JP2003209110A - Method of manufacturing metal oxide nitride film, and insulated gate fet and method of manufacturing the same - Google Patents

Method of manufacturing metal oxide nitride film, and insulated gate fet and method of manufacturing the same

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JP2003209110A
JP2003209110A JP2002008335A JP2002008335A JP2003209110A JP 2003209110 A JP2003209110 A JP 2003209110A JP 2002008335 A JP2002008335 A JP 2002008335A JP 2002008335 A JP2002008335 A JP 2002008335A JP 2003209110 A JP2003209110 A JP 2003209110A
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JP
Japan
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layer
forming
reactant
oxygen
aluminum
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Japanese (ja)
Inventor
Kojiro Nagaoka
弘二郎 長岡
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Sony Corp
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Sony Corp
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the performance of an insulated gate FET by providing a metal oxide nitride film which becomes a material for a gate insulation film for suppressing the penetration of boron, and then forming a gate insulation film by a method of manufacturing the metal oxide nitride film. <P>SOLUTION: A method of manufacturing an insulated gate FET comprises a process of forming a metal layer by the chemical absorption of a metal element of a substrate by introducing a first reactant containing the metal element by 'the introduction of the first reactant containing metal element' 03, and then forming an oxygen layer by introducing a second reactant containing oxygen by 'the introduction of the second reactant containing oxygen' 05 and reacting the second reactant with the first one absorbed by the substrate; and a process of forming a metal layer by the chemical absorption of a metal element by introducing the first reactant containing the metal element by 'the introduction of the first reactant containing metal element' 07, and then forming a nitride layer by introducing a third reactant containing nitrogen by 'the introduction of the third reactant containing nitrogen' 09 and reacting the third reactant with the first reactant absorbed. Both of the processes are conducted using an ALD method. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、金属酸窒化膜の製
造方法、絶縁ゲート型電界効果トランジスタおよびその
製造方法に関し、詳しくは金属の層、酸素の層、窒素の
層を原子層ごとに堆積してなる金属酸窒化膜の製造方法
およびその金属酸窒化膜を用いた絶縁ゲート型電界効果
トランジスタおよびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a metal oxynitride film, an insulated gate field effect transistor and a method for producing the same, and more specifically, depositing a metal layer, an oxygen layer and a nitrogen layer for each atomic layer. The present invention relates to a method for producing a metal oxynitride film, an insulated gate field effect transistor using the metal oxynitride film, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、MOS(Metal Oxide Semiconduc
tor)トランジスタを始めとする絶縁ゲート型電界効果
トランジスタの微細化がますます進行している.これに
ともないゲート絶縁膜の膜厚が薄くなり、ゲートリーク
などの問題からその限界が見えてきている。
2. Description of the Related Art In recent years, MOS (Metal Oxide Semiconduc
The miniaturization of insulated gate field effect transistors, including transistors, is progressing more and more. Along with this, the film thickness of the gate insulating film becomes thinner, and the limit is becoming apparent due to problems such as gate leakage.

【0003】そのため、ゲート絶縁膜の誘電率を高くす
る必要が生じてきており、種々の金属酸化膜についてそ
の適用が検討されている.金属酸化膜の形成手法として
は、化学的気相成長(以下CVDという、CVDは Che
mical Vapor Deposition の略)法やスパッタリング
法、ALD(Atomic Layer Deposition)法などが検討
されている。
Therefore, it has become necessary to increase the dielectric constant of the gate insulating film, and its application to various metal oxide films has been studied. As a method for forming a metal oxide film, chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD,
mical vapor deposition) method, sputtering method, ALD (Atomic Layer Deposition) method and the like are being studied.

【0004】微細化が進んだMOSトランジスタでは、
N型MOSトランジスタの場合、高濃度N型ポリシリコ
ンを用い、P型MOSトランジスタの場合には高濃度P
型ポリシリコンを用いて、シリコン基板表面にチャネル
領域を設けた表面チャネル型が用いられる.
In the miniaturized MOS transistor,
High-concentration N-type polysilicon is used for N-type MOS transistors, and high concentration P-type for P-type MOS transistors.
A surface-channel type is used in which a channel region is provided on the surface of a silicon substrate using type polysilicon.

【0005】この表面チャネル型MOSトランジスタの
製造においては、シリコン基板表面にゲート絶縁膜を形
成し、その上に不純物を導入しない状態でポリシリコン
膜を形成してゲート電極形状に加工する。その後、ゲー
ト電極およびソース・ドレイン領域となるシリコン基板
表面に、同時に不純物イオンを注入して、熱処理を加え
ることにより不純物領域の活性化を行うという方法が用
いられる。
In the manufacture of this surface channel type MOS transistor, a gate insulating film is formed on the surface of a silicon substrate, and a polysilicon film is formed on the gate insulating film without introducing impurities and processed into a gate electrode shape. Thereafter, a method is used in which impurity ions are simultaneously implanted into the surface of the silicon substrate to be the gate electrode and the source / drain regions, and heat treatment is applied to activate the impurity regions.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記不
純物として、N型MOSトランジスタの場合にはリン、
P型MOSトランジスタの場合にはホウ素を用いる。そ
して、P型MOSトランジスタにおいては、ホウ素の拡
散速度がリンの拡散速度と比べて非常に大きいため、不
純物活性化のための熱処理を行った際に、ゲート電極中
のホウ素がゲート絶縁膜を突き抜けてチャネル領域に拡
散することがあった。その結果、トランジスタのしきい
値電圧がばらつく等、トランジスタ特性に悪影響を与え
ていた。また、ゲート絶縁膜に高誘電体膜を用いた場合
でも、上記同様に、不純物活性化の熱処理によりゲート
電極中のホウ素がゲート絶縁膜を突き抜けてチャネル領
域に拡散して、トランジスタのしきい値電圧をばらつか
せて、トランジスタ特性に悪影響を与えていた。
However, in the case of an N-type MOS transistor, phosphorus is used as the impurities.
Boron is used in the case of a P-type MOS transistor. In a P-type MOS transistor, the diffusion rate of boron is much higher than the diffusion rate of phosphorus, so that boron in the gate electrode penetrates through the gate insulating film when heat treatment for activating impurities is performed. Sometimes diffused into the channel region. As a result, the threshold voltage of the transistor varies, which adversely affects the transistor characteristics. Even when a high-dielectric film is used for the gate insulating film, similarly to the above, boron in the gate electrode penetrates through the gate insulating film and diffuses into the channel region by the heat treatment for activating the impurities, and the threshold voltage of the transistor is increased. The voltage was varied and the transistor characteristics were adversely affected.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた金属酸窒化膜の製造方法および絶
縁ゲート型電界効果トランジスタおよびその製造方法で
ある。
The present invention is a method for manufacturing a metal oxynitride film, an insulated gate field effect transistor and a method for manufacturing the same, which have been made to solve the above problems.

【0008】本発明の第1の金属酸窒化膜の製造方法
は、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて、
金属の層を形成してその後に酸素の層を形成する工程
と、金属の層を形成してその後に窒素の層を形成する工
程とを行う。
The first method for producing a metal oxynitride film of the present invention uses an ALD (Atomic Layer Deposition) method,
A step of forming a metal layer and then an oxygen layer, and a step of forming a metal layer and then a nitrogen layer are performed.

【0009】すなわち、金属の層を形成してその後に酸
素の層を形成する工程は、反応炉内に金属元素を含む第
1反応物を導入してこの反応炉内に収納された基板上に
金属元素を化学吸着させて金属の層を形成する工程と、
反応炉内に不活性ガスを導入して未反応物を除去する工
程と、酸素を含む第2反応物を導入して基板に吸着した
第1反応物と反応させ、酸素の層を形成する工程とから
なる。また、金属の層を形成してその後に窒素の層を形
成する工程は、反応炉内に金属元素を含む第1反応物を
導入して基板に形成された堆積層上に金属元素を化学吸
着させて金属の層を形成する工程と、反応炉内に不活性
ガスを導入して未反応物を除去する工程と、窒素を含む
第3反応物を導入して吸着した第1反応物と反応させて
窒素の層を形成する工程とからなる。
That is, in the step of forming a metal layer and then forming an oxygen layer, a first reaction product containing a metal element is introduced into a reaction furnace and a substrate accommodated in the reaction furnace is introduced. A step of chemically adsorbing a metal element to form a metal layer,
A step of introducing an inert gas into the reaction furnace to remove unreacted materials, and a step of introducing a second reactant containing oxygen and reacting it with the first reactant adsorbed on the substrate to form an oxygen layer. Consists of. In addition, in the step of forming the metal layer and then forming the nitrogen layer, the first reactant containing the metal element is introduced into the reaction furnace to chemisorb the metal element on the deposited layer formed on the substrate. To form a metal layer, introducing an inert gas into the reaction furnace to remove unreacted materials, and introducing a third reactant containing nitrogen to react with the adsorbed first reactant. And forming a layer of nitrogen.

【0010】上記第1の金属酸窒化膜の製造方法では、
原子層レベルの堆積によって、金属の層上に酸素の層が
形成され、さらに金属の層が形成され、この金属の層上
に窒素の層が形成されるので、欠陥のない金属酸窒化膜
が得られる。
In the above first method of manufacturing a metal oxynitride film,
Atomic layer level deposition forms a layer of oxygen on a layer of metal, then a layer of metal, and a layer of nitrogen on this layer of metal, thus forming a defect-free metal oxynitride film. can get.

【0011】本発明の第2の金属酸窒化膜の製造方法
は、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて、
金属窒化物の層を形成する工程と、酸素の層を形成する
工程とを行う。
The second method for producing a metal oxynitride film according to the present invention uses an ALD (Atomic Layer Deposition) method.
A step of forming a metal nitride layer and a step of forming an oxygen layer are performed.

【0012】すなわち、金属窒化物の層を形成する工程
は、反応炉内に金属元素と窒素とを含む第1反応物を導
入してこの反応炉内に収納された基板上に第1反応物を
化学吸着させて金属窒化物の層を形成する工程からな
り、酸素の層を形成する工程は、反応炉内に酸素を含む
第2反応物を導入して吸着した第1反応物と反応させて
酸素の層を形成する工程からなる。
That is, in the step of forming the metal nitride layer, the first reaction product containing the metal element and nitrogen is introduced into the reaction furnace and the first reaction product is placed on the substrate housed in the reaction furnace. Is chemically chemisorbed to form a metal nitride layer. In the step of forming the oxygen layer, a second reactant containing oxygen is introduced into the reaction furnace and reacted with the adsorbed first reactant. Forming a layer of oxygen.

【0013】上記第2の金属酸窒化膜の製造方法では、
原子層レベルの堆積によって、金属窒化物の層上に酸素
の層が形成されるので、欠陥のない金属酸窒化膜が得ら
れる。
In the second method for producing a metal oxynitride film,
Deposition at the atomic layer level forms a layer of oxygen over the layer of metal nitride, resulting in a defect-free metal oxynitride film.

【0014】本発明の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タは、半導体領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極
が形成された絶縁ゲート型電界効果トランジスタであっ
て、前記ゲート絶縁膜はALD法によって成膜されたア
ルミニウム酸窒化膜からなるものである。
The insulated gate field effect transistor of the present invention is an insulated gate field effect transistor in which a gate electrode is formed on a semiconductor region via a gate insulating film, and the gate insulating film is formed by an ALD method. The aluminum oxynitride film.

【0015】上記絶縁ゲート型電界効果トランジスタで
は、ゲート絶縁膜がALD法によって成膜されたアルミ
ニウム酸窒化膜からなることから、緻密な絶縁膜となっ
ている。そのため、不純物の活性化熱処理の際にゲート
電極中のホウ素がチャネルが形成される半導体領域へ突
き抜けることが防止されているので、絶縁ゲート型電界
効果トランジスタは、リーク電流が抑制されたものとな
り、またしきい値電圧のばらつきが小さく信頼性の高い
ものになる。
In the above insulated gate field effect transistor, the gate insulating film is a dense insulating film because it is made of an aluminum oxynitride film formed by the ALD method. Therefore, during the activation heat treatment of impurities, boron in the gate electrode is prevented from penetrating into the semiconductor region where the channel is formed, so that the insulated gate field effect transistor has a suppressed leakage current, Further, the variation in threshold voltage is small and the reliability is high.

【0016】本発明の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの製造方法は、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極が形成される絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜を形成す
る工程は、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用
いて、アルミニウム原子の層を形成してその後に酸素原
子の層を形成する工程と、アルミニウム原子の層を形成
してその後に窒素原子の層を形成する工程とを行う。
A method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the present invention is a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor in which a gate electrode is formed on a silicon substrate via a gate insulating film. The step of forming is a step of forming a layer of aluminum atoms and then forming a layer of oxygen atoms by using an ALD (Atomic Layer Deposition) method, and a step of forming a layer of aluminum atoms and then forming a layer of nitrogen atoms. And a step of forming a layer.

【0017】すなわち、アルミニウム原子の層を形成し
てその後に酸素原子の層を形成する工程は、反応炉内に
アルミニウムを含む第1反応物を導入してこの反応炉内
に収納された基板上にアルミニウムを化学吸着させてア
ルミニウム原子の層を形成する工程と、反応炉内に不活
性ガスを導入して未反応物を除去する工程と、酸素を含
む第2反応物を導入して基板に吸着した第1反応物と反
応させて酸素の層を形成する工程とからなる。アルミニ
ウム原子の層を形成してその後に窒素原子の層を形成す
る工程は、反応炉内にアルミニウムを含む第1反応物を
導入して前記基板に形成された堆積層上にアルミニウム
を化学吸着させてアルミニウム原子の層を形成する工程
と、反応炉内に不活性ガスを導入して未反応物を除去す
る工程と、窒素を含む第3反応物を導入して吸着した第
1反応物と反応させて窒素の層を形成する工程とからな
る。
That is, in the step of forming a layer of aluminum atoms and then forming a layer of oxygen atoms, the first reactant containing aluminum is introduced into the reaction furnace and the substrate contained in the reaction furnace is introduced. To chemically adsorb aluminum to form a layer of aluminum atoms, to introduce an inert gas into the reaction furnace to remove unreacted materials, and to introduce a second reactant containing oxygen to the substrate. Reacting with the adsorbed first reactant to form an oxygen layer. The step of forming a layer of aluminum atoms and then forming a layer of nitrogen atoms includes introducing a first reactant containing aluminum into a reaction furnace to chemically adsorb aluminum on the deposited layer formed on the substrate. To form a layer of aluminum atoms, a step of introducing an inert gas into the reaction furnace to remove unreacted materials, and a third reactant containing nitrogen introduced and reacted with the adsorbed first reactant. And forming a layer of nitrogen.

【0018】上記絶縁ゲート型電界効果トランジスタの
製造方法では、欠陥のないアルミニウム酸窒化膜が形成
されるので、不純物の活性化熱処理を行ってもゲート電
極中のホウ素がチャネルが形成される半導体領域へ突き
抜けることが防止される。このため、リーク電流が抑制
され、しきい値電圧のばらつきが小さく信頼性の高い絶
縁ゲート型電界効果トランジスタを製造することが可能
になる。
In the above-described method for manufacturing an insulated gate field effect transistor, since a defect-free aluminum oxynitride film is formed, boron in the gate electrode forms a channel in a semiconductor region even if impurity activation heat treatment is performed. Is prevented from penetrating. Therefore, it becomes possible to manufacture a highly reliable insulated gate field effect transistor in which leakage current is suppressed, variation in threshold voltage is small.

【0019】本発明の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの製造方法は、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極が形成される絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタの製造方法であって、ゲート絶縁膜を形成する工
程は、ALD(Atomic LayerDeposition)法を用いて、
アルミニウム窒化物の層を形成する工程と、酸素の層を
形成する工程とを繰り返し行ってアルミニウム酸窒化膜
を形成する。
A method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the present invention is a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor in which a gate electrode is formed on a silicon substrate via a gate insulating film. The forming step uses an ALD (Atomic Layer Deposition) method,
The step of forming a layer of aluminum nitride and the step of forming a layer of oxygen are repeated to form an aluminum oxynitride film.

【0020】すなわち、アルミニウム窒化物の層を形成
する工程は、反応炉内にアルミニウムと窒素とを含む第
1反応物を導入してこの反応炉内に収納された基板上に
前記第1反応物を化学吸着させてアルミニウム窒化物の
層を形成する工程からなる。酸素の層を形成する工程
は、反応炉内に酸素を含む第2反応物を導入して吸着し
た第1反応物と反応させる工程からなる。
That is, in the step of forming the layer of aluminum nitride, the first reaction product containing aluminum and nitrogen is introduced into the reaction furnace and the first reaction product is placed on the substrate housed in the reaction furnace. To form a layer of aluminum nitride. The step of forming an oxygen layer includes the step of introducing a second reactant containing oxygen into the reaction furnace and reacting it with the adsorbed first reactant.

【0021】上記絶縁ゲート型電界効果トランジスタの
製造方法では、欠陥のないアルミニウム酸窒化膜が形成
されるので、不純物の活性化熱処理を行ってもゲート電
極中のホウ素がチャネルが形成される半導体領域へ突き
抜けることが防止される。このため、リーク電流が抑制
され、しきい値電圧のばらつきが小さく信頼性の高い絶
縁ゲート型電界効果トランジスタを製造することが可能
になる。
In the above-described method of manufacturing an insulated gate field effect transistor, since a defect-free aluminum oxynitride film is formed, boron in the gate electrode forms a channel in the semiconductor region even if the impurity activation heat treatment is performed. Is prevented from penetrating. Therefore, it becomes possible to manufacture a highly reliable insulated gate field effect transistor in which leakage current is suppressed, variation in threshold voltage is small.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】まず、本発明の金属酸窒化膜の製
造方法に用いるALD(Atomic Layer Deposition)装置
の反応炉の一例を、図4の概略構成断面図によって説明
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, an example of a reaction furnace of an ALD (Atomic Layer Deposition) apparatus used in the method for producing a metal oxynitride film of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG.

【0023】図4に示すように、ALD装置の反応炉2
0は以下のような構成をなす。すなわち、反応炉20の
上部には、反応ガスを導入する配管21a、21b、2
1cが接続されるガス切り替えバルブ22が設置されて
いる。このガス切り替えバルブ22にはガス導入路23
を介して反応ガスを反応炉20内に導入するシャワーヘ
ッド24が反応炉20内に設置されている。反応炉20
内のシャワーヘッド22に対向する位置には、被処理基
板31を載置するステージ25が例えば昇降自在に設置
されている。また反応炉20の下部には排気口26が形
成されている。
As shown in FIG. 4, the reactor 2 of the ALD apparatus is used.
0 has the following configuration. That is, pipes 21 a, 21 b, 2 for introducing the reaction gas are provided above the reaction furnace 20.
A gas switching valve 22 to which 1c is connected is installed. A gas introduction passage 23 is provided in the gas switching valve 22.
A shower head 24 that introduces a reaction gas into the reaction furnace 20 via the above is installed in the reaction furnace 20. Reactor 20
At a position facing the shower head 22 in the inside, a stage 25 on which a substrate 31 to be processed is placed is installed, for example, so as to be vertically movable. An exhaust port 26 is formed in the lower part of the reaction furnace 20.

【0024】なお、上記ALD装置の反応炉20には、
図示はしないが、反応炉20内ヘ被処理基板31を搬送
するためのゲートバルブ、反応炉20内を真空に保つた
めのポンプ等が設置されている。
In the reaction furnace 20 of the ALD apparatus,
Although not shown, a gate valve for transporting the substrate 31 to be processed into the reaction furnace 20, a pump for maintaining a vacuum inside the reaction furnace 20, and the like are installed.

【0025】次に、本発明の第1の金属酸窒化膜の製造
方法に係る一実施の形態を、アルミニウム酸窒化膜の製
造方法を一例に、図1のフローチャート、図2、図3の
堆積模式図によって説明する。
Next, one embodiment according to the first method for producing a metal oxynitride film of the present invention will be described by taking the method for producing an aluminum oxynitride film as an example and depositing the flowchart of FIG. 1 and FIGS. This will be described with reference to schematic diagrams.

【0026】図1に示すように、まず「被処理基板の入
炉」1を行う。すなわち、前記図4によって説明したA
LD装置の反応炉20内に被処理基板(例えばシリコン
基板)31を導入する。被処理基板31の導入は、反応
炉20のゲートバルブ(図示せず)を開放することによ
り導入し、ステージ25上へ移載される。その後、上記
ゲートバルブを閉じる。このときの反応炉20内の状態
は、100℃〜500℃程度に加熱されており、反応炉
20内圧力は到達真空圧まで達している。ここでは、一
例として、炉内温度を300℃、炉内圧力を1Paの状
態にして導入した。
As shown in FIG. 1, first, "injection of substrate to be processed" 1 is performed. That is, A described with reference to FIG.
A target substrate (for example, a silicon substrate) 31 is introduced into the reaction furnace 20 of the LD device. The substrate 31 to be processed is introduced by opening a gate valve (not shown) of the reaction furnace 20 and transferred onto the stage 25. Then, the gate valve is closed. At this time, the state inside the reaction furnace 20 is heated to about 100 ° C. to 500 ° C., and the pressure inside the reaction furnace 20 reaches the ultimate vacuum pressure. Here, as an example, the furnace temperature was 300 ° C., and the furnace pressure was 1 Pa for introduction.

【0027】このとき、図2の(1)のように、被処理
基板31表面は酸素(O)が吸着した状態となってい
る。
At this time, as shown in FIG. 2A, the surface of the substrate 31 to be processed is in a state where oxygen (O) is adsorbed.

【0028】その後、「パージ」2を行う。このパージ
は、被処理基板31が十分に加熱されて被処理基板31
の温度が均一になった後、シャワーヘッド24から反応
炉20内に不活性ガスとして例えばアルゴンガスを導入
し、反応炉20内を十分にパージする。このときのガス
流量は2000cm3 /min程度に設定している。た
だし、この不活性ガスのパージについては、パージの時
間、回数、ガス流量など、特に規定はしない。
Thereafter, "purge" 2 is performed. In this purging, the substrate 31 to be processed is sufficiently heated and the substrate 31 to be processed is
After the temperature becomes uniform, an inert gas such as argon gas is introduced into the reaction furnace 20 from the shower head 24 to sufficiently purge the reaction furnace 20. The gas flow rate at this time is set to about 2000 cm 3 / min. However, regarding the purging of the inert gas, the purging time, the number of times, the gas flow rate, etc. are not particularly specified.

【0029】上記不活性ガスのパージが終了した後、
「金属元素を含む第1反応物の導入」3により、金属元
素を含む第1反応物としてトリメチルアルミニウム(T
MA)をシャワーヘッド24から反応炉20内に導入す
る。このときの被処理基板31の状態は、図2の(2)
に示すように被処理基板31にTMA〔Al(CH3
3 〕が吸着する。
After the purging of the inert gas is completed,
According to "Introduction of the first reactant containing a metal element" 3,
Trimethylaluminum (T
MA) from the shower head 24 into the reaction furnace 20.
It The state of the substrate 31 to be processed at this time is (2) in FIG.
As shown in FIG.3)
3] Is adsorbed.

【0030】その後、「未反応物の除去」4を行う。こ
の未反応物の除去を行うパージでは、シャワーヘッド2
4から反応炉20内に不活性ガスを導入して、反応炉2
0内より未反応のトリメチルアルミニウムを除去する。
このときのパージの条件としては、前記「パージ」02
の条件と同様の条件を用いる。
Then, "removal of unreacted substances" 4 is performed. In the purging for removing the unreacted substances, the shower head 2
4 to introduce an inert gas into the reaction furnace 20,
Unreacted trimethylaluminum is removed from within 0.
The conditions for purging at this time are as follows: “Purge” 02
The conditions similar to the conditions of are used.

【0031】次に、「酸素を含む第2反応物の導入」5
により、酸化剤となる反応炉20内に酸素を含む第2反
応物としてH2 Oを導入する。ここでは、シャワーヘッ
ド24よりH2 Oを導入している。このとき、図2の
(3)に示すように、被処理基板31の表面状態は、ア
ルミニウム(Al)と結合していたメチル基が水酸基に
置換されアルミニウム(Al)に水酸基(OH)が結合
した状態となる。
Next, "introduction of the second reactant containing oxygen" 5
Thus, H 2 O is introduced as the second reactant containing oxygen into the reaction furnace 20 serving as an oxidant. Here, H 2 O is introduced from the shower head 24. At this time, as shown in (3) of FIG. 2, the surface state of the substrate 31 to be processed is such that the methyl group bonded to aluminum (Al) is replaced with a hydroxyl group and the hydroxyl group (OH) is bonded to aluminum (Al). It will be in the state of doing.

【0032】その後、「未反応物の除去」6を行う。こ
の未反応物の除去を行うパージでは、シャワーヘッド2
4から反応炉20内に不活性ガスを導入して、反応炉2
0内より未反応のH2 Oを除去する。このときのパージ
の条件としては、前記「パージ」02の条件と同様の条
件を用いる。
Thereafter, "removal of unreacted substances" 6 is performed. In the purging for removing the unreacted substances, the shower head 2
4 to introduce an inert gas into the reaction furnace 20,
Unreacted H 2 O is removed from within 0. As the purging condition at this time, the same condition as the condition of the "purge" 02 is used.

【0033】その後、「金属元素を含む第1反応物の導
入」7により、金属元素を含む第1反応物としてトリメ
チルアルミニウム(TMA)をシャワーヘッド24から
反応炉20内に導入する。このとき、図3の(1)に示
すように、被処理基板31の状態は、被処理基板31に
TMA〔Al(CH3 3 〕が吸着する。すなわち、水
酸基(OH基)のHが切れて、水素が切れた酸素にAl
が結合する。
After that, trimethylaluminum (TMA) is introduced from the shower head 24 into the reaction furnace 20 as the first reactant containing the metal element by "introduction of the first reactant containing the metal element" 7. At this time, as shown in (1) of FIG. 3, in the state of the substrate 31 to be processed, TMA [Al (CH 3 ) 3 ] is adsorbed to the substrate 31 to be processed. That is, H of the hydroxyl group (OH group) is cut off and Al
Combine.

【0034】その後、「未反応物の除去」8を行う。こ
の未反応物の除去は、シャワーヘッド24から反応炉2
0内に不活性ガスをパージして、反応炉20内より未反
応のトリメチルアルミニウムを除去する。このときのパ
ージの条件としては、前記「パージ」02の条件と同様
の条件を用いる
Then, "removal of unreacted substances" 8 is performed. This unreacted material is removed from the shower head 24 through the reactor 2.
0 is purged with an inert gas to remove unreacted trimethylaluminum from the reaction furnace 20. As the purging condition at this time, the same condition as the condition of "Purge" 02 is used.

【0035】その後、「窒素を含む第3反応物の導入」
9により、シャワーヘッド24から反応炉20内に窒素
を含む第3反応物としてアンモニア(NH3 )を導入す
る。このとき、図3の(2)に示すように、被処理基板
31の状態は、被処理基板31にNH2 基が吸着する。
すなわち、TMAのメチル基がNH2 基に置換されて、
NH2 基が結合することになる。
Then, "introduction of the third reactant containing nitrogen"
9, ammonia (NH 3 ) is introduced from the shower head 24 into the reaction furnace 20 as the third reactant containing nitrogen. At this time, as shown in (2) of FIG. 3, in the state of the substrate to be processed 31, NH 2 groups are adsorbed to the substrate to be processed 31.
That is, the methyl group of TMA is replaced with an NH 2 group,
The NH 2 group will be bonded.

【0036】その後、「未反応物の除去」10を行う。
この未反応物の除去では、シャワーヘッド24から反応
炉20内に不活性ガスをパージして、反応炉20内より
未反応のアンモニアを除去する。このときのパージの条
件としては、前記「パージ」02の条件と同様の条件を
用いる
After that, "removal of unreacted substances" 10 is performed.
In the removal of the unreacted substances, an inert gas is purged from the shower head 24 into the reaction furnace 20 to remove unreacted ammonia from the reaction furnace 20. As the purging condition at this time, the same condition as the condition of "Purge" 02 is used.

【0037】次いで、「金属酸窒化膜は所望の膜厚か
?」11の判断によって、アルミニウム酸窒化膜が所望
の膜厚に達している場合、すなわち「Yes」の場合に
は成膜プロセスを終了し、所望の膜厚に達していない場
合、すなわち「No」の場合には、上記「金属元素を含
む第1反応物の導入」03から「未反応物の除去」10
までの処理を1サイクルとして、所望の膜厚に達するま
で繰り返し行う。
Next, if the aluminum oxynitride film has reached the desired film thickness, that is, if the answer is "Yes", the film forming process is performed according to the judgment of "Is the metal oxynitride film a desired film thickness?" When the process is completed and the desired film thickness is not reached, that is, “No”, the above “introduction of the first reactant containing the metal element” 03 to “removal of unreacted substances” 10
The above process is set as one cycle and is repeated until the desired film thickness is reached.

【0038】なお、上記製造方法においては、「酸素を
含む第2反応物の導入」5を「窒素を含む第3反応物の
導入」9よりも先に行ったが、「酸素を含む第2反応物
の導入」5を「窒素を含む第3反応物の導入」9よりも
後に行うことも可能である。すなわち、「酸素を含む第
2反応物の導入」5と「窒素を含む第3反応物の導入」
9とを入れ替えることも可能である。
In the above manufacturing method, the "introduction of the second reactant containing oxygen" 5 was performed before the "introduction of the third reactant containing nitrogen"9; It is also possible to carry out “introduction of the reactant” 5 after “introduction of the third reactant containing nitrogen” 9. That is, "introduction of second reactant containing oxygen" 5 and "introduction of third reactant containing nitrogen"
It is also possible to replace 9 with.

【0039】そして、再び「金属元素を含む第1反応物
の導入」03を行う。これにより、金属元素を含む第1
反応物としてトリメチルアルミニウム(TMA)をシャ
ワーヘッド24から反応炉20内に導入する。このとき
の被処理基板31の状態は、図4の(6)に示すよう
に、被処理基板31にTMA〔Al(CH3 3 〕が吸
着する。すなわち、アミド基(NH2 基)のHが切れ
て、水素が切れた窒素にTMAのAlが結合する。
Then, "introduction of the first reactant containing the metal element" 03 is performed again. Thereby, the first element containing the metal element
Trimethyl aluminum (TMA) is introduced into the reaction furnace 20 from the shower head 24 as a reactant. As for the state of the substrate 31 to be processed at this time, as shown in (6) of FIG. 4, TMA [Al (CH 3 ) 3 ] is adsorbed to the substrate 31 to be processed. That is, H of the amide group (NH 2 group) is cut off, and Al of TMA is bonded to nitrogen from which hydrogen is cut off.

【0040】上記製造方法では、酸化剤となる酸素を含
む第2反応物として用いたH2 Oの代替として酸素、オ
ゾン、プラズマ励起された酸素およびプラズマ励起され
た一酸化二窒素のうちの少なくとも一種のガスを用いる
ことが可能である。また、窒素を含む第3反応物として
用いたアンモニアの代替としてプラズマ励起された窒素
およびプラズマ励起されたアンモニアのうちの少なくと
も一種を用いることができる。上記代替ガスを用いた場
合でも同様の金属酸窒化膜が形成される。
In the above manufacturing method, at least one of oxygen, ozone, plasma-excited oxygen, and plasma-excited dinitrogen monoxide is used as a substitute for H 2 O used as the second reactant containing oxygen serving as an oxidant. It is possible to use a type of gas. Further, at least one of plasma-excited nitrogen and plasma-excited ammonia can be used as a substitute for the ammonia used as the third reactant containing nitrogen. A similar metal oxynitride film is formed even when the alternative gas is used.

【0041】また、上記代替ガスを用いた製造方法によ
り形成されたアルミニウム酸窒化膜をゲート絶縁膜に用
いた絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、酸素を含む
第2反応物にH2 Oを用い、窒素を含む第3反応物にN
3 を用いて成膜したアルミニウム酸窒化膜をゲート絶
縁膜に用いた絶縁ゲート型電界効果トランジスタと同様
なる性能を示す。
An insulated gate field effect transistor using an aluminum oxynitride film formed by a manufacturing method using the above alternative gas as a gate insulating film uses H 2 O as a second reactant containing oxygen, N in the third reactant containing nitrogen
It exhibits the same performance as an insulated gate field effect transistor using an aluminum oxynitride film formed by using H 3 as a gate insulating film.

【0042】次に、本発明の第2の金属酸窒化膜の製造
方法に係る一実施の形態を、アルミニウム酸窒化膜の製
造方法を一例に、図5のフローチャートによって説明す
る。
Next, one embodiment of the second method for producing a metal oxynitride film of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0043】図5に示すように、まず「被処理基板の入
炉」51を行う。すなわち、前記図4によって説明した
ALD装置の反応炉20内に被処理基板(例えばシリコ
ン基板)31を導入する。被処理基板31の導入は、反
応炉20のゲートバルブ(図示せず)を開放することに
より導入し、ステージ25上へ移載される。その後、上
記ゲートバルブを閉じる。このときの反応炉20内の状
態は、100℃〜500℃程度に加熱されており、反応
炉20内圧力は到達真空圧まで達している。ここでは、
一例として、炉内温度を300℃、炉内圧力を1Paの
状態にして導入した。炉内の温度について、以降のフロ
ーについて変化は特に行っていない。
As shown in FIG. 5, first, "injection of substrate to be processed" 51 is performed. That is, the target substrate (for example, a silicon substrate) 31 is introduced into the reaction furnace 20 of the ALD apparatus described with reference to FIG. The substrate 31 to be processed is introduced by opening a gate valve (not shown) of the reaction furnace 20 and transferred onto the stage 25. Then, the gate valve is closed. At this time, the state inside the reaction furnace 20 is heated to about 100 ° C. to 500 ° C., and the pressure inside the reaction furnace 20 reaches the ultimate vacuum pressure. here,
As an example, the furnace temperature was 300 ° C. and the furnace pressure was 1 Pa. No particular change was made to the temperature in the furnace and the subsequent flow.

【0044】その後、「パージ」52を行う。このパー
ジは、被処理基板31が十分に加熱されて被処理基板3
1の温度が均一になった後、シャワーヘッド24から反
応炉20内に不活性ガスとして例えばアルゴンガスを導
入し、反応炉20内を十分にパージする。このときのガ
ス流量は2000cm3 /min程度に設定している。
ただし、この不活性ガスのパージについては、パージの
時間、回数、ガス流量など、特に規定はしない。
After that, the "purge" 52 is performed. In this purging, the target substrate 31 is sufficiently heated and the target substrate 3 is processed.
After the temperature of 1 becomes uniform, for example, argon gas is introduced as an inert gas into the reaction furnace 20 from the shower head 24, and the inside of the reaction furnace 20 is sufficiently purged. The gas flow rate at this time is set to about 2000 cm 3 / min.
However, regarding the purging of the inert gas, the purging time, the number of times, the gas flow rate, etc. are not particularly specified.

【0045】上記不活性ガスのパージが終了した後、
「金属元素と窒素とを含む第1反応物の導入」53によ
り、金属元素と窒素とを含む第1反応物としてジメテル
アミドアルミニウム〔(CH3 2 AlNH2 〕をシャ
ワーヘッド24から反応炉20内に導入する。
After the purging of the inert gas is completed,
By "the first introduction of the reactants containing and nitrogen metallic element" 53, reactor dimethyl ether amides aluminum [(CH 3) 2 AlNH 2] from the shower head 24 as a first reactant containing and nitrogen metallic element Install in 20.

【0046】その後、「未反応物の除去」54を行う。
この未反応物の除去を行うパージでは、シャワーヘッド
24から反応炉20内に不活性ガスを導入して、反応炉
20内より未反応のトリメチルアルミニウムを除去す
る。このときのパージの条件としては、前記「パージ」
2の条件と同様の条件を用いる。
Thereafter, "removal of unreacted substances" 54 is performed.
In the purging for removing the unreacted material, an inert gas is introduced into the reaction furnace 20 from the shower head 24 to remove unreacted trimethylaluminum from the reaction furnace 20. The conditions for purging at this time are the “purging” described above.
The conditions similar to the conditions of 2 are used.

【0047】次に、「酸素を含む第2反応物の導入」5
5により、酸化剤となる反応炉20内に酸素を含む第2
反応物としてH2 Oを導入する。ここでは、シャワーヘ
ッド24よりH2 Oを導入している。このときの被処理
基板31の表面状態は、アルミニウムと結合していたメ
チル基が水酸基に置換され、図2の(3)に示すよう
に、アルミニウムに水酸基が結合した状態となる。
Next, "introduction of the second reactant containing oxygen" 5
2 includes oxygen in the reaction furnace 20 that serves as an oxidant.
H 2 O is introduced as a reactant. Here, H 2 O is introduced from the shower head 24. At this time, the surface state of the substrate 31 to be processed is such that the methyl group bonded to aluminum is replaced with a hydroxyl group and the hydroxyl group is bonded to aluminum as shown in (3) of FIG.

【0048】その後、「未反応物の除去」06を行う。
この未反応物の除去を行うパージでは、シャワーヘッド
24から反応炉20内に不活性ガスを導入して、反応炉
20内より未反応のH2 Oを除去する。このときのパー
ジの条件としては、前記「パージ」2の条件と同様の条
件を用いる。
After that, "removal of unreacted substances" 06 is performed.
In the purging for removing the unreacted substances, an inert gas is introduced into the reaction furnace 20 from the shower head 24 to remove unreacted H 2 O from the reaction furnace 20. As the purging conditions at this time, the same conditions as those of the above-mentioned "purge" 2 are used.

【0049】次いで、「金属酸窒化膜は所望の膜厚か
?」57の判断によって、アルミニウム酸窒化膜が所望
の膜厚に達している場合、すなわち「Yes」の場合に
は成膜プロセスを終了し、所望の膜厚に達していない場
合、すなわち「No」の場合には、上記「金属元素を含
む第1反応物の導入」53から「未反応物の除去」57
までの処理を1サイクルとして、所望の膜厚に達するま
で繰り返し行う。
Next, if the aluminum oxynitride film has reached the desired film thickness, that is, if the answer is "Yes", the film forming process is performed according to the judgment "Is the metal oxynitride film a desired film thickness?" When the process is completed and the desired film thickness has not been reached, that is, “No”, the above “introduction of the first reactant containing the metal element” 53 to “removal of unreacted substances” 57 is performed.
The above process is set as one cycle and is repeated until the desired film thickness is reached.

