DE19703223A1 - Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer Halbleitereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halblei­ tereinrichtung, und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Halbleitereinrichtung.

Ein konventionelles Verfahren zur Bildung einer Elektrode einer Halblei­ tereinrichtung wird nachfolgend beschrieben. Die Fig. 1A bis 1D zei­ gen Querschnittsansichten zur Erläuterung des konventionellen Verfah­ rens zur Elektrodenbildung. Gemäß Fig. 1A wird eine erste Oxidschicht 3 und daraufliegend eine Polysiliziumschicht 4 niedergeschlagen und zwar auf einem Siliziumsubstrat 1, auf welchem ein aktiver Bereich durch eine Feldoxidschicht 2 definiert ist. Die Schichten 3 und 4 kommen also auf dem aktiven Bereich so liegen und überlappen zum Teil die Feldoxid­ schicht 2. Die erste Oxidschicht 3 wird hier mit einer Dicke von etwa 8 nm (80 Å) gebildet, und zwar durch thermische Oxidation. Die Polysilizium­ schicht 4 wird vorzugsweise aus dotiertem Polysilizium hergestellt, und zwar mit einer Dicke von etwa 100 nm (1000 Å).

Sodann werden nach Fig. 1B eine Wolframsilizidschicht 5 (WSix) auf der Polysiliziumschicht 4 gebildet, und auf der Wolframsilizidschicht 5 eine zweite Oxidschicht 6. Beide Schichten 5 und 6 werden durch chemische Dampfabscheidung im Vakuum hergestellt, also durch ein CVD-Verfah­ ren.

Die Wolframsilizidschicht 5 wird mit einer Dicke von etwa 100 nm (1000 Å) hergestellt, während die zweite Oxidschicht 6 eine Dicke von etwa 150 nm (1500 Å) erhält.

Wie die Fig. 1C erkennen läßt, werden sodann die zweite Oxidschicht 6, die Wolframsilizidschicht 5, die Polysiliziumschicht 4 und die erste Oxid­ schicht 3 so strukturiert, daß eine Gate-Elektrode auf dem aktiven Bereich des Substrats 1 erhalten wird.

Entsprechend der Fig. 1D werden anschließend Verunreinigungsionen in das Substrat 1 implantiert, und zwar unter Verwendung der Gate-Elek­ trode als Implantationsmaske, um Source- und Drainbereiche 7 im oberen Teil des Substrats 1 zu erhalten, die an beiden Seiten der Gate-Elektrode vorhanden sind.

Dieses konventionelle Verfahren weist allerdings einige Nachteile auf. Da die Gate-Elektrode aus einer Polysiliziumschicht und einer Wolframsili­ zidschicht besteht, ist sie relativ dick. Dies erhöht ihren Widerstand. An­ dererseits erfordert die Bildung der Gate-Elektrode einen Dreistufenpro­ zess, bei dem zuerst die Polysiliziumschicht gebildet wird, auf die dann die Wolframsilizidschicht niedergeschlagen wird. Dieser Herstellungsprozeß ist relativ kompliziert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der Bildung einer Elektrode für eine Halbleitereinrichtung die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden. Ziel der Erfindung ist es also, das Verfahren zur Bildung der Elektrode der Halbleitereinrichtung zu vereinfachen. Gleichzeitig soll dabei erreicht werden, daß die Elektrode einen geringeren Widerstands­ wert aufweist.

Lösungen der gestellten Aufgabe sind jeweils den nebengeordneten An­ sprüchen 1, 7 und 14 zu entnehmen. Dagegen finden sich vorteilhafte Aus­ gestaltungen der Erfindung in den jeweils nachgeordneten Unteransprü­ chen.

Nach einem breitesten Aspekt zeichnet sich das erfindungsgemäße Ver­ fahren zur Bildung einer Elektrode einer Halbleitereinrichtung durch fol­ gende Schritte aus: Bildung einer Isolationsschicht auf einem Halbleiter­ substrat; Bildung einer Wolframsilizidschicht auf der Isolationsschicht; Implantation von Verunreinigungsionen in die Wolframsilizidschicht zwecks Bildung eines Verunreinigungsbereichs in einem unteren Bereich der Wolframsilizidschicht; und Durchführung einer Wärmebehandlung des Substrats, auf dem die Wolframsilizidschicht gebildet wurde.

