオン
セルを有することができる。各々のメモリセルは、一般
にトレンチキャパシタに接続された単一のアクセストラ
ンジスタを有する。アクセストランジスタは、ＤＲＡＭ
デバイスによって専有されるチップスペースを最小にす
るために、一般にトレンチキャパシタ上に設けられる。
このトレンチキャパシタは、一般に、基板にエッチング
された高いアスペクト比のトレンチ構造によって画定さ
れる。この一般に、ｐ型にドープされた基板は、トレン
チキャパシタの第１電極として働き、一般にグランドに
接続（接地）される。トレンチ構造の内面は、キャパシ
タ用の誘電体として働く複合誘電体膜、例えばＳｉＯ２
／Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２の複合膜によって覆われる。ト
レンチ構造は、一般にキャパシタの第２電極として働く
Ｎ+にドープされたポリシリコンで充填される。アクセ
ストランジスタは、一般にトレンチキャパシタの第２電
極に接続される。
【０００５】同様に小さな形状のメモリセルを有する益
々高密度のＤＲＡＭの構成を容易にするために、小さな
チップスペースに電荷を蓄えることができるキャパシタ
構造および材料が必要とされる。高誘電率(high dielec
tric constant: HDC)の材料（ここでは、約４０以上の
誘電率を有するものとして定義される。）が、電荷を蓄
積するために、ＤＲＡＭの高密度トレンチキャパシタ構
造にうまく用いられている。１つのＨＤＣ材料である、
タンタルオキサイドＴａ２Ｏ５は高密度メモリセルの次
世代用の期待できる選択肢となった。高誘電率を有する
Ｔａ２Ｏ５膜を形成するために、Ｔａ２Ｏ５の層が堆積
され、その後、結晶化を増進するためにアニールされ、
それによって、膜の誘電率を増加する。接着/カプセル
化層がアニールプロセス中に隣接材料へのＴａ２Ｏ５誘
電体層の中間層の接着を改善するために、電極層とＴａ
２Ｏ５誘電体層間に堆積される。接着/カプセル化層
は、バリア層として作用して、デバイスの材料特性の劣
化を生じる恐れのある中間層の拡散を最小にする。
【０００６】良好な接着特性を有する従来の拡散抵抗性
材料、例えばチタンナイトライド（ＴｉＮ）は、ライナ
ー/バリアとして製造する集積回路に一般に用いられ、
又ＤＲＡＭにおけるＴａ２Ｏ５誘電体層のための接着/
カプセル化材料として現在用いられている。しかし、Ｔ
ａ２Ｏ５誘電体層のための接着/カプセル化材料として
のＴｉＮの使用は、問題がある。ＴｉＮを伴う１つの問
題は、ＴｉＮが高温、すなわち約３５０℃より高い温度
で、好ましくない拡散抵抗特性を有することである。特
に、ＴｉＮは、約６００℃より高い温度でＴａ２Ｏ５誘
電体層への近接材料の拡散を妨げないことが観察されて
いる。高い誘電率を生成するために、Ｔａ２Ｏ５誘電体
層の熱アニーリングプロセス中に約６００℃より高い温
度が必要である。このように、ＴｉＮはＴａ２Ｏ５誘電
体層と共に使用するための、十分満足できる接着/カプ
セル化材料ではない。他の従来の材料、例えばシリコン
ナイトライド（ＳｉＮ）もＤＲＡＭ製造における接着/
カプセル層として使用されるが、ＳｉＮ材料は、ＴｉＮ
材料と同様な材料の問題を有していた。
【０００７】ＴｉＮより大きな拡散抵抗と高い熱安定性
を有すると認められているチタンナイトライド（Ｔｉ
Ｎ）のような材料は、ＤＲＡＭの製造において接着/カ
プセル材料として用いるために提案されている。しか
し、ＴａＮは、従来高いアスペクト比（>５：１）フィ
ーチャの側面及び底面を覆うために、適していない反応
性物理気相堆積（ＰＶＤ）技術によって堆積されてお
り、適当なカバレージを与えるために１堆積レジームよ
り多く必要とする。さらに、ギャップがＴａＮの接着/
カプセル層に形成し、接着/カプセル層は、隣接する層
間で拡散するのを阻止する十分な厚みを有するある領域
を生じて、平らでない厚さを有する。
【０００８】ＴａＮ接着/カプセル層のＰＶＤ堆積に対
する１つの代替技術は、基板形状の良好なコンフォーマ
ルなカバレージを与えるために、化学気相堆積（ＣＶ
Ｄ）技術によるバリア層を堆積することである。しか
し、商業的に利用できるＴａＮの先駆物質があり、利用
可能なＴａＮ先駆物質は、炭素と酸素のような受け入れ
ることができないレベルの汚染物質を有し、かつ不良の
拡散抵抗、低い熱安定性、及び望ましくない膜特性を有
する膜を生成する。更に、商業的に利用可能なＴａＮの
先駆物質から堆積される膜は、中間層の欠陥、例えば膜
の剥離を生じる隣接金属と誘電体層への不良接着を受け
ることがある。
【０００９】したがって、サブミクロンの、高いアスペ
クト比形状のデバイスを形成するために有用である、良
好なバリア特性を有する接着/カプセル材料に対する必
要性がある。特に、堆積された接着/カプセル材料は低
レベルの汚染物質を有し、処理中に、特に項誘電率の材
料を有するマイクロエレクトロニックスデバイスのアニ
ール処理中に、高温に耐えることができるサブミクロン
の、高アスペクトフィーチャにおいて接着/カプセル材
料を堆積するためのプロセスに対する必要性がある。
【００１０】
【本発明の概要】本発明は、酸化物の膜の高密度化によ
って、プロセスチャンバ内の基板上に金属窒化物の膜を
形成することにより基板を処理する方法を提供する。本
発明の１つの特徴において、金属窒化物の膜は、基板上
に金属酸化物の膜を堆積し、この金属酸化物の膜を硝酸
化ガスへ曝すことによって形成される。金属窒化物の膜
は、好ましくは、ペンタエトキシタンタルシクロペンタ
ンタンタルアジド、タンタルペンタクロライド及びそれ
らの組合せのグループから選択される化学的先駆物質の
熱又はプラズマ増進された分解によって堆積されたタン
タル酸化物の膜（Ｔａ２Ｏ５）によって形成されたタン
タル窒化物であるのが好ましい。硝酸化ガスは、窒素、
アンモニア、窒素酸化物及びそれらの組合せを有し、硝
酸化ガスは、更に酸素及び水素のような反応性ガスを有
することができる。
【００１１】本発明の他の特徴は、ＣＶＤ堆積された金
属酸化物の層の高密度化によって、基板上にメタライゼ
ーションのスタック状に金属窒化物のバリア層を形成す
ることによって、基板上にフィーチャを形成する方法を
提供する。１つの実施の形態では、誘電体層が基板上に
堆積され、この誘電体層は、誘電体層に開口を形成する
ためにエッチングされて、基板を露出し、その後、金属
酸化物の層が金属層上に堆積され、硝酸化ガスに曝さ
れ、金属酸化物の層の密度を高め、且つ下にある金属層
の一部を硝酸と化合させて、金属窒化物の層を形成す
る。金属酸化物の層の高密度化は、窒素を含む雰囲気中
で熱アニーリングプロセスによって又はプラズマ処理に
よって行なうことができる。その後、導電性金属、例え
ば銅が金属窒化物の層上に堆積される。さらに、メタラ
イゼーションすタックのためのライナー/バリア層のス
キームを与えるために、金属窒化物の層を堆積する前
に、タンタルの金属層が物理気相堆積（ＰＶＤ）技術又
は化学気相堆積（ＣＶＤ）技術の何れかによって、基板
上に堆積される。
【００１２】本発明の他の特徴は、第１の電極を形成
し、ＣＶＤで堆積された金属酸化物の層の高密度化によ
って、第１の電極上に金属窒化物を有する接着又はカプ
セル層を堆積し、接着又はカプセル層上に誘電体を層を
堆積し、かつ誘電体層上に第２の電極を形成するステッ
プを有するμエレクトロニックデバイスを形成する方法
を提供する。本方法は、さらに、勇断体層と第２の電極
間に金属窒化物を有する第２の接着又はカプセル層を堆
積するステップを有することもでき、カプセル層の金属
窒化物は、ＣＶＤで堆積された金属酸化物層の高密度化
によって形成されることを特徴とする。好ましくは、誘
電体層は、化学的先駆物質の分解によって堆積された高
誘電率の材料、例えば金属酸化物である。好ましくは、
接着層及び誘電体層は、ＣＶＤで堆積された金属酸化物
層の高密度化によって形成された金属窒化物を有する接
