HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Ausbildung einer
Wolframsilizidschicht und die vorliegende Erfindung betrifft spezieller ein Verfahren
zum Niederschlagen einer Wolframsilizidschicht (WSix) unter Verwendung eines Wolf
ramquellengases und eines Siliziumquellengases, welches Chlor enthält.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Mit der Zunahme der hohen Integration von Halbleitervorrichtungen wird die
Größe der Muster, die auf einzelnen Chips ausgebildet werden, kleiner und es wird ein
Intervall zwischen den Mustern enger. Diese ultrafeinen Muster erzeugen Probleme in
Verbindung mit der herkömmlichen Verwendung von Polysilizium als ein Verdrah
tungsmaterial für eine Gateelektrode und eine Bitleitung. Das heißt, mit zunehmend
kleiner werdender Größe der Muster wird der spezifische Widerstand von Polysilizium
erhöht, was seinerseits zu einer RC-Zeitverzögerung und einem IR-Spannungsabfall
führen kann. Aus diesem Grund wurde Polycid, welches Eigenschaften ähnlich denjeni
gen von Polysilizium besitzt, jedoch einen sehr viel kleineren spezifischen Widerstand
hat (z. B. ein Vielfaches bis mehrere 10-fach mal kleiner) als ein Verdrahtungsmaterial
für die Gateelektrode und für die Bitleitung einer VLSI-Schaltung vorgeschlagen. Um
dies spezifischer auszudrücken, wurde eine zusammengesetzte Schicht aus Polysilizium
und einem hochschmelzenden Metallsilizid als ein Polycid der Verdrahtungselektroden
verwendet.
Silizide von hochschmelzenden Metallen, wie beispielsweise Wolfram (W), Mo
lybdän (Mo), Titan (Ti) und Tantal (Ta) wurden für die Verwendung als Niedrigwider
standsverdrahtungsmaterial angepaßt, welches für die Herstellung der VLSI-Schaltung
geeignet ist. Silizide werden an Polysilizium gebunden, die mit hochdichten Fremdstof
fen dotiert werden, wodurch eine Gateelektrode mit einer Polycidstruktur gebildet wird.
In bevorzugter Weise wird ein chemisches Niederdruckdampfniederschlagsverfahren
(LPCVD) zum Niederschlagen der hochschmelzenden Metallsilizide verwendet. Wolf
ramsilizid zeitigt, wenn es an Polysilizium gebunden ist, verbesserte Eigenschaften in
bezug auf eine Eigenpassivierung, Stabilität gegen feuchte Chemikalien, Oberflächen
rauheit, Adhäsion, Antioxidation und Reproduzierbarkeit.
Es werden Wolframsilizid-(WSix)-Dünnfilme unter Verwendung von Monosilan
(SiH4) und Wolframhexafluorid (WF6) als ein Zwischenstoffgas ausgebildet und auf
Halbleitersubstraten durch das LPCVD-Verfahren niedergeschlagen. Es ergeben sich
jedoch bestimmte Nachteile in Verbindung mit dem LPCVD-Prozeß. Einer dieser
Nachteile besteht darin, daß Wolframsilizid nicht einheitlich auf einen gestuften Ab
schnitt eines Substrats niedergeschlagen werden kann. Ein anderer Nachteil besteht
darin, daß eine erhebliche Menge des Fluors in dem niedergeschlagenen Wolframsili
ziddünnfilm zurückbleibt, was seinerseits zu Betriebsdefekten bei der hergestellten
Halbleitervorrichtung führen kann. Das heißt, wenn der Halbleiterwafer später einer
Temperatur ausgesetzt wird, die 850°C überschreitet, und zwar während eines Anlaß
prozesses, bewegen sich die verbliebenen Fluorionen in eine untere Siliziumoxidschicht,
und zwar durch eine Polysiliziumschicht hindurch. Eine effektive Dicke der
Siliziumoxidschicht wird somit erhöht, was zu nicht konsistenten elektrischen Eigen
schaften der Halbleitervorrichtung mit der Siliziumoxidschicht führt.
Es wurde aus diesem Grund vorgeschlagen, die Wolframsilizidschicht unter Ver
wendung von Chlorsilan (DCS; Si2HCl2) anstelle von Monosilan niederzuschlagen.
Eine Wolframsilizidschicht, die unter Verwendung von Dichlorsilan niedergeschlagen
wird (im folgenden als eine "DCS-Wolframsilizidschicht" bezeichnet), zeitigt eine er
höhte Stufenbedeckung und einen niedrigen Fluorgehalt, verglichen mit einer Wolfram
silizidschicht, die unter Verwendung von Monosilan (im folgenden als "MS-Wolfram
silizidschicht" bezeichnet) niedergeschlagen wurde.
Im Hinblick auf diese Vorteile wurde die DCS-Wolframsilizidschicht gegenüber
der MS-Wolframsilizidschicht bevorzugt, und zwar als Verdrahtungsmaterial für eine
Wortleitung (das heißt die Gateelektrode) und eine Bitleitung. Jedoch ist die DCS-Wolf
ramsilizidschicht nicht ohne Nachteile. Das heißt, es ergeben sich vielfältige Probleme
aus der Tatsache, daß dann, wenn das Dichlorsilangas mit dem Hexafluorid-(WF6)-Gas
reagiert, Chlorradikale auf der Oberfläche und an einem inneren Abschnitt eines Dünn
films verbleiben.
Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm, welches ein herkömmliches Verfahren zum Nie
derschlagen einer DCS-Wolframsilizidschicht veranschaulicht.
Gemäß Fig. 1 wird ein Siliziumwafer, das heißt, ein Halbleitersubstrat mit einer
Polysiliziumschicht an einer obersten Zone desselben in eine Prozeßkammer eines
plasmaunterstützten chemischen Dampfniederschlagsgerätes (PECVD) (Schritt S1) ge
laden. Dann werden Hexafluorid-(WF6)-Gas und Dichlorsilan-(Si2HCl2)-Gas in die
Prozeßkammer eingeleitet, um einen Wolframsilizidkem auf einer Oberfläche der Poly
siliziumschicht auszubilden (Schritt S3). Dann werden unter Reaktionsbedingungen
gemäß einem Druck von etwa 1 bis 1,5 Torr, einer Niederschlagszeit von 10 bis 25 Se
kunden und einer Temperatur von 450 bis 700°C, Hexafluorid-(WF6)-Gas und Dichlor
silan-(Si2HCl2)-Gas in die Prozeßkammer in einem Verhältnis von etwa 13 : 180 einge
leitet. Als ein Ergebnis wird eine Wolframsilizidschicht auf der Oberfläche der Polysili
ziumschicht niedergeschlagen die einen Wolframsilizidkern besitzt (Schritt SS). Dann
wird ein Nachspülprozeß für etwa 10 Sekunden durchgeführt, um die Spannung durch
Einleiten von Monosilan-(SiH4)-Gas in die Prozeßkammer (Schritt S7) bei einer Strö
mungsrate von etwa 300 sccm zu reduzieren.
Fig. 2A zeigt einen Graphen, der ein Chlorprofil in der Wolframsilizidschicht und
der Polysiliziumschicht zeigt, wenn die DCS-Wolframsilizidschicht niedergeschlagen
worden ist, und Fig. 2B zeigt einen Graphen, der ein Chlorprofil in der Wolframsilizid
schicht und der Polysiliziumschicht zeigt, nachdem ein Anlaßprozeß bzw. Temperungs
prozeß durchgeführt worden ist.
Im allgemeinen wird die DCS-Wolframsilizidschicht bei einer Temperatur von
620°C niedergeschlagen, die um etwa 200°C höher liegt als eine
Niederschlagstemperatur der MS-Wolframsilizidschicht. Auch zeigt die DCS-Wolfram
silizidschicht eine säulenartige Struktur, bei der eine Hexagonalphase und eine Tetrahe
dralseite koexistieren. Zusätzlich besitzt die DCS-Wolframsilizidschicht eine körper
zentrierte kubische Struktur, bei der eine Kovalenzbindung zwischen einem
Wolframatom und acht Siliziumatomen gebildet ist. Übermäßiges Silizium, welches in
der Kovalenzbindung nicht involviert ist, wirkt als ein Stapelfehler. Silizium, welches
als Stapelfehler wirkt, wird an das Chlor gebunden, welches aus dem Dichlorsilangas
dissozüert, wodurch ein Siliziumchlorkristall gebildet wird. Das Chlor bricht die Si-H-
und Si-Si-Bindungen auf, um an das Silizium gebunden zu werden, und es wird über
mäßiges Silizium an das Chlor rückgebunden. Daher wird, wie in Fig. 2A dargestellt ist,
das Chlor aus der Wolframsilizidschicht in die darunter liegende Polysiliziumschicht
diffundiert, und zwar als Ergebnis eines Dominoeffektes einer fortwährenden Dissozia
tion und Kristallbindung, so daß das Chlor in der Form von SiClx-Kristallen an einer
Zwischenschicht zwischen der Wolframsilizidschicht und der Polysiliziumschicht kon
zentriert wird.
Darüber hinaus besitzt die Wolframsilizidschicht nach dem Temperungsprozeß
bei einer Temperatur von etwa 800°C eine stabile Stöchiometrie, und zwar auf Grund
der kristallinen Tetraederstruktur, wodurch eine Menge des Chlors, welches als SiClx-
Kristalle betrachtet wird, in einer Zone der Polysiliziumschicht zunimmt, die eine relativ
ausreichende Menge an Silizium enthält (siehe Fig. 2B).
Wie oben beschrieben wurde, verbleibt gemäß dem herkömmlichen DCS-Wolf
ramniederschlagsverfahren eine wesentliche Menge des SiClx-Kristalls in dem Dünn
film zurück und in einer Fläche der Polysiliziumschicht, wodurch eine Milchstraßener
scheinung auftritt (das heißt eine Ansammlung von blinkenden Punkten, wenn man eine
Betrachtung mit Hilfe eines optischen Mikroskops durchführt), die durch ein Streuen
des Lichtes auf Grund des SiClx-Kristalls auftritt, wodurch dann ein Sichtdefekt resul
tiert. Der Sichtdefekt beeinflußt die nachfolgenden fotolithographischen Prozesse, wo
durch es schwierig wird, solche fotolithographischen Prozesse durchzuführen.
Zusätzlich diffundieren die Chloratome, die in der DCS-Wolframsilizidschicht
und in der Polysiliziumschicht enthalten sind, zu einer Innenseite der Silizidschicht hin,
und zwar von SiClx-Kristallen und als ein Ergebnis fängt die Polysiliziumschicht an,
anormal zu wachsen.
