DE102005030584B4 - Verfahren zur Herstellung von Nickelsilizid durch Abscheiden von Nickel aus einem gasförmigen Vorstufenmaterial - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Nickelsilizid durch Abscheiden von Nickel aus einem gasförmigen Vorstufenmaterial Download PDF

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Abstract

Verfahren mit:
Einbringen eines Halbleiterbauelements, das ein freiliegendes siliziumenthaltendes Gebiet aufweist, in eine Abscheideatmosphäre mit einem nickelenthaltenden gasförmigen Vorstufenmaterial, um selektiv Nickel auf dem freiliegenden siliziumenthaltenden Gebiet abzuscheiden; und
Umwandeln des abgeschiedenen Nickels auf dem freiliegenden siliziumenthaltenden Gebiet in ein Nickelsilizid, wobei das Umwandeln des abgeschiedenen Nickels in Nickelsilizid in Gang gesetzt wird, während das siliziumenthaltende Gebiet der Abscheideatmosphäre ausgesetzt ist.

Description

  • GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an die Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft dabei die Herstellung von Nickelsilizidgebieten auf siliziumenthaltenden leitenden Schaltungselementen, um deren Schichtwiderstand zu reduzieren.
  • BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • In modernen integrierten Schaltungen mit äußerst hoher Integrationsdichte nehmen die Strukturgrößen der Elemente ständig ab, um damit das Verhalten und die Funktionalität der Schaltung zu verbessern. Das Reduzieren der Strukturgrößen ergibt jedoch gewisse Probleme, die teilweise die durch das Verringern der Strukturgrößen gewonnenen Vorteile aufwiegen. Im Allgemeinen kann das Reduzieren der Größe von beispielsweise einem Transistorelement, etwa einem MOS-Transistor, zu besseren Leistungseigenschaften auf Grund einer reduzierten Kanallänge des Transistorelements führen, wodurch ein höherer Treiberstrom und eine erhöhte Schaltungsgeschwindigkeit erreicht werden können. Durch das Verringern der Kanallänge der Transistorelemente wird jedoch der elektrische Widerstand von Leitungen und Kontaktgebieten, d. h. von Gebieten, die einen elektrischen Kontakt zur Peripherie der Transistorelemente herstellen, zu einem wesentlichen Problem, da die Querschnittsfläche dieser Leitungen und Gebiete ebenso reduziert wird. Die Querschnittsfläche bestimmt jedoch in Verbindung mit den Eigenschaften des Materials, aus dem die Leitungen und Kontaktgebiete aufgebaut sind, deren effektiven elektrischen Widerstand.
  • Ferner kann auch eine höhere Anzahl an Schaltungselementen pro Einheitsfläche eine erhöhte Anzahl an Verbindungen zwischen diesen Schaltungselementen erforderlich machen, wobei im Allgemeinen die Anzahl der erforderlichen Verbindungen in einer nicht linearen Weise mit der Anzahl der Schaltungselemente ansteigt, so dass der verfügbare Platz für die Verbindungen noch weiter beschränkt wird.
  • Für anspruchsvolle Anwendungen, etwa CPUs, komplexe ASICs und dergleichen, wird der Großteil integrierter Schaltungen auf der Grundlage von Silizium hergestellt, d. h., die meisten Schaltungselemente enthalten Siliziumgebiete in kristalliner, polykristalliner und amorpher Form, das dotiert oder undotiert sein kann, und das als leitender Bereich dient. Ein anschauliches Beispiel in diesem Zusammenhang ist eine Gateelektrode eines MOS-Transistorelements, wobei diese als eine Polysiliziumleitung betrachtet werden kann. Beim Anlegen einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode wird ein leitender Kanal an der Grenzfläche einer dünnen Gateisolationsschicht und eines aktiven Gebiets des Halbleitersubstrats ausgebildet. Obwohl die Verringerung der Strukturgröße eines Transistorelements dessen Leistungsverhalten auf Grund der reduzierten Kanallänge verbessert, kann das Größenreduzieren der Gateelektrode zu signifikanten Verzögerungen in der Signalausbreitung entlang der Gateelektrode führen, d. h. die Ausbildung des Kanals entlang der gesamten Strecke der Gateelektrode kann verzögert sein. Das Problem der Verzögerung der Signalausbreitung ist für Polysiliziumleitungen, die einzelne Schaltungselemente oder unterschiedliche Chipbereiche verbinden, noch wesentlich ausgeprägter. Daher ist es äußerst wichtig, den Schichtwiderstand von Polysiliziumleitungen und anderer siliziumenthaltender Kontaktgebiete, etwa von Drain- und Sourcegebieten, zu verbessern, um damit eine weitere Größenreduzierung von Bauelementen zu ermöglichen, ohne deren Leistungsverhalten zu beeinträchtigen. Aus diesem Grunde ist es üblich, den Schichtwiderstand von Polysiliziumleitungen und Siliziumkontaktgebieten durch Ausbilden eines Metallsilizids in und auf geeigneten Bereichen der entsprechenden siliziumenthaltenden Gebieten zu verringern.
  • Mit Bezug zu den 1a bis 1d wird nunmehr ein typischer konventioneller Prozessablauf zur Herstellung eines Metallsilizids in einem entsprechenden Bereich eines MOS-Transistorelements als ein anschauliches Beispiel beschrieben, um die Reduzierung des Schichtwiderstands von Silizium darzustellen.
  • 1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Transistorelements 190, etwa eins MOS-Transistors, der auf einem Substrat 101 mit einem siliziumenthaltenden Gebiet 102 ausgebildet ist. Das siliziumenthaltende Gebiet 102 wird von einer Isolationsstruktur 103 umgeben, die in dem vorliegenden Beispiel in Form einer Flachgrabenisolation vorgesehen ist, die für gewöhnlich bei modernen integrierten Schaltungen verwendet wird. Stark dotierte Source- und Draingebiete 104 mit Erweiterungsgebieten 105 sind in dem Gebiet 102 ausgebildet. Die Source- und Draingebiete 104 mit den Erweiterungsgebieten 105 sind lateral durch ein Kanalgebiet 106 getrennt. Eine Gateisolationsschicht 107 trennt elektrisch und physikalisch eine Gateelektrode 108 von dem darunter liegenden Kanalgebiet 106. Abstandselemente 109 sind an Seitenwänden der Gateelektrode 108 ausgebildet. Eine hochschmelzende Metallschicht 110 ist über dem Transistorelement 100 mit einer Dicke ausgebildet, die für die weitere Bearbeitung bei der Herstellung von Metallsilizidbereichen erforderlich ist.
  • Ein typischer konventioneller Prozessablauf zur Herstellung des Transistorelements 100, wie es in 1a gezeigt ist, kann die folgenden Schritte umfassen. Nach dem Definieren des aktiven Gebiets 102 durch Bilden der Flachgrabenisolationen 103 mittels moderner Photolithographie- und Ätztechniken, werden gut etablierte und gut bekannte Implantationsschritte ausgeführt, um ein gewünschtes Dotierstoffprofil in dem Gebiet 102 und dem Kanalgebiet 106 zu schaffen. Nachfolgend werden die Gateisolationsschicht 107 und die Gateelektrode 108 durch anspruchsvolle Abscheide-, Photolithographie- und anisotrope Ätztechniken hergestellt, um eine gewünschte Gatelänge zu erhalten, die die horizontale Erstreckung der Gateelektrode 108 in 1a ist, d. h. diese liegt in der Zeichenebene der 1a. Danach wird eine erste Implantationssequenz ausgeführt, um die Erweiterungsgebiete 105 zu bilden, wobei abhängig von den Entwurfserfordernissen zusätzliche sogenannte Halo-Implantationen ausgeführt werden können. Die Abstandselemente 109 werden dann durch Abscheiden eines dielektrischen Materials, etwa Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid, und durch Strukturieren des dielektrischen Materials mittels eines anisotropen Ätzprozesses gebildet. Danach kann ein weiterer Implantationsprozess ausgeführt werden, um die stark dotierten Source- und Draingebiete 104 zu bilden.
  • Vor dem Abscheiden der hochschmelzenden Metallschicht 110 wird ein Reinigungsprozess ausgeführt und nachfolgend wird die hochschmelzende Metallschicht 110 auf dem Transistorelement 100 durch beispielsweise chemische Dampfabscheidung (CVD) oder physikalische Dampfabscheidung (PVD) abgeschieden. Häufig wird ein hochschmelzendes Metall, etwa Titan, Kobalt, Nickel und dergleichen für die Metallschicht 110 verwendet. Es stellt sich jedoch heraus, dass die Eigenschaften der diversen hochschmelzenden Metalle während der Herstellung eines Metallsilizids und anschließend in Form eines Metallsilizids sich deutlich voneinander unterscheiden. Daher hängt das Auswählen eines geeigneten Metalls von weiteren Entwurfsparametern des Transistorelements 100 sowie von Prozessanforderungen in den folgenden Prozessen ab. Beispielsweise wird Titan häufig zur Herstellung eines Metallsilizids auf den entsprechenden siliziumenthaltenden Bereichen verwendet, wobei jedoch die elektrischen Eigenschaften des resultierende Titansilizids stark von den Abmessungen des Transistorelements 100 abhängen. Titansilizid neigt dazu, an den Korngrenzen des Polysiliziums zu verklumpen und kann daher den elektrischen Gesamtwiderstand erhöhen, da dieser Effekt mit abnehmender Strukturgröße stärker ausgeprägt ist, so dass die Verwendung von Titan für Polysiliziumleitungen, etwa die Gateelektrode 108, mit einer lateralen Abmessung, d. h. einer Gatelänge, von 0,5 μm oder weniger, unter Umständen nicht akzeptabel ist.
  • Für Schaltungselemente mit Strukturelementen in dieser Größenordnung kann Kobalt häufig als hochschmelzendes Metall verwendet werden, da Kobalt im Wesentlichen keine Neigung zum Blockieren von Korngrenzen des Polysiliziums zeigt. Obwohl Kobalt erfolgreich für Strukturgrößen bis hinab zu 0,2 μm eingesetzt wird, kann eine weitere Größenreduzierung aus diversen Gründen ein Metallsilizid erforderlich machen, das einen deutlich geringeren Schichtwiderstand im Vergleich zu Kobaltsilizid aufweist. Beispielsweise kann in einem typischen MOS-Prozessablauf das Metallsilizid auf der Gatelektrode 108 und den Drain- und Sourcegebieten 104 gleichzeitig in einer sogenannten selbstjustierenden Weise hergestellt werden. Dieser Prozessablauf erfordert es, dass bei reduzierten Strukturgrößen, eine vertikale Ausdehnung oder Tiefe (in Bezug auf 1a) der Drain- und Sourcegebiete 104 in das aktive Gebiet 102 berücksichtigt werden muss, da diese Tiefe ebenso reduziert werden muss, um sogenannte Kurzkanaleffekte zu unterdrücken. Folglich ist eine vertikale Ausdehnung oder Tiefe eines Metallsilizidgebiets, das auf der Gatelektrode 108 ausgebildet ist, und das vorteilhafterweise im Hinblick auf eine Reduzierung des Gatewiderstands eine möglichst große vertikale Ausdehnung haben sollte, durch die Forderung eines flachen oder eines dünnen Metallsilizidgebiets in den Drain- und Sourcegebieten beschränkt.
  • Daher wird in äußerst modernen Transistorelementen Nickel zunehmend als eine geeignete Ersatzlösung für Kobalt angesehen, da Nickelsilizid (NiSi) einen wesentlich geringeren Schichtwiderstand im Vergleich zu Kobaltsilizid zeigt. Im Folgenden wird daher angenommen, dass die Metallschicht 110 im Wesentlichen aus Nickel aufgebaut ist.
  • Nach dem Abscheiden der Metallschicht 110 wird eine Wärmebehandlung ausgeführt, um eine chemische Reaktion zwischen den Nickelatomen und den Siliziumatomen in jenen Bereichen der Source- und Draingebiete 104 und der Gateelektrode 108 in Gang zu setzen, die mit dem Nickel in Kontakt sind. Beispielsweise kann eine schnelle thermische Ausheizung mit einer Temperatur im Bereich von ungefähr 400°C bis 600°C für eine Zeitdauer von ungefähr 30 bis 90 Sekunden ausgeführt werden. Während der Wärmebehandlung diffundieren Silizium und Nickelatome und reagieren, um damit Nickelmonosilizid zu bilden.
  • 1b zeigt schematisch das Transistorelement 100 mit entsprechend ausgebildet Nickelsilizidgebieten 111 in den Source- und Draingebieten 104 und einen Nickelsilizidgebiet 112, das in der Gateelektrode 108 ausgebildet ist. Eine entsprechende Dicke 111a und 112a der Nickelsilizidgebiete 111, 112 kann durch Prozessparameter, etwa eine anfängliche Dicke der Metallschicht 110 und/oder die spezifizierten Bedingungen während der Wärmebehandlung eingestellt werden. Z. B. kann die Metallschicht 110 mit einer spezifizierten Dicke abgeschieden werden, und die Temperatur und/oder die Dauer der Wärmebehandlung werden so eingestellt, dass im Wesentlichen die gesamte Nickelschicht in Nickelsilizid umgewandelt wird. Alternativ kann die Metallschicht 110 mit einer ausreichenden Dicke abgeschieden werden und der Grad an Nickelsiliziderzeugung kann durch die Temperatur und/oder durch die Dauer der Wärmebehandlung gesteuert werden. Unabhängig davon, wie die Steuerung der Dicke 111a, 112a erfolgt, wird nicht reagiertes Nickel dann selektiv durch ein geeignetes selektives nasschemisches Verfahren entfernt, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Es sollte beachtet werden, dass Silizium, das in den Seitenwandabstandselementen 109 und den Flachgrabenisolationen 103 enthalten sein kann, im Wesentlichen nicht an der chemischen Reaktion teilnimmt, da das Silizium darin, als ein thermisch stabiles Oxid oder Nitrid vorliegt. Des weiteren können die Nickelsilizidgebiete 111, 112 auch in einem zweistufigen thermischen Prozess hergestellt werden, beispielsweise mittels zweier schneller thermischer Ausheizprozesse, wobei vorzugsweise zwischen den beiden Prozessen nicht reagiertes Nickel selektiv entfernt werden kann.
  • Obwohl die Dicke 111a sich von der Dicke 112a unterscheiden – auf Grund eines unterschiedlichen Diffusionsverhaltens des hochdotierten kristallinen Siliziums der Drain- und Sourcegebiete 104 und des dotierten Polysiliziums der Gateelektrode 108 – sind beide Dicken miteinander korreliert, da sie nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können, ohne den gesamten Prozessablauf nicht deutlich zu verändern. Daher ist eine maximale Dicke 112a des Nickelsilizids auf der Gateelektrode 108 durch die maximal zulässige Dicke 111a bestimmt, die wiederum durch die Tiefe der Drain- und Sourcegebiete 104 vorgegeben ist. Trotz der Tatsache, das Nickelsilizid einen signifikant geringern Schichtwiderstand wie beispielsweise Kobaltsilizid aufweist, stellt es sich heraus, dass Nickelsilizid bei Temperaturen über ungefähr 400°C thermisch nicht stabil ist und sich bei höheren Temperaturen zu Nickeldisilizid (NiSi2) umwandelt. Die Ausbildung von Nickeldisilizid anstelle von Nickelsilizid ist äußerst unerwünscht, da Nickeldisilizid einen wesentlich höheren Schichtwiderstand im Vergleich zu Nickelmonosilizid aufweist. Ferner wird durch die weitergehende chemische Reaktion weiteres Silizium verbraucht und damit steigt die Dicke der entsprechenden Nickelsilizidgebiete an.
  • Daher ist eine präzise Prozesssteuerung der gesamten Nickelsilizidherstellung insbesondere für äußerst größenreduzierte Transistorelemente erforderlich. D. h., jeder der einzelnen Prozessschritte, etwa der Reinigungsschritt vor der Nickelabscheidung, der eigentliche Abscheideprozess, die Wärmebehandlung, das selektive Entfernen von überschüssigen Nickel und optional weitere Wärmebehandlungen, erfordern eine präzise Steuerung, um die Varianz der Nickelsilizidgebiete innerhalb eng vorgegebener Toleranzen zu halten, was eine schwierige und komplexe Aufgabe bei modernen Halbleiterbauelementen ist und wird.
  • Angesichts der zuvor beschriebenen Situation besteht daher ein Bedarf, einige der bei der Bearbeitung von Nickel in äußerst modernen integrierten Schaltungen beteiligten Probleme zu vermeiden oder zumindest deren Wirkungen zu reduzieren.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik, die die Herstellung von Nickelsilizid auf der Grundlage eines gasförmigen Vorstufenmaterials ermöglicht, wobei in speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Nickelsilizidherstellung ein in-situ-Prozess ist, in welchem die Nickelabscheidung und die Reaktion mit dem darunter liegenden Silizium in einem gemeinsamen einzelnen Prozess erreicht werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 13 und eine Vorrichtung nach Anspruch 24 gelöst.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
  • 1a und 1b schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während der Herstellung von Nickelsilizid gemäß einem typischen konventionellen Prozessablauf zeigen;
  • 2a und 2b schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während der Ausbildung von Nickelsilizid auf der Grundlage eines gasförmigen Vorstufenmaterials gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen; und
  • 2c schematisch ein Abscheidesystem zeigt, das einen Reaktor zum Zuführen von Nickeltetrakarbonyl gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik, die die Möglichkeit bietet, die bei der konventionellen Herstellung von Nickelsilizid in und auf siliziumenthaltenden Gebieten, etwa Gateelektroden, Polysiliziumleitungen, Drain- und Sourcegebieten, und dergleichen, von modernen Halbleiterbauelementen enthaltene Prozesskomplexität zu reduzieren, um damit eine verbesserte Prozesssteuerbarkeit selbst für äußerst größenreduzierte Bauelemente, in denen äußerst flache und gut gesteuerte Nickelsilizidgebiete erforderlich sind, bereitzustellen. Zu diesem Zweck kann das Abscheiden des Nickels auf der Grundlage eines gasförmigen Vorstufenmaterials erfolgen, wobei Prozessparameter einer Abscheideatmosphäre so eingestellt werden kann, dass eine hohe Abscheideselektivität erreicht wird. Das selektive Abscheiden des Nickels aus einer gasförmigen Komponente auf freiliegenden Siliziumoberflächen kann wesentlich den Aufwand zum Entfernen nicht reagierten Nickelmaterials aus unerwünschten Substratbereichen und von Oberflächen einer Prozesskammer reduzieren. Folglich können komplexe Reinigungsprozesse, etwa das selektive Entfernen von nicht reagiertem Nickel, sowie das Reinigen der Prozesskammer deutlich reduziert oder kann unter Umständen vollständig vermieden werden, wodurch auch der Durchsatz und die Anlagenausnutzung sowie die Anlagenlebensdauer verbessert werden.
  • Ein geeigneter Kandidat für ein gasförmiges Vorstufenmaterial für die Abscheidung von Nickel ist Nickeltetrakarbonyl (Ni(CO)4), das eine flüchtige Verbindung mit einem Schmelzpunkt von –19,3°C und einem Siedepunkt von 42,2°C unter Standarddruckbedingungen besitzt. Nickeltetrakarbonyl kann aus einem nickelenthaltenden Basismaterial, etwa Nickeloxid, bei erhöhten Temperaturen in Anwesenheit von Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, was auch als Wassergas bezeichnet wird, hergestellt werden. Das resultierende Nickeltetrakarbonyl kann dann als ein gasförmiges Vorstufenmaterial für die Herstellung äußerst reinen Nickels auf der Grundlage einer Zerfallsreaktion bei Temperaturen mit ungefähr 230°C entsprechend der folgenden Formeln verwendet werden: Ni(CO)4 ⇔ Ni + 4CO (230°C) gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung kann das Gleichgewicht dieser Zerfallsreaktion genutzt werden, um äußerst reines Nickel auf einem freiliegenden Silizium enthaltenden Gebiet zu bilden, wobei ein hohes Maß an Selektivität erhalten werden kann, indem erhöhte Temperaturen von ungefähr 250°C bis 400°C angewendet werden, bei denen Nickel und Silizium reagieren, um ein Nickelsilizid gemäß der folgenden Gleichung zu bilden: Ni + Si ⇒ NiSi (ungefähr 250°C bis 400°C)
  • Folglich kann auf der Grundlage der vorhergehenden Zerfallsreaktion reines Nickel abgeschieden werden, das dann unmittelbar mit Silizium des freiliegenden siliziumenthaltenden Gebiets reagiert, wodurch kontinuierlich Nickel verbraucht wird, das dann kontinuierlich durch den obigen Zerfallsmechanismus nachgeliefert wird, wodurch ein Nickelsilizid in einer sehr gesteuerten und selektiven Weise erzeugt wird. Andererseits wird eine Nickelabscheidung an kälteren Oberflächen, etwa an Prozesskammerwänden, und dergleichen und auf Substratgebieten, die nicht mit Nickel bei den oben spezifizierten Temperaturbereich von ungefähr 250°C bis 400°C reagieren, deutlich unterdrückt. Aus diesem Grunde können Prozessdurchläufe zum Entfernen überschüssigen Materials und/oder Kammerreinigungsvorgänge deutlich reduziert oder sogar vollständig vermieden werden, insbesondere da geringe Mengen an Nickel, die sich an dielektrischen Schichten, an Kammerwandoberflächen, und dergleichen abgeschieden haben können, in effizienter Weise auf der Grundlage des obigen Zerfallsmechanismus entfernt werden können, indem die Zufuhr von Nickeltetrakarabonyl unterbrochen wird, während weiterhin Kohlenstoffmonoxid zugeführt wird, um die Bildung von Nickeltetrakarbonyl zu fördern, wobei das erforderliche Nickel durch diese kontaminierten Oberflächen bereitgestellt wird. Folglich kann eine reduzierte Prozesskomplexität mit dem Vorteil einer verbesserten Steuerbarkeit durch die CVD-ähnliche Nickelsilizidherstellung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
  • Es sollte beachtet werden, dass in den folgenden anschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf einen Feldeffekttransistor, etwa einen MOS-Transistor, Bezug genommen wird, um das Prinzip des Verbesserns der Leitfähigkeit von siliziumenthaltenden leitenden Gebieten durch Vorsehen eines Nickelsilizids in jenen Gebieten in einer äußerst selektiven und steuerbaren Weise darzulegen. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf beliebige siliziumenthaltende Gebiete angewendet werden, die beispielsweise in Form von dotiertem oder undotiertem kristallinen Silizium, dotiertem oder undotiertem polykristallinen Silizium und dotiertem oder undotiertem amorphen Silizium vorgesehen sind, unabhängig von der Art des betrachteten Schaltungselements. Beispielsweise können Polysiliziumleitungen oder Bereiche, die benachbarte Schaltungselemente verbinden, etwa Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, und dergleichen, oder unterschiedliche Chipbereiche miteinander verbinden, sowie gewisse siliziumenthaltende Bereiche beliebiger Arten von Schaltungselementen, beispielsweise Elektroden von Kondensatoren, Kontaktbereiche von Widerständen und dergleichen, als durch die vorliegende Erfindung mit eingeschlossen betrachtet werden. Diese sollten als durch das siliziumenthaltende leitende Gebiet repräsentiert gesehen werden, das in dem Transistorelement enthalten ist, das mit Bezugnahme zu den 2a und 2b in der folgenden Beschreibung dargestellt ist.
  • 2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Transistorelements 200 mit einem Substrat 201, das ein Siliziumvollsubstrat, ein SOI-(Silizium-auf-Isolator)Substrat oder ein anderes geeignetes Substrat mit einer darauf ausgebildeten siliziumenthaltenden kristallinen Schicht repräsentieren kann, um darin ein Siliziumgebiet 202 zu definieren, das von einer Isolationsstruktur 203 umgeben ist, das wiederum in Form einer flachen Grabenisolation vorgesehen sein kann. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „Siliziumgebiet” oder „siliziumenthaltendes Gebiet”, wie sie hierin und in den angefügten Patentansprüchen verwendet sind, auch ein beliebiges Siliziumgebiet mit einschließen, das andere Materialien, etwa Germanium, Kohlenstoff, und dergleichen enthalten kann, wie dies häufig zum Modifizieren der Ladungsträgerbeweglichkeit in solchen kristallinen Halbleitergebieten der Fall ist. Ferner bezeichnet der Begriff „Siliziumgebiet” oder „siliziumenthaltendes Gebiet” auch beliebige Gebiete auf Siliziumbasis mit darin ausgebildeten Dotierstoffen, um die Ladungsträgerkonzentration darin zu modifizieren. Daher sollte ein Siliziumgebiet als ein Gebiet verstanden werden, das Silizium aufweist, das für eine Silizidreaktion bei erhöhten Temperaturen im Bereich von ungefähr 250°C bis 400°C zur Verfügung steht, wenn dieses mit Nickel in Kontakt gebracht wird. Somit werden dielektrische Gebiete, etwa Siliziumdioxidgebiete, Siliziumnitridgebiete, wie sie in der Isolationsstruktur 203 enthalten sein können, nicht als Siliziumgebiete oder siliziumenthaltende Gebiete in dem obigen Sinne erachtet, da Siliziumdioxid und Siliziumnitrid im Wesentlichen nicht mit Nickel in den oben spezifizierten Temperaturbereich reagieren.
  • Das Transistorelement 200 umfasst eine Gateelektrode 208, die aus polykristallinem Silizium aufgebaut ist, und die über dem Siliziumgebiet 202 angeordnet und davon durch eine Gateisolationsschicht 207 getrennt ist. In einigen Ausführungsformen kann die Gateelektrode 208 eine Länge, d. h. die horizontale Erstreckung der Gateelektrode 208, von 100 nm und deutlich weniger aufweisen und kann sogar eine Gatelänge von 50 nm und deutlich weniger in äußerst größenreduzierten Transistorbauelementen aufweisen. Das Transistorelement 200 kann ferner Seitenwandabstandselemente 209 aufweisen, die aus einer geeigneten Kombination dielektrischer Materialien, etwa Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen hergestellt sein können. Des weiteren sind Drain- und Sourcegebiete 204 in dem siliziumenthaltenden Gebiet 202 ausgebildet, wobei entsprechende Erweiterungsgebiete 205 sich bis unter die Seitenwandabstandselemente 209 erstrecken können, um damit eine effektive Kanallänge eines Kanalgebiets 206 zu definieren, das zwischen den entsprechenden Erweiterungsgebieten 205 angeordnet ist. Ferner sind Nickelsilizidgebiete 211 in und auf einem Bereich der Drain- und Sourcegebiete 204 ausgebildet, während ein entsprechendes Nickelsilizidgebiet 212 in und auf der Gateelektrode 208 gebildet ist.
  • Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung des Transistorelements 200, wie es in 2a gezeigt ist, kann die folgenden Prozesse umfassen. Die Grabenisolationsstruktur 203 sowie die Gateelektrode 208, die über der Gateisolationsschicht 207 gebildet ist, können entsprechend gut etablierter konventioneller Fertigungsverfahren hergestellt werden. D. h., bekannte Prozessrezepte für Photolithographie-, Ätz-, Abscheide- und Oxidationsprozesse können eingesetzt werden, um die Isolationsstruktur 203 zu bilden und um die Gateelektrode 208 nach der Herstellung der Gateisolationsschicht 207 zu strukturieren. Danach können Ionenimplanationsprozesse ausgeführt werden, möglicherweise mit einer dazwischenliegenden Ausbildung des Abstandselements 209, um das erforderliche vertikale und laterale Dotierstoffprofil für die Drain- und Sourcegebiete 204 und die Erweiterungsgebiete 205 zu erhalten. Die entsprechenden Dotierstoffprofile können dann ausgeheizt werden, um durch Implantation hervorgerufene Schäden zu rekristallisieren und um die Dotierstoffgattung zu aktivieren. Danach kann ein gut etablierter Reinigungsprozess ausgeführt werden, um Oberflächenkontaminationen und Materialreste, die aus dem vorhergehenden Prozessen stammen, von den Drain- und Sourcegebieten 204 und der Gateelektrode 208 vor dem Abscheiden von Nickel ausgeführt werden, ähnlich wie dies in dem konventionellen Prozessablauf der Fall ist, der zuvor mit Bezug zu 1 beschrieben ist. Nach dem Reinigungsprozess wird anders als in der konventionellen Vorgehensweise das Transistorelement 200 einer Abscheideatmosphäre ausgesetzt, die als 220 bezeichnet ist, die ein nickelenthaltendes gasförmiges Vorstufenmaterial aufweist und die den erforderlichen Zustand, etwa Druck, Temperatur, und dergleichen zum Abscheiden von Nickel auf freiliegenden Siliziumgebieten, d. h. auf dem Drain- und Sourcegebiet 204 und der Gateelektrode 208, besitzt. In einer speziellen Ausführungsform umfasst die Abscheideatmosphäre 220 Nickeltetrakarbonyl (Ni(CO)4), das teilweise entsprechend der zuvor beschriebenen Gleichung unter spezifizierten Bedingungen der Abscheideatmosphäre 220 zerfällt. Zu diesem Zweck wird in einer anschaulichen Ausführungsform das Substrat 201 aufgeheizt, wie dies durch 221 gezeigt ist, um damit auch die freiliegenden Siliziumgebiete, d. h. das Drain- und Sourcegebiet 204 und die Gateelektrode 208, auf oder über eine Temperatur von ungefähr 250°C zu erwärmen, wodurch eine chemische Reaktion zwischen Nickel und Silizium bei der Abscheidung von Nickel stattfinden kann. Auf Grund der erhöhten Temperatur in der Nähe des Bauelements 200 stellt sich ein gewisses Gleichgewicht von Nickel und Kohlenmonoxid in Bezug auf zerfallendes Nickeltetrakarbonyl ein, so dass äußerst reines Nickel auf dem Transistorelement 200 abgeschieden wird, während Kohlenmonoxid in die Abscheideatmosphäre 220 freigesetzt wird. Wie zuvor erläutert ist, kann das sich auf den freiliegenden Siliziumgebieten abscheidende Nickel, d. h. auf den Drain- und Sourcegebieten 204 und auf der Gateelektrode 208, unmittelbar mit dem Silizium reagieren, um Nickelsilizid zu erzeugen, wohingegen mögliche geringe Anteile an Nickel, die als 213 bezeichnet sind, und die sich an den Seitenwandabstandselementen 209 und der Isolationsstruktur 203 abscheiden können, im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben, da die Abscheideatmosphäre 220 auch das gleiche Gleichgewicht an diesen Stellen definiert, wodurch eine weitere Nickelabscheidung stark unterdrückt wird, da im Wesentlichen kein Nickel durch das darunter liegende Material konsumiert wird. Auf diese Weise ist eine äußerst selektive Nickelsilizidherstellung erreichbar, wobei das Nickelsilizidwachstum gesteuert werden kann, indem zumindest ein Parameter der Abscheideatmosphäre 220 gesteuert wird.
  • Beispielsweise kann der Partialdruck des Kohlenmonoxids gesteuert werden, um in geeigneter Weise das Gleichgewicht zwischen Nickeltetrakarbonyl und dem zerfallenen Nickel und dem Kohlenmonoxid einzustellen, um damit eine gesteuerte Rate für die Erzeugung des Nickelsilizids in den Gebieten 204 und 208 bereitzustellen. Zusätzlich oder alternativ können andere Prozessparameter, etwa die Temperatur des Substrats 201 und damit die Temperatur von Oberflächenbereichen des Elements 200, sowie die Zufuhrrate von Nickeltetrakarbonyl, der Gesamtdruck der Atmosphäre 220 und dergleichen in entsprechender Weise eingestellt werden, um die Erzeugungsrate von Nickelsilizid geeignet festzulegen. Geeignete Prozessrezepte zur Herstellung der Abscheideatmosphäre 220 können auf der Grundlage von Testuntersuchungen ermittelt werden. Beispielsweise kann die Abhängigkeit der Dicken 212a und 211a des Nickelsilizids von einem oder mehreren Prozessparametern für äußerst stark dotiertes Polysilizium und stark dotiertes kristallines Silizium oder ein anderes Material, das während der Herstellung des Bauelements 200 verwendet wird, etwa Silizium/Germanium und dergleichen bestimmt werden. Zu diesem Zweck können mehrere Abscheideatmosphären 200 eingerichtet werden, wovon jede einen unterschiedlichen Satz an Parametern besitzt. Die entsprechenden Dicken 211a, 212a während dieser Untersuchungen können dann für jede der unterschiedlichen Prozessrezepte der einzelnen Atmosphären 220 bestimmt werden. Es können dann entsprechende Dickenmessungen auf der Grundlage von Querschnittsanalysen durch Elektronenmikroskopie oder durch einen anderen geeigneten Messprozess ausgeführt werden. Sobald ein geeigneter Satz an Parametern ermittelt ist, kann die Abscheideatmosphäre 220 entsprechend diesem Prozessrezept bereitgestellt werden und die Steuerung der Abscheideatmosphäre 220 kann auf der Grundlage eines oder mehrerer der beteiligten Prozessparameter ausgeführt werden. Wenn beispielsweise die Abscheideatmosphäre 220 für einen gewissen Druck spezifiziert ist, der im Wesentlichen durch das Bereitstellen eines entsprechenden Trägergases, etwa Argon, Helium, und dergleichen bestimmt ist, und eine spezifizierte Zufuhrrate für das nickelenthaltende Vorstufengas in Verbindung mit einer geeigneten Temperatur zum Erwärmen des Substrats 201 verwendet wird, kann eine effiziente Steuerung des Prozesses zur Herstellung des Nickelsilizids erreicht werden, indem ein oder mehrere der Parameter, die die Abscheideatmosphäre 220 bestimmen, überwacht und nachjustiert werden. Beispielsweise ist ein geeigneter manipulierter Parameter in einem entsprechenden Abscheideprozess durch den Partialdruck des Kohlenmonoxids gegeben, der eine effektive Justierung des Gleichgewichts und damit der Nickelsiliziderzeugungsrate ermöglicht. In einem derartigen Steuerungsablauf kann Kohlenstoffmonoxid teilweise von der Abscheideatmosphäre 220 entfernt oder dieser hinzugefügt werden, um damit eine im Wesentlichen stabile und gleichförmige Erzeugungsrate für eine Vielzahl von Substraten beizubehalten. Dazu kann ein fortschrittlicher Prozesssteuerungs-(APC)Algorithmus angewendet werden. Wie zuvor erläutert ist, wird ein äußerst sensitiver Steuerungsmechanismus bereitgestellt, der effektiv auf äußerst größenreduzierte Bauelemente anwendbar ist, auf Grund der Tatsache, dass der Nickelsilizidherstellungsprozess auf der Grundlage einer Abscheideatmosphäre gesteuert werden kann, ohne dass ein nachfolgender Ausheizprozess erforderlich ist, möglicherweise in Verbindung mit dazwischengeschalteten Ätzabtragungsschritten zum Entfernen von nicht reagiertem Metall, wie dies in dem konventionellen Prozessablauf der Fall ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass in anderen Ausführungsformen die Nickelabscheidung und die Nickelsilizidbildung „entkoppelt” werden können, ähnlich wie dies in den konventionellen Prozesstechniken der Fall ist, indem eine Prozesstemperatur ausgewählt wird, die deutlich unter einer Aktivierungstemperatur zum Einsetzen einer Nickelsiliziderzeugung liegt. In diesem Falle kann äußerst reines Nickel konform auf einer beliebigen freiliegenden Oberfläche des Elements 200 in konformer Weise abgeschieden werden, und nachfolgend kann das Nickel mit dem darunter liegenden Silizium beim Aufwärmen des Substrats 201 über die erforderliche Aktivierungstemperatur zur Reaktion gebracht werden.
  • In anderen Ausführungsformen wird das Herstellen der Nickelsilizidgebiete 212 und 211 nicht in einem gemeinsamen Prozess erreicht, sondern wird stattdessen in separaten Prozessen ausgeführt. Beispielsweise können die Drain- und Sourcegebiete 204 maskiert werden, beispielsweise mittels einer Lackmaske (nicht gezeigt), die ausgebildet ist, einer Temperatur von ungefähr 250°C zu widerstehen, während die Gateelektrode 208 der Abscheideatmosphäre 220 ausgesetzt wird. Nach der Ausbildung des Metallsilizidgebiets 212 in und auf der Gatelektrode 208 wird die Lackmaske dann entfernt und die Abscheideatmosphäre 220 wird erneut eingerichtet, um die Gebiete 211 mit der erforderlichen Dicke 211a zu bilden. Auf diese Weise kann eine deutlich erhöhte Dicke 212a, in der Gateelektrode 202 in einer im Wesentlichen unabhängigen Weise erhalten werden, wobei dennoch die erforderliche Solldicke 211a in den Drain- und Sourcegebieten 204 erreicht werden kann. In anderen Ausführungsformen können unterschiedliche Arten von Metallsiliziden gebildet werden, wobei vorteilhafterweise die Tatsache ausgenutzt wird, das Nickelsilizid in äußerst selektiver Weise gebildet werden kann, ohne dass ein nachfolgender selektiver Ätzschritt zum Entfernen von nicht reagiertem Nickel erforderlich ist, wie dies beispielsweise in konventionellen Techniken der Fall ist. Zu diesem Zweck kann beispielsweise Kobaltsilizid auf den Drain- und Sourcegebieten 204 gebildet werden, während die Gateelektrode mittels einer geeigneten Deckschicht (nicht gezeigt) abgedeckt sein kann. Nach dem Entfernen der Deckschicht wird Nickelsilizid selektiv in der Gateelektrode 208 gebildet, wobei eine moderat geringe Temperatur festgelegt werden kann, um damit eine chemische Reaktion zwischen Nickel und Kobaltsilizid in den Drain- und Sourcegebieten 204 zu vermeiden. In diesem Falle wird lediglich eine geringe Menge an Nickel auf dem Kobaltsilizid auf Grund des gleichen Mechanismus, wie er zuvor erläutert ist, abgeschieden. Somit liefert das hohe Maß an Selektivität bei der Herstellung von Metallsilizid ein erhöhtes Maß an Flexibilität bei der Gestaltung moderner Halbleiterbauelemente, die unterschiedliche Arten an Metallsilizid erfordern, ohne dass damit empfindliche Bauteilgebiete nachteilig beeinflusst werden. In dem obigen Beispiel werden Prozesse zum Entfernen von nicht reagiertem Nickel, die in konventionellen Prozessschemata durch Ätzung hervorgerufene Schäden in den zuvor ausgebildeten Kobaltsilizidgebieten hervorrufen, nicht erforderlich, wodurch eine verbesserte Bauteilunversehrtheit erreicht wird. Es sollte beachtet werden, dass die Gateelektrode 208 und die Drain- und Sourcegebiete 204 andere Halbleitergebiete repräsentieren können, die ein Metallsilizid erhalten. Beispielsweise kann die Gateelektrode 208 eine Art eines Transistors repräsentieren, der ein Nickelsilizid erfordert, während die Drain- und Sourcegebiete 204 eine andere Art eines Transistors repräsentieren können, die beispielsweise ein Kobaltsilizid erfordert.
  • 2b zeigt schematisch das Transistorelement 200 in einem fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem geringe Mengen an Nickel 213 von Oberflächen, etwa von dem Seitenwandabstandselement 209, der Grabenisolation 203 und möglicherweise von Prozesskammerwänden, und dergleichen entfernt werden. Zu diesem Zweck wird die Zufuhr von Nickeltetrakarbonyl unterbrochen und eine Reinigungsatmosphäre 222 kann eingerichtet werden, die einen hohen Anteil an Kohlenmonoxid aufweist oder die reines Kohlenmonoxid enthält. In diesem Fall wird das zuvor beschriebene Gleichgewicht nach rechts der obigen Formel verschoben und somit vorzugsweise Nickeltetrakarbonyl als Folge des überschüssigen Kohlenmonoxids der Atmosphäre 222 des Nickels, das auf einigen Oberflächen des Bauelements 200 oder Komponenten der Prozesskammer vorhanden sein kann, gebildet. Somit können selbst geringe Anteile an Nickel 213, die während der Einwirkung der Abscheideatmosphäre 220 abgeschieden worden sein können, in effizienter Weise entfernt oder zumindest deutlich reduziert werden. In einer anschaulichen Ausführungsform kann der Prozess zum Entfernen unerwünschten Nickels in-situ ausgeführt werden, indem von der Abscheideatmosphäre 220 auf die Atmosphäre 222 übergegangen wird. In anderen Ausführungsformen kann zusätzlich die Temperatur, die auf dem Substrat 201 eingestellt wird, auf einen anderen Wert im Vergleich zu dem Wert festgelegt werden, der in der Abscheideatmosphäre 220 verwendet wird, um eine ungewünschte Nickelentfernung von den Nickelsilizidgebieten 211, 212 zu vermeiden und/oder um einen weiteren Stabilisierungsschritt auszuführen, um damit die Nickelsilizidgebiete 211, 212 im Hinblick auf die weitere Bearbeitung des Transistorelements 200 zu „verstärken”. In anderen Ausführungsformen kann ein separater Ausheizschritt für eine thermische Stabilisierung der Gebiete 211, 212 in einer separaten Prozessanlage durchgeführt werden, wenn ein hoher Durchsatz erforderlich ist, da dann eine Vielzahl von Substraten 201 in einem gemeinsamen Ausheizprozess behandelt werden können. In noch anderen Ausführungsformen kann die Wärmebehandlung für eine Vielzahl von Bauelementen 200 zur thermischen Stabilisierung in einer separaten Prozessanlage ausgeführt werden, in der die Atmosphäre 222 eingerichtet ist, um damit in effizienter Weise überschüssiges Nickel von freiliegenden Oberflächen zu entfernen.
  • Danach kann die weitere Bearbeitung des Bauelements 200 entsprechend gut etablierter Prozessabläufe ausgeführt werden, wobei die Produktausbeute auf Grund der Nickelsilizidgebiete 211, 212 verbessert sein kann, die entsprechend mit verbesserter Steuerungsmöglichkeit und Zuverlässigkeit im Vergleich zu konventionellen Prozessen hergestellt sind.
  • 2c zeigt schematisch ein Abscheidesystem 250, das ausgebildet ist, Nickelsilizid auf der Grundlage der Abscheideatmosphäre 220 zu bilden, wie dies zuvor mit Bezug zu 2a beschrieben ist. Das System 250 kann einen Reaktor 251 aufweisen, der ausgebildet ist, gasförmiges Nickeltetrakarbonyl in gesteuerter Weise zu einer Prozesskammer 254 zuzuführen. Die Prozesskammer 254 ist ausgebildet, zumindest die Abscheideatmosphäre 220 zu erzeugen und aufrecht zu erhalten und ist in einigen Ausführungsformen ferner ausgebildet, die Atmosphäre 222 zum Entfernen überschüssigen Materials von dem Substrat 201 zu erzeugen und aufrecht zu erhalten. Die Prozesskammer 254 kann mit einer Zufuhrquelle 255 für ein oder mehrere Trägergase, etwa Helium, Argon, und dergleichen verbunden sein. Ferner weist die Prozesskammer 254 geeignete Mittel 259 zum Abführen von verbrauchten Gasen und Materialien auf und zum Bereitstellen eines stabilen Gasdruckes innerhalb der Prozesskammer 254. Ferner umfasst das System 250 einen Substrathalter 256 in der Kammer 254, der ausgebildet ist, ein Halbleitersubstrat, etwa das Substrat 201, das darauf ausgebildet das Halbleiterbauelement 200 aufweist, aufzunehmen und in Position zu halten. In einer anschaulichen Ausführungsform weist der Substrathalter 256 dann ausgebildet eine Heizeinheit 257 auf, die ausgebildet ist, das Bereitstellen einer Temperatur zumindest im Bereich von ungefähr 250°C bis 400°C zu ermöglichen, wie dies für das Erzeugen von Nickelsilizid erforderlich ist. Ferner umfasst das System 250 eine Steuereinheit 258, die funktionsmäßig mit der Trägergaszuführung 255, der Heizeinheit 257 und dem Reaktor 251 verbunden ist.
  • Beim Betrieb des Systems 250 instruiert die Steuereinheit 258 die entsprechenden Komponenten, um eine Abscheideatmosphäre einzurichten, etwa die zuvor beschriebene Atmosphäre 220, um Nickel abzuscheiden und um Nickelsilizid in der zuvor beschriebenen Weise zu erzeugen.
  • In einer speziellen Ausführungsform ist der Reaktor 251 ausgebildet, um anfänglich Nickeltetrakarbonyl auf der Grundlage eines nickelenthaltendes Targetmaterials, etwa eines Nickeloxidtargets 251a, mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu bilden, die von entsprechenden Quellen 252, 253 zugeführt werden, die ihrerseits mit dem Reaktor 251 in Fluidverbindung stehen. In diesem Falle kann die Produktionsrate für Nickeltetrakarbonyl auf der Grundlage der Partialdrucke von Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die von den Quellen 252 und 253 bereitgestellt werden, gesteuert werden. Somit kann die in der Prozesskammer 254 eingerichtete Abscheideatmosphäre ebenso auf der Grundlage der entsprechenden Partialdrücke von Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusätzlich zu anderen Prozessparametern gesteuert werden, wie dies zuvor mit Bezug zu 2a beschreiben ist. Wie zuvor dargelegt ist, kann durch Unterbrechen der Erzeugung von Nickeltetrakarbonyl die Nickelsilizidherstellung beendet werden und die Atmosphäre 222 kann durch Bereitstellen eines erforderlichen Anteils an Kohlenmonoxid eingerichtet werden, um damit unerwünschtes Nickel von dem Substrat 201 und möglicherweise von Kammerkomponenten zu entfernen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das lokale Erwärmen des Substrats 201 mittels der Heizeinheit 257 im Wesentlichen nicht die Kammerkomponenten außer dem Substrathalter 256 beeinflusst, und somit bleiben diese Komponenten auf einer moderat geringen Temperatur, wodurch eine Nickelabscheidung darauf deutlich unterdrückt wird. Somit kann das System 250 zur Bearbeitung mehrerer Substrate verwendet werden, ohne dass exzessive Reinigungsschritte erforderlich sind, wodurch auch die Gesamtlebensdauer der Prozesskammer 254 sowie der Anlagendurchsatz und die Produktionsausbeute verbessert werden.
  • Es gilt also: die vorliegende Erfindung stellt eine Technik zur Herstellung von Nickelsilizid in freiliegenden Gebieten von Halbleiterbauelementen in äußerst selektiver Weise bereit, wobei Nickel auf der Grundlage eines gasförmigen Vorstufenmaterials abgeschieden wird, das in einer speziellen Ausführungsform Nickeltetrakarbonyl ist. Während des Abscheidens des Nickels kann das Substrat auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden, die nicht nur einen merklichen Zerfall von Nickeltetrakarbonyl sicherstellt, sondern auch die erforderliche Aktivierungsenergie zur Initiierung der Reaktion von Nickel und Silizium bereitstellt. Folglich werden signifikante Mengen an Nickel lediglich auf freiliegenden Siliziumgebieten abgeschieden, während andere dielektrische Gebiete sowie Prozesskammerkomponenten im Wesentlichen nur sehr geringe Mengen an Nickel erhalten, was dann in effizienter Weise durch Spülen des Substrats und der Prozesskammer mit einer Kohlenmonoxid angereicherten Atmosphäre effizient entfernt werden kann. Auf Grund der Nickelsilizidherstellung auf der Grundlage einer Gasphasenreaktion ermöglicht es die vorliegende Erfindung, dass Bauteile weiter skaliert werden, wobei gut gesteuerte und flache Nickelsilizidgebiete erforderlich sein können. Ferner kann der Prozess zur Herstellung des Nickelsilizids mit Ausnahme eines Reinigungsschritts vor der Abscheidung, in einigen Ausführungsformen als ein Einzelschrittprozess bereitgestellt sein, wodurch ein verbesserter Durchsatz, eine verbesserte Prozessflexibilität und eine bessere Kosteneffizienz erreicht werden. Des weiteren sind zwischengeschaltete Kammerreinigungsprozesse unter Umständen nicht erforderlich, wodurch ebenso zu einem erhöhten Durchsatz und besseren Kosteneffizienz beigetragen wird.

Claims (25)

  1. Verfahren mit: Einbringen eines Halbleiterbauelements, das ein freiliegendes siliziumenthaltendes Gebiet aufweist, in eine Abscheideatmosphäre mit einem nickelenthaltenden gasförmigen Vorstufenmaterial, um selektiv Nickel auf dem freiliegenden siliziumenthaltenden Gebiet abzuscheiden; und Umwandeln des abgeschiedenen Nickels auf dem freiliegenden siliziumenthaltenden Gebiet in ein Nickelsilizid, wobei das Umwandeln des abgeschiedenen Nickels in Nickelsilizid in Gang gesetzt wird, während das siliziumenthaltende Gebiet der Abscheideatmosphäre ausgesetzt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Umwandeln des abgeschiedenen Nickels in Nickelsilizid in Gang gesetzt wird, indem eine Temperatur des Substrats in einem Bereich von 250°C bis 400°C gehalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abscheideatmosphäre Nickeltetrakarbonyl (Ni(CO)4) aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abscheideatmosphäre Kohlenmonoxid aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, das ferner umfasst: Steuern einer Dicke des Nickelsilizids durch Steuern einer Temperatur des Substrats und/oder einer Durchflussrate von Nickeltetrakarbonyl und/oder eines Partialdrucks von Kohlenmonoxid und/oder einer Durchflussrate eines inerten Trägergases.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das ferner Beenden der Zufuhr des Nickeltetrakarbonyls nach einer spezifizierten Abscheidedauer und Aufrechterhalten der Zufuhr des Kohlenmonoxids umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das freiliegende siliziumenthaltende Gebiet ein Polysiliziumgebiet und/oder ein kristallines Gebiet einer MOS-Struktur ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen einer Solldicke des Nickelsilizids, Bestimmen eines Prozessrezepts zum Steuern der Abscheideatmospähre, um die Solldicke zu erreichen, wenn das Nickelsilizid über dem Substrat gebildet wird, und Prozessieren eines oder mehrerer weiterer Substrate mit dem bestimmten Prozessrezept.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Beenden der Zufuhr des nickelenthaltenden Vorstufengases und Wärmebehandeln des Substrats zum Stabilisieren des Nickelsilizids umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Wärmebehandlung in-situ ausgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner Bilden des Nickeltetrakarbonyls in einem Reaktor, der in Fluidverbindung mit der Abscheideatmosphäre steht, umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Steuern der Abscheideatmosphäre durch Steuern eines Partialdrucks von Kohlenmonoxid und/oder eines Partialdrucks von Wasserstoff, die zur Herstellung des Nickeltetrakarbonyls verwendet werden.
  13. Verfahren mit: Bilden eines Nickelsilizidgebiets in einem freiliegenden siliziumenthaltenden Gebiet eines Halbleiterbauelements in einer Nickeltetrakarbonyl-(Ni(CO)4) enthaltenden Abscheideatmosphäre.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Bilden des Nickelsilizidgebiets umfasst: Halten des Substrats auf einer Temperatur im Bereich von 250°C bis 400°C.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abscheideatmosphäre Kohlenmonoxid aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst: Steuern einer Dicke des Nickelsilizids durch Steuern einer Temperatur des Substrats und/oder einer Durchflussrate von Nickeltetrakarbonyl und/oder eines Partialdrucks von Kohlenmonoxid und/oder einer Durchflussrate eines inerten Trägergases.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst: Beenden der Zufuhr des Nickeltetrakarbonyls nach einer spezifizierten Abscheidedauer und Beibehalten der Zufuhr von Kohlenmonoxid.
  18. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das freiliegende Siliziumgebiet ein Polysiliziumgebiet und/oder ein kristallines Gebiet einer MOS-Struktur ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst: Bestimmen einer Solldicke des Nickelsilizids, Bestimmen eines Prozessrezepts zum Steuern der Abscheideatmosphäre, um die Solldicke zu erreichen, wenn das Nickelsilizid über dem Substrat gebildet wird, und Bearbeiten eines oder mehrerer weiterer Substrate mit dem vorbestimmten Prozessrezept.
  20. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst: Beenden der Zufuhr des Nickeltetrakarbonyl-enthaltenden Vorstufengases und Wärmebehandeln des Substrats zum Stabilisieren des Nickelsilizids.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Wärmebehandlung in-situ ausgeführt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Bilden des Nickeltetrakarbonyls in einem Reaktor, der in Fluidverbindung mit der Abscheideatmosphäre steht, umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, das ferner umfasst: Steuern der Abscheideatmosphäre durch Steuern eines Partialdrucks von Kohlenmonoxid und/oder eines Partialdrucks von Wasserstoff, die zur Bildung des Nickeltetrakarbonyls verwendet werden.
  24. Abscheidesystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 23 mit: einem Reaktor, der zum Bereitstellen von gasförmigen Nickeltetrakarbonyl ausgebildet ist; einer kohlenmonoxidenthaltenden Zufuhrquelle in Fluidverbindung mit dem Reaktor; einer Prozesskammer, die mit dem Reaktor in Fluidverbindung steht; einer Substrathalterung, die in der Prozesskammer angeordnet und ausgebildet ist, ein Halbleitersubstrat aufzunehmen und in Position zu halten; einer Heizeinheit, die zum steuerbaren Heizen des Substrats ausgebildet ist; einer Trägergaszufuhrquelle in Fluidverbindung mit der Prozesskammer; und einer Steuereinheit, die ausgebildet ist, den Reaktor und/oder die Trägergaszufuhr und/oder die Heizeinheit zu steuern.
  25. Abscheidesystem nach Anspruch 24, das ferner eine wasserstoffenthaltende Zufuhrquelle in Fluidverbindung mit dem Reaktor umfasst, wobei der Reaktor ferner ausgebildet ist, nickelenthaltendes Targetmaterial aufzunehmen, um das Nickeltetrakarbonyl auf der Grundlage von Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu erzeugen.
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