JP2006310801A - 高誘電率膜上のシリコンオキサイドキャップ - Google Patents
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Abstract
【課題】高kゲート絶縁膜上のドープされたシリコンゲート間に短絡をもたらす欠陥、トラッピングを回避する、前記高kゲート絶縁膜および前記高kゲート絶縁膜上のシリコンオキサイド膜の製造法を提供する。
【解決手段】原子層堆積プロセスを用いて基板上に高kゲート絶縁材料を堆積することを包含する、半導体基板上に集積回路構造を形成するための方法。シリコンオキサイドキャッピング層は、高速熱化学蒸着プロセスにおいてゲート絶縁材料上に堆積される。ゲート電極は、シリコンオキサイドキャッピング層上に形成される。
【選択図】図8
【解決手段】原子層堆積プロセスを用いて基板上に高kゲート絶縁材料を堆積することを包含する、半導体基板上に集積回路構造を形成するための方法。シリコンオキサイドキャッピング層は、高速熱化学蒸着プロセスにおいてゲート絶縁材料上に堆積される。ゲート電極は、シリコンオキサイドキャッピング層上に形成される。
【選択図】図8
Description
発明の分野
本発明は、概して、集積回路製造において半導体層を形成することに関し、より詳細には、高誘電率材料上へのシリコンオキサイドキャップ層の形成に関する。
本発明は、概して、集積回路製造において半導体層を形成することに関し、より詳細には、高誘電率材料上へのシリコンオキサイドキャップ層の形成に関する。
発明の背景
薄膜トランジスタ(TFT)は、基本的な集積回路コンポーネントである。TFTは、薄いゲート絶縁層により半導体層から隔てられたゲート電極を典型的に有する層状構造物である。最新技術のトランジスタに対してよく用いられる頭字語は、MOS(金属−酸化物−シリコン)であるが、ゲート電極に一般に好まれる材料は、長い間、金属よりもむしろシリコンだった。他の利点の中でも、シリコンゲート電極は、高温プロセスに耐えることができ、且つ、トランジスタを完成させるために使用されるセルフアラインドドーピングプロセス(self−aligned doping processes)を可能にし、それゆえ高価なマスキング工程を排除することができる。現在、ゲート電極として、多くの金属材料がシリコンと置換するために調査されている;この置換は、仕事関数をトランジスタのチャンネル領域に合わせることを可能にし、またデバイススピードを高める。
薄膜トランジスタ(TFT)は、基本的な集積回路コンポーネントである。TFTは、薄いゲート絶縁層により半導体層から隔てられたゲート電極を典型的に有する層状構造物である。最新技術のトランジスタに対してよく用いられる頭字語は、MOS(金属−酸化物−シリコン)であるが、ゲート電極に一般に好まれる材料は、長い間、金属よりもむしろシリコンだった。他の利点の中でも、シリコンゲート電極は、高温プロセスに耐えることができ、且つ、トランジスタを完成させるために使用されるセルフアラインドドーピングプロセス(self−aligned doping processes)を可能にし、それゆえ高価なマスキング工程を排除することができる。現在、ゲート電極として、多くの金属材料がシリコンと置換するために調査されている;この置換は、仕事関数をトランジスタのチャンネル領域に合わせることを可能にし、またデバイススピードを高める。
従来のゲート絶縁膜は、質の高い二酸化ケイ素(SiO2)、シリコンオキシナイトライド(SiON)又は酸化物−窒化物−酸化物(ONO)三層で形成され、典型的にゲート酸化物層と呼ばれる。しかし、超薄ゲート酸化物(例えば、5nmよりも薄い)は、ピンホール、チャージトラッピング状態(charge trapping state)及びホットキャリア注入効果に対する感受性を含む高欠陥密度(defect densities)を示すことが見出された。このような高欠陥密度は、ゲート絶縁膜を通る漏洩電流を導く。これは、0.25μm未満のゲートスペーシング(「サブクオーターミクロンテクノロジー」)を用いた回路設計にとって急速なデバイスの故障をもたらす。
実験室の条件下でのケアを用いて欠陥密度をコントロールすることができるが、工業的な大量生産の条件下でこのようなコントロールを達成することは困難である。さらに、酸化物の完全性が完全に維持されるとしても、量子力学的効果は、ゲート酸化物のスケーリングへの基本的な限界を設定する。高電界強度では、直接的なトンネリングが、ファウラー−ノードハイム(Fowler−Nordheim)トンネリングを支配し、スケーリングの限界を大きく決定する。これらのスケーリング限界は、論理回路に対して約2nm、また、ダイナミックランダムアクセスメモリー(DRAM)回路におけるより漏洩感受性のメモリーアレイに対して約3nmで概算されてきた。例えば、非特許文献1を参照のこと。
より高い誘電率の材料をゲート絶縁膜に組み込むことは、さらなるデバイスのスケーリングへの扉を開く。より高い誘電率材料は、より薄い二酸化ケイ素層と同様のキャパシタンスを示すことができ、より低い実効酸化膜厚(equivalent oxide thickness)が、トンネル制限挙動(tunnel−limited behavior)を伴わないで達成され得る。窒化シリコン(Si3N4)は、SiO2よりもわずかに高い誘電率を有し、また、優れた拡散バリア特性を示し、ホウ素の浸透に抵抗するが、乏しいインターフェイス特性を示す。酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、ハフニウムベースの酸化物(HfO2、AlHfO、HfSiOx、HfSiON)、バリウムストロンチウムチタネート(BST)、ストロンチウムビスマスタンタレート(SBT)、酸化タンタル(Ta2O5)、ランタニド酸化物等を含む、更により高い誘電率を有するよりエキゾチックな材料は、また、更なるデバイススケーリングを可能にするために調査されている。このような誘電体(約7より高い誘電率を有する)は、ここに、「高k誘電体」又は「高k材料」と称される。
同様の高品質の薄い誘電層は、集積回路製造の他の状況で望ましい。多くの設計は、適当なデータ保存及び検索のための特定の最小キャパシタンスを示すため、メモリーアレイにおける集積されたキャパシタを要求する。所定のメモリーセルスペースに対するキャパシタンスを増大させるための幾らかの努力は、高誘電率によって特徴付けられる物質(例えば、上記に挙げられたもの)の使用に焦点が合わせられてきた。
Hu et al., Thin Gate Oxides Promise High Reliability, Semiconductor International (July 1998), pages 215−222
Hu et al., Thin Gate Oxides Promise High Reliability, Semiconductor International (July 1998), pages 215−222
本発明の要旨
高k材料は、量子効果を導入することなくゲート絶縁膜の厚さを有利に低減させ得るが、電極材料(例えば、ドープされたシリコン又はシリコンゲルマニウム合金)が現在調査中の高k材料の多くの上に堆積されるとき、インターフェイスの問題(例えば、反応及びトラッピング効果)がしばしば生じ、欠陥のあるデバイスが結果的にもたらされる。例えば、HfO2層が、約620℃で堆積された従来の低圧化学蒸着法(LPCVD)多結晶シリコン(「ポリシリコン」)と組み合わされる場合、電気的に短絡されたデバイスがしばしば得られる。さらに、HfO2−ポリシリコンインターフェイスでのトラッピング効果は、電気的欠陥を導き得る。これらの問題を回避するため、ゲート絶縁膜は、電極堆積前に中間層(intermediate layer)でキャップされ得る。
高k材料は、量子効果を導入することなくゲート絶縁膜の厚さを有利に低減させ得るが、電極材料(例えば、ドープされたシリコン又はシリコンゲルマニウム合金)が現在調査中の高k材料の多くの上に堆積されるとき、インターフェイスの問題(例えば、反応及びトラッピング効果)がしばしば生じ、欠陥のあるデバイスが結果的にもたらされる。例えば、HfO2層が、約620℃で堆積された従来の低圧化学蒸着法(LPCVD)多結晶シリコン(「ポリシリコン」)と組み合わされる場合、電気的に短絡されたデバイスがしばしば得られる。さらに、HfO2−ポリシリコンインターフェイスでのトラッピング効果は、電気的欠陥を導き得る。これらの問題を回避するため、ゲート絶縁膜は、電極堆積前に中間層(intermediate layer)でキャップされ得る。
前記に従い、本発明の1つの局面に従って、半導体基板上に集積回路構造を形成するための方法は、半導体基板をプロセッシングチャンバ中へロードすることを包含する。この方法は、さらに、ゲート絶縁膜を、原子層堆積プロセスを用いて半導体基板上に堆積させることを包含する。ゲート絶縁膜は、高k材料を含む。該方法は、さらに、高速熱化学蒸着プロセスにおいて、ゲート絶縁材料上にシリコンオキサイド層を堆積させることを包含する。1つの実施形態において、ケイ素供給源ガス及び酸素供給源ガスとしてそれぞれSiH4及びN2Oが使用される。該方法は、さらに、シリコンオキサイド層上にゲート電極を形成することを包含する。該方法は、さらに、プロセッシングチャンバから半導体基板を取り去ること(removing)を包含する。
本発明の別の局面において、方法は、高k材料を提供することを包含する。この方法は、さらに、高速熱化学蒸着プロセスにおいて高k材料上にシリコンオキサイドを堆積させることを包含する。この方法は、さらに、シリコンオキサイド上にゲート電極を形成することを包含する。
本発明の別の局面において、薄膜トランジスタ装置が、半導体基板を備える。この装置は、さらに、半導体基板上に配置されるゲート絶縁材料を備える。このゲート絶縁材料は、約7より大きい誘電率を有する。該装置は、さらに、ゲート絶縁材料上に配置されるシリコンオキサイドキャッピング層を備える。該装置は、さらに、キャッピング層上に形成されるゲート電極を備える。
本発明の別の局面において、半導体装置は、高kゲート絶縁材料とゲート電極との間に位置する酸化物キャッピング層(oxide capping layer)を備える。
好ましい実施形態の詳細な説明
上述したように、高k材料は、不都合な量子効果を導入することなく、有効電気ゲート絶縁膜(effective electrical gate dielectric)の厚さを有利に低減させる。高k層は、原子層堆積(ALD)(これは、化学的自己制御プロセス(chemically self−limiting process)である)によって堆積され得、それにより、反応前駆体の交互パルス(alternated pulse)が基板を飽和し、パルス毎に材料の1以下の単層を残す。温度は、反応物に対する凝縮レベルより高く且つ熱分解レベルより低く維持される。前駆体は、自己飽和反応(self−saturating reactions)を確実にするよう選択され、なぜなら、1つのパルスにおいて吸着される層は、同一のパルスの気相反応物と反応性のない表面末端を残すからである。異なる反応物の後のパルスは、前の末端と反応し、継続した堆積を可能にする。従って、交互パルスの各サイクルは、所望の材料の約1以下の分子層を残す。ALDタイプのプロセスの原理は、T.Suntola(例えば、Handbook of Crystal Growth 3, Thin Films and Epitaxy, Part B: Growth Mechanisms and Dynamics, Chapter 14, Atomic Layer Epitaxy, pp. 601−663、Elsevier Science B.V. 1994)において示される。
上述したように、高k材料は、不都合な量子効果を導入することなく、有効電気ゲート絶縁膜(effective electrical gate dielectric)の厚さを有利に低減させる。高k層は、原子層堆積(ALD)(これは、化学的自己制御プロセス(chemically self−limiting process)である)によって堆積され得、それにより、反応前駆体の交互パルス(alternated pulse)が基板を飽和し、パルス毎に材料の1以下の単層を残す。温度は、反応物に対する凝縮レベルより高く且つ熱分解レベルより低く維持される。前駆体は、自己飽和反応(self−saturating reactions)を確実にするよう選択され、なぜなら、1つのパルスにおいて吸着される層は、同一のパルスの気相反応物と反応性のない表面末端を残すからである。異なる反応物の後のパルスは、前の末端と反応し、継続した堆積を可能にする。従って、交互パルスの各サイクルは、所望の材料の約1以下の分子層を残す。ALDタイプのプロセスの原理は、T.Suntola(例えば、Handbook of Crystal Growth 3, Thin Films and Epitaxy, Part B: Growth Mechanisms and Dynamics, Chapter 14, Atomic Layer Epitaxy, pp. 601−663、Elsevier Science B.V. 1994)において示される。
例えば、高温における高い安定性及び低い漏洩電流を有する薄い酸化ハフニウム(HfO2)膜が、約300℃でのHfCl4/H2O化学を用いて、ALDにより堆積され得る。20〜100サイクルのHfCl4/H2Oは、約1nmと約5nmの間の厚さを有するHfO2ゲートスタックをもたらす。同様に、ハフニウムシリケート膜は、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)、オゾン(O3)、ハフニウムクロライド(HfCl4)及び水(H2O)を300℃にて連続的にパルスすることによるALDによって堆積され得る。
しかしながら、上記で説明したように、ドープされたシリコン又はシリコンゲルマニウム合金のような電極材料が高k材料上に堆積される場合、反応及びトラッピング効果のようなインターフェイスの問題がしばしば生じ、それゆえ欠陥デバイスが結果的にもたらされる。これらの集積化の困難性は、シリコン電極層の堆積前に、薄い保護層を用いて高k材料をキャッピングすることにより有利に低減され得る。例示的な高k材料としては、これらに限定されないが、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、ハフニウムベースの酸化物(HfO2、AlHfO、HfSiOx、HfSiON)、バリウムストロンチウムチタネート(BST)、ストロンチウムビスマスタンタレート(SBT)、酸化タンタル(Ta2O5)、種々のランタニド酸化物等が挙げられる。例示的なランタニド酸化物としては、酸化ランタン、酸化ネオジム及び二酸化セリウムが挙げられる。一般的に、高k材料としては、4族及び5族金属の酸化物が挙げられる。
最初に、本書に記載される例示的実施形態は、トランジスタゲートスタックに関連して表されているが、高k材料を薄い保護層でキャッピングする原理は、層が高k材料上に堆積される様々な種々の状況(context)に適用され得ることに留意されたい。このような状況の例は、ランダムアクセスメモリー(RAM)アレイにおける高密度メモリーセルのために提案されるような、高k誘電体上へのキャパシタ電極の形成である。同様に、本書に記載される方法は、高k材料上にシリコン含有層を堆積するのに特に有利であるが、本書に記載される原理及び利点は、高k材料上への金属電極の堆積においても使用され得る。
リアクタ構造
キャッピング層をより詳細に説明する前に、化学蒸着法(CVD)によりシリコン含有層を堆積するための好ましいリアクタをまず下記に示す。別個に図示されないが、本書に記載されるALDプロセスは、ASM Microchemistry Oy(エスポー、フィンランド)から市販されているPulsarTM2000ALCVDTMリアクタにおいて実施され得る。
キャッピング層をより詳細に説明する前に、化学蒸着法(CVD)によりシリコン含有層を堆積するための好ましいリアクタをまず下記に示す。別個に図示されないが、本書に記載されるALDプロセスは、ASM Microchemistry Oy(エスポー、フィンランド)から市販されているPulsarTM2000ALCVDTMリアクタにおいて実施され得る。
本書に開示される例示的実施形態は、単一基板、水平フローコールドウォールリアクタとの関連で示される。一般的に、枚葉式プロセッシングツールは、伝統的なバッチシステムよりも高いプロセスコントロール及び均一性を示すが、少数の基板しか一度に処理できないので、スループットを犠牲にする。単一パス水平フロー設計は、また、低滞留時間での反応物ガスの層流を可能にし、これが順に連続的なプロセシングを促進し、一方、互いの及びチャンバ表面との反応物の相互作用を最小限に抑える。従って、他の利点の中で、層流は、互いに不利に反応し得る反応物を連続的に流すこと(flowing)を可能にする。回避される反応としては、例えば、酸素及び水素保有の反応物によって引き起こされる高い発熱性の又は爆発性の反応、並びに、チャンバの微粒子汚染を生じる反応が挙げられる。
図1は、例示的実施形態に従って構築されるクオーツプロセス又は反応チャンバ12を含むCVDリアクタ10を示し、これは、本書に記載される方法を用いて使用され得る。一度に単一の基板上にシリコンのエピタキシャル堆積を最適化するよう当初設計されたが、図示されるリアクタ10の優れたプロセシング制御は、多くの異なる材料のCVDにおいて有用性を有する。更に、図示されるリアクタ10は、同一のチャンバ12における連続的な複数の処理ステップを安全且つクリーンに成し遂げ得る。リアクタ10の基本構造は、ASM America Inc.(フェニックス、アリゾナ州)から商品名Epsilon(登録商標)として商業的に入手可能である。
複数の放射熱の供給源は、クオーツチャンバウォールによる明らかな吸収なくチャンバ12中に熱エネルギーを供給するためにチャンバ12の外側に支持される。本書に開示される例示的実施形態は、半導体ウェハのプロセシングのための「コールドウォール」CVDリアクタとの関連で説明されるが、ここで説明されるプロセシング方法は、誘導性(inductive)又は抵抗性の加熱を使用するものなどの他の加熱/冷却システムと組み合わせて使用され得ることが理解される。
図示される放射熱供給源は、細長いチューブタイプの放射加熱エレメント13の上部加熱アセンブリを含む。上部加熱エレメント13は、好ましくは、空間をあけて平行関係で配置され、下に位置する反応チャンバ12を通る反応物ガスフロー経路と実質的に平行である。下部加熱アセンブリは、反応チャンバ12の下に同様に細長いチューブタイプの放射加熱エレメント14を備え、好ましくは上部加熱エレメント13に対して横向きに方向付けられている。望ましくは、放射熱の一部は、上部および下部の加熱エレメント13、14各々の上下の粗い鏡面反射プレート(示されていない)によって、チャンバ12中に広く反射される。さらに、複数のスポットランプ15は、反応チャンバ12の底を通って延びるコールドサポート構造によって作られる熱シンク効果(heat sink effect)を打ち消すために、基板支持構造(以下に説明される)の下側に集中した熱を供給する。
細長いチューブタイプの加熱エレメント13、14の各々は、好ましくは、ヨウ素などのハロゲンガスを含む透明のクォーツエンベロープ(quartz envelope)を有する高強度タングステンフィラメントランプである。このようなランプは、明らかな吸収を伴わず、反応チャンバ12のウォールを透過した全スペクトルの放射熱エネルギーを作り出す。半導体プロセシング装置の技術分野において知られるように、加熱エレメント13、14及びスポットランプ15のパワーは独立的に若しくは温度センサーに対応してグループ化されたゾーンで調節され得る。
ワークピース又は基板(好ましくはシリコンウェハ16を含む)は、反応チャンバ12中の基板サポート構造18上に支持されることが示される。図示された実施形態の基板は単結晶シリコンウェハであるが、「基板」という用語はその上に層が堆積される如何なる表面をも広く示すことが理解される。さらに、ここで説明される原理及び利点は、多くの他のタイプの基板(フラットパネルディスプレイにおいて使用されるもの等のガラス基板をこれに限定することなく含む)上に層を堆積するのに十分同等に適用される。
図示された支持構造18は基板ホルダ20(この上にウェハ16が載せられる)及びサポートスパイダー22を含む。スパイダー22はシャフト24に取付けられ、チャンバの下壁からぶら下がっているチューブ26を通って下方に延びる。好ましくは、チューブ26はプロセシング時に流動し得るパージ又はスイープガスの供給源と連通しており、プロセスガスがチャンバ12の下部セクションへ漏れるのを抑制する。
複数の温度センサーはウェハ16の近傍に位置する。温度センサーは、例えば光高温計または熱電対など、種々の形態のいずれもとり得る。温度センサーの数および位置は、温度の均一性を促進するよう選択される。好ましくは、温度センサーは、直接的又は間接的にウェハ近傍に位置する温度を感知する。
図示される実施形態において、温度センサーは、第一の即ち中央熱電対28を含む熱電対を備え、基板ホルダ20下に適切な方法でぶら下がっている。図示された中央熱電対28は基板ホルダ20近傍のスパイダー22を通る。リアクタ10は更に複数の第二の即ち周囲の熱電対を備え、これはまたウェハ16の近傍であり、前縁又は前方の熱電対29、後縁又は後方の熱電対30および側方熱電対(示されていない)を備える。周囲の熱電対の各々は、基板ホルダ20及びウェハ16を囲むスリップリング32中に収容される。中央及び周囲の熱電対の各々は、温度コントローラーに接続され、これはプログラムされた設定値、制御アルゴリズム、及び熱電対の示度に反応して加熱エレメント13、14及びスポットランプ15のパワーを設定する。