着層を有する同じ先駆物質から、同じチャンバ内でシー
ケンシャルに堆積される。代わりに、金属窒化物の層は
第１と第２の電極を有してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】一般に、本発明は、金属窒化物の
膜を堆積し、基板上にフィーチャを形成し、かつ硝酸化
ガスによってＣＶＤで堆積された金属酸化物の膜の高密
度化によって、金属窒化物の膜を有するマイクロエレク
トロニックデバイスを形成するための方法及び装置を提
供する。１つの特徴として、基板上に金属酸化物の膜を
堆積し、かつ金属窒化物の膜を形成するために、この金
属酸化物の膜を硝酸化ガスへ曝すことによって、金属窒
化物の膜が、処理チャンバ内で基板上に形成される。金
属酸化物の膜は、金属を含む先駆物質のＣＶＤによって
堆積される。本発明の１つの好適な実施の形態では、金
属窒化物は、タンタルオキサイド（タンタル酸化物、Ｔ
ａ２Ｏ５）層を窒素、アンモニア、窒化オキサイド、及
びそれらの組合せからなる硝酸化ガスへ曝すことによっ
て形成されるタンタル窒化物（ＴａｘＯｙ）である。硝
酸化ガスは、更に水素及び酸素のような反応性ガスを含
むことができる。
【００１４】本発明の他の特徴は、ＣＶＤ堆積された金
属酸化物の層の高密度化によって、基板上にメタライゼ
ーションのスタックに金属窒化物のバリア層を形成する
ことによって、基板上にフィーチャを形成する方法を提
供することである。本発明の更に他の特徴は、第１の電
極を形成し、ＣＶＤ堆積された金属酸化物の層の高密度
化によって第１の電極上に金属窒化物を有する接着層を
堆積し、この接着層の上に誘電体層を堆積し、かつ誘電
体層上に第２の電極を形成するステップを有するマイク
ロエレクトロニックデバイスを形成する方法を提供する
ことである。代わりに、金属窒化物の層は、第１と第２
の電極を有することができる。
【００１５】装置 上述の本発明のプロセスは、ＰＶＤ及びＣＶＤチャンバ
の両方を有するマルチチャンバ処理装置又はクラスタ内
で行なわれる。本発明のＣＶＤ及びＰＶＤプロセスを行
なうのに適したマルチチャンバ処理装置１００の概要が
図３に示されている。図３に示された装置は、Applied
Materials, Inc., Santa Clara, Californiaから商業的
に利用できるＥＮＤＵＲＡＴＭ装置である。同様の多段
真空ウエハ処理装置が１９９３年２月１６日にTepman他
に与えられた米国特許第5,186,718号明細書「多段真空
ウエハ処理装置及び方法」に開示されており、ここにレ
ファレンスによって取り込まれる。ここに示された装置
１００の特定の実施の形態は、例えば半導体基板のよう
な平坦な基板を処理するのに適しており、本発明を説明
するのに設けられているが、本発明の範囲を限定するた
めに用いられるべきでない。装置１００は、一般に、相
互接続されたプロセスチャンバのクラスタ、例えばＣＶ
Ｄチャンバ３００とＰＶＤチャンバ２００を有する。
【００１６】装置１００は、好ましくは、ＰＶＤプロセ
スを行うための少なくとも１つのＰＶＤチャンバ２００
を有する。たとえば、本発明の金属酸化物の誘電体層
は、ＰＶＤチャンバの酸化雰囲気中で金属のターゲット
をスパッタリングすることによって堆積される。このタ
ーゲットは、チャンバから電気的に絶縁され、プラズマ
を生成するためのプロセス電極として働く。スパッタリ
ングプロセス中、スパッタリングガス、例えばアルゴン
又はキセノンがチャンバ２００へ導入される。スパッタ
リングターゲットへ加えられる電力は、チャンバないの
ガスをイオン化して、プラズマを形成する。ターゲット
へ与えられた電力は、電気的に接地された基板支持体の
間でＤＣ又はＲＦ電力である。プラズマは、一般に、約
１００から約２０，０００ワットの間、より一般的に
は、約１００ワットから約１０，０００ワットの間の電
力レベルで、ＤＣ又はＲＦ電圧をスパッタリングターゲ
ットへ印加することによって発生される。
【００１７】図２は、本発明で使用するあための例示的
ＰＶＤチャンバの概略図である。例示的ＰＶＤチャンバ
は、高密度プラズマＰＶＤ（a high density plasma-ph
ysical vapor deposition: ＨＤＰ-ＰＶＤ）チャンバ、
例えばApplied Materials, Inc.から利用可能なＩＭＰ
（登録商標）ＰＶＤチャンバである。このＨＤＰ-ＰＶ
Ｄチャンバ２００は、一般に、チャンバエンクロージャ
２０２、基板支持部材２０４、ターゲット２０６、シー
ルド２０８及びコイル２１０を有する。ターゲット２０
６は、基板支持部材２０４に対向して配置され、ＤＣ電
源２１２に電気的に接続されている。シールド２０８
は、一般に、ターゲット２０６と基板支持部材２０４の
間の領域を囲み、接地されている。コイル２１０は、シ
ールド２０８の内部に設けられ、ＲＦ電源２１４に接続
されている。エンクロージャ２０２をとおして設けられ
たガス入口２１６は、処理中チャンバへ１以上の処理ガ
スを導入する。
【００１８】基板支持部材２０４は、エンクロージャ２
０２の底をとおして設けられたアクチュエータのシャフ
ト２１８に取りつけられている。このアクチュエータの
シャフト２１８は、基板支持部材２０４のチャンバない
のいろいろな位置への移動を容易にするアクチュエータ
に接続されている。エンクロージャ２０２の側壁上に設
けられたスリットパル部２２６は、チャンバ内へ、及び
チャンバからの基板の移送を容易にする。基板支持部材
２０４に関連して設けられた基板昇降アッセンブリ２２
２は、基板支持部材２０４への、及び基板支持部材から
離れて、基板の位置決めを容易にする。処理中、基板支
持部材２０４は、シールド２０８の下部に設けられたカ
バリング２２４の下へ基板を位置して、基板の周辺エッ
ジを堆積からシールドする。
【００１９】図３は、本発明のプロセスをシ゛ッこするの
に有用な例示的ＣＶＤチャンバの概略断面図である。図
示されたＣＶＤチャンバはApplied Materials, Inc.か
ら商業的に利用可能なＣＶＤ ＴｘＺＴＭチャンバであ
る。ＴｘＺＴＭチャンバは、熱又はプラズマ増進された
分解プロセスの何れかによって金属酸化物および/また
は金属窒化物の膜を堆積するための反応性ガスの存在の
下で、本発明の金属含有先駆物質の堆積用に適してい
る。
【００２０】熱堆積プロセスにおいて、先駆物資ガスが
約１００ミリトルと約１０トルの間の圧力で、シャワー
ヘッド３４０を介してチャンバへ注入され、一方、ペデ
スタル３３２は、基板を支持し、かつ約１００℃あるい
はそれ以上、好ましくは、約２５０℃から約４５０℃ま
での間の先駆物質の分解温度以上に上昇された温度まで
基板を加熱する。反応ガスは、基板上に直接位置するボ
リュームの先駆ガスへ導入される。導電性およびコンフ
ォーマルな金属及び/または金属窒化物の層が基板３３
６上に均一に堆積される。
【００２１】不純物を除き、膜を高密度化するために、
堆積プロセス中、または堆積後のプラズマ処理として、
プラズマが必要な場合、十分な電圧及び電力がＲＦ電源
３９４によって与えられ、シャワーヘッド３４０とペデ
スタル３３２間の処理領域３５６にあるプロセスガスが
放電し、プラズマを形成するようにする。
【００２２】ＣＶＤチャンバ３００は、支持面３３４上
に基板を支持するペデスタル３３２を有する。リフトピ
ン３３８は、ペデスタル３３２内を摺動可能であるが、
それらの上端のコニカルヘッドによって落下しないよう
にする。リフトピン３３８の下端は、垂直に移動可能な
昇降リング３３９と係合可能であり、したがって、ペデ
スタル３３２の面上に上昇される。下部のローディング
位置（“４０６”として示されているスリットバルブよ
りわずかに下方）にあるペデスタル３３２について、リ
フトピン３３８及び昇降リング３３９と協働するロボッ
トブレード（図示せず）がスリットバルブ４０６をとお
してチャンバ３００内へまたはチャンバ外へ基板を移送
する。このスリットバルブは、スリットバルブ４０６を
