DE60027401T2 - Radikal-unterstützte sequentielle gasphasenabscheidung - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der chemischen Gasphasenabscheidung und insbesondere neue Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten durch Atomschichtabscheidung.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen ist die Abscheidung von dünnen Schichten vieler reiner Materialien und Verbundmaterialien notwenig und viele Techniken sind entwickelt worden, um solche Abscheidungen zu erreichen. In den letzten Jahren ist die vorherrschende Technik zur Abscheidung von dünnen Schichten im Stand der Technik die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) gewesen, die nachweislich eine bessere Fähigkeit aufweist, gleichförmige gleichmäßige Beschichtungen bereitzustellen und in Wegen und über andere unebene Merkmale mit einem hohen Querschnittsverhältnis in der Halbleiterscheibentopologie relativ gleichmäßige Beschichtungen bereitzustellen. Da die Vorrichtungsdichte kontinuierlich gestiegen und die Geometrie immer komplizierter geworden ist, ist sogar die bessere gleichmäßige Beschichtung von CVD-Techniken herausgefordert worden und neue und bessere Techniken sind notwendig.
  • Der Ansatz einer Variante der CVD, nämlich die Atomschichtabscheidung, ist zur Verbesserung der Gleichförmigkeit und Gleichmäßigkeit berücksichtigt worden, insbesondere für eine Abscheidung bei niedrigen Temperaturen. Jedoch erfordert die praktische Umsetzung dieser Technologie eine Lösung im Hinblick auf eine höhere Reinheit und einen höheren Durchsatz. Dieses Patent richtet sich an diese Anforderungen.
  • ATOMSCHICHTABSCHEIDUNG
  • Auf dem Gebiet der CVD ist ein Verfahren, das als Atomschichtabscheidung (ALD) bekannt ist, als viel versprechender Kandidat entstanden, um die Fähigkeiten der CVD-Techniken zu erweitern, und wird von Herstellern von Halbleitergeräten schnell entwickelt, um die Eigenschaften der chemischen Dampfabscheidung weiter zu verbessern. Die ALD ist ein Verfahren, das ursprünglich Atomschichtepitaxie genannt wurde und für das Atomic Layer Epitaxy, herausgegeben von T. Suntola und M. Simpson und veröffentlicht im Jahre 1990 von Blackie, Glasgo und London, eine kompetente Referenz ist. Diese Veröffentlichung wird hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
  • Im Allgemeinen ist die ALD ein Verfahren, bei dem herkömmliche CVD-Verfahren in Schritte einzelner Schichtabscheidungen aufgeteilt werden, wobei jeder getrennte Abscheidungsschritt theoretisch bei einer einzigen molekularen oder atomaren Einzelschichtdicke gesättigt wird und sich selbst abschließt.
  • Die Abscheidung ist das Ergebnis von chemischen Reaktionen zwischen reaktionsfähigen molekularen Vorläufern und dem Substrat. Ähnlich wie bei der CVD werden Elemente, welche die Schicht zusammensetzen, als molekulare Vorläufer geliefert. Die Nettoreaktion muss die reine gewünschte Schicht abscheiden und die „zusätzlichen" Atome, welche die molekularen Vorläufer (Liganden) bilden, beseitigen. Bei der CVD werden die molekularen Vorläufer gleichzeitig in den CVD-Reaktor gefördert. Ein Substrat wird bei einer Temperatur gehalten, die optimiert ist, um die chemische Reaktion zwischen den molekularen Vorläufern gleichzeitig mit der effizienten Desorption von Nebenprodukten zu fördern. Dementsprechend scheidet die Reaktion die gewünschte reine Schicht ab.
  • Bei ALD-Anwendungen werden die molekularen Vorläufer in den ALD-Reaktor getrennt eingeführt. Dies wird in die Praxis umgesetzt, indem jeweils ein Vorläufer eingeleitet wird, das heißt, ein Metallvorläufer -MLx (M = Al, W, Ta, Si usw.), der ein Metallelement -M enthält, das an atomare oder molekulare Liganden -L gebunden ist, um ein flüchtiges Molekül zu erzeugen. Nach der Metallvorläuferreaktion folgt in der Regel das Ausspülen mit Inertgas, um diesen Vorläufer vor der getrennten Einführung des anderen Vorläufers aus der Kammer zu entfernen. Eine ALD-Reaktion findet nur dann statt, wenn die Oberfläche dafür vorbereitet ist, direkt mit dem molekularen Vorläufer zu reagieren. Dementsprechend wird die Oberfläche in der Regel dahingehend vorbereitet, wasserstoffhaltige Liganden -AH aufzuweisen, die mit dem Metallvorläufer reagieren können. Oberflächen-Molekül-Reaktionen können mit all den Liganden auf der Oberfläche reagieren und eine einzelne Schicht des Metalls mit seinem passivierenden Ligand: Substrat-AH + MLx → Substrat-AMLy + HL abscheiden, wobei HL das Nebenprodukt der Austauschreaktion ist. Während der Reaktion werden die anfänglichen Oberflächenliganden -AH verbraucht und die Oberfläche wird mit L-Liganden bedeckt, die nicht weiter mit dem Metallvorläufer -MLx reagieren können. Aus diesem Grund sättigt sich die Reaktion selbst, wenn alle anfänglichen Liganden durch die -MLy-Spezies ersetzt werden.
  • Nach Vollendung der Metallvorläuferreaktion wird der überschüssige Vorläufer in der Regel aus dem Reaktor entfernt, bevor ein anderer Vorläufer eingeführt wird. Die zweite Vorläuferart wird benutzt, um die Oberflächenreaktionsfähigkeit zu dem Metallvorläufer wiederherzustellen, das heißt, die L-Liganden zu beseitigen und die AH-Liganden erneut abzuscheiden.
  • Die meisten ALD-Verfahren sind angewendet worden, um Verbundschichten abzuscheiden. In diesem Fall ist der zweite Vorläufer aus einem gewünschten (gewöhnlich nichtmetallischen) Element -A (das heißt, O, N, S) und Wasserstoff zusammengesetzt, der zum Beispiel H2O, NH3 oder H2S benutzt. Die Reaktion: -ML + AL2 → -M-AH + HL (der Einfachheit halber sind die chemischen Reaktionen nicht ausgeglichen) wandelt die Oberfläche in eine AH-bedeckte Oberfläche zurück. Das gewünschte zusätzliche Element -A wird abgeschieden und die Reaktion verbraucht die reaktionsfähigen Orte (dieses Mal die L-abgeschlossenen Orte) und sättigt sich selbst, wenn die reaktionsfähigen Orte vollkommen erschöpft sind.
