DE102004046483A1 - Laminated structure production for capacitor, involves fabricating two layers from same metallic conductive layer on dielectric layer, and converting material of one layer into dielectric material by chemical reaction of gaseous phase - Google Patents

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Abstract

The process involves forming a layer (4) from a metallic conductive material on a substrate (2). A dielectric layer (6) is formed on the substrate. Another layer is formed from the same metallic conductive layer on the dielectric layer. The material of the layer (4) is converted into the dielectric material before the production of the latter layer from leading material using chemical reaction of a gaseous phase.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur mit Metall-Isolator-Übergängen, insbesondere einer solchen mit Kondensatoreigenschaft, auf einem halbleitenden Substrat, insbesondere eines Kondensators mit einer isolierenden dielektrischen Schicht zwischen zwei metallisch leitenden Schichten, auch als MIM-Kondensator bekannt.The The invention relates to a method for producing a layered structure with metal-insulator transitions, in particular one with capacitor property, on a semiconductive substrate, in particular a capacitor with an insulating dielectric Layer between two metallically conductive layers, also as MIM capacitor known.

Die Entwicklung auf dem Gebiet der integrierten Schaltkreise ist derzeit gekennzeichnet von zunehmender Miniaturisierung und steigender Integrationsdichte der Schaltelemente und Speicherzellen. Insbesondere die letzteren umfassen meist Bereiche mit Kondensatoreigenschaft in Form von Schichtstrukturen, die zumindest eine erste Elektrode, ein Dielektrikum und eine zweite Elektrode aufweisen und auf dem Halbleitersubstrat angeordnet sind. Solche Kondensatoren wurden bisher beispielsweise realisiert, indem auf das halbleitende Substrat eine dielektrische Schicht und auf diese wieder eine halbleitende Schicht als Gegenelektrode aufgetragen wurde. Um die für die gewünschte Kapazität erforderliche Fläche der Schichtstruktur zu ermöglichen, ist es üblich, diese in Gräben (trenches) senkrecht zur Substratoberfläche unterzubringen.The Development in the field of integrated circuits is currently characterized by increasing miniaturization and increasing density of integration the switching elements and memory cells. Especially the latter usually include areas with capacitor property in the form of layer structures, the at least one first electrode, a dielectric and a second one Have electrode and are arranged on the semiconductor substrate. Such capacitors have hitherto been realized, for example, by on the semiconducting substrate a dielectric layer and on this again a semiconducting layer was applied as a counter electrode. To the for the desired capacity required area to enable the layered structure it is usual, these in trenches (Trenches) perpendicular to the substrate surface accommodate.

Kondensatoren mit halbleitenden Elektroden sind bei zunehmender Miniaturisierung nicht mehr brauchbar, da durch Verarmungseffekte die Kapazität verringert wird. Daher wurden auch Kondensatoren mit Elektroden aus metallisch leitendem Material beschrieben, beispielsweise Grabenkondensatoren in der EP-A-1 294 021 und Stapelkondensatoren von Fishburn, F., et al., A highly manufacturable 110 nm EDRAM process with Al2O3 stack MIM capacitor for cost effective high density, high speed, low voltage ASIC memory applications, 2003 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers. Solche Kondensatoren werden wegen der Schichtfolge auch als MIM-Kondensatoren (Metall-Isolator-Metall) bezeichnet.Semiconducting electrode capacitors are no longer useful with increasing miniaturization because depletion effects reduce capacitance. Thus, capacitors having electrodes of metallically conductive material have also been described, for example trench capacitors in EP-A-1 294 021 and stack capacitors from Fishburn, F., et al., A highly manufacturable 110 nm EDRAM process with Al 2 O 3 stack MIM capacitor ASIC memory applications, 2003 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers. Such capacitors are also referred to as MIM capacitors (metal-insulator-metal) because of the sequence of layers.

Verfahren zur Herstellung derartiger Schichtstrukturen sind bekannt und umfassen insbesondere die physikalische und chemische Abscheidung aus der Dampfphase (PVD, CVD). Ein Sonderfall der CVD ist die atomlagenweise Abscheidung aus der Dampfphase (ALD), mit der auch auf Substraten mit hohem Aspektverhältnis sehr homogene Schichten erzeugt werden können. Eine Darstellung dieses Verfahrens mit weiteren Nachweisen gibt die US 6,200,893 . Dabei wird auf dem Substrat eine Monoschicht eines Precursors erzeugt, die in einem zweiten Schritt durch chemische Reaktion mit einem aus der Gasphase zugeführten Reaktanden in den gewünschten Stoff umgewandelt wird. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Auf diese Weise können sowohl isolierende als auch halb- oder metallisch leitende Stoffe abgeschieden werden.Methods for producing such layer structures are known and include, in particular, physical and chemical vapor deposition (PVD, CVD). A special case of CVD is atomic deposition from the vapor phase (ALD), with which very homogeneous layers can be produced even on substrates with a high aspect ratio. A representation of this method with further proofs gives the US 6,200,893 , In this case, a monolayer of a precursor is produced on the substrate, which is converted in a second step by chemical reaction with a supplied from the gas phase reactants in the desired substance. This process is repeated until the desired layer thickness is reached. In this way, both insulating and semi-conductive or metallic conductive substances can be deposited.

Grundsätzlich kann mit diesem Verfahren also auch die Schichtstruktur eines MIM-Kondensators erzeugt werden. Es besteht jedoch ein Bedürfnis nach einer Vereinfachung des Verfahrens.Basically Thus, with this method, the layer structure of a MIM capacitor be generated. However, there is a need for simplification of the procedure.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Metall-Isolator-Übergängen, insbesondere bei einem Kondensator auf einem halbleitenden Substrat, anzugeben, das gegenüber dem nach dem Stand der Technik möglichen Verfahren einfacher auszuführen ist.The Invention has set itself the task of a method for manufacturing of metal-insulator transitions, in particular for a capacitor on a semiconductive substrate, that opposite the possible according to the prior art Process easier to execute is.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Hauptanspruch gelöst.These Task is solved by a method according to the main claim.

Während nämlich nach dem Stand der Technik der CVD- oder ALD-Prozess zumindest beim Übergang von der Abscheidung der ersten Schicht auf die dielektrische Schicht auf die Materialien und Bedingungen für das dielektrische Material umgestellt werden und der Prozess dann als CVD bzw. ALD weitergeführt werden muss genügt erfindungsgemäß statt dessen eine etwas längere Abscheidungsstufe, gefolgt vom Umwandlungsschritt. Falls die zweite Schicht dasselbe leitende Material wie die erste enthält, kann dann mit der ursprünglichen Einstellung weitergearbeitet werden. Dies bedeutet eine Vereinfachung gegenüber einer CVD bzw. ALD der dielektrischen Schicht und auch gegenüber eventuell vorgesehenen nasschemischen Schritten für die Oxydation.Namely after In the prior art, the CVD or ALD process at least during the transition from the deposition of the first layer on the dielectric layer on the materials and conditions for the dielectric material be converted and the process then continue as CVD or ALD must be enough according to the invention its a little longer Deposition step, followed by the conversion step. If the second Layer may contain the same conductive material as the first then with the original one Setting to be continued. This means a simplification across from a CVD or ALD of the dielectric layer and also against possibly provided wet-chemical steps for the oxidation.

Die Umwandlung des metallisch leitenden Materials der ersten Schicht in das dielektrische Material wird so geführt, dass sie von der dem Substrat gegenüberliegenden Oberfläche der ersten Schicht ausgeht und in Richtung auf die Substratoberfläche fortschreitet. Bevorzugt werden 40 bis 60 %, besonders bevorzugt etwa 50 % des Materials der ersten Schicht in dielektrisches Material umgewandelt. Wenn das Substrat hinreichend leitfähig ist, kann auch die ganze erste Schicht in dielektrisches Material umgewandelt werden.The Conversion of the metallically conductive material of the first layer The dielectric material is guided so as to be opposite from the substrate surface emanating from the first layer and advancing toward the substrate surface. Preference is given to 40 to 60%, more preferably about 50% of Material of the first layer converted into dielectric material. If the substrate sufficiently conductive is, can also be the whole first layer in dielectric material being transformed.

