DE3626598C2

DE3626598C2 - Verfahren zum Herstellen eines MOS-Feldeffekttransistors in einer integrierten Schaltung

Info

Publication number: DE3626598C2
Application number: DE3626598A
Authority: DE
Inventors: Sheng Teng Hsu
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1985-08-12
Filing date: 1986-08-06
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2006-08-07
Also published as: KR870002664A; JP2615016B2; KR950001950B1; US4660276A; DE3626598A1; JPS6239048A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines MOS-Feldeffekttransistors einer integrierten Schaltung in einem auf einer Hauptfläche eine Schicht aus Gateoxid besitzenden Halbleiterkörper mit folgenden Schritten:

(a) Bilden eines undotierten, eine Oberseite und ein Paar von Seitenwänden besitzenden Siliziumgates auf dem Gateoxid;
(b) Bilden einer Sourcezone in dem Halbleiterkörper nächst einer der Seitenwände und einer Drainzone in dem Halbleiterkörper nächst der anderen Seitenwand;
(c) Bilden einer Schicht aus Siliziumoxid auf dem Sili ziumgate einschließlich dessen Seitenwänden;
(d) Freilegen der Siliziumoberfläche auf den Source- und Drainzonen sowie auf dem undotierten Silizium gate durch Entfernen eines Teils der Siliziumoxid schicht bei Verbleib des Siliziumoxids nur an den Seitenwänden; und
(e) Bilden einer Schicht aus schwer schmelzbarem Metall auf den freigelegten Flächen.

Insbesondere betrifft die Erfindung des Herstellen von Transistoren mit Metallsilizidzonen an Source, Drain und Gate.

Die Halbleiterindustrie ist ständig bemüht, die Bauele mentdichte von integrierten Schaltungen durch maßstabs getreues Verkleinern der Bestandteile der eingebauten MOS-Transistoren zu vergrößern. Bei einer solchen maß stabsgetreuen Verkleinerung werden die Tiefen der Source- und Drainzonen proportional reduziert. Hier durch wird jedoch der spezifische Widerstand der N⁺- und P⁺-Diffusionszonen vergrößert, so daß die Geschwin digkeit der integrierten MOS-Schaltung vermindert wird. Sehr flache Source- und Drainzonen werden ferner leicht durch Metallspitzen durchstochen, die von der Metalli sierung der Kontaktbereiche der N⁺- und P⁺-Zonen ausge hen.

Ein Aufbau zum Überwinden dieser Probleme wird in der US-PS 43 84 301 für einen MOS-Feldeffekttransistor einer integrierten Schaltung beschrieben. Der bekannte MOS-Transistor besitzt Metallsilizidzonen an Source, Drain und Gate an einer Stelle, an der ohmsche Kontakte mit der Metallisierung der integrierten Schaltung her zustellen sind. Durch das Metallsilizid wird das Auf treten von Source- und Drainzonen durchstechenden Me tallspitzen wirksam vermieden, weil das Silizid eine Aluminiumdiffusion verhindert.

Beim Herstellen von Metallsilizid-Kontaktbereichen auf den Source- und Drainzonen muß verhindert werden, daß sich das Metallsilizid bis an das Gate heran erstreckt und den Transistor kurzschließt. In dem Verfahren nach der vorgenannten US-PS 43 84 301 wird zu diesem Zweck eine Schicht aus Siliziumdioxid auf die ganze Bauele mentoberfläche aufgebracht und einer Argonimplantation senkrecht zur Bauelementoberfläche ausgesetzt. Die im plantierten Bereiche der niedergeschlagenen Oxidschicht werden dann mit Hilfe von Flußsäure weggeätzt. Nach der Ätzung verbleibt nur an den vertikalen Seitenwänden des Gates eine Schicht aus Siliziumoxid. Wenn das Metallsi lizid auf den Source- und Drainzonen gebildet wird, verhindert das Oxid an den Seitenwänden einen Kontakt zwischen dem Gate und dem Metallsilizid. In diesem Verfahren wird jedoch ein zusätzlicher Behandlungs schritt, nämlich die Argonimplantation, benötigt, der nicht ohne weiteres in die vorhandenen Fabrikationsli nien zu integrieren ist.

In dem Verfahren nach der vorgenannten US-PS 43 84 301 wird das Metallsilizid in einem dreistufigen Prozeß be ginnend mit einem Aufsprühen von Platin auf die gesamte Scheibchenoberfläche ausgeführt. Das Scheibchen wird dann wärmebehandelt, um Platinsilizidbereiche auf den Source- und Drainzonen zu erzeugen. Das Platin, das nicht in Platinsilizid umgewandelt worden ist, wird an schließend mit Königswasser selektiv weggeätzt. Im be kannten muß also auch an dieser Stelle, bedingt durch das Erfordernis des Wegätzens unerwünschten Platins, ein zusätzlicher Verfahrensschritt in die Scheibchenfa brikationslinie integriert werden. Diese zusätzlichen Schritte, die den Herstellungsprozeß komplizieren, füh ren notwendig zu einer Kostenerhöhung und einem Verlust an Ausbeute.

Ein gattungsmäßiges Verfahren, bei dem als schwer schmelzbares Metall Titan vorgesehen ist, wird in der US-Z.-: IEEE Transactions on Electon Devices, Band ED- 32, Nr. 2, Febr. 1985, 141-149, offenbart. Das Titan wird im bekannten auf die freigelegten Siliziumflächen von Source, Drain und Gate - bei mit Siliziumdioxid be legten senkrechten Gate-Flächen - aufgesprüht, dann in einem Ofen siliziert und nachfolgend mit einer Stick stoffatmosphäre weiterbehandelt. Anschließend werden das in der Stickstoffatmosphäre entstandene Titan- Nitrid und das Titan, das bei der Behandlung nicht rea giert hat, abgeätzt. Es folgt schließlich ein Anlassen des Silizids in demselben Ofen.

Aus der US-PS 43 30 931 ist ein Verfahren zum Herstel len von Kontaktbereichen und Leiterlinien aus Wolfram auf MOS-Bauelementen bekannt. Dabei wird ausgenutzt, daß Wolfram sich zwar auf Silizium bzw. Polysilizium nicht aber auf Siliziumdioxid abscheidet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sowohl wirtschaftliches als auch zuverlässiges Verfahren zum Herstellen integrierter Schaltungsanordnungen zu schaf fen, die MOS-Feldeffekttransistoren mit Metallsilizid- Kontaktbereichen an Source, Drain und Gate enthalten.

Für das eingangs genannte Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit einer Schicht aus Gateoxid auf einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers ist die erfindungsgemäße Lösung gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(f) Bilden einer Schicht aus polykristallinem Silizium auf der Metallschicht; und
(g) Bilden eines Metallsilizids an jeder der freigelegten Siliziumflächen durch Erhitzen der Metallschicht, der Schicht aus polykristallinem Silizium und des Halblei terkörpers in einer Sauerstoffatmosphäre.

Vorzugsweise wird die Siliziumoberfläche auf den Source- und Drainzonen sowie auf dem undotierten Siliziumgate - außer an dessen Seitenwänden - durch eine anisotrope Plas maätzung freigelegt. Verbesserungen und weitere Ausgestal tungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angege ben.

Anhand der schematischen Darstellungen in der Zeichnung werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. In den Fig. 1 bis 8 werden Querschnitte eines Teils einer integrierten Schaltungsanordnung in verschiedenen aufeinanderfolgenden Schritten zum Herstellen eines MOS-Feldeffekttransistors dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Teil einer integrierten Schaltungsan ordnung 10 mit einem Substrat 12 aus einem Material eines ersten Leitungstyps. Beispielsweise kann das Substrat 12 leicht P-dotiert sein. Auf das Substrat 12 wird eine eben falls den ersten Leitungstyp aufweisende Epitaxialschicht 14, die also leicht P-dotiert ist, aufgebracht. Die Schicht 14 besitzt auf der vom Substrat 12 abgewandten Seite eine ebene Hauptfläche 16. Sie enthält ferner eine Wannenzone 17 des zweiten Leitungstyps. Die Wannenzone 17 wird also leicht N-dotiert und soll einen spezifischen Widerstand von etwa 1,0 bis 2,0 Ohm cm besitzen. Ein trennendes Oxid 40 wird in üblicher Weise aufgewachsen und so angeordnet, daß es die verschiedenen Komponenten der integrierten Schaltung elektrisch gegeneinander isoliert. Ferner wird nach Fig. 1 eine relativ dünne Schicht aus Gateoxid 18 auf die Haupt fläche 16 aufgebracht. Die spezifischen Materialien und Verfahrenstechniken zum Herstellen der Anordnung 10 nach Fig. 1 sind bekannt. Irgendeines der vielen heute benutzten Verfahren kann mit Vorteil angewandt werden.

Nach Fig. 2 und 3 wird eine Schicht 22 aus undotiertem poly kristallinem oder amorphem Silizium auf die Gateoxidschicht 18 aufgebracht. Das undotierte Silizium, insbesondere Poly silizium, soll eine Dicke zwischen etwa 200 und 300 nm und einen spezifischen Widerstand von etwa 10 000 bis 100 000 Ohm cm besitzen. Auf die undotierte Siliziumschicht 22 wird eine etwa 150 bis 300 nm dicke Siliziumnitridschicht 24 aufgebracht. Die Siliziumnitridschicht 24 und die undotier te Siliziumschicht 22 werden unter Anwendung bekannter foto lithografischer Techniken geätzt, um die Gates 30 mit Sei tenwänden 31 geeignet positioniert an verschiedenen Stellen der Anordnung 10, die am Schluß MOS-Transistoren enthalten sollen, zu bilden. Jedes Gate 30 umfaßt eine Siliziumnitrid kappe 32 auf ihrer Oberseite 34. Der Zweck dieser Kappe wird weiter unten angegeben.

Nach Fig. 4 werden Source- und Drainzonen 42 und 44 des zweiten Leitungstyps, nämlich aus hoch N-dotiertem Material nächst den Seitenwänden 31 des einen Gates 30 auf bekannte Weise hergestellt. Ähnlich werden Source- und Drainzonen 46 und 48 des ersten Leitungstyps, hoch P-dotiert, nächst den Seitenwänden 31 des anderen Gates 30 ebenfalls auf be kannte Weise gebildet. Wenn die Source- und Drainzonen im plantiert werden, dringt eine kleine Menge der Dotierstoffe in die Siliziumnitridkappe 32 ein und dotiert das Gate 30 leicht. Die Siliziumnitridkappe 32 wird dann weggeätzt, und die Anordnung 10 wird in einer Sauerstoffatmosphäre er hitzt, um thermisches Oxid 50 auf den Seitenwänden 31 der Gates 30 aufzuwachsen. Dieser Oxidationsschritt kann vor dem Bilden der Source- und Drainzonen ausgeführt werden. In jedem Fall nimmt die Dicke des Oxids auf den Source- und Drainzonen sowie den aus dem Oxid 40 bestehenden Trennzonen nach Fig. 5 notwendigerweise zu.

Das Oxid, das die Source- und Drainzonen 42, 44, 46 und 48 sowie die Oberseiten 34 der Gates 30 körperlich berührt, wird entfernt und damit das Silizium in diesen Bereichen nach Fig. 6 freigelegt. Hierzu wird eine anisotrope Plasma ätzung durchgeführt. Ein anisotropes Plasma ätzt das Oxid in der Richtung des elektrischen Feldes des Plasmas. Dieses Feld wird senkrecht zu der Hauptfläche 16 ausgerichtet, so daß das Oxid in den parallel zu der Hauptfläche 16 lie genden Ebene gleichmäßig abgetragen wird. Das Oxid direkt auf den Source- und Drainzonen sowie auf den Oberseiten 34 der Gates 30 kann also auf diese Weise entfernt werden, während die Oxidschicht 50 an den Seitenwänden 31 der Gates 30 stehen bleibt. Es ist wichtig, daß kein Teil der Seiten wände 31 freigelegt wird, d. h., die Seitenwände 31 müssen vollständig bis herunter zum Gateoxid 18 mit dem Oxid 50 bedeckt bleiben. Der Grund hierfür wird weiter unten erläu tert.

Auf die freigelegten Siliziumflächen der Source- und Drain zonen 42, 44, 46 und 48 und auf die Oberseiten 34 der Gates 30 wird nach Fig. 7 selektiv eine Schicht 56 aus schwer schmelzbarem Metall, wie Wolfram oder Molybdän, vorzugswei se Wolfram, aufgebracht. Die Wolframschicht 56 kann etwa 20 bis 150 nm dick sein. Das selektive Abscheiden des Wolframs ergibt sich automatisch, weil, wie bekannt, Wolfram sich auf einkristallinen polykristallinen Siliziumflächen nicht aber auf Siliziumoxidflächen niederschlägt. Bei sorgfälti gem Bilden der Oxidschichten 50 auf den Seitenwänden 31 der Gates 30 wird die Wolframschicht 56 sehr genau selbst ausgerichtet in Bezug auf die Source- und Drainzonen sowie die Gates 30. Dadurch wird sichergestellt, daß die Wolfram schicht 56 das Gate 30 einerseits und die Source- und Drainzonen andererseits nicht kurzschließen kann. Eine zu sätzliche Sicherheit wird erhalten, wenn die Dicke der Wolframschicht 56 die Hälfte der Dicke des polykristallinen Siliziums oder die Tiefe der N⁺- oder P⁺-Source- und Drain zonen 42, 44, 46 und 48 nicht überschreitet.

