DE19642740A1 - Halbleiterbauelement mit einer Aluminium-Zwischenschaltung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Halbleiterbauelement mit einer Aluminium-Zwischenschaltung und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einerAlu
minium-Zwischenschaltung, die aus einem Aluminiumfilm oder einem Le
gierungsfilm auf Aluminiumbasis auf einer Oberfläche eines Halbleiter
substrats gebildet ist.
Als Zwischenschaltungsmaterial für Halbleiterbauelemente, bei denen
Halbleiter wie Silicium (Si) verwendet werden, wird gewöhnlich ein Alumi
nium(Al)-Film oder Aluminiumlegierungsfilm, welcher Aluminium als
Hauptkomponente und beispielsweise Silicium (Si), Kupfer (Cu), Palladi
um (Pd), Titan (Ti), Scandium (Sc) oder Bor (B) beinhaltet, verwendet. Es
war bekannt, daß die Leistungsfähigkeit einer solchen Aluminium-Zwi
schenschaltung unter Verringerung der Zuverlässigkeit aufgrund des
"Elektromigrationsphänomens", gemäß dem Aluminiumatome durch
Elektronen transportiert werden, wenn eine große Strommenge durch die
Aluminium-Zwischenschaltung fließt, herabgesetzt wird. Da ein derarti
ges Elektromigrationsphänomen infolge einer Erhöhung der Stromdichte
in der Verdrahtung bzw. Leitungsführung und einer Erhöhung der Tempe
ratur der Leitungsführung beschleunigt wird, verursacht es ein ernsthaf
tes Problem in den Halbleiterbauelementen, insbesondere Elementen,
welche miniaturisiert sind, wie Speicherelementen, das heißt hochinte
grierten Elementen oder Strombauteilen für die Zuführung von Strom ho
her Dichte.
Als Aluminium-Zwischenschaltung für ein Halbleiterbauelement mit ho
her Elektromigrationsbeständigkeit wird im Stand der Technik ein Alumi
niumlegierungsfilm, wobei beispielsweise Kupfer dem Aluminiumfilm zu
gegeben worden ist, verwendet. Es sind bereits zahlreiche Verbesserungen
vorgeschlagen worden. Insbesondere war es bekannt, daß bei Bewertung
der Orientierung des Aluminiumfilms durch Röntgenbeugung ein Alumi
niumfilm mit hoher (111)-Orientierung eine hohe Elektromigrationsbe
ständigkeit zeigt. Diese Erkenntnis war beispielsweise aus der von Kage
yama et al. berichteten Literatur [Proc. of 29th International Reliability
Physics Symposium, 1991, Seite 97] sowie von H. Shibata et al. [Japanese
Journal of Applied Physics, Band 32 (1993, Seiten 4479-4484] bekannt.
Die Beziehung zwischen FWHM (Full Width at Half Maximum bzw. Halb
wertsbreite) des Röntgenbeugungspeaks der Aluminium(111)-Ebene und
der Elektromigrationsbeständigkeit wurde von Toyoda et al. berichtet
[Atomic Transportation in LSI Interconnection, Preprint of Stress Problem
Society, Seiten 19-20, Thin Film/Surface Symposium of Institute of Japa
nese Applied Physics, 27. Mai 1994, Tokyo]. Es war bekannt, daß die Elek
tromigrationsbeständigkeit hoch wird, sowie die Aluminiumzwischen
schaltung eine engere FWHM des (111)-Peaks bei der Röntgenbeugung
aufweist.
Allgemein gilt, wenn (111)-Oberflächen als eine am dichtesten gepackte
Oberfläche als die Oberfläche und Grenzfläche in dem flächenzentrierten
kubischen Gitter der Kristallstruktur verwendet werden, die Aluminium-
Zwischenschaltung die (111)-Orientierung einnehmen kann, da die Ener
gie des Systems minimiert werden kann. Bei einem auf einem Silicium
oxidfilm gebildeten Aluminiumfilm ist jedoch das Ausmaß der
(111)-Orientierung gering und daher die FWHM des (111)-Peaks bei der Röntgen
beugung breit, wie einige Grade. Dies kann auf die folgenden Ursachen zu
rückgeführt werden.
Insbesondere bei den Herstellungsschritten des Halbleiterbauelements
ist die Erwärmungstemperatur des Halbleitersubstrats bei der Bildung
des Aluminiumfilms relativ hoch, obwohl sie niedriger ist als der Schmelz
punkt von Aluminium oder der Aluminiumlegierung. Aus diesem Grund
wächst der Aluminiumfilm, bevor er als kontinuierlicher Film wächst,
beim anfänglichen Verfahren des Filmbildungsschrittes des Aluminium
films in einer inselähnlichen Weise, wie in Fig. 1 gezeigt. Zu diesem Zeit
punkt bildet die Oberfläche des inselähnlichen Aluminiumfilms 57 eine
(111)-Oberfläche, welche unter energetischen Gesichtspunkten am stabil
sten ist. Zwischen der Oberfläche des Isolierfilms 4 als Unterschicht und
der (111)-Oberfläche von Kristallen in dem inselähnlichen Aluminiumfilm
57 existiert ein Neigungswinkel, welcher durch den Benetzungswinkel
oder den Kontaktwinkel zwischen dem Aluminiumfilm und der Unter
schicht bestimmt wird. Beispielsweise wird ein Neigungswinkel von eini
gen Graden erhalten, wenn ein Siliciumoxidfilm als Unterschicht für den
Aluminiumfilm verwendet wird. Nachdem der Aluminiumfilm als kontinu
ierlicher Film im Verlaufe der Aluminiumfilmbildung gewachsen ist, wer
den die Oberfläche des Isolierfilms 4 und die Oberfläche des Aluminium
films parallel. Da jedoch die Beziehung zwischen der Oberfläche des Iso
lierfilms 4 und der (111)-Oberfläche des Aluminiumfilms im Anfangszu
stand der Aluminiumfilmbildung eingehalten wird, nimmt die Oberfläche
des Aluminiumfilms und die (111)-Oberfläche einen Neigungswinkel von
einigen Graden ein. Wenn bei einem solchen Aluminiumfilm die Kristallo
rientierung parallel zu der Oberfläche durch Röntgenbeugung gemessen
wird, ist die Intensität für die (111)-Orientierung schwach und die Elektro
migrationsbeständigkeit gering. Diese Erkenntnis war allgemein bekannt,
beispielsweise aus dem Bericht von Toyoda et al.
Als ein Beispiel eines solchen Aluminiumfilms ist die durch Röntgenbeu
gung gemessene Aluminium(111)-Reflexionsschwingungskurve in Fig. 2
gezeigt, wobei ein 50 nm dicker thermischer Siliciumoxidfilm auf einem Si
liciumsubstrat und ein 2 µm dicker Al-1%Si-Film durch DC-Magnetron
sputtern gebildet worden sind. Aus der Schwingungskurve ist zu erken
nen, daß die (111)-Oberfläche der Kristalle in dem Aluminiumfilm gegen
über der Oberfläche des Aluminiumfilms um durchschnittlich 4,5° geneigt
ist, und daß die FWHM des Peaks der (111)-Reflexionsschwingungskurve
so breit wie 6,7° ist, so daß die kristallographische Qualität des Alumini
umfilms nicht immer gut ist.
Als Versuche zur Verbesserung des Ausmaßes der (111)-Orientierung des
Aluminiumfilms sind drei Annäherungen bekannt, nämlich (a) der Alumi
niumfilm wird mittels Epitaxie auf einem Titannitrid(TiN)-Film gebildet,
der eine Gitterkonstante nahe der des Aluminiumfilms aufweist, (b) es
wird ein nichtkristalliner Film (oder amorpher Film) als Unterschicht ver
wendet, und (c) es wird ein Metallfilm, der gegenüber Al hochreaktiv ist, als
Unterschicht verwendet.
Diese drei Annäherungen werden nachfolgend erläutert.
- (a) Aus dem Bericht von Kageyama et al. war bekannt, durch Epitaxie ei nen Aluminiumfilm auf einem Titannitrid(TiN)-Film auszubilden, der eine Gitterkonstante nahe der des Aluminiumfilms aufweist (erste Annähe rung). Dieser Versuch beabsichtigt, das Ausmaß der (111)-Orientierung des Aluminiumfilms durch epitaxiales Wachstum des Aluminiumfilms auf dem Titannitrid(TiN)-Film, der eine (111)-Vorzugsorientierung ähnlich dem Aluminiumfilm und eine Gitterkonstante (0,4239 nm) nahe der (0,4049 nm) des Aluminiumfilms aufweist, zu verbessern.
Bei dieser ersten Annäherung ergeben sich jedoch die folgenden Probleme.
