JP2003526218A - 傾斜薄膜 - Google Patents
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- H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
- H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
- H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
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- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
- H01L21/28562—Selective deposition
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- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
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- H01L21/3145—Inorganic layers composed of alternated layers or of mixtures of nitrides and oxides or of oxinitrides, e.g. formation of oxinitride by oxidation of nitride layers formed by deposition from a gas or vapour
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Abstract
Description
は傾斜された不純物濃度を有する薄膜を堆積することに関する。
る。シリコン基板の最初の製造から最終のパッキング及び検査まで、集積回路製
造は、フォトリソグラフィー、ドーピング、エッチングおよび薄膜堆積を含む、
多くの製造工程を含む。これらのプロセスの結果として、集積回路は、微細デバ
イスおよび多層中配線(wiring amid multiple layers)から形成される。
ランジスタは、“金属”層と半導体基板との間に挟まれたゲート誘電体層(gate
dielectric layer)、従って金属酸化物半導体についての頭文字“MOS”を
含む。現実には、ゲート電極(gate electrodes)は、典型的に、金属よりむし
ろ導電的にドープされたシリコンから形成される。最も一般的に使用されるゲー
ト誘電体(gate dielectric)は、SiO2、即ち二酸化ケイ素である。
ードおよびより低い電力消費を追求して、デバイスパッキング密度は、デバイス
寸法を縮小することによって、連続して増加されている。今日までのところ、こ
のスケーリング(scaling)は、0.25μm未満へゲート電極幅を減少させた
。現在、0.18μm以下のゲート幅または臨界寸法(critical dimensions)
を使用する市販品が、入手可能である。これらの小さなデバイスへ適用されるス
ケーリング則は、非常に薄いゲート酸化物層を必要とし、これは、MOS集積回
路の各世代に伴ってより小さくなった。ゲート酸化物の厚みは、可能な限り小さ
く作製され、それによってスイッチング速度が増加される。慣用のゲート酸化物
層は、寸法が連続して縮小される(scaled)ので、いくつかの点で不適当であり
得る。
しくない現象を示す。古典的意味において、酸化物は、3.1eV未満の運動エ
ネルギーを有する場合、ケイ素の伝導バンドへの電子の注入に対する比較的貫く
ことが出来ないバリアを示す。しかし、電子は、電子が十分な運動エネルギーを
有さない場合でさえ、バリアを貫通する限られた見込みを示す。この見込みは、
ゲート電場が大きくなるにつれておよび/またはゲート酸化物が薄くなるにつれ
て増加する。3nmより薄い酸化物の厚みについて、直接トンネル電流(direct
tunneling current)は、それが熱発生によって供給され得るよりも速くキャリ
アを除去するに十分に大きくなる。結果として、二酸化ケイ素ゲート誘電体は、
約1.5nm〜2nmのより低いスケーリング・リミットに達しやすい。
ト拡散に対するそれらの感受性である。ポリシリコンゲート電極層は、典型的に
その促進された伝導性のためにホウ素でドープされる。ゲート酸化物厚みが縮小
されるにつれて、ホウ素は、容易にゲート酸化物に浸透し得、デバイス特性にお
ける不安定を生じさせる。ゲート誘電体へのホウ素浸透は、閾値電圧の正シフト
、閾値下スイング(sub-threshold swing)の増加、電荷トラップ(charge trap
ping)の増加、低場孔移動度(low-field hole mobility)の減少、およびp−
MOSFETにおけるポリシリコン消耗(depletion)に起因するカレントドラ
イブの劣化のような望ましくない結果を有する。
が挙げられる。窒化ケイ素(Si3N4)は、SiO2よりも高い誘電率を有し、
理論的にはトンネル制限(tunnel-limited)されないゲート誘電体のためのより
薄い等価酸化物厚を可能にし、そして更に不純物拡散に対して有効なバリアとし
て役立つ。しかし、窒化ケイ素膜と下にある半導体基板との間の界面は、一般的
に品質に乏しく、高密度の電荷トラップ部位およびピンホール、および付随する
電流漏れを生じさせる。結果として、ゲート誘電体としての使用のために、Si
O2およびSi3N4のハイブリッド(例えば、シリコンオキシニトリド膜(silic
on oxynitride film))を作製する試みがなされた。しかし、窒素を酸化ケイ素
ゲート誘電体へ組み込む慣用方法は、特に将来世代デバイスの超薄ゲート誘電体
について、制御することが困難である。
チウムビスマスタンタレート(SBT)、バリウムストロンチウムタンタレート
(BST)などの高誘電率材料(高K)の使用が挙げられる。非常に増加した誘
電強度を示す一方、これらの材料は、現存の製造技術と統合することが困難であ
る。
の電気回路を配線するための十分に導電性の金属線を製造する困難性である。メ
タライゼーションの方法を簡単にする1つの方法は、ダマシン技術を使用するこ
とによる。ブランケット金属層を堆積しそしてワイヤリングパターンを残すため
に過剰の金属をエッチングするよりむしろ、ダマシン処理は、絶縁層におけるト
レンチによって配線のためのテンプレートを形成することを含む。金属はトレン
チを過剰に充填し(overfilled)、そしてポリッシング工程が、トレンチの外の
過剰な金属を除去する。このようにして金属は、トレンチ内に所望の配線パター
ンで残される。トレンチのフロアから下部導電性エレメントへ延びるコンタクト
ホールまたはビアが、同時に金属で充填される場合、該方法はデュアルダマシン
プロセッシングとして公知である。
びコンタクトのために使用される場合、ダマシンプロセスに伴う困難性をもたら
す。周囲の絶縁体から金属線の剥離を防止するため、そして線に渡る短絡を引き
起こす拡散スパイク(diffusion spikes)を防止するために、1以上のライニン
グ層が、金属充填の前に、トレンチ(およびビア、デュアルダマシンプロセッシ
ングにおいて)内に形成される。典型的に、金属付着層および金属窒化物バリア
層が使用される。金属シード層がまた、トレンチが電気めっきによって充填され
る場合、必要とされ得る。
導電性の金属フィラーに利用可能な空間を減少させる。従って、導電性が、金属
で完全に充填された同一のトレンチに比べて減少される。その上、金属窒化物ラ
イナー(liners)を使用することは、有利に金属フィラーを含有しそして短絡を
防止するが、空間(voids)およびさらに金属線に沿う減少された伝導率に至る
、エレクトロマイグレーションを回路作動の間に誘発することが公知である。
を有し、上部表面と下部表面との間に規定される。制御された、種々の組成が、
この薄い厚みにわたって提供される。典型的な厚みは、好ましくは約100Å未
満、より好ましくは約50Å未満であり、そして10Åのオーダーであり得る。
gate dielectric)を含む。1アレンジメントにおいて、酸化ケイ素層に、傾斜
濃度(graded concentration)の窒素が提供される。層の厚みに関わらず、この
ような勾配(gradient)が維持され得る。有利には、比較的純粋な二酸化ケイ素
が高品質チャネル界面のためにより低いレベルで提供され、一方上部表面の高窒
素含有量が、ポリシリコンゲート電極からのホウ素拡散を妨げる助けとなる。別
のアレンジメントにおいて、他の誘電性材料が、ゲート誘電体内に望ましくない
シャープな(sharp)界面を有さずに、1材料から所望の界面特性そして別の材
料から所望のバルク特性を得るために、傾斜様式(graded fashion)で混合され
得る。例えば、Al2O3は高誘電率および所望の界面特性を有し、一方ZrO2
は、ゲート誘電体の“バルク”に望ましいより高い誘電率を有する。
遷移層(transition layer)を含む。例示される実施形態において、薄い金属窒
化物層に、銅の傾斜濃度が提供される。窒化物層は非常に薄く作製され得、例え
ばダマシントレンチ内により導電性の金属のためにより多くの空間を残す。有利
には、金属窒化物を有する有効な拡散バリアが、下部表面に提供され得、一方上
部表面の高銅含有量が、電気メッキシード層(electroplating seed layer)と
しての使用のために必要な導電率を提供する。徐々の遷移がまた、シャープなバ
リア−金属界面を有する構造と比較した場合、エレクトロマイグレーションを減
少させる。
回路内に形成するための方法が提供される。該方法は、交互に少なくとも第1化
学種および第2化学種を、複数の堆積サイクルの各々で基板へ導入し、一方該基