Vorzugsweise ist die Wolframsilizidschicht eine WSix-Schicht mit (2,0 < × < 3.0). Alternativ kann aber auch (2,0 × < 3,0) sein. Als Verunreini­ gungsionen kommen vorzugsweise BF₂⁺, B⁺, P⁺ und As⁺ allein oder in Kombination zur Anwendung. Die Wärmebehandlung erfolgt unter einer Umgebungsatmosphäre von N₂, NH₃ oder O₂.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1A bis 1D Querschnitte zur Erläuterung eines konventionellen Verfahrens zur Bildung einer Elektrode einer Halbleitereinrichtung;

Fig. 2A bis 2E Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines er­ sten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Her­ stellung einer Elektrode einer Halbleitereinrichtung; und

Fig. 3A, 3B und 3C Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode für eine Halbleitereinrichtung.

Die Fig. 2A bis 2E zeigen Querschnittsansichten zur Erläuterung der Herstellung einer Elektrode für eine Halbleitereinrichtung in Überein­ stimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung.

Entsprechend der Fig. 2A wird zunächst eine erste Oxidschicht 12 auf ein Siliziumsubstrat 11 aufgebracht, auf dem ein aktiver Bereich durch eine Feldoxidschicht 10 definiert ist. Dabei kommt die erste Oxidschicht 12 auf dem aktiven Bereich zu liegen und überlappt zum Teil die Feldoxidschicht 10. Sodann wird auf die erste Oxidschicht 12 eine Wolframsilizidschicht 13 aufgebracht. Sie liegt ebenfalls oberhalb des aktiven Bereichs und zum Teil oberhalb der Feldoxidschicht 10. Die erste Oxidschicht 12 wird mit ei­ ner Dicke von etwa 8 nm (80 Å) durch thermische Oxidation hergestellt. Dagegen wird die Wolframsilizidschicht 13 dadurch gebildet, daß WSix (2,0 < × < 3.0) niedergeschlagen wird, und zwar mit einer Dicke von 140 nm bis 160 nm (1400 Å bis 1600 Å), wobei zu diesem Zweck ein CVD-Verfahren Anwendung findet, bei dem als Quellengas SiH₂Cl₂ und WF₆ verwendet wird. Die Wolframsilizidschicht 13 wird also durch chemische Dampfab­ scheidung im Vakuum gebildet.

Entsprechend der Fig. 2B werden sodann Verunreinigungsionen in die Wolframsilizidschicht 13 implantiert, um einen Verunreinigungsbereich im unteren Teil der Wolframsilizidschicht 13 zu erhalten. Die Verunreini­ gungsionen können solche vom N-Typ oder P-Typ sein. Es kann sich also z. B. um BF₂⁺, B⁺, P⁺ und As⁺ handeln. Die Implantation der Verunreini­ gungsionen erfolgt vorzugsweise bei einer Dosis von 5 × 10¹⁵cm^-2 sowie bei einer Energie von 15 KeV.

Gemäß Fig. 2C wird dann das Substrat, auf dem die Wolframsilizid­ schicht 13 gebildet worden ist, wärmebehandelt, und zwar bei Temperatu­ ren von 850°C bis 950°C für etwa 30 Minuten. Die Wärmebehandlung er­ folgt vorzugsweise in einer Atmosphäre von N₂, NH₃ oder O₂. In der Wol­ framsilizidschicht 13 enthaltene Siliziumatome diffundieren in den unte­ ren Teil der Wolframsilizidschicht 13, der nahe am Substrat 11 liegt. Da der untere Teil der Wolframsilizidschicht 13 bereits mit Verunreinigungen dotiert ist, wird dieser untere Teil zu einer dotierten Polysiliziumschicht 14 infolge der dorthin diffundierten Siliziumatome. Wird also die Wolfram­ silizidschicht 13 wärmebehandelt, so beträgt letztendlich die Dicke der Wolframsilizidschicht 13 etwa 120 nm (1200 Å), während die Dicke der sich ausbildenden Polysiliziumschicht 14 etwa 20 nm bis 30 nm beträgt (200 Å bis 300 Å).

Entsprechend der Fig. 2D wird eine zweite Oxidschicht 15 auf der Wol­ framsilizidschicht 13 gebildet, und zwar mit einer Dicke von etwa 150 nm (1500 Å).

Sodann werden gemäß Fig. 2E die erste Oxidschicht 12, die zweite Oxid­ schicht 15 und die Wolframsilizidschicht 13 strukturiert, um eine Gate-Elek­ trode in einem vorbestimmten Bereich des Substrats 11 zu erhalten.

Danach werden Ionen in das Substrat implantiert, und zwar unter Verwen­ dung der Gate-Elektrode als Implantationsmaske, um Source- und Drain­ bereiche 16 in einem vorbestimmten oberen Bereich des Substrats 1 zu er­ halten, die zu beiden Seiten der Gate-Elektrode zu liegen kommen.

Die Fig. 3A, 3B und 3C zeigen Querschnitte zur Erläuterung eines Ver­ fahrens nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Her­ stellung einer Elektrode für eine Halbleitereinrichtung.

