NL8002609A - Samengestelde geleidende structuur en werkwijze voor het vervaardigen daarvan. - Google Patents

Description

Samengestelde geleidende structuur en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op werkwijzen voor het vervaardigen van samengestelde geleidende structuren in geïntegreerde schakelingen.

Bij het uitvoeren van de werkwijze volgens de 5 uitvinding gaat men bij een bepaalde uitvoeringsvorm daarvan uit van een substraat van een halfgeleidermateriaal met een hoofdoppervlak, waarop zich een laag isolerend materiaal bevindt. Ben geleider van metalliek materiaal, gekozen uit de groep hitte-bestendige metalen, die nagenoeg niet-reactief zijn met siliciumdioxyde, wordt 10 bovenop de isolerende laag aangebracht. Ben laag van een silicide van het metallieke materiaal wordt aangebracht op de vrijliggende oppervlakken van de geleider. Een laag siliciumdioxyde wordt gevormd op de vrijliggende oppervlakken van de laag van het silicide van het metallieke materiaal.

15 Bij het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding wordt volgens een voorkeursuitvoering daarvan uitgegaan van een substraat van een halfgeleidermateriaal met een daarboven ‘op liggende laag van een isolerend materiaal. Ben geleider van molybdeen wordt gevormd in een gewenst patroon op de laag isolerend 20 materiaal. Een laag molybdeensilicide wordt gevormd op de vrijliggende oppervlakken van de geleider. Het substraat met de geleider en de daarop liggende laag molybdeensilicide wordt in een oxyderende atmosfeer verhit bij een temperatuur en gedurende een tijd, die geschikt zijn cm het ox^datianiddel te laten reageren met de laag 25 molybdeensilicide, zodat een deel daarvan wordt omgezet in silicium-dioxyde, dat zich bevindt op een ander deel van de laag molybdeensilicide, dat niet in siliciumdioxyde is omgezet. Ook kan de laag molybdeensilicide volledig in siliciumdioxyde worden omgezet.

8002609 2

Bij het uitvoeren van een bepaalde uitvoeringsvorm gaat men uit van een substraat van een halfgeleidermateriaal met een daarop liggende laag van een isolerend materiaal. Ben geleider van een metalliek materiaal, gekozen uit de groep hitte-besten-5 dige materialen, die nagenoeg niet-reactief zijn ten opzichte van siüciumdioxyde, wordt in een gewenst patroon gevormd op de laag isolerend materiaal. Ben laag polykristallijn silicium wordt gevormd op de geleider van metalliek materiaal en de laag isolerend materiaal. Het substraat, met inbegrip van de geleider van metalliek 10 materiaal en de daarop liggende laag polykristallijn silicium, wordt verhit tot een zodanige temperatuur en gedurende een zodanige tijd, dat de laag polykristallijn silicium reageert met een deel van de geleider onder vorming \an een laag van een silicide van het metallieke materiaal, die ligt op een overgebleven deel van de geleider, 15 die niet in een silicide daarvan is omgezet. Het deel van de laag polykristallijn silicium, dat niet met het metallieke materiaal heeft gereageerd wordt verwijderd. Het substraat, met inbegrip van de geleider en de laag metaalsilicide, wordt in een oxyderende atmosfeer verhit bij een tenperatuur en gedurende een tijd, waardoor 20 het oxidatiemiddel reageert met de silicidelaag en een deel daarvan wordt omgezet in siüciumdioxyde,dat Hgt op een ander deel van de silicidelaag, dat niet in siliciundioxyde is omgezet. Alternatief kan de laag van het silicide van het metalüeke materiaal volledig in siüciumdioxyde worden ongezet.

25 1 De uitvinding kan worden begrepen aan de hand van de volgende beschrijving in verband met de bijgaande tekening, waarop fig. 1 een bovenaanzicht is van een samengesteld lichaam, omvattende een isolerend substraat, waarop een eerste 30 metalliseringsniveau van molybdeen is gevormd, gevolgd door een laag molybdeensiücide en daarna gevolgd door een passiverende laag siüciumdioxyde, fig. 2 een aanzicht in dwarsdoorsnede is van het lichaam van fig. 1 volgens de lijn 2-2, 35 de fig. 3A-3E dwarsdoorsneden weergeven van 800 2 6 09 3 structuren, die ODeenvolgende trappen aangeven van een werkwijze voor het vervaardigen van de samengestelde structuur van de fig. 1 en 2 volgens de uitvinding.

In fig. 1 is een samengesteld lichaam 10 aange-5 geven, voorzien van een geleider 11 uit molybdeen van een eerste niveau volgens de onderhavige uitvinding. Het samengestelde lichaam 10 omvat een substraat 12, opgebouwd uit een substraat 13 van silicium, waarop een laag 14 van siliciumdioxyde is gevormd. De laag 14 dient voor de stuurelektrode of voor andere doeleinden van een 10 geïntegreerde schakeling, bijvoorbeeld een beeldweergeef orgaan, een geheugen of een verwerkingsschakeling voor signalen of gegevens.

Op de isolerende laag bevindt zich de geleider 11 uit molybdeen.

De geleider 11 kan worden gevormd door aanvankelijk een laag molybdeen aan te brengen op het oppervlak van de isolerende laag en wel 15 tot een geschikte dichtheid, bijvoorbeeld verschillende duizenden Angstrom eenheden, en bijvoorbeeld door spetteren en daarna een patroon op de laag te vormen door fotoresist-maskering en etstech-. nieken, zoals die in de stand der techniek algemeen bekend zijn. Cp de geleider 11 en de vrij liggende delen daarvan volledig bedekkende 20 is een laag 16 aangebracht van molybdeensilicide, die bijvoorbeeld met een dikte van 1000 Angstrom is verbonden aan de molybdeengelei-der 11. Liggende op en gebonden aan de laag 16 van molybdeensilicide is een laag 17 van siliciumdioxyde aangebracht.

Een werkwijze voor het vervaardigen van de samen-25 gestelde structuur volgens de fig. 1 en 2 zal nu worden beschreven aan de hand van de fig. 3A-3E. De onderdelen van de fig. 3A-3E, die identiek zijn aan de onderdelen van de fig. 1 en 2, zijn op dezelfde wijze aangeduid. Een substraat 13 van een silicium-halfgeleidermate-riaal met een dikte van ongeveer 0,25 mm met daarop een laag 14 van 30 thermisch-gegroeid siliciumdioxyde met een dikte van ongeveer 1000 Angstrom eenheden wordt als uitgangsmateriaal gebruikt. Een laag molybdeen met een dikte van 3000 Angstrom wordt door spetteren op de isolerende laag af gezet. De laag 'molybdeen wordt van een patroon voorzien door gebruik te maken van fotoresist-maskering en etstech-35 nieken, zoals die algemeen békend zijn, teneinde een geleider te 8002609 « 4 verkrijgen als aanqegeven in fig. 3A. Daarna wordt een laag poly-kristallijn silicium 15 met een dikte van ongeveer 2000 Angstrom afgezet op de molybdeengeleider 11 en de laag 14 van siliciumdioxyde door pyrolytische ontleding van silaan bij ongeveer 750° C in een 5 stroom inert dragergas, bijvoorbeeld argon, teneinde de structuur van fig. 3B te verkrijgen. Deze structuur wordt in een inerte atmosfeer bot een temperatuur van ongeveer 1000° C verhit gedurende een bepaalde tijd, teneinde het polykristallijn silicium te laten reageren net de molybdeengeleider 11 onder vorming van een laag molyb-10 deensilicide met geschikte dikte, die ligt op het niet gereageerd hebbende deel van de molybdeengeleider 11 en daaraan is gebonden als aangegeven in fig. 3C. Vervolgens worden de niet gereageerd hebbende delen van de laag polykristallijn silicium geëtst met een daarvoor geschikt etsmiddel, bijvoorbeeld een waterige oplossing van kalium-15 hydroxyde, die het polykristallijne silicium selectief etst zonder de molybdeensilicidelaag 16 of de isolerende siliciumdioxydelaag 14 te etsen en waarbij dan de structuur van fig. 3D wordt verkregen, waarbij de geleider 11 is bedekt door een daarop liggende laag 16 van molybdeensilicide. Het samengestelde lichaam van fig. 3D wordt 20 vervolgens in een oxyderende atmosfeer bij een temperatuur van ongeveer 1000° C geoxydeerd cm een deel van de molybdeensilicidelaag 16 te oxyderen tot siliciumdioxyde, waarbij een deel van de laag molybdeensilicide, die de molybdeengeleider 11 bedekt, achterblijft, zoals in fig. 3E is aangegeven. Dit deel van de laag molybdeensili-25 cide geeft een afscherming tussen de molybdeengeleider 11 en de oxyderende atmosfeer en deze is geschikt verschillende duizenden Angstrom dik, hoewel deze laag belangrijk dunner kan zijn. De aanvankelijke dikte van de molybdeensilicidelaag van het samengestelde lichaam van fig. 3C wordt voldoende dik gekozen om een siliciumdioxy-30 delaag 17 net de gewenste dikte te kunnen verkrijgen, zoals aangegeven in fig. 3E. Als bijvoorbeeld een tweede metalliseringsniveau wordt aangebracht over de siliciumdioxydelaag, wordt de silicium-dioxydelaag voldoende dik gemaakt om een goede elektrische isolatie tussen de beide niveaus te bewerkstelligen. De dikte van deze sili-35 ciumdioxydelaag 17 en de dikte van het overblijvende deel van de 8002609 5 laag 16 van molybdeensilicide is afhankelijk van de tijd en temperatuur van de oxydatiebewerking. Zo wordt een samengestelde structuur verkregen, omvattende een molybdeengeleider, die volledig is inge-kapseld door siliciumdioxyde.

