DE3027954A1

DE3027954A1 - Integrierte mos-schaltung mit mindestens einer zusaetzlichen leiterbahnebene sowie ein verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE3027954A1
Application number: DE19803027954
Authority: DE
Inventors: Franz Dr.rer.nat. 8060 Dachau Neppl; Ulrich Dr.phil. 8000 München Schwabe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-07-23
Filing date: 1980-07-23
Publication date: 1982-02-25

Description

Integrierte MOS-Schaltung mit mindestens einer zusätz-
lichen Leiterbahnebene sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft integrierte MOS-Schaltungen mit mindestens einer zusätzlichen, die übliche Metallebene ergänzenden Leiterbahnebene, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Ein wirksames Mittel, um den Flächenanteil der inaktiven Bereiche von Halbleiterschaltungen zugunsten der aktiven Bereiche zu verkleinern, ist die Nutzung mehrerer Leiterbahnebenen. Beim Übergang vom Siliziumgateprozeß zum Doppel-Siliziumgateprozeß gewinnt man u. a. Fläche durch Verlagerung des Kontaktloches in die zweite Polysiliziumebene. Die damit verbundene Verkürzung der Leiterbahnen bedeutet geringeren Bahnwiderstand, kleinere Bahnkapazität und damit kürzere Schaltzeit.
Eine integrierte MOS-Schaltung der eingangs genannten Art, bei der die zusätzliche Leiterbahnebene aus der zweiten Polysiliziumebene besteht, ist z. B. aus dem IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-26, No. 6, June 1979, auf den Seiten 853 - 860, insbesondere 855 bekannt.
Der Nachteil dabei ist der vergleichsweise hohe Widerstand der Polysiliziumbahnen, der bei einer Schichtdicke von 500 nm im Bereich von 20 bis 3OQIC(= Flächeneinheit) liegt.
Aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 17, No. 6, November 1974, auf den Seiten 1831 bis 1833 ist außerdem zu entnehmen, daß zur Herabsetzung des Schichtwidersiandes von Polysiliziumbereichen das Polysiliziumgate von MOS-Transistoren mit einer oberflächlichen Metallsilizidschicht, vorzugsweise aus-Hafnium-silizid versehen wird, wobei der Schichtwiderstand des Polysiliziums um etwa eine Größenordnung reduziert wird. Das Metall wird dabei in einer Schichtdicke von 500 AO auf das Polysilizium aufgebracht und anschließend durch Legierung in eine 750 AO dicke Metallsilizidschicht übergeführt. Die restliche Metallschicht auf der Substratoberfläche wird durch selektives Ätzen entfernt.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht nun darin, bei integrierten MOS-Schaltungen eine zusätzliche, völlig unabhängige Leiterbahnebene oder Verdrahtungsebene zu bilden, welche sich durch folgende Eigenschaften auszeichnet: a) der spezifische elektrische Widerstand soll im Bereich von wenigen a lq 0 liegen, b) die Herstellung dieser Leiterbahnebene soll mit den Prozeß schritten zur Herstellung von MOS-Schaltungen weitgehend kompatibel sein.
Diese Aufgabe wird bei einer integrierten MOS-Schaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zusätzliche Leiterbahnebene aus dem Silizid eines hochschmelzenden Metalls wie Molybdän, Wolfram, Tantal oder Titan besteht.
Zur Realisierung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die zusätzliche Leiterbahnebene durch direktes Abscheiden eines Silizids hochschmelzender Metalle auf dem bereits teilweise mit MOS-Strukturen versehenen Halbleitersubstrat hergestellt wird. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, die Dicke der Metallsilizidschicht auf 200 bis 500 nm und damit den Schichtwiderstand auf 1 bis 31r E7 (= Flächeneinheit) einzustellen. Das direkte Abscheiden des Molybdän-, Wolfram, Tantal oder Titansilizids kann entweder durch lonenzerstäuben (Aufsputtern) aus einem zusammengesetzten oder zwei einzelnen Targets erfolgen, oder aber durch Simult#anbedampfung aus zwei Verdampferquellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird nach Fertigstellung der Poly-Si-I-Ebene, der Erzeugung der n+-Bereiche, dem Aufbringen eines Isolationsoxids und dem Öffnen der gewünschten Kontaktlöcher das Metallsilizid ganzflächig aufgebracht, strukturiert und mit einem weiteren Isolationsoxid abgedeckt. Anschließend werden die Kontaktlöcher für Kontakte aus der oberen Metalleiterbahnebene geöffnet und letztere standardmäßig hergestellt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen zu entnehmen.