とおしてチャンバへ、またはチャンバからガスが流れな
いように真空シールされている。リフトピン３３８は、
挿入された基板３３６をロボットブレードから離して上
昇し、その後、ペデスタル３３２は、その支持面３３４
へ基板を移送するために上昇する。適したロボットの移
送アッセンブリは、Maydanに与えられた米国特許第4,95
1,601号明細書に記載され、その完全な開示は、レファ
レンスによってここに取り込まれる。
【００２３】自己整列リフト機構の使用によって、その
後ペデスタル３３２は、更に、プロセスガスを対向する
基板３３６へ噴出するシャワーヘッドと呼ばれるガス分
配板３４０の接近した位置まで基板を上昇する。プロセ
スガスは、ガス供給カバー板３４６にある中央のガス入
口３４４を通って第１のディス状のスペースまたは空隙
へいき、そしてバッフル板（またはガス阻止板）３５２
にある通路３５０を通ってシャワーヘッド３４０の裏側
にある第２のディスク状のスペースまたは空隙３５４へ
いってリアクター３００へ注入される。シャワーヘッド
３４０は、処理空間またはゾーン３５６へプロセスガス
を噴射するための非常に多くの孔または通路３４２を有
する。特に、プロセスガスは、スペースまたは空隙３５
４から通路３４２を通って処理空間またはゾーン３５６
及び基板３３６へ向かう。
【００２４】プロセスガスは、基板の表面で反応するよ
うに、シャワーヘッドの孔からシャワーヘッド３４０と
ペデスタル３３２間の処理空間またはゾーン３５６へ噴
射する。プロセスガスの副産物は、その後中心軸４００
に対して、基板３３６のエッジを横切って、またペデス
タル３３２の上部周辺に窪みの付けられた環状エッジ４
０４に設けられた周辺のセンタリングライト４０２を横
切って半径方向で、外方へ流れ、その後、ペデスタル３
３２が処理位置にある時、ペデスタル３３２の上部周辺
を囲む環状のポンプチャネル３６０へ行く。
【００２５】このポンプチャネル３６０は、制限された
排気開口３６２を通ってポンプ充気室（プレナム）３７
６へ接続されており、バルブ３７８は、排気ベント３８
０を通って真空ポンプ３８２への排気を行なう。制限さ
れた排気開口３６２は、周囲のポンプチャネル３６０の
周りにほぼ均一な圧力を形成する。プロセスガスとその
反応副産物は、シャワーヘッド３４０の中央から基板３
３６とペデスタル３３２の周囲を横切って流れ、その
後、チョーク開口２６２を通ってポンプチャネル３６０
へ流れる。そしてガスは、ポンプチャネル３６０を周っ
ては生きちゃネル３７４へ流れ、排気プレナム３７６及
び排気ベント３８０を通って真空ポンプ３８２へ流れ
る。制限された排気開口３６２のため、基板３３６を横
切るガス流は、方位角方向にほぼ均一である。
【００２６】図３に示されるように、チャンバ本体３７
２のレッジ３７０は、絶縁チャンバリング４１０及びポ
ンプチャネル３６０の底部を形成するバンドシールド４
１２からなる絶縁環状チャンバインサート４０８を支持
する。チャンバの蓋の端３６６は、チャンバ本体３７２
の一部と共にポンプチャネル３６０の外側壁の上部と一
部分を形成する。ポンプチャネル３６０の内側の上部エ
ッジは、チャンバ本体３７２から金属のシャワーヘッド
３４０を絶縁するセラミックまたは他の電気的絶縁材料
からなる絶縁体リング３６４によって形成される。
【００２７】図３のＣＶＤリアクター３００は、熱及び
プラズマ支援モードにおいて動作することができる。熱
モードでは、電源３９０は電力をペデスタルの上部にあ
る抵抗性ヒータ３９２へ供給し、これによりペデスタ
ル、したがって基板３３６をＣＶＤ堆積反応を熱的に活
性化するのに十分上昇された温度に加熱する。プラズマ
増進モードでは、スイッチ３９６によって、ＲＦ電源３
９４が電極として働く金属シャワーヘッド３４０へ送ら
れる。シャワーヘッド３４０は、一般的には電気的に非
導電性のセラミックから形成された環状の絶縁リング３
６４によって、蓋の縁３６６と主チャンバ本体３７２か
ら電気的に絶縁されている。ペデスタル３３２は、ＲＦ
電力がシャワーヘッド３４０とペデスタル３３２間に分
配されるように、ＲＦ電源３９４に関連したバイアす素
子３９８に接続されている。十分な電圧と電力がＲＦ電
源３９４によって供給され、シャワーヘッド３４０とペ
デスタル３３２間の処理領域３５６におけるプロセスガ
スが放電してプラズマを形成するようにする。
【００２８】図４は、コンピュータプログラム４４１の
ハイアラキカルな制御構造の概略ブロック図を示す。ユ
ーザがライトペンインターフェースを用いてＣＲＴモニ
ター上に表示されたメニューまたはスクリーンに応答し
てプロセスセレクターサブルーチン４４２へプロセスの
セットナンバーとプロセスチャンバのナンバーをいれ
る。タイルプロセスセットは、特定のプロセスを実行す
るのに必要なプロセスパラメータの所定のセットであ
り、予め定義されたセットナンバーによって識別され
る。プロセスセレクターサブルーチン４４２は（ｉ）マ
ルチチャンバ装置における所望のプロセスチャンバ、及
び（ii）所望のプロセスを行うためのプロセスチャンバ
を動作するのに必要なプロセスパラメータの所望のセッ
トである。特定のプロセスを行うためのプロセスパラメ
ータは、例えば、プロセスガスの配合及び流速、温度、
圧力、ＲＦ電力レベルのようなプラズマ状態、及びチャ
ンバドーム温度などのようなプロセス条件に関し、レシ
ピの形でユーザに与えられる。レシピによって特定され
るパラメータは、ライトペン/ＣＲＴモニターインター
フェース（図示せず）を利用して入力される。
【００２９】プロセスシーケンサーサブルーチン４４３
は、識別されたプロセスチャンバとプロセスセレクター
サブルーチン４４２からのプロセスパラメータのセット
を受けるため、及びいろいろなプロセスチャンバの動作
を制御するためのプログラムコードを有する。多くのユ
ーザがプロセスセットナンバーとプロセスチャンバのナ
ンバーを入力することができ、或いは一人のユーザがプ
ロセスセットナンバーとプロセスチャンバのナンバーを
入力することができ、したがって、シーケンササブルー
チン４４３は、所望のシーケンスにおいて選択されたプ
ロセスをスケジュールするために動作する。好適には、
シーケンササブルーチン４４３は、（ｉ）チャンバが用
いられている否かを判断するためにプロセスチャンバの
動作を監視し、（ii）用いられているチャンバにおい
て、どんなプロセスが実行されているかを判断し、及び
（iii）プロセスチャンバの利用可能性と実行されるべ
きプロセスの形式に基づいて、所望のプロセスを実行す
るステップを行なうために、プログラムコードを有す
る。プロセスチャンバを監視する従来の方法は、例えば
ポーリングを用いることができる。どのプロセスが実行
されるべきであるかをスケジュールする場合、選択され
たプロセスのための所望のプロセス条件、またはそれぞ
れの特別なユーザの入力された要求の“エージ“、また
はスケジューリング特性を決定するために含むようにシ
ステムプログラマーが望む他の適合したファクタと比較
して、用いられるプロセスチャンバの現在の状態を考慮
して、シーケンササブルーチン４４３は設計される。
【００３０】シーケンササブルーチン４４３がどのプロ
セスチャンバとプロセスセットの組合せが次に実行され
るかを決めた後、シーケンササブルーチン４４３は、特
定のプロセスセットパラメータをチャンバマネジャーサ
ブルーチン４４４Ａ−Ｃへ通過することによって、プロ
セスセットを実行させる。チャンバマネジャーサブルー
チン４４４ａ−ｃは、シーケンササブルーチン４４３に
よって決められたタイルプロセスセットによって、ＰＶ
Ｄチャンバ３００及びできるなら他のチャンバ（図示せ
ず）におけるマルチ処理タスクを制御する。一旦、シー
ケンササブルーチン４４３がどのプロセスチャンバとプ
ロセスセットの組合せが次に実行されるかを決めると、
シーケンスサブルーチン４４３は、特定のプロセスセッ