Erstens ergibt sich bei dieser Annäherung, worin der Aluminiumfilm
durch Epitaxie auf dem Titannitrid(TiN)-Film, der eine Gitterkonstante
nahe der des Aluminiumfilms aufweist, ausgebildet wird, das Problem,
daß die Ungleichheit zwischen der Gitterkonstante des Titannitridfilms
(0,4239 nm) und der Gitterkonstante des Aluminiumfilms (0,4049 nm) so
groß wie etwa 4,5% ist. Obwohl der Film in der Regel durch Epitaxie gebil
det werden kann, solange die Gitter-Ungleichheit zwischen der Unter
schicht und dem zu bildenden Film innerhalb etwa 5% liegt, sind die kri
stallographische Qualität und das Ausmaß der Orientierung des zu bil
denden Films in dem Maße herabgesetzt, wie die Gitter-Ungleichheit zu
nimmt. Daraus kann geschlossen werden, daß die Verwendung des Titan
nitrid(TiN)-Films unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung des Ausma
ßes der Orientierung des Aluminiumfilms durch Epitaxialwachstum nicht
immer zufriedenstellend ist.
- (b) Ferner war aus dem Bericht von Toyoda et al. bekannt, einen amor phen Film als Unterschicht zu verwenden (zweite Annäherung). Dieser zweite Versuch beabsichtigt, das Ausmaß der (111)-Orientierung des Alu miniumfilms durch Änderung des Wachstumsmechanismus des Alumini umfilms von einem inselähnlichen Wachstum zu einem schichtähnlichen Wachstum durch Erhöhung der Oberflächenenergie der Unterschicht im Anfangsstadium der Aluminiumfilmbildung zu verbessern.
Bei diesem zweiten Versuch ergibt sich jedoch das Problem, daß es schwie
rig ist, einen nichtkristallinen Film auszubilden, ohne die "Abbau-Stufen
bedeckung" des Aluminiumfilms herabzusetzen. Im einzelnen waren ein
Ausfällverfahren, Abschreckverfahren, Kondensationsverfahren und an
dere als Verfahren zur Bildung des nichtkristallinen Films (amorphen
Films) bekannt. Bei jedem dieser Verfahren muß die Substrattemperatur
niedriger als die Kristallisationstemperatur des amorphen Materials wäh
rend der Bildung des amorphen Unterschichtfilms und während der Bil
dung des Aluminiumfilms eingestellt werden. Diese Erkenntnis war aus
dem Artikel von Kinbara et al. bekannt ["Generation of Amorphous Thin
Film by Evaporation" Applied Physics, Band 45, Nr. 12, Seiten 1165-1171,
1976]. im allgemeinen ist die Kristallisationstemperatur des Metalls nie
driger als beispielsweise die des Oxids. Beispielsweise beträgt diese für
Cr-Metall 220 K (absolute Temperatur) und für eine Sn-Cu-Legierung etwa 60
K. Aus diesem Grund müssen, da das Substrat für die Bildung des nicht
kristallinen Films gekühlt werden muß, eine Wasserkühlungseinrich
tung, eine Kühlungsvorrichtung für die Verwendung von flüssigem Stick
stoff oder flüssigem Helium eingesetzt werden. Bei der Bildung des Alumi
niumfilms auf dem nichtkristallinen Film muß der Aluminiumfilm bei ei
ner niedrigen Temperatur ausgebildet werden, um nicht den amorphen
Film zu kristallisieren. Daher ist eine Anhebung der Temperatur des Sub
strats im Hinblick auf eine Verbesserung der Stufenabdeckung der vertief
ten bzw. zurückgesetzten Bereiche begrenzt. Obwohl Verfahren zur Bil
dung des Films im Vakuum oder unter geringem Druck, wie Vakuumsput
tern oder Verdampfung als Verfahren zur Bildung des Aluminiumfilms zur
Verwendung als Zwischenschaltung des Halbleiterbauelements verwen
det werden können, ist im allgemeinen eine Erhöhung der Temperatur des
Substrats im Hinblick auf die Verbesserung der Qualität des Vakuums be
grenzt, wenn ein nichtkristalliner Film als Unterfilm verwendet wird. In
dieser Hinsicht ist die zweite Annäherung nicht bevorzugt.
- (c) In der JP-A-5-90 268 wird vorgeschlagen, als Unterschicht einen Me tallfilm zu verwenden, der gegenüber Al hochreaktiv ist (dritte Annähe rung). Dieser dritte Versuch ist möglich, da ein flaches Wachstum hin sichtlich der Energie vorteilhaft ist, im Gegensatz zum Wachstum des Alu miniums in inselähnlicher Weise durch Vereinigen miteinander während des Anfangsstadiums, wenn ein mit Al hochreaktiver Metallfilm in der Un terschicht angeordnet wird. Der flach auszubildende Aluminiumfilm wird als uniaxialer Orientierungsfilm gebildet, in welchem die (111)-Oberflä chen mit geringster Oberflächenenergie des Al orientiert sind.
Bei diesem dritten Versuch existiert jedoch eine obere Grenze hinsichtlich
der Dicke des Unterschichtmetalls. In anderen Worten war es bekannt,
daß eine rauhe bzw. unebene Oberfläche auf dem Untermetallfilm auftritt
und daher das Ausmaß der (111)-Orientierung des gebildeten Aluminium
films auf dem Untermetallfilm herabgesetzt wird, wenn die Dicke des Un
termetallfilms 50 nm überschreitet. Eine solche Obergrenze hinsichtlich
der Dicke des Unterschichtmetalls bewirkt eine unzureichende Sperre in
einem Kontaktloch, wenn der Untermetallfilm als Sperrmetall zwischen Al
und Silicium verwendet wird. Bei einem Halbleiterbauelement, bei dem
Kontaktlöcher mit hohem Aspektverhältnis gebildet werden, ist es, wenn
eine Obergrenze hinsichtlich der Dicke des Untermetallfilms auf dem fla
chen Bereich vorliegt, schwierig, den Untermetallfilm mit ausreichender
Dicke auf den Bodenbereichen und Seitenwandbereichen der Kontaktlö
cher auszubilden. In manchen Fällen wird ein nichtkontinuierlicher Un
termetallfilm gebildet. Ein solch nichtkontinuierlicher Untermetallfilm
und ein solcher Untermetallfilm mit unzureichender Dicke auf den Boden
bereichen und Seitenwandbereichen der Kontaktlöcher ist nicht bevor
zugt, da diese eine Verringerung der Barriereeigenschaften oder inselför
miges Wachstum des Aluminiums während des Anfangsstadiums des
Wachstumsprozesses des Aluminiumfilms bewirken würden.
Die vorliegende Erfindung wurde bewerkstelligt, um die obigen Probleme
des Standes der Technik zu überwinden, und es ist ein Ziel der Erfindung,
eine Aluminium-Zwischenschaltung mit hoher Elektromigrationsbestän
digkeit sowie ein Halbleiterbauelement vorzusehen, welches diese Alumi
nium-Zwischenschaltung aufweist und eine hohe Zuverlässigkeit erzielt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines
Halbleiterbauelements mit einer Aluminium-Zwischenschaltung mit ho
her Elektromigrationsbeständigkeit vorzusehen.
Ein erstes Merkmal des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements be
steht darin, daß, wie in Fig. 3B gezeigt, ein Metall-Zwischenschaltungsbe
reich durch eine leitfähige Schicht gebildet wird, die aus einem Titan-Alu
minium(TiAl)-Film 142 mit (111)-Orientierung und einem Aluminium(Al)-
Film 143 mit (111)-Orientierung, der auf dem TiAl-Film 142 durch Epitaxie
ausgebildet worden ist, besteht.
Im einzelnen kann, als Grundkonzept der vorliegenden Erfindung gemäß
der in Fig. 3B gezeigten Mehrschichtstruktur, das Ausmaß der
Al(111)-Orientierung und die Elektromigrationsbeständigkeit verbessert werden
durch Verringern der FWHM beim Röntgenbeugungsspektrum. Bei einem
Halbleiterbauelement mit einer Al-Zwischenschaltung gemäß der Erfin
dung ist "Epitaxialwachstum" bzw. "Epitaxie" so definiert, daß eine Viel
zahl von Kristalloberflächen parallel auf der Unterschicht wachsen und
der Film auf der Unterschicht ausgebildet wird. Daher werden im Falle des
epitaxialen Wachstums des Aluminiumfilms mit (111)-Vorzugsorientie
rung auf dem TiAl-Film mit (111)-Vorzugsorientierung eine
TiAl(111)-Oberfläche und eine Al(111)-Oberfläche parallel zur Grenzfläche zwischen
dem TiAl-Film und dem Al-Film gebildet, jedoch sind benachbarte Kristall
oberflächen von TiAl-Kristallkörnern und Al-Kristallkörnern, mit Ausnah
me der (111)-Oberflächen, nicht immer parallel zueinander, wen einzelne
Kristallkörner, welche den TiAl-Film und den Al-Film bilden, betrachtet
werden. Dies ist auf den Unterschied der Größe der Kristallkörner, welche
den TiAl-Film und den Al-Film bilden und den Unterschied in den einzel
nen Schmelzpunkten zurückzuführen.