Folgende Vorteile ergeben sich durch die Verwendung der Metallsilizide als zusätzliche Leiterbahnebene in einer integrierten MOS-Schaltung: 1. Der spezifische Widerstand ist ca. 1 - 2 Größenordnungen niedriger als bei dotiertem Polysilizium.
2. Die zusätzlichen Leiterbahnen können weitgehend beliebig liegen und beliebige Gebiete kontaktieren.
3. Aufgrund der Ätzungseigenschaften (guter Ätzstopp) des Silizids sind im Gegensatz zur Zweilagenmetallisiebung (Aluminium/Aluminium) trotz u. U. unterschiedlicher Dicken des durchzuätzenden Isolationsoxids Kontakte nicht nur zwischen den beiden Verdrahtungs- ebenen ("via holzes11), sondern von der Aluminium-Ebene auch zu den n+ -Diffusions- und Polysilizium-Gebieten möglich.
4. Die vorgeschlagenen Silizide (MoSi2, V.Si2, TaSi2, TiSi2) sind mit dem bestehenden MOS-Prozeßschritten weitgehend kompatibel, insbesondere was die Stabilität bei hohen Temperaturen und ihr Ätzverhalten betrifft.
5. Die genannten Silizide sind selbstpassivierend, d. h., in oxidierender Atmosphäre bildet sich an ihrer Oberfläche thermisches SiO2.
Die Erfindung ist anwendbar auf alle integrierten MOS-Schaltungen, bei denen mindestens eine zusätzliche Leiterbahnebene mit möglichst niedrigem Schichtwiderstand erwünscht ist.
Anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren 1 bis 4, welche im Schnittbild die beim Prozeß in den verschiedenen Stadien entstehenden Strukturen schematisch darstellen, wird im folgenden die Erfindung fur eine n-Kanal-MOS-Prozeßfolge noch näher erläutert.
Figur 1: Auf einer einkristallinen, p-dotierten, (100)-orientierten Siliziumsubstratscheibe 1 mit einem spezifischen Widerstand zwischen 2 und 50 Q cm werden mit Hilfe der bekannten LOCOS-Technik nach erfolgter Feldimplantation Feldoxidbereiche 2 (dox = 700 nm) und aktive Bereiche (ohne Oxid) definiert. Durch Auf oxidation wird in den aktiven Bereichen das Gateoxid 3 mit 50 nm Dicke erzeugt. Darauf wird durch einen CVD-Prozeß (= chemical vapor deposition) ganzflächig eine 500 nm dicke Polysiliziumschicht 4 abgeschieden, n+-dotiert und strukturiert.
Es folgt eine Arsen-Ionenimplantation zur Erzeugung der n+-dotierten Bereiche 5. Abschließend wird die gesamte Anordnung in feuchter Atmosphäre bei 800 bis 900 0C oxidiert. Das so gebildete Isolationsoxid 6 hat über den Poly-Si-Bereichen 4 eine Dicke von ca. 200 nm. Die gesamte, aus Gateoxid 3, Feldoxid 2 und Isolationsoxid 6 bestehende Oxidschicht wird der besseren Übersicht wegen in den Figuren 2 bis 4 mit 7 bezeichnet.
Figur 2: Ansonsten gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1. In die Oxidschicht(en) 7 werden nun die Löcher 8 für Kontakte aus der zusätzlichen Leiterbahnebene in die gewünschten darunterliegenden Bereiche mittels eines fotolithografischen Ätzprozesses geöffnet.
Dann wird ganzflächig das Molybdänsilizid 9 als Leiterbahnmaterial in einer Schichtstärke von 200 bis 500 nm mit einem Schichtwiderstand von 9 = 1 bis 3£LIO abgeschieden. Dies geschieht entweder durch Aufsputtern aus einem Molybdän und Silizium enthaltenden Target oder durch Simultanbedampfung bzw. -besputtern aus zwei, äeweils eine Komponente enthaltenden Quellen.
Figur 3: Die in Figur 2 ganzflächig aufgebrachte Molybdän-Silizidschicht 9 wird dann, wie in Figur 3 dargestellt'entsprechend strukturiert, so daß z. B. das Polysiliziumgebiet 4 (über dem Feldoxid 2 siehe Figur 1) mit der n+-diffundierten Zone 5 im Substrat 1 leitend verbunden ist. Die Strukturierung erfolgt durch reaktives Sputterätzen unter Verwendung einer Fotolackmaske. Nach der Strukturierung der Molybdän-Silizidschicht 9 wird auf die gesamte Anordnung eine isolierende Zwischenschicht aus Phosphorglas 10 in einer Schichtdicke von 1000 nm aufgebracht.
Figur 4: Die Kontaktlochätzung für die Kontakte Aluminium-Molybdänsilizid (11), Aluminium-Polysilizium (12) und Aluminium-n+-dotierte Gebiet (13) erfolgt in bekannter Weise nach Durchführung einer Fotolacktechnik. Bevor die Metallisierung (Al-Si) und Strukturierung der Metallebene durchgeführt wird, erfolgt ein sogenannter Flow-glass-Schritt bei 10000C Minuten, der zur Vermeidung von Abrissen in der Aluminium-Leiterbahnebene auftretende Oxidkanten (z. B. an den Kontaktlöchern) abrundet und dadurch entschärft.
11 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

Patentansprüche.

Integrierte MOS-Schaltung mit mindestens einer zusätzlichen, die übliche Metallebene ergänzenden Leiterbahnebene, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die zusätzliche Leiterbahnebene aus dem Silizid eines hochschmelzenden Metalls wie Molybdän, Wolfram, Tantal oder Titan besteht.
2. Verfahren zum Herstellen einer integrierten MOS-Schaltung mit mindestens einer zusätzlichen, die übliche Metallebene ergänzenden Leiterbahnebene nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine zusätzliche Leiterbahnebene durch direktes Abscheiden eines Silizids hochschmelzender Metalle auf dem bereits teilweise mit MOS-Strukturen versehenen Halbleitersubstrat hergestellt wird.
3. Verfahren nai Anspruch 2, d a d u r c h g e -k k e n n z e i c h n e t , daß die Abscheidung durch lonenzerstäuben (Aufsputtern) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Abscheidung durch Simultanbedampfung aus zwei Verdampferquellen erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Metallsilizide die Silizide von Molybdän, Wolfram, Tantal und Titan verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke der Metallsilizidschicht auf 200 bis 500 nm und damit der Schichtwiderstand auf 1 - 3# |# (Flächeneinheit) eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , - daß nach Fertigstellung der Poly-Si-Ebene, der Erzeugung der n+-Bereiche, dem Aufbringen eines Isolationsoxids und dem Öffnen der gewünschten Kontaktlöcher das Metallsilizid ganzflächig aufgebracht, strukturiert und mit einem weiteren Isolationsoxid abgedeckt wird, worauf Kontaktlöcher für Kontakte aus der oberen Metalleiterbahnebene geöffnet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strukturierung der Metallsilizidschicht mit Hilfe eines fotolithografischen Trockenätzprozesses durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d Q d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Strukturierung durch reaktives Sputterätzen unter Verwendung einer Ätzmaske durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 2 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als isolierende Zwischenschicht eine Phosphorglasschicht in einer Dicke von 1000 nm aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 2 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Metallkontaktbahnen durch Aufdampfen und Strukturieren von Aluminium oder Aluminium/Silizium oder Aluminium/Silizium/Titan gebildet werden.