DE3743591C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes in
einer Halbleiteranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 2A bis 2C ein Herstellungsprozeß
erläutert, bei welchem eine Metallgrenzschicht, z. B. eine Ti
tan-Nitrid-Schicht auf Halbleiterschichten mittels RTP (Rapid
Thermal Process) hergestellt wird, eine Technik, bei der mit
Hilfe einer Lampe hoher Intensität schnell aufgeheizt wird.
Wie in Fig. 2A gezeigt, wird zunächst ein Kontaktloch 3 für
einen elektrischen Kontakt mit einem Siliziumsubstrat 1 an
einer vorbestimmten Stelle eines Isolierfilms 2 auf dem Silizium
substrat 1 gebildet, das als Halbleiterschicht eines Halb
leiterteils wirkt. Dann wird Titan auf der Oberfläche des
Isolierfilms 2 und der Innenwand des Kontaktloches 3 durch
Sputtern, Bedampfen oder dergleichen gebildet, so daß eine
Titanschicht 40a entsteht. In diesem Fall, der in Fig. 2A
gezeigt ist, können Verunreinigungen wie Phosphor, Bor oder
Arsen in der Region des Siliziumsubstrates 1 beim Boden des
Kontaktloches 3 über Ionenimplantation oder thermische
Diffusion eingebracht werden, um den dotierten Bereich des
Siliziumsubstrates 1 zu bilden, wodurch dann eine ver
unreinigungs-diffundierte Schicht 5 entsteht.
Als nächstes wird, wie in Fig. 2B gezeigt, die Titanschicht
40a in einer Stickstoffatmosphäre mittels RTP nitriert, um eine
Titan-Nitridschicht 40 zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt rea
giert Titan in der Titanschicht 40a mit dem Silizium im
Siliziumsubstrat 1 und bildet eine Titan-Silicid-Schicht in
der Nähe der Grenze zwischen der Titan-Nitrid-Schicht 40 und
dem Siliziumsubstrat 1.
Als drittes wird, wie in Fig. 2C gezeigt, eine Aluminium
legierungsschicht 9 auf der Titan-Nitrid-Schicht 40 durch
Sputtern, Bedampfen oder dergleichen gebildet. Schließlich
wird auf dem Halbleiter 10 ein Muster für die Verdrahtung
angebracht.
Die so gebildete Titan-Nitrid-Schicht 40 dient als Resultat
ihrer Dichte dazu, das Aluminium in der Aluminium-Legierungs
schicht 9 vor einer Reaktion mit dem Siliziumsubstrat 1 zu
schützen, die einen Durchgang über die Wanderung des Alumi
niums in das Siliziumsubstrat 1 bewirken würde. Wenn die
Dicke der Titan-Nitrid-Schicht 40 am Boden des Kontaktloches 3 über 15 nm
beträgt, so wirkt die Nitrid-
Schicht 40 als Grenzschicht gegen diesen Durchgang. Wenn
die Dicke der Titan-Nitrid-Schicht 40 gesteigert wird, so
kann ein großer Grenzschichteffekt erzielt werden.
Wenn beispielsweise die Titan-Schicht 40a, die durch Titan
ablagerung gebildet wird, eine Dicke von 100 nm hat, so hat
der Abschnitt der Titan-Nitrid-Schicht 40 am Boden des Kon
taktloches 3, die durch RTP gebildet wird, eine Dicke von
etwa 30 nm und die Titan-Nitrid-Schicht 40 weist eine Dicke
von 150 nm auf. In diesem Fall reagiert die Titan-Schicht
40a mit dem Siliziumsubstrat 1 in der Art, daß sie das Si
liziumsubstrat 1 bis zu einer Tiefe von etwa 80 nm korro
diert. Daraus resultiert, daß die Verbindungstiefe Xj im
Abschnitt des Kontaktloches 3 abnimmt.
Wie oben beschrieben, wird dann, wenn Titan mit einer Dicke
von etwa 100 nm abgelagert wird, das Siliziumsubstrat 1
bis zu einer Tiefe von etwa 80 nm über Silicidierung korro
diert, jedoch schreitet diese Korrosion teilweise auch zu
tieferen Schichten fort. Auch in dem Fall, in dem die Ver
bindungstiefe Xj bei 300 nm liegt, können Fehler wie Ver
bindungsleckagen auftreten.
Wenn die Verbindungstiefe Xj weiter abnimmt, und zwar weil
man die Halbleiteranordnungen miniaturisieren will, muß man
die Tiefe des Abschnittes des Siliziumsubstrates 1 vermin
dern, das durch Silicidierung korrodiert wird. Beim her
kömmlichen Verfahren muß jedoch, um die Dicke der Titan-
Silicid-Schicht 6 zu verringern, die Dicke des abgelagerten
Titans ebenfalls abnehmen. Dies wiederum führt zu dem Problem,
daß die Titan-Nitrid-Schicht 40 am Boden des Kontaktloches 3
eine verringerte Dicke und damit auch eine verminderte Fähig
keit bekommt, als Metallgrenzschicht zu wirken.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der JP-OS
61-1 42 739 bekannt. Dieses bekannte Verfahren weist jedoch
die obengenannten Nachteile auf, wobei insbesondere keine
Titan-Nitrid-Schicht mit einer hinreichenden Dicke erzielt
werden, ohne daß dadurch die Dicke der Halbleiterschicht
durch Korrosion abnimmt, welche durch die Reaktion
der Titan-Schicht mit der Halbleiterschicht an der Grenzschicht
dazwischen entsteht.
Aus der DE 31 40 669 A1 ist es bekannt, daß man elektrisch leitfähige Schichten - in diesem Fall Aluminiumleiterbahnen
- in zwei Schritten erzeugen kann, jedoch
werden hier bei unterschiedlichen Bedingungen lediglich Materialschichten aufeinander angebracht,
um dadurch schmale und dennoch hohe Leiterbahnen
rißfrei ausbilden zu können. Eine Reaktion zwischen den
aufgebrachten Schichten findet nicht statt.
Ausgehend vom obengenannten Stand der Technik liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Kontaktes in einer Halbleiteranordnung aufzuzeigen, bei welchem die
Dicke der Halbleiterschicht weniger als bisher abnimmt und
Verbindungsleckagen sicherer als bisher vermieden werden
können.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs
1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der Abbildungen näher
erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1A bis 1D Querschnitte zur Erläuterung der verschiedenen
Zustände der Halbleiteranordnung bei Durchführung
einer Ausführungsform des erfindungsge
mäßen Verfahrens und
Fig. 2A bis 2C Querschnitte durch eine Halbleiteranordnung zur
Erläuterung eines herkömmlichen Verfahrens.
Nachfolgend wird das Verfahren anhand der Fig. 2A bis 2D näher
erläutert. Diese zeigen Querschnittsansichten von
Zuständen einer Halbleiteranordnung, die jeweils einem
Schritt des er
findungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kontaktes in einer Halbleiter
anordnung entsprechen.
Die Bezugsziffern aus den Fig. 2A bis 2C werden auch hier
zur Erläuterung gleicher bzw. ähnlicher Teile verwendet.
Zunächst wird, wie in Fig. 1A gezeigt, ein Kontaktloch 3
an einer vorbestimmten Stelle eines Isolierfilms 2 gebildet,
der über einem Siliziumsubstrat 1 liegt, das als Halbleiter
schicht wirkt. Daraufhin wird Titan als Schicht auf der
Oberfläche des Isolierfilms 2 und der Innenwand des Kontakt
loches 3 durch Sputtern, Bedampfung oder dergleichen abge
lagert, und zwar in einer Schichtdicke, die geringer ist als die
nach Fig. 2A, wodurch eine erste Titan-Schicht 4a gebildet
wird. In diesem Fall, der in Fig. 1A gezeigt ist, können
Verunreinigungen wie Phosphor, Bor oder Arsen im Bereich
des Silizium-Substrates 1 beim Boden des Kontaktloches 3
durch Ionenimplantation, thermische Diffusion oder derglei
chen eingebracht werden, um diesen Bereich des Silizium
substrates 1 zu dotieren und dadurch eine Verunreinigungs-
Diffusionsschicht 5 zu bilden.
Als zweites wird, wie in Fig. 1B gezeigt, die erste Titan-
Schicht 4a in einer Stickstoffatmosphäre mittels RTP nitriert,
um eine erste Titan-Nitrid-Schicht 4 zu bilden. Zu diesem
Zeitpunkt reagiert das Titan in der Titan-Schicht 4a mit
dem Silizium im Silizium-Substrat 1 und bildet ein Reak
tionsprodukt, und zwar eine Titan-Silicid-Schicht 6 in der
Nähe der Grenze zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und der er
sten Titan-Nitrid-Schicht 4.
Als drittes wird, wie in Fig. 1C gezeigt, wieder Titan auf
der ersten Titan-Nitrid-Schicht 4 abgelagert, um eine zweite
Titan-Schicht 7a zu bilden.
Als viertes wird, wie in Fig. 1D gezeigt, die zweite Titan-
Schicht 7a in der Stickstoffatmosphäre mittels RTP nitriert,
um eine zweite Titan-Nitrid-Schicht 7 zu bilden. So wird
eine dicke Titan-Nitrid-Schicht 8 geformt, die als Grenz
metallschicht wirkt, da die zweite Titan-Nitrid-Schicht 7
auf der ersten Titan-Nitrid-Schicht 4 ausgebildet wird.
Beim oben beschriebenen Verfahren dient die Anbringung
der ersten Titan-Nitrid-Schicht 4, die eingangs als dünner
Film ausgebildet wird dazu, einen Kontakt der im zweiten
Schritt aufgebrachten Titan-Schicht 7a mit dem Silizium
substrat 1 oder der Titan-Silicid-Schicht 6 zu verhindern.
Aus diesem Grund wird auch dann, wenn die zweite Titan-
Schicht 7a mittels RTP nitriert wird, diese zweite Titan-
Schicht 7a überhaupt nicht silicidiert. Dementsprechend
können die zwei Titan-Schichten 4a und 7a, die jeweils
dünner als eine herkömmliche Schicht sind, in eine Titan-
Nitrid-Schicht 8 umgewandelt werden, welche eine Dicke auf
weist, die zur Realisierung eines hohen Grenzschichteffektes aus
reicht.
Wie eingangs beschrieben, benötigt das herkömmliche, in den
Fig. 2A bis 2C gezeigte Verfahren eine Ablagerung einer
Titan-Schicht 40a mit einer Dicke von 100 nm, um eine
30 nm dicke Titan-Nitrid-Schicht 40 zu bilden. In diesem
Fall wird eine Titan-Silicid-Schicht 6 mit einer Dicke von
etwa 150 nm gebildet, so daß der Abschnitt des Silizium
substrates 1 beim Boden des Kontaktloches 3 bis zu einer
Tiefe von etwa 80 nm korrodiert wird.
Im Gegensatz zur herkömmlichen Methode wird beim erfindungs
gemäßen Verfahren bei einer Ablagerung einer ersten Titan-
Schicht 4a mit einer Dicke von 50 nm und darauffolgender
RTP-Nitrierung eine erste Titan-Nitrid-Schicht 4 mit einer
Dicke von etwa 15 nm und eine Titan-Silicid-Schicht 6 mit
einer Dicke von etwa 75 nm gebildet. Das Siliziumsubstrat 1
wird bis zu einer Tiefe von etwa 40 nm korrodiert. Wenn
daraufhin die zweite Titan-Schicht 7a mit einer Dicke von
etwa 15 nm abgelagert und daraufhin über RTP nitriert wird, wird
die zweite 15 nm dicke Titan-Nitrid-Schicht 7 gebildet.
Daraus folgt, daß die Gesamtdicke der Titan-Nitrid-Schicht
8 30 nm beträgt.
