DE3218974C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen bei einer Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen bei einer Halbleitervorrichtung ist aus der Zeitschrift "IBM Technical Disclosure Bulletin" Vol. 19, Nr. 9, Februar 1977, Seiten 3383 bis 3385 bekannt. Dieses bekannte Verfahren dient insbesondere zur Herstellung von Kontaktanschlüssen, wonach auf einen Halbleitersubstrat mit einer oder mit mehreren P-Bereichen und/oder N-Bereichen zunächst eine Isolierschicht ausgebildet wird und dann in diese Isolierschicht Durchbrechungen über diesen genannten P-Bereich bzw. N-Bereich ausgebildet werden. Daran anschließend wird in den Durchbrechungen eine Schicht aus polykristallinem Silizium mit Hilfe eines selektiven Ätzverfahrens ausgebildet und über dieser Schicht wird eine Metallschicht aufgetragen und anschließend die Anordnung einer Wärmebehandlung unterworfen. Dabei bildet sich lediglich im Bereich der Durchbrechungen eine Metallsilizidschicht. Die restliche Metallschicht wird mit Hilfe eines selektiven Ätzverfahrens entfernt. Als Kontaktierungsmaterial wird hier bevorzugt Aluminium eingesetzt. Das Aluminium kann durch ein Metallsilizid ersetzt werden, wobei zur besseren Ausbildung der endgültigen Silizid- Siliziumzwischenschicht etwas mehr Metall bei der Herstellung der Metallsilizidschicht verwendet wird, damit diese Zwischenschicht weiter in das einkristalline Siliziumsubstrat einwandern kann.

Aus der Zeitschrift "IBM Technical Disclosure Bulletin" Vol. 17, Nr. 6, November 1974, Seiten 1831 bis 1833 ist in Verbindung mit integrierten Schaltungen die Ausbildung von Leitungsverbindungen in diesen integrierten Schaltungen bekannt, wobei die Leitungsverbindung bei der hier verwendeten Halbleiterstruktur grundsätzlich zunächst immer aus polykristallinem Silizium besteht. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit des polykristallinen Siliziums wird auf den Leitungsverbindungen aus polykristallinem Silizium eine Metallsilizidschicht ausgebildet, so daß letzten Endes die Leitungsverbindung aus Metallsilizid-polykristallinem Silizium besteht. Dieses bekannte Verfahren führt insbesondere zu einer Verminderung des Ohmschen Widerstandes der Leitungsverbindungen, es wird dabei jedoch in nachteiliger Weise die Gesamtdicke des Leitungsmusters erhöht, so daß dadurch die gesamte Packungsdichte der Halbleiterstruktur reduziert wird bzw. die Integrationsdichte zwangsläufig vermindert wird.

Aus der US-PS 42 65 935 ist eine integrierte Vielschicht-Halbleiterstruktur bekannt, bei der die Leitungsverbindungen mit Hilfe eines Metalls oder einer Metallschicht realisiert sind.

Aus der Zeitschrift "J. Vac. Sci. Technol. Juli/August 1980, Seiten 775 bis 792, ist ein Verfahren zur Herstellung von Siliziden auf einer Polysiliziumschicht bekannt, wobei als ein Grundmaterial Ti verwendet wird. Um auf dieser Grundlage die Verbindung TiSi₂ zu erhalten, wird für jeden 1/10 nm dieses zu verwendenden Metalls 0,227 nm Silizium gerechnet. In dieser Literaturstelle sind ferner auch die Temperaturbedingungen angegeben, auf deren Grundlage Endprodukte entsprechend TsSi₂ erhalten werden können. Bevorzugt wird dabei beispielsweise das Sintern von Pd und Pt auf Silizium bei ca. 600°C durchgeführt. Hierbei ist es auch ferner bekannt, daß ein mit dem Substratsilizium oder Polysilizium reagierendes Metall für die Fälle Vorteile bietet, bei denen Metall bevorzugt in einer Ätzflüssigkeit geätzt werden muß, welches nicht mit einer Maskierungsschicht (üblicherweise SiO₂) reagiert. In diesen Fällen wird das Metall entsprechend aufgetragen und einer Sinterung unterzogen, um Silizide nur an ausgewählten Bereichen zu erzeugen, an denen Silizium in Kontakt mit dem Metall steht, wobei schließlich ein Ätzverfahren in einer Ätzflüssigkeit durchgeführt wird, um Silizid an den gewünschten Bereichen zurückzulassen. Eine derartige Technik wird dafür verwendet, um PtSi in Fenstern zu definieren. Weitere Metalle, welche in diese Kategorie fallen sind Co, Ni und Pd.

Eine Möglichkeit um mechanische Spannungen bei diesem Herstellungsverfahren zu reduzieren besteht darin, die Silizide in einem Si/Metallverhältnis von 2 oder geringfügig größer als 2 zusammen zu zerstäuben. Im Falle von Monosiliziden wie beispielsweise PtSi wurde festgestellt, daß die Spannungen niedriger liegen, wenn das Silizid zusammen mit SiPt gemäß einem Verhältnis von 1 oder größer zerstäubt wird. Es ist auch ein gleichzeitiges Zerstäuben von TiTaCo und Pt Siliziden möglich. Im Falle von zusammen zerstäubten Mo-Si Schichten auf einem Oxid, bei dem kein Siliziumüberschuß zur Verfügung steht, um zu einem siliziumreichhaltigen Silizid zu führen, wurde festgestellt, daß sich die Spannungen erhöhen und zwar mit zunehmender Metallkonzentration in der Schicht und zwar bis zu einer offensichtlich kritischen Konzentration.

Ferner ist es aus dieser Literaturstelle auch bekannt, daß Silizide als Gatemetall unmittelbar auf einem Oxid verwendet werden können oder auf einem Polysiliziumgate auf einem Oxid verwendet werden können und schließlich auch als Kontaktmaterial in Fenstern direkt auf einem Polysilizium oder auf Silizium verwendet werden können.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktverbindungen bei einer Halbleitervorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, die so beschaffen ist, daß eine Mehrfachleiterschichtbildung bzw. Mehrlagenverdrahtung zwischen Isolierschichten bei guter Leitfähigkeit möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert, wobei in den Fig. 1 bis 4 Schnitte dargestellt sind, die die wesentlichen Schritte während der Herstellung einer Platinsilizid-Verbindungsschicht zeigen, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt den Fall, bei welchem ein P-Bereich und ein N-Bereich, die auf einem Silicium- Halbleitersubstrat ausgebildet sind, miteinander verbunden werden. Gemäß Fig. 1 sind in bekannten Verfahren ein P-Bereich 2 und ein N-Bereich 3 auf einem Siliciumsubstrat 1 hergestellt worden. In einer die gesamte Oberfläche bedeckenden Oxidschicht 4 sind Durchbrechungen 5 und 6 mit Photoätztechnik hergestellt worden. Durch chemisches Aufdampfen hat man dann eine Polysiliciumschicht 7 bis zu einer Dicke zwischen 50 und 200 nm wachsen lassen, was in Fig. 2 gezeigt ist. Durch Wachsenlassen der Schicht 7 bei vergleichsweise hoher Temperatur (800 bis 1000°C) und unter herabgesetztem Druck kann in den stufenförmigen Bereichen der Durchbrechungen 5 und 6 eine hinreichend große Menge an Polysilicium niedergeschlagen werden. Durch Maskieren mit einem Photolack und Einbringen in ein Freonplasma kann das Polysilicium 7 auf der Oxidschicht 4 leicht an den nicht durch den Photolack maskierten Stellen entfernt werden. Der Ätzvorgang mit Hilfe des Freonplasmas ermöglicht es, ein sehr fein aufgebautes Polysiliciummuster herzustellen.

Fig. 3 zeigt den Zustand nach dem Plasmaätzen. Anschließend wird durch Vakuumbedampfung oder einen Sputter-Vorgang eine Platinschicht 8 hergestellt, die, wie in Fig. 3 gezeigt, sich über die gesamte Oberfläche ausbreitet. Die Platinschicht 8 ist dicker gewählt als die Polysiliciumschicht 7, wobei die Dicke der Platinschicht 8 um etwa 10 bis 30 nm stärker gemacht wird als die Polysiliciumschicht 7. Der Grund dafür besteht darin, daß die Platinschicht 8 und die Polysiliciumschicht 7 anschließend einer Hitzebehandlung unterzogen werden, so daß sie miteinander reagieren und Platinsilicid ergeben. Die so gebildete Platinsilicidschicht muß durch die Durchbrechungen 5 und 6 hindurch die P- und N-Bereiche 2 und 3 erreichen, um einen ohm'schen Kontakt zu erzielen; die Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur zwischen 400 und 800°C ausgeführt. Während der Wärmebehandlung reagieren die Polysiliciumschicht 7 und die Platinschicht 8 miteinander und erzeugen eine Platinsilicidschicht.