Das heißt während die Kristallisationstemperatur der Polysiliziumschicht bei ca.
530 bis 550°C liegt, wird die Polysiliziumschicht anfänglich in einem amorphen Zu
stand niedergeschlagen und es wird die Kristallisation der Polysiliziumschicht in der
Prozeßkammer bei einer Temperatur von ca. 620°C durchgeführt, wenn die DCS-Wolf
ramsilizidschicht niedergeschlagen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das überschüssige
Silizium, welches in der DCS-Wolframsilizidschicht enthalten ist, an Chlor gebunden,
wobei ein SiClx-Kristall entsteht. In diesem Zustand diffundiert das SiClx-Kristall aus
der Wolframsilizidschicht in die darunter liegenden Polysiliziumschicht als ein Ergebnis
der Dominoerscheinung einer fortlaufenden Dissoziation und Kristallbindung. Auf
Grund der SiClx-Kristalle diffundiert das Silizium, welches aus der Si-Si-Bindung oder
der Si-H-Bindung dissozüert, zu der Polysiliziumschicht hin, wodurch ein Wachstum
und eine Kristallisation der Polysiliziumschicht verursacht werden. Insbesondere liefert
der Monosilan-Nachspülprozeß, der durchgeführt wird, nachdem die DCS-Wolframsili
zidschicht niedergeschlagen wurde, fortlaufend übermäßiges Silizium in die Wolfram
silizidschicht hinein. Daher tritt, nachdem der DCS-Wolframsilizidschicht-Nieder
schlagsprozeß und der Monosilan-Nachspülprozeß beendet worden sind, das Wachstum
und die Kristallisation der Polysiliziumschicht in den amorphen Zustand örtlich aus der
Diffusion von Überschußsilizium auf. Demzufolge ragt die Polysiliziumschicht durch
die Wolframsilizidschicht hindurch, die darauf ausgebildet ist, was zu einem Riß oder
Bruch führt, der als "Trübungserscheinung" bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Ausbil
dung einer Wolframsilizidschicht geschaffen, welches Verfahren das Einladen eines
Halbleitersubstrats mit einer Polysiliziumschicht in eine Prozeßkammer einer plasma
verstärkten chemischen Dampfniederschlagsvorrichtung umfaßt, und das Einleiten eines
Siliziumquellengases, eines Wolframquellengases und eines Wasserstoffverbindungsga
ses zum Reduzieren der Chlorradikalen, in die Prozeßkammer, um die Wolframsilizid
schicht auf der Polysiliziumschicht niederzuschlagen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Ausbildung einer Wolframsilizidschicht geschaffen, welches das Einladen eines Halb
leitersubstrats mit einer Polysiliziumschicht in eine Prozeßkammer einer plasmaver
stärkten chemischen Dampfniederschlagsvorrichtung umfaßt, das Vorspülen einer Ober
fläche der Polysiliziumschicht umfaßt, indem ein Wasserstoffverbindungsgas eingeleitet
wird, um die Chlorradikalen zu reduzieren, und zwar in die Prozeßkammer, das Einlei
ten eines Siliziumquellengases, eines Wolframquellengases und eines Wasserstoffver
bindungsgases in die Prozeßkammer, um dadurch einen Wolframsilizidkern an der
Oberfläche der Polysiliziumschicht auszubilden, und wobei das Siliziumquellengas und
das Wolframquellengas in die Prozeßkammer eingeleitet werden, um die Wolframsili
zidschicht auf der Polysiliziumschicht niederzuschlagen.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfah
ren zur Ausbildung einer Wolframsilizidschicht geschaffen, welches das Einladen eines
Halbleitersubstrats mit einer Polysiliziumschicht in eine Prozeßkammer einer plasma
verstärkten chemischen Dampfniederschlagsvorrichtung umfaßt, ferner das Vorspülen
einer Oberfläche der Polysiliziumschicht durch Einleiten eines Wasserstoffverbin
dungsgases, um eine Chlorradikale zu reduzieren, und zwar Einleiten in die Prozeß
kammer, Einleiten eines Siliziumquellengases, eines Wolframquellengases und des
Wasserstoffverbindungsgases in die Prozeßkammer, um dadurch einen Wolframsilizid
kern auf der Oberfläche der Polysiliziumschicht zu bilden, und Einleiten des Silizium
quellengases, des Wolframquellengases und des Wasserstoffverbindungsgases in die
Prozeßkammer, um dadurch die Wolframsilizidschicht auf der Polysiliziumschicht nie
derzuschlagen.
Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung die Wolframsilizidschicht auf der Poly
siliziumschicht niedergeschlagen wird, indem beispielsweise Hexafluorid-(WF6)-Gas
und Dichlorsilan-(Si2HCl2)-Gas in die Prozeßkammer eingeleitet werden, wird auch ein
Wasserstoffverbindungsgas, wie beispielsweise B2H6, PH3,AsH3 und/oder NH3, in die
Prozeßkammer eingeleitet. Als ein Ergebnis werden die Chlorradikalen, die aus dem
Dichlorsilangas dissozüeren, und zwar durch die Wasserstoffverbindung, in Wasser
stoffchlorid reduziert und werden zusammen mit einem Abgas beseitigt. Demzufolge
können Sichtdefekte, die durch die SiClx-Kristalle und ein anormales Wachstum der
Polysiliziumschicht verursacht werden, vermieden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erläuterten und weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfin
dung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Hinweis auf
die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 ein Flußdiagramm eines herkömmlichen Prozesses zum Nieder
schlagen einer DCS-Wolframsilizidschicht;
Fig. 2A einen Graphen, der ein Chlorprofil in einer Wolframsilizidschicht
und einer Polysiliziumschicht zeigt, wenn die DCS-Wolframsili
zidschicht in der herkömmlichen Weise niedergeschlagen wird;
Fig. 2B einen Graphen, der ein Chlorprofil in einer Wolframsilizidschicht
und einer Polysiliziumschicht zeigt, und zwar nachdem eine
Temperung bzw. Anlassen bei dem herkömmlichen Prozeß
durchgeführt worden ist;
Fig. 3 eine schematische Ansicht, die ein chemisches Dampfnieder
schlagsgerät wiedergibt, welches dazu verwendet werden kann,
um ein Verfahren gemäß einer oder gemäß mehreren
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchzuführen;
Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Niederschlagen einer
Wolframsilizidschicht gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Niederschlagen einer
Wolframsilizidschicht gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 einen Graphen, der ein Chlorprofil darstellt, welches in einem
Wolframsilizid und einer Polysiliziumschicht gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorhanden ist; und
Fig. 7 einen Graphen eines Verfahrens zum Niederschlagen einer Wolf
ramsilizidschicht gemäß der dritten Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer plasmaverstärkungs-chemischen Nie
derschlagsvorrichtung (PECVD) vom Kühlwandtyp, die zur Durchführung eines Ver
fahrens gemäß einem oder gemäß mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Er
findung verwendet werden kann.
Gemäß Fig. 3 besitzt die PECVD-Vorrichtung eine Prozeßkammer 23, einen Sus
zeptor 20, der in der Prozeßkammer 23 positioniert ist und auf dem ein
Halbleitersubstrat 18, wie beispielsweise ein Siliziumwafer platziert wird, eine Heizvor
richtung 21, die unter dem Suszeptor 20 installiert ist, um das Halbleitersubstrat 18 auf
eine konstante Temperatur aufzuheizen, einen Drucksteuerabschnitt 30 zum Anlegen
eines Drucks an die Prozeßkammer 23 und zum Steuern des Druckes, Gasleitungen
(nicht numeriert) zum Zuführen von Reaktionsgasen 40, 41 und 42 in die Prozeßkam
mer 23 und eine HF-Stromversorgungsquelle 48.
Die Heizvorrichtung 21 kann beispielsweise eine Halogenlampe oder eine Kera
mikheizvorrichtung sein und der Drucksteuerabschnitt 30 kann eine Vakuumpumpe
(nicht gezeigt) enthalten.
Die Gasleitungen können mit Massenströmungssteuerventilen (MFC) zum Ein
stellen einer Strömungsrate und einer Menge der Gase ausgerüstet sein und die
Reaktionsgase können in eine Mischkammer 22 über derartige Ventile zugeführt wer
den.
Die Reaktionsgase 40, 41 und 42 und ein inertes Trägergas 38 werden in der
Mischkammer 22 gemischt und werden dann in die Prozeßkammer 23 über einen
Brausekopf 24 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt erfahren die Reaktionsgase, die über den
Brausekopf 24 zugeführt werden, eine Glimmentladung anhand von zwei Elektroden 44
und 48, die mit der HF-Stromversorgungsquelle 48 verbunden sind, so daß die
Reaktionsgase in ein Plasma umgesetzt werden. Ein gemischtes Gas 16, welches in ein
Plasmagas umgesetzt wurde, wird dann auf eine Oberfläche des Halbleitersubstrats auf
geleitet und es wird somit eine Schicht auf dem Halbleitersubstrat niedergeschlagen.
Nicht reagiertes Gas wird in ein Filter 36 geleitet, und zwar über einen Gebläsemecha
nismus 34 und wird nach außen hin durch eine Belüftungsleitung 37 belüftet oder aus
getragen.
Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Niederschla
gen der Wolframsilizidschicht gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Auch gemäß Fig. 3 wird ein Halbleitersubstrat 18, welches eine
Polysiliziumschicht an einer obersten Schicht aufweist, in eine Kassette einer Ladever
riegelungskammer (nicht gezeigt) der PECVD-Vorrichtung geladen. Dann wird der
Druck der Ladeblockierkammer auf 200 m Torr aufgepumpt, um die Ladeblockierkam
mer in einem Vakuumzustand zu halten. Das Halbleitersubstrat 18 wird dann auf den
Suszeptor 20 in der Prozeßkammer 23 mit Hilfe einer Fördervorrichtung überführt, wie
beispielsweise mit Hilfe eines Roboterarmes (Schritt S10).
Dann wird die Heizvorrichtung 21 dazu verwendet, um das Halbleitersubstrat 18
auf eine Temperatur von etwa 450 bis 700°C aufzuheizen, bevorzugt auf eine
Temperatur von etwa 500 bis 600°C. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck in der Pro
zeßkammer 23 auf etwa 1000 bis 1500 m Torr gehalten. Die Temperatur des Halbleiter
substrats 18 hat einen wichtigen Einfluß auf die Gleichmäßigkeit einer Schicht, die dar
auf ausgebildet ist, und auch auf die Wachstumsrate der Schicht. Speziell, wenn die
Niederschlagstemperatur des Wolframsilizids ansteigt, nimmt der Gehalt des Chlors in
dem dünnen Film zu. Wenn der Gehalt an Chlor zunimmt, wird eine Oberflächenspan
nung der Wolframsilizidschicht geschwächt. Die Oberflächenspannung beiwirkt eine
Stufenbedeckung der Schicht, was es dann erforderlich macht, in präziser Weise die
Temperatur des Halbleitersubstrats 18 zu steuern. Zusätzlich muß, damit die Reaktions
gase 40, 41 und 42 in einfacher Weise in ein Plasmagas umgesetzt werden können oder
einfach ionisiert werden können, der Druck in der Prozeßkammer 23 auf einen Vaku
umdruck abgesenkt werden.
Dann wird ein Wolframquellengas (thungsten source gas) 40 mit einer Strömungs
rate von 13 sccm, ein Siliziumquellengas 42 mit einer Strömungsrate von 180 sccm und
ein Wasserstoffverbindungsgas mit einer Strömungsrate von 10 sccm in der Misch
kammer 22 miteinander und mit einem Inertträgergas 38 gemischt. Das so gemischte
Gas 16 wird in die Prozeßkammer 23 über den Brausekopf 24 eingeleitet (Schritt S12).
Zu diesem Zeitpunkt wird die Menge des Siliziumquellengases 42 unter Betrachtung der
Temperaturbedingungen derart eingestellt, daß das Zusammensetzverhältnis der Schicht
gleich ist WSix (x = 2). In bevorzugter Weise werden das Wolframquellengas, das Sili
ziumquellengas 42 und das Wasserstoffverbindungsgas 41 in einem Verhältnis von
1 : 14 : 1 zugeführt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden 5 bis 30 sccm des
Wolframquellengases 40 zugeführt, 150 bis 200 sccm des Siliziumquellengases 42 zu
geführt und 5 bis 100 sccm des Wasserstoffverbindungsgases 41 zugeführt.
Das Wolframquellengas kann aus einem Wolframhexafluorid-(WF6)-Gas beste
hen und das Siliziumquellengas kann aus einem Dichlorsilan-(Si2HCl2)-Gas bestehen.
Zusätzlich kann das Siliziumquellengas 42 aus einem Dimethyldifluorsilan-(DMDCS)-
Gas oder einem Trimethylchlorsilan-(TMCS)-Gas bestehen. Diese Quellengase können
einzeln oder als Mischung aus denselben verwendet werden. Das inerte Trägergas 38
kann Argongas, Stickstoffgas oder Heliumgas sein. Die inerten Trägergase können
ebenfalls einzeln oder als Mischung derselben verwendet werden.
Während die Wolframsilizidschicht niedergeschlagen wird, verhindert das Was
serstoffverbindungsgas 41 die Chlorradikalen, die aus dem Dichlorsilangas 42
dissozüeren, sich mit dem Silizium zu verbinden, um ein SiClx-Kristall zu bilden, und
verhindert ferner, daß Chlorradikale miteinander reagieren. Das heißt, das Wasserstoff
verbindungsgas 41 reduziert die Chlorradikalen, die aus dem Dichlorsilangas 42 erzeugt
werden und in Wasserstoffchlorid (HCl) umgesetzt werden, so daß die Chlorradikalen
nach außen hin zusammen mit dem Abgas ausgetragen werden können. Das Wasser
stoffverbindungsgas 41 kann beispielsweise aus B2H6, PH3, AsH3 und/oder NH3 be
stehen. In bevorzugter Weise wird ein Wasserstoffverbindungsgas verwendet, welches
Bor (B), Phosphor (P) oder Arsen (As) enthält, die als Dotierungsstoff in der Wolfram
silizidschicht wirken. Wenn beispielsweise B2H6-Gas als Wasserstoffverbindungsgas
41 verwendet wird, reagiert das Bor (B) desselben als p-leitender Dotierungsstoff in der
Wolframsilizidschicht, so daß ein niedriger Fermy-Pegel, das heißt ein Akzeptorpegel
erzeugt wird, wodurch die Lochdichte erhöht wird. Als ein Ergebnis kann der spezifi
sche Widerstand der Wolframsilizidschicht abgesenkt werden. Wenn in ähnlicher Weise
PH3-Gas als Wasserstoffverbindungsgas 41 verwendet wird, reagiert der Phosphor (P)
desselben als n-leitender Dotierungsstoff in der Wolframsilizidschicht, so daß die
Dichte der Elektronen erhöht wird, wodurch der spezifische Widerstand der Wolframsi
lizidschicht abgesenkt wird.
Danach wird HF-Energie an die Prozeßkammer 23 über die HF-Energiequelle 48
angelegt. Wenn die HF-Energie an die Prozeßkammer 23 angelegt wird, erfolgt in dem
gemischten Gas 16, welches in die Prozeßkammer 23 eingeleitet wurde, eine Glühentla
dung vermittels zweier Elektroden 44 und 46, so daß das gemischte Gas 16 dissozüert
oder ionisiert. Das dissoziierte oder ionisierte Mischgas 16 wird an der Oberfläche des
Halbleitersubstrats 18 gebunden, wodurch die Wolframsilizidschicht auf dem Halblei
tersubstrat 18 niedergeschlagen wird (Schritt S14). Zu diesem Zeitpunkt werden die
Chlorradikalen, die aus dem Dichlorsilangas 42 dissozüeren, in Wasserstoffchlorid
durch das Wasserstoffverbindungsgas 41 reduziert, beispielsweise B2H6-Gas, wodurch
die Chlorradikalen in der Wolframsilizidschicht nicht mehr vorhanden sind.