Der TiAl-Film, welcher mittels einer herkömmlichen Dünnfilm-Bildungs
vorrichtung, beispielsweise einer DC-Magnetronsputtervorrichtung, die
zur Herstellung des Halbleiterbauelements verwendet wird, gebildet wird,
besitzt im Gegensatz zum Al-Film kleine Kristallkörner. Wenn der Al-Film
auf dem TiAl-Film durch Epitaxie gebildet wird, stimmt die Kristallober
fläche der TiAl-Kristallkörner mit der von Al-Kristallkörnern im Anfang der
Filmbildung überein, das heißt während eines Zeitraums, bei dem die
TiAl-Körner und die Al-Kristallkörner im wesentlichen gleiche Größen aufwei
sen. Wenn jedoch die Al-Filmdicke zunimmt, vereinigen sich benachbarte
Al-Kristalle miteinander, um so größere Kristallkörner zu bilden, so daß
die Grenzfläche pro Volumeneinheit verringert ist. Als Ergebnis verringert
sich die Oberflächen-/Grenz-Energie, um einen stabilen Zustand einzu
nehmen. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die (111)-Orientierung nicht, da
die Oberfläche an der (111)-Oberfläche beibehalten wird. Da andererseits
der TiAl-Film im Vergleich zu dem Al-Film einen hohen Schmelzpunkt auf
weist, wird eine Erhöhung des Kristallkorndurchmessers aufgrund einer
Rekombination von Kristallkörnern bei der Temperatur des Erwärmens
des Substrats für die Aluminiumbildung, das heißt bei weniger als 600°C,
nicht bewirkt. Daher sind bei den Al-Kristallkörnern, die sich mit benach
barten Kristallkörnern vereinigt haben, obwohl die (111)-Oberflächen der
Kristalloberflächen der Kristallkörner des TiAl-Films als Unterschicht zu
den (111)-Oberflächen der Kristalloberflächen der Kristallkörner des
Al-Films als Oberschicht parallel sind, andere Kristalloberflächen nicht pa
rallel. Im Gegenteil haben die Kristallkörner, die sich mit benachbarten
Al-Kristallkörnern vereinigt haben, oder mindestens ein Teil solcher Kristall
körner parallele Kristalloberflächen zu den Kristallkörnern des
TiAl-Films, mit Ausnahme der (111)-Oberflächen. In Übereinstimmung damit
wird es gemäß der erfindungsgemäßen Aluminium-Zwischenschaltungs
struktur-als "epitaxiales Wachstum" in einem breiteren Sinne definiert,
daß eine Vielzahl von Kristalloberflächen, hauptsächlich (111)-Oberflä
chen, parallel in der Unterschicht und dem auf der Unterschicht gebilde
ten Film wachsen.
Das erste Merkmal der vorliegenden Erfindung basiert auf den folgenden
experimentellen Ergebnissen. Bei der in den Experimenten verwendeten
Probe wird ein 50 nm dicker thermischer Siliciumoxidfilm als Isolierfilm
auf dem Si(100)-Substrat als Halbleitersubstrat gebildet und ein 100 nm
dicker Ti-Film und ein 2 µm dicker Al-%Si-Film werden durch DC-Magne
tronsputtern gebildet. Danach wurden die Orientierung des Al-Si-Films,
die FWHM im Röntgenbeugungsspektrum, welche die Orientierung des
Al-Si-Films anzeigt, und die Reaktivität des Al-Si-Films und des Ti-Films der
Probe bewertet. Als Ergebnis wurde gefunden, daß die (111)-Orientierung
des Al-Si-Films der Probe extrem gut ist und die FWHM eng ist. Fig. 13
zeigt die durch Röntgenbeugung erhaltene Al-Si(111)-Oberflächen-Re
flektionsschwingungskurve. Die Messung wurde unter den gleichen Be
dingungen durchgeführt, wie in dem in Fig. 2 (Stand der Technik) gezeig
ten, obigen Fall. Im Gegensatz zu der in Fig. 2 gezeigten Al(111)-Oberflä
chen-Reflektionsschwingungskurve, wobei ein Siliciumoxidfilm als Un
terschicht verwendet wurde, ist im Falle der Verwendung des Ti-Films als
Unterschicht die (111)-Oberfläche des Al-Si-Films parallel zu der Oberflä
che des Al-Si-Films ausgebildet und die FWHM des Peaks ist so eng wie
0,97°, was einen hohen Grad an (111)-Orientierung zeigt. In Fig. 13 ist
die Intensität des Röntgenstrahlenpeaks der (111)-Oberflächenreflektion
65 k (Zahl/Sekunde), was stärker ist als 16 k (Zahl/Sekunde) bei Fig. 2
ohne TiAl-Film als Unterfilm. Daraus läßt sich eine hohe (111)-Orientie
rung ableiten.
Fig. 14A ist eine Skizze, welche die Querschnitts- Transmissionselektro
nenmikroskop(TEM)-Ansicht des auf dem Ti-Film gebildeten Al-Films
zeigt. Fig. 14B ist eine Skizze, welche das Elektronendiffraktionsmuster
des auf dem Ti-Film gebildeten Al-Films zeigt. Fig. 14A zeigt die Skizzen
zeichnung der Querschnitts-TEM-Ansicht der Probe mit dem Ti-Film 107
als Unterfilm, wobei der Oxidfilm 8, der Ti-Film 107, der TiAl-Film 142 und
der Al-Si-Film 143 auf dem Siliciumsubstrat 201 übereinander angeord
net sind. Aus den Ergebnissen der Elektronendiffraktionsansicht der
Grenzfläche zwischen dem Ti-Film 107 und dem Al-Si-Film 143, wie in
Fig. 14B gezeigt, wurde gefunden, daß die Probe eine aus dem Ti-Film 107,
dem TiAl-Film 142 und dem Al-Si-Film 143 bestehende Dreischichtstruk
tur aufweist, wobei die (111)-Oberfläche des TiAl-Films 142 und die (111)-
Oberfläche des Al-Si-Films 143 parallel zueinander ausgebildet sind, und
der Al-Si-Film 143 epitaxial auf dem TiAl-Film 142 gewachsen ist. Bei der
vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, kann, wenn Kristalle so
wachsen gelassen können, daß sie eine bevorzugte Orientierung aufwei
sen, ein solches Wachstum als "epitaxiales Wachstum" bezeichnet wer
den, selbst wenn ein polykristalliner Aluminiumfilm auf einem polykri
stallinen Titan-Aluminium-Film ausgebildet wird.
Da weiterhin die experimentelle Probe gemäß der Erfindung nach Abschei
dung des Al-Si-Films nicht getempert wird, kann der in Fig. 14A betrach
tete TiAl-Film 142 durch Reaktion zwischen dem Ti-Film 107 und den auf
den Ti-Film durch Sputtern auftreffenden Al-Atomen während des An
fangsstadiums der Abscheidung des Al-Si-Films 143 auf dem Ti-Film 107
bei einer Substrattemperatur von 260°C gebildet werden.
In Übereinstimmung mit dem obengesagten haben die Erfinder der vorlie
genden Erfindung die Tatsache erkannt, daß, wenn der Al-Si-Film auf dem
Ti-Film 107 bei einer Substrattemperatur von 260°C gebildet wird, der
Ti-Al-Film mit (111)-Vorzugsorientierung auf der Begrenzung bzw. Begren
zungsfläche zwischen dem Ti-Film und dem Al-Si-Film gebildet wird, so
daß daher die (111)-Orientierung des Al-Si-Films signifikant gut ist. Die
vorliegende Erfindung beruht auf dieser Tatsache.
Fig. 4 zeigt Bewertungsergebnisse der Elektromigrationsbeständigkeit
hinsichtlich des Al-1%Si-Films gemäß Stand der Technik und des
Al-1%Si-Films mit hoher (111)-Orientierung, welcher gemäß der vorliegen
den Erfindung epitaxial gewachsen ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist zu erkennen, daß im Gegensatz zu dem Al-1%Si-
Film des Standes der Technik der epitaxial gewachsene Al-1%Si-Film mit
hoher (111)-Orientierung auf dem TiAl-Film gemäß der Erfindung eine ex
trem lange Lebensdauer und eine geringe Variation innerhalb der Lebens
dauer aufweist.
Wenn weiterhin der TiAl-Film als Unterschicht verwendet wird, kann eine
bessere Gitter-Angleichung erzielt werden, verglichen mit der herkömmli
chen Gitter-Angleichung zwischen dem Titannitrid(TiN)-Film
(Gitterkonstantestate: 0,4239 nm) und dem Al-Film (Gitterkonstante der
Al(111)-Oberfläche/Gitterkonstante der TiN(111)-Oberfläche = etwa 95,5
%), so daß als Ergebnis ein Al-Film mit höherer (111)-Orientierung gebil
det werden kann. Die Gitterangleichung zwischen dem Al-Film und der
Unterschicht und die (111)-Orientierung des Al-Films wurden von H. Shi
bata et al., wie oben angegeben, und anderen berichtet.
Gemäß dem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 8C
gezeigt, kann, wenn der Ti-Film zwischen dem TiAl-Film 442 und dem Iso
lierfilm 488 gebildet wird, der auf dem Ti-Film 441 zu bildende TiAl-Film
442 mit bevorzugter (111)-Orientierung leicht gebildet werden. Somit
kann eine Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Zwischenschaltungs
struktur mit hoher (111) Orientierung, ausgezeichneter Elektromigra
tionsbeständigkeit und hoher Zuverlässigkeit erhalten werden.
Ein zweites Merkmal des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements be
ruht darin, wie in Fig. 10, 11A bis 11D gezeigt, daß der TiN-Film 166
oder der aus dem TiN-Film 166 und dem Ti-Film 107 zusammengesetzte
Zweischichtfilm auf dem Isolierfilm 8 gebildet, dann der TiAl-Film 142 mit
(111)-Orientierung darauf gebildet, und schließlich der Al-Film oder
Al-Legierungsfilm 113 mit (111)-Orientierung auf dem TiAl-Film 142 gebildet
wird.
Beim zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Erfindung, wie
beim ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung, ausgezeichnet hinsicht
lich der Elektromigrationsbeständigkeit, da die (111)Orientierung des
Al-Films oder Al-Legierungsfilms 113 gut ist. Nebenbei kann die Struktur ge
mäß dem zweiten Merkmal der Erfindung auf den in Fig. 10 gezeigten
Kontaktlochbereich angewandt werden. In anderen Worten können Defek
te bzw. Versagen aufgrund von Legierungsgrübchen bzw. -fehlstellen, die
auf der Begrenzungsfläche zwischen dem Halbleitersubstrat 201 und der
Metall-Zwischenschaltung erzeugt werden, sowie Silicium-Festphasene
pitaxialwachstum unterdrückt oder durch den TiN-Film 166 reguliert wer
den.
Weiterhin ergibt sich nicht das Problem, daß eine Obergrenze hinsichtlich
der Dicke des Untermetallfilms existiert, was das Problem beim herkömm
lichen Verfahren unter Verwendung eines gegenüber Al hochreaktiven Me
talls als Unterfilm ist. In anderen Worten, wenn gemäß Stand der Technik
ein gegenüber Al hochreaktives Metall als Unterfilm verwendet wird, tritt
eine mangelhafte Morphologie auf der Oberfläche des Untermetallfilms
auf, so daß daher der Grad der (111)-Orientierung des auf dem Unterme
tallfilm gebildeten Al-Films herabgesetzt wird, wenn die Dicke des Unter
metallfilms 50 nm überschreitet. Da jedoch bei der vorliegenden Erfin
dung der TiAl-Film auf dem TiN/Ti-Film gebildet und dann der Al-Film dar
auf durch Epitaxie gebildet wird, ist es möglich, den Grad der (111)-Orien
tierung des Al-Films zu verbessern, selbst wenn beispielsweise ein Ti-Film
von 100 nm Dicke als Unterschicht verwendet wird. Somit kann eine aus
reichende Dicke des Untermetallfilms sichergestellt werden. Das heißt,
der ausreichend dicke Untermetallfilm wird als Sperrmetall zwischen der
Al-Schicht und dem Silicium in dem Kontaktbereich, wie in Fig. 10 ge
zeigt, angewandt.
Selbst bei einem Halbleiterbauelement, bei dem Kontaktlöcher (Gräben)
mit hohem Aspektverhältnis gebildet werden, kann der Untermetallfilm
mit einer ausreichenden Dicke auf den Bodenbereichen und Seitenwand
bereichen der Kontaktgräben gebildet werden, und der Aluminiumfilm mit
starker (111)-Orientierung kann unabhängig von der Dicke des Unterme
tallfilms auf dem flachen Bereich ausgebildet werden.
Weitere und zusätzliche Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der Beschreibung der erläuternden Ausführungsformen
im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen oder sind in den An
sprüchen angegeben, und zahlreiche Vorteile, die hierin nicht genannt
sind, offenbaren sich für den Fachmann bei der Anwendung der Erfindung
in der Praxis.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, welche einen Filmbildungszustand
im Anfangsstadium des Wachstumsprozesses gemäß dem Stand der Tech
nik zeigt, wenn ein Aluminiumfilm auf einem Isolierfilm gebildet wird;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Röntgendiffraktions-Schwingungskur
ve eines auf einem Siliciumoxidfilm gemäß dem Stand der Technik gebilde
ten Al-1%Si-Films zeigt
Fig. 3A ist eine Querschnittsansicht, welche einen MOSFET gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Fig. 3B ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche die Zwischenschal
tung auf dem MOSFET in Fig. 3A zeigt,
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Elektromigrationsbeständigkeit einer
Al-1%Si-Zwischenschaltung mit hoher (111)-Orientierung, die auf einem
Titan-Aluminium-Film gemäß der Erfindung gebildet worden ist, im Ver
gleich zu der gemäß Stand der Technik zeigt;
Fig. 5 ist eine diagrammartige Darstellung, welche zum Vergleich die
Gitterkonstanten des Titan-Aluminium-Films (a) und des Aluminiumfilms
(b) gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 6A ist eine Skizze, die eine Röntgendiffraktions-Schwingungskurve
der Metall-Zwischenschaltung gemäß der Erfindung nach dem Tempern
bei 400°C während 10 Minuten in einer Stickstoffgasumgebung zeigt,
Fig. 6B ist eine Skizze, welche ein Elektronendiffraktionsmuster der Me
tall-Zwischenschaltung gemäß der Erfindung nach dem Tempern bei
400°C während 10 Minuten in Stickstoffgasumgebung veranschaulicht;
Fig. 7A bis 7J sind Schnittansichten, welche die Herstellungsschritte
zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des MOSFET gemäß der
ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
Fig. 8A ist eine Draufsicht, die einen MOSDRAM gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 8B ist eine Schnittansicht, welche den MOSDRAM in Fig. 8A zeigt
Fig. 8C ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche eine Bit-Leitung des
MOSDRAM in Fig. 8A zeigt;
Fig. 9A bis 9D sind Schnittansichten, welche die Herstellungsschritte
zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des MOSDRAM gemäß
der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
Fig. 10 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche eine Metall-Zwi
schenschaltung um ein Kontaktloch herum gemäß einer dritten Ausfüh
rungsform der Erfindung zeigt
Fig. 11A bis 11D sind schematische Schnittansichten, welche eine
Metall-Zwischenschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der Er
findung zeigen;
Fig. 12A bis 12D sind Schnittansichten, welche eine mehrschichtige
Metall-Zwischenschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der Er
findung zeigen;
Fig. 13 ist eine Skizze, welche eine Röntgendiffraktions-Schwingungs
kurve der Metall-Zwischenschaltung für den Fall zeigt, daß ein Titanfilm
und eine Al-1%Si-Film kontinuierlich auf einem Siliciumoxidfilm gemäß
der Erfindung gebildet werden;
Fig. 14A ist eine Skizze, welche eine Querschnitts-Transmissionselek
tronenmikroskop(TEM)-Ansicht einer Probe zeigt, die bei der Messung der
in Fig. 13 gezeigten Röntgendiffraktions-Schwingungskurve verwendet
wurde; und
Fig. 14B ist eine Skizze, welche eine Elektronendiffraktionsansicht der
Probe in Fig. 14A zeigt.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezug
nahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es ist zu bemerken,
daß die gleichen oder ähnliche Bezugsziffern für gleiche oder ähnliche Tei
le und Elemente in den gesamten Zeichnungen verwendet werden, wobei
die Beschreibung gleicher oder ähnlicher Teile und Elemente ausgelassen
oder vereinfacht dargestellt wird. Allgemein sei erwähnt, daß, wie es bei
der Darstellung von Halbleiterbauelementen üblich ist, die verschiedenen
Zeichnungen weder von einer Figur zur anderen noch innerhalb einer ge
gebenen Figur im Maßstab gezeichnet sind, und insbesondere, daß die
Schichtdicken willkürlich gezeichnet sind, um das Lesen der Zeichnungen
zu erleichtern.
Fig. 3A ist eine Schnittansicht, die einen MOSFET mit einer Aluminium-
Zwischenschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung
zeigt. In Fig. 3A ist ein p-Schacht 203 auf einem (100)-Siliciumsubstrat
201 vom n-Typ gebildet. Der p-Schacht 203 ist durch einen thermischen
Oxidfilm 4, der tief ausgebildet ist, um das (100)-Siliciumsubstrat 201,
vom n-Typ von der Oberfläche des p-Schachtes 203 aus zu erreichen, gerä
teisoliert. In einer geräteisolierten Region des p-Schachtes 203, die als ak
tive Region dient, sind eine n⁺-Sourceregion 217 und eine n⁺-Drainregion
227 ausgebildet. Eine Gate-Elektrode 205, die aus Polysilicium oder der
gleichen gebildet ist, ist über einer Kanalregion 203 zwischen der n⁺-Sour
ceregion 217 und der n⁺-Drainregion 227 über einen Gate-Oxidfilm 204
ausgebildet. Ein dünner Oxidfilm 7, der als Post-Oxidfilm bezeichnet wird,
ist auf einer Oberfläche der Polysilicium-Gate-Elektrode 205 ausgebildet.
Die n⁺-Sourceregion 217 und die n⁺-Drainregion 227 werden durch Ein
dotieren einer Verunreinigung vom n-Typ, wie P, gebildet, so daß diese eine
hohe Verunreinigungskonzentration von etwa 6×10¹⁸ bis 1×10²¹ cm-3
aufweisen.
Ein Zwischenschicht-Isolierfilm 8, wie ein SiO₂-Film, Phosphosilicatglas
(PSG)-Film, Borphosphosilicatglas(BPSG)-Film oder ein Verbundfilm dar
aus ist über der n⁺-Sourcergion 217, der n⁺-Drainregion 227 und der Poly
silicium-Gate-Elektrode 205 gebildet. Kontaktlöcher sind in der Zwi
schenschicht-Isolierfilm 8 ausgebildet, um jeweils die n⁺-Sourceregion
217 und die n⁺-Drainregion 227 zu erreichen. In den Kontaktlöchern sind
Pfropfelektroden 231, 232 aus Polysilicium, Wolfram (W), Wolframsilicid
(WSi₂) oder dergleichen ausgebildet. Eine Source-Elektrodenzwischen
schaltung, bestehend aus einem Titan-Aluminium(TiAl)-Film 152 mit
(111)-Orientierung und einem Aluminium(Al)-Film oder einem Alumini
umlegierungsfilm 153 mit (111)-Orientierung ist so ausgebildet, daß sie
mit der Pfropfelektrode 231 in Berührung steht. Eine Drain-Elektroden
zwischenschaltung, bestehend aus einem TiAl-Film 142 mit (111)-Orien
tierung und einem Al-Film oder einem Aluminiumlegierungsfilm 143 mit
(111)-Orientierung ist so ausgebildet, daß sie mit der Pfropfelektrode 232
in Verbindung steht und ist mit Bauelementen, die in anderen aktiven Re
gionen ausgebildet sind, verbunden oder ist mit Stromzufuhr-Leitungs
führungen verbunden.
Fig. 3B zeigt schematisch die Source-Elektrodenzwischenschaltung
152/153 und die Drain-Elektrodenzwischenschaltung 142/143 des MOS
FET in Fig. 3A. Es versteht sich von selbst, daß die Al-Zwischenschaltung
gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung nicht auf die Elektro
den-Zwischenschaltung des in Fig. 3A gezeigten MOSFET beschränkt
ist, sondern auch für einen bipolaren Transistor, SIT (Static Induction
Transistor), GTO, IGPT und weitere anwendbar ist, wenn diese eine Struk
tur ähnlich der in Fig. 3B gezeigten aufweisen.
Fig. 4 zeigt die Elektromigrationsbeständigkeit eines Metall-Zwischen
schaltungsmusters mit der gleichen Struktur wie die Source-Elektroden
zwischenschaltung 152/153 und die Drain-Elektrodenzwischen
schaltung 142/143 gemäß der Erfindung, welche durch TEG (Test Ele
ment Group)-Muster für den in Fig. 3A gezeigten MOSFET, der in gleicher
Weise hergestellt worden ist, bewertet wird.
Die Dimensionen der Metall-Zwischenschaltung von TEG-Mustern, die
zur Bewertung der Elektromigrationsbeständigkeit verwendet werden,
werden auf 500 µm Länge und 1,5 µm Breite eingestellt, und die Dicke des
Al-1%Si-Films beträgt 2 µm. Die Bewertungsbedingungen werden so regu
liert, daß die Substrattemperatur 200°C beträgt und ein konstanter Strom
mit einer Stromdichte von 1,5×10⁷ (A/cm²) zugeführt wird. In der Fig. 4
sind die gemessenen Ergebnisse der Elektromigrationsbeständigkeit der
Zwischenschaltung gemäß dem Stand der Technik ebenso für Vergleichs
zwecke unter Verwendung des Zeichens ∎ einbezogen. Verglichen mit der
Al-1%Si-Zwischenschaltung gemäß Stand der Technik, wie durch das Zei
chen ∎ angegeben, ist zu erkennen, daß die Al-1%Si-Zwischenschaltung
mit hoher (111)-Orientierung, die auf dem TiAl-Film durch Epitaxie gemäß
der Erfindung ausgebildet und durch das Zeichen angegeben ist, eine
extrem längere Elektromigration-Ausfallzeit und eine geringere Abwei
chung innerhalb der Ausfallzeit zeigt.
Wie oben erläutert, ist es gemäß der ersten Ausführungsform der Erfin
dung ersichtlich, daß, wenn der Al-Si-Film mit (111)-Vorzugsorientierung
als Source/Drain-Elektrodenzwischenschaltung auf dem Ti-Al-Film mit
(111)-Vorzugsorientierung gebildet wird, ein MOSFET bereitgestellt wer
den kann, der hinsichtlich der Elektromigrationsbeständigkeit überlegen
ist und eine hohe Zuverlässigkeit erzielt.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Gitterkonstante des durch einen
flächenzentrierten kubischen Kristall gebildeten Al-Films 0,405 nm be
trägt, welche im wesentlichen gleich der Gitterkonstante des TiAl-Films
ist. Im einzelnen zeigen, wie in Fig. 5 dargestellt, der auf dem TiAl-Film
gebildete Al-Film oder Aluminiumlegierungsfilm eine gute Gitter-Anglei
chung wie etwa 0,991(99,1%) mit dem TiAl-Film auf den entsprechenden
<111<-Achsen (das heißt, die Gitterkonstante des Al-Films (111) beträgt
0,573 nm, während die Gitterkonstante des TiAl-Films (111) 0,568 nm be
trägt), so daß daher der Al-Film oder Aluminiumlegierungsfilm und der Ti-
Al-Film durch Epitaxialwachstum gebildet werden können. Hierbei kann
der Al-Film oder Aluminiumlegierungsfilm die (111)-Orientierung über
nehmen, welche die gleiche Orientierung des als Untermetallschicht gebil
deten TiAl-Films ist. Durch Verwendung des TiAl-Films als Untermetall
schicht für den Al-Film ist es möglich, den Aluminiumfilm mit höherer
(111)-Orientierung und engerer FWHM des durch Röntgenbeugung be
stimmten (111)-Peaks auszubilden, verglichen mit einem Al-Film gemäß
Stand der Technik, welcher direkt auf dem Siliciumoxidfilm als Unter
schicht ausgebildet wird.
Weiterhin werden, nachdem die gemäß der Erfindung ausgebildete Metall-
Zwischenschaltung bei 400°C während 10 Minuten in Stickstoffgasumge
bung getempert worden ist, Röntgenbeugung und Elektronenbeugung
durchgeführt. Fig. 6A zeigt die durch Röntgenbeugung gemessene
Schwingungskurve, während Fig. 6B das durch Elektronenbeugung ge
messene Beugungsbild zeigt. Aus den durch das Röntgenbeugungsspek
trum in Fig. 6A erhaltenen Ergebnissen ist es ersichtlich, daß die Orien
tierung des Al-Si-Films und die FWHM des (111)-Peaks nach dem Tempern
kaum bzw. selten verändert sind. Aus den durch das Elektronenbeugungs
bild in Fig. 6B erhaltenen Ergebnissen ist ersichtlich, daß eine Reaktion
zwischen dem Al-Si-Film und dem Ti-Film oder TiAl-Film voranschreitet
und dann Ti₃Al gebildet wird.
Aus diesen Ergebnissen kann abgeleitet werden, daß, nachdem der
Al-Si-Film mit hoher (111)-Orientierung auf dem TiAl-Film mit (111)-Orientie
rung einmal gebildet worden ist, das Ausmaß der Orientierung des
Al-Si-Films nicht nennenswert herabgesetzt worden ist, unabhängig vom Fort
schritt der Reaktion des TiAl-Films, selbst wenn der Al-Si-Film bei einer
Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts getempert wird, so daß daher
eine solche Aluminium-Zwischenschaltungsstruktur erzielt werden kann,
welche hinsichtlich der Elektromigrationsbeständigkeit ausgezeichnet ist
und eine hohe Zuverlässigkeit ergibt.
Die Fig. 7A bis 7J sind Ansichten, welche die Herstellungsschritte zur
Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des MOSFET gemäß der er
sten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
- (a) Wie in Fig. 7A gezeigt, wird zunächst ¹¹B⁺ in ein (100)-Siliciumsub strat 201 vom n-Typ bei einer Beschleunigungsspannung Vac = 130 kV und einer Dosis Φ = 5×10¹² bis 5×10¹³ cm-2 ionenimplantiert. Dann wird, wie in Fig. 7B gezeigt, ein p-Schacht 203 gebildet durch Tempern (Drive-In) bei 1100°C während einer Stunde.
- (b) Danach wird, wie in Fig. 7C gezeigt, unter Verwendung einer selek tiven Oxidationstechnik, wie der LOCOS-Methode, der Oxidfilm 4 für die Geräteisolierung tief ausgebildet, um durch den p-Schacht 203 durchzu führen, so daß benachbarte Bauelemente elektrisch isoliert sind. Im Falle von Bauelementen mit hoher Integrationsdichte kann eine andere Gerätei soliertechnik, wie die BOX(Buried Oxide)-Methode angewandt werden. Io nenimplantation und Drive-In des p-Schachtes können nach Bildung des Oxidfilms 4 für die Geräteisolation ausgeführt werden. Danach wird ein Gate-Oxidfilm 204 mit einer Dicke von 10 nm ausgebildet und ein Phos phor-dotiertes Polysilicium 205 durch CVD mit einer Dicke von 300 nm ab geschieden. Unter Anwendung von Photolithographie und RIE, wie in Fig. 7C gezeigt, wird eine Gate-Elektrode 205 mit einer Gatelänge von 0,5 µm gebildet
- (c) Als nächstes wird ein Post-Oxidfilm 7 von 10 nm Dicke gebildet und ³¹P⁺ bei einer Beschleunigungsspannung Vac = 30 kV und einer Dosis Φ = 3×10¹⁵ cm-2 Ionen-einimplantiert. Dann werden, wie in Fig. 7D gezeigt, eine n⁺-Sourceregion 217 und eine n⁺-Drainregion 227 durch Tempern des implantierten Substrats bei 850°C während 30 Minuten gebildet.
- (d) Danach wird, wie in Fig. 7E gezeigt, ein Zwischenschicht-Isolierfilm 8, der aus einem SiO₂-Film oder einem aus dem SiO₂-Film und einem PSG-Film bestehenden Verbundfilm gebildet ist, durch CVD mit einer Dicke von 300 bis 500 nm abgeschieden. Kontaktlöcher werden in dem Zwischen schicht-Isolierfilm 8 geöffnet. Wie in Fig. 7F gezeigt, werden sogenannte Pfropfelektroden 231, 232 in den Kontaktlöchern durch Einfüllen eines Polysiliciums, das mit einer Verunreinigung von n-Typ wie P oder As (do tiertes Polysilicium), schwer schmelzendem Metall wie W oder schwer schmelzendem Metallsilicid wie WSi₂ dotiert ist, in die Kontaktlöcher, ge bildet.
- (e) Dann wird, wie in Fig. 7G gezeigt, ein 100 nm dicker Ti-Film 107 auf dem Zwischenschicht-Isolierfilm 8 und den Pfropfelektroden 231, 232 durch DC-Magnetronsputtern oder EB-Verdampfung abgeschieden. Dann wird, wie in Fig. 7G gezeigt, ein 150 nm dicker Al-1%Si-Film 108 bei einer Substrattemperatur von 260°C oder mehr durch DC-Magnetronsputtern oder EB-Verdampfung abgeschieden. Eine Legierungsbildung zwischen dem Ti-Film 107 und dem Al-1%Si-Film 108 wird durch Abscheidung des Al-1%Si-Films 108 bei einer hohen Temperatur von mehr als 260°C be wirkt, so daß, wie in Fig. 7H gezeigt, ein TiAl-Film 112 mit (111)-Orientie rung gebildet wird. In diesem Fall ergeben sich keine Probleme, wenn ein nichtreagierter Ti-Film 107 und nichtreagierter Al-Si-Film 108 in unteren bzw. oberen Bereichen verbleiben.
Anstelle des in Fig. 7G gezeigten Schritt s kann der TiAl-Film 112 direkt
durch DC-Magnetronsputtern oder EB-Verdampfung unter Verwendung
eines TiAl-Targets abgeschieden werden. Andererseits kann der TiAl-Film
112 durch CVD unter Verwendung von entweder eines Gases einer Ti-Ver
bindung wie TiCl₄, TDMAT oder TDEAT, oder eines Gases einer Al-Verbin
dung wie TMA, TiBA oder DMAH, abgeschieden werden. Der wie oben gebil
dete TiAl-Film 112 besitzt eine (111)-Orientierung, welche hinsichtlich der
Oberflächenenergie stabil ist.
Obwohl der TiAl-Film eine tetragonale Kristallstruktur aufweist, die als
L1ø-Typ bezeichnet wird, besitzt er eine Gitterkonstante von 0,398 nm auf
der a-Achse und eine Gitterkonstante von 0,405 nm auf der c-Achse. Da
somit die Gitterkonstanten auf der a-Achse und der c-Achse im wesentli
chen zueinander gleich sind, ist die Kristallstruktur des TiAl-Films nahe
der flächenzentrierten kubischen Kristallstruktur. Als Ergebnis nimmt
das TiAl, wenn es als dünner Film ausgebildet wird, die (111)-Orientierung
ein, welche im Hinblick auf die Energie am stabilsten ist. Obwohl weiterhin
der Schmelzpunkt des TiAl-Films von dem Zusammensetzungsverhältnis
von Ti und Al abhängen kann, kann dieser im Bereich von 1350°C bis
1450°C liegen, wenn die Zusammensetzung der Al-Atome innerhalb des
Bereichs von etwa 49 bis etwa 56% liegt. Ein solcher Schmelzpunkt des Ti-
Al-Films ist relativ höher als der Schmelzpunkt (etwa 660°C) des bei der
Zwischenschaltung verwendeten Al-Films oder Al-Legierungsfilms. Dem
zufolge ist unter den Erwärmungsbedingungen zur Bildung der Zwischen
schaltung des Halbleiterbauelements, das heißt im Falle der Erhitzung
des Halbleitersubstrats bei weniger als 600°C zur Bildung des Films, das
TiAl kaum zu agglomerieren und ist somit in der Lage, als kontinuierlicher
Film in einem frühen Stadium des Anfangsprozesses der Filmbildung aus
gebildet zu werden. Dies resultiert in einem kürzeren inselförmigen
Wachstumszeitraum des TiAl-Films, im Gegensatz zum herkömmlichen
Al-Film oder Al-Legierungsfilm, welcher direkt auf der Unterschicht des
Siliciumoxid(SiO₂)-Films abgeschieden wird. Das heißt, es ist einfach,
daß der TiAl-Film auf dem SiO₂-Film die (111)-Orientierung einnimmt, im
Gegensatz zu einem Al-Film auf dem SiO₂-Film, und er ist daher einfach
als kontinuierlicher Film mit (111)-Vorzugsorientierung von einer frühen
Stufe des Anfangsprozesses der Filmbildung auszubilden. Aus diesem
Grund ist eine (111)-Kristalloberfläche, welche den TiAl-Film bildet, zur
Filmoberfläche parallel und nicht geneigt.
- (f) Als nächstes wird, wie in Fig. 71 gezeigt, ein Al-1%Si-Film 113 von 1 bis 2 µm Dicke auf dem TiAl-Film 112 durch Sputtern, EB-Verdampfung, CVD oder dergleichen gebildet. In diesem Fall ist es, um den Al-Film 113 mit (111)-Orientierung auf dem TiAl-Film 112 mit (111)-Orientierung durch Epitaxie zu bilden, bevorzugt, daß, nachdem der TiAl-Film 112 mit (111)-Orientierung gebildet worden ist, die Oberfläche des TiAl-Films 112 gegenüber der Reaktion mit der Atmosphäre, Sauerstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff und dem Aussetzen gegenüber einem adsorbierbaren Gas ge schützt wird, bis der Al-Film 113 mit (111)-Orientierung gebildet ist. Es ist daherbevorzugt, den TiAl-Film 112 und den Al-Film 113 kontinuierlich in der gleichen Vakuumkammer auszubilden. Anstelle des Al-Films 113 mit (111)-Orientierung kann ein Aluminiumlegierungsfilm einschließlich ir gendeinem aus Kupfer, Palladium, Titan, Scandium und Bor oder einer Vielzahl dieser Elemente in einem Anteil von 0,1 bis 4% verwendet werden. Selbstverständlich kann ein reiner Al-Film 113 verwendet werden.
- (g) Als nächstes wird ein Photoresist 98 auf den Al-Film 113 mit (111)- Orientierung aufbeschichtet und einer Musterbildung zu Profilen von Source-Elektroden 153, 152 und Drain-Elektroden 143, 142 unterzogen. Unter Verwendung eines Ätzgases wie Cl₂, BCl₃, SiCl₄, SiCl₄/Cl₂, BCl₃/Cl₂ oder HBr/Cl₂ werden der TiAl-Film 112 und der Al-Si-Film 113 selektiv durch RIE unter Verwendung des Photoresist 98 als Maske geätzt. Wie in Fig. 7J gezeigt, werden somit Profile der Source-Elektroden 153, 152 und Drain-Elektroden 143, 142 vervollständigt. Der MOSFET gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung kann durch Entfernung des Photoresist 98, wie in Fig. 3A gezeigt fertiggestellt werden.
Die Fig. 8A und 8B zeigen eine Draufsicht und eine Querschnittsan
sicht eines MOSDRAM gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfin
dung. Fig. 8A ist eine Draufsicht des MOSDRAM und Fig. 8B ist eine
Querschnittsansicht des MOSDRAM gemäß Fig. 8A. in Fig. 8B ist ein
p-Schacht 203 auf einem (100)-Siliciumsubstrat 201 vom n-Typ gebildet.
Der p-Schacht 203 wird von dem durch BOX und dergleichen gebildeten
Geräteisolieroxidfilm 4 umgeben. Eine Innenseite des Oxidfilms 4 wird als
aktive Region (Geräteregion) 1 verwendet, um so eine Einheitszelle zu bil
den. Fig. 8B ist eine Ansicht, welche eine Querschnittsstruktur um die
aktive Region 1 herum zeigt. Die n⁺-Sourceregion 217 und die n⁺-Drainre
gion 227, welche einen Wahltransistor (einen Schalttransistor) der Ein
heitszelle des DRAM aufbauen, werden in der aktiven Region 1 gebildet.
Die p-Schachtregion zwischen der n⁺-Sourceregion 217 und der n⁺-Drain
region 227 des Wahltransistors der Einheitszelle wird als Kanalregion 203
verwendet. Die Gate-Elektrode 205, wie Polysilicium, ist über der Kanalre
gion 203 über den Gate-Oxidfilm 204 gebildet. Wie in Fig. 8A gezeigt, wird
die Gate-Elektrode 205, wie Polysilicium, ebenso als Wortleitung verwen
det. Der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 8, wie ein Oxidfilm, ist auf der
Wortleitung gebildet. Kontaktelektroden (erste Pfropfelektroden) 408, 418
wie W, WSi₂, TiSi₂ oder MoSi₂, sind in den ersten Kontaktlöchern, die in
dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 8 gebildet sind, so ausgebildet,
daß sie die n⁺-Sourceregion 217 und die n⁺-Drainregion 227 kontaktie
ren. Eine aus einem Metall wie Ru, W, Ti oder Pt oder Metallsilicid aus die
sen Metallen oder leitfähigem Metalloxid dieser Metalle gebildete Spei
cherelektrode 425 ist auf der Kontaktelektrode 418 ausgebildet. Als leitfä
higes Metalloxid können beispielsweise RuO₂ oder SrLaTiO₃ verwendet
werden. Die Speicherelektrode 425 kann aus einem Mehrschichtfilm gebil
det sein, welcher aus einem dotierten Polysilicium (DOPOS)-Film und ei
nem auf dem DOPOS-Film gebildeten Ti/TiN-Film hergestellt ist. Eine ge
genüberliegende Elektrode (Plattenelektrode) 427 wird dann über einen
Kapazitäts-Isolierfilm 426 gebildet, um so einen Kondensatorbereich des
DRAM zu bilden. Der Kapazitäts-Isolierfilm 426 kann unter Verwendung
eines Siliciumoxid(SiO₂)-Films, Tantaloxid(Ta₂O₅)-Films, Strontiumtita
nat(SrTiO₃) -Films, Bariumtitanat(BaTiO₃) -Films, Aluminium
oxid(Al₂O₃) -Films oder Siliciumnitrid(Si₃N₄) -Films gebildet werden. Der
Kapazitäts-Isolierfilm 426 kann andererseits ebenso unter Verwendung
eines BSTO-Films, der eine feste Lösung von SrTiO₃ (STO) und BaTiO₃
(BTO) ist oder eines Verbundfilms aus dem Siliciumnitrid(Si₃N₄)-Film und
dem Siliciumoxid(SiO₂)-Film gebildet werden. Als gegenüberliegende
Elektrode (Plattenelektrode) 427 kann ein Titannitrid(TiN)-Film, Ru-Film,
RuO₂-Film oder ein Silicidfilm, wie WSi₂, MoSi₂ oder TiSi₂ verwendet wer
den. Weiterhin kann als gegenüberliegende Elektrode 427 ein Verbundfilm
verwendet werden, wie ein RuO₂/Ru-Film oder RuO₂/Ru/TiN/W-Film.
Die Plattenelektrode 427, der Kapazitäts-Isolierfilm 426 und die Speicher
elektrode 425 können den Speicher-Kondensatorbereich des MOSDRAM
darstellen.
Ein zweiter Zwischenschicht-Isolierfilm 488 wird auf dem Speicher-Kon
densatorbereich und dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 8 gebildet.
Der zweite Zwischenschicht-Isolierfilm 488 wird aus einem SiO₂-Film,
PSG-Film, BPSG-Film oder Si₃N₄-Film oder einem Verbundfilm (Mehr
schichtfilm), der aus einer Kombination aus zwei oder mehreren dieser Fil
me hergestellt ist, gebildet. Ein zweites Kontaktloch wird in dem zweiten
Zwischenschicht-Isolierfilm 488 geöffnet, um so die erste Pfropfelektrode
408 zu berühren. Eine zweite Pfropfelektrode 439, wie dotiertes Polysilici
um, W oder WSi₂, wird in das zweite Kontaktloch eingebracht.
Ein Ti-Film 441 wird auf dem zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 488 ge
bildet, so daß ein Teil des Ti-Films 441 mit der zweiten Pfropfelektrode 439
verbunden ist. Ein TiAl-Film 442 mit (111)-Orientierung wird auf dem
Ti-Film 441 ausgebildet, so daß er mit dem Ti-Film 441 in Berührung steht.
EinAl-Film 443 mit (111)-Orientierung wird auf dem TiAl-Film 442 durch
Epitaxie gebildet. Der Al-Film 443, der TiAl-Film 442 und der Ti-Film 441
können eine Datenleitung (Bit-Leitung) 409 des MOSDRAM darstellen,
welcher mit anderen Einheitszellen verbunden ist. Fig. 8C zeigt schema
tisch die Bit-Leitung 409 des MOSDRAM gemäß der zweiten Ausführungs
form der Erfindung. Die Metall-Zwischenschaltung gemäß der Erfindung
ist nicht auf die Bit-Leitung des MOSDRAM beschränkt, sondern kann auf
verschiedene Halbleiterbauelemente angewandt werden, beispielsweise
einen integrierten Schaltkreis wie SRAM, EEPROM, TTL oder IIL oder ein
diskretes Bauelement, wie ein bipolarer Transistor, FET oder SIT, wenn
diese eine wie in Fig. 8C gezeigte Grundstruktur aufweisen.
Wie in Fig. 8C gezeigt, kann, wenn der TiAl-Film 442 mit (111)-Orientie
rung auf dem Isolierfilm 488/8/4 über den Ti-Film 441 gebildet ist, und
der Al-Film oder Al-Leglerungsfilm 443 dann auf dem TiAl-Film 442 gebil
det wird, ein Al-Film oder Aluminiumlegierungsfilm, wie Al-Si oder Al-Cu-
Si mit hoher (111)-Orientierung, der eine Gitterkonstante im wesentlichen
gleich der des TiAl-Films 442 aufweist, durch Epitaxialwachstum gebildet
werden. Als Ergebnis besitzt der Al-Film oder Al-Legierungsfilm eine hohe
(111)-Orientierung und eine enge FWHM im Röntgenbeugungsspektrum
unter Verbesserung der Elektromigrationsbeständigkeit, so daß eine Alu
minium-Zwischenschaltungsstruktur für das Halbleiterbauelement mit
hoher Zuverlässigkeit erzielt werden kann. Daneben kann ein Aluminium
legierungsfilm einschließlich irgendeine s aus Silicium, Kupfer, Palladi
um, Titan, Scandium und Bor oder einer Vielzahl dieser Elemente in einem
Anteil von 0,1 bis 4% als Aluminiumlegierungsfilm 443 mit (111)-Orientie
rung verwendet werden.
Insbesondere, wie in Fig. 8C gezeigt, wenn der TiAl-Film 442 auf dem
Ti-Film 441 gebildet wird, ist es einfach, den TiAl-Film mit (111)-Orientie
rung zu bilden, so daß die Metall-Zwischenschaltungsstruktur mit guter
Elektromigrationsbeständigkeit und hoher Zuverlässigkeit durch den
Al-Film oder Al-Legierungsfilm mit hoher (111)-Orientierung gebildet werden
kann.
Der MOSDRAM gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann
durch die folgenden Herstellungsschritte gebildet werden.
- (a) Zunächst wird der p-Schacht 203 durch Ionenimplantieren von ¹¹B⁺, ⁴⁹BF2+, etc. in das (100)-Siliciumsubstrat 201 vom n-Typ gebildet und dann ein Drive-In durchgeführt. Der Geräte-Isolieroxidfilm 4 wird durch LOCOS, BOX oder dergleichen gebildet, um benachbarte Bauele mente elektrisch zu isolieren (der p-Schacht 203 kann nach Ausbildung des Geräte-Isolieroxidfilms 4 gebildet werden). Danach wird der Gate- Oxidfilm 204 mit einer Dicke von 10 nm ausgebildet und der Phosphor-do tierte Polysiliciumfilm 205 durch LPCVD etc. auf einer Oberfläche des Ga te-Oxidfilms 204 mit einer Dicke von 0,3 µm gebildet. Durch Musterbil dung des Polysiliciumfilms 205 mittels Lithographie oder RIE, wird die Po lysilicium-Gate-Elektrode 205 auf dem Gate-Oxidfilm 204 mit einer Gate- Länge von 0,5 µm ausgebildet. Als nächstes werden die n⁺-Sourceregion 217 und die n⁺-Drainregion 227 durch Ionenimplantieren von ³¹P⁺ oder ⁷⁵As⁺ bei einer Beschleunigungsspannung Vac = 30 kV und einer Dosis Φ = 3×10¹⁵ cm-2 gebildet und bei 850°C während 30 Minuten getempert. Dann wird der 200 bis 300 nm dicke SiO₂/PSG-Film durch CVD abge schieden, um den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 8 zu bilden. Wie im Falle des Standard-MOSDRAM können p⁺-Kanal-Stopimplantation, Ka nal-Dotierungsimplantation etc. nach Notwendigkeit durchgeführt wer den, wobei deren Beschreibung ausgelassen wird. Die ersten Kontaktlö cher werden in dem SiO₂/PSG-Film 8 geöffnet. Die ersten Kontaktelektro den (erste Pfropf-elektroden) 408, 418 werden durch Abscheidung der 200 bis 400 nm dicken n⁺-dotierten Polysiliciumschicht (in welche As dotiert ist) oder des 200 bis 400 nm dicken W-Films in den Kontaktlöchern durch CVD gebildet.
- (b) Dann wird darauf das leitfähige Metalloxid, wie RuO₂ etc. n⁺-dotier ter Polysiliciumfilm, oder W-Film durch CVD abgeschieden und dann die Ti/TiN-Sperrmetallschicht durch RF-Sputtern abgeschieden. Mittels Pho tolithographie werden die Photoresistmuster auf dem Ti/TiN-Sperrmetall in einer Speicherelektrode-bildenden Region des Kondensatorbereichs ge bildet. Unter Verwendung des Photoresist als Maske wird die Sperrmetall schicht durch RIE unter Verwendung BCl₃, CF₄, SF₆, CCl₄ oder derglei chen geätzt, und gleichzeitig wird das leitfähige Metalloxid, der n⁺-dotierte Polysiliciumfilm oder W-Film, der unterhalb der Sperrmetallschicht gebil det worden ist, geätzt, um das Profil der Speicherelektrode 425, wie in Fig. 9A gezeigt, musterförmig auszubilden. Nachdem der Photoresist ent fernt ist und die gesamte resultierende Struktur gespült worden ist, wer den nachfolgend ein 50 nm dicker Pt-Film, ein 30 nm dicker BSTO-Film 426, ein 150 nm dicker W-Film 427 durch RF-Sputtern abgeschieden, um einen oberen Bereich und Seitenwandbereiche der Lagerelektrode 425 zu bedecken. Anstelle von RF-Sputtern kann CVD oder dergleichen ange wandt werden. Als nächstes wird ein Photoresist auf der gesamten Ober fläche der resultierenden Struktur aufbeschichtet. Mittels Photolitho graphie unter Verwendung des Photoresistfilms als Maske wird der W-Film 427, der als gegenüberliegende Elektrode (Plattenelektrode) dient, in das in Fig. 9A gezeigte Muster durch RIE unter Anwendung von CF₄ geätzt. Dann wird unter Verwendung eines vorbestimmten Ätzmittels, wie eine ge mischte wäßrige Lösung von Wasserstoffperoxid, Ammoniakwasser und EDTA, der BSTO-Film 426 unter Verwendung des W-Films 427 als Ätzma ske geätzt und einer Musterbildung unterzogen. Danach wird unter Ver wendung eines aus Iod/Cetylpyridiniumiodid (CPI)/Benzol bestehenden und auf 60°C erwärmten Ätzmittels die Platinschicht durch RIE unter Ver wendung von CF₄ und unter Verwendung des BSTO-Films 426 als Ätzmas ke einer Musterbildung unterzogen.
- (c) Dann wird, wie in Fig. 9B gezeigt, der zweite Zwischenschicht-Iso lierfilm 488, der aus einem SiO₂-Film, PSG-Film, BPSG-Film oder derglei chen gebildet ist, durch CVD, SOG (Spin On Glass) etc. abgeschieden. Das zweite Kontaktloch wird geöffnet, um die erste Kontaktelektrode 408 (die auf der n⁺-Drainregion 227 gebildet ist) freizulegen. Ein DOPOS-Film oder WSi₂-Film wird durch selektive CVD abgeschieden, um das zweite Kon taktloch in dem zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 488 zu füllen. Als Er gebnis wird, wie in Fig. 9C gezeigt, die zweite Pfropfelektrode 439 gebil det. Anstelle der selektiven CVD kann der DOPOS-Film oder dergleichen auf der gesamten Oberfläche abgeschieden, dann entweder durch Zurück ätzung oder CMP (Chemical Mechanical Polishing) geebnet werden, um so diesen in das Kontaktloch einzubringen.
Als nächstes wird, wie in Fig. 9C gezeigt, der Ti-Film 441 in einer Dicke
von 250 nm ausgebildet. Zur Bildung des Titanfilms 441 kann Sputtern,
Verdampfen etc. unter Verwendung eines Titan-Targets angewandt wer
den.
- (d) Dann wird, wie in Fig. 9C gezeigt, der Al-Film 443 auf dem Ti-Film 441 gebildet. Hierbei ist es bevorzugt, nach Bildung des Titanfilms 441 die Oberfläche des Al-Films 443 gegenüber Reaktion der Atmosphäre Sauer stoff (O₂), Kohlenstoff (C) oder Stickstoff (N₂) und dem Aussetzen eines ad sorbierbaren Gases zu schützen, bis der Al-Film 443 gebildet ist.
Wie beim Ti-Film 441 kann Sputtern, Verdampfen oder dergleichen ange
wandt werden, um den Al-Film 443 zu bilden. Weiterhin reagieren bei der
Bildung des Al-Films 443 der Ti-Film 441 und der Al-Film 443 miteinander
durch Erwärmen des Halbleitersubstrats 201, so daß, wie in Fig. 8B ge
zeigt, der TiAl-Film 442 mit (111)-Orientierung auf der Grenzfläche zwi
schen dem Ti-Film 441 und dem Al-Film 443 gebildet wird. Es ist bevor
zugt, daß, wie bei der ersten Ausführungsform, die Erwärmungstempera
tur des Halbleitersubstrats 201 auf mehr als 260°C eingestellt wird. Da der
TiAl-Film 442 eine (111)-Orientierung aufweist, besitzt der kontinuierlich
auf dem TiAl-Film 442 mit (111)-Orientierung gebildete Al-Film 443 hier
bei ebenso eine (111)-Orientierung, da er durch Epitaxialwachstum gebil
det wird.
Weiterhin können durch Regulierung der Anfangsdicke des Ti-Films 441
der Erwärmungstemperatur des Halbleitersubstrats 201 bei der Bildung
des Al-Films 443 mit (111)-Orientierung und der Filmbildungsrate des
Al-Films 443 mit (111)-Orientierung, die Filmbildungsrate und Filmdicke des
TiAl-Films 442 mit (111)-Orientierung reguliert werden. Demzufolge kann
durch Regulierung dieser Filmbildungsbedingungen die Aluminium-Zwi
schenschaltungsstruktur entweder als Struktur, bei der der Ti-Film 441
in der untersten Schicht der Zwischenschaltung gelassen wird, wie in
Fig. 8C gezeigt, oder als Struktur, worin der Ti-Film 441 nicht in der unter
sten Schicht der Zwischenschaltung gelassen wird, wie bei der ersten Aus
führungsform erläutert und in Fig. 3B gezeigt, ausgebildet werden.
- (e) Als nächstes wird ein Photoresist auf den Al-Film 443 mit (111)- Orientierung aufbeschichtet und dann mittels Photolithographie einer Musterbildung unterzogen. Wenn unter Verwendung des Photoresist als Maske der Al-Film 443 mit (111)-Orientierung, der TiAl-Film 442 mit (111)-Orientierung und der Ