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Dokumentenidentifikation DE10297788T5 18.08.2005
Titel Vorrichtung für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung und Verfahren für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung dieser Vorrichtung
Anmelder Electronics and Telecommunications Research Institute, Daejon, KR
Erfinder Cheong, Woo-Seok, Daejon, KR;
Lee, Seong-Jae, Daejon, KR;
Cho, Won-Ju, Daejon, KR;
Jang, Moon-gyu, Daejon, KR
Vertreter Betten & Resch, 80333 München
DE-Aktenzeichen 10297788
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, OM, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, AP, EA, EP, OA
WO-Anmeldetag 30.12.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/KR2002/002497
WO-Veröffentlichungsnummer 2004023545
WO-Veröffentlichungsdatum 18.03.2004
Date of publication of WO application in German translation 18.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.08.2005
IPC-Hauptklasse H01L 21/338

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung und auf ein Verfahren für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung dieser Vorrichtung, insbesondere auf eine Vorrichtung für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung und ein Verfahren für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung dieser Vorrichtung, die in einem Prozess für die Herstellung einer hyperfeinen Halbleitervorrichtung ein neues Verfahren für die Herstellung eines Schottky-Metallübergangs optimieren.

2. Diskussion des Standes der Technik

Die Technik für die Herstellung der hyperfeinen Halbleitervorrichtung ist eine wichtige Technik, die für die Herstellung einer Vorrichtung mit hoher Integration und hoher Geschwindigkeit erforderlich ist. Kürzlich sind Verfahren für die Implementierung einer Halbleitervorrichtung in Nano-Größe in verschiedener Weise eingeführt worden, wobei das Verfahren für die Herstellung eines Schottky-Übergang-MOSFET unter Verwendung einer Metallsilicid-Reaktion eine der höchstentwickelten Techniken erfordert.

In dem Verfahren für die Integration der Vorrichtung gleich oder größer als 100 nm durch Verringerung ihrer Größe bestehen bei dem Dotierungsprozess für die Bildung von Source- und Gate-Elektroden viele Probleme. Wenn ein Schottky-Übergang verwendet wird, um das durch den Dotierungsprozess bedingte Problem zu lösen, wird der ohmsche Widerstand zwischen Source und Drain deutlich gesenkt, wobei ein Hochtemperatur-Heizprozess weggelassen werden kann. Im Dotierungsprozess ist der Heizprozess notwendig, um die Source-/Drain-Elektrode zu bilden.

Ein Schottky-Kontakt, d. h. ein Kontakt zwischen einer Metalllage und einer Siliciumlage, erzeugt an der Grenzfläche dazwischen eine Sperre für Elektronenenergie. Sie ist als Schottky-Sperrenhöhe (SBH, Schottky Barrier Height) bekannt, wobei ihre Anwendung auf einen Infrarotsensor untersucht worden ist. Da die Technik unter Verwendung eines Schottky-Kontakts erst in den letzten Jahren aufgekommen ist, sind die optimierte Ausstattung und der optimierte Prozess hierfür noch nicht etabliert. Daher muss die SBH effizient eingestellt werden und muss eine Optimierung des Herstellungsprozesses für die hyperfeine Halbleitervorrichtung ausgeführt werden.

Herkömmlicherweise bestehen bei der Technik, die einen Schottky-Kontakt verwendet, vier Typen von Problemen.

Erstens besteht ein Problem in einem Reinigungsprozess, der vor dem Metallabscheidungsprozess ausgeführt wird. Da der Reinigungsprozess nicht in-situ ausgeführt werden kann, kann im Allgemeinen nicht verhindert werden, dass zwischen der Metall- und der Siliciumlage Fremdsubstanzen erzeugt werden.

Zweitens ist es aufgrund der Wirkung einer in dem Muster vorhandenen beschädigten Lage schwierig, den Schottky-Kontakt im Hinblick auf die feine Struktur oder im Hinblick auf die elektronische Charakteristik zu optimieren, selbst wenn der Reinigungsprozess in einem bestimmten Ausmaß fortgeschritten ist.

Da drittens der Verlust des Siliciumsubstrats aufgrund der Überätzung bei der Bildung der Gate-Elektrode sehr groß ist, ist die Bildung von Silicid schwierig.

Wenn viertens der Heizprozess nicht in-situ, sondern nach der Bildung der Metalllage ausgeführt wird, kann die Oxidation der Metallkorngrenze nur schwer vermieden werden.

Im Folgenden wird mit Bezug auf 1 die Struktur des Schottky-Übergang-MOSFET (SB-MOSFET) beschrieben.

Auf einer Isolierschicht 10 aus einem SOI-Substrat (Silicon On Insulator, Silicium auf Isolator) wird eine Siliciumlage 10 gebildet. Auf der Siliciumlage 10 wird ein Gateoxidfilm 14 gebildet, ferner wird auf dem Gateoxidfilm 14 eine Gate-Elektrode 16 gebildet. Anschließend wird ein Abstandhalter 18 gebildet und geätzt. Fast in der gesamten hyperfeinen integrierten Vorrichtung wird nach Beendigung des Prozesses für die Bildung des Abstandhalters 18 ein Prozess für die Bildung von Metallsilicid ausgeführt. Wenn jedoch der Abstandhalter 18 gebildet wird, wird die Siliciumlage 14 häufig um einen großen Betrag überätzt. Danach wird ein Nassreinigungsprozess oder ein Trockenreinigungsprozess ausgeführt, woraufhin die Metallabscheidungs- und Heizprozesse ausgeführt werden.

Zu diesem Zeitpunkt könnten jedoch die folgenden Probleme entstehen.

  • (1) Die Erzeugung der natürlichen Oxidschicht kann nicht verhindert werden, bevor der Metallabscheidungsprozess beginnt.
  • (2) Die Silicid-Reaktion wird durch die in dem Ätzprozess hervorgerufene Beschädigung beeinflusst.
  • (3) Da die Siliciumlage stark geätzt wird, kann die Optimierung des Silicid-Prozesses nicht ohne weiteres erzielt werden.
  • (4) In dem Heizprozess für die Bildung des Silicids kann eine zusätzliche Oxidation nicht verhindert werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die oben genannten Probleme zu lösen, bezieht sich ein Aspekt der vorliegenden Erfindung auf eine Vorrichtung für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine erste Kammer mit einer ersten Substrathalterung, die im unteren Abschnitt der ersten Kammer vorgesehen ist, um darauf eine Probe anzubringen, einer im oberen Abschnitt der ersten Kammer vorgesehenen Halogenlampe, um auf die Probe Lampenlicht zu strahlen, und einer Substrattür, durch die sich die Probe bewegt; eine zweite Kammer mit einer zweiten Substrathalterung mit einstellbarer Temperatur, die im unteren Abschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist, um daran die Probe anzubringen, einer mittleren Schicht, die im Mittelabschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist, um die Kammer in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt zu unterteilen, einem Hebeabschnitt, der an der zweiten Substrathualterung befestigt ist, um die zweite Substrathalterung in den oberen Abschnitt oder den unteren Abschnitt in Bezug auf die mittlere Schicht zu bewegen, und einem Metallabscheidungsabschnitt, der im oberen Abschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist; Pumpenabschnitte, die mit der ersten Kammer bzw. mit der zweiten Kammer verbunden sind, um deren Drücke einzustellen; Gaseinleitungsabschnitte, die mit der ersten Kammer bzw. mit der zweiten Kammer verbunden sind, um eine bestimmte Gasmenge einzuleiten; und einen Verbindungsabschnitt, um der Probe zu ermöglichen, sich zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer hin und her zu bewegen, ohne Außenluft einzuleiten, wobei der Verbindungsabschnitt ein Schieberventil enthält.

Vorzugsweise umfasst der Metallabscheidungsabschnitt eine Katodenzerstäubungskanone, eine Zerstäuberblende, die verhindert, dass abzulagerndes Metall während des Katodenzerstäubungsprozesses auf seine beiden Seiten versprüht wird, und einen Blendenanschlag zum Einstellen der Öffnung der Zerstäuberblende.

Andererseits verwendet der Pumpenabschnitt eine Rotationspumpe und eine Turbomolekularpumpe.

Der andere Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der Vorrichtung für die Herstellung der Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Reinigen eines Substrats, auf dem eine Halbleiterstruktur gebildet wird, unter Verwendung der ersten Kammer; Bewegen des Substrats in die zweite Kammer, nachdem das Substrat gereinigt worden ist; und Ablagern einer Metallschicht, wobei die Schritte in einem Stapelprozess ausgeführt werden, ohne der Außenluft ausgesetzt zu werden.

Der Ausdruck "Halbleiterstruktur" hat die Bedeutung einer Struktur wie etwa eines Isolators, einer Halbleiterlage und eines Leiters, die durch einen Lithographieprozess und einen Ätzprozess gebildet werden, wie sie in allgemeinen Halbleitervorrichtungs-Herstellungsprozessen verwendet werden.

Vorzugsweise kann ferner der Schritt des Erhitzens des Substrats nach der Abscheidung der Metallschicht vorgesehen sein, außerdem kann der Schritt des Aufwachsenlassens einer Opfer-Oxidschicht in der zweiten Kammer vor der Abscheidung der Metallschicht vorgesehen sein.

In einem nochmals anderen Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren für die Herstellung eines Schottky-Übergang-MOSFET unter Verwendung der Vorrichtung für die Herstellung der Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Positionieren eines Substrats, auf dem der Reihe nach eine Siliciumlage, eine Gateoxidlage, eine Gate-Elektrode und ein Abstandhalter gebildet werden, in der ersten Kammer; Reinigen des Substrats unter Verwendung der ersten Kammer, bevor eine Metallschicht für die Bildung einer Source-/Drain-Elektrode abgeschieden wird; Bewegen des Substrats in die zweite Kammer durch den Verbindungsabschnitt, nachdem das Substrat gereinigt worden ist; und Hochziehen des Substrats in den oberen Abschnitt der zweiten Kammer; Ablagern einer Metallschicht unter Verwendung des Metallabscheidungsabschnitts; und Herunterziehen und Erhitzen des Substrats, um Silicid zu bilden, nachdem die Metallschicht abgelagert worden ist.

Vorzugsweise kann ferner der Schritt des Aufwachsenlassens einer Opfer-Oxidschicht in der zweiten Kammer vor der Abscheidung der Metallschicht vorgesehen sein, außerdem wird der Schritt des Reinigens durch einen Vakuumreinigungsprozess oder einen H2-Backprozess ausgeführt, ferner wird die Opfer-Oxidschicht vor der Abscheidung von Metall im unteren Abschnitt der zweiten Kammer gebildet.

Vorzugsweise wird der Schritt des Ablagerns der Metallschicht unter Verwendung eines Katodenzerstäubungsverfahrens ausgeführt, wobei die Dicke der abgelagerten Metallschicht im Bereich von 50 bis 500 Å liegt, wobei der Schritt des Erhitzens des Substrats für die Bildung des Silicids in der ersten Kammer bei einem Druck ausgeführt wird, der gleich oder kleiner als 10–8 Torr ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen hiervon und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine Darstellung ist, die den Querschnitt eines hergestellten Schottky-Übergang-MOSFET zeigt;

2 eine Vorrichtung für die Herstellung eines SB-MOSFET gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und

3 eine vergrößerte Ansicht einer zweiten Kammer in der Vorrichtung für die Herstellung des SB-MOSFET in 2 ist.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Diese Ausführungsformen sind jedoch so angegeben, dass der Fachmann auf dem Gebiet die vorliegende Erfindung verstehen kann, wobei sie in verschiedener Weise abgewandelt werden können und wobei die vorliegende Erfindung nicht so verstanden werden sollte, dass sie auf bestimmte Ausführungsformen hiervon eingeschränkt ist.

2 veranschaulicht eine Vorrichtung für die Herstellung des SB-MOSFET gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung für die Herstellung des SB-MOSFET umfasst eine erste Kammer 100 für die Ausführung eines In-situ-Reinigungsprozesses, eine zweite Kammer 200 für die Ausführung eines Metallabscheidungsprozesses und eines In-situ-Heizprozesses sowie einen Verbindungsabschnitt, der ein Schieberventil 140 aufweist und die Bewegung des Substrats zwischen der ersten Kammer 100 und der zweiten Kammer 200 zulässt, ohne dass Außenluft in den Verbindungsabschnitt eintritt.

Am oberen Abschnitt der ersten Kammer 100 ist eine Quarzplatte 108 vorgesehen, ferner strahlt eine Halogenlampe 110 Lampenlicht durch die Quarzplatte direkt auf das Substrat. Das Substrat wird auf einer ersten Substrathalterung 112 durch eine Substrattür 102 positioniert. Als Halogenlampe 110 kann eine Lampe ausgewählt werden, die eine schnelle thermische Verarbeitung (RTP, Rapid Thermal Processing) ausführen kann. Außerdem können in der ersten Kammer 100 (nicht gezeigte) Extraanschlüsse vorhanden sein. Extraanschlüsse sind auf beiden Seiten der ersten Kammer 100 vorgesehen, ferner ist daran eine UV-Lampe oder eine Elektronenquelle vorgesehen, so dass die Oberflächenreaktion der Probe (in Bezug auf den Reinigungsprozess) oder die Heizwirkung nach der Abscheidung des Metalls erhöht wird. Um Elektronen zu erzeugen, kann ein Wolframdraht-System verwendet werden.

Der Druck der ersten Kammer 100 kann durch eine Rotationspumpe 110 und eine Turbomolekularpumpe 150 eingestellt werden. Der Druck der ersten Kammer kann gleich oder kleiner als 108 Torr sein, so dass ein Vakuumreinigungsprozess und ein Vakuumheizprozess ausgeführt werden können. Derzeit kann als Heizverfahren ein Radialheizprozess unter Verwendung der oben genannten Halogenlampe 110 verwendet werden. Außerdem ist die erste Kammer 100 mit einem (nicht gezeigten) Gasverarbeitungsabschnitt verbunden, der eine getrennte Verdrahtung und ein getrenntes Ventil aufweist, wodurch ein Gas wie etwa Wasserstoff (H2), Nitrid (N2) oder Argon (Ar) eingeleitet werden können.

Beispielsweise kann in dem Fall, in dem die Pumpendrehzahl erhöht wird und Wasserstoffgas unter der Bedingung eingeleitet wird, dass die Temperatur in der Kammer nicht weniger als 750°C beträgt und der Druck nicht höher als 1 Torr ist, der Reinigungsprozess in der ersten Kammer 100 eine natürliche Oxidschicht auf der Oberfläche entfernen. Es ist als H2-Backwirkung bekannt und kann eine erneute Oxidation der Siliciumoberfläche durch Ausführen eines Wasserstoffpassivierungsprozesses verhindern. Der Vakuumreinigungsprozess wird auch unter der Bedingung ausgeführt, dass die Temperatur im Bereich von 650–750°C liegt und der Druck gleich oder kleiner als 10–8 Torr ist, wobei die Oberflächenoxidschicht durch die SiO-Verflüchtigungsreaktion der Oxidschicht entfernt werden kann.

Die zweite Kammer 200 ist mit der ersten Kammer 100 über das Schieberventil 140 verbunden. Das Schieberventil 140 kann die Drücke in den zwei Kammern entsprechend einstellen. Wenn das Schieberventil 140 geöffnet ist, wird das auf der ersten Substrathalterung 112 positionierte Substrat durch die Transportvorrichtung 106 zu der in der zweiten Kammer positionierten zweiten Substrathalterung 202 befördert. Ähnlich wie in der ersten Kammer 100 sind die Rotationspumpe 160 und die Turbomolekularpumpe 150 mit der zweiten Kammer 200 verbunden, wobei der Druck in der zweiten Kammer 200 durch diese Pumpen eingestellt werden kann. In diesem Fall kann die Probe zwischen den beiden Kammern durch einen Linearbewegungsdurchschub, einen in der Kammer aufgenommenen beweglichen Motor oder einen zwischen den Kammern vorgesehenen Roboterarm bewegt werden. Das Schieberventil 140 ist in der Mitte des Rohrs angeordnet, um die zwei Kammern zu verbinden. Das Schieberventil 140 steuert die Gasmenge, stellt den Druck der Kammer ein und wird als Durchlass für die Bewegung der Probe verwendet.

3 ist eine vergrößerte Ansicht der zweiten Kammer 200 in der Vorrichtung für die Herstellung des SB-MOSFET in 2. Im Folgenden wird die zweite Kammer 200 mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert. Die zweite Kammer 200 wird bei der Bildung der Metalldünnschicht für den SB-MOSFET verwendet, wobei der Abscheidungsprozess durch ein Katodenzerstäubungsverfahren oder ein Dampfabscheidungsverfahren ausgeführt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird um der bequemen Erläuterung willen das Katodenzerstäubungsverfahren als Beispiel beschrieben.