トパラメータをシーケンササブルーチン４４３によって
決められたタイルプロセスセットによって、ＰＶＤチャ
ンバ３０００及びできるなら他のチャンバ（図示せず）
におけるマルチ処理タスクを制御するチャンバマネジャ
ーサブルーチン４４４ａ−ｃへ通過することによって、
プロセスセットを実行させる。例えば、チャンバマネジ
ャーサブルーチン４４４ａは、図３に記載されたプロセ
スチャンバ３００内で、ＰＶＤプロセスづさを制御する
ためのプログラムコードを有する。
【００３１】チャンバマネジャーサブルーチン４４４
は、選択されたプロセスセットを実行するのに必要なチ
ャンバ要素の動作を制御するいろいろなチャンバ要素サ
ブルーチンまたはプログラムモードモジュールの実行も
制御する。チャンバ要素サブルーチンの例は、基板位置
決めサブルーチン４４８、プロセスガス制御サブルーチ
ン４４６、圧力制御サブルーチン４４７、ヒータ制御サ
ブルーチン４４８、及びプラズマ制御サブルーチン４４
９である。この分野の通常の知識を有する者は、どんな
プロセスがチャンバ３００（図３に示される）において
行なわれる必要があるかに依存して、他のチャンバ制御
サブルーチンを含むことができることを理解するであろ
う。動作において、チャンバマネジャーサブルーチン４
４４ａは、実行されている特定のプロセスセットにした
がって、プロセス要素サブルーチンを選択的にスケジュ
ールし、または呼び出す。チャンバマネジャーサブルー
チン４４４ａによってスケジューリングすることは、実
行するために、どのプロセスチャンバ及びプロセスセッ
トをスケジューリングすることにおいて、シーケンササ
ブルーチン４４３によって用いられるチャンバマネジャ
ーと同様な方法で達成される。一般に、チャンバマネジ
ャーサブルーチン４４４ａは、いろいろなチャンバ要素
を監視するステップ、実行されるべきプロセスセットの
ためのプロセスパラメータに基づいて、どの要素が動作
される必要があるかを判断するステップ、およびこれら
の監視および判断ステップに応答して、チャンバ要素サ
ブルーチンの実行を行なうステップを有する。
【００３２】高密度化プロセス 金属窒化物の膜は、金属含有先駆物質の熱またはプラズ
マ増強された分解によって、好ましくはコンフォーマル
に堆積された金属酸化物の膜の硝酸化高密度によって形
成される。タンタル酸化物（Ｔａ２Ｏ５）を堆積するた
めに、ペンタエトキシタンタル（Ta(OC2H5)5）、シクロ
ペンタンタンタルアジド、タンタルペンタクロライド
（TaCl5）、及びそれらの組合せのグループから選択さ
れたタンタル含有先駆物質が用いられるのが好ましい。
タンタル酸化物または金属酸化物の膜を堆積するために
用いることができる他のタンタル酸化物先駆物質または
プロセスは、本発明によって意図される。金属酸化物の
膜の堆積を増強するために、例えば、酸素のような酸化
ガスが、酸素成分を含まない金属酸化物先駆物質、例え
ばタンタルペンタクロライドと共に、或いは酸素含有先
駆物質、例えばペンタエトキシタンタルと共に用いるこ
とができる。
【００３３】金属酸化物の堆積プロセス中に、基板は、
十分高い温度に加熱され且つ維持され、金属酸化物の先
駆物質の分解及び膜の堆積を生じる。正確な温度は、反
応条件の下で使用される化合物の独自性、及び化学的、
熱的、及び安定性の性質に依存する。しかし、基板表面
上への先駆物質の完全な堆積を保証するために、ほぼ室
温から約１０００℃の間、好ましくは、約１００℃から
約８００℃の間、最も好ましくは、約２５０℃から５０
０℃の間の温度が用いられる。堆積処理中に、処理チャ
ンバは、約１ミリトル(milliTorr)と約２５トル(Torr)
の間の圧力に維持されるが、好ましくは、約１００ミリ
トルと約１０トルの間に維持される。
【００３４】金属酸化物の先駆物質のプラズマ増強され
たＣＶＤ堆積のために、プラズマを生成するための電力
がチャンバへ容量的または誘導的の何れかの結合がなさ
れ、ガスをプラズマ状態に励起して、基板上に堆積され
た膜と反応する励起された種を形成する。約２００ワッ
トと約１０００ワットの間の電力がチャンバに与えられ
る。プラズマ増強された堆積プロセスのために、プラズ
マ増強された堆積プロセス中、約１００ミリトルと約１
０トルの間に維持されたチャンバ圧力と共に、基板の温
度は、約１００℃と約８００℃の間、好ましくは約２５
０℃と約５００℃の間に維持される。先駆物質のプラズ
マ増強された分解は、特に熱分解より低い処理温度で、
反応ガスと一緒に、増大された堆積を可能にする。
【００３５】ＣＶＤ技術によって堆積された金属酸化物
の膜、特に有機金属の先駆物質の場合は、有機汚染物
質、例えば炭素及び水素を含むことができる。炭素及び
水素の汚染物質は、堆積された膜に約２０重量％まで
の、膜の濃度を有することができる。窒素含有ガス、好
ましくは、窒素、窒素酸化物および／またはアンモニア
が金属酸化物の先駆物資の分解中に導入され、汚染物質
の濃度を減少し、金属オキシニトライドの膜を形成す
る。
【００３６】堆積されると、金属酸化物（または金属オ
キシニトライド）の膜は、この膜を硝酸化ガスに曝すこ
とによって、および酸素及び他の成分を窒素で置き換え
ることによって膜を高密度化することによって、金属窒
化物に変換される。高密度化を達成するために用いるこ
とができる窒化ガスは、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、
亜酸化窒素、及びアンモニア（ＮＨ３）を含む。硝酸化
ガスは、少なくとも窒素及びアンモニアを含むが、しか
し好ましくは、酸素、窒素及びアンモニアの混合ガスを
含む。もし、アンモニアを含まない硝酸化ガスとして、
窒素が用いられるならば、硝酸化ガスは酸素を含むこと
ができる。
【００３７】硝酸化プロセスは、熱的に、またはプラズ
マプロセスの何れかによって増進される。熱的に増強さ
れた硝酸化プロセスにおいて、堆積された金属酸化物の
膜は、約１ミリトルと約２５トルの間のチャンバ圧力
で、約２００℃と約８００℃の間の温度を有する処理チ
ャンバによって硝酸化ガスに曝される。熱プロセスは、
金属酸化物の堆積用に用いられる同じ処理チャンバ内で
達成されるか、または急速アニールプロセス（ＲＴＰ）
において、約３０秒と約１８０秒の間の期間、約２００
℃と約８００℃の間の温度で、硝酸化ガス内で金属酸化
物の膜をアニールすることによって達成される。アニー
ルチャンバの例は、Applied Materials, (Inc.から利用
できるＲＴＰ ＸＥplus Centura（登録商標）である。
代わりに、膜は、従来のアニールプロセスチャンバにお
いて、約５分と約５０分の間の時間約３００℃と約６０
０℃の間の温度でアニールしてもよい。
【００３８】金属酸化物の膜は、プラズマプロセスによ
って硝酸化することもできる。プラズマプロセスに対し
て、硝酸化ガスがプロセスチャンバへ導入され、約１ミ
リトルと約２５トルの間の圧力、好ましくは、約１トル
と約１０トルに確立するが、さらに好ましくは、チャン
バ圧力は約１.５トルと約５トルの間である。基板は、
約２００℃と８００℃の間、好ましくは、約２５０℃と
５００℃の間の温度に保たれる。プラズマを発生するた
めに、約２５ワットと約２０００ワットの間、好ましく
は、約５００ワットと１０００ワットの間、更に好まし
くは、約７５０ワットの電力が処理ガスに与えられる。
上述のプロセスは、金属酸化物の膜の高密度化に対する
例示と考えられる。また、硝酸化プロセスのため反応性
の種を生成するために、硝酸化ガスの遠隔マイクロ波解
離のような他の技術を考えることもできる。
【００３９】金属窒化物の膜は、金属及び金属酸化物の
膜に対する優れたバリア特性を有するように示されてお
り、硝酸化の量に依存して導電性及び絶縁性の層内に存
在することができる。膜を硝酸化することは、熱または
プラズマプロセス中に揮発性のハイドロカーボン及び酸
素が表面から脱りされ、層から窒素が水素及び炭素を除
