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DE112012003749B4 - Kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht für die Verwendung in elektronischen Einheiten und Verfahren zur Herstellung der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht - Google Patents

Kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht für die Verwendung in elektronischen Einheiten und Verfahren zur Herstellung der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht Download PDF

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DE112012003749B4
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Abstract

Dielektrikum-Dünnschicht mit einer Formel CBN, wobei x 35 Atomprozent oder mehr beträgt, y von 6 Atomprozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 8 Atomprozent bis 33 Atomprozent beträgt, wobei die Dielektrikum-Dünnschicht eine Porosität aufweist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dielektrikum-Dünnschicht für die Verwendung in verschiedenen elektronischen Einheiten, insbesondere eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung elektronische Einheiten, die eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht enthalten, und ein Verfahren zum Herstellen einer kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht.
  • Das ständige Verkleinern elektronischer Einheiten erfordert eine verringerte RC(Widerstand/Kapazität)-Verzögerung für erhöhte Taktgeschwindigkeiten in Schaltkreisen der Einheiten. Verringern der Parasitärkapazität kann durch den Einsatz neuer Materialien für die Verwendung bei der Front-End-of-the-Line(FEOL)-Integration und/oder Back-of-the-Line(BEOL)-Integration erzielt werden. So besteht Bedarf an neuen Dielektrikum-Dünnschichten mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante (k) von weniger als 4,0, um Standardanforderungen der BEOL-Zuverlässigkeit zu entsprechen. Auch für FEOL-Anwendungen besteht Bedarf an neuen Dielektrikum-Dünnschichten mit einer Dielektrizitätskonstante von weniger als 4,0.
  • Die US 2004 / 0 157 472 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden einer Schicht, die in der Lage ist, eine Bor-Kohlenstoff-Stickstoffschicht zu bilden. Das Verfahren zum Bilden der Schicht umfasst die Schritte des Erzeugens eines Plasmas in einem zylindrischen Behälter, wobei hauptsächlich die Stickstoffatome in dem Behälter angeregt werden, dann des Reagierens von Bor mit Kohlenstoff und des Bildens der Bor-Kohlenstoff-Stickstoffschicht auf einem Substrat.
  • Die DE 691 24 964 T2 betrifft Verbundmaterialien, welche in eine Matrix eingelagerte feuerfeste Armierungsfasern umfassen, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
  • Die DE 10 2004 028 112 A1 betrifft ein borhaltiges Schichtsystem, welches eine Borcarbidschicht, eine Bor, Kohlenstoff und Stickstoff (B-C-N) enthaltende Schicht und eine kohlenstoffmodifizierte kubische Bornitridschicht in der genannten Reihenfolge enthält. Im Schichtsystem übernimmt der Kohlenstoff eine dreifach stabilisierende Rolle sowohl in der Borcarbidschicht und der B-C-N-Schicht als auch in der kubischen Bornitridschicht. Der in der kubischen Bornitrid-Phase enthaltene Kohlenstoff hat insbesondere eine die Struktur stabilisierende Funktion. Der Kohlenstoff ist das wesentliche und das Schichtsystem verbindende Element.
  • Die US 2008 / 0 173 985 A1 betrifft eine dielektrische Kappe und ein zugehöriges Verfahren. Die dielektrische Kappe beinhaltet ein dielektrisches Material mit einer optischen Bandlücke (z.B. mehr als etwa 3,0 Elektronenvolt), um die ultraviolette Strahlung während einer Härtungsbehandlung im Wesentlichen zu blockieren. Das dielektrische Material beinhaltet Stickstoff mit Elektronendonator, Doppelbindungselektronen. Die dielektrische Kappe weist ein hohes Modul auf und ist stabil nach der extrem-niedrigen-Dielektrizitätskonstante(ULK)-UV-Härtung, z.B. für kupferne nanoelektronische Backend-of-Line(BEOL)-Bauelemente mit niedrigem k, was zu weniger Schicht- und Bauteilrissen und verbesserter Zuverlässigkeit führt.
  • Die DE 41 13 791 A1 betrifft ein Verfahren zur Abscheidung einer Bor und Stickstoff enthaltenden Schicht auf einem Substrat.
  • Die US 6 690 091B1 betrifft eine Damaszenerstruktur mit dielektrischem Stapel, der eine verringerte Kapazität aufweist. Der Stapel umfasst eine Passivierungs-, eine erste Dielektrikum-, eine Ätzstopp-, eine zweite Dielektrikum- und eine Deckschicht über einer ersten leitenden Schicht, die auf einem Halbleiter gebildet ist. Die Passivierungs-, Ätzstopp- und die Deckschichten umfassen die Materialien wie Kohlenstoffnitrid, Bornitrid oder Bornitrid mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Die Stapelung ist strukturiert, um eine Durchgangsöffnung zur ersten leitenden Schicht zu bilden. Es wird eine Grabenöffnung gebildet, die auf der Ätzstoppschicht stoppt. Eine Barriereschicht aus TaN, WN, TaSiN oder Ta und einem zweiten leitfähigen Material wird auf die Öffnungen aufgebracht. Passivierungs-, Ätzstopp- oder Deckschichten können mit Kohlenstoffnitrid durch Magnetronsputtern von einem Graphit-Target in einer Stickstoffatmosphäre, Borcarbonitrid durch Magnetronsputtern von einem Graphit-Target in einer Stickstoff- und B2H6-Atmosphäre oder Bornitrid durch PECVD mit B2H6, Ammoniak und Stickstoff gebildet werden.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Die vorliegende Offenbarung stellt eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante k bereit. Mit „niedrige Dielektrizitätskonstante“ oder „niedriges k“ ist gemeint, dass die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Dielektrizitätskonstante von gleich oder kleiner als 3,6 aufweist. Mit „kohlenstoffreich“ ist gemeint, dass die Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Kohlenstoffgehalt von 35 Atomprozent oder mehr aufweist. Die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in verschiedenen elektronischen Einheiten als Isolator verwendet werden, einschließlich beispielsweise als dielektrische Abdeckung für eine Verbindungsstruktur, als Spacer für einen Metall-Oxid-Halbleiter(MOS)-Feldeffekttransistor (FET) oder als dielektrisches Material für die Verwendung in einer Graphen-enthaltenden Einheit.
  • Die Erfindung betrifft eine Dielektrikum-Dünnschicht gemäß dem Anspruch 1, eine elektronische Einheit gemäß dem Anspruch 7, eine elektronische Einheit gemäß dem Anspruch 11, eine elektronische Einheit gemäß dem Anspruch 13, ein Verfahren zum Herstellen einer Dielektrikum-Dünnschicht gemäß dem Anspruch 16 und ein Verfahren zum Herstellen einer Dielektrikum-Dünnschicht gemäß dem Anspruch 20.
  • Erfindungsgemäß wird eine Dielektrikum-Dünnschicht bereitgestellt, die eine Formel CxByNz aufweist, wobei x 35 Atomprozent oder mehr beträgt, y von 6 Atomprozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 8 Atomprozent bis 33 Atom prozent beträgt.
  • Zudem wird eine elektronische Einheit bereitgestellt, die ein Substrat und eine auf einer Oberfläche des Substrats angeordnete Dielektrikum-Dünnschicht aufweist. Die Dielektrikum-Dünnschicht, die auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, weist eine Formel CxByNz auf, wobei x 35 Atomprozent oder mehr beträgt, y von 6 Atomprozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 8 Atomprozent bis 33 Atomprozent beträgt.
  • Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen einer Dielektrikum-Dünnschicht bereitgestellt. Erfindungsgemäß schließt das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung das Bereitstellen eines Substrats in einer Reaktorkammer, Bereitstellen wenigstens eines Vorläufers, der wenigstens Atome von C, B und N enthält, in der Reaktorkammer und Abscheiden einer Dielektrikum-Dünnschicht auf einer Oberfläche des Substrats ein. Die Dielektrikum-Dünnschicht, die abgeschieden wird, weist eine Formel CxByNz auf, wobei x 35 Atomprozent oder mehr beträgt, y von 6 Atomprozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 8 Atomprozent bis 33 Atomprozent beträgt.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittansicht, die eine Ausgangsstruktur darstellt, die bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.
    • 2 ist eine Querschnittansicht, die die Ausgangsstruktur von 1 nach dem Bilden einer kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht darauf darstellt.
    • 3 ist eine Querschnittansicht, die eine weitere Ausgangsstruktur darstellt, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, wobei eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht darauf gebildet ist.
    • 4A, 4B und 4C sind Querschnittansichten, die einige beispielhafte elektronische Einheiten darstellen, die eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht enthalten.
    • 5 ist eine Querschnittansicht, die eine elektronische Einheit darstellt, die eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht als Gate-Spacer enthält.