周辺熱電対の収容に加えて、スリップリング32は、ウェハエッジにおけるより大きな熱の損失または吸収への傾向(このようなエッジ付近の部分において体積に対する表面積のより大きな割合によって起こることが知られている現象)を補償するように、高温プロセシング時に放射熱を吸収または放出する。エッジの損失を最小限に抑えることによって、スリップリング32はウェハ16にわたって不均一な放射温度の危険性を軽減することができる。スリップリング32は任意の適切な手段によって吊り下げられ得る。例えば、図示されたスリップリング32は、フロントチャンバデバイダ36及びリアチャンバデバイダ38からぶら下がるエルボー34上に載せられる。デバイダ36、38は、望ましくはクォーツで形成される。配置によっては、リアデバイダ38は省略され得る。
図示された反応チャンバ12は、反応物およびキャリアガスの注入のためのインレットポート40を含み、ウェハ16はインレットポート40を通しても受容され得る。アウトレットポート42は、チャンバ12の反対側にあり、インレットポート40およびアウトレットポート42の間に位置するウェハサポート構造18を伴う。
インレットコンポーネント50は、反応チャンバ12に取付けられ、インレットポート40を囲むように適応され、水平に細長いスロット52を含み、そこを通ってウェハ16が挿入され得る。一般的に、垂直のインレット54は遠隔の供給源からガスを受け取り(これは下記により十分に説明される)、このようにガスとスロット52およびインレットポート40を連通する。インレット54は、米国特許第5,221,556号(Hawkinsらに発行された)中に記載されている、または、米国特許第6,093,252号(Wengertらに発行された)中の図21−26に関して説明されているようにガス注入器を含み得、これらの開示は参照によって援用される。このような注入器は枚葉式リアクタのためのガスフローの均一性を最大限にするように設計される。
アウトレットコンポーネント56は、排気口58がアウトレットポート42と一直線に並び、排気導管(exhaust conduits)59に導くように、同様にプロセスチャンバ12に取付ける。排気導管59は、次に、チャンバ12を通ってプロセスガスを吸引するための適切なバキューム手段(示されていない)と連通し得る。例示的実施形態において、プロセスガスは反応チャンバ12および下流のスクラバー(示されていない)を通って吸引される。ポンプまたはファンが、好ましくは、チャンバ12を通ってのプロセスガスの吸引を補助するため、および低圧加工のためにチャンバを排気するために含まれる。
リアクタ10は、また、必要に応じて励起種供給源60を含み、好ましくはチャンバ12の上流に位置する。図示された実施形態の励起種供給源60は、ガスライン62に沿ったマグネトロンパワージェネレータおよびアプリケータを含む遠隔プラズマジェネレータを備える。代表的な遠隔プラズマジェネレータは、Rapid Reactive Radicals Technology (R3T)GmbH(ミュンヘン、ドイツ)から商品名TRW−850として商業的に入手可能である。図示された実施形態において、マグネトロンからのマイクロ波エネルギーは、ガスライン62に沿ったアプリケータ中を流れるガスに連結される。前駆体ガス供給源63は、励起種供給源60への導入のために、ガスライン62に連結される。キャリアガス供給源64もまたガスライン62に連結される。更なる反応物のために1つ以上の更なるブランチライン65もまた備えられ得る。当該技術分野において知られるように、ガス供給源63、64は、反応物種の形態及び揮発性に依存して、ガスタンク、バブラー等を備え得る。各々のガスラインは、励起種供給源60およびそこから反応チャンバ12へ導入されるキャリアおよび反応物種の相対量の選択を可能にするために、示されるように個別のマスフローコントローラ(MFC)およびバルブが備え付けられ得る。他のアレンジメントにおいて、励起種は、プロセスチャンバ中で生成され得ることが理解される。しかしながら、下記に示す好ましいプロセスは、励起種を使用せず、むしろ熱CVDの種である。
例示的実施形態において、ウェハは、周囲環境から隔離されたハンドリングチャンバ(示されていない)からピックアップデバイスでスロット52を通して入れられる。例示的実施形態において、ハンドリングチャンバおよびプロセシングチャンバ12は、米国特許第4,828,224号(Crabbらに発行された)に開示されるタイプのゲートバルブ(示されていない)(その開示は参考により援用される)によって隔てられる。
200mmウェハを加工するために設計された枚葉式プロセスチャンバ12の全収容量は、例えば、好ましくは約30リットルより少なく、より好ましくは約20リットルより少なく、最も好ましくは約10リットルよりも少ない。図示されたチャンバ12は収容量約7.5リットルを有する。しかしながら、図示されたチャンバ12はデバイダ36、38、基板ホルダ20、スリップリング32およびチューブ26から流れるパージガスによって分割されるので、チャンバ12の上部にプロセスガスが流動する有効容量は全容量の約半分(図示された実施形態においては約3.77リットル)である。勿論、枚葉式プロセスチャンバ12の容量は、チャンバ12が設計され収容しようとするウェハのサイズに依存し得ることが理解される。例えば、図示されたタイプであるが300mmのウェハ用の枚葉式プロセシングチャンバ12は、好ましくは約100リットルよりも少ない収容量を有し、より好ましくは約60リットルより少なく、最も好ましくは約30リットルより少ない。1つの300mmウェハ用プロセシングチャンバは、全容量約24リットルを有し、有効プロセシングガス収容量約11.83リットルを有する。
上述したように、複数の気相前駆体供給源(示されていない)は、付随の安全装置およびコントロールバルブ並びにガスパネルにおいて統合されたMFCを伴うガスラインによってインレット54に接続される。プロセスガスは、中央制御装置にプログラムされた指令に従って、インレット54に連通され、注入器を通ってプロセスチャンバ12中に分配される。プロセスチャンバ12を通過した後、未反応のプロセスガスおよび気体の反応副産物は、大気への排気前に環境に悪影響を与える煙霧を凝縮させるためにスクラバーへ排気される。
ガス供給源は、好ましくは、キャリアガスの供給源を含む。好ましくは、キャリアガスは、窒素(N2)のような不活性ガスを含む。窒素ガスは、比較的不活性であり且つ多くの集積材料及びプロセスフローと適合性がある。他の可能な不活性キャリアガスとしては、ヘリウム(He)又はアルゴン(Ar)等の希ガスが挙げられる。特定のシリコン堆積プロセスがH2を使用する場合、水素ガス(H2)の供給源もまたリアクタ10へ供給され得る。
気相供給源は、液体反応物供給源を含み得る。液体供給源は、例えば、液体ジクロロシラン(DCS)、トリクロロシラン(TCS)、又は有機金属供給源をバブラー並びにバブラーから反応チャンバ12までの気相反応物をバブリング又は輸送するためのガスライン中に含み得る。バブラーは、代替的に(又は、付加的に)液体タンタルエトキシド(Ta(OC2H5)5)を金属供給源として保持し、一方で、ガスラインは、キャリアガスを液体金属供給源を通してバブリングし、有機金属前駆体をガス状形態で反応チャンバ12へ輸送するよう働く。
例示的実施形態において、リアクタ10は、また、ドーパント供給源(例えば、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)及びジボラン(B2H6))並びにリアクタウォール及び他の内部コンポーネントをクリーニングするためのエッチング剤(例えば、励起種供給源60に供給するためのプラズマ供給源ガスとして供給される塩酸(HCl)又はNF3/Cl2)のような他の供給源ガスを含む。幾つかの実施形態に従う多結晶シリコンゲルマニウム(ポリ−SiGe)の堆積のために、ゲルマニウムの供給源(例えば、ゲルマン(GeH4))がまたシリコンゲルマニウム(SiGe)膜のドーピング又は形成のために供給され得る。