Dann, nachdem die HF-Energie ausgeschaltet worden ist, wird der Nachspülpro
zeß in bezug auf die Oberfläche der Wolframsilizidschicht durchgeführt, indem das
Wasserstoffverbindungsgas 41, wie beispielsweise B2H6-Gas, in die Prozeßkammer 23
mit einer Strömungsrate von 120 sccm für 70 bis 120 Sekunden eingeleitet wird (Schritt
S16). Der Nachspülprozeß wird so ausgeführt, um Spannung abzubauen und um die
Chlorradikalen daran zu hindern, an der Oberfläche der Wolframsilizidschicht gebunden
zu werden.
Als nächstes wird der Druck in der Prozeßkammer 23 auf 20 m Torr von einem
Hochvakuumzustand in der Prozeßkammer 23 aus hochgepumpt und es wird das Halb
leitersubstrat 18 in die Ladeblockierkammer mit Hilfe der Fördervorrichtung gefördert.
Wenn die Wafer in der Kassette in der Ladeblockierkammer eingeladen worden sind,
wird ein Belüftungsgas, wie beispielsweise Stickstoff oder Argon, der Ladeblockier
kammer durch eine Belüftungsleitung zugeführt, die mit der Ladeblockierkammer ver
bunden ist, bis der Druck in der Ladeblockierkammer 760 Torr erreicht. Dann wird die
Ladeblockierkammer belüftet, so daß die Wafer aus der PECVD-Vorrichtung entfernt
werden können (Schritt S18).
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Wasser
stoffverbindungsgas, wie beispielsweise B2H6-Gas, welches eine Chlorradikale redu
zieren kann, in die Prozeßkammer eingeleitet, wenn die Wolframsilizidschicht niederge
schlagen wird. Es werden daher die Chlorradikalen, die aus dem Dichlorsilangas disso
züeren, in Wasserstoffchlorid (HCl) durch das Wasserstoffverbindungsgas reduziert und
werden nach außen mit einem Abgas ausgetragen. Als ein Ergebnis wird Chlor nicht an
Silizium in der Wolframsilizidschicht gebunden, wodurch die Ausbildung von SiClx-
Kristallen in dem Wolframsilizid vermieden wird. Es ist demzufolge möglich, visuelle
Defekte zu vermeiden (das heißt die Milchstraßenerscheinung), die durch die SiClx-
Kristalle verursacht werden, und es ist möglich, ein anormales Wachstum (das heißt die
Trübungserscheinung) der unteren Polysiliziumschicht zu vermeiden, welches durch die
Diffusion der SiClx-Kristalle verursacht wird.
Zusätzlich kann, da das B2H6-Gas und das PH3-Gas, die Bor bzw. Phosphor ent
halten, welches als Dotierungsstoff in der Wolframsilizidschicht wirken, der spezifische
Widerstand der Wolframsilizidschicht abgesenkt werden.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Niederschlagen einer Wolf
ramsilizidschicht gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Fig. 5 wird ein Halbleitersubstrat mit einer Polysiliziumschicht an einer
obersten Zone desselben auf einen Suszeptor in einer Prozeßkammer geladen (Schritt
S20). Dann wird das Halbleitersubstrat auf eine Temperatur von ca. 450 bis 700°C auf
geheizt, in bevorzugter Weise auf eine Temperatur von etwa 500 bis 600°C, und es wird
der Druck in der Prozeßkammer auf etwa 1000 bis 1500 m Torr gehalten. Während der
artige Druck- und Temperaturbedingungen aufrecht erhalten werden, wird ein Vorspül
prozeß in bezug auf die Oberfläche der Polysiliziumschicht durchgeführt, indem ein
Wasserstoffverbindungsgas, beispielsweise B2H6-Gas, in die Prozeßkammer mit einer
Strömungsrate von etwa 120 sccm für etwa 60 Sekunden eingeleitet wird (Schritt S22).
Der Vorspülprozeß wird durchgeführt, um eine Spannung abzubauen und um die
Kristallkernbildung zu fördern. Gemäß der vorliegenden Ausführungsfarm haftet B2H6
an der Oberfläche des Polysiliziums an, und zwar durch das Durchführen des Vorspül
prozesses unter Verwendung des B2H6-Gases.
Dann wird eine Gasmischung in die Kammer eingeleitet und diese enthält
Hexafluorid (WF6), und zwar in einer Strömungsrate von etwa 1 sccm, Dichlorsilan
(Si2HCl2) mit einer Strömungsrate von etwa 300 sccm, B2H6 mit einer Strömungsrate
von etwa 60 sccm und Argon mit einer Strömungsrate von etwa 20 sccm. Es wird dann
HF-Energie an die Prozeßkammer angelegt, um eine Plasmareaktion des Mischgases in
solcher Weise durchzuführen, daß ein Silizidkristallkern mit einer Dicke von nicht mehr
als etwa 200 A auf der Oberfläche der Polysiliziumschicht niedergeschlagen wird
(Schritt S24). Zu diese Zeitpunkt werden die Chlorradikalen, die aus einer Dissoziation
des Dichlorsilangases resultieren, in Wasserstoffchlorid reduziert, indem sie mit einem
Wasserstoffradikalen reagieren, welches an der Oberfläche der Polysiliziumschicht an
haftet. Auf diese Weise kann das Chlorradikal nach außen hin von der Prozeßkammer
zusammen mit dem Abgas ausgetragen werden. Es wird demzufolge kein Chlor in der
Polysiliziumschicht angesammelt.