【0050】上記製造方法では、金属元素を含む第1反
応物としてジメチルアミドアルミニウム〔(CH3 2
AlNH2 〕、ジエチルアザイドアルミニウム〔(C2
52 AlN3 〕、ジメチルモノヒドリドアルミニウ
ム:ジメチルエチルアミン〔(CH3 2 AlH:N
(CH3 2 2 5 〕およびジメチルエチルアミン:
トリヒドリドアルミニウム〔AlH3 :N(CH3 2
2 5 〕のうちの少なくとも一種を用いることもでき
る。
In the above production method, dimethylamide aluminum [(CH 3 ) 2 is used as the first reaction product containing a metal element.
AlNH 2 ], diethyl azide aluminum [(C 2
H 5 ) 2 AlN 3 ], dimethylmonohydridoaluminium: dimethylethylamine [(CH 3 ) 2 AlH: N
(CH 3 ) 2 C 2 H 5 ] and dimethylethylamine:
Trihydrido aluminum [AlH 3 : N (CH 3 ) 2
It is also possible to use at least one of C 2 H 5 ].

【0051】上記製造方法では、酸化剤となる酸素を含
む第2反応物として用いたH2 Oの代替ガスとして酸
素、オゾン、プラズマ励起された酸素およびプラズマ励
起された一酸化二窒素のうちの少なくとも一種のガスを
用いることが可能である。上記代替ガスを用いた場合で
も同様の金属酸窒化膜が形成される。
In the above manufacturing method, oxygen, ozone, plasma-excited oxygen, and plasma-excited dinitrogen monoxide are used as a substitute gas for H 2 O used as the second reactant containing oxygen as an oxidant. It is possible to use at least one gas. A similar metal oxynitride film is formed even when the alternative gas is used.

【0052】また、上記代替ガスを用いた製造方法によ
り形成されたアルミニウム酸窒化膜をゲート絶縁膜に用
いた絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、酸素を含む
第2反応物にH2 Oを用いて成膜したアルミニウム酸窒
化膜をゲート絶縁膜に用いた絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタと同様なる性能を示す。
Further, the insulated gate field effect transistor using the aluminum oxynitride film formed by the manufacturing method using the above alternative gas as the gate insulating film uses H 2 O as the second reactant containing oxygen. It exhibits the same performance as an insulated gate field effect transistor using the formed aluminum oxynitride film as a gate insulating film.

【0053】次に、本発明の絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタ(以下、トランジスタという)を以下に説明す
る。このトランジスタは、チャネルが形成される半導体
領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されて
いる。またゲート電極の両側における半導体領域にはソ
ース・ドレイン領域が形成されているものである。そし
て上記ゲート絶縁膜は、ALD法によって成膜されたア
ルミニウム酸窒化膜で形成されている。
The insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as transistor) of the present invention will be described below. In this transistor, a gate electrode is formed on a semiconductor region where a channel is formed with a gate insulating film interposed. Source / drain regions are formed in the semiconductor regions on both sides of the gate electrode. The gate insulating film is formed of an aluminum oxynitride film formed by the ALD method.

【0054】上記絶縁ゲート型電界効果トランジスタで
は、ゲート絶縁膜がALD法によって成膜されたアルミ
ニウム酸窒化膜からなることから、緻密な絶縁膜となっ
ている。そのため、不純物の活性化熱処理の際にゲート
電極中のホウ素がチャネルが形成される半導体領域へ突
き抜けることが防止できるので、絶縁ゲート型電界効果
トランジスタは、リーク電流が抑制されたものとなり、
またしきい値電圧のばらつきが小さく信頼性の高いもの
になる。
In the above-mentioned insulated gate field effect transistor, the gate insulating film is a dense insulating film because it is made of an aluminum oxynitride film formed by the ALD method. Therefore, it is possible to prevent the boron in the gate electrode from penetrating into the semiconductor region in which the channel is formed during the heat treatment for activating the impurities, so that the insulated gate field effect transistor has a suppressed leakage current.
Further, the variation in threshold voltage is small and the reliability is high.

【0055】また、前記図1のフローチャートや前記図
5のフローチャートによって説明した金属酸窒化膜の製
造方法により、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲ
ート絶縁膜を高誘電体膜であるアルミニウム酸窒化膜で
形成することができる。これによって、ホウ素の突き抜
けが発生しないアルミニウム酸窒化膜からなるゲート絶
縁膜を用いた絶縁ゲート型電界効果トランジスタの形成
が可能になる。このゲート絶縁膜に用いるアルミニウム
酸窒化膜は、好ましくは1nm〜10nmの厚さ、さら
に好ましくは1.5nm〜7nmの厚さに形成されるも
のとする。
Further, according to the method of manufacturing a metal oxynitride film described with reference to the flow chart of FIG. 1 and the flow chart of FIG. 5, the gate insulating film of the insulated gate field effect transistor is formed of an aluminum oxynitride film which is a high dielectric film. Can be formed. This makes it possible to form an insulated gate field effect transistor using a gate insulating film made of an aluminum oxynitride film that does not cause boron penetration. The aluminum oxynitride film used for this gate insulating film is preferably formed to a thickness of 1 nm to 10 nm, more preferably 1.5 nm to 7 nm.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上、説明したように本発明の第1の金
属酸窒化膜の製造方法によれば、原子層レベルの堆積に
よって、金属の層上に酸素の層が形成され、さらに金属
の層が形成され、この金属の層上に窒素の層が形成され
るので、欠陥のない金属酸窒化膜を得ることができる。
As described above, according to the first method for producing a metal oxynitride film of the present invention, the oxygen layer is formed on the metal layer by the atomic layer level deposition, and further the metal layer is formed. Since the layer is formed and the nitrogen layer is formed on the metal layer, a defect-free metal oxynitride film can be obtained.

【0057】本発明の第2の金属酸窒化膜の製造方法に
よれば、原子層レベルの堆積によって、金属窒化物の層
上に酸素の層が形成されるので、欠陥のない金属酸窒化
膜を得ることができる。
According to the second method for producing a metal oxynitride film of the present invention, since the oxygen layer is formed on the metal nitride layer by atomic layer level deposition, there is no defect in the metal oxynitride film. Can be obtained.

【0058】本発明の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タによれば、ゲート絶縁膜がALD法によって成膜され
たアルミニウム酸窒化膜からなるので、緻密な絶縁膜と
なっている。そのため、不純物の活性化熱処理の際にゲ
ート電極中のホウ素がチャネルが形成される半導体領域
へ突き抜けることを防止することができるので、絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタは、ゲート電極からの不純
物拡散を防止し、安定した動作特性を有し、高い信頼性
を有する良好なトランジスタとなる。
According to the insulated gate field effect transistor of the present invention, since the gate insulating film is the aluminum oxynitride film formed by the ALD method, it is a dense insulating film. Therefore, it is possible to prevent the boron in the gate electrode from penetrating into the semiconductor region where the channel is formed during the heat treatment for activating the impurities, and thus the insulated gate field effect transistor can prevent the impurity diffusion from the gate electrode. In addition, the transistor has stable operation characteristics and high reliability.

【0059】本発明の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの製造方法によれば、欠陥のないアルミニウム酸窒化
膜が形成できるので、不純物の活性化熱処理を行っても
ゲート電極中の不純物(例えばホウ素)がチャネルが形
成される半導体領域へ拡散することが防止できる。この
ため、安定した動作特性を有し、高い信頼性を有する良
好な絶縁ゲート型電界効果トランジスタを製造すること
が可能になる。
According to the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor of the present invention, since a defect-free aluminum oxynitride film can be formed, impurities (for example, boron) in the gate electrode can be removed even when the impurity activation heat treatment is performed. It is possible to prevent diffusion into the semiconductor region where the channel is formed. Therefore, it becomes possible to manufacture a good insulated gate field effect transistor having stable operation characteristics and high reliability.

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

【図1】本発明の第1の金属酸窒化膜の製造方法に係る
一実施の形態を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of a first metal oxynitride film manufacturing method of the present invention.

【図2】原子層の堆積状態を示す堆積模式図である。FIG. 2 is a deposition schematic diagram showing a deposition state of atomic layers.

【図3】原子層の堆積状態を示す堆積模式図である。で
ある。
FIG. 3 is a deposition schematic diagram showing a deposition state of atomic layers. Is.

