DE102021128387A1 - Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements durch plasmagestützte atomschichtabscheidung und damit hergestelltes halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements durch plasmagestützte atomschichtabscheidung und damit hergestelltes halbleiterbauelement Download PDF

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Kuang-Jui Chang
Chun-Hsien Tsai
Ting-Chuan Lee
Chun-Jung Tsai
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    • H01L23/5386—Geometry or layout of the interconnection structure

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements unter Verwendung einer plasmagestützten Atomschichtabscheidung. Ein Substrat (11), mit einem Siliziumsubstrat (111) und einer ersten Oxidschicht (113), wird bereitgestellt. Gestapelte Strukturen (13a, 13b, 13c) werden auf dem Substrat (11) abgeschieden, das eine dielektrische Schicht (133) und eine leitende Schicht (131) umfasst. Die gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) werden geätzt, um mindestens einen Graben (t) zu bilden. Eine zweite Oxidschicht (15) wird auf den gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) und dem Graben (t) mit Hilfe einer Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (20) abgeschieden, die eine Kammer (21), eine obere Elektrode (23) mit Düsen (231) und eine untere Elektrode (25) umfasst. Die obere Elektrode (23) ist mit einer ersten Hochfrequenz-Stromversorgungseinrichtung (24a) verbunden, die zur Erzeugung von Plasma (P) konfiguriert ist, und mit einer zweiten Hochfrequenz-Stromversorgungseinrichtung (24b), die zur Reinigung der Düsen (231) konfiguriert ist. Die untere Elektrode (25) ist mit einer dritten Hochfrequenz-Stromversorgungseinrichtung (26) verbunden. Eine hochohmige Schicht (17) wird auf der zweiten Oxidschicht (15) und eine niederohmige Schicht (19) wird auf der hochohmigen Schicht (17) abgeschieden.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements durch eine plasmagestützte Atomschichtabscheidung.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Halbleiterindustrie befindet sich in einem ständigen Aufschwung. Technologische Fortschritte im Halbleiterdesign und bei den Materialien haben zu kleineren und komplexeren Schaltungen für Halbleiterbauelemente geführt. Die Funktionsdichte von Halbleiterbauelementen wird im Allgemeinen erhöht und die Größe verringert, was die Produktionseffizienz erhöhen und die Kosten senken kann.
  • Die Funktionalität von Halbleiterbauelementen ist durch die Fläche des Halbleiterwafers begrenzt, und mit dem Fortschritt der Halbleitertechnologie werden in immer mehr Bauelementen dreidimensionale Stapeltechniken eingesetzt, um die Dichte der Komponenten zu erhöhen. Dreidimensionale Stapeltechniken erhöhen jedoch die Komplexität der Verarbeitung von Halbleiterbauelementen und erschweren die Aufrechterhaltung der Prozessqualität und -stabilität von Halbleiterbauelementen und beeinträchtigen den Ertrag. Halbleiterwafer für dreidimensionale integrierte Schaltungen haben hohe strukturelle und verfahrenstechnische Anforderungen. Bestehende dreidimensionale Halbleiterprozesse weisen noch eine Reihe von Problemen auf, die die elektrischen und mechanischen Eigenschaften von Halbleiterwafern beeinträchtigen. Daher ist eine entsprechende Entwicklung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen zur Verbesserung der Qualität und Stabilität des Herstellungsprozesses dringend erforderlich.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements unter Verwendung einer plasmagestützten Atomschichtabscheidung bereit, das die Gleichförmigkeit des abgeschiedenen Films wesentlich verbessern kann.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Halbleiterbauelements, das in der Lage ist, die Gleichförmigkeit einer abgeschiedenen Schicht erheblich zu verbessern.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements durch plasmagestützte Atomschichtabscheidung nach der vorliegenden Offenbarung die folgenden Schritte. Ein Substrat, das ein Siliziumsubstrat und eine erste Oxidschicht auf dem Siliziumsubstrat umfasst, wird bereitgestellt. Eine Vielzahl gestapelter Strukturen werden auf dem Substrat abgeschieden, wobei jede der gestapelten Strukturen eine dielektrische Schicht und eine leitende Schicht umfasst. Die gestapelten Strukturen werden durch eine strukturierte Photoresist-Schicht geätzt, um mindestens einen Graben in den gestapelten Strukturen zu bilden, wobei die erste Oxidschicht an einem Boden des Grabens freigelegt wird. Eine zweite Oxidschicht wird auf den gestapelten Strukturen und dem Graben durch eine Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung abgeschieden, wobei die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung eine Kammer, eine obere Elektrode und eine untere Elektrode umfasst, wobei die obere Elektrode an der Oberseite der Kammer angeordnet ist und mit einer ersten Hochfrequenzleistungsvorrichtung und einer zweiten Hochfrequenzleistungsvorrichtung verbunden ist, wobei die obere Elektrode eine Vielzahl von Düsen umfasst, wobei die erste Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass die Düsen der oberen Elektrode ein Plasma erzeugen, wobei die zweite Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Düsen reinigt, wobei die untere Elektrode an einem Boden der Kammer angeordnet und mit einer dritten Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung verbunden ist, wobei das Substrat auf der unteren Elektrode angeordnet ist, um einen Abscheidungsprozess durchzuführen. Eine hochohmige Schicht wird auf der zweiten Oxidschicht durch die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung abgeschieden. Eine niederohmige Schicht wird auf der hochohmigen Schicht mit Hilfe der plasmagestützten Atomschichtabscheidung abgeschieden.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Halbleiterbauelement der vorliegenden Offenbarung ein Substrat, eine Vielzahl von gestapelten Strukturen, mindestens einen Graben, eine zweite Oxidschicht, eine hochohmige Schicht und eine niederohmige Schicht. Das Substrat umfasst ein Siliziumsubstrat und eine erste Oxidschicht auf dem Siliziumsubstrat. Die gestapelten Strukturen werden auf dem Substrat abgeschieden, wobei jede der gestapelten Strukturen eine dielektrische Schicht und eine leitende Schicht umfasst. Der Graben wird durch Ätzen der gestapelten Strukturen durch eine strukturierte Photoresist-Schicht gebildet. Die erste Oxidschicht wird an einem Boden des Grabens freigelegt. Die zweite Oxidschicht wird auf den gestapelten Strukturen und dem Graben abgeschieden, wobei die zweite Oxidschicht durch eine Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung abgeschieden wird, wobei die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung eine Kammer, eine obere Elektrode und eine untere Elektrode umfasst, wobei die obere Elektrode an einer Oberseite der Kammer angeordnet ist und mit einer ersten Hochfrequenzleistungsvorrichtung und einer zweiten Hochfrequenzleistungsvorrichtung verbunden ist, wobei die obere Elektrode eine Vielzahl von Düsen umfasst, wobei die erste Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass die Düsen der oberen Elektrode ein Plasma erzeugen, wobei die zweite Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Vielzahl von Düsen reinigt, wobei die untere Elektrode an einem Boden der Kammer angeordnet und mit einer dritten Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung verbunden ist, wobei das Substrat auf der unteren Elektrode angeordnet ist, um einen Abscheidungsprozess durchzuführen. Die hochohmige Schicht wird mit Hilfe der Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung auf der zweiten Oxidschicht abgeschieden. Die niederohmige Schicht wird mit Hilfe der Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung auf der hochohmigen Schicht abgeschieden.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt ein Halbleiterbauelement und ein Herstellungsverfahren dafür zur Verfügung, durch die Bereitstellung einer Vielzahl von gestapelten Strukturen, einer zweiten Oxidschicht, einer hochohmigen Schicht und einer niederohmigen Schicht, können die Qualität und die Stabilität des Halbleiterbauelements erheblich verbessert werden. Durch die Bereitstellung einer Vielzahl von Düsen an der oberen Elektrode der Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung kann ein gleichmäßiges und stabiles Plasma erzeugt und die Düsen können gereinigt werden. Infolgedessen kann die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht erheblich verbessern.
  • Figurenliste
    • 1, 2, 3 und 4 sind Querschnittsansichten, die Zwischenstufen eines Prozesses eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements unter Verwendung einer plasmagestützten Atomschichtabscheidung gemäß einigen Ausführungsformen darstellen.
    • 5 ist ein schematisches Diagramm eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 6 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 7A ist ein partielles schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 7B ist ein partielles schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements unter Verwendung einer plasmagestützten Atomschichtabscheidung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die in den folgenden Ausführungsformen erwähnten Richtungsbegriffe, z. B. oben, unten, links, rechts, vorne oder hinten usw., beziehen sich nur auf die Richtungen der beigefügten Zeichnungen. Daher werden die Richtungsbegriffe zur Beschreibung und nicht zur Einschränkung der Offenbarung verwendet.
  • Wie hierin verwendet, bedeuten die Begriffe „etwa“, „ungefähr“ und „im Wesentlichen“ normalerweise innerhalb von +/-20% eines gegebenen Wertes, eher innerhalb von +/-10% eines gegebenen Wertes, eher innerhalb von +/-5% eines gegebenen Wertes, eher innerhalb von 3% eines gegebenen Wertes, eher innerhalb von +/-2% eines gegebenen Wertes, eher innerhalb von +/-1 % eines gegebenen Wertes und noch eher innerhalb von +/-0,5% eines gegebenen Wertes. Bei den in dieser Offenbarung angegebenen Zahlenwerten handelt es sich um ungefähre Zahlenwerte, d. h. die angegebenen Werte können immer noch die Bedeutung von „ungefähr“ oder „im Wesentlichen“ haben, ohne dass sie ausdrücklich mit den Begriffen „ungefähr“ oder „im Wesentlichen“ angegeben werden.
  • Bezugnehmend auf 1, 2, 3, 4 und 5, sind 1, 2, 3 und 4 Querschnittsansichten von Zwischenstufen in einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements unter Verwendung einer plasmagestützten Atomschichtabscheidung gemäß einigen Ausführungsformen. 5 ist eine schematische Darstellung eines Halbleiterbauelements 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Bezugnehmend auf 1 wird in Schritt S101 ein Substrat 11 bereitgestellt, das ein Siliziumsubstrat 111 und eine erste Oxidschicht 113 auf dem Siliziumsubstrat 111 umfasst.
  • Bezugnehmend auf 2 wird in Schritt S103 eine Vielzahl von gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c auf dem Substrat 11 angeordnet. Jede der gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c umfasst eine dielektrische Schicht und eine leitende Schicht. 2 zeigt, dass drei der gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c und eine der gestapelten Strukturen 13a eine dielektrische Schicht 133 und eine leitende Schicht 131 umfassen. Die Anzahl der gestapelten Strukturen in der vorliegenden Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die dielektrische Schicht 133 oberhalb der leitfähigen Schicht 131 in einer der gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c angeordnet, aber die vorliegende Offenbarung ist darauf nicht beschränkt. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die leitende Schicht 131 über der dielektrischen Schicht 133 in einer der gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c angeordnet.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Anzahl der gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c der Halbleitervorrichtung größer als zwanzig. In jeder der gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c ist die dielektrische Schicht 133 oberhalb der leitenden Schicht 131 angeordnet. Alternativ dazu ist die leitende Schicht 131 über der dielektrischen Schicht 133 angeordnet.
  • Wie in 3 gezeigt, werden die gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c durch eine strukturierte Photoresist-Schicht PR geätzt, um in Schritt S105 einen Ätzprozess E durchzuführen. Gemäß 4 wird ebenfalls in Schritt S105 mindestens ein Graben t in den gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c während des Ätzprozesses E gebildet, wobei die erste Oxidschicht 113 an einem Boden des Grabens t freigelegt wird. Zur Vereinfachung der Erklärung, wird in 4 nur ein solcher Graben t als Beispiel verwendet, aber die Anzahl der Gräben in der vorliegenden Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
  • Zunächst wird auf 6 verwiesen, eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (PEALD) 20, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 umfasst eine Kammer 21, eine obere Elektrode 23 und eine untere Elektrode 25. Die obere Elektrode 23 ist an der Oberseite der Kammer 21 angeordnet und mit einem ersten Hochfrequenz-Leistungsgerät 24a und einem zweiten Hochfrequenz-Leistungsgerät 24b verbunden.
  • 7A zeigt ein partielles schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die obere Elektrode 23 der Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 umfasst ferner eine Vielzahl von Düsen 231. Die erste Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung 24a ist für die Vielzahl von Düsen 231 der oberen Elektrode 23 vorgesehen, um ein Plasma P zu erzeugen. Die untere Elektrode 25 ist am Boden der Kammer 21 angeordnet und mit einer dritten Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung 26 verbunden und das Substrat 11 wird auf die untere Elektrode 25 gelegt, um einen Abscheidungsprozess D durchzuführen.
  • In Schritt S107, der sich auf 5 bezieht, wird eine zweite Oxidschicht 15 auf den gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c und dem Graben t durch die in 6 gezeigte Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 abgeschieden. In Schritt S109 wird eine hochohmige Schicht 17 auf der zweiten Oxidschicht 15 durch die in 6 gezeigte Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 abgeschieden.
  • Als nächstes wird in Schritt S111 eine niederohmige Schicht 19 auf der hochohmigen Schicht 17 durch die in 6 gezeigte Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 abgeschieden. Das Plasma P kann gleichmäßig und stabil erzeugt werden, indem eine Vielzahl von Düsen 231 an der oberen Elektrode 23 vorgesehen wird, und die Gleichmäßigkeit eines abgeschiedenen Films kann erheblich verbessert werden. Die obere Elektrode 23 ist in der Lage, die Vielzahl der Düsen 231 zu reinigen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht erheblich verbessern.
  • In dieser Ausführungsform ermöglicht die untere Elektrode 25 die Abscheidung der Schicht in einem tiefen Graben. Das von der oberen Elektrode 23 erzeugte Plasma P kann durch die untere Elektrode 25 tiefer im Graben t abgeschieden werden. Dadurch kann die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht erheblich verbessert werden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst die hochohmige Schicht 17 eine erste Polysiliziumschicht 171 und eine erste Schicht aus einer leitfähigen Verbindung 173, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die erste leitfähige Verbindungsschicht 173 über der ersten Polysiliziumschicht 171 angeordnet.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst die niederohmige Schicht 19 eine zweite Polysiliziumschicht 191 und eine zweite leitfähige Verbindungsschicht 193, wobei die vorliegende Offenbarung hierauf nicht beschränkt ist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die zweite leitfähige Verbindungsschicht 193 oberhalb der zweiten Polysiliziumschicht 191 angeordnet.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hat die zweite Polysiliziumschicht 191 eine größere Dicke als die erste Polysiliziumschicht 171 und die zweite Schicht aus einer leitfähigen Verbindung 193 eine größere Dicke als die erste Schicht aus einer leitfähigen Verbindung 173, wobei die vorliegende Offenbarung hierauf jedoch nicht beschränkt ist.
  • Wie in 7A im Detail gezeigt, umfasst jede der Düsen 231 einen Schlitz h. Der Schlitz h erstreckt sich von einer oberen Fläche der oberen Elektrode 23 zu einer unteren Fläche der oberen Elektrode 23. Eine Öffnung des Schlitzes h an der oberen Fläche ist eine obere Öffnung 2311 und eine Öffnung des Schlitzes h an der unteren Fläche ist eine untere Öffnung 2313. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die untere Öffnung 2313 größer als die obere Öffnung 2311, und der Schlitz h ist von der unteren Öffnung 2313 zur oberen Öffnung 2311 verjüngt. Insbesondere kann der Schlitz h an der unteren Öffnung 2313 zum Beispiel die Form eines Horns haben. Dadurch kann die obere Elektrode 23 der Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 das Plasma P gleichmäßig und stabil durch die Düsen 231 erzeugen, und die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht kann erheblich verbessert werden.
  • 7B zeigt ein partielles schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Profil der unteren Öffnung 2313 ein Sechseck. Dadurch kann die obere Elektrode 23 der Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 das Plasma P gleichmäßig und stabil durch die Anordnung der Düsen 231 erzeugen und die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht kann erheblich verbessert werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das Profil der unteren Öffnung 2313 ein regelmäßiges Sechseck.
  • Darüber hinaus kann die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 beispielsweise eine dreidimensionale Rotationsvorrichtung 27 umfassen. Die dreidimensionale Rotationsvorrichtung 27 ist unterhalb der Kammer 21 angeordnet. Die untere Elektrode 25 ist am Boden der dreidimensionalen Rotationsvorrichtung 27 angeordnet. Während des Abscheidungsprozesses D wird das Substrat durch die dreidimensionale Rotationsvorrichtung 27 gedreht, um gleichmäßig abgeschieden zu werden. Durch die dreidimensionale Rotationsvorrichtung 27 kann die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht erheblich verbessern.
  • Je tiefer der mindestens eine Graben t ist, desto schwieriger ist die Abscheidung. Das heißt, dass es für das von der oberen Elektrode 23 erzeugte Plasma P schwierig ist, einen Abscheidungsprozess für einen Bereich an der Seitenwand des tiefen Grabens t durchzuführen. Durch die dreidimensionale Rotationsvorrichtung 27 wird das Substrat 11 während der oben erwähnten Abscheidungsprozesse gedreht, so dass der Bereich an der Seitenwand des tiefen Grabens t gleichmäßiger abgeschieden werden kann. Dadurch kann die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht erheblich verbessert werden.
  • Wie in 6 im Detail gezeigt, ist eine Richtung von der unteren Elektrode 25 zur oberen Elektrode 23 der Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 eine erste Richtung D1. Wenn die dreidimensionale Rotationsvorrichtung 27 nicht rotiert, ist die Normalrichtung N des Substrats 11 parallel zur ersten Richtung D1. Wenn die dreidimensionale Rotationsvorrichtung 27 das Substrat 11 in Drehung versetzt, bildet die Normalrichtung des Substrats 11 einen Winkel A mit der ersten Richtung D1. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Winkel A zwischen 0 Grad und 15 Grad. Auf diese Weise kann die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht erheblich verbessern.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die obere Elektrode 23 mit einer oberen Heizung 233 verbunden. Bei den oben beschriebenen Abscheidungsprozessen D heizt die obere Heizung 233 die obere Elektrode 23 auf, um eine gleichmäßige Abscheidung zu ermöglichen. Infolgedessen kann die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht erheblich verbessern.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die untere Elektrode 25 mit einer unteren Heizung 251 verbunden. In jedem der oben beschriebenen Abscheidungsprozesse D heizt die untere Heizung 251 die untere Elektrode 25 auf, um eine gleichmäßige Abscheidung zu ermöglichen. Dadurch kann die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht erheblich verbessern.
  • In dieser Ausführungsform hat die zweite Polysiliziumschicht 191 eine größere Dicke als die erste Polysiliziumschicht 171 und die zweite leitende Verbindungsschicht 193 eine größere Dicke als die erste leitende Verbindungsschicht 173. Insbesondere ist der Widerstand der hochohmigen Schicht 17 höher als der Widerstand der niederohmigen Schicht 19. Durch die Anordnung der gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c, der zweiten Oxidschicht 15, der hochohmigen Schicht 17 und der niederohmigen Schicht 19 kann die Qualität und Stabilität des Halbleiterbauelements 1 erheblich verbessert werden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beträgt die Dicke der zweiten leitfähigen Verbindungsschicht 193 zwischen 20 nm und 50 nm.
  • Wie in 5 gezeigt, ist nach dem Aufbringen der niederohmigen Schicht 19 in Schritt S111 noch ein Graben t1 im Graben t vorhanden, aber die vorliegende Offenbarung ist darauf nicht beschränkt. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann nach dem Abscheiden der niederohmigen Schicht 19, die niederohmige Schicht 19 den mindestens einen Graben t ausfüllen, d. h. es gibt keinen Graben t1, wie in 5 gezeigt.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die leitende Schicht der Stapelstrukturen 13a, 13b, 13c eine P-Typ-Halbleiterschicht oder eine N-Typ-Halbleiterschicht und die dielektrische Schicht ist eine Oxidschicht. Beispielsweise ist die leitende Schicht 131 einer der Vielzahl von Stapelschichten 13a eine P-Typ-Halbleiterschicht oder eine N-Typ-Halbleiterschicht und die dielektrische Schicht 133 ist eine Oxidschicht.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Material der ersten leitenden Verbindungsschicht 173 und/oder der zweiten leitenden Verbindungsschicht 193 entweder BN, BP, BAs, AIN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs oder eine Kombination von mindestens zwei der oben genannten sein.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beträgt die Leitfähigkeit der hochohmigen Schicht 17 etwa 1 e15 S·m-1 und die Leitfähigkeit der niederohmigen Schicht 19 etwa 1e20 S·m-1. Die Dicke der hochohmigen Schicht 17 beträgt etwa 20 nm und die Dicke der niederohmigen Schicht 19 beträgt etwa 30 nm.
  • Wie in 4 gezeigt, liegt in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Breite w des Grabens t zwischen 45 nm und 65 nm. Eine Dicke des Siliziumsubstrats 111 des Substrats 11 liegt zwischen 520 nm und 580 nm und die Dicke der ersten Oxidschicht 113 liegt zwischen 90 nm und 110 nm. In der Vielzahl der gestapelten Strukturen 13a, 13b, 13c (am Beispiel der gestapelten Struktur 13a), liegt die Dicke der dielektrischen Schicht 133 zwischen 18 nm und 22 nm und die Dicke der leitenden Schicht 131 zwischen 27 nm und 33 nm.
  • 8 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Insbesondere ist 7 ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens 100 für die in 5 gezeigte Halbleitervorrichtung 1. Mehrere Implementierungsdetails der Schritte S101, S103, S105, S107, S109 und S111, die in dem Herstellungsverfahren 100 enthalten sind, werden in den vorangehenden Ausführungsformen und Implementierungen ausführlich beschrieben und werden im Folgenden nicht im Detail beschrieben.
  • In Anbetracht des oben erwähnten Inhalts können das Halbleiterbauelement und sein Herstellungsverfahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Qualität und Stabilität des Halbleiterbauelements durch die Bereitstellung der Vielzahl von gestapelten Strukturen, der zweiten Oxidschicht, der hochohmigen Schicht und der niederohmigen Schicht erheblich verbessern. Durch die Bereitstellung einer Vielzahl von Düsen an der oberen Elektrode der Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung kann ein gleichmäßiges und stabiles Plasma erzeugt und die Düsen können gereinigt werden. Dadurch kann die plasmagestützte Atomschichtabscheidung die Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schicht erheblich verbessern.

Claims (14)

  1. Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements unter Verwendung einer Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung, umfassend: Bereitstellen eines Substrats (11), das ein Siliziumsubstrat (111) und eine erste Oxidschicht (113) auf dem Siliziumsubstrat (111) umfasst; Abscheiden einer Vielzahl von gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) auf dem Substrat (11), wobei jede der gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) eine dielektrische Schicht (133) und eine leitende Schicht (131) umfasst; Ätzen der gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) durch eine strukturierte Photoresist-Schicht (PR), um mindestens einen Graben (t) in den gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) zu bilden, wobei die erste Oxidschicht (113) an einem Boden des mindestens einen Grabens (t) freigelegt ist; Abscheiden einer zweiten Oxidschicht (15) auf den gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) und dem Graben durch eine Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (20), wobei die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (20) eine Kammer (21), eine obere Elektrode (23) und eine untere Elektrode (25) umfasst, wobei die obere Elektrode (23) an einer Oberseite der Kammer (21) angeordnet und mit einer ersten Hochfrequenzleistungsvorrichtung (24a) und einer zweiten Hochfrequenzleistungsvorrichtung (24b) verbunden ist, wobei die obere Elektrode (23) eine Vielzahl von Düsen (231) aufweist, wobei die erste Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung (24a) für die Düsen (231) der oberen Elektrode (23) zur Erzeugung eines Plasmas (P) ausgebildet ist, die zweite Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung (24b) zur Reinigung der Düsen (231) ausgebildet ist, wobei die untere Elektrode (25) an einem Boden der Kammer (21) angeordnet und mit einer dritten Hochfrequenz-Leistungseinrichtung (26) verbunden ist, wobei das Substrat (11) auf der unteren Elektrode (25) angeordnet ist, um einen Abscheidungsprozess (D) durchzuführen; Abscheiden einer hochohmigen Schicht (17) auf der zweiten Oxidschicht (15) durch die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (20); und Abscheiden einer niederohmigen Schicht (19) auf der hochohmigen Schicht (17) mit hohem Widerstand durch die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (20).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede der Düsen (231) einen Schlitz (h) aufweist, der sich von einer oberen Fläche der oberen Elektrode (23) zu einer unteren Fläche der oberen Elektrode (23) erstreckt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine obere Öffnung (2311) des Schlitzes (h) in der oberen Fläche größer ist als eine untere Öffnung (2313) des Schlitzes (h) in der unteren Fläche, und der Schlitz (h) sich von der unteren Öffnung (2313) zur oberen Öffnung (2311) verjüngt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Profil einer unteren Öffnung (2313) des Schlitzes (h) in der unteren Fläche ein Sechseck ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (20) ferner eine dreidimensionale Rotationsvorrichtung (27) umfasst, die unterhalb der Kammer (21) angeordnet ist, wobei die untere Elektrode (25) am Boden der dreidimensionalen Rotationsvorrichtung (27) angeordnet ist und das Substrat (11) durch die dreidimensionale Rotationsvorrichtung (27) während des Abscheidungsprozesses (D) gedreht wird, um eine gleichmäßige Abscheidung zu erreichen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Richtung von der unteren Elektrode (25) zur oberen Elektrode (23) eine erste Richtung (D1) ist, wenn sich die dreidimensionale Rotationsvorrichtung (27) nicht dreht, eine normale Richtung (N) des Substrats (11) parallel zur ersten Richtung (D1) ist, und wenn die dreidimensionale Rotationsvorrichtung (27) das Substrat zur Drehung antreibt, umfasst die normale Richtung (N) des Substrats einen Winkel (A) mit der ersten Richtung (D1), wobei der Winkel (A) zwischen 0 Grad und 15 Grad liegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die obere Elektrode mit einer oberen Heizvorrichtung (233) verbunden ist, so dass die obere Elektrode (23) während des Abscheidungsprozesses (D) erhitzt wird, um eine gleichmäßige Abscheidung zu erreichen.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die untere Elektrode (25) mit einer unteren Heizvorrichtung (251) verbunden ist, so dass die untere Elektrode (25) während des Abscheidungsprozesses (D) erhitzt wird, um eine gleichmäßige Abscheidung zu erreichen.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hochohmige Schicht (17) eine erste Polysiliziumschicht (171) und eine erste leitende Verbindungsschicht (173) umfasst, wobei die niederohmige Schicht (19) eine zweite Polysiliziumschicht (191) und eine zweite leitende Verbindungsschicht (193) umfasst, wobei die zweite Polysiliziumschicht (191) eine größere Dicke als die erste Polysiliziumschicht (171) aufweist und die zweite leitende Verbindungsschicht (193) eine größere Dicke als die erste leitende Verbindungsschicht (173) aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Anzahl der gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) größer als zwanzig ist und die dielektrische Schicht (133) über oder unter der leitenden Schicht (131) in jeder der gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) angeordnet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die leitende Schicht (131) eine P-Typ-Halbleiterschicht oder eine N-Typ-Halbleiterschicht ist und die dielektrische Schicht (133) eine Oxidschicht ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Breite des Grabens (t) zwischen 45 nm und 65 nm liegt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dicke des Siliziumsubstrats (111) zwischen 520 nm und 580 nm liegt, wobei die Dicke der ersten Oxidschicht (113) zwischen 90 nm und 110 nm liegt, die Dicke der dielektrischen Schicht (133) zwischen 18 nm und 22 nm liegt, und die Dicke der leitenden Schicht (131) zwischen 27 nm und 33 nm liegt.
  14. Eine Halbleitervorrichtung umfassend: ein Substrat (11), das ein Siliziumsubstrat (111) und eine erste Oxidschicht (113) auf dem Siliziumsubstrat (111) umfasst; eine Vielzahl von gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c), die auf dem Substrat (11) angeordnet sind, wobei jede der gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) eine dielektrische Schicht (133) und eine leitende Schicht (131) umfasst; mindestens einen Graben (t), der durch Ätzen der gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) durch eine strukturierte Photoresist-Schicht (PR) gebildet wird, wobei die erste Oxidschicht (113) an einem Boden des mindestens einen Grabens (t) freigelegt wird; eine zweite Oxidschicht (15), die auf den gestapelten Strukturen (13a, 13b, 13c) und dem Graben (t) abgeschieden wird, wobei die zweite Oxidschicht (15) durch eine Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (20) abgeschieden wird, wobei die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (20) eine Kammer (21), eine obere Elektrode (23) und eine untere Elektrode (25) umfasst, wobei die obere Elektrode (23) an einer Oberseite der Kammer (21) angeordnet und mit einer ersten Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung (24a) und einer zweiten Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung (24b) verbunden ist, wobei die obere Elektrode (23) eine Vielzahl von Düsen (231) aufweist, wobei die erste Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung (24a) für die Düsen (231) der oberen Elektrode (23) zur Erzeugung eines Plasmas (P) ausgebildet ist, wobei die zweite Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung (24b) zur Reinigung der Düsen (231) ausgebildet ist, wobei die untere Elektrode (25) an einem Boden der Kammer (21) angeordnet und mit einer dritten Hochfrequenz-Leistungsvorrichtung (26) verbunden ist, wobei das Substrat (11) auf der unteren Elektrode (25) angeordnet ist um einen Abscheidungsprozess (D) durchzuführen; eine hochohmige Schicht (17), die auf der zweiten Oxidschicht (15) durch die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (20) abgeschieden wird; und eine niederohmige Schicht (19), die auf der hochohmigen Schicht (19) durch die Vorrichtung zur plasmagestützten Atomschichtabscheidung (20) abgeschieden wird.
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