DE112009002118B4 - Verfahren zum Formen von aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Formen einer Halbleitervorrichtung, umfassend: Bereitstellen eines Substrates, das eine dielektrische Schicht trägt; und Formen einer aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode auf der dielektrischen Schicht in Abwesenheit von Plasma durch: Ablagern eines Metall-Carbonitrid-Filmes durch Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls eines Metall-Carbonitrid-Precursors, wobei der Metall-Carbonitrid-Precursor Tantal, Titan oder eine Kombination davon aufweist; Adsorbieren einer atomaren Schicht eines Alumium-Precursors auf dem Metall-Carbonitrid-Film durch Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls des Aluminium-Precursors, wobei während des Ablagerns und Adsorbierens das Substrat bei einer Temperatur oberhalb der thermischen Zersetzungs-Temperatur des Metall-Carbonitrid-Precursors und unterhalb der thermischen Zersetzungstemperatur des Aluminium-Precursors gehalten wird, und Wiederholen des Ablagerns und Adsorbierens um gewünschte Male.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Das Gebiet der Erfindung betrifft allgemein das Feld des Formens einer Halbleitervorrichtung und speziell das Formen von aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden mit abstimmbaren Aluminium-Konzentrationen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In der Halbleiterindustrie erreichen die minimalen Größen von mikroelektronischen Vorrichtungen das tiefe Submicron-Gebiet, um den Bedarf an schnelleren, kleinere Leistung benötigenden Mikroprozessoren und digitalen Schaltkreisen zu befriedigen. Die Technologie der Si-basierten Mikroelektronik sieht sich größeren Herausforderungen hinsichtlich der Werkstoffe ausgesetzt, um weitere Miniaturisierung von integrierten Schaltkreisen zu erreichen. Ein Gate-Stack enthaltend eine dielektrische SiO2-Gate-Schicht und eine degeneriert dotierte polykristalline Si-Gate-Elektrode, die in der Industrie jahrzehntelang eingesetzt wurde, wird durch ein Gate-Stack mit größerer Kapazität ersetzt.
  • Hochkapazitive Werkstoffe, die als Werkstoffe mit hoher Dielektrizitätskonstante k (hoher k-Wert) bekannt sind, haben eine Dielektrizitätskonstante größer als diejenige von SiO2 (k ~ 3.9). Ferner können Werkstoffe mit hohem k-Wert sich auf dielektrische Werkstoffe wie metallische Silikate oder Oxide beziehen, die auf Substraten (z. B. HfO2, ZrO2) abgelagert werden anstatt auf die Oberfläche von Substraten (z. B. SiO2, SiOxNy) aufgewachsen zu werden.
  • Außer bezüglich der dielektrischen Gate-Schicht bietet die Gate-Elektrode eine größere Herausforderung für das künftige Skalieren von mikroelektronischen Vorrichtungen. Die Einführung von Metall enthaltenden Gate-Elektroden zum Ersatz der traditionell dotierten Poly-Si-Gate-Elektrode bringt einige Vorteile mit sich. Diese Vorteile schließen das Eliminieren des Abreicherungs-Effektes des Poly-Si-Gates, das Vermindern des Schichtwiderstandes, höhere Zuverlässigkeit und eine potentiell bessere thermische Stabilität der fortgeschrittenen dielektrischen Werkstoffe mit hohem k-Wert ein. Bei einem Beispiel kann das Auswechseln einer Poly-Si-Gate-Elektrode durch eine Metall enthaltende Gate-Elektrode eine Verbesserung der wirksamen oder elektrischen Dicke des Gate-Stacks um 2 bis 3 Angström (Å) mit sich bringen. Diese Verbesserung beruht weitgehend auf der vollständigen Beseitigung des Problems, das auf die Poly-Si-Abreicherung an den Grenzflächen zu anderen Materialien zurückzuführen ist.
  • Arbeitsfunktion, Resistivität und Kompatibilität mit komplementärer Metalloxid-Halbleiter-Technologie (CMOS) sind Schlüsselparameter für die neuen Gate-Elektroden-Werkstoffe. Positive P Kanal-Metalloxid-Halbleiter (PMOS) und negative N-Kanal-Metalloxid-Halbleiter(NMOS)-Transistor-Gate-Elektroden erfordern unterschiedliche Gate-Werkstoffe zum Erreichen akzeptabler Schwellenspannungen; die ersteren haben ein Fermi-Niveau nahe dem Silizium-Valenz-Band (E 4 eV), und die letzteren haben ein Fermi-Niveau nahe dem Leitungsband (E ~ 5.1 eV).
  • Die herkömmliche Technologie zum Steuern der Arbeitsfunktion einer Gate-Elektrode umfasst einen Bandrand-Metall-Ansatz, wenn ein Metall mit einer spezifischen Arbeitsfunktion ausgewählt wird, wie ein P-Metall (Re, Co, Ni, Ru, Pt, usw.), mit einer Arbeitsfunktion von größer als etwa 5 eV und ein N-Metall (Ta, Hf, Y, La, Ir, usw.) mit einer Arbeitsfunktion kleiner als etwa 4,5 eV. Jedoch hängt die wirksame Arbeitsfunktion eines Gate-Stacks ferner von der Masse und den Oberflächen-Werkstoffeigenschaften, von der kristallographischen Orientierung und der Permissivität des Films mit hohem k-Wert ab, der mit der Gate-Elektrode in Berührung steht. Insbesondere Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Werkstoffen an den Schicht-Grenzflächen und die Diffusion chemischer Spezies durch ein Gate-Stack während der Nachbehandlung, wie einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur, können die Arbeitsfunktion und andere Eigenschaften der Halbleitervorrichtung beeinflussen.
  • Kürzlich wurden Gate-Elektroden-Metalle und dielektrische Schwellenspannungs-Justierschichten eingesetzt, um die Arbeitsfunktion von Gate-Stacks zu steuern und die erwünschten Schwellenspannungen für N-MOS- und P-MOS-Transistoren in einer hergestellten Halbleitervorrichtung zu erhalten. Beispiele für Schwellenspannungs-Justierschichten umfassen Lanthan-Oxide (La2O3) für N-MOS-Vorrichtungen und Aluminiumoxide (Al2O3) für P-MOS-Vorrichtungen. Die dielektrischen Schwellenspannungs-Justierschichten sind generell über der dielektrischen Gate-Schicht mit hohem k-Wert und in Kontakt mit der Gate-Elekrode positioniert. Es wurde aufgezeigt, dass während der Hochtemperatur-Behandlung Elemente in den dielektrischen Schwellenspannungs-Justierschichten generell durch die dielekrische Gate-Schicht mit hohem k-Wert zu einer Zwischenschicht (z. B. einer mobilen, niedrig-defekten SiO2-Schicht), welche zwischen der dielektrischen Zwischenschicht mit hohem k-Wert und dem Substrat angeordnet ist, diffundieren, um eine Schwellenspannungs-Justierung nahe der Zwischenschicht der dielektrischen Schicht mit hohem k-Wert und der darunter liegenden Zwischenschicht zu verursachen. Jedoch dürften Elemente oder ein Element der dielektrischen Schwellspannungs-Justierschichten nicht ausreichend durch die dielektrische Schicht mit hohem k-Wert diffundieren, um vollständig die Schwellenspannung der Halbleitervorrichtung auf den gewünschten Wert zu bringen.
  • US 2007/0059929 A1 offenbart ein Verfharen zum Herstellen eines Halbleiterbauteils, insbesondere die Herstellung einer Tantal-Carbonitrid-Schicht, wobei ein Quellgas mit einem Tantal-Metall-Komplex einem Substrat zugeführt wird, und wobei ein oder mehrere Liganden des Tantal-Metall-Komplexes Stickstoff und andere Liganden Kohlenstoff umfassen. Der Tantal-Metall-Komplex wird thermisch zersetzt, um die Tantal-Carbonitrid-Schicht auf dem Substrat zu bilden.
  • Im Hinblick auf die erwähnten Probleme besteht ein Bedarf nach neuen Verfahren zum Integrieren von Metall enthaltenden Gate-Elektroden in Gate-Stacks, und insbesondere nach neuen Verfahren zum Formen von Metall enthaltenden Gate-Elektroden mit abstimmbaren bzw. justierbaren Arbeitsfunktionen.
  • ABRISS DER ERFINDUNG
  • Ausführungen der Erfindung sehen ein Verfahren zum Formen von aluminiumdotierten Metall(Tantal oder Titan)-Carbonitrid-Gate-Elektroden mit abstimmbaren Aluminium-Konzentrationen vor. Gemäß Ausführungen der Erfindung werden Tantal-Carbonitrid(TaCN)- oder Titan-Carbonitrid(TiCN)-Filme durch chemisches Aufdampfen (CVD) in Abwesenheit vom Plasma abgelagert und mit Aluminium dotiert, um die Arbeitsfunktion und die Schwellenspannung (Vt) zu justieren.
  • Gemäß einer Ausführung umfasst das Verfahren ein Substrat mit einer dielektrischen Schicht darüber und Formen einer aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode auf der dielektrischen Schicht in Abwesenheit von Plasma. Die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode wird durch Ablagern eines Metall-Carbonitrid-Filmes durch Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls aus einem Metall-Carbonitrid-Precursor abgelagert, wobei der Metall-Carbonitrid-Precursor Tantal, Titan oder eine Kombination davon enthält. Das Verfahren umfasst ferner das Adsorbieren einer atomaren Schicht eines Aluminium-Precursors auf dem Metall-Carbonitrid-Film durch Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls des Aluminium-Precursors, wobei während des Ablagerns und des Adsorbierens das Substrat bei einer Temperatur oberhalb der thermischen Zersetzungstemperatur des Metall-Carbonitrid-Precursors und unterhalb der thermischen Zersetzungstemperatur des Aluminium-Precursors gehalten wird. Die Schritte des Ablagerns und Adsorbierens können eine gewünschte Anzahl von Malen wiederholt werden, bis die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode eine gewünschte Dicke erreicht hat.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung ist beispielhaft und ohne Einschränkung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
  • 1A bis 1C zeigen schematische Querschnitte durch Verfahrensstufen beim Herstellen eines Gate-Stacks enthaltend eine aluminiumdotierte Carbonitrid-Gate-Elektrode gemäß einer Ausführung der Erfindung;
  • 2A bis 2D sind schematische Flussdarstellungen für das Ablagern aluminiumdotierter Tantal-Carbonitrid-Filme auf einem Substrat in einer Prozesskammer gemäß Ausführungen der Erfindung;
  • 3A bis 3D zeigen schematische Querschnitte von Gate-Stacks enthaltend aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden gemäß Ausführungen der Erfindung;
  • 4 stellt experimentell gewonnene Daten für Tantal-Carbonitrid-Filme dar, die auf einem Substrat unter Verwendung eines TBTEMT-Precursors abgelagert sind;
  • 5 zeigt experimentell gewonnene Daten für die Aluminiumkonzentration in aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filmen als Funktion der Substrat-Temperatur;
  • 6 zeigt experimentell gewonnene Daten für die Aluminium-Konzentration in aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filmen als Funktion der Gesamtanzahl von TMA-Pulsen;
  • 7 zeigt die Zusammensetzung von Tantal-Carbonitrid-Filmen und aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filmen als Funktion der Prozessbedingungen; und
  • 8 stellt eine schematische Darstellung eines Prozesssystems zum Formen von aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden gemäß Ausführungen der Erfindung dar.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINIGER AUSFÜHRUNGEN
  • Das Formen von aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden und Gate-Stacks enthaltend solche Gate-Elektroden ist in verschiedenen Ausführungen dargestellt. Die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden enthalten Aluminium (Al), Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Tantal (Ta) und/oder Titan (Ti). Die aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden können ferner Verunreinigungen, wie Sauerstoff (O), Chlor (Cl) und Wasserstoff (H) enthalten, die bei dem Film-Ablagerungs-Prozess und/oder bei dem Substrat-Transfer in Luft nachfolgend auf den Film-Ablagerungsprozess anfallen können. Bei einigen Beispielen können die aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden Kombinationen von 1 bis 50 Atom-% C und 1 bis 50 Atom-% N enthalten. Bei einigen Ausführungen enthalten die Aluminium-Tantal-Carbonitrid-Gate-Elektroden mindestens 5 (und in einigen Ausführungen mindestens 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, oder sogar mindestens 50) Atom-% Aluminium. Gemäß einer Ausführung können die aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden zwischen 5 und 50 Atom-% Aluminium enthalten. Dies gestattet es, die Arbeitsfunktion der aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden über mehrere Zehntel eines Elektronenvoltes (eV) zu variieren.
  • Ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, dass verschiedene Ausführungen ohne eines oder mehrere spezifische Details oder mit anderweitigem Ersatz und/oder mit zusätzlichen Verfahren, Werkstoffen oder Komponenten praktiziert werden kann. In anderen Fällen können bekannte Strukturen, Werkstoffe oder Vorgänge nicht gezeigt oder im Detail beschrieben sein, um verwirrende Aspekte der verschiedenen Ausführungen der Erfindung zu vermeiden. In ähnlicher Weise können zum Zwecke der Erläuterung spezifische Anzahlen, Werkstoffe und Konfigurationen vorgesehen sein, um zu einem gründlichen Verständnis der Erfindung beizutragen. Nichtsdestoweniger kann die Erfindung ohne weitere Erläuterung spezifischer Details praktiziert werden. Fernersind die verschiedenen, in den Figuren gezeigten Ausführungen lediglich als illustrative Darstellungen in nicht notwendig maßstabsgerechter Ausführung zu verstehen.
  • Der in dieser Beschreibung durchgehende Bezug auf ”eine Ausführung” bedeutet, dass ein besonderes Merkmal, eine Struktur, ein Werkstoff oder eine Eigenart, die im Bezug auf eine Ausführung beschrieben ist, in mindestens einer Ausführung der Erfindung vorhanden ist, bedeutet jedoch nicht, dass sie in jeder Ausführung vorhanden sein muss. Somit heißt das Auftreten der Phrase, ”in der Ausführung” oder ”in einer Ausführung” an verschiedenen Stellen der Beschreibung nicht notwendig, dass stets die gleiche Ausführung der Erfindung gemeint ist. Ferner können die verschiedenen Merkmale, Strukturen, Werkstoffe oder Eigenarten in einer oder mehreren Ausführungen kombiniert auftreten. Verschiedene zusätzliche Schichten und/oder Strukturen können einbezogen sein und/oder beschriebene Merkmale können bei anderen Ausführungen weggelassen sein.
  • Verschiedene Operationen sind im Folgenden als mehrere diskrete Operationen dargestellt, und zwar in einer Weise, die für das Verständnis der Erfindung höchst hilfreich ist. Jedoch ist die Reihenfolge der Beschreibung nicht so zu verstehen, dass diese Operationen notwendig von einer Ordnung abhängen. Insbesondere sind diese Operationen nicht notwendig in der Reihenfolge der Darstellung durchzuführen. Die beschriebenen Operationen können in anderer Reihenfolge als bei der beschriebenen Ausführung durchgeführt werden. Verschiedene zusätzliche Operationen können durchgeführt werden und/oder beschriebene Operationen können bei anderen Ausführungen weggelassen sein.
  • Die 1A bis 1C zeigen schematische Querschnitte eines Verfahrens zum Formen eines Gate-Stacks enthaltend eine aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode gemäß einer Ausführung der Erfindung. 1A zeigt schematisch ein Substrat 100 enthaltend einen darauf geformten Film 102 mit hoher Dielektrizitätskonstante k. Das Substrat 100 kann jegliche Größe haben, z. B. ein 200 mm-Substrat, ein 300 mm-Substrat oder sogar ein größeres Substrat sein. Gemäß einer Ausführung kann das Substrat 100 Si enthalten, z. B. kristallines Si, polykristallines Si oder amorphes Si. Bei einer Ausführung kann das Substrat eine unter Zugspannung gestreckte Si-Lage sein. Gemäß einer anderen Ausführung kann das Substrat 100 Ge oder SixGe1-x-Compound sein, worin x der Atomanteil von Si, 1-x der Atomanteil von Ge und 0 < 1-x < 1 ist. Beispielhafte SixGe1-x-Verbindungen umfassen Si0.1Ge0.9, Si0.2Ge0.7, Si0.3Ge0.7, Si0.4Ge0.5, Si0.5Ge0.5, Si0.6Ge0.4, Si0.7Ge0.3, Si0.8Ge0.1 und Si0.9Ge0.1. Bei einer Ausführung kann das Substrat 100 eine unter Druckspannung stehende Ge-Schicht oder eine unter Zugspannung stehende SixGe1-x (x > 0,5)-Schicht sein, die auf einer entspannten Si0,5Ge0,5-Pufferschicht abgelagert ist. Wenn auch nicht gezeigt, kann die Struktur gemäß 1A ferner eine Zwischenschicht zwischen dem Substrat 100 und der Schicht 102 mit hohem k-Wert einschließen. Die Zwischenschicht kann beispielsweise ein Silizium-Oxinitrid (SiON) oder ein hoch mobiles, niedrig defektes SiO2 einer Dicke zwischen 5 und 15 Angstrom, z. B. etwa 8 Angström enthalten.
  • Der Film 102 mit großem k-Wert kann beispielsweise Hafnium, Zirkonium oder Hafnium und Zirkonium, einschließlich Hafnium-Oxid (HfO2), Hafnium-Oxinitrid (HfON), Hafnium-Silikat (HfSiO), Hafnium-Silikon-Oxinitrid (HfSiON), Zirkoniumoxid (ZrO2), Zirkonium-Oxinitrid (ZrON); Zirkonium-Silikat (ZrSiO), Zirkonium-Silizium-Oxinitrid (ZrSiON), Hafnium-Zirkonium-Oxid (HfZrO2), Hafnium-Zirkonium-Oxinitrid (HfZrON), Hafnium-Zirkonium-Silikat ((HfZrSiO), Hafnium-Zirkonium-Silizium-Oxinitrid (HfZrSiON) oder eine Kombination von beiden oder mehreren der genannten Verbindungen aufweisen. Es können jedoch auch andere dielektrische Werkstoffe mit hohem k-Wert verwendet sein.
  • 1B zeigt schematisch eine aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108a, die auf den Film 102 mit hohem k-Wert aufgebracht ist. Die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108a enthält einen Metall-Carbonitrid-Film 104a, der auf dem Film 102 mit hohem k-Wert geformt ist, und eine atomare Schicht 106a eines Aluminium-Precursors, der auf dem Metall-Carbonitrid-Film 104a adsorbiert ist. Der Metall-Carbonitrid-Film 104a kann durch Aussetzen des Filmes 102 mit hohem k-Wert einem Metall-Carbonitrid-Precursor abgelagert werden, welcher in Abwesenheit von Plasma auf dem Film 102 mit hohem k-Wert sich zersetzt. Nachfolgend auf das Aussetzen dem Metall-Carbonitrid-Precursor kann der Metall-Carbonitrid-Film 104a einem Aluminium-Precursor in Abwesenheit von Plasma ausgesetzt werden, um die atomare Schicht 106a des Metall-Carbonitrid-Filmes 104a zu formen. Die atomare Schicht 106a umfasst einen teilweise zersetzten Aluminium-Precursor. Bei einem Beispiel enthält der Precursor Trimethyl-Aluminium (AlMe3; Al(CH3)3, TMA), und es wurde überlegt, dass die atomare Schicht 106a AlMex umfassen kann.
  • Gemäß Ausführungen der Erfindung wird das Substrat 100 während des Formens der aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108a auf einer Temperatur gehalten, die höher als die thermische Zersetzungstemperatur des Metall-Carbonitrid-Precursors und niedriger als die thermische Zersetzungstemperatur des Aluminium-Precursors ist. Dies gestattet eine thermisch-chemische Aufdampf-Ablagerung (CVD) des Metall-Carbonitrid-Films 104a, wobei die Dicke des Metall-Carbonitrid-Filmes 104a proportional der zeitlichen Länge des Aussetzens dem Metall-Carbonitrid-Precursor ist. Im Gegensatz dazu ist das Aussetzen des Metall-Carbonitrid-Filmes 104a dem Aluminium-Precursor nicht abhängig von der zeitlichen Länge des Aussetzen, weil eine selbstbeschränkende Sättigung der nahezu einen atomaren Schicht 106a des Aluminium-Precursors oder weniger auf dem Metall-Carbonitrid-Film 104a erreicht wird. Die thermische Zersetzungstemperatur des Metall-Carbonitrid-Precursors und des Aluminium-Precursors kann experimentell bestimmt werden, wie in den 4 und 5 gezeigt ist.
  • Das alternative Aussetzen dem Metall-Carbonitrid-Precursor und dem Aluminium-Precursor kann beliebige Male wiederholt werden. 1C zeigt schematisch eine aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108n nach Durchführen des alternativen Aussetzens dem Metall-Carbonitrid-Precursor und dem Aluminium-Precusor für insgesamt jeweils n-Male, um die Metall-Carbonitrid-Filme 104, 104b, 104c ..., 104n und die atomaren Schichten 106a, 106b, 106c, ..., 106n zu formen. Gemäß einer Ausführung der Erfindung kann die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108n zwischen 2 und 40 Metall-Carbonitrid-Filme oder zwischen 5 und 20 Metall-Carbonitrid-Filme aufweisen. Die Aluminium-Menge in der aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108n kann durch Steuern der Dicke jedes Metall-Carbonitrid-Filmes 104a, 104b, ..., 104n gewählt werden. Die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108n kann wärmebehandelt werden, um die Metall-Carbonitrid-Filme und das Aluminium weiter zu mischen und um eine amorphe aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108n mit gewünschten elektrischen und werkstoffabhängigen Eigenschaften zu formen. Bei einem Beispiel kann die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108n bei einer Temperatur zwischen 300°C und 500°C angelassen werden.
  • Gemäß einer Ausführung der Erfindung kann die Aluminium-Menge über die Dicke der aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108n variiert werden. Zum Beispiel kann die Aluminium-Menge graduell aber die Dicke der aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108n vergrößert oder verkleinert werden. In einem Beispiel kann die Aluminium-Menge graduell über die Dicke der aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108n durch sequentielles Verkleinern der Dicke jedes Metall-Carbonitrid-Filmes 104a, 104b, 104c, ..., 104n vergrößert werden. Bei einigen Ausführungen beträgt die Aluminium-Konzentration in der aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 108n mindestens 5 (und in einigen Fällen mindestens 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 oder sogar mindestens 50) Atom-% Aluminium.
  • Eine große Anzahl Tantal- und Titan-Carbonitrid-Precursoren können zum Ablagern der Tantal-Carbonitrid-Filme und der Titan-Carbonitrid-Filme eingesetzt werden. Ein Tantal-Carbonitrid-Prescursor kann Ta, C und N enthalten; jedoch kann ein zusätzliches Stickstoff-Quellgas (z. B. NH3) als eine zusätzliche Stickstoffquelle eingesetzt werden. Repräsentative Beispiele für einen Tantal-Carbonitrid-Precursor enthaltend ”Ta-N” intramolekulare Bindungen umfassen Ta(NMe2)3(NCMe2Et) (TAlMATA), Ta(NEt2)5 (PDEAT), Ta(NMe2)5 (PDMAT), Ta(NEtMe)5 (PEMAT), (tBuN)Ta(NMe2)3 (TBTDMT), (tBuN)Ta(NEt2)3 (TBTDET), (tBuN)Ta(NEtMe)3 (TBTEMT) und (iPrN)Ta(NEt2)3 (IPTDET). Gleichermaßen kann ein Titan-Carbonitrid-Precursor Ti, C und N enthalten. Jedoch kann ein zusätzliches Stickstoff-Quellgas (z. B. NH3) als eine zusätzliche Stickstoffquelle ergänzt werden. Repräsentative Beispiele für Titan-Carbonitrid-Precursoren enthaltend ”Ti-N” intramolekulare Bindungen umfassen Ti(NEt2)4 (TDEAT), Ti(NMeEt)4 (TEMAT) und Ti(NMe2)4 (TDMAT).
  • Ausführungen der Erfindung können eine große Anzahl unterschiedlicher Aluminium-Precursoren nutzen. Zum Beispiel haben viele Aluminium-Precursoren die Formel AlL1L2L3Dx, worin L1, L2, L3 individuelle anionische Liganden und D ein neutraler Donor-Ligand darstellen und x 0, 1 oder 2 sein kann. Jeder Ligand L1, L2, L3 kann individuell aus den Gruppen der Aloxide, Halide, Aryloxide, Armide, Cyclopentadienyle, Alkyle, Silyle, Amidinate, β-Diketonate, Ketoiminate, Silanoate und Carboxylate enthalten. D-Liganden können aus den Gruppen der Ether, Furane, Pyridine, Pyrole, Pyrolidine, Amine, Kron-Ether, Glyme und Nitrile ausgewählt sein.
  • Andere Beispiele von Aluminium-Precursoren umfassen AlMe3, AlEt3, AlMe2H, [Al(OsBu)3]4, Al(CH3OOCHCOCH3)3, AlCl3, AlBr3, AlI3, Al(OiPr)3, [Al(NMe2)3]2, Al(iBu)2Cl, Al(iBu)3 , Al(iBu)2H, AlEt2Cl, Et3Al2(OsBu)3, Al(THD)3, H3AlNMe3, H3AlNEt3, H3AlNMe2Et und H3AlMeEt2.
  • Die 2A bis 2D sind schematische Gas-Fluss-Diagramme zum Ablagern von aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filmen auf einem Substrat in einer Prozesskammer gemäß Ausführungen der Erfindung. Die unterschiedlichen Flussdiagramme können dazu eingesetzt werden, aluminiumdotierte Tantal-Carbonitrid-Filme oder aluminiumdotierte Titan-Carbonitrid-Filme mit unterschiedlichen Elementen-Zusammensetzungen abzulagern. TBTEMT, NH3 und TMA sind dazu vorgesehen, die Ausführungen zu illustrieren, wobei jedoch auch andere Tantal- oder Titan-Carbonitrid-Precursoren, zusätzliche Stickstoff-Quellgase und Aluminium-Precursoren eingesetzt werden können. 2A zeigt schematisch alternierende Aussetzungen von TBTEMT-Gas-Pulsen 202 und TMA-Gas-Pulsen 204, die als [TBTEMT → TMA]-Ablagerungszyklen bezeichnet sind. Wenngleich in den 2A bis 2D nicht gezeigt, kann ein Spül- oder Reinigungs-Gas, wie Argon (Ar) eingesetzt werden, um die Prozesskammer kontinuierlich oder zwischen Gas-Pulsen von reaktanten Gasen, z. B. TBTEMT, TMA oder NH3 zu spülen.
  • 2B zeigt schematisch zeitlich überlappende Aussetzungen eines TBTEMT-Gas-Pulses 212 und eines NH3-Gas-Pulses 216, gefolgt von einem TMA-Gas-Puls 214. Diese Aussetzungs-Sequenz ist als eine [(TBTEMT + NH3) → TMA]-Ablagerungszyklus bezeichnet.
  • 2C zeigt schematisch zeitlich überlappende Aussetzungen eines TBTEMT-Gas-Pulses 222 und eines NH3-Gas-Pulses 226 gefolgt von einer Sequenz eines TMA-Gas-Pulses 224 und eines zusätzlichen NH3-Gas-Pulses 226'. Diese Aussetzungs-Sequenz ist als [(TBTEMT + NH3) → TMA NH3]-Ablagerungszyklus bezeichnet. Obwohl die Gas-Pulse 226' und 226 als separate Gas-Pulse dargestellt sind, können sie auch zu einem einzigen NH3-Gas-Puls kombiniert werden.
  • 2D zeigt schematisch zeitlich überlappende Aussetzungen eines TBTEMT-Gas-Pulses 232 und eines NH3-Gas-Pulses 236, gefolgt von einer Sequenz eines zweiten TBTEMT-Gas-Pulses 232'', eines TMA-Gas-Pulses 234 und eines dritten TBTEMT-Gas-Pulses 232'. Diese Aussetzungs-Sequenz ist als [(TBTEMT + NH3) → TBTEMT → TMA → TBTEMT]-Ablagerungszyklus bezeichnet. Obgleich die Gas-Pulse 232', 232 und 232'' als separate Gas-Pulse dargestellt sind, können zwei oder mehr dieser Gas-Pulse in einen einzigen TBTEMT-Gas-Puls kombiniert werden.
  • Gemäß den 2a bis 2D können unterschiedliche Ablagerangs-Zyklen beliebige Male wiederholt werden, bis die aluminiumdotierte Tantal-Carbonitrid-Gate-Elektrode eine gewünschte Dicke erreicht hat.
  • 3A bis 3D zeigen schematische Querschnittsansichten von Gate-Stacks enthaltend aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden gemäß Ausführungen der Erfindung. 3A zeigt schematisch ein Substrat 300 enthaltend einen Film 302 mit hohem k-Wert auf dem Substrat und eine aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 304, die auf dem Film 302 mit hohem k-Wert geformt ist. Die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 304 ist unter Verwendung der in 2A gezeigten [TBTEMT → TMA]-Ablage-Zyklen geformt. 3B zeigt eine hybride aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 320 enthaltend eine aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 308, die auf dem Film 302 mit hohem k-Wert unter Verwendung von [TBTEMT → TMA]-Ablagerangs-Zyklen geformt ist, und einen Metall-Carbonitrid-Film 310, der auf der aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 308 unter Verwendung einer (TBTEMT + NH3)-Aussetzung geformt ist. 3C zeigt eine andere hybride aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektorde 322, die einen Metall-Carbonitrid-Film 310 enthält, der unter Verwendung einer (TBTEMT + NH3)-Aussetzung auf dem Film 302 mit hohem k-Wert geformt ist, und eine aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 308, die auf dem Metall-Carbonitrid-Film 310 unter Verwendung von [TBTEMT → TMA]-Aussetzungs-Zyklen geformt ist. 3D zeigt noch eine andere hybride aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 324. Die hybride aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 324 ist ähnlich der hybriden aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 322 gemäß 3C, enthält jedoch außerdem einen zweiten Metall-Carbonitrid-Film 312, der auf der aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode 308 unter Verwendung einer (TBTEMT + NH3)-Aussetzung geformt ist.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 3A bis 3D können gemäß anderen Ausführungen der Erfindung die aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden 304 und 308 unter Verwendung des in 2B gezeigten [(TBTEMT + NH3) → TMA]-Ablagetangs-Zyklus, des in 2C gezeigten [(TBTEMT + NH3) → TMA → NH3]-Aussetzungs-Zyklus oder des in 2D gezeigten [(TBTEMT + NH3) → TBTEMT → TMA → TBTEMT]-Ablagetangs-Zyklus geformt werden.
  • 4 zeigt experimentell gewonnene Daten für Tantal-Carbonitrid-Filme, die auf einem Substrat unter Verwendung eines TBTEMT-Precursors abgelagert sind. Die Tantal-Carbonitrid-Filme wurden thermisch ohne Einsatz eines Plasmas abgelagert. Kurve 401 zeigt die Ergebnisse für Tantal-Carbonitrid-Filme, die unter Verwendung alternierender Aussetzungen von TBTEMT-Gas-Pulsen und NH3-Gas-Pulsen abgelagert wurden. Ein Fenster für atomare Schichtablagerung (ALD) ist unterhalb 300°C gezeigt, wobei jeder TBTEMT-Gas-Puls und NH3-Gas-Puls zu einer gesättigten Oberflächenreaktion führen und die Dicke des Tantal-Carbonitrid-Filmes sich nur geringfügig mit der Substrat-Temperatur verändert. Oberhalb von 300°C ist ein chemisches Dampfablagerungs-Regime (CVD) zu beobachten, wobei eine TBTEMT-Gas-Aussetzung zu einer kontinuierlichen Filmablagerung und Filmwachstumsrate abhängig von der Substrat-Temperatur führt. Die Kurve 402 zeigt die Wachstumsrate des Tantal-Carbonitrid-Filmes als Funktion der Substrat-Temperatur für kontinuierliche Aussetzungen einem Prozess-Gas enthaltend ein TGTEMT-Precursor-Gas, jedoch nicht NH3-Gas. Kurve 403 zeigt die Wachstumsrate des Tantal-Carbonitrid-Filmes als Funktion der Substrat-Temperatur für kontinuierliche Aussetzung einem Prozess-Gas enthaltend TGTEMT-Precursor-Gas und NH3-Gas. Die Kurven 402 und 403 zeigen, dass Bildung von Tantal-Carbonitrid-Filmen durch thermische Zersetzung des TGTEMT-Precursors bei Substrat-Temperaturen größer als 300°C mit einer durch die Speiserate begrenzten Wachstumsrate von etwa 13 bis 15 nm/min stattfindet.
  • 5 zeigt experimentell gewonnene Daten für die Aluminium-Konzentration in aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filmen als Funktion der Substrat-Temperatur. Der Aluminium-Gehalt wurde mittels Röntgenstrahl-Fluoreszenz-Spektroskopie (XRF) gemessen. Unter Bezugnahme auf das Gas-Flussdiagramm in 2A und die Kurve 501 in 5 wurden die aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filme unter Verwendung von 32 [TBTEMT → TMA]-Ablagerungs-Zyklen abgelagert. Unter Bezugnahme auf das Gas-Flussdiagramm in 2C und die Kurve 502 in 5 wurden die aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filme unter Verwendung von 32 [(TBTEMT + NH3) → TMA → NH3]-Ablagerungszyklen abgelagert. Gemäß den Kurven 501 und 502 betrug die durchschnittliche Tantal-Carbonitrid-Dicke je Ablagerungs-Zyklus etwa 0,4 nm, und jeder TMA-Gas-Puls dauerte 3 Sekunden. Die Kurven 501 und 502 zeigen, dass TMA-Ablagerungen unterhalb von etwa 500°C zu gesättigten Oberflächen-Reaktionen und zur Bildung von atomaren Schichten von Aluminium führten, jedoch TMA-Aussetzungen oberhalb 500°C zu thermischer Zersetzung von TMA auf dem Substrat führten.
  • 6 zeigt experimentell gewonnene Daten für die Aluminium-Konzentration in aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filmen als Funktion der Gesamtanzahl von TMA-Pulsen. Die Substrat-Temperaturen betrugen 450°C und 500°C, und die Gesamtdicke jedes aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filmes betrug etwa 10 nm. 6 zeigt auch die Dicke des bei jedem Ablagerungszyklus abgelagerten aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filmes. Die Aluminium-Konzentration wurde mittels XRF-Spektroskopie gemessen und reichte von etwa 4 Atom-% bis zu mehr als 35 Atom-%. Die Aluminium-Konzentration wurde durch Auswählen unterschiedlicher Tantal-Carbonitrid-Film-Dicken variiert, die bei jedem Ablagerungs-Zyklus abgelagert wurden. Z. B. führten [(TBTEMT + NH3) → TMA], [(TBTEMT + NH3) → TMA → NH3] und [(TBTEMT + NH3) → TBTEMT → TMA → TBTEMT]-Ablagerungs-Zyklen zu Aluminium-Konzentrationrn von etwa 8 Atom-%, wenn eine Gesamtheit von 5 TMA-Gas-Pulsen verwendet wurde, und von etwa 15 Atom-%, wenn eine Gesamtanzahl von 10 TMA-Gas-Pulsen verwendet wurde. In einem anderen Beispiel führten [TBTEMT → TMA]-Ablagerungs-Zyklen zu Aluminium-Konzentrationen von etwa 4 Atom-%, wenn eine Gesamtzahl von 5 TMA-Gas-Pulsen eingesetzt wurde und von etwa 7 Atom-%, wenn eine Gesamtzahl von 10 TMA-Gas-Pulsen eingesetzt wurde. Somit waren die Aluminium-Konzentrationen doppelt so hoch, wenn gemeinsame Aussetzungen von TBTEMT-Gas und NH3-Gas eingesetzt wurden, verglichen mit Aussetzungen von TBTEMT-Gas ohne NH3-Gas. Zusammenfassend können also Aluminium-Konzentrationen in aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filmen über einen weiten Bereich dadurch abgestimmt bzw. justiert werden, indem die Dicke eines Tantal-Carbonitrid-Filmes bei jedem Zyklus und mit gemeinsamer Aussetzung von TBTEMT-Gas und NH3-Gas abgestimmt bzw. justiert wird.
  • 7 zeigt die Zusammensetzung von Tantal-Carbonitrid-Filmen und aluminiumdotierten Tantal-Carbonitrid-Filmen in Abhängigkeit von Prozess-Bedingungen. Es wurden ein TBTEMT-Tantal-Precursor und ein TMA-Aluminium-Precursor verwendet. Die experimentell gewonnenen Daten zeigen, dass AlTaCN-Filme höhere C-Konzentration als TaCN-Filme haben, und zwar aufgrund verringerten Entfernen von Methylgruppen aus dem von der Substrat-Oberfläche adsorbierten TM-Precursor. Ferner führten [(TBTEMT + NH3)]-Ablagerungs-Zyklen zu erhöhter N-Film-Konzentration und verminderter C-Konzentration im Vergleich zu [TBTEMT]-Aussetzungen. Zusätzlich führten im Vergleich zu [TBTEMT → TMA]-Ablagerungs-Zyklen [(TBTEMT + NH3) → TMA → NH3]-Ablagerungszyklen zu erhöhtem Al-Gehalt und erhöhtem N-Filmgehalt und vermindertem C-Filmgehalt aufgrund der AlN-Bildung infolge der Reaktion von NH3 mit adsorbiertem TMA-Precursor. Eine Sauerstoff-Inkorporation in die Filme ergab sich aus der Luft-Aussetzung des Produktes nach der Film-Ablagerung.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Prozesssystems zum Formen von aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektroden gemäß Ausführungen der Erfindung. Der Fachmann erkennt ohne weiteres, dass das Prozesssystem 1 zum Durchführen verschiedenartiger Ablagerungs-Prozesse einschließlich thermisches CVD genutzt werden kann. Das Prozesssystem 1 umfasst eine Prozesskammer 10 mit einem Substrathalter 20, der zum Unterstützen eines Substrates 25 gestaltet ist, auf welchem die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode geformt werden soll. Die Prozesskammer 10 enthält ferner eine obere Baugruppe 30 (z. B. einen Duschkopf), die mit einem ersten Prozessmaterial-Speisesystem 40 verbunden ist, ein zweites Prozessmaterial-Speisesystem 42, ein drittes Prozessmaterial-Speisesystem 44 und ein Spülgas-Speisesystem 46. Zusätzlich umfasst das Prozesssystem 1 ein Substrat-Temperatur-Regelsystem 60, das mit dem Substrathalter 20 verbunden ist und zum Erhöhen und Regeln der Temperatur des Substrates 25 ausgebildet ist.
  • Das Prozesssystem 1 kann zum Verarbeiten von 200 mm-Substraten, 300 mm-Substraten oder noch größer bemessenen Substraten konfiguriert sein. In der Praxis ist beabsichtigt, dass das Ablagerungssystem zum Verarbeiten von Substraten, Wafern oder flachen Display-Paneelen unabhängig von deren Größe ausgebildet sein kann, wie der Fachmann dies erkennt. Wenn daher Aspekte der Erfindung in Verbindung mit dem Verarbeiten eines Halbleiter-Substrates beschrieben sind, bedeutet dies nicht eine Beschränkung auf diese Anwendung.
  • Das erste Prozessmaterial-Speisesystem 40, das zweite Prozessmaterial-Speisesystem 42 und das dritte Prozessmaterial-Speisesystem 44 sind zum gleichzeitigen oder alternierenden Einführen eines ersten, zweiten und dritten Prozessmaterials in die Prozesskammer 10 konfiguriert. Das alternierende Einführen des ersten, zweiten und dritten Prozessmaterials kann zyklisch oder azyklisch mit variablen Zeitabschnitten zwischen dem Einführen des ersten, zweiten und dritten Prozessmaterials erfolgen. Das erste Prozessmaterial kann einen Tantal-Carbonitrid-Precursor, einen Titan-Carbonitrid-Precursor oder beide umfassen. Z. B. kann der Tantal- oder der Titan-Carbonitrid-Precursor als feste Phase, flüssige Phase oder gasförmige Phase vorliegen und kann in die Prozesskammer 10 in gasförmiger Phase mit oder ohne Einsatz eines Trägergases (z. B. eines Edelgases oder N2) eingespeist werden. Das zweite Prozessmaterial kann z. B. ein ergänzendes Stickstoff-Quellgas umfassen und in die Prozesskammer 10 mit oder ohne Einsatz eines Trägergases eingespeist werden. Das zweite Prozessmaterial kann NH3, NH(CH3)2, N2H4 oder N2H3CH3 oder eine Kombination von zwei oder mehr dieser Gase enthalten. Das dritte Prozessmaterial-Speisesystem 44 kann zum Einführen eines dritten Prozessmaterials enthaltend einen Aluminium-Precursor gestaltet sein. Beispiele von Tantal-Carbonitrid-Precursoren, Titan-Carbonitirid-Precursoren und Aluminium-Precursoren sind oben beschrieben worden.
  • Zusätzlich kann das Spülgas-Speisesystem zum Einführen eines Spülgases in die Prozesskammer 10 ausgebildet sein. Z. B. kann Spülgas zwischen dem Einführen des ersten Prozessmaterials und des zweiten Prozessmaterials in die Prozesskammer 10 oder anschließend an das Einführen des zweiten Prozessmaterials in die Prozesskammer 10 erfolgen. Das Spülgas kann ein inertes Gas, wie ein Edelgas (z. B. Helium, Neon, Argon, Xenon, Krypton), N2 oder H2 umfassen.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 8 kann das Prozesssystem 1 ein Substrattemperatur-Regelsystem 60 umfassen, das mit dem Substrathalter 20 verbunden und dazu ausgebildet ist, die Temperatur des Substrates 25 anzuheben und zu regeln. Das Substrattemperatur-Regelsystem 60 umfasst Temperatur-Steuerelemente, wie ein Kühlsystem einschließlich rezirkulierenden Kühlströmung, die Wärme vom Substrathalter 20 aufnehmen und zu einem Wärmetauschersystem (nicht gezeigt) übertragen oder während des Heizens Wärme von dem Wärmetauschersystem abführen. Zusätzlich können Temperatur-Steuerelemente Heiz-/Kühl-Elemente umfassen, wie Widerstandsheizelemente oder thermoelektrische Heizer/Kühler, die in den Substrathalter 20 wie auch in die Kammerwand der Prozesskammer 10 und in jede andere Komponente innerhalb des Prozesssystems 1 inkorporiert sein können.
  • Um die Wärmeübertragung zwischen dem Substrat 25 und dem Substrathalter 20 zu verbessern, kann der Substrathalter 20 ein mechanisches oder elektrisches Klemmsystem, wie ein elektrostatisches Klemmsystem nutzen, um das Substrat 25 an einer Oberfläche des Substrathalters 20 zu befestigen. Ferner kann der Substrathalter 20 ein rückseitiges Gas-Speisesystem aufweisen, das zum Speisen von Gas zur Rückseite des Substrates 25 ausgebildet ist, um die Gas-Spalt-Wärmeleitung zwischen Substrat 25 und Substrathalter 20 zu verbessern. Ein solches System kann eingesetzt werden, wenn eine Temperaturregelung des Substrats 25 auf erhöhte oder verringerte Temperaturen erforderlich ist. Beispielsweise kann das bezüglich des Substrates rückseitige Gassystem ein Zwei-Zonen-Gasverteilungssystem umfassen, bei dem ein Heliumgas-Spalt-Druck unabhängig zwischen der Mitte und dem Rand des Substrates 25 verändert werden kann.
  • Ferner ist die Prozesskammer 10 mit einem Druckregelsystem 32 einschließlich eines Vakuum-Pumpensystems 34 und eines Ventil 36 über eine Leitung 38 verbunden, wobei das Druckregelsystem 32 zum kontrollierten Evakuieren der Prozesskammer 10 auf einen Druck konfiguriert ist, der zum Formen des Dünnfilmes auf dem Substrat geeignet und zur Nutzung für die ersten, zweiten und dritten Prozessmaterialien passend ist. Das Vakuum-Pumpensystem 34 kann eine Turbo-Molekular-Vakuum-Pumpe (TMP) oder eine Kryogen-Pumpe mit einer Pumpenleistung bis etwa 5000 Liter pro Sekunde (und mehr) aufweisen, und das Ventil 36 kann ein Absperrventil zum Drosseln des Kammerdruckes umfassen. Ferner kann eine Vorrichtung zum Überwachen des Kammerdruckes (nicht gezeigt) mit der Prozesskammer 10 verbunden sein. Die Druckmessvorrichtung kann beispielsweise ein Kapazitäts-Manometer sein.
  • Das Prozesssystem umfasst einen Regler 70, der dazu eingesetzt werden kann, sämtliche Prozesselemente des Prozesssystems 1 zu konfigurieren, und der Regler 70 kann von den Prozesselementen erhaltene Daten sammeln, bereitstellen, verarbeiten, speichern und anzeigen. Der Regler kann eine Anzahl von Anwendungen zum Regeln eines oder mehrerer Prozesselemente umfassen. Beispielsweise kann der Regler ein graphisches Nutzer-Interface (GUI) (nicht gezeigt) aufweisen, das leicht zu nutzende Interfaces bereitstellen kann, welche einen Nutzer zum Überwachen und/oder Regeln bzw. Steuern eines oder mehrerer Prozesselemente befähigen kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Regler 70 mit einem oder mehreren zusätzlichen Reglern/Computern (nicht gezeigt) verbunden sein und Einstell- und/oder Konfigurations-Informationen von einem weiteren Regler/Computer erhalten.
  • Der Regler 70 kann einen Mikroprozessor, einen Speicher und einen digitalen I/O-Port aufweisen, der zum Erzeugen von Regelspannungen fähig ist, die zum Kommunizieren und Aktivieren von Eingaben in die Prozesselemente des Prozesssystems ebenso wie zum Überwachen von Ausgaben des Prozesssystems 1 erforderlich sind. Beispielsweise kann ein im Speicher abgelegtes Programm dazu genutzt werden, die Eingänge der erwähnten Komponenten des Prozesssystems 1 gemäß einem Prozess-Rezept zum Formen eines Ätz-Prozesses oder Ablagerungs-Prozesses zu bilden.
  • Der Regler 70 kann als Allzweck-Computersystem implementiert sein, das einen Teil oder sämtliche mikroprozessorbasierten Prozessschritte der Ausführung der Erfindung in Antwort auf einen Prozessor durchführt, welcher eine oder mehrere Sequenzen von einer oder mehreren in dem Speicher enthaltenen Instruktionen ausführt. Solche Instruktionen können in den Regler-Speicher zu einem anderen computerlesbaren Medium, wie einer Festplatte oder einem entfernbaren Medium, eingelesen werden. In einer Multi-Prozessor-Anordnung können ebenfalls ein oder mehrere Prozessoren als Mikroprozessor-Regler eingesetzt werden, um die in dem Hauptspeicher enthaltenen Instruktions-Sequenzen auszuführen. In alternativen Ausführungen können anstatt Software-Instruktionen oder in Kombination damit fest verdrahtete Schaltkreise eingesetzt werden. Somit sind die Ausführungen nicht begrenzt auf eine spezifische Kombination von Hardware und Software.
  • Der Regler 70 umfasst mindestens ein computerlesbares Medium oder einen Speicher, wie den Regler-Speicher zum Vorhalten von programmierten Instruktionen und von Datenstrukturen, Tafeln, Aufzeichnungen oder anderen Daten, die erforderlich sein können, um die Erfindung zu implementieren. Beispiele für computerlesbare Medien sind Kompakt-Disks, Festplatten, Floppy Disks, Bänder, magneto-optische Disks, PROMs (EPROM, EEPROM, Flash-EPROM) DRAM, SRAM, SDRAM oder jegliches andere magnetische Medium, Kompakt-Disks ((z. B. CD-ROM) oder andere optische Medien, Lochkarten, Papierband oder andere physische Medien mit Lochmustern, Trägerwelle (unten beschrieben) oder jegliches andere Medium, das ein Computer lesen kann.
  • Die Erfindung benutzt vorteilhafterweise Software zum Steuern des Reglers 70, die auf einem einzigen oder einer Kombination von computerlesbaren Medien gespeichert ist, um eine Vorrichtung oder Vorrichtungen beim Implementieren von Ausführungen der Erfindung zu treiben und/oder um den Computer dazu zu befähigen, mit einem menschlichen Nutzer zu interagieren. Solche Software kann Vorrichtungs-Treiber, Operations-Systeme, Entwicklungs-Werkzeuge und Anwendungs-Software umfassen, ist darauf jedoch nicht beschränkt. Solche computerlesbaren Medien umfassen ferner das Computerprogramm-Produkt der Erfindung zum Durchführen aller oder eines Teils (wenn das Verarbeiten aufgeteilt ist) Verarbeitungsgänge, die zum Implementieren der Ausführungen der Erfindung erforderlich sind.
  • Computer-Code-Vorrichtungen können jeden interpretierbaren oder ausführbaren Code-Mechanismus einschließlich Skripte, interpretierbare Programme, dynamische Link-Bibliotheken (DLLs), Java-Klassen und komplette ausführbare Programme umfassen, sind darauf jedoch nicht beschränkt. Darüberhinaus können Teile der Verarbeitung der Erfindung zur Verbesserung der Leistung und der Verlässlichkeit und/oder aus Kostengründen aufgeteilt werden.
  • Der Begriff ”computerlesbares Medium” im hier gebrauchten Sinne bezieht sich auf jegliches Medium, das dazu beiträgt, Instruktionen an den Prozessor eines Reglers 70 zur Ausführung bereitzustellen. Ein computerlesbares Medium kann viele Formen einnehmen, einschließlich nicht-volatile Medien, volatile Medien und Übertragungsmedien. Nicht-volatile Medien schließen z. B. optische und magnetische Disks, magneto-optische Disks, wie Festplatten, oder entfernbare Medienantriebe ein. Volatile Medien schließen ferner dynamische Speicher, wie einen Hauptspeicher, ein. Darüberhinaus können verschiedene Formen von computerlesbaren Medien beteiligt sein, um eine oder mehrere Sequenzen einer oder mehrerer Instruktionen an den Prozessor des Reglers zu übertragen. Beispielsweise können die Instruktionen anfänglich auf einer Magnet-Disk eines entfernten Computers gespeichert sein. Der entfernte Computer kann die Instruktionen zum Implementieren aller oder eines Teiles der Erfindung entfernt in einen dynamischen Speicher laden und diese Instruktionen über ein Netzwerk zum Regler 70 senden.
  • Der Regler 70 kann bezüglich des Prozesssystems 1 lokal angeordnet sein, oder er kann von dem Prozesssystem 1 entfernt angeordnet sein. Beispielsweise kann der Regler 70 Daten mit dem Prozesssystem 1 austauschen, indem mindestens eine direkte Verbindung, ein internes Netzwerk, das Internet oder eine drahtlose Verbindung genutzt werden. Der Regler 70 kann beispielsweise an ein internes Netzwerk, z. B. auf Kundenseite (d. h. eines Vorrichtungsherstellers usw.) oder an internes Netzwerk auf Käuferseite (d. h. eines Ausrüstungsherstellers usw.) angeschlossen sein. Zusätzlich kann der Regler 70 z. B. an das Internet angeschlossen sein. Ferner kann ein anderer Computer (d. h. ein Server usw.) Zugang zum Regler 70 haben, um Daten über mindestens eine Direktverbindung, ein internes Netzwerk oder das Internet auszutauschen. Dem Fachmann ist schließlich klar, dass der Regler 70 Daten mit dem Prozesssystem 1 über eine drahtlose Verbindung austauschen kann.
  • Es wurden mehrere Ausführungen zum Formen einer aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode beschrieben. Beispielsweise verlangt der Beg-riff ”auf”, wie hier und in den Ansprüchen benutzt, nicht unbedingt, dass ein erster Film direkt ”auf” einem zweiten 20 Film oder in unmittelbarem Kontakt mit dem zweiten Film vorgesehen ist, wenn dies nicht aus-drücklich festgestellt ist; es kann ein dritter Film oder eine andere Struktur zwischen dem ersten Filmund dem zweiten Film auf dem ersten Film sein.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Formen einer Halbleitervorrichtung, umfassend: Bereitstellen eines Substrates, das eine dielektrische Schicht trägt; und Formen einer aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode auf der dielektrischen Schicht in Abwesenheit von Plasma durch: Ablagern eines Metall-Carbonitrid-Filmes durch Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls eines Metall-Carbonitrid-Precursors, wobei der Metall-Carbonitrid-Precursor Tantal, Titan oder eine Kombination davon aufweist; Adsorbieren einer atomaren Schicht eines Alumium-Precursors auf dem Metall-Carbonitrid-Film durch Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls des Aluminium-Precursors, wobei während des Ablagerns und Adsorbierens das Substrat bei einer Temperatur oberhalb der thermischen Zersetzungs-Temperatur des Metall-Carbonitrid-Precursors und unterhalb der thermischen Zersetzungstemperatur des Aluminium-Precursors gehalten wird, und Wiederholen des Ablagerns und Adsorbierens um gewünschte Male.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ablagern und Adsorbieren ohne zeitliche Überlappung geschieht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Ablagern des Metall-Carbonitrid-Filmes ohne Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls enthaltend ein zusätzliches Stickstoff-Quellgas durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, umfassend: Ablagern eines ersten zusätzlichen Metall-Carbonitrid-Filmes auf der dielektrischen Schicht vor dem Ablagern des Metall-Carbonitrid-Filmes und/oder Ablagern eines zweiten zusätzlichen Metall-Carbonitrid-Filmes auf der aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode, wobei das Ablagern des ersten und/oder zweiten zusätzlichen Metall-Carbonitrid-Filmes das Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls eines zusätzlichen Metall-Karbonitrid-Precursors und einem zusätzlichen Stickstoff-Quellgas umfasst, wobei der zusätzliche Metall-Carbonitrid-Precursor Tantal, Titan oder eine Kombination davon und das zusätzliche Stickstoff-Quellgas NH3, NH(CH3)2, N2H4 oder N2H3CH3 umfassen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Ablagern des Metall-Carbonitrid-Filmes ferner das Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls enthaltend ein zusätzliches Stickstoff-Quellgas bei mindestens teilweiser zeitlicher Überlappung mit dem Gas-Puls eines Metall-Carbonitrid-Precursors umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Gas-Puls enthaltend das zusätzliche Stickstoff-Quellgas NH3, NH(CH3)2, N2H4 oder N2H3CH3 umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Formen ferner das Aussetzen des Substrates einem zweiten Gas-Puls des zusätzlichen Stickstoff-Quellgases umfasst, wobei der zweite Gas-Puls des zusätzlichen Stickstoff-Quellgases keine Überlappung mit dem Gas-Puls des Metall-Carbonitrid-Precursors oder mit dem Gas-Puls des Aluminium-Precursors aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Ablagern des Metall-Carbonitrid-Filmes ferner das Aussetzen des Substrates einem zusätzlichen Gas-Puls des Metall-Carbonitrid-Precursors ohne Überlappung mit dem Gas-Puls des Metall-Carbonitrid-Precursors oder dem Gas-Puls des Aluminium-Precursors umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend: Ablagern eines zusätzlichen Metall-Carbonitrid-Filmes auf der aluminiumdotierten Metall-Carbonitrid-Gate-Elekrode, wobei das Ablagern des zusätzlichen Metall-Carbonitrid-Filmes das Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls aus einem zusätzlichen Metall-Carbonitrid-Precursor und einem zusätzlichen Stickstoff-Quellgas umfasst und der zusätzliche Metall-Carbonitrid-Precursor Tantal,, Titan oder eine Kombination davon aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Metall-Carbonitrid-Precursor einen Tantal-Carbonitrid-Precursor mit intramolekularen Ta-N-Bindungen aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Tantal-Carbonitrid-Precursor umfasst: Ta(NMe2)3(NCMe2Et) (TAlMATA), Ta(NEt2)5 (PDEAT), Ta(NMe2)5 (PDMAT), Ta(NEtMe)5 (PEMAT), (tBuN)Ta(NMe2)3 (TBTDMT), (tBuN)Ta(NEt2)3 (TBTDET), (tBuN)Ta(NEtMe)3 (TBTEMT) oder (iPrN)Ta(NEt2)3 (IPTDET).
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Metall-Carbonitrid-Precursor einen Titan-Carbonitrid-Precursor mit intramolekularen Ti-N-Bindungen aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Titan-Carbonitrid-Precursor umfasst: Ti(NEt2)4 (TDEAT), Ti(NMeEt)4 (TEMAT) oder Ti(NMe2)4 (TDMAT).
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Aluminium-Precursor umfasst: AlMe3, AlEt3, AlMe2H, [Al(OsBu)3]4, Al(CH3COCHCOCH3)3, AlCl3, AlBr3, A1I3, Al(OiPr)3, [Al(NMe2)3]2, Al(iBu)2Cl, Al(iBu)3, Al(iBu)2H, AlEt2Cl, Et3Al2(OsBu)3, Al(THD)3, H3AlNMe3, H3AlNEt3, H3AlNMe2Et oder H3AlMeEt2.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode zwischen 5 und 50 Atom-% Aluminium umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht eine hohe Dielektrizitätskonstante k hat; und das Ablagern des Metall-Carbonitrid-Filmes ferner durch Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls enthaltend ein zusätzliches Stickstoff-Quellgas bei mindestens teilweiser zeitlicher Überlappung mit dem Gas-Puls eines Metall-Carbonitrid-Precursors erfolgt, wobei der Metall-Carbonitrid-Precursor einen Tantal-Carbonitrid-Precursor mit intramolekurlaren Ta-N-Bindungen oder einen Titan-Carbonitrid-Precursor mit intramolekularen Ti-N-Bindungen aufweist; und wobei das Ablagern und Adsorbieren sich nicht zeitlich überlappen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Gas-Puls mit dem zusätzlichen Stickstoff-Quellgas NH3, NH(CH3)2, N2H4 oder N2H3CH3 enthält.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem der Tantal-Carbonitrid-Precursor umfasst: Ta(NMe2)3(NCMe2Et) (TAlMATA), Ta(NEt2)5 (PDEAT), Ta(NMe2)5 (PDMAT), Ta(NEtMe)5 (PEMAT), (tBuN)Ta(NMe2)3 (TBTDMT), (tBuN)Ta(NEt2)3 (TBTDET), (tBuN)Ta(NEtMe)3 (TBTEMT) oder (iPrN)Ta(NEt2)3 (IPTDET) während der Titan-Carbonitrid-Precursor Ti(NEt2)4 (TDEAT), Ti(NMeEt)4 (TEMAT) oder Ti(NMe2)4 (TDMAT) und der Aluminium-Precursor AlMe3, AlEt3, AlMe2H, [Al(OsBu)3]4, Al(CH3COCHCOCH3)3, AlCl3, AlBr3, AlI3, Al(OiPr)3, [Al(NMe2)3]2, Al(iBu)2C1, Al(iBu)3 , Al(iBu)2H, AlEt2Cl, Et3Al2(OsBu)3, Al(THD)3, H3AlNMe3, H3AlNEt3, H3AlNMe2Et oder H3AlMeEt2 umfassen.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode zwischen 5 und 50 Atom-% Aluminium aufweist.
  20. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht eine hohe Dielektrozitätskonstante k hat; und das Metall-Carbonnitrid ein Tantal-Carbonitrid ist; der Tantal-Carbonitrid-Film durch Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls eines (tBuN)Ta(NEtMe)3 (TBTEMT)-Precursors abgelagert wird; eine atomare Schicht aus einem AlMe3-Precursor auf dem Tantal-Carbonitrid-Film durch Aussetzen des Substrates einem Gas-Puls des AlMe3-Precursors adsorbiert wird, wobei während des Ablagerns und Adsorbierens das Substrat bei einer Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des (tBuN)Ta(NEtMe)3 (TBTEMT)-Precursors und unterhalb der thermischen Zersetzungstemperatur des AlMe3-Precursors gehalten wird, und wobei die aluminiumdotierte Metall-Carbonitrid-Gate-Elektrode zwischen 5 und 50 Atom-% Aluminium aufweist.
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