Als nächstes wird Hexafluorid-(WF6)-Gas mit einer Strömungsrate von etwa 13
sccm, das Dichlorsilan-(Si2HCl2)-Gas mit einer Strömungsrate von etwa 180 sccm und
Argongas mit einer Strömungsrate von etwa 200 sccm in die Prozeßkammer eingeleitet,
derart, daß die Wolframsilizidschicht durch die Plasmareaktion auf der Polysilizium
schicht in einer Dicke von etwa 1000 Å niedergeschlagen wird (Schritt S26).
Dann wird die HF-Energie ausgeschaltet und es wird der Nachspülprozeß in bezug
auf die Oberfläche der Wolframsilizidschicht durchgeführt, indem B2H6-Gas in die
Prozeßkammer mit einer Strömungsrate von etwa 120 sccm für ca. 70 bis 120 Sekunden
eingeleitet wird (Schritt S28). Der Nachspülprozeß wird derart ausgeführt, um die
Spannung abzubauen und um ferner zu verhindern, daß Chlorradikale an der Oberfläche
der Wolframsilizidschicht gebunden werden.
Danach wird das Halbleitersubstrat in die Ladeblockierkammer der PECVD-Vor
richtung gefördert und wird aus der PECVD-Vorrichtung entnommen, woraufhin die
Ladeblockierkammer belüftet wird (Schritt S30).
Fig. 6 zeigt einen Graphen, der ein Chlorprofil in der Wolframsilizidschicht und in
der Polysiliziumschicht gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung zeigt. Eine Linie A repräsentiert ein Chlorprofil der Wolframsilizidschicht und der
Polysiliziumschicht gemäß dem herkömmlichen DCS-Wolframsilizidschicht-Nieder
schlagsverfahren. Die Linie B repräsentiert das Chlorprofil in der Wolframsilizidschicht
und in der Polysiliziumschicht gemäß dem Niederschlagsverfahren nach der vorliegen
den Erfindung, und zwar für den Fall, bei dem PH3-Gas als Wasserstoffverbindungsgas
verwendet wird. Nach der Vorspülung der Oberfläche der Polysiliziumschicht unter
Verwendung des PH3-Gases wurde ein Kernbildungsprozeß für ca. 20 Sekunden durch
geführt, indem das PH3-Gas mit dem Wolframhexafluoridgas und dem Dichlorsilangas
gemischt wurde.
Wie aus dem Graphen von Fig. 6 erkannt werden kann, wurde dann, wenn der
Kernbildungsprozeß durch Einleiten des PH3-Gases nach dem Vorspülen der Oberflä
che der Polysiliziumschicht unter Verwendung des PH3-Gases ausgeführt wurde, die
Dichte des Chlors auf beiden Seiten einer Zwischenschicht reduziert, und zwar zwi
schen der Wolframsilizidschicht und der Polysiliziumschicht.
Das heißt, wenn der Kernbildungsprozeß ausgeführt wird, nachdem PH3 auf der
Oberfläche der Polysiliziumschicht angehaftet hat, reagieren die Chlorradikalen, die aus
dem Dichlorsilangas erzeugt werden, mit den Wasserstoffradikalen, die an der Oberflä
che der Polysiliziumschicht anhaften, so daß die Chlorradikalen in Wasserstoffchlorid
reduziert werden. Demzufolge neigt das Chlor nicht mehr dazu, sich in der
Polysiliziumschicht zu stapeln und es kann somit die Dichte des Chlors innerhalb und
an der Oberfläche der Polysiliziumschicht reduziert werden.
Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Niederschlagen einer Wolf
ramsilizidschicht gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Fig. 7 wird ein Halbleitersubstrat mit einer Polysiliziumschicht an ihrer
obersten Zone auf einen Suszeptor in einer Prozeßkammer geladen (Schritt S50). Dann
wird das Halbleitersubstrat auf eine Temperatur von etwa 450 bis 700°C aufgeheizt, in
bevorzugter Weise auf eine Temperatur von etwa S00 bis 600°C, und es wird der Druck
in der Prozeßkammer auf etwa 1000 bis 1500 m Torr gehalten.
Während der zuvor erwähnte Druck und die zuvor erwähnte Temperatur gehalten
werden, wird der Vorspülprozeß in bezug auf die Oberfläche der Polysiliziumschicht
dadurch ausgeführt, indem das Wasserstoffverbindungsgas, beispielsweise B2H6-Gas,
in die Prozeßkammer mit einer Strömungsrate von etwa 120 sccm für 60 Sekunden ein
geleitet wird. Der Vorspülprozeß wird durchgeführt, um Spannung abzubauen und um
die Kernbildung zu fördern. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform haftet B2H6 an
der Oberfläche des Polysiliziums durch das Ausführen des Vorspülvorgangs unter Ver
wendung des B2H6-Gases an.