Nach Fig. 8 wird eine relativ dünne Schicht 60 - mit etwa 50 bis 100 nm Dicke - aus polykristallinem Silizium auf die Anordnung 10 aufgebracht. Anschließend wird die Anordnung 10 in einer Sauerstoffatmosphäre erhitzt, um die Wolf ramschicht 56 zu sintern und eine Wolframsiliziumschicht 58 an der Hauptfläche 16 in den Source- und Drainzonen 42, 44, 46 und 48 sowie an der Oberseite der Gates 30 zu bilden. Bei dem Sintern wird außerdem die aus polykristallinem Silizium bestehende Schicht 60 oxidiert, und es wächst eine Schicht 62 aus Siliziumoxid bis zu einer Dicke von etwa dem Doppelten der ursprünglichen Dicke der Schicht 60 auf.

Die Anordnung 10 kann nach irgendeinem passenden, im Stand der Technik bekannten Verfahren vervollständigt werden. Hierzu würden Schritte wie das Niederschlagen eines wieder aufzuschmelzenden Schmelzglases, das Metallisieren zum Ver binden der verschiedenen Teile der integrierten Schaltungen und die Passivierungsbehandlungen gehören. Ein durch Anwen dung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erzielender wich tiger Vorteil besteht darin, daß die erwünschte Struktur mit weniger Behandlungsstufen als bei den bekannten Verfahren einfach zu erhalten ist, wobei dieser Vorteil vor allem durch die automatische Selbstausrichtung erreicht wird, die problemlos in existierende Fabrikationsweisen einzu bauen ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines MOS-Feldeffekttran sistors in einer integrierten Schaltung (1) in einem auf einer Hauptfläche (16) eine Schicht aus Gateoxid (18) besitzenden Halbleiterkörper (14), mit folgenden Schritten:

(a) Bilden eines undotierten, eine Oberseite (34) und ein Paar von Seitenwänden (31) besitzenden Siliziumgates (30) auf dem Gateoxid (18);
(b) Bilden einer Sourcezone (42, 46) in dem Halb leiterkörper (14) nächst einer der Seitenwände (31) und einer Drainzone (44, 48) in dem Halb leiterkörper (14) nächst der anderen Seiten wand (31);
(c) Bilden einer Schicht aus Siliziumoxid (50) auf dem Siliziumgate (30) einschließlich dessen Seitenwänden (31);
(d) Freilegen der Siliziumoberfläche auf den Source- und Drainzonen (42, 46; 44, 48) sowie auf dem undotierten Siliziumgate (30) durch Entfernen eines Teils der Siliziumoxidschicht (50) bei Verbleib des Siliziumoxids nur an den Seitenwänden (31); und
(e) Bilden einer Schicht aus schwer schmelzbarem Metall (56) auf den freigelegten Flächen,
ge kennzeichnet durch die folgenden weiteren Schritte:
(f) Bilden einer Schicht aus polykristallinem Si lizium (60) auf der Metallschicht (56); und
(g) Bilden eines Metallsilizids (58) an jeder der freigelegten Flächen durch Erhitzen der Me tallschicht (56), der Schicht aus polykri stallinem Silizium (60) und des Halbleiterkör pers (14) in einer Sauerstoffatmosphäre.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen eines Teils der Siliziumoxidschicht (50) (Schritt d) mit anisotropem Ätzen geschieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß beim Aufheizen in einer Sauerstoffatmosphäre zwecks Bildung des Metallsilizids (58) die Schicht aus polykristallinem Silizium (60) vollständig oxi diert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als schwer schmelz bares Metall (56) Wolfram verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte a und b folgende Teilschritte enthalten:

(3) Bilden einer Schicht undotierten Siliziums (22) auf dem Gateoxid (18);
(ii) Bilden einer Schicht aus Siliziumnitrid (24) auf der Schicht aus undotiertem Silizium (22);
(iii) Bilden eines undotierten Siliziumgates (30) mit einem Paar von Seitenwänden (31) und einer Siliziumnitridkappe (32) durch Entfernen eines Teils der Schichten von Siliziumnitrid (24) und undotiertem Silizium (22);
(iv) Bilden der Source- und Drainzonen (42, 46; 44, 48); und
(v) Entfernen der Siliziumnitridkappe (32).