板を反応チャンバ内で支持している。第3化学種を、複数の堆積サイクルで基板
へ導入する。第3化学種の量は、それが導入される種々のサイクルで変化し得る
。あるいは、第3化学種が、それ自体のソースガスパルスで供給され、このパル
スは、薄膜堆積が進行するにつれて、増加または減少する頻度で利用される(例
えば、第1段階の間なし、第2段階の間4サイクルごと、第3段階の間1サイク
ルごと、など)。
量との間で変化する。1例において、ケイ素ソースガスが、各サイクルの第1フ
ェーズで基板上に吸着し、一方サイクルの第2フェーズにおけるオキシダントソ
ースガスが酸化ケイ素を形成する。比較的純粋な酸化ケイ素が基板表面をカバー
した後、少量の窒素ソースガスが第2フェーズの間に導入される。窒素ソースガ
スの量は、その後の各サイクルにつれて増加する。第2フェーズの間にオキシダ
ントの量がまた減少し得、その結果純粋な窒化ケイ素上部表面が最も好ましくは
生じ、誘電体の上部表面と下部表面との間の傾斜窒素含有量を伴う。同様に、第
2の例において、タングステン、還元および窒素ソースが、第1〜第3フェーズ
において、金属窒化物を提供する。第4および第5フェーズにおける銅ソースお
よび還元剤が銅を提供する。連続サイクルにおいて、第1〜第3フェーズ(約1
以下のWN単層を製造する)および第4〜第5フェーズ(約1以下のCu単層を
製造する)の相対的割合は変化した。増加/減少は、段階的に、例えば2サイク
ル毎、3サイクル毎、5サイクル毎などに、変化され得る。
が、熱力学的に好ましい置換反応で、前フェーズの原子を置換し得る。傾斜(gr
ading)には、原子層堆積プロセスにわたって不純物フェーズの頻度を変化させ
ることにより達成され得る。あるいは、不純物フェーズの頻度は一定に保たれ、
一方で不純物の期間が堆積プロセスの間中変化されるか、あるいは種々の頻度お
よび期間の組合せが利用され得る。
層で提供され得る。その上、プロセスの間の低温が、所望の不純物含有量プロフ
ィールの維持を可能にする。
層への傾斜遷移の文脈において記載されるが、当業者は、多数の他の文脈におけ
る本明細書で開示される原理(principals)についての用途を容易に見出すであ
ろう。本明細書で開示される方法および層構造は、層厚みにわたって調整された
(tailored)濃度の不純物を有する非常に薄い層が望まれる場合に、特別な有用
性を有する。
れば種々の組成を提供することがまた、しばしば望ましい。種々の層間のシャー
プな境界は、不都合に、乏しい付着、望ましくない電気的品質、プロセス制御の
欠如などを実証し得る。
整されたプロフィールを実現することは非常に困難である。しかし、好ましい実
施形態は、単層ごとに薄膜形成を促進する原子層堆積(ALD)を利用する。実
際、制御は、1サイクル当たり1未満の単層を作製する嵩高いソース化学分子の
立体障害のために、単層よりも小さなスケールに存在する。原子的に薄膜単層を
層化する能力は、下部表面(例えば、ゲート酸化物/Si基板界面)から上部表
面(例えば、ゲート電極/ゲート誘電体界面)へのより正確な濃度勾配を形成す
ることを可能にする。
をより正確に調整する方法を提供する。従って、以下に記載される例示される実
施形態は、材料の単層の別個の工程において薄膜を構築する方法を含み、そして
従って種々の原子層堆積(ALD)のものである。各別個の層の組成は、堆積さ
れる各単層について所望の成分を選択的に導入することによって調整され得る。
例えば、ALDによって、特定の組合せの導入されたガスが、堆積成分自体の性
質によってプロセスが自己終結する(self-terminates)まで、ワークピース(w
orkpiece)と反応するか、この上に堆積するかまたは吸着する。曝露(exposure
)の長さに関わらず、プロセスガスは、更に堆積に寄与しない。引き続いての単
層を堆積させるために、異なる化学的組合せが、前に形成された単層と反応する
かまたはこの上に吸着するように、プロセスチャンバに導入される。望ましくは
、第2成分または引き続いての成分が、自己制限様式でまた、別の単層を形成す
る。これらの自己制限単層は、好適な厚みの膜を形成するに所望な回数だけ交互
にされる。
る。従って、生じる薄膜の組成は、例えば、各サイクルにおいて、各第2サイク
ルにおいて、または任意の他の所望の進行において、徐々に変化され得る。更に
、ALDは慣用の熱酸化および慣用のCVD法と比較して非常に低い温度で行わ
れ得るので、プロセスの間の拡散が効果的に制限され得る。酸化物厚みと対応す
る数の層との間の比を示すために、例えば、2nmの酸化ケイ素の薄膜は、約七
(7)単層を含む。例示される実施形態によれば、7単層の酸化ケイ素が、約1
8〜22サイクルのALDプロセスで形成され得る。従って、このような非常に
薄い層についてでさえ、組成が変化され得、その結果、第7単層へ組み込まれる
ものと比べて異なる不純物濃度が、第1単層へ組み込まれ得る。
に有用である、クォーツプロセスまたは反応チャンバ12を備える、化学気相堆
積法(chemical vapor deposition)(CVD)リアクター10を示す。示され
るリアクター10は、遠隔プラズマソースを含むように適応された、アリゾナ州
フェニックスのASM America,Inc.製の商品名EpsilonTM
で市販させるプロセスモジュールを備える。好ましい実施形態が単一基板(sing
le-substrate)CVDリアクターの文脈で議論されるが、開示されるプロセスは
、ここで議論されるものと異なる形状の反応チャンバを有する、他のタイプのC
VDリアクターにおける用途を有することが理解されるであろう。他のアレンジ
メントにおいて、好ましいプロセスは、特にALDのために設計された、フィン
ランドのASM Microchemistry,Ltd.製の商品名Puls
arTM2000で市販されるリアクターにおいて行われ得る。
バ12へ熱エネルギーを提供するように、チャンバ12の外側に支えられる。好
ましい実施形態は半導体ウェハを処理するための“コールドウォール(cold wal
l)”CVDリアクターの文脈において記載されるが、ここで記載されるプロセ
ッシング方法は、誘導(inductive)または抵抗加熱を使用するような他の加熱
/冷却システムと合わせての有用性を有することが理解されるであろう。
熱アセンブリを含む。上部加熱エレメント(upper heating elements)13は、
好ましくは、間隔を隔てた(spaced-apart)平行関係に配置され、そしてまた下
にある反応チャンバ12を通る反応物ガス流路と実質的に平行である。下部加熱
アセンブリは、好ましくは上部加熱エレメント13に対して横断方向に配置され
る、反応チャンバ12の下に類似の細長いチューブタイプ放射加熱エレメント1
4を含む。望ましくは、放射熱の一部は、それぞれ上部および下部ランプ13、
14の上および下の粗い鏡面反射プレート(rough specular reflector plates
)によってチャンバ12へ拡散的に反射される。更に、複数のスポットランプ1
5は、濃縮された熱を、ウェハ支持構造の下部へ供給し、反応チャンバ12の下
部を通って延びる冷却支持構造によって作製される放熱作用を妨げる。
ゲンガス(例えば、ヨウ素)を含有する透明クォーツエンベロープ(transparen
t 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、かなりの吸収なしに、反応チャンバ12の壁を通して透過
されるフル−スペクトル(full-spectrum)放射熱エネルギーを生成する。半導
体プロセッシング装置の分野において公知であるように、種々のランプ13、1
4、15のパワーが、温度センサーに応答して独立的にまたはグループ化ゾーン
で制御され得る。
ウェハ支持構造18上の反応チャンバ12内に支持されている状態で示される。
例示される実施形態の基板が単結晶シリコンウェハであるが、用語“基板”は、
層が堆積される任意の構造をいうことが理解されることに注意すること。支持構
造18は、サセプタ20、シャフト24からぶら下がり(depending)チューブ
26を通って延びるクォーツ支持スパイダー(quartz support spider)22、お
よびウェハ16を横切る層ガス流および均一な温度を促進する多数の周囲エレメ
ントを含む。
ポート40を含み、そしてウェハ16はまた、それを通して受容され得る。出口
ポート42は、チャンバ12の反対側にあり、ウェハ支持構造18は、入口40
と出口42との間に配置されている。
ンバに取り付けられており、そしてウェハ16が挿入され得る水平に細長いスロ
ット45を含む。スロット45は、操作の間、選択的にゲートバルブ(図示せず
)によって密封される。ほぼ垂直な入口46は、遠隔のソースからガスを受容し
、そしてスロット45および入口40とこのようなガスを連結する。
入口46とつながるプロセスガスの遠隔ソース(示さず)、ならびに当業者に理
解されるように、ガスパネルに統合される質量フローコントローラー(mass flo
w controllers)(“MFC”)を含む。
しくはシラン(例えば、モノシラン(SiH4))、四塩化ケイ素(SiCl4)
、ジクロロシラン(DCSまたはSiH2Cl2)、トリクロロシラン(TCSま
たはSiHCl3)、あるいは他のシランまたはハロシランケイ素ソース;オキ
シダントソースガス(例えば、O2、O3、Oラジカル、H2O、NOまたはN2O
);および窒素ソースガス(NH3など)を保持するタンクを含む。金属ソース
ガスはまた、高k金属酸化物の堆積のために使用され得る。第2実施形態につい
て、ソースガスは、1以上の金属ソースガス(例えば、WF6、TiCl4、Cu
Clなど)、窒素ソースガス(例えば、NH3)および還元剤(例えば、トリエ
チルボロンまたはTEB)を含む。
を輸送するために、液体溶液(例えばTCS)を通してH2をバブリングするた
めのバブラー(bubbler)およびガスラインを含み得る。多くの金属ソースは、