去されるにしたがって、膜における汚染物質の濃度を減
少する。硝酸化／高密度化プロセスは膜を高密度化し、
それによってバリア特性を改善し、層化する欠陥を除去
する。また、膜を硝酸化することは、アモルファスの層
に結晶構造を与え、それにより、界面の結合及び接着を
増進し、一方メタライゼーションスキームにおける金属
と金属酸化物の層のような他の結晶層を有する中間層の
欠陥を減少する。さらに、金属窒化物の層のＣＶＤプロ
セス堆積は、一般に、高いアスペクト比のフィーチャに
おける良好なコンフォーマルなカバレージ、及び標準的
なＰＶＤプロセスによって堆積された金属窒化物の膜よ
り優れたステプカバレージを有することが認められる。
【００４０】本発明の他の特徴においては、銅のメタラ
イゼーションスキームに用いられるＴａＮまたはＴａ／
ＴａＮのスキームのような金属窒化物または金属／金属
窒化物のバリア／ライナーのスキームを形成するため
に、ライナー／バリア堆積プロセスにおいて有利になる
ように、金属窒化物の膜を形成するために金属酸化物の
膜の高密度化が用いられる。本発明の一体化されたライ
ナー／バリアメタライゼーションスキームにおいて、好
ましくは、金属層が先駆物質の分解からＣＶＤ技術によ
ってコンフォーマルに堆積される。金属層は、ライナー
層として堆積され、下にある材料への接着を増進し、コ
ンタクト／バイア抵抗を減少する。代わりに、金属層が
ＰＶＤ技術、例えばイオン化された金属プラズマ（ＩＭ
Ｐ）またはコリメートされタＰＶＤによって堆積されて
もよい。しかし、タンタル窒化物の膜は、良好な接着特
性を有することが認められ、このような金属の接着層は
メタライゼーションスキームに用いてはならない。その
後、金属窒化物の膜を形成するために、金属窒化物が、
ＣＶＰ技術によって基板上に金属酸化物の膜を堆積し、
この金属酸化物の膜を硝酸化ガスに曝し、且つ曝された
金属酸化物の膜を硝酸化することによって形成される。
【００４１】図５は、ライナー層５１８、バリア層５１
９、及び基板５１２上に形成されたフィーチャ５１６に
堆積された導電性の金属層５２０を有する本発明のメタ
ライズされた膜のスタック５００の１つの実施の形態の
概略断面図である。このフィーチャ５１６は、所望のフ
ィーチャ５１６、例えばバイア、コンタクトトレンチ、
及びラインを形成するために、基板５１２上に誘電体層
５１４を堆積し、エッチングすることによって形成され
る。この基板５１２は、シリコン、熱酸化物、セラミッ
ク、またはドープされたシリコン基板の形状をとっても
よく、或いは、それは基板上に形成された第１の、また
はそれに続く電気的導電層またはパターン化されたライ
ンであってもよい。誘電体層５１４は、シリコンウエハ
上に堆積されたプリ金属誘電体層または中間レベルの誘
電体層であっても良く、全体の集積回路の一部を形成す
るために、この分野で従来知られた手順によって形成さ
れる。誘電体層５１４は誘電体エッチングまたはこの分
野で既知のパターニングプロセス、例えば反応性イオン
エッチングによってエッチングされる。
【００４２】金属／金属窒化物ライナー／バリアスキー
ムのために、ライナー層５１８は、好ましくは、誘電体
層５１４上に及びフィーチャ５１６の底と壁にコンフォ
ーマルに堆積されたタンタルを有する。ライナー層５１
８は、ＣＶＤまたはＰＶＤ技術、好ましくは、先駆物質
を含むタンタルのＣＶＤ堆積によって堆積されるのがよ
い。ライナー層５１８は、基板または誘電体層５１４と
続いて堆積された導電性金属層５２０間の接着を増進す
る。ＣＶＤタンタルは、約１００ミリトルと約１０トル
の間のチャンバ圧力において、約１００℃と約４５０℃
の間の温度で過熱された基板上に堆積される。タンタル
ライナー層５１８は、約２００ワットと約１０００ワッ
トの間の電力を与えることによって、プラズマが生成さ
れるプラズマ増強されたＣＶＤプロセスによって堆積さ
れてもよい。ＣＶＤ堆積されたライナー層に対して、ラ
イナー層５１８は、水素及び不活性ガス、例えばアルゴ
ンのプラズマに曝されるのが好ましく、カーボンと酸素
の不純物を除去し、タンタル層５１８の抵抗率を減少す
る。
【００４３】代わりに、ライナー層５１８は、ＩＭＰ−
ＰＶＤ堆積技術のために用いられる高密度プラズマ物理
気相堆積(a high density plasma physical depositio
n: HDP-PVD)において、次ぎの処理パラメータを用いて
ＰＶＤ技術によって堆積することもできる。堆積プロセ
ス中に、チャンバ圧力は、好ましくは、約５ミリトルと
約１００ミリトル、更に好ましくは、約１０ミリトルと
約３０ミリトルの間に保たれる。ターゲットは、好まし
くは、約１ｋＷと約３ｋＷの間、及び約１００Ｖと約３
００Ｖの間にＤＣバイアスされる。コイルは、好ましく
は、約１ｋＷと約３ｋＷの間にＲＦバイアスされる。基
板支持部材は、約０Ｗと約５００Ｗの間、及び約５０Ｖ
と約３００Ｖの間にバイアスされる。メタライゼーショ
ンすタック５００のたの実施の形態においては、ライナ
ー層５１８は堆積されず、バリア層５１９がライナー層
として働き、中間層の接着を増進する。
【００４４】その後、金属窒化物層の高密度化から形成
された金属窒化物のバリア層５１９は、ライナー層５１
８上にコンフォーマルに堆積される。バリア層５１９
は、下にある基板５１２または誘電体層５１４への、導
電性金属層５２０の拡散を防ぐために、導電性金属層５
２０の前に堆積される。ＴａＮを有するバリア層５１９
は、タンタル先駆物質のＣＶＤ堆積によって金属酸化物
の層を先ず堆積することによって形成され、タンタル酸
化物の層を形成する。タンタル酸化物の先駆物質は、ペ
ンタエトキシタンタル（Ta(OC2H5)5）、シクロペンタン
タンタルアジド、タンタルペンタクロライド、Ta(OC
H３）、及びそれらの組合せのグループから選択され
る。その後、タンタル酸化物の層は、硝酸化反応ガス、
例えば窒素、亜酸化窒素、またはアンモニアに曝され
る。これらのガスは、追加的に水素、酸素、または他の
反応性ガスを含むことができる。プロセスは、熱的に増
進され、またはプラズマ増強されて、タンタル酸化物の
層を高密度化してタンタル窒化物のバリア層５１９を形
成する。タンタル酸化物の層の熱的硝酸化プロセスに対
して、硝酸化処理ガス、好ましくはアンモニア、窒素、
及び酸素の混合ガスが約２００℃と約８００℃の間の温
度、及び約１ミリトルと約２５トルの間のチャンバ圧力
に維持された基板を有するチャンバに導入される。プラ
ズマ硝酸化プロセスは、約２５ワットと約２０００ワッ
トの間の電力を上述の処理ガスに与えることによってプ
ラズマを生成することによって、更に増強される。
【００４５】硝酸化ガスは、また下にあるタンタルライ
ナー層５１８の表面を硝酸化する。下にあるタンタルラ
イナー層５１８の表面を硝酸化することは、タンタル金
属５１８とタンタル窒化物の層５１９間に改善された原
子格子のブリッジを形成し、これは、強い接着特性、化
学的スタックへの改善された抵抗、高温においてメタラ
イゼーションスタックの中間金属拡散への改善された抵
抗、及び低温における減少された粒子の形成につなが
る。
【００４６】導電性金属、好ましくはアルミニウム、タ
ングステンまたは銅、及び最も好ましくは銅の層５２０
は、バリア層５１９上に堆積される。導電性金属の層５
２０は、相互接続５１６を完全に充填するように堆積さ
れる。銅の層５２０はＰＶＤ、イオン化された金属プラ
ズマ（ionized metal plasma: IMP）ＰＶＤ、ＣＶＤ、
電気めっき、無電解堆積、またはこの分野の他の既知の
方法によって堆積することができる。
【００４７】フィーチャは、メタライズされた層のスタ
ック５００の上部を平坦化することによって、好ましく
は化学機械的ポリッシング(chemical mechanical polis
hing: CMP)によって、更に処理することができる。平坦
化プロセス中に、銅の層５１８と誘電体層５１４の一部
