DE3516391C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit
einem elektroleitfähigen Teil aus einer ternären Legierung
aus Silicium, Eisen und einem Metallelement der Gruppe IV,
V oder VI des periodischen Systems.
Eine derartige Halbleitervorrichtung mit einem elektroleitfähigem Teil aus einer ternären
Legierung ist aus J. Appl. Phys. 54 (2)
Febr. 1983, Seiten 937 bis 943, bekannt. Die bekannte Legierung ist eine Al/TiSi2/Si Legierung.
Metallsilicide, insbesondere MoSi2, und mit einer
Verunreinigung dotiertes polykristallines Silicium
deren Eigenschaften bei der Herstellung von VLSI-Schaltkreisen, insbesondere deren
Verwendung als Metall für Gate-Elektroden von MOS-Transistoren werden in
IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-30, No. 11,
November 1983, Seiten 1480 bis 1504, diskutiert.
Wird ein Silicid eines Metalls der Gruppen IV, V und VI
direkt auf der Isolierung abgeschieden, dann diffundiert
das Silicium bei der nachfolgenden Wärmebehandlung in die
Isolierung und dadurch wird die Durchbruchscharakteristik
der Halbleitervorrichtung erniedrigt. Um dieses Problem
zu lösen muß eine polykristalline Siliciumschicht an der
Grenze zwischen dem Silicid und der Isolierung ausgebildet
werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, für eine
Halbleitervorrichtung, ein elektroleitfähiges Material zur
Verfügung zu stellen, welches die vorerwähnten Nachteile
nicht aufweist und welches für die Hochintegration von
Halbleiterelementen besser geeignet ist, als die bekannten Legierungen.
Diese Aufgabe wird durch eine Halbleitervorrichtung gemäß
dem Patentanspruch 1 gelöst.
Vorzugsweise ist M in der ternären Legierung
M · Fe x · Si y Molybdän. Weiterhin ist es bevorzugt
daß in der ternären Legierung M · Fe x · Si y 0<x<0,15.
Die erfindungsgemäß eingesetzten ternären Legierungen
haben die folgenden Vorteile:
- 1. Sie ist chemisch und thermisch stabil und kann eine Hochtemperaturbehandlung von 1000°C ohne Schaden aushalten.
- 2. Der elektrische Widerstand der Legierung ist geringer als bei einem üblichen hochschmelzenden Metallsilicid, welches kein Fe enthält.
- 3. Die Legierung weist auch dann, wenn sie benachbart zur Isolierung angebracht ist, eine verbesserte Durchbruchsfestigkeit der Isolierung auf.
Fig. 1 ist ein Querschnitt und zeigt
einen MOS-Transistor mit einer Gatemetallierung aus einer Mehrkomponenten-Legierung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 ist eine plane Aufsicht und zeigt
ein Bedampfungstarget für die
Verwendung bei der Ausbildung eines
elektroleitfähigen Teils einer
Halbleitervorrichtung, die aus
einer Mehrkomponenten-Legierung
gemäß der Erfindung hergestellt
ist.
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung und
zeigt die Beziehung zwischen dem
elektrischen Widerstand einer Mehr
komponenten-Legierung aus
Mo · Fe x · Si2-3 und der Konzen
tration der Eisenatome, und
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung und
zeigt die Beziehung zwischen der
Konzentration der Eisenatome und
der Durchbruchfestigkeit eines Gate-
Isolierungsfilms, wenn man eine
ternäre Legierung aus
Mo · Fe x · Si2-3 auf dem gateisolier
ten Film mit einem MOS-Transistor
als Gate-Elektrode ausbildet.
Die Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezug
nahme auf die Zeichnungen nachfolgend näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Ansicht, die einen MOS-Transistor ge
mäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Der
MOS-Transistor umfaßt ein P-Typ-Siliciumsubstrat 11,
eine N-Typ-Quelle und Drainregionen 12 und 13, die an
dem Oberflächenteil des Substrats 11 ausgebildet sind,
einen gateisolierten Film 14 aus Siliciumoxid, der auf
einem Kanalbereich in dem Substrat 11 und einem elek
troleitfähigen Teil ausgebildet ist, d. h. einer Gate-
Elektrode 15, die auf dem gateisolierten Film 14 ausge
bildet ist.
