JP2005109472A - Mosfetゲート用の導電性一酸化ニオブ膜を堆積する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一酸化ニオブゲートを堆積する方法が提供される。単体金属ターゲット、または複合一酸化ニオブターゲットがスパッタリングチャンバ内に提供される。ゲート誘電体を有する基板(例えば、二酸化シリコンまたはhigh−kゲート誘電体)がスパッタリングチャンバに提供される。このスパッタリング電力およびスパッタリング内の酸素分圧は、過剰な量の単体ニオブ、NbO2絶縁体、またはNb2O5絶縁体を必要とせず、一酸化ニオブを含む膜を堆積するように設定される。この堆積方法は、標準CMOS製造プロセスまたは置換ゲートCMOSプロセスに組み込まれてもよい。
【選択図】 なし
Description
従って、MOSFETゲートとして導電性一酸化ニオブ膜を堆積する方法が提供される。
300Wスパッタリング電力が約30%のO2分圧で用いられた。このO2分圧はマスフローコントローラを用いて構築されて、スパッタリングチャンバに入るO2およびアルゴンの量を制御した。生じた膜は、NbOおよびNbO2の混合物であり、図1のXRDプロット12に対応する。NbOピーク14は、NbOの存在を示し、NbO2ピーク16はNbO2の存在を示す。この実施例の結果は、適切なゲート材料として動作する十分な量のNbOを含まなくてもよいが、この実施例は、酸素分圧を変化させる効果を示すように提供される。
300Wスパッタリング電力が約25%のO2分圧で用いられた。このO2分圧はマスフローコントローラを用いて構築されて、スパッタリングチャンバに入るO2およびアルゴンの量を制御した。生じた膜は、検出可能なレベルのNbO2と共に大部分がNbOであり、XRDプロット22に対応する。NbO2ピーク26は、依然として識別可能であるが、NbOピーク24は、図1よりもさらに明確である。しかし、いくらかのNbO2が存在し、この大部分がNbOである膜は、NbOゲートとしての使用に適している。
このスパッタリング電力は、O2分圧が約25%に維持される一方で、350Wまで上昇した。このO2分圧は、マスフローコントローラを用いて構築されて、そのスパッタリングチャンバに入るO2およびアルゴン両方の量を制御した。生じた膜はXRDプロット32に対応し、識別可能なNbO2ピークの無い、過半数を占めるNbOである。このNbOピーク34は実施例2よりもさらに明確である。
NbOxをスパッタリングする別の方法は、また、99.95%の純粋Nbターゲットを用いて、Edwards Auto 306 DCマグネトロンスパッタリングシステムを用いる。この実施例では、アルゴンおよび酸素の別々のソースを導入する代わりに、15%のO2/Arガスが用いられる。組み合わせのガスを用いることによって、プロセスは、マスフローコントローラの不確定性の影響をより受けなくて済む。O2分圧を調節するために、O2/Arフロー率が15%増加した。用いられたEdwardsシステムが一定のポンプ率を有するため、フロー率を調節することにより分圧が変化した。このフロー率が増加する場合、NbOx膜は酸素に富む。そのフロー率を低下させることにより、NbOx膜は、酸素が欠乏する。別の実施形態では、フロー率、ポンプ率、またはそれらの組み合わせを調節することにより、分圧が調節可能となるシステムが用いられ得る。図3は、アルゴン中約5分間約800℃のアニーリングの後、約2.65sccm〜2.85sccmの間の15%O2/Arフロー率で製造された3つの膜に対するXRDの結果を示す。このXRDプロット52は、Nbピーク56と共にNbOピークを示す。このXRDプロット62は、ニオブ単体またはNbO2を示す識別可能なピークを有さないNbOピークを示す。XRDプロット72は、NbO2の存在を示すピーク74と共にNbOピークを示す。
一酸化ニオブゲートを堆積する方法が提供される。単体金属ターゲット、または複合一酸化ニオブターゲットがスパッタリングチャンバ内に提供される。ゲート誘電体を有する基板(例えば、二酸化シリコンまたはhigh−kゲート誘電体)がスパッタリングチャンバに提供される。このスパッタリング電力およびスパッタリング内の酸素分圧は、過剰な量の単体ニオブ、NbO2絶縁体、またはNb2O5絶縁体を必要とせず、一酸化ニオブを含む膜を堆積するように設定される。この堆積方法は、標準CMOS製造プロセスまたは置換ゲートCMOSプロセスに組み込まれてもよい。
112 ゲート誘電体材料
114 一酸化ニオブ
116 フォトレジスト
122 ソース領域、ドレイン領域
124 ゲート
300 トレンチ
311 絶縁材料
318 ニオブの層
330 ゲート誘電体層
416 誘電体層
418 一酸化ニオブゲート
422 ソース領域、ドレイン領域
Claims (19)
- トランジスタゲート構造を形成する方法であって、
堆積チャンバ内に基板を提供するステップと、
該基板上にゲート誘電体層を形成するステップと、
一酸化ニオブが過半数を占める(predominantly)膜を堆積するステップと、
一酸化ニオブゲートを形成するために該一酸化ニオブが過半数を占める膜をパターニングするステップと
を包含する、方法。 - 誘電体層を形成するステップは、シリコン基板を熱酸化して二酸化シリコンゲート誘電体を形成するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 誘電体層を形成するステップは、シリコン基板をプラズマ酸化して二酸化シリコンゲート誘電体を形成するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 誘電体層を形成するステップは、high−kゲート誘電体を堆積するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記high−kゲート誘電体は、HfO2、ZrO2、Al2O3、Ta2O5、HfAlOまたはHfSiO4である、請求項4に記載の方法。
- 前記一酸化ニオブが過半数を占める膜を堆積するステップは、
前記基板をスパッタリングチャンバに置くステップと、
Nbを含むターゲットを提供するステップと、
前記スパッタリング電力を設定して、前記酸素分圧を制御し、一酸化ニオブが過半数を占める膜を製造するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記酸素分圧は、マスフローコントローラを通して、アルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノンからなる群から選択されるガスを導入し、マスフローコントローラを通して、O2を導入し、各ガスの相対量を調節することによって制御される、請求項6に記載の方法。
- 前記酸素分圧は、O2と、アルゴン、ネオンおよびヘリウム、クリプトンおよびキセノンからなる群から選択されるガスとの組み合わせガスを導入して、該組み合わせガスのフロー率を調節することによって制御される、請求項6に記載の方法。
- 前記堆積チャンバは、固定ポンプスピードを有する、請求項8に記載の方法。
- 前記混合ガスは、O2/Arが約5%〜約30%である、請求項8に記載の方法。
- 前記混合ガスは、O2/Arが15%である、請求項10に記載の方法。
- 前記一酸化ニオブが過半数を占める膜を堆積するステップは、
前記基板をスパッタリングチャンバに置くステップと、
NbOを含むターゲットを提供するステップと、
前記スパッタリング電力を設定するステップと、
前記酸素分圧を制御して、過半数を占める一酸化ニオブを含む膜を製造するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記混合ガスは、O2/Arが0%〜約30%である、請求項12に記載の方法。
- パターニングしてゲートを形成するステップは、前記一酸化ニオブが過半数を占める膜の上にフォトレジストを堆積するステップと、該フォトレジストをパターニングするステップと、該一酸化ニオブが過半数を占める膜をエッチングするステップとを含む、請求項1に記載の方法。
- フォトレジストを堆積する前に、前記一酸化ニオブ膜の上にキャッピング層を堆積するステップをさらに包含する、請求項14に記載の方法。
- 前記キャッピング層は、窒化シリコンである、請求項15に記載の方法。
- 前記キャッピング層は、導電性バリア材料である、請求項15に記載の方法。
- 前記導電性バリア金属は、TiNである、請求項17に記載の方法。
- パターニングしてゲートを形成するステップは、置換ゲートを形成するステップと、絶縁材料を堆積するステップと、前記一酸化ニオブが過半数を占める膜を堆積する前に、曝して、該絶縁材料を取り除いてトレンチを形成するステップと、該一酸化ニオブが過半数を占める膜が該トレンチを充填するように堆積された後、該一酸化ニオブが過半数を占める膜を平坦化するステップとを含む、請求項1に記載の方法。
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