Nach der erfindungsgemäßen Erzeugung der dielektrischen Schicht erfolgt die Abscheidung einer zweiten leitenden Schicht. Hierzu kann das gleiche Material wie für die erste Schicht verwendet werden, wodurch sich eine hohe Temperaturstabilität ergibt. Es können aber auch andere metallisch leitende Stoffe aufgetragen werden. Auch sind andere Abscheidungsverfahren möglich, z. B. CVD oder PVD. Damit ist die Schichtstruktur des Kondensators fertig.After the generation of the dielectric layer according to the invention, the deposition of a second conductive layer takes place. For this purpose, the same material as for the first layer can be used, resulting in a high temperature stability. However, it is also possible to apply other metallic conductive substances. Also other deposition methods are possible, for. CVD or PVD. This completes the layer structure of the capacitor.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung sowohl von planaren und Stapelkondensatoren (stack capacitors) als auch für Grabenkondensatoren. Bevorzugt ist es jedoch für Graben- und Stapelkondensatoren, insbesondere solche mit hohem Aspektverhältnis, vorgesehen.The inventive method suitable for the production of both planar and stacked capacitors (stack capacitors) as well Grave capacitors. However, it is preferred for trench and stack capacitors, especially those with a high aspect ratio, provided.

Bevorzugt wird die zweite leitende Schicht aus dem gleichen Material wie die erste Schicht oder aus einem anderen metallisch leitenden Material ausgeführt. In diesem Fall erhält man einem MIM-Kondensator. Allgemein und insbesondere bei Grabenkondensatoren ist es aber auch möglich, eine mit der dielektrischen Schicht konforme halbleitende Schicht, beispielsweise aus geeignet dotiertem Silizium aufzutragen und/oder den gesamten über der dielektrischen Schicht verbleibenden Hohlraum des Grabens mit einem solchen Material zu füllen.Prefers the second conductive layer is made of the same material as the first layer or made of another metallically conductive material. In receives this case a MIM capacitor. General and especially for trench capacitors but it is also possible a semiconductive layer conforming to the dielectric layer, For example, apply appropriately doped silicon and / or the whole over the dielectric layer remaining cavity of the trench with to fill such a material.

Bevorzugt erfolgt die Abscheidung der ersten Schicht aus metallisch leitendem Material durch atomlagenweise Abscheidung aus der Dampfphase (ALD). Es werden so viele Abscheidungszyklen ausgeführt, dass die gewünschte Dicke der ersten Schicht, bevorzugt 5 bis 30 nm, erreicht wird. Die ALD wird bevorzugt bei einem Druck zwischen 10 und 400 Pa und bei einer Temperatur zwischen 100 und 600 °C, insbesondere bei etwa 400 °C, durchgeführt.Prefers the deposition of the first layer of metallically conductive takes place Material by atomic deposition from the vapor phase (ALD). There are so many deposition cycles performed that the desired thickness the first layer, preferably 5 to 30 nm, is achieved. The ALD is preferred at a pressure between 10 and 400 Pa and at a Temperature between 100 and 600 ° C, especially at about 400 ° C, carried out.

Vor der teilweisen Umwandlung der ersten Schicht kann es zweckmäßig sein, das Substrat mit der ersten Schicht in einem Stickstoff-Argon-Gemisch 10 s bis 30 min lang bei 600 bis 1100 °C zu tempern.In front the partial conversion of the first layer may be expedient the substrate with the first layer in a nitrogen-argon mixture Temper for 10 s to 30 min at 600 to 1100 ° C.