Nach der Wärmebehandlung ist der Teil des Platins, der sich über Bereichen befindet, in denen das Polysilicium entfernt worden war, wie oben beschrieben, unverändert geblieben. Das Platin, das nicht mit Polysilicium reagiert hat, wird dann dadurch entfernt, daß das gesamte Substrat in Königswasser getaucht wird, welches aus drei Teilen Salzsäure und einem Teil Salpetersäure besteht. Nach dem Beseitigungsvorgang bleibt nur die Platinsilicidschicht 9 zurück, wie in Fig. 4 zu sehen. Sie bildet einen ohm'schen Kontakt mit dem P- und dem N-Bereich 2 und 3, und der Oberflächenzustand der Schicht 9 wird auch durch die Wärmebehandlung zwischen 400 und 800°C nicht verändert. Somit können Isolationsschichten zwischen Mehrlagenverdrahtungen auch bei vergleichsweise hohen Temperaturen ausgebildet werden. Während der Schichtwiderstand einer gewöhnlichen Verbindungsschicht, die aus einer Polysiliciumschicht in einer Stärke von 400 nm besteht und die mit Phosphor bei 1000°C diffundiert ist, im Bereich zwischen 10 und 20 Ω/ liegt, ist der Schichtwiderstand der Verbindungsschicht, die eine Dicke von nur 200 nm und aus Platinsilicid besteht, lediglich 2 Ω/. Mit der Herabsetzung des Widerstandes sind verschiedene Vorteile verbunden. Die Betriebseigenschaften des Halbleiterelementes sind verbessert, die Dicke der Verbindungsschicht ist unter den halben Wert der herkömmlichen Schicht gesunken, und die Gesamtstärke einer Mehrlagenverdrahtung, die mehrere derartige Verbindungsschichten enthält, kann auf die Hälfte der Stärke herkömmlicher Konstruktionen vermindert werden, was die Herstellung der obersten Verbindungsschicht erleichtert und wodurch die Zuverlässigkeit von Mehrlagenverdrahtung verbessert wird.

Nach der obigen Beschreibung wird das Platinsilicid erst nach der Musterbildung der Polysiliciumschicht formiert, doch können dieselben Ergebnisse erzielt werden, wenn Polysilicium und Platin in dieser Reihenfolge über die gesamte Oberfläche des Substrats gebreitet und anschließend die Reaktion zwischen diesen beiden Substanzen herbeigeführt wird, oder wenn nach dem Sputter-Verfahren unmittelbar eine Platinsilicidschicht über die gesamte Oberfläche gebreitet und anschließend das Platinsilicid von Teilen, die nicht miteinander verbunden werden sollen, entfernt wird.

Da die Verbindungsschicht der Halbleitervorrichtung aus einem Metallsilicid gebildet ist, erhält man ohm'schen Kontakt sowohl mit dem P- als auch dem N-Bereich, wobei die Bildung unerwünschter Dioden vermieden wird. Der spezifische Widerstand der Metallsilizidschicht ist außerdem gering, so daß die Schicht sehr dünn gemacht werden kann, und weil Metallsilicid eine besonders hohe Hitzeverträglichkeit aufweist, eignet sich die Schicht sehr gut für Mehrschichtkonstruktionen, wobei Verbindungsschichten von sehr hoher Zuverlässigkeit erzielt werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Polysiliciumschicht in einem gewünschten Muster hergestellt, eine Platinschicht wird dann auf der Polysiliciumschicht gebildet, in einer Wärmebehandlung erzeugt man anschließend eine Platinsilicidschicht, und überschüssiges Platin wird dann entfernt, so daß eine Verbindungsschicht aus Platinsilicid entstanden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt einen einfachen und zuverlässigen Vorgang für die Herstellung einer Leitungsverbindungsschicht dar.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen bei einer Halbleitervorrichtung, wonach auf einem Halbleitersubstrat zunächst eine Isolierschicht (4) aufgebracht, dann in die Isolierschicht über P-Bereichen und/oder N-Bereichen des Halbleitersubstrats Durchbrechungen (5, 6) hergestellt werden und wenigstens in den Durchbrechungen ein Platinsilicid zur Kontaktierung der P-Bereiche und/oder der N-Bereiche ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Leitungsverbindung für einen Mehrleitungsschichtaufbau zwischen den P-Bereichen (2) und/oder den N-Bereichen (3) des Halbleitersubstrats

• a) auf der Isolierschicht eine polykristalline Siliciumschicht (7) bis zu einer Dicke zwischen 50 und 200 nm aufgebracht wird,
• b) dann die polykristalline Siliciumschicht (7) unter Anwendung eines Maskierungsverfahrens selektiv weggeätzt wird, um ein der späteren Leitungsverbindung entsprechendes Leitungsmuster zu erzeugen,
• c) auf der gesamten Oberfläche der Anordnung mit dem polykristallinen Siliciumleitungsmuster eine Platinschicht (8) ausgebildet wird, die um 10 bis 50 nm stärker als die polykristalline Siliciumschicht ist,
• d) die Anordnung dann einer Temperatur zwischen 400° und 800°C ausgesetzt wird, so daß das Platin mit dem polykristallinen Silicium eine einheitliche Platinsilicidschicht (9) bildet, und
• e) dann jegliches nicht zum Platinsilicid umgewandeltes Platin zur endgültigen Ausbildung des Leitungsmusters von der Oberfläche entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsmuster durch Maskieren der polykristallinen Siliciumschicht mit einem Photolack und Wegätzen der nicht maskierten Zonen in einem Freonplasma erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polykristalline Siliciumschicht durch Wachsen aus der Gasphase bei einer Temperatur von 800° bis 1000°C aufgebracht wird.