DE10137088A1 - Verfahren zum Ausbilden von siliziumhaltigen Dünnschichten mittels Atomschichtabscheidung (Atomic Layer Deposition) unter Verwendung von Trisdimethylaminosilan - Google Patents
Verfahren zum Ausbilden von siliziumhaltigen Dünnschichten mittels Atomschichtabscheidung (Atomic Layer Deposition) unter Verwendung von TrisdimethylaminosilanInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Atomschichtabscheidungsverfahren zum Ausbilden einer festen Dünnschicht, die Silizium enthält. Ein Substrat wird in eine Kammer geladen, nachdem ein erstes Si und ein Aminosilan enthaltendes Reaktionsmittel in die Kammer injiziert worden ist. Ein erster Teil des ersten Reaktionsmittels wird auf dem Substrat chemiesorbiert und zweiter Teil des ersten Reaktionsmittels wird auf dem Substrat physisorbiert. Der physisorbierte zweite Teil des ersten Reaktionsmittels wird dann durch Reinigen und Ausspülen der Kammer bei einer bevorzugten Ausführungsform von dem Substrat entfernt. Ein zweites Reaktionsmittel wird anschließend in die Kammer injiziert, wobei ein erster Teil des zweiten Reaktionsmittels mit dem chemisorbierten ersten Teil des ersten Reaktionsmittels chemisch reagiert, um einen siliziumhaltigen Feststoff auf dem Substrat auszubilden. Der Teil des zweiten Reaktionsmittels, der nicht chemisch reagiert hat, wird anschließend aus der Kammer entfernt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine Dünnschicht, beispielsweise eine Siliziumnitritschicht. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen ist das erste Reaktionsmittel zumindest eines, daß aus der Gruppe, bestehend aus Si[N(CH¶3¶)¶2¶]¶4¶, SiH[N(CH¶3¶)¶2¶]¶3¶, SiH¶2¶[N(CH¶3¶)¶2¶]¶2¶ und SiH¶3¶[N(CH¶3¶)¶2¶] ausgewählt worden ist. Das zweite Reaktionsmittel ist vorzugsweise aktiviertes NH¶3¶. Der Kammerdruck wird ...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden von Si3N4 und SiO2-Dünnschichten unter Verwendung eines Atomschichtabscheidungsverfahrens (Atomic Layer Deposition) und bei Benutzung von Tridimethylaminosilan {HSi[N(CH3)2]3} (im folgenden als "TDMAS") als ein Reaktionsmittel.
- Im allgemeinen werden Si3N4- und SiO2-Dünnschichten bei Halbleitervorrichtungen unter Verwendung von Abscheidungsverfahren wie beispielsweise Chemical Vapor Deposition (CVD), Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD), und Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) ausgebildet.
- CVD-basierte Verfahren weisen oftmals Nachteile auf, die ihre Brauchbarkeit bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, die von dem Einschluß dünner Schichten aus Si3N4 profitieren, beschränken. Bei einem typischen CVD-Verfahren wird eine dünne Schicht aus Si3N4 bei einer relativ hohen Temperatur abgeschieden, was aufgrund der Möglichkeit von nachteiligen Temperatureffekten auf der Vorrichtung im allgemeinen weniger bevorzugt wird, als eine niedrigere Verfahrenstemperatur. Eine Si3N4- Schicht, die durch CVD abgeschieden worden ist, neigt ebenso zu geometrischen Störungen, wie Dickenabweichungen entlang der Oberfläche der Vorrichtung verursachen. Die Dicke der dünnen Schicht, die um dichtgepackte Strukturen bzw. Merkmale auf der Oberfläche ausgebildet ist, kann geringer sein, als die Dicke der Schicht um die weniger dichtgepackten Merkmale. Dieses Problem ist als Pattern Loading Effect (Musteranhäufungseffekt) bekannt.