Die zweite Kammer 200 enthält die zweite Substrathalterung 202. Das von der ersten Kammer 100 beförderte Substrat wird auf der zweiten Substrathalterung 202 in 3 positioniert. Das heißt, dass das Substrat auf einer Probenhalterung 204 und auf einem automatischen Hebesystem 208 angebracht wird, um einen vorgegebenen Prozess auszuführen, woraufhin es zu einer mittleren Schicht 206 bewegt wird, um den Katodenzerstäubungs-Abscheidungsprozess auszuführen. Die mittlere Schicht 206 schafft den dichten Raum, wenn der Katodenzerstäubungs-Abscheidungsprozess ausgeführt wird. Wenn die Probenhalterung 204 und die zweite Substrathalterung 202, auf denen das Substrat angebracht ist, zur mittleren Schicht angehoben werden, wie in 3 gezeigt ist, bewegt sich die Probenhalterung 204 durch das im Mittelabschnitt der mittleren Schicht 206 gebildete Loch, so dass die zweite Substrathalterung 202 mit der mittleren Schicht 206 in Kontakt gelangt. Daher weisen der obere Abschnitt und der untere Abschnitt der Kammer unterschiedliche Drücke auf. Um beispielsweise die Temperatur schnell einzustellen, wird die getrennte Probenhalterung 204 auf der zweiten Substrathalterung 202 in der Kammer vorgesehen, in der eine SEG-Bildungsvorrichtung (Vorrichtung zum selektiven epitaktischen Wachstum von Silicium) und ein Zerstäuber für die Abscheidung des Metalls kombiniert sind. Die Substrathalterung 202 befindet sich unter der Probenhalterung 204, wobei diese Halterungen mit einem Heizelement versehen sind, um die Temperatur der Probe entsprechend einzustellen. Die Temperatur der Probe (Substrat) wird durch ein keramisches Heizelement in der zweiten Substrathalterung 202 eingestellt, deren Temperatur wiederum durch ein keramisches Heizelement in der Probenhalterung 204 im Fall der Abscheidung des Metalls eingestellt wird. Falls das Heizelement auf einem allgemeinen Hitzdraht basiert, ist Kühlwasser zum Absenken der Wandtemperatur der Kammer erforderlich. Um daher die Temperatur schnell zu senken, ist die Probenhalterung 204 mit einer Dicke von etwa 1 bis 3 cm hergestellt. An der Probenhalterung 204 und an der zweiten Substrathalterung 202 sind Thermoelemente vorgesehen, durch die die Temperatur des Substrats gemessen wird. Andererseits sind die Oberflächen der beiden Halterungen 202 und 204 vorzugsweise nicht von einem metallischen Leiter umgeben. Das TiO2/Ti-Material, mit dem die Oberfläche oxidiert ist, ist für die Halterung verfügbar. Im anderen Fall kann die Halterung durch eine Keramik beschichtet sein oder auf ihrem Umfang mit einer Schicht versehen sein.

Am oberen Abschnitt der zweiten Kammer 200 ist eine Zerstäuberkanone 216 vorgesehen, ferner ist im vorderen Mittelabschnitt der zweiten Kammer eine Zerstäuberblende 214 vorgesehen. Die Zerstäuberblende 214 verhindert, dass sich die Metallabscheidung zu den beiden Seiten verteilt. Ein Blendenanschlag 218 stellt die Größe der Öffnung der Zerstäuberblende 214 ein. Der Zerstäubungsabscheidungsprozess kann in einer N2- oder Ar-Atmosphäre ausgeführt werden, wobei im Fall des Zerstäubungsverfahrens in der Mitte der Kammer ein Target vorgesehen ist. Falls erforderlich, kann der Abscheidungsprozess jedoch unter Verwendung von drei oder vier Targets ausgeführt werden.

Alle Reinigungsprozesse werden in dem Zustand ausgeführt, in dem die Zerstäuberblende 214 geschlossen ist, wobei die Probenhalterung 204 3–10 cm zum Zerstäubungstarget nach unten bewegt ist, damit sie inzwischen den Zerstäubungsabscheidungsort erreicht. Die Temperatur der Probenhalterung 204 kann im Bereich von der Umgebungstemperatur bis 500°C eingestellt werden. Sobald die Zerstäuberblende geöffnet wird, beginnt die Metallabscheidung. Die Zerstäuberblende ist an einem Ort positioniert, der sich anfangs in einem Abstand von etwa 0,5 bis 2 cm vom Zerstäubertarget entfernt befindet, sobald jedoch die Zerstäuberblende geöffnet wird, werden die Probenhalterungen in Richtung zu deren beiden Seiten bewegt. Grundsätzlich sind zwei Zerstäuberblenden, wovon jede eine Einstelleinrichtung besitzt, vorgesehen. Grundsätzlich ist eine Zerstäuberkanone 216 vorgesehen, falls jedoch erforderlich, können 2 bis 4 Zerstäuberkanonen vorgesehen sein, so dass sie für eine gemeinsame Abscheidung oder eine mehrlagige Dünnschichtabscheidung verwendet werden können.

Nachdem der Katodenzerstäubungsabscheidungsprozess beendet worden ist, wird die zweite Substrathalterung 202 durch die automatische Hebeeinrichtung nach unten bewegt. Wie in 3 gezeigt ist, ist die zweite Substrathalterung 202 auf der oberen Platte der automatischen Hebeeinrichtung 208 vorgesehen. Die Größe der Probenhalterung 204 ist kleiner als in dem Fall, in dem die Temperatur des Substrats durch das (nicht gezeigte) Thermoelement gemessen wird, wobei die Thermoelemente an der zweiten Substrathalterung 202 und an der Probenhalterung 204 an der automatischen Hebeeinrichtung 208 befestigt sind. Die zweite Substrathalterung 202 und die Probenhalterung 204 können ein Verfahren, das auf einem geradlinig sich bewegenden Stab beruht, oder ein Verfahren, das auf einem Roboterarm beruht, verwenden. Die obige Erläuterung der zweiten Substrathalterung 202 kann auch auf die erste Substrathalterung (112 in 2) Anwendung finden.

Das Trägergas in der zweiten Kammer 200 wird unabhängig in den oberen Abschnitt und in den unteren Abschnitt beiderseits der mittleren Schicht 206 durch zwei Ventile 210 und 212 eingeleitet, wobei die Vakuumzustände im oberen und im unteren Abschnitt voneinander verschieden sein können. Daher ist der mittlere Abschnitt der mittleren Schicht 206 der zweiten Kammer 200 vollkommen abgedichtet, so dass ein ultrahohes Vakuum und eine ultrahohe Reinheit aufrechterhalten werden können.

Im Folgenden wird ein Beispiel für den Fertigungsprozess des SB-MOSFET durch die zweite Kammer 200 beschrieben. Um die Kristallgrenzfläche zu entspannen und um eine Opferlage zu bilden, bevor das Metall unter Verwendung der zweiten Kammer 200 abgelagert wird, kann das SEG mittels des Ultrahochvakuum-CVD-Verfahrens (UHVCVD) abgeschieden werden. Wenn Si2H6-Gas, das die Siliciumquelle darstellt, in einer bestimmten Menge unter der Bedingung strömt, dass die Temperatur des Substrats im Bereich von 550 bis 700°C gehalten wird und der Basisdruck gleich oder niedriger als 10–8 Torr ist, kann ein selektives Wachstum einer Einkristall-Siliciumschicht mit einer Dicke im Bereich von 200 bis 500 Å lediglich auf einem aktiven Abschnitt erzielt werden. Um das SEG unter Verwendung des UHVCVD zu implementieren, werden sowohl ein GeH4-Gas als auch Silicium eingeleitet, so dass ein SiGe-SEG implementiert wird. Mit anderen Worten, die Probe (oder das Substrat), die aus der ersten Kammer 100 bewegt wird, wird auf der zweiten Halterung 202 der zweiten Kammer 200 positioniert und der SEG-Prozess kann fortgesetzt werden, wenn die Temperatur einen bestimmten Wert erreicht. Nach Beendigung des SEG-Prozesses wird die Probenhalterung 202 um 5 bis 20 cm durch die automatische Hebeeinrichtung 208 nach oben bewegt, woraufhin die Metallschicht unter Verwendung des Katodenzerstäubungsverfahrens abgeschieden wird. Die automatische Hebeeinrichtung 208 kann eine Selbstrotationsfunktion haben.

Das Wachstum des Opfer-Siliciums und die Metallschichtabscheidung können in getrennten Kammern erfolgen. In dem Fall, in dem der Metallschicht-Abscheidungsprozess und der SEG-Prozess nicht gemeinsam erfolgen können, werden sie unterteilt, um Cluster zu bilden. Der In-situ-Prozess kann ausgeführt werden und die Probe kann durch den Roboterarm bewegt werden.

Im Folgenden wird mit Bezug auf 1 der Prozess der Fertigung des Schottky-Übergang-MOSFET beschrieben.

Auf einer Isolierschicht 10 eines SOI-Substrats (Silicium-auf-Isolator-Substrat) wird eine Siliciumlage 12 gebildet. Auf der Siliciumlage 12 wird eine Gateoxidschicht 14 gebildet, woraufhin auf der Gateoxidschicht 14 eine Gate-Elektrode 16 gebildet wird und ein Abstandhalter 18 gebildet und geätzt wird.

Anschließend werden eine Reihe von Prozessen unter Verwendung der Vorrichtung für die Fertigung des SB-MOSFET ausgeführt, etwa der Reinigungsprozess vor dem Metallabscheidungsprozess, der Prozess des Wachstums einer Opfer-Oxidschicht vor dem Metallabscheidungsprozess, der Metallabscheidungsprozess selbst und der Heizprozess für die Silicid-Reaktion nach dem Metallabscheidungsprozess. In diesem Fall werden vorzugsweise der Reinigungsprozess vor dem Metallabscheidungsprozess und der Heizprozess für die Silicid-Reaktion nach dem Metallabscheidungsprozess in der ersten Kammer ausgeführt, während der Prozess des Wachstums der Opfer-Oxidschicht vor dem Metallabscheidungsprozess und der Metallabscheidungsprozess selbst in der zweiten Kammer ausgeführt werden. Durch ein solches Verfahren kann ein Stapelprozess ausgeführt werden, ohne dass das Substrat während des oben genannten Prozesses der Außenluft ausgesetzt wird.

Zunächst kann der Reinigungsprozess vor dem Metallabscheidungsprozess den Ex-situ-Reinigungsprozess und den In-situ-Reinigungsprozess umfassen, wobei der Ex-situ-Reinigungsprozess eine Nachätzungsbehandlung anhand eines Niedrigleistungsplasmas und den Reinigungsprozess auf der Grundlage des Nassätzungsbades nach der Ätzung des Musters bewerkstelligt.

Die Niedrigleistungsplasma-Behandlung in dem Ex-situ-Reinigungsprozess dient dazu, die Beschädigungsschicht, die nach der Bildung der Gate-Elektrode gebildet wird, effizient zu beseitigen. Beispielsweise kann die Niedrigleistungsplasma-Behandlung unter der Bedingung erfolgen, dass NF3-Gas mit 10 bis 50 sccm, O2-Gas mit 20 bis 100 sccm und He- oder Ar-Gas mit 50 bis 2000 sccm eingeleitet werden, dass die Leistung 5 bis 50 W beträgt und dass der Druck im Bereich von 0,1 bis 5 mTorr liegt. Die Beseitigung der Oxidschicht in dem Nassätzungsbad wird unter Verwendung einer verdünnten HF-Lösung ausgeführt. Die HF-Lösung ist auf 50 bis 500 : 1 mit DI-Wasser (deionisiertes Wasser) verdünnt. Vor der HF-Lösungsbehandlung werden organische Substanzen durch verdünnte Schwefelsäure (H2SO4 : H2O2 = 1 : 1) während 60 bis 600 Sekunden entfernt. Die durch die HF-Lösung behandelte Probe passiviert die Oberfläche mit dem Wasserstoff auf wenigstens 90%.

Wenn dann die Probe in der ersten Kammer (100 in 2) positioniert wird, um den In-situ-Reinigungsprozess auszuführen, werden ein Vakuumreinigungsprozess oder ein H2-Backprozess ausgeführt. Der Vakuumreinigungsprozess wird bei der Temperatur von 650 bis 750°C und im Ultravakuumzustand, bei dem der Druck gleich oder kleiner als 10–8 Torr beträgt, während 60 bis 300 Sekunden ausgeführt. Der H2-Backprozess wird während 60 bis 300 Sekunden unter der Bedingung ausgeführt, dass das H2-Gas in einer Menge von 0,5 bis 50 slm strömt, der Druck im Bereich von 0,1 bis 10 Torr liegt und die Temperatur im Bereich von 700 bis 900°C liegt.

Der Prozess für die Bildung der Opfer-Oxidschicht vor dem Metallabscheidungsprozess wird durch ein UHVCVD-Verfahren nach dem In-situ-Reinigungsprozess ausgeführt. Das heißt, dass das Substrat auf einem Druck, der gleich oder kleiner als 10–8 Torr ist, und bei der Temperatur im Bereich von 550 bis 750°C während 10 bis 500 Sekunden gehalten wird und dass Si2H6- oder SiH4-Gas mit 1 bis 50 sccm in die Kammer eingeleitet wird, wodurch eine selektive epitaktische Siliciumlage mit einer Dicke im Bereich von 100 bis 500 Å aufwächst. Andererseits kann das SiGe-SEG als Opfer-Oxidschicht geeignet sein. Das SiGe-SEG wird durch das UHVCVD-Verfahren abgeschieden. Das heißt, dass das Substrat auf einem Druck, der gleich oder kleiner als 10–8 Torr ist, und bei der Temperatur im Bereich von 550 bis 750°C während 100 bis 500 Sekunden gehalten wird, und dass Si2H6- oder GeH4-Gas mit 1 bis 50 sccm in die Kammer eingeleitet wird, wodurch das SiGe-SEG mit einer Dicke im Bereich von 100 bis 500 Å aufwächst. Andererseits kann der Prozess für die Bildung der Opfer-Oxidschicht vor dem Metallabscheidungsprozess weggelassen werden. Nach Abschluss der Abscheidung des SEG wird die Probenhalterung unter Verwendung der automatischen Hebeeinrichtung um etwa 5 bis 20 cm nach oben bewegt, woraufhin der Metallabscheidungsprozess ausgeführt wird.

Der Metallabscheidungsprozess wird bei einem Druck im Bereich von 0,005 bis 50 Torr in der Ar- oder N2-Atmosphäre ausgeführt. Der gesamte Reinigungsprozess wird in dem Zustand ausgeführt, in dem die Zerstäuberblende geschlossen ist, wobei der Metallabscheidungsprozess beginnt, sobald die Probenhalterung unter das Zerstäubertarget bewegt worden ist, um den Zerstäubungsabscheidungsort zu erreichen, woraufhin die Zerstäuberblende geöffnet wird. Die Dicke der abgeschiedenen Metallschicht beträgt beispielsweise 50 bis 500 Å. Nach der Abscheidung der Metallschicht wird die Probenhalterung wieder zum ursprünglichen Ort (über der Substrathalterung) zurückgeführt.

Als Nächstes kann der Heizprozess für die Bildung des Silicids nach dem Metallabscheidungsprozess in einer getrennten Kammer ausgeführt werden, außerdem kann der In-situ-Reinigungsprozess unter Verwendung der ersten Kammer ausgeführt werden. Der Reinigungsprozess vor dem Metallabscheidungsprozess und der Heizprozess für die Bildung von Silicid werden gleichzeitig ausgeführt. Unter der Halogenlampe ist eine Quarzplatte vorgesehen, wobei die Heizgeschwindigkeit beispielsweise 10 bis 100°C/s betragen kann. Der Druck kann gleich oder niedriger als 10–8 Torr sein und der Heizprozess für die Silicid-Reaktion kann einen schnellen thermischen Prozess und einen isothermischen Prozess verwenden. Die Bildung von Silicid durch den schnellen thermischen Prozess wird im Allgemeinen als primärer thermischer Prozess bezeichnet, wobei ein schneller thermischer Prozess im Bereich von 500 bis 1200°C (0 bis 60 s) entsprechend der Metallart geeignet ist. Anderseits bildet der isothermische Prozess einen sekundären thermischen Prozess, der bei einer niedrigen Temperatur im Bereich von 200 bis 800°C während 30 bis 300 Minuten ausgeführt wird. Entsprechend der Metallart wird entweder nur der primäre thermische Prozess ausgeführt oder es werden der primäre und der sekundäre thermische Prozess ausgeführt. Das heißt, dass der thermische Prozess durch das Metall bestimmt werden kann.

In dem Verfahren für die Fertigung des hyperfeinen SB-MOSFET kann eine Optimierung des Prozesses erzielt werden. Da der Reinigungsprozess vor Ort während des Metallabscheidungsprozesses ausgeführt werden kann und der thermische Silicid-Prozess in-situ nach der Metallabscheidung ausgeführt werden kann, können die Anhaftung unnötiger Verunreinigungen und eine unnötige Oxidation verhindert werden. Da außerdem der Reinigungsprozess vor dem Metallabscheidungsprozess und der thermische Prozess nach dem Metallabscheidungsprozess in einer einzigen Kammer ausgeführt werden können, können die Ausrüstungskosten verringert werden, außerdem kann Raum eingespart werden. Da der UHVCVD-SEG-Prozess und der Metallabscheidungsprozess in derselben Kammer ausgeführt werden können, kann eine Optimierung des Prozesses erzielt werden und kann ein wirtschaftlicher Vorteil erhalten werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen hiervon veranschaulicht und beschrieben worden ist, sollte die vorliegende Erfindung nicht so verstanden werden, dass sie auf die bestimmte Ausführungsform eingeschränkt ist, vielmehr kann der Fachmann die vorangehenden und verschiedene andere Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen daran vornehmen, ohne vom Erfindungsgedanken und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Zusammenfassung

In einem Prozess für die Fertigung einer hyperfeinen Halbleitervorrichtung werden eine Vorrichtung für die Fertigung einer Halbleitervorrichtung wie etwa eines Schottky-Übergang-MOSFET und ein Verfahren für die Fertigung der Halbleitervorrichtung unter Verwendung dieser Vorrichtung geschaffen. Zwei Kammern sind miteinander verbunden. Ein Reinigungsprozess, ein Metalllagen-Bildungsprozess und nachfolgende Prozesse können vor Ort unter Verwendung der beiden Kammern ausgeführt werden, wodurch die Anhaftung unnötiger Verunreinigungen und die Bildung des Oxids verhindert werden können und die Optimierung des Prozesses erzielt wird.

(1)


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die umfasst:

    eine erste Kammer mit einer ersten Substrathalterung, die im unteren Abschnitt der ersten Kammer vorgesehen ist, um daran eine Probe anzubringen, einer Halogenlampe, die im oberen Abschnitt der ersten Kammer vorgesehen ist, um Lampenlicht auf die Probe zu strahlen, und einer Substrattür, durch die sich die Probe bewegt;

    eine zweite Kammer mit einer zweiten Substrathalterung mit einstellbarer Temperatur, die im unteren Abschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist, um daran die Probe anzubringen, einer mittleren Schicht, die im Mittelabschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist, um die Kammer in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt zu unterteilen, einem Hebeabschnitt, der an der zweiten Substrathalterung befestigt ist, um die zweite Substrathalterung auf der Basis der mittleren Schicht in den oberen Abschnitt oder in den unteren Abschnitt zu bewegen, und einem Metallabscheidungsabschnitt, der im oberen Abschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist;

    Pumpenabschnitte, die mit der ersten Kammer bzw. mit der zweiten Kammer verbunden sind, um deren Drücke einzustellen;

    Gaseinleitungsabschnitte, die mit der ersten Kammer bzw. mit der zweiten Kammer verbunden sind, um eine bestimmte Menge eines Gases einzuleiten; und

    einen Verbindungsabschnitt, um der Probe zu ermöglichen, sich zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer hin und her zu bewegen, ohne dass Außenluft eingeleitet wird, wobei der Verbindungsabschnitt ein Schieberventil enthält.
  2. Vorrichtung für die Fertigung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Metallabscheidungsabschnitt eine Zerstäuberkanone, eine Zerstäuberblende, die verhindert, dass das abzuscheidende Metall während des Zerstäubungsprozesses auf ihre beiden Seiten verteilt wird, und einen Blendenanschlag für die Einstellung der Öffnung der Zerstäuberblende umfasst.
  3. Vorrichtung für die Fertigung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Pumpenabschnitt eine Rotationspumpe und eine Turbomolekularpumpe verwendet.
  4. Vorrichtung für die Fertigung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Thermoelemente umfasst, die an der ersten Substrathalterung und an der zweiten Substrathalterung befestigt sind, um die Temperaturen der ersten Kammer bzw. der zweiten Kammer zu messen.
  5. Vorrichtung für die Fertigung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Anschluss aufweist, der an einer seitlichen Oberfläche der ersten Kammer vorgesehen ist, um eine UV-Lampe oder eine Elektronenquelle vorzusehen.
  6. Verfahren für die Fertigung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer Vorrichtung für die Fertigung einer Halbleitervorrichtung, wobei die Vorrichtung umfasst:

    eine erste Kammer mit einer ersten Substrathalterung, die im unteren Abschnitt der ersten Kammer vorgesehen ist, um daran eine Probe anzubringen, einer Halogenlampe, die im oberen Abschnitt der ersten Kammer vorgesehen ist, um Lampenlicht auf die Probe zu strahlen, und einer Substrattür, durch die sich die Probe bewegt;

    eine zweite Kammer mit einer zweiten Substrathalterung mit einstellbarer Temperatur, die im unteren Abschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist, um daran die Probe anzubringen, einer mittleren Schicht, die im mittleren Abschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist, um die Kammer in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt zu unterteilen, einem Hebeabschnitt, der an der zweiten Substrathalterung befestigt ist, um die zweite Substrathalterung auf der Basis der mittleren Schicht in den oberen Abschnitt oder in den unteren Abschnitt zu bewegen, und einem Metallabscheidungsabschnitt, der im oberen Abschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist;

    Pumpabschnitte, die mit der ersten Kammer bzw. mit der zweiten Kammer verbunden sind, um deren Drücke einzustellen;

    Gaseinleitungsabschnitte, die mit der ersten Kammer bzw. mit der zweiten Kammer verbunden sind, um eine bestimmte Menge eines Gases einzuleiten; und

    einen Verbindungsabschnitt, um der Probe zu ermöglichen, sich zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer hin und her zu bewegen, ohne dass Außenluft eingeleitet wird, wobei der Verbindungsabschnitt ein Schieberventil enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

    Reinigen eines Substrats, auf dem eine Halbleiterstruktur gebildet wird, unter Verwendung der ersten Kammer;

    Bewegen des Substrats in die zweite Kammer, nachdem das Substrat gereinigt worden ist; und

    Abscheiden einer Metallschicht,

    wobei die Schritte in einem Stapelprozess ausgeführt werden, ohne der Außenluft ausgesetzt zu werden.
  7. Verfahren für die Fertigung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, das ferner das Erhitzen des Substrats nach der Abscheidung der Metallschicht umfasst.
  8. Verfahren für die Fertigung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, das ferner das Aufwachsenlassen einer Opfer-Oxidschicht in der zweiten Kammer vor der Abscheidung der Metallschicht umfasst.
  9. Verfahren für die Fertigung eines Schottky-Übergang-MOSFET unter Verwendung der Vorrichtung für die Fertigung der Halbleitervorrichtung, wobei die Vorrichtung umfasst:

    eine erste Kammer mit einer ersten Substrathalterung, die im unteren Abschnitt der ersten Kammer vorgesehen ist, um daran eine Probe anzubringen, einer Halogenlampe, die im oberen Abschnitt der ersten Kammer vorgesehen ist, um Lampenlicht auf die Probe zu strahlen, und einer Substrattür, durch die sich die Probe bewegt;

    eine zweite Kammer mit einer zweiten Substrathalterung mit einstellbarer Temperatur, die im unteren Abschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist, um daran die Probe anzubringen, einer mittleren Schicht, die im mittleren Abschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist, um die Kammer in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt zu unterteilen, einem Hebeabschnitt, der an der zweiten Substrathalterung befestigt ist, um die zweite Substrathalterung auf der Basis der mittleren Schicht in den oberen Abschnitt oder in den unteren Abschnitt zu bewegen, und einem Metallabscheidungsabschnitt, der im oberen Abschnitt der zweiten Kammer vorgesehen ist;

    Pumpabschnitte, die mit der ersten Kammer bzw. mit der zweiten Kammer verbunden sind, um deren Drücke einzustellen;

    Gaseinleitungsabschnitte, die mit der ersten Kammer bzw. mit der zweiten Kammer verbunden sind, um eine bestimmte Menge eines Gases einzuleiten; und

    einen Verbindungsabschnitt, um der Probe zu ermöglichen, sich zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer hin und her zu bewegen, ohne dass Außenluft eingeleitet wird, wobei der Verbindungsabschnitt ein Schieberventil enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

    Reinigen eines Substrats, auf dem eine Halbleiterstruktur gebildet wird, unter Verwendung der ersten Kammer;

    Positionieren eines Substrats, auf dem nacheinander eine Siliciumlage, eine Gateoxidlage, eine Gate-Elektrode und ein Abstandhalter ausgebildet werden, in der ersten Kammer;

    Reinigen des Substrats unter Verwendung der ersten Kammer vor der Abscheidung einer Metallschicht für die Bildung einer Source/Drain-Elektrode;

    Bewegen des Substrats in die zweite Kammer durch den Verbindungsabschnitt, nachdem das Substrat gereinigt wurde;

    Hochziehen des Substrats in den oberen Abschnitt der zweiten Kammer;

    Abscheiden einer Metallschicht unter Verwendung des Metallabscheidungsabschnitts; und

    Herunterziehen und Erhitzen des Substrats, um Silicid zu bilden, nachdem die Metallschicht abgeschieden wurde.
  10. Verfahren für die Fertigung des Schottky-Übergang-MOSFET nach Anspruch 9, das ferner das Aufwachsenlassen einer Opfer-Oxidschicht in der zweiten Kammer vor der Abscheidung der Metallschicht umfasst.
  11. Verfahren für die Fertigung des Schottky-Übergang-MOSFET nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Reinigens durch einen Vakuumreinigungsprozess oder einen H2-Backprozess ausgeführt wird, wobei der Vakuumreinigungsprozess durch Erhitzen des Substrats auf eine Temperatur im Bereich von 650 bis 750°C während 60 bis 300 Sekunden unter einem ultrahohen Vakuumzustand, bei dem der Druck gleich oder niedriger als 10–8 Torr ist, ausgeführt wird und der H2-Backprozess durch Erhitzen des Substrats auf eine Temperatur im Bereich von 700 bis 900°C während 60 bis 300 Sekunden unter der Bedingung, dass das H2-Gas in einer Menge von 0,5 bis 50 slm strömt und der Druck im Bereich von 0,1 bis 10 Torr gehalten wird, ausgeführt wird.
  12. Verfahren für die Fertigung eines Schottky-Übergang-MOSFET nach Anspruch 10, bei dem der Schritt des Aufwachsenlassens der Opfer-Oxidschicht im unteren Abschnitt der zweiten Kammer ausgeführt wird und den Schritt umfasst, bei dem das Substrat auf einem Druck, der gleich oder niedriger als 10–8 Torr ist, und auf einer Temperatur im Bereich von 550 bis 750°C während 100 bis 500 Sekunden gehalten wird und Si2H6- oder SiH4-Gas in die Kammer mit 1 bis 50 sccm eingeleitet wird, um eine selektive Siliciumlage zu bilden.
  13. Verfahren für die Fertigung eines Schottky-Übergang-MOSFET nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Abscheidens der Metallschicht unter Verwendung eines Katodenzerstäubungsverfahrens in einer Ar- oder N2-Gas-Atmosphäre unter einem Druck im Bereich von 0,005 bis 50 Torr ausgeführt wird, wobei die Dicke der abgeschiedenen Metallschicht im Bereich von 50 bis 500 Å liegt.
  14. Verfahren für die Fertigung eines Schottky-Übergang-MOSFET nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Erhitzens des Substrats für die Silicid-Bildung in der ersten Kammer bei einem Druck, der gleich oder niedriger als 10–8 Torr ist, ausgeführt wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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