分は、バイア５１６に形成された導電性フィーチャを有
する完全に平らな表面を残して構造の上部から除去され
る。それに続くたのプロセスは、もし必要ならアニーリ
ング、誘電体または金属の層の追加の堆積、エッチン
グ、及びＩＣの製造に既知の他のプロセルを含むことが
できる。
【００４８】本発明は、第１の電極を形成し、ＣＶＤ堆
積された金属酸化物の層の硝酸化する高密度化によって
第１の電極上に金属窒化物を有する接着またはカプセル
層を堆積し、この接着またはカプセル層上に誘電体層を
堆積し、及び誘電体層上に第２の電極を形成することに
よる、マイクロエレクトロニックデバイスの形成におい
て利点を有するために用いることができる。その方法
は、ＣＶＤ堆積された金属酸化物の層の硝酸化する高密
度化によって誘電体層と第２電極間に金属窒化物を有す
る接着またはカプセル層を堆積するステップを更に有し
てもよい。誘電体層は、高誘電率の材料、好ましくはタ
ンタル酸化物からなる。本発明は、トレンチキャパシタ
を有するＤＲＡＭデバイスに対して適用することを説明
しているが、発明者は、他の半導体にも同様に本発明の
適用も意図している。さらに、本発明は、タンタル酸化
物の誘電体材料に対して適用することを説明している
が、発明者は、半導体製造に用いられる他の高誘電材料
への本発明の適用も意図している。
【００４９】図６は、本発明の方法を用いて形成された
トレンチキャパシタを有するＤＲＡＭの断面図である。
ＤＲＡＭデバイス６１０は、シリコン基板上に形成さ
れ、一般に、アクセストランジスタ６１２とトレンチキ
ャパシタ６１８を有する。
【００５０】図２に示されるように、ＤＲＡＭデバイス
６１０用のアクセストランジスタ６１２は、トレンチキ
ャパシタ６１８の上部に隣接して配置される。好ましく
は、アクセストランジスタ６１２は、ソース領域６１５
とゲート領域６１４及びドレイン領域６１６を有するｎ
-ｐ-ｎトランジスタを有する。ゲート領域６１６は、Ｐ
＋基板上に設けられたＰ−ドープされたシリコンのepi-
層を有する。アクセストランジスタ６１２のソース領域
６１５は、ゲート領域６１４の第１の側に設けられたＮ
＋ドープされた材料を有し、ドレイン領域６１６は、ゲ
ート領域６１４の第２の側、すなわちソース領域６１５
の反対側に設けられたＮ＋ドープされた材料を有する。
ソース領域６１５は、トレンチキャパシタの電極に接続
されている。
【００５１】トレンチキャパシタ６１８は、一般に、第
１の電極、第２の電極及びそれらの間に設けられた誘電
体材料６２２を有する。Ｐ＋基板は、トレンチキャパシ
タ６１８の第１の電極として働き、接地されている。ト
レンチ６２３は、Ｐ＋基板に形成され、トレンチキャパ
シタ６１８の第２の電極として働くＮ＋ドープされたポ
リシリコンで満たされている。誘電体材料６２２は、第
１の電極（すなわち、Ｐ＋基板）及び第２の電極（すな
わち、Ｎ＋ポリシリコン）間に設けられている。上記の
ＤＲＡＭデバイスは、ｎ-ｐ-ｎトランジスタ、第１の電
極としてのＰ＋基板およびキャパシタの第２の電極とし
てのＮ＋ポリシリコンを利用するけれども、他のトラン
ジスタ設計と電極材料も、ＤＲＡＭデバイスを形成する
ために、本発明によって意図されている。
【００５２】本発明によれば、トレンチキャパシタ６１
８は、誘電体材料６２２と第１の電極６１９間に設けら
れた第１の接着/カプセル層６２４を有する。接着/カプ
セル層は、中間層の拡散を防ぐために、材料の中間層の
接着、カプセル化を与える層、または両方の機能を達成
する層としてここに定義される。好ましくは、第２の接
着/カプセル層２２５は誘電体材料と第２の電極６２１
間に設けることができる。トレンチキャパシタ６１８は
高アスペクト比のトレンチ構造に形成される。トレンチ
キャパシタの第１の電極６１９は、高アスペクト比のト
レンチ構造がエッチングされるドープされた基板を有す
る。トレンチ構造が基板にエッチングされると、第１の
接着/カプセル層６２４は、トレンチ構造の表面に設け
られ、第１の電極６１９（すなわち、Ｐ＋基板）への誘
電体材料６２２の接着を改善する。第１及び第２の電極
６１９，６２１は、タンタル（Ｔａ）、タングステン
（Ｗ）、それらから形成された窒化物（ＴａＸＮＹ、Ｗ
ＮＸ）及びそれらの、導電性材料と硝酸化された誘導体
の化合物（Ｔａ／ＴａＸＮＹ、Ｗ／ＷＮＸ）のような導
電性材料を有する。
【００５３】第１と第２の接着/カプセル層２２４、２
２５は、ＣＶＤ技術を使って、例えば有機金属ＣＶＤ
（a metal organic chemical vapor deposition: MOCV
D）技術によって堆積され、高アスペクト比のフィーチ
ャ内の表面上に薄いコンフォーマルな層を形成する。第
１の接着/カプセル層２２４は、アンモニア、窒素、酸
素、及びそれらの組合せからなる反応性ガスを硝酸化す
ることによって金属酸化物の層の高密度化から形成され
た金属窒化物を有する。金属酸化物は、ペンタエトキシ
タンタル（Ta(OC2H5)5）、シクロペンタンタンタルアジ
ド、タンタルペンタクロライド、Ta(OCH３）、及びそれ
らの組合せのグループから選択された金属含有先駆物質
のＣＶＤによって堆積される。金属窒化物は、金属酸化
物、例えばタンタル酸化物（Ｔａ２Ｏ５）または金属オ
キシニトライド、例えばタンタルオキシニトライド（Ｔ
ａＸＯＹＮＺ）として堆積されることができる重金属、
好ましくはタンタルの窒化物である。金属酸化物の層
は、層を硝酸化ガスの雰囲気で約２００℃と約８００℃
の間の温度に加熱することによって、または窒素含有ガ
スのプラズマを当てることによって、硝酸化される。プ
ラズマは、約２５ワットと約２０００ワットの間の電力
でエネルギーを処理チャンバへ容量的にまたは誘導的に
結合することによって生成することができる。
【００５４】第１の接着/カプセル層２２４は、約０.２
５μｍより小さい開口幅及び約５：１より大きなアスペ
クト比を有するフィーチャに対して、約５０Åと約５０
０Åの間の厚みに堆積される。例えば、第１の接着/カ
プセル層２２４は、約０.２５μｍの幅と約２.５μｍの
深さの大きさを有するフィーチャに対して、約３００Å
の厚さに堆積される。接着/カプセル層２２４は、それ
が十分な電気的導電性を与えるので、マイクロエレクト
ロニックデバイスにおいて底部の電極として有用であ
る。したがって、誘電体相に対する電極ゲート材料及び
接着/カプセル層２２４は、１つのプロセスで堆積さ
れ、システムの効率及びスループットを改善する。好ま
しくは、本発明による材料を有する底部電極は、約５０
０μΩ-ｃｍ、より好ましくは約２５０μΩ-ｃｍより少
ない固有抵抗ρを有する。
【００５５】再び図５を参照すると、接着/カプセル層
６２４がトレンチ構造の表面上に堆積された後、誘電体
層６２２が接着層６２４上に堆積される。好ましくは、
誘電体層６２２は、ＣＶＤによって堆積されることがで
きる高誘電体金属酸化物（すなわち、κ>４０）、例え
ばタンタル酸化物（Ｔａ２Ｏ５）を有する。最も好まし
くは、高誘電体金属酸化物は、金属窒化物の層へ高密度
化される金属酸化物の層と同じ先駆物質によって堆積さ
れる。本発明の高密度化プロセスによって、他のチャン
バまたは処理装置へ基板を移送する必要がなく、同じ先
駆物質が同じチャンバにおいて連続的に金属窒化物の接
着層６２４と金属酸化物の誘電体層６２２を堆積するこ
とができる。代わりに、金属酸化物の誘電体層６２２
は、ＨＤＰ-ＰＶＤチャンバにおいて反応性スパッタリ
ング技術を用いて堆積することができる。この誘電体層
６２２は、好ましくは、約２０オングストームと約２０
０Åの間、より好ましくは約８０Åと約１００Åの間の
厚さに堆積される。
【００５６】第２の接着/カプセル層２２５は、誘電体
層６２２上に任意に堆積することができる。好ましく
は、第２の接着/カプセル層２２５は、第１の接着/カプ
セル層６２４（上述された）と同じ材料を有し、第１の
接着/カプセル層６２４に対して上述されたＣＶＤ技術