Die chemische Reaktion aus der Gasphase zur zumindest teilweisen Umwandlung ist bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Oxydation. Diese wird bevorzugt Ozon, molekularem oder radikalischem Sauerstoff, Hydroxylradikalen radikalischem Sauerstoff, Hydroxylradikalen oder Distickstoffoxid durchgeführt. Derartige Verfahren sind bekannt.The chemical reaction from the gas phase for at least partial conversion is in a preferred embodiment an oxidation. This is preferably ozone, molecular or radical Oxygen, hydroxyl radicals, radical oxygen, hydroxyl radicals or nitrous oxide. Such methods are known.

Bevorzugt wird ein RTP (Rapid Thermal Processing) mit molekularem Sauerstoff ausgeführt. Hierfür eignen sich beispielsweise Endtemperaturen von 600 bis 1100 °C und Verweilzeiten von 0 bis 120 s. Bei einem größeren Aspektverhältnis der zu beschichtenden Struktur kann es zweckmäßig sein, die Oxydation bei Normaldruck, jedoch mit einem verminderten Sauerstoffanteil von z. B. > 0,01 bis 10 Vol-% und im unteren Temperaturbereich durchzuführen, um eine hinreichend homogene dielektrische Schicht zu erhalten.Prefers becomes an RTP (Rapid Thermal Processing) with molecular oxygen executed. Suitable for this purpose For example, end temperatures of 600 to 1100 ° C and residence times from 0 to 120 s. With a larger aspect ratio the To be coated structure, it may be appropriate to the oxidation at Normal pressure, but with a reduced oxygen content of z. B.> 0.01 to 10% by volume and in the lower temperature range to a sufficiently homogeneous to obtain dielectric layer.

Auch die Verwendung von radikalischem Sauerstoff, beispielsweise nach US-2003-0232511-A, ist möglich. Hier wird Sauerstoff in einer getrennten Entladungskammer im Gemisch mit Argon in Radikale gespalten, die dann bei vermindertem Druck von einigen hPa auf das zu oxydierende Material einwirken.Also the use of free-radical oxygen, for example according to US-2003-0232511-A, is possible. Here, oxygen is in a separate discharge chamber in the mixture split into radicals with argon, which are then reduced in pressure of a few hPa act on the material to be oxidized.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung von Sauerstoffradikalen ist das ISSG- oder LPRO-Verfahren (in situ steam generation bzw. low pressure oxidation), beispielsweise in der US-A-2003232501 bzw. der EP-A-1372189 beschrieben. Dabei wird die zu oxidierende Schicht bei einem Druck von etwa 1 hPa und Temperaturen von bevorzugt 200 bis 400 °C einem Gasgemisch ausgesetzt, das Wasserstoff und Sauerstoff enthält. Aufgrund des niedrigen Drucks kommt es dabei nicht zur Explosion, sondern es werden Sauerstoff- und Hydroxylradikale gebildet, die neben der Bildung von Wasser auch mit der zu oxydierenden Oberfläche reagieren.A different possibility for generating oxygen radicals is the ISSG or LPRO method (in situ steam generation or low pressure oxidation), for example in US-A-2003232501 and EP-A-1372189, respectively. there the layer to be oxidized is at a pressure of about 1 hPa and Temperatures of preferably 200 to 400 ° C exposed to a gas mixture, containing hydrogen and oxygen. Because of the low Pressure does not explode, but oxygen and hydroxyl radicals formed in addition to the formation of water also react with the surface to be oxidized.

Die Oxydation der ersten Schicht kann auch mit Distickstoffmonoxid durchgeführt werden.The Oxidation of the first layer can also be carried out with nitrous oxide.

Zu den erfindungsgemäß brauchbaren metallisch leitenden Materialien, die durch Oxydation in dielektrisches Material umgewandelt werden können, gehören Al, Hf, HfN, Zr, ZrN, Ti, TiN, Ta, TaN, Y, sowie die seltenen Erdmetalle La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu (Ordnungszahl 57 bis 71) und deren Nitride sowie Mischschichten daraus, soweit sie metallische Leiter sind. Durch den Oxydationsprozeß bilden sich daraus die entsprechenden Oxide wie Al2O3, HfO2, ZrO2, TiO2, Ta2O5, usw. Aus den Nitriden, wie beispielsweise aus HfN, können auch Oxynitride mit variabler stöchiometrischer Zusammensetzung und mit dielektrischer Eigenschaft entstehen. Alternativ dazu führt eine Nitridierung von Al zu einem dielektrischem AlN. Besonders bevorzugt sind Metalle bzw. Nitride, die bei der Oxydation dielektrische Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante ergeben. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die erste Schicht aus Hafniumnitrid und die dielektrische Schicht aus Hafniumoxynitrid.The metallically conductive materials useful in this invention, which can be converted to dielectric by oxidation, include Al, Hf, HfN, Zr, ZrN, Ti, TiN, Ta, TaN, Y, and the rare earth metals La, Ce, Pr, Nd , Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu (atomic number 57 to 71) and their nitrides, and mixed layers thereof, as far as they are metallic conductors. The oxidation process forms the corresponding oxides such as Al 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , etc. The nitrides, such as HfN, can also be oxynitrides of variable stoichiometric composition and with dielectric Property arise. Alternatively, nitridation of Al results in a dielectric AlN. Particularly preferred are metals or nitrides which yield high dielectric constant dielectric materials upon oxidation. In a preferred embodiment, the first layer is hafnium nitride and the dielectric layer is hafnium oxynitride.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform erfolgt die teilweise Umwandlung der ersten Schicht aus metallisch leitendem Material in ein dielektrisches Material durch eine Nitridierung. Hierzu geeignete Reaktanden umfassen Ammoniak, radikalischen (molekularen) Stickstoff und Stickstoffmonoxid. Ein geeignetes metallisch leitendes Ausgangsmaterial für die erste Schicht ist Aluminium oder Hafnium.In another preferred embodiment the partial transformation of the first layer takes place from metallic conductive material into a dielectric material by nitriding. Suitable reactants include ammonia, free-radical (molecular) Nitrogen and nitric oxide. A suitable metallic conductive Starting material for the first layer is aluminum or hafnium.

Vorstufen (Precursors) für die CVD bzw. ALD der ersten Schicht sind bekannt, beispielsweise aus der US 6,200,893 . Sie umfassen Halogen- und Alkylverbindungen der entsprechenden Metalle, soweit sie hinreichend flüchtig sind. Beispiele sind Aluminiumchlorid, Aluminiumtrimethyl, Aluminiumtriethyl, Hafniumtetrachlorid, Hafniumtetramethyl, Hafniumtetraethyl, Tetrakisdiethylamidohafnium, Zirkoniumtetrachlorid, Titantetraiodid, Titantetrachlorid, Tantalpentach lorid. Die Abscheidung von Metallschichten aus solchen Precursors erfolgt beispielsweise durch Umsetzung der adsorbierten monoatomaren Precursorschicht mit atomarem Wasserstoff. Nitride können durch Umsetzung mit atomarem Wasserstoff, Ammoniak, Aminen und/oder atomarem Stickstoff erzeugt werden.Precursors for the CVD or ALD of the first layer are known, for example from US Pat US 6,200,893 , They include halogen and alkyl compounds of the corresponding metals, as far as they are sufficiently volatile. Examples are aluminum chloride, aluminum trimethyl, aluminum triethyl, hafnium tetrachloride, hafnium tetramethyl, hafnium tetraethyl, tetrakisdiethylamidohafnium, zirconium tetrachloride, titanium tetraiodide, titanium tetrachloride, tantalum pentachloride. The deposition of metal layers from such precursors takes place, for example, by reacting the adsorbed monatomic precursor layer with atomic hydrogen. Nitrides can be generated by reaction with atomic hydrogen, ammonia, amines and / or atomic nitrogen.

Nach der teilweisen Umwandlung der ersten Schicht in ein dielektrisches Material wird auf diesem die zweite Schicht aus metallisch leitendem Material abgeschieden.To the partial conversion of the first layer into a dielectric Material is on this the second layer of metallically conductive Material deposited.

Die erste Schicht aus metallisch leitendem Material hat vor der teilweisen Umwandlung in ein dielektrisches Material bevorzugt eine Dicke von 5 bis 30 nm.The first layer of metallically conductive material has before the partial Conversion into a dielectric material preferably has a thickness of 5 to 30 nm.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von Strukturen, insbesondere Graben- oder Stapelkondensatoren, mit einem Aspektverhältnis von größer 0, besonders bevorzugt mit einem hohen Aspektverhältnis von 15 bis 120, angewendet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei Substraten Anwendung finden, die andere, die Substratoberfläche überragende Strukturen, wie beispielsweise aufgestellte Kelche, aufweisen.Prefers becomes the method according to the invention for the Production of structures, in particular trench or stacked capacitors, with an aspect ratio from greater than 0, especially preferably with a high aspect ratio of 15 to 120 applied. The inventive method can also be used with substrates, the other, the substrate surface superior Structures, such as erected goblets have.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Erzeugung der dielektrischen Schicht für Feldoxidtransistoren, einschließlich solcher, die aus der Substratoberfläche beispielsweise senkrecht herausragen.A further application possibility the method according to the invention relates to the generation of the dielectric layer for field oxide transistors, including such as perpendicular to the substrate surface, for example protrude.

Es kann auch vorteilhaft sein, die erste Schicht aus metallisch leitendem Material zunächst kontinuierlich abzuscheiden und vor der zumindest teilweisen Umwandlung zu strukturieren, beispielsweise durch Lithographie und Plasma- oder Nassätzen.It may also be advantageous, the first layer of metallically conductive Material initially continuously to divest and to structure before the at least partial conversion, for example by lithography and plasma or wet etching.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Herstellung von Schichtstrukturen mit Metall-Isolator-Übergängen wesentlich vereinfacht. Insbesondere kann der ganze Prozess in situ durchgeführt werden. Bei der Erzeugung der Isolatorschicht durch teilweise Umwandlung der Leiterschicht werden die Kanten der Leiterschicht abgedeckt, was die Isolierung der Leiterschichten voneinander verbessert und Leckströme verhindert. Der Übergangsbereich zwischen erster und dielektrischer Schicht ist sehr dünn, typischerweise kleiner als 1 nm. Die Isolationseigenschaften der dielektrischen Schicht werden verbessert. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Strukturen mit hohem Aspektverhältnis.By the inventive method the production of layer structures with metal-insulator junctions becomes essential simplified. In particular, the entire process can be carried out in situ. In the production of the insulator layer by partial conversion the conductor layer covers the edges of the conductor layer, which improves the insulation of the conductor layers from each other and prevents leakage currents. The transition area between first and dielectric layer is very thin, typically less than 1 nm. The insulating properties of the dielectric Layer are improved. The inventive method is particularly suitable for structures with a high aspect ratio.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe Invention will become apparent from the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate

1 eine Schichtstruktur mit einem halbleitenden Substrat und einer ersten Schicht aus metallisch leitendem Material, 1 a layer structure having a semiconductive substrate and a first layer of metallically conductive material,

2 die Schichtstruktur der 1 nach teilweiser Oxydation der ersten Schicht und 2 the layer structure of 1 after partial oxidation of the first layer and

3 die Schichtstruktur der 2 mit der darauf abgeschiedenen zweiten Schicht aus metallisch leitendem Material. 3 the layer structure of 2 with the second layer of metallically conductive material deposited thereon.

Die Schichtstruktur der 1 besteht aus einem halbleitenden Substrat 2 wie z. B. Silizium. Dies kann beispielsweise die Seitenwand eines in einen Siliziumwafer geätzten Grabens sein. Auf der Substratoberfläche ist eine erste Schicht 4 aus einem metallisch leitenden Material, beispielsweise Hafniumnitrid oder Aluminium, abgeschieden. Diese Schicht hat bevorzugt eine sehr gleichmäßige Dicke, was sich durch ALD auch in tiefen Gräben erreichen lässt.The layer structure of 1 consists of a semiconductive substrate 2 such as B. silicon. This may, for example, be the sidewall of a trench etched into a silicon wafer. On the substrate surface is a first layer 4 of a metallically conductive material, such as hafnium nitride or aluminum deposited. This layer preferably has a very uniform thickness, which can be achieved by ALD in deep trenches.

In 2 ist die erste Schicht 4 teilweise in eine dielektrische Schicht 6 umgewandelt worden. Diese Umwandlung geht von der dem Substrat abgewandten Oberfläche 5 der ersten Schicht 4 aus. Beispielsweise kann Hafniumnitrid durch ein oxydierendes Verfahren in Hafniumdioxid oder Hafniumoxynitrid und Aluminium in Aluminiumoxid oder durch ein nitridierendes Verfahren in Aluminiumnitrid umgewandelt worden sein. Wie oben erwähnt, sind dabei die Verfahrensparameter bevorzugt so zu wählen, dass die dielektrische Schicht 6 möglichst homogen wird.In 2 is the first layer 4 partially in a dielectric layer 6 been converted. This transformation starts from the surface facing away from the substrate 5 the first layer 4 out. For example, hafnium nitride may have been converted to hafnium dioxide or hafnium oxynitride and aluminum to alumina by an oxidative process or to aluminum nitride by a nitriding process. As mentioned above, the process parameters are preferably to be selected such that the dielectric layer 6 as homogeneous as possible.

3 zeigt schließlich die fertige Schichtstruktur des Kondensators 10 nach Abscheidung der zweiten Schicht aus metallisch leitendem Material 8. Diese Schicht ist im Allgemeinen weniger kritisch und kann daher auch durch andere, einfachere Verfahren wie CVD aufgetragen werden. Wenn es sich um einen Grabenkondensator handelt, kann der verbleibende Hohlraum vollständig mit dem Material der Schicht 8 oder mit Polysilizium gefüllt werden. Der Hohlraum über der Schicht 8 kann aber auch offen bleiben und ggf. in weiteren Bearbeitungsschritten durch eine Abdeckung verschlossen werden. 3 finally shows the finished layer structure of the capacitor 10 after deposition of the second layer of metallically conductive material 8th , This layer is generally less critical and therefore can be applied by other simpler methods such as CVD. If it is a trench capacitor, the remaining cavity can be completely filled with the material of the layer 8th or filled with polysilicon. The cavity above the layer 8th But it can also remain open and possibly closed in further processing steps by a cover.

22
Substratsubstratum
44
erste Schichtfirst layer
55
Oberflächesurface
66
dielektrische Schichtdielectric layer
88th
zweite Schichtsecond layer
1010
Kondensatorcapacitor

Claims (13)

Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur mit Metall-Isolator-Übergängen, insbesondere für einen Kondensator, auf einem halbleitenden Substrat (2), umfassend die Schritte – Erzeugung einer ersten Schicht (4) aus metallisch leitendem Material auf dem Substrat (2), – Erzeugung einer dielektrischen Schicht (6), die auf der dem Substrat gegenüberliegenden Oberfläche (5) der ersten metallisch leitenden Schicht an diese angrenzt und – Erzeugung einer zweiten Schicht (8) aus halb- oder metallisch leitendem Material auf der dielektrischen Schicht (6), dadurch gekennzeichnet, dass vor der Erzeugung der zweiten Schicht (8) aus leitendem Material das metallisch leitende Material der ersten Schicht (4) zur Erzeugung der dielektrischen Schicht (6) von der dem Substrat gegenüberliegenden Oberfläche (5) ausgehend durch chemische Reaktion aus der Gasphase zumindest teilweise in ein dielektrisches Material umgewandelt wird.Process for producing a layer structure with metal-insulator junctions, in particular for a capacitor, on a semiconducting substrate ( 2 ), comprising the steps - production of a first layer ( 4 ) of metallically conductive material on the substrate ( 2 ), - production of a dielectric layer ( 6 ) located on the surface opposite the substrate ( 5 ) of the first metallically conductive layer adjoins the latter and - producing a second layer ( 8th ) of semi- or metallically conductive material on the dielectric layer ( 6 ), characterized in that prior to the generation of the second layer ( 8th ) of conductive material, the metallically conductive material of the first layer ( 4 ) for producing the dielectric layer ( 6 ) from the surface opposite the substrate ( 5 ) is at least partially converted into a dielectric material by chemical reaction from the gas phase. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtstruktur ein Graben- oder Stapelkondensator ist.Method according to claim 1, characterized in that that the layer structure is a trench or stacked capacitor. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aspektverhältnis größer als 0, bevorzugt 15 bis 120, ist.Method according to claim 1 or 2, characterized that the aspect ratio greater than 0, preferably 15 to 120, is. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der ersten Schicht aus metallisch leitendem Material durch atomlagenweise Abscheidung aus der Dampfphase (ALD) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the generation of the first layer of metallically conductive material atomic deposition from the vapor phase (ALD) takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht kontinuierlich abgeschieden und vor der zumindest teilweisen Umwandlung strukturiert wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the first layer is deposited continuously and in front of the at least partial transformation is structured. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Reaktion aus der Gasphase eine Oxydation ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the chemical reaction from the gas phase is an oxidation. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxydation mittels Ozon, molekularem oder radikalischem Sauerstoff, Hydroxylradikalen oder Distickstoffoxid durchgeführt wird.Method according to Claim 6, characterized that oxidation by ozone, molecular or radical Oxygen, hydroxyl radicals or nitrous oxide is performed. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das metallisch leitende Material der ersten Schicht aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Hafnium, Zirkonium, Titan, Tantal, Yttrium, den seltenen Erdmetallen mit der Ordnungszahl 57 bis 71 sowie deren Nitriden, soweit sie metallisch leitend sind, Hafniumnitrid, Zirkoniumnitrid, Titannitrid und Tantalnitrid besteht.Method according to claim 6 or 7, characterized that the metallic conductive material of the first layer of the Group selected made of aluminum, hafnium, zirconium, titanium, tantalum, yttrium, the rare earth metals with the atomic number 57 to 71 and their Nitrides, in so far as they are metallically conductive, hafnium nitride, zirconium nitride, Titanium nitride and tantalum nitride exists. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Reaktion aus der Gasphase eine Nitridierung ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the chemical reaction from the gas phase is a nitridation. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitridierung mittels Ammoniak, ra dikalischem Stickstoff oder Stickstoffmonoxid durchgeführt wird.Method according to claim 9, characterized in that that the nitridation by means of ammonia, ra dicalischem nitrogen or nitric oxide becomes. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das metallisch leitende Material der ersten Schicht Aluminium oder Hafnium ist.Method according to claim 7 or 8, characterized that the metallically conductive material of the first layer is aluminum or hafnium is. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (4) aus metallisch leitendem Material vor der teilweisen Umwandlung in ein dielektrisches Material eine Dicke von 5 bis 30 nm hat.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first layer ( 4 ) of metallic conductive material before partial conversion into a dielectric material has a thickness of 5 to 30 nm. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung der dielektrischen Schicht (6) 40 bis 60 % der ersten Schicht (4) aus metallisch leitendem Material in dielektrisches Material umgewandelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the production of the dielectric layer ( 6 ) 40 to 60% of the first layer ( 4 ) are converted from metallically conductive material into dielectric material.
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