DE10156932A1 - Verfahren zur Abscheidung dünner Praseodymoxid-Schichten mittels ALD/CVD-Verfahren - Google Patents

Verfahren zur Abscheidung dünner Praseodymoxid-Schichten mittels ALD/CVD-Verfahren

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dünner Praseodymoxidschichten als Dielektrikum in einem elektronischen Bauelement einer Halbleitereinrichtung. Die Abscheidung des Praseodymoxids erfolgt durch ein CVD-Verfahren oder ein ALD-Verfahren. Das Verfahren erlaubt die Abscheidung von Praseodymschichten auch auf Substraten mit hoher Topographie.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dünner Praseodymoxid-Schicht als Dielektrikum in einem elektronischen Bauelement einer Halbleitereinrichtung.
  • Im Zuge einer stetigen Erhöhung der Rechnerleistung und der Speicherkapazität von Mikrochips hat die Integrationsdichte der elektronischen Bauelemente, wie Transistoren oder Kondensatoren stetig zugenommen. Auch für die Zukunft wird eine weitere Leistungssteigerung von Mikrochips angestrebt, so dass die elektronischen Bauelemente weiter miniaturisiert werden müssen. Einer Erhöhung der Integrationsdichte auf der Basis der bisher verwendeten Materialien sind jedoch Grenzen gesetzt, da mit abnehmenden Abmessungen beispielsweise Tunneleffekte an Bedeutung gewinnen, welche zu höheren Leckströmen führen und so einer zuverlässigen Funktion der elektronischen Bauelemente entgegenstehen. So werden beispielsweise in Speicherchips Kondensatoren als Speicherelemente verwendet. Der geladene bzw. entladene Zustand des Kondensators entspricht dabei den beiden binären Zuständen 0 bzw. 1. Um den Ladungszustand des Kondensators sicher bestimmen zu können, muss dieser eine bestimmte minimale Kapazität aufweisen. Sinkt die Kapazität bzw. die Ladung unter diesen Grenzwert, verschwindet das Signal im Rauschen, das heißt die Information über den Ladungszustand des Kondensators geht verloren. Ferner entlädt sich der Kondensator nach dem Beschreiben durch Leckströme, welche einen Ladungsausgleich zwischen den beiden Elektroden des Kondensators bewirken. Um einem Informationsverlust durch die Entladung des Kondensators entgegenzuwirken, wird der Ladungszustand des Kondensators in regelmäßigen Abständen überprüft und gegebenenfalls aufgefrischt, das heißt ein teilweise entladener Kondensator wird wieder bis in seinen ursprünglichen Zustand geladen. Diesen sogenannten "Refreshing"-Zeiten sind jedoch technische Grenzen gesetzt, das heißt sie können nicht beliebig verkürzt werden. Während der Periode der Refreshingzeit darf die Ladung des Kondensators daher nur so weit abnehmen, dass eine sichere Bestimmung des Ladungszustandes möglich ist. Mit anderen Worten darf der Leckstrom, welcher eine Entladung des Kondensators bewirkt, nicht zu hoch sein. Die Kapazität eines Kondensators ist proportional zur Elektrodenfläche und umgekehrt proportional zum Abstand der Elektroden. Wird im Zuge der Miniaturisierung der elektronischen Bauelemente die Elektrodenfläche des Kondensators verringert, nimmt als Folge auch seine Kapazität ab, weshalb ab einem bestimmten Miniaturisierungsgrad geladener und ungeladener Zustand nicht mehr sicher unterschieden werden können. Um die Abnahme der Kapazität auszugleichen, kann die Elektrodenfläche durch eine Strukturierung der Oberfläche mit Mesoporen vergrößert werden, ohne dass dadurch die Integrationsdichte erniedrigt wird. Als weitere Möglichkeit kann der Abstand der Elektroden verringert werden. Damit kann zwar die Kapazität erhöht werden, das heißt geladener und ungeladener Zustand des Kondensators können wieder sicher unterschieden werden, gleichzeitig nimmt jedoch die Tunnelstromstärke zu, das heißt der Kondensator wird rascher entladen. Einer Verringerung des Elektrodenabstandes sind also durch die technisch möglichen Refreshingzeiten eine Grenze gesetzt. So treten beispielsweise bei SiO2 das gegenwärtig in der Halbleitertechnik als Dielektrikum verwendet wird, ab Schichtdicken von etwa 2 nm Leckstromdichten auf, die eine weitere Miniaturisierung der Bauelemente ausschließen. Eine weitere Möglichkeit, einem Kapazitätsverlust der Kondensatoren bei fortschreitender Miniaturisierung zu begegnen, ist die Verwendung neuer Materialien. So können beispielsweise anstelle der gegenwärtig verwendeten Elektroden aus dotiertem Polysilizium Elektroden aus Metallen mit höherer elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Platin, verwendet werden, um Verarmungszonen zu unterdrücken. Eine weitere Möglichkeit, bei steigender Miniaturisierung die erforderliche Kapazität eines Kondensators zur Verfügung zu stellen, besteht darin, das zur Zeit üblicherweise als Dielektrikum verwendete SiO2 durch Materialien mit einer höheren Dielektrizitätskonstante ε zu ersetzen. Bei gleicher Elektrodenfläche und gleichem Elektrodenabstand hat derjenige Kondensator, welcher ein Dielektrikum mit einer höheren Dielektrizitätskonstante umfasst, die höhere Kapazität. Umgekehrt bedeutet dies, dass bei konstantem Elektrodenabstand durch die Verwendung eines Dielektrikums mit höhere Dielektrizitätskonstante bei gleicher Kapazität die Elektrodenfläche verringert und damit auch der Kondensator in seinen Abmessungen weiter miniaturisiert werden kann. Viele Metalloxide und Oxide der Übergangsmetalle, wie zum Beispiel Al2O3, Ta2O5, HfO2, ZrO2, Y2O3, TiO2, Nb2O5, NoO3, La2O3, Gd2O3, Nd2O3 sowie daraus bestehende Mischoxide oder Silikate, wie zum Beispiel HfO.SiO2 unterschiedlicher Zusammensetzung, weisen hohe Werte für die Dielektrizitätskonstante auf, welche sie für eine Anwendung als Dielektrikum in mikroelektronischen Bauelementen geeignet erscheinen lässt. So weist beispielsweise Ta2O3 Dielektrizitätskonstanten im Bereich von 20 bis 23 auf. Bei der Herstellung von Mikrochips werden Verfahrensschritte durchgeführt, in welchen Temperaturbelastungen von mehreren 100°C über Zeiträume von mehreren Sekunden bis hin zu Minuten auftreten. Um funktionsfähige Mikrochips zu erhalten, müssen die während der Herstellung bereits integrierten mikroelektronischen Bauelemente, bzw. Abschnitte dieser mikroelektronischen Bauelemente, diesen Temperaturbelastungen widerstehen können. Dies ist jedoch bei den oben genannten Dielektrika meist nicht gewährleistet. Ferner zeigen die Materialien auch vergleichsweise hohe Leckstromdichten, so dass die oben genannten Materialien überwiegend für einen Ersatz des bisher verwendeten SiO2 ausscheiden.
  • Als Alternative zu SiO2 ist von H. J. Osten, J. P. Liu, P. Gaworzewski, E. Bugiel und P. Zaumseil (0-7803-6441- 4/00/2000 IEEE, die Verwendung von Praseodymoxid als Dielektrikum vorgeschlagen worden. Die Autoren beschreiben die Herstellung dünner Praseodymoxid-Schichten auf einem Si(100)-Substrat durch Molekularstrahlepitaxie. Das Praseodymoxid wird aus keramischem Pr6O11 erzeugt, welches mit Hilfe eines Elektronenstrahls verdampft wird. Die Abscheidung des Praseodymoxids erfolgt bei Temperaturen von 625 und 725°C bei Wachstumsraten von 0,1 Å/s. Die abgeschiedene Schicht wird anschließend bei 600°C für 5 Minuten in trockenem Stickstoff getempert. Für die Messung der physikalischen Eigenschaften werden jeweils Goldkontakte mit Hilfe einer Schattenmaske abgeschieden. Die abgeschiedenen Praseodymoxid-Schichten liegen als Einkristall vor. Röntgenografische Untersuchungen zeigen, dass das Praseodymoxid als Pr2O3 mit einer D53-Struktur (Manganoxidstruktur) vorliegt. In ihren physikalischen Untersuchungen stellten die Autoren eine Dielektrizitätskonstante von 31 fest. Filme mit einer Schichtdicke von 14 Å weisen eine Leckstromdichte von IE von 5 × 10-9 A/cm2 bei Vg = 1,0 V auf. Dieser Wert ist um das zumindest 104-fache niedriger als Werte, die für HfO2 oder ZrO2-Filme der gleichen Schichtdicke gemessen werden oder des Leckstroms einer 3 nm starken SiO2-Schicht. Ferner weisen die Praseodymoxid-Schichten eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit auf und zeigen nach einem Tempern für 15 Sekunden bei 1000°C keine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften. Schwierigkeiten bestehen jedoch bei der Herstellung von Bauelementen, welche ein hohes Aspektverhältnis aufweisen. Molekularstrahlepitaxie erlaubt zwar die Abscheidung hochreiner dünner Schichten, die Seitenwandbedeckung von auf dem Substrat abgeschiedenen oder in das Substrat integrierten Strukturelementen ist jedoch sehr schlecht. Um bei zunehmender Integrationsdichte den Flächenbedarf der einzelnen Bauelemente auf der Substratoberfläche zu verringern, ist man dazu übergegangen, auch die Tiefe des Substrats für den Aufbau elektronischer Bauelemente zu nutzen. Die Ausdehnung der Bauelemente senkrecht zur Substratoberfläche hat daher zugenommen, während der Flächenbedarf auf der Substratoberfläche zunehmend geringer wird. Ausdruck findet dies im sogenannten Aspektverhältnis, welches das Verhältnis der Ausdehnung des Bauelementes in die Tiefe des Substrats zur Ausdehnung des Bauelements auf der Oberfläche des Substrats angibt. Durch die Nutzung des Substratvolumens werden die Kondensatoren quasi gefaltet. Bei einem geringeren Flächenbedarf auf der Substratoberfläche wird dennoch eine große Elektrodenfläche erhalten. Derartige Kondensatoren werden als "Deep-Trench"- Kondensatoren bezeichnet. Hier sind inzwischen Aspektverhältnisse von bis zu 60 : 1 verwirklicht worden. Die Herstellung derartiger Deep-Trench-Kondensatoren verläuft in der Weise, dass zunächst ein Trench in das Substrat eingeätzt wird. Anschließend muss das Dielektrikum an den Wänden des Trenches abgeschieden werden. Dabei sollte nach Möglichkeit eine gleichmäßige Auskleidung der Wand des Trenches erfolgen, das heißt die Schichtdicke des abgeschiedenen Dielektrikums sollte nahe der Substratoberfläche nach Möglichkeit gleich sein wie am unteren Ende des Trenches, also dem am weitesten von der Substratoberfläche entfernten Punkt des Trenches. Das Verhältnis der Schichtdicke in einem Abschnitt des Trenches nahe der Substratoberfläche zur Schichtdicke in einem Abschnitt, welcher am weitesten entfernt von der Substratoberfläche liegt, wird als Kantenbedeckung bezeichnet. Bei der Abscheidung von Praseodymoxid mittels Molekularstrahlepitaxie erfolgt eine Abscheidung des Dielektrikums nur in Abschnitten des Trenches, welche der Substratoberfläche unmittelbar benachbart sind, während in den tieferen Abschnitten keine Abscheidung erfolgt. Mit den von H. J. Osten et al. beschriebenen Verfahren ist daher die Herstellung von Deep-Trench-Kondensatoren, welche Praseodymoxid als Dielektrikum nutzen, nicht möglich. Die Vorteile des Praseodymoxids stehen daher bei derartigen Kondensatoren für eine weitere Miniaturisierung nicht zur Verfügung.
  • Neben einer Verwendung in Kondensatoren sind Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante auch für andere elektronische Bauelemente von Interesse. Ein mögliches Anwendungsgebiet ist beispielsweise die Verwendung als Gatedielektrikum in Feldeffekttransistoren. Das Feld der Gateelektrode soll durch das Gatedielektrikum möglichst wenig abgeschirmt werden, wobei bei zunehmender Miniaturisierung andererseits die Leckstromdichte zum Leitungskanal möglichst gering sein soll. Auch hier wäre die Anwendung von Praseodymoxid von Interesse. Für eine technische Umsetzung im industriellen Maßstab ist jedoch das von H. J. Osten et al. vorgeschlagene Verfahren einer Abscheidung durch Molekularstrahlepitaxie technisch zu aufwändig und daher zu teuer.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem Praseodymoxid auch in Strukturen mit hohen Aspektverhältnissen mit einer guten Kantenbedeckung abgeschieden werden kann, wobei das Verfahren auch im industriellen Maßstab kostengünstig durchführbar sein sollte.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung dünner Praseodymoxidschichten als Dielektrikum in einem elektronischen Bauelement einer Halbleitereinrichtung, wobei ein Substrat mit einer Oberfläche bereitgestellt wird, auf der Oberfläche des Substrats zumindest abschnittsweise aus der Gasphase eine chemisch reaktive Praseodymverbindung abgeschieden wird und mit einer aus der Gasphase abgeschiedenen chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung zu Praseodymoxid umgesetzt wird, wobei auf zumindest Abschnitten der Oberfläche des Substrats eine Praseodymoxidschicht erzeugt wird.
  • Die Anwendung eines Verfahrens, welches auf einer chemischen Reaktion von zumindest zwei aktiven Vorstufen beruht, welche als Quelle für Praseodym bzw. als Quelle für Sauerstoff dienen, ermöglicht eine rasche und kostengünstige Herstellung dünner Praseodymoxidschichten auch auf Substraten mit hoher Topographie, d. h. Aspektverhältnissen von größer als 40 : 1. Mit derartigen Verfahren kann eine gute Kantenbedeckung erzielt werden, das heißt auch die Herstellung von Deep- Trench-Kondensatoren mit Aspektverhältnissen von 60 : 1 und größer ist möglich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher auch die Herstellung von Deep-Trench-Kondensatoren möglich, welche Praseodymoxid als Dielektrikum umfassen, wobei eine weitere Miniaturisierung der elektronischen Bauelemente und damit eine weitere Steigerung der Speicherkapazität eines Speicherchips bzw. der Rechengeschwindigkeit von Prozessorchips erreicht werden kann. Unter der Oberfläche des Substrats werden auch solche Abschnitte verstanden, welche beispielsweise die Wände von in das Substrat eingeätzten Trenches bilden. Praseodymverbindungen, welche eine ausreichend hohe Reaktivität aufweisen, sind kommerziell erhältlich, so dass keine Schwierigkeiten bei der Beschaffung der Ausgangsmaterialien bestehen. Besonders gute elektrische Eigenschaften werden erhalten, wenn das Praseodymoxid epitaktisch abgeschieden wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt auf zwei Arten ausgeführt. Gemäß einer ersten Ausführungsform erfolgt die Abscheidung der Praseodymoxidschichten durch ein CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition). Dies ermöglicht die Herstellung vergleichsweise großer Schichtdicken bei hohen Durchsatzraten.
  • Die Herstellung der Praseodymoxidschicht umfasst dabei die Schritte:
    • - Bereitstellen des Substrats,
    • - Zuführen der chemisch reaktiven Praseodymverbindung in die Gasphase über der Oberfläche des Substrats,
    • - gleichzeitiges Zuführen der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung in die Gasphase über der Oberfläche des Substrats,
    so dass die chemisch reaktive Praseodymverbindung mit der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung unter Ausbildung einer Praseodymoxidschicht auf zumindest Abschnitten der Oberfläche des Substrats abgeschieden wird.
  • Die Abscheidung des Praseodymoxids erfolgt gewöhnlich bei Temperaturen von 350°C bis 750°C. Werden Temperaturen von mehr als 625°C für das Aufwachsen des Praseodymoxids verwendet, wächst direkt kristallines Pr2O3 auf. Insbesondere bei einer CVD-Abscheidung des Praseodymoxids werden daher bevorzugt Temperaturen von 600 bis 700°C gewählt. Um eine gute Kantenbedeckung zu erreichen, werden bei der Abscheidung bevorzugt niedrigere Temperaturen im Bereich von 350 bis 450°C gewählt. Hier ist insbesondere beim ALD-Verfahren bei Verwendung organischer Praseodymverbindungen auch die Stabilität der auf der Oberfläche abgeschiedenen reaktiven Vorläuferverbindungen höher, so dass diese eine längere Lebenszeit aufweisen. Anschließend kann das amorphe Praseodymoxid bei höheren Temperaturen in eine kristalline Form überführt werden. Dazu wird der Wafer bei Temperaturen von beispielsweise 650-750°C in einer Inertgasatmosphäre für eine Dauer von 1 min. bis 30 min. getempert. Die genauen Bedingungen für das Tempern hängen von der verwendeten Anlage ab. Der Druck, welcher für die Abscheidung gewählt wird, hängt stark von den gewählten Ausgangsmaterialien bzw. deren Flüchtigkeit ab. Geeignet wird bei einem Druck von 0,1 bis 13 mbar, besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,4 mbar gearbeitet. Die Zuführraten hängen sehr stark von der verwendeten Abscheideanlage ab. Es können sowohl Mehrscheibenanlagen wie auch Einzelscheibenanlagen verwendet werden. Außerdem wird die Zuführrate stark vom verwendeten Verfahren, d. h. CVD oder ALD, ab. Geeignete Zuführraten liegen beispielsweise zwischen 0,1 und 5000 sccm. Neben der chemisch reaktiven Praseodymverbindung und/oder der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung kann die Gasphase über der Oberfläche des Substrats auch weitere gasförmige Stoffe enthalten, wie ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder ein Edelgas.
  • Das CVD-Verfahren wurde bisher noch nicht für die Herstellung von Praseodymoxidschichten als Dielektrikum in elektronischen Bauelementen verwendet. Bisher wurde nur supraleitendes PrGaO3 mit Hilfe der CVD-Technik hergestellt (Bin Han; Neumayer, D. A.; Schulz, D. L.; Hinds, B. J.; Marks, T,J.; Journal of Vakuum Science & Technology A (Vacuum, Surfaces, and Films) 1993, 11, Nr. 4, Teil I, S. 1431-1434.
  • Eine genaue Kontrolle der Schichtdicke und eine besonders gute Kantenbedeckung wird bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, wobei die Herstellung der Praseodymoxidschicht durch ein ALD- Verfahren erfolgt. Beim ALD-Verfahren (Atomic Layer Deposition) werden jeweils Monolagen der chemisch reaktiven Praseodymverbindung bzw. der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung abgeschieden. Die Adsorption der Vorstufen sollte folglich selbstlimitierend sein, so dass die entsprechende Verbindung auf dem Substrat bis zu maximal einer monomolekularen Schicht adsorbiert wird. Die zur Abscheidung der Praseodymschicht verwendeten chemisch reaktiven Verbindungen sollten daher beispielsweise nicht mit sich selbst reagieren können. Mit dem ALD-Verfahren lassen sich insbesondere in Trenches mit einem hohen Aspektverhältnis Praseodymoxidschichten mit einer guten Kantenbedeckung erzeugen.
  • Die Herstellung der Praseodymoxidschicht durch ein ALD- Verfahren umfasst die Schritte:
    • a) Bereitstellen des Substrats;
    • b) gegebenenfalls Aktivieren der Substratoberfläche;
    • c) Zuführen der chemisch reaktiven Praseodymverbindung in die Gasphase über der Oberfläche des Substrats;
    • d) Entfernen nicht abreagierter chemisch reaktiver Praseodymverbindung aus der Gasphase über der Oberfläche des Substrats;
    • e) Zuführen der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung in die Gasphase über dem Substrat;
    • f) Entfernen überschüssiger chemisch reaktiver Sauerstoffverbindung aus der Gasphase über dem Substrat;
    wobei die Schritte (c) bis (f) wiederholt werden, bis eine zuvor festgelegte Dicke der Praseodymoxidschicht erreicht ist.
  • Das Entfernen überschüssiger chemisch reaktiver Praseodymverbindung bzw. überschüssiger chemisch reaktiver Sauerstoffverbindung aus der Gasphase über dem Substrat kann erfolgen, indem beispielsweise mit einem inerten Spülgas, wie Stickstoff oder einem Edelgas, gespült wird oder die Gasphase evakuiert wird. Wie auch bei dem oben beschriebenen CVD- Verfahren müssen beim ALD-Verfahren die chemisch reaktiven Verbindungen so beschaffen sein, dass sie nur mit der gegebenenfalls zuvor aktivierten Substratoberfläche bzw. der zuvor abgeschiedenen Schicht des jeweils anderen Reaktionspartners reagieren. Die Reaktionsbedingungen können an sich innerhalb der gleichen Wertebereiche gewählt werden, wie oben beim CVD-Verfahren erwähnt. Besonders bevorzugt wird das ALD-Verfahren jedoch bei relativ niedrigen Temperaturen von 350 bis 450°C durchgeführt.
  • Als Substrat dient bei beiden Verfahren bevorzugt ein Siliziumwafer, wie er üblicherweise für die Herstellung von Mikrochips verwendet wird. In das Substrat können bereits Bauteile integriert sein. Die Substratoberfläche kann auch bereits strukturiert sein, indem beispielsweise Gräben für die Herstellung von Trenchkondensatoren eingeätzt wurden. Ebenso können auch Teile der Oberfläche von einem Schutzfilm, wie zum Beispiel einem Resist bedeckt sein, um eine Abscheidung des Praseodymoxids in definierten Abschnitten zu erreichen. Um eine Verbesserung der Abscheidung des Praseodymoxids auf der Substratoberfläche zu erreichen, kann diese zunächst aktiviert werden, um beispielsweise durch Reduktion einer oberflächlichen Oxidschicht mit Wasserstoff Hydroxylgruppen zur Verfügung zu stellen, welche mit der chemisch reaktiven Praseodymverbindung reagieren können, um die Ausbildung der Praseodymoxidschicht zu initiieren.
  • Ein gleichförmiges und reproduzierbares Filmwachstum ist abhängig von der Aufrechterhaltung eines gleichförmigen Zuflusses der chemisch reaktiven Praseodymverbindung und der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung auf die Substratoberfläche. Die Temperatur und der Druck, bei welcher die chemisch reaktive Verbindung auf der Substratoberfläche abgeschieden wird, hängt stark von den verwendeten Verbindungen ab. Für die Abscheidung der chemisch reaktiven Verbindungen aus der Gasphase ist eine bestimmte Flüchtigkeit der verwendeten Verbindungen Voraussetzung. So sollte der Schmelzpunkt bei Atmosphärendruck 210°C nicht überschreiten, bei niedrigeren Drücken sind entsprechend auch höhere Schmelzpunkte möglich.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform werden anorganische Praseodymverbindungen als chemisch reaktive Praseodymverbindung verwendet. Besonders bevorzugt werden Praseodymhalogenide oder Praseodymnitrat verwendet. Diese anorganischen Verbindungen besitzen bei Normaldruck einen relativ hohen Schmelzpunkt. So besitzt Praseodymbromid einen Schmelzpunkt von 693°C und Praseodymchlorid einen Schmelzpunkt von 786°C. Bei Verwendung anorganischer Praseodymverbindungen wird daher bevorzugt bei vermindertem Druck gearbeitet, da in diesem Fall bei Temperaturen im Bereich von 350°C ausreichend hohe Sublimationsraten erhalten werden, um für industrielle Anwendungen geeignete Abscheidungsraten zu gewährleisten. Geeignete Druckbereiche liegen beispielsweise unterhalb von 1 torr (1,3 mbar).
  • Anorganische Praseodymverbindungen weisen, wie bereits erwähnt, eine vergleichsweise geringe Flüchtigkeit auf, weshalb das erfindungsgemäße Verfahren bei niedrigen Drücken durchgeführt werden muss. Ferner besteht insbesondere bei Praseodymhalogeniden die Gefahr, dass restliches Halogen in der Praseodymoxidschicht verbleibt und dort zu einer Erhöhung der Leckstromdichte führt. Bevorzugt werden daher als chemisch reaktive Praseodymverbindung metallorganische Praseodymverbindungen verwendet, welche zumindest einen organischen Rest umfassen. Diese Verbindungen weisen deutlich niedrigere Schmelzpunkte und eine hohe Reaktivität gegenüber den chemisch reaktiven Sauerstoffverbindungen auf, so dass bei geringeren Temperaturen bzw. höheren Drücken gearbeitet werden kann und damit auch höhere Durchsatzraten bei der Herstellung der Praseodymoxidschichten erreicht werden können. Bevorzugt werden metallorganische Praseodymverbindungen PrR3 verwendet, wobei R einen organischen Rest bezeichnet. Der organische Rest wird von einem Kohlenwasserstoff gebildet, der vorzugsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatome sowie ein oder mehrere Heteroatome umfassen kann. Als Heteroatom dient insbesondere Sauerstoff, der beispielsweise in einer Hydroxyl-, einer Carbonyl- oder einer Carboxylgruppe enthalten sein kann. Der organische Rest ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, die gebildet ist aus Alkoxiden, Alkylen, Arylen, β-Diketonen, Phenolen und Cyclopentadienylen.
  • Dabei werden unter Alkoxiden organische Kohlenwasserstoffreste verstanden, die über eine Etherbrücke mit dem Praseodymzentralatom verbunden sind (d. h. R-O-Pr).
  • Unter Alkylen werden acyclische oder cyclische monovalente organische Kohlenwasserstoffreste verstanden, die gesättigt oder ungesättigt sein können und zwischen 1 und 20 Kohlenstoffatome umfassen.
  • Als Aryle werden organische Kohlenwasserstoffreste mit mindestens einem aromatischen System verstanden.
  • β-Diketone sind organische Kohlenwasserstoffreste, die mindestens eine (-CO-CH2-CO-)-Gruppierung enthalten.
  • Unter Phenolen werden organische Kohlenwasserstoffreste mit mindestens einem aromatischen aus 6-C-Atomen gebildeten Ringsystem mit einer angeknüpften Hydroxylgruppe(-OH) verstanden.
  • Cyclopentadienyle sind organische Kohlenwasserstoffreste mit mindestens einem Cyclopentadienring, welcher auch substituiert sein kann, beispielsweise mit einer oder mehreren Alkylgruppen.
  • Besonders bevorzugt ist die metallorganische Praseodymverbindung ausgewählt aus der Gruppe, die gebildet ist aus Pr (acac)3, Pr (hfacac)3, Pr (dpm)3 und Pr (facm)3. Pr (acac)3 steht dabei für Praseodym(III)acetylacetonat, das einen Schmelzpunkt von 130°C aufweist. Pr(hfacac)3 für Praseodym(III)hexafluoroacetylacetonat, das einen Schmelzpunkt von 115 bis 128°C aufweist, und Pr(dpm)3 für Praseodym(III)dipivaloylmethan, wobei die zuletzt genannten Verbindungen Schmelzpunkte im Bereich von 180 bis 210°C aufweisen.
  • Als chemisch reaktive Sauerstoffverbindung kann an sich jede Verbindung gewählt werden, welche eine ausreichend hohe chemische Reaktivität aufweist und in einer gasförmigen Form bereitgestellt werden kann. Bevorzugt ist die reaktive Sauerstoffverbindung ausgewählt aus der Gruppe, die gebildet ist aus Wasser, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Ozon.
  • Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Praseodymoxidschicht kann neben Praseodym auch noch weitere Metalle enthalten. Bevorzugt ist dabei das Metall ausgewählt aus der Gruppe, die gebildet ist aus Al, Si, Hf, Ti, Ta, Gd, Nb, Mo, Zr, Y und Nd. Dazu wird der Gasphase über dem Substrat eine entsprechende chemisch reaktive Metallverbindung zugeführt. Wird die Praseodymoxidschicht mit dem CVD-Verfahren hergestellt, wird die Metallverbindung zusätzlich zur chemisch reaktiven Praseodymverbindung der Gasphase über dem Substrat zugeführt. Bei einer Verfahrensführung über die ALD-Technik wird die Abfolge der Ablagerungen der monomolekularen Schichten um entsprechende Schritte erweitert, wobei im einen Schritt die chemisch reaktive Metallverbindung der Atmosphäre über dem Substrat zugeführt wird und nach Abscheidung der chemisch reaktiven Metallverbindung auf der Substratoberfläche nicht abreagierte Metallverbindung aus der Gasphase über dem Substrat entfernt, beispielsweise in einem Spülschritt.
  • Durch die Abfolge der Abscheidung der einzelnen Komponenten kann bei der ALD-Technik sowohl ein homogenes gemischtes Metalloxid erzeugt werden, wie auch ein Nanolaminat, indem entsprechende Schichten von Praseodymoxid bzw. Metalloxid erzeugt werden. Als Metalle für die Herstellung gemischter Praseodymoxide ist beispielsweise Aluminium geeignet. Die chemisch reaktiven Metallverbindungen müssen unter den Reaktionsverbindungen eine entsprechend hohe Flüchtigkeit besitzen, um Abscheidungsraten zu erreichen, welche für technische Anwendungen sinnvoll sind.