    • 6A und 6B sind Querschnittansichten, die elektronische Einheiten darstellen, die eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht auf einer Schicht eines Substrats auf der Grundlage von Kohlenstoff enthalten.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Offenbarung, die eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht, elektronische Einheiten, die eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht enthalten, und ein Verfahren zum Herstellen einer kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht betrifft, wird nun ausführlicher beschrieben, wobei auf die nachstehende Erörterung und die nachstehenden Zeichnungen, die die vorliegende Anmeldung begleiten, verwiesen wird. Es wird angemerkt, dass die Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung zu veranschaulichenden Zwecken gezeigt werden und als solche nicht maßstabgetreu gezeichnet sind.
  • In der nachstehenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten beschrieben, wie z.B. besondere Strukturen, Komponenten, Materialien, Abmessungen, Verarbeitungsschritte und Verfahren, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Dem Fachmann ist aber klar, dass die vorliegende Offenbarung über durchführbare alternative Verfahrensmöglichkeiten ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden gut bekannte Strukturen oder Verfahrensschritte nicht ausführlich beschrieben, um Verundeutlichen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden.
  • Es versteht sich, dass wenn ein Element, wie z.B. eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat, als „auf“ oder „über“ einem anderen Element angeordnet bezeichnet wird, es direkt auf dem anderen Element angeordnet sein kann oder auch dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt auf“ oder „direkt über“ einem anderen Element angeordnet bezeichnet wird, sind keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden. Es versteht sich auch, dass wenn ein Element als „unterhalb“ eines anderen Elements oder „unter“ einem anderen Element angeordnet bezeichnet wird, es direkt unterhalb des anderen Elements oder unter dem anderen Element angeordnet sein kann oder dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt unterhalb“ eines anderen Elements oder „direkt unter“ einem anderen Element angeordnet bezeichnet wird, sind keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden.
  • Wie oben angemerkt, betrifft die Erfindung eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht mit einem Kohlenstoffgehalt von 35 Atomprozent oder mehr, Bor in einer Menge von 6 Atomprozent bis 32 Atomprozent und Stickstoff in einer Menge von 8 Atomprozent bis 33 Atomprozent. Die kohlenstoffreiche Dielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auch wenigstens eines von Sauerstoff und Wasserstoff als optionale Elemente enthalten. Die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Dielektrizitätskonstante von gleich oder kleiner als 3,6 auf.
  • Bei einer Ausführungsform kann die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht als Isolatorkomponente in verschiedenen elektronischen Einheiten verwendet werden, einschließlich beispielsweise als dielektrische Abdeckung für eine Verbindungsstruktur („interconnect structure“), als Spacer für einen MetallOxid-Halbleiter(MOS)-Feldeffekttransistor (FET) oder als dielektrisches Material für die Verwendung in einer Graphen-enthaltenden Einheit. Wenn die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht als dielektrische Abdeckung verwendet werden kann, verringert die kohlenstoffreiche Dielektrikum-Dünnschicht die effektive Gesamtkapazität einer Verbindungsstruktur und erhöht damit die Leistungsfähigkeit der Einheit.
  • Es wird nun auf 1 verwiesen, die eine Ausgangsstruktur 10 darstellt, die bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Die in 1 dargestellte Ausgangsstruktur 10 enthält ein Substrat 12. Das Substrat 12, das vorzugsweise eingesetzt werden kann, enthält ein Halbleitermaterial, ein isolierendes Material, ein leitfähiges Material oder eine Kombination davon, einschließlich mehrschichtiger Strukturen.
  • Bei einer Ausführungsform, wenn das Substrat 12 ein Halbleitermaterial ist oder eines enthält, kann das Halbleitermaterial jedes Material mit Halbleitereigenschaften sein, einschließlich beispielsweise Si, Ge, SiGe, SiGeC, SiC, GaAs, InAs, InP und andere III/V- oder II/VI-Verbindung-Halbleiter. Als Substrat 12 können auch geschichtete Halbleitermaterialien verwendet werden, wie z.B. Si/SiGe, Si/Ge, Si/SiC, Silicium-auf-Isolatoren (SOIs) oder Silicium-Germanium-auf-Isolatoren (SGOls).
  • Wenn das Substrat 12 ein isolierendes Material ist oder eines enthält, kann das isolierende Material ein organischer Isolator, ein anorganischer Isolator oder eine Kombination davon, einschließlich Mehrfachschichten, sein. Wenn das Substrat 12 ein leitfähiges Material ist oder eines enthält, kann das leitfähige Material 12 beispielsweise B-, P- oder As-dotiertes polySi, ein elementares Metall, Legierungen von elementaren Metallen, ein Metallsilicid, ein Metallnitrid und Kombinationen davon, einschließlich Mehrfachschichten, enthalten.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform enthält das Substrat 12 eine Kombination eines halbleitenden Materials und eines isolierenden Materials, eine Kombination eines halbleitenden Materials und eines leitfähigen Materials oder eine Kombination eines halbleitenden Materials, eines isolierenden Materials und eines leitfähigen Materials.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Substrat 12 ein Material auf der Grundlage von Kohlenstoff, einschließlich beispielsweise Graphen, Graphit und ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Bei anderen Ausführungsformen kann das Material auf der Grundlage von Kohlenstoff auf einem Grundsubstrat angeordnet sein, das ein Halbleitermaterial, ein dielektrisches Material, ein leitfähiges Material oder eine Kombination davon, einschließlich eines mehrschichtigen Stapels, sein kann.
  • Der Begriff „Graphen“ wird hierin verwendet, um eine ein Atom dicke planare Lage von sp2-gebundenen Kohlenstoffatomen zu bezeichnen, die in einem Bienenwaben-Kristallgitter dicht gepackt sind. Das Graphen, das als Substrat 12 eingesetzt werden kann, weist eine hexagonale kristallographische Bindungsstruktur auf. Das Graphen kann einzelschichtiges Graphen enthalten (nominell 0,34 nm dick), mehrschichtiges Graphen (2 bis 10 Graphenschichten), vielschichtiges Graphen (> 10 Graphenschichten), ein Gemisch von einzelschichtigem, mehrschichtigem und vielschichtigem Graphen oder jede Kombination von Graphenschichten, gemischt mit amorphen und/oder fehlgeordneten Kohlenstoffphasen. Wenn gewünscht, schließt es auch substituierte und interstitielle und/oder interkalierte Dotierstoffspezies ein. Wenn Graphen als Substrat 12 eingesetzt wird, kann das Graphen unter Verwendung von im Fachgebiet gut bekannten Verfahren hergestellt sein. Beispielsweise kann Graphen hergestellt werden durch mechanische Exfoliation von Graphit, epitaktisches Wachstum auf Siliciumcarbid, epitaktisches Wachstum auf Metallsubstraten, Hydrazinreduktion, bei der ein Graphenoxidpapier in einer Lösung von reinem Hydrazin angeordnet wird, welches das Graphenoxidpapier zu einzelschichtigem Graphen reduziert, und Natriumreduktion von Ethanol, d.h. Reduktion von Ethanol durch Natriummetall, gefolgt von Pyrolyse des Ethoxidprodukts und Waschen zum Entfernen von Natriumsalzen. Ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Graphen kann aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein.
  • Wenn als Substrat 12 ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen eingesetzt wird, kann das Kohlenstoff-Nanoröhrchen einwandig oder mehrwandig sein. Kohlenstoff-Nanoröhrchen weisen typischerweise eine gefaltete hexagonale kristallographische Bindungsstruktur auf. Obwohl ein einzelnes Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden kann, wird typischerweise ein Array von Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet. Wenn als Substrat 12 Kohlenstoff-Nanoröhrchen eingesetzt werden, können die Kohlenstoff-Nanoröhrchen unter Verwendung von Verfahren hergestellt sein, die dem Fachmann gut bekannt sind. Beispiele geeigneter Verfahren, die zum Herstellen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden können, schließen Bogenentladung, Laserablation, chemische Gasphasenabscheidung und plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Andere mögliche Materialien auf der Grundlage von Kohlenstoff, die als Substrat 12 eingesetzt werden können, schließen Graphit mit einer nahgeordnet hexagonalen und kristallographisch amorphen Bindungsstruktur und verschiedene Formen von Kohlenstoffmaterialien mit leicht verzerrter hexagonaler kristallographischer Bindungsstruktur ein, wie z.B. Lonsdaleit, und Fulleren mit dicht gepackter hexagonaler Bindungsphase.
  • 2 zeigt die Ausgangsstruktur 10 von 1 nach dem Bilden einer kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 auf einer Oberfläche des Substrats 12. Wie oben angemerkt, enthält die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 Atome von Kohlenstoff (C), Bor (B) und Stickstoff (N). Die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 kann auch eines von Sauerstoff und Wasserstoff als optionale Elemente, die darin vorhanden sein können, enthalten. Die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 kann auch als kohlenstoffreiche Dielektrikum-Dünnschicht mit einer Formel CxByNz bezeichnet werden, wobei x die Atomprozent des in der Dünnschicht vorhandenen Kohlenstoffs darstellt, y die Atomprozent des in der Dünnschicht vorhandenen Bors darstellt und z die Atomprozent des in der Dünnschicht vorhandenen Stickstoffs darstellt. Die Werte von x, y und z werden nachstehend ausführlicher erörtert.
  • Die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Dielektrizitätskonstante auf, die gleich oder kleiner als 3,6 ist. Bei einer Ausführungsform weist die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 eine Dielektrizitätskonstante auf, die von 2,5 bis 3,2 beträgt. Alle Dielektrizitätskonstanten sind, wenn nicht anders angegeben, auf Vakuum bezogen. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 eine Dielektrizitätskonstante auf, die kleiner als 2,5 ist. Erfindungsgemäß ist die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 porös. Mit „porös“ ist gemeint, dass die Dünnschicht darin vorhandene Hohlräume aufweist.
  • Wie vorstehend angemerkt, ist die kohlenstoffreiche Dielektrikum-Dünnschicht 14 gemäß der vorliegenden Erfindung kohlenstoffreich. Mit „kohlenstoffreich“ ist gemeint, dass die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 einen Kohlenstoffgehalt, d.h. x, von größer oder gleich 35 Atomprozent aufweist. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt der Kohlenstoffgehalt, d.h. x, der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 von 35 Atomprozent bis etwa 70 Atomprozent.
  • Die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 enthält auch Bor. Der Borgehalt, d.h. y, der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 beträgt von 6 Atomprozent bis 32 Atomprozent. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt der Borgehalt, d.h. y, der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 von 15 Atomprozent bis etwa 32 Atomprozent.
  • Die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 enthält auch Stickstoff. Der Stickstoffgehalt, d.h. z, der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 beträgt von 8 Atomprozent bis 33 Atomprozent. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt der Stickstoffgehalt, d.h. z, der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 von 15 Atomprozent bis 33 Atomprozent. Bei manchen Ausführungsformen ist der Stickstoff gleichmäßig in der gesamten kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 verteilt. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der Stickstoff in ausgewählten Bereichen der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 bereitgestellt, um eine hinsichtlich des Stickstoffgehalts abgestufte Dielektrikum-Dünnschicht zu ergeben.
  • Bei manchen Ausführungsformen beträgt die Summe von x (Kohlenstoffgehalt), y (Borgehalt) und z (Stickstoffgehalt) 100 Atomprozent. Bei einer derartigen Ausführungsform sind in der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 keine anderen Elemente neben Kohlenstoff, Bor und Stickstoff vorhanden. Bei manchen anderen Ausführungsformen beträgt die Summe von x (Kohlenstoffgehalt), y (Borgehalt) und z (Stickstoffgehalt) nicht 100 Atomprozent. Bei derartigen Ausführungsformen können in der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 andere Elemente, beispielsweise Sauerstoff und/oder Wasserstoff, vorhanden sein.
  • Wenn in der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 Sauerstoff vorhanden ist, kann der Gehalt an Sauerstoff im Bereich von 1 Atomprozent bis 10 Atomprozent liegen. Bei einer weiteren Ausführungsform und wenn in der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 Sauerstoff vorhanden ist, kann der Sauerstoffgehalt von 1 Atomprozent bis 4 Atomprozent betragen.
  • Wenn in der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 Wasserstoff vorhanden ist, kann der Gehalt an Wasserstoff von 10 Atomprozent bis 40 Atomprozent variieren. Bei einer weiteren Ausführungsform und wenn in der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 Wasserstoff vorhanden ist, kann der Wasserstoffgehalt von 10 Atomprozent bis 25 Atomprozent betragen.
  • Bei einer Ausführungsform weist die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 ein Modul im Bereich von 40 GPa bis 90 GPa auf. Bei einer weiteren Ausführungsform, für eine wie abgeschiedene kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht, weist die kohlenstoffreiche Dielektrikum-Dünnschicht eine Kompressionsspannung im Bereich von 200 MPa bis 800 MPa auf. Bei einer weiteren Ausführungsform, für eine UV-gehärtete (450 Sekunden bis 1450 Sekunden) kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht, weist die kohlenstoffreiche Dielektrikum-Dünnschicht eine Kompressionsspannung von 150 MPa bis 50 MPa auf.
  • Die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 kann hergestellt werden, indem zuerst das Substrat 10 in einer Reaktorkammer angeordnet wird, der Reaktorkammer wenigstens ein Vorläufer zugeführt wird, der wenigstens Atome von C, B und N enthält, und die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 auf einer Oberfläche des Substrats 12 abgeschieden wird. Bei einer Ausführungsform kann das Abscheiden der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 durch ein Verfahren der plasmaverstärkten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD) durchgeführt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Abscheiden der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Atomschichtabscheidung (ALD) oder ein Aufschleuderverfahren durchgeführt werden. Es sind auch andere Abscheidungsverfahren möglich, solange die anderen Abscheidungsverfahren fähig sind, die vorstehend beschriebene kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht zu bilden.
  • Die Dicke der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 kann variieren; typische Bereiche für die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 betragen von 1 nm bis 500 nm, mit einer Dicke, die typischerweise im Bereich von 5 nm bis 200 nm liegt.
  • Die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 kann unter Verwendung verschiedener Vorläufer abgeschieden werden, die in einem Flüssigkeits-, Gas- oder Dampfzustand vorliegen können. Bei einer Ausführungsform kann die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 unter Verwendung ausschließlich gasförmiger Vorläufer gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform können ein Bor-enthaltender Vorläufer, ein Stickstoff-enthaltender Vorläufer und ein Kohlenwasserstoff-enthaltender Vorläufer eingesetzt werden. Bei manchen Ausführungsformen können der Bor-enthaltende Vorläufer und der Stickstoff-enthaltende Vorläufer in einem einzigen Vorläufer kombiniert sein. Bei anderen Ausführungsformen können der Bor-enthaltende Vorläufer, der Stickstoff-enthaltende Vorläufer und der Kohlenwasserstoff-enthaltende Vorläufer alle in einem einzigen Vorläufer kombiniert sein.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform kann die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 unter Verwendung wenigstens eines gasförmigen Vorläufers und wenigstens eines flüssigen Vorläufers gebildet werden. Beispielsweise kann die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 unter Verwendung eines Bor- und Stickstoff-enthaltenden flüssigen Vorläufers und eines Kohlenwasserstoff-enthaltenden gasförmigen Vorläufers gebildet werden.
  • Wenn bei der Herstellung der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 ein Bor-enthaltender Vorläufer (Flüssigkeit, Dampf oder Gas) eingesetzt wird, enthält der Bor-enthaltende Vorläufer ein beliebiges Material, das Bor enthält. Beispiele von Bor-enthaltenden Vorläufern, die bei der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden können, schließen Diboran, Triethylboran, Bortrichlorid und Bortrifluorid ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Wenn bei der Herstellung der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 ein Stickstoff-enthaltender Vorläufer (Flüssigkeit, Dampf oder Gas) eingesetzt wird, enthält der Stickstoff-enthaltende Vorläufer ein beliebiges Material, das Stickstoff enthält. Beispiele von Stickstoff-enthaltenden Vorläufern, die bei der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden können, schließen N2 und NH3 ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Hinsichtlich des Stickstoffgehalts werden nichtabgestufte und abgestufte kohlenstoffreiche Dielektrikum-Dünnschichten in Betracht gezogen. Abstufen wird durch Variieren der Menge an Stickstoff-enthaltendem Vorläufer, der dem Reaktor zugeführt wird, erzielt.
  • Die Kohlenwasserstoff-enthaltenden Vorläufer (Flüssigkeit, Dampf oder Gas), die bei der Herstellung der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 eingesetzt werden können, sind nichtgesättigte Kohlenwasserstoffe mit einer oder mehreren Doppel- oder Dreifachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen. Nichtgesättigte Kohlenwasserstoff-enthaltende Vorläufer mit einer Doppelbindung können hierin als Alkene bezeichnet werden und sind dadurch gekennzeichnet, dass sie die Formel CnH2n aufweisen, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder größer ist, wobei typischerweise ein Wert von n gleich 2 bis 16 eingesetzt wird. Beispiele von Alkenen, die als Kohlenwasserstoff-enthaltender Vorläufer eingesetzt werden können, schließen C2H4, C2H6, C3H6 und C4H8 ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Nichtgesättigte Kohlenwasserstoffe, die Dreifachbindungen enthalten, können hierin als Alkine bezeichnet werden und sind dadurch gekennzeichnet, dass sie die allgemeine Formel CnH2m-2 aufweisen, wobei m eine ganze Zahl von 2 oder größer ist, wobei typischerweise ein Wert von n gleich 2 bis 16 eingesetzt wird. Beispiele von Alkinen, die als Kohlenwasserstoff-enthaltender Vorläufer eingesetzt werden können, schließen C2H2 ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Wenn bei der Herstellung der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 ein kombinierter Stickstoff- und Bor-enthaltender Vorläufer eingesetzt wird, enthält der kombinierte Stickstoff- und Bor-enthaltende Vorläufer sowohl Stickstoff als auch Bor in einer einzigen Verbindung. Beispiele von kombinierten Stickstoff- und Bor-enthaltenden Vorläufern, die bei der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden können, schließen Borazin, Alkylborazine, Vinylborazin und Vinylakylborazin ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Wenn bei der Herstellung der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 ein kombinierter Stickstoff-, Bor- und Kohlenwasserstoff-enthaltender Vorläufer eingesetzt wird, enthält der kombinierte Stickstoff-, Bor- und Kohlenwasserstoff-enthaltende Vorläufer Stickstoff, Bor und einen Kohlenwasserstoff in einer einzigen Verbindung. Beispiele von kombinierten Stickstoff-, Bor- und Kohlenwasserstoff-enthaltenden Vorläufern, die eingesetzt werden können, schließen eine Kombination von Diboran, NH3 und einem Alken ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Bei manchen Ausführungsformen kann eine Kombination von Diboran, NH3 und Mono-, Di-, Tri- und Tetraalkyldiboran verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen können Vorläufer mit Ammoniak und Trimethylaminalkylboran verwendet werden.
  • Bei einer Ausführungsform kann die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 unter Verwendung eines Verfahrens abgeschieden werden, das den Schritt des Bereitstellens eines Parallelplattenreaktors aufweist, der eine leitfähige Fläche eines Substrathalters zwischen 85 cm2 und 1600 cm2 und eine Lücke zwischen dem Substrat und einer oberen Elektrode zwischen 1 cm und 12 cm aufweist. An eine der Elektroden kann eine Hochfrequenz-RF-Leistung mit einer Frequenz von 0,45 MHz bis 200 MHz angelegt werden. Gegebenenfalls kann an eine der Elektroden eine zusätzliche Niederfrequenzleistung angelegt werden. Die bei dieser besonderen Ausführungsform für den Abscheidungsschritt verwendeten Bedingungen können von der gewünschten End-Dielektrizitätskonstante der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 abhängig variieren. Allgemein schließen die Bedingungen, die zum Bereitstellen einer kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 mit einer Dielektrizitätskonstante von gleich oder kleiner als 3,6 verwendet werden, ein: Einstellen der Substrattemperatur auf eine Temperatur von 200 °C bis 425 °C; Einstellen der Hochfrequenz-RF-Leistungsdichte in einem Bereich von 0,1 W/cm2 bis 1,5 W/cm2; Einstellen der Flussrate des Bor-enthaltenden Vorläufers in einem Bereich von 100 mg/min bis 3.000 mg/min als flüssiger Vorläufer (oder 50 sccm bis 1.000 sccm als Gasvorläufer); Einstellen der Flussrate des Stickstoff-enthaltenden Vorläufers in einem Bereich von 20 sccm bis 1.000 sccm und Einstellen der Flussrate des Kohlenwasserstoff-enthaltenden Vorläufers in einem Bereich von 50 sccm bis 2.000 sccm; gegebenenfalls Einstellen der Flussrate eines inerten Trägergases, wie z.B. Helium (und/oder Argon), in einem Bereich von 50 sccm bis 5.000 sccm; Einstellen des Reaktordrucks auf einen Druck im Bereich von 1.000 mTorr bis 7000 mTorr; und Einstellen der Hochfrequenz-RF-Leistung in einem Bereich von 75 W bis 1.000 W. Gegebenenfalls kann zu dem Plasma eine Leistung mit ultraniedriger Frequenz im Bereich von 30 W bis 400 W hinzugefügt werden. Wenn die leitfähige Fläche des Substrathalters um einen Faktor von X verändert wird, kann sich die an dem Substrathalter anliegende RF-Leistung ebenfalls um einen Faktor X verändern. Es können auch andere Bedingungen und Vorläufer verwendet werden, solange sie fähig sind, die vorstehend beschriebene kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht abzuscheiden.
  • Nach dem Abscheiden der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 kann die abgeschiedene kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 gegebenenfalls einem Härtungsschritt unterworfen werden, der in einer nicht-oxidierenden Umgebung durchgeführt wird. Mit „Härten“ ist gemeint, dass das Abgeschiedene gegebenenfalls, aber nicht notwendigerweise, in wenigstens einem der Heizzyklen bei einer Temperatur von nicht weniger als 300 °C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 300 °C bis 420 °C, über einen Zeitraum von wenigstens 0,10 Stunden wärmebehandelt wird. Mit „nicht-oxidierende Umgebung“ ist eine Atmosphäre gemeint, in der der Sauerstoffgehalt weniger als 20 ppm beträgt. Bei manchen Ausführungsformen kann eine nicht-oxidierende Umgebung eingesetzt werden, die Sauerstoff in einer Menge von weniger als 10 ppm enthält. Es wird angemerkt, dass Härten in der gleichen Reaktorkammer erfolgen kann, die zum Abscheiden der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 verwendet wird, oder das Härten kann in einer gesonderten Reaktorkammer durchgeführt werden. Der Wärmebehandlungsschritt, d.h. das Härten, kann schnelles Wärmetempern, Ofentempern, Lasertempern oder Spike-Tempern einschließen. Bei manchen Ausführungsformen wird Härten in einer sauerstofffreien Atmosphäre durchgeführt, wie z.B. einem inerten Gas (beispielsweise He, Ar oder Gemischen davon).
  • Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der Härtungsschritt bei einer einzigen Temperatur durchgeführt werden. Bei manchen weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der Härtungsschritt bei zwei oder mehr verschiedenen Temperaturen erfolgen. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform Härten bei einer Temperatur von nicht höher als 300 °C über einen ersten Zeitraum und anschließend bei einer zweiten Temperatur von nicht unter 400 °C über einen zweiten Zeitraum durchgeführt werden, wobei der zweite Zeitraum länger als der erste Zeitraum ist. Bei manchen Ausführungsformen kann der zweite Zeitraum wenigstens 10-mal länger als der erste Zeitraum sein.
  • Die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 wird auch unter Verwendung eines Hochenergie-Verarbeitungsschritts nach dem Abscheiden gehärtet. Ein derartiger Hochenergie-Verarbeitungsschritt nach dem Abscheiden kann über kürzere Zeiträume als das vorstehend genannte Wärmehärten durchgeführt werden. Erfindungsgemäß wird die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 unter Verwendung einer Hochenergiequelle verarbeitet. Geeignete Energiequellen, die für den Nachverarbeitungsschritt verwendet werden können, schließen Chemikalien, Ultraviolett(UV)-Licht, Elektronenstrahlen (E-Strahlen), Mikrowellen und Plasma ein. Kombinationen der genannten Energiequellen allein oder mit einer Wärmehärtung können mit einer kürzeren Härtungszeit von weniger als oder gleich 5 Minuten verwendet werden. Die Nachbehandlung durch Wärme- und/oder Hochenergie-UV/E-Strahlenhärten treibt allen locker gebundenen Kohlenwasserstoff aus, der während des Plasmaabscheidens mit dem Kohlenwasserstoff-enthaltenden Vorläufer in der Dünnschichtstruktur einverleibt wurde. Diese Behandlung erzeugt eine kleine Menge an Nanoporosität in der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14. Mit „klein“ ist gemeint, dass die Nanoporosität der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 von 0,5 nm bis 3 nm beträgt, wobei der gewöhnlich bevorzugte Bereich 0,5 nm bis 1,2 nm beträgt.
  • Der Schritt der UV-Licht-Behandlung kann unter Verwendung einer Quelle, die Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 1500 nm erzeugt, zum Bestrahlen des Substrats durchgeführt werden, wobei die Wafertemperatur typischerweise bei einer Temperatur von 25 °C bis 500 °C gehalten wird, wobei Temperaturen von 300 °C bis 420 °C typisch sind. Strahlung von weniger als 370 nm hat eine ungenügende Energie, um wichtige Bindungen zu dissoziieren oder aktivieren, so dass gemäß der vorliegenden Offenbarung typischerweise der Wellenlängenbereich von 150 bis 370 nm eingesetzt wird. Unter Verwendung von Literaturdaten und an wie abgeschiedenen kohlenstoffreichen Dielektrikum-Dünnschichten gemessenen Absorptionsspektren haben die Erfinder gefunden, dass Strahlung von weniger als 170 nm aufgrund von Zersetzung der kohlenstoffreichen Dielektrikum-Dünnschicht nicht bevorzugt werden kann. Ferner ist der Energiebereich von 310 bis 370 nm aufgrund der vergleichsweise geringen Energie pro Photon bei 310 bis 370 nm weniger nützlich als der Bereich von 150 bis 310 nm. Innerhalb des Bereichs von 150 bis 310 nm kann gegebenenfalls die bestmögliche Überlappung mit dem Absorptionsspektrum der wie abgeschiedenen Dünnschicht und geringstmögliche Verschlechterung der Dünnschicht-Eigenschaften (wie z.B. Hydrophobität) verwendet werden, um den wirkungsvollsten Bereich des UV-Spektrums zum Verändern der Eigenschaften der kohlenstoffreichen Dielektrikum-Dünnschicht auszuwählen.
  • Der Schritt der Elektronenstrahlbehandlung wird unter Verwendung einer Quelle durchgeführt, die fähig ist, über dem Wafer einen gleichmäßigen Elektronenfluss mit Energien von 0,5 keV bis 25 keV und Stromdichten von 0,1 mikroAmp/cm2 bis 100 mikroAmp/cm2 zu erzeugen, wobei die Wafertemperatur bei einer Temperatur von 25 °C bis 500 °C gehalten wird. Bei einer Ausführungsform variiert die Dosis der bei dem Schritt der Elektronenstrahlbehandlung verwendeten Elektronen von 50 Mikrocoulomb/cm2 bis 500 Microcoulomb/cm2. Bei einer Ausführungsform, für eine 400 bis 900 nm dicke, UV-gehärtete (450 bis 1.450 Sekunden) kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht, weist die kohlenstoffreiche Dielektrikum-Dünnschicht ein Modul im Bereich von 30 GPa bis 90 GPa, eine Kompressionsspannung von 150 MPa bis 800 MPa und eine Dielektrizitätskonstante im Bereich von 3,2 bis 5,0 auf.
  • Nun wird auf 3 verwiesen, die eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 darstellt, die auf einer Oberfläche einer Verbindungsstruktur 20 gebildet ist. Die Verbindungsstruktur 20 enthält ein Verbindungs-Dielektrikummaterial 22 mit wenigstens einem darin eingebetteten leitfähigen Material 24. Die Verbindungsstruktur 20 kann unter Verwendung herkömmlicher Verarbeitungsschritte, die dem Fachmann gut bekannt sind, hergestellt werden. Beispielsweise kann ein Single-Damascene- oder ein Dual-Damascene-Verfahren eingesetzt werden. Bei dieser besonderen Ausführungsform dient die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 als dielektrische Abdeckung für die Verbindungsstruktur 20. Bei manchen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bedeckt die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 die gesamte obere Oberfläche der Verbindungsstruktur 20. Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht 14 auf dem wenigstens einen leitfähigen Material 24 angeordnet. Bei einer weiteren Ausführungsform bedeckt die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht das wenigstens eine leitfähige Material 24 teilweise und bedeckt das Verbindungs-Dielektrikummaterial 22 teilweise oder vollständig.
  • Das Verbindungs-Dielektrikummaterial 22 enthält ein beliebiges Zwischenebene- oder Innerebene-Dielektrikum, einschließlich anorganischer und organischer Dielektrika. Das Verbindungs-Dielektrikummaterial 22 kann porös oder nicht-porös sein oder Bereiche und/oder Oberflächen enthalten, die porös sind, und andere Bereiche und/oder Oberflächen, die nicht-porös sein können. Einige Beispiele von geeigneten Dielektrika, die als das Verbindungs-Dielektrikummaterial 22 verwendet werden können, schließen Siliciumdioxid, Silsesquioxane, C-dotierte Oxide (d.h. Organosilicate), die Atome von Si, C, O und H enthalten, wärmehärtende Polyarylenether sowie Mehrfachschichten davon ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Begriff „Polyarylen“ wird in der vorliegenden Anmeldung verwendet, um Aryleinheiten oder inert substituierte Aryleinheiten zu bezeichnen, die durch Bindungen, anellierte Ringe oder inerte Verknüpfungsgruppen, wie z.B. Sauerstoff, Schwefel, Sulfon, Sulfoxid, Carbonyl und dergleichen, miteinander verbunden sind. Das wenigstens eine leitfähige Material 24 kann beispielsweise polySi, ein elementares Metall, Legierungen von elementaren Metallen, ein Metallsilicid und/oder ein Metallnitrid enthalten. Das Verbindungs-Dielektrikummaterial 22 kann unter Verwendung herkömmlicher Verfahren, die im Fachgebiet gut bekannt sind, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung, plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung, Aufdampfen und Aufschleudern, gebildet werden. Ähnlich kann das wenigstens eine leitfähige Material 24 unter Verwendung herkömmlicher Abscheidungsverfahren, die im Fachgebiet gut bekannt sind, einschließlich beispielsweise Plattieren, Sputtern, physikalischer Gasphasenabscheidung, Aufdampfen und chemischer Gasphasenabscheidung, gebildet werden.
  • Weitere elektronische Einheiten, die die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht enthalten können, werden in 4A, 4B und 4C gezeigt. Es ist zu beachten, dass die in 4A, 4B und 4C lediglich veranschaulichende Beispiele darstellen.
  • 4A zeigt eine elektronische Einheit 60, die auf einem Halbleitersubstrat 32 aufgebaut ist. Auf dem Substrat 32 ist zuerst eine erste Schicht eines Verbindungs-Dielektrikummaterials 34 gebildet, worin ein erster Bereich von leitfähigem Material 36 eingebettet ist. Nachdem ein CMP-Verfahren an dem ersten Bereich von leitfähigem Material 36 durchgeführt ist, wird eine zweite Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 38 auf der ersten Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 34 und dem ersten Bereich von leitfähigem Material 36 gebildet. Die erste und die zweite Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial können geeignet aus einem der dielektrischen Materialien gebildet sein, die vorstehend für das Verbindungs-Dielektrikummaterial 22 genannt wurden, während der erste Bereich von leitfähigem Material 36 eines der vorstehend für das leitfähige Material 24 genannten Metalle enthalten kann. Anschließend wird die zweite Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 38 durch ein photolithographisches Verfahren, gefolgt von Ätzen, strukturiert, und eine Leiterschicht 40 (bei der es sich um das gleiche wie oder ein anderes Material als die erste Leiterschicht 36 handeln kann) wird darauf abgeschieden. Nach dem Durchführen eines CMP-Verfahrens an der Leiterschicht 40 wird eine dritte Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 44 (bei der es sich um das gleiche wie oder ein anderes dielektrisches Material als die erste und die zweite Verbindungs-Dielektrikumschicht handeln kann) über der zweiten Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 38 und der Leiterschicht 40 gebildet. Die Leiterschicht 40 steht in elektrischer Verbindung mit dem ersten Bereich von leitfähigem Material 36.
  • Anschließend wird ein zweiter Bereich von leitfähigem Material 50 gebildet, nachdem ein photolithographisches Verfahren an der dritten Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 44, gefolgt von Ätzen, durchgeführt worden ist, und anschließend ein Abscheidungsverfahren für ein zweites Leitermaterial. Der zweite Bereich von leitfähigem Material 50 kann eines von den vorstehend für das leitfähige Material 24 genannten Materialien sein. Der zweite Bereich von leitfähigem Material 50 steht in elektrischer Verbindung mit dem ersten Bereich von leitfähigem Material 40 und ist in der dritten Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 44 eingebettet. Die dritte Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 44 steht in engem Kontakt mit der zweiten Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 38, die bei manchen Ausführungsformen aus der kohlenstoffreichen Carbobornitrid-Dünnschicht bestehen kann.
  • 4A zeigt auch eine dielektrische Abdeckschicht 62, die zwischen der zweiten Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 38 und der dritten Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 44 abgeschieden ist. Die dielektrische Abdeckschicht 62 kann die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten. Die dielektrische Abdeckschicht 62 dient als Diffusionssperrschicht, um Diffusion der ersten Leiterschicht 40 in die dritte Schicht von Verbindungsmaterial 44 oder in die unteren Schichten, insbesondere in die Schichten 34 und 32, zu verhindern.
  • 4B zeigt eine alternative elektronische Einheit 70. In der elektronischen Einheit 70 werden zwei zusätzliche dielektrische Abdeckschichten 72 und 74 verwendet, die als RIE-Maske und CMP(chemisch-mechanisches Polieren)-Polierstoppschicht dienen. Die erste dielektrische Abdeckschicht 72 wird auf der zweiten Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 38 abgeschieden und wird als RIE-Maske und CMP-Stopp verwendet, so dass die erste Leiterschicht 40 und die Schicht 72 nach dem CMP etwa koplanar sind. Die Funktion der zweiten dielektrischen Abdeckschicht 74 ist jener der Schicht 72 ähnlich, wobei jedoch die Schicht 74 beim Planarisieren der zweiten Leiterschicht 50 verwendet wird. Die Polierstoppschicht 74 kann aus einem geeigneten dielektrischen Material abgeschieden werden, wie z.B. Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid, Siliciumcarbid, Siliciumcarbooxid (SiCO), Siliciumcarbooxynitrid (SiCON) oder ihren hydrierten Verbindungen. Alternativ dazu kann die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung als das Material für die Polierstoppschicht 74 verwendet werden.
  • 4C zeigt noch eine weitere alternative elektronische Einheit 80. Bei dieser Ausführungsform ist eine zusätzliche Schicht 82 von dielektrischem Material abgeschieden, die die dritte Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial 44 in zwei getrennte Schichten 84 und 86 trennt. Bei einer Ausführungsform kann die zusätzliche Schicht 82 von dielektrischem Material die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung enthalten. Ferner ist auf der Oberseite der oberen dielektrischen Schicht 74 eine zusätzliche Diffusionssperrschicht 96 abgeschieden (die aus der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung bestehen kann). Der zusätzliche Nutzen, der von der elektronischen Einheit 80 geboten wird, ist, dass die dielektrische Schicht 82 als RIE-Ätzstopp dient, wodurch eine bessere Tiefenkontrolle der Verbindung ermöglicht wird. Daher wird die Zusammensetzung der Schicht 82 ausgewählt, um Ätzselektivität gegenüber der Schicht 86 zu bieten.
  • Eine weitere alternative Ausführungsform kann eine elektronische Einheit enthalten, die Schichten von isolierendem Material als Innerebene- oder Zwischenebene-Dielektrika in einer Verdrahtungsstruktur enthält, die ein vorverarbeitetes Halbleitersubstrat enthält, das einen ersten Metallbereich enthält, der in einer ersten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, einen ersten Leiterbereich, der in einer zweiten Schicht des isolierenden Materials eingebettet ist, wobei die zweite Schicht von isolierendem Material in engem Kontakt mit der ersten Schicht von isolierendem Material steht und der erste Leiterbereich in elektrischer Verbindung mit dem ersten Metallbereich steht, einen zweiten Leiterbereich in elektrischer Verbindung mit dem ersten Leiterbereich steht und in einer dritten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, wobei die dritte Schicht von isolierendem Material in engem Kontakt mit der zweiten Schicht von isolierendem Material steht, eine erste dielektrische Abdeckschicht zwischen der zweiten Schicht von isolierendem Material und der dritten Schicht von isolierendem Material und eine zweite dielektrische Abdeckschicht auf der dritten Schicht von isolierendem Material, wobei die erste und die zweite dielektrische Abdeckschicht aus der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gebildet sind.
  • Eine weitere alternative Ausführungsform kann eine elektronische Einheit enthalten, die Schichten von isolierendem Material als Innerebene- oder Zwischenebene-Dielektrika in einer Verdrahtungsstruktur enthält, die ein vorverarbeitetes Halbleitersubstrat enthält, das einen ersten Metallbereich enthält, der in einer ersten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, einen ersten Leiterbereich, der in einer zweiten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, die in engem Kontakt mit der ersten Schicht von isolierendem Material steht, wobei der erste Leiterbereich in elektrischer Verbindung mit dem ersten Metallbereich steht, einen zweiten Leiterbereich, der in elektrischer Verbindung mit dem ersten Leiterbereich steht und in einer dritten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, wobei die dritte Schicht von isolierendem Material in engem Kontakt mit der zweiten Schicht von isolierendem Material steht, und eine Diffusionssperrschicht, die auf der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gebildet ist, die auf wenigstens einer von der zweiten und der dritten Schicht von isolierendem Material abgeschieden ist.
  • Eine noch weitere alternative Ausführungsform kann eine elektronische Einheit enthalten, die Schichten von isolierendem Material als Innerebene- oder Zwischenebene-Dielektrika in einer Verdrahtungsstruktur enthält, die ein vorverarbeitetes Halbleitersubstrat enthält, das einen ersten Metallbereich enthält, der in einer ersten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, einen ersten Leiterbereich, der in einer zweiten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, die in engem Kontakt mit der ersten Schicht von isolierendem Material steht, wobei der erste Leiterbereich in elektrischer Verbindung mit dem ersten Metallbereich steht, einen zweiten Leiterbereich, der in elektrischer Verbindung mit dem ersten Leiterbereich steht und in einer dritten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, wobei die dritte Schicht von isolierendem Material in engem Kontakt mit der zweiten Schicht von isolierendem Material steht, eine Hartmasken/Polierstoppschicht für reaktives Ionenätzen (RIE) auf der zweiten Schicht von isolierendem Material und eine Diffusionssperrschicht auf der RIE-Hartmasken/Polierstoppschicht, wobei die RIE-Hartmasken/Polierstoppschicht und die Diffusionssperrschicht aus der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung gebildet sind.
  • Eine noch weitere alternative Ausführungsform kann eine elektronische Einheit enthalten, die Schichten von isolierendem Material als Innerebene- oder Zwischenebene-Dielektrika in einer Verdrahtungsstruktur enthält, die ein vorverarbeitetes Halbleitersubstrat enthält, das einen ersten Metallbereich enthält, der in einer ersten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, einen ersten Leiterbereich, der in einer zweiten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, die in engem Kontakt mit der ersten Schicht von isolierendem Material steht, wobei der erste Leiterbereich in elektrischer Verbindung mit dem ersten Metallbereich steht, einen zweiten Leiterbereich, der in elektrischer Verbindung mit dem ersten Leiterbereich steht und in einer dritten Schicht von isolierendem Material eingebettet ist, wobei die dritte Schicht von isolierendem Material in engem Kontakt mit der zweiten Schicht von isolierendem Material steht, eine erste RIE-Hartmaske, Polierstoppschicht auf der zweiten Schicht von isolierendem Material, eine erste Diffusionssperrschicht auf der ersten RIE-Hartmasken/Polierstoppschicht, eine zweite RIE-Hartmasken/Polierstoppschicht auf der dritten Schicht von isolierendem Material und eine zweite Diffusionssperrschicht auf der zweiten RIE-Hartmasken/Polierstoppschicht, wobei die RIE-Hartmasken/Polierstoppschichten und die Diffusionssperrschichten aus der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung gebildet sind.
  • Es wird nun auf 5 verwiesen, die eine elektronische Einheit 100 darstellt, die einen kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Spacer 114 enthält. Bei dieser Ausführungsform kann die elektronische Einheit 100 unter Verwendung eines beliebigen herkömmlichen FET-Verfahrensablaufs hergestellt werden, einschließlich eines Austausch-Gate-Verfahrens. Bei manchen Ausführungsformen enthält das FET-Verfahren, das verwendet werden kann, Abscheiden der verschiedenen Materialschichten, Lithographie und Ätzen.
  • Die nachstehende Erörterung einer planaren Geometrie von Einheiten mit Spacer-Anwendung dient nur zu veranschaulichenden Zwecken, wobei die vorliegende Offenbarung nicht auf einen planaren Aufbau von Einheiten beschränkt ist. Vielmehr kann der kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Spacer in Einheiten mit 3D-Architekturen verwendet werden, wie z.B. in finFET-, Trigate-, Doppelgate- und Si-Nanodrahteinheiten.
  • Die elektronische Einheit 100 enthält ein Halbleitersubstrat 102, das eines der vorstehend genannten Halbleitermaterialien enthält. Ein Teil des Halbleitersubstrats 102, der unterhalb des Gate-Stapels 106 angeordnet ist, definiert einen Kanalbereich 104 der Einheit. Der Gate-Stapel 106 enthält wenigstens ein Gate-Dielektrikummaterial 108 und einen darauf angeordneten Gate-Leiter 110. An der Unterseite des Gate-Stapels 108 in dem Halbleitersubstrat 102 angeordnet befinden sich ein Source-Bereich 112 und ein Drain-Bereich 113. Der Source-Bereich 112 und der Drain-Bereich 113 sind über den Kanalbereich 104 verbunden.
  • Vorzugsweise kann ein Gate-Dielektrikummaterial 108 ein Oxid, ein Nitrid, ein Oxynitrid oder einen mehrschichtigen Stapel davon enthalten. Bei einer Ausführungsform enthält das wenigstens eine Gate-Dielektrikummaterial 108 ein Halbleiteroxid, ein Halbleiternitrid oder ein Halbleiteroxynitrid. Bei einer weiteren Ausführungsform enthält das wenigstens eine Gate-Dielektrikummaterial 108 ein dielektrisches Metalloxid oder ein gemischtes Metalloxid mit einer Dielektrizitätskonstante, die größer ist als die Dielektrizitätskonstante von Siliciumoxid, beispielsweise 3,9. Typischerweise weist eines der Dielektrika des wenigstens einen Gate-Dielektrikummaterials 108 eine Dielektrizitätskonstante größer als 4,0 auf, wobei eine Dielektrizitätskonstante größer als 8,0 typischer ist. Derartige dielektrische Materialien werden hierin als „high-k-Dielektrikum“ bezeichnet. Beispiele von high-k-Dielektrika schließen HfO2, ZrO2, La2O3, Al2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, Y2O3, HfOxNy, ZrOxNy, La2OxNy, Al2OxNy, TiOxNy, SrTiOxNy, LaAlOxNy, Y2OxNy, SiON, SiNx, ein Silicat davon und eine Legierung davon ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Als das wenigstens eine Gate-Dielektrikummaterial 108 können auch mehrschichtige Stapel dieser high-k-Materialien eingesetzt werden. Jeder Wert von x beträgt unabhängig von 0,5 bis 3 und jeder Wert von y beträgt unabhängig von 0 bis 2. Die Dicke des wenigstens einen Gate-Dielektrikummaterials 108 beträgt typischerweise von 1 nm bis 10 nm wobei eine Dicke typischerweise im Bereich von 2 nm bis 5 nm liegt.
  • Der Gate-Leiter 110 enthält ein leitfähiges Material, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt, polykristallines Silicium, polykristallines Silicium-Germanium, ein elementares Metall (beispielsweise Wolfram, Titan, Tantal, Aluminium, Nickel, Ruthenium, Palladium und Platin), eine Legierung von wenigstens einem elementaren Metall, ein Nitrid eines elementaren Metalls (beispielsweise Wolframnitrid, Aluminiumnitrid und Titannitrid), ein Silicid eines elementaren Metalls (beispielsweise Wolframsilicid, Nickelsilicid und Titansilicid) und mehrschichtige Kombinationen davon. Bei einer Ausführungsform kann das leitfähige Material, das als Gate-Leiter 110 eingesetzt werden kann, aus einem nFET-Metall-Gate bestehen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das leitfähige Material, das als Gate-Leiter 110 eingesetzt werden kann, aus einem pFET-Metall-Gate bestehen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das leitfähige Material, das als Gate-Leiter 110 eingesetzt werden kann, aus polykristallinem Silicium bestehen. Das leitfähige Polysiliciummaterial kann allein oder in Verbindung mit einem weiteren leitfähigen Material verwendet werden, wie z.B. einem leitfähigen Metallmaterial und/oder einem Metallsilicidmaterial. Der Gate-Leiter 110 weist typischerweise eine Dicke von 1 nm bis 100 nm auf, wobei eine Dicke von 3 nm bis 30 nm noch typischer ist.
  • Wie in 5 gezeigt, ist ein kohlenstoffreicher Carbobornitrid-Spacer 114 an Seitenwänden des Gate-Stapels 106 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist der kohlenstoffreiche Carbobornitrid-Spacer 114 durch zuerst Abscheiden einer wie vorstehend beschriebenen kohlenstoffreichen Carbobornitrid-Dünnschicht auf der Struktur und dann Ätzen der Dünnschicht, um den Spacer 114 an den Seitenwänden des Gate-Stapels 106 zu bilden, hergestellt. Das Vorhandensein des kohlenstoffreichen Carbobornitrid-Spacers 114 gemäß der vorliegenden Offenbarung an den Seitenwänden des Gate-Stapels 106 verringert die Parasitärkapazität der FET-Einheit. Das zyklische Mehrschicht-PECVD-Verfahren für die hierin beschriebenen kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschichten können eine ausgezeichnete Stufenbedeckung mit geringer Mikrobelastung ermöglichen, und die hydrophobe Beschaffenheit der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschichten liefern eine gute Nassätzbeständigkeit, die bei Spacer-Anwendungen sehr erwünscht ist.
  • Nun wird auf 6A und 6B verwiesen, die Beispiele von elektronischen Einheiten darstellen, die eine kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht aufweisen, die auf einer Schicht eines Substrats aus einem Material auf der Grundlage von Kohlenstoff angeordnet ist. Zunächst zeigt 6A einen Typ von elektronischer Einheit 150, die unter Verwendung eines beliebigen herkömmlichen FET-Verfahrensablaufs hergestellt werden kann, einschließlich eines Austausch-Gate-Verfahrens. Bei manchen Ausführungsformen schließt das FET-Verfahren, das verwendet werden kann, Abscheidung der verschiedenen Materialschichten, Lithographie und Ätzen ein.
  • Insbesondere zeigt 6A eine elektronische Einheit 150, die ein Material auf der Grundlage von Kohlenstoff als Substrat 152 enthält, wobei ein Teil des Materials auf der Grundlage von Kohlenstoff einen Kanal 154 der Einheit definiert. Auf einer oberen Oberfläche des Kanals 154 der Einheit ist wenigstens eine Schicht eines Grenzflächen-Dielektrikummaterials 156 angeordnet. Das Grenzflächen-Dielektrikummaterial 156 enthält die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung. Auf einer obersten Oberfläche der wenigstens einen Schicht von Grenzflächen-Dielektrikummaterial 156 ist wenigstens eine Schicht eines dielektrischen Materials 158 angeordnet, und auf einer obersten Oberfläche der wenigstens einen Schicht von dielektrischem Material 158 ist wenigstens eine Schicht eines leitfähigen Materials 160 angeordnet. Es ist anzumerken, dass das dielektrische Material 158 und das leitfähige Material 160, die bei dieser besonderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung genannt werden, aus einem der vorstehend für das wenigstens eine Gate-Dielektrikummaterial 108 und den Gate-Leiter 110 von 5 genannten dielektrischen Materialien und leitfähigen Materialien bestehen. Die in 6A gezeigte elektronische Einheit 150 enthält ferner wenigstens zwei Bereiche 162, 162', die elektrische Kontakte mit Teilen des Materials auf der Grundlage von Kohlenstoff 152 bilden, die dem Kanal 154 der Einheit benachbart sind. Die beiden Bereiche 162, 162' sind die Source/Drain-Bereiche der elektronischen Einheit 150 und enthalten eines der vorstehend für den Gate-Leiter 110 genannten leitfähigen Materialien. Bei einer Ausführungsform bestehen die wenigstens zwei Bereiche 162, 162' aus Graphen oder Materialien auf der Grundlage von Kohlenstoff. Die wenigstens zwei Bereiche 162, 162' sind durch Abscheidung, Lithographie und Ätzen gebildet. Bei einer Ausführungsform (nicht gezeigt) stehen die wenigstens zwei Bereiche 162, 162' in direktem Kontakt mit dem Material auf der Grundlage von Kohlenstoff 152. Eine derartige Einheit wird durch Entfernen von Teilen der wenigstens einen Schicht von Grenzflächen-Dielektrikummaterial 156 durch Ätzen erhalten. Bei einer weiteren Ausführungsform stehen die wenigstens zwei Bereiche 162, 162' in direktem Kontakt mit einem Teil der wenigstens einen Schicht von Grenzflächen-Dielektrikummaterial 156. Bei der elektronischen Struktur 150 weist das Grenzflächen-Dielektrikummaterial 152 eine hohe Bindungsaffinität mit dem darunterliegenden Material auf der Grundlage von Kohlenstoff 152 auf.
  • Bezug nehmend auf 6B wird dort ein zweiter Typ von elektronischer Einheit 150' gezeigt, die ein Material auf der Grundlage von Kohlenstoff 152 als Substrat enthält, wobei ein Teil des Materials auf der Grundlage von Kohlenstoff einen Kanal 154 der Einheit definiert. In dieser elektronischen Struktur ist eine als 151 gekennzeichnete Back-Gate-Schicht vorhanden, und diese Schicht kann strukturiert sein oder sie kann in einem ganzen Array von Einheiten als Deckschicht vorhanden sein. Die Back-Gate-Schicht weist ein leitfähiges Material auf, einschließlich eines dotierten Si-enthaltenden Materials, eines leitfähigen Metalls, einer leitfähigen Metalllegierung, eines leitfähigen Metallnitrids und/oder eines leitfähigen Metallsilicids. Auf einer oberen Oberfläche des Kanals 154 der Einheit ist wenigstens eine Schicht eines Grenzflächen-Dielektrikummaterials 156 angeordnet (das aus der kohlenstoffreichen Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung besteht). Auf einer obersten Oberfläche der wenigstens einen Schicht von Grenzflächen-Dielektrikummaterial 156 ist wenigstens eine Schicht von dielektrischem Material 158 angeordnet, und auf einer obersten Oberfläche der wenigstens einen Schicht von dielektrischem Material 158 ist wenigstens eine Schicht eines leitfähigen Materials 160 angeordnet. Es ist anzumerken, dass das dielektrische Material 158 und das leitfähige Material 160, die bei dieser besonderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung genannt werden, aus einem der vorstehend für das wenigstens eine Gate-Dielektrikummaterial 108 und den Gate-Leiter 110 von 5 genannten dielektrischen Materialien und leitfähigen Materialien bestehen. Die in 6B gezeigte elektronische Einheit 150' enthält ferner wenigstens zwei Bereiche 162, 162', die elektrische Kontakte mit Teilen des Materials auf der Grundlage von Kohlenstoff 152, die dem Kanal 154 der Einheit benachbart sind, bilden. Die beiden Bereiche 162, 162' sind die Source/Drain-Bereiche der elektronischen Einheit 150' und enthalten eines der vorstehend für den Gate-Leiter 110 genannten leitfähigen Materialien. Bei einer Ausführungsform bestehen die wenigstens zwei Bereiche 162, 162' aus Graphen oder einem Material auf der Grundlage von Kohlenstoff. Die wenigstens zwei Bereiche 162, 162' sind durch Abscheidung, Lithographie und Ätzen gebildet. Bei einer Ausführungsform (nicht gezeigt) stehen die wenigstens zwei Bereiche 162, 162' in direktem Kontakt mit dem Material auf der Grundlage von Kohlenstoff 152. Eine derartige Einheit wird durch Entfernen von Teilen der wenigstens einen Schicht von Grenzflächen-Dielektrikummaterial 156 durch Ätzen erhalten. Bei einer weiteren Ausführungsform stehen die wenigstens zwei Bereiche 162, 162' in direktem Kontakt mit einem Teil der wenigstens einen Schicht von Grenzflächen-Dielektrikummaterial 156. Bei der elektronischen Struktur 150' weist das Grenzflächen-Dielektrikummaterial 152 eine hohe Bindungsaffinität mit dem darunterliegenden Material auf der Grundlage von Kohlenstoff 152 auf.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung findet industrielle Anwendung beim Entwerfen und Herstellen elektronischer Einheiten, die kohlenstoffreiche Carbobornitriddielektrika in integrierten Schaltkreisen einverleibt einsetzen, die in vielfältigen elektronischen und elektrischen Geräten Anwendung finden.

Claims (20)

  1. Dielektrikum-Dünnschicht mit einer Formel CxByNz, wobei x 35 Atomprozent oder mehr beträgt, y von 6 Atomprozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 8 Atomprozent bis 33 Atomprozent beträgt, wobei die Dielektrikum-Dünnschicht eine Porosität aufweist.
  2. Dielektrikum-Dünnschicht nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Dielektrizitätskonstante von gleich oder kleiner als 3,6.
  3. Dielektrikum-Dünnschicht nach Anspruch 2, wobei die Dielektrizitätskonstante im Bereich von 2,5 bis 3,2 liegt.
  4. Dielektrikum-Dünnschicht nach Anspruch 1, wobei x von 35 Atomprozent bis 70 Atomprozent beträgt, y von 15 Atomprozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 15 Atomprozent bis 33 Atomprozent beträgt.
  5. Dielektrikum-Dünnschicht nach Anspruch 1, wobei der Stickstoff gleichmäßig in der gesamten Dielektrikum-Dünnschicht verteilt ist.
  6. Dielektrikum-Dünnschicht nach Anspruch 1, wobei der Stickstoff in ausgewählten Bereichen innerhalb einer Tiefe der Dielektrikum-Dünnschicht bereitgestellt ist, um eine abgestufte Dünnschicht zu ergeben.
  7. Elektronische Einheit (60), aufweisend: ein Substrat (32); eine auf einer Oberfläche des Substrats angeordnete erste Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial (34), worin ein erster Bereich von leitfähigem Material (36) eingebettet ist; eine auf der ersten Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial (34) und dem ersten Bereich von leitfähigem Material (36) angeordnete zweite Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial (38), worin eine Leiterschicht (40) eigebettet ist, die in elektrischer Verbindung mit dem ersten Bereich des leitfähigen Materials (36) steht; wobei die erste Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial und/oder die zweite Schicht von Verbindungs-Dielektrikummaterial eine poröse Dielektrikum-Dünnschicht ist, die eine Formel CxByNz aufweist, wobei x 35 Atomprozent oder mehr beträgt, y von 6 Atomprozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 8 Atom prozent bis 33 Atom prozent beträgt.
  8. Elektronische Einheit nach Anspruch 7, wobei die Dielektrikum-Dünnschicht eine Dielektrizitätskonstante von gleich oder kleiner als 3,6 aufweist.
  9. Elektronische Einheit nach Anspruch 7, wobei x von 35 Atomprozent bis 70 Atomprozent beträgt, y von 15 Atomprozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 15 Atomprozent bis 33 Atomprozent beträgt.
  10. Elektronische Einheit nach Anspruch 7, wobei der Stickstoff in ausgewählten Bereichen innerhalb der Tiefe der Dielektrikum-Dünnschicht bereitgestellt ist, um eine abgestufte Dünnschicht zu ergeben.
  11. Elektronische Einheit (100), aufweisend: ein Substrat (102); ein auf das Substrat (102) angeordneter strukturierter Gate-Stapel (106); ein an Seitenwänden des strukturierten Gate-Stapels angeordneter Spacer (114), der eine poröse Dielektrikum-Dünnschicht ist, die eine Formel CxByNz aufweist, wobei x 35 Atomprozent oder mehr beträgt, y von 6 Atom prozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 8 Atomprozent bis 33 Atom prozent beträgt.
  12. Elektronische Einheit nach Anspruch 11, wobei ein Material des Spacers eine Dielektrizitätskonstante von gleich oder kleiner als 3,6 aufweist.
  13. Elektronische Einheit (150), aufweisend: ein Substrat (152) eines Materials auf der Grundlage von Kohlenstoff, wobei ein Teil des Materials auf der Grundlage von Kohlenstoff einen Kanal (154) eines Feld-Effekt-Transistors der Einheit definiert; eine auf einer oberen Oberfläche des Kanals (154) angeordnete Schicht eines Grenzflächen-Dielektrikummaterials (156), das eine Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht enthält, wobei die Carbobornitriddielektrikum-Dünnschicht eine Formel CxByNz aufweist, wobei x 35 Atomprozent oder mehr beträgt, y von 6 Atomprozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 8 Atom prozent bis 33 Atom prozent beträgt.
  14. Elektronische Einheit nach Anspruch 13, wobei das Material auf der Grundlage von Kohlenstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Graphen, Graphit und einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
  15. Elektronische Einheit nach Anspruch 13, ferner aufweisend wenigstens eine Schicht eines dielektrischen Materials (158) und wenigstens eine Schicht eines leitfähigen Materials (160), angeordnet auf der Schicht eines Grenzflächen-Dielektrikummaterials (156).
  16. Verfahren zum Herstellen einer porösen Dielektrikum-Dünnschicht aufweisend: Bereitstellen eines Substrats (32) in einer Reaktorkammer; Bereitstellen von wenigstens einem Vorläufer, enthaltend wenigstens Atome von C, B und N, in der Reaktorkammer; Abscheiden einer Dielektrikum-Dünnschicht (14) auf einer Oberfläche des Substrats (32), wobei die Dielektrikum-Dünnschicht eine Formel CxByNz aufweist, wobei x 35 Atom prozent oder mehr beträgt, y von 6 Atom prozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 8 Atom prozent bis 33 Atom prozent beträgt, wobei die Dielektrikum-Dünnschicht eine Kompressionsspannung im Bereich vom 200 MPa bis 800 MPa aufweist; und UV-Behandeln der Dielektrikum-Dünnschicht (14), wobei die Dielektrikum-Dünnschicht nach dem UV-Behandeln eine Kompressionsspannung im Bereich vom 50 MPa bis 150 MPa aufweist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der wenigstens eine Vorläufer wenigstens einen Bor-enthaltenden Gas-Vorläufer, einen Stickstoff-enthaltenden Gas-Vorläufer und einen Kohlenwasserstoff-enthaltenden Gas-Vorläufer einschließt.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der wenigstens eine Vorläufer einen kombinierten Bor- und Stickstoff-enthaltenden flüssigen Vorläufer und einen Kohlenwasserstoff-enthaltenden Gas-Vorläufer einschließt.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Abscheiden plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, Atomschichtabscheidung oder ein Aufschleuderverfahren aufweist.
  20. Verfahren zum Herstellen einer Dielektrikum-Dünnschicht, aufweisend: Bereitstellen eines Substrats (32) in einer Reaktorkammer; Bereitstellen von wenigstens einem Vorläufer, enthaltend wenigstens Atome von C, B und N, in der Reaktorkammer; Abscheiden einer Dielektrikum-Dünnschicht (14) auf einer Oberfläche des Substrats (32), wobei die Dielektrikum-Dünnschicht eine Formel CxByNz aufweist, wobei x 35 Atomprozent oder mehr beträgt, y von 6 Atomprozent bis 32 Atomprozent beträgt und z von 8 Atomprozent bis 33 Atomprozent beträgt, Behandeln der Dielektrikum-Dünnschicht (14) , wobei das Behandeln ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wärmebehandlung, UV-Behandlung, E-Strahlen-Behandlung und jede Kombination davon, wobei das Behandeln der Dielektrikum-Dünnschicht (14) eine Nanoporosität in der Dielektrikum-Dünnschicht (14) erzeugt.
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