同様に、液体溶液およびバブラーを含み得る。リアクター10はまた、他のソー
スガス、例えば、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)、および/または
ジボラン(B2H6)を含むドーパントガス(dopant gases);リアクター壁をク
リーニングするためのエッチャント(例えばHCl);ドーピングまたはSiG
e膜の形成のためのゲルマニウムソースなどを含み得る。
lasma generator)60という、励起化学種の任意のジェネレータが、反応エリ
アから離れてまたは上流に、そして好ましくはチャンバ12の上流に提供される
。典型的な遠隔励起化学種ジェネレータは、ドイツ,ミュンヘンのRapid
Reactive Radicals Technology GmbH製の商品
名TR−850で商業的に利用可能である。当業者に公知であるように、ジェネ
レータ60は、ガスへパワーを連結し、励起化学種を発生させる。例示される実
施形態において、ジェネレータ60は、ガスライン62に沿ってアプリケーター
においてマグネトロンから流動ガスへマイクロ波エネルギーを組み合わせる。前
駆ガス63のソースを、励起化学種ジェネレータ60への導入のためにガスライ
ン62へ連結させる。キャリアガス64のソースもまた、ガスライン62へ連結
させる。1以上の更なるブランチライン65がまた、更なる反応物のために提供
され得る。当該技術分野に公知であるように、ガスソース63、64は、反応物
化学種の形態および揮発性に依存して、ガスボンベ、バルブなどを備え得る。各
ガスラインは、示されるように、別々の質量フローコントローラー(MFC)お
よびバルブを装備し得、ジェネレータ60へそして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化学種の相対量の選択を可能にする。
列に並びそして排気導管50へ至るように、プロセスチャンバ12へ搭載される
。導管50は、次に、チャンバ12を通ってプロセスガスを抜き出しそして所望
ならば減圧するに好適な真空手段(示さず)と連結する。
である。デバイスが小さくなるにつれて、ゲート酸化物層のような薄層を慣用手
段によって堆積することは、益々困難になっている。更に、酸化ケイ素層の性質
は、ゲート誘電体の所望の電気特徴に取り組むために、変化する必要がある。
ties)を有するだけでなく、重ね合わせるゲート電極からゲート誘電体への不純
物の拡散に抵抗すべきである。酸化ケイ素は、ゲート誘電材料として現在数十年
間首尾よく使用されているが、今日の回路設計は、ますます薄い層の使用を課す
る。より薄い層の結果として、ドーパント(例えば、ホウ素)拡散は、より問題
となる。
。しかし、当該分野の他の場合に認識されたように、チャネル界面での窒化物は
、乏しい界面特性および従って乏しい電気的性能をもたらす。従って、得られる
誘電体構造は、チャネル界面で純粋な酸化ケイ素を有し、そしてより高いレベル
で窒化ケイ素を有する。
酸化によって作製される。窒素を組み込むために、窒素含有ガスが、主要酸素流
へ添加され得、および/または堆積後処理が、窒素含有ガスまたは窒素注入(ni
trogen implantation)で行われ得る。このような方法は、窒素を酸化物材料へ
組み込んでシリコンオキシニトリド(silicon oxynitride)(SiOxNy)を形
成し得るか、または酸化物上にSi3N4層を形成し得る。いずれの場合において
も、ゲート誘電性材料が非常に薄い場合(例えば、7nm未満)、特に集積回路
の現在または将来の集積回路デバイス世代について、膜中の窒素含有量を制御す
ることは困難である。このような超薄誘電体について、窒素をゲート誘電体へ組
み込む慣用方法は、基板との界面での窒素含有量をなお最小化すると同時に、基
板の両端で均一な電気的特徴を生成するように制御され得ない。
う、シリコンの約1以下の単層の交互吸着を含む。酸化段階の間、窒素がまた選
択的に組み込まれ得る。本質的に、これら2つのガスを混合することによって、
酸素対窒素の任意の所望の比を有するオキシニトリド膜が、成長され得る。好ま
しい実施形態において、サイクルプロセスの間に反応物比を変化させて、各サイ
クルによって形成される組成が調整され得る。最も好ましくは、堆積は、厚みに
わたる任意の所望の傾斜(grading)を伴って、純粋な酸化ケイ素に始まりそし
て純粋な窒化ケイ素に終わる。
めに調製される。例示される実施形態において、基板は、半導体材料であり、こ
こにトランジスタチャネルが形成される。半導体基板は、エピタキシャル層から
形成され得るか、または固有に(intrinsically)ドープされたシリコンウェハ
の上部部分から形成され得る。他のアレンジメントにおいて、基板は、代替材料
(例えば、III−V半導体)を含み得る。
する表面末端(surface termination)を残す。誘電体層が単結晶シリコン層ま
たはウェハ上に形成される、例示される実施形態において、裸の(bare)シリコ
ン表面は、好ましくはヒドロキシル(OH)テイル(tails)で終結する。当業
者に明らかであるように、このような表面終結は、ウェハ清浄後、単にクリーン
ルーム雰囲気への曝しによって容易に得られ得る。
プロセスチャンバへロードされ、そしてプロセシングのために準備される。パー
ジガスが、好ましくは、大気汚染物質を除去するために、チャンバを通って流さ
れる。
され得る。必要ならば、ウェハは、ランプ13、14および15へのパワー出力
を増加させることによって、所望のプロセス温度へ上昇される。しかし、有利に
は、例示される自己制限反応は、低温で行われ得、その結果、リアクターが、ワ
ークピース交換の間に上昇することなしに、反応温度で一定に維持され得る。大
気以外である場合、所望の圧力レベルが、当業者に公知のような慣用真空ポンプ
を使用して、達成され得る。本シリコンオキシニトリドプロセスについて、例え
ば、約100℃〜500℃、より好ましくは約200℃〜400℃、最も好まし
くは約300℃〜400℃のプロセス温度に維持することが好ましい。望ましく
は、プロセスはまた、圧力に対して比較的鈍感であるが、好ましい圧力範囲は約
1Torr〜100Torrであり、そしてより好ましくは約5Torr〜15
Torrである。
得る。遠隔−プラズマ励起(remote-plasma excited)酸素および/または窒素
ソースを使用して、室温プロセッシングでさえもっともらしい。従って、別個の
層の間の拡散(inter-diffusion)が回避され得、そして高温での後処理が酸素
または窒素含有ガスの環境において行われない限り、堆積される組成プロフィー
ルはインタクトのままである。上述のように、図1のプラズマジェネレータ60
は、流動反応物ガスへマイクロ波エネルギーを連結させて、プラズマを引き起こ
し得る。望ましくは、イオン化学種は、プロセスチャンバへ入る前に再度結合さ
れ、それによってワークピースおよびチャンバ自体への損傷を最小化し、一方、
NおよびOのようなラジカルは、生き残って、プロセスの酸素および/またはN
フェーズに対して高められた反応性を提供する。
と、次いで、プロセスおよびキャリアガスがプロセスチャンバへ送られる。従っ
て、未反応プロセスおよびキャリアガスならびに任意のガス状反応副生成物が、
排気される。キャリアガスは、任意の多数の公知の非反応性ガス(例えば、H2
、N2、Ar、Heなど)を含み得る。例示される実施形態において、N2が、キ
ャリアガスとして使用される。
形態において、第1化学種は、ケイ素含有化学種を含み、そしてケイ素含有化学
種の自己終結単層(self-terminating monolayer)を生じる少なくとも1つの他
のリガンドを含む。例えば、酸化ケイ素の堆積のためのケイ素ソースガスとして
は、以下が挙げられ得る:式SimL2m+2のシラン(ここで、mは1〜3の整数
である);式SiyOy-1L2y+2のシロキサン(ここで、yは2〜4の整数である
);および式Siy(NH)y-1L2y+2のシラザン(silazanes)(ここで、yは
2〜4の整数である)。これらの式において、各Lは独立して、H、F、Cl、
Br、I、アルキル、アリール、アルコキシ、ビニル(−CH=CH2)、シア
ノ(−CN)、イソシアネート(−NCO)、アミノ、シリル(H3Si−)、
アルキルシリル、アルコキシシリル、シリレンまたはアルキルシロキサンであり
得、ここでアルキルおよびアルコキシ基は、直鎖または分枝鎖であり得、そして
少なくとも1つの置換を含み得る。揮発性シラノールおよび環状ケイ素化合物は
、他の好適なケイ素ソース化合物の例である。
窒化ケイ素の堆積のために使用され、何故ならばシロキサンは相当に強いSi−
O結合を有するからである。ケイ素化合物は、例えばGelest,Inc.(
William Leigh Drive, Tullytown, PA 19007-6308, United States of America
)から購入され得る。
ロロシラン(DCS)またはトリクロロシラン(TCS)を含む。好ましいリア
クターにおいて、ケイ素ソースガスが、約10sccm〜500sccm、より
好ましくは約100sccm〜300sccmの速度で流される。ケイ素ソース
ガスは、約0.1秒〜1秒間、好ましい温度および圧力条件下で、そしてより好
ましくは約0.3秒〜0.7秒間、維持される。ケイ素の単層は、クロリドテイ
ルまたはリガンドで終結されたシリコン基板表面上に化学吸着する(chemisorbs
)。表面終結は、望ましくは、ケイ素ソースガスおよびキャリアガスとの更なる
反応を阻害する。
態において、第2化学種は、オキシダントを含み、最も好ましくは純粋なH2O
蒸気を含む。H2Oは、好ましくは、キャリアガスフローへ、約10sccm〜
500sccm、より好ましくは約100sccm〜300sccmの速度で注
入される。好ましい温度および圧力条件下で、H2Oパルスは、好ましい温度お
よび圧力条件下で約0.1秒〜1秒間、そしてより好ましくは約0.3秒〜0.
