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Hintergrund
der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Herstellung
einer Halbleitervorrichtung und auf ein Verfahren für die Herstellung einer
Halbleitervorrichtung unter Verwendung dieser Vorrichtung, insbesondere
auf eine Vorrichtung für die
Herstellung einer Halbleitervorrichtung und ein Verfahren für die Herstellung
einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung dieser Vorrichtung,
die in einem Prozess für
die Herstellung einer hyperfeinen Halbleitervorrichtung ein neues
Verfahren für
die Herstellung eines Schottky-Metallübergangs optimieren.
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2. Diskussion
des Standes der Technik
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Die
Technik für
die Herstellung der hyperfeinen Halbleitervorrichtung ist eine wichtige
Technik, die für
die Herstellung einer Vorrichtung mit hoher Integration und hoher
Geschwindigkeit erforderlich ist. Kürzlich sind Verfahren für die Implementierung
einer Halbleitervorrichtung in Nano-Größe in verschiedener Weise eingeführt worden,
wobei das Verfahren für
die Herstellung eines Schottky-Übergang-MOSFET
unter Verwendung einer Metallsilicid-Reaktion eine der höchstentwickelten
Techniken erfordert.
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In
dem Verfahren für
die Integration der Vorrichtung gleich oder größer als 100 nm durch Verringerung
ihrer Größe bestehen
bei dem Dotierungsprozess für
die Bildung von Source- und Gate-Elektroden viele Probleme. Wenn
ein Schottky-Übergang verwendet
wird, um das durch den Dotierungsprozess bedingte Problem zu lösen, wird
der ohmsche Widerstand zwischen Source und Drain deutlich gesenkt,
wobei ein Hochtemperatur-Heizprozess weggelassen werden kann. Im
Dotierungsprozess ist der Heizprozess notwendig, um die Source-/Drain-Elektrode
zu bilden.
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Ein
Schottky-Kontakt, d. h. ein Kontakt zwischen einer Metalllage und
einer Siliciumlage, erzeugt an der Grenzfläche dazwischen eine Sperre
für Elektronenenergie.
Sie ist als Schottky-Sperrenhöhe (SBH,
Schottky Barrier Height) bekannt, wobei ihre Anwendung auf einen
Infrarotsensor untersucht worden ist. Da die Technik unter Verwendung
eines Schottky-Kontakts erst in den letzten Jahren aufgekommen ist,
sind die optimierte Ausstattung und der optimierte Prozess hierfür noch nicht
etabliert. Daher muss die SBH effizient eingestellt werden und muss eine
Optimierung des Herstellungsprozesses für die hyperfeine Halbleitervorrichtung
ausgeführt
werden.
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Herkömmlicherweise
bestehen bei der Technik, die einen Schottky-Kontakt verwendet,
vier Typen von Problemen.
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Erstens
besteht ein Problem in einem Reinigungsprozess, der vor dem Metallabscheidungsprozess
ausgeführt
wird. Da der Reinigungsprozess nicht in-situ ausgeführt werden
kann, kann im Allgemeinen nicht verhindert werden, dass zwischen
der Metall- und der Siliciumlage Fremdsubstanzen erzeugt werden.
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Zweitens
ist es aufgrund der Wirkung einer in dem Muster vorhandenen beschädigten Lage schwierig,
den Schottky-Kontakt im Hinblick auf die feine Struktur oder im
Hinblick auf die elektronische Charakteristik zu optimieren, selbst
wenn der Reinigungsprozess in einem bestimmten Ausmaß fortgeschritten
ist.
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Da
drittens der Verlust des Siliciumsubstrats aufgrund der Überätzung bei
der Bildung der Gate-Elektrode sehr groß ist, ist die Bildung von
Silicid schwierig.
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Wenn
viertens der Heizprozess nicht in-situ, sondern nach der Bildung
der Metalllage ausgeführt wird,
kann die Oxidation der Metallkorngrenze nur schwer vermieden werden.
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Im
Folgenden wird mit Bezug auf 1 die Struktur
des Schottky-Übergang-MOSFET (SB-MOSFET)
beschrieben.
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Auf
einer Isolierschicht 10 aus einem SOI-Substrat (Silicon
On Insulator, Silicium auf Isolator) wird eine Siliciumlage 10 gebildet.
Auf der Siliciumlage 10 wird ein Gateoxidfilm 14 gebildet,
ferner wird auf dem Gateoxidfilm 14 eine Gate-Elektrode 16 gebildet.
Anschließend
wird ein Abstandhalter 18 gebildet und geätzt. Fast
in der gesamten hyperfeinen integrierten Vorrichtung wird nach Beendigung
des Prozesses für
die Bildung des Abstandhalters 18 ein Prozess für die Bildung
von Metallsilicid ausgeführt. Wenn
jedoch der Abstandhalter 18 gebildet wird, wird die Siliciumlage 14 häufig um
einen großen
Betrag überätzt. Danach
wird ein Nassreinigungsprozess oder ein Trockenreinigungsprozess
ausgeführt,
woraufhin die Metallabscheidungs- und Heizprozesse ausgeführt werden.
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Zu
diesem Zeitpunkt könnten
jedoch die folgenden Probleme entstehen.
- (1)
Die Erzeugung der natürlichen
Oxidschicht kann nicht verhindert werden, bevor der Metallabscheidungsprozess
beginnt.
- (2) Die Silicid-Reaktion wird durch die in dem Ätzprozess
hervorgerufene Beschädigung
beeinflusst.
- (3) Da die Siliciumlage stark geätzt wird, kann die Optimierung
des Silicid-Prozesses
nicht ohne weiteres erzielt werden.
- (4) In dem Heizprozess für
die Bildung des Silicids kann eine zusätzliche Oxidation nicht verhindert werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Um
die oben genannten Probleme zu lösen, bezieht
sich ein Aspekt der vorliegenden Erfindung auf eine Vorrichtung
für die
Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine erste
Kammer mit einer ersten Substrathalterung, die im unteren Abschnitt
der ersten Kammer vorgesehen ist, um darauf eine Probe anzubringen,
einer im oberen Abschnitt der ersten Kammer vorgesehenen Halogenlampe, um
auf die Probe Lampenlicht zu strahlen, und einer Substrattür, durch
die sich die Probe bewegt; eine zweite Kammer mit einer zweiten
Substrathalterung mit einstellbarer Temperatur, die im unteren Abschnitt der
zweiten Kammer vorgesehen ist, um daran die Probe anzubringen, einer
mittleren Schicht, die im Mittelabschnitt der zweiten Kammer vorgesehen
ist, um die Kammer in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt
zu unterteilen, einem Hebeabschnitt, der an der zweiten Substrathualterung
befestigt ist, um die zweite Substrathalterung in den oberen Abschnitt
oder den unteren Abschnitt in Bezug auf die mittlere Schicht zu
bewegen, und einem Metallabscheidungsabschnitt, der im oberen Abschnitt der
zweiten Kammer vorgesehen ist; Pumpenabschnitte, die mit der ersten
Kammer bzw. mit der zweiten Kammer verbunden sind, um deren Drücke einzustellen;
Gaseinleitungsabschnitte, die mit der ersten Kammer bzw. mit der
zweiten Kammer verbunden sind, um eine bestimmte Gasmenge einzuleiten;
und einen Verbindungsabschnitt, um der Probe zu ermöglichen,
sich zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer hin und her
zu bewegen, ohne Außenluft
einzuleiten, wobei der Verbindungsabschnitt ein Schieberventil enthält.
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Vorzugsweise
umfasst der Metallabscheidungsabschnitt eine Katodenzerstäubungskanone, eine
Zerstäuberblende,
die verhindert, dass abzulagerndes Metall während des Katodenzerstäubungsprozesses
auf seine beiden Seiten versprüht
wird, und einen Blendenanschlag zum Einstellen der Öffnung der
Zerstäuberblende.
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Andererseits
verwendet der Pumpenabschnitt eine Rotationspumpe und eine Turbomolekularpumpe.
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Der
andere Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
für die
Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der Vorrichtung
für die
Herstellung der Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte
umfasst: Reinigen eines Substrats, auf dem eine Halbleiterstruktur gebildet
wird, unter Verwendung der ersten Kammer; Bewegen des Substrats
in die zweite Kammer, nachdem das Substrat gereinigt worden ist;
und Ablagern einer Metallschicht, wobei die Schritte in einem Stapelprozess
ausgeführt
werden, ohne der Außenluft ausgesetzt
zu werden.
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Der
Ausdruck "Halbleiterstruktur" hat die Bedeutung
einer Struktur wie etwa eines Isolators, einer Halbleiterlage und
eines Leiters, die durch einen Lithographieprozess und einen Ätzprozess
gebildet werden, wie sie in allgemeinen Halbleitervorrichtungs-Herstellungsprozessen
verwendet werden.
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Vorzugsweise
kann ferner der Schritt des Erhitzens des Substrats nach der Abscheidung
der Metallschicht vorgesehen sein, außerdem kann der Schritt des
Aufwachsenlassens einer Opfer-Oxidschicht in der zweiten Kammer
vor der Abscheidung der Metallschicht vorgesehen sein.
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In
einem nochmals anderen Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf ein Verfahren für die
Herstellung eines Schottky-Übergang-MOSFET unter
Verwendung der Vorrichtung für
die Herstellung der Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst:
Positionieren eines Substrats, auf dem der Reihe nach eine Siliciumlage,
eine Gateoxidlage, eine Gate-Elektrode und ein Abstandhalter gebildet werden,
in der ersten Kammer; Reinigen des Substrats unter Verwendung der
ersten Kammer, bevor eine Metallschicht für die Bildung einer Source-/Drain-Elektrode abgeschieden
wird; Bewegen des Substrats in die zweite Kammer durch den Verbindungsabschnitt,
nachdem das Substrat gereinigt worden ist; und Hochziehen des Substrats
in den oberen Abschnitt der zweiten Kammer; Ablagern einer Metallschicht
unter Verwendung des Metallabscheidungsabschnitts; und Herunterziehen
und Erhitzen des Substrats, um Silicid zu bilden, nachdem die Metallschicht
abgelagert worden ist.
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Vorzugsweise
kann ferner der Schritt des Aufwachsenlassens einer Opfer-Oxidschicht in der zweiten
Kammer vor der Abscheidung der Metallschicht vorgesehen sein, außerdem wird
der Schritt des Reinigens durch einen Vakuumreinigungsprozess oder
einen H2-Backprozess ausgeführt, ferner wird
die Opfer-Oxidschicht
vor der Abscheidung von Metall im unteren Abschnitt der zweiten
Kammer gebildet.
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Vorzugsweise
wird der Schritt des Ablagerns der Metallschicht unter Verwendung
eines Katodenzerstäubungsverfahrens
ausgeführt,
wobei die Dicke der abgelagerten Metallschicht im Bereich von 50
bis 500 Å liegt,
wobei der Schritt des Erhitzens des Substrats für die Bildung des Silicids
in der ersten Kammer bei einem Druck ausgeführt wird, der gleich oder kleiner
als 10–8 Torr
ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden mit
Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen hiervon und mit
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
Darstellung ist, die den Querschnitt eines hergestellten Schottky-Übergang-MOSFET zeigt;
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2 eine
Vorrichtung für
die Herstellung eines SB-MOSFET gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
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3 eine
vergrößerte Ansicht
einer zweiten Kammer in der Vorrichtung für die Herstellung des SB-MOSFET
in 2 ist.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Diese
Ausführungsformen
sind jedoch so angegeben, dass der Fachmann auf dem Gebiet die vorliegende
Erfindung verstehen kann, wobei sie in verschiedener Weise abgewandelt werden
können
und wobei die vorliegende Erfindung nicht so verstanden werden sollte,
dass sie auf bestimmte Ausführungsformen
hiervon eingeschränkt ist.
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2 veranschaulicht
eine Vorrichtung für die
Herstellung des SB-MOSFET gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung für die Herstellung des SB-MOSFET
umfasst eine erste Kammer 100 für die Ausführung eines In-situ-Reinigungsprozesses,
eine zweite Kammer 200 für die Ausführung eines Metallabscheidungsprozesses
und eines In-situ-Heizprozesses sowie einen Verbindungsabschnitt,
der ein Schieberventil 140 aufweist und die Bewegung des
Substrats zwischen der ersten Kammer 100 und der zweiten Kammer 200 zulässt, ohne
dass Außenluft
in den Verbindungsabschnitt eintritt.
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Am
oberen Abschnitt der ersten Kammer 100 ist eine Quarzplatte 108 vorgesehen,
ferner strahlt eine Halogenlampe 110 Lampenlicht durch
die Quarzplatte direkt auf das Substrat. Das Substrat wird auf einer
ersten Substrathalterung 112 durch eine Substrattür 102 positioniert.
Als Halogenlampe 110 kann eine Lampe ausgewählt werden,
die eine schnelle thermische Verarbeitung (RTP, Rapid Thermal Processing)
ausführen
kann. Außerdem
können in
der ersten Kammer 100 (nicht gezeigte) Extraanschlüsse vorhanden
sein. Extraanschlüsse
sind auf beiden Seiten der ersten Kammer 100 vorgesehen, ferner
ist daran eine UV-Lampe
oder eine Elektronenquelle vorgesehen, so dass die Oberflächenreaktion
der Probe (in Bezug auf den Reinigungsprozess) oder die Heizwirkung
nach der Abscheidung des Metalls erhöht wird. Um Elektronen zu erzeugen,
kann ein Wolframdraht-System verwendet werden.
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Der
Druck der ersten Kammer 100 kann durch eine Rotationspumpe 110 und
eine Turbomolekularpumpe 150 eingestellt werden. Der Druck
der ersten Kammer kann gleich oder kleiner als 108 Torr sein, so
dass ein Vakuumreinigungsprozess und ein Vakuumheizprozess ausgeführt werden
können. Derzeit
kann als Heizverfahren ein Radialheizprozess unter Verwendung der
oben genannten Halogenlampe 110 verwendet werden. Außerdem ist
die erste Kammer 100 mit einem (nicht gezeigten) Gasverarbeitungsabschnitt
verbunden, der eine getrennte Verdrahtung und ein getrenntes Ventil
aufweist, wodurch ein Gas wie etwa Wasserstoff (H2),
Nitrid (N2) oder Argon (Ar) eingeleitet
werden können.
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Beispielsweise
kann in dem Fall, in dem die Pumpendrehzahl erhöht wird und Wasserstoffgas
unter der Bedingung eingeleitet wird, dass die Temperatur in der
Kammer nicht weniger als 750°C
beträgt und
der Druck nicht höher
als 1 Torr ist, der Reinigungsprozess in der ersten Kammer 100 eine
natürliche
Oxidschicht auf der Oberfläche
entfernen. Es ist als H2-Backwirkung bekannt
und kann eine erneute Oxidation der Siliciumoberfläche durch
Ausführen
eines Wasserstoffpassivierungsprozesses verhindern. Der Vakuumreinigungsprozess
wird auch unter der Bedingung ausgeführt, dass die Temperatur im
Bereich von 650–750°C liegt und
der Druck gleich oder kleiner als 10–8 Torr
ist, wobei die Oberflächenoxidschicht
durch die SiO-Verflüchtigungsreaktion
der Oxidschicht entfernt werden kann.
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Die
zweite Kammer 200 ist mit der ersten Kammer 100 über das
Schieberventil 140 verbunden. Das Schieberventil 140 kann
die Drücke
in den zwei Kammern entsprechend einstellen. Wenn das Schieberventil 140 geöffnet ist,
wird das auf der ersten Substrathalterung 112 positionierte
Substrat durch die Transportvorrichtung 106 zu der in der zweiten
Kammer positionierten zweiten Substrathalterung 202 befördert. Ähnlich wie
in der ersten Kammer 100 sind die Rotationspumpe 160 und
die Turbomolekularpumpe 150 mit der zweiten Kammer 200 verbunden,
wobei der Druck in der zweiten Kammer 200 durch diese Pumpen
eingestellt werden kann. In diesem Fall kann die Probe zwischen
den beiden Kammern durch einen Linearbewegungsdurchschub, einen
in der Kammer aufgenommenen beweglichen Motor oder einen zwischen
den Kammern vorgesehenen Roboterarm bewegt werden. Das Schieberventil 140 ist
in der Mitte des Rohrs angeordnet, um die zwei Kammern zu verbinden.
Das Schieberventil 140 steuert die Gasmenge, stellt den
Druck der Kammer ein und wird als Durchlass für die Bewegung der Probe verwendet.
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
der zweiten Kammer 200 in der Vorrichtung für die Herstellung
des SB-MOSFET in 2. Im Folgenden wird die zweite
Kammer 200 mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert. Die
zweite Kammer 200 wird bei der Bildung der Metalldünnschicht
für den
SB-MOSFET verwendet, wobei der Abscheidungsprozess durch ein Katodenzerstäubungsverfahren
oder ein Dampfabscheidungsverfahren ausgeführt wird. In der vorliegenden
Ausführungsform
wird um der bequemen Erläuterung
willen das Katodenzerstäubungsverfahren
als Beispiel beschrieben.
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Die
zweite Kammer 200 enthält
die zweite Substrathalterung 202. Das von der ersten Kammer 100 beförderte Substrat
wird auf der zweiten Substrathalterung 202 in 3 positioniert.
Das heißt, dass
das Substrat auf einer Probenhalterung 204 und auf einem
automatischen Hebesystem 208 angebracht wird, um einen
vorgegebenen Prozess auszuführen,
woraufhin es zu einer mittleren Schicht 206 bewegt wird,
um den Katodenzerstäubungs-Abscheidungsprozess
auszuführen.
Die mittlere Schicht 206 schafft den dichten Raum, wenn
der Katodenzerstäubungs-Abscheidungsprozess
ausgeführt
wird. Wenn die Probenhalterung 204 und die zweite Substrathalterung 202,
auf denen das Substrat angebracht ist, zur mittleren Schicht angehoben
werden, wie in 3 gezeigt ist, bewegt sich die
Probenhalterung 204 durch das im Mittelabschnitt der mittleren
Schicht 206 gebildete Loch, so dass die zweite Substrathalterung 202 mit
der mittleren Schicht 206 in Kontakt gelangt. Daher weisen
der obere Abschnitt und der untere Abschnitt der Kammer unterschiedliche
Drücke
auf. Um beispielsweise die Temperatur schnell einzustellen, wird
die getrennte Probenhalterung 204 auf der zweiten Substrathalterung 202 in
der Kammer vorgesehen, in der eine SEG-Bildungsvorrichtung (Vorrichtung zum
selektiven epitaktischen Wachstum von Silicium) und ein Zerstäuber für die Abscheidung des
Metalls kombiniert sind. Die Substrathalterung 202 befindet
sich unter der Probenhalterung 204, wobei diese Halterungen
mit einem Heizelement versehen sind, um die Temperatur der Probe
entsprechend einzustellen. Die Temperatur der Probe (Substrat) wird
durch ein keramisches Heizelement in der zweiten Substrathalterung 202 eingestellt,
deren Temperatur wiederum durch ein keramisches Heizelement in der
Probenhalterung 204 im Fall der Abscheidung des Metalls eingestellt
wird. Falls das Heizelement auf einem allgemeinen Hitzdraht basiert,
ist Kühlwasser
zum Absenken der Wandtemperatur der Kammer erforderlich. Um daher
die Temperatur schnell zu senken, ist die Probenhalterung 204 mit
einer Dicke von etwa 1 bis 3 cm hergestellt. An der Probenhalterung 204 und
an der zweiten Substrathalterung 202 sind Thermoelemente
vorgesehen, durch die die Temperatur des Substrats gemessen wird.
Andererseits sind die Oberflächen
der beiden Halterungen 202 und 204 vorzugsweise
nicht von einem metallischen Leiter umgeben. Das TiO2/Ti-Material,
mit dem die Oberfläche
oxidiert ist, ist für
die Halterung verfügbar.
Im anderen Fall kann die Halterung durch eine Keramik beschichtet
sein oder auf ihrem Umfang mit einer Schicht versehen sein.
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Am
oberen Abschnitt der zweiten Kammer 200 ist eine Zerstäuberkanone 216 vorgesehen,
ferner ist im vorderen Mittelabschnitt der zweiten Kammer eine Zerstäuberblende 214 vorgesehen.
Die Zerstäuberblende 214 verhindert,
dass sich die Metallabscheidung zu den beiden Seiten verteilt. Ein
Blendenanschlag 218 stellt die Größe der Öffnung der Zerstäuberblende 214 ein.
Der Zerstäubungsabscheidungsprozess
kann in einer N2- oder Ar-Atmosphäre ausgeführt werden,
wobei im Fall des Zerstäubungsverfahrens
in der Mitte der Kammer ein Target vorgesehen ist. Falls erforderlich,
kann der Abscheidungsprozess jedoch unter Verwendung von drei oder
vier Targets ausgeführt
werden.
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Alle
Reinigungsprozesse werden in dem Zustand ausgeführt, in dem die Zerstäuberblende 214 geschlossen
ist, wobei die Probenhalterung 204 3–10 cm zum Zerstäubungstarget
nach unten bewegt ist, damit sie inzwischen den Zerstäubungsabscheidungsort
erreicht. Die Temperatur der Probenhalterung 204 kann im
Bereich von der Umgebungstemperatur bis 500°C eingestellt werden. Sobald
die Zerstäuberblende
geöffnet
wird, beginnt die Metallabscheidung. Die Zerstäuberblende ist an einem Ort positioniert,
der sich anfangs in einem Abstand von etwa 0,5 bis 2 cm vom Zerstäubertarget
entfernt befindet, sobald jedoch die Zerstäuberblende geöffnet wird,
werden die Probenhalterungen in Richtung zu deren beiden Seiten
bewegt. Grundsätzlich
sind zwei Zerstäuberblenden,
wovon jede eine Einstelleinrichtung besitzt, vorgesehen. Grundsätzlich ist
eine Zerstäuberkanone 216 vorgesehen,
falls jedoch erforderlich, können
2 bis 4 Zerstäuberkanonen
vorgesehen sein, so dass sie für
eine gemeinsame Abscheidung oder eine mehrlagige Dünnschichtabscheidung verwendet
werden können.
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Nachdem
der Katodenzerstäubungsabscheidungsprozess
beendet worden ist, wird die zweite Substrathalterung 202 durch
die automatische Hebeeinrichtung nach unten bewegt. Wie in 3 gezeigt ist,
ist die zweite Substrathalterung 202 auf der oberen Platte
der automatischen Hebeeinrichtung 208 vorgesehen. Die Größe der Probenhalterung 204 ist kleiner
als in dem Fall, in dem die Temperatur des Substrats durch das (nicht
gezeigte) Thermoelement gemessen wird, wobei die Thermoelemente
an der zweiten Substrathalterung 202 und an der Probenhalterung 204 an
der automatischen Hebeeinrichtung 208 befestigt sind. Die
zweite Substrathalterung 202 und die Probenhalterung 204 können ein
Verfahren, das auf einem geradlinig sich bewegenden Stab beruht,
oder ein Verfahren, das auf einem Roboterarm beruht, verwenden.
Die obige Erläuterung
der zweiten Substrathalterung 202 kann auch auf die erste Substrathalterung
(112 in 2) Anwendung finden.
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Das
Trägergas
in der zweiten Kammer 200 wird unabhängig in den oberen Abschnitt
und in den unteren Abschnitt beiderseits der mittleren Schicht 206 durch
zwei Ventile 210 und 212 eingeleitet, wobei die
Vakuumzustände
im oberen und im unteren Abschnitt voneinander verschieden sein
können.
Daher ist der mittlere Abschnitt der mittleren Schicht 206 der
zweiten Kammer 200 vollkommen abgedichtet, so dass ein
ultrahohes Vakuum und eine ultrahohe Reinheit aufrechterhalten werden
können.
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Im
Folgenden wird ein Beispiel für
den Fertigungsprozess des SB-MOSFET durch die zweite Kammer 200 beschrieben.
Um die Kristallgrenzfläche
zu entspannen und um eine Opferlage zu bilden, bevor das Metall
unter Verwendung der zweiten Kammer 200 abgelagert wird,
kann das SEG mittels des Ultrahochvakuum-CVD-Verfahrens (UHVCVD) abgeschieden werden.
Wenn Si2H6-Gas,
das die Siliciumquelle darstellt, in einer bestimmten Menge unter
der Bedingung strömt,
dass die Temperatur des Substrats im Bereich von 550 bis 700°C gehalten wird
und der Basisdruck gleich oder niedriger als 10–8 Torr
ist, kann ein selektives Wachstum einer Einkristall-Siliciumschicht
mit einer Dicke im Bereich von 200 bis 500 Å lediglich auf einem aktiven
Abschnitt erzielt werden. Um das SEG unter Verwendung des UHVCVD
zu implementieren, werden sowohl ein GeH4-Gas
als auch Silicium eingeleitet, so dass ein SiGe-SEG implementiert
wird. Mit anderen Worten, die Probe (oder das Substrat), die aus
der ersten Kammer 100 bewegt wird, wird auf der zweiten
Halterung 202 der zweiten Kammer 200 positioniert
und der SEG-Prozess kann fortgesetzt werden, wenn die Temperatur
einen bestimmten Wert erreicht. Nach Beendigung des SEG-Prozesses
wird die Probenhalterung 202 um 5 bis 20 cm durch die automatische Hebeeinrichtung 208 nach
oben bewegt, woraufhin die Metallschicht unter Verwendung des Katodenzerstäubungsverfahrens
abgeschieden wird. Die automatische Hebeeinrichtung 208 kann
eine Selbstrotationsfunktion haben.
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Das
Wachstum des Opfer-Siliciums und die Metallschichtabscheidung können in
getrennten Kammern erfolgen. In dem Fall, in dem der Metallschicht-Abscheidungsprozess
und der SEG-Prozess nicht gemeinsam erfolgen können, werden sie unterteilt,
um Cluster zu bilden. Der In-situ-Prozess kann ausgeführt werden
und die Probe kann durch den Roboterarm bewegt werden.
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Im
Folgenden wird mit Bezug auf 1 der Prozess
der Fertigung des Schottky-Übergang-MOSFET
beschrieben.
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Auf
einer Isolierschicht 10 eines SOI-Substrats (Silicium-auf-Isolator-Substrat)
wird eine Siliciumlage 12 gebildet. Auf der Siliciumlage 12 wird
eine Gateoxidschicht 14 gebildet, woraufhin auf der Gateoxidschicht 14 eine
Gate-Elektrode 16 gebildet wird und ein Abstandhalter 18 gebildet
und geätzt
wird.
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Anschließend werden
eine Reihe von Prozessen unter Verwendung der Vorrichtung für die Fertigung
des SB-MOSFET ausgeführt,
etwa der Reinigungsprozess vor dem Metallabscheidungsprozess, der
Prozess des Wachstums einer Opfer-Oxidschicht vor dem Metallabscheidungsprozess,
der Metallabscheidungsprozess selbst und der Heizprozess für die Silicid-Reaktion
nach dem Metallabscheidungsprozess. In diesem Fall werden vorzugsweise
der Reinigungsprozess vor dem Metallabscheidungsprozess und der
Heizprozess für
die Silicid-Reaktion nach dem Metallabscheidungsprozess in der ersten
Kammer ausgeführt,
während
der Prozess des Wachstums der Opfer-Oxidschicht vor dem Metallabscheidungsprozess
und der Metallabscheidungsprozess selbst in der zweiten Kammer ausgeführt werden.
Durch ein solches Verfahren kann ein Stapelprozess ausgeführt werden,
ohne dass das Substrat während
des oben genannten Prozesses der Außenluft ausgesetzt wird.
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Zunächst kann
der Reinigungsprozess vor dem Metallabscheidungsprozess den Ex-situ-Reinigungsprozess
und den In-situ-Reinigungsprozess umfassen, wobei der Ex-situ-Reinigungsprozess eine
Nachätzungsbehandlung
anhand eines Niedrigleistungsplasmas und den Reinigungsprozess auf der
Grundlage des Nassätzungsbades
nach der Ätzung
des Musters bewerkstelligt.
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Die
Niedrigleistungsplasma-Behandlung in dem Ex-situ-Reinigungsprozess
dient dazu, die Beschädigungsschicht,
die nach der Bildung der Gate-Elektrode gebildet wird, effizient
zu beseitigen. Beispielsweise kann die Niedrigleistungsplasma-Behandlung unter
der Bedingung erfolgen, dass NF3-Gas mit
10 bis 50 sccm, O2-Gas mit 20 bis 100 sccm und He- oder
Ar-Gas mit 50 bis 2000 sccm eingeleitet werden, dass die Leistung
5 bis 50 W beträgt und
dass der Druck im Bereich von 0,1 bis 5 mTorr liegt. Die Beseitigung
der Oxidschicht in dem Nassätzungsbad
wird unter Verwendung einer verdünnten HF-Lösung ausgeführt. Die
HF-Lösung
ist auf 50 bis 500 : 1 mit DI-Wasser (deionisiertes Wasser) verdünnt. Vor
der HF-Lösungsbehandlung
werden organische Substanzen durch verdünnte Schwefelsäure (H2SO4 : H2O2 = 1 : 1) während 60 bis 600 Sekunden entfernt.
Die durch die HF-Lösung
behandelte Probe passiviert die Oberfläche mit dem Wasserstoff auf wenigstens
90%.
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Wenn
dann die Probe in der ersten Kammer (100 in 2)
positioniert wird, um den In-situ-Reinigungsprozess auszuführen, werden
ein Vakuumreinigungsprozess oder ein H2-Backprozess
ausgeführt.
Der Vakuumreinigungsprozess wird bei der Temperatur von 650 bis
750°C und
im Ultravakuumzustand, bei dem der Druck gleich oder kleiner als 10–8 Torr
beträgt,
während
60 bis 300 Sekunden ausgeführt.
Der H2-Backprozess wird während 60
bis 300 Sekunden unter der Bedingung ausgeführt, dass das H2-Gas
in einer Menge von 0,5 bis 50 slm strömt, der Druck im Bereich von
0,1 bis 10 Torr liegt und die Temperatur im Bereich von 700 bis
900°C liegt.
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Der
Prozess für
die Bildung der Opfer-Oxidschicht vor dem Metallabscheidungsprozess
wird durch ein UHVCVD-Verfahren nach dem In-situ-Reinigungsprozess
ausgeführt.
Das heißt,
dass das Substrat auf einem Druck, der gleich oder kleiner als 10–8 Torr
ist, und bei der Temperatur im Bereich von 550 bis 750°C während 10
bis 500 Sekunden gehalten wird und dass Si2H6- oder SiH4-Gas
mit 1 bis 50 sccm in die Kammer eingeleitet wird, wodurch eine selektive
epitaktische Siliciumlage mit einer Dicke im Bereich von 100 bis
500 Å aufwächst. Andererseits kann
das SiGe-SEG als Opfer-Oxidschicht geeignet sein. Das SiGe-SEG wird
durch das UHVCVD-Verfahren abgeschieden. Das heißt, dass das Substrat auf einem
Druck, der gleich oder kleiner als 10–8 Torr ist,
und bei der Temperatur im Bereich von 550 bis 750°C während 100
bis 500 Sekunden gehalten wird, und dass Si2H6- oder GeH4-Gas
mit 1 bis 50 sccm in die Kammer eingeleitet wird, wodurch das SiGe-SEG mit
einer Dicke im Bereich von 100 bis 500 Å aufwächst. Andererseits kann der
Prozess für
die Bildung der Opfer-Oxidschicht vor dem Metallabscheidungsprozess
weggelassen werden. Nach Abschluss der Abscheidung des SEG wird
die Probenhalterung unter Verwendung der automatischen Hebeeinrichtung
um etwa 5 bis 20 cm nach oben bewegt, woraufhin der Metallabscheidungsprozess ausgeführt wird.
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Der
Metallabscheidungsprozess wird bei einem Druck im Bereich von 0,005
bis 50 Torr in der Ar- oder N2-Atmosphäre ausgeführt. Der
gesamte Reinigungsprozess wird in dem Zustand ausgeführt, in dem
die Zerstäuberblende
geschlossen ist, wobei der Metallabscheidungsprozess beginnt, sobald
die Probenhalterung unter das Zerstäubertarget bewegt worden ist,
um den Zerstäubungsabscheidungsort
zu erreichen, woraufhin die Zerstäuberblende geöffnet wird.
Die Dicke der abgeschiedenen Metallschicht beträgt beispielsweise 50 bis 500 Å. Nach
der Abscheidung der Metallschicht wird die Probenhalterung wieder
zum ursprünglichen
Ort (über
der Substrathalterung) zurückgeführt.
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Als
Nächstes
kann der Heizprozess für
die Bildung des Silicids nach dem Metallabscheidungsprozess in einer
getrennten Kammer ausgeführt
werden, außerdem
kann der In-situ-Reinigungsprozess unter Verwendung der ersten Kammer
ausgeführt werden.
Der Reinigungsprozess vor dem Metallabscheidungsprozess und der
Heizprozess für
die Bildung von Silicid werden gleichzeitig ausgeführt. Unter
der Halogenlampe ist eine Quarzplatte vorgesehen, wobei die Heizgeschwindigkeit
beispielsweise 10 bis 100°C/s
betragen kann. Der Druck kann gleich oder niedriger als 10–8 Torr
sein und der Heizprozess für
die Silicid-Reaktion
kann einen schnellen thermischen Prozess und einen isothermischen
Prozess verwenden. Die Bildung von Silicid durch den schnellen thermischen
Prozess wird im Allgemeinen als primärer thermischer Prozess bezeichnet,
wobei ein schneller thermischer Prozess im Bereich von 500 bis 1200°C (0 bis
60 s) entsprechend der Metallart geeignet ist. Anderseits bildet
der isothermische Prozess einen sekundären thermischen Prozess, der
bei einer niedrigen Temperatur im Bereich von 200 bis 800°C während 30
bis 300 Minuten ausgeführt
wird. Entsprechend der Metallart wird entweder nur der primäre thermische
Prozess ausgeführt
oder es werden der primäre
und der sekundäre
thermische Prozess ausgeführt.
Das heißt,
dass der thermische Prozess durch das Metall bestimmt werden kann.
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In
dem Verfahren für
die Fertigung des hyperfeinen SB-MOSFET kann eine Optimierung des Prozesses
erzielt werden. Da der Reinigungsprozess vor Ort während des
Metallabscheidungsprozesses ausgeführt werden kann und der thermische
Silicid-Prozess in-situ nach der Metallabscheidung ausgeführt werden
kann, können
die Anhaftung unnötiger
Verunreinigungen und eine unnötige
Oxidation verhindert werden. Da außerdem der Reinigungsprozess
vor dem Metallabscheidungsprozess und der thermische Prozess nach
dem Metallabscheidungsprozess in einer einzigen Kammer ausgeführt werden
können,
können
die Ausrüstungskosten
verringert werden, außerdem
kann Raum eingespart werden. Da der UHVCVD-SEG-Prozess und der Metallabscheidungsprozess
in derselben Kammer ausgeführt
werden können,
kann eine Optimierung des Prozesses erzielt werden und kann ein
wirtschaftlicher Vorteil erhalten werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen
hiervon veranschaulicht und beschrieben worden ist, sollte die vorliegende
Erfindung nicht so verstanden werden, dass sie auf die bestimmte
Ausführungsform
eingeschränkt
ist, vielmehr kann der Fachmann die vorangehenden und verschiedene
andere Änderungen, Weglassungen
und Hinzufügungen
daran vornehmen, ohne vom Erfindungsgedanken und vom Umfang der
vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Zusammenfassung
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In
einem Prozess für
die Fertigung einer hyperfeinen Halbleitervorrichtung werden eine
Vorrichtung für
die Fertigung einer Halbleitervorrichtung wie etwa eines Schottky-Übergang-MOSFET
und ein Verfahren für
die Fertigung der Halbleitervorrichtung unter Verwendung dieser
Vorrichtung geschaffen. Zwei Kammern sind miteinander verbunden.
Ein Reinigungsprozess, ein Metalllagen-Bildungsprozess und nachfolgende
Prozesse können
vor Ort unter Verwendung der beiden Kammern ausgeführt werden,
wodurch die Anhaftung unnötiger
Verunreinigungen und die Bildung des Oxids verhindert werden können und
die Optimierung des Prozesses erzielt wird.
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