DE3636366C2

DE3636366C2 -

Info

Publication number: DE3636366C2
Application number: DE3636366A
Authority: DE
Inventors: Junichi Arima; Yoshihiro Hirata; Hiroshi Harada; Isao Furuta; Shigeru Harada; Reiji Itami Hyogo Jp Tamaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-11-09
Filing date: 1986-10-25
Publication date: 1993-06-03
Also published as: GB2183677A; DE3636366A1; JPS62111421A; GB8626523D0; KR900002619B1; US4983547A; GB2183677B; KR870005452A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Silicidschicht auf einem Substrat und geht aus von einem Verfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die aus der US 44 43 930 bekannt sind.

Die Fig. 1 zeigt eine dünne Schicht oder kurz Dünnschicht 3 aus MoSi_x als ein Beispiel für ein bei der Herstellung einer LSI-Schaltung benutztes Metall mit hohem Schmelzpunkt, wobei die LSI-Schaltung durch Besputterung einer Oxidschicht 2 ausgebildet wird, die wiederum auf einer Si-Platte oder Wafer 1 ausgebildet ist.

Das Zusammensetzungsverhältnis zwischen Mo und Si der MoSi_x-Dünnschicht 3, die durch Besputterung der Oxidschicht 2 ausgebildet wird, ist hauptsächlich durch das Zusammensetzungsverhältnis zwischen Mo und Si des Targets bestimmt.

Eine stabile Zusammensetzung wird gewonnen, wenn das Verhältnis von Si/Mo-Atomen bei 2 liegt. Jedoch wird das Si/Mo-Zusammensetzungsverhältnis der MoSi-Schicht als ein Teil einer Halbleiteranordnung so angesetzt, daß es innerhalb eines Bereichs von 2 : 1 bis zu 3 : 1 liegt. Dies ist der Fall, weil überschüssiges oder im Übermaß vorhandenes Si in der MoSi-Schicht auftretende mechanische Spannungen derart vermindern kann, daß ein Abplatzen, Abbröckeln oder Abschälen der MoSi-Schicht verhinderbar sind, die andernfalls während der Wärmebehandlung zur Rekristallisation der durch Besputterung auf einen Si-Wafer aufgebrachten MoSi auftreten würden. In "Silicides for VLSI Applications", Academic Press 1983, Seiten 50-59 und 115-123, sind diese Effekte sowie auch die gängigen bekannten Verfahren zum Herstellen von Silicidschichten beschrieben. Wird jedoch das Verhältnis von Si/Mo-Atomen auf Werte von 2,0 bis 3,0 angesetzt, so ist der spezifische Schichtwiderstand sehr viel größer als für eine stöchiometriegemäße Silicidschicht, d. h. eine Silicidschicht mit dem Verhältnis 2,0. Der Widerstand des hergestellten Leiters ist infolgedessen höher, so daß die Betriebsgeschwindigkeit der LSI-Schaltung verringert ist.

Aus "Silicides for VLSI Applications", Academic Press, 1983, Seiten 38-39, Seiten 46-49, Seite 124, Seite 156 bis Seite 157 und Seite 175ff., geht ferner hervor, daß sich der Widerstand von TaSi₂-Schichten mit dünner Aluminiumbeschichtung nach dem Glühen bei etwa 350°C bis 500°C insgesamt geringfügig verringert, jedoch die Silicidschicht für sich denselben Widerstandswert wie vor dem Aufbringen der Al-Schicht beibehält. Bei reinen nicht beschichteten TiSi₂-Schichten wurde beobachtet, daß sich bei einem Si/Ti-Verhältnis von 3 nach einem Sintern bei 900°C der spezifische Widerstand deutlich verringerte.

Ferner ist aus dem Artikel "VLSI Metallization Using Aluminium and its Alloys", Solid State Technology, März 1983, Seiten 131-138, bekannt, daß sich bei einer Wärmebehandlung bei 450°C von mit Aluminium beschichtetem Polysilicium Silicium in kristalliner Form in der Al-Schicht absetzt. Der Einfluß dieses Effekts auf die Kontakteigenschaften des Si/Al-Kontakts ist im einzelnen untersucht und erläutert.

In "Aluminium Ternary Silicides", IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 25, Nr. 3A, August 1982, Seiten 1177ff., ist unter anderem ausgeführt, daß nach Abscheiden von Al auf einem binären Silicid ein ternäres Silicid gewinnbar ist, in dem durch den Ersatz kovalenten Si's durch metallisches Al eine höhere elektrische Leitfähigkeit vorliegt.

In der eingangs erwähnten US 44 43 930 wird eine WSi_x-Schicht mit 2×3 nach dem Ätzvorgang zur Ausbildung von z. B. Source- und Drainbereichen in üblicher Weise auf etwa 900°C nachgeglüht, um den Schichtwiderstand herabzusetzen. Eine Aluminiumschicht wird dann über der gesamten Struktur abgeschieden und zur Ausbildung eines Kontaktanschlußmusters selektiv auf bestimmten Kontaktanschlußbereichen der WSi_x- bzw. Polysiliciumschichtabschnitte zurückgelassen, bevor eine Passivierungsschicht aufgebracht wird.

Die bekannten Verfahren zur Beeinflussung der Leitfähigkeit von Silicidschichten setzen demnach entweder voraus, daß die gesamte Schicht vor oder nach dem Ätzvorgang bei sehr hohen Temperaturen gesintert wird oder daß die Silicidschicht entweder gemeinsam mit Aluminium aufgedampft wird oder insgesamt mit einer Aluminiumkontaktschicht versehen wird, um Si durch Al zu ersetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Ausbildung von Silicidschichten auf einem Substrat ermöglicht, welche sich einerseits während Wärmebehandlungen nicht vom Substrat lösen und andererseits in wahlweise vorgebbaren Bereichen eine erhöhte Leitfähigkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs gelöst.