Die Gate-Elektrode 15 ist auf dem elektroleitfähigen
Material, d. h. einer ternären Legierung aus
Molybdän, Silicium und Eisen, ausgebildet, wobei die
Gate-Elektrode durch eine Aufdampfmethode unter Verwen
dung eines Targets ausgebildet wurde, wie dies in
Fig. 2 gezeigt wird. Das Target hat eine kreisförmige
Konfiguration mit einem Radius von 5 cm und besteht
aus Siliciumabschnitten 21, Molybdänabschnitten 22 und
Eisenabschnitten 23. Die Summe der jeweiligen Zentral
winkel von Silicium, Molybdän und Eisen beträgt 240°,
84° bzw. 36°. Das heißt, daß in der Legierung
Mo · Fe x · Si2 x = 0,08 bedeutet. Das Verhältnis kann
jedoch in geeigneter Weise so angepaßt werden, daß
es der Zusammensetzung der gewünschten ternären Legie
rung entspricht. Das Target ist nicht auf diese Art
beschränkt und kann in geeigneter Weise mit den vor
erwähnten Komponenten, die in einem vorbestimmten Ver
hältnis abgemischt sind, ausgebildet sein. Die Ver
dampfungsstufe wird bei einem Vakuum von beispielswei
se 10-7 Torr so durchgeführt, daß man eine Argonionen
atmosphäre von 2 × 10-2 Torr mit einer Leistungsdichte von
7 W/cm2 erhält.
Die so gebildete Gate-Elektrode 15 ist bei einem Hoch
temperaturverfahren von 1000°C aufgrund ihrer chemi
schen und thermischen Stabilität beständig und verein
facht das Herstellungsverfahren im Vergleich zu den
üblichen Herstellungsverfahren. Bei diesem Verfahren
muß man keine verunreinigungseinführende Stufe, wie
sie erforderlich ist, wenn man ein polykristallines
Silicium, das mit einer Verunreinigung dotiert ist, als
Gate-Elektrode 15 verwendet, anwenden. Bei diesem Ver
fahren fällt auch die Notwendigkeit fort, beispielsweise
eine polykristalline Siliciumschicht an der Grenzflä
che des gateisolierten Films 14 auszubilden, im Ver
gleich zu einem solche Fall, in dem man ein Silicid
eines Metalls der Gruppen IV, V und VI des periodischen
Systems als Gate-Elektrode 15 anwendet.
Die Gate-Elektrode 15 aus einer ternären Legierung mit
einer Eisenatomkonzentration von etwa 0,08, d. h. die
ternäre Legierung Mo · Fe0,08 · Si2, weist einen klei
neren elektrischen Widerstand auf und erhöht die Iso
lierspannung des gateisolierten Films, wie aus den
Fig. 3 und 4 hervorgeht. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen
der Eisenatomkonzentration und dem spezifischen elektri
schen Widerstand der Gate-Elektrode 15 und Fig. 4 zeigt
eine Beziehung zwischen der Eisenatomkonzentration und
der Isolierspannung der Gate-Elektrode 15.
Aus der grafischen Darstellung der Fig. 3 wird ersicht
lich, daß die Gate-Elektrode 15 den wesentlichen Vorteil
aufweist, einen geringeren spezifischen, elektrischen
Widerstand aufzuweisen bei einer Eisenatomkonzentra
tion unterhalb 0,15 als eine nur binäre Legierung
MoSi2. Aus der grafischen Darstellung in Fig. 4 wird
ersichtlich, daß der gateisolierte Film 14 bei einem
Verhältnis, bei dem die Isolierungsspannung oberhalb
8 MV/cm liegt (einem sehr wünschenswerten Wert für die
Isolierungsspannung) und oberhalb 80% liegt, d. h.
einen höheren Prozentsatz, als wenn man lediglich
eine Mo-Si-Legierung als Gate-Elektrode 15 verwendet.
Dies beruht vermutlich auf der Tatsache, daß bei einer
Wärmebehandlung oder bei Wärmebehandlungen, die sich anschließend
an die Bildung der Gate-Elektrode 15 anschließen,
Eisenatome in den gateisolierten Film 14 diffundieren,
um dadurch die Isolierspannung des gateisolierten Films
14 zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den vorerwähn
ten elektroleitfähigen Teil (d. h. die Gate-Elektrode)
beschränkt, sondern kann auch auf andere elektroleit
fähige Teile, wie die Verbindung zwischen der Elektrode
oder einem Widerstand, angewendet werden. Als metallisches
Element der Gruppen IV, V und VI kommt nicht nur Molyb
dän in Frage, sondern auch Titan, Tantal, Zircon, Haf
nium, Vanadium, Niob oder Chrom. Auch in diesem Fall
werden die vorerwähnten Vorteile erzielt.
Claims (4)
1. Halbleitervorrichtung mit einem
elektroleitfähigen Teil aus einer ternären Legierung
bestehend aus Silicium, einem Metallelement der Gruppe IV
oder V oder VI des periodischen Systems und einem weiteren
Metall, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Metall
Eisen ist und daß die Legierung die nachfolgende Formel hat
M · Fe x · Si y ,wobei 0<x<0,17 und 2y3 bedeutet und M für das Metall
der Gruppe IV oder V oder VI des periodischen Systems
steht.
2. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß M in der Zusammensetzung
M · Fe x · Si y Molybdän bedeutet.
3. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß M in der Zusammensetzung
M · Fe x · Si y 0<x<0,15 ist.
4. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß M in der Zusammensetzung
M · Fe x · Si y Mo ist.
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