DE10137088B4 - Verfahren zum Ausbilden von siliziumhaltigen Dünnschichten mittels Atomschichtabscheidung (Atomic Layer Deposition) unter Verwendung von Aminosilanen - Google Patents

Verfahren zum Ausbilden von siliziumhaltigen Dünnschichten mittels Atomschichtabscheidung (Atomic Layer Deposition) unter Verwendung von Aminosilanen Download PDF

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Abstract

Atomschichtabscheidungsverfahren zum Ausbilden einer festen Dünnschicht, die Silizium enthält, das folgende Schritte aufweist:
a) Anordnen eines Substrats in einer Kammer;
b) Injizieren eines ersten ein Aminosilan und damit Silizium enthaltenden Reaktionsmittels in die Kammer, wobei das erste Reaktionsmittel zumindest eines ist, das aus der Gruppe bestehend aus Si[N(CH3)2]4, SiH[N(CH3)2]3, SiH2[N(CH3)2]2, und SiH3[N(CH3)2] ausgewählt worden ist;
c) Chemisorbieren eines ersten Teils des ersten Reaktionsmittels auf dem Substrat und Physisorbieren eines zweiten Teils des ersten Reaktionsmittels auf dem Substrat;
d) Entfernen des physisorbierten zweiten Teils des ersten Reaktionsmittels von dem Substrat;
e) Injizieren eines zweiten Reaktionsmittels in die Kammer;
f) Chemisches Reagieren eines ersten Teils des zweiten Reaktionsmittels mit dem chemisorbierten ersten Teil des ersten Reaktionsmittels, um einen siliziumhaltigen Feststoff auf dem Substrat auszubilden; und
g) Entfernen des Teils des zweiten Reaktionsmittels, der nicht chemisch reagiert hat, aus der Kammer.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden von Si3N4 und SiO2-Dünnschichten unter Verwendung eines Atomschichtabscheidungsverfahrens (Atomic Layer Deposition) und bei Benutzung eines ersten Reaktionsmittels aus der Gruppe bestehend aus Si[N(CH3)2]4, SiH[N(CH3)2]3, SiH2[N(CH3)2]2, und SiH3[N(CH3)2]. Trisdimethylaminosilan, SiH[N(CH3)2]3, wird im folgenden als "TDMAs" abgekürzt.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Im allgemeinen werden Si3N4- und SiO2-Dünnschichten bei Halbleitervorrichtungen unter Verwendung von Abscheidungsverfahren wie beispielsweise Chemical Vapor Deposition (CVD), Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD), und Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) ausgebildet.
  • CVD-basierte Verfahren weisen oftmals Nachteile auf, die ihre Brauchbarkeit bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, die von dem Einschluß dünner Schichten aus Si3N4 profitieren, beschränken. Bei einem typischen CVD-Verfahren wird eine dünne Schicht aus Si3N4 bei einer relativ hohen Temperatur abgeschieden, was aufgrund der Möglichkeit von nachteiligen Temperatureffekten auf der Vorrichtung im allgemeinen weniger bevorzugt wird, als eine niedrigere Verfahrenstemperatur. Eine Si3N4-Schicht, die durch CVD abgeschieden worden ist, neigt ebenso zu geometrischen Störungen, wie Dickenabweichungen entlang der Oberfläche der Vorrichtung verursachen. Die Dicke der dünnen Schicht, die um dichtgepackte Strukturen bzw. Merkmale auf der Oberfläche ausgebildet ist, kann geringer sein, als die Dicke der Schicht um die weniger dichtgepackten Merkmale. Dieses Problem ist als Pattern Loading Effect (durch das Leiterbahnmuster hervorgerufener Aufladungseffekt) bekannt.
  • LPCVD weist ebenso Nachteile auf. Der Wasserstoffgehalt der durch LPCVD-hergesteliten dünnen Schicht ist üblicherweise hoch und eine Stufenabdeckung (Steg Coverage) der Oberfläche ist nicht gut. Da bei Verwendung von LPCVD die Schichtaufwachsrate relativ niedrig ist, ist die für das Wachstum einer Schicht mit einer geeigneten Dicke benötigte Verarbeitungszeit relativ lang. Die lange Verarbeitungszeit, welche das Substrat für eine lange Zeit einer relativ hohen Temperatur aussetzt, führt zu einem hohen Wärmehaushalt, der mit dem LPCVD-Verfahren verbunden ist.
  • Als eine Alternative zu den CVD-basierten Abscheidungsverfahren zur Ausbildung von Si3N4- und SiO2-Dünnschichten ist die Atomschichtabscheidung (Atomic Lager Deposition = ALD) vorgeschlagen worden. ALD ist oberflächengesteuertes Verfahren, daß in einer oberflächenkinetischen Umgebung (surface kinetic regime) durchgeführt wird und welches zu einer zweidimensionalen Schicht-für-Schicht-Abscheidung auf der Oberfläche führt. Goto et al. beschreiben ein ALD-Abscheidungsverfahren, das Dichlorsilan (DCS) und NH3-Plasma zum Ausbilden einer Si3N4-Schicht verwendet (YOKOYAMA, S., GOTO, H., u.a.: Atomic layer controlled deposition of silicon nitride and in situ growth Observation by infrared reflection absorption spectroscopy. In: Appl. Surf. Sci., 1997, Vol. 112, S. 75–81 ; GOTO, H., u.a.: Atomic layer controlled deposition of silicon nitride with self-limiting mechanism. In: Appl. Phys. Lett., 1996, Vol. 68, No.23, S. 3257–3259). Jedoch sind die Eigenschaften der dünnen Schicht, die durch das bei Goto beschriebene Verfahren hergestellt worden sind, ungenügend. Der Cl-Gehalt (0,5%) und ein O-Gehalt sind unannehmbar hoch. Dieses kombiniert mit einem gemessenen Si:N-Verhältnis von 41:37 deutet darauf hin, daß dieses Verfahren keine nahezu stoichiometrische Schicht aus Si3N4 ausbildet. Außerdem ist Aufwachsrate bzw. Wachstumsgeschwindigkeit von 0,091 nm pro Zyklus von 300 Sekunden nicht so hoch wie für kommerzielle Anwendungen nötig.
  • Klaus et al. beschreiben ein ALD-Verfahren zum Ausbilden einer Si3N4-Schicht durch ein Reagieren (bzw. Reagieren-lassen) von SiCl4 und NH3. Vergleiche US Patent 6,090,442 , und KLAUS, J. W., u.a.: Atomic layer controlled growth of Si3N4 films using sequential surface reactions. In: Surf Sci., 1998, Vol. 418, S. L14–L19. Die Eigenschaften der mit diesem Verfahren hergestellten dünnen Schicht sind besser als die bei Goto et al. erzielten. Das Verhältnis von Si:N beträgt 1:1,39 und Cl, H- und O-Gehalte sind annehmbar niedrig. Jedoch ist die Zykluszeit von 10 Minuten zum Aufwachsen einer 0,245 nm dicken Schicht zu lang, was eine kommerzielle Anwendung praktisch nicht zulässt.
  • Es ist ebenso vorgeschlagen worden, zum Abscheiden einer dünnen Si3N4-Schicht mit ALD Si2Cl6(HCD) und N2H4 zu verwenden. (MORISHITA, S., u.a.: Atomic-layer chemical-vapor-deposition of silicon-nitride. In: Appl. Surf. Sci., 1997, Vol. 112, S. 198–204). Während die Stoichiometrie und der Cl- und H-Gehalt bei derartigen Schichten geeignet ist, weisen sie einen unannehmbar hohen Sauerstoffgehalt auf, was diese Schichten ungeeignet für die vorhergehend beschriebenen Verwendungen macht.