Danach wird eine Aluminiumschicht vor einer Wärmebehandlung auf der Silicidschicht abgelagert, um deren Schichtwiderstand durch die nachfolgende Wärmebehandlung in ausgewählten Bereichen herabzusetzen, indem in den unter dem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung liegenden Bereichen die Siliciumkonzentration vermindert wird. Die Wärmebehandlung bei nur etwa 350°C bis 550°C, die ein Absetzen überschüssigen Si's am Aluminium bewirkt, vermeidet ein Ablösen der Silicidschicht.

Nach Entfernen der Al-Schicht mit dem daran abgesetzten überschüssigen Si gewinnt man so eine Silicidschicht, die in gezielt vorgebbaren Bereichen einen geringeren spezifischen Widerstand aufweist, so daß Bereiche von LSI-Schaltungen mit unterschiedlichen Anforderungen an die Leitfähigkeit berücksichtigt werden können. Auch ist im Gegensatz zum Stand der Technik, der den Ersatz von Si durch Al aus einer dauerhaft aufgebrachten, das Silicid völlig überdeckenden Al-Schicht lehrt, möglich, Al-kontaktschichtfreie Silicidschichten auszubilden, die dennoch Bereiche erhöhter Leitfähigkeit aufweisen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 - eine Schnittansicht, die eine auf einem Substrat ausgebildete Silicidschicht zeigt,

Fig. 2a - eine Schnittansicht, die auf einer Silicidschicht abgelagertes Al darstellt;

Fig. 2b - eine Schnittansicht, die durch die Wärmebehandlung an der Al Schicht abgesetztes Si zeigt, und

Fig. 2c - eine Schnittansicht, die die Silicidschicht auf einem Substrat darstellt, von der die Al Schicht und das abgesetzte Si entfernt worden sind.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 2a bis 2c näher erläutert.

Zunächst wird eine der in Fig. 1 gezeigten Struktur ähnliche Anordnung hergestellt. Dies kann mittels der anhand von Fig. 1 beschriebenen Art und Weise erfolgen.

Daraufhin wird Al durch Evaporation bzw. Verdampfung oder ein Sputterverfahren auf der MoSi_x Schicht 3 abgelagert bzw. niedergeschlagen, um eine Schicht 4 einer Dicke von ungefähr 0,5 bis zu einigen Mikrometern auszubilden.

Dann wird eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 350° Celsius bis zu 550° Celsius und in einer Stickstoff N₂- oder Wasserstoff H₂- Atmosphäre für eine Zeitdauer von einigen wenigen Minuten bis zu wenigen Stunden angewandt. Durch diese Wärmebehandlung wird ein Absetzen oder eine Abscheidung des Si in der MoSi_x Schicht 3 an die Al Schicht 4 bewirkt. Das abgesetzte Si ist in Fig. 2b durch die Bezugszahl 5 angezeigt.

Daraufhin werden die Al Schicht 4 und das abgesetzte Si 5 entfernt, so daß eine in Fig. 2c dargestellte Struktur gewonnen wird. Das Zusammensetzungsverhältnis von Si zu Mo in der resultierenden MoSi_x Schicht 3′ ist geringer als das der Schicht 3 in Fig. 1, d. h. der Schicht, wie sie unmittelbar nach dem Sputterprozeß mit Mo und Si vorliegt. Infolgedessen ist der spezifische Widerstand der MoSi Schicht herabgesetzt.

Die Al Schicht 4 kann darüber hinaus selektiv ausgebildet werden, so daß die Al Schicht mit beliebig erwünschtem Muster ausgebildet wird. In diesem Fall wird nur der Teil oder der Bereich der MoSi_x Schicht 3, die unter dem Muster der Al Schicht liegt, der Abscheidung oder Absetzung unterliegen und die resultierende MoSi_x Schicht wird dann in so ausgewählten Bereichen, d. h. in Bereichen, die unterhalb des durch die Al Schicht gebildeten Musters lagen, eine geringere Konzentration an Si und infolgedessen einen geringeren spezifischen Widerstand aufweisen.

Die Erfindung kann auch auf andere Silicide wie beispielsweise WSi_x, TiSi_x und TaSi_x angewandt werden.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Silicidschicht auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet, jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auch auf Fälle angewendet werden, bei denen eine Silicidschicht in einem metallischen Produkt gebildet wird.

Claims

1. Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Silicidschicht (3) auf einem Substrat (1) durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte:

a) Ablagern einer metallischen Silicidschicht (3) aus MoSi_x, TiSi_x oder WSi_x mit einer über der stöchiometriegemäßen Konzentration liegenden Konzentration von 2×3 durch Sputtern oder ein anderes Verfahren mit vergleichbarer Schichtbildung,
b) selektives Ablagern einer Schicht aus Aluminium (4) oder einer Aluminiumlegierung auf dieser metallischen Silicidschicht mit beliebigem Muster und
c) Entfernen der Schicht aus Aluminium (4) oder der Aluminiumlegierung und des daran abgesetzten Siliciums,

dadurch gekennzeichnet,

d1) daß nach Schritt b), aber vor Schritt c) eine Wärmebehandlung erfolgt, die ein Absetzen von Silicium aus der metallischen Silicidschicht am Aluminium bewirkt, bei einer Temperatur von etwa 350°C bis etwa 550°C, so daß der unter der Schicht aus Aluminium (4) oder Aluminiumlegierung liegende Teil der Silicidschicht (3) eine geringere Siliciumkonzentration aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

d2) daß die Wärmebehandlung in einer Wasserstoff- oder in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird.