DE102007035990A1 - Verfahren zum Verbessern von Grenzflächenreaktionen an Halbleiteroberflächen - Google Patents

Verfahren zum Verbessern von Grenzflächenreaktionen an Halbleiteroberflächen Download PDF

Info

Publication number
DE102007035990A1
DE102007035990A1 DE102007035990A DE102007035990A DE102007035990A1 DE 102007035990 A1 DE102007035990 A1 DE 102007035990A1 DE 102007035990 A DE102007035990 A DE 102007035990A DE 102007035990 A DE102007035990 A DE 102007035990A DE 102007035990 A1 DE102007035990 A1 DE 102007035990A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor wafer
degrees celsius
deuterium
hydrogen
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102007035990A
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mattson Thermal Products GmbH
Original Assignee
Mattson Thermal Products GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mattson Thermal Products GmbH filed Critical Mattson Thermal Products GmbH
Priority to DE102007035990A priority Critical patent/DE102007035990A1/de
Priority to PCT/IB2007/053240 priority patent/WO2008020403A2/en
Publication of DE102007035990A1 publication Critical patent/DE102007035990A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24—Nitriding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/02247—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by nitridation, e.g. nitridation of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/02252—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by plasma treatment, e.g. plasma oxidation of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/02255—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28202—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation in a nitrogen-containing ambient, e.g. nitride deposition, growth, oxynitridation, NH3 nitridation, N2O oxidation, thermal nitridation, RTN, plasma nitridation, RPN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/3003—Hydrogenation or deuterisation, e.g. using atomic hydrogen from a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02321—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer
    • H01L21/02323—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of oxygen
    • H01L21/02326—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of oxygen into a nitride layer, e.g. changing SiN to SiON
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02321—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer
    • H01L21/02329—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of nitrogen
    • H01L21/02332—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of nitrogen into an oxide layer, e.g. changing SiO to SiON
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/4011—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
    • H01L29/40117—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a charge-trapping insulator

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen ultradünner thermisch stöchiometrischer oder nahezu stöchiometrischer Nitride auf Halbleiterwafern. Das erfinderische Verfahren umfaßt die H+ oder D+ Passivierung der freien Halbleiteroberfläche, gefolgt von einer Nitridation entweder in einem RTP-System, einem Ofen oder in Plasma. Deuterium enthaltende Verbindungen werden in allen Verfahrensschritten der Erfindung bevorzugt, um die Interfaceschicht zwischen der Siliziumoberfläche und dem Dielektrikum zu passivieren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten eines wenigstens eine freie Halbleiteroberfläche aufweisenden Halbleiterwafers, wie beispielsweise eines Siliziumwafers, eines Silizium-Germaniumwafers, eines Germaniumwafers oder eines SiC-Wafers für eine nachfolgende thermische Behandlung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Nitriden auf dem Halbleitersubstrat für die Halbleiterproduktion, wobei die Erfindung insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen ultra-dünner stöchiometrischer oder nahezu stöchiometrischer Si3N4-Schichten auf Silizium, möglichst ohne Beteiligung von Hochvakuumprozessen betrifft, bei welchem die Oberflächenrauhigkeit der Siliziumoberfläche möglichst nicht erhöht werden soll.
  • In der Silizium-Halbleitertechnologie erfordert das Gate-Stack Engineering die präzise Kontrolle der Grenzflächen- bzw. Interfaceschicht zwischen der freien Halbleiteroberfläche und dem Gate-Dielektrikum, hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, damit bei 45 nm-Halbleiterstrukturen, bei 32 nm-Halbleiterstrukturen und darunter noch Logikbausteine mit einer wenigstens ebenso zuverlässigen elektrischen Funktionsweise, wie dies bei 65 nm Logik-Halbleiterstrukturen der Fall ist, hergestellt werden können. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Beschaffenheit und die Zusammensetzung der Interfaceschicht zwischen dem Halbleitermaterial und dem Gate-Dielektrikum, sowie die Beschaffenheit und die Zusammensetzung des Gate-Dielektrikums selbst. Die über die Interfaceschicht fließenden Leckströme, sowie die Höhe der Durchbruchspannung hängen in entscheidendem Maße von der atomaren Oberflächenrauhigkeit der Siliziumoberfläche, sowie von der Dicke und Beschaffenheit der darauf deponierten dielektrischen Schicht ab, aber auch vom k-Wert (Wert der dielektrische Konstanten) des Gate-Dielektrikums. Auf Grund der immer kleiner werdenden Strukturen werden von der Industrie daher immer dünnere und robustere Interfaceschichten und dünnere Gate-Dielektrika gefordert, mit immer höherer Durchbruchspannungsfestigkeit, kleinstmöglichen Leckströmen und höheren k-Werten, als bei SiO2 (k ≈ 3,9), da für das Speichern elektrischer Ladungen mit zunehmender Schaltelementdichte pro Quadratzentimeter natürlich immer weniger Fläche pro Schaltelement zur Aufbringung der Ladung zur Verfügung steht. Sowohl Logikbausteine, als auch Speicherbausteine (flüchtige und nicht flüchtige) müssen jedoch in der Lage sein, Ladungen zuverlässig zu speichern. Die immer kleineren Strukturen erfordern daher in zunehmendem Maße ein atomares Profile-Engineering von Sauerstoff und/oder Stickstoff bei der Interfaceschicht zwischen der Siliziumoberflache und dem Gate-Dielektrikum und auch bei der Herstellung des Gate-Dielektrikums selbst.
  • Ausgehend von reinem SiO2 ist die Industrie im Lauf der Jahre daher beim Übergang zu Gate-Schichtdicken von weniger als 2,2 nm zunächst zu leicht nitridierten Oxiden für Logikbausteine bei der 180 nm Technologie übergegangen. Heute werden für die 90 nm-Technologie stark stickstoff-dotierte Oxynitride (SixOyNz, wobei x + y + z = 100% ergibt) verwendet, die entweder durch thermisches Nitridieren oder durch Plasmanitridieren von SiO2-Oxidschichten mit anschließender thermischer Nitridierung (RTN) oder anderer thermischer Behandlung hergestellt werden. Ein Erhöhen des N-Anteils auf beispielsweise 16% erhöht den k-Wert des Dielektrikums auf 5,5 und reduziert gleichzeitig die Gate-Leckage um einen Faktor 30. (Siehe hierzu Solid State Technology, July 2005, p 45ff). SiO2 weist exzellente Interfaceeigenschaften, aber einen niedrigen k-Wert von nur 3,9, sowie relativ hohe Leckstromraten auf. Im Gegensatz dazu hat Siliziumnitrid (Si3N4) eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante (7,8), ein exzellentes Leckstromverhalten, aber dafür relativ schlechte Interfaceeigenschaften.
  • In der Literatur sind zahlreiche Verfahren, die sich mit dem Interface-Engineering beschäftigen, bekannt. Einige dieser Verfahren ersetzen dabei Wasserstoff durch Deuterium und/oder den in Prozeßgasverbindungen vorkommenden Wasserstoff teilweise oder ganz durch Deuterium. Wang et al ( US2006/0084242 ) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Ladungsspeicherschichten unter Verwendung von Deuterium und ND3. In der US2005/0266637 werden stickstoffreiche Tunnel-Oxynitride für Flash-Memories gebildet, wobei ND3 verwendet wird. Watt et al ( US2002/0132493 ) setzt Deuterium und D2O (schweres Wasser) bei der Steam-Oxidation ein, um gute Interface-Eigenschaften zu erhalten. Deuterium-Annealing mit D2 ( US6,218,245 ) wird vorgeschlagen für eine Tunneloxidpassivierung in Floating-Gate Memory. Die WO2001094662 beansprucht Deuteriumhaltige Reaktanden für ALD (Atomic Layer Deposition). Eisele et. al ( WO 2004027851 ) bilden, bzw. modifi zieren dielektrische Filme auf Halbleiteroberflächen durch Aussetzen des Halbleiters einer Prozessgasatmosphäre und Temperatur, wobei die Transportgeschwindigkeit der Reaktanden, sowie die Diffusion der Si-Atome durch das wachsende Dielektrikum miteinander im Gleichgewicht sind, und wobei die Reaktionsgeschwindigkeit an den Transportmechanismus angepasst ist. (Die Prozessgasatmosphäre enthält die reaktive Komponenten bei einem ersten Partialdruck, Aufheizen des Halbleiters auf eine erste Temperatur, wobei der Halbleiter einem Prozeßgas ausgesetzt ist und wobei die erste Temperatur und der erste Partialdruck so gewählt werden, daß die reaktive Komponente durch einen wachsenden oder bereits vorhandenen dielektrischen Film bis zur Halbleiteroberfläche hindurchdiffundiert.) Auf diese Weise ist es möglich, hochqualitative, sehr dünne dielektrische Filme zu bilden oder zu modifizieren. Die JP 2003224266 beschreibt die Herstellung von "insulate-Gate semiconductor devices", wobei die Dangling Bonds mit Wasserstoff und/oder wahlweise Deuterium abgesättigt werden. In der US6,677,213 diffundiert Deuterium in das Interface eines Siliziumoxid-Nitrid-Oxid-Films und passiviert die dort vorhandenen Dangling Bonds. Dadurch werden Leckströme reduziert.