  • ALD ist ebenso als ein Verfahren zum Abscheiden von dünnen SiO2-Schichten vorgeschlagen worden. Zum Beispiel ist vorgeschlagen worden, für diese Abscheidungsverfahren SiCl4 und H2O zu verwenden. KLAUS, J. W., u.a.: Atomic layer controlled growth of SiO2 films using binary reaction sequence chemistry. In: Appl. Phys. Lett., 1997, Vol. 70, No. 9, S. 1092–1094. Jedoch ist die Zykluszeit bei dem vorgeschlagenen Verfahren für eine kommerzielle Anwendung zu lang. US Patent Nr. 6,090,442 offenbart einen katalytischen Prozeß, bei dem eine SiO2-Schicht unter Verwendung von SiCl4 und H2O mit C5H5N oder NH3 als Katalysatormittel abgeschieden wird. Die Qualität der SiO2-Schicht, die mit diesem Verfahren erzielt werden kann, ist nicht gut, aufgrund der niedrigen Abscheidungstemperaturen: Ein Prozess bzw. ein Verfahren, das Si(NCO)4 & TEA verwendet, ist vorgeschlagen worden (YAMAGUCHI, K., u.a.: Atomic-layer chemical-vapor-deposition of silicon dioxide films with an extremely low hydrogen content. In: Appl. Surf. Sci., 1998, Vol. 130–132, S. 202–207), aber leidet ebenso an einer niedrigen Qualität aufgrund der niedrigen Prozeßtemperaturen. Das gleiche gilt für ein vorgeschlagenes Verfahren, das Si(NCO)x und H2O verwendet (MORISHITA, S., u.a.: New substances for atomic-layer deposition of silicon dioxide. In: J. Non-Cryst. Solids (Netherlands), 1995, Vol. 187, S. 66–69).
  • Die Druckschriften WO 01/40541 A1 , DE 198 53 598 A1 sowie US 6,200,893 B1 betreffen allgemein Atomschichtabscheidungsverfahren, wobei sie jedoch keinen Hinweis auf die Verwendung von Aminosilanen als Vorstufen für siliziumhaltige Schichten offenbaren.
  • Die europäischen Patentanmeldungen EP 1 146 140 A1 sowie EP 1 373 278 A1 stellen jeweils einen nachveröffentlichten Stand der Technik dar. Während die EP 1 146 140 A1 die Abscheidung gemischt metallischer Schichten bzw. von gemischten Metallverbindungen aus der Dampfphase beschreibt, offenbart die EP 1 373 278 A1 den Einsatz von Si[N(CH3)2]4 in CVD-Verfahren. Ein Verfahren mit sämtlichen Merkmalen des vorliegend beanspruchten Verfahrens ist dieser Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen.
  • Die EP 0 464 515 A1 , US 5,593,741 und die US 5,252,518 haben jeweils verschiedene Ausgestaltungen üblicher CVD-Verfahren zum Gegenstand, betreffen aber kein Atomschichtabscheidungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Daher besteht ungeachtet eines seit langem bekannten Potentials für eine umfassende Anwendung weiterhin der Bedarf nach einem neuen Verfahren zum Ausbilden von Si3N4- und SiO2-Dünnschichten, die folgenden Kriterien gehorchen: Verfahren mit einem niedrigen Wärmehaushalt; ausgezeichnete Stufenabdeckung; kein pattern loading effect; Si:N-Verhältnis, das mit Si3N4 übereinstimmt; hervorragende Dickensteuerung und -gleichförmigkeit; minimale Anzahl an Partikeleinschlüssen; niedriger Verunreinigungsgehalt und eine Schichtaufwachsrate, die kommerzielle Anwendung praktikabel macht.
  • Um die vorhergehend beschriebenen Punkte zu erzielen, wird bei der vorliegenden Erfindung eine Atomschichtabscheidung (ALD), die ein Aminosilan als ein erstes Reaktionsmittel verwendet, für die Vorbereitung von Si3N4- und SiO2-Dünnschichten eingesetzt.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist als ein Atomschichtabscheidungsverfahren zum Ausbilden einer festen Dünnfilmschicht, die Silizium enthält, ausgeführt, bei dem ein Substrat in eine Kammer geladen wird. Ein erstes Reaktionsmittel, das ein Aminosilan und somit Si enthält, wobei das erste Reaktionsmittel zumindest eines, das aus der Gruppe aus Si[N(CH3)2]4, SiH[N(CH3)2]3, SiH2[N(CH3)2]2 und SiH3[N(CH3)2] ausgewählt ist, wird in die Kammer injiziert bzw. eingeführt, wobei ein erster Teil des ersten Reaktionsmittels auf dem Substrat chemiesorbiert wird, und ein zweiter Teil des ersten Reaktionsmittels auf dem Substrat physisorbiert wird. Der physisorbierte zweite Teil des ersten Reaktionsmittels wird dann durch ein Reinigen und Ausspülen der Kammer von dem Substrat entfernt. Ein zweites Reaktionsmittel wird anschließend in die Kammer eingeführt, wobei ein erster Teil des zweiten Reaktionsmittels mit dem chemisesorbierten ersten Teil des ersten Reaktionsmittels chemisch reagiert, um eine feste siliziumhaltige Dünnschicht auf dem Substrat auszubilden. Der Teil des zweiten Reaktionsmittels, der nicht chemisch reagiert hat, wird dann aus der Kammer entfernt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet worden ist, eine Dünnfilmschicht, beispielsweise eine Siliziumnitridschicht. Das zweite Reaktionsmittel ist vorzugsweise aktiviertes NH3. Der Kammerdruck wird vorzugsweise in einem Bereich von 0,0133322 bis 133,322 hPa gehalten und bei bevorzugten Ausführungsformen kann er während des Verfahrens konstant gehalten werden oder in zumindest einem der vier Schritte variiert werden. Einer oder mehrerer der vorhergehenden Schritte kann zum Erzielen eines dickeren Feststoffes auf dem Substrat wiederholt werden.
  • Bei zahlreichen Ausführungsformen besitzen siliziumhaltige Feststoffe, die durch die Verfahren der Erfindung ausgebildet worden sind, eine Trockenätzselektivität bezüglich Si einer Halbleitervorrichtung, wenn sie als eine aktive Nitridmaske ausgebildet sind, bezüglich WSix und dotiertem Polysilizium einer Halbleitervorrichtung, wenn sie als eine Gate-Nitridmaske ausgebildet sind, und bezüglich W und Ti/TiN einer Halbleitervorrichtung, wenn sie als Bitleitungsnitridmaske ausgebildet sind. Der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, kann ebenso ausgebildet werden, dass er als CMP-Stopper dient, oder als eine Isolierschicht, die eine Trockenätzselektivität bezüglich SiO2 einer Halbleitervorrichtung (Spacer bzw. Abstandshalter) aufweist. Bei anderen Ausführungsformen ist der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet ist, eine Isolierschicht, die eine HF-Nassätzselektivität bezüglich SiO2 einer Halbleitervorrichtung aufweist, die als ein Nass-Stopper dient.
  • Der auf dem Substrat ausgebildete siliziumhaltige Feststoff kann als ein Gate-Dielektrikum einer Halbleitervorrichtung, einer Schicht, die zwischen einer Ta2O5-Schicht und einem Kondensatorspeicherknoten der Halbleitervorrichtung ausgebildet ist, als eine dielektrische Schicht eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung und als ein STI-Liner einer Halbleitervorrichtung dienen.
  • Bei anderen Ausführungsformen ist der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildete siliziumhaltige Feststoff ein Siliziumoxid, und bei einer oder mehreren dieser Ausführungsformen ist das zweite Reaktionsmittel aus der Gruppe bestehend aus H2O, H2O2, O2-Plasma und O3-Plasma ausgewählt.
  • Diese und andere Merkmale der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die obige Aufgabe und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser ersichtlich.
  • 1 bis 5 beschreiben die Schritte eines Verfahrens zum Ausbilden einer dünnen Schicht aus Si3N4, unter Verwendung einer Atomschichtabscheidung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt ein schematisches Diagramm einer Dünnschicht-Herstellungsvorrichtung, die für ein Dünnschicht-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 7 zeigt ein Flußdiagramm, das die Dünnschicht-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt.
  • 8 zeigt einen Graphen, der die Dicke einer pro Zyklus bei Verwendung eines Herstellungsverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Si3N4-Schicht zeigt.
  • 9 zeigt einen Graphen, der eine Veränderung bei der Si3N4-Schichtdicke und die Gleichförmigkeit einer Schicht zeigt, während die TDMAS-Dosierungszeit bei einem Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung variiert worden ist.
  • 10 zeigt einen Graphen, der die Veränderung bzw. Abweichung in einer Si3N4-Schichtdicke und Gleichförmigkeit einer Schicht zeigt, während die NH3-Plasmageneratorleistung bei einem Verfahren gemäß einer be vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung variiert worden ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen beginnt mit einer Erläuterung der Verfahrensschritte des Verfahren, gefolgt von Beschreibungen bestimmter Beispiele der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
  • Im Folgenden wird auf die 1 bis 6 bezug genommen. Ein Substrat 1, wie beispielsweise Silizium (100), wird in einer Kammer angeordnet siehe (6), welche dann bis auf einen Druck von 2,66644 hPa evakuiert wird. Das Substrat 1 wird auf ungefähr 550°C erwärmt. Bin TDMAS-Strom 2 mit 500sccm in einem Ar-Trägergas wird dann in die Kammer für 15 sec eingebracht. Der Fluss des Stroms 2 wird anschließend gestoppt und die Kammer danach für zwischen 15 bis 165 sec ungestört belassen.
  • Während dieser Zeit wird ein erster Teil des TDMAS chemiesorbiert und bildet eine Schicht 4 auf der Oberfläche des Substrats 1. Ein zweiter Teil der TDMAS-Moleküle haftet darauf physikalisch (wird physisorbiert) und wird locker auf der chemiesorbierten Schicht aus TDMAS gehalten. Die Kammer 3 wird dann mit N2 für 5 sec gereinigt und für 5 sec vakuumgereinigt. Während dieser Reinigungsschritte sind die nicht chemischabsorbierten Teile des TDMAS aus der Kammer entfernt worden, wobei die chemiesorbierte Schicht 4 aus TDMAS auf dem Substrat 1 (2) intakt geblieben ist. Im Folgenden wird auf 3 Bezug genommen. Ein aktiviertes NH3 enthaltender Ar-Strom 6 wird anschließend mit 2000 sccm in die Kammer 3 für 30 sec eingebracht, während ein verringerter Kammerdruck von 0,66661 hPa und eine Substrattemperatur von 550°C aufrecht erhalten werden. Ein Teil des aktivierten NH3 reagiert mit dem chemiesorbierten TDMAS auf dem Substrat, um eine Schicht 8 aus SI3N4 (4) auszubilden. Bei einer Ausführungsform ist das aktivierte NH3 ein Plasma, daß in einem Plasmagenerator erzeugt worden ist, der mit ungefähr 400 W arbeitet, jedoch kann die Leistung variiert werden und die Erfindung ist nicht so auszulegen, dass sie auf einen bestimmten Plasmakammerleistungswert begrenzt ist. Nachdem der NH3 enthaltende Strom für 30 sec in die Kammer geströmt ist, wird die Kammer 3 anschließend für 5 sec mit N2 gereinigt und anschließend für 5 sec vakuumgereinigt. Die Schritte eines Einbringens von TDMAS in die Kammer 3, das Reinigen, das Einbringen von NH3 in die Kammer und das neuerliche Reinigen kann zum Erzielen einer erwünschten Dicke einer SI3N4-Schicht 8 wiederholt ausgeführt werden. Die Ausbildung der SI3N4-Schicht 8 ist damit vollständig abgeschlossen.
  • 6 zeigt ein schematisches Diagramm einer Dünnschicht-Herstellungsvorrichtung, die für ein Dünnschicht-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 7 zeigt ein Flußdiagramm, daß das Dünnschicht-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt. Die vorhergehend beschriebene Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 6 bis 10 beschrieben. Nach einem Laden eines Substrats 1, beispielsweise einem Siliziumsubstrat 100, in eine Kammer 3, wird in der Kammer ein Druck von ungefähr 2,66644 hPa erzeugt und die Kammer wird auf eine Temperatur von ungefähr 550°C unter Verwendung einer Heizvorrichtung 5 gebracht (Schritt 100). Der TDMAS enthaltende erste Reaktionsmittelstrom wird in die Kammer 3 für 30 sec injiziert bzw. eingebracht, während das Substrat auf 550°C und ungefähr 2,66644 hPa gehalten wird (Schritt 105). Das TDMAS wird verdampft, um einen ersten Reaktionsmittelstrom 6 durch Einbringen eines Ar-Trägergases mit 500 sccm aus einer Quelle 19 in die erste Rührvorrichtung 12, welche flüssiges TDMAS bei einer Temperatur von ungefähr 25°C enthält, auszubilden. Der kombinierte TDMAS- und Ar-Gasstrom wird anschließend über eine erste Gasleitung 13 und einem Düsenkopf 15 für eine Zeitdauer von ungefähr 30 sec in die Kammer 3 injiziert, wie es vorhergehend beschrieben worden ist. Die Kammer 3 wird anschließend mit reinem Ar für 5 sec gereinigt und anschließend durch eine Pumpe 7 für 5 sec vakuumgereinigt. Die Erfindung ist nicht so auszulegen, dass sie auf ein bestimmtes Reinigungschema begrenzt ist, sondern ist vielmehr so auszulegen, dass alternative Reinigungsabläufe enthalten kann, die zu einer Entfernung des physisobierten TDMAS von der chemiesorbierten Oberflächenschicht aus TDMAS führen.
  • Der zweite Reaktionsmittelgasstrom aus aktivierten NH3 in einem Ar-Träger wird anschließend durch eine Gasleitung 16 und einem Düsenkopf 15 für 30 sec bei einer Rate von ungefähr 2000 sccm in die Kammer 3 injiziert. Während dieses Schrittes wird das Substrat 1 auf einer Temperatur von 550°C gehalten und der Kammerdruck wird auf ungefähr 0,66661 hPa gehalten (Schritt 115 in Fig.). Bei einer Ausführungsform wird das NH3 in dem zweiten Reaktionsmittelgasstrom durch Verrühren bzw. Aufsprudeln (Bubbling) mit Ar aus einer Gasquelle 19 durch flüssiges NH3 14, das bei ungefähr 25 °C in einer zweiten Rührvorrichtung 17 gehalten wird, verdampft. Der NH3-Ar-Strom wird anschließend durch einen Remoteplasmagenerator (nicht gezeigt) zugeführt, und anschließend über eine Gasleitung 16 und einen Düsenkopf 15 für 30 sec bei einer Rate von ungefähr 2000 sccm in die Kammer 3 eingebracht.
  • Wie in 3 und 4 dargestellt, reagiert ein Teil des NH3 in dem zweiten Reaktionsmittelstrom mit dem auf dem Substrat chemiesorbierten TDMAS, um eine Schicht aus Si3N4 auszubilden. Während die Schicht aus Si3N4 auf dem Substrat ausgebildet wird, wird ein zweiter Teil des NH3 in dem zweiten Reaktionsmittelstrom auf der Si3N4-Schicht physikalisch absorbiert (physisorbiert). Anschließend wird die Kammer 3 unter Verwendung eines Ar-Stroms für 5 sec gereinigt, gefolgt von einem Vakuumreinigen unter Verwendung einer Pumpe 7 (Schritt 120). Jedoch kann das physisobierte zweite Reaktionsmittel ebenso durch ein Vakuumabpumpen der Kammer ohne einen ersten Reinigungsschritt mit einem Inertgas entfernt werden.
  • Nach Reinigen der Kammer 3 von dem NH3, das nicht reagiert hat, wird die Si3N4-Schichtdicke gemessen (Schritt 125). Falls eine zusätzliche Schichtdicke erforderlich ist, werden die Schritte 105 bis 125 wiederholt ausgeführt, bis eine gewünschte Schichtdicke erzielt ist. Wenn die gewünschte Schichtdicke erreicht worden ist, wird das Herstellungsverfahren durch ein Zückkehren der Temperatur und des Drucks der Kammer zu einem Normalzustand abgeschlossen (Schritt 130).
  • Wie in 8 gezeigt, beträgt bei dem vorhergehenden Verfahren für die Ausbildung einer Si3N4-Schicht eine Abscheidungsrate 0,135 nm pro Zyklus und die Schichtdicke zeigt eine lineare Beziehung bezüglich der Anzahl an Zyklen. Der Brechungsindex des abgeschiedenen Materials wird mit 2,0 bei einer Wellenlänge von 632,8 nm gemessen, was bestätigt, dass die abgeschiedene Schicht stoichiometrisches Si3N4 ist. Die Zugbelastung des Films wurde mit 5 N/cm2 gemessen. Der Wasserstroffgehalt und der Kohlenstoffgehalt sind mit ungefähr 1 % oder weniger beide sehr niedrig und es wurde kein Sauerstoff erfaßt. Eine Stufenabdeckung von 95% und mehr wurde über einer kontaktartigen Struktur mit einem Formfaktor von 8:1 erzielt. Eine Trockenätzrate bei einer 200:1wässrigen HF-Lösung war mit ungefähr 1 nm/min relativ niedrig, was die gewünschte Nassätzselektivität vorsieht, die ein nützliches Merkmal der Si3N4-Dünnschichten ist.
  • Gemäß 9 wurde festgestellt, dass wenn die Veränderung der Aufwachsrate in Bezug auf die Menge an TDMAS-Aussetzung berücksichtigt wird, welche ein typisches ALD-Abscheidungscharakteristikum ist, keine Veränderung der Aufwachsrate für eine Zeit eines Aussetzungseins von insgesamt 60 sec (Fluß für 15 sec und Halten für 45) unter den vorher beschriebenen Bedingungen erfasst worden ist. Dies deutet darauf hin, daß eine Aussetzungszeit von 60 sec zu einer Sättigung der Substratoberfläche führt. Wenn zusätzlich das TDMAS für 30 sec strömt, wurde die gleiche Aufwachsrate erzielt, wenn die Flußzeit 15 sec betrug und die Haltezeit 45 sec oder mehr betrug.
  • Gemäß 10 wurde nun der Effekt des RF-Leistungsniveaus des Plasmagenerators bestimmt. Zurückkommend auf das vorher beschriebene Verfahren wird aktiviertes NH3 in die Kammer eingebracht, nachdem das Substrat dem TDMAS ausgesetzt war und die Kammer gereinigt worden ist. Wie in 10 gezeigt, ist die Verwendung von aktivierten NH3 ein wichtiger Aspekt des beanspruchten Verfahrens. Wenn die RF-Leistung in dem Leistungsgenerator 0 betrug, und daher kein aktiviertes NH3 in die Kammer eingebracht worden ist, wurde überhaupt keine Si3N4-Schichtabscheidung beobachtet, was darauf hin deutet, dass keine Reaktion zwischen den nicht aktivierten NH3 und dem TDMAS auf dem Substrat stattgefunden hat. Zwischen 0 und 0,4 KW stieg die Abscheidungsrate der Schicht, wie gezeigt, linear an. Von 0,4 KW an, stieg die Auf wachsrate, wenn überhaupt, nur wenig an, was eine Abscheidungsratenbeziehung darstellt, die typisch für ALD ist.
  • ALD-Verfahren zum Ausbilden einer SiO2–Schicht unter Verwendung von TDMAS
  • Um diese Probleme zu verringern, kann das ALD-Verfahren durch Verwendung von TDMAS mit H2O, H2O2, aktiviertem O2 (z.B. O3, einem O2-Remoteplasma, usw.) realisiert werden.
  • Silikat-ALD-Verfahren unter Verwendung von TDMAS
  • Wenn das ALD-Verfahren zum Ausbilden von Silikat verwendet wird, welches eine dielektrische Substanz ist, die eine größere Dielektrizitatskonstante als SiO2 aufweist, sollte ein SiO2-Verfahren in einem Verfahrensfenster (process window) eines Metalloxids zum Ausbilden von Silikat implementiert werden. Ein geeignetes SiO2-Verfahren kann durch Verwendung von TDMAS erzielt werden.
  • Die vorhergehend bevorzugten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft und nicht begrenzend auszulegen. Der Fachmann erkennt ohne weiteres, dass Änderungen und Abwandlungen der Erfindung, wie sie vorhergehend beschrieben worden sind, ohne weiteres möglich sind, ohne den Umfang der beiliegenden Ansprüche zu verlassen.

Claims (23)

  1. Atomschichtabscheidungsverfahren zum Ausbilden einer festen Dünnschicht, die Silizium enthält, das folgende Schritte aufweist: a) Anordnen eines Substrats in einer Kammer; b) Injizieren eines ersten ein Aminosilan und damit Silizium enthaltenden Reaktionsmittels in die Kammer, wobei das erste Reaktionsmittel zumindest eines ist, das aus der Gruppe bestehend aus Si[N(CH3)2]4, SiH[N(CH3)2]3, SiH2[N(CH3)2]2, und SiH3[N(CH3)2] ausgewählt worden ist; c) Chemisorbieren eines ersten Teils des ersten Reaktionsmittels auf dem Substrat und Physisorbieren eines zweiten Teils des ersten Reaktionsmittels auf dem Substrat; d) Entfernen des physisorbierten zweiten Teils des ersten Reaktionsmittels von dem Substrat; e) Injizieren eines zweiten Reaktionsmittels in die Kammer; f) Chemisches Reagieren eines ersten Teils des zweiten Reaktionsmittels mit dem chemisorbierten ersten Teil des ersten Reaktionsmittels, um einen siliziumhaltigen Feststoff auf dem Substrat auszubilden; und g) Entfernen des Teils des zweiten Reaktionsmittels, der nicht chemisch reagiert hat, aus der Kammer.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dünnschicht eine Siliziumnitridschicht ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das zweite Reaktionsmittel aktiviertes NH3 ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das aktivierte NH3 durch einen Remoteplasmagenerator erzeugt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Reaktionsmittel aktiviertes NH3 ist, und das aktivierte NH3 durch ein katalytisches Verfahren unter Verwendung eines Edelmetalls erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Zusammensetzungsverhältnis von N zu Si der Schicht 1 bis 1,6 beträgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kammerdruck in einem Bereich von 0,0133322–133,322 hPa ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Kammerdruck während des Durchführens jedes Schrittes der gleiche ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Kammerdruck während des Durchführens von zumindest einem der vier Schritte b und c, d, e und f sowie g unterschiedlich zu den übrigen Schritten ist.
  10. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffes nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet worden ist, eine Trockenätzselektivität bezüglich Si einer Halbleitervorrichtung (aktive Nitridmaske) aufweist.
  11. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffes nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet worden ist, eine Trockenätzselektivität bezüglich WSi und dotiertem polysilizium einer Halbleitervorrichtung (Gate-Nitridmaske) aufweist.
  12. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffes nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine Trockenätzselektivität bezüglich W und Ti/TiN einer Halbleitervorrichtung (Bit-leitungsnitridmaske) aufweist.
  13. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, ein CMP-Stopper ist.
  14. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine Isolationsschicht ist, die eine Trockenätzselektivität bezüglich SiO2 einer Halbleitervorrichtung (Abstandshalter) aufweist.
  15. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine Isolationsschicht ist, die eine HF-Nassätzselektivität bezüglich SiO2 einer Halbleitervorrichtung (Nassstopper) aufweist.
  16. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Festsstoffs nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, ein Gate-Dielektrikum einer Halbleitervorrichtung umfaßt.
  17. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine Schicht ist, die zwischen einer Ta2O5-Schicht und einem Kondensatorspeicherknoten einer Halbleitervorrichtung ausgebildet ist.
  18. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, eine dielektrische Schicht eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung ist.
  19. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, ein STI-Liner einer Halbleitervorrichtung ist.
  20. Verfahren zum Ausbilden eines siliziumhaltigen Feststoffs nach Anspruch 1, wobei der siliziumhaltige Feststoff, der auf dem Substrat ausgebildet wird, ein Siliziumoxid ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das zweite Reaktionsmittel aus der Gruppe bestehend aus H2O, H2O2, O2-Plasma und O3-Plasma ausgewählt ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 20, wobei ein Brechungsindex einer derartig ausgebildeten Dünnschicht in einem Bereich von 1,43–1,5 ist.
  23. Atomschichtabscheidungsverfahren nach Anspruch 1, wobei einer oder mehrerer der Schritte b)–g) wiederholt werden.
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