5 Alternatief kan, nadat de laag polykristallijn silicium 15 is afgezet over de molybdeengeleider 11, zoals in fig.

3B, het polykristallijne silicium met een fotoresist worden gemaskeerd volgens een algemeen bekende techniek. De delen van de polykristallijne siliciumlaag, die niet door de fotoresist zijn bedekt, 10 worden geëtst met een geschikt etsmiddel voor silicium, bijvoorbeeld een waterige oplossing van kaliumhvdroxyde, die het polykristallijne silicium selectief etst zonder de siliciumdioxyde-isolatielaag 14 in belangrijke mate te etsen, waarbij de structuur van fig. 3B wordt verkregen, waarin de geleider 11 is bedekt door een daarop liggende 15 laag 15 van polykristallijn silicium met een dikte van ongeveer 2000 Angstran. Als de reactietijd tussen het polykristallijne silicium en de molybdeengeleider beperkt is, kan een buitenste deel van de laag polykristallijn silicium niet reageren, zoals in fig. 3C is aangegeven. Daar het vrij liggende oppervlak van de samengestelde 20 structuur bestaat uit siliciumdioxyde, kan een tweede metalliserings-niveau, omvattende molybdeen, op dezelfde wijze worden aangebracht als in het geval van het eerste metalliseringsniveau.

Hoewel de uitvinding is beschreven en toegelicht in verband met samengestelde elektrodestructuren, waarbij de gelei-25 der 11 bestaat uit molybdeen, is het duidelijk dat op grond van de gelijkenis van verbindingen van wolfraam en verbindingen van molybdeen, in het bijzonder de oxyden en siliciden, de geleider 11 ook uit wolfraam kan bestaan. Ook kan de geleider 11 bestaan uit andere hitte-bestendige materialen, die nagenoeg niet-reactief zijn ten 30 opzichte van siliciumdioxyde, zoals tantaal, platina en palladium. Daarnaast zijn de legeringen van de hitte-bestendige materialen, die hierboven zijn genoemd en waarbij het hitte-bestendige materiaal een hoofdbestanddeel daarvan vormt, geschikt voor de geleider 11.

Hoewel bij de hierboven beschreven werkwijze het 35 niet gereageerd hebbende polykristallijne silicium werd verwijderd 8002609 f 6 vöör de oxidatie van het molybdeensilicide, zoals aangegeven in fig. 3, zal het duidelijk zijn dat de oxydatie van het silicide kan geschieden zonder verwijdering van het onomgezette polykristallijne silicium.

5 Hoewel de laag isolerend materiaal 14, waarop het geleidende orgaan 11 uit molybdeen werd gevormd, uit silicium-dioxyde bestaat, is het duidelijk dat de isolerende laag kan bestaan uit een aantal materialen, zoals bijvoorbeeld siliciuimitride of een laag van siliciumnitrlde, liggende op een laag van de sili- 10 ciumdioxyde of combinaties daarvan. Hoewel een siliciumsubstraat is aangegeven als het materiaal, waarop de isolerende laag silicium-dioxyde is gevormd, kan ieder ander half geleidend substraat worden gebruikt, bijvoorbeeld galliumarsenide.

