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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung CVD-(chemische
Dampfabscheide-)Techniken, die zur Herstellung dünner Materialschichten über einem
Substrat während
der Ausbildung von Mikrostrukturbauelementen, etwa von integrierten Schaltungen,
und dergleichen angewendet werden.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Die
Abmessungen moderner Mikrostrukturbauelemente nehmen ständig ab,
um sowohl ein verbessertes Bauteilverhalten als auch eine höhere Packungsdichte
zu erreichen. Beispielsweise werden für komplexe integrierte Schaltungen
beide Vorteile hauptsächlich
durch Verringerung der Strukturgrößen der einzelnen Schaltungselemente,
etwa von Feldeffekttransistoren, erreicht, wodurch kritische Abmessungen,
d. h. die minimale Strukturgröße, die reproduzierbar
auf dem Substrat hergestellt werden kann, gegenwärtig 0,05 μm und weniger erreicht hat, wobei
eine weitere Verringerung der Abmessungen in künftigen Bauteilgenerationen
zu erwarten ist. Die Herstellung moderner Mikrostrukturbauelemente, etwa
integrierter Schaltungen mit einer sehr hohen Packungsdichte, erfordert,
dass eine große
Anzahl einzelner Prozessschritte angewendet werden, wozu Prozesse
gehören,
etwa Lithographie, Abscheidung, Ätzen,
Ausheizen, Implantieren, Planarisieren, und dergleichen. Viele dieser
einzelnen Prozessschritte repräsentierten
kritische Prozesse in dem Sinne, dass selbst relativ kleine Abweichungen
von einem spezifizierten Prozessfenster zu einer deutlichen Änderung
der Gesamteigenschaften der Mikrostrukturbauelemente führen, etwa
im Hinblick auf das elektrische Verhalten, wenn modernste integrierte
Schaltungen betrachtet werden.
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Zum
Beispiel werden äußerst komplexe
integrierte Schaltungen typischerweise auf der Grundlage der CMOS-Technologie
hergestellt, in der Feldeffekttransistoren den wichtigsten Schaltungstyp
repräsentieren,
der im Wesentlichen das Gesamtverhalten des gesamten Bauelements
bestimmt. Während
der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung
der CMOS-Technologie werden Millionen komplementärer Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren
und p-Kanaltransistoren, auf einem Substrat hergestellt, das eine
kristalline Halbleiterschicht aufweist. Ein Feldeffekttransistor
enthält,
unabhängig davon,
ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird,
sogenannte pn-Übergänge, die durch
eine Grenzfläche
stark dotierter Drain- und Sourcegebiete mit einem invers oder schwach
dotierten Kanalgebiet gebildet sind, das zwischen dem Draingebiet
und dem Sourcegebiet angeordnet ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d.
h. der Durchlassstrom des leitenden Kanals, wird durch eine Gateelektrode
gesteuert, die in der Nähe
des Kanalgebiets angeordnet und davon durch eine dünne isolierende
Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit
des Kanalgebiets beim Aufbau eines leitenden Kanals auf Grund des
Anlegens einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode hängt von
der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Ladungsträger, dem
Abstand zwischen dem Source- und dem Draingebiet, der auch als Kanallänge bezeichnet
wird, und der Kanalbreite ab. Somit ist die Verringerung der Kanallänge ein
wesentliches Entwurfskriterium, um eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit
der einzelnen Transistoren zu erreichen und um auch die Gesamtpackungsdichte
der integrierten Schaltung zu verbessern.
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Die
Reduzierung der Transistorabmessungen zieht jedoch eine Reihe damit
verknüpfter
Probleme nach sich, die es zu lösen
gilt, um nicht in unerwünschter
Weise die Vorteile aufzuheben, die durch das stetige Verringern
der Kanallänge
von MOS-Transistoren erreicht werden. Ein Problem, das mit kleinen
Gatelängen
verknüpft
ist, ist das Auftreten sogenannter Kurzkanaleffekte, die zu einer
reduzierten Steuerbarkeit der Kanalleitfähigkeit führen. Kurzkanaleffekte können durch
gewisse Entwurfstechniken bekämpft
werden, die eine geeignete Anpassung der Dicke der Gateisolationsschicht
für eine
gegebene Materialzusammensetzung und ein geeignetes vertikales und
laterales Profil der Drain- und Sourcegebiete beinhalten, um damit
den gewünschten
Dotierstoffgradienten an den pn-Überängen zu
erhalten, der schließlich
die effektive Kanallänge
des Feldeffekttransistors bestimmt, und dergleichen. Entsprechende
Dotierstoffprofile werden typischerweise auf der Grundlage eines
Ionenbeschusses erzeugt, wobei das vertikale Profil, d. h. die Eindringtiefe
und die Verteilung der Dotierstoffsorte in Richtung der Tiefe, auf
der Grundlage von Parameter, etwa Implantationsenergie und Dosis
gesteuert werden kann, wenn ein Ionenimplantationsprozess betrachtet
wird. Andererseits kann das laterale Profil gesteuert werden, indem
geeignet gestaltete Implantationsmasken vorgesehen werden, um in
geeigneter Weise die eintreffenden Ionen am Eindringen in unerwünschte Bauteilgebiete
zu hindern. Danach wird das durch den Ionenbeschuss erhaltene Dotiestoffprofil
weiter modifiziert, indem entsprechende Ausheizprozesse ausgeführt werden,
um die eingebauten Dotierstoffsorten zu aktivieren und auch um Gitterschäden, die
durch die Implantation hervorgerufen wurden, zu rekristallisieren.
Die effektive Gatelänge
und damit das resultierende Leistungsverhalten der Feldeffekttransistoren
ist im Wesentlichen durch das Gesamtdotierstoffprofil bestimmt,
das typischerweise auf Grundlage geeignet gestalteter Implantationsmasken
erzeugt wird, die wiederum durch das Abscheiden geeigneter Materialschichten
und durch das Ätzen
dieser Materialschichten auf der Grundlage geeignet gestalteter Ätztechniken
hergestellt werden. Während
eines typischen Prozesses zum Herstellen von Feldeffekttransistoren
kann beispielsweise die Gateelektrode oder eine entsprechende Platzhalterstruktur
vor dem eigentlichen Bilden der Drain- und Sourcegebiete durch Ionenimplantation
gebildet werden, um damit einen selbstjustierenden Prozessschritt
einzurichten, wobei die Gateelektrode als Implantationsmaske dient.
Um die gewünschte
laterale Profilierung zu erreichen, können die tatsächlichen
lateralen Abmessungen der Gateelektrodenstruktur in geeigneter Weise
für einen
entsprechenden Implantationsprozess eingestellt werden, um damit
die gewünschte abschirmende
Wirkung zu erhalten. Zu diesem Zweck wurden selbstjustierende Seitenwandabstandshaltertechniken
entwickelt, in denen eine geeignete Materialschicht abgeschieden
und nachfolgend so geätzt
wird, dass entsprechende Seitenwandabstandshalterelemente gebildet
werden, die dann den Eintrittspunkt einer entsprechenden Dotierstoffsorte
während
eines Ionenimplantationsprozesses definieren. Somit besitzt die
anfängliche
Schichtdicke, die über
der strukturierten Oberfläche
des Bauelements gebildet wird, einen wesentlichen Einfluss auf die
schließlich
erreichte laterale Abmessung der Implantationsmaske und damit auch
das elektrische Verhalten des Feldeffekttransistors, da selbst relativ
kleine Ungleichmäßigkeiten
im Dotierstoffprofil zu einer deutlichen Änderung der Transistoreigenschaften
führen.
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In
vielen anderen Fallen kann ebenfalls das Abscheiden einer moderat
dünnen
Materialschicht einen deutlichen Einfluss auf das gesamte Bauteilverhalten
ausüben,
wobei eine präzise
Steuerung der Schichtdicke noch weiter an Bedeutung zunimmt, wenn
die kritischen Strukturgrößen ständig verringert werden.
Eine gut etablierte Prozesstechnik zur Herstellung dünner Materialschichten,
etwa Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Polysilizium und dergleichen,
ist die chemische Dampfabscheidung (CVD), die moderat geringen Drücken ausgeführt wird,
was als Niederdruck-CVD (LPCVD) bezeichnet wird, die einen thermisch
aktivieren Abscheideprozess repräsentiert.
In einem CVD-Prozess wird eine Gasumgebung in der Nähe einer
Abscheideoberfläche
eingerichtet und entsprechende Vorstufenkomponenten durchlaufen
eine chemische Reaktion der Nähe
der Abscheideoberfläche,
wobei das Reaktionsprodukt dann abgeschieden wird, wodurch zunehmend
eine Schicht der gewünschten
Materialzusammensetzung aufgebaut wird. Während des Abscheideprozesses hängt die
Abscheidrate deutlich von der Temperatur an oder in der Nähe der Abscheideoberfläche und der
Konzentration der jeweiligen Gaskomponenten ab. Daher wurden CVD-Reaktoren für thermische
aktivierte Prozesse entwickelt, in denen typischerweise mehrere
Substrate bearbeitet werden, indem eine geeignete Abscheideumgebung
geschaffen wird, so dass ein steuerbares Abscheiden des betrachteten Materials
erreicht wird. Für
modernste Abscheiderezepte wurde jedoch entdeckt, dass ein gewisser
Grad an Dickenungleichmäßigkeit
auftreten kann, der deutlich das Leistungsverhalten von Halbleiterbauelementen
beeinflussen kann, insbesondere wenn eine Solllschichtdicke im Bereich
von 1 bis ungefähr 50
nm durch die Abscheidetechnik zu erzeugen ist. Wie zuvor erläutert ist,
repräsentiert
das Abscheiden einer Gateisolationsschicht, das Abscheiden einer Abstandshalterschicht
und dergleichen einen kritischen Prozessschritt in modernsten integrierten Schaltungen,
wie dies nachfolgend detaillierter mit Bezug zu den 1a bis 1c erläutert ist.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 in
einer Fertigungsphase, in der eine oder mehrere Materialschichten
mit gut definierter Dicke über
einer Halbleiterschicht 102 zu bilden sind, die wiederum über einem
Substrat 101 vorgesehen ist. Der Einfachheit halber sei
angenommen, dass das Substrat 101 und die Halbleiterschicht 102 als
ein Siliziummaterial vorgesehen sind, wobei zu beachten ist, dass
andere geeignete Materialien ebenfalls verwendet werden können. In
der gezeigten Fertigungsphase sind mehrere Gateelektrodenstrukturen 103 beispielsweise
in Form von Polysiliziumleitungen vorgesehen, die eine Gatelänge, d.
h. in 1a, die horizontale Abmessung
der Gateelektrodenstrukturen 103, von ungefähr 50 nm
oder weniger aufweisen. Die Gateelektrodenstrukturen 103 sind
auf entsprechenden Gateisolationsschichten 104 mit einer
Dicke von 1 bis mehreren Nanometer in modernsten Anwendungen ausgebildet.
Die Gateisolationsschichten 104 können aus einem beliebigen geeigneten
Material aufgebaut sein, etwa Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid
und dergleichen. Ferner ist eine Abstandshalterschicht 105 auf
der Halbleiterschicht 102 und den Gateelektrodenstrukturen 103 in
konformer Weise ausgebildet, d. h. die Dicke der Abstandshalterschicht 105 sollte ähnlich sein
in allen Bauteilgebieten, unabhängig
von der Topographie der darunter liegenden Oberfläche.
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Typischerweise
kann das Halbleiterbauelement 100 auf der Grundlage der
folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach der Ausbildung geeigneter Isolationsstrukturen
(nicht gezeigt) zur Bildung aktiver Gebiete in der Halbleiterschicht 102,
was auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken bewerkstelligt
werden kann, wobei auch das Abscheiden dünner Materialschichten beinhaltet
ist, wird die Gateisolationsschicht 104 beispielsweise
durch Oxidation und/oder Abscheidung gebildet, wobei auch in diesem
Falle ein hohes Maß an
Prozessgleichmäßigkeit
erforderlich ist, um im Wesentlichen gleichmäßige Transistoreigenschaften
zu erhalten. Danach wird das Gateelektrodenmaterial abgeschieden,
beispielsweise durch LPCVD, wie dies zuvor erläutert ist, mit einer erforderlichen
Dicke gemäß den gesamten
Prozess- und Bauteilerfordemissen. D. h., die Dicke des Gateelektrodenmaterials
wird typischerweise so eingestellt, dass ein gewünschter Grad an Ionenblockierwirkung
während
einer nachfolgenden Prozesssequenz zur Herstellung der Drain- und Sourcegebiete
auf der Grundlage einer Ionenimplantation erreicht wird, während andererseits
die Dicke unter einem spezifizierten Niveau gehalten wird, um eine
ausgeprägte
Oberflächentopographie
zu vermeiden, d. h. ein entsprechendes Aspektverhältnis der
Gateelektrodenstrukturen 103 kann zu komplexen Prozessbedingungen
während
nachfolgender Prozessschritte führen,
beispielsweise für
das Abscheiden weiterer Materialien, etwa der Schicht 105 und
dergleichen. Auch in diesem Falle ist eine präzise gesteuerte Dicke des Gateelektrodenmaterials
erforderlich. Anschließend
werden das Gateelektrodenmateral und das dielektrische Gatematerial
auf der Grundlage modernster Lithographie- und Ätzverfahren strukturiert, um
damit die Gateelektrodenstrukturen 103 und die Gateisolationsschichten 104 zu
erhalten.
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Als
nächstes
wird ein Abstandshalter an Seitenwänden der Gateelektrodenstrukturen 103 durch Abscheiden
eines geeigneten Materials, etwa Siliziumdioxid und dergleichen,
und durch anisotropes Ätzen
des Materials gebildet. Danach wird ein Ionenimplantationsprozess
ausgeführt,
um einen flachen Bereich von Drain- und Sourcegebieten auf Grundlage speziell
ausgewählter
Implantationsparameter zu erzeugen. Auch in diesem Falle werden
anspruchsvolle CVD-Abscheiderezepte eingesetzt. Als Beispiel zum Durchführen eines
kritischen CVD-Prozesses bei geringem Druck sei auf einem Abscheideprozess 106 hingewiesen,
um die Abstandshalterschicht 105 zu bilden, wobei zu beachten
ist, dass ähnliche
Kriterien auch für
eine beliebige zuvor abgeschiedene Schicht gelten, etwa die Gateisolationsschicht 104,
das Gateelektrodenmaterial zur Herstellung der Strukturen 103,
zur Herstellung von Versatzabstandshaltern und dergleichen. Während des
Abscheideprozesses 106 wird eine geeignete Gasumgebung
in Verbindung mit einer erforderlichen Prozesstemperatur eingerichtet. Beispielsweise
ist die Abstandshalterschicht 105 aus Siliziumnitrid in
Verbindung mit einer dünnen Ätzstoppschicht
(nicht gezeigt) aus Siliziumdioxid aufgebaut, die ebenfalls durch
LPCVD abgeschieden werden kann. Die Gasumgebung des Prozesses 106 wird
auf der Grundlage von Ammoniak und einem Silanabkömmling oder ähnlichen
Gaskomponenten bei Temperaturen von ungefähr 750 Grad C bis 850 Grad C
bei einem Druck von ungefähr
200 bis 300 mTorr in einem Ofen eingerichtet. Es zeigt sich jedoch,
dass die Dicke 105 t entlang dem Durchmesser des Substrats 101 variieren
kann, wobei für
gewöhnlich
eine größere Dicke
am Rand 101e des Substrats 101 beobachtet werden
kann, während
eine geringere Dicke im Zentrum 101c des Substrats 101 angetroffen wird.
Es sollte beachtet werden, dass die in 1a gezeigten
Abmessungen nicht maßstabsgetreu
sind und insbesondere die laterale Abmessung des Substrats 101 als äußerst verkürzt im Vergleich
zu lateralen Abmessungen der Gateelektrodenstrukturen 103 gezeigt
ist.
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1b zeigt
schematisch einen typischen Abscheidereaktor 150, der zur
Herstellung einer dünnen
Materialschicht 105, verwendet wird. Während des Prozesses 106 werden
beispielsweise mehrere Substrate 101 in dem Reaktor 150 angeordnet,
der mehrere Temperaturzonen 151a, 151b, 151c in
Abhängigkeit
der Gesamtkonfiguration des Reaktors 150 aufweisen kann.
Des weiteren besitzt der Reaktor 150 ein geeignetes Mittel
zum Aufheizen des Innenraums des Reaktors 150 und zum Einrichten
der gewünschten
Gasumgebung durch Erzeugen eines entsprechenden Gasflusses. Der
Einfachheit halber sind derartige gut etablierte Komponenten gemeinsam
als Reaktorkomponenten 152 bezeichnet, wozu geeignete Heizelemente
und Gasdurchflusskomponenten gehören,
wie sie zum Einrichten der Umgebung 106 bei einer spezifizierten
Prozesstemperatur erforderlich sind.
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1c zeigt
schematisch einen Graben, der die Temperaturbedingungen in dem Reaktor 150 oder
zumindest in einer der Temperaturzonen 151a, ..., 151c während des
Abscheideprozesses 106 gemäß gut etablierter Prozesstechniken
darstellt. Nach dem Anordnen der Substrat 101 in dem Reaktor 150 wird
eine entsprechende Gasumgebung eingerichtet, die eine inerte Sorte,
etwa Stickstoff und dergleichen, aufweist. Danach wird während einer
ersten Phase die Temperatur in dem Reaktor 150 mit einer
spezifizierten Rate erhöht,
um schließlich
eine gewünschte Prozesstemperatur
zu erreichen. In diesem Zusammenhang ist die Prozesstemperatur als
die Temperatur des Innenraums des Reaktors 150 zu verstehen, d.
h. von entsprechenden Heizelementen, von Gasen, die mit den Heizelementen
in Kon takt sind, und dergleichen. Es sollte beachtet werden, dass
diese Temperatur nicht notwendigerweise die tatsächliche Temperatur an der Oberfläche der
Substrate 101 repräsentiert,
da während
der Hochlaufphase ein thermisches Gleichgewicht nicht vollständig über die Substrate 101 hinweg
erreicht wird. Nach dem Erreichen der Prozesstemperatur folgt daher
eine Temperaturstabilisierungsphase, in der im Wesentlichen ein thermisches
Gleichgewicht in den Substraten 101 erreicht wird, so dass
eine Oberflächentemperatur
im Wesentlichen der gewünschten
Prozesstemperatur entspricht. Nach der Temperaturstabilisierungsphase wird
die eigentliche Abscheidephase eingeleitet, indem die reaktiven
Gaskomponenten, wie sie beispielsweise zuvor spezifiziert sind,
eingeführt
werden, wodurch eine spezielle Abscheiderate erreicht wird, die
im Wesentlichen von der Temperatur an oder in der Nähe der Oberfläche der
Substrate 101 abhängt,
die entsprechend der vorhergehenden Temperaturstabilisierungsphase
im Wesentlichen der Prozesstemperatur entspricht, und die auch von
der Konzentration der Gaskomponenten abhängt, die durch die Gesamtkonfiguration
des Reaktors 150 und des darin eingerichteten Gasdurchflusses
bestimmt ist.
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Nach
der Abscheidephase wird der Reaktor 150 auf Grundlage einer
im Wesentlichen inerten Gaskomponente gespült, wodurch auch der eigentliche
Abscheideprozess beendet wird und schließlich wird der Reaktor 150 abgekühlt. Wie
zuvor erläutert ist,
kann nach dem Abscheideprozess 106 eine signifikante Variation
in der Schichtdicke zwischen dem Substratrand 101e und
dem Substratzentrum 101c beobachtet werden, wobei angenommen
wird, dass diese Variation durch eine Ungleichmäßigkeit der Gaskonzentration über das
Substrat 101 hinweg hervorgerufen wird, da typischerweise
die Gasströmung einen
Substratrand 101e zu dem Zentrum 101c des Substrats
variiert, woraus sich eine Verarmung der reaktiven Gaskomponenten
im Zentrum 101c ergeben kann, wodurch somit die Gesamtabscheiderate verringert
werden kann.
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Aus
diesem Grunde wurde vorgeschlagen, die Wirkung der Gasverarmung
im Zentrum 101c des Substrats zu kompensieren, indem die
Prozesstemperatur des Reaktors 150 während der Abscheidephase verringert
wird, wie dies durch die Kurve A angegeben ist, um damit eine geringere
Temperatur an dem Substratrand 101e im Vergleich zum Zentrum 101c während der
Abscheidung zu erzeugen, da typischerweise der Rand 101e schneller
abkühlt
als das Zentrum 101c der Substrate 101, wodurch
eine reduzierte Abscheiderate im Zentrum der Substrate 101 erreicht
wird. In diesem Falle kann eine variierende Prozesstemperatur erreich
werden und somit muss ggf. ein gewisser Temperaturbereich Tp ange wendet
werden, der auch nicht ideale Temperaturen für den betrachteten Abscheideprozess
beinhalten kann. Ferner auch die globale Abscheiderate auf Grund
der variierenden Prozesstemperatur unterschiedlich sein und kann
daher zu längeren
Gesamtprozesszeiten führen.
Des weiteren soll in einigen Fällen
eine minimale kritische Temperatur für den betrachteten Abscheideprozess
nicht unterschritten werden, und daher muss zur Erreichung der gewünschten
Schichtdicke die Abscheidung unterbrochen werden, um eine geeignete
Prozesstemperatur wieder herzustellen, bevor ein weiterer Abscheidezyklus
ausgeführt
wird, was ebenfalls zu längeren Prozesszeiten
beiträgt.
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Angesichts
der beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung
Verfahren zur Herstellung von Materialschichten auf der Grundlage
eines thermisch aktivierten Prozesses, wobei die Auswirkungen eines
oder mehrerer der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest
reduziert werden.
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Überblick über die Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Prozesstechniken
zur Herstellung von Materialschichten für Mikrostrukturbauelemente,
etwa Halbleiterbauelemente auf der Grundalge eines thermisch aktivierten
Prozesses, etwa eines CVD-Abscheideprozesses, eines Oxidationsprozesses
und dergleichen, in welchem eine lokale Änderung der Konzentration reaktiver
Gaskomponenten kompensiert werden kann, indem ein geeignet gestalteter Temperaturgradient
erreich wird, der vor der eigentlichen Phase zur Herstellung der
betrachteten Materialschicht erzeugt wird, wodurch in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
der aktuelle Prozess zur Herstellung der Materialschicht unter im
Wesentlichen konstanten Prozess Temperaturbedingungen ausgeführt werden
kann. Der Temperaturgradient kann vor der eigentlichen Phase zur
Herstellung der betrachteten Materialschicht, beispielsweise vor
der Abscheidephase erzeugt werden, indem das Substrat vor dem in
Gang setzen des Herstellungsvorgangs für die Materialschicht durch
Einführen
der reaktiven Gaskomponente überhitzt
wird. Folglich kann die globale Prozesstemperatur während der
eigentlichen Phase zur Herstellung des Materials innerhalb eines
spezifizierten Bereichs ausgewählt
werden oder kann im Wesentlichen konstant gehalten werden, um damit
eine gewünschte
globale Abscheiderate zu erreichen, während der zuvor eingerichtete Temperaturgradient
für den
gewünschten
geringen Unterschied in der Abscheiderate zwischen dem Substratrand
und dem Substratzentrum sorgt. Auf diese Weise kann eine gleichmäßi ge Schichtdicke über das
Substrat hinweg erreicht werden, wodurch die Herstellung dünner Materialschichten
beispielsweise im Bereich von ungefähr 1 bis 40 nm ermöglicht wird,
was sich wiederum direkt in verbesserten Bauteileigenschaften für anspruchsvolle
Halbleiterbauelemente ausdrückt.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft das Bilden einer
Materialschicht eines Mikrostrukturbauelements. Das Verfahren umfasst
das Erzeugen eines Temperaturprofils in einem Prozessreaktor, der
mehrere Substrate aufweist, wobei das Temperaturprofil eine Temperatur
oberhalb einem vorbestimmten Prozesstemperaturbereich enthält. Das
Verfahren umfasst ferner das Erzeugen einer Prozesstemperatur innerhalb
des vorbestimmten Prozesstemperaturbereichs in dem Prozessreaktor nach
dem Erzeugen des Temperaturprofils. Des weiteren umfasst das Verfahren
das Einführen
einer Vorstufengaskomponente, um die Herstellung der Materialschicht über den
mehreren Substraten bei der Prozesstemperatur, die innerhalb des
vorbestimmten Prozesstemperaturbereichs gehalten wird, in Gang zu
setzen.
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Ein
weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das
Bestimmen eines Solltemperaturgradienten über einer spezifizierten Art
an Oberfläche
zur Reduzierung einer Ungleichmäßigkeit während eines
thermisch aktivierten Prozesses zur Herstellung einer Materialschicht über der
spezifizierten Art an Oberfläche.
Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen eines Temperaturprofils
in einem Reaktor, der ein oder mehrere Substrate aufweist, auf der
Grundlage des Solltemperaturgradienten, wobei jedes des einen oder
der mehreren Substrate eine Oberfläche der spezifizierten Art
aufweist. Des weiteren umfasst das Verfahren das Einführen einer
reaktiven Gaskomponente in den Reaktor bei einer im Wesentlichen
konstanten Prozesstemperatur, um die Herstellung der Materialschicht
in Gang zu setzen.
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Eine
noch weitere anschauliche hierin offenbarte Ausführungsform umfasst das Erzeugen
eines Temperaturgradienten über
eine Oberfläche
hinweg von mehreren Substraten, wobei der Temperaturgradient mindestens
eine Oberflächentemperatur
beinhaltet, die über
einer vordefinierten Prozesstemperatur liegt, und wobei die Oberfläche ein
Bauteilstrukturelement aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das
Bilden einer Materialschicht über
der Oberfläche und
dem Bauteilstrukturelement im Wesentlichen bei der Prozesstemperatur
und das Entfernen eines Teils der Materialschicht, um einen Seitenwandabstandshalter
an Seitenwänden
des Bauteilstrukturelements zu bilden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1a schematisch
eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements während einer Fertigungsphase
zur Bildung einer dünnen
Materialschicht auf Grundlage konventioneller Prozesstechniken zeigt;
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1b schematisch
eine Querschnittsansicht eines CVD-Reaktors zeigt;
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1c schematisch
einen Graphen darstellt, der einen typischen Temperaturverlauf während diverser
Phasen des Niederdruck-CVD-Abscheideprozesses gemäß konventioneller
Strategien darstellt;
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2a schematisch
einen Graphen zeigt, der die Temperaturprofile während eines thermisch aktivierten
Prozesses zur Herstellung einer dünnen Materialschicht mit einer Überheizphase
vor der eigentlichen Phase zur Herstellung des Materials gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
darstellt;
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2b schematisch
die Temperaturverteilung über
ein Substrat hinweg zeigt, die vor der eigentlichen Phase zur Bildung
der Materialschicht gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zeigt; und
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2c und 2d schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen beim Abscheiden und Strukturieren einer dünnen Materialschicht
zeigen, um damit kritische Bauteileigenschaften gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
einzustellen.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen
beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung
sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Offenbarung auf die speziellen
anschaulichen Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Offenbarung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patenansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Techniken zur Herstellung
von Materialschichten mit einer verbesserten Dickengleichförmigkeit über das
Substrat hinweg, indem in geeignete Weise ein Temperaturgradient
vor dem eigentlichen Bilden der Materialschicht angepasst wird,
d. h. vor dem Abscheiden der Schicht, vor dem Ausführen einer
Oberflächenbehandlung,
etwa einer Oxidation, und dergleichen. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
werden die Techniken auf thermisch aktivierte CVD-Abscheideprozesse
angewendet, die bei Niederdruckbedingungen ausgeführt werden,
die somit in Reaktoren mit mehreren Substraten durchgeführt werden.
Beispielsweise werden Materialschichten, etwa Siliziumnitrid, Polysilizium,
Siliziumdioxid und dergleichen durch Niederdruck-CVD-Techniken mit einer
verbesserte Gleichmäßigkeit über die
Substrate hinweg auf Grundlage der hierin beschriebenen Techniken
ausgeführt.
Die hierin offenbarten Prinzipien können auch auf andere Prozesse
zur Herstellung von Materialschichten auf Grundlage einer reaktiven
Gaskomponente angewendet werden, wobei die Reaktionsrate von der
lokalen Gaskonzentration und der lokalen Temperatur abhängt, wie
dies in Hochtemperaturoxidationsprozessen und dergleichen der Fall
ist. Der Temperaturgradient kann erzeugt werden, indem der Reaktor
bis zu einer „übergroßen” Prozesstemperatur
aufgeheizt wird, wodurch auch das Substrat „überheizt” wird. Danach wird die Prozesstemperatur
auf den erforderlichen Prozesstemperaturbereich abgesenkt und in diesem
Bereich gehalten, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen
eine im Wesentlichen konstante Prozesstemperatur während der
eigentlichen Phase zur Herstellung der Materialschicht beibehalten
wird, wobei das vorhergehende „Überheizen” der Substrate
zu einem Temperaturgradienten führt,
der daher die Ungleichmäßigkeit
der Abscheiderate kompensieren oder zumindest reduzieren kann, die
ansonsten durch eine lokal variierende Konzentration der reaktiven
Gaskomponenten hervorgerufen würde.
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In
einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird das Temperaturprofil
zum Überheizen vor
der eigentlichen Abscheidung oder vor der eigentlichen Abscheidung
oder der Phase der Oberflächenbehandlung
auf der Grundlage eines Solltemperaturgradienten eigerichtet, der
so bestimmt wird, dass eine im Wesentliche gleichmäßige Abscheiderate über das
Substrat hinweg erreicht wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen
wird eine absichtlich eingeführte
Dickenungleichmäßigkeit
erzeugt, wenn dies zum Kompensieren von Ungleichmäßigkeiten
eines vorhergehenden oder nachfolgenden Prozesses als geeignet erachtet
wird. Wenn beispielsweise das Abscheiden einer Abstandshalterschicht
zum Einstellen einer effektiven Gatelänge von Transistorbauelementen
erfolgt, kann eine systematische Änderung der Transistoreigenschaften kompensiert
oder verringert werden, indem die lokale Abstandshalterbreite auf
der Grundlage einer entsprechend variierenden Schichtdicke angepasst wird.
Da ein gewünschter
Prozesstemperaturbereich während
der eigentlichen Phase zum Abscheiden oder anderweitigem Ausbilden
der betrachteten Materialschicht beibehalten wird, können die
Prozessdurchlaufzeiten im Wesentlichen auf dem gleichen Wert gehalten
werden oder können
sogar im Vergleich zu konventionellen Strategien verringert werden,
in denen eine deutlich variierende Prozesstemperatur während der
eigentlichen Abscheidephase angewendet wird.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2d und auch
unter Bezugnahme auf die 1b werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben.
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2a zeigt
schematisch den Verlauf der Prozesstemperatur während eines Prozesses zur Herstellung
einer dünnen
Materialschicht gemäß den hierin
offenbarten Prinzipien. Ein entsprechender thermisch aktivierter
Prozess zur Herstellung einer Materialschicht, beispielsweise in
Form von Materialien, wie sie zuvor angegeben sind, mit einer Dicke von
ungefähr
50 nm und weniger, beispielsweise im Bereich von ungefähr 1 bis
40 nm, kann durch Erzeugen einer entsprechenden Prozessumgebung
innerhalb einem Prozessreaktor eingerichtet werden, etwa dem Reaktor 150,
wie er zuvor mit Bezug zu 1b erläutert ist,
in welchem mehrere Substrate gleichzeitig bearbeitet werden. Auf
Grund des entsprechenden moderat geringen Prozessdruckes, der beispielsweise
im Bereich von einigen Millitorr bis mehreren 100 Millitorr liegt,
wie dies für
eine Vielzahl von Prozessrezepten einschließlich von Niederdruck-CVD-Rezepten,
Hochtemperturoxidationsprozessen und dergleichen erforderlich ist,
kann die Reaktionsrate und damit die Rate, mit der Material der Materialschicht
sich zunehmend bildet, deutlich von der lokalen Temperatur oder
in unmittelbarer Nähe der
Substratoberfläche
und auch von der Konzentration der reaktiven Gaskomponenten abhängen. Typischerweise
sind die Mechanismen zum Verteilen der reaktiven Gaskomponenten
innerhalb des Reaktors und der Mechanismus zum Einstellen der Temperatur
der Substrate ähnlich
in dem Sinne, dass die Randgebiete des Substrats starker mit der
Reaktorumgebung im Vergleich zum Substrat im Zentrum in Wechselwirkung
treten. Im Gegensatz zu der Konzentrationsänderung über das Substrat hinweg, die durch
die Gasflussdynamik in dem Reaktor hervorgerufen wird, wird jedoch
das Temperaturprofil über
das Substrat hinweg durch geeignetes Anpassen des Prozesstemperaturprofils
gesteuert, d. h. des Profils der Temperatur der Reaktorumgebung,
indem vorteilhaft die Tatsache ausgenutzt wird, das Randgebiet des
Substrats schneller auf eine Änderung
der thermischen Bedingungen in der Reaktorumgebung reagieren. D.
h., durch Erzeugen eines Temperaturprofils vor der eigentlichen
reaktiven Phase derart, dass global der gewünschte Prozesstemperaturbereich überschritten
wird, kann die mittlere Temperatur des Substrats über die
Prozesstemperatur angehoben werden. Während dieser Überheizphase
kann die Temperatur im Substratzentrum über die gewünschte Prozesstemperatur hinaus
angehoben werden, selbst wenn der Substratrand schneller auf die
angewendete Prozesstemperatur reagiert, und nachfolgend kann die
Prozesstemperatur auf den gewünschten
Wert oder Wertebereich eingestellt werden, wobei der schneller reagierende
Substratrand ebenfalls die Prozesstemperatur annimmt, während das
Zentrum noch auf einem höheren
Temperatumiveau ist. Somit kann die in dem Reaktor erzeugte Prozesstemperatur
zu einem positiven Temperaturgradienten vom Zentrum zum Rand führen. Obwohl dieser
Temperaturgradient während
des eigentlichen reaktiven Prozesses zur Herstellung der gewünschten
Materialschicht kleiner wird, bleibt im Wesentlichen ein gewisser
mittlerer Temperaturgradient während
der Abscheidung oder der Oberflächenbehandlungsphase
erhalten, der somit in geeigneter Weise die geringere Konzentration
am Substratzentrum ausgleicht. Somit kann de mittlere Temperaturgradient
im Wesentlichen durch die Temperatur am Substratzentrum und dem
Substratrand zu dem Zeitpunkt, an dem die eigentliche Abscheidung
oder der Oberflächenbehandlungsprozess
in Gang gesetzt wird, durch die gewünschte Prozesstemperatur in
dieser Phase, durch die thermischen Eigenschaften des Substrats
und die Dauer der reaktiven Phase bestimmt werden. Für ansonsten
konstante Bedingungen wird der mittlere Temperaturgradient durch
den „anfänglichen” Temperaturgradienten
gesteuert, der einfach als „positiver” Temperaturgradient
bezeichnet wird, obwohl der Wert dieses Temperaturgradienten während der
Abscheidung oder der Oberflächenbehandlungsphase
variieren kann.
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Ein
geeigneter Temperaturgradient kann eingerichtet werden, indem ein
Prozesstemperaturprofil, wie es beispielsweise in 2a gezeigt
ist, definiert wird. In diesem Falle wird eien Hochlaufphase angewendet,
die als eine Phase betrachtet werden kann, in der eine Prozesstemperatur
bis zu einem Niveau angehoben wird, das im Wesentlichen einem gewünschten
Prozesstemperaturbereich entspricht. Da gemäß den hierin offenbarten Prinzipien
jedoch höhere
Temperaturwerte vor der eigentlichen Abscheidung oder Behandlungsphase
angewendet werden, ist die Unterscheidung zwischen eine Hochlaufphase und
einer Überhitzungsphase,
wie sie durch die Zeitintervalle I1 und I2 in 2a angegeben
sind, bis zu einem gewissen Grad willkürlich. In jedem Falle wird eine
Prozesstemperatur oberhalb des gewünschten Prozesstemperaturbereichs,
der durch den gestrichelten Bereich D für die Abscheidephase oder Behandlungsphase
I3 angelegt ist, angewendet, um die gewünschte Überheizwirkung zu erreichen.
Beispielsweise zeigen die Kurven B und C beispielhaft Temperaturprofile,
die für
das „Überheizen” eines Substrats
geeignet sind, wodurch eine Temperatur im Zentrum des Substrats
erzeugt wird, die oberhalb des Prozesstemperaturbereichs liegt,
wie er zuvor erläutert
ist. Des weiteren repräsentiert
die Kurve A ein Beispiel einer konventionellen Strategie, wie sie zuvor
mit Bezug zu 1c erläutert ist, in der ein Temperaturstabilisierungsschritt
verwendet wird. Somit wird in der Strategie, die den konventionellen
Profil gemäß der Kurve
A entspricht, versucht, einen thermischen Gleichgewichtszustand
zwischen dem Substratrand und dem Substratzentrum zu erreichen, um
damit eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung zu
erhalten. Im Gegensatz zu dieser Lösung führt das Überheizen, wie es durch die Kurven
C und B repräsentiert
ist, zu einer erhöhten Temperatur
im Zentrum zu Beginn des Intervalls I3 auf Grund des schneller reagierenden
Randes. Während
des Überheizintervalls
I2 kann sich somit in Abhängigkeit
von der Gesamtform der jeweiligen Profile der Substratrand schneller
aufheizen als das Zentrum, wodurch ein (negativer) Temperaturgradient
erzeugt wird, der auch zu einem Temperaturanstieg im Zentrum führt, jedoch
weniger ausgeprägt
als am Rand. Nach dem Verringern der Prozesstemperatur, um die gewünschte Prozesstemperatur
zu Beginn des Intervalls I3 zu erreichen, folgt der Rand der Prozesstemperatur
rascher, während
das Zentrum eine erhöhte
Temperatur beibehält.
Beim Erreichen der erforderlichen Prozesstemperatur bei I3, die
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
eine im Wesentlichen konstante Temperatur repräsentiert, wie dies durch die
Kurve D angezeigt ist, werden die globalen Bedingungen für eine chemische
Reaktion auf einem gewünschten
Niveau gehal ten, wobei dennoch lokal eine erhöhte Temperatur im Substratzentrum
zur geeigneten Kompensation oder Überkompensation, abhängig von
dem Prozessgang geschaffen wird.
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Nach
einer entsprechenden Prozesszeit, die so gewählt wird, dass die gewünschte Schichtdicke erreicht
wird, wird das Einführen
der reaktiven Gaskomponenten unterbrochen und der Reaktor 150 wird
gespült,
wie dies durch das Intervall I4 angezeigt ist, ähnlich wie dies in konventionellen
Lösungen
der Fall ist. Danach wird die Prozesstemperatur während des
Intervalls I5 mit einer gewünschten
Rate gemäß gut etablierter
Rezepte abgesenkt. Es sollte beachtet werden, dass die Überheizphase
I2 in der Dauer vergleichbar ist mit der konventionellen Temperaturstabilisierungsphase,
die in 1c gezeigt ist, wodurch vergleichbare
Prozesszeit bei besserer Dickengleichmäßigkeit erreicht werden, oder
wodurch gewünschtes
absichtlich modifiziertes Dickenprofil erreicht wird. In anderen
Fällen
ist die Überheizphase
I2 kürzer
im Vergleich zu der konventionellen Temperaturstabilisierungsphase,
wodurch die Gesamtdurchlaufzeit sogar verringert wird. Während der
Erzeugung der Profile in der Überheizperiode
I2, etwa in Form der Kurven B und C, können beispielsweise Hochlauf-
und/oder Absenkraten von ungefähr
3 bis 10 Grad C pro Minute angewendet werden. Ferner kann eine maximale
Temperatur in der Überheizphase
I2 ungefähr
10 bis 100 Grad C über
den gewünschten Prozesstemperaturbereich
oder der im Wesentlichen konstanten Prozesstemperatur, die durch
die Kurve D repräsentiert
ist, liegen.
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2b zeigt
schematisch eine Temperaturverteilung eines Substrats 201.
Wie gezeigt, ist die Temperatur im Zentrum 201c höher im Vergleich
zu der Temperatur am Rand 201i, zumindest in einer abschließenden Phase
der Überheizperiode
I2 und zu Beginn und während
der Phase I3. D. h., zumindest zu Beginn der Phase I3 ist die Temperatur
im Zentrum 201c höher
im Vergleich zu dem Rand während der
Periode I3, wobei beide Temperaturen „nahe” an der gewünschten
Prozesstemperatur liegen, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird,
lokal eine Gasverarmung in dem Zentrum 201c zu kompensieren
oder überzukompensieren,
wie sie typischerweise während
des Abscheidens oder der Behandlungsphase I3 in einem Reaktor mit
dem in 1b gezeigten Aufbau auftreten
kann. Beispielsweise kann die Abscheiderate, die als R bezeichnet
ist, als eine Funktion der lokal vorherrschenden Temperatur T und
der reaktiven Gaskonzentration C an einem eingerichteten Arbeitspunkt – der durch
T0, C0 gekennzeichnet
ist – durch
die folgende Gleichung berechnet werden. R(T,
C) = R(T0, C0) +
AΔT + BΔC,wobei
A, B Konstanten repräsentieren,
die durch reaktorspezifische und rezeptspezifische Eigenschaften
bestimmt sind. In guter Näherung
kann die Konzentration geschrieben werden als: C
= C0 + ΔC und
die
Temperatur kann näherungsweise
bestimmt werden durch: T = T0 + ΔT
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Wenn
beispielsweise eine im Wesentlichen gleichmäßige Abscheiderate zu erreichen
ist, d. h. R(T, C) = R(T0,
C0),was auch bedeutet, dass im Wesentlichen
die gleiche Abscheidrate am Rand und im Zentrum des Substrats erreicht
werden, da diese Bereiche durch unterschiedliche Temperatur- und Konzentrationswerte definiert
sind, muss die folgende Bedingung erfüllt sein: AΔT + BΔC = 0, oder ΔT
= –B/AΔC
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In
dieser Gleichung repräsentiert
der Temperaturgradient ΔT
den Wert, der zum Erreichen einer im Wesentlichen konstanten Abscheiderate
am Rand und im Zentrum des Substrats erforderlich ist, wodurch ein
Unterschied in der lokalen Gaskonzentration kompensiert wird. Es
sollte jedoch beachtet werden, dass andere Bedingungen eingerichtet
werden können,
beispielsweise kann eine Überkompensation
erreicht werden, indem in geeigneter Weise ein entsprechender Temperaturgradient ΔT auf der Grundlage
des zuvor beschriebenen Modells festgelegt wird, wenn eine größere Schichtdicke
im Zentrum gewünscht
ist oder wenn eine weniger ausgeprägte Kompensation wünschenswert
ist, wie dies zuvor erläutert
ist.
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Es
sollte ferner beachtet werden, dass die Konstanten A, B effizient
durch Experimente bestimmt werden können, beispielsweise durch
Abscheiden eines spezifizierten Materials mit einem speziellen Prozessrezept,
jedoch bei unterschiedlichen Temperaturen, und durch Bestimmen der Schichtdicke
an unterschiedlichen Punkten auf dem Substrat, die unterschiedliche
Vorstufenkonzentrationen repräsentieren.
Aus den entsprechenden Messungen kann dann eine Abscheiderate am
Arbeitspunkt T0, C0 bestimmt
werden und es können
auch die entsprechenden Konstanten A, B ermittelt werden. Somit
kann nach dem Festlegen eines Solltemperaturgradienten ein entsprechendes
Temperaturprofil ausgewählt
werden, um den Solltemperaturgradienten zu erreichen. Wie zuvor
erläutert
ist, kann der durch das obige spezifizierte Modell bestimmte Wert einen
mittleren Temperaturgradienten repräsentieren, so dass ein anfänglicher
Temperaturgradient zu Beginn der eigentlichen Abscheide- oder Behandlungsphase
E3 auf Grundlage des mittleren Gradienten und eines entsprechenden
Temperaturgradienten am Ende dieser Phase im Vergleich zu dem Solltemperaturgradienten
ausgewählt
werden kann. Es sollte beachtet werden, dass geeignete Temperaturprofile für die Überheizphase
zum Erhalten eines gewünschten
mittleren Temperaturgradienten oder eines gewünschten anfänglichen Temperaturgradienten
durch Experiment festgelegt werden kann, indem beispielsweise eine
Temperatur im Zentrum 201c und am Rand 201e für mehrere
Profile und Prozesszeiten der jeweiligen Überheizphasen I2 aufgezeichnet
werden, um damit gewünschte
anfängliche
Temperaturgradienten und somit einen geeigneten durchschnittlichen
Temperaturgradienten zu ermitteln.
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Der
entsprechende anfängliche
Temperaturgradient kann ferner im Hinblick auf die Sollschichtdicke
ausgewählt
werden, da eine geringere Schichtdicke im Allgemeinen auf Grundlage
kürzerer
Abscheide- oder Behandlungszeiten erreicht wird, so dass im Allgemeinen
ein moderat hoher Wert des Temperaturgradienten über die gesamte Abscheide- oder Behandlungszeitdauer
beibehalten werden kann, während
bei längerer
Abscheidung oder Behandlungsdauer eine ausgeprägtere Stabilisierung der Temperaturen
zwischen dem Rand 201e und dem Zentrum 201 erreicht
wird. D. h., der mittlere Temperaturgradient ist nicht umgekehrt
proportional zur Abscheidezeit, sondern kann überproportional größer als
für kürzere Abscheidezeiten.
Ferner wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen das entsprechende Überheizprofil,
wie es beispielsweise durch die Kurven B und C beschrieben ist,
individuell für
entsprechende Temperaturzonen des Reaktors 150 eingestellt,
beispielsweise die Temperaturzonen 151a, ..., 151c,
um damit zonenspezifische Eigen schalten zu berücksichtigen. Z. B. können entsprechende
Messwerte an den diversen Temperaturzonen verwendet werden, um geeignete
Temperaturprofile zu bestimmen, um damit den gewünschten Solltemperaturgradienten
zu erreichen, wie dies zuvor erläutert
ist.
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Folglich
können
mehrere Materialschichten auf der Grundlage eines thermisch aktivierten
Prozesses unter Anwendung eines Prozesstemperaturprofils hergestellt
werden, wie es mit Bezug zu 2a erläutert ist,
wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, die Gesamtprozessgleichmäßigkeit zu verbessern oder
potentiell das Dickenprofil einzustellen, beispielsweise durch steuerbares
Erzeugen lateral variierender Dickenprofile, um Ungleichmäßigkeiten
vorhergehender oder nachfolgender Prozesse zu kompensieren.
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Mit
Bezug zu 2c und 2d werden
anschauliche Ausführungsformen
zur Herstellung einer kritischen Materialschicht auf der Grundlage
der zuvor beschriebenen Technik erläutert.
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2c zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Mikrostrukturbauelements 200,
das in der gezeigten Ausführungsform
ein Halbleiterbauelement repräsentiert,
das mehrere Transistorelemente erhält. Das Bauelement 200 umfasst
das Substrat 201, das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial
in Verbindung mit den entsprechenden Materialschichten repräsentiert,
etwa Halbleiterschichten, isolierende Materialien, Metalle und dergleichen,
wie sie für entsprechende
Bauteilstrukturelemente 210, etwa Transistoren, Kondensatoren
und dergleichen erforderlich sind. In der gezeigten Ausführungsform
umfassen die Bauteilstrukturelemente 210 Gateelektrodenstrukturen 203,
die auf den entsprechenden Gateisolationsschichten 204 ausgebildet
sind. Im Hinblick auf diese Komponenten gelten die gleichen Kriterien,
wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert sind.
Des weiteren ist eine Materialschicht 205, etwa eine dielektrische
Schicht, eine Halbleiterschicht und dergleichen über dem Substrat 201 und
den Bauteilstrukturelementen 210 ausgebildet. In einer
anschaulichen Ausführungsform
ist die Materialschicht 205 aus einem geeigneten Material zur
Herstellung von Seitenwandabstandshalterelementen in einem nachfolgenden
Prozessschritt aufgebaut. In diesem Falle kann die Schicht 205 zwei oder
mehr Teilschichten aufweisen, etwa eine Siliziumdioxidschicht, eine
Siliziumnitridschicht und dergleichen gemäß gut etablierter Abstandshaltertechniken.
Folglich kann die Materialschicht 205 auf Grundlage von
Prozesstechniken gebildet werden, wie sie zuvor beschrieben sind,
wobei in der gezeigten Ausführungsform
eine im Wesentlichen gleichmäßige Schichtdicke
im Hinblick auf das Zentrum 202c und dem Rand 201e wünschenswert
ist. Zu diesem Zweck wird das Substrat 201 beispielsweise
in einem entsprechenden Reaktor, etwa dem Reaktor 150 bearbeitet,
während
ein Prozesstemperaturprofil eingesetzt wird, wie es mit Bezug zu 2a erläutert ist, wobei
ein Temperaturgradient ΔT
verwendet wird, so dass im Wesentlichen eine Gasverarmung im Zentrum 201c kompensiert
wird, wie dies zuvor erläutert ist.
Folglich werden während
des Prozesses 206, der ein Abscheideprozess auf der Grundlage
geeigneter Vorstufenmaterialien in Verbindung mit einem geeigneten
Abscheidedruck und Abscheidetemperatur sein kann, ein oder mehrere
gewünschte
Materialien mit einer verbesserten Dickengleichmäßigkeit gebildet. In anderen
Fällen
umfasst der Prozess zur Herstellung der Materialschicht 205 eine
Oberflächenbehandlung,
etwa einen Oxidationsprozess, wenn die entsprechende Oberfläche der
Schicht 202 oxidierbare Bereiche aufweist oder andere Bereiche,
die eine chemische Reaktion eingehen, wenn die Reaktionsrate von
der lokalen Konzentration einer reaktiven Komponente und der lokalen
Temperatur abhängt.
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2d zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium, in welchem Seitenwandabstandselemente 205a an
den Seitenwänden
der Gateelektrodenstrukturen 203 gebildet sind, wobei auf
Grund des eingestellten Dickeprofils der Schicht 205 auch
eine entsprechende Breite der Abstandshalterelemente 205a auf
der Grundlage eines gewünschten
Profils eingestellt wird. Zum Beispiel wird eine geeignete Abstandshalterbreite
in dem Gebiet 201c und 201e erreicht, wenn die
Schicht 205 mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dicke
vorgesehen wird, während
in anderen Fällen
eine variierende Abstandshalterbreite bei Bedarf erzeugt wird. Die
Abstandshalter 205a können
auf der Grundlage gut etablierter Ätztechniken hergestellt werden.
Des weiteren wird ein Ionenimplantationsprozess 207 ausgeführt, in
welchem die Gateelektrodenstrukturen 203 und die Abstandshalter 205a als
eine Implantationsmaske dienen, wodurch das laterale Dotierstoffprofil
entsprechender Drain- und Sourcegebiete 208 oder zumindest
von Teilen davon definiert wird. Somit können die Eigenschaften der
Drain- und Sourcegebiete 208 auf der Grundlage der Abstandshalter 205a eingestellt
werden, wobei deren Breite wiederum auf Grundlage des vorhergehenden
Abscheide- oder Behandlungsprozesses 206 eingestellt wird.
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Es
gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Techniken zur Herstellung
von Materialschichten bereit, die in einigen anschaulichen Ausführungsformen
Materialschichten mit einer Dicke von ungefähr 50 nm oder weniger repräsentieren,
beispielsweise zur Herstellung von Schichten in einem Bereich von
ungefähr
1 bis mehreren 10 nm, wobei das Dickenprofil über die Substrate hinweg während eines
thermisch aktivierten Stapelprozesses eingestellt werden kann, indem
ein Temperaturprofil vor dem eigentlichen Ausbilden der Schicht
so vorgesehen wird, dass eine erhöhte Temperatur in dem Zentren der
Substrate während
des Prozesses des tatsächlichen
Bildens der Materialschicht hervorgerufen wird. Folglich kann ein
gewünschter
Temperaturgradient vor dem aktiven Bilden der Materialschicht durch
beispielsweise Abscheiden, Oxidation, und dergleichen in einer Niederdruckumgebung
erzeugt werden, wobei die globale Prozesstemperatur in einem gewünschten
Temperaturbereich gehalten wird, beispielsweise wird eine im Wesentlichen
konstante Prozesstemperatur beibehalten, um damit die gewünschte Gesamtabscheiderate
zu erreichen.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Offenbarung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung lediglich anschaulicher Natur und dient dem Zwecke,
dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der
vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind
die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
zu betrachten.