【図4】本発明の金属酸窒化膜の製造方法に用いるAL
D装置の反応炉の一例を示す概略構成断面図である。
FIG. 4 is an AL used in the method for producing a metal oxynitride film of the present invention.
It is a schematic structure sectional view showing an example of a reaction furnace of D device.

【図5】本発明の第2の金属酸窒化膜の製造方法に係る
一実施の形態を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing an embodiment of a second metal oxynitride film manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…「金属元素を含む第1反応物の導入」、5…「酸素
を含む第3反応物の導入」、7…「金属元素を含む第1
反応物の導入」、9…「窒素を含む第3反応物の導入」
3 ... “Introduction of first reactant containing metal element”, 5 ... “Introduction of third reactant containing oxygen”, 7 ... “First containing metal element”
"Introduction of reactant", 9 ... "Introduction of third reactant containing nitrogen"

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ALD(Atomic Layer Deposition)法
を用いて、 金属の層を形成してその後に酸素の層を形成する工程
と、 金属の層を形成してその後に窒素の層を形成する工程と
を行うことを特徴とする金属酸窒化膜の製造方法。
1. A step of forming a metal layer and then forming an oxygen layer by using an ALD (Atomic Layer Deposition) method, and a step of forming a metal layer and then forming a nitrogen layer A method for producing a metal oxynitride film, comprising:
【請求項2】 前記金属の層を形成してその後に酸素の
層を形成する工程は、 反応炉内に金属元素を含む第1反応物を導入して前記反
応炉内に収納された基板上に前記金属元素を化学吸着さ
せて前記金属の層を形成する工程と、 前記反応炉内に不活性ガスを導入して未反応物を除去す
る工程と、 酸素を含む第2反応物を導入して前記基板に吸着した第
1反応物と反応させて前記酸素の層を形成する工程とか
らなり、 前記金属の層を形成してその後に窒素の層を形成する工
程は、 反応炉内に金属元素を含む第1反応物を導入して前記基
板に形成された堆積層上に前記金属元素を化学吸着させ
て前記金属の層を形成する工程と、 前記反応炉内に不活性ガスを導入して未反応物を除去す
る工程と、 窒素を含む第3反応物を導入して前記吸着した第1反応
物と反応させて前記窒素の層を形成する工程とからな
り、 前記金属の層を形成してその後に酸素の層を形成する工
程と、前記金属の層を形成してその後に窒素の層を形成
する工程との間に前記反応炉内に不活性ガスを導入して
未反応物を除去する工程を備えたことを特徴とする請求
項1記載の金属酸窒化膜の製造方法。
2. The step of forming the layer of metal and then forming the layer of oxygen comprises the step of introducing a first reactant containing a metal element into a reaction furnace, and depositing the first reactant on a substrate housed in the reaction furnace. To chemically adsorb the metal element to form a layer of the metal, to introduce an inert gas into the reaction furnace to remove unreacted matter, and to introduce a second reactant containing oxygen. Reacting with the first reactant adsorbed on the substrate to form the layer of oxygen, and the step of forming the layer of metal and then forming the layer of nitrogen is performed in the reaction furnace. Introducing a first reactant containing an element to chemically adsorb the metal element on the deposited layer formed on the substrate to form a layer of the metal; and introducing an inert gas into the reaction furnace. And removing the unreacted material, and introducing the third reactant containing nitrogen and adsorbing it. Reacting with one reactant to form the nitrogen layer, the step of forming the metal layer and then the oxygen layer, and the step of forming the metal layer and then the nitrogen layer. The method for producing a metal oxynitride film according to claim 1, further comprising: a step of introducing an inert gas into the reaction furnace to remove an unreacted material, between the step of forming a layer.
【請求項3】 前記金属の層はアルミニウム原子の層か
らなることを特徴とする請求項1記載の金属酸窒化膜の
製造方法。
3. The method for producing a metal oxynitride film according to claim 1, wherein the metal layer is a layer of aluminum atoms.
【請求項4】 前記第1反応物にトリメチルアルミニウ
ム〔Al(CH3 3 〕を用い、前記第2反応物に酸
素、オゾン、H2 O、プラズマ励起された酸素およびプ
ラズマ励起された一酸化二窒素のうちの少なくとも一種
を用い、前記第3反応物にアンモニア、プラズマ励起さ
れた窒素およびプラズマ励起されたアンモニアのうちの
少なくとも一種を用いることを特徴とする請求項2記載
の金属酸窒化膜の製造方法。
4. Trimethylaluminium is used as the first reactant.
Mu [Al (CH3)3 ] To the second reaction product
Element, ozone, H2O, plasma-excited oxygen and
At least one of the plasma-excited dinitrogen monoxide
Using ammonia, plasma excited by ammonia in the third reactant.
Of nitrogen and plasma excited ammonia
At least one type is used, The claim 2 characterized by the above-mentioned.
A method for manufacturing a metal oxynitride film.
【請求項5】 ALD(Atomic Layer Deposition)法
を用いて、 金属窒化物の層を形成する工程と、 酸素の層を形成する工程とを行うことを特徴とする金属
酸窒化膜の製造方法。
5. A method for producing a metal oxynitride film, which comprises performing a step of forming a metal nitride layer and a step of forming an oxygen layer by using an ALD (Atomic Layer Deposition) method.
【請求項6】 前記金属窒化物の層を形成する工程は、 反応炉内に金属元素と窒素とを含む第1反応物を導入し
て前記反応炉内に収納された基板上に前記第1反応物を
化学吸着させて前記金属窒化物の層を形成する工程から
なり、 前記酸素の層を形成する工程は、 前記反応炉内に酸素を含む第2反応物を導入して前記吸
着した第1反応物と反応させて前記酸素の層を形成する
工程からなり、 前記金属窒化物の層を形成する工程と、酸素の層を形成
する工程との間に前記反応炉内に不活性ガスを導入して
未反応物を除去する工程を備えたことを特徴とする請求
項5記載の金属酸窒化膜の製造方法。
6. The step of forming the metal nitride layer comprises introducing a first reactant containing a metal element and nitrogen into a reaction furnace to form the first reaction product on a substrate housed in the reaction furnace. A step of forming a layer of the metal nitride by chemically adsorbing a reactant, wherein the step of forming the layer of oxygen includes introducing a second reactant containing oxygen into the reaction furnace and adsorbing the second reactant. 1 reacting with a reactant to form the oxygen layer, and an inert gas is introduced into the reaction furnace between the step of forming the metal nitride layer and the step of forming the oxygen layer. The method for producing a metal oxynitride film according to claim 5, further comprising a step of introducing and removing an unreacted material.
【請求項7】 前記第1反応物にジメチルアミドアルミ
ニウム〔(CH3 2 AlNH2 〕、ジエチルアザイド
アルミニウム〔(C2 5 2 AlN3 〕、ジメチルモ
ノヒドリドアルミニウム:ジメチルエチルアミン〔(C
3 2 AlH:N(CH3 2 2 5 〕およびジメ
チルエチルアミン:トリヒドリドアルミニウム〔AlH
3 :N(CH3 2 2 5 〕のうちの少なくとも一種
を用い、前記第2反応物に酸素、オゾン、H2 O、プラ
ズマ励起された酸素およびプラズマ励起された一酸化二
窒素のうちの少なくとも一種を用いることを特徴とする
請求項6記載の金属酸窒化膜の製造方法。
7. The first reactant is dimethylamide aluminum.
Nium [(CH3)2 AlNH2], Diethyl azide
Aluminum [(C2HFive)2AlN3], Dimethylmo
Aluminum hydride: dimethylethylamine [(C
H3)2AlH: N (CH3)2C2HFive] And Jime
Cylethylamine: Aluminum trihydride [AlH
3: N (CH3)2C2HFive] At least one of
By using oxygen, ozone, and H as the second reactant.2O, plastic
Zuma-excited oxygen and plasma-excited dimonoxide.
Characterized by using at least one of nitrogen
The method for producing a metal oxynitride film according to claim 6.
【請求項8】 半導体領域上にゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極が形成された絶縁ゲート型電界効果トランジス
タであって、 前記ゲート絶縁膜はALD(Atomic Layer Depositio
n)法により形成されたアルミニウム酸窒化膜からなる
ことを特徴とする絶縁ゲート型電界効果トランジスタ。
8. An insulated gate field effect transistor in which a gate electrode is formed on a semiconductor region via a gate insulating film, wherein the gate insulating film is an ALD (Atomic Layer Depositio).
n) An insulated gate field effect transistor comprising an aluminum oxynitride film formed by the method.
【請求項9】 シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して
ゲート電極が形成される絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタの製造方法であって、 前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、 ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて、 アルミニウム原子の層を形成してその後に酸素原子の層
を形成する工程と、 アルミニウム原子の層を形成してその後に窒素原子の層
を形成する工程とを行うことを特徴とする絶縁ゲート型
電界効果トランジスタの製造方法。
9. A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor, wherein a gate electrode is formed on a silicon substrate via a gate insulating film, wherein the step of forming the gate insulating film comprises ALD (Atomic Layer Deposition). A step of forming a layer of aluminum atoms and then forming a layer of oxygen atoms, and a step of forming a layer of aluminum atoms and then forming a layer of nitrogen atoms using the method. Method of manufacturing insulated gate field effect transistor.
【請求項10】 アルミニウム原子の層を形成してその
後に酸素原子の層を形成する工程は、 反応炉内にアルミニウムを含む第1反応物を導入して前
記反応炉内に収納された基板上に前記アルミニウムを化
学吸着させて前記アルミニウム原子の層を形成する工程
と、 前記反応炉内に不活性ガスを導入して未反応物を除去す
る工程と、 酸素を含む第2反応物を導入して前記基板に吸着した第
1反応物と反応させて前記酸素の層を形成する工程とか
らなり、 アルミニウム原子の層を形成してその後に窒素原子の層
を形成する工程は、 反応炉内にアルミニウムを含む第1反応物を導入して前
記基板に形成された堆積層上に前記アルミニウムを化学
吸着させて前記アルミニウム原子の層を形成する工程
と、 前記反応炉内に不活性ガスを導入して未反応物を除去す
る工程と、 窒素を含む第3反応物を導入して前記吸着した第1反応
物と反応させて前記窒素の層を形成する工程とからな
り、 前記アルミニウム原子の層を形成してその後に酸素原子
の層を形成する工程と、前記アルミニウム原子の層を形
成してその後に窒素原子の層を形成する工程との間に前
記反応炉内に不活性ガスを導入して未反応物を除去する
工程を備えたことを特徴とする請求項9記載の絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタの製造方法。
10. The step of forming a layer of aluminum atoms and then forming a layer of oxygen atoms comprises: introducing a first reactant containing aluminum into a reaction furnace to form a substrate on the substrate contained in the reaction furnace. To chemically adsorb the aluminum to form a layer of the aluminum atoms, to introduce an inert gas into the reaction furnace to remove unreacted materials, and to introduce a second reactant containing oxygen. Reacting with the first reactant adsorbed on the substrate to form the layer of oxygen, and the step of forming a layer of aluminum atoms and then forming a layer of nitrogen atoms is performed in the reactor. Introducing a first reactant containing aluminum to chemically adsorb the aluminum on the deposited layer formed on the substrate to form a layer of aluminum atoms; and introducing an inert gas into the reaction furnace. Not rebutted And a step of introducing a third reactant containing nitrogen and reacting with the adsorbed first reactant to form the layer of nitrogen. Then, an inert gas is introduced into the reaction furnace between the step of forming a layer of oxygen atoms and the step of forming a layer of aluminum atoms and then forming a layer of nitrogen atoms. 10. The method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to claim 9, further comprising:
【請求項11】 前記第1反応物にトリメチルアルミニ
ウム〔Al(CH33 〕を用い、前記第2反応物に酸
素、オゾン、H2 O、プラズマ励起された酸素およびプ
ラズマ励起された一酸化二窒素のうちの少なくとも一種
を用い、前記第3反応物にアンモニア、プラズマ励起さ
れた窒素およびプラズマ励起されたアンモニアのうちの
少なくとも一種を用いることを特徴とする請求項10記
載の絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法。
11. Trimethyl aluminum [Al (CH 3 ) 3 ] is used as the first reactant, and oxygen, ozone, H 2 O, plasma-excited oxygen and plasma-excited monoxide are used as the second reactant. The insulated gate electric field according to claim 10, wherein at least one of dinitrogen is used, and at least one of ammonia, plasma-excited nitrogen, and plasma-excited ammonia is used as the third reactant. Effect transistor manufacturing method.
【請求項12】 シリコン基板上にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極が形成される絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタの製造方法であって、 前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、 ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて、 アルミニウム窒化物の層を形成する工程と、 酸素の層を形成する工程とを繰り返し行ってアルミニウ
ム酸窒化膜を形成することを特徴とする絶縁ゲート型電
界効果トランジスタの製造方法。
12. A method of manufacturing an insulated gate field effect transistor, wherein a gate electrode is formed on a silicon substrate via a gate insulating film, wherein the step of forming the gate insulating film comprises ALD (Atomic Layer Deposition). A method of manufacturing an insulated gate field effect transistor, characterized in that an aluminum oxynitride film is formed by repeatedly performing a step of forming an aluminum nitride layer and a step of forming an oxygen layer by using the method.
【請求項13】 前記アルミニウム窒化物の層を形成す
る工程は、反応炉内にアルミニウムと窒素とを含む第1
反応物を導入して前記反応炉内に収納された基板上に前
記第1反応物を化学吸着させて前記アルミニウム窒化物
の層を形成する工程からなり、 前記酸素の層を形成する工程は、前記反応炉内に酸素を
含む第2反応物を導入して前記吸着した第1反応物と反
応させる工程からなり、 前記アルミニウム窒化物の層を形成する工程と、酸素の
層を形成する工程との間に前記反応炉内に不活性ガスを
導入して未反応物を除去する工程を備えたことを特徴と
する請求項12記載の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの製造方法。
13. The step of forming a layer of aluminum nitride comprises the step of first containing aluminum and nitrogen in a reaction furnace.
The step of forming a layer of the aluminum nitride by chemically adsorbing the first reactant on a substrate housed in the reaction furnace by introducing a reactant, the step of forming the layer of oxygen, Introducing a second reactant containing oxygen into the reaction furnace and reacting with the adsorbed first reactant; forming a layer of the aluminum nitride; forming an oxygen layer; 13. The method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to claim 12, further comprising a step of introducing an inert gas into the reaction furnace to remove an unreacted material during the period.
【請求項14】 前記第1反応物にジメチルアミドアル
ミニウム〔(CH32 AlNH2 〕、ジエチルアザイ
ドアルミニウム〔(C2 5 2 AlN3 〕、ジメチル
モノヒドリドアルミニウム:ジメチルエチルアミン
〔(CH3 2 AlH:N(CH3 2 2 5 〕およ
びジメチルエチルアミン:トリヒドリドアルミニウム
〔AlH3 :N(CH3 2 2 5 〕のうちの少なく
とも一種を用い、前記第2反応物に酸素、オゾン、H2
O、プラズマ励起された酸素およびプラズマ励起された
一酸化二窒素のうちの少なくとも一種を用いることを特
徴とする請求項13記載の絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタの製造方法。
14. The first reaction product contains dimethylamide aluminum [(CH 3 ) 2 AlNH 2 ], diethyl azide aluminum [(C 2 H 5 ) 2 AlN 3 ], dimethyl monohydrido aluminum: dimethylethylamine [(CH 3 ) 2 AlH: N (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ] and dimethylethylamine: trihydridoaluminum [AlH 3 : N (CH 3 ) 2 C 2 H 5 ] and using the second reaction. Oxygen, ozone, H 2
14. The method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to claim 13, wherein at least one of O, plasma-excited oxygen, and plasma-excited dinitrogen monoxide is used.
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