Wenn also eine 30 nm dicke
Titan-Nitrid-Schicht 8 gebildet wird, so wird das Silizium
substrat 1 lediglich bis zu einer Tiefe von etw 40 nm
korrodiert. Auf diese Weise kann die Bildung und Nitrie
rung der Titanschichten in zwei separaten Schritten so
durchgeführt werden, daß man eine Titan-Nitrid-Schicht mit
einer hinreichenden Dicke und somit eine Metallgrenzschicht
mit einem hohen Grenzschichteffekt erzielt, während der Bereich,
in dem die Titanschicht mit der Halbleiterschicht reagiert,
auf einen dünnen Bereich am Boden des Kontaktloches begrenzt
wird.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren werden der Ablagerungs
prozeß und der Nitrierungsprozeß in zwei Schritte unter
teilt. Die Ablagerung und die Nitrierung können aber auch
in drei oder mehr Schritten erfolgen, wobei man ähnliche
Effekte bzw. gewisse Verbesserungen noch erzielen kann.
Darüber hinaus ist die Erfindung nicht nur auf den hier be
schriebenen Gegenstand mit einem Siliziumsubstrat und einer
Titan-Nitrid-Schicht 8 beschränkt. Beispielsweise kann die
Titan-Nitrid-Schicht 8 auch in Kontakt mit einer Polysili
zium-Verdrahtungsschicht stehen, wobei man durch das
Verfahren die Korrosion des Polysiliziums
verhindern bzw. verringern kann.
Claims (12)
1. Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes in einer Halbleiteranordnung, umfassend
folgende Schritte:
- - Bilden mindestens einer ersten Titan-Schicht (4a) auf einer Halbleiterschicht (5);
- - Nitrieren der ersten Titan-Schicht (4a) in einer Stickstoffatmosphäre über Wärmebehandlung zur Bildung einer ersten Titan-Nitrid-Schicht (4) und einer Reaktionspro dukt-Schicht (6) aus Titan und dem Material der Halbleiterschicht (5) in der Nähe der Grenze zwischen der Halbleiterschicht (5) und der ersten Titan-Nitrid-Schicht; (4),
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - Bilden einer zweiten Titan-Schicht (7a) auf der ersten Titan-Nitrid-Schicht; und
- - Nitrieren der zweiten Titan-Schicht (7a) in einer Stickstoffatmosphäre über Wärmebehandlung zur Bildung einer zweiten Titan-Nitrid-Schicht, so daß eine Metallgrenzschicht auf der Halbleiterschicht (5) durch Kombination der ersten Titan-Nitrid-Schicht (4) und der zweiten Ti tan-Nitrid-Schicht (7) gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die
Schritte:
- - Bilden eines Isolierfilms auf der Halbleiterschicht, bevor man die erste Titan-Schicht aufbringt, um ein Kontaktloch an einer vorbestimmten Position in dem Isolierfilm so anzubringen, daß ein Abschnitt der Halbleiteranordnung durch den Isolierfilm offen daliegt;
- - Bilden der ersten Titan-Schicht auf der offenen Fläche der Halbleiterschicht und der Oberfläche des Isolierfilms einschließlich der Innenwände des Kontaktloches.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht ein Siliziumsubstrat
umfaßt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halbleiterschicht eine Polysilizium-
Verdrahtungsschicht umfaßt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Abschnitt der Halbleiterschicht
unterhalb der ersten Titan-Schicht eine verunreinigungs-diffundierte
Schicht umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verunreinigung mindestens ein Element der Gruppe Phosphor,
Bor und Arsen umfaßt, das in die verunreinigungs-diffundierte
Schicht eingeführt ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jede der Wärmebehandlungen zur Bildung der
ersten und der zweiten Titan-Schicht eine RTP-Behandlung ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reaktionsprodukt-Schicht eine
Titan-Silicid-Schicht ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Titan-Schicht mit einer
Dicke von etwa 50 nm aufgebracht wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß man die zweite Titan-Schicht mit einer
Dicke von etwa 15 nm aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Titan-Silicid-Schicht in einer Dicke von etwa 75 nm hergestellt
wird.
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