と先駆物質を用いて堆積される。接着/カプセル層が誘
電体材料と同族じまたは類似の族の元素を有するので、
上に述べられた材料は、誘電体材料への電極材料の接着
を改善すると考えられる。例えば、Ｔａ２Ｏ５から変換
されたＴａＮベースの接着/カプセル層は、Ｔａ２Ｏ５
誘電体材料への良好な接着を与える。
【００５７】トレンチキャパシタ６１８を完成するため
に、第２の電極６２１がトレンチ構造の第２の接着/カ
プセル層２２５上に形成される。第２の電極の材料は、
トレンチ構造を充填し、ＤＲＡＭデバイスのアクセスト
ランジスタのソース領域６１５へ接続される。ＤＲＡＭ
デバイスを完成するために、ＤＲＡＭデバイスのアクセ
ストランジスタ６１２が、この分野で一般に既知の技術
を用いて、トレンチキャパシタの上部に或いは近接して
形成される。
【００５８】第１と第２の接着/カプセル層６２４と２
２５は、誘電体層の誘電率を増加するために用いられる
続くアニールプロセス中に誘電体層６２２を保護する。
アニールプロセスは、従来のロアニールチャンバ及び急
速熱アニールチャンバを有するいろいろなアニールチャ
ンバ内で行なわれる。一般に、アニールチャンバは、良
く知られ、商業的に利用可能である。アニールチャンバ
の例は、Applied Materials, Inc.から利用できるＲＴ
Ｐ ＸＥplus Centura（登録商標）である。発明者は、P
eabdy, MassachusettsにあるEaton Corporation Therma
l Processing Systemのような製造業者から商業的に利
用できるたの熱プロセッサを使用することも意図してい
る。好ましくは、誘電体層６２２は、急速熱アニールプ
ロセス炉内で、約５００℃と約８００℃の間の温度で、
約３０秒から約１２０秒間アニールされる。もし、従来
の熱アニール炉においてアニールされるなら、誘電体６
２２は、好ましくは、約３００℃と約６００℃の間の温
度で、約５分から約５０分間アニールされる。
【００５９】ゲート電極のライナーとしての適用に加え
て、本発明は、現在実施されているバリア/接着層より
比較的高い誘電率を有する接着/カプセル層からの利点
を得るように適用することが有用である。本発明による
ＴａＮＸ層の層化合物及び特性は、ＨＤＣ材料、例えば
Ｔａ２Ｏ５とほぼ同じ誘電率を備える。高誘電率のバリ
ア/接着層は、ＨＤＣ材料と同様の、接着層、誘電体層
及びカプセル層の全体的に効果的な中間層の誘電率を備
える。さらに、ＴａＮＸの誘電体特性は、一般に、これ
らの層における窒素の含有量の増加と共に増加するの
で、ＨＤＣ材料と同様な誘電率を与えるために、硝酸化
する条件を変えることによって可変誘電率のＴａＮ層を
生成することができる。例えば、タンタル窒化物（Ｔａ
ＮＸ）の１つのフェーズ(phase)、すなわち窒素の豊富
なＴａ３Ｎ５は、約５０及びそれ以上のＴａ２Ｏ５の誘
電率と同様の、４０またはそれより高い誘電率を有する
絶縁フェーズである。
【００６０】更に、発明者は、図６に概要の目的で示さ
れたＤＲＡＭ設計に加えて、いろいろなＤＲＡＭ設計に
おいて、本発明によるトレンチキャパシタの適用を意図
している。例えば、１つの可能なＤＲＡＭ設計におい
て、アクセストランジスタは、トレンチキャパシタ上の
位置に直接設けることができる。
【００６１】以上の説明は、本発明の好適な実施の形態
についてなされたが、本発明の他の、及び更なる実施の
形態が本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考え
られる。本発明の範囲は請求の範囲によって定められ
る。
【００６２】
【発明の効果】添付図面は、本発明の代表的な実施の形
態のみを示したものであり、したがって、本発明の範囲
を限定的に考えるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上でＣＶＤ及びＰＶＤプロセスを行なうの
に適した一体化されたマルチチャンバ装置の概略平面図
である。
【図２】本発明の金属層を形成するのに有用な高密度プ
ラズマＰＶＤチャンバである。
【図３】本発明のチャンバのＣＶＤ堆積プロセスを行な
うのに適したＣＶＤチャンバの概略断面図である。
【図４】本発明のコンピュータプログラムのハイアラキ
カルな制御構造を示す簡略化されたブロック図である。
【図５】本発明による相互接続を形成するためのメタラ
イゼーション技術を示す、誘電体層における相互接続の
断面図である。
【図６】本発明による、トレンチを有するＤＲＡＭの断
面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/768 Ｈ０１Ｌ 21/90 Ｃ 21/8242 27/10 ６２５Ａ 27/108 ６５１ (72)発明者 スティーヴ ジー ガネイアム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94024 ロス アルトス モートン アベ ニュー 1586 (72)発明者 ハイアン ティ トラン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェイル カーニー テラ ス 860 Ｆターム(参考） 4K030 AA11 BA17 BA42 DA09 JA10 JA11 JA16 LA15 4M104 BB17 BB32 CC01 DD39 DD44 DD45 DD52 DD53 DD75 DD79 DD86 FF18 FF22 5F033 HH08 HH11 HH19 HH21 HH32 JJ08 JJ11 JJ19 JJ21 JJ32 KK01 MM08 MM13 NN06 NN07 PP02 PP06 PP15 PP27 PP28 QQ00 QQ73 QQ78 WW03 WW07 5F058 BA05 BA09 BA10 BA20 BC03 BC09 BF02 BF11 BF64 BH01 BJ04 BJ06 BJ10 5F083 AD16 GA25 JA06 PR15 PR21 PR22 PR33 PR34

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板を処理するための方法であって、 基板上に金属酸化物の膜を堆積するステップと、 前記金属酸化物の膜を硝酸化ガスに曝して、金属窒化物
    の膜を形成するステップと、有する方法。
  2. 【請求項２】前記金属酸化物の膜はタンタル酸化物を有
    し、且つ金属窒化物の膜はタンタル窒化物（Ｔａ
    ＸＮＹ）を有することを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】前記金属酸化物の膜は、ペンタエトキシタ
    ンタル（Ta(OC2H5)5）、シクロペンタンタンタルアジ
    ド、タンタルペンタクロライド、Ta(OCH3)、及びそれら
    の組合せからなるグループから選択された先駆物質の化
    学気相堆積によって堆積されることを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記硝酸化ガスは、窒素、アンモニア、亜
    酸化窒素、及びそれらの組合せからなるグループから選
    択されたガスを有することを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  5. 【請求項５】前記硝酸化ガスは、更に、酸素、水素、及
    びそれらの組合せからなるグループから選択されたガス
    を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記金属酸化物の膜を硝酸化するステップ
    は、硝酸化ガス中で、金属酸化物の膜を約２００℃と約
    ８００℃の間の温度で加熱するステップを有することを
    特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記金属酸化物の膜を硝酸化するステップ