  • Die Abfolge von Oberflächenreaktionen, welche die Oberfläche zu dem Ausgangspunkt wiederherstellt, wird ALD-Abscheidungszyklus genannt. Die Wiederherstellung zu der Ausgangsoberfläche ist der Hauptgedanke der ALD. Er impliziert, dass Schichten in gleichen gemessenen Abfolgen abgetragen werden können, die im Hinblick auf die chemische Kinetik, Abscheidung pro Zyklus, Zusammensetzung und Dicke identisch sind. Selbstsättigende Oberflächenreaktionen machen die ALD für die Nichtgleichförmigkeit des Transports entweder aufgrund der Strömungsverfahrenstechnik oder Oberflächentopografie (das heißt, Abscheidung in Strukturen mit einem hohen Querschnittsverhältnis) unempfindlich. Ein nicht gleichförmiger Fluss kann nur in unterschiedlichen Bereichen zu einer unterschiedlichen Vollendungszeit führen. Wenn jedoch ermöglicht wird, dass jede der Reaktionen auf dem gesamten Bereich vollendet wird, zieht die unterschiedliche Vollendungskinetik keine Nachteile nach sich.
  • Wie es oft bei der Verfahrensentwicklung der Fall ist, erfüllen die anfangs versprochenen Vorteile einer neuen Technik letztendlich nicht ihr volles anfängliches Versprechen. Leider weist die ALD ein ernsthaftes grundlegendes Problem auf. Anders als bei CVD-Reaktionen, die sich in einem kontinuierlichen stabilen Zustand befinden, folgen die ALD-Reaktionen der Kinetik einer Molekül-Oberflächen-Interaktion.
  • Die Kinetik von Molekül-Oberflächen-Reaktionen hängt von der einzelnen Reaktionsgeschwindigkeit zwischen einem molekularen Vorläufer und einem reaktionsfähigen Oberflächenort und der Anzahl verfügbarer reaktionsfähiger Orte ab. Wenn die Reaktion vollendet wird, wird die Oberfläche von einer reaktionsfähigen in eine nicht reaktionsfähige Oberfläche umgewandelt. Folglich verlangsamt sich die Reaktionsgeschwindigkeit während der Abscheidung. Im einfachsten Fall ist die Geschwindigkeit dN/dt proportional zu der Anzahl der reaktionsfähigen Orte dN/dt = –kN, wobei N die Anzahl der reaktionsfähigen Orte und k die Reaktionsgeschwindigkeit (eines einzigen Ortes) ist. Auf das Eliminieren der reaktionsfähigen Orte (oder Wachsen der schon zur Reaktion gebrachten Orte) folgt eine exponentielle Zeitabhängigkeit kN(t) = kN0exp(–kt). Diese grundlegende Eigenschaft der Molekül-Oberflächen-Kinetik wurde nach dem bedeutenden Wissenschaftler Langmuir benannt, der im Stand der Technik recht gut bekannt ist.
  • Die Auslegung der Einschränkungen der Langmuir-Kinetik stellt einen schwerwiegenden Nachteil der ALD und eine ernsthafte Abweichung von dem idealen Bild dar. Dementsprechend schließen sich die selbstabschließenden Reaktionen niemals wirklich selbst ab (sie würden unendlich viel Zeit benötigen, da die Geschwindigkeit exponentiell sinkt). Dies bedeutet, dass die Oberfläche unter praktischen Bedingungen nach einem Abscheidungszyklus niemals vollständig zur Reaktion gebracht wird. Wenn die Oberfläche nicht vollständig zur Reaktion gebracht wird, bleiben unerwünschte Elemente in der Schicht zurück. Wenn zum Beispiel die MLx-Reaktion die Oberflächen-AH-Orte nicht vollkommen verbrauchen kann, weist die Schicht eine H-Aufnahme auf. Wenn die AHy-Reaktion nicht bis zur Vollendung ausgeführt wird, ist gleichermaßen eine unerwünschte L-Aufnahme unvermeidbar. Die Qualität der Schicht hängt eindeutig von dem Grad der Verunreinigung ab. Der Durchsatz-Qualitäts-Kompromiss ist besonders besorgniserregend, da er einen exponentiellen Durchsatzabzug aufweist, um eine Reduzierung der Verunreinigungsgrade zu erreichen.
  • Bei der herkömmlichen Atomschichtabscheidung muss ein niedriger Durchsatz akzeptiert werden, um eine Schicht von hoher Reinheit zu erhalten, oder Schichten von geringerer Reinheit akzeptieren, um einen höheren Durchsatz zu erhalten. Es wird eindeutig eine Vorrichtung und Verfahren benötigt, welche nicht nur die Langmuir-Einschränkungen überwinden, sondern auch gleichzeitig Schichten mit einer höherer Reinheit bereitstellen als derjenigen, die in Verfahren des Standes der Technik verfügbar war. Solch eine Vorrichtung und solche Verfahren werden in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, die nachstehend ausführlich beschrieben werden.
  • WO-A-96/17107 offenbart ein Verfahren zur Atomschichtabscheidung, das die Schritte Bilden einer Schicht eines Reaktionspartners, der TiCl4, Trimethylaluminium, ZnCl2 oder andere Metallchloride sein kann, Ausspülen mit Inertgas und danach Reagieren der Schicht mit einer Radikalspezies umfasst.
  • Shin Yoko et al.: „Atomic layer controlled deposition of silicon nitride and in situ growth observation by infrared reflection absorption spectroscopy", Applied Surface Science, Band 112, März 1997 (1997-03), S. 75–81, XP002294371, offenbart eine Vorrichtung mit einer Quelle von Radikalen als zweite Reaktionspartnerquelle.
  • Die vorliegende Erfindung stellt in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Abscheiden eines Metalloxids auf einer Substratoberfläche in einer Beschichtungskammer bereit, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Abscheiden einer einzelnen Metallschicht auf der Substratoberfläche, indem man ein das Metall enthaltendes molekulares Metallvorläufergas oder einen molekularen Metallvorläuferdampf über eine Oberfläche des Substrats fließen lässt, wobei die Oberfläche mit einer ersten reaktiven Spezies gesättigt ist, mit welcher der Vorläufer unter Abscheidung des Metalls und Bildung eines Reaktionsprodukts reagiert und eine Metalloberfläche zurücklässt, die mit Liganden von dem Metallvorläufer bedeckt und daher nicht mehr mit dem Vorläufer reaktionsfähig ist; (b) Beenden der Vorläufergas- oder -dampfströmung; (c) Ausspülen des Vorläufers mit Inertgas; (d) Einleiten einer ersten Radikalspezies in die Kammer und über die Oberfläche, wobei die Radikalspezies äußerst reaktionsfähig mit dem Reaktionsprodukt ist und sich mit dem Reaktionsprodukt verbindet, um eine flüchtige Spezies zu erzeugen und die Oberfläche mit der ersten Radikalspezies zu sättigen; (e) Einleiten von Sauerstoffradikalen in die Kammer zur Bindung mit der im Schritt (a) abgeschiedenen monomolekularen Metallschicht und zur Bildung eines Metalloxids; (f) Einleiten einer dritten Radikalspezies in die Kammer, welche die Oberfläche in Vorbereitung für einen nächsten Metallabscheidungsschritt mit der ersten reaktiven Spezies abschließt; und (g) Wiederholen der Schritte der Reihe nach, bis eine Verbundschicht der gewünschten Dicke entsteht.
