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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Halbleiterbauelementen
unter Einbeziehung von Metallpolyzidverfahren und insbesondere die
Verhinderung von Formationen mit hohem Widerstand aufgrund von Agglomerationen
und Inversionen in Leitern und anderen Strukturen integrierter Schaltungen,
welche mit hoher Integrationsdichte gebildet werden.
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Bei
den derzeitigen höchstintegrierten
Schaltungen (ULSI), insbesondere jenen, welche bei der Komplementärtechnik
der Metalloxid-Halbleiter (CMOS-Technik) verwendet werden, werden
Polysilicium-Transistor-Gate-Elektroden verwendet, die mit einer
Metallsilicidschicht mit niedrigem Widerstand bedeckt sind. Entsprechende
Strukturen können
für Steuer-Gate
permanenter Speicherzellen verwendet werden. Diese Kombination von
Schichten wird in der Literatur oft als Polyzidstruktur bezeichnet.
Diese Polyzidstruktur sorgt für
einen niedrigen Flächenwiderstand,
um die Leistungsfähigkeit
des Schaltkreises zu verbessern, indem die RC-Zeitkonstanten-Signalausbreitungszeiten
verringert werden, da der Verbindungswiderstand häufig die
Leistungsfähigkeit des
ULSI-integrierten
Schaltkreises begrenzt. Der niedrige Flächenwiderstand der Polyzidstruktur
wird noch wichtiger, wenn mit Steigerungen der Integrationsdichte
die Querschnittsabmessungen verringert werden.
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Bei
dem Verfahren, welches angewendet wird, um die Polyzidstruktur zu
bilden, wird ein hochtemperaturbeständiges Metallsilicid auf unstrukturiertem
dotiertem Polysilicium abgeschieden. Dann wird ein Dielektrikum
abgeschieden, um die Silicidschicht zu bedecken und elektrisch zu
isolieren. Die Schichtfolge wird strukturiert und dann erhitzt,
um das Silicid zu kristallisieren, um ihre niedrigen Flächenwiderstandseigenschaften
auszubilden. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, werden dann unter
Verwendung von Abstandhaltern und Ionenimplantationen Source- und
Drain-Regionen gebildet,
gefolgt von einer Temperbehandlung, um die Implantationsbeschädigungen
zu korrigieren und die Source- und Drain-Regionen auf eine gewünschte Position,
Dotierstoff/Fremdstoff-Konzentration und -Profil diffundieren zu
lassen, im Allgemeinen als „Eintreiben" bezeichnet. Es ist
insbesondere erforderlich, dass die Polyzidstruktur ihre niedrigen
Flächenwiderstandseigenschaften
während
des Temperverfahrens erreicht und ihre niedrigen Widerstandseigenschaften
durch andere Hochtemperaturverfahren hindurch beibehält, wie
z.B. Dielektrikum-Rückfluss-Temperbehandlungen,
welche oft bei Temperaturen von mehr als 850°C durchgeführt werden.
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Als
ein Gate-Leiter in ULSI- und anderen integrierten Schaltkreisen
wird häufig
Titansilicid verwendet, da es unter den hochtemperaturbeständigen Metallsiliciden
den niedrigsten Flächenwiderstand aufweist.
Titansilicid ist jedoch ein polymorphes Material, welches sowohl
Phasen mit hohem als auch mit niedrigem Widerstand aufweist. Die
Niedertemperaturphase (z.B. C49, welche im Allgemeinen gebildet
wird, wenn es abgeschieden wird) weist einen relativ hohen Widerstand
auf und muss durch ein Temperverfahren bei einer Temperatur von mehr
als 700°C
in die Phase mit niedrigem Widerstand (z.B. C54) umgewandelt werden.
Die Phasenumwandlung wird schwieriger mit abnehmenden Querschnittsabmessungen
der Polyzidstruktur, wenn die Korngröße mit der Breite oder der
Dicke des Leiters vergleichbar wird. Für kleinere Leiter als 0,5 μm oder im
sogenannten Halbmikrometer-Maßstab
oder kleiner werden für
eine vollständige
Phasenumwandlung Temperaturen von mehr als 850°C benötigt. Es wurde jedoch beobachtet,
dass diese erhöhten
Temperaturen einen Rückgang
der niedrigen Widerstandseigenschaften solcher feinen Leiter bewirken,
insbesondere verglichen mit dem Flächenwiderstand, welcher erreicht
werden sollte.
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Für Titansilicid
wird diese thermische Instabilität
und der Rückgang
der Leitfähigkeit
primär
durch eine Silicium-Agglomeration
bewirkt, wenn Silicium von der benachbarten (z.B. darunter befindlichen) Polysiliciumschicht
aus in die Silicidschicht diffundiert. Das diffundierte Silicium
scheidet sich ab, wodurch Siliciumkörnchen vergrößert oder
gebildet werden, welche groß genug
werden, um einen bedeutenden Teil des Querschnitts der Silicidschicht
zu füllen, wenn
nicht sogar deren gesamten Querschnitt. Da die Siliciumkörnchen einen
nicht unwesentlichen spezifischen Widerstand aufweisen, kann man
erkennen, dass Agglomerationen von Silicium die Leistungsfähigkeit
und/oder die Produktionsausbeute der integrierten Schaltung beeinträchtigen
können.
(Die Zuverlässigkeit
von „als
gut getesteten" Bauelementen
wird im Allgemeinen nicht beeinflusst, da ein hoher Widerstand auf
Strukturen mit minimalen Abmessungen während der Untersuchung entweder
der Leistungsfähigkeit,
wie z.B. der maximalen Taktfrequenz, oder der Funktionsfähigkeit
des Bauelements einfach erkannt werden kann.)
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Eine
stärkere
Form der Zersetzung wird als Polyzidinversion bezeichnet, für welche
die Agglomeration als Vorstufen-Phänomen angesehen
werden kann. Die Polyzidinversion tritt während Temperverfahren bei höheren Temperaturen
und/oder für längere Zeitperioden
als die Temperverfahren, bei welchen eine Agglomeration beobachtet
wird, auf. Bei der Polyzidinversion diffundieren sowohl Silicium als
auch Titan in ihre komplementären
Schichten (z.B. Titan in das dotierte Polysilicium ebenso wie Silicium
in das Silicid), mit dem Ergebnis, dass das Silicium und das Silicid
an lokalen, statistisch verteilten Stellen die Schichten vertauschen.
Die Effekte können
stärker
werden, da beide Schichten unterbrochen werden und an einigen Stellen
das Titan das sehr dünne
Gate-Oxid der Transistoren
durchdringen kann, was einen Ausfall des Bauelements verursacht.
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Somit
müssen,
wenn die Integrationsdichte steigt und die Querschnittsabmessungen
der Leiter entsprechend kleiner werden, die Temperatur und/oder
die Dauer der Temperbehandlung, um eine Phase des Silicids mit niedrigem
Widerstand zu erzeugen, erhöht
werden, was die Wahrscheinlichkeit vergrößert, dass eine Agglomeration
und möglicherweise
eine Polyzidinversion auftritt. Somit wird das „Verfahrensfenster" kleiner, und die
Verfahrensparameter werden wichtiger, wenn die Integrationsdichte steigt.
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Obwohl
einige Verfahren bekannt sind, welche das „Verfahrensfenster" etwas vergrößern können, ist
keines für
die derzeitigen oder absehbaren Größen der Strukturelemente vollständig erfolgreich, und
jedes führt
zu zusätzlichen
Problemen, welche überwunden
werden müssen.
Zum Beispiel wird durch eine Verdickung der Silicidschicht die Querschnittsfläche der
Verbindung vergrößert, ohne
dass die Leitungsbreite vergrößert wird.
Das vergrößerte Geometrieverhältnis der
so hergestellten Leiter führt jedoch
zu zusätzlichen
Schwierigkeiten bei der Verringerung der Auflösung lithographischer verfahren zum
Gate-Ätzen
und bei der Herstellung einer hohlraumfreien Lückenfüllung. Deswegen kann dieses Mittel
nicht einfach über
den Halbmikrometermaßstab
hinaus ausgedehnt werden.
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Kurzzeit-Temperverfahren
(RTA-Verfahren), bei welchen die Wafer-Temperaturen schnell herauf- und
wieder herabgefahren werden, können
das Verfahrensfenster dadurch vergrößern, dass die Zeit verringert
wird, während
der eine Diffusion und somit Agglomeration und Polyzidinversion
auftreten kann. Aufgrund der mit kleiner werdenden Querschnittsabmessungen
der Leiter steigenden Schwierigkeit der Herstellung einer Phase
mit geringem Widerstand ist RTA im Allgemeinen für Leitungsbreiten im Halbmikrometermaßstab nicht
ausreichend. Bei Verringerung der Wärmemenge wird im Allgemeinen
kein vollständiger
Phasenübergang
erzeugt, und dies führt
zu einem Kompromiss zwischen der Leistungsfähigkeit (z.B. der Signalausbreitungsgeschwindigkeit)
und der Produktionsausbeute der Bauelemente bei kleinen Größen der
Strukturmerkmale. Durch Zugabe von Phasenumwandlungsbeschleunigern,
wie z.B. metallischen, wie sie in US-Patentschrift 5 510 295 mit
dem Titel „Method
for Lowering the Phase Transformation Temperature of a Metal Silicide" offenbart werden,
kann die Verfahrenstemperatur verringert werden, wird jedoch nicht
die thermische Gesamtstabilität
verbessert, solange nicht die folgenden Verfahrenstemperaturen niedrig
gehalten werden können, und
somit wird keine wirksame Vergrößerung des Verfahrensfensters
bereitgestellt.
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EP-A-0
682 359 offenbart ein Halbleiterbauelement, welches ein Halbleitersubstrat
eines ersten Leitfähigkeitstyps
aufweist, eine erste leitfähige Schicht
eines zweiten Leitfähigkeitstyps,
wie z.B. eine Polysiliciumschicht, welche unter Verwendung eines
Dotierstoffes auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, eine siliciumreiche
Nitriddünnschicht,
welche auf der ersten leitfähigen
Schicht ausgebildet ist, und eine zweite leitfähige Schicht, wie z.B. eine
hochtemperaturbeständige
Metall- oder Metallsilicidschicht, welche auf der siliciumreichen
Nitriddünnschicht
ausgebildet ist, bei welcher die siliciumreiche Nitriddünnschicht
eine Ausdiffusion von Dotierstoff aus der ersten leitfähigen Schicht
in die zweite leitfähige
Schicht verhindert und eine wechselseitige Diffusion zwischen der
zweiten leitfähigen
Schicht und der ersten leitfähigen
Schicht blockiert.
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EP-A-0
780 889 offenbart ein Verfahren zum selektiven Abscheiden eines
hochtemperaturbeständigen
Metallsilicids auf den ungeschützten
Siliciumbereichen der Oberfläche
eines Einkristall- oder Polysilicium-Silicium-Wafers, wobei das
Verfahren einen Schritt des Vorbereitens der Oberfläche umfasst und
aus dem Bilden einer Siliciumoxid- oder Siliciumoxynitridschicht
mit einer Dicke von weniger als oder gleich 1 nm auf dieser Oberfläche und
aus einem Schritt der selektiven Gasphasenabscheidung eines hochtemperaturbeständigen Metallsilicids
auf der gebildeten Siliciumoxid- oder Siliciumoxynitridschicht besteht.
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Somit
ist zu sehen, dass Verfahren, welche für eine zuverlässige Herstellung
von Silicidstrukturen mit hoher Ausbeute sorgen, wenn die Größe der Strukturmerkmale über den
Halbmikrometermaßstab hinaus
verringert wird, kleine oder vernachlässigbare Verfahrensfenster
gegen eine Siliciumagglomeration und/oder Prozessinversion aufweisen.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zur Bildung eines Metallsilicid-Leiters in einer integrierten
Schaltung bereitzustellen.
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Es
ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Metallsilicid-Leiter mit einer
verbesserten thermischen Stabilität bereitzustellen, welcher
weniger empfänglich
für thermische
Zersetzung durch Agglomeration und Inversion ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die niedrigen Flächenwiderstandseigenschaften
polymorpher Metallsilicide, und insbesondere von Titansiliciden,
auf Strukturen auszudehnen, die kleiner sind als die Strukturmerkmale
im Halbmikrometermaßstab.
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Um
diese und andere Aufgaben der Erfindung zu erfüllen, wird ein Verfahren zur
Verbesserung der thermischen Stabilität einer Metallpolyzidstruktur
bereitgestellt, wie es in Patentanspruch 1 beansprucht ist. Weitere
Erscheinungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
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Die
vorstehenden und andere Aufgaben, Erscheinungsformen und Vorteile
sind besser zu verstehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer Gate-Struktur ist (welche auch eine Leiterstruktur verkörpert),
wobei 1 nicht Teil der Erfindung ist, und die 2A, 2B und 2C eine
Folge von Verfahrensschritten zur Bildung einer Gate- oder Verbindungsstruktur
unter Anwendung eines Polyzidverfahrens gemäß der Erfindung veranschaulichen.
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Bezug
nehmend nun auf die Zeichnungen, insbesondere auf 1,
ist dort ein Feldeffekttransistor-Gate oder eine Verbindungsstruktur 100 einer Gestaltung,
welche dem Fachmann auf dem Gebiet der Halbleiter bekannt und geläufig ist,
im Querschnitt dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass, obwohl
die Gestaltung bekannt ist, die Darstellung hinsichtlich der tatsächlich gebildeten
Struktur in gewissem Maße
idealisiert ist, abhängig
von der Größe, in welcher
sie hergestellt wird. Das heißt
bezüglich
des Obigen, wenn die Querschnittsabmessungen der Polysiliciumschicht 25 und
der Metallsilicidschicht 30 zusammen mehr als einen Mikrometer
betragen, kann die dargestellte Struktur sehr der dargestellten Art
und Weise nur mit Siliciumagglomerations-Einschlüssen (z.B. 45), welche
für den
Betrieb des Bauelements nicht bedeutsam sind und funktionell nicht nachweisbar
sein können,
entsprechen, und ist so gebildet worden.
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In
Systemen jedoch, bei denen die Größen der Strukturelemente weniger
als einen halben Mikrometer betragen, vergrößert sich ein Agglomerationseinschluss
wie jener, welcher bei 45 dargestellt ist, auf die relative
Größe, die
bei 55 dargestellt ist, und somit ist die abgebildete Struktur
im Stand der Technik vor der vorliegenden Erfindung nicht zuverlässig herzustellen,
und 1 sollte im Hinblick darauf als stark idealisiert
verstanden werden. Dementsprechend weisen, obwohl die Gestaltung
bekannt ist, die realisierten Strukturen, welche dieser entsprechen,
nicht die kleinen Größen der
Strukturelemente auf, welche sonst unter Anwendung der derzeitigen lithographischen
Techniken möglich
sind. Außerdem bietet
die Erfindung sogar bei größeren Größen der Strukturelemente
den Vorteil der thermischen Stabilität, wodurch die tolerable Wärmemenge
in den folgenden Verfahren vergrößert werden
kann. Dementsprechend kann kein Teil der 1, soweit
er, außer eine
idealisierte Gestaltung darzustellen, die tatsächlich gebildeten Strukturen
darstellt, hinsichtlich der vorliegenden Erfindung als Stand der
Technik angesehen werden.
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Die
Struktur 100 ist auf dem Substrat 5 (z.B. Glas
oder Halbleiter) ausgebildet, in welchem durch herkömmliche
Techniken Isolierungsstrukturen gemäß einer individuellen Bauelementgestaltung
ausgebildet sein können.
Wenn an einer Stelle, welche der Ebene des Zeichnungsquerschnitts
entspricht, ein Feldeffekttransistor gebildet werden soll, werden die
Source- und Drain-Implantationen 15 durch herkömmliche
Techniken, welche auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind, entweder
vor oder nach (z.B. selbstausgerichtet an den Seitenwänden 40)
der Struktur 100 gebildet. Die Implantationen und andere Verfahren,
welche erforderlich sein können,
um (nicht dargestellte) Strukturen gemäß anderer Erscheinungsformen
einer bestimmten Bauelementgestaltung zu bilden, sind für die Ausführung der
Erfindung unwichtig, außer der
Verwendung einer Wärmemenge
für Verfahren
wie, in dem Fall von Source- und Drain-Regionen, der Temperbehandlung,
um Implantationsbeschädigungen
an dem Substrat zu reparieren, und der Diffusion implantierter Dotierstoffe/Fremdstoffe
in die Region 15',
welche als ein Verdienst der Erfindung bereitgestellt wird. Die
Gate-Isolatorschicht 10 (z.B. Oxid) wird ebenfalls durch
Abscheidung oder Anwachsen auf eine gewünschte Dicke (z.B. 4 bis 10
nm (40 bis 100 Ångström)) durch Techniken,
die auf dem Fachgebiet wohlbekannt und geläufig sind, bereitgestellt.
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Vor
der vorliegenden Erfindung wurde die Gate/Verbindungs-Struktur der 1 gebildet
durch Abscheiden einer Polysiliciumschicht 25, gefolgt
von einer Schicht eines Metallsilicids 30 wie Titansilicid und
einer Schicht 35 eines schützenden Dielektrikums. Die
Gate/Verbindungs-Strukturen wurden dann strukturiert und getempert,
um in der Metallsilicidschicht 30 eine Phase mit niedrigem
Flächenwiderstand
auszubilden, relativ zu dem Flächenwiderstand
der Phase des Metallsilicids, wie es abgeschieden wurde. Dann konnten
die Seitenwände 40 gebildet
werden und gemäß dem Rest
der Gestaltung andere Verfahren wie Source- und Drain-Implantationen,
gefolgt von einer Temperbehandlung, Eintriebsdiffusion und Ähnlichem,
durchgeführt
werden.
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Bei
kleineren Größen der
Strukturelemente jedoch, bei welchen die Temperbehandlung, um die Phase
mit niedrigem Flächenwiderstand
zu erzeugen, höhere
Temperaturen und/oder längere
Temperzeiten erforderlich macht, wie oben beschrieben, kann Silicium
aus der Polysiliciumphase 25 in die Metallsilicidschicht 30 diffundieren
und sich an willkürlichen Stellen
abscheiden, um Agglomerationseinschlüsse, wie z.B. 45 oder 55,
zu bilden, welche einen hohen Widerstand aufweisen. Diese Diffusion wird
insbesondere an den Korngrenzen verstärkt, an welchen das diffundierende
Silicium entlang wandert.
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Außerdem beginnt
an einem gewissen Punkt, vorausgesetzt, die Temperatur ist hoch
genug, das Metall aus der Schicht 30, in die Polysiliciumschicht 25 zu
diffundieren, und bildet in sehr ähnlicher Weise Metallsilicideinschlüsse 65.
Dieses Phänomen
wird in Betracht der gleichzeitigen Siliciumdiffusion aus dem Polysilicium
in das Metallsilicid und der Metalldiffusion aus dem Metallsilicid
in das Polysilicium als Polyzidinversion bezeichnet. In schwereren
Fällen
kann, wenn das Phänomen
der Polyzidinversion entsteht, das sich abscheidende Metallsilicid die
Oxidschicht 10 durchdringen, wie bei 75 abgebildet,
was zu einem Ausfall des Bauelements führt, wie oben beschrieben.
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Es
versteht sich, dass eine Agglomeration und/oder Inversion beabsichtigt
während
der Temperbehandlung auftreten kann, um eine Phase des polymorphen
Metallsilicids mit niedrigem Flächenwiderstand
auszubilden, oder während
der folgenden Wärmebehandlungsschritte
oder einer Kombination davon, und zu statistisch verteilten Regionen
mit einem relativ hohen Widerstand führt. Im Allgemeinen summieren
sich die Agglomerationseffekte, und die Agglomeration kann als Vorstufenphänomen für die Polyzidinversion
angesehen werden, deren Beginn durch die Temperatur und den Grad
der Agglomeration bestimmt wird, welche an einem bestimmten Punkt
des Herstellungsverfahrens stattgefunden hat.
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Deswegen
kann man es so betrachten, dass die Struktur gemäß der Gestaltung aus 1 ein Maß an thermischer
Instabilität
aufweist, welcher die Größe, in welcher
sie hergestellt werden soll, oder Verfahren, welche für die Bildung
des Restes der Gestaltung erforderlich sind, entgegenkommen können oder
nicht. Die Erfindung stellt einen Mechanismus bereit, durch welchen
die Diffusion an Korngrenzen entlang merklich verringert werden
kann, wodurch eine merklich erhöhte
thermische Stabilität
der in 1 abgebildeten Struktur bereitgestellt wird, ungeachtet
der Größe, in welcher
sie hergestellt wird, und dementsprechend ermöglicht wird, dass die Gestaltung
der 1 zuverlässig
mit Größen der
Strukturelemente hergestellt wird, die zuvor nicht wirtschaftlich durchführbar oder
sogar nicht möglich
waren.
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Unter
Bezugnahme auf die 2A bis 2C wird
nun das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der Struktur der 1 mit
kleinen Querschnittsabmessungen und mit stark verbesserter thermischer
Stabilität
gemäß der Erfindung
beschrieben. Unter Annahme der vorherigen Bildung der Isolierungsstrukturen 7,
wie erforderlich, und der Bildung des Gate-Oxids 10 zu
einer bevorzugten, aber nicht entscheidenden Dicke von 1 bis 8 nm
(10 bis 80 Ångström) wird
eine dotierte Polysiliciumschicht 25 abgeschieden, wie
in 2A dargestellt. Die Dotierung kann durch herkömmliche
Implantationstechniken oder durch Dotierung vor Ort während der
Abscheidung durchgeführt
werden. Geeignete und bevorzugte Dotierstoffe sind Arsen und Phosphor
für N+ und
Bor für
P+, und die Konzentration oder Dosierung des Dotierstoffes sollte
ausreichend sein, um die Austrittsarbeit des Polysiliciums zu stabilisieren. Das
dotierte Polysilicium kann getempert werden, um den (die) Dotierstoff(e)
zu verteilen, wie es gewünscht
oder erforderlich sein kann.
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Wie
ferner in 2A dargestellt ist, wird eine Opferoxidschicht 20 durch
herkömmliche
thermische Oxidationstechniken und vorzugsweise durch Anwachsen
während
einer Kurzzeit-Temperbehandlung für etwa sechzig Sekunden bei
etwa 925°C
in einer Sauerstoffatmosphäre
abgeschieden. Da die Oxidschicht 20 eine Opferoxidschicht
ist, ist ihre Dicke nicht entscheidend, obwohl eine derzeit bevorzugte Dicke
etwa 5 nm (50 Ångström) beträgt. Die
Oxidschicht wirkt als eine Schutzschicht, um ein Anwachsen von Nitrid
auf der Polysiliciumschicht 25 zu verhindern. Sie ermöglicht auch
die Entfernung der Oxynitridschicht 50, welche erfindungsgemäß gebildet wird,
wie es unten noch erörtert
wird. Als Nächstes wird
vorzugsweise durch eine weitere Kurzzeit-Temperbehandlung (RTA)
in einer Ammoniakatmosphäre für dreißig Sekunden
bei einer Temperatur von etwa 1050°C ein Nitridierungsverfahren
durchgeführt.
Die Temperatur und die Dauer der RTA sollte an die Dicke der Opferoxid-Dünnschicht 20 angepasst
sein, wie sie vom Fachmann aus deren bevorzugten Dicke und den oben
angegebenen bevorzugten Nitridierungsparametern extrapoliert werden
können.
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Das
Nitridierungsverfahren, egal wie es durchgeführt wird, dient dazu, die Korngrenzen
der Polysiliciumschicht 25 zumindest nahe deren Oberfläche mit
Stickstoffteilchen (dargestellt durch die Schraffierung) anzureichern,
während
die Oxid-Dünnschicht 20 in
eine Oxynitrid-Dünnschicht 20' umgewandelt
wird, wie in 2B dargestellt. Ein chemisches
Nassablöse-
oder ein anderes selektives Ätzverfahren
wird dann angewendet, um die Opferoxid/Oxynitrid-Dünnschicht 20/20' zu entfernen
und das stickstoffangereicherte dotierte Polysilicium freizulegen.
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Als
Nächstes
wird, wie in 2C dargestellt, durch herkömmliche
Techniken direkt auf das freiliegende Polysilicium eine Metallsilicidschicht 30 (z.B. Titansilicid)
abgeschieden. Es sollte in diesem Zusammenhang angemerkt werden,
dass die Erfindung nicht danach strebt, irgendeine Form einer Diffusions-Sperrschicht
zwischen der Polysiliciumschicht und der Metallsilicidschicht zu
verwenden, welche die elektrischen Eigenschaften der Verbundschicht und/oder
den ohmschen Kontakt des Metallsilicids zu der dotierten Polysilicidschicht
an den Gate-Stellen beeinträchtigen
könnte.
Im Gegensatz dazu kann die Sperre, die von der Erfindung bereitgestellt
wird, als eine „poröse Sperre" angesehen werden,
da sie im Wesentlichen nur entlang der Korngrenzen innerhalb des
Polysiliciums vorliegt und somit die Grenzfläche mit anderen Strukturen
nicht beeinflusst.
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Die
Abscheidung durch Sputtern oder die chemische Gasphasenabscheidung
sind bevorzugte Techniken zum Abscheiden des Metallsilicids, vorzugsweise
zu einer Dicke von 500 bis 1500 Ångström für Größen der Strukturelemente im
Halbmikrometer- und Viertelmikrometermaßstab. Die Metallsilicidschicht 30 wird
dann mit einer dielektrischen Schutzschicht 35, wie z.B.
Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, einem Verbundstoff aus den beiden
(z.B. ONO) oder Ähnlichem,
bedeckt, um sie von anderen Elementen zu isolieren, welche später gemäß einer
bestimmten Bauelementgestaltung gebildet werden können. Die resultierende
Stapelstruktur wird dann (z.B. lithographisch) durch herkömmliche
Techniken strukturiert, um wie gewünscht Gate/Verbindungs-Strukturen
zu bilden. Eine Temperbehandlung, um eine Phase des polymorphen Metallsilicids
mit niedrigem Widerstand auszubilden, kann vor oder nach der Strukturierung durchgeführt werden.
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Um
die Verarbeitung zu beenden, können Seitenwand-Abstandhalter 45 gebildet
werden, und notwendige Implantationen und deren Temperbehandlungen
können
durchgeführt
werden, was zu der Struktur der 1 führt. Die
Anreicherung der Korngrenzen des Polysiliciums mit Stickstoff hat
keinen erkennbaren Effekt auf die elektrischen Eigenschaften des
Polysiliciums, während
der so eingeführte Stickstoff
merklich die Wanderung von Siliciumteilchen daran entlang hemmt
und die Verfügbarkeit
des Siliciums für
eine Diffusion zu dem Metallsilicid an der Grenzfläche des
Polysiliciums und des Metallsilicids verringert. Da eine solche
Diffusion somit gehemmt wird, wird die Gestaltung der 1 zuverlässig in
einer Struktur verwirklicht, welche eng der abgebildeten idealisierten
Gestaltung entspricht, ohne Agglomeration und/oder Polyzidinversion,
ungeachtet der Größe der Strukturelemente,
in welcher die Struktur hergestellt wird. Man sollte sich bewusst
sein, dass die Siliciumdiffusion gehemmt wird und die Siliciumverfügbarkeit
an der Grenzfläche
stark verringert wird, wenn nicht beides sogar vollständig vermieden wird.
Dementsprechend werden, da die Siliciumdiffusion eine Vorstufe der
Polyzidinversion ist, die Polyzidinversion und ein daraus folgender
Ausfall der Bauelemente aufgrund der Durchdringung der Oxidschicht 10 wirksam
unterdrückt,
was zu einer stark gesteigerten Produktionsausbeute führt.
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Um
die Wirksamkeit der Erfindung hinsichtlich der Unterdrückung der
Siliciumagglomeration in der Metallsilicidschicht 30 zu
demonstrieren, wurde eine Teststruktur, welche ein 100 kbit-Gatefeld
(wie es sich in Speichereinheiten findet) umfasst, mit einer Gate-Leitungsbreite (welche
die Länge
des Leitungskanals des Transistors definiert) von 0,4 μm (Größe der Strukturelemente
kleiner als ein halber Mikrometer) hergestellt. Die Gate-Verbindungen bestanden aus
einer 100 nm (1000 Ångström) dicken
Schicht aus mit Phosphor dotiertem Polysilicium und einer 100 nm
(1000 Ångström) dicken
Schicht aus Titansilicid. Es wurden zwei Gruppen identischer Bauelemente
hergestellt: eine als Kontrollgruppe über herkömmliche Techniken und die andere über das
Verfahren der Erfindung, wie oben beschrieben. Alle anderen Verfahrensschritte
der Herstellung außer
der Bildung des Opferoxids und der Nitridierung gemäß der Erfindung
waren für
beide Probengruppen identisch.
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In
den Proben der Gruppe, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde, betrug der mittlere Flächenwiderstand,
Rs, 1,86 Ohm/☐ (eng dem erwarteten Rs von C54 TiSi entsprechend)
mit einer 100%igen Produktionsausbeute (wobei ein Widerstandsfehler
als ein Flächenwiderstand
von mehr als 3,0 Ohm/☐ definiert ist). Im Vergleich dazu
wies die Kontrollprobe, bei welcher die herkömmliche Verfahrensführung angewendet
wurde, um die Polyzidleitungen zu bilden, einen mittleren Rs von
3,68 Ohm/☐ auf (welcher mit dem Vorliegen von Agglomerationseinschlüssen in
bedeutendem Volumen und bedeutender Fläche relativ zu den Querschnittsabmessungen
der Verbindungen zusammenhängt), und
es wurde nur eine Produktionsausbeute von 8% erreicht. Die 100%ige
Produktionsausbeute ist ein Zeichen für eine wesentliche und sehr
bedeutende Vergrößerung des
Fensters für
die Herstellungsverfahrensparameter, wodurch bei der Ausführung der Erfindung
ermöglicht
wird, zuverlässig
Polyzid- Gate/Verbindungs-Strukturen
in viel kleineren Größen der
Strukturelemente mit wirtschaftlich annehmbaren Produktionsausbeuten
auszubilden. Die Vergrößerung der
thermischen Stabilität
der Polyzidstruktur (und jeder anderen Struktur, welche irgendeine
thermische Instabilität
aufgrund von Siliciumdiffusion aufweist) und die Vergrößerung der
tolerablen Wärmemenge
sind, obwohl sie auf Basis dieses Tests nicht quantifizierbar sind,
sicherlich ebenso wertzuschätzen.
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In
Anbetracht des Vorstehenden ist zu sehen, dass die Erfindung ein
verbessertes Verfahren zur Bildung eines Metallsilicidleiters in
einer integrierten Schaltung bereitstellt, welches außer auf
Titansilicide auch auf Silicide anderer hochtemperaturbeständiger Metalle
wie Platin, Wolfram, Kobalt, Nickel und Molybdän anwendbar ist. Die Technik
der Erfindung scheint die thermische Stabilität jeder Struktur vergrößern zu
können,
die eine Polysiliciumschicht enthält, da die poröse Sperre,
welche durch die Anreicherung der Korngrenzen des Polysiliciums
durch Stickstoffteilchen gebildet wird, in der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung nur die Polysiliciumschicht beeinflusst und die thermische
Beweglichkeit der Siliciumteilchen daran entlang stark hemmt, so dass
sie die Diffusion über
jede Grenzfläche
mit jedem anderen Material hemmt. Es kann daher angenommen werden,
dass die Erfindung auch andere Dünnschichten
oder Körper
aus darauf aufgebrachtem Material stabilisiert. Überdies stellt die Erfindung eine
Technik zur Ausdehnung der niedrigen Flächenwiderstandseigenschaften
polymorpher Metallsilicide, und insbesondere von Titansilicid, auf
kleinere Strukturen als solche im Halbmikrometermaßstab bereit.