DE10296448T5

DE10296448T5 - Verfahren zum Abscheiden einer Schicht mit einer verhältnismässig hohen Dielektrizitätskonstante auf ein Substrat

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Publication number: DE10296448T5
Application number: DE10296448T
Authority: DE
Inventors: Jane Los Angeles Chang; You-Sheng Downey Lin; Avishai Camon Kepten; Michael Sendler; Sagy Sunnyvale Levy; Robin Petaluma Bloom
Original assignee: University of California; Mattson Technology Inc; University of California Berkeley
Current assignee: University of California; Mattson Technology Inc; University of California Berkeley
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2004-04-15
Also published as: US20060110531A1; CN1258617C; US20030031793A1; JP4427254B2; US6884719B2; KR20030085559A; JP2005504432A; WO2002090614A1; KR100853903B1; CN1498285A

Abstract

Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf ein Substrat, umfassend:
i) Vorsehen eines Systems mit einer Reaktionskammer, welche geeignet ist zum Aufnehmen des Substrats, und einer Energiequelle in Verbindung mit der Reaktionskammer zum Erwärmen des in der Kammer enthaltenen Substrats; und
ii) Anwenden eines ersten Reaktionszyklus auf das Substrat, wobei der erste Reaktionszyklus umfasst:
a) Erwärmen des Substrats auf eine erste Abscheidungstemperatur mit der Energiequelle, wobei die erste Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C;
b) Zuführen eines ersten Gaszwischenprodukts zur Reaktionskammer für eine erste Abscheidungszeitspanne, während das Substrat die erste Abscheidungstemperatur aufweist, wobei das erste Gaszwischenprodukt eine erste Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei das erste Gaszwischenprodukt eine organometallische Verbindung umfasst;
c) Zuführen eines ersten Oxidationsgases zur Reaktionskammer für eine erste Oxidationsgaszeitspanne, während das Substrat eine erste Oxidationsgastemperatur aufweist, wobei das erste Oxidationsgas eine erste Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei mindestens eine partielle monomolekulare Schicht eines Dielektrikums während des ersten...

Description

Verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität bezüglich einer provisorischen Anmeldung, eingereicht am 20. März 2001 mit der Seriennummer 60/277 326.
Hintergrund der Erfindung
Zur Herstellung von MOSFET-Vorrichtungen (MOSFET: Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) bzw. Vorrichtungen hoher Speicherkapazität, wie beispielsweise DRAMs (Dynamische Schreib-Lese-Speicher) ist es oftmals notwendig, eine dünne Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante (high-k-Schicht) auf einem Substrat, wie beispielsweise eine Siliciumscheibe, zu bilden. Die Dicke derartiger Schichten beträgt oftmals weniger als 30 Nanometer. Um eine derartig dünne dielektrische Schicht auf ein Substrat aufzubringen, wurde eine Vielzahl von Aufbringtechniken entwickelt.
Beispielsweise wurde traditionell eine chemische Aufdampfung (CVD) zum Bilden einer high-k-Schicht auf einem Substrat angewendet. Eine chemische Aufdampfung beinhaltet typischerweise das Zuführen eines Gaszwischenproduktes sowie eines Oxidationsgas zu einem Behälter. Die Zwischenprodukte zersetzen sich und reagieren mit dem Oxidationsgas auf der Oberfläche des Substrats zum Bilden der Oxidschicht. Jedoch führt eine chemische Aufdampfung allgemein zu verhältnismäßig dicken Schichten, welche eine Anzahl von Mängeln aufweisen, die die Leistung der resultierenden elektronischen Bauelemente einschränken können. Somit wird nach Bilden der high-k-Schicht diese üblicherweise anschließend einem Glühgas ausgesetzt, so dass Sauerstoff in die Schicht eintreten kann, um die Mängel an der Grenzfläche zwischen der Schicht und dem Substrat und im Volumen der Schicht zu beseitigen. In vielen Fällen sind verhältnismäßig hohe Temperaturen erforderlich, um ein Diffundieren des Oxidationsgases durch die Schicht in der oben beschriebenen Weise zu ermöglichen.
Jedoch können derartig hohe Temperaturen manchmal eine unerwünschte Kristallisation der Schicht bewirken, wodurch der Leckstrom durch die Korngrenzen weiter zunimmt, was die Gesamtleistung der elektrischen Vorrichtung verschlechtert.
Somit wurde angesichts dieser Probleme ein weiteres Verfahren, bekannt als "Atomschichtabscheidung" zum Abscheiden einer high-k-Schicht auf ein Substrat entwickelt. Die Atomschichtabscheidung beinhaltet das sequentielle periodische Anwenden reaktiver Chemien auf das Halbleiterscheibensubstrat zum Bilden dünner Schichten. Genauer wird jeder Reaktionszyklus bei den gleichen Abscheidungs- und Oberflächenreaktivierungsbedingungen ausgeführt, so dass lediglich eine monomolekulare Schicht pro Reaktionszyklus gebildet wird. Die Atomschichtabscheidung beinhaltet beispielsweise allgemein das Zuführen eines Gaszwischenprodukts (beispielsweise anorganische Metallhalogenide) zum Liefern einer einzelnen monomolekularen Schicht. Anschließend wird ein zweites Gas, wie beispielsweise Wasser, zugeführt, um das Gaszwischenprodukt vollständig zu oxidieren und einen Metalloxidfilm auf dem Halbleiterscheibensubstrat zu bilden. Zusätzliche Zyklen werden zum Bilden zusätzlicher monomolekularer Schichten angewendet, bis die gewünschte Schicht gebildet ist. Anschließend wird ein Glühgas zugeführt, um Mängel von der Schicht zu entfernen. Beispielsweise ist, wie in 4A dargestellt, eine gemäß einer herkömmlichen "Atomschichtabscheidung"-Technik gebildete Schicht dargestellt. Weiter Beispiele derartiger her kömmlicher Atomschichtabscheidungstechniken sind in den U.S.-Patenten Nr. 4,058,430 und 4,413,022 an Suntola beschrieben.
Obwohl die Atomschichtabscheidung einige Vorteile bezüglich früherer Verfahren aufweist, bringt diese auch eine Vielzahl von Problemen mit sich. Beispielsweise liefert die Atomschichtabscheidung eine sehr geringe Ablaufsteuerung, und infolgedessen können gewisse Zielcharakteristiken der dielektrischen Schicht nicht ohne weiteres erzielt werden. Ferner kann aufgrund der Tatsache, dass die Atomschichtabscheidung auf eine monomolekulare Schicht pro Reaktionszyklus begrenzt ist, deren Effektivität in einem Produktionsbereich begrenzt sein.
Somit besteht derzeit Bedarf an einem verbesserten Verfahren zur Abscheidung einer high-k-Schicht auf ein Substrat.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Abscheidung einer dielektrischen Schicht auf ein Substrat (beispielsweise eine Halbleiterscheibe) geschaffen, welches ein System mit einer Reaktionskammer, welche geeignet ist zum Aufnehmen des Substrats, und mit einer Energiequelle in Verbindung mit der Reaktionskammer zum Erwärmen des Substrats umfasst. Solange sich das Substrat in der Reaktionskammer befindet, kann dieses einem Reaktionszyklus bzw. mehreren Reaktionszyklen ausgesetzt werden. Ein Reaktionszyklus kann beispielsweise folgendes umfassen:

a) Erwärmen des Substrats auf eine erste Abscheidungstemperatur mit der Energiequelle, wobei die erste Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C;
b) Zuführen eines ersten Gaszwischenprodukts zur Reaktionskammer für eine erste Abscheidungszeitspanne, während das Substrat die erste Abscheidungstemperatur aufweist, wobei das erste Gaszwischenprodukt eine erste Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist und das erste Gaszwischenprodukt eine organometallische Verbindung umfasst;
c) Zuführen eines ersten Oxidationsgases zur Reaktionskammer für eine erste Oxidationsgaszeitspanne, während das Substrat eine erste Oxidationsgastemperatur aufweist, wobei das erste Oxidationsgas eine erste Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist.

Folglich wird zumindest eine partielle monomolekulare Schicht eines Dielektrikums während des Reaktionszyklus gebildet, und in einigen Fällen zumindest eine monomolekulare Schicht. Beispielsweise kann das Dielektrikum ein Metalloxid umfassen, welches Aluminiumoxid (Al₂O₃), Tantaloxid (Ta₂O₅), Titanoxid (TiO₂), Zirkonoxid (ZrO₂), Hafniumoxid (HfO₂), Yttriumoxid (Y₂O₃), Verbindungen daraus und ähnliches beinhaltet, jedoch nicht darauf begrenzt ist. Ferner kann die dielektrische Beschichtung auch ein Metallsilikat, wie beispielsweise Hafniumsilikat oder Zirkonsilikat, umfassen.
Ferner kann das Verfahren zur Abscheidung einer dielektrischen Schicht auf das Substrat auch umfassen:
Anwenden eines zweiten Reaktionszyklus auf das Substrat, wobei der zweite Reaktionszyklus umfasst:

a) Zuführen eines zweiten Gaszwischenprodukts zur Reaktionskammer für eine zweite Abscheidungszeitspanne, während das Substrat eine zweite Abscheidungstemperatur aufweist, wobei die zweite Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C und wobei das Gaszwischenprodukt eine zweite Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist;
b) Zuführen eines zweiten Oxidationsgases zur Reaktionskammer für eine zweite Oxidationsgaszeitspanne, während das Substrat eine zweite Oxidationsgastemperatur aufweist, wobei das zweite Oxidationsgas eine zweite Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist.

Das Verfahren kann ferner ein derartiges Steuern des ersten Reaktionszyklus und des zweiten Reaktionszyklus umfassen, dass die erste Abscheidungstemperatur von der zweiten Abscheidungstemperatur verschieden ist, die erste Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit von der zweiten Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit verschieden ist, die erste Abscheidungszeitspanne von der zweiten Abscheidungszeitspanne verschieden ist, die erste Oxidationsgastemperatur von der zweiten Oxidationsgastemperatur verschieden ist, die erste Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit von der zweiten Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit verschieden ist, die erste Oxidationsgaszeitspanne von der zweiten Oxidationsgaszeitspanne verschieden ist, bzw. Kombinationen daraus. Bei alternativen Ausführungsbeispielen jedoch bleiben die oben genannten Parameter bei jedem Reaktionszyklus im wesentlichen gleich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen Schicht offenbart. Das Verfahren umfasst:

i) Vorsehen eines Systems mit einer Reaktionskammer, welche geeignet ist zum Aufnehmen der Halbleiterscheibe, und einer Energiequelle in Verbindung mit der Reaktionskammer zum Erwärmen der in der Kammer enthaltenen Halbleiterscheibe;
ii) Anwenden eines ersten Reaktionszyklus auf die Halbleiterscheibe, wobei der erste Reaktionszyklus umfasst:
a) Erwärmen der Halbleiterscheibe auf eine erste Abscheidungstemperatur mit der Energiequelle, wobei die erste Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C;
b) Zuführen eines ersten Gaszwischenprodukts zur Reaktionskammer für eine erste Abscheidungszeitspanne, während die Halbleiterscheibe eine erste Abscheidungstemperatur aufweist, wobei das erste Gaszwischenprodukt eine erste Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist;
c) Zuführen eines ersten Oxidationsgases zur Reaktionskammer für eine erste Oxidationsgaszeitspanne, während die Halbleiterscheibe eine erste Oxidationstemperatur aufweist, wobei das erste Oxidationsgas eine erste Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei zumindest eine partielle monomolekulare Schicht eines Dielektrikums während des ersten Reaktionszyklus gebildet wird; und
iii) Anwenden eines zweiten Reaktionszyklus auf die Halbleiterscheibe, wobei der zweite Reaktionszyklus umfasst:
a) Zuführen eines zweiten Gaszwischenprodukts auf die Reaktionskammer für eine zweite Abscheidungszeitspanne, während die Halbleiterscheibe eine zweite Abscheidungstemperatur aufweist, wobei die zweite Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C, wobei das zweite Gaszwischenprodukt eine zweite Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist;
b) Zuführen eines zweiten Oxidationsgases zur Reaktionskammer für eine zweite Oxidationsgaszeitspanne, während die Halbleiterscheibe eine zweite Oxidationsgastemperatur aufweist, wobei das zweite Oxidationsgas eine zweite Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei zumindest eine partielle monomolekulare Schicht eines Dielektrikums während des zweiten Reaktionszyklus gebildet wird; und
iv) Anwenden eines Reaktionszyklus oder mehrerer Reaktionszyklen auf die Halbleiterscheibe, um eine Zieldicke zu erreichen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen das erste Gaszwischenprodukt, das zweite Gaszwischenprodukt bzw. Kombinationen daraus ein Organo-Silicium-Verbindung, so dass die resultierende dielektrische Verbindung ein Metallsilikat enthält.

Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend genauer erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich des besten Verfahrens davon, gerichtet an einen Fachmann auf diesem Gebiet, ist genauer in dem verbleibenden Teil der Beschreibung dargelegt, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines Systems zur schnellen thermischen chemischen Aufdampfung, welches bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der erforderlichen Anzahl von Reaktionszyklen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine graphische Darstellung der Temperatur-, Durchflussgeschwindigkeits- und Zeitspannenprofile für drei Reaktionszyklen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine graphische Darstellung verschiedener Reaktionszyklen, wobei 4A die Abscheidung von Chemikalien "a" und "e" unter Verwendung herkömmlicher Atomschichtabscheidungstechniken und 4B die Abscheidung von Chemikalien "a" und "e" gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 eine graphische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei 5A ein Graph der abgeschiedenen Dicke über die Anzahl von Zyklen ist, 5B ein Graph der abgeschiedenen Dicke über die Gaszwischenproduktzeitspanne ist, 5C ein Graph der abgeschiedenen Dicke über die Gesamtzeitspanne ist und 5D ein Graph der abgeschiedenen Dicke über den Gaszwischenproduktdampfdruck ist; und
6 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei 6A eine Graph der abgeschiedenen Dicke an verschiedenen Punkten der Halbleiterscheibe über den Abstand des Punkts von der Halbleiterscheibenmitte und 6B eine Darstellung der Oberflächengleichmäßigkeit und Ebenheit der Halbleiterscheibe ist, wie durch Ellipsometrie und Rasterkraftmikroskopie bestimmt.
Die wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und Zeichnung soll gleiche bzw. analoge Merkmale bzw. Elemente der Erfindung bezeichnen.
Genaue Beschreibung repräsentativer Ausführungsbeispiele
Fachleuten auf diesem Gebiet ist ersichtlich, dass die vorliegende Beschreibung lediglich eine Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele ist und die umfassenderen Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht einschränken soll, wobei die umfassenderen Aspekte in dem beispielhaften Aufbau enthalten sind.
Die vorliegende Erfindung ist allgemein gerichtet auf ein Verfahren zum Abscheiden einer Schicht mit einer verhältnismäßig hohen Dielektrizitätskonstante "k" auf ein Substrat. Die Dielektrizitätskonstante der erfindungsgemäß gebildeten Schicht ist beispielsweise typischerweise größer als etwa 4, bei einigen Ausführungsbeispielen größer als etwa 8, bei einigen Ausführungsbeispielen größer als etwa 10 und bei einigen Ausführungsbeispielen größer als etwa 15. Erfindungsgemäß gebildete Schichten können beispielsweise eine Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 5 und etwa 100 und, bei einigen Ausführungsbeispielen, zwischen etwa 15 und etwa 20 aufweisen. Ferner kann die resultierende high-k-Schicht allgemein eine Dicke von weniger als etwa 30 Nanometer aufweisen. Beispielsweise liegt beim Herstellen von Logikbausteinen, wie beispielsweise MOSFET-Vorrichtungen, die resultierende Dicke typischerweise zwischen etwa 1 und etwa 8 Nanometern und, bei einigen Ausführungsbeispielen, zwischen etwa 1 und etwa 2 Nanometern. Ferner liegt beim Herstellen von Speichervorrichtungen, wie beispielsweise DRAMs, die resultierende Dicke typischerweise zwischen etwa 2 und etwa 30 Nanometern und, bei einigen Ausführungsbeispielen, zwischen etwa 5 und etwa 10 Nanometern.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden zum Abscheiden einer dielektrischen high-k-Schicht, welche ein Metalloxid enthält, bei welchem das Metall Aluminium, Hafnium, Tantal, Titan, Zirkon, Yttrium, Silicium, Verbindungen daraus und ähnliches ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise verwendet werden zum Abscheiden einer dünnen Schicht aus Metalloxid, wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), Tantaloxid (Ta₂O₅), Titanoxid (TiO₂), Zirkonoxid (ZrO₂), Hafniumoxid (HFO₂), Yttriumoxid (Y₂O₃) und ähnliches, auf eine Halbleiterscheibe aus Silizium. Tantaloxid beispielsweise bildet typischerweise eine Schicht mit einer Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 15 und etwa 30. Ähnlich kann die dielektrische Schicht ebenso eine Metallsilikatverbindung, wie beispielsweise Zirkonsilikat (SiZrO₄), Hafniumsilikat (SiHfO₄) und ähnliches enthalten.
Zum Abscheiden der Schicht . mit verhältnismäßig hoher k (bzw. „high-k-Schicht") kann das Substrat verschiedenen Reaktionszyklen ausgesetzt werden. Bei einem typischen Reaktionszyklus beispielsweise wird das Halbleiterscheibensubstrat auf einem bestimmte Abscheidungstemperatur (beispielsweise höher als etwa 300°C) erwärmt. Anschließend werden ein oder mehr Reaktivgaszwischenprodukte der Reaktionskammer zugeführt. Zum vollständigen Oxidieren und/oder Glühen (das heißt, Verdichten) der abgeschiedenen Schichten kann anschließend ein Oxidationsgas der Kammer bei einer bestimmten Oxidationstemperatur zugeführt werden, welche gleich der Abscheidungstemperatur bzw. verschieden davon sein kann. Zusätzliche Reaktionszyklen können anschließend zum Abscheiden einer anderen Schicht (anderer Schichten) auf das Substrat verwendet werden, um eine Schicht mit gewünschter Dicke zu erzielen. Folglich kann eine dielektrische Schicht in einem Reaktionszyklus gebildet werden, welche eine Dicke aufweist, die zumindest einer partiellen monomolekularen Schicht entspricht, und in einigen Fällen zumindest einer monomolekularen Schicht.
Verschiedene Parameter des oben beschriebenen Verfahrens können sorgfältig gesteuert werden, so dass die Eigenschaften der resultierenden Schicht optimiert werden. Beispielsweise können die Abscheidungstemperatur, Oxidationstemperatur und/oder die Durchflussgeschwindigkeit des Gaszwischenproduktes und/oder Oxidationsgases in jedem Zyklus derart gesteuert werden, dass die abgeschiedene Schicht vollständig oxidiert ist und eine verhältnismäßig niedrige Defektdichte aufweist. Wie nachfolgend genauer beschrieben, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Verbesserungen bezüglich herkömmlicher Abscheidungstechniken liefern. Beispielsweise kann im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden zum Bilden von Mehrfachoxidschichten in einem einzelnen Reaktionszyklus. Genauer können sich Mehrfachschichten zum Teil infolge der verwendeten höheren Abscheidungs- und/oder Oxidationstemperaturen bilden. Ferner können die er findungsgemäß gebildeten Schichten vollständig oxidiert und/oder geglüht werden in Inkrementalschritten, das heißt, zwischen der Abscheidung von Gaszwischenprodukten in verschiedenen Reaktionszyklen. Ferner kann aufgrund der Tatsache, dass ein derartiges Oxidieren und/oder Glühen schrittweise während der Abscheidung erfolgt, die Erfordernis eines getrennten Glühschritts nach einer vollständigen Abscheidung praktisch eliminiert werden. Infolge dieser und anderer Verbesserungen stellten die Erfinder der vorliegenden Erfindung fest, dass dielektrische high-k-Schichten derart gebildet werden können, dass diese weniger Mängel und einen geringeren Leckstrom, mit höherem Durchsatz, aufweisen und einheitlicher sind als herkömmlich gebildete Schichten.
Allgemein kann jegliche Kammer bzw. jeglicher Behälter, die/der zum Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf ein Substrat verwendet werden kann, bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise können herkömmliche Aufdampfkammern zur Verwendung bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung angepasst werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass andere Behälter, welche bei anderen Techniken verwendet werden, ebenso bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, wie beispielsweise Behälter, welche bei einer Abscheidung aus der Dampfphase, einer plasmagestützten chemischen Dampfabscheidung, Sputtern und ähnlichem verwendet werden.
In dieser Hinsicht ist unter Bezugnahme auf 1 ein spezielles Ausführungsbeispiel eines Systems 10 dargestellt, welches eine chemische Aufdampfung zum Abscheiden der dielektrischen Schicht auf ein Substrat verwendet. Wie dargestellt, umfasst das System 10 eine Reaktorkammer 12, welche zum Aufnehmen von Substraten, wie beispielsweise einer Halbleiterscheibe 14, angepasst ist. Wie dargestellt, ist die Halbleiterscheibe 14 auf einem Substrathalter 15 aus einem wärmeisolierenden Material, wie beispielsweise Quarz, angeordnet. Während einer Verarbeitung kann der Substrathalter 15 bei einem Ausführungsbeispiel derart angepasst sein, dass dieser die Halbleiterscheibe 14 unter Verwendung einer Halbleiterdrehvorrichtung dreht. Ein Drehen der Halbleiterscheibe 14 kann eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit über die Oberfläche der Halbleiterscheibe 14 und eine verbesserte Kontakt- und Gasgleichmäßigkeit zwischen der Halbleiterscheibe 14 und in die Reaktionskammer 12 eingeführten Gasen begünstigen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass außer Halbleiterscheiben die Reaktionskammer 12 ebenso zum Bearbeiten anderer Substrate, wie beispielsweise optische Elemente, Filme, Fasern, Bänder etc. geeignet ist.
Die Reaktionskammer 12 ist ausgelegt zum Erwärmen der Halbleiterscheibe 14 in sehr schnellen Raten bzw. Geschwindigkeiten und unter sorgfältig gesteuerten Bedingungen. Die Reaktorkammer 12 kann aus verschiedenen Materialien, einschließlich beispielsweise Metallen und Keramiken, hergestellt sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen beispielsweise kann die Reaktionskammer 12 aus rostfreiem Stahl bzw. Quarz bestehen. Besteht die Reaktionskammer 12 aus einem wärmeleitenden Material, so beinhaltet diese typischerweise ein Kühlsystem. Wie in 1 dargestellt umfasst die Reaktionskammer 12 beispielsweise einen Kühlkanal 16, gewickelt um den Umfang der Reaktionskammer 12 bzw. enthalten innerhalb von Öffnungen der Reaktionskammer 12.
Wie dargestellt, ist ferner eine Energiequelle 22 in der Vorrichtung 10 vorgesehen. Genauer ist die Energiequelle 22 in Verbindung mit der Reaktionskammer 12 zum Abgeben von Energie zum Erwärmen der Halbleiterscheibe 14 während einer Bearbeitung angeordnet. Allgemein kann eine Vielzahl von Heizvorrichtungen als Energiequelle 22 verwendet werden. Beispielsweise kann die Energiequelle 22 Licht, Laser (beispielsweise Stickstofflaser), UV-Strahlungs-Heizvorrichtungen, Bogenlampen, Blitzlampen, Infrarotstrahlungsvorrichtungen, Kombinationen daraus und ähnliches enthalten. Ferner können die Spektralform und/oder bestimmte Eigenschaften (beispielsweise Intensität, Polarisation, kontinuierliche und/oder gepulste Emissionsstrahlung) der Energiequelle 22 geändert werden, um für ein bestimmtes Verfah ren geeignet zu sein. Die Spektralform der Energiequelle 22 beispielsweise kann gesteuert werden als Funktion der Zeit und/oder als Funktion einer Eigenschaft der Halbleiterscheibe 14 bzw. einem Film bzw. Filmen auf der Halbleiterscheibe 14 (beispielsweise Temperatur des Films/der Filme und/oder der Halbleiterscheibe, Dicke eines auf der Halbleiterscheibe 14 aufgebrachten Films bzw. jeglicher anderer physikalischer bzw. chemischer Parameter des Films/der Filme bzw. der Halbleiterscheibe 14).
Im dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise umfasst die Energiequelle 22 eine Vielzahl von Lampen 24. Die Lampen 24 können Glühlampen, wie beispielsweise Wolfram-Halogen-Lampen, sein. Die Energiequelle 22 kann ebenso einen Reflektor bzw. einen Satz von Reflektoren zum gleichmäßigen Lenken von Energie, abgegeben durch die Lampen 24, auf die Halbleiterscheibe 14. Wie in 1 dargestellt, sind die Lampen 24 oberhalb der Halbleiterscheibe 14 angeordnet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Lampen 24 an jeglichem Ort angeordnet werden können. Beispielsweise können Lampen oberhalb und/oder unterhalb der Halbleiterscheibe 14 verwendet werden. Ferner können zusätzliche bzw. weniger Lampen in das System 10 integriert werden, falls gewünscht.
Das System 10 kann ferner ein Fenster 32, angeordnet zwischen der Energiequelle 22 und der Lampe 14, umfassen, welches in der Lage ist zu ermöglichen, dass Energie mit einer vorausgewählten Wellenlänge dieses passiert. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsbeispielen das Fenster 32 als Filter dienen, indem dieses ermöglicht, dass gewissen Wellenlängen von Licht dieses passieren, wohingegen eine andere Wellenlänge/andere Wellenlängen absorbiert werden. Ferner kann das Fenster 32 in einigen Ausführungsbeispielen nicht als Filter wirken. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel ein transparentes Fenster 32 verwendet werden, um zu ermöglichen, dass ein Laser, wie beispielsweise ein Stickstofflaser, welcher Licht mit einer Wellenlänge von 337 Nanometern emittiert, von der Energie quelle 22 auf die Halbleiterscheibe 14 ausgesendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel muss das Fenster 32 nicht als Filter wirken.
Um die Temperatur der Halbleiterscheibe 14 während eines Erwärmungszyklus zu überwachen, kann die Reaktionskammer 12 bei einem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Strahlungserfassungsvorrichtungen 27 umfassen. Die Strahlungserfassungsvorrichtungen 27 können beispielsweise eine Vielzahl optischer Fasern, Linsen, Lichtleitern etc. umfassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise umfassen die Strahlungserfassungsvorrichtungen Lichtleiter 28, welche mit einer Vielzahl entsprechender Temperaturdetektoren 30 in Verbindung sind. Bei einem Ausführungsbeispiel beispielsweise sind die optischen Fasern 28 derart gestaltet, dass diese Wärmeenergie, emittiert durch die Halbleiterscheibe 14, mit einer speziellen Wellenlänge aufnehmen. Der Betrag der erfassten Strahlung wird dann den Temperaturdetektoren 30 übermittelt, welche ein geeignetes Spannungssignal erzeugen zum Bestimmen der Temperatur der Halbleiterscheibe, welche teilweise auf der Grundlage des Planckschen Gesetzes berechnet werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst jede optische Faser 28 in Verbindung mit einem Temperaturdetektor 30 ein Pyrometer. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die optischen Fasern 28 zu einer einzelnen Strahlungserfassungsvorrichtung geführt, die jedoch im Multiplex-Betrieb arbeitet.
Neben der Verwendung von Strahlungserfassungsvorrichtungen können ferner andere Temperaturmessvorrichtungen bei dem System der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann ein Thermoelement bzw. mehrere Thermoelemente in das System zum Überwachen der Temperatur der Halbleiterscheibe 14 an einem einzelnen Ort bzw. an einer Vielzahl von Orten integriert werden. Die Thermoelemente können in direktem Kontakt mit der Halbleiterscheibe 14 bzw. angrenzend an die Halbleiterscheibe 14 angeordnet werden, wovon die Temperatur extrapoliert werden kann.
Die Reaktionskammer 12 umfasst ferner mindestens einen Eingang 18 zum Einführen eines flüssigen Zwischenproduktes oder Gases bzw. mehrerer flüssiger Zwischenprodukte oder Gase in die Kammer zum Bilden der dielektrischen Schicht auf der Halbleiterscheibe 14. Der Einlass 18 kann beispielsweise, wie dargestellt, in Verbindung sein mit einer Gasversorgung 70 über eine Leitung 72 und einer Gasversorgung 80 über eine Leitung 74 zum Zuführen zweier getrennter Gase zur Reaktionskammer 12. Die Reaktionskammer 12 umfasst ferner mindestens einen Ausgang 20 zum Evakuieren von Gases aus der Kammer 12 nach einer bestimmten Zeitspanne. Beispielsweise, wie nachfolgend genauer beschrieben, können ein Gaszwischenprodukt und Oxidationsgas in die Reaktionskammer 12 durch den Eingang 18 zum Bilden einer Schicht auf der Halbleiterscheibe 14 eingeführt werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass, obwohl lediglich ein Eingang 18 und ein Ausgang 20 dargestellt sind, die Kammer 12 jegliche Anzahl von Eingängen und Ausgängen zum Zuführen von Gasen oder Flüssigkeiten in die Kammer enthalten kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wir dein Gas bzw. werden mehrere Gase der Reaktionskammer 12 zum Bilden einer dielektrischen Schicht auf der Halbleiterscheibe 14 zugeführt. Die dielektrische Schicht kann direkt auf der Halbleiterscheibe 14 bzw. auf einer Sperrschicht, wie beispielsweise einer Siliciumnitridschicht, zuvor auf der Halbleiterscheibe 14 gebildet, gebildet werden. In dieser Hinsicht folge eine genaue Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Bilden einer dielektrischen Schicht auf der Halbleiterscheibe 14 unter Verwendung des chemischen Aufdampfsystems, dargestellt in 1. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass andere Systeme und andere Abscheidungstechniken ebenso bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Ein geeignetes chemisches Aufdampfsystem kann beispielsweise in dem U.S.-Patent Nr. 6 136 725 an Loan, et al. beschrieben sein, welches hierin in dessen Gesamtheit mittels Verweis für alle Zwecke enthalten ist.
Wie dargestellt wird ein Reaktionszyklus eingeleitet zuerst durch Erwärmen der Halbleiterscheibe 14 auf eine bestimmte Abscheidungstemperatur unter Verwendung der Energiequelle 22. Die genaue Abscheidungstemperatur für einen bestimmten Reaktionszyklus kann allgemein basierend auf dem verwendeten Substrat, dem verwendeten Reaktivgas und/oder den gewünschten Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht variieren, wie nachfolgend genauer beschrieben.
Erfindungsgemäß weist die Abscheidungstemperatur allgemein einen verhältnismäßig hohen Wert auf, so dass Mehrfach-high-k-Schichten auf dem Substrat gebildet werden können, falls gewünscht. Beispielsweise wird typischerweise gewünscht, dass die bei der vorliegenden Erfindung angewendete Abscheidungstemperatur höher ist als die bei herkömmlichen Atomschichtabscheidungstechniken verwendete Abscheidungstemperaturen. Genauer wird beim Abscheidung einer dielektrischen high-k-Schicht auf eine Siliciumhalbleiterscheibe die Abscheidungstemperatur der Halbleiterscheibe typischerweise bei mehr als etwa 300°C gehalten, bei einigen Ausführungsbeispielen bei mehr als etwa 350°C, und bei einigen Ausführungsbeispielen bei mehr als etwa 500°C. Beispielsweise liegt, auch wenn die Abscheidungstemperatur allgemein basierend auf dem verwendeten Gaszwischenprodukt/den verwendeten Gaszwischenprodukten variiert, diese typischerweise zwischen etwa 300°C und etwa 900°C, und bei einigen Ausführungsbeispielen zwischen etwa 500°C und etwa 900°C. Ferner liegt der Reaktionskammerdruck während der Abscheidung typischerweise zwischen etwa 10^–7 Torr und etwa 100 Torr.
Während die Halbleiterscheibe bei der Abscheidungstemperatur gehalten wird, wird ein Gaszwischenprodukt einer Reaktionskammer 12 über den Eingang 18 für eine bestimmte Abscheidungszeitspanne und mit einer bestimmten Durchflussgeschwindigkeit zugeführt. Beispielsweise, wie in GI. 1 dargestellt, kann ein Gaszwischenprodukt bzw. können mehrere Gaszwi schenprodukte dem Gaseingang 18 von einer Gasversorgung 70 über eine Leitung 72 zugeführt werden. Die Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeiten können variieren, liegen jedoch typischerweise zwischen etwa 1 Standardkubikzentimeter pro Minute und etwa 1 Liter pro Minute. Das Gaszwischenprodukt/die Gaszwischenprodukte können der Reaktionskammer 12 entweder alleine oder in Verbindung mit einer Trägergas, wie beispielsweise einem Edelgas (zum Beispiel Argon) zugeführt werden. Weitere geeignete Inertgase sind in dem U.S.-Patent Nr. 5 972 430 an DiMeo, Jr., beschrieben, welches hierin in dessen Gesamtheit mittels Verweis für alle Zwecke enthalten ist.
Allgemein kann eine Vielzahl von Gaszwischenprodukten bei der vorliegenden Erfindung zum Bilden einer Schicht mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten "k" verwendet werden. Genauer kann jedes Gaszwischenprodukt bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, welches in der Lage ist, eine high-k-Schicht auf der Halbleiterscheibe zu bilden. Einige geeignete Gaszwischenprodukte beinhalten beispielsweise Gase, welche Aluminium, Hafnium, Tautal, Titan, Silicium, Yttrium, Zirkon, Verbindungen daraus und ähnliches enthalten.
In einigen Fällen kann der Dampf einer organometallischen Verbindung als Zwischenprodukt verwendet werden. Einige Beispiele derartiger organometallischer Gaszwischenprodukte umfassen tri-i-Butylaluminium, Aluminiumethylat, Aluminiumacetylacetonat, Hafnium(IV)-t-butoxid, Hafnium(IV)-ethylat, Tetrabutoxysilan, Tetraethoxysilan, Pentakis-(dimethylamino)-Tantal, Tantalethylat, Tantalmethylat, Tantaltetraethoxyacetylacetonat, Tetrakis(diethylamino)-Titan, Titan-t-butoxid, Titanethylat, tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)-Titan, Tris[N,N-bis(trimethylsilyl)amid]-Yttrium, tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)-Yttrium, Tetrakis(diethylamino)-Zirkon, Zirkon-t-butoxid, Tetrakis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)-Zirkon, Bis(cyclopentadienyl)dimethylzirkon, und ähnliches.
Wenn erfindungsgemäß verwendet, kann ein organometallisches Zwischenprodukt, wie oben beschrieben, eine partielle monomolekulare Schicht, eine monomolekulare Schicht bzw. mehrere monomolekulare Schichten (partiell oder vollständig) auf dem Halbleiterscheibensubstrat bilden. Somit kann, im Gegensatz zu herkömmlichen CVD-Techniken, bei welchen ein anorganisches metallisches Gaszwischenprodukt mit einem Oxidationsgas reagiert, um die dielektrische Schicht zu bilden, das Verfahren der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise Schichten bilden, ohne auf der Oberfläche des Substrats mit einem Oxidationsgas reagieren zu müssen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass anorganische metallische Gaszwischenprodukte in Verbindung mit organischen metallischen Zwischenprodukten bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Bei einem Ausführungsbeispiel beispielsweise wird ein organisches metallisches Zwischenprodukt (beispielsweise ein Organo-Silicium-Verbindung) während eines ersten Reaktionszyklus verwendet, während ein anorganisches metallisches Zwischenprodukt (beispielsweise eine siliciumhaltige anorganische Verbindung) während eines zweiten Reaktionszyklus verwendet wird, oder umgekehrt.
Während der Bildung der Schicht (dieser Schichten) bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann das organometallische Gaszwischenprodukt manchmal unerwünschte Kohlenwasserstoffe auf dem Substrat erzeugen. Daher kann in einigen Fällen ein Oxidationsgas bzw. können mehrere Oxidationsgase vorgesehen sein, um die Kohlenwasserstoffdefekte aus der Schicht (den Schichten) zu reduzieren. Beispielsweise, wie in 1 dargestellt, kann nach der gewünschten Abscheidungszeitspanne das Gaszwischenprodukt bzw. können die Gaszwischenprodukte aus der Reaktionskammer 12 über den Ausgang 20 unter Verwendung einer (nicht dargestellten) Pumpe entfernt werden. Ein Edelgas bzw. mehrere Edelgase können ebenso verwendet werden, um das Gaszwischenprodukt (die Gaszwischenprodukte) zu reinigen. Dann kann ein Oxidationsgas der Reaktionskammer 12 über den Eingang 18 für eine bestimmte Oxidationszeitspanne und mit einer bestimmten Durchflussgeschwindigkeit zugeführt werden. Beispiels weise, wie in 1 dargestellt, kann ein Oxidationsgas bzw. können mehrere Oxidationsgase dem Gaseingang 18 aus einer Gasversorgung 80 über eine Leitung 74 zugeführt werden. Die Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeiten können variieren, liegen jedoch typischerweise zwischen etwa 1 Standardkubikzentimeter pro Minute und etwa einem Standardliter pro Minute. Allgemein kann jedes einer Vielzahl von Gasen, welche in der Lage sind, ein Metall zu oxidieren, bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Einige geeignete Oxidationsgase umfassen beispielsweise Sauerstoff, Salpetersäure (NO₂), Distickstoffoxid (N₂O), Dampf, Verbindungen daraus und ähnliches.
Während der Oxidationsgaszeitspanne wird die Halbleiterscheibe 14 typischerweise durch die Energiequelle 22 auf eine Oxidationsgastemperatur erwärmt, um die Oxidschicht derart zu oxidieren und/oder zu verdichten, dass die darin gebildeten Defekte begrenzt werden. Die Oxidationsgastemperatur kann gleich der Abscheidungstemperatur oder verschieden davon sein. In der Tat kann die spezielle Oxidationsgastemperatur für einen bestimmten Reaktionszyklus auf der Grundlage des verwendeten Substrats, des verwendeten Gases und/oder der gewünschten Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht variieren. Beispielsweise beträgt die Oxidationsgastemperatur, welche beim Abscheiden einer dielektrischen high-k-Schicht auf eine Siliciumhalbleiterscheibe verwendet wird, typischerweise mehr als etwa 300°C, bei einigen Ausführungsbeispielen mehr als 500°C, bei einigen Ausführungsbeispielen zwischen etwa 400°C und etwa 900°C und bei einigen Ausführungsbeispielen zwischen etwa 500°C und etwa 900°C. Ferner liegt der Reaktionskammerdruck während des Oxidierens typischerweise zwischen etwa 10^–7 Torr und etwa 100 Torr.
Infolge eines Reaktionszyklus, wie oben beschrieben, können sich eine Schicht bzw. mehrere Schichten eines high-k-Oxidmaterials nahe des Übergangs zur Halbleiterscheibe 14 bilden und werden somit hierin als "Grenz"-Schicht(en) bezeichnet. Wie oben beschrieben, können ebenso zusätzliche Schichten auf dieser Grenzschicht (diesen Grenzschichten) durch Verwen den eines zusätzlichen Reaktionszyklus bzw. mehrerer zusätzlicher Reaktionszyklen gebildet werden. Diese zusätzliche Schicht (diese zusätzlichen Schichten) wird bzw. werden hierin als "Mengen"-Schicht bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, dass lediglich die erste auf der Halbleiterscheibe 14 gebildete Schicht notwendigerweise als "Grenzschicht" und lediglich die letzte auf der Halbleiterscheibe 14 gebildete Schicht notwendigerweise als "Mengenschicht" bezeichnet wird. Genauer, die zwischen der ersten und letzten Schicht gebildeten Schichten können entweder als Mengen- oder als Grenzschichten bezeichnet werden.
Wie oben dargelegt, können zusätzliche Reaktionszyklen ausgeführt werden, um eine gewünschte Schichtdicke zu erzielen. Unter Bezugnahme beispielsweise auf 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen der für ein bestimmtes Verfahren notwendigen Anzahl von Reaktionszyklen dargestellt. Wie dargestellt, wird beispielsweise zuerst eine Metalloxidabscheidungskurve bei einer bestimmten Abscheidungstemperatur für die gewünschte Schicht gemäß industrieller Standardtechniken entwickelt. Während einer Bearbeitung wird die Entwicklung der Schicht als Funktion der Abscheidungszeit beobachtet um zu bestimmen, ob die Schicht kontinuierlich wächst oder eine Sättigungsdicke erreicht. Wird eine Sättigungsdicke erreicht, so wird die Abscheidungstemperatur erhöht und eine neue Wachstumskurve bei der erhöhten Temperatur entwickelt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis beobachtet wird, dass die Schicht bei einer Erhöhung der Abscheidungstemperatur kontinuierlich wächst. An diesem Punkt wird ein Reaktionszyklus, wie oben beschrieben, bei einer vorgeschriebenen Temperatur ausgeführt, und die Dicke der abgeschiedenen Schicht wird bestimmt. Die gemessene Dicke wird dann mit einer vorbestimmten Zieldicke verglichen. Die Anzahl erforderlicher zusätzlicher Reaktionszyklen ist gleich der vorbestimmten Zieldicke geteilt durch die gemessene Dicke.
Der Abscheidungsvorgang kann entweder in dem Sättigungsbetriebsverfahren oder in dem Betriebsverfahren kontinuierlichen Wachstums ausgeführt werden. Die Morphologie und Filmeigenschaften der abgeschiedenen Filme variiert infolge der unterschiedlichen einbezogenen Oberflächenreaktionsmechanismen.
Erfindungsgemäß können verschiedene Parameter des oben beschriebenen Verfahrens gesteuert werden, um eine dielektrische Schicht mit gewissen vorausgewählten Eigenschaften zu erzeugen. Beispielsweise können das Gaszwischenprodukt und die Oxidationsgase, welche bei den Reaktionszyklen verwendet werden, derart gewählt werden, dass diese gleich bzw. voneinander verschieden sind. Ferner können bei einem Ausführungsbeispiel die "Abscheidungsbedingungen" (das heißt, Bedingungen bezüglich der Zeitspanne, in welcher das Gaszwischenprodukt mit dem Substrat in Berührung gelangen darf) eines Reaktionszyklus bzw. mehrerer Reaktionszyklen gesteuert werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen beispielsweise kann es erwünscht sein, ein bestimmtes vorausgewähltes Abscheidungstemperaturprofil, Gaszwischenproduktdampfdruckprofil, Abscheidungszeitspannenprofil und/oder Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeitsprofil zu verwenden, so dass ein Reaktionszyklus auf einen Satz von Abscheidungsbedingungen angewendet wird, wohingegen ein anderer Reaktionszyklus bei einem anderen Satz von Abscheidungsbedingungen angewendet wird.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Profils eines Satzes von Abscheidungsbedingungen, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, dargestellt. Genauer stellt das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ein Verfahren dar, welches mit drei Reaktionszyklen arbeitet. Wie dargestellt, nimmt die Abscheidungstemperatur für jeden Zyklus ab, wohingegen die Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit für alle drei Reaktionszyklen gleich bleibt. Beispielsweise beträgt bei einem Ausführungsbeispiel die Abscheidungstemperatur für den ersten Zyklus etwa 500°C und nimmt anschließend ab. Ferner ist bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Zwischenproduktabscheidungszeitspanne für den ersten Reaktionszyklus etwas geringer als die Abscheidungszeitspanne für die verbleibenden zwei Reaktionszyklen. Folglich können die anfänglichen Grenzflächen, gebildet im ersten Zyklus, etwas dünner sein als die in den anderen Zyklen gebildeten Schichten, was in einigen Fällen die Qualität der Grenzflächen und die elektrischen Eigenschaften der resultierenden Schicht verbessern kann.
Zusätzlich zum Steuern der Abscheidungsbedingungen eines Reaktionszyklus bzw. mehrerer Reaktionszyklen können ferner die "Oxidationsgasbedingungen" (das heißt, Bedingungen bezüglich der Zeitspanne, in welcher das Oxidationsgas mit dem Substrat in Berührung gelangen darf) eines Reaktionszyklus bzw. mehrere Reaktionszyklen gesteuert werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen beispielsweise kann es gewünscht sein, ein bestimmtes vorausgewähltes Oxidationsgastemperaturprofil, Oxidationsgasdampfdruckprofil, Oxidationsgaszeitspannenprofil und/oder Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeitsprofil zu verwenden, so dass ein Reaktionszyklus auf einen Satz von Oxidationsbedingungen angewendet wird, wohingegen ein anderer Reaktionszyklus bei einem anderen Satz von Oxidations/Glüh-Bedingungen angewendet wird.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Profils der Oxidationsbedingungen dargestellt, welche bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden können. Wie dargestellt, nehmen die Oxidationsgaszeitspanne und die Oxidationsgastemperatur für alle drei Reaktionszyklen ab. Ferner ist die Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit für den ersten Reaktionszyklus für eine längere Zeitspanne verhältnismäßig hoch, ist jedoch für den zweiten und dritten Reaktionszyklus für eine kürzere Zeitspanne verringert.
Ein derartiges Profil für die Oxidationsgasbedingungen kann eine Vielzahl vorteilhafter Ergebnisse bezüglich der Metalloxidschicht liefern. Genauer kann durch Verwenden einer verhältnismäßig hohen Oxidationsgastemperatur und Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit im ersten Reaktionszyklus die resultierende Grenzfläche (die resultierenden Grenzflächen) mit einer verhältnismäßig hohen Sauerstoffkonzentration versehen werden. Diese erhöhte Sauerstoffkonzentration kann ungewollte nicht abgesättigte Bindungen zwischen dem Metalloxid (beispielsweise Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, Siliciumoxid etc) und der Halbleiterscheibe (zum Beispiel Silicium) verringern, welche herkömmlicherweise als "Mängel" bezeichnet werden und "Leckstrom" bewirken.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken, wie in 4B dargestellt, kann das Verfahren eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eine monomolekulare Schicht (partielle monomolekulare Schicht bzw. ganze monomolekulare Schicht) bzw. mehrere monomolekulare Schichten (partielle monomolekulare Schichten bzw. ganze monomolekulare Schichten) nach jedem Zyklus abscheiden, und der nachfolgende Oxidationsschritt dient dem vollständigen Oxidieren und Verdichten des Films zum Entfernen/Reduzieren der Mängel. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung stellten fest, dass ein derartiger Oxidationsgasschritt, welcher typischerweise bei einer höheren Temperatur ausgeführt wird als der Zwischenproduktabscheidungsschritt, bewirken kann, dass zumindest ein Teil der Gasmoleküle durch die gebildeten Oxidschichten diffundiert, um dadurch Leckstrom zu blockieren.
Somit kann durch die vorliegende Erfindung eine dielektrische high-k-Schicht auf ein Substrat in einer besser steuerbaren und skalierbaren Weise als bei herkömmlichen Techniken abgeschieden werden, wodurch ermöglicht wird, dass die gebildete Schicht geringere Mängel aufweist. Ein Beispiel des hoch skalierbaren Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist in 5A–5D dargestellt. Wie dargestellt, erfolgt eine Skalierung der abgeschiedenen Filmdicke linear mit der Zyklenzahl, der Zwischenproduktwirkzeit, der Gesamtwirkzeit und dem Zwischenproduktdampfdruck. Ferner kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch ultradünne Filme liefern, welche hoch einheitlich und gleichmäßig sind. Ein Beispiel eines Ausführungsbeispiels eines einheit lichen und gleichmäßigen Substrats, welches erfindungsgemäß gebildet ist, ist in 6A–6B dargestellt.
Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele des Verfahrens der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, sei darauf hingewiesen, dass andere Abscheidungs- und Oxidationsbedingungen bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Beispielsweise kann jeglicher Satz von Abscheidungs- bzw. Oxidationsbedingungen allgemein verwendet werden, solange zumindest einer der Abscheidungs- bzw. Oxidationsparameter (beispielsweise Abscheidungszeitspanne, Abscheidungstemperatur, Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit, Oxidationsgaszeitspanne, Oxidationsgastemperatur bzw. Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit) mindestens für einen Reaktionszyklus variiert.
Um die Abscheidungs- und Oxidationsgasbedingungen in einer Weise wie oben beschrieben zu steuern, kann eine Vielzahl von Vorrichtungen verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beispielsweise, wie in 1 dargestellt, kann das System 10 eine Systemsteuervorrichtung 50 umfassen, welche Eingangssignale von verschiedenen Bauteilen des Systems 10 bzw. von einem Bediener empfangen kann und, basierend auf diesen Signalen, einen speziellen Parameter des Systems 10 steuern kann. Die Steuervorrichtung 50 kann ein programmierbarer logischer Computer (PLC), wie beispielsweise ein Allen-Bradley Controllogix Processor, sein, obwohl jegliche andere Steuervorrichtung allgemein akzeptiert werden kann, welche zum Steuern des oben beschriebenen Systems 10 geeignet ist. Alternativ können festverdrahtete Schaltungsanordnungen, Relais, Software etc. anstelle der PLC und als Steuervorrichtung 50 verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel beispielsweise empfängt die Systemsteuervorrichtung 50 Spannungssignale von den Temperaturdetektoren 30, welche die Strahlungswerte darstellen, welche an verschiedenen Stellen abgetastet werden. Auf der Grundlage der empfangenen Signale ist die Steuervorrichtung 50 derart aufgebaut, dass diese die Temperatur der Halbleiterscheibe 14 an verschiedenen Stellen berechnet. Ferner kann die Systemsteuervorrichtung 50, wie in 1 dargestellt, ebenso in Verbindung mit einer Lampenleistungs-Steuervorrichtung 25 sein. Bei dieser Anordnung kann die Steuervorrichtung 50 die Temperatur der Halbleiterscheibe 14 bestimmen und, auf der Grundlage dieser Information, die Menge der von der Energiequelle 22 emittierten Wärmeenergie steuern. Auf diese Weise können verhältnismäßig unverzögerte Anpassungen hinsichtlich der Bedingungen innerhalb der Reaktionskammer 12 zum Bearbeiten der Halbleiterscheibe 14 innerhalb sorgfältig gesteuerter Grenzen erfolgen.
Beispielsweise, wie oben beschrieben, kann die Systemsteuervorrichtung 50 in Verbindung mit den Temperaturdetektoren 30 und der Energiequelle 22 verwendet werden, um die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 12 auf eine vorbestimmte Abscheidungs- oder Oxidationstemperatur anzupassen. Die Temperatur kann ferner automatisch nach einer voreingestellten Abscheidungs- oder Oxidationszeitspanne angepasst werden. Ferner kann die Abscheidungs- bzw. Oxidationstemperatur ebenso unter Verwendung der Steuervorrichtung 50 für einen Zyklus bzw. für mehrere Zyklen variiert werden, wie oben beschrieben.
Die Steuervorrichtung 50 kann ferner zum automatischen Steuern anderer Bauteile des Systems 10 verwendet werden. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 50 zum Steuern der Durchflussgeschwindigkeiten von Gasen verwendet werden, welche in die Reaktionskammer 12 durch den Gaseingang 18 eintreten (beispielsweise Gaszwischenprodukte und/oder Oxidationsgase). Wie dargestellt, kann die Systemsteuervorrichtung 50 in Verbindung mit Ventilen 76 und 78 (beispielsweise Magnetventile) zum Steuern der Durchflussgeschwindigkeit von Gasen von den Gasversorgungen 70 bzw. 80 sein. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsbeispielen die Steuervorrichtung 50 gestaltet sein zum Empfangen von Temperaturmesswerten von den Temperaturdetektoren 30. Somit kann, wenn eine bestimmte Temperatur während eines bestimmten Reaktionszyklus erhalten wird, wie oben beschrieben, die Systemsteuervorrichtung 50 ein Öffnen der Ventile 76 und/oder 78 bewirken, um ein Gas bzw. mehrere Gase der Reaktionskammer 12 mit einer vorbestimmten Durchflussgeschwindigkeit zuzuführen. Die Systemsteuervorrichtung kann die Durchflussgeschwindigkeit der Gase auf der Grundlage verschiedener Eingangssignale vom System 10 bzw. von einem Programmierer anpassen.
Infolge des Steuerns verschiedener Parameter eines Reaktionszyklus bzw. mehrerer Reaktionszyklen kann die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von Vorteilen erzielen. Beispielsweise weist im Gegensatz zu herkömmlichen "Atomschichtabscheidung"-Techniken das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine höhere Ausbeute auf und kann Leckstrom in ausreichender Weise blockieren. Ferner kann durch Liefern einer Steuerung der Zyklusparameter die resultierende dielektrische Schicht leichter derart gebildet werden, dass diese ausgewählte Eigenschaften aufweist. Beispielsweise können bestimmte Eigenschaften der Schicht während einer Halbleiterschichtbearbeitung gemessen werden (beispielsweise die Dicke). Diese Eigenschaften können, wenn gewünscht, unverzögert angepasst werden, indem einfach einer der Zyklusparameter, wie beispielsweise die Temperatur bzw. die Durchflussgeschwindigkeit eines zugeführten Gases, verändert wird. Ferner können einige Schichten der Beschichtung derart ausgebildet werden, dass diese eine Charakteristik aufweisen, wohingegen andere Schichten derart gebildet werden können, dass diese eine andere Charakteristik aufweisen. Beispielsweise können die Grenzschichten mit einer verhältnismäßig hohen Sauerstoffkonzentration gebildet sein, wodurch der Leckstrom verringert wird. Daher liefert im Gegensatz zu herkömmlichen Abscheidungstechniken das Verfahren der vorliegenden Endung eine Steuerung der Reaktionszyklusparameter, so dass die resultierende dielektrische Schicht leichter derart gebildet werden kann, dass diese spezifische, vorbestimmte Eigenschaften aufweist.
Diese und andere Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Erfindung können durch Fachleute auf diesem Gebiet vorgenommen werden, ohne von Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsbeispiele sowohl ganz als auch teilweise untereinander getauscht werden können. Ferner ist Fachleuten auf diesem Gebiet ersichtlich, dass obenstehende Beschreibung lediglich beispielhaften Charakter hat und die Erfindung, welche ferner in den beiliegenden Ansprüchen beschrieben ist, nicht einschränken soll.
Zusammenfassung
Es ist ein Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen high-k-Schicht auf ein Substrat (14), wie beispielsweise eine Halbleiterscheibe vorgesehen. Auf das Substrat wird ein Reaktionszyklus bzw. werden mehrere Reaktionszyklen angewendet. Bei einem typischen Reaktionszyklus beispielsweise wird das Substrat auf eine bestimmte Abscheidungstemperatur erwärmt. Anschließend wird bei einem Ausführungsbeispiel ein reaktives organometallisches Gaszwischenprodukt bzw. mehrerer reaktive organometallische Gaszwischenprodukte der Reaktionskammer (12) zugeführt. Ein Oxidationsgas wird ebenso dem Substrat bei einer bestimmten Oxidationstemperatur zum Oxidieren und/oder Verdichten der Schichten zugeführt. Folglich wird eine Metalloxidschicht gebildet, welche eine Dicke aufweist, die mindestens etwa einer monomolekularen Schicht und, in einigen Fällen, zwei oder mehr monomolekularen Schichten entspricht. Die Dielektrizitätskonstante der resultierenden Metalloxidschicht ist oftmals größer als etwa 4 und liegt in einigen Fällen zwischen etwa 10 und etwa 80.
(1)

Claims

Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf ein Substrat, umfassend: i) Vorsehen eines Systems mit einer Reaktionskammer, welche geeignet ist zum Aufnehmen des Substrats, und einer Energiequelle in Verbindung mit der Reaktionskammer zum Erwärmen des in der Kammer enthaltenen Substrats; und ii) Anwenden eines ersten Reaktionszyklus auf das Substrat, wobei der erste Reaktionszyklus umfasst: a) Erwärmen des Substrats auf eine erste Abscheidungstemperatur mit der Energiequelle, wobei die erste Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C; b) Zuführen eines ersten Gaszwischenprodukts zur Reaktionskammer für eine erste Abscheidungszeitspanne, während das Substrat die erste Abscheidungstemperatur aufweist, wobei das erste Gaszwischenprodukt eine erste Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei das erste Gaszwischenprodukt eine organometallische Verbindung umfasst; c) Zuführen eines ersten Oxidationsgases zur Reaktionskammer für eine erste Oxidationsgaszeitspanne, während das Substrat eine erste Oxidationsgastemperatur aufweist, wobei das erste Oxidationsgas eine erste Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei mindestens eine partielle monomolekulare Schicht eines Dielektrikums während des ersten Reaktionszyklus gebildet wird; und iii) Anwenden eines zusätzlichen Reaktionszyklus bzw. mehrerer zusätzlicher Reaktionszyklen auf das Substrat zum Erreichen einer Zieldicke.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens eine monomolekulare Schicht des Dielektrikums während des ersten Reaktionszyklus gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 500°C.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine erste Abscheidungstemperatur zwischen etwa 500°C und etwa 900°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Oxidationsgastemperatur höher ist als etwa 300°C.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Oxidationsgastemperatur zwischen etwa 500°C und etwa 900°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Anwenden eines zweiten Reaktionszyklus auf das Substrat nach dem ersten Reaktionszyklus, wobei der zweite Reaktionszyklus umfasst: a) Zuführen eines zweiten Gaszwischenprodukts zur Reaktionskammer für eine zweite Abscheidungszeitspanne, während das Substrat eine zweite Abscheidungstemperatur aufweist, wobei die zweite Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C, wobei das zweite Gaszwischenprodukt eine zweite Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist; b) Zuführen eines zweiten Oxidationsgases zur Reaktionskammer für eine zweite Oxidationsgaszeitspanne, während das Substrat eine zweite Oxidationsgastemperatur aufweist, wobei das zweite Oxidationsgas eine zweite Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei mindestens eine partielle monomolekulare Schicht eines Dielektrikums während des zweiten Reaktionszyklus gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend ein Steuern des ersten Reaktionszyklus und des zweiten Reaktionszyklus, so dass die erste Abscheidungstemperatur von der zweiten Abscheidungstemperatur verschieden ist, die erste Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit von der zweiten Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit verschieden ist, die erste Abscheidungszeitspanne von der zweiten Abscheidungszeitspanne verschieden ist, die erste Oxidationsgastemperatur von der zweiten Oxidationsgastemperatur verschieden ist, die erste Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit von der zweiten Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit verschieden ist, die erste Oxidationsgaszeitspanne von der zweiten Oxidationsgaszeitspanne verschieden ist, bzw. Kombinationen daraus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht eine Dielektrizitätskonstante von mehr als etwa 8 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht eine Dielektrizitätskonstante von etwa 10 bis etwa 80 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht ein Metalloxid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Metall der Metalloxidschicht ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Tantal, Titan, Zirkon, Silicium, Hafnium, Yttrium und Verbindungen daraus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht ein Metallsilikat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine Halbleiterscheibe ist.
Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf ein Substrat, umfassend: i) Vorsehen eines Systems mit einer Reaktionskammer, welche geeignet ist zum Aufnehmen des Substrats, und einer Energiequelle in Verbindung mit der Reaktionskammer zum Erwärmen des in der Kammer enthaltenen Substrats; ii) Anwenden eines ersten Reaktionszyklus auf das Substrat, wobei der erste Reaktionszyklus umfasst: a) Erwärmen des Substrats auf eine erste Abscheidungstemperatur mit der Energiequelle, wobei die erste Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C; b) Zuführen eines ersten Gaszwischenprodukts zur Reaktionskammer für eine erste Abscheidungszeitspanne, während das Substrat die erste Abscheidungstemperatur aufweist, wobei das erste Gaszwischenprodukt eine erste Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei das erste Gaszwischenprodukt eine organometallische Verbindung umfasst; c) Zuführen eines ersten Oxidationsgases zur Reaktionskammer für eine erste Oxidationsgaszeitspanne, während das Substrat eine erste Oxidationsgastemperatur aufweist, wobei das erste Oxidationsgas eine erste Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei mindestens eine partielle monomolekulare Schicht eines Dielektrikums während des ersten Reaktionszyklus gebildet wird; und iii) Anwenden eines zweiten Reaktionszyklus auf das Substrat, wobei der zweite Reaktionszyklus umfasst: a) Zuführen eines zweiten Gaszwischenprodukts zur Reaktionskammer für eine zweite Abscheidungszeitspanne, während das Substrat eine zweite Abscheidungstemperatur aufweist, wobei die zweite Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C, wobei das zweite Gaszwischenprodukt eine zweite Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist; b) Zuführen zur Reaktionskammer eines zweiten Oxidationsgases für eine zweite Oxidationsgaszeitspanne, während das Substrat eine zweite Oxidationsgastemperatur aufweist, wobei das zweite Oxidationsgas eine zweite Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei mindestens eine partielle monomolekulare Schicht eines Dielektrikums während des zweiten Reaktionszyklus gebildet wird; und iv) optionales Anwenden eines zusätzlichen Reaktionszyklus bzw. mehrerer zusätzlicher Reaktionszyklen auf das Substrat.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei mindestens eine monomolekulare Schicht des Dielektrikums während des ersten Reaktionszyklus, des zweiten Reaktionszyklus bzw. Kombinationen daraus gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste Abscheidungstemperatur zwischen etwa 500°C und etwa 900°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Oxidationsgastemperatur zwischen etwa 500°C und etwa 900°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend ein Steuern des ersten Reaktionszyklus und des zweiten Reaktionszyklus derart, dass die erste Abscheidungstemperatur von der zweiten Abscheidungstemperatur ver schieden ist, die erste Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit von der zweiten Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit verschieden ist, die erste Abscheidungszeitspanne von der zweiten Abscheidungszeitspanne verschieden ist, die erste Oxidationsgastemperatur von der zweiten Oxidationsgastemperatur verschieden ist, die erste Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit von der zweiten Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit verschieden ist, die erste Oxidationsgaszeitspanne von der zweiten Oxidationsgaszeitspanne verschieden ist, bzw. Kombinationen daraus.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die dielektrische Schicht eine Dielektrizitätskonstante von mehr als etwa 8 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die dielektrische Schicht eine Dielektrizitätskonstante von etwa 10 bis etwa 80 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die dielektrische Schicht ein Metalloxid aufweist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Metall der Metalloxidschicht ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Tantal, Titan, Zirkon, Silicium, Hafnium, Yttrium und Kombinationen daraus.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die dielektrische Schicht ein Metallsilikat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Substrat eine Halbleiterscheibe ist.
Verfahren zum Abscheiden einer dielektrischen Schicht, wobei das Verfahren umfasst: i) Vorsehen eines Systems mit einer Reaktionskammer, welche geeignet ist zum Aufnehmen der Halbleiterscheibe, und einer Energiequelle in Verbindung mit der Reaktionskammer zum Erwärmen der Halbleiterscheibe, welche in der Kammer enthalten ist; und ii) Anwenden eines ersten Reaktionszyklus auf die Halbleiterscheibe, wobei der erste Reaktionszyklus umfasst: a) Erwärmen der Halbleiterscheibe auf eine erste Abscheidungstemperatur mit der Energiequelle, wobei die erste Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C; b) Zuführen eines ersten Gaszwischenprodukts zur Reaktionskammer für eine erste Abscheidungszeitspanne, während die Halbleiterscheibe die erste Abscheidungstemperatur aufweist, wobei das erste Gaszwischenprodukt eine erste Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist; c) Zuführen eines ersten Oxidationsgases zur Reaktionskammer für eine erste Oxidationsgaszeitspanne, während die Halbleiterscheibe eine erste Oxidationsgastemperatur aufweist, wobei das erste Oxidationsgas eine erste Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei mindestens eine partielle monomolekulare Schicht eines Dielektrikums während des ersten Reaktionszyklus gebildet wird; und iii) Anwenden eines zweiten Reaktionszyklus auf die Halbleiterscheibe, wobei der zweite Reaktionszyklus umfasst: a) Zuführen eines zweiten Gaszwischenprodukts zur Reaktionskammer für eine zweite Abscheidungszeitspanne, während die Halbleiterscheibe eine zweite Abscheidungstemperatur aufweist, wobei die zweite Abscheidungstemperatur höher ist als etwa 300°C, wobei das zweite Gaszwischenprodukt eine zweite Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit aufweist; b) Zuführen eines zweiten Oxidationsgases zur Reaktionskammer für eine zweite Oxidationsgaszeitspanne, während die Halbleiterscheibe eine zweite Oxidationsgastemperatur aufweist, wobei das zweite Oxidationsgas eine zweite Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit aufweist, wobei mindestens eine partielle monomolekulare Schicht eines Dielektrikums während des zweiten Reaktionszyklus gebildet wird; und iv) optionales Anwenden eines zusätzlichen Reaktionszyklus bzw. mehrerer zusätzlicher Reaktionszyklen auf die Halbleiterscheibe zum Erreichen der Zieldicke; wobei das erste Gaszwischenprodukt, das zweite Gaszwischenprodukt bzw. Kombinationen daraus ein Organo-Silicium-Verbindung ist, so dass die resultierende dielektrische Schicht ein Metallsilikat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei mindestens eine monomolekulare Schicht während des ersten Reaktionszyklus, des zweiten Reaktionszyklus bzw. Kombinationen daraus gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die erste Abscheidungstemperatur zwischen etwa 500°C und etwa 900°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die erste Oxidationsgastemperatur zwischen etwa 500°C und etwa 900°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 26, ferner umfassend ein Steuern des ersten Reaktionszyklus und des zweiten Reaktionszyklus derart, dass die erste Abscheidungstemperatur von der zweiten Abscheidungstemperatur verschieden ist, die erste Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit von der zweiten Gaszwischenproduktdurchflussgeschwindigkeit verschieden ist, die erste Abscheidungszeitspanne von der zweiten Abscheidungszeitspanne verschieden ist, die erste Oxidationsgastemperatur von der zweiten Oxidationsgastemperatur verschieden ist, die erste Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit von der zweiten Oxidationsgasdurchflussgeschwindigkeit verschieden ist, die erste Oxidationsgaszeitspanne von der zweiten Oxidationsgaszeitspanne verschieden ist, bzw. Kombinationen daraus.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das erste Gaszwischenprodukt, das zweite Gaszwischenprodukt bzw. Kombinationen daraus eine anorganische Silicium-Verbindung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die dielektrische Schicht eine Dielektrizitätskonstante von mehr als etwa 8 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die dielektrische Schicht eine Dielektrizitätskonstante von etwa 10 bis etwa 80 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Metallsilikat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkonsilikat, Hafniumsilikat und Kombinationen daraus.