例示的実施形態において、シリコン供給源がまた提供される。当該技術分野で知られているように、シラン(モノシラン(SiH4)、DCS及びTCSを含む)は、例えば、ポリ−SiGe、窒化シリコン、ケイ化金属、及び、エキストリンシック(extrinsic)またはイントリンシック(intrinsic)なシリコン(堆積パラメータに依存して、多結晶、アモルファス、または、エピタキシャル)の堆積といったCVDアプリケーションのためのよく用いられる揮発性シリコン供給源である。他の可能なシリコン供給源としては、ジシラン(Si2H6)、トリシラン(Si3H8)及びテトラシラン(Si4H10)が挙げられる。ハロゲン化されていないシラン(例えば、モノシラン、ジシラン、トリシラン、及びテトラシラン)は、感受性のあるゲート絶縁膜構造への塩素の混入を回避するのに好ましい。
高k材料の堆積
前述したように、高k材料の層は、気化した高k材料の表面上への堆積が連続的及び交互の自己飽和表面反応に基づくALDプロセスにおいて、堆積され得る。例えば、金属供給源化学物質と酸素供給源化学物質との交互気相パルスは、減圧された反応チャンバ内に供給され、加熱された基板表面と接触し、金属酸化物薄膜を形成する。供給源化学物質パルスは、気相反応が回避され且つ自己飽和表面反応のみが可能になるように、除去工程により(例えば、不活性または希ガスをフローすることにより)互いに隔てられる。本書において記載されるALDプロセスは、ASM Microchemistry Oy(エスポー、フィンランド)から市販されているPulsarTM2000ALCVDTMリアクタにおいて実施され得る。概略的なプロセスは、図8に図示される。ALDプロセスに関する更なる情報は、参考により本書においてその全開示が援用される米国特許出願公報2002/0115252 A1(2002年8月22日に公開された)に開示される。
前述したように、高k材料の層は、気化した高k材料の表面上への堆積が連続的及び交互の自己飽和表面反応に基づくALDプロセスにおいて、堆積され得る。例えば、金属供給源化学物質と酸素供給源化学物質との交互気相パルスは、減圧された反応チャンバ内に供給され、加熱された基板表面と接触し、金属酸化物薄膜を形成する。供給源化学物質パルスは、気相反応が回避され且つ自己飽和表面反応のみが可能になるように、除去工程により(例えば、不活性または希ガスをフローすることにより)互いに隔てられる。本書において記載されるALDプロセスは、ASM Microchemistry Oy(エスポー、フィンランド)から市販されているPulsarTM2000ALCVDTMリアクタにおいて実施され得る。概略的なプロセスは、図8に図示される。ALDプロセスに関する更なる情報は、参考により本書においてその全開示が援用される米国特許出願公報2002/0115252 A1(2002年8月22日に公開された)に開示される。
概して、金属供給源化学物質は、揮発性であり且つ基板温度において熱的に安定な化合物群から選択される。酸素供給源化学物質は、酸素を含有し且つ基板表面上の金属供給源化合物と反応し得る揮発性または気体化合物から選択される。例示的な酸素供給源材料としては、これらに限定されないが、過酸化水素、O3、不対電子を有する酸素、H2O及びアルコール(例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール)である。
例(ALDプロセス)において、基板は、反応スペース中にロードされる。反応スペースは、所望の温度に調整され、また、反応スペース中のガス雰囲気は、所望の圧力に調整される。4つの基本操作を含む繰返し可能なプロセスシークエンス(図8に図示されるような)が開始される。
図8に図示される例示的方法において、金属供給源化学物質の気相パルス150は、
反応スペースに導入され、基板表面と接触される。表面を飽和し、吸着された反応物の1以下の単層を残すのに十分な第一接触時間の後、反応スペースの圧力を変化させることによって及び/又は不活性ガスフローによって、過剰な金属供給源化学物質及び存在し得る(possible)反応副産物が、反応スペースから除去される155。第一パージング時間の後、酸素供給源の気相パルス160が反応チャンバ中に導入され、基板表面と接触される。第二接触時間の後、過剰な酸素供給源化学物質および存在し得る反応副産物は、反応スペースの圧力を変化させることによって及び/又は不活性ガスフローによって、反応スペースから除去される165。第二パージング時間の後、所望の厚さの金属酸化物薄膜が得られるまで、図示されたプロセスサイクルが繰り返される。所望の厚さが得られた後、薄膜を有する基板は、以下により詳細に記載されるキャッピング層の堆積のための異なる反応チャンバへ移送され得る。
反応スペースに導入され、基板表面と接触される。表面を飽和し、吸着された反応物の1以下の単層を残すのに十分な第一接触時間の後、反応スペースの圧力を変化させることによって及び/又は不活性ガスフローによって、過剰な金属供給源化学物質及び存在し得る(possible)反応副産物が、反応スペースから除去される155。第一パージング時間の後、酸素供給源の気相パルス160が反応チャンバ中に導入され、基板表面と接触される。第二接触時間の後、過剰な酸素供給源化学物質および存在し得る反応副産物は、反応スペースの圧力を変化させることによって及び/又は不活性ガスフローによって、反応スペースから除去される165。第二パージング時間の後、所望の厚さの金属酸化物薄膜が得られるまで、図示されたプロセスサイクルが繰り返される。所望の厚さが得られた後、薄膜を有する基板は、以下により詳細に記載されるキャッピング層の堆積のための異なる反応チャンバへ移送され得る。
例えば、本書に記載されるALDプロセスを用いてHfO2の薄膜を成長させるため、HfCl4蒸気は、ALD反応チャンバ中に導入され、約1.5秒間基板表面に暴露される。これは、パルスAと称される。次いで、反応チャンバは窒素ガスで約3.0秒間パージされ、過剰なHfCl4及び副産物が反応チャンバから除かれる。これは、パージAと称される。次いで、水蒸気が反応チャンバに導入され、約3.0秒間ウェハ表面に暴露される。これは、パルスBと称される。次に、残余のH2O及び反応副産物は、反応チャンバを約4.0秒間パージすることにより除去される。これは、パージBと称される。反応相(reaction phase)の間、反応物は、基板表面を飽和するのに十分な量で供給される。この例示的な高k堆積サイクルは、表Aにおいて要約される。
1つの実施形態において、パルスA、パージA、パルスB、パージBからなる表Aのサイクルが60回繰り返される。平均堆積速度は、結果的に得られるHfO2の厚さが約30Åになるように、300℃にて約0.50Åサイクル−1である。
