JP2006237371A - high−K誘電膜上に金属ゲートを蒸着する方法及び、high−K誘電膜と金属ゲートとの界面を向上させる方法、並びに、基板処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 high−K誘電体上に金属ゲートを蒸着することによりMOSFETの製造においてhigh−K誘電膜と金属ゲートとの間の界面を向上させる方法は、熱アニーリングモジュール内で、その上にhigh−K誘電膜が蒸着された基板をアニールするアニーリングステップと、金属ゲート蒸着モジュール内で、前記アニールされた基板上に金属ゲート材料を蒸着させる蒸着ステップとを含み、真空を破ることなく、前記アニーリングステップおよび前記蒸着ステップが連続的に行なわれることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
2.窒素中でウエハを乾燥させる
3.熱SiO2を蒸着する(〜1nm)
4.Hf(またはHfO2)を蒸着する
5.熱アニーリングを行なう
6.金属ゲートを蒸着する
7.熱アニーリングを行なう。
ステップ−2 酸素雰囲気下で熱アニール処理を行なってhigh−K誘電体を形成する
ステップ−3 ウエハを冷却する
ステップ−4 金属電極材料を蒸着する。
ステップ−1
開始ウエハは、最初に蒸着された薄いSiO2またはSiON層23を有していてもいなくても良い。これが図7(a)に示されている。一方の斜角PVDモジュールを使用して、High−K誘電体のための開始材料24が基板4上に蒸着される(図7(b))。開始材料24は、金属であっても良く、Hf,Ta,Zr等の耐熱金属、HfN,TaN,TiN等の金属窒化物、HfTa,HfTi等の金属合金、HfSi等の金属半導体合金、TaSiN等の金属合金窒化物であることが好ましい。
前述したように開始膜24を蒸着した後、基板4が熱アニーリングモジュール1内に搬送される。酸素ガス雰囲気下で基板4が一般に400℃を超える高い温度まで加熱され、これにより、開始材料が酸化されて(図7(c))、high−K誘電体25が形成される。加熱プロセスは1段階または複数段階で行なうことができる。通常、アニーリングプロセス中に化学反応を制御するためには、2段階以上で加熱処理を行なうのが適当である。例えば、最初に、膜を400℃まで加熱して、開始材料中の金属元素を酸化する。膜が例えば800℃等の非常に高い温度まで一気に加熱される場合、膜中の金属元素は、安定で且つ金属性の特徴を示すそのケイ素化合物を形成する場合がある。膜が例えば400℃等の比較的低い温度で適切に酸化されると、好ましくは不活性ガス環境下で、温度が例えば900℃等の高い値まで上昇される。異なる金属から成る金属積層体が開始材料として使用される場合、高温アニーリングは、各材料間の拡散において、また、均一な膜組成を形成するために重要である。
熱アニーリングプロセスが終了した後、基板4は、冷却モジュール8へと搬送され、所望の温度、好ましくは室温まで冷却される。
基板4が他方の斜角PVDモジュールへ搬送され、ゲート電極26が蒸着される(図7(d))。
2.基板を乾燥させる
3.熱SiO2から成る非常に薄い(例えば1nm)層を蒸着する(例えば、図7(a)に示された最初に蒸着された膜23)。このプロセスは熱アニーリングモジュール1内で行なうことができる。
HFを用いて洗浄することにより、自然酸化物を除去する
1nm熱SiO2を蒸着する
PVDモジュール(11)内に配置することにより1nmHfNを蒸着する
ウエハをRTPモジュール(1)内に配置する
酸素雰囲気中において30秒間400℃でアニールする
不活性ガス雰囲気中において30秒間800℃でアニールする
ウエハが取り出されて膜が評価される。
2 金属ゲート蒸着モジュール
3 中央ウエハ処理台
4 基板
5 ウエハアライナ
6 ウエハ搬入ポート
7 ウエハ搬出ポート
8 冷却モジュール
9 ロボットアーム
10 high−K誘電体蒸着モジュール
11 斜角PVDモジュール
12 斜角PVDモジュール
13 ウエハ搬入/搬出装置フロントエンドモジュール
14 ターゲット
15 ターゲット角度α
16 陰極
16a,16b,16c,16d,16e 陰極
17 基板ホルダ
18 基板ホルダの中心軸
19 基板ホルダ
20 ウエハ加熱機構
21 ガス吸気口
22 ガス排気口
23 最初に蒸着された非常に薄いSiO2またはSiON層
24 開始材料(膜)
25 high−K誘電体
26 ゲート電極
27 チャンバ壁
28 真空引きポート
29 ウエハ搬入/搬出ポート
30 バッキングプレート
31 絶縁体
32 マグネット
33 基板搬入/搬出ポート
Claims (8)
- 金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの製造においてhigh−K誘電膜上に金属ゲートを蒸着するための方法であって、
熱アニーリングモジュール内で、その上にhigh−K誘電膜が蒸着された基板をアニールするアニーリングステップと、
金属ゲート蒸着モジュール内で、前記アニールされた基板上に金属ゲート材料を蒸着させる蒸着ステップと、
を含む方法において、
真空を破ることなく、前記アニーリングステップおよび前記蒸着ステップが連続的に行なわれることを特徴とする方法。 - 金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの製造においてhigh−K誘電膜上に金属ゲートを蒸着するための方法であって、
熱アニーリングモジュール内で、その上にhigh−K誘電膜が蒸着された基板をアニールするアニーリングステップと、
冷却モジュール内で、前記アニールされた基板を冷却する冷却ステップと、
金属ゲート蒸着モジュール内で、前記冷却された基板上に金属ゲート材料を蒸着させる蒸着ステップと、
を含む方法において、
真空を破ることなく、前記アニーリングステップ、前記冷却ステップおよび前記蒸着ステップが連続的に行なわれることを特徴とする方法。 - 金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの製造においてhigh−K誘電膜上に金属ゲートを蒸着するための方法であって、
high−K蒸着モジュール内で、基板上にhigh−K誘電膜を蒸着する第1の蒸着ステップと、
熱アニーリングモジュール内で、その上にhigh−K誘電膜が蒸着された前記基板をアニールするアニーリングステップと、
冷却モジュール内で、前記アニールされた基板を冷却する冷却ステップと、
金属ゲート蒸着モジュール内で、前記冷却された基板上に金属ゲート材料を蒸着させる第2の蒸着ステップと、
を含む方法において、
真空を破ることなく、前記第1の蒸着ステップ、前記アニーリングステップ、前記冷却ステップおよび前記第2の蒸着ステップが連続的に行なわれることを特徴とする方法。 - 金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの製造においてhigh−K誘電膜上に金属ゲートを蒸着するための方法であって、
熱アニーリングモジュール内で、基板上に薄い熱SiO2膜を蒸着させる第1の蒸着ステップと、
冷却モジュール内で、前記基板を冷却する第1の冷却ステップと、
high−K蒸着モジュール内で、前記基板上にhigh−K誘電膜を蒸着する第2の蒸着ステップと、
熱アニーリングモジュール内で、前記基板をアニールするアニーリングステップと、
冷却モジュール内で、前記アニールされた基板を冷却する第2の冷却ステップと、
金属ゲート蒸着モジュール内で、前記冷却された基板上に金属ゲート材料を蒸着させる第3の蒸着ステップと、
を含む方法において、
真空を破ることなく、前記第1の蒸着ステップ、前記第1の冷却ステップ、前記第2の蒸着ステップ、前記アニーリングステップ、前記第2の冷却ステップおよび前記第3の蒸着ステップが連続的に行なわれることを特徴とする方法。 - 金属ゲート材料を蒸着する前記蒸着ステップにより形成される金属ゲートが複合膜積層体を備え、
前記金属ゲートが形成された後、真空を破ることなく前記熱アニーリングモジュール内で基板が更に連続的にアニールされる請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの製造においてhigh−K誘電膜上に金属ゲートを蒸着するための方法。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の方法にしたがってhigh−K誘電膜上に金属ゲートを蒸着させることにより金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの製造においてhigh−K誘電膜と金属ゲートとの間の界面を向上させる方法。
- 基板を搬送するための搬送手段を有するウエハ処理台と、前記ウエハ処理台に接続された処理モジュールとを備える基板処理システムであって、
前記処理モジュールは、少なくとも熱アニーリングモジュールと、金属ゲート蒸着モジュールとを有し、
前記搬送手段は、真空を破ることなく前記ウエハ処理台と前記処理モジュールとの間で基板を搬送する基板処理システム。 - 前記処理モジュールは、冷却モジュール及び/又はhigh−K誘電体蒸着モジュールを更に有している請求項7に記載の基板処理システム。
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