DE19735990A1 - Verfahren zur Bildung eines ZrN-Films unter Verwendung einer CVD-Vorrichtung - Google Patents
Verfahren zur Bildung eines ZrN-Films unter Verwendung einer CVD-VorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines ZrN-
Films unter Verwendung einer chemischen Dampfabscheidungs(CVD)-
Vorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfah
ren zur Bildung eines ZrN-Films, das in einfacher Weise bei der Beschal
tung oder bei einer hochdielektrischen Filmelektrode angewandt werden
kann, unter Verwendung einer CVD-Vorrichtung.
Im allgemeinen sind CVD-Verfahren Verfahren zur Bildung eines er
wünschten Films durch Zuführen einer oder mehrerer Verbindung(en)
oder eines einfachen Gases, das aus den Filmmaterialien besteht, auf ei
nem Substrat zur Bildung eines erwünschten Films durch chemische Um
setzungen in einem gasförmigen Zustand oder auf der Oberfläche des Sub
strats.
Diese CVD-Verfahren stammen aus der Entwicklung der Technik für epi
taxiales Wachstum, wobei die hoch entwickelte Technik für Vorrichtungen
fortentwickelt worden ist, um derzeit eine Grundtechnik auf dem LSI-Ge
biet vorzusehen.
Da die CVD-Filmbildung auf der Anwendung chemischer Reaktionen be
ruht, sind Faktoren, wie Temperatur, Druck, Mischungsverhältnis von
Gasen und Konzentration sehr wichtig. In Abhängigkeit des Typs und des
Ziels des durch CVD-Verfahren zu bildenden Films, sollten beispielsweise
Materialien, Reaktionstyp und Aufbau des Reaktors vorausgehend sorg
fältig geprüft werden.
Die Materialien, welche durch ein CVD-Verfahren gebildet werden kön
nen, werden in Abhängigkeit des Typs der Materialien, wie amorphe Mate
rialien (Isolationsfilm), Polykristalle (Polysilizium), Monokristalle (Silizi
um, Germanium) oder des Filmtyps, wie Isolationsfilm, Metallfilm oder
Halbleiterfilm, bestimmt.
Ein Verfahren zur Bildung eines Films unter Verwendung eines herkömm
lichen CVD-Verfahrens wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und
2 beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Aufbau einer CVD-Vorrichtung, welche ein Verfahren zur
Filmbildung unter Verwendung eines herkömmlichen, thermischen CVD-
Verfahrens erläutert. In der Vorrichtung sind eine Reaktionskammer 10,
ein Suszeptor bzw. eine Aufnahmeeinrichtung 11, weiche horizontal in der
Reaktionskammer angeordnet ist, ein Duschkopf bzw. eine Brause 13 und
ein Wafer 12 auf der Aufnahmeeinrichtung 11 vorgesehen. Weiterhin sind
im oberen Teil der Reaktionskammer 10 ein erstes Gaszufuhrrohr 14, wel
ches mit der Brause 13 verbunden ist, und ein ersten Regulierventil 15,
welches den Gasstrom des ersten Gaszufuhrrohrs 14 reguliert, vorgese
hen. Auf der linken Seite der Reaktionskammer 10 sind eine Flüssigkeits
quelle, eine Thermostatkammer 18, welche durch konstantes Verdampfen
der Flüssigkeitsquelle Gas erzeugt ein zweites Gaszufuhrrohr 16, durch
welches das Gas strömt, und ein zweites Regulierventil 17, welches den
Gasstrom des zweiten Gaszufuhrrohrs 16 reguliert, vorgesehen.
Gemäß dem herkömmlichen Verfahren der Filmbildung, wie oben be
schrieben, wird ein TiN-Film nach dem thermischen CVD-Modus unter
Verwendung von Ti[N(C₂H₅)₂]₄, Ti[N(CH₃)₂]₄ oder Ti(N(CH₃)(C₂H₅)]₄ als
dessen Quelle abgeschieden. Im unteren Teil der Reaktionskammer 10 der
CVD-Vorrichtung wird der Wafer 12 auf der Aufnahmeeinrichtung 11, wel
che eine Heizfunktion besitzt, angeordnet. Dann wird das zweite Regulier
ventil 17 geöffnet, so daß eine Quelle, welche aus der Ti[N(C₂H₅)₂]₄,
Ti[N(CH₃)₂]₄ oder Ti(N(CH₃)(C₂H₅)]₄ umfassenden Gruppe gewählt wird,
unter Verwendung eines Trägergases, wie He, Ar, H₂, NH₃, He und ein
Mischgas hiervon, der Brause 13 in der Reaktionskammer 10 zugeführt
wird. Ebenso wird das erste Regulierventil geöffnet, so daß das Reaktions
gas, wie N₂, H₂, NH₃, He oder ein Mischgas hiervon, in die Brause 13 der
Reaktionskammer 10 strömt, um dadurch den TiN-Film auf dem Wafer 12
aus Dampf abzuscheiden.
Andererseits zeigt Fig. 2 den Aufbau einer CVD-Vorrichtung, welche ein
Verfahren der Filmbildung unter Verwendung des herkömmlichen Plas
ma-CVD-Verfahrens erläutert. Bei dieser Vorrichtung sind eine Reak
tionskammer 20, eine Aufnahmeeinrichtung 21, welche horizontal in der
Reaktionskammer 20 angeordnet ist, ein Duschkopf bzw. eine Brause 23
und ein Wafer 22 auf der Aufnahmeeinrichtung 21 vorgesehen. Zusätzlich
sind im oberen Teil der Reaktionskammer 20 ein erstes Gaszufuhrrohr 24,
welches mit der Brause 23 verbunden ist, ein erstes Regulierventil 25, wel
ches den Gasstrom des ersten Gaszufuhrrohrs 24 reguliert, und ein RF-
Generator 29, welcher das durch das erste Regulierventil 25 strömende
Gas aktiviert, vorgesehen. Linksseitig der Reaktionskammer 20 sind eine
Flüssigkeitsquelle, eine Thermostatkammer 28, welche durch konstantes
Verdampfen der Flüssigkeitsquelle Gas erzeugt, ein zweites Gaszufuhr
rohr 26, durch welches das Gas strömt, und ein zweites Regulierventil 27,
welches den Gasstrom des zweiten Gaszufuhrrohrs 26 reguliert, vorgese
hen.
Gemäß dem herkömmlichen Verfahren der Filmbildung, wie oben be
schrieben, wird ein TiN-Film nach dem Plasma-CVD-Modus unter Verwen
dung von Ti[N(C₂H₅)₂]₄, Ti[N(CH₃)₂J₄ oder Ti[N(CH₃)(C₂H₅)]₄ als dessen
Quelle abgeschieden. Im unteren Teil der Reaktionskammer 20 der CVD-
Vorrichtung wird der Wafer 22 auf der Aufnahmeeinrichtung 21, welche ei
ne Heizfunktion besitzt, angeordnet. Dann wird das zweite Regulierventil
27 geöffnet, so daß eine Quelle, wie Ti[N(C₂H₅)₂]₄ oder Ti[N(CH₃)₂]₄, in
der Thermostatkammer unter Verwendung eines Trägergases, wie He, Ar,
H₂, N₂ und ein Mischgas hiervon, der Brause 23 in der Reaktionskammer
zugeführt wird. Nach Aktivieren des Reaktionsgases, wie N₂, H₂, NH₃, He
und eines Mischgases hiervon, durch Anlegen eines Stroms von 0,01-5 kW
mittels des RF-Generators 29 strömt das Reaktionsgas in die Brause 23
der Reaktionskammer 20, um auf dem Wafer 22 den TiN-Film aus Dampf
abzuscheiden.
Gemäß den herkömmlichen Techniken wird der TiN-Film durch das CVD-
Verfahren gebildet und als Diffusionssperre, Haftschicht oder Ta₂O₅-
oder BST-Elektrode verwendet. Um jedoch eine gute Stufenabdeckung
aufgrund der Verringerung der Merkmalsgröße der Vorrichtung sicherzu
stellen, ist das CVD-Verfahren unter Verwendung von TiN bei der Anwen
dung aufgrund des instabil abgeschiedenen Films, d. h. aufgrund des Alte
rungseffektes, oder einer hohen Abscheidungstemperatur, beschränkt.
Die vorliegende Erfindung ist daher auf ein Verfahren zur Bildung eines
ZrN-Films unter Verwendung einer CVD-Vorrichtung gerichtet, welches
im wesentlichen eines oder mehrere der Probleme aufgrund von Beschrän
kungen und Nachteilen des Standes der Technik überwindet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bildung eines
ZrN-Films unter Verwendung einer CVD-Vorrichtung vorzusehen, wel
ches Verfahren die Filmdicke verringern und einen stabileren Film vorse
hen kann.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteil
hafte bzw. bevorzugte Ausführungsformen des anmeldungsgemäßen Ver
fahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Bildung eines ZrN-
Films unter Verwendung einer CVD-Vorrichtung, umfassend die Schritte:
Einbringen eines Substrats in eine Kammer der CVD-Vorrichtung;
Vorsehen einer Zirkonium und Stickstoff beinhaltenden Quelle;
Verdampfen der Quelle, um ein Quellengas zu erzeugen;
Zuführen des Quellengases und eines reaktiven Gases in die Kammer, um auf dem Substrat einen ZrN-Film zu bilden.
Einbringen eines Substrats in eine Kammer der CVD-Vorrichtung;
Vorsehen einer Zirkonium und Stickstoff beinhaltenden Quelle;
Verdampfen der Quelle, um ein Quellengas zu erzeugen;
Zuführen des Quellengases und eines reaktiven Gases in die Kammer, um auf dem Substrat einen ZrN-Film zu bilden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zei
gen
Fig. 1 eine graphische Darstellung des Aufbaus einer CVD-Vorrichtung,
welche ein Verfahren zur Filmbildung unter Verwendung eines herkömm
lichen thermischen CVD-Verfahrens erläutert;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Aufbaus einer CVD-Vorrichtung,
welche ein Verfahren zur Filmbildung unter Verwendung eines herkömm
lichen Plasma-CVD-Verfahrens erläutert;
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Aufbaus einer CVD-Vorrichtung,
welche ein Verfahren der Filmbildung unter Verwendung eines thermi
schen CVD-Verfahrens gemäß der Erfindung erläutert; und
Fig. 4 eine graphische Darstellung des Aufbaus einer CVD-Vorrichtung,
welche ein Verfahren der Filmbildung unter Verwendung eines Plasma-
CVD-Verfahrens gemäß der Erfindung erläutert.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevor
zugte Ausführungsformen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeich
nungen gezeigt sind, näher erläutert.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des Aufbaus einer CVD-Vorrichtung,
welche ein Verfahren der Filmbildung unter Verwendung eines thermi
schen CVD-Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung veranschaulicht. Diese Vorrichtung besitzt eine Reaktions
kammer 30, eine Aufnahmeeinrichtung 31, welche horizontal in der Reak
tionskammer 30 angeordnet ist, ein Duschkopf bzw. eine Brause 33 und
einen Wafer 32 auf der Aufnahmeeinrichtung 31. Weiterhin sind im oberen
Teil der Reaktionskammer 30 ein erstes Gaszufuhrrohr 34, welches mit
der Brause 33 verbunden ist, und ein erstes Regulierventil 35, welches den
Gasstrom des ersten Gaszufuhrrohrs 34 reguliert, vorgesehen. Auf der lin
ken Seite der Reaktionskammer 30 sind eine Flüssigkeitsquelle, eine Ther
mostatkammer 38, welche durch konstantes Verdampfen der Flüssig
keitsquelle Gas erzeugt, ein zweites Gaszufuhrrohr 36, durch welches das
Gas strömt, und ein zweites Regulierventil 37, welches den Gasstrom des
zweiten Gaszufuhrrohrs 36 reguliert, vorgesehen.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren der Filmbildung wird der Wafer
32 auf der Aufnahmeeinrichtung 31, welche eine Heizfunktion besitzt, im
unteren Teil der Reaktionskammer 30 angeordnet. Dann wird das zweite
Regulierventil 37 geöffnet, so daß eine Quelle, gewählt aus der
Zr[N(CH₃)₂]₄ Zr[N(C₂H₅)₂]₄ und Zr[N(CH₃) (C₂H₅)]₄ umfassenden
Gruppe, in der Thermostatkammer 38 unter Verwendung eines Trägerga
ses, wie He, Ar, H₂, N₂ und ein Mischgas hiervon, der Brause 33 in der Re
aktionskammer 30 zugeführt wird. Hierbei ist es bevorzugt, daß die bei et
wa 40-200°C verdampfte Quelle in die Brause 33 der Reaktionskammer
zusammen mit dem Reaktionsgas, wie N₂, H₂, NH₃, He und ein Mischgas
hiervon, strömt. Ebenso wird das erste Regulierventil 35 geöffnet, so daß
das Reaktionsgas, wie N₂, H₂, NH₃, He oder ein Mischgas hiervon, in die
Brause 33 der Reaktionskammer 30 strömt, um das CVD-Verfahren
durchzuführen. Hierbei wird der ZrN-Film auf einem Halbleiter, wie einem
Verbundhalbleiter aus Silizium und GaAs oder dergleichen, einem Dielek
trikum, wie SiO₂, SiN₄, Polymeren oder dergleichen, einem Metall, wie Ti,
Cu, Al, W, Mo oder dergleichen, einem hochdielektrischen Film, wie
Ta₂O₅, BST, PZT oder dergleichen, abgeschieden.
Er kann als Kondensatorelektrode verwendet werden, bei welcher ein Die
lektrikum, wie Ta₂O₅, BST oder dergleichen auf dem ZrN-Film aus Dampf
abgeschieden und darauf ein weiterer ZrN-Film gebildet wird.
Bei der Bildung des ZrN-Films beträgt die Dampfabscheidetemperatur in
der Reaktionskammer 25-450°C, und der Druck beträgt 0,1333 Pa-
101,32 kPa (10-3-760 Torr).
Weiterhin ist es nach Bildung des ZrN-Films bevorzugt, eine Temperung
bei 500°C oder höher in N₂/H₂, NH₃, oder N₂/H₂/NH₃-Atmosphäre
durchzuführen, um Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, zu verringern, jedoch
die Dichte des Films zu erhöhen.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des Aufbaus einer CVD-Vorrichtung,
welche ein Verfahren der Filmbildung unter Anwendung eines Verfahrens
der chemischen Dampfabscheidung im Plasma (PECVD) gemäß der zwei
ten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Bei dieser Vorrich
tung sind eine Reaktionskammer 40, eine Aufnahmeeinrichtung 41, wel
che horizontal in der Reaktionskammer 40 angeordnet ist, ein Duschkopf
bzw. eine Brause 43 und ein Wafer 42 auf der Aufnahmeeinrichtung 41
vorgesehen. Weiterhin sind im oberen Teil der Reaktionskammer 40 ein er
stes Gaszufuhrrohr 44, welches mit der Brause 43 verbunden ist, ein er
stes Regulierventil 45, welches den Gasstrom des ersten Gaszufuhrrohrs
44 reguliert, und ein RF-Generator 49, welcher das durch das erste Regu
lierventil 45 strömende Gas aktiviert, vorgesehen. Linksseitig der Reak
tionskammer 40 sind eine Flüssigkeitsquelle, eine Thermostatkammer 48,
welche durch konstantes Verdampfen der Flüssigkeitsquelle Gas erzeugt,
ein zweites Gaszufuhrrohr 46, durch welches das Gas strömt, und ein
zweites Regulierventil 47, welches den Gasstrom des zweiten Gaszufuhr
rohrs 46 reguliert, vorgesehen.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren der Filmbildung wird der Wafer
42 auf der Aufnahmeeinrichtung 41, welche eine Heizfunktion besitzt, im
unteren Teil der Reaktionskammer 40 angeordnet. Dann wird das zweite
Regulierventil 47 geöffnet, so daß eine Quelle, gewählt aus der
Zr[N(CH₃)₂]₄, Zr[N(C₂H₅)₂]₄ und Zr[N(CH₃)(C₂H₅)]₄ umfassenden
Gruppe, in der Thermostatkammer 48 unter Verwendung eines Trägerga
ses, wie He, M, H₂, N₂ und ein Mischgas hiervon, der Brause 43 in der Re
aktionskammer 40 zugeführt wird.
Hierbei ist es bevorzugt, daß die bei etwa 40-200°C verdampfte Quelle in
die Brause 43 der Reaktionskammer zusammen mit dem Reaktionsgas,
wie N₂, H₂, NH₃, He und ein Mischgas hiervon, strömt. Nach Aktivieren
des Reaktionsgases durch Öffnen des ersten Regulierventils 45, um einen
Strom von 10-500 kW mittels des RF-Generators 49 anzulegen, strömt
das Reaktionsgas in die Brause 43 der Reaktionskammer 40, um dadurch
den ZrN-Film auf dem Wafer 42 aus Dampf abzuscheiden.
Hierbei wird der ZrN-Film auf einem Halbleiter, wie einem Verbundhalblei
ter aus Silizium und GaAs oder dergleichen, einem Dielektrikum, wie
SiO₂, SiN₄, Polymeren oder dergleichen, einem Metall, wie Ti, Cu, Al, W,
Mo oder dergleichen, einem hochdielektrischen Film, wie Ta₂O₅, BST, PZT
oder dergleichen, abgeschieden.
Er kann als Kondensatorelektrode verwendet werden, wobei ein Dielektri
kum, wie Ta₂O₅, BST oder dergleichen auf dem ZrN-Film und darauf ein
weiterer ZrN-Film abgeschieden werden.
Bei der Bildung des ZrN-Films beträgt die Dampfabscheidtemperatur in
der Reaktionskammer 25-450°C, und der Druck beträgt 0,1333 Pa-
101,32 kPa (10-3-760 Torr).
Weiterhin ist es bevorzugt nach Bildung des ZrN-Films eine Temperung
bei 500°C oder höher in N₂/H₂, NH₃, oder N₂/H₂/NH₃-Atmosphäre
durchzuführen, um Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, zu verringern, jedoch
die Dichte des Films zu erhöhen.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung ist der ZrN-Film stabiler und
besitzt eine geringere Resistivität als der TiN-Film, und verringert die
Dicke des Diffusionsfilms und den schädlichen Widerstand. Weiterhin er
zielt man eine Steigerung der Operationsrate an Elementen aufgrund einer
Verringerung der RC-Zeitkonstante.
Claims (13)
1. Verfahren zur Bildung eines ZrN-Films unter Verwendung einer
CVD-Vorrichtung, umfassend die Schritte:
Einbringen eines Substrats in eine Kammer (30, 40) der CVD-Vor richtung;
Vorsehen einer Zirkonium und Stickstoff beinhaltenden Quelle;
Verdampfen der Quelle, um ein Quellengas zu erzeugen;
Zuführen des Quellengases und eines reaktiven Gases in die Kammer (30, 40), um auf dem Substrat einen ZrN-Film zu bilden.
Einbringen eines Substrats in eine Kammer (30, 40) der CVD-Vor richtung;
Vorsehen einer Zirkonium und Stickstoff beinhaltenden Quelle;
Verdampfen der Quelle, um ein Quellengas zu erzeugen;
Zuführen des Quellengases und eines reaktiven Gases in die Kammer (30, 40), um auf dem Substrat einen ZrN-Film zu bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quelle in das Quellengas
durch ein Verdampfungsgas überführt wird, wobei das Verdampfungsgas
aus der He, Ar, N₂, H₂ und ein Mischgas hiervon umfassenden Gruppe ge
wählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das reaktive Gas aus der
N₂, He, H₂, N₂H₃ und ein Mischgas hiervon umfassenden Gruppe gewählt
wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, wobei die
Temperatur der Kammer (30, 40) während der Bildung des ZrN-Films 25-
450°C und der Druck 0,1333 Pa-101,32 kPa (10-3-760 Torr) betragen.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, wobei die
Temperatur der Quelle während der Bildung des ZrN-Films 40-200°C be
trägt.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, wobei der
ZrN-Film auf einem Halbleiter, Dielektrikum, Metall oder hochdielektri
schen Film abgeschieden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Halbleiter Silizium oder ein
Mischhalbleiter ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei es sich bei dem Dielektrikum um
SiO₂, SiN₄ oder Polymere handelt.
9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Metall aus der Ti, Cu, Al, W
und Mo umfassenden Gruppe gewählt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der hochdielektrische Film aus
der Ta₂O₅, BST und PZT umfassenden Gruppe gewählt wird.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, wobei das
CVD-Verfahren auf dem thermischen CVD-Modus beruht.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, wobei das
CVD-Verfahren auf dem Plasma-CVD-Modus beruht.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-12, wobei die
Quelle aus der Zr[N(CH₃)₂]₄ Zr[N(C₂H₅)₂]₄ und Zr[N(CH₃)(C₂H₅)]₄ um
fassenden Gruppe gewählt wird.
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