Gemäß Fig. 3A werden zunächst erste Verunreinigungsionen in ein Sili­ ziumsubstrat 20 implantiert, auf dem ein aktiver Bereich durch eine Fel­ doxidschicht gebildet ist, um einen ersten Verunreinigungsbereich 21 in einem vorbestimmten oberen Teil des Substrats 20 zu erhalten. Der erste Verunreinigungsbereich 21 liegt also im aktiven Bereich des Substrats 20. Sodann wird eine Oxidschicht 22 auf der gesamten Oberfläche des Sub­ strats gebildet und anschließend selektiv entfernt, um ein Kontaktloch zu erhalten, das einen vorbestimmten Bereich des Substrats 20 freilegt, und zwar dort, wo der erste Verunreinigungsbereich 21 gebildet wurde.

Sodann wird gemäß Fig. 3B eine Wolframsilizidschicht 23 auf der gesam­ ten Oberfläche der Oxidschicht 22 gebildet, wobei die Wolframsilizid­ schicht 23 auch auf dem freigelegten Bereich des Substrats 20 zu liegen kommt, also am Boden des genannten Kontaktloches und an dessen Sei­ tenwänden. Im Anschluß daran werden zweite Verunreinigungsionen in die Wolframsilizidschicht 23 implantiert, um einen zweiten Verunreini­ gungsbereich im unteren Teil der Wolframsilizidschicht 23 zu erhalten bzw. in der Nachbarschaft der Oxidschicht 22. Der zweite Verunreini­ gungsbereich entsteht also in denjenigen Teilen der Wolframsilizidschicht 23, die benachbart zur Oxidschicht 22 und zum ersten Verunreinigungs­ bereich 21 liegen. Dabei wird die Wolframsilizidschicht 13 dadurch erhal­ ten, daß WSix mit (2,0 < × < 3.0) niedergeschlagen wird, und zwar mit einer Dicke von 140 nm bis 160 nm (1400 Å bis 1600 Å), wozu ein CVD-Verfahren zum Einsatz kommt mit einem Quellengas aus SiH₂Cl₂ und WF₆. Die Her­ stellung der Wolframsilizidschicht 13 erfolgt also durch Dampfabschei­ dung im Vakuum. Die zweiten Verunreinigungsionen können solche vom N-Typ oder P-Typ sein. Als zweite Verunreinigungsionen lassen sich daher BF₂⁺, B⁺, P⁺ und As⁺ verwenden. Die Implantation der zweiten Verunrei­ nigungsionen erfolgt vorzugsweise mit einer Dosis von 5 × 10¹⁵cm^-2 sowie bei einer Energie von 15 KeV.

Entsprechend der Fig. 3C wird das Substrat 20, auf dem die Wolframsili­ zidschicht 23 gebildet worden ist, einer Wärmebehandlung unterzogen, und zwar bei einer Temperatur von 850°C bis 950°C sowie über einen Zei­ traum von etwa 30 Minuten. Dabei erfolgt die Wärmebehandlung vorzugs­ weise in einer Atmosphäre von N₂, NH₃ oder O₂. In der Wolframsilizid­ schicht 23 enthaltende Siliziumatome diffundieren dabei in den unteren Teil der Wolframsilizidschicht 23, der näher an Substrat 20 liegt. Da dieser untere Teil der Wolframsilizidschicht 23 bereits mit Verunreinigungen do­ tiert ist, wird dieser Teil zu einer dotierten Polysiliziumschicht 24 infolge der dorthin diffundierenden Siliziumatome. Wird also die Wolframsilizid­ schicht 23 wärmebehandelt, so verbleibt eine Wolframsilizidschicht 13 mit einer Dicke von etwa 120 nm (1200 Å), während der untere Teil zu einer Polysiliziumschicht 24 umgewandelt wird, die eine Dicke von etwa 20 nm bis 30 nm (200 Å bis 300 Å) aufweist.

Die vorliegende Erfindung weist einige Vorteile auf. Zunächst wird die Ga­ te-Elektrode dünner, während jedoch die Wolframsilizidschicht dicker ist als bei der konventionellen Halbleitereinrichtung. Dies führt dazu, daß sich der Widerstand der Gate-Leitung reduziert. Deren Leitfähigkeit wird somit verbessert. Anderseits muß nur die Wolframsilizidschicht gebildet und wärmebehandelt werden, um die Gate-Elektrode zu erhalten, was den gesamten Herstellungsprozeß vereinfacht.

Claims (21)

1. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer Halbleitereinrich­ tung, mit folgenden Schritten:

• - Bildung einer Isolationsschicht (12) auf einem Halbleitersubstrat (11);
• - Bildung einer Wolframsilizidschicht (13) auf der Isolationsschicht (12);
• - Implantation von Verunreinigungsionen in die Wolframsilizidschicht (13) zwecks Bildung eines Verunreinigungsbereichs in einem unteren Be­ reich der Wolframsilizidschicht (13); und
• - Durchführung einer Wärmebehandlung des Substrats (11), auf dem das Wolframsilizid gebildet wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wol­ framsilizid WSix mit (2,0 < × < 3.0) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verunreinigungsionen BF₂⁺, B⁺, P⁺ und As⁺ jeweils einzeln oder in Kombination verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 850°C bis 950°C durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wärmebehandlung unter einer Atmosphäre von N₂, NH₃ oder O₂ erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von etwa 30 Minuten erfolgt.

7. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Halbleitereinrich­ tung, mit folgenden Schritten:

• - Bereitstellung eines Halbleitersubstrats (11),
• - sequentielles Aufbringen einer ersten Isolationsschicht (12) und ei­ ner darauf liegenden Wolframsilizidschicht (13) auf das Halbleitersub­ strat (11);
• - Implantation erster Verunreinigungsionen in die Wolframsilizid­ schicht (13) zur Bildung eines Verunreinigungsbereichs in einem unteren Teil der Wolframsilizidschicht (13);
• - Durchführung einer Wärmebehandlung des Substrats (11), auf dem die Wolframsilizidschicht (13) gebildet worden ist; Bildung einer zweiten Isolationsschicht (15) auf der Wolframsilizid­ schicht (13);
• - Strukturierung der ersten und zweiten Isolationsschichten und der Wolframsilizidschicht zwecks Bildung einer Gate-Elektrode in einem vor­ bestimmten Teil des Halbleitersubstrats (11); und
• - Implantation zweiter Verunreinigungsionen in das Halbleitersub­ strat (11) und Verwendung der Gate-Elektrode als Maske, um Source- und Drainbereiche (16) in einem vorbestimmten oberen Teil des Halbleitersub­ trats (11) zu beiden Seiten der Gate-Elektrode zu erhalten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wol­ framsilizidschicht aus WSix mit (2,0 < × < 3.0) besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframsilizidschicht (13) durch chemische Dampfabscheidung im Vakuum (CVD-Verfahren) gebildet wird.

10 Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wolframsilizidschicht mit einer Dicke von 140 nm 160 nm (1400 Å bis 1600 Å) hergestellt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten Verunreinigungsionen von N-Typ oder vom P-Typ sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch die Wärmebehandlung eine Polysiliziumschicht zwi­ schen der Wolframsilizidschicht und der Isolationsschicht erhalten wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten Verunreinigungsionen mit einer Dosis von 5 × 10¹⁵cm^-2 implantiert werden, und zwar bei einer Energie von 15 KeV.

14. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Halbleitereinrich­ tung, mit folgenden Schritten:

• - Bereitstellung eines Halbleitersubstrats (20);
• - Implantation erster Verunreinigungsionen in das Halbleitersubstrat (20) zwecks Bildung eines ersten Verunreinigungsbereichs (21) in einem vorbestimmten oberen Teil des Halbleitersubstrats (20);
• - Bildung einer Isolationsschicht (22) auf der gesamten Oberfläche des Substrats (20) und Einbringen eines Kontaktloches in die Isolations­ schicht (22) zwecks Freilegung eines vorbestimmten Bereichs des Sub­ strats (20), und zwar dort, wo sich der erste Verunreinigungsbereich (21) befindet;
• - Bildung einer Wolframsilizidschicht (23) auf der gesamten Oberflä­ che der Isolationsschicht (22) sowie auf dem freigelegten Teil des Sub­ strats (20);
• - Implantation zweiter Verunreinigungsionen in die Wolframsilizid­ schicht (23) zur Bildung eines zweiten Verunreinigungsbereichs (24) in ei­ nem unteren Teil der Wolframsilizidschicht (23); und
• - Durchführung einer Wärmebehandlung des Substrats (20), auf dem die Wolframsilizidschicht (23) gebildet worden ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframsilizidschicht aus WSix mit (2,0 < × < 3.0) besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Verunreinigungsionen BF₂⁺, B⁺, P⁺ und As⁺ allein oder in Kombination verwendet werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten Verunreinigungsionen mit einer Dosis von 5 × 10¹⁵cm^-2 implantiert werden, und zwar bei einer Energie von 15 KeV.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 850°C bis 950°C ausgeführt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre von N₂, NH₃ oder O₂ durchgeführt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von etwa 30 Mi­ nuten ausgeführt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch die Wärmebehandlung eine Polysiliziumschicht zwi­ schen der Wolframsilizidschicht und der Isolationsschicht gebildet wird.