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    • 专利摘要:
    Dievorliegende Erfindung schafft ein Beschichtungsverfahren für strukturierteSubstratoberflächen,wobei ein Substrat (101) bereitgestellt wird, welches eine in einemSubstratstrukturierungsbereich (102) strukturierte Oberfläche (105)mit einem oder mehreren auf eine vorbestimmte Füllhöhe (205) zu füllendenGräben (106)aufweist, eine Katalysatorschicht (201) in die zu füllendenGräben(106) eingebracht wird, eine Reaktionsschicht (202) katalytischin den zu füllendenGräben(106) abgeschieden wird, die katalytisch abgeschiedene Reaktionsschicht(202) in den zu füllendenGräben(106) verdichtet wird, und das Einbringen der Katalysatorschicht(201) und das katalytische Abscheiden der Reaktionsschicht (202)so lange wiederholt wird, bis die zu füllenden Gräben (106) auf die vorbestimmteFüllhöhe (205)gefülltsind.
    公开号:DE102004028030A1
    申请号:DE102004028030
    申请日:2004-06-09
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Thomas Hecht；Stefan Jakschik；Uwe Schröder
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:C23C14-04
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren für strukturierteSubstratoberflächen,und betrifft insbesondere Füllprozessefür Strukturenmit einem hohen Aspektverhältnis.
    [0002] Spezifischbetrifft die vorliegende Erfindung Beschichtungsverfahren für ein Substrat,welches eine in einem Substratstrukturierungsbereich strukturierteOberflächemit einem oder mehreren auf eine vorbestimmte Füllhöhe zu füllenden Gräben aufweist, wobei hier beidem Füllprozesskeine mechanischen Spannungen auftreten und keine Löcher ausgebildetwerden dürfen.
    [0003] Inder Halbleiterfertigung müssenhäufig Strukturenmit einem hohen Aspektverhältnismit vorbestimmten Materialien gefüllt werden. Derartige Strukturenumfassen Inter-Word-Lines, STIs, Grabenkondensatoren, Schichtkondensatorenetc. In der Halbleiterfertigung können Herstellungsprozesse oft dadurchvereinfacht werden, dass eine selektive Abscheidung eines als eineDünnschichtbereitgestellten Materials vorgenommen wird. Auf diese Weise ist esmöglich,sogenannte "selbstjustierende" Integrationsprozessebereitzustellen. In hohem Maßegleichförmigeund konformale Schichten, insbesondere Dünnschichten, können durchdie sogenannte "atomareSchichtdeposition (ALD, Atomic Layer Deposition)" erzeugt werden.
    [0004] Üblicherweiseweist eine derartige atomare Schichtdeposition äußerst geringe Depositionsraten auf,derart, dass in einem Abscheidezyklus lediglich Schichtdicken imBereich eines Nanometers (nm) abscheidbar sind. Zur Erhöhung derDepositionsraten ist von Hausmann et al. "Rapid Vapor Deposition of Highly ConformalSilicananolaminates",Science, Band 298, 11. Oktober 2002, Seiten 402-406, www.sciencemag.orgein kataly tischer Mechanismus vorgeschlagen worden. Derartige atomareBeschichtungsprozesse sind deshalb für die Halbleiterfertigung vonBedeutung, da eine Stöchiometrieauf einem atomaren Niveau gesteuert werden kann.
    [0005] DieDicke eines Films kann durch ein Zählen der Anzahl von Reaktionszyklenin üblicherWeise eingestellt werden und hängtim allgemeinen nicht von Variationen ab, die durch eine nicht-gleichförmige Verteilungvon Gas oder Temperatur in der Reaktionszone herbeigeführt werden.Somit können Dünnschichteneiner gleichförmigenDickenverteilung übergroßenFlächenauf einfache Weise abgeschieden werden. Viele Anwendungen, in welchen dieatomare Schichtdeposition vorteilhaft eingesetzt werden könnte, scheiternjedoch an den äußerst geringenAbscheideraten von nur wenigen Nanometern (nm) pro Zyklus. In deroben erwähntenPublikation von Hausmann et al. wird vorgeschlagen, eine katalytischeAbscheidung auf der Grundlage der atomaren Schichtdeposition einzusetzen,wobei einige zehn Nanometer (nm) pro Zyklus erreicht werden können.
    [0006] Zwarwurde durch das von Hausmann et al. vorgeschlagene Abscheideverfahreneine füratomare Beschichtungsprozesse hohe Depositionsrate erreicht, eineStrukturierung der Schicht kann durch das von Hausmann et al. vorgeschlageneVerfahren jedoch nicht bereitgestellt werden.
    [0007] 1(a), 1(b) und 1(c) veranschaulichen herkömmlicheBeschichtungsverfahren fürstrukturierte Substratoberflächen,mit welchen eine teilweise Füllungder in die Substratoberfläche eingebrachtenVertiefungen ermöglichtwird. 1(a) zeigt ein Substrat 101,welches einen Substratstrukturierungsbereich 102 mit einemvorgegebenen Aspektverhältnisaufweist. Die mit dem Bezugszeichen 106 bezeichneten Gräben sindteilweise mit einem Material aufzufüllen. Üblicherweise sind die Gräben 106 derartausgelegt, dass diese nach oben hin eine zunehmende Breite aufweisen,d.h. die in dem Substratstrukturierungsbereich 102 angeordnetenStrukturen verschlanken sich nach oben hin geringfügig.
    [0008] In 1(b) ist das in 1(a) gezeigteSubstrat 101 nach einem ersten Beschichtungsschritt gezeigt,wobei eine Funktionsschicht 103 auf sämtlichen Oberflächen innerhalbdes Substratstrukturierungsbereichs 102 aufgebracht ist.Wird eine atomare Abscheidung mittels eines atomaren Schichtdepositionsprozesses(ALD = Atomic Layer Deposition) eingesetzt, so wird eine äußerst konformaleSchichtabscheidung erreicht und es entsteht wegen des gleichmäßigen Schichtwachstumskein Loch. Oftmals ist es jedoch nachteilig, wenn die Depositioneiner Funktionsschicht 103 an den Seitenwänden der Gräben 106 bereitgestelltwird. Es kann nur gewünschtsein, dass ein Bodenbereich 107 der Gräben 106 des Substrats 101 beschichtetwird. Zu diesem Zweck werden, wie in 1(c) veranschaulicht, dieerhabenen Strukturen mit einer Schutzschicht 104 versehen,derart, dass der Bodenbereich 107 des Substratstrukturierungsbereichs 102 freibleibt.
    [0009] Weiterhinist es möglich,eine Schutzschicht 104 auf sämtlichen Innenflächen desGrabens 106 abzuscheiden und die Schutzschicht dann imBodenbereich 107 des Grabens 106 zu öffnen bzw.zu entfernen. Desweiteren kann die Schutzschicht auch nur auf denSeitenwändenabgeschieden werden.
    [0010] HerkömmlicheBeschichtungsprozesse weisen den Nachteil auf, dass die Depositionsraten äußerst geringsind. Insbesondere die zur Vermeidung von Löchern und Spannungen in vorteilhafterWeise einsetzbare atomare Schichtdeposition weist den Nachteil auf,dass pro Beschichtungszyklus Schichtdicken im Bereich von nur wenigenNanometern erreichbar sind.
    [0011] Esist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beschichtungsverfahrenfür strukturierteSubstratoberflächenzu schaffen, durch welches Strukturen mit einem großen Aspektverhältnis gefüllt werdenkönnen,ohne dass Spannungen und/oder Löchergebildet werden.
    [0012] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß durch einin dem Patentanspruch 1 angegebenes Verfahren gelöst.
    [0013] Fernerwird die Aufgabe durch ein strukturiertes Substrat mit den Merkmalendes Patentanspruchs 25 gelöst.
    [0014] WeitereAusgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    [0015] Einwesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, die in einer strukturiertenSubstratoberflächebereitgestellten Gräbenmittels einer katalytisch abgeschiedenen Reaktionsschicht zu füllen, wobei zunächst eineKatalysatorschicht in die zu füllenden Gräben desSubstratstrukturierungsbereichs eingebracht wird, anschließend eineReaktionsschicht abgeschieden wird, die Reaktionsschicht schließlich verdichtetwird und der Prozess eines Einbringens einer Katalysatorschicht,eines katalytischen Abscheidens einer Reaktionsschicht und einesVerdichtens zyklisch wiederholt wird, bis die Gräben auf eine vorgebbare Füllhöhe gefüllt sind.
    [0016] Esist somit ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass ein atomarerSchichtdepositionsprozess zum Füllenvon Strukturen mit hohem Aspektverhältnis eingesetzt werden kann.Dadurch ergibt sich die Möglichkeit,tiefe Gräbenspannungsfrei und ohne eine Ausbildung von Löchern aufzufüllen. Durchdas erfindungsgemäße Verfahrenkann ein katalytischer atomarer Schichtdepositionsprozess (RLD =Atomic Layer Deposition) zyklisch wiederholt werden, derart, dasseine vorbestimmte Füllhöhe erreichtwird.
    [0017] Bevorzugtermaßen werdenSubstratbereiche bzw. Oberflächenbereicheeines Materials bereitgestellt, auf welchen eine hohe Depositionsrateermöglichtwird.
    [0018] Daserfindungsgemäße Beschichtungsverfahrenfür strukturierteSubstratoberflächenweist im Wesentlichen die folgenden Schritte auf: a)Bereitstellen eines Substrats, welches eine in einem Substratstrukturierungsbereichstrukturierte Oberflächemit einem oder mehreren auf eine vorbestimmte Füllhöhe zu füllenden Gräben aufweist; b) Einbringen einer Katalysatorschicht in die zu füllendenGräbendes Substratstrukturierungsbereichs; c) katalytisches Abscheiden einer Reaktionsschicht in den zufüllendenGräbendes Substratstrukturierungsbereichs; d) Verdichten der katalytisch abgeschiedenen Reaktionsschichtin den gefülltenGräben;und e) Wiederholen der Schritte b) bis d), bis die vorbestimmteFüllhöhe der zufüllendenGräbenerreicht ist.
    [0019] Inden Unteransprüchenfinden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen desjeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
    [0020] Gemäß einerbevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das Einbringender Katalysatorschicht in die zu füllenden Gräben des Substratstrukturierungsbereichsmittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung durchgeführt.
    [0021] Gemäß einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wirdder Schritt eines katalytischen Abscheidens der Reaktionsschichtin den zu füllendenGräbendes Substratstrukturierungsbereichs durch die folgenden Teilschrittebereitgestellt: (i) Leiten eines gasförmigen Precursormittels über dieOberflächeder zu füllendenGräben,die mit der Katalysatorschicht beschichtet sind, derart, dass dasPrecursormittel und die Katalysatorschicht miteinander katalytischreagieren; (ii) Leiten eines gasförmigenBeschichtungsmittels überdie Oberflächeder zu füllendenGräben, diemit der Katalysatorschicht beschichtet sind, derart, dass eine Reaktionsschichtkatalytisch abgeschieden wird; und (iii) Wiederholen der obigen Schritte (i) und (ii), bis diedurch die Schritte (i) und (ii) bereitgestellten katalytischen Reaktionenbeendet sind.
    [0022] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wirdeine einmalige Ausführungder Sequenz der Schritte (i) und (ii), die oben bezeichnet sind,die Reaktionsschicht mit einer Dicke von mehreren Nanometern (nm)vorzugsweise mit einer Dicke von bis zu 100 Nanometern (nm) katalytischabgeschieden.
    [0023] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wirddie aus den Schritten (i) und (ii), die oben bezeichnet sind, bestehendeSchrittsequenz zyklisch durchgeführt,wobei die Anzahl der Zyklen vorzugsweise in einem Bereich zwischen0 und 200 liegt.
    [0024] Esist vorteilhaft, das Substrat aus einem Siliziummaterial oder einemIsolationsmaterial auszuführen.Vorzugsweise weist das Substrat einen Substratstrukturierungsbereichmit einem großenAspektverhältnisauf.
    [0025] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst daskatalytische Abscheiden der Reaktionsschicht in den zu füllendenGräbendes Substratstrukturierungsbereichs ein Abscheiden von Metall-Halbleiteroxid-Materialien,vorzugsweise von Siliziumoxid- Materialienund/oder ein Abscheiden von Metall-Halbleiternitrid-Materialien, vorzugsweisevon Siliziumnitrid-Materialien.
    [0026] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst daskatalytische Abscheiden der Reaktionsschicht in den zu füllendenGräbendes Substratstrukturierungsbereichs ein Abscheiden einer Siliziumdioxid-Dünnschicht.
    [0027] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wirddas katalytische Abscheiden der Reaktionsschicht in den zu füllendenGräbendes Substratstrukturierungsbereichs als eine atomare Schichtdepositiondurchgeführt.
    [0028] Esist vorteilhaft, die Katalysatorschicht als eine Lewis-Säure bereitzustellen.
    [0029] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wirdeine Abscheidung der Katalysatorschicht in dem Bereich der zu füllendenGräbendes Substratstrukturierungsbereichs unter einem vorbestimmten Winkelzur Oberflächennormalender Substratoberflächedurchgeführt.
    [0030] Esist vorteilhaft, das Beschichtungsverfahren für strukturierte Substratoberflächen inder Form eines Niederdruck-Beschichtungsprozessesdurchzuführen,welcher in einem Niederdruckreaktor bei einem Innendruck in einemDruckbereich von vorzugsweise einigen mTorr bis einigen Torr ausgeführt wird.
    [0031] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung beträgt die Temperaturdes strukturierten Substrats bei dem Beschichtungsprozess 50°C bis 700°C.
    [0032] Vorzugsweisewird die Reaktionsschicht als eine Siliziumdioxidschicht (SiO2) ausgebildet.
    [0033] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wirddas Einbringen der Katalysatorschicht in die zu füllenden Gräben desSubstratstrukturierungsbereichs durch ein selektives Abscheidenbereitgestellt.
    [0034] Esist vorteilhaft, ein selektives Abscheiden der Reaktionsschichtin den zu füllendenGräbendes Substratstrukturierungsbereichs in einem chemischen Gasphasenabscheidungsprozess(CVD = Chemical Vapor Deposition oder ALD = Atomic Layer Deposition)durchzuführen.
    [0035] ZumAuffüllender Strukturen des Substratstrukturierungsbereichs kann es zweckmäßig sein,die Katalysatorschicht nur auf Bodenbereichen der zu füllendenGräbenabzuscheiden.
    [0036] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wirddas katalytische Abscheiden der Reaktionsschicht in den zu füllendenGräbendes Substratstrukturierungsbereichs mittels eines anisotropen Depositionsprozessesdurchgeführt.
    [0037] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wirddas Verdichten der katalytisch abgeschiedenen Reaktionsschicht inden gefülltenGräbenthermisch durchgeführt.Hierbei ist es vorzuziehen, das Verdichten der katalytisch abgeschiedenenReaktionsschicht in den gefülltenGräbenthermisch in einem Temperaturbereich durchzuführen, der zwischen 500°C und 1300°C liegt.
    [0038] Gemäß noch einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wirddas Verdichten der katalytisch abgeschiedenen Reaktionsschicht inden gefülltenGräbenthermisch und in einer Umgebungsatmosphäre durchgeführt, die aus Stick stoff und/oderAmmoniak und/oder aus Edelgasen und/oder sauerstoffhaltigen Gasen(NO, N2 + O, N2O)besteht.
    [0039] Esist vorteilhaft, die Katalysatorschicht aus einer Lewissäure, z.B.einem oder mehreren der Elemente Al, La, Zr, Hf, Ti, B und/oderIn, auszubilden.
    [0040] DieReaktionsschicht kann aus Siliziumdioxid (SiO2)und/oder Siliziumnitrid (Si3N9)bestehen. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Reaktionsschicht aus Metalloxiden,Metallnitriden oder reinen Metallen auszubilden.
    [0041] Daserfindungsgemäße Beschichtungsverfahrenfür strukturierteSubstratoberflächenermöglichtes, in dem Substratstrukturierungsbereich der Oberfläche, insbesonderein den im Substratstrukturierungsbereich ausgebildeten Gräben, eineSchicht zu deponieren, die frei von Spannungen und Lochbildungeninnerhalb der Schicht ist.
    [0042] Ausführungsbeispieleder Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgendenBeschreibung nähererläutert.
    [0043] Inden Zeichnungen zeigen:
    [0044] 1(a), (b) und (c) herkömmliche Beschichtungsverfahrenfür ineinem Substratstrukturierungsbereich ausgebildete Gräben einesSubstrats;
    [0045] 2 eineAbscheidung einer Katalysatorschicht anisotrop in dem Bodenbereichund auf den Oberflächender erhabenen Strukturen eines Substratstrukturierungsbereichs;und
    [0046] 3(a) bis 3(d) eineProzessabfolge zum Füllenvon Gräbenin einem Substratstrukturierungsbereich eines Substrats auf einevorbestimmte Füllhöhe.
    [0047] Inden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleicheKomponenten oder Schritte.
    [0048] 2 zeigtein Substrat 101, das einen Substratstrukturierungsbereich 102 aufweist.Es sei darauf hingewiesen, dass der Substratstrukturierungsbereich 102 nurbeispielhaft dargestellt ist und komplexere Strukturen als diejenigenin 2 aufgezeigten aufweisen kann. Eine Katalysatorschicht 201 wird anisotropnur in dem Bodenbereich 107 der Gräben 106 des Substrats 101 abgeschieden,um eine katalytische Reaktion einer darauf aufzubringenden Reaktionsschichtmit der Katalysatorschicht 201 (untenstehend unter Bezugnahmeauf 3 beschrieben) bereitzustellen.
    [0049] Die 3(a) bis (d) zeigen eine Prozessabfolgezum Füllender Gräben 106 indem Substrat 101 auf eine Füllhöhe 205 gemäß einembevorzugten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung schematisch. Wie in 3(a) gezeigt,wird ein Substrat 101 mit einem vorgegebenen Substratstrukturierungsbereich 102 bereitgestellt.Das Substrat 101 ist einem Oberflächenbereich 105 mitGräbenstrukturiert. Um einen katalytischen atomaren Schichtdepositionsprozessbereitzustellen (ALD = Atomic Layer Deposition), wird in dem Bodenbereich 107 der Gräben 106 eineKatalysatorschicht 201 abgeschieden, um eine katalytischeReaktion mit einer darauf aufzubringenden Reaktionsschicht 202 (3(c)) bereitzustellen. In dem in 3(b) gezeigten Zustand ist die Katalysatorschicht 201 aufden Bodenbereich 107 der Gräben 106 in dem Bereichder strukturierten Oberfläche 105 desSubstrats abgeschieden. Eine katalytische Reaktion wird beispielsweisedurch das Vorhandensein einer sogenannten Lewis-Säure ausgelöst. Lewis-Säuren sind Materialien, dieein Elektron aufnehmen können.Ein Precursor reagiert mit diesem Katalysator, wodurch eine Schichtabgeschieden wird. Vorzugsweise liegen die Wachstumsraten hierbeiin einem Bereich von einigen Nanometern (nm) bis einigen zehn Nanometern (nm)pro Beschichtungszyklus. Die Temperaturen des Substrats 101 sinddabei vorzugsweise in einem Bereich von 50°C bis 700°C einzustellen. Vorzugsweisewird ein Niederdruck-Beschichtungsreaktor eingesetzt, dessen Innendruckin einem Bereich zwischen einigen mTorr bis einigen Torr liegt.
    [0050] Sobaldeine katalytisch aufgewachsene Schicht eine Dicke erreicht hat,bei welcher der Katalysator keine Wirkung mehr auf den über dieOberflächegeleiteten Precursor hat, wird eine katalytische Reaktion abgeschwächt oderangehalten.
    [0051] Erfindungsgemäß wird nunmehreine neue katalytische Schicht aufgebracht, derart, dass eine Prozessschritt-Wiederholung(Pfeil 204 in 3) bereitgestelltwird, so dass eine erneute Katalysatorschicht 201 auf denbisher abgeschiedenen Schichtstapel abgeschieden wird.
    [0052] 3(c) zeigt das Substrat 101 miteiner in den Gräben 106 abgeschiedenenReaktionsschicht 202, die durch ein katalytisches Abscheidenerzeugt worden ist. Die katalytisch abgeschiedene Reaktionsschicht 202 wirdin einem anschließenden,in 3(d) veranschaulichten Prozessverdichtet, derart, dass eine verdichtete Reaktionsschicht 203 gebildetwird. Ist eine vorbestimmte Füllhöhe 205 erreichtworden, stoppt der Prozess nach dem in 3(d) gezeigtenSchritt. Sollen die Gräben 106, diein dem Substratstrukturierungsbereich 102 angeordnet sind,weiter aufgefülltwerden, so kehrt die Beschichtungsprozedur zu dem in 3(b) gezeigten Prozessschritt zurück, wasin der 3 durch einen Pfeil einer Prozessschritt-Wiederholung 204 angezeigtist. Die in den 3(b) bis 3(d) gezeigten Prozessschritte werden wiederholt,bis eine vorbestimmte Höhe 205 inden zu füllendenGräben 106 erreicht ist.
    [0053] Vorzugsweisewird das erfindungsgemäße Schichtverfahrenzum Füllenvon Gräbenin Substratstrukturierungsbereichen eingesetzt, die ein hohes Aspektverhältnis aufweisen.Als Materialien fürdie Katalysatorschicht 201 werden vorzugsweise Metalle eingesetzt,welche eine Lewis-Säuredarstellen. Vorzugsweise finden als Materialien für die Katalysatorschicht 201 dieMetalle Al, Lanthanide, Zr, Hf, Ti, B und Ni Verwendung.
    [0054] AlsReaktionsschicht, die vorzugsweise mittels einer atomaren Schichtdepositionaufgebracht wird, werden Materialien wie Siliziumoxid (SiO2), Siliziumnitrid (Si3N4) sowie Metalloxide und Nitride wie auchreine Metalle eingesetzt.
    [0055] Umeine Katalysatorschicht 201 selektiv in einem Bodenbereich 107 einesGrabens 106 abzuscheiden, kann eine Schutzschicht an den übrigen Oberflächenbereichendes Grabens 106 vorgesehen sein, wie bereits unter Bezugnahmeauf 1(b) bei der Darstellung des herkömmlichenVerfahrens beschrieben. Auf der Schutzschicht wird keine Katalysatorschicht 201 abgeschieden,währenddie Katalysatorschicht 201 in dem Bodenbereich 107 derGräben 106 abgeschiedenwird. Durch ein katalytisches Abscheiden des Füllungsmaterials wächst diesesselektiv vom Bodenbereich 107 der Gräben 106 auf. DieserProzess wird so lange fortgesetzt, bis der Graben auf eine vorbestimmteFüllhöhe 205 aufgefüllt ist.
    [0056] Esist vorteilhaft, die Katalysatorschicht 201 gerichtet aufden Bodenbereich 107 der Gräben 106 abzuscheiden.Hierfürsind die folgenden technologischen Prozesse geeignet: (i) Sputtern einer Lewis-Säure; (ii) Aufdampfen einer Lewis-Säure; (iii) Diffusion eines Katalysators bzw. einer Katalysatorschicht 201 durcheinen thermischen Prozess vom Bodenbereich 107 der Gräben 106 an dieOberfläche,beispielsweise unter Verwendung des Elements Bor in einem Siliziumoxid-Material (SiO2-Material); (iv) Plasma-Abscheidung einer Lewis-Säure; und (v) CVD (Chemical Vapor Deposition, chemische Gasphasenabscheidung)oder ALD einer Lewis-Säure.
    [0057] Esist vorteilhaft, dass die oben genannten Prozesse (i) bis (v) in-situin einer Beschichtungskammer fürkatalytische atomare Schichtdeposition durchgeführt werden können.
    [0058] Spannungenin den eingebrachten Füllmaterialienkönnendurch zwischengeschaltete Heizschritte minimiert werden, d.h. durcheine Prozessabfolge: erste Füllschicht – Ausheizen – zweiteFüllschicht – Ausheizen – etc.
    [0059] Weiterhinist es vorteilhaft, zur Vermeidung von "Corner Devices" bei STI und Inter-Word-Line-Füllungeneine einwandfreie Oberflächedurch eine vorherige thermische Oxidation der Wände der Gräben 106 bereitzustellen.
    [0060] DurchVerwendung eines homogenen Abscheideverfahrens in Form der katalytischenatomaren Schichtdeposition könnenStrukturen mit einem hohen Aspektverhältnis bei einer hohen Depositionsrateaufgefülltwerden.
    [0061] DasAbscheideverfahren kann durch eine Auswahl des Bereichs, in welchemeine Katalysatorschicht 201 abgeschieden wird, selektivausgeführt werden.Durch die sehr gleichmäßige atomare Schichtdepositionwerden Spannungsprobleme (Stressprobleme), die zu einem Verbiegenvon Grabenwändenführenkönnen,weitestgehend vermieden. Durch den Einsatz von Lewis-Säuren wie beispielsweise indas Substrat eingebrachten Dotanden wie Bor, Aluminium, Gallium,Indium und Titan wird eine selektive katalytische atomare Schichtdepositionermög licht.Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der Einsatz eines Reaktionsbeschleunigermittelswie einer Lewis-Säuredie Möglichkeitschafft, die atomare Schichtdeposition (ALD = Atomic Layer Deposition),die infolge des Reaktionsbeschleunigermittels eine hohe Depositionsrateaufweist, mit einer selektiven Strukturierung und/oder Füllung einerSubstratoberfläche 105 zuverknüpfen.Auf diese Weise ist es möglich,eine selektive atomare Schichtdeposition mit einer hohen Füllrate bereitzustellen.
    [0062] Diein dem Substratstrukturierungsbereich 102 des Substrats 101 bereitgestelltenGräbenweisen typischerweise eine Breite zwischen 50 Nanometern und 500Nanometern und eine Tiefe zwischen 500 Nanometern und 2,5 Mikrometern(μm) auf.Somit ist es möglich,die Gräbendurch die katalytische atomare Schichtdeposition rasch zu füllen, wobeidurch eine einmalige Ausführungder Schrittsequenzen der atomaren Schichtdeposition eine Dicke vonmehreren Nanometern, vorzugsweise eine Dicke der Grabenfüllung vonbis zu 20 Nanometern erreicht wird. Auf diese Weise ist es möglich, die indem Substratstrukturierungsbereich 102 des Substrats 101 bereitgestelltenGräben 106 raschmit einem vorgegebenen Füllmaterialzu füllen.
    [0063] Einkatalytisches Abscheiden einer Reaktionsschicht 202 inden zu füllendenGräben 106 des Substratstrukturierungsbereichs 102 wirddann beendet, wenn die abgeschiedene Reaktionsschicht 202 sodick ist, dass die darunter liegende Katalysatorschicht 201 einekatalytische Reaktion mit der Reaktionsschicht 202 nichtmehr herbeiführenkann. Dies ist typischerweise bei der atomaren Schichtdepositiondann der Fall, wenn eine Schichtdicke von einigen Nanometern bisca. 20 Nanometern (nm) erreicht ist. Erfindungsgemäß wird dannder Prozess eines katalytischen Abscheidens mittels atomarer Schichtdepositiondadurch wiederholt, dass erneut eine Katalysatorschicht in die – zum Teil – aufgefüllten Gräben 106 desSubstratstrukturierungsbereichs 102 eingebracht wird underneut eine Reaktionsschicht abgeschieden wird.
    [0064] Bezüglich derin den 1(a), 1(b) und 1(c) gezeigten herkömmlichen Schichtstrukturenwird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
    [0065] Obwohldie vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispielebeschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weisemodifizierbar.
    [0066] Auchist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeitenbeschränkt.
    [0067] Inden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleicheKomponenten oder Schritte.
    101 Substrat 102 Substratstrukturierungsbereich 103 Funktionsschicht 104 Schutzschicht 105 StrukturierteOberfläche 106 Graben 107 Bodenbereich 201 Katalysatorschicht 202 Reaktionsschicht 203 VerdichteteReaktionsschicht 204 Prozessschritt-Wiederholung 205 Füllhöhe
    权利要求:
    Claims (28)
    [1] Beschichtungsverfahren für strukturierte Substratoberflächen, mitden folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Substrats (101),welches eine in einem Substratstrukturierungsbereich (102)strukturierte Oberfläche(105) mit einem oder mehreren auf eine vorbestimmte Füllhöhe (205)zu füllenden Gräben (106)aufweist; b) Einbringen einer Katalysatorschicht (201)in die zu füllendenGräben(106) des Substratstrukturierungsbereichs (102); c)Katalytisches Abscheiden einer Reaktionsschicht (202) inden zu füllendenGräben(106) des Substratstrukturierungsbereichs (102); d)Verdichten der katalytisch abgeschiedenen Reaktionsschicht (202)in den zu füllendenGräben(106), um eine verdichtete Reaktionsschicht (203)zu erhalten; und e) Wiederholen der Schritte b) bis d), bisdie vorbestimmte Füllhöhe (205)der zu füllendenGräben (106)erreicht ist.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Einbringen der Katalysatorschicht (201) in diezu füllendenGräben(106) des Substratstrukturierungsbereichs (102)mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung (PVD) durchgeführt wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassder Schritt c) eines katalytisches Abscheidens der Reaktionsschicht(202) in den zu füllendenGräben(106) des Sub stratstrukturierungsbereichs (102) diefolgenden Teilschritte umfasst: (i) Leiten eines gasförmigen Precursormittels über dieOberflächeder zu füllendenGräben(106), die mit der Katalysatorschicht (201) beschichtetsind, derart, dass das Precursormittel (201) durch dieKatalysatorschicht (201) auf der Oberfläche reagiert und zu einer Beschichtungaus Bestandteilen des Precursormittels führt; (ii) Leiten einesgasförmigenBeschichtungsmittels überdie Oberflächeder zu füllendenGräben(106), die mit der Katalysatorschicht (201) beschichtetsind, derart, dass eine Reaktionsschicht (202) katalytisch abgeschiedenwird; und (iii) Wiederholen der Schritte (i) und (ii), bisdie durch die Schritte (i) und (ii) bereitgestellten katalytischen Reaktionenbeendet sind.
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass durch eine einmalige Ausführungder Sequenz der Schritte (i) und (ii) die Reaktionsschicht (202)mit einer Dicke von mehreren Nanometern (nm), vorzugsweise mit einerDicke von bis zu 20 Nanometern (nm) katalytisch abgeschieden wird.
    [5] Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die aus den Schritten (i) und (ii) bestehende Schrittsequenzzyklisch durchgeführtwird, wobei die Anzahl der Zyklen vorzugsweise in einem Bereichzwischen 0 und 200 liegt.
    [6] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Substrat (101) aus einem Siliziummaterial ausgebildetist.
    [7] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Substrat (101) aus einem Isolationsmaterial ausgebildetist.
    [8] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Substrat (101) einen Substratstrukturierungsbereich(102) mit einem großenAspektverhältnisaufweist.
    [9] Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass das katalytische Abscheiden der Reaktionsschicht (202)in den zu füllendenGräben(106) des Substratstrukturierungsbereichs (102) einAbscheiden von Metall-Halbleiteroxid-Materialien, vorzugsweise von Siliziumoxid-Materialien und/oderein Abscheiden von Metall-Halbleiternitrid-Materialien, vorzugsweise von Siliziumnitrid-Materialienumfasst.
    [10] Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass das katalytische Abscheiden der Reaktionsschicht (202)in den zu füllendenGräben(106) des Substratstrukturierungsbereichs (102) einAbscheiden einer Siliziumdioxid-Dünnschichtumfasst.
    [11] Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass das katalytische Abscheiden der Reaktionsschicht (202)in den zu füllendenGräben(106) des Substratstrukturierungsbereichs (102) alseine atomare Schichtdeposition (ALD) durchgeführt wird.
    [12] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdie Katalysatorschicht (201) als eine Lewis-Säure bereitgestelltwird.
    [13] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Katalysatorschicht (201) in das Substrat (101)in dem Bereich der zu füllenden Gräben (106)des Substratstrukturierungsbereichs (102) unter einem vorbestimmtenWinkel zur Oberflächennormalender Substratoberflächeeingebracht wird.
    [14] Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsverfahren für strukturierte Substratoberflächen alsein Niederdruck-Beschichtungsprozess mittels eines Niederdruckreaktorsbei einem Innendruck in einem Druckbereich von vorzugsweise einigenmTorr bis einigen Torr durchgeführtwird.
    [15] Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass die Temperatur des Substrats (101) bei dem Beschichtungsprozessin einem Bereich von 50 °Cbis 700 °Ceingestellt wird.
    [16] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Reaktionsschicht (202) als eine Siliziumdioxidschicht(SiO2) ausgebildet wird.
    [17] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Einbringen der Katalysatorschicht (201) in diezu füllendenGräben(106) des Substratstrukturierungsbereichs (102)durch ein selektives Abscheiden bereitgestellt wird.
    [18] Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,dass das selektive Abscheiden der Reaktionsschicht (202)in den zu füllendenGräben (106)des Substratstrukturierungsbereichs (102) mittels chemischerGasphasenabscheidung, z.B. CVD oder ALD, durchgeführt wird.
    [19] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Katalysatorschicht (201) nur auf Bodenbereichen(107) der zu füllendenGräben(106) des Substratstrukturierungsbereichs (102)abgeschieden wird.
    [20] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das katalytische Abscheiden der Reaktionsschicht (202)in den zu füllendenGräben (106)des Substratstrukturierungsbereichs (102) mittels einesatomaren Schichtdepositionsprozesses durchgeführt wird.
    [21] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das katalytische Abscheiden der Reaktionsschicht (202)in den zu füllendenGräben (106)des Substratstrukturierungsbereichs (102) mittels einesanisotropen Depositionsprozesses durchgeführt wird.
    [22] Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dass das Verdichten der katalytisch abgeschiedenen Reaktionsschicht(202) in den gefüllten Gräben (106)thermisch durchgeführtwird.
    [23] Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,dass das Verdichten der katalytisch abgeschiedenen Reaktionsschicht(202) in den gefülltenGräben(106) thermisch in einem Temperaturbereich zwischen 500 °C und 1300 °C durchgeführt wird.
    [24] Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,dass das Verdichten der katalytisch abgeschiedenen Reaktionsschicht(202) in den gefülltenGräben(106) in einer Umgebungsatmosphäre durchgeführt wird, die aus Stickstoffund/oder aus Ammoniak und/oder aus Edelgasen und/oder sauerstoffhaltigenGasen besteht.
    [25] Substrat (101) mit einer strukturiertenOberfläche(105), wobei Gräben(106) in einem Substratstrukturierungsbereich (102)mit einer Katalysatorschicht (201) und einer verdichtetenReaktionsschicht (203) gefüllt sind, hergestellt mit einemVerfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23 erzeugt ist.
    [26] Substrat (101) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,dass die Katalysatorschicht (201) aus einem oder mehrerender Elemente Al, La, Zr, Hf, Ti, B und In besteht.
    [27] Substrat (101) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,dass die verdichtete Reaktionsschicht (203) aus Siliziumdioxid(SiO2) und/oder Siliziumnitrid (Si3N4) besteht.
    [28] Substrat (101) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,dass die verdichtete Reaktionsschicht (203) aus Metalloxiden,Metallnitriden oder reinen Metallen besteht.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004028030B4|2006-07-27|
    US7358187B2|2008-04-15|
    US20050277295A1|2005-12-15|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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