    は、約２５ワット及び約２０００ワットの間の電力を処
    理チャンバへ与えることによってプラズマを発生するス
    テップを有することを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  8. 【請求項８】基板上にフィーチャを形成するための方法
    であって、（ａ）基板上に誘電体層を堆積するステップ
    と、（ｂ）前記誘電体層内に開口をエッチングして、前
    記基板を露出するステップと、（ｃ）前記基板上に金属
    酸化物の層を堆積するステップと、（ｄ）前記金属酸化
    物の層を硝酸化ガスに曝して、金属酸化物の層を高密度
    化し、金属窒化物の層を形成するステップと、を有する
    ことを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】さらに、金属酸化物の層を堆積する前に金
    属の層を堆積するステップを有することを特徴とする請
    求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記金属酸化物の層はタンタル酸化物を
    有し、且つ金属窒化物の層はタンタル窒化物を有するこ
    とを特徴とする請求項８に記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記金属酸化物の層は、ペンタエトキシ
    タンタル（Ta(OC2H5)5）、シクロペンタンタンタルアジ
    ド、タンタルペンタクロライド、Ta(OCH3)、及びそれら
    の組合せからなるグループから選択された先駆物質の化
    学気相堆積によって堆積されることを特徴とする請求項
    ８に記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記硝酸化ガスは、窒素、アンモニア、
    亜酸化窒素、及びそれらの組合せからなるグループから
    選択されたガスを有することを特徴とする請求項８に記
    載の方法。
  13. 【請求項１３】前記硝酸化ガスは、更に、酸素、水素、
    及びそれらの組合せからなるグループから選択されたガ
    スを有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記金属酸化物の層を高密度化するステ
    ップは、硝酸化ガス中で、金属酸化物の層を約２００℃
    と約８００℃の間の温度で加熱するステップを有するこ
    とを特徴とする請求項８に記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記金属酸化物の層を高密度化するステ
    ップは、約２５ワット及び約２０００ワットの間の電力
    を処理チャンバへ与えることによってプラズマを発生す
    るステップを有することを特徴とする請求項８に記載の
    方法。
  16. 【請求項１６】さらに、金属窒化物の層上に導電性金属
    の層を堆積するステップを有することを特徴とする請求
    項８に記載の方法。
  17. 【請求項１７】マイクロエレクトロニックデバイスを形
    成するための方法であって、（ａ）第１の電極を形成す
    るステップと、（ｂ）（１）基板上に金属酸化物の層を
    堆積するステップと、 （２）前記金属酸化物の層を硝酸化ガスに曝して、前記
    金属酸化物の層を高密度化して、金属窒化物の層を形成
    するステップと、 を有する前記第１の電極上に金属窒化物の層を堆積する
    ステップと、（ｃ）前記金属窒化物上に誘電体の層を堆
    積するステップと、（ｄ）前記誘電体の層上に第２の電
    極を形成するステップと、を有する方法。
  18. 【請求項１８】前記金属酸化物の層はタンタル酸化物を
    有し、且つ金属窒化物の層はタンタル窒化物を有するこ
    とを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記金属酸化物の層は、ペンタエトキシ
    タンタル（Ta(OC2H5)5）、シクロペンタンタンタルアジ
    ド、タンタルペンタクロライド、Ta(OCH3)、及びそれら
    の組合せからなるグループから選択された先駆物質の化
    学気相堆積によって堆積されることを特徴とする請求項
    １７に記載の方法。
  20. 【請求項２０】前記硝酸化ガスは、窒素、アンモニア、
    亜酸化窒素、及びそれらの組合せからなるグループから
    選択されたガスを有することを特徴とする請求項１７に
    記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記硝酸化ガスは、更に、酸素、水素、
    及びそれらの組合せからなるグループから選択されたガ
    スを有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記金属酸化物の層は、硝酸化ガス中
    で、金属酸化物の層を約２００℃と約８００℃の間の温
    度で加熱するステップを有することを特徴とする請求項
    ８に記載の方法。
  23. 【請求項２３】前記金属酸化物の層を硝酸化するステッ
    プは、プラズマをたたくステップを有し、前記プラズマ
    は、約２５ワット及び約２０００ワットの間の電力で処
    理チャンバへエネルギーを容量的または誘導的に結合す
    るステップを有することを特徴とする請求項１７に記載
    の方法。
  24. 【請求項２４】前記誘電体の層は高誘電率材料を有する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  25. 【請求項２５】前記高誘電率材料はタンタル酸化物（Ta
    2O5）であることを特徴とする請求項２４に記載の方
    法。
  26. 【請求項２６】前記金属窒化物の層及び前記誘電体の層
    は、同じチャンバ内でシーケンシャルに堆積されること
    を特徴とする請求項１７に記載の方法。
  27. 【請求項２７】前記金属窒化物の層及び前記誘電体の層
    は、同じ先駆物質から堆積されることを特徴とする請求
    項１７に記載の方法。
  28. 【請求項２８】更に、従来のアニール炉において、約３
    ００℃と約８００℃の間の温度で、約５分から約５０分
    間、前記基板をアニールするステップを有することを特
    徴とする請求項１７に記載の方法。
  29. 【請求項２９】更に、急速熱アニールプロセッサにおい
    て、約５００℃と約８００℃の間の温度で、約３０秒か
    ら約１２０秒間、前記基板をアニールするステップを有
    することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  30. 【請求項３０】さらに、（ｅ）（１）基板上に金属酸化
    物の層を堆積するステップと、（２）前記金属酸化物の
    層を硝酸化ガスに曝して、前記金属酸化物の層を高密度
    化し、金属窒化物の層を形成するステップと、を有す
    る、前記誘電体の層と第２の電極間に金属窒化物の層を
    堆積するステップを有することを特徴とする請求項１７
    に記載の方法。
  31. 【請求項３１】前記金属酸化物の膜はタンタル酸化物
    （Ta2O5）を有し、且つ金属窒化物の膜はタンタル窒化
    物（TaＸNＹ）を有することを特徴とする請求項３０に
    記載の方法。
  32. 【請求項３２】前記金属窒化物の層及び前記誘電体の層
    は、同じ先駆物質から堆積されることを特徴とする請求
    項３０に記載の方法。
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