  • Die erste und die dritte Radikalspezies kann beide atomarer Wasserstoff sein und die Metalloberfläche in Schritt (f) kann mit einer Hydroxylspezies abgeschlossen werden, die mit dem Metallvorläufer reaktionsfähig ist, um das Metall abzuscheiden.
  • Die Schritte (e) und (f) können mit atomarem Sauerstoff und Wasserstoff wiederholt werden, um die Schichtqualität zu verbessern.
  • Die schritte (e) und (f) können zu einem Schritt kombiniert werden, wobei die Oberfläche gleichzeitig mit Wasserstoff- und Sauerstoffatomen zur Reaktion gebracht wird.
  • Der Metallvorläufer kann Tantalpentachlorid sein und die Schicht ist Tantalpentoxid, oder der Metallvorläufer ist Trimethylaluminium oder Aluminiumtrichlorid und die Schicht Aluminiumoxid, oder der Metallvorläufer ist Titantetrachlorid oder Titantetraiodid und die Schicht ist Titanoxid, oder der Metallvorläufer ist Niobiumpentachlorid und die Schicht ist Niobiumpentoxid, oder der Metallvorläufer ist Zirconiumtetrachlorid und die Schicht ist Zirconiumoxid, oder der Metallvorläufer ist Hafniumtetrachlorid und die Schicht ist Hafniumoxid, oder der Metallvorläufer ist Zinkdichlorid und die Schicht ist Zinkoxid, oder der Metallvorläufer ist Molybdänhexafluorid oder Molybdänpentachlorid und die Schicht ist Molybdänoxid, oder der Metallvorläufer ist Mangandichlorid und die Schicht ist Manganoxid, oder der Metallvorläufer ist Zinntetrachlorid und die Schicht ist Zinnoxid, oder der Metallvorläufer ist Indiumtrichlorid oder Trimethylindium und die Schicht ist Indiumoxid, oder der Metallvorläufer ist Wolframhexafluorid und die Schicht ist Wolframoxid, oder der Metallvorläufer ist Siliciumtetrachlorid und die Schicht ist Siliciumdioxid.
  • die erste Radikalspezies kann atomarer Wasserstoff sein und die Schritte (e) und (f) können mit Verwendung von OH-Radikalen zu einem Schritt vereinigt werden und die Metalloberfläche wird in Schritt (f) mit einer Hydroxylspezies abgeschlossen, die mit dem Metallvorläufer reaktionsfähig ist, um das Metall abzuscheiden.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung stellt die Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden eines Metallnitrids auf einer Substratoberfläche in einer Beschichtungskammer bereit, mit den folgenden Schritten: (a) Abscheiden einer einzelnen Metallschicht auf der Substratoberfläche, indem man ein das Metall enthaltendes Metallvorläufergas oder einen Metallvorläuferdampf über eine Oberfläche des Substrats fließen lässt, wobei die Oberfläche mit einer ersten reaktiven Spezies gesättigt ist, mit welcher der Vorläufer unter Abscheidung des Metalls und Bildung eines Reaktionsprodukts reagiert und eine Metalloberfläche zurücklässt, die mit Liganden von dem Metallvorläufer bedeckt und daher nicht mehr mit dem Vorläufer reaktionsfähig ist; (b) Beenden der Vorläufergas- oder -dampfströmung; (c) Ausspülen des Vorläufers mit Inertgas; (d) Einleiten einer ersten Radikalspezies in die Kammer und über die Oberfläche, wobei die Radikalspezies äußerst reaktionsfähig mit den Oberflächenliganden der Metallvorläuferschicht ist und die Liganden als Reaktionsprodukt beseitigt und außerdem die Oberfläche sättigt; (e) Einleiten von Stickstoffradikalen in die Kammer zur Bindung mit der im Schritt (a) abgeschiedenen einzelnen Metallschicht und zur Bildung eines Metallnitrids; (f) Einleiten einer dritten Radikalspezies in die Kammer, welche die Oberfläche in Vorbereitung für einen nächsten Metallabscheidungsschritt mit der ersten reaktiven Spezies abschließt; und (g) Wiederholen der Schritte der Reihe nach, bis eine Verbundschicht der gewünschten Dicke entsteht.
  • Die erste und die dritte atomare Radikalspezies können beide atomarer Wasserstoff sein und die Metalloberfläche in Schritt (f) kann mit einer Aminspezies abgeschlossen werden, die mit dem Metallvorläufer reaktionsfähig ist, um das Metall abzuscheiden.
  • Die Schritte (e) und (f) können zu einem Schritt kombiniert werden, wobei die Oberfläche gleichzeitig mit Wasserstoff- und Stickstoffatomen zur Reaktion gebracht wird.
  • Der Metallvorläufer kann Wolframhexafluorid und die Schicht Wolframnitrid sein.
  • Der Metallvorläufer kann Tantalpentachlorid und die Schicht Tantalnitrid sein, oder der Metallvorläufer kann Aluminiumtrichlorid oder Trimethylaluminium und die Schicht Aluminiumnitrid sein, oder der Metallvorläufer kann Titantetrachlorid und die Schicht Titannitrid sein, oder der Metallvorläufer kann Siliciumtetrachlorid oder Dichlorsilan und die Schicht Siliciumnitrid sein, oder der Metallvorläufer ist Trimethylgallium und die Schicht Galliumnitrid.
  • Die erste Radikalspezies kann atomarer Wasserstoff sein und die Schritte (e) und (f) können mit Verwendung von NH- und NH2-Radikalen vereinigt werden und die Metalloberfläche in Schritt (f) kann mit einer Aminspezies abgeschlossen werden, die mit dem Metallvorläufer reaktionsfähig ist, um das Metall abzuscheiden.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden einer Verbundschicht auf einer Substratoberfläche in einer Beschichtungskammer bereit, mit den folgenden Schritten: (a) Abscheiden einer einzelnen Metallschicht auf der Substratoberfläche, indem man ein das Metall enthaltendes molekulares Metallvorläufergas oder einen molekularen Metallvorläuferdampf über eine Oberfläche des Substrats fließen lässt, wobei die Oberfläche mit einer ersten reaktiven Spezies gesättigt ist, mit welcher der Vorläufer unter Abscheidung des Metalls und Bildung eines Reaktionsprodukts reagiert und eine Metalloberfläche zurücklässt, die mit Liganden von dem Metallvorläufer bedeckt und daher nicht mehr mit dem Vorläufer reaktionsfähig ist; (b) Beenden der Vorläufergas- oder -dampfströmung; (c) Ausspülen des Vorläufers mit Inertgas; (d) Einleiten einer ersten Radikalspezies in die Kammer und über die Oberfläche, wobei die Radikalspezies äußerst reaktionsfähig mit dem Reaktionsprodukt ist und sich mit dem Reaktionsprodukt verbindet, um eine flüchtige Spezies zu erzeugen und die Oberfläche mit der ersten Radikalspezies zu sättigen; (e) Einleiten einer nichtmetallischen Radikalspezies in die Kammer zur Bindung mit der im Schritt (a) abgeschiedenen einzelnen Metallschicht und zur Bildung einer Metallverbundschicht; (f) Einleiten einer dritten Radikalspezies in die Kammer, welche die Oberfläche in Vorbereitung für einen nächsten Metallabscheidungsschritt mit der ersten reaktiven Spezies abschließt; und (g) Wiederholen der Schritte der Reihe nach, bis eine Verbundschicht der gewünschten Dicke entsteht.