7秒間維持される。オキシダントパルスがオフされた後、キャリアガスが、好ま
しくは、次の反応物パルス前にチャンバからオキシダントをパージするに十分な
時間、流される。他のアレンジメントにおいて、チャンバが、第2反応物を除去
するために、真空にされ得ることが理解される。
、リガンドの代わりに酸素原子を残す。望ましくは、化学量論または化学量論に
近いSiO2が残される。
リアガスフローへ注入され、パルスが停止され、そしてケイ素ソースガスがチャ
ンバから除去され、第2オキシダントソースガスパルスが続き、次いでこれが次
に停止され、そしてチャンバから除去される。次いで、これらのパルスは、誘電
体層が所望の厚みを達成するまで、連続して交互にされる。
れる。示される誘電体実施形態において、不純物は、好ましくは、窒素を含み、
そして不純物ソースガスは、好ましくは、交互プロセスに添加されるアンモニア
(NH3)またはヒドラジン(N2H4)を含み得る。アンモニアおよびヒドラジ
ンの両方は、かなり反応性のガスであり、それらを低温ALDプロセッシングに
好適にする。以下の図9〜13の開示される実施形態を考慮して、1実施形態に
おいて、アンモニアが、ケイ素フェーズに続いて、異なるアンモニアフェーズ(
各々は、アンモニアパルスおよびパージパルスを含む)で添加される。アンモニ
アフェーズは、徐々にオキシダントソースガスフェーズを置換し、例えば10サ
イクル毎に1回、徐々に他のサイクル毎に1回へ増加させ、そして好ましくはオ
キシダントフェーズの完全な置換で終わる。従って、交互プロセスは、酸化ケイ
素を堆積することから始まり(ケイ素およびオキシダントフェーズを交互させる
ことによる);プロセスの中間部分における窒素レベルを増加させながら、傾斜
(graded)シリコンオキシニトリドを堆積させ(窒素そして特にアンモニアフェ
ーズでオキシダントフェーズの増加部分を徐々に置換することによる);そして
、所望の誘電体厚みが到達されるまで、交互プロセスが窒化ケイ素を堆積させる
(ケイ素およびアンモニアフェーズを交互させることによる)。
る。異なる量のNH3が、プロセスの間中、異なるオキシダントソースガスパル
スへ添加される。従って、所望の量の窒素が、二酸化ケイ素の各単層へ選択的に
組み込まれ得、そしてシリコンオキシニトリド層が、調整された窒素含有量プロ
フィールで生じる。
)との間の反応は、オキシダントとケイ素コンプレックスとの間の反応と比べて
、種々の熱力学的有利性(favorability)を有することを理解する。従って、オ
キシダントに対するアンモニアの割合は、得られるシリコンオキシニトリドにお
ける酸素に対する窒素の割合と必ずしも等しくない。当業者は、容易に、所望の
レベルの窒素組み込みについて好適なパラメータを決定するために、ルーチンの
実験によって熱力学的競合を容易に考慮し得る。特に酸素活性化学種と組み合わ
せて、遠隔プラズマジェネレータによって窒素活性種を提供することは、窒素ソ
ースに対する酸素ソースの比を変化させる効果を最大化し得る。
〜301dを例示する、1実施形態に従うガスフローダイヤグラムである。例示
されるシーケンスは、キャリアガス300の一定流を含む。示されるように、ケ
イ素ソースガスの第1パルスまたはスパイク(spike)302aが、提供されて
、第1自己終結ケイ素単層を形成する。第1パージ工程303(この間、キャリ
アガスが、ケイ素ソースガスがチャンバから除去されるまで流れ続ける)後、第
1オキシダントソースガスパルスまたはスパイク304aが提供される。第2パ
ージ303後、第2ケイ素ソースガスパルス302bが提供され、第2オキシダ
ントソースガス304b、第3ケイ素ソースガスパルス302c、第3オキシダ
ントソースガスパルス304cなどが、パージ工程303によって分離される交
互パルスで続く。
あるポイントで、第1不純物ソースガスパルス306bが、好ましくはオキシダ
ントソースガスパルス304bの間に提供される。望ましくは、比較的低い割合
の不純物ソースガス(好ましくは、NH3を含む)が、この第1パルス306b
の間に提供される。引き続いてのオキシダントソースガスパルス304c、30
4dなどの間、不純物ソースガスの次第に多くなる流れが、パルス306c、3
06dなどで提供される。不純物ソースガスの次第に多くなる流れが使用される
場合、オーバーヘッドシャワーヘッド(overhead showerhead)の様式によって
のように、基板表面に対して垂直に反応物を供給することが有利であり得る。2
つのソース化学物質の競合吸着の場合、すべての基板表面は、好ましくは、ガス
混合物へ同時に曝される。従って、基板の入口側から排気側への濃度勾配が、回
避され得る。
ること。さらに、好ましいプロセス条件は、実際に、複数のサイクル後に形成さ
れる完全単層(full monolayer)を生じさせる。理論的に、反応物は、ワークピ
ースの曝露層上の各利用可能な部位で化学吸着すると同時に、該吸着された(そ
して特に終結リガンドを有する)化学種の物理的サイズは、一般的に、単層のフ
ラクションへ各サイクルでのカバレッジ(coverage)を制限する。例示される実
施形態において、平均して約1ÅのSiO2が1サイクル当たり形成するのに対
して、SiO2の真の単層は厚み約3Åであり、その結果、完全単層が、概して
3サイクル毎に有効に形成され、ここで各サイクルは、ケイ素ソースガスおよび
オキシダントガスパルスの対によって示される。
トソースガスパルスで交互にされる3ケイ素ソースガスパルス後に行われる。こ
の様式において、少なくとも完全単層の二酸化ケイ素が、窒素ドーピングの導入
前に提供される。より好ましくは、第1アンモニアパルス306bが、6サイク
ル後に提供され、それによって基板−誘電体界面への窒素拡散に対する更なる保
険を提供する。例示される実施形態において、アンモニアが約0sccm〜10
sccm、より好ましくは約0sccm〜5sccmで、第1パルス306bに
おいて流される。その後、アンモニアパルスが、約50sccmだけ各サイクル
において増加される。
不純物ソースガスフローを増加させる間に、減少され得る。従って、反応物シリ
コンオキシニトリド誘電体層における窒素含有量は、下部表面で0パーセントか
ら上部表面で化学量論んのSi3N4まで増加され得る。
におけるトランジスタ構造70の概略断面図を示し、そしてこれについてここで
開示される方法は特に有用性を有する。ゲート誘電体層72は、ゲート電極74
と半導体基板76との間に挟まれる。従って、ゲート誘電体72は、基板界面7
8と電極界面80との間に延びる。例示される実施形態において、ゲート電極7
4は、ポリシリコン層を含む。基板76は、任意の好適な半導体材料を含み、そ
して例示される実施形態において、固有に(intrinsically)ドープされた単結
晶ケイ素の層を含む。1実施形態において、ゲート誘電体72は、種々のそして
好ましくはその厚みにわたって傾斜された窒素含有量を有する酸化ケイ素を含む
。他の実施形態において、Al2O3は、より高い誘電率材料(例えば、ZrO2
)へ傾斜されて、より高い全体的な誘電率を提供する、ケイ素との純粋な界面と
して役立ち得る。ゲート電極74は、更に、側壁スぺーサー82および誘電体キ
ャップ層84によって保護され、これら各々は、慣用的絶縁材料(例えば、酸化
ケイ素または窒化ケイ素)を含み得る。ゲート電極74はまた、より速い側方シ
グナル伝達ために、高導電性ストラッピング層(high conductivity strapping
layer)(例えば、金属窒化物、金属ケイ化物、および純粋な金属)を含み得る
。
を示す。図は概略図のみであることに注意すること。一般的に、各単層における
不純物の濃度は、望ましいように、変化し得る。例示される実施形態において、
不純物濃度の線形プロフィールが好ましい。他のアレンジメントにおいて、不純
物濃度は、薄膜の厚みわたって、工程機能などによって、急激に変化し得る。
2を例示する。図7に関して上述される、好ましいプロセッシング条件によれば
、このような単層は、ケイ素およびオキシダントソースガスパルスを交互するA
LDの平均約3サイクル後に形成され得る。望ましくは、第1または基板界面単
層102は、ほとんど或いは全く不純物濃度を有さず、好ましくは約0.1%未
満の不純物を有し、そしてより好ましくは単層102が純粋なSiO2から形成
される。
の第2単層104を示す。第2単層104は、好ましくは、低不純物濃度(好ま
しい実施形態において窒素)を有し、しかし前の単層102における濃度よりも
高い。
る。例示される実施形態において、しかし、第3単層106は、第2単層104
よりも高い不純物(窒素)濃度を有する。同様に、複数の更なる単層が、所望の
最終厚みが達成されるまで、一度に1つで堆積される。各単層は、異なる不純物
濃度を有し得、そして膜の厚みにわたる不純物プロフィールは、それに応じて調
整され得る。
全にする。従って、最終単層114は、その上に堆積される導電性材料とのゲー
ト電極界面80を規定する。当然ながら、図6は単に概略的であり、そして例示
される7よりもより多い多くの単層が、所望の最終厚みを形成するために使用さ
れ得ることが理解される。その上、個々の単層102〜114は、概略図に反し
て、最終構造において、はっきりと規定可能でないだろう。
、ゲート電極界面80での最大濃度まで変化するように制御される。好ましくは
、ゲート誘電体72は、約0.1%未満の、そしてより好ましくは約0%の基板
界面78での窒素濃度を有する。他方、ゲート電極界面80での窒素含有率は、
好ましくは約5%より大きく、より好ましくは約8%より大きく、そして最も好
ましくは約10%よりも大きい。これら2つの界面78、80の間の窒素含有量
は、ほぼ線形的に傾斜される。しかし、任意の他の所望の傾斜プロフィール(例
えば、放射状、指数的、長円形状など)が、各酸化フェーズの間の窒素ソースガ
スの割合を調整することによって達成され得ることが理解されるだろう。
電体は、約6nm未満、より好ましくは約5nm未満の実際の厚みを有し、そし
て例示される実施形態において、約2nmの厚みを有し、約7単層を含む。例示
されるゲート誘電体72は顕著な窒素含有量を組み込むので、それは、好ましく
は、2.0nm未満、より好ましくは約1.7nm未満、そして最も好ましくは
約1.6nm未満の等価酸化物厚み(equivalent oxide thickness)を示す。例
示される線形的に傾斜されるオキシニトリドは、約1.7nmの等価酸化物厚み
を有する。
ーガープロフィール(theoretical reverse Auger profile)であり、半導体基
板界面からの距離の関数として、誘電体層における不純物含有量の割合を示す。
示されるように、好ましい実施形態において、半導体基板界面でまたはその附近
で、不純物含有量350(即ち、窒素)は最小であり、一方、酸素含有量340
は最大である。半導体基板界面からの距離が遠くなるにつれて、不純物濃度35
0はほぼ線形的に最大値へと増加し、一方酸素含有量340は最小値へと減少す
る。
(SiO2)を含み、一方層の上部附近(ゲート電極界面)で、ゲート誘電体は
、ほぼ純粋な窒化ケイ素(Si3N4)を含む。このような構造は図7と類似のA
LD法によって作製され得ることが理解されるが、オキシダントパルス振幅は、
サイクル毎または数サイクル毎で、減少する。
正確に制御された不純物含有量が達成され得る。従って、例示される実施形態に
おいて、二酸化ケイ素の界面特性は基板表面で得られ、一方、窒素がゲート誘電
体の残りへ組み込まれて、ホウ素浸透を減少させて、そしてゲート誘電体の全体
的に有効な誘電率を増加させる。ALDを使用することは、原子層レベルでの正
確な制御を可能にする。その上、堆積に含まれる低温は、相互拡散無しに、厚み
における種々のポイントでの任意の所望の不純物濃度の維持を可能にする。対照
的に、慣用技術は、そのように正確に制御されず、そしてプロセッシングの間の
拡散および/またはこのような薄いゲート誘電体層形成中の制御の固有の欠如に
起因して、このような薄膜における任意の不純物の拡散さえ生じる傾向にある。
のより良い制御を可能にする。例えば、ゲート誘電体は、基板のこれらの領域へ
の電気接触を形成するために、典型的に活性領域(active areas)(例えば、ト
ランジスタのソースおよびドレイン領域)上でエッチングされる。ゲート誘電体
の上部表面から基板界面への窒素含有量の徐々の(gradual)変化は、当業者に
理解されるように、このようなエッチプロセスに渡ってより大きな制御を可能に
する。当業者は、集積回路において使用される薄膜における傾斜プロフィール(
grading profiles)に対する他の利点を認識するだろう。
当業者は、ここでの開示のために、ALDよってゲート誘電体材料における傾斜
プロフィールを形成することに、同一の原理が適用され得ることを容易に理解す
るだろう。例えば、本発明者らは、酸化アルミニウムが、有利に、高誘電率(k
)を実証し、そしてまた、酸化ケイ素および/またはシリコン基板との良好な界
面特性を有することを見出した。従って、純粋な酸化アルミニウム(Al2O3)
層は、アルミニウムソースガスおよびオキシダントの交互パルスを使用するAL
Dによって、先ず形成され得る。
えばトリメチルアルミニウム (CH3)3Al、トリエチルアルミニウム (CH 3 CH2)3Al、トリ−n−ブチルアルミニウム (n−C4H9)3Al、ジイソ
ブチルアルミニウムハイドライド (i−C4H9)2AlH、ジエチルアルミニウ
ムエトキシド (C2H5)2AlOC2H5、エチルアルミニウムジクロリド (C2 H5)2AlCl2、エチルアルミニウムセスキクロリド (C2H5)3Al2Cl3
、ジイソブチルアルミニウムクロリド (i−C4H9)2AlClおよびジエチル
アルミニウムヨージド (C2H5)2AlIが挙げられる。これらの化合物は、例
えばAlbemarle Corporation,USAから商業的に入手可
能である。他のアルミニウムソースガスとしては、Al−O−C結合を含むアル
ミニウムアルコキシド、例えばエトキシドAl(OC2H5)3、アルミニウムイ
ソプロポキシド Al[OCH(CH3)2]3およびアルミニウムs−ブトキシド
Al(OC4H9)3が挙げられる。これらの化合物は、例えばStrem Ch
emicals,Inc.,USAから商業的に入手可能である。アルミニウム
ソースはまた、アルミニウムベータ−ジケトナート、例えばアルミニウムアセチ
ルアセトナート Al(CH3COCHCOCH3)3(しばしば、Al(acac
)3と短縮される)、およびトリス−(2,2,6,6−テトラメチル−3,5
−ヘプタンジオナト)アルミニウム(通常、Al(thd)3、Al(TMHD
)3またはAl(DPM)3と短縮される)を含み得る。揮発性ハロゲン化アルミ
ニウムベータ−ジケトナートはまた商業的に入手可能であり、例えばアルミニウ
ムヘキサフルオロアセチルアセトナート Al(CF3COCHCOCF3)3(し
ばしば、Al(hfac)3と短縮される)。これらの化合物は、例えばStr
em Chemicals,Inc.,USAから商業的に入手可能である。揮
発性の、純粋に無機のハロゲン化アルミニウム(例えば、塩化アルミニウム A
lCl3またはAl2Cl6、臭化アルミニウム AlBr3、及びヨウ化アルミニ
ウム AlI3)がまた、前駆体として使用され得る。低基板温度で、無水硝酸ア
ルミニウムが、ALDのためのアルミニウムソース化学物質として使用され得る
。無水Al(NO3)3の合成は、G. N. Shirokova, S. Ya. Zhuk およびV. Ya.
Rosolovskiiによって、Russian Journal of Inorganic Chemistry, vol. 21, 19
76, pp. 799-802において記載され、この開示は本明細書中で参考として援用さ
れる。硝酸アルミニウム分子は、それがエーテルのような有機化合物と接触する
と、酸化アルミニウムを破壊する。
ル(例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール)などが挙げられる。
ルスまたはその間の排気工程とを交互にすることを含む。各パルスは、約0.5
秒の持続時間を有し得、そして基板は、約300℃に維持され得る。このプロセ
スはAl2O3層を堆積させ、これに、より所望のバルク特性(例えば、より高い
誘電率)を生じるソースガスをALDプロセスへ徐々に添加することによる傾斜
(grading)が続く。例えば、TMAパルスは、純粋な二酸化ジルコニウム(Z
rO2)が形成されるまで頻度を増加させながら、数サイクル毎にジルコニウム
ソースガスパルスの代わりに用いられ得る。典型的なプロセスにおいて、ZrC
l4は、ジルコニウムソースガスとして役立ち、そして酸化アルミニウムALD
プロセスと同一温度(例えば、300℃)で堆積され得る。あるいは、ジルコニ
ウムソースガスが、同時に、そして金属パルス(これは、オキシダントパルスと
連続して交互にされる)の間のアルミニウムソースガスの増加する割合として導
入され得る。この場合、当業者は、ルーチン実験によってジルコニウムソースガ
スに対するアルミニウムソースガスのどのくらい割合が、層中に所望の材料割合
を得るために使用されるべきであるかを決定し得る。同様に、当業者は、容易に
、他の誘電体材料もまたこの様式で作製され得ることを認識するだろう。
ウムは、良好な電気界面特性を有する良好なバリア拡散として役立ち、一方二酸
化ジルコニウムは、誘電体のためにより高い全体的な誘電率値を提供する。ゲー
ト誘電体はまた、酸化アルミニウムが上部界面のために形成してゲート電極から
ゲート誘電体への下向きのホウ素(B)拡散に対する良好な拡散バリアを提供す
るまで、ZrO2から傾斜され得る。
第2実施形態は、傾斜導電性膜(graded conductive film)、特にバリア層(例
えば、金属窒化物)とより導電性のフィラー層(filler layer)(例えば、元素
金属)との間に傾斜遷移(graded transition)を含む。
アルダマシン構造400が示される。特に、上部絶縁層402および下部絶縁層
404は、導電性回路エレメント(conductive circuit element)406の上に
形成される。絶縁層402、404は、テトラエチルオルトシリケート(TEO
S)またはボロホスホシリケートガラス(BPSG)からの酸化物のような慣用
的酸化物を含み得るか、またはそれらは、進歩したプロセス技術に従う“低k”
誘電体を含み得る。下部回路エレメント406は、典型的に、下部金属層または
ランディングパッド(landing pad)を含むが、いくつかの場合においては半導
体層を含み得る。
yer)408とともに示され、これは、当業者によって認識されるように、デュ
アルダマシン構造の形成においてハードマスク(hard mask)として役立ち得る
。下部絶縁バリア層410はまた、下部絶縁層404と下部導電層406との間
に示される。このような層は、下部導電性エレメント406または重ね合わせる
金属層が銅(これは、容易に、典型的な層間誘電体を通って拡散しそして短絡を
引き起こし得る)を含む場合に、特に賢明である。ハードマスク408およびバ
リア410は、窒化ケイ素またはシリコンオキシニトリドを含み得る。
ることによって形成される。トレンチ420は、典型的に、ワークピースにわた
って所望のパターンで形成される。複数のコンタクトビア422(1つ示される
)が、トレンチ420に沿って別個の配置でトレンチ420から下方へ延び、下
にある回路ノード(circuit nodes)を曝す。トレンチ420およびコンタクト
ビア422は共に、経路に(in paths)配置されて、集積回路設計に従って下に
ある回路エレメントおよび重ね合わせる回路エレメントを配線(interconnect)
する。トレンチおよびコンタクトは、導電性材料で充填されて、これらの配線を
形成する。トレンチ420を充填する導電性材料は、金属ランナー(metal runn
ers)と言われ、一方コンタクトビア422を充填する部分は、コンタクト(con
tacts)と言われる。デュアルダマシンスキームにおいて、示されるように、ト
レンチ420およびビア422の両方が、同時に充填されるが、他のスキームに
おいて、コンタクトおよびランナーは別々に形成され得る。
ning layers)424でライニングされ、次いで、高導電性材料426で充填さ
れる。例示される実施形態において、ライナー424がトレンチ420およびビ
ア422の全表面に形成される場合、ライナー424は導電性である。他のアレ
ンジメントにおいて、ライナーが選択的に絶縁表面上のみに形成される場合、ラ
イナーは導電性である必要がない。ライニング層は、付着層(adhesion layers
)、バリア層および/またはシード層(seed layers)を含み得る。好ましくは
、ライニング層424は、少なくとも2つの付着、バリアおよびシード層を含み
、交互層堆積(ALD)によって製造された傾斜領域を含む層中の少なくとも1
つ界面領域を伴う。
マシン構造の絶縁表面402、404、408、410(図9を参照のこと)と
の良好な付着を特徴とする、任意の付着層430を含む。付着層は、Raaij
makersらの仮特許出願第60/159,799(1999年10月15日出願、そし
てCONFORMAL LINING LAYERS FOR DAMASCENE METALLIZATIONという名称)、およ
び対応のRaaijmakersらのユーティリティ出願第09/644,416(200
0年8月23日出願、同一名称)に開示されるように、ALD法によって形成さ
れ得る。'799出願および対応の'416米国ユーティリティ出願が、本明細書中で参
考として援用される。
sition region)434およびシード層領域436を含む。好ましくは、バリア
領域432は、導電性窒化物、特に金属窒化物(例えば、WN、TiN、TaN
など)を含む。遷移領域434はまた、導電性窒化物を含むが、その厚みにわた
って種々のレベルの窒素および/または異なる金属含有量を伴う。シード領域4
36は、好ましくは、その上にフィラー金属426を電気めっきするに好適な導
電性を有する、高導電性“元素”金属を含む。
バリア領域432は窒化タングステン(WNx)を含み;遷移領域434は、窒
化タングステン銅[(WNx)yCuz](ここで、yおよびzは、遷移領域43
4の厚みによって変化する)の傾斜層(graded layer)を含み;そしてシード領
域436は銅(Cu)を含む。最も好ましくは、バリア432、遷移434およ
びシード436領域は、反応チャンバからワークピースを除去することなしに、
連続プロセスで形成され、そしてプロセス観点から、その厚みにわたって種々の
組成を有する単一堆積層438内の領域が考慮され得る。
得る。好ましいデュアルダマシンコンテクストについて、ライナー(liners)は
可能な限り薄く、一方それら各々の目的を達成する。特に、バリア領域432は
、拡散バリアとして役立つが、好ましくは可能な限り少ないトレンチおよびビア
を占める。従って、バリア領域432は、好ましくは、約20Å〜200Å、よ
り好ましくは約40Å〜80Åであり、WNについての典型的な厚みは約50Å
である。遷移領域434は、金属窒化物から純粋な金属へ遷移し、一方、望まし
くは、回路作動間のエレクトロマイグレーションおよびシャープな金属/金属窒
化物境界の他の欠陥を回避し、そして全体的な厚みを最小化する。従って、遷移
領域434は、好ましくは、約7Å〜200Å、より好ましくは約10Å〜80
Åである。1実施形態において、遷移領域は、約10Åの厚み、およびバリア領
域432との境界で約0%の銅含量、およびシード領域436との(または、シ
ード層が存在しない場合、銅フィラーとの)界面で約50%の銅含量を有する。
シード領域436は、ワークピースにわたる均一な電気めっきのために十分な導
電性を提供するべきである。厚過ぎるシード領域436は機能的不利ではないが
、一方スループットが、ALDによって最小量の銅を堆積することによって増加
され得、一方電気めっきによって充填を完全にする。従って、シード領域436
は、好ましくは約100Åよりも大きく、Cuの典型的な厚みは約150Åであ
る。各々の層は、デュアルダマシントレンチおよびビアの非常に良好なステップ
カバレッジ(coverage)を有し、好ましくは約90%(フィールドカバレッジに
対するサイドウォールカバレッジの比)よりも大きく、より好ましくは約93%
よりも大きく、そして最も好ましくは約97%よりも大きい。
ile)が、図10の典型的な遷移領域434について示される。グラフの右側は
、遷移領域434の下部表面を示し、なぜならそれは下にあるWNバリア領域4
32に融合する。グラフの左側は、遷移領域434の上部表面を示し、なぜなら
それは重ね合わせたCuシード領域436に融合する。示されるように、遷移領
域は、徐々に減少させるWおよびN含有率を有し、同時にCu濃度を増大させな
がら右から左へ動く。カーブの形状は任意の所望の形状を取り得、示される含有
率の傾斜は単なる例示であると理解される。
の間のハライドテイルを除く。この中間還元フェーズは銅のような後に形成され
るべき金属に有害であり得るハロゲン化水素の生成を回避する。しかしながら、
他のアレンジメントにおいて中間還元フェーズは省略され得ることが理解される
であろう。
るための典型的プロセスレシピを以下に述べる。5つのフェーズ(各フェーズは
、例示されている実施態様において、反応物パルスに続くパージを含むものとし
て規定される)を述べる: (1)第1金属フェーズ(例えば、WF6パルス+パージ); (2)第1還元フェーズ(例えば、TEBパルス+パージパルス); (3)窒素フェーズ(例えば、NH3パルス+パージパルス); (4)第2金属フェーズ(例えば、CuClパルス+パージパルス);及び (5)第2還元フェーズ(例えば、TEBパルス+パージパルス)。
セスの間に利用される。例証された実施態様において、バリア段階の間は、例え
ば、WNの約1以下の単層を残す1つのサイクルを示すのと一緒に、フェーズ(1)
-(3)のみが使用される。遷移段階において、フェーズ(1)-(3)及び(4)-(5)の
変化された割合が使用される。シード段階中に、Cuの約1以下の単層を残す1つの
サイクルを示すのと一緒に、フェーズ(4)-(5)のみが使用される。
される。例証された実施態様において、表中のフェーズ(1)−(3)のみが交互
される。約120-180サイクルにおいて、約50ÅのWNが作られる。各サイクルは同
一でありうる。
形成された金属窒化物を含む下にある基板上にWF6が化学吸着される。金属窒化
物は、最も好ましくは、類似のALD法によって形成される。第1の金属ソースガス
は、好ましくは十分な割合のキャリアフローを含み、他のプロセスパラメータが
与えられたとすると、下にあるバリア層を飽和させるのに十分な時間提供される
。タングステン複合体の約1以下の単層はバリア層上に残り、この単層はフルオ
ライドテイルで自己終結する。上述したように、典型的に1未満の単層であるが
、この複合体は本明細書において便宜上“単層”という。
還元ガス(TEB)のパルスを含む第2フェーズ(2)は、ワークピースに供給され
る。有利には、還元ガスはタングステン複合体からフルオライドテイルを取り除
き、銅をエッチングし得るハロゲン化水素の生成を避ける。他のアレンジメント
においては、この還元フェーズが必要でないかもしれないことは理解されるだろ
う。
第3フェーズ(3)がワークピースに提供される。この第3フェーズにおいて、好
ましくは、アンモニアが十分な割合のキャリアフローを含み、、他のプロセスパ
ラメータが与えられたとすると、金属含有単層の表面が飽和するのに十分な時間
が提供される。NH3は、還元フェーズによって曝されて残ったタングステンと容
易に反応し、タングステン窒化物(WN)の単層を形成する。反応は自己制限的で
ある。アンモニア及びキャリアガスの両者とも、得られたタングステン窒化物単
層とは更には反応せず、単層は窒素及びNHX架橋末端とともに残される。更に、
好ましい温度及び圧力パラメータは、金属単層を通してアンモニアの拡散を抑制
する。
れた後、好ましくは連続したキャリアガスフローでパージすることにより、新た
なサイクルが、第1フェーズ(1)、即ち、第1金属ソースガス(WF6)のパルスで
始まる。
00Å、より好ましくは約40Å〜80Åの間、約50Åの典型的な厚さの十分なバリア
材料が形成されるまで繰り返される。有利には、この薄層は優れたステップカバ
レージを備える。
一定の速さで流れ続ける。しかし、反応物が、交互ガスパルスの間、チャンバー
の排気によって除かれ得ることは理解されるであろう。1つのアレンジメントに
おいて、好ましいリアクターは、パルスされた堆積の間一定の圧力を維持するた
めにハードウェア及びソフトウェアを組み込む。ポサ(Posa)の1988年5月31日
に発行された米国特許第4,747,367及びコンガー(Conger)らの1988年8月2日に
発行された米国特許第4,761,269の開示は、参考として本明細書に援用される。
形成の間、新たなフェーズを組み込むために変えられる。特に、例証された第4
及び第5フェーズ(4)、(5)は、サイクルに導入され、それにより銅を遷移領
域に導入する。少なくとも2、好ましくは10を越えるサイクルは、フェーズ(4)
及び(5)を含む。
)−(3)のみを含むことができ、WNを生成し、全5フェーズ(1)−(5)を含む
第3サイクルを続け、WN及びCuの混合物を生成し、再度フェーズ(1)−(3)の
みを含む2つのサイクルを続ける。徐々にCu導入の頻度が増加する。あるポイン
トにおいて、連続的ないくつかのサイクルは全5フェーズ(1)−(5)を含むか
もしれない。
窒化物(WN)及び銅(Cu)の傾斜層の堆積のためのALDプロセスの1サイクルのパ
ラメータを示す。好ましくは、該層はトレンチ及びデュアルダマシン構造のコン
タクトビアにおけるタングステン窒化物バリア層及び銅シード層との間における
界面として役立つ。典型的プロセスレシピにおいて、第1の金属ソースガスはタ
ングステンヘキサフルオライド(WF6)を含み;キャリアガスは窒素(N2)を含
み;第1還元剤はトリエチルボロン(TEB)を含み、窒素ソースガスはアンモニア
(NH3)を含み;第2金属ソースガスは塩化銅(CuCl)を含み;第2還元剤はトリ
エチルボロン(TEB)を含む。
)は、バリア領域の形成に関して上述したように行われる。窒素フェーズ(3)
に続いて、即ち、好ましくは連続するキャリアガスフローでパージすることによ
って窒素ソースガスがチャンバから除去された後、、第4フェーズ(4)は第2金
属ソースガスを流すことを含む。塩化銅は、好ましくは十分な量のキャリアフロ
ーを含み、前のフェーズによって残った表面を飽和するのに十分な時間与えられ
る。自己終結した金属複合体、特に塩素終結銅の約1以下の単層は、前の2つのフ
ェーズによって形成された金属窒化物上に残る。第2の金属ソースガスは次いで
チャンバから除去され、好ましくは連続したキャリアガスフローによりパージさ
れる。
れる。好ましくは、TEBは前のフェーズにより残された塩素テイルを除去するた
めに流される。
入し、該ガスは銅の単層表面と容易に反応し、フルオライド終結タングステン層
を残す。第2サイクルの第2から第5フェーズは、サイクル450に関して述べられ
たようなものであり得る。これらのサイクルは、エレクトロマイグレーションを
避けるために、銅及び金属窒化物の十分な混合を確実にするために所望のように
しばしば繰り返され得る。高い導電性の層は、任意の適した方法で界面材料上に
堆積され得る。
4)及び(5)のみが含まれる。図12において、これは省略されたサイクル460に
よって表され、該サイクルはWNフェーズを省き、その代わりにフェーズ(4)−
(5)からなり、元素銅の1以下の単層を生成する。次いで該プロセスは、もう1
つの5フェーズサイクル470を用いて続き、WNをCuと混合する。
とができ、それにより、成長している層のCuの割合が増加する。最終的には、Cu
の堆積のみが生じる。遷移領域におけるWNのCuに対する相対的な割合及びそのプ
ロフィールは、Cuフェーズ(4)−(5)と比較したWNフェーズ(1)−(3)の相
対的頻度を制御することによって精巧に制御され得ることは理解されるであろう
。従って、任意の所望の含有量プロフィールは、本明細書中に開示された方法に
よって達成され得る。
ションを有し得る。好ましくは、金属窒化物バリア領域及び金属シード領域の間
の例証された実施態様の遷移領域は、約7Å及び200Åの間であり、より好ましく
は約10Å及び80Åの間であり、特に約50Å未満である。
は優れたステップカバレージを備える。
イチュ(in situ)で堆積され得る。例証された実施態様において、銅フィルがデ
ュアルダマシントレンチ及びコンタクトビア内において望ましい場合、シード層
は電気めっき前に望まれる。従って、例証されたALDプロセスの第4及び第5フェ
ーズは、界面が形成された後に繰り返される。このように、銅が、混合された又
はコンパウンド層の界面上(即ち、遷移領域上)にALDによって堆積され得、均
等な厚さの電気めっきシード層が提供される。
形成されるまで、2フェーズサイクルが第1の金属及び窒素フェーズなしに続けら
れる。このシード層は、好ましくは約50Åよりも大きく、より好ましくは約100
Åよりも大きく、典型的な実施態様においては約150Åである。
導電性金属で充填される。好ましくは、銅は銅シード層上に電気めっきされる。
ド領域は全て、同じ温度及び圧力条件下で、連続プロセスにおいてインサイチュ
(in situ)で堆積され得る。有利には、混合されそしてより好ましくは傾斜され
た界面又は遷移領域は、集積回路の電気的操作の間にシャープな金属/金属窒化
物界面に起こり得るエレクトロマイグレーションの問題を回避する。
の相対的レベルは、単一の反応フェーズの成分を変更することによって制御し得
ることを当業者は理解するであろう。しかしながら、ALDプロセスにおいて同時
に曝された反応物間の熱力学的競合の複雑性のために、図12に示すように、連続
プロセスの各サイクルにおけるフェーズの数及び/又はタイプを変更することに
よって、成長している層に成分のバリエーションを導入することが更に好ましい
。
ガスフェーズに導入されるような不純物が記載される(例えば、図7のプロセス
におけるオキシダントと同じ時間提供される窒素の割合を増大すること)。第2
の実施態様において、ALDプロセスの選択されたサイクルにおいて、不純物が分
離したパルスによって導入される。不純物パルスは、最初のプロセスのパルスの
代わりになることができ、又は一次反応物に加えて提供されることができ、そし
て、これらのパルスの導入は、プロセスを通して頻度の上昇が提供され得る(例
えば、銅ソースガスパルスは、図12のプロセスにおいてタングステン及び窒素ソ
ースガスパルスに添加されるか、又はそれに代わることができる。)。
学的に有利な置換によって導入され得ることを、本発明者は見出した。例えば、
ALDによるTiO2層の成長プロセスにおいて、塩化アルミニウム(AlCl3)ガスパル
スの導入は、Ti-O結合をAl-O結合に置き換えることができ、それらは熱力学的に
有利であり、そして該プロセスにおいて揮発性TiCl4ガスを放出する。同様に、A
lCl3のパルスは表面のSiO2をAl2O3に変換し、SiCl4ガスを放出する。他の例にお
いて、成長層の表面のZrO2はAlCl3に曝され、Al2O3を形成することができる。バ
ルクTiO2、SiO2又はZrO2の誘電体とその上に形成されるゲート電極との間の上部
界面の形成に、これらの例は特に有利である。
化物の1又は2分子層をAl2O3に置換し得る。そのような全層の置換がグレーディ
ングプロセスにおいて望ましいなら、そのような曝露はまれに堆積初期のALDプ
ロセスに導入されることができ、そのプロセスの終わりに向って頻度を大きくし
、大部分または純粋なAl2O3上部表面を作る。逆に、そのような曝露はALDプロセ
スの初期にしばしば導入され得、バルク誘電体に傾斜を付けられた大部分または
純粋なAl2O3の下部表面を作るプロセスの後期において頻度が減少する。
スにおいてAlCl3パルスのための短いタイムスパンを選択することによって達成
し得る。置換反応のための曝露時間は、プロセスの間の各サイクル又は数サイク
ル毎に徐々に増加され得、成長している誘電体層の上部表面でのAl2O3の大きな
割合を達成する。グレーディングが曝露時間を変化するよって達成される場合、
オーバーヘッドシャワーヘッドインレット(overhead showerhead inlet)のよ
うなものによって、反応物ガスを基板に垂直に供給することが有利である。そう
することによって、基板のインレット側から排気口側への濃度勾配を避けること
ができる。
置換ソースガスへの十分に長い曝露は、成長している誘電体の表面分子層の最終
的な置換を生じ得る。Jarkko Ihanus、Mikko Ritala、Markku Leskela及びEero
Rauhalaの“ALE growth of ZnS1-XSeX thin films by substituting surface su
lfur with elemental selenium”、APPLIED SURFACE SCIENCE, Vol.112, pp.154
-158(1997)を参照。その場合、スルフィド又は-SH表面末端の純粋なセレニウム
への曝露は、硫黄原子のセレニウムへの置換という結果になることが示された。
化物のような導電性材料をグレーディングするために行われ得ることは理解され
るであろう。
示を考慮すると他の実施態様も当業者には明らかであろう。特に、各サイクルの
ためのフェーズの数は変更され得る。例えば、中間還元フェーズは、いくつかの
アレンジメントにおいては必要でないかもしれない。更に、1つの実施態様がデ
ュアルダマシン構造をライニングする導電性薄膜に関連して開示され、他の実施
態様が超薄ゲート誘電体膜に関連して開示されているが、多くの異なる文脈にお
いて本明細書に開示された原則の用途を当業者は容易に見出すであろう。
なく、単に付随の(dependent)クレームを参照することにより定義しようとす
るだけである。
に容易に明らかとなるであろう。
囲リアクターコンポーネントを含む、単一基板反応チャンバの部分概略断面図で
ある。
的に製造された集積回路の概略断面図である。
積(monolayer-by-monolayer)を概略的に示す。例示される実施形態において、
“単層”が、交互サイクルプロセスにおいて、数サイクルごとに形成される。
積(monolayer-by-monolayer)を概略的に示す。例示される実施形態において、
“単層”が、交互サイクルプロセスにおいて、数サイクルごとに形成される。
積(monolayer-by-monolayer)を概略的に示す。例示される実施形態において、
“単層”が、交互サイクルプロセスにおいて、数サイクルごとに形成される。
積(monolayer-by-monolayer)を概略的に示す。例示される実施形態において、
“単層”が、交互サイクルプロセスにおいて、数サイクルごとに形成される。
イヤグラムである。
スオーガープロフィール(theoretical reverse Auger profile)である。
びビアにおいて形成されたワイヤおよびコンタクトの概略断面図である。
る断面10−10の拡大図である。
(graded barrier-to metal transition region)の理論的なオーガープロフィ
ールである。
イヤグラムである。
面の最大値まで上昇する、請求項58に記載の方法。
Claims (58)
- 【請求項1】 集積回路において種々の組成を有する薄膜を形成する方法で
あって、以下: 反応チャンバに基板を配置すること; 第1および第2気相反応物を、交互および一時的に分離されたパルスで、該基
板へ、複数の堆積サイクルで導入すること; 種々の量の第3気相反応物を、該複数の堆積サイクルの間、該基板へ導入する
こと、 を含む、方法。 - 【請求項2】 前記第1気相反応物がケイ素ソースガスを含む、請求項1に
記載の方法。 - 【請求項3】 前記ケイ素ソースガスが、式SimL2m+2のシラン類、式S
iyOy-1L2y+2のシロキサン類、および式Sy(NH)y-1L2y+2のシラザン類か
らなる群から選択され、ここでmおよびyは整数でありそしてLはリガンドであ
る、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記ケイ素ソースガスにおけるリガンドが、H、F、Cl、
Br、I、アルキル、アリール、アルコキシ、ビニル、シアノ、イソシアネート
、アミノ、シリル、アルキルシリル、アルコキシシリル、シリレンおよびアルキ
ルシロキサン基からなる群から選択される、請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 前記第2気相反応物がオキシダントソースガスを含み、そし
て前記第3気相反応物が窒素ソースガスを含む、請求項3に記載の方法。 - 【請求項6】 前記オキシダントソースガスが水蒸気を含み、そして前記窒
素ソースガスがアンモニアを含む、請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記第1気相反応物が第1金属ソースガスを含む、請求項1
に記載の方法。 - 【請求項8】 前記第2気相反応物がオキシダントであり、そして第3気相
反応物が、前記第1金属ソースガスとは異なる第2金属ソースガスを含む、請求
項7に記載の方法。 - 【請求項9】 前記第1および第2気相反応物が、ゲート誘電体のための界
面層を作製し、そして前記第3気相反応物がより高い誘電率材料を生成する、請
求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 前記界面層が酸化アルミニウムを含む、請求項9に記載の
方法。 - 【請求項11】 より高い誘電率材料が酸化ジルコニウムを含む、請求項1
0に記載の方法。 - 【請求項12】 前記第1気相反応物が第1金属ソースガスであり、前記第
2気相反応物が窒素ソースガスであり、そして前記第3気相反応物が第2金属ソ
ースガスである、請求項1に記載の方法。 - 【請求項13】 前記薄膜が、金属窒化物バリア層とより導電性の材料との
間に、傾斜遷移層(graded transition layer)を含む、請求項12に記載の方
法。 - 【請求項14】 前記第3気相反応物が銅ソースガスである、請求項12に
記載の方法。 - 【請求項15】 前記薄膜が、ダマシントレンチにおいて、金属窒化物バリ
ア層と銅フィルとの間に、傾斜遷移層を形成する、請求項14に記載の方法。 - 【請求項16】 導入が、堆積サイクルへ徐々により多くの銅ソースガスを
添加することを含む、請求項15に記載の方法。 - 【請求項17】 種々の量の前記第3気相反応物を導入することが、前記堆
積が進行するにれて、より高い頻度で、堆積サイクルへ、銅ソースガスパルスを
提供することを含む、請求項16に記載の方法。 - 【請求項18】 種々の量の前記第3気相反応物を導入することが、前記遷
移層の下部表面から前記遷移層の上部表面へ銅濃度を変化させることを含む、請
求項14に記載の方法。 - 【請求項19】 前記銅濃度が、前記下部表面で最小であり、そして前記上
部表面で最大である、請求項18に記載の方法。 - 【請求項20】 種々の量の前記第3気相反応物を導入することが、前記下
部表面から前記上部表面へ前記銅濃度を線形的に傾斜させることを含む、請求項
19に記載の方法。 - 【請求項21】 種々の量の前記第3気相反応物を導入することが、前記下
部表面に0%銅、そして前記上部表面に約50%銅を提供するすることを含む、
請求項19に記載の方法。 - 【請求項22】 種々の量の前記第3気相反応物を導入することが、前記下
部表面に純粋な金属窒化物、そして前記上部表面に純粋な銅層を形成することを
含む、請求項19に記載の方法。 - 【請求項23】 50Å未満の厚みを有する前記傾斜遷移層を形成する、請
求項19に記載の方法。 - 【請求項24】 約10Åの厚みを有する前記傾斜遷移層を形成する、請求
項19に記載の方法。 - 【請求項25】 種々の量の前記第3気相反応物を導入することが、堆積が
進行するにつれて、種々の頻度で、前記堆積サイクルへ、該第3気相反応物のパ
ルスを提供することを含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項26】 種々の量の前記第3気相反応物を導入することが、前記堆
積が進行するにつれて、より高い頻度で、前記堆積サイクルへ、該第3気相反応
物のパルスを提供することを含む、請求項25に記載の方法。 - 【請求項27】 種々の量の前記第3気相反応物を導入することが、前記堆
積が進行するにつれて、より低い頻度で、前記堆積サイクルへ、該第3気相反応
物のパルスを提供することを含む、請求項25に記載の方法。 - 【請求項28】 種々の量の前記第3気相反応物を導入することが、前記堆
積が進行するにつれて、該堆積サイクルの各々において、該第3気相反応物のレ
ベルを変化させることを含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項29】 前記第3気相反応物のレベルを変化させることが、各サイ
クルにおいて、前記第2気相反応物と同時に提供される、請求項28に記載の方
法。 - 【請求項30】 前記第3気相反応物のレベルを変化させることが、異なる
持続時間の別々のパルスで提供される、請求項28に記載の方法。 - 【請求項31】 前記第3気相反応物のレベルを変化させることが、前のパ
ルスからの薄膜の表面で原子を置換する、請求項28に記載の方法。 - 【請求項32】 約50Å未満の厚みを有する傾斜薄膜を形成する、請求項
1に記載の方法。 - 【請求項33】 種々の量の前記第3気相反応物が、前記堆積の間、前記層
へ組み込まれる不純物の量を線形的に変化させることを含む、請求項32に記載
の方法。 - 【請求項34】 上部表面と下部表面との間に規定される100Å未満の厚
みを有する集積回路における薄膜であって、該上部表面と該下部表面との間に制
御されたそして種々の組成を有する、薄膜。 - 【請求項35】 厚みが80Åおよび約7Å未満である、請求項34に記載
の薄膜。 - 【請求項36】 前記厚みが50Å未満である、請求項35に記載の薄膜。
- 【請求項37】 前記種々の組成物が、傾斜濃度の不純物を含む、請求項3
6に記載の薄膜。 - 【請求項38】 前記不純物の濃度が、前記下部表面で約0.1%未満であ
る、請求項37に記載の薄膜。 - 【請求項39】 前記不純物の濃度が、前記下部表面で約0%である、請求
項38に記載の薄膜。 - 【請求項40】 前記不純物の濃度が、前記上部表面で約5%よりも大きい
、請求項37に記載の薄膜。 - 【請求項41】 前記不純物の濃度が、前記上部表面で約10%よりも大き
い、請求項40に記載の薄膜。 - 【請求項42】 トランジスタゲート誘電体を形成する、請求項34に記載
の薄膜。 - 【請求項43】 約2.0nm未満の等価酸化物厚み(eeequivalent oxide
thickness)を実証する、請求項42に記載の薄膜。 - 【請求項44】 約1.7nm未満の等価酸化物厚みを実証する、請求項4
3に記載の薄膜。 - 【請求項45】 前記下部表面に酸化ケイ素の少なくとも1つの分子単層を
含む、請求項42に記載の薄膜。 - 【請求項46】 前記上部表面に窒化ケイ素の少なくとも1つの分子単層を
含む、請求項45に記載の薄膜。 - 【請求項47】 前記上部および下部表面の1つに酸化アルミニウム、なら
びにそこへ隣接するより高い誘電率材料を含む、請求項42に記載の薄膜。 - 【請求項48】 前記酸化アルミニウムが、半導体基板に直に隣接する前記
下部表面に形成され、該酸化アルミニウムが前記より高い誘電率材料で傾斜され
ている、請求項47に記載の薄膜。 - 【請求項49】 より高い誘電率材料が酸化ジルコニウムを含む、請求項4
8に記載の薄膜。 - 【請求項50】 前記種々の組成物が、前記下部表面から前記上部表面へ変
化する窒素濃度を含む、請求項34に記載の薄膜。 - 【請求項51】 前記窒素濃度が、前記下部表面での最小濃度から、そして
前記上部表面での最大濃度に徐々に変化される、請求項50に記載の薄膜。 - 【請求項52】 前記下部表面から前記上部表面へ線形的に傾斜される窒素
濃度を含む、請求項51に記載の薄膜。 - 【請求項53】 前記窒素濃度が、前記下部表面で約0.1%未満、そして
前記上部表面で約5%より大きい、請求項52に記載の薄膜。 - 【請求項54】 前記下部表面に実質的に純粋な二酸化ケイ素および前記上
部表面に実質的に純粋な窒化ケイ素を含む、請求項53に記載の薄膜。 - 【請求項55】 前記種々の組成物が、前記下部表面から前記上部表面へ増
加する銅濃度を含む、請求項34に記載の薄膜。 - 【請求項56】 前記種々の組成物が、前記下部表面から前記上部表面へ減
少する金属窒化物濃度を含む、請求項55に記載の薄膜。 - 【請求項57】 約7Å〜80Åの厚みを有する、請求項56に記載の薄膜
。 - 【請求項58】 集積回路の作製方法であって、基板を気相反応物の交互表
面反応へ曝すことによって、下部表面から上部表面へ不純物の傾斜された濃度を
有する層を堆積させることを含む、方法。
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