  • Die für künftige Halbleiterstrukturen angestrebte Dicke der Si3N4-Schicht liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,4 nm und 3 nm. Diese Schichten können benutzt werden als eine Ausgangsbasis für das Gate-Stack Engineering vieler Gate-Designs wie beispielsweise:
    • 1. High-k Deposition auf ultradünnen Nitrid-Schichten als Interface und Barriere zwischen dem High-k Material und der Siliziumoberfläche;
    • 2. Metalldeposition auf ultradünnen Nitridschichten, für Metal-Gate Applikationen;
    • 3. Teilweise Oxidation der ultradünnen Nitridschicht, und/oder teilweise Oxidation und Renitridation der entstehenden Schichtkombination für Standard- oder Tunnel-Gate Applikationen;
    • 4. Nitridierung in Zusammenhang mit dem Tunnel-Schicht Wachstum in SNNOS-artigen nichtflüchtigen (non-volatile) Speicherbausteinen (SNNOS-Strukturen sind Schichtstrukturen bestehend aus einer Siliziumschicht, einem sich darauf befindenden Tunnelnitrid, welches durch thermische Nitridierung entstehen kann, einer sich darauf befindenden ladungsträgerfesthaltenden (charge trapping) Nitridschicht, die meist mittels eines CVD-Verfahrens aufgebracht wird, auf welche vorzugsweise noch eine Siliziumdioxidschicht und darauf eine Poly-Siliziumschicht aufgebracht werden);
    • 5. Barriereschichten für beliebige andere Schichtdepositionen, zur Erhaltung einer Interfaceintegrität.
  • Eine Herausforderung bei der Erzeugung thermischer Nitride besteht darin, daß die Siliziumoberflächenteile des Halbleiterwafers, auf welchem ultradünnes Si3N4 erzeugt werden soll, in der Regel zunächst von einer natürlichen Oxidschicht mit einer Dicke zwischen meist 0,4 und 1,2 Nanometern bedeckt ist. Diese Oxidschicht verhindert automatisch eine stöchiometrische Nitridierung der Waferoberfläche. Zwar ist ein in-situ thermisches Entfernen (decomposition) oder Abätzen der natürlichen Oxidschicht möglich, jedoch bewirken diese Verfahren entweder ein Aufrauhen der vorher atomar glatten Siliziumoberfläche, oder eine unvollständige Oxidentfernung in beispielsweise konventionellen thermischen Öfen oder RTP-Systemen. Eine aufgerauhte Si-Oberfläche kann gegenüber einer atomar glatten Si-Oberfläche eine Verringerung der Durchbruchspannung, sowie eine Erhöhung der Grenzflächenzustände und des Leckstroms bewirken.
  • Ein weiteres Problem ist die Tatsache, daß in atmosphärischen thermischen Prozeßanlagen oder in thermischen Niederdruck-Prozeßanlagen die Gasumgebung immer wenigstens 0,1 bis 10 ppm an oxidierendem Material enthält, welches meist in Form von Sauerstoff oder Feuchtigkeit vorliegt. Dieses oxidierende Material kann zwar einerseits durch Anlagenlecks, durch Desorption von Sauerstoff oder Wasser von den Anlagenwänden oder durch die Verwendung nicht sauerstoffreier Prozeßgase verursacht sein, ist jedoch fast immer zum überwiegenden Teil dadurch verursacht, daß Sauerstoff oder Wasser mit der zu prozessierenden Scheibe in die thermische Prozeßanlage gebracht wird und dort bei Temperaturerhöhung und/oder Druckerniedrigung von der Scheibenoberfläche desorbiert. Sauerstoff in einer derart geringen Menge kann bei höheren Temperaturen jedoch die Siliziumoberfläche aufrauhen, da, wenn nur vereinzelt Sauerstoffatome vorhanden sind, diese auf der Siliziumoberfläche nicht SiO2, sondern SiO bilden, welches flüchtig ist.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, Mittel zur Verfügung zu stellen, mit denen Halbleiterscheiben längerfristig passiviert werden können, als mit Wasserstoff. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ultradünnes weitestgehend stöchiometrisches Siliziumnitrid auf einer Siliziumoberfläche herzustellen, möglichst ohne dabei die Si-Oberfläche aufzurauhen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 2, sowie durch Verfahren gemäß Anspruch 20, Anspruch 31, Anspruch 44 und Anspruch 52 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Vorzugsweise werden freie Oberflächen eines Halbleiterwafer aus beispielsweise Germanium, SiGe, Silizium oder Siliziumkarbid mit Deuterium und/oder einer Mischung aus Deuterium und Wasserstoff passiviert, und so für eine daran anschließende thermische Behandlung vorbereitet. Dabei bezeichnet der Begriff freie Oberfläche eine im Wesentlichen reine Oberfläche aus Halbleitermaterial, wie beispielsweise eine reine Si Oberfläche. Eine solche kann beispielsweise durch epitaktisches Wachstum von Si, oder beispielsweise durch eine Entfernung einer Oxid- oder sonstigen Schicht beispielsweise durch Ätzen erreicht werden. Ein Äbätzen einer Oxidschicht auf einem Halbleiterwafer in Kombination mit einer gleichzeitigen Passivierung der dadurch gebildeten freien Oberfläche kann beispielsweise mittels nasschemischer und/oder gaschemischer Verfahren erfolgen. Ein Beispiel für ein nasschemisches Verfahren ist das Eintauchen des Halbleiterwafers in eine mit D2O verdünnte HF-Lösung für einen Zeitraum von 3 Sekunden bis 5 Minuten.
  • Vorzugsweise wird für Silizium ein Verfahren zur Herstellung ultradünner Siliziumnitrid-Schichten auf Halbleiterwafern, verwendet, welches zumindest einen Teil der folgenden Schritte aufweist:
    • a) Passivierung der freien Siliziumoberfläche eines Halbleiterwafers mit Deuterium und/oder einer Mischung aus Deuterium und Wasserstoff oder mit Wasserstoff bei einer Temperatur von maximal 90 Grad Celsius;
    • b) Einbringen des Halbleiterwafers in eine thermische Prozesskammer;
    • c) Entfernung oxidierender Substanzen aus der unmittelbaren Umgebung des Halbleiterwafers durch Spülen der Prozeßkammer mit Stickstoff und/oder Argon und/oder Helium, und/oder durch Abpumpen der Prozeßkammer auf einen Druck von weniger als 1 mbar und/oder Aufheizen des Wafers auf eine Temperatur von maximal 400 Grad Celsius;
    • d) Befüllen der Prozeßkammer bis zu einem vorbestimmten Partialdruck mit wenigstens einem Gas aus der Gruppe der Gase NH3, NH2D, NHD2, ND3;
    • e) thermisches Nitridieren der freien Siliziumoberflächenteile durch Aufheizen des Halbleiterwafers auf 600 bis 700 Grad Celsius;
    • f) Thermische Nitridierung mit wenigstens einem Gas aus der Gruppe der Gase NH3, NH2D, NHD2, ND3 bei Temperaturen zwischen 600 Grad Celsius und 1200 Grad Celsius bis zu einer gewünschten Dicke der Siliziumnitridschicht.
  • Alternativ kann auch ein Verfahren zum Erzeugen ultradünner Siliziumnitrid-Schichten SiGe-nitridschichten oder Germaniumnitridschichten auf Halbleiterwafern verwendet werden, welches zumindest einen Teil der folgenden Schritte aufweist:
    • a) Passivierung einer freien Siliziumoberfläche, SiGe- oder Germaniumoberfläche des Halbleiterwafers mit Deuterium und/oder einer Mischung aus Deuterium und Wasserstoff oder mit Wasserstoff bei einer Temperatur von maximal 90 Grad Celsius;
    • b) Einbringen des Halbleiterwafers in eine Plasmaprozeßkammer;
    • c) Entfernung oxidierender Substanzen aus der unmittelbaren Umgebung des Halbleiterwafers durch Spülen der Prozeßkammer mit Stickstoff und/oder Argon und oder Helium, und/oder durch Abpumpen der Prozeßkammer auf einen Druck von weniger als 1 mbar und/oder Aufheizen des Wafers auf eine Temperatur von maximal 400 Grad Celsius;
    • d) Befüllen der Prozeßkammer bis zu einem vorbestimmten Partialdruck mit wenigstens einem Gas aus der Gruppe der Gase NH3, ND3, N2, NHD2 und NH2D;
    • e) Plasmanitridierung der freien Siliziumoberflächenteile SiGe- oder Germaniumoberflächenanteile bei elektrischen Spannungen von weniger als 1000 Volt, vorzugsweise weniger als 500 Volt und besonders vorzugsweise weniger als 200 Volt;
    • f) Thermische Nitridierung mit wenigstens einem Gas aus der Gruppe der Gase NH3, NH2D, NHD2, ND3 bei Temperaturen über 600 Grad Celsius bis zu einer gewünschten Dicke der Siliziumnitridschicht SiGe-nitridschicht oder Germanium-nitridschicht.
  • Bei einigen Ausführungsformen läßt sich eine thermische Nitridierung auch bei Temperaturen oberhalb 500°C statt 600°C erreichen. Insbesondere im Falle von Germanium, dessen Schmelzpunkt bei ca. 950 Grad Celsius liegt, können thermische Nitridierungen bereits oberhalb von 400 Grad Celsius stattfinden. Vorteilhafterweise kann die verwendete Kammer beispielsweise mit wenigstens einem Trägergas aus der Gruppe der Gase H2, HD, D2, N2, Ar gefüllt werden. Die Passivierung der freien Siliziumoberfläche des Halbleiterwafers bzw. der freien SiGe- oder Germaniumoberfläche oder der freien SiC-Oberfläche kann sowohl gaschemisch, als auch naßchemisch erfolgen. Vorzugsweise wird die freie Siliziumoberfläche, SiGe- oder Germaniumoberfläche oder die SiC-Oberfläche des Halbleiterwafer bei einer naßchemischen Behandlung der Waferscheibe in eine wäßrige Lösung, welche wenigstens 0,1 Prozentanteile D2O, vorteilhafterweise wenigstens 1 oder 10 Prozent D2O und besonders vorteilhafterweise wenigstens 30 Prozent D2O aufweist, getaucht.
  • Das Einstellen eines bestimmten Verhältnisses zwischen Wasserstoff und Deuterium kann möglicherweise besonders vorteilhaft für ein selektives Interfaceengineering genutzt werden: Da Wasserstoff auf der Halbleiteroberfläche wesentlich flüchtiger ist, als Deuterium und damit bei sonst gleichen Umgebungsbedingungen wesentlich schneller von der Oberfläche des Halbleiterwafers abdampft als Deuterium, kann ein Verfahren zum selektiven Interface Engineering beispielsweise folgendermaßen durchgeführt werden:
    • 1. Deponieren von Wasserstoff und Deuterium in einem vorbestimmten Verhältnis auf einer Halbleiteroberfläche,
    • 2. Entfernen des Wasserstoffs von der Oberfläche des Halbleiterwafers,
    • 3. Durchführen einer ersten gaschemischen Behandlung des Halbleiterwafers mit einem ersten Prozeßgas beispielsweise in einer thermischen Prozeßkammer und/oder in einer Plasmaprozeßkammer,
    • 4. Entfernen des Deuteriums von der Halbleiterwaferoberfläche beispielsweise durch thermisches Aufheizen des Halbleiterwafers in der thermischen Prozesskammer und/oder in der Plasmaprozeßkammer,
    • 5. Durchführen einer weiteren gaschemischen Behandlung der Halbleiteroberfläche mit einem zweiten Prozessgas.
  • Ein solches Verfahren ist insbesondere in solchen Fällen mit Vorteil einsetzbar, in denen das erste und das zweite Prozessgas sich nur schwer miteinander mi schen lassen, was der Fall ist, wenn beispielsweise erstes und zweites Prozessgas sehr unterschiedliche Dichten aufweisen, oder in Fällen in denen die Gase nicht miteinander gemischt werden dürfen, weil sie in der Mischung miteinander chemisch reagieren.
  • Das Abdampfen des Wasserstoffs bzw. des Deuteriums kann dadurch beschleunigt werden, daß die Halbleiterscheibe aufgeheizt wird. Wie beispielsweise in Journal of The Electrochemical Society 152(2) G163-G167 (2005) beschrieben ist, geschieht die Desorption von Wasserstoff auf Silizium in zwei Schritten: Zunächst ist jedes Oberflächenatom bei einer Siliziumscheibe mit einem Wasserstoffatom gebunden. Heizt man eine vollständig mit Wasserstoff passivierte Siliziumscheibe langsam auf, so beobachtet man bei einer Temperatur von ca. 380 Grad Celsius, daß 50% der Wasserstoffatome desorbieren. In diesem Zustand teilen sich zwei Siliziumatome immer noch ein Wasserstoffatom, so daß die Scheibenoberfläche noch nicht allzu reaktionsfreudig reagiert. Heizt man die Scheibe weiter auf, so desorbieren die restlichen 50% des Wasserstoffs bei ca. 500 Grad Celsius und hinterlassen eine blanke Siliiziumoberfläche. Deuterium ist schwerer als Wasserstoff, hat jedoch ansonsten die gleichen chemischen Eigenschaften und etwa die gleiche Größe wie Wasserstoff. Da das Abdampfen von Deuterium bei Raumtemperatur sehr viel langsamger erfolgt, als das Abdampfen von Wasserstoff, ist davon auszugehen, daß eine deuteriumpassivierte Scheibe erst bei höheren Temperaturen als 380 Grad Celsius die Hälfte ihrer Deuteriumatome verliert und auch erst bei Temperaturen, die höher sind, als 500 Grad Celsius die zweite Hälfte ihrer Deuteriumatome verliert. Durch eine gezielte thermische Behandlung ist es daher möglich, selektiv den Wasserstoff auf einer mit Deuterium und Wasserstoff belegten Halbleiterscheibe zu entfernen.
  • Vorteilhafterweise wird daher die Deuterium und/oder mit einer Mischung aus Deuterium und Wasserstoff und/oder mit Waserstoff passivierte Halbleiterscheibe zunächst auf eine Temperatur von wenigstens 350 Grad Celsius in einer Reaktionskammer aufgeheizt. Dann wird ein erstes Prozessgas in die Reaktionskammer eingeleitet. Besonders vorteilhafterweise kann die Halbleiterscheibe zunächst auf eine Temperatur von wenigstens 450 Grad aufgeheizt werden und im Anschluß daran das erste Prozessgas eingeleitet werden. Vorteilhafterweise beträgt die Temperatur des Wafers, während das erste Prozessgas eingeleitet wird, höchstens 550 Grad Celsius, besonders vorteilhafterweise weniger als 500 Grad Celsius. Nach dem Einleiten des ersten Prozessgases kann der Wafer weiter aufgeheizt werden, so daß er bei der Einleitung des zweiten Prozessgases eine zweite höhere Temperatur aufweist, als bei Einleitung des ersten Prozeßgases. Die zweite, höhere Temperatur kann vorteilhafterweise höher als 500 Grad Celsius und besonders vorteilhafterweise höher als 550 Grad Celsius sein.
  • Deuterium haftet auf Silizium bei Raumtemperatur 50 mal stärker als Wasserstoff. Bei 11 Kelvin beträgt dieser Faktor 300, wie beispielsweise aus Physical Review Letters Vol. 80, Nr. 6 Seiten 1336 und folgende vom 9. Februar 1998 hervorgeht. Es ist daher davon auszugehen, daß ein selektives Interface-Engineering nicht auf Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur beschränkt bleibt, sondern im Gegenteil umso gezielter ausgeführt werden kann, je niedriger die Prozesstemperatur ist.
  • Die wäßrige Lösung kann sowohl Fluorwasserstoff, als auch Ammoniumfluorid enthalten. Ein naßchemisches und/oder gaschemisches Verfahren zur Passivierung der freien Siliziumoberfläche mit Deuterium und/oder Wasserstoff kann beispielsweise in einer Vorrichtung durchgeführt werden, die mechanisch und/oder elektrisch mit einer thermischen Prozeßkammer, mit einer Plasmaprozeßkammer oder mit wenigstens einer thermischen und/oder mit wenigstens einer Plasmaprozeßkammer verbunden ist. Die beim erfinderischen Verfahren entstehende Siliziumnitridschicht kann beispielsweise weiter zu Oxysiliziumnitrid oxidiert werden. Vorteilhaft kann auch eine sich daran anschließende Renitridierung der Oxynitridschicht erfolgen. Vorteilhafterweise erfolgt bei deuteriumpassivierten Siliziumoberflächen die Nitridierung, welche sowohl eine thermische Nitridierung, als auch eine Plasmanitridierung umfassen kann, maximal 4 Stunden nach der Passivierung der Oberfläche. Vorteilhafterweise erfolgt bei mit normalem Wasserstoff passivierten Siliziumoberflächen die Nitridierung, welche sowohl eine thermische Nitridierung, als auch eine Plasmanitridierung umfassen kann, maximal eine Stunde nach der Passivierung der Oberfläche. Wird zur Nitridierung eine thermische Prozeßkammer verwendet, so kann diese sowohl ein konventioneller Ofen, als auch ein Schnellheizsystem (eine RTP-Kammer) sein. Alternativ kann auch eine Plasmakammer verwendet werden. Das thermische Nitridieren der freien Siliziumoberflächenteile erfolgt vorteilhafterweise mit einer Aufheizrate zwischen 20 Grad Celsius pro Sekunde und 200 Grad Celsius pro Sekunde bis zu einer Temperatur von wenigstens 600 Grad Celsius, und vorzugsweise in einem RTP-System.
  • Das erfinderische Verfahren umfaßt eine H+ und/oder D+ Passivierung der freien, gereinigten Siliziumoberfläche bei Temperaturen von weniger als 90 Grad Celsius, vorzugsweise bei Raumtemperatur, wobei die Passivierung naßchemisch und/oder gaschemisch erfolgen kann. Nach einer H+ und/oder D+ Passivierung ist die Siliziumoberfläche hydrophob und lipophil. Eine solche Oberfläche zieht Partikel leichter an, als eine hydrophile Oberfläche, wie sie z.B. durch ein auf der Siliziumscheibe natürlich gewachsenes Oxid entsteht. Die internationale Anmeldung PCT/EP2004/012181 der Anmelderin offenbart hier ein einfaches Verfahren, demzufolge die Partikeldeposition erheblich verringert werden kann, wenn die Temperatur auf der Siliziumoberfläche höher ist, als die Umgebungstemperatur. Vorzugsweise beträgt der Temperaturunterschied zwischen Siliziumoberfläche und Umgebung wenigstens 15 Grad Celsius. Diese Temperaturerhöhung der Siliziumoberfläche kann mittels beispielsweise einer radiativen Heizung mit Lampen (Halogenlampen, Bogenlampen) oder mit Lasern oder mit einer RF-Heizung erzielt werden. Vorzugsweise innerhalb von höchstens 4 Stunden nach der Passivierung kann die thermische Desorption von Wasserstoff und/oder Deuteriumanteilen von der Siliziumoberfläche bei Temperaturen zwischen 500 Grad Celsius und 700 Grad Celsius, beispielsweise in einem konventionellen thermischen System oder in einem RTP-System stattfinden, sowie unmittelbar daran anschließend oder alternativ gleichzeitig dazu eine Nitridierung der Siliziumoberfläche mit einem stark nitridierendem Material. Die Temperaturen für die Nitridierung können bei Silizium vorzugsweise zwischen 600 Grad Celsius und 1200 Grad Celsius liegen, bei Germanium oberhalb von 400 Grad Celsius, wobei die nitridierenden Materialien beispielsweise NH3, ND3, NH2D, NHD2 oder NH3 Plasma, Stickstoffplasma oder andere Stickstoff enthaltenden Radikale, vorzugsweise NH3 oder ND3 sein können.
  • Naßchemische H+ Passivierung ist in der Literatur weitestgehend bekannt (siehe z.B. H. Angermann, W. Henrion, M. Rebien and A. Röseler in „Wet-chemical preparation and spectroscopic characterization of Si Interfaces", in Applied Surface Science 235 82004) 322-339). Die gebräuchlichste Methode ist dabei der sog. HF-dip. Darunter versteht man das Eintauchen eines Halbleitersubstrats, beispielsweise eines Siliziumwafers in eine wäßrige Lösung bei einer Temperatur von maximal 90 Grad Celsius, vorzugsweise jedoch bei Raumtemperatur, wobei die wäßrige Lösung aus im Verhältnis von meist 1:50 oder 1:100 verdünnter 40 prozentiger Flußsäuere (HF), mit Wasser (H2O) besteht und das Halbleitersubstrat für eine Dauer von meist 2 bis 3 Minuten in der Lösung verbleibt. Statt HF kann natürlich ohne Beschränkung des erfinderischen Gedankens auch DF oder eine Mischung aus HF und DF genommen werden. Das Lösungsmittel kann Wasser, schweres Wasser (D2O) oder eine beliebige Mischung aus H2O und D2O sein. Natürlich können theoretisch auch andere Eintauchzeiten beispielsweise zwischen einer Sekunde und 20 Minuten genommen werden, oder auch andere Lösungsverhältnisse zwischen 1:20 und 1:200 genommen werden. Anstatt verdünnter Flußsäuere ist es auch möglich, beispielsweise wässrige Ammoniumfluoridlösung, vorzugsweise etwa 40prozentige Ammoniumfluoridlösung zu nehmen. Ohne Beschränkung des erfinderischen Gedankens kann neben Ammoniumfluorid (NH4F) natürlich auch ND4F, NH3DF, NH2D2F, ND3HF oder eine Mischung aus wenigstens zwei der benannten Komponenten verwendet werden. Als Lösungsmittel kann anstatt Wasser auch Methanol (CH3OH) verwendet werden, wobei alternativ ein, zwei drei oder alle vier Wasserstoffatome des Methanols durch Deuterium ersetzt sein können.
  • Die Passivierung von Halbleiterscheiben wie Siliziumscheiben, SiGe-Scheiben, SiC-Scheiben oder Germaniumscheiben mit Wasserstoff ist eine Möglichkeit, die Oberfläche der Halbleiterscheibe vor beispielsweise einer Oxidation zu schützen. In Applied Physics Letters 87, 253101 (2005) ist beispielsweise die Wasserstoffpassivierung von Germanium [100] Oberflächen mittels nasschemischen Methoden beschrieben. Ein Nachteil der Passivierung mit Wasserstoff ist die Tatsache, daß der auf der Scheibe deponierte Wasserstoff meist innerhalb weniger Minuten von der Scheibe abdampft und eine blanke Scheibe hinterlässt, die auf Grund des Luftsauerstoffs schnell wieder mit einer natürlichen Oxidschicht belegt werden kann, oder, wie in oben benannter Schrift ausgeführt, bei Germanium beispielsweise sehr schnell mit Kohlenstoff verunreinigt werden kann. Dieser Kohlenstoff kann beispielsweise aus dem in der Luft enthaltenen CO2 auf der Scheibe deponiert werden, oder dadurch, daß die Scheibe mit organischen Materialien in Reinräumen, wie beispielsweise mit den aus Kunststoff gefertigten Waferboxen in Berührung kommt.
  • Eine naßchemische Deuteriumpassivierung oder irgendeine andere Passivierungsmethode zur H+ Passivierung, die mittels deuteriumhaltigen Chemikalien durchgeführt wird, ist hingegen offensichtlich neu, oder wurde zumindest bisher nicht in Erwägung gezogen. Ein wesentlicher Teil der Offenbarung dieser Anmeldung ist daher auf die Verwendung von schwerem Wasser an Stelle von normalem Wasser für jedwenes Wasserstoffpassivierungsverfahren gerichtet. Die Adsorptions- bzw. Chemisorptionsenergie von Deuterium auf Siliziumoberflächen ist weitaus stärker als die von gewöhnlichem Wasserstoff. Grund dafür ist in erster Linie das etwa doppelt so große atomare Gewicht von Deuterium.
  • Ein Grund, warum D+ Passivierung von Halbleiterscheiben noch nicht in Erwägung gezogen wurde, könnte darin zu sehen sein, daß schweres Wasser bzw. Verbindungen, die schweren Wasserstoff enthalten, erheblich teurer sind, als Verbindungen, die kein Deuterium enthalten. Die höheren Kosten für deuteriumhaltige Verbindungen zahlen sich bei den bislang verwendeten Strukturen und den gegenwärtig verwendeten 90 und 65 Nanometer Strukturen in der CMOS-Technologie noch nicht aus. Anwenderfreundliche Verfahren zur Herstellung ultradünner Nitridschichten, wie bei Silizium beispielsweise Si3N4-Schichten sind also neu. Sie werden jedoch voraussichtlich bei der Entwicklung künftiger Technologien, wie der 45nm-, der 32nm-Technologie und bei noch kleineren Strukturbreiten benötigt werden.
  • Gemäß dem hier beschriebenen erfinderischen Verfahren kann sowohl H+ Passivierung, als auch die D+ Passivierung von Silizium, Germanium oder SiC vor dem Nitridierungsprozeß angewandt werden, jedoch führt die gesamte oder teilweise Passivierung mit Deuterium zu einer höheren Stickstoffkonzentration in einer darauf aufgewachsenen Nitridschicht.
  • Die naßchemische Passivierung mit Deuterium ist produktionsfreundlicher als die H+ Passivierung, wie nachfolgend erklärt wird. Eine mit normalem Wasserstoff passivierte Siliziumoberfläche verliert ihre letzten chemisch adsorbierten Wasserstoffatome bei Temperaturen zwischen 500 und 550 Grad Celsius. In diesem Temperaturbe reich findet noch in der Regel keine Nitridierung statt, wobei jedoch auch eine solche unter bestimmten Bedingungen möglich ist. Sich in der Kammer befindende Spuren von Sauerstoff können daher die Siliziumwaferoberfläche leicht anätzen. Deuteriumpassivierte Oberflächen hingegen sind thermisch stabiler. Die letzten Oberflächendeuteriumatome desorbieren von der Siliziumoberfläche erst bei Temperaturen zwischen 600 und 700 Grad Celsius. In diesem Temperaturbereich ist die Siliziumoberfläche bereits sehr reaktiv und kann angebotenen Stickstoff besser binden, so daß eine Oxidation oder eine Aufrauhung der Siliziumoberfläche durch Spuren von Sauerstoff weitestgehend unterbleibt. Auf der anderen Seite reagiert bei Temperaturen oberhalb von 500 Grad Celsius die Siliziumoberfläche, wenn sie frei von Deuterium und/oder Wasserstoff ist, sehr heftig mit Sauerstoff, ein Effekt, der dazu ausgenutzt werden kann, sehr dünne Siliziumdioxidschichten mit perfekter Struktur herzustellen. Beim Aufheizen in neutralem Gas-Ambient reagieren nichtpassivierte Siliziumatome lokal auch sofort mit Kohlenstoffatomen aus aufgebrochenen organischen Verbindungen, welche typischerweise in Reinräumen immer zu finden sind. Siliziumkarbid (SiC)-Inseln werden damit auf der Siliziumoberfläche erzeugt, die die Interfacequalität von Gate-Applikationen verschlechtern können. (siehe Kasumasa Kauvase et al: "XPS Study of H-Terminated Silicon Surface under Inert Gas and UHV Annealing" in J.EI. Chem. Soc., 152(2) G163-G167 (2005); siehe auch C.L. Tsai et al: "Control of Organic Contamination of Silicon Surfaces Using White Light Illumination in Ambient Air" in J.EI. Chem. Soc., 150(1) G39-G44 (2003))
  • Besonders vorteilhaft ist die Verwendung wasserstoffpassivierter oder deuteriumpassiverter oder wasserstoff- und deuteriumpassivierter Halbleiterscheiben bei sehr schnellen Annealing-Prozessen, wie sie beispielsweise in thermischen Systemen, welche Bogenlampen oder Laser als Heizelemente aufweisen, durchgeführt werden können. Die extrem schnelle Aufheizrate innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde bis zur Prozesstemperatur verhindert bei diesen sogenannten Millisecond Annealing Systemen die reaktive oder physikalische Desorption von Wasserstoff und/oder Deuterium vor dem gewünschten Prozeß. Auf diese Weise kann beispielsweise die Empfindlichkeit gegen die oxidative Hintergrundkontamination, wie sie in beipielsweise in unter Normaldruckbedingungen arbeitenden Schnellheizsystemen vorliegen kann, wenn zum Beispiel der Sauerstoff nicht hinreichend gut durch Gasspülprozes se vor dem gewünschten Prozeß aus der Prozeßkammer entfernt worden ist, verringert werden.
  • Ein Aufheizen des passiverten Wafers in H2 und/oder NH3, oder die Behandlung in NH3- oder Stickstoffplasma kann organische Verunreinigungen von der Siliziumoberfläche ebenso entfernen, wie D2, ND3 oder ND3-Plasma. Dieser Vorgang findet vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 400 und 450 Grad Celsius statt.
  • Ein weiterer wichtiger Teil der Erfindung besteht im Aufheizen von H+ oder D+ passiviertem Silizium in NH3 und/oder ND3 enthaltender Gasatmosphäre. H2, D2, Ar oder N2 sind bevorzugte Trägergase, wobei besonders bevorzugt die Verwendung von H2 und/oder D2 ist, wobei der Wasserstoff und/oder das Deuterium beispielsweise mit Argon verdünnt sein kann. Vorzugsweise werden Schnellheizsysteme für die thermischen Prozesse verwendet. Ein möglichst schnelles Aufheizen des passivierten Siliziumwafers ist gegenüber einem langsameren Aufheizen, welches auch in konventionellen Öfen erfolgen kann, vorzuziehen, und zwar insbesondere in den Fällen, in denen nur eine H+ Passivierung durchgeführt worden ist. Der Hauptunterschied zwischen einem deuteriumpassivierten Wafer und einem mit gewöhnlichen Wasserstoff passivierten Wafer ist, wie bereits weiter oben erwähnt, die geringere thermische Stabilität einer mit gewöhnlichem Wasserstoff passivierten Siliziumoberfläche, die dazu führt, daß der Wasserstoff bereits bei 500 bis 550 Grad von der Siliziumoberfläche desorbiert. Dies führt auf Grund der Anwesenheit von Spuren sauerstoffhaltiger Materialien, die zwischen 500 Grad Celsius und 550 Grad Celsius bereits mit dem Wafer reagieren, zu einer Oxy-Nitridierung. Die Oxynitridschicht hat zwar einen höheren Stickstoff-Gehalt, bildet am Ende jedoch nur nahezu stöchiometrisches Si3N4.
  • Ein Fluten des thermischen Reaktors mit nitridierenden Verbindungen, wie beispielsweise NH3 und/oder ND3 ist vor allem bei H+ passivierten Siliziumoberflächen notwendig, um den Nitridationsprozeß kinetisch von Beginn der Aufheizphase an zu unterstützen. Ein möglichst rasches Aufheizen bis zur gewünschten Nitridierungstemperatur, die zwischen 600 Grad Celsius und vorzugsweise 1200 Grad Celsius liegt, ist einem langsamen Aufheizen daher vorzuziehen.
  • Die Deuteriumpassivierung hat hingegen den Vorteil, daß die Desorption des Deuteriums von der Siliziumoberfläche erst bei höheren Temperaturen stattfindet, bei denen die Nitridierung der Siliziumoberfläche thermodynamisch bereits relativ gut unterstützt wird. Daher ist bei deuteriumpassivierten Oberflächen die kinetische Unterstützung der Reaktion mit NH3 und/oder ND3 weniger wichtig, und man kann daher die Konzentration der nitridierenden Gase erniedrigen. Die bevorzugten Konzentrationen für ND3 und/oder NH3 liegen dabei unterhalb von 20 %.
  • Ein weiterer Vorteil von deuteriumpassivierten Siliziumoberflächen ist deren größere Produktionsfreundlichkeit. Während mit normalem Wasserstoff passivierte Siliziumoberflachen innerhalb von weniger als einer Stunde thermisch nitridiert werden müssen, da sie auch bei Raumtemperatur ihre Passivierung relativ schnell wieder verlieren, können deuteriumpassivierte Siliziumoberflächen bis zu vier Stunden nach der Passivierung noch thermisch nitridiert werden. D+ passivierte Oberflächen behalten bei Raumtemperatur ihre Passivierung wesentlich länger bei.
  • Die Verwendung von Deuterium an Stelle von normalem Wasserstoff hilft daher nicht nur, eine gute Oberflächennitridierung zu erhalten, sondern liefert darüber hinaus auch noch eine bessere Interfacepassivierung. Das Aufheizen von Halbleiterwafern in Gegenwart von ND3 resultiert in geringeren Leckstromraten und einer besseren Hot-Carrier-Resistivity in MOS/CMOS-Schaltkreisen, sowie in einem besseren Beibehalten von Ladungen in nichtflüchtigen (non-volatile) Speicherbausteinen durch Sättigung der Dangling Bonds.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert:
  • Beispiel 1:
  • Passivierung der Siliziumoberfläche mit D+ durch Eintauchen der Siliziumscheibe in eine mit D2O im Verhältnis von 1:50 oder 1:100 verdünnten 40 prozentigen HF-Lösung (ein Teil 40% HF Lösung auf 50 oder 100 Teile schweres Wasser) für einen Zeitraum von 10 bis 300 Sekunden, vorzugsweise 30 bis 180 Sekunden, wobei statt HF auch DF genommen werden könnte;
    • Trocknen des Wafers ohne thermische Behandlung;
    • Nitridierung und/oder Oxynitridierung der freien Waferoberfläche innerhalb von maximal 4 Stunden nach dem Passivierungsschritt beispielsweise in einem Ofen, oder in einem konventionellen, beispielsweise mit Halogen- und/oder Bogenlampen betriebenen RTP-System, in einem Flash-Lamp RTP-System (d.h. einem mit Bogenlampen als primären Heizelementen betriebenen RTP-System) oder in einem Laser-Annealer (einem mit Laser als primären Heizquellen betriebenen RTP-System) oder allgemein in einem RTP-Reaktor (einem mit Halogenlampen und/oder Bogenlampen und/oder Lasern und/oder Widerstandsheizelementen und/oder induktiven Mitteln betriebenen RTP-System) bei Temperaturen zwischen 600 und 1200 Grad Celsius, beispielsweise bei 900 Grad Celsius für eine Zeitdauer von 30 Sekunden in beispielsweise 10% NH3 Gas oder ND3 Gas oder einer 1:1 Mischung von ND3 mit NH3, wobei ein Trägergas verwendet werden kann, das beispielsweise 20% Wasserstoff und/oder Deuterium und/oder Argon enthält. Oxidierende Gase wie z.B. O2, H2O oder N2O können für beispielsweise die Oxynitridierung auch in Mengen von weniger als 1% beigemischt werden. Alternativ kann ein thermischer Prozeß für etwa 1 Sekunde bei etwa 1050 Grad Celsius in beispielsweise 10% NH3 oder 10% ND3 stattfinden, wobei als Trägergas beispielsweise Stickstoff genommen werden kann. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, einen thermischen Prozeß bei etwa 1130 Grad Celsius für 5 bis 500 Sekunden in beispielsweise etwa 90% NH3 mit 10% ND3 durchzuführen.
  • Beispiel 2:
  • Passivierung der Siliziumoberfläche oder Germaniumoberfläche in mit Wasser, vorzugsweise D2O oder einer Mischung aus H2O und D2O oder H2O im Verhältnis von 1:50 bis 1:100 verdünnter 40 prozentiger HF-Lösung (ein Teil 40% HF Lösung auf 50 bis 100 Teile Wasser und/oder schweres Wasser).
    • Thermische Nitridierung des Siliziumwafers innerhalb von einer Stunde nach der Passivierung in einem mit Halogenlampen und/oder mit Bogenlampen und/oder mit Lasern und/oder mit induktiven Mitteln betriebenen RTP-System bei Temperaturen von beispielsweise 1100 Grad Celsius für eine Zeitdauer von 1 bis 30 Sekunden, wobei als Trägergas eine Mischung von 10 bis 90, vorzugsweise etwa 50% H2, D2 oder H2 und D2 in Argon verwendet wird, oder thermische Nitridierung des Germani umwafers innerhalb einer Stunde nach der Passivierung in einem RTP-System bei Temperaturen von bis zu 900 Grad Celsius für eine Zeitdauer von 1 bis 30 Sekunden, wobei als Trägergas eine Mischung von 10 bis 90, vorzugsweise etwa 50% H2, D2 oder H2 und D2 in Argon verwendet wird.
  • Beispiel 3:
  • Passivierung der Oberfläche eines Germaniumwafers:
    • a) Eintauchen der Ge-Scheibe in DI-Wasser für 20 Sekunden bis 3 Minuten, vorzugsweise für etwa eine Minute
    • b) Eintauchen der Germaniumscheibe in eine 30% H2O2-Lösung
    • c) Eintauchen der Ge-Scheibe in eine 40% HF-Lösung mit 9 Volumenanteilen schweres Wasser für 1 bis 5 Minuten
    • d) Abspülen der Ge-Scheibe mit D2O
    • e) Trocknen der Ge-Scheibe bei Raumtemperatur
  • Beispiel 4:
  • Passivierung mit D+ wie in Beispiel 1 oder 2 oder 3
  • Anschließende Plasmabehandlung der passivierten Oberfläche mit ND3 oder einer Mischung aus NH3 und ND3 Plasma bei ca. 50 bis 300 Grad Celsius
  • Als Beispiel für eine Gasphasenpassivierung der Halbleiteroberfläche könnte der Wafer für eine Zeitdauer von 5 bis 500 Sekunden, vorzugsweise von 10 bis 60 Sekunden und beispielsweise von etwa 30 Sekunden einer Atmosphäre bestehend aus D2O-, und/oder H2O- und/oder Methylalkohol- Dampf zusammen mit gasförmigem HF und/oder DF bei Temperaturen von weniger als 90 Grad Celsius, vorzugsweise 40 bis 60 Grad Celsius ausgesetzt werden. Anstatt von Methylalkohol kann vorzugsweise jede Form von deuterisiertem Methylalkohol verwendet werden.
  • Zur Optimierung der Zusammensetzung und der elektrischen Eigenschaften von ultradünnen Nitriden oder Oxy-Nitrid-Schichten sei auf Ludsteck, J.Schulze, I.Eisele, W. Dietl and Z. Nenyei "Growth model of thin Oxides and Oxide optimisation" (J.Appl. Phys. Vol. 95, Nr 5, p 2827-2831, March 2004) verwiesen.
  • Die erklärten Methoden für Deuteriumpassivierungen und/oder Deuterium-Wasserstoff-Gemisch-Passivierungen und/oder Passivierungen mit Deuterium-Wasserstoff-Verbindungen können bei ALD (Atomic Layer Deposition) Prozessen auch vorteilhaft eingesetzt werden. Besonders günstig ist ein solcher Einsatz bei der ersten atomaren oder molekularen Schichtdeposition auf einem Wafer direkt am Si-Interface.
  • Nach der Deuteriumpassivierung oder der gemischten Deuterium- Wassserstoffpassivierung werden die Siliziumscheiben, oder Germaniumscheiben, oder SiC-Scheiben oder SiGe-Scheiben in einem vorzugsweise adequat ausgespülten und/oder abgesaugten Depositionsreaktor in Gegenwart eines oder mehrerer ausgewählter Precursoren schnell und kurzzeitig auf Temperaturen über 500 Grad Celsius aufgeheizt. Beispiele solcher Precursoren sind TMA (Trimethylaluminium)/H2O, TMA/O2, TEMAH (Tetrakis(ethylmethylamino)hafnium)/H2O, TEMAH/O2, TAETO(Tantalumethyloxid)/H2O, TAETO(Tantalumethyloxid)/O2, TiCl4(Titantetrachlorid)/N2/H2.
  • Die während der Deuterium- oder Wasserstoff-Desorption frei werdenden Si- und/oder Ge-Atome reagieren dann heftig mit dem Precursor bzw. mit den Precursoren. Beispiele solcher Depositionen sind die Deposition von Al, Hf, Ti, Ta bzw. deren Verbindungen mit Sauerstoff, und/oder Stickstoff und/oder Silizium, wie beispielsweise Hfx1AlySizOx2, TixOySiz sowie die Metalle W, Mo oder Ru auf der Siliziumoberfläche.
  • Bei den oben genannten Temperaturbereichen, die 600 °C als untere Temperaturgrenze angeben, sei bemerkt, dass es sich um Beispiele handelt, und dass die angegebenen Prozesse gegebenenfalls auch schon bei 500 °C einsetzen können.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart Verfahren zum Erzeugen ultradünner thermisch stöchiometrischer oder nahezu stöchiometrischer Nitride auf Siliziumwafern. Das erfinderische Verfahren umfaßt dabei die H+ und/oder D+ Passivierung der freien Siliziumoberfläche, gefolgt von einer Nitridation entweder in einem RTP-System, einem Ofen oder in Plasma. Deuterium enthaltende Verbindungen werden in allen Verfahrensschritten der Erfindung bevorzugt, bei denen die Interfaceschicht zwischen der Siliziumoberfläche und dem Dielektrikum passiviert werden soll.
  • Obgleich die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht auf die konkret dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Weitere Beispiele, bei denen eine Oberflächenpassivierung mit Deuterium eingesetzt werden könnte, sind allgemein die Kontaktbildung vor einer Metallabscheidung in der Planartechnik, die Solartechnik, die Si-Nanokristall- oder Nano-Wire-Technik, die Dünnfilm-Transistortechnik (TFT) und die Poly-Si-Technik. Deuteriumpassivierung kann vorteilhaft sogar für die Herstellung hochwertiger ultradünner SiO2-Schichten eingesetzt werden, wobei die thermische Oxidation bei reduzierter Temperatur oder im Plasma stattfindet.
  • Die Erfindung umfaßt auch Ausführungsformen, die sich durch die Kombination und/oder den Austausch von Merkmalen der beschriebenen Ausführungsformen ergeben. Das erfinderische Verfahren kann auch bei andern als den oben angesprochenen Beispielen eingesetzt werden.

Claims (57)

  1. Verfahren zur Herstellung von Siliziumnitrid-Schichten auf Halbleiterwafern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Passivieren einer freien Siliziumaberfläche eines Halbleiterwafers mit Deuterium oder Wasserstoff und/oder einer Mischung aus Deuterium und Wasserstoff; b) Einbringen des Halbleiterwafers in eine thermische Prozesskammer; c) Entfernen oxidierender Substanzen aus der unmittelbaren Umgebung des Halbleiterwafers durch Spülen der Prozeßkammer mit Stickstoff und/oder Argon und/oder Helium, und/oder durch Abpumpen der Prozeßkammer auf einen Druck von weniger als 1 mbar; d) Einbringen wenigstens eines Gases aus der Gruppe der Gase NH3, NH2D, NHD2, ND3 in die Prozeßkammer; e) Aufheizen des Halbleiterwafers auf eine Temperatur von wenigstens 600 bis 700 Grad Celsius; f) thermisches Nitridieren der Siliziumoberfläche des Halbleiterwafers mit wenigstens einem Gas aus der Gruppe der Gase NH3, NH2D, NHD2, ND3 bei Temperaturen zwischen 600 Grad Celsius und 1200 Grad Celsius.
  2. Verfahren zum Erzeugen von Siliziumnitrid-Schichten auf Halbleiterwafern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Passivieren einer freien Siliziumoberfläche des Halbleiterwafers mit Deuterium oder Wasserstoff und/oder einer Mischung aus Deuterium und Wasserstoff; b) Einbringen des Halbleiterwafers in eine Plasmaprozeßkammer; c) Entfernen oxidierender Substanzen aus der unmittelbaren Umgebung des Halbleiterwafers durch Spülen der Prozeßkammer mit Stickstoff und/oder Argon und oder Helium, und/oder durch Abpumpen der Prozeßkammer auf einen Druck von weniger als 1 mbar; d) Einfüllen wenigstens eines Gases aus der Gruppe der Gase NH3, ND3, N2, NHD2 und NH2D in die Prozeßkammer; e) Plasmanitridierung von freien Siliziumoberflächenteilen bei elektrischen Spannungen von weniger als 500 Volt f) thermisches Nitridieren der Siliziumoberfläche des Halbleiterwafers mit wenigstens einem Gas aus der Gruppe der Gase NH3, NH2D, NHD2, ND3 bei Temperaturen zwischen 600 Grad Celsius und 1200 Grad Celsius.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer im Schritt d) mit wenigstens einem Trägergas aus der Gruppe der Gase H2, HD, D2, N2, Ar gefüllt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierung der freien Siliziumoberfläche des Halbleiterwafers in Schritt a) des Verfahrens naßchemisch erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die freie Siliziumoberfläche des Halbleiterwafer vor Schritt a) des Verfahrens in eine wäßrige Lösung, welche wenigstens 0,1 Prozentanteile D2O aufweist, getaucht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung, wenigstens 10 Prozentanteile D2O aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung Ammoniumfluorid enthält.
  8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung Fluorwasserstoff enthält.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierung der freien Siliziumoberfläche des Halbleiterwafers in Schritt a) des Verfahrens mit einem gaschemischen Verfahren erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt a) des Verfahrens in einer Vorrichtung zur Passivierung der freien Siliziumoberfläche mit Deuterium und/oder Wasserstoff durchgeführt wird, die mechanisch und/oder elektrisch mit einer thermischen Prozeßkammer oder mit einer Plasmaprozeßkammer oder mit einer thermischen und mit einer Plasmaprozeßkammer verbunden ist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an Schritt f) des Verfahrens die Siliziumnitridschicht zu Oxysiliziumnitrid oxidiert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Oxynitridschicht renitridiert wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt e) innerhalb von höchstens 4 Stunden nach dem Ende des Verfahrensschritts a) durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßkammer eine RTP-Kammer ist.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Halbleiterwafers im Schritt e) mit einer Aufheizrate zwischen 20 Grad Celsius pro Sekunde und 200 Grad Celsius pro Sekunde auf eine Temperatur zwischen 600 und 700 Grad Celsius erfolgt.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierung gemäß Schritt a) bei einer Temperatur von maximal 90 Grad Celsius durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus der Gruppe der Gase NH3, NH2D, NHD2, ND3 bis zu einem vorbestimmten Partialdruck in die Prozeßkammer eingeleitet wird.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer im Schritt c) auf eine Temperatur von maximal 400 Grad Celsius aufgeheizt wird.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitridierung im Schritt f) bis zu einer gewünschten Dicke der Siliziumnitridschicht erfolgt.
  20. Verfahren zur Vorbereitung einer Halbleiterscheibe mit einer freien Halbleiteroberfläche für eine nachfolgende thermische Behandlung, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Halbleiteroberfläche mit Deuterium und/oder mit einer Mischung von Deuterium und Wasserstoff bei Temperaturen unter 100 Grad Celsius passiviert wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe eine Germaniumscheibe ist und die freie Halbleiteroberfläche eine Germaniumoberfläche ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe eine Siliziumscheibe ist und die freie Halbleiteroberfläche eine Siliziumoberfläche ist.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22 dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der mit Deuterium und/oder mit einer Mischung von Deuterium und Wasserstoff bei Temperaturen unter 100 Grad Celsius passivierten Halbleiteroberfläche nach der Passivierung auf einer wenigstens um 15 Grad höheren Temperatur als die Umgebungstemperatur gehalten wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierung naßchemisch erfolgt.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierung mit gaschemischen Methoden erfolgt.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Passivierung verwendete Deuteriumkonzentration größer als 1 Prozent ist.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Deuteriumkonzentration größer als 10 Prozent ist.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Deuteriumkonzentration größer als 30 Prozent ist.
  29. Verfahren zum thermischen Behandeln einer passivierten Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe während der Thermischen Behandlung auf eine Temperatur von größer 300 °C erwärmt wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 29 dadurch gekennzeichnet, daß die passivierte Halbleiterscheibe mit Halogenlampen und/oder Bogenlampen und/oder Laserlampen und oder induktiven Mitteln aufgeheizt wird.
  31. Verfahren zur Herstellung von Nitrid-, Oxynitrid- und/oder Oxidschichten auf Halbleiterwafern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Passivieren einer freien Oberfläche eines Halbleiterwafers mit Deuterium und/oder Wasserstoff; b) Umgeben des passivierten Halbleiterwafers mit wenigstens einem Gas aus der Gruppe der Gase NH3, NH2D, NHD2, ND3; O2, N2O, NO, O3 c) Aufheizen der Oberfläche des passivierten Halbleiterwafers in dem wenigstens einen Gas auf wenigstens 200 Grad Celsius, um die Passivierung wenigstens teilweise aufzuheben und dort, wo die Passivierung aufgehoben wird, wenigstens eine der oben genannten Schichten auszubilden.
  32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterwafer im Schritt c) für eine vorbestimmte Zeitperiode zwischen 200 Grad Celsius und 500 Grad Celsius gehalten wird und in einem nachfolgenden Schritt auf wenigstens 500 Grad Celsius aufgeheizt wird, um die Passivierung vollständig aufzuheben und dort, wo die Passivierung aufgehoben wird, wenigstens eine der oben genannten Schichten auszubilden.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt c) eine unterschiedliche Schicht ausgebildet wird als im nachfolgenden Schritt.
  34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet daß der Halbleiterwafer während des Schritts c) von einem anderen Gas umgeben wird als während des nachfolgenden Schritts.
  35. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des passivierten Halbleiterwafers in Schritt c) des Verfahrens in einer Plasmakammer aufgeheizt wird.
  36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterwafer in der Plasmakammer bei elektrischen Spannungen von weniger als 500 Volt in wenigstens einem Gas aus der Gruppe der Gase NH3, NH2D, NHD2, ND3 nitridiert wird.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 36, wobei der Halbleiterwafer ein Siliziumwafer ist.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterwafer vor Schritt b) des Verfahrens in eine thermische Prozesskammer eingebracht wird.
  39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterwafer in der thermischen Prozesskammer mit Halogenlampen und/oder Bogenlampen und/oder Laserlampen und/oder induktiven Mitteln aufgeheizt wird.
  40. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Prozesskammer vor Schritt b) des Verfahrens mit Stickstoff und/oder Argon und/oder Helium gespült wird.
  41. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Prozesskammer vor Schritt b) des Verfahrens auf einen Druck von weniger als 1 mbar abgepumpt wird.
  42. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterwafer in Schritt c) des Verfahrens nitridiert wird.
  43. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterwafer in Schritt c) des Verfahrens oxidiert wird.
  44. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 41 dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterwafer in Schritt c) des Verfahrens oxinitridiert wird.
  45. Verfahren nach einem der Ansprüche 42 bis 44 dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterwafer in einem dem Schritt c) nachfolgenden Schritt des Verfahrens oxidiert, oxinitridiert und/oder nitridiert wird.
  46. Verfahren zur Herstellung von Interfaceschichten auf Halbleiterwafern aufweisend die folgenden Schritte: a) Passivieren einer freien Oberfläche eines Halbleiterwafers mit einer Schicht aus Deuterium und Wasserstoff b) Entfernen wenigstens eines Teils des Wasserstoffs von der Oberfläche des Halbleiterwafers, durch Erwärmen der Oberfläche auf einen ersten Temperaturbereich; c) Umgeben des Halbleiterwafers mit einem ersten Prozessgas, um in einem frei werdenden Bereich der Oberfläche des Halbleiterwafers eine erste Schichtbildung zu bewirken; d) Entfernen wenigstens eines Teils des Deuteriums von der Oberfläche des Halbleiterwafers, e) Umgeben des Halbleiterwafers mit einem zweiten, vom ersten unterschiedlichen Prozessgas, um in einem frei werdenden Bereich der Oberfläche des Halbleiterwafers eine zweite Schichtbildung zu bewirken.
  47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleiterwafers im Schritt d) auf einen zweiten Temperaturbereich erhöht wird, der höher ist als der erste Temperaturbereich.
  48. Verfahren nach Anspruch 46 oder 48, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Prozessgas nach Schritt c) des Verfahrens aus der Umgebung des Wafer entfernt wird und der Wafer mit dem zweiten Prozessgas umgeben wird, nachdem das erste Prozessgas entfernt worden ist.
  49. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 48 dadurch gekennzeichnet, daß der passivierten Halbleiterwafers zwischen Schritt a) und Schritt b) des Verfahrens in eine thermische Prozesskammer eingebracht wird.
  50. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Temperaturbereich zwischen 350 Grad Celsius und 550 Grad Celsius liegt.
  51. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Temperaturbereich zwischen 450 Grad Celsius und 550 Grad Celsius liegt.
  52. Verfahren nach einem der Ansprüche 47 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Temperaturbereich eine untere Temperatur von 450 Grad Celsius aufweist.
  53. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Temperaturbereich eine untere Temperatur von 500 Grad Celsius aufweist.
  54. Verfahren nach einem der Ansprüche 49 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Prozesskammer eine Plasmaprozesskammer ist.
  55. Verfahren zum thermischen Behandeln der Oberfläche einer Halbleiterscheibe, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Passivieren der Oberfläche der Halbleiterscheibe mit Wasserstoff oder Deuterium, oder einer Mischung aus Wasserstoff und Deuterium; b) Einbringen der passivierten Halbleiterscheibe in eine wenigstens eine Bogenlampe aufweisende thermische Prozesskammer; c) Aufheizen der passivierten Halbleiterscheibe in der thermischen Prozesskammer mit der wenigstens einen Bogenlampe.
  56. Verfahren nach Anspruch 55 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine passivierte Oberfläche der Halbleiterscheibe auf wenigstens 400 Grad Celsius aufgeheizt wird.
  57. Verfahren nach Anspruch 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine passivierte Oberfläche der Halbleiterscheibe innerhalb von höchstens 500 Millisekunden auf eine Temperatur von wenigstens 400 Grad Celsius aufgeheizt wird.
DE102007035990A 2006-08-16 2007-08-01 Verfahren zum Verbessern von Grenzflächenreaktionen an Halbleiteroberflächen Ceased DE102007035990A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007035990A DE102007035990A1 (de) 2006-08-16 2007-08-01 Verfahren zum Verbessern von Grenzflächenreaktionen an Halbleiteroberflächen
PCT/IB2007/053240 WO2008020403A2 (en) 2006-08-16 2007-08-14 Method for improving interface reactions at semiconductor surfaces

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006038076 2006-08-16
DE102006038076.2 2006-08-16
DE102007023258.8 2007-05-18
DE102007023258 2007-05-18
DE102007035990A DE102007035990A1 (de) 2006-08-16 2007-08-01 Verfahren zum Verbessern von Grenzflächenreaktionen an Halbleiteroberflächen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007035990A1 true DE102007035990A1 (de) 2008-02-21

Family

ID=38955079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007035990A Ceased DE102007035990A1 (de) 2006-08-16 2007-08-01 Verfahren zum Verbessern von Grenzflächenreaktionen an Halbleiteroberflächen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007035990A1 (de)
WO (1) WO2008020403A2 (de)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6013553A (en) * 1997-07-24 2000-01-11 Texas Instruments Incorporated Zirconium and/or hafnium oxynitride gate dielectric
US6797644B2 (en) * 2000-08-01 2004-09-28 Texas Instruments Incorporated Method to reduce charge interface traps and channel hot carrier degradation
US6642156B2 (en) * 2001-08-01 2003-11-04 International Business Machines Corporation Method for forming heavy nitrogen-doped ultra thin oxynitride gate dielectrics
JP2003264190A (ja) * 2002-03-08 2003-09-19 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
US6670241B1 (en) * 2002-04-22 2003-12-30 Advanced Micro Devices, Inc. Semiconductor memory with deuterated materials
US6825538B2 (en) * 2002-11-20 2004-11-30 Agere Systems Inc. Semiconductor device using an insulating layer having a seed layer
KR100482372B1 (ko) * 2002-12-03 2005-04-14 삼성전자주식회사 반도체 소자의 게이트 산화막 형성방법
JP4073393B2 (ja) * 2003-12-02 2008-04-09 株式会社東芝 半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008020403A3 (en) 2008-10-30
WO2008020403B1 (en) 2008-11-20
WO2008020403A2 (en) 2008-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112005001487B4 (de) Verfahren zur Bildung von dielektrischen Schichten mit hohem K-Wert auf glatten Substraten und eine Halbleiterstruktur dies umfassend
DE10123858B4 (de) Atomschicht-Abscheidungsverfahren zur Bildung einer Siliciumnitrid-haltigen Dünnschicht
DE60315850T2 (de) Verfahren zur herstellung von siliziumnitridfilmen und siliziumoxinitridfilmen durch thermische chemische aufdampfung
DE10361829B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
TWI355716B (en) Non-volatile memory device and method for fabricat
DE112015000701T5 (de) Verfahren zum Herstellen eines Ladungseinfang-Gate-Stapels unter Verwendung eines CMOS-Prozessflusses
EP2220689A2 (de) Verfahren zum herstellen einer solarzelle mit einer oberflächenpassivierenden dielektrikumdoppelschicht und entsprechende solarzelle
DE19627017A1 (de) Verfahren zur selektiven Ablagerung eines Metallfilms
DE102004020157A1 (de) Kondensator mit legierter dielektrischer Hafnium-Oxid und Aluminium-Oxid-Schicht und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102004048679B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Isolator-Dünnfilms sowie Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils
DE10152707B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
DE4337889A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Kondensators in einer Halbleiterspeichervorrichtung
DE10350354B4 (de) Orientierungs-unabhängige Oxidation von nitriertem Silizium
KR20030051224A (ko) 고유전율 게이트 산화막상의 강유전체 박막의ｍｏｃｖｄ용 시드층 프로세스
DE102013205068A1 (de) Passivieren von Punktdefekten in Gatedielektrikumsschichten mit großer Dielektrizitätskonstante während der Gatestapelbildung
DE19856082C1 (de) Verfahren zum Strukturieren einer metallhaltigen Schicht
DE102012206405B4 (de) Verfahren zur Erzielung erhöhter Bauteilzuverlässigkeit eines Halbleiterbauelements durch Bereitstellen günstigerer Prozessbedingungen beim Aufwachsen einer Schicht mit großem ε
Wong et al. Interface structure of ultrathin oxide prepared by N/sub 2/O oxidation
US7141857B2 (en) Semiconductor structures and methods of fabricating semiconductor structures comprising hafnium oxide modified with lanthanum, a lanthanide-series metal, or a combination thereof
DE102007035990A1 (de) Verfahren zum Verbessern von Grenzflächenreaktionen an Halbleiteroberflächen
DE10240449B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Schicht mit geringem Leckstrom, wobei eine erhöhte kapazitive Kopplung erzeugt wird
DE10354814B4 (de) Verfahren zum Bilden einer Gate-Elektrode in einem Halbleiterbauelement
KR19990088398A (ko) 예정된종의입자를고체속에위치시키는방법및생성된구조물
DE102009035417B4 (de) Größere Dichte von dielektrischen Materialien mit kleinem ε in Halbleiterbauelementen durch Anwenden einer UV-Behandlung
DE102004040943B4 (de) Verfahren zur selektiven Abscheidung einer Schicht mittels eines ALD-Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8181 Inventor (new situation)

Inventor name: ROTERS, GEORG, DR., 48249 DUELMEN, DE

Inventor name: NENYEI, ZSOLT, DR., 89134 BLAUSTEIN, DE

Inventor name: THEILER, THOMAS, DR., 89081 ULM, DE

Inventor name: MEYER, HANS-JOACHIM, DR., 01127 DRESDEN, DE

R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20110719