- LPCVD weist ebenso Nachteile auf. Der Wasserstoffgehalt der durch LPCVD- hergestellten dünnen Schicht ist üblicherweise hoch und eine Stufenabdeckung (Step Coverage) der Oberfläche ist nicht gut. Da bei Verwendung von LPCVD die Schichtaufwachsrate relativ niedrig ist, ist die für das Wachstum einer Schicht mit einer geeigneten Dicke benötigte Verarbeitungszeit relativ lang. Die lange Verarbeitungszeit, welche das Substrat für eine lange Zeit einer relativ hohen Temperatur aussetzt, führt zu einem hohen Wärmehaushalt, der mit dem LPCVD-Verfahren verbunden ist.
- Als eine Alternative zu den CVD-basierten Abscheidungsverfahren zur Ausbildung von Si3N4- und SiO2-Dünnschichten ist die Atomschichtabscheidung (Atomic Layer Deposition = ALD) vorgeschlagen worden. ALD ist oberflächengesteuertes Verfahren, das in einer oberflächenkinetischen Umgebung (surface kinetic regime) durchgeführt wird und welches zu einer zweidimensionalen Schicht-für-Schicht-Abscheidung auf der Oberfläche führt. Goto et al. beschreiben ein ALD-Abscheidungsverfahren, das Dichlorsilan (DCS) und NH3-Plasma zum Ausbilden einer Si3N4-Schicht verwendet (Appl. Surf. Sci., 112, 75-81 (1997); Appl. Phys. Lett. 68 (23), 3257-9 (1996)). Jedoch sind die Eigenschaften der dünnen Schicht, die durch das bei Goto beschriebene Verfahren hergestellt worden sind, ungenügend. Der Cl-Gehalt (0,5%) und ein O-Gehalt sind unannehmbar hoch. Dieses kombiniert mit einem gemessenen Si : N-Verhältnis von 41 : 37 deutet darauf hin, daß dieses Verfahren keine nahezu stoichiometrische Schicht aus Si3N4 ausbildet. Außerdem ist Aufwachsrate bzw. Wachstumsgeschwindigkeit von 0,91 Angström pro Zyklus von 300 Sekunden nicht so hoch wie für kommerzielle Anwendungen nötig.
- Klaus et al. beschreiben ein ALD-Verfahren zum Ausbilden einer Si3N4-Schicht durch ein Reagieren (bzw. Reagieren lassen) von SiCl4 und NH3. Vergleiche US-Patent 6,090,442, und Surf. Sci., Z14-Z19 (1998). Die Eigenschaften der mit diesem Verfahren hergestellten dünnen Schicht sind besser als die bei Goto et al. erzielten. Das Verhältnis von Si : N beträgt 1 : 1,39 und Cl-, H- und O-Gehalte sind annehmbar niedrig. Jedoch ist die Zykluszeit von 10 Minuten zum Aufwachsen einer 2,45 Angström dicken Schicht zu lang, was eine kommerzielle Anwendung praktisch nicht zuläßt.
- Es ist ebenso vorgeschlagen worden, zum Abscheiden einer dünnen Si3N4-Schicht mit ALD Si2Cl6(HCD) und N2H4 zu verwenden (Appl. Surf. Sci., 112, 198-203 (1997)). Während die Stoichiometrie und der Cl- und H-Gehalt bei derartigen Schichten geeignet ist, weisen sie einen unannehmbar hohen Sauerstoffgehalt auf, was diese Schichten ungeeignet für die vorhergehend beschriebenen Verwendungen macht.
- ALD ist ebenso als ein Verfahren zum Abscheiden von SiO2-dünnen Schichten vorgeschlagen worden. Zum Beispiel ist vorgeschlagen worden, für diese Abscheidungsverfahren SiCl4 und H2O zu verwenden Appl. Phys. Lett. 70(9), 1092 (1997). Jedoch ist die Zykluszeit bei dem vorgeschlagenen Verfahren für eine kommerzielle Anwendung zu lang. US-Patent Nr. 6,090,442 offenbart einen katalytischen Prozeß, bei dem eine SiO2-Schicht unter Verwendung von SiCl4 und H2O mit C5H5N oder NH3 als Katalysatormittel abgeschieden wird. Die Qualität der SiO2-Schicht, die mit diesem Verfahren erzielt werden kann, ist nicht gut, aufgrund der niedrigen Abscheidungstemperaturen: Ein Prozeß bzw. ein Verfahren, das Si(NCO)4 & TEA verwendet, ist vorgeschlagen worden (Appl. Surf. Sci. Vol. 130-132, pp. 202-207 (1998)), aber leidet ebenso an einer niedrigen Qualität aufgrund der niedrigen Prozeßtemperaturen. Das gleiche gilt für ein vorgeschlagenes Verfahren, das Si(NCO)x und H2O verwendet (J. Non-crystalline Solids, Vol. 187, 66-69 (1995)).
- Daher besteht ungeachtet eines seit langem bekannten Potentials für eine umfassende Anwendung weiterhin der Bedarf nach einem neuen Verfahren zum Ausbilden von Si3N4- und SiO2-Dünnschichten, die folgenden Kriterien gehorchen: Verfahren mit einem niedrigen Wärmehaushalt; ausgezeichnete Stufenabdeckung; kein pattern loading effect; Si : N-Verhältnis, das mit Si3N4 übereinstimmt; hervorragende Dickensteuerung und -gleichförmigkeit; minimale Anzahl an Partikeleinschlüssen; niedriger Verunreinigungsgehalt und eine Schichtaufwachsrate, die kommerzielle Anwendung praktikabel macht.
- Um die vorhergehend beschriebenen Punkte zu erzielen, wird bei der vorliegenden Erfindung eine Atomschichtabscheidung (ALD), die TDMAS als ein Reaktionsmittel verwendet, für die Vorbereitung von Si3N4- und SiO2-Dünnschichten verwendet.
- KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung ist als ein Atomschichtabscheidungsverfahren zum Ausbilden einer festen Dünnfilmschicht, die Silizium enthält, ausgeführt, bei dem ein Substrat in eine Kammer geladen wird. Ein erstes Reaktionsmittel, das Si und ein Aminosilan enthält, wird in die Kammer injiziert bzw. eingeführt, wobei ein erster Teil des ersten Reaktionsmittels auf dem Substrat chemiesorbiert wird, und ein zweiter Teil des ersten Reaktionsmittels auf dem Substrat physisorbiert wird. Der physisorbierte zweite Teil des ersten Reaktionsmittels wird dann durch ein Reinigen und Ausspülen der Kammer in einer bevorzugten Ausführungsform von dem Substrat entfernt. Ein zweites Reaktionsmittel wird anschließend in die Kammer eingeführt, wobei ein erster Teil des zweiten Reaktionsmittels mit dem chemisesorbierten ersten Teil des ersten Reaktionsmittels chemisch reagiert, um eine feste siliziumhaltige Dünnschicht auf dem Substrat auszubilden. Der Teil des zweiten Reaktionsmittels, der nicht chemisch reagiert hat, wird dann aus der Kammer entfernt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet worden ist, eine Dünnfilmschicht, beispielsweise eine Siliziumnitridschicht. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen ist das erste Reaktionsmittel zumindest eines, das aus der Gruppe aus Si[N(CH3)2]4, SiH[N(CH3)2]3, SiH2[N(CH3)2]2 und SiH3[N(CH3)2] ausgewählt ist. Das zweite Reaktionsmittel ist vorzugsweise aktiviertes NH3. Der Kammerdruck wird vorzugsweise in einem Bereich von 0,01-100 Torr gehalten und bei bevorzugten Ausführungsformen kann er während des Verfahrens konstant gehalten werden oder in zumindest einem von vier Schritten variiert werden. Einer oder mehrerer der vorhergehenden Schritte kann zum Erzielen eines dickeren Feststoffes auf dem Substrat wiederholt werden.
- Bei zahlreichen Ausführungsformen besitzen siliziumhaltige Feststoffe, die durch die Verfahren der Erfindung ausgebildet worden sind, eine Trockenätzselektivität bezüglich Si einer Halbleitervorrichtung, wenn sie als eine aktive Nitridmaske ausgebildet sind, bezüglich WSix und dotiertem Polysilizium einer Halbleitervorrichtung, wenn sie als eine Gate-Nitridmaske ausgebildet sind, und bezüglich W und Ti/TiN einer Halbleitervorrichtung, wenn sie als Bitleitungsnitridmaske ausgebildet sind. Der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, kann ebenso ausgebildet werden, daß er als CMP-Stopper dient, oder als eine Isolierschicht, die eine Trockenätzselektivität bezüglich SiO2, einer Halbleitervorrichtung (Spacer bzw. Abstandshalter) aufweist. Bei anderen Ausführungsformen ist der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet ist, eine Isolierschicht, die eine HF-Naßätzselektivität bezüglich SiO2 einer Halbleitervorrichtung aufweist, die als ein Naß-Stopper dient.
- Der auf dem Substrat ausgebildete siliziumhaltige Feststoff kann als ein Gate- Dielektrikum einer Halbleitervorrichtung, einer Schicht, die zwischen einer Ta2O5- Schicht und einem Kondensatorspeicherknoten der Halbleitervorrichtung ausgebildet ist, als eine dielektrische Schicht eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung und als ein STI-Liner einer Halbleitervorrichtung dienen.
- Bei anderen Ausführungsformen ist der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildete siliziumhaltige Feststoff ein Siliziumoxid, und bei einer oder mehreren dieser Ausführungsformen ist das zweite Reaktionsmittel aus der Gruppe bestehend aus H2O, H2O2, O2-Plasma und O3-Plasma ausgewählt.
- Bei einer weiteren Ausführungsform ist zumindest einer der ersten und zweiten siliziumhaltigen Feststoffe ein Metallsilikat, bei dem das Metall aus der Gruppe bestehend aus Al, Hf, Cr, Te und Ta ausgewählt worden ist.
- Diese und andere Merkmale der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
- Die obige Aufgabe und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser ersichtlich.
- Fig. 1 bis 5 beschreiben die Schritte eines Verfahrens zum Ausbilden einer dünnen Schicht aus Si3N4, unter Verwendung einer Atomschichtabscheidung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm einer Dünnschicht-Herstellungsvorrichtung, die für ein Dünnschicht-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
- Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm, das die Dünnschicht-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt,
- Fig. 8 zeigt einen Graphen, der die Dicke einer pro Zyklus bei Verwendung eines Herstellungsverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Si3N4-Schicht zeigt,
- Fig. 9 zeigt einen Graphen, der eine Veränderung bei der Si3N4-Schichtdicke und die Gleichförmigkeit einer Schicht zeigt, während die TDMAS-Dosierungszeit bei einem Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung variiert worden ist,
- Fig. 10 zeigt einen Graphen, der die Veränderung bzw. Abweichung in einer Si3N4-Schichtdicke und Gleichförmigkeit einer Schicht zeigt, während die NH3-Plasmageneratorleistung bei einem Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung variiert worden ist.
- Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen beginnt mit einer Erläuterung der Verfahrensschritte des Verfahren, gefolgt von Beschreibungen bestimmter Beispiele der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
- Im Folgenden wird auf die Fig. 1 bis 6 bezug genommen. Ein Substrat 1, wie beispielsweise Silizium (100), wird in einer Kammer angeordnet (siehe Fig. 6), welche dann bis auf einen Druck von 2 Torr evakuiert wird. Das Substrat 1 wird auf ungefähr 550°C erwärmt. Ein TDMAS-Strom 2 mit 500 sccm in einem Ar-Trägergas wird dann in die Kammer für 15 sec eingebracht. Der Fluß des Stroms 2 wird anschließend gestoppt und die Kammer danach für zwischen 15 bis 165 sec ungestört belassen.
- Während dieser Zeit wird ein erster Teil des TDMAS chemiesorbiert und bildet eine Schicht 4 auf der Oberfläche des Substrats 1. Ein zweiter Teil der TDMAS-Moleküle haftet darauf physikalisch (wird physisorbiert) und wird locker auf der chemiesorbierten Schicht aus TDMAS gehalten. Die Kammer 3 wird dann mit N2 für 5 sec gereinigt und für 5 sec vakuumgereinigt. Während dieser Reinigungsschritte sind die nicht chemischabsorbierten Teile des TDMAS aus der Kammer entfernt worden, wobei die chemiesorbierte Schicht 4 aus TDMAS auf dem Substrat 1 (Fig. 2) intakt geblieben ist. Im Folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Ein aktiviertes NH3 enthaltender Ar- Strom 6 wird anschließend mit 2000 sccm in die Kammer 3 für 30 sec eingebracht, während ein verringerter Kammerdruck von 0,5 Torr und eine Substrattemperatur von 550°C aufrecht erhalten werden. Ein Teil des aktivierten NH3 reagiert mit dem chemiesorbierten TDMAS auf dem Substrat, um eine Schicht 8 aus Si3N4 (Fig. 4) auszubilden. Bei einer Ausführungsform ist das aktivierte NH3 ein Plasma, das in einem Plasmagenerator erzeugt worden ist, der mit ungefähr 400 W arbeitet, jedoch kann die Leistung variiert werden und die Erfindung ist nicht so auszulegen, daß sie auf einen bestimmten Plasmakammerleistungswert begrenzt ist. Nachdem der NH3 enthaltende Strom für 30 sec in die Kammer geströmt ist, wird die Kammer 3 anschließend für 5 sec mit N2 gereinigt und anschließend für 5 sec vakuumgereinigt. Die Schritte eines Einbringens von TDMAS in die Kammer 3, das Reinigen, das Einbringen von NH3 in die Kammer und das neuerliche Reinigen kann zum Erzielen einer erwünschten Dicke einer Si3N4- Schicht 8 wiederholt ausgeführt werden. Die Ausbildung der Si3N4-Schicht 8 ist damit vollständig abgeschlossen.
- Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm einer Dünnschicht-Herstellungsvorrichtung, die für ein Dünnschicht-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm, das das Dünnschicht-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt. Die vorhergehend beschriebene Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 10 beschrieben. Nach einem Laden eines Substrats 1, beispielsweise einem Siliziumsubstrat 100, in eine Kammer 3, wird in der Kammer ein Druck von ungefähr 2 Torr erzeugt und die Kammer wird auf eine Temperatur von ungefähr 550°C unter Verwendung einer Heizvorrichtung 5 gebracht (Schritt 100). Der TDMAS enthaltende erste Reaktionsmittelstrom wird in die Kammer 3 für 30 sec injiziert bzw. eingebracht, während das Substrat auf 550°C und ungefähr 2 Torr gehalten wird (Schritt 105). Das TDMAS wird verdampft, um einen ersten Reaktionsmittelstrom 6 durch Einbringen eines Ar-Trägergases mit 500 sccm aus einer Quelle 19 in die erste Rührvorrichtung 12, welche flüssiges TDMAS bei einer Temperatur von ungefähr 25°C enthält, auszubilden. Der kombinierte TDMAS- und Ar-Gasstrom wird anschließend über eine erste Gasleitung 13 und einem Düsenkopf 15 für eine Zeitdauer von ungefähr 30 sec in die Kammer 3 injiziert, wie es vorhergehend beschrieben worden ist. Die Kammer 3 wird anschließend mit reinem Ar für 5 sec gereinigt und anschließend durch eine Pumpe 7 für 5 sec vakuumgereinigt. Die Erfindung ist nicht so auszulegen, daß sie auf ein bestimmtes Reinigungschema begrenzt ist, sondern ist vielmehr so auszulegen, daß sie alternative Reinigungsabläufe enthalten kann, die zu einer Entfernung des physisorbierten TDMAS von der chemiesorbierten Oberflächenschicht aus TDMAS führen.
- Der zweite Reaktionsmittelgasstrom aus aktivierten NH3 in einem Ar-Träger wird anschließend durch eine Gasleitung 16 und einem Düsenkopf 15 für 30 sec bei einer Rate von ungefähr 2000 sccm in die Kammer 3 injiziert. Während dieses Schrittes wird das Substrat 1 auf einer Temperatur von 550°C gehalten und der Kammerdruck wird auf ungefähr 0,5 Torr gehalten (Schritt 115 in Fig. 7). Bei einer Ausführungsform wird das NH3 in dem zweiten Reaktionsmittelgasstrom, durch Verrühren bzw. Aufsprudeln (Bubbling) mit Ar aus einer Gasquelle 19 durch flüssiges NH3 14, das bei ungefähr 25°C in einer zweiten Rührvorrichtung 17 gehalten wird, verdampft. Der NH3-Ar-Strom wird anschließend durch einen Remoteplasmagenerator (nicht gezeigt) zugeführt, und anschließend über eine Gasleitung 16 und einen Düsenkopf 15 für 30 sec bei einer Rate von ungefähr 2000 sccm in die Kammer 3 eingebracht.
- Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, reagiert ein Teil des NH3 in dem zweiten Reaktionsmittelstrom mit dem auf dem Substrat chemiesorbierten TDMAS, um eine Schicht aus Si3N4 auszubilden. Während die Schicht aus Si3N4 auf dem Substrat ausgebildet wird, wird ein zweiter Teil des NH3 in dem zweiten Reaktionsmittelstrom auf der Si3N4- Schicht physikalisch absorbiert (physisorbiert). Anschließend wird die Kammer 3 unter Verwendung eines Ar-Stroms für 5 sec gereinigt, gefolgt von einem Vakuumreinigen unter Verwendung einer Pumpe 7 (Schritt 120). Jedoch kann das physisorbierte zweite Reaktionsmittel ebenso durch ein Vakuumabpumpen der Kammer ohne einen ersten Reinigungsschritt mit einem Inertgas entfernt werden.
- Nach Reinigen der Kammer 3 von dem NH3, das nicht reagiert hat, wird die Si3N4-Schichtdicke gemessen (Schritt 125). Falls eine zusätzliche Schichtdicke erforderlich ist, werden die Schritte 105 bis 125 wiederholt ausgeführt, bis eine gewünschte Schichtdicke erzielt ist. Wenn die gewünschte Schichtdicke erreicht worden ist, wird das Herstellungsverfahren durch ein Zurückkehren der Temperatur und des Drucks der Kammer zu einem Normalzustand abgeschlossen (Schritt 130).
- Wie in Fig. 8 gezeigt, beträgt bei dem vorhergehenden Verfahren für die Ausbildung einer Si3N4-Schicht eine Abscheidungsrate 1,35 Å/Zyklus und die Schichtdicke zeigt eine lineare Beziehung bezüglich der Anzahl an Zyklen. Der Brechungsindex des abgeschiedenen Materials wird mit 2,0 bei einer Wellenlänge von 632,8 nm gemessen, was bestätigt, daß die abgeschiedene Schicht stoichiometrisches Si3N4 ist. Die Zugbelastung des Films wurde mit 5 × 1010 dyne/cm2 gemessen. Der Wasserstoffgehalt und der Kohlenstoffgehalt sind mit ungefähr 1% oder weniger beide sehr niedrig und es wurde kein Sauerstoff erfaßt. Eine Stufenabdeckung von 95% und mehr wurde über einer kontaktartigen Struktur mit einem Formfaktor von 8 : 1 erzielt. Eine Trockenätzrate bei einer 200 : 1 wässrigen HF-Lösung war mit ungefähr 10 Å/min relativ niedrig, was die gewünschte Nassätzselektivität vorsieht, die ein nützliches Merkmal der Si3N4 -Dünnschichten ist.
- Gemäß Fig. 9 wurde festgestellt, daß wenn die Veränderung der Aufwachsrate in Bezug auf die Menge an TDMAS-Aussetzung berücksichtigt wird, welche ein typisches ALD-Abscheidungscharakteristikum ist, keine Veränderung der Aufwachsrate für eine Zeit eines Aussetzungseins von insgesamt 60 sec (Fluß für 15 sec und Halten für 45) unter den vorher beschriebenen Bedingungen erfaßt worden ist. Dies deutet darauf hin, daß eine Aussetzungszeit von 60 sec zu einer Sättigung der Substratoberfläche führt. Wenn zusätzlich das TDMAS für 30 sec strömt, wurde die gleiche Aufwachsrate erzielt, wenn die Flußzeit 15 sec betrug und die Haltezeit 45 sec oder mehr betrug.