  • Die erste und die dritte Radikalspezies können beide atomarer Wasserstoff sein und die Metalloberfläche in Schritt (f) kann mit einer Hydridspezies des nichtmetallischen Elements abgeschlossen werden, die mit dem Metallvorläufer reaktionsfähig ist, um das Metall abzuscheiden.
  • Die Schritte (e) und (f) mit atomarem Nichtmetall und Wasserstoff können wiederholt werden, um die Schichtqualität zu verbessern.
  • Die Schritte (e) und (f) können zu einem Schritt kombiniert werden, wobei die Oberfläche gleichzeitig mit Wasserstoff- und Nichtmetallatomen zur Reaktion gebracht wird.
  • Der Metallvorläufer kann Molybdänhexafluorid oder Molybdänpentachlorid sein, das nichtmetallische Element kann Schwefel und die Schicht Molybdändisulfid sein.
  • Der Metallvorläufer kann Zinkdichlorid sein, das nichtmetallische Element kann Schwefel und die Schicht Zinksulfid sein.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein verallgemeinertes Diagramm eines Reaktors und einer damit in Verbindung stehenden Vorrichtung zum Umsetzen eines radikal-unterstützten sequentiellen CVD-Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Schrittdiagramm, das die wesentlichen Schritte eines Verfahrens der Atomschichtabscheidung darstellt.
  • 3 ist ein Schrittdiagramm, das die Schritte in einem radikal-unterstützten CVD-Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Der Erfinder hat eine verbesserte Variation der ALD entwickelt, welche die herkömmlichen Schritte der ALD zur Herstellung einer Oberfläche verändert und die Probleme der herkömmlichen ALD überwindet, wodurch ein hoher Durchsatz ohne Beeinträchtigung der Qualität erzeugt wird. Der Erfinder nennt das neue und einzigartige Verfahren radikal-unterstützte sequentielle Gasphasenabscheidung (RAS-CVD).
  • 1 ist ein verallgemeinertes Diagramm eines Systems 11 zum Umsetzen der RAS-CVD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem beispielhaften System weist eine Beschichtungskammer 13 einen beheizbaren Herd zum Stützen und Erwärmen eines zu beschichtenden Substrats 19 und eine Gasverteilungsvorrichtung wie einen Duschkopf 15 zum Liefern der gasförmigen Spezies zu der zu beschichtenden Substratoberfläche auf. Die Substrate werden durch ein Ventil 21 und eine nicht dargestellte Substrathandhabungsvorrichtung in die Kammer 13 eingeführt und daraus entfernt. Gase werden von einer Gaslieferungs- und Gaseinführvorrichtung 23 zugeführt, welche eine Mess- und Ventilvorrichtung zum sequentiellen Bereitstellen von gasförmigen Materialien bereitstellt. Eine optionale Behandlungsvorrichtung 25 wird zum Erzeugen von Gasradikalen aus Gasen bereitgestellt, die von der Vorrichtung 23 geliefert werden.
  • Der Ausdruck Radikale ist im Stand der Technik gut bekannt und verständlich, wird hier jedoch zur Vermeidung von Verwechselungen erneut beschrieben. Ein Radikal ist eine instabile Spezies. Zum Beispiel ist Sauerstoff in diatomarer Form stabil und liegt in dieser Form hauptsächlich in der Natur vor. Es kann jedoch bewirkt werden, dass diatomarer Sauerstoff in eine monoatomare Form aufgespaltet wird oder mit einem anderen Atom kombiniert wird, um Ozon, ein Molekül mit drei Atomen zu erzeugen. Sowohl monoatomarer Sauerstoff als auch Ozon sind Radikal-Formen von Sauerstoff und reaktionsfähiger als diatomarer Sauerstoff. In vielen Fällen in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die erzeugten und verwendeten Radikale Formen verschiedener Gase mit einem einzigen Atom wie Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff, obwohl die Erfindung nicht genau auf die monoatomaren Gase beschränkt ist.
  • 2 ist ein Schrittdiagramm eines herkömmlichen Verfahrens der Atomschichtabscheidung und wird hier als Kontrast und Kontext für die vorliegende Erfindung vorgestellt. Wie in 2 dargestellt, wird bei der herkömmlichen ALD in Schritt 31 ein erster molekularer Vorläufer in eine Reaktorkammer eingeleitet und reagiert mit der Oberfläche, um (theoretisch) eine einzelne Schicht eines gewünschten Materials zu erzeugen. In diesen Verfahren ist der Vorläufer oft ein Metall enthaltendes Gas und das abgeschiedene Material ist das Metall, zum Beispiel Tantal aus TaCl5.
  • In Schritt 33 in dem herkömmlichen Verfahren wird ein Inertgas in die Reaktorkammer eingeleitet, um den überschüssigen ersten Vorläufer aus der Kammer zu spülen.
  • In Schritt 35 in dem herkömmlichen Verfahren wird ein zweiter, in der Regel nichtmetallischer Vorläufer in den Reaktor eingeführt. Der Hauptzweck dieses zweiten Vorläufers ist die Rückkonditionierung der Substratfläche zur Reaktionsfähigkeit mit dem ersten Vorläufer. In vielen Fällen stellt der zweite Vorläufer ein Material aus dem molekularen Gas bereit, das mit dem Metall an der Oberfläche kombiniert werden soll, wobei Verbindungen wie ein Oxid oder ein Nitrid mit dem frisch abgeschiedenen Metall gebildet werden.
  • Bei Schritt 37 wird die Reaktorkammer wieder ausgespült, um den Überschuss des zweiten Vorläufers zu entfernen, und danach wird Schritt 31 wiederholt. Der Zyklus wird so oft wie notwendig wiederholt, um eine gewünschte Schicht zu bilden.