Es wird dann ein Mischgas in die Kammer eingeleitet, welches Hexafluorid
(WF6) enthält, und zwar mit einer Strömungsrate von ca. 1 sccm, Dichlorsilan
(Si2HCl2) enthält, welches mit einer Strömungsrate von ca. 300 sccm eingeleitet wird,
B2H6 enthält, welches mit einer Strömungsrate von ca. 60 sccm eingeleitet wird, und
Argon enthält, welches mit einer Strömungsrate von etwa 20 sccm eingeleitet wird. Es
wird dann HF-Energie an die Prozeßkammer angelegt, um eine Plasmareaktion des
Mischgases in solcher Weise herbeizuführen, daß ein Silizidkeim mit einer Dicke von
nicht mehr als etwa 200 Å auf der Oberfläche der Polysiliziumschicht niedergeschlagen
wird (Schritt S54). Dabei werden die Chlorradikalen, die aus dem Dichlorsilangas dis
sozüeren, in Wasserstoffchlorid reduziert, und zwar auf Grund einer Reaktion mit einem
Wasserstoffradikalen, welches an der Oberfläche der Polysiliziumschicht angehaftet ist.
Auf diese Weise können die Chlorradikalen nach außen hin von der Prozeßkammer zu
sammen mit Abgasen ausgetragen werden. Demzufolge sammelt sich in der
Polysiliziumschicht kein Chlor an.
Als nächstes werden in die Prozeßkammer Hexafluorid-(WF6)-Gas mit einer
Strömungsrate von ca. 13 sccm eingeleitet, ebenso Dichlorsilan-(Si2HCl2)-Gas mit ei
ner Strömungsrate von ca. 180 sccm, B2H6-Gas mit einer Strömungsrate von etwa 10
sccm und Argongas mit einer Strömungsrate von etwa 200 sccm. Es wird dadurch eine
Wolframsilizidschicht auf der Polysiliziumschicht in einer Dicke von etwa 1000 Å nie
dergeschlagen, und zwar durch die Plasmareaktion der zuvor erwähnten Gase (Schritt
S56). Die Chlorradikalen, die aus dem Dichlorsilangas dissozüeren, werden in Wasser
stoffchlorid (HCl) durch das B2H6-Gas reduziert und werden zusammen mit Abgas
nach außen ausgetragen, wodurch die ausgetragenen Chlorradikalen in der Wolframsili
zidschicht nicht vorhanden sind. Zusätzlich wirkt das Bor (B), welches in dem B2H6-
Gas enthalten ist, als ein p-leitender Dotierungsstoff in der Wolframsilizidschicht, wo
durch die Lochdichte erhöht wird und der spezifische Widerstand der Wolframsilizid
schicht reduziert wird.
Dann wird die HF-Energie ausgeschaltet und es wird ein Nachspülprozeß in bezug
auf die Oberfläche der Wolframsilizidschicht durchgeführt, indem das B2H6-Gas in die
Prozeßkammer mit einer Strömungsrate von etwa 120 sccm für 70 bis 120 Sekunden
eingeleitet wird (Schritt S58). Der Nachspülprozeß wird ausgeführt, um eine Spannung
abzubauen und um ferner die Chlorradikalen daran zu hindern, an der Oberfläche der
Wolframsilizidschicht gebunden zu werden.
Danach wird das Halbleitersubstrat in die Ladeblockierkammer der PECVD-Vor
richtung gefördert und wird aus der PECVD-Vorrichtung entfernt, nachdem die Lade
blockierkammer belüftet worden ist (Schritt S60).
Wie oben beschrieben ist, wird gemäß dem Niederschlagsverfahren zur Bildung
einer Wolframsilizidschicht nach der Erfindung ein Wasserstoffverbindungsgas, wie
beispielsweise B2H6-Gas, PH3-Gas, AsH3-Gas oder NH3-Gas in die Prozeßkammer
der PECVD-Vorrichtung zusammen mit einem Wolframquellengas eingeleitet, wie bei
spielsweise Wolframhexafluorid-(WF6)-Gas, und zusammen mit einem Siliziumquel
lengas, wie z. B. Dichlorsilan-(Si2HCl2)-Gas. Eine Chlorradikale des Siliziumquellen
gases wird in Wasserstoffchlorid reduziert, und zwar durch das Wasserstoffverbin
dungsgas, so daß es zusammen mit einem Abgas nach außen hin ausgetragen werden
kann. Es können daher Sichtdefekte, verursacht durch SiClx-Kristalle und ein anormales
Wachstum der unteren Polysiliziumschicht, welches durch die Diffusion der SiClx-
Kristalle verursacht wird, vermieden werden.
Wenn darüber hinaus B2H6-, PH3- und AsH3-Gase als Wasserstoffverbindungs
gas verwendet werden, wirkt das Bor, das Phosphor oder das Arsen, welches in diesen
Gasen enthalten ist, als ein p-leitender Dotierungsstoff oder als ein n-leitender
Dotierungsstoff in der Wolframsilizidschicht, wodurch die Elektronendichte oder die
Lochdichte erhöht wird. Demzufolge kann der spezifische Widerstand der Wolframsili
zidschicht abgesenkt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Einzelheiten unter Hinweis auf eine bevor
zugte Ausführungsform derselben beschrieben wurde, sei für Fachleute darauf hinge
wiesen, daß vielfältige Änderungen, Substitutionen und Abwandlungen vorgenommen
werden können, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung, wie er durch die anhängen
den Ansprüche festgehalten ist, zu verlassen.