- Gemäß Fig. 10 wurde nun der Effekt des RF-Leistungsniveaus des Plasmagenerators bestimmt. Zurückkommend auf das vorher beschriebene Verfahren wird aktiviertes NH3 in die Kammer eingebracht, nachdem das Substrat dem TDMAS ausgesetzt war und die Kammer gereinigt worden ist. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist die Verwendung von aktivierten NH3 ein wichtiger Aspekt des beanspruchten Verfahrens. Wenn die RF-Leistung in dem Leistungsgenerator 0 betrug, und daher kein aktiviertes NH3 in die Kammer eingebracht worden ist, wurde überhaupt keine Si3N4-Schichtabscheidung beobachtet, was darauf hin deutet, daß keine Reaktion zwischen dem nicht aktivierten NH3 und dem TDMAS auf dem Substrat stattgefunden hat. Zwischen 0 und 0,4 KW stieg die Abscheidungsrate der Schicht, wie gezeigt, linear an. Von 0,4 KW an, stieg die Aufwachsrate, wenn überhaupt, nur wenig an, was eine Abscheidungsratenbeziehung darstellt, die typisch für ALD ist.
- Um diese Probleme zu verringern, kann das ALD-Verfahren durch Verwendung von TDMAS mit H2O, H2O2, aktiviertem O2 (z. B. O3, einem O2-Remoteplasma, usw.) realisiert werden.
- Wenn das ALD-Verfahren zum Ausbilden von Silikat verwendet wird, welches eine dielektrische Substanz ist, die eine größere Dielektrizitätskonstante als SiO2 aufweist, sollte ein SiO2-Verfahren in einem Verfahrensfenster (process window) eines Metalloxids zum Ausbilden von Silikat implementiert werden. Ein geeignetes SiO2 -Verfahren kann durch Verwendung von TDMAS erzielt werden.
- Die vorhergehend bevorzugten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft und nicht begrenzend auszulegen. Der Fachmann erkennt ohne weiteres, daß Änderungen und Abwandlungen der Erfindung, wie sie vorhergehend beschrieben worden sind, ohne weiteres möglich sind, ohne den Umfang der beiliegenden Ansprüche zu verlassen.
Claims (28)
1. Atomschichtabscheidungsverfahren zum Ausbilden einer festen Dünnschicht, die
Silizium enthält, das folgende Schritte aufweist:
a) Anordnen eines Substrats in einer Kammer;
b) Injizieren eines ersten Silizium und ein Aminosilan enthaltenden
Reaktionsmittels in die Kammer;
c) Chemisorbieren eines ersten Teils des ersten Reaktionsmittels auf dem
Substrat und Physisorbieren eines zweiten Teils des ersten Reaktionsmittels auf
dem Substrat;
d) Entfernen des physisorbierten zweiten Teils des ersten Reaktionsmittels von
dem Substrat;
e) Injizieren eines zweiten Reaktionsmittels in die Kammer;
f) chemisches Reagieren eines ersten Teils des zweiten Reaktionsmittels mit
dem chemisorbierten ersten Teil des ersten Reaktionsmittels, um einen
siliziumhaltigen Feststoff auf dem Substrat auszubilden; und
g) Entfernen des Teils des zweiten Reaktionsmittels, der nicht chemisch
reagiert hat, aus der Kammer.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem
Substrat ausgebildet worden ist, eine Dünnschicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Reaktionsmittel zumindest eines ist,
das aus der Gruppe bestehend aus Si[N(CH3)2]4, SiH[N(CH3)2]3, SiH2[N(CH3)2]2, und
SiH3[N(CH3)2] ausgewählt worden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Dünnschicht eine Siliziumnitridschicht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das zweite Reaktionsmittel aktiviertes NH3 ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das aktivierte NH3 durch einen
Remoteplasmagenerator erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Reaktionsmittel aktiviertes NH3 ist,
und das aktivierte NH3 durch ein katalytisches Verfahren unter Verwendung eines
Edelmetalls erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zusammensetzungsverhältnis von N zu Si
der Schicht 1 bis 1,6 beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kammerdruck in einem Bereich von 0,01 bis
100 Torr ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Kammerdruck während des Durchführens
jedes Schrittes der gleiche ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Kammerdruck während des Durchführens
von zumindest einem der vier Schritte unterschiedlich zu den übrigen Schritten ist.
12. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffes nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet worden ist, eine
Trockenätzselektivität bezüglich Si einer Halbleitervorrichtung (aktive Nitridmaske)
aufweist.
13. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffes nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet worden ist, eine
Trockenätzselektivität bezüglich WSix und dotierten Polysilizium einer
Halbleitervorrichtung (Gate-Nitritmaske) aufweist.
14. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffes nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine
Trockenätzselektivität bezüglich W und Ti/TiN einer Halbleitervorrichtung
(Bitleitungsnitritmaske) aufweist.
15. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, ein
CMP-Stopper ist.
16. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine
Isolationsschicht ist, die eine Trockenätzselektivität bezüglich SiO2 einer
Halbleitervorrichtung (Abstandshalter) aufweist.
17. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine
Isolationsschicht ist, die eine HF-Naßätzselektivität bezüglich SiO2 einer
Halbleitervorrichtung (Naßstopper) aufweist.
18. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, ein Gate-
Dielektrikum einer Halbleitervorrichtung umfaßt.
19. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine Schicht ist,
die zwischen einer Ta2O5-Schicht und einem Kondensatorspeicherknoten einer
Halbleitervorrichtung ausgebildet ist.
20. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine
dielektrische Schicht eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung ist.
21. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, ein STI-Liner
einer Halbleitervorrichtung ist.
22. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei
der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, ein
Siliziumoxid ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das zweite Reaktionsmittel aus der Gruppe
bestehend aus H2O, H2O2, O2-Plasma und O3-Plasma ausgewählt ist.
24. Verfahren nach Anspruch 22, wobei ein Brechungsindex einer derartig
ausgebildeten Dünnschicht in einem Bereich von 1,43-1,5 ist.
25. Verfahren zum Herstellen einer festen Dünnschicht, die Silizium enthält, das
folgende Schritte aufweist:
a) Anordnen eines Substrats in einer Kammer;
b) Injizieren eines ersten gasförmiges Si und H(CH3)2 enthaltenden
Reaktionsmittels in die Kammer;
c) Reagieren lassen eines ersten Teils des ersten Reaktionsmittels, um einen
ersten siliziumhaltigen Feststoff auf dem Substrat auszubilden, und
Physisorbieren eines zweiten Teils des ersten Reaktionsmittels auf dem Substrat;
d) Entfernen des physisorbierten zweiten Teils des ersten Reaktionsmittels von
dem Substrat;
e) Injizieren eines zweiten Reaktionsmittels in die Kammer;
f) chemisches Reagieren eines ersten Teils des zweiten Reaktionsmittels, um
einen zweiten siliziumhaltigen Feststoff auf dem Substrat auszubilden, und
Physisorbieren eines zweiten Teils des zweiten Reaktionsmittels auf dem
Substrat; und
g) Entfernen des physisorbierten zweiten Teils des zweiten Reaktionsmittels aus
der Kammer.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei zumindest einer der ersten und zweiten
siliziumhaltigen Feststoffe ein Metallsilikat ist.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Silikat ein Metallsilikat aus einem Metall
ist, das aus der Gruppe bestehend aus Al, Hf, Zr, Ti und Ta ausgewählt worden ist.
28. Atomschichtabscheidungsverfahren zum Ausbilden einer festen Dünnschicht, die
Silizium enthält, das folgende Schritte aufweist:
a) Anordnen eines Substrats in einer Kammer;
b) Injizieren eines ersten Si und ein Aminosilan enthaltenden Reaktionsmittels in
die Kammer;
c) Chemisorbieren eines ersten Teils des ersten Reaktionsmittels auf dem
Substrat und Physisorbieren eines zweiten Teils des ersten Reaktionsmittels auf
dem Substrat;
d) Entfernen des physisorbierten zweiten Teils des ersten Reaktionsmittels von
dem Substrat;
e) Injizieren eines zweiten Reaktionsmittels in die Kammer;
f) chemisches Reagieren eines ersten Teils des zweiten Reaktionsmittels mit
dem chemisorbierten ersten Teil des ersten Reaktionsmittels, um einen
siliziumhaltigen Feststoff auf dem Substrat auszubilden;
g) Entfernen des Teils des zweiten Reaktionsmittels, der nicht reagiert hat, aus
der Kammer; und
h) Wiederholen einer oder mehrerer Schritte b)-g).
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