  • Wie bereits oben erwähnt, eignet sich das Verfahren insbesondere für die Herstellung von elektronischen Bauelementen mit einem hohen Aspektverhältnis. Das Verfahren eignet sich daher insbesondere für die Herstellung von Kondensatoren, insbesondere Deep-Trench-Kondensatoren. Ebenfalls bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren mit einem Gatedielektrikum verwendet, wobei das Gatedielektrikum aus der Praseodymoxidschicht gebildet ist.
  • Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt
  • Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Deep- Trench-Kondensator;
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung der Abfolge bei einem ALD-Verfahren.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Deep-Trench-Kondensator. In einem Substrat 1 ist ein Trench 2 eingebracht, der sich senkrecht zur Oberfläche in die Tiefe des Substrates 1 erstreckt. Der Trench 2 besitzt einen Durchmesser a und eine Tiefe b. Als Aspektverhältnis wird das Verhältnis b/a bezeichnet. Bei dieser vereinfachten Darstellung eines Trenchkondensators bildet das Substrat 1 gleichzeitig die erste Elektrode des Kondensators. Der Trench 2 ist mit einem Dielektrikum 3 ausgekleidet, welches erfindungsgemäß aus Praseodymoxid Pr2O3 besteht. Herstellungsbedingt ist die Schichtdicke des Dielektrikums 3 nicht konstant sondern nimmt in Richtung der Tiefe des Trenches 2 ab. Auf der Substratoberfläche bzw. im oberen Bereich des Trenches 2 weist die Schicht des Dielektrikums 3 eine Schichtdicke c auf, während im unteren Abschnitt des Trenches das Dielektrikum eine Schichtdicke d aufweist. Als Kantenbedeckung wird das Verhältnis c/d bezeichnet. Auf die Schicht des Dielektrikums 3 ist die zweite Elektrode 4 aufgetragen, welche beispielsweise aus Polysilizium oder einem elektrisch leitfähigen Metall, wie Platin, besteht. Durch die Ausdehnung des Kondensators in die Tiefe des Substrates 1 wird der Kondensator quasi gefaltet, wodurch bei geringem Flächenbedarf auf der oberen Fläche des Substrats eine große Elektrodenoberfläche und damit eine höhere Kapazität verwirklicht werden kann.
  • In Fig. 2 sind schematisch die Schritte dargestellt, welche bei einer Ausübung des Verfahrens als ALD-Verfahren durchlaufen werden. Der Übersichtlichkeit halber ist nur ein kleiner Ausschnitt aus dem Trench dargestellt. Zunächst wird die Oberfläche des Substrats 1, welches beispielsweise aus Silizium aufgebaut ist, das oberflächlich oxidiert wurde, durch Behandlung mit Wasserstoff aktiviert, so dass oberflächlich Hydroxylgruppen zur Verfügung stehen. Nachdem der Wasserstoff mit einem Spülgas, zum Beispiel Stickstoff aus dem Gasraum entfernt worden ist, wird eine reaktive Praseodymverbindung eingeleitet, welche mit den auf der Oberfläche des Substrats 1 angeordneten Hydroxylgruppen reagiert. Da die Praseodymverbindung nur mit den Hydroxylgruppen auf der Oberfläche reagiert, jedoch nicht mit anderen Molekülen, bildet sich auf der Oberfläche eine in Fig. 2b dargestellte monomolekulare Schicht aus Praseodymmolekülen aus. Die Praseodymmoleküle tragen noch jeweils zwei Liganden 5, welche reaktionsfähige Zentren ausbilden. Überschüssige chemisch aktive Praseodymverbindung 6 wird in einem Spülschritt entfernt, ehe im nächsten Schritt eine chemisch aktive Sauerstoffverbindung eingeleitet wird, in diesem Fall H2O, durch welche die am Praseodym noch vorhandenen Liganden 5 hydrolysiert werden, wobei Hydroxylgruppen erhalten werden. Die Hydroxylgruppen können unter Wasserabspaltung bereits Sauerstoffbrücken zum benachbarten Praseodymatom ausbilden. Nachdem nicht abreagierte Wassermoleküle in einem Spülschritt entfernt wurden, wird im nächsten Schritt eine chemisch aktive Metallverbindung 7 in den Gasraum eingeleitet. Die chemisch aktive Metallverbindung 7 kann entweder erneut eine chemisch reaktive Praseodymverbindung sein, wodurch die nächste Schicht an Praseodymmolekülen auf der Substratoberfläche erzeugt wird, oder es kann auch eine weitere Metallverbindung, beispielsweise Trimethylaluminium eingeleitet werden, um ein gemischtes Praseodymoxid zu erzeugen. Die chemisch reaktive Metallverbindung 7 reagiert mit den freien Hydroxylgruppen des Praseodyms, so dass sich die chemisch aktive Metallverbindung 7 auf der Oberfläche des Substrats anlagert. Nachdem die nicht abreagierte chemisch aktive Metallverbindung 7 in einem Spülschritt entfernt wurde, wird nun erneut Wasser eingeleitet, um noch am Metall gebundene Liganden zu hydrolysieren, so dass erneut Hydroxylgruppen für die Anknüpfung einer weiteren Metallschicht erhalten werden. Durch eine Abfolge der in Fig. 2b-d dargestellten Schritte lassen sich so definierte Schichtdicken eines Praseodymoxids bzw. gemischten Praseodymoxids erzeugen.
  • Die Herstellung von Praseodymoxid nach dem ALD-Verfahren kann beispielsweise in der folgenden Weise durchgeführt werden:
    • 1. 1.1 Zugabe der chemisch aktiven Praseodymverbindung (PrCl3), Reaktionsdauer 500 ms (100 bis 1000 ms),
    • 2. 1.2 Spülen der Anlagenkammer mit einem Inertgas (N2 oder Argon): 1000 ms (100 bis 10000 ms)
    • 3. 1.3 Zugabe der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung (H2O): 2500 ms (100 bis 10000 ms)
    • 4. 1.4 Spülen der Anlagenkammer mit einem Inertgas (N2 oder Argon): 2500 ms (100 bis 10000 ms).
  • Dieser aus vier Einzelschritten bestehende Zyklus wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Der Kammerdruck beträgt jeweils 200 mTorr (Prozessbereich: 0,1 bis 10 Torr). Bei Substrattemperaturen ≤ 600°C (Prozessbereich: 350°C bis 600°C) wird eine amorphe Praseodymoxidschicht abgeschieden, liegt die Temperatur darüber (625°C bis 700°C), erfolgt kristallines Wachstum.
  • Die Herstellung eines Mischoxids, zum Beispiel xPr2O3.yAl2O3 erfolgt nach dem folgenden Schema:
    • 1. Zugabe der Praseodymverbindung (Pr(acac)3): 500 ms (100 bis 10000 ms)
    • 2. Spülen der Anlagenkammer mit einem Inertgas (N2 oder Argon): 1000 ms (100 bis 10000 ms)
    • 3. Zugabe der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung (H2O): 2500 ms (100 bis 10000 ms)
    • 4. Spülen der Anlagenkammer mit einem Inertgas (N2 oder Argon): 2500 ms (100 bis 10000 ms)
    • 5. Zugabe der chemisch reaktiven Aluminiumverbindung (Al(CH3)3): 200 ms (100 bis 10000 ms)
    • 6. Spülen der Anlagenkammer mit einem Inertgas (N2 oder Argon): 1000 ms (100 bis 10000 ms)
    • 7. Zugabe der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung (H2O): 500 ms (100 bis 10000 ms)
    • 8. Spülen der Anlagenkammer mit einem Inertgas (N2 oder Argon): 2000 ms (100 bis 10000 ms)
  • Der Zyklus A beschreibt die Praseodymoxid-Abscheidung, Zyklus B die Aluminiumoxid-Abscheidung. Das Verhältnis von Praseodymoxid zu Aluminiumoxid wird durch die Anzahl der jeweiligen Zyklen A und B bestimmt (zum Beispiel 30 Zyklen A und 30 Zyklen B ergibt Pr2O3 :Al2O3 = 1 : 1). Die Zyklen können alternierend durchgeführt werden, es besteht aber auch die Möglichkeit, Nanolaminate zu erzeugen, indem man beispielsweise mehrere Zyklen A durchführt und anschließend mehrere Zyklen B.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als CVD-Verfahren reagieren die Reaktanden in der Nähe der Substratoberfläche und werden auf dieser niedergeschlagen. Wird als chemisch aktive Praseodymverbindung ein Praseodymhalogenid, z. B. PrCl3 verwendet und als chemisch reaktive Sauerstoffverbindung Wasser, lautet die Bruttogleichung:

    2 PrCl3 + 3 H2O → Pr2O3 + 6 HCl
  • Bei organischen Verbindungen ergibt sich folgender Ablauf, der hier am Beispiel des Acetylacetonats dargestellt ist:

    (CH3CO-CH=CO(-)CH3)3Pr + H2O → CH3CO-CH=COHCH3 + (CH3CO-CH=CO(-)CH3)2PrOH (1)

    (CH3CO-CH=CO(-)CH3)2PrOH + H2O → (CH3CO-CH=CO(-)CH3)Pr(OH)2 + CH3CO-CH=COHCH3 (2)

    (CH3CO-CH=CO(-)CH3)Pr(OH)2 + H2O → CH3CO-CH=COHCH3 + Pr(OH)3 (3)

    2 Pr(OH)3 → Pr2O3 + 3 H2O (4)
  • Außerdem können benachbarte, bereits teilhydrolysierte Moleküle miteinander versetzt werden:

    2 (CH3CO-CH=CO(-)CH3)Pr(OH)2 → 2 PrO(OH) + 2 CH3CO-CH=COHCH3 (3b1)

    2 PrO(OH) → Pr2O3 + 3 H2O (3b2)
  • Die beschriebenen Verfahren können sowohl in Einzelscheibenanlagen, wie auch in Mehrscheibenanlagen durchgeführt werden.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung dünner Praseodymoxidschichten als Dielektrikum in einem elektronischen Bauelement einer Halbleitereinrichtung, wobei ein Substrat mit einer Oberfläche bereitgestellt wird, auf der Oberfläche des Substrats zumindest abschnittsweise aus der Gasphase eine chemisch reaktive Praseodymverbindung abgeschieden wird und mit einer aus der Gasphase abgeschiedenen chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung zu Praseodymoxid umgesetzt wird, wobei auf zumindest Abschnitten der Oberfläche des Substrats eine Praseodymoxidschicht erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Herstellung der Praseodymoxidschicht durch ein CVD-Verfahren erfolgt und die Schritte umfasst:
- Bereitstellen des Substrats;
- Zuführen der chemisch reaktiven Praseodymverbindung in die Gasphase über der Oberfläche des Substrats;
- gleichzeitiges Zuführen der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung in die Gasphase über der Oberfläche des Substrats,
wobei die chemisch reaktive Praseodymverbindung mit der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung reagiert und die Praseodymoxidschicht auf zumindest Abschnitten der Oberfläche des Substrats abgeschieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Herstellung der Praseodymoxidschicht durch ein ALD-Verfahren erfolgt und die Schritte umfasst:
a) Bereitstellen des Substrats;
b) gegebenenfalls Aktivieren der Substratoberfläche;
c) Zuführen der chemisch reaktiven Praseodymverbindung in die Gasphase über der Oberfläche des Substrats;
d) Entfernen nicht abreagierter chemisch reaktiver Praseodymverbindung aus der Gasphase über der Oberfläche des Substrats;
e) Zuführen der chemisch reaktiven Sauerstoffverbindung in die Gasphase über dem Substrat;
f) Entfernen überschüssiger chemisch reaktiver Sauerstoffverbindung aus der Gasphase über dem Substrat;
wobei die Schritte (b) bis (e) wiederholt werden, bis eine bestimmte Dicke der Praseodymoxidschicht erhalten ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die chemisch reaktive Praseodymverbindung eine anorganische Praseodymverbindung ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die anorganische Praseodymverbindung ein Praseodymhalogenid oder ein Praseodymnitrat ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die chemisch reaktive Praseodymverbindung eine metallorganische Praseodymverbindung ist mit zumindest einem organischen Rest.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der organische Rest ausgewählt wird aus der Gruppe, die gebildet ist aus Alkoxyden, Alkylen, Arylen, β-Diketonen, Phenolen und Cyclopentadienylen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die metallorganische Praseodymverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist aus Pr(acac)3, Pr(hfacac)3, Pr(dpm)3) und Pr(facm)3.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die metallorganische Praseodymverbindung neben dem organischen Rest zumindest ein Halogenatom und/oder eine Nitratgruppe aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die chemisch reaktive Sauerstoffverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist aus Wasser, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Ozon.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest eine weitere chemisch reaktive Metallverbindung der Gasphase über dem Substrat zugeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die weitere chemisch reaktive Metallverbindung eine Verbindung eines Metalls ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist aus Al, Si, Hf, Ti, Ta, Gd, Nb, Mo, Zr, Y und Nd.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das elektronische Bauelement ein Kondensator, insbesondere ein Deep-Trench-Kondensator ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das elektronische Bauelement ein Feldeffekttransistor mit einem Gatedielektrikum ist und das Gatedielektrikum aus der Praseodymoxidschicht gebildet ist.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10340202A1 (de) * 2003-08-28 2005-04-14 IHP GmbH - Innovations for High Performance Microelectronics/Institut für innovative Mikroelektronik Herstellungsverfahren für ein Halbleiterbauelement mit Praseodymoxid-Dielektrikum
DE102004012856A1 (de) * 2004-03-16 2005-06-30 Infineon Technologies Ag Herstellungsverfahren für eine Halbleiterstruktur und entsprechende Halbleiterstruktur
WO2006005637A1 (de) * 2004-07-15 2006-01-19 Aixtron Ag Verfahren zur abscheidung von silizium und germanium enthaltenden schichten
US7410670B2 (en) 2003-09-17 2008-08-12 Aixtron Ag Process and apparatus for depositing single-component or multi-component layers and layer sequences using discontinuous injection of liquid and dissolved starting substances via a multi-channel injection unit
US7732308B2 (en) 2003-09-17 2010-06-08 Aixtron, Inc. Process for depositing layers containing silicon and germanium

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3663870A (en) * 1968-11-13 1972-05-16 Tokyo Shibaura Electric Co Semiconductor device passivated with rare earth oxide layer
EP1096042A1 (de) * 1999-10-25 2001-05-02 Motorola, Inc. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Anordnung mit einer Silizium-Metalloxid Zwischenschicht
US6297539B1 (en) * 1999-07-19 2001-10-02 Sharp Laboratories Of America, Inc. Doped zirconia, or zirconia-like, dielectric film transistor structure and deposition method for same
DE10039327A1 (de) * 2000-08-03 2002-02-14 Ihp Gmbh Elektronisches Bauelement und Herstellungsverfahren für elektronisches Bauelement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3663870A (en) * 1968-11-13 1972-05-16 Tokyo Shibaura Electric Co Semiconductor device passivated with rare earth oxide layer
US6297539B1 (en) * 1999-07-19 2001-10-02 Sharp Laboratories Of America, Inc. Doped zirconia, or zirconia-like, dielectric film transistor structure and deposition method for same
EP1096042A1 (de) * 1999-10-25 2001-05-02 Motorola, Inc. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Anordnung mit einer Silizium-Metalloxid Zwischenschicht
DE10039327A1 (de) * 2000-08-03 2002-02-14 Ihp Gmbh Elektronisches Bauelement und Herstellungsverfahren für elektronisches Bauelement

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EDLEMAN, N., L., [u.a.]: Volatile, fluorine-free beta-ketoiminate precursors for MOCVD growth of lanthanide oxide thin films, Mat. Science of NovelOxide-Based Electronics, Symp., April 2000, ed. byGINLEY, D.S., [u.a.], Mater. Res. Soc. Warrendale PA, USA, S. 371-376 (abstract) INSPEC [online]. In: EPOQUE, Accession No. 7195687 *
OSTEN, H., J., [u.a.]: High-k Gate Dielectrics with Ultra-low Leakage Current Based on Praseodym-ium Oxide. In: International Electron Devices Meeting 2000, IEDM, Technical Digest, IEEE, San Francisco, CA, USA, S. 653-656 *
US 2001/0031562 A1 *
WANG, Z.-C., SUN, Y.-H., GUO, L.: A comparative study for stepwise chlorination-chemical vapor transport characteristics of pure rare earth oxides from Sc¶2¶O¶3¶ to Lu¶2¶O¶3¶ mediated by the vapor complees LnAl¶n¶Cl¶3n+3¶. In: J. of Alloys and Comp.,1999,Vol. 287,No. 1-2,S. 109-113 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10340202A1 (de) * 2003-08-28 2005-04-14 IHP GmbH - Innovations for High Performance Microelectronics/Institut für innovative Mikroelektronik Herstellungsverfahren für ein Halbleiterbauelement mit Praseodymoxid-Dielektrikum
US7528434B2 (en) 2003-08-28 2009-05-05 Ihp Gmbh - Innovations For High Performance Production process for a semiconductor component with a praseodymium oxide dielectric
US7410670B2 (en) 2003-09-17 2008-08-12 Aixtron Ag Process and apparatus for depositing single-component or multi-component layers and layer sequences using discontinuous injection of liquid and dissolved starting substances via a multi-channel injection unit
US7732308B2 (en) 2003-09-17 2010-06-08 Aixtron, Inc. Process for depositing layers containing silicon and germanium
DE102004012856A1 (de) * 2004-03-16 2005-06-30 Infineon Technologies Ag Herstellungsverfahren für eine Halbleiterstruktur und entsprechende Halbleiterstruktur
WO2006005637A1 (de) * 2004-07-15 2006-01-19 Aixtron Ag Verfahren zur abscheidung von silizium und germanium enthaltenden schichten

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