15 8002509

Claims (21)

1. 2. Geleiderstructuur volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat hitte-bestendige metallieke materiaal bestaat uit molybdeen, wolfraam, tantaal, platina of palladium.
2. 3. Geleiders tructuur volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het isolerende materiaal siliciumdioxyde is.
3. 4. Geleiderstructuur volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk,dat de laag isolerend materiaal bestaat uit een laag siliciumnitride liggende op een laag siliciumdioxyde en dat 20 de geleider ligt cp de laag siliciumnitride.
4. 5. Geleiderstructuur volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het isolerende materiaal een samenstelling van siliciumdioxyde en siliciumnitride is.
5. 6. Geleiderstructuur volgens één der voorgaande 25 conclusies, met het kenmerk, dat het halfgeleidermateriaal silicium is.
6. 7. Werkwijze voor het vormen van een samengestelde geleiderstructuur, met het kenmerk, dat men (a) uitgaat van een substraat van een halfgeleidermateriaal met een daarop liggende 30 laag isolerend materiaal, (b) een geleider vormt van een hittebestendig metalliek materiaal, dat nagenoeg niet-reactief is met siliciumdioxyde en wel in een gewenst patroon, liggende op de laag isolerend materiaal, (c) een laag vormt van een silicide van het metallieke materiaal op alle vrijliggende oppervlakken van de gelei-35 der, (d) het substraat met inbegrip van de geleider en de laag 800 2 6 09 r silicide verhit in een oxyderende atmosfeer bij een zodanige temperatuur en gedurende een zodanige tijd, dat het oxidatiemiddel reageert net de laag silicide en een deel daarvan wordt omgezet in siliciumdioxyde, dat ligt op een ander deel van de laag silicide, 5 die niet in siliciumdioxyde is angezet.
7. 8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de laag silicide wordt gevormd door eerst cp de laag isolerend materiaal, met inbegrip van de geleider van metalliek materiaal, een laag polykristallijn silicium te vormen, waardoor op deze gelei-10 der een laag polykristallijn silicium wordt aangebracht en dat men het substraat, met inbegrip van de geleider van metalliek materiaal en de laag polykristallijn silicium verhit tot een temperatuur en gedurende een zodanige tijd, dat de polykristallijne siliciumlaag met patroon reageert met een deel van de geleider om een laag slli-15 cide te vormen, dat ligt op een ander deel van de geleider, dat niet in het silicide daarvan is omgezet.
8. 9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de laag polykristallijn silicium van een patroon is voorzien.
9. 10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het ken merk, dat het substraat, met inbegrip van de patroonlaag van polykristallijn silicium wordt verhit tot een tenperatuur en gedurende een zodanige tijd, dat een deel van de laag polykristallijn silicium niet reageert met de geleider.
10. 11. Werkwijze volgens conclusie 7, met het ken merk, dat de laag polykristallijn silicium wordt aangebracht door chemische damp-afzetting van silicium.
11. 12. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de patroonlaag van polykristallijn silicium wordt verkre- _____________ 30 gen door chemische damp-af zetting van silicium en het daarna aanbrengen van een patroon daarop.
12. 13. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de temperatuur, waartoe het substraat wordt verhit cm de laag polykristallijn silicium te laten reageren met de geleider, 35 boven 1000° C ligt. 8002609 Ή
13. 14. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het deel van de polykristallijne siliciumlaag, dat niet met het metallieke materiaal heeft gereageerd, wordt verwijderd voordat het substraat in een oxyderende atmosfeer wordt verhit.
14. 15. Werkwijze volgens conclusie 14, roet het ken merk, dat het niet gereageerd hebbende deel van de laag polvkristal-lijn silicium wordt verwijderd door etsen met een etsmiddel, dat het polykristallijne silicium belangrijk sneller etst'dan het sili-cide van het metallieke materiaal.
15. 16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het ken merk, dat het etsmiddel een waterige oplossing van kaliumhydroxyde is,
16. 17. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het substraat wordt verhit bij een teirperatuur en geduren- 15 de een zodanige tijd, dat nagenoeg de gehele silicide-laag in sili-ciumdioxyde wordt omgezet,
17. 18. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies 7-17, met het kenmerk, dat het hitte-bestendige materiaal bestaat uit molybdeen, wolfraam, tantaal, platina of palladium.
18. 19. Werkwijze volgens conclusie 7-18, met het kenmerk, dat het isolerende materiaal bestaat uit siliciumdioxyde.
19. 20. Werkwijze volgens één der conclusies 7-18, met het kenmerk, dat de laag isolerend materiaal bestaat uit een laag siliciumnitride, die ligt op een laag siliciumdioxyde en dat 25 de geleider ligt op de laag siliciumnitride.
20. 21. Werkwijze volgens één der conclusies 7-18, met het kenmerk, dat het isolerende materiaal een samenstel van siliciumdioxyde en siliciumnitride is.
21. 22. Werkwijze volgens één der conclusies 7-21, 30 met, het kenmerk, dat het halfgeleidermateriaal silicium is. i /; 800 2 6 09