表Aに示されるプロセッシングパラメータは例示的であり、他のパラメータが他の実施形態において使用され得る。例えば、プロセス中の温度は、通常、約200℃と約500℃の間であり得る。アモルファスHfO2層について、温度は、通常、この範囲のローエンド(low end)(約200℃から約250℃まで)であり、1つの特定の実施形態において約225℃である。結晶膜について、温度は、通常、この範囲のハイエンド(high end)(約250℃と約500℃の間)であり、1つの特定の実施形態において約300℃である。アモルファス及び結晶組成の混合物は、これらの2つのレジメの境界に帰着する。表Aに示されたプロセッシングパラメータは、広く結晶HfO2膜を製造する。
キャッピング層:形成及び特性
例示的実施形態において、シリコンオキサイドキャッピング層は、SiH4及び亜酸化窒素(N2O)を用いて、枚葉式リアクタ中で、高速熱化学蒸着法(RTCVD)によりゲート絶縁膜上に形成される。得られるトランジスタ構造の例示的実施形態は、図2に図示される。具体的に、図2は、シリコン基板210上に形成され且つ供給源220、ドレイン230、高kゲート絶縁層250及びゲート電極270を有する薄層トランジスタ(TFT)構造を図示する。図2に図示されるトランジスタ構造は、供給源220及びドレイン230の位置を高めているが(elevated)、これらの構造の高位(elevation)は任意である。図示されるように、ゲート絶縁層250は、低インターフェイス層(lower interface layer)240に隣接し、例示的実施形態において約0.3nmと約1.5nmの間の厚さであるシリコンオキサイドまたはSiON膜を備える。図2に図示される構造の形成のための例示的方法は、図9に示される。
例示的実施形態において、シリコンオキサイドキャッピング層は、SiH4及び亜酸化窒素(N2O)を用いて、枚葉式リアクタ中で、高速熱化学蒸着法(RTCVD)によりゲート絶縁膜上に形成される。得られるトランジスタ構造の例示的実施形態は、図2に図示される。具体的に、図2は、シリコン基板210上に形成され且つ供給源220、ドレイン230、高kゲート絶縁層250及びゲート電極270を有する薄層トランジスタ(TFT)構造を図示する。図2に図示されるトランジスタ構造は、供給源220及びドレイン230の位置を高めているが(elevated)、これらの構造の高位(elevation)は任意である。図示されるように、ゲート絶縁層250は、低インターフェイス層(lower interface layer)240に隣接し、例示的実施形態において約0.3nmと約1.5nmの間の厚さであるシリコンオキサイドまたはSiON膜を備える。図2に図示される構造の形成のための例示的方法は、図9に示される。
ここで図2及び9について言及すると、例示的実施形態において、低インターフェイス層240は、湿式化学処理、熱酸化、または、ラジカルにより援助される酸化(radical assisted oxidation)のような技術によってオペレーショナルブロック180において形成される。次いで、高kゲート絶縁層250は、オペレーショナルブロック185における低インターフェイス層240上に形成される。1つの実施形態において、ゲート絶縁層250は約7より大きい誘電率を有する材料を含有し、別の実施形態においてゲート絶縁層250は約10より大きい誘電率を有する材料を含有し、さらに別の実施形態において、ゲート絶縁層250は約12より大きい誘電率を有する材料を含有する。例示的実施形態において、ゲート絶縁膜は、金属酸化物を含有する。改変された実施形態において、低インターフェイス層240は省略され、高kゲート絶縁層250は、シリコン基板210上に直接形成される。
前述したように、有害な反応を引き起こすこと及び高k層とポリシラン層との間のインターフェイスでのトラッピング効果を回避するため、薄いシリコンオキサイドキャッピング層260が、ゲート絶縁層250とゲート電極270との間に配置される。このキャッピング層260は、図9に図示されるオペレーショナルブロック190において形成される。通常、シリコンオキサイドキャッピング層260は、シリコンオキサイド低インターフェイス層240と同じ方法を用いて形成されない。むしろ、キャッピング層260は、SiH4及びN2Oを用いるRTCVDにより形成される。特に、シリコンオキサイドキャッピング層260を形成するための例示的プロセッシングパラメータは、表Bにおいて示される。さらに、表Bは、改変された実施形態が操作可能な2セットのプロセシングパラメータの範囲を示す;これらの改変された実施形態は、他の特性を有するキャッピング層260を製造するために使用され得る。
表Bに記載される例示的パラメータは、下に位置する高kゲート絶縁層を堆積するためのリアクタを有する1つのツール上でのクラスタリング(clustering)に特に好適である。他のプロセッシングパラメータが、高kゲート絶縁膜上にキャッピング層を創るための他の実施形態において使用され得る。例えば、別の例示的実施形態において、堆積温度は低下され得る。温度低下は、有利なことに、高k材料とN2O及び/又はSiH4との間の望ましくない相互作用の可能性を減少させ得る。温度低下はまた、有利なことに、低インターフェイス層の酸化を低減または排除し得る;低インターフェイス層の酸化は、不都合なことに、層厚の増大をたらす。温度低下に起因する堆積速度の減少は、必要に応じて、SiH4及び/又はN2Oの分圧を増大させることにより相殺され得る。このような実施形態においてシリコンオキサイドキャッピング層260を形成するための例示的プロセッシングパラメータは、表Cに示される。さらに、表Cは、改変された実施形態が操作可能な2セットのプロセシングパラメータの範囲を示す;これらの改変された実施形態は、他の特性を有するキャッピング層260を製造するために使用され得る。
表B及びCに示されるパラメータを用いて形成されるSiO2キャッピング層の厚さは、種々のパラメータ(堆積時間を含む)を調整することにより制御され得る。具体的に、図3(これは、表Bに示される値を用いる実施形態における、堆積時間の関数としてのキャッピング層の厚さのプロットである)は、この例示的実施形態において、キャッピング層が約0.5nm min−1と約2.5nm min−1の間で成長することを示す。図3から明らかなように、このような層は、自然酸化膜層(ライン310)上に形成され得るか、または、HfO2の5nm層上に形成され得る(ライン320及び330)。キャッピング層は、他の実施形態において、他のタイプの酸化物層上に形成され得る。エリプソメトリーが使用され、SiO2キャッピング層の堆積後の合計酸化物厚さを決定され得る。
完成したキャッピング層は、好ましくは約0.3nmと約2.0nmの間の厚さであり、より好ましくは約0.3nmと約1.2nmの間の厚さであり、最も好ましくは約0.3nmと約1.0nmの間の厚さである。堆積時間を約10秒と約180秒の間で調整することにより、キャッピング層の厚さを厳密に制御することができる。好ましくは、堆積時間は、約10秒と約135秒の間で調整され、より好ましくは、堆積時間は、約10秒と約90秒の間で調整される。1つの実施形態において、堆積時間は180秒より短く、別の実施形態において、堆積時間は60秒より短い。さらに、これらのパラメータは、有利なことに、枚葉式リアクタを用いて商業的に許容されるスループットを達成するのに十分速いプロセスを提供する。
図2に図示される例示的実施形態において、キャッピング層260の形成の後、ゲート電極は、オペレーショナルブロック195においてその上に堆積される。1つの実施形態において、ゲート電極270は、(他の実施形態では他の材料が使用され得るが)多結晶シリコン(例えば、ポリ−SiGe)を含有する。さらに別の実施形態において、ゲート電極270は、仕事関数で調整された(work function−tailored)金属材料を含有し得る。ゲート電極270は、キャッピング層260を堆積するために使用されるものと同じ堆積チャンバにおいて、CVDプロセスを用いて形成され得る。しかしながら、他の実施形態において、ゲート電極270は、キャッピング層260を堆積するために使用されたものとは異なる堆積チャンバにおいて形成される。
本書に記載されるように、高k材料上へのキャッピング層の堆積は、幾らかの有利な電気特性を与える。例えば、特定のキャッピング層は、高k材料とポリシリコンゲート電極との間の直接的インターフェイスと比べて、電気的により受動的なインターフェイスを高k材料に与え得る。特に、シリコンオキサイドは、高温(例えば、1000℃以上)でHfO2層とポリシリコンの両方に接触するとき、通常、安定である。キャッピング層の他の電気的利点は、キャッピング層の表面に電荷を堆積させ(depositing)、そして、堆積された電荷の関数として表面電位を測定することにより(例えば、コロナ電荷を堆積させることができる非接触電気メトロロジーツールを用いることにより)、実証され得る。
例えば、シリコンオキサイドキャッピング層は、他の材料(例えば、Al2O3及びSi3N4)よりも低密度の固定電荷を有する。図4は、堆積された電荷の関数としてTFT構造上での表面電圧のプロット(「Q−V曲線」である。具体的に、ライン410は、上に重なるキャッピング層を有さないHfO2の5nm厚層に対するQ−V曲線であり、一方、ライン420、430及び440は、異なる厚さを有するSiO2キャッピング層をそれぞれ備える3種の異なる5nm厚HfO2層に対するQ−V曲線である。具体的に、ライン420は、比較的薄いSiO2キャッピング層(約60秒間堆積された)を表し、ライン430は、中間の厚さを有するSiO2キャッピング層(約120秒間堆積された)を表し、ライン440は、比較的厚いSiO2キャッピング層(約180秒間堆積された)を表す。図示されるように、Q−V曲線は十分に展開されている(well−developed):それらは、電荷トラッピングまたは電荷漏洩を伴わない理想的なキャパシタに対するQ−V曲線とよく似ている。これは、SiO2キャッピング層が有利な電気特性を有することを示唆する。
TFT構造の有効な電気的厚さは、図4に図示されるQ−V曲線の傾きから導かれ得る。具体的に、図5は、Q−V曲線の傾きに基づき計算された、図4に示されるQ−V曲線を有する4種類のトランジスタ誘電構造の実効酸化膜厚(EOT)を図示する。図5は、この実施形態において、実効酸化膜厚(「EOT」)が、約10Åmin−1と約15Åmin−1の間で増大することを確認する。
高k材料上へのキャッピング層の堆積の有利な特性は、また、キャッピング層を有する及び有さないTFT構造のフラットバンド電圧の評価に基づき明らかである。フラットバンド電圧の測定値は、非接触電気測定法(non−contact electrical measurements)から得られ得る。例えば、図6は、層を形成するために使用される堆積サイクルの数により測定された、層の厚さの関数としてのHfO2層に対するフラットバンド電圧のプロットである。図6のHfO2層は、約2nmの厚さを有するシリコンオキサイド低インターフェイス層240(図2を参照のこと)上に堆積された。キャッピング層は、図6のHfO2層上に堆積されなかった。図示されるように、上に重なるHfO2層を有さない低インターフェイス層240のフラットバンド電圧(約0ボルト)に合致するように、低インターフェイス層240上へのHfO2の堆積はフラットバンド電圧の増大をもたらす。
図7は、キャッピング層の厚さの関数としての、上に重なるSiO2キャッピング層を有する5nm HfO2層に対するフラットバンド電圧のプロットを示す。図示されるように、キャッピング層の堆積は、構造のフラットバンド電圧の有意な減少を結果的にもたらす。特に、図6に示されるように、より厚いキャッピング層ほど、フラットバンド電圧が、SiO2低インターフェイス層240のフラットバンド電圧−約0ボルト−に近づく。これは、キャッピング層が、本書に開示される方法を用いて堆積されるとき、高kゲート絶縁膜の電気特性に有利に影響し得ることを示唆する。
有利な電気特性を与えることに加えて、高kゲート絶縁膜上へのキャップ層の堆積は、ポリシリコンの堆積の間又は後の高温でのプロセシング工程の間、高k材料と上に重なるポリシリコン電極との反応の可能性を低減し得る。特に、シリコンオキサイドキャップは、概して、Al2O3、Si3N4又は他の材料よりも、ポリシリコンとのより安定したインターフェイスを形成することができる。キャップ層は、また、有利なことに、高k誘電層における弱点及び欠陥部位をシールし(seal)、そして高k誘電材料と上に重なるポリシリコン電極との間のドーパント移動の可能性を低減させる。
本書に記載されるようなSiO2キャッピング層の製造及び使用は、高k誘電体を用いるトランジスタ構造の製造にとって驚くべき利点を与える。特に、SiO2層上に材料を堆積させることはより困難であると伝統的に考えられてきたため、先行技術はSiO2上の直接的なゲート電極堆積を回避する方法を探し、それゆえ続く堆積工程を促進させるようウェッティング層の開発を導いた。さらに、伝統的にCVDプロセスがALDプロセスよりも制御しにくい(less controllable)と考えられていた事実にも関わらず、SiO2キャッピング層を製造するためのRTCVDプロセスの使用は、驚くほど効率的な層を製造することを見出した。
シリコンオキサイドキャッピング層を形成するための本書に開示される方法は、高k材料及びシリコンオキサイド膜のより進歩したナノラミネートを形成するために使用され得る。例えば、これらの方法は、SiO2−HfO2−SiO2ラミネート、HfO2−SiO2−HfO2−SiO2ラミネート、HfO2−SiO2−HfO2ラミネート、及びSiO2−HfO2−SiO2−HfO2ラミネート(これらの全ては、ゲート絶縁膜として使用され得る)を形成するために使用される。さらに、本書に記載される方法は、また、超薄シリコンオキサイド層を、遠隔プラズマエンハンスト化学蒸着法(RPECVD)(remote plasma−enhanced chemical vapor deposition)プロセス(例えば、SiH4/N*を用いるCVD)によって形成される超薄窒化シリコン層と組み合わせることに使用され得る。
発明の範囲
前述の詳細な説明は、本発明のいくつかの実施形態を開示するが、この開示は本発明を説明するためだけのものであり、本発明を限定するものではないことが理解されるべきである。開示される特定の配置及び操作は、上に記載されるものと異なり得、また本書に記載される方法は、TFT製造以外の状況において使用され得る。
前述の詳細な説明は、本発明のいくつかの実施形態を開示するが、この開示は本発明を説明するためだけのものであり、本発明を限定するものではないことが理解されるべきである。開示される特定の配置及び操作は、上に記載されるものと異なり得、また本書に記載される方法は、TFT製造以外の状況において使用され得る。
シリコンオキサイドキャッピング構造及び技術の例示的実施形態は、添付の図面において図示される(図面は、説明目的のみのためである)。図面は、以下の図を含む(図において、同様の数字が同様のパーツを示す)。
Claims (57)
- 原子層堆積プロセスを用いて、半導体基板上にゲート絶縁膜を堆積すること(ここで、ゲート絶縁膜は、高k材料を含有する);
ケイ素供給源ガス及び酸素供給源ガスとしてそれぞれSiH4及びN2Oを用いて、高速熱化学蒸着プロセスにおいて、ゲート絶縁材料上にシリコンオキサイド層を堆積すること;及び
シリコンオキサイド層上にゲート電極を形成すること、
を包含する、半導体基板上に集積回路構造を形成するための方法。 - SiH4がシリコンオキサイド層の堆積のためのケイ素供給源ガスとして使用される、請求項1に記載の方法。
- N2Oがシリコンオキサイド層の堆積のための酸素供給源ガスとして使用される、請求項1に記載の方法。
- シリコンオキサイド層がSiO2を含有する、請求項1に記載の方法。
- シリコンオキサイド層がSiONを含有する、請求項1に記載の方法。
- シリコンオキサイド層が約5Åmin−1と約25Åmin−1の間の速度で堆積される、請求項1に記載の方法。
- シリコンオキサイド層が約500℃と約800℃の間の温度で堆積される、請求項1に記載の方法。
- シリコンオキサイド層が約600℃と約700℃の間の温度で堆積される、請求項1に記載の方法。
- 半導体基板上に低インターフェイス層を成長させることをさらに包含する(低インターフェイス層は、半導体基板とゲート絶縁膜との間のインターフェイスを形成するよう配置される)、請求項1に記載の方法。
- 低インターフェイス層がシリコンオキサイドを含有する、請求項9に記載の方法。
- シリコンオキサイド層が約0.3nmと約2.0nmの間の厚さを有する、請求項1に記載の方法。
- ゲート絶縁膜がHfO2を含有する、請求項1に記載の方法。
- ゲート絶縁膜が金属酸化物を含有する、請求項1に記載の方法。
- ゲート絶縁膜が約7より大きい誘電率を有する材料を含有する、請求項1に記載の方法。
- ゲート電極が多結晶シリコンを含有する、請求項1に記載の方法。
- 高k材料を提供すること;
高速熱化学蒸着プロセスにおいて高k材料上にシリコンオキサイドを堆積すること;及び、
シリコンオキサイド上に電極を形成すること、
を包含する、集積回路を製造する方法。 - 高k材料がALDプロセスを用いて形成される、請求項16に記載の方法。
- 電極がトランジスタ構造のゲート電極である、請求項16に記載の方法。
- 電極がキャパシタ構造の電極である、請求項16に記載の方法。
- シリコンオキサイド層が約5Åmin−1と約25Åmin−1の間の速度で堆積される、請求項16に記載の方法。
- シリコンオキサイド層が約500℃と約800℃の間の温度で堆積される、請求項16に記載の方法。
- 高k材料を提供する前に、半導体基板上にインターフェイス層を形成することをさらに包含する、請求項16に記載の方法。
- 高k材料を提供する前に、半導体基板上にインターフェイス層を成長させることをさらに包含する(ここで、インターフェイス層はシリコンオキサイドを含有する)請求項16に記載の方法。
- シリコンオキサイドの堆積において、ケイ素供給源及び酸素供給源としてそれぞれSiH4及びN2Oが使用される、請求項16に記載の方法。
- シリコンオキサイドが約0.3nmと約2.0nmの間の厚さに堆積される、請求項16に記載の方法。
- シリコンオキサイドが約180秒よりも短い間で堆積される、請求項16に記載の方法。
- シリコンオキサイドが約60秒よりも短い間で堆積される、請求項16に記載の方法。
- シリコンオキサイドが約10秒と約135秒の間で堆積される、請求項16に記載の方法。
- 高k材料が金属酸化物を含有する,請求項16に記載の方法。
- 高k材料が約7より大きい誘電率を有する材料を含有する、請求項16に記載の方法。
- 高k材料が約10より大きい誘電率を有する材料を含有する、請求項16に記載の方法。
- 電極が多結晶シリコンを含有する、請求項16に記載の方法。
- 半導体基板;
半導体基板上に配置されたゲート絶縁材料(該ゲート絶縁材料は、約7より大きい誘電率を有する);
ゲート絶縁材料上に配置されたシリコンオキサイドキャッピング層(silicon oxide capping layer)
該キャッピング層上に形成されたゲート電極、
を備える、薄膜トランジスタ装置。 - キャッピング層が約0.3nmと約2.0nmの間の厚さを有する、請求項33に記載の装置。
- キャッピング層が約0.3nmと約1.2nmの間の厚さを有する、請求項33に記載の装置。
- ゲート絶縁材料が半導体基板と直接接触する、請求項33に記載の装置。
- ゲート電極が多結晶シリコンゲルマニウムを含有する、請求項33に記載の装置。
- 半導体基板とゲート絶縁材料との間に配置される低インターフェイス層をさらに備える、請求項33に記載の装置。
- 低インターフェイス層が、シリコンオキサイド及びシリコンオキシナイトライドからなる群より選択される、請求項38に記載の装置。
- 低インターフェイス層が、約0.3nmと約1.2nmの間の厚さを有する、請求項38に記載の装置。
- ゲート絶縁材料が金属酸化物を含有する、請求項33に記載の装置。
- ゲート絶縁材料が約10より大きい誘電率を有する材料を含有する、請求項33に記載の装置。
- ゲート絶縁材料が、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化アルミニウム、バリウムストロンチウムチタネート、ストロンチウムビスマスタンタレート、及び、ランタニド酸化物からなる群より選択される、請求項33に記載の装置。
- 第一サイド(first side)、及び、該第一サイドと反対側の第二サイド(second side)を有する高k材料の層;
高k層の第一サイドと接触する酸化物キャッピング層、及び、
高k材料の第二サイドと接触するコンダクタ、
を備える、集積回路。 - コンダクタがキャパシタ電極である、請求項44に記載の集積回路。
- コンダクタがトランジスタゲート電極である、請求項44に記載の集積回路。
- 高k層が半導体基板上に配置される、請求項46に記載の集積回路。
- 半導体基板と高k層との間に配置される低インターフェイス層をさらに備える、請求項47に記載の集積回路。
- 低インターフェイス層が、シリコンオキサイド及びシリコンオキシナイトライドからなる群より選択される、請求項48に記載の集積回路。
- 低インターフェイス層が、約0.3nmと約1.5nmの間の厚さを有する、請求項48に記載の集積回路。
- トランジスタゲート電極が多結晶シリコンを含有する、請求項46に記載の集積回路。
- キャッピング層が、約0.3nmと約2.0nmの間の厚さを有する、請求項44に記載の集積回路。
- キャッピング層が、約0.3nmと約1.2nmの間の厚さを有する、請求項44に記載の集積回路。
- キャッピング層が、約0.3nmと約1.0nmの間の厚さを有する、請求項44に記載の集積回路。
- 高k層が金属酸化物を含有する、請求項44に記載の集積回路。
- 高k層が約10より大きい誘電率を有する材料を含有する、請求項44に記載の集積回路。
- 高k層が、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化アルミニウム、バリウムストロンチウムチタネート、ストロンチウムビスマスタンタレート、及び、ランタニド酸化物からなる群より選択される、請求項44に記載の集積回路。
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