  • 3 ist ein Schrittdiagramm, welches die Schritte in einem radikal-unterstützten CVD-Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In dem einzigartigen Verfahren, das in 3 dargestellt ist, sind die ersten Schritte, Schritt 41 und 43, die gleichen wie in dem herkömmlichen Verfahren. Ein erster Vorläufer wird in Schritt 41 eingeleitet, um mit der Substratoberfläche zu reagieren, welche eine einzelne Abscheidungsschicht bildet, und die Kammer wird in Schritt 43 ausgespült. Der nächste Schritt ist einzigartig. In Schritt 45 werden eine einzige oder viele Radikalspezies über die Substratoberfläche eingeleitet, um für die Oberfläche wahlweise ein zweites Material bereitzustellen und die Oberfläche im Hinblick auf die Reaktionsfähigkeit mit dem ersten molekularen Vorläufer in einem nachfolgenden Schritt zu konditionieren. Danach wird Schritt 41 wiederholt. Eine zweite Ausspülung ist nicht notwendig und der Zyklus wird so oft wie notwendig wiederholt, um die gewünschte Schicht zu erreichen.
  • Schritt 45 kann ein einziger Schritt sein, der eine einzige Radikalspezies betrifft. Zum Beispiel kann der erste Vorläufer ein Metall wie in W aus WF6 abscheiden und die Radikalspezies in Schritt 45 kann atomarer Wasserstoff sein. Der atomare Wasserstoff neutralisiert sämtliche F-Reste sehr schnell und effektiv zu HF und schließt die Oberfläche mit atomarem Wasserstoff ab, wodurch die reaktionsfähige Oberfläche für die nächste Einleitung von WF6 bereitgestellt wird.
  • In vielen Fällen ist Schritt 45 ein verbundener Schritt, der Unterschritte umfasst, die unterschiedliche Radikalspezies betreffen. Ein gutes Beispiel ist eine Abfolge von atomarem Wasserstoff, gefolgt von atomarem Sauerstoff, wiederum gefolgt von atomarem Wasserstoff. Der erste Schritt mit Wasserstoff neutralisiert Cl oder andere restliche Liganden, der atomare Sauerstoff stellt ein Oxid des frisch abgeschiedenen Metalls bereit und der zweite atomare Wasserstoff schließt die Oberfläche mit (OH) als Vorbereitung für den nächsten Metallvorläuferschritt ab.
  • Es gibt eine große Vielfalt von Materialien und Kombinationen in Schritt 45 und viele davon werden nachstehend zusammen mit einer vollständigeren Erläuterung der Verfahrenschemie näher offenbart.
  • Bei der RAS-CVD werden nach der Metallvorläuferreaktion stark reaktionsfähige Radikalspezies eingeführt, um mit Produkten der Metallvorläuferreaktion schnell zu reagieren und die Oberfläche für die nächste Metallvorläuferreaktion vorzubereiten. Radikalspezies sind, wie oben einleitend erwähnt, reaktionsfähige Atome oder molekulare Fragmente, die chemisch instabil und folglich äußerst reaktionsfähig sind. Außerdem chemisorbieren Radikale auf solchen Oberflächen mit einer praktisch 100%igen Effizienz. Radikale können auf zahlreiche Arten und Weisen erzeugt werden und die Plasmaerzeugung hat sich als ein effizientes und kompatibles Herstellungsmittel erwiesen.
  • RAS-CVD-Verfahren benutzen nur einen einzigen molekularen Vorläufer, in vielen Fällen einen Metallvorläufer. Die Oberflächenvorbereitung sowie die Abscheidung von nichtmetallischen Elementen werden durch Atom-Oberflächen-Reaktionen erreicht. Nach der Metallvorläuferreaktion wird die -ML-abgeschlossene Oberfläche mit Wasserstoffatomen zur Reaktion gebracht, um die Oberfläche in -MH umzuwandeln und das HL-Nebenprodukt zu eliminieren. Im Gegensatz zu Molekül-Oberflächen-Reaktionen hängen Atom-Oberflächen-Reaktionen nicht von der Zahlendichte der reaktionsfähigen Orte ab. Die meisten Atome (außer bei Edelgasen) haften in einem nicht umkehrbaren Verfahren sehr effizient an Oberflächen, da die atomare Desorption gewöhnlich nachteilig ist. Die Atome sind sehr beweglich an nicht reaktionsfähigen Orten und sehr reaktionsfähig an reaktionsfähigen Orten. Folglich weisen Atom-Oberflächen-Reaktionen eine lineare Aussetzungsabhängigkeit sowie hohe Geschwindigkeiten auf.
  • Die -MH-Oberfläche kann mit A-Atomen zur Reaktion gebracht werden, um eine -M-A-Oberfläche zu erhalten. In diesem Fall können einige der H-Liganden als AHy eliminiert werden. Zum Beispiel kann die -MH-Oberfläche mit Sauerstoffatomen zur Reaktion gebracht werden, um eine Oxidverbindung abzuscheiden. Als Alternative kann die -MH-Oberfläche zur gesteuerten Atomschichtabscheidung von M-Metallschichten wieder mit MLx zur Reaktion gebracht werden. Für die Abscheidung von Nitridverbundschichten ist A atomarer Stickstoff. Die Oberfläche nach der atomaren A-Reaktion wird mit A- und AH abgeschlossen. An diesem Punkt wandelt eine zusätzliche atomare Reaktion mit Wasserstoff die Oberfläche in die gewünschten AH-Liganden um, die im Hinblick auf den Metallvorläufer reaktionsfähig sind. Als Alternative kann die MH-Oberfläche mit einer Mischung von A- und H-Atomen zur Reaktion gebracht werden, um die Oberfläche in eine -AH-abgeschlossene Oberfläche mit einem Schritt weniger umzuwandeln. Alle oben beschriebenen Reaktionen sind Radikal-Oberflächen-Reaktionen, die schnell und effizient sind und linear von der Aussetzung abhängen. Außerdem führt die Wasserstoffendreaktion zu einer vollständigen Wiederherstellung zu der Ausgangsoberfläche ohne jegliche Aufnahme von Verunreinigungen.
  • Ein weiterer Nutzen im Hinblick auf den Durchsatz der RAS-CVD besteht darin, dass nach dem Metallvorläuferschritt ein einziger Ausspülschritt benötigt wird und nicht die zwei Ausspülschritte in dem herkömmlichen Verfahren. Die meisten Forscher nehmen an, dass der Ausspülschritt der bedeutendste Schritt im Hinblick auf die Beeinträchtigung des Durchsatzes in den ALD-Verfahren ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die RAS-CVD eine längere Systembetriebszeit und eine reduzierte Wartung verspricht. Der Grund hierfür liegt darin, dass atomare Spezies an Aluminiumwänden des Abscheidungsmoduls effizient abgeschreckt werden können. Die stromabwärts verlaufende Abscheidung auf der Kammer und Pumpenleitungen werden daher praktisch beseitigt. Die RAS-CVD beseitigt die Verwendung von H2O und NH3, die gewöhnlich für die Abscheidung (jeweils) von Oxiden und Nitriden im Stand der Technik angewendet werden. Es ist allgemein bekannt, dass diese Vorläufer die Wartung und Ausfallzeit von Vakuumsystemen erhöhen.
  • Gemäß dem oben Erwähnten umfasst ein typischer RAS-CVD-Zyklus für eine Metalloxidschicht die folgenden Schritte:
    • 1. Metallvorläuferreaktion mit -OH- (Hydroxyl-) abgeschlossener Oberfläche zum Binden von -O-MLy und Beseitigen von Wasserstoff durch HL-Desorption. Die Oberfläche wird mit L-Liganden bedeckt, das heißt, bei TaCl5 wird die Oberfläche mit Cl-Atomen bedeckt.
    • 2. Ausspülen mit Inertgas, um überschüssigen Metallvorläufer zu entfernen.
    • 3. Schritt mit atomarem Wasserstoff – beseitigt die Liganden L durch HL-Desorption und schließt die Oberfläche mit Wasserstoff ab.
    • 4. Schritt mit atomarem Sauerstoff- reagiert mit einer einzelnen Metallschicht, um Oxid zu bilden. Wieder atomarer Wasserstoff, um eine hydroxyl-gesättigte Oberfläche für den nächsten Metallvorläuferschritt zurückzulassen.
  • An diesem Punkt kann die Qualität der Oxidschichten (das heißt, Isoliereigenschaften, dielektrische Stärke, Ladungseintrag) durch vielmaliges Ausführen der Schritte 4 und 5 verbessert werden. Zum Beispiel kann eine Al2O3-RAS-CVD aus Trimethylaluminium- Al(CH3)3, Wasserstoff- und Sauerstoffaussetzungen durchgeführt werden. Al(CH3)3, das mit der -OH-abgeschlossenen Oberfläche reagiert, scheidet -OAl(CH3)x in Übereinstimmung mit der Desorption von Methan (CH4) ab. Die -OAl(CH3)x (x = 1,2)-Oberfläche wird mit H-Atomen behandelt, um eine Zahl x von Methanmolekülen zu beseitigen und die Oberfläche mit -OAlH abzuschließen. Diese Oberfläche wird nach der aufeinander folgenden (oder gleichlaufenden) Reaktion mit O-Atomen und H-Atomen -OAl-OH-abgeschlossen, was dem Wiederherstellungszustand entspricht. An diesem Punkt kann das RAS-CVD-Verfahren durch Anwenden einer anderen Al(CH3)3-Reaktion fortfahren. Als Alternative kann die -OAl-OH-Oberfläche anderen Zyklen von O- und H-Atomen ausgesetzt werden. Bei einer Temperatur über 100 °C tauscht das Verfahren OH-Gruppen und Al-O-Al-Brückenorte aus und die resultierende -OAl-OH-Oberfläche wird thermodynamisch vorteilhafter als die Ausgangsoberfläche, da das Verfahren die angespannteren (Al-O-)n- Ringstrukturen beseitigt sowie Defekte und zerbrochene Bindungen wegtitriert. Da die atomaren Reaktionen recht schnell sind, wird nicht erwartet, dass diese Qualitätsverbesserungen ein größeres Durchsatzproblem darstellen. In der Tat kann eine außerordentliche Qualität durch mehrmaliges Anwenden der O-, H-Zyklen erreicht werden. Nach einer gegebenen Anzahl von atomaren O-, H-Reaktionen fährt die Sequenz mit der nächsten Al(CH3)3-Reaktion fort.
    • 6. Wiederholen der Schritt ab 1.
  • Bei Metallnitriden wird atomarer Stickstoff mit Sauerstoff substituiert. Für reine Metallabscheidungen kann der Schritt mit Sauerstoff/Stickstoff durch einen einzigen Schritt mit atomarem Wasserstoff ersetzt werden, wie für Wolframschichten. Die wasserstoff-gesättigte Oberfläche nach dem ersten Schritt mit atomarem Wasserstoff ist mit WF6 reaktionsfähig, um das reine Metall herzustellen.
  • Die generische Wesensart der RAS-CVD ist für vielschichtige Kombinationsschichten unterschiedlicher Oxide, unterschiedlicher Nitride, Oxide mit Nitriden, unterschiedlicher Metalle und Metalle mit Verbundschichten vorteilhaft.
  • In einem anderen einzigartigen Verfahren, das für Sperrschichten nützlich ist, kann das WN-Verfahren mit dem reinen W-Verfahren kombiniert werden, um abwechselnde W- und WN-Schichten in einer Vielfalt von Schemata zu erzeugen, um die Polykristallisation zu unterdrücken und die Widerstandsfähigkeit der Sperrschicht zu reduzieren. Andere Eigenschaften wie die Elektromigration können durch eine Fähigkeit zur Bereitstellung einer abgestuften WN-Schicht mit reduziertem Stickstoffgehalt an der Kupfergrenzfläche für solche Anwendungen gesteuert werden.
  • In Ausführungsformen der Erfindung kann eine große Vielfalt von Verfahrenschemien umgesetzt werden, die ein breites Spektrum von Endschichten bereitstellen. Im Bereich der reinen Metalle wird zum Beispiel die folgende Teilliste, jedoch nicht einschränkende Liste bereitgestellt:
    • 1. Wolfram aus Wolframhexafluorid.
    • 2. Tantal aus Tantalpentachlorid.
    • 3. Aluminium aus Aluminiumtrichlorid oder Trimethylaluminium.
    • 4. Titan aus Titantetrachlorid oder Titantetraiodid.
    • 5. Molybdän aus Molybdänhexafluorid.
    • 6. Zink aus Zinkdichlorid.
    • 7. Hafnium aus Hafniumtetrachlorid.
    • 8. Niobium aus Niobiumpentachlorid.
    • 9. Kupfer aus Cu3Cl3.
  • Im Bereich der Oxide wird die folgende Teilliste, jedoch nicht einschränkende List bereitgestellt:
    • 1. Tantalpentoxid aus Tantalpentachlorid.
    • 2. Aluminiumoxid aus Trimethylaluminium oder Aluminiumtrichlorid.
    • 3. Titanoxid aus Titantetrachlorid oder Titantetraiodid.
    • 4. Niobiumpentoxid aus Niobiumpentachlorid.
    • 5. Zirconiumoxid aus Zirconiumtetrachlorid.
    • 6. Hafniumoxid aus Hafniumtetrachlorid.
    • 7. Zinkoxid aus Zinkdichlorid.
    • 8. Molybdänoxid aus Molybdänhexafluorid oder Molybdänpentachlorid.
    • 9. Manganoxid aus Mangandichlorid.
    • 10. Zinnoxid aus Zinntetrachlorid.
    • 11. Indiumoxid aus Indiumtrichlorid oder Trimethylindium.
    • 12. Wolframoxid aus wolframhexafluorid.
    • 13. Siliciumdioxid aus Siliciumtetrachlorid.
  • Im Bereich der Nitride wird die folgende Teilliste, jedoch nicht einschränkende Liste bereitgestellt:
    • 1. Wolframnitrid aus Wolframhexafluorid.
    • 2. Tantalnitrid aus Tantalpentachlorid.
    • 3. Aluminiumnitrid aus Aluminiumtrichlorid oder Trimethylaluminium.
    • 4. Titannitrid aus Titantetrachlorid.
    • 5. Siliciumnitrid aus Siliciumtetrachlorid oder Dichlorsilan.
    • 6. Galliumnitrid aus Trimethylgallium.
  • Geräteanforderungen
  • Ein weiterer Vorteil der RAS-CVD ist, dass sie in den meisten Fällen mit den ALD-Verfahrensgeräten kompatibel ist. Der bedeutende Unterschied liegt in der Herstellung atomarer Spezies und/oder anderer Radikale und in der Zeiteinstellung und Abfolge der Gase im Hinblick auf die Verfahrenskammer. Die atomaren Spezies können auf mehrere Arten und Weisen hergestellt werden, wie durch (1) In-situ-Plasmaerzeugung, (2) Intra-Duschkopf-Plasmaerzeugung und (3) externe Erzeugung durch eine entfernte hochdichte Plasmaquelle oder durch andere Mittel wie der UV-Dissoziation oder Dissoziation metastabiler Moleküle. Mit erneutem Bezug auf 1 sind diese Verfahren und Vorrichtungen kollektiv durch Vorrichtung 25 dargestellt.
  • Von den Optionen ist die In-situ-Erzeugung die einfachste Gestaltung, stellt jedoch mehrere Probleme wie die Einschalt- und Ausschaltzeiten dar, die eine Durchsatzeinschränkung sein können. Die Intra-Duschkopf-Erzeugung hat sich beim Trennen der atomaren Spezieserzeugung von dem ALD-Raum als vorteilhaft erwiesen. Das zum Zeitpunkt dieser Spezifikation bevorzugte Verfahren ist die entfernte Erzeugung durch eine hochdichte Quelle, da dies das vielseitigste Verfahren ist. Die Radikale werden in einer entfernten Quelle erzeugt, zu dem ALD-Volumen geliefert und durch einen Duschkopf über die Halbleiterplatte in dem Prozess verteilt.
  • Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass es verschiedene Optionen gibt, die innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung als Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen umgesetzt werden können. Einige davon sind bereits beschrieben worden. Zum Beispiel können Radikale der benötigten Spezies wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff auf mehrere Arten und Weisen erzeugt und in den Verfahrensschritten geliefert werden. Ferner können die ALD-Kammern, Gasverteilung, Ventile, Zeiteinstellung und dergleichen in vielen Einzelheiten variieren. Darüber hinaus können viele Metalle, Oxide, Nitride und dergleichen erzeugt werden und die Verfahrensschritte können verändert und verschachtelt werden, um abgestufte und abwechselnde Schichten zu erzeugen.
  • Neben diesen Variationen wird der Fachmann erkennen, dass die Verfahrensschritte durch Aufnahme der hierin beschriebenen und aufgenommenen Verfahren derart verändert werden können, dass Legierungen von zwei, drei oder mehreren Metallen abgeschieden werden können, Verbindungen mit zwei, drei oder mehreren Bestandteilen abgeschieden werden können sowie abgestufte Schichten und Nano-Laminate hergestellt werden können. Diese Variationen sind einfache Varianten, welche die einzelnen Ausführungsformen der Erfindung in abwechselnden Zyklen, in der Regel in-situ benutzen. Es gibt viele andere Variationen innerhalb der Wesensart und des Schutzbereichs der Erfindung, so dass die Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt ist.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Abscheidung 3, eines Metalloxids auf eine Substratoberfläche in einer Beschichtungskammer, mit den folgenden Schritten: (a) Abscheiden einer einzelnen Metallschicht auf der Substratoberfläche, indem man ein das Metall enthaltendes molekulares Metallvorläufergas oder einen molekularen Metallvorläuferdampf über eine Oberfläche des Substrats fließen läßt, wobei die Oberfläche mit einer ersten reaktiven Spezies gesättigt ist, mit welcher der Vorläufer unter Abscheidung des Metalls und Bildung eines Reaktionsprodukts reagiert und eine Metalloberfläche zurückläßt, die mit Liganden von dem Metallvorläufer bedeckt und daher nicht mehr mit dem Vorläufer reaktionsfähig ist; (b) Beenden der Vorläufergas- oder -dampfströmung; (c) Ausspülen des Vorläufers mit Inertgas; (d) Einleiten einer ersten Radikalspezies in die Kammer und über die Oberfläche, wobei die Radikalspezies äußerst reaktionsfähig mit dem Reaktionsprodukt ist und sich mit dem Reaktionsprodukt verbindet, um eine flüchtige Spezies zu erzeugen und die Oberfläche mit der ersten Radikalspezies zu sättigen; (e) Einleiten von Sauerstoffradikalen in die Kammer zur Bindung mit der im Schritt (a) abgeschiedenen monomolekularen Metallschicht und zur Bildung eines Metalloxids; (f) Einleiten einer dritten Radikalspezies in die Kammer, welche die Oberfläche in Vorbereitung für einen nächsten Metallabscheidungsschritt mit der ersten reaktiven Spezies abschließt; und (g) Wiederholen der Schritte der Reihe nach, bis eine Verbundschicht der gewünschten Dicke entsteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste und die dritte Radikalspezies beide atomarer Wasserstoff sind und die Metalloberfläche im Schritt (f) mit einer Hydroxylspezies abgeschlossen wird, die mit dem Metallvorläufer reaktionsfähig ist, um das Metall abzuscheiden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die atomaren Schritte (e) und (f) mit atomarem Sauerstoff und Wasserstoff wiederholt werden, um die Schichtqualität zu verbessern.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (e) und (f) zu einem Schritt kombiniert werden, in dem die Oberfläche gleichzeitig mit Wasserstoff- und Sauerstoffatomen zur Reaktion gebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei entweder der Metallvorläufer Tantalpentachlorid und die Schicht Tantalpentoxid ist, oder der Metallvorläufer Trimethylaluminium oder Aluminiumtrichlorid und die Schicht Aluminiumoxid ist, oder der Metallvorläufer Titantetrachlorid oder Titantetraiodid und die Schicht Titanoxid ist, oder der Metallvorläufer Niobiumpentachlorid und die Schicht Niobiumpentoxid ist, oder der Metallvorläufer Zirconiumtetrachlorid und die Schicht Zirconiumoxid ist, oder der Metallvorläufer Hafniumtetrachlorid und die Schicht Hafniumoxid ist, oder der Metallvorläufer Zirkdichlorid und die Schicht Zinkoxid ist, oder der Metallvorläufer Molybdänhexafluorid oder Molybdänpentachlorid und die Schicht Molybdänoxid ist, oder der Metallvorläufer Mangandichlorid und die Schicht Manganoxid ist, oder der Metallvorläufer Zinntetrachlorid und die Schicht Zinnoxid ist, oder der Metallvorläufer Indiumtrichlorid oder Trimethylindium und die Schicht Indiumoxid ist, oder der Metallvorläufer Wolframhexafluorid und die Schicht Wolframoxid ist, oder der Metallvorläufer Siliciumtetrachlorid und die Schicht Siliciumdioxid ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Radikalspezies atomarer Wasserstoff ist und die Schritte (e) und (f) zu einem Schritt mit Verwendung von OH-Radikalen vereinigt werden und die Metalloberfläche im Schritt (f) mit einer Hydroxylspezies abgeschlossen wird, die mit dem Metallvorläufer reaktionsfähig ist, um das Metall abzuscheiden.
  7. Verfahren zum Abscheiden eines Metallnitrids auf einer Substratoberfläche in einer Beschichtungskammer, mit den folgenden Schritten: (a) Abscheiden einer einzelnen Metallschicht auf der Substratoberfläche, indem man ein das Metall enthaltendes Metallvorläufergas oder einen Metallvorläuferdampf über eine Oberfläche des Substrats fließen läßt, wobei die Oberfläche mit einer ersten reaktiven Spezies gesättigt ist, mit welcher der Vorläufer unter Abscheidung des Metalls und Bildung eines Reaktionsprodukts reagiert und eine Metalloberfläche zurückläßt, die mit Liganden von dem Metallvorläufer bedeckt und daher nicht mehr mit dem Vorläufer reaktionsfähig ist; (b) Beenden der Vorläufergas- oder -dampfströmung; (c) Ausspülen des Vorläufers mit Inertgas; (d) Einleiten einer ersten Radikalspezies in die Kammer und über die Oberfläche, wobei die Radikalspezies äußerst reaktionsfähig mit den Oberflächenliganden der Metallvorläuferschicht ist und die Liganden als Reaktionsprodukt beseitigt und außerdem die Oberfläche sättigt; (e) Einleiten von Stickstoffradikalen in die Kammer zur Bindung mit der im Schritt (a) abgeschiedenen einzelnen Metallschicht und zur Bildung eines Metallnitrids; (f) Einleiten einer dritten Radikalspezies in die Kammer, welche die Oberfläche in Vorbereitung für einen nächsten Metallabscheidungsschritt mit der ersten reaktiven Spezies abschließt; und (g) Wiederholen der Schritte der Reihe nach, bis eine Verbundschicht der gewünschten Dicke entsteht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste und die dritte atomare Radikalspezies beide atomarer Wasserstoff sind und die Metalloberfläche im Schritt (f) mit einer Aminspezies abgeschlossen wird, die mit dem Metallvorläufer reaktionsfähig ist, um das Metall abzuscheiden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schritte (e) und (f) zu einem Schritt kombiniert werden, in dem die Oberfläche gleichzeitig mit Wasserstoff- und Stickstoffatomen zur Reaktion gebracht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Metallvorläufer Wolframhexafluorid und die Schicht Wolframnitrid ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei entweder der Metallvorläufer Tantalpentachlorid und die Schicht Tantalnitrid ist, oder der Metallvorläufer Aluminiumtrichlorid oder Trimethylaluminium und die Schicht Aluminiumnitrid ist, oder der Metallvorläufer Titantetrachlorid und die Schicht Titannitrid ist, oder der Metallvorläufer Siliciumtetrachlorid oder Dichlorsilan und die Schicht Siliciumnitrid ist, oder der Metallvorläufer Trimethylgallium und die Schicht Galliumnitrid ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Radikalspezies atomarer Wasserstoff ist und die Schritte (e) und (f) zu einem Schritt mit Verwendung von NH- und NH2-Radikalen vereinigt werden und die Metalloberfläche im Schritt (f) mit einer Aminspezies abgeschlossen wird, die mit dem Metallvorläufer reaktionsfähig ist, um das Metall abzuscheiden.
  13. Verfahren zum Abscheiden einer Verbundschicht auf einer Substratoberfläche in einer Beschichtungskammer, mit den folgenden Schritten: (a) Abscheiden einer einzelnen Metallschicht auf der Substratoberfläche, indem man ein das Metall enthaltendes molekulares Metallvorläufergas oder einen molekularen Metallvorläuferdampf über eine Oberfläche des Substrats fließen läßt, wobei die Oberfläche mit einer ersten reaktiven Spezies gesättigt ist, mit welcher der Vorläufer unter Abscheidung des Metalls und Bildung eines Reaktionsprodukts reagiert und eine Metalloberfläche zurückläßt, die mit Liganden von dem Metallvorläufer bedeckt und daher nicht mehr mit dem Vorläufer reaktionsfähig ist; (b) Beenden der Vorläufergas- oder -dampfströmung; (c) Ausspülen des Vorläufers mit Inertgas; (d) Einleiten einer ersten Radikalspezies in die Kammer und über die Oberfläche, wobei die Radikalspezies äußerst reaktionsfähig mit dem Reaktionsprodukt ist und sich mit dem Reaktionsprodukt verbindet, um eine flüchtige Spezies zu erzeugen und die Oberfläche mit der ersten Radikalspezies zu sättigen; (e) Einleiten einer nichtmetallischen Radikalspezies in die Kammer zur Bindung mit der im Schritt (a) abgeschiedenen einzelnen Metallschicht und zur Bildung einer Metallverbundschicht; (f) Einleiten einer dritten Radikalspezies in die Kammer, welche die Oberfläche in Vorbereitung für einen nächsten Metallabscheidungsschritt mit der ersten reaktiven Spezies abschließt; und (g) Wiederholen der Schritte der Reihe nach, bis eine Verbundschicht der gewünschten Dicke entsteht.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erste und die dritte Radikalspezies beide atomarer Wasserstoff sind und die Metalloberfläche im Schritt (f) mit einer Hydridspezies des nichmetallischen Elements abgeschlossen wird, die mit dem Metallvorläufer reaktionsfähig ist, um das Metall abzuscheiden.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Schritte (e) und (f) mit atomarem Nichtmetall und Wasserstoff wiederholt werden, um die Schichtqualität zu verbessern.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Schritte (e) und (f) zu einem Schritt kombiniert werden, in dem die Oberfläche gleichzeitig mit Wasserstoff- und Nichtmetallatomen zur Reaktion gebracht wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Metallvorläufer Molybdänhexafluorid oder Molybdänpentachlorid, das nichtmetallische Element Schwefel und die Schicht Molybdändisulfid ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Metallvorläufer Zinkdichlorid, das nichtmetallische Element Schwefel und die Schicht Zinksulfid ist.
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