JP2008530783A5

JP2008530783A5 -

Info

Publication number: JP2008530783A5
Application number: JP2007554165A
Authority: JP
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2026-01-30

Description

[34]図１のコイルアンテナ１６に印加される高周波電力をパルス化する効果について、図９に例示されている。この図９は、プラズマエネルギー（電子温度Ｔｅ及びボルツマン定数ｋによって示されるような）の時間変化を示している。パルス化高周波電力の「オン」タイム中には、プラズマエネルギーは増大し、「オフ」タイム中には、プラズマエネルギーは減少する。各「オフ」タイム中には、最も速い電子がチャンバ壁部へ拡散し、プラズマが低温となる。短い「オン」タイム中には、コイルアンテナ１６によって包囲される体積に概ね対応するイオン発生領域３９にプラズマが生成される。図１に示されるように、このイオン発生領域３９は、ウエハ２７の上方、相当の距離Ｌ_Ｄの高さとされている。「オン」タイム中に天井部１４の近くのイオン発生領域に生成されたプラズマは、「オフ」タイム中にウエハ２７の方へ平均速度Ｖ_Ｄ（図１）で流動する。「オフ」タイム中には、最もエネルギーを持った電子がプラズマイオン流動速度Ｖ_Ｄよりもはるかに速い速度でチャンバ壁部へ拡散していく。従って、「オフ」タイム中には、プラズマイオンエネルギーは、それらイオンがウエハ２７に達する前に相当に減少する。次の「オン」タイム中に、イオン発生領域にさらなるプラズマが生成され、このような全サイクルが繰り返される。その結果として、ウエハ２７に達するプラズマイオンのエネルギーは、相当に減少させられる。このことは、図１０のグラフに示されており、このグラフでは、パルス化高周波源電力の場合（「パルス化高周波」とラベル付けされた曲線）及び連続高周波源電力の場合（「連続高周波」とラベル付けされた曲線）について、ウエハ２７の表面でのプラズマエネルギーが、異なるリアクタチャンバ圧力に亘ってプロットされている。チャンバ圧力のより低い範囲（より望ましい）、即ち、１０ｍＴあたりからそれより下では、パルス化高周波の場合のプラズマエネルギーは、連続高周波の場合のそれより大きく減少されている。図６のパルス化高周波電力波形の「オフ」タイムＴ_Ｆ及びイオン発生領域３９とウエハ２７との間の距離Ｌ_Ｄは、共に、そのイオン発生領域に生成されたプラズマがウエハに達するときにイオン衝撃損傷又は欠陥をほとんど又は全く生じないようにするに十分な量のエネルギーを失うに十分なものとされていなければならない。詳述するに、この「オフ」タイムＴ_Ｆは、約２ｋＨｚと２０ｋＨｚとのあいだのパルス周波数及び約５％と２０％との間の「オン」デューティーサイクルにより定義されている。１つの実施においては、このイオン発生領域とウエハとの距離Ｌ_Ｄは、約２ｃｍ又は３ｃｍの程度である。このイオン発生領域とウエハとの距離Ｌ_Ｄは、パルス化高周波電力波形の単一「オフ」タイム中にプラズマイオンが進む距離Ｖ_Ｄ×Ｔ_Ｆとほぼ同じ（又はそれより大きい）であってよい。

Claims

半導体基板上にトランジスタデバイスのゲートを製造する方法において、
プラズマリアクタの真空チャンバに前記基板を配置するステップと、
前記チャンバ内へ酸素を含むプロセスガスを導入するステップと、
プラズマ源電力が印加されている「オン」タイム中に前記真空チャンバ内のプラズマ生成領域にプラズマを生成することと、前記プラズマ源電力が印加されていない「オフ」タイム中に前記プラズマのイオンエネルギーが減衰することを繰り返すことにより、前記基板の表面に酸化物絶縁層を形成するステップと、
上記酸化物絶縁層を形成するステップ中に、前記絶縁層における欠陥の形成を制限するように前記「オン」タイムと前記「オフ」タイムの合計に対する前記「オン」タイムの割合として定義されるデューティーサイクルを減少させるように限定するステップと、
を備え、
前記プラズマは、前記基板から距離Ｌだけ分離されており、前記プラズマにおけるイオンは、前記イオン発生領域から前記基板へとある平均流動速度で進み、前記距離Ｌは、前記流動速度と前記「オフ」タイムとの積より大きい、方法。
上記酸化物を形成するステップ中に、前記絶縁層における汚染による欠陥の形成を制限するように前記チャンバの圧力を真空圧力になるように限定するステップと、
前記絶縁層上に導電性ゲート電極を堆積させるステップと、
を更に備えた請求項１に記載の方法。
前記デューティーサイクルを限定するステップは、前記デューティーサイクルを２０％又はそれより小さく限定する段階を含む、請求項１に記載の方法。
前記真空圧力を限定するステップは、前記圧力を２０ｍＴｏｒｒ又はそれより小さく限定する段階を含む、請求項２に記載の方法。
前記デューティーサイクルを限定するステップは、前記基板の表面における前記プラズマのイオンエネルギーを選択されたしきい値より下に制限するように前記デューティーサイクルを限定する段階を含む、請求項１に記載の方法。
前記しきい値エネルギーは、５ｅＶ又はそれより低い、請求項５に記載の方法。
前記デューティーサイクルを限定するステップは、前記酸化物層における欠陥密度を５×１０^１０ｃｍ^−２・ｅＶ^−１又はそれより低く制限するように前記デューティーサイクルを限定する段階を含む、請求項１に記載の方法。
前記デューティーサイクルを限定するステップは、前記酸化物層における欠陥密度を１０ ^１１ｃｍ^−２・ｅＶ^−１又はそれより低く制限するように前記デューティーサイクルを限定する段階を含む、請求項１に記載の方法。
前記真空圧力を限定するステップは、前記絶縁層における汚染による欠陥密度がしきい値より下となるまで、前記真空圧力を減少させる段階を含み、前記デューティーサイクルを限定するステップは、上記真空圧力の減少に関連したプラズマイオンエネルギーの増大を十分に阻止するように実施される、請求項２に記載の方法。
前記半導体基板の酸化物を形成するステップは、前記プラズマにおいて前記基板の半導体物質を酸化する段階を含む、請求項１に記載の方法。
前記プロセスガスは、酸素及び前記半導体基板の種を含み、前記半導体基板の酸化物を形成するステップは、前記基板上に前記酸化物を堆積させつつ前記プロセスガスから前記酸化物を形成する段階を含む、請求項１に記載の方法。
前記基板の温度を選択されたしきい値より低く維持するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
前記しきい値は、８００℃より低い、請求項１２に記載の方法。
前記しきい値は、７００℃より低い、請求項１２に記載の方法。
前記導電性ゲート層の第１のエッチングを行い個別の電極層状構造を形成し、上記層状構造の側壁部を形成するようにするステップと、
前記層状構造の第２のエッチングを行い前記層状構造の上記導電性層の側壁部から酸化物を除去するようにするステップと、
上記第２のエッチングステップ中に前記層状構造の絶縁層の側壁部から除去された酸化物物質を再生するように再酸化ステップを行うステップと、
を更に備え、前記再酸化ステップは、
（ａ）前記基板が配置された真空チャンバ内へ、上記チャンバにおいて第２の真空圧力を維持しながら、酸素を含む第２のプロセスガスを導入する段階と、
（ｂ）前記プラズマ源電力が印加されている第２の「オン」タイム中に前記真空チャンバ内のプラズマ生成領域にプラズマを生成することと、前記プラズマ源電力が印加されていない第２の「オフ」タイム中に、前記プラズマのイオンエネルギーが減衰することを繰り返すことにより、前記層状構造の上記絶縁層上に酸化物絶縁物質を形成する段階と、
（ｃ）前記絶縁側部層におけるイオン衝撃による欠陥の形成を制限するように前記第２の「オン」タイムと前記第２の「オフ」タイムの合計に対する前記第２の「オン」タイムの割合として定義される第２のデューティーサイクルを減少させるように限定する段階と、
を含む、請求項１に記載の方法。
前記絶縁側部層における汚染による欠陥の形成を制限するように前記第２の真空圧力を限定する段階を更に含む、請求項１５に記載の方法。
前記第２のプロセスガスは、酸素及び上記再酸化ステップ中に前記層状構造の上記導電性層の側壁部上に酸化物が形成されるのを阻止する還元剤を含む、請求項１６に記載の方法。
上記導電性ゲート電極を堆積させるステップは、タングステンゲート層を堆積させる段階を含み、前記還元剤は、水素である、請求項１６に記載の方法。
前記第２のプロセスガスは、９０％の水素及び１０％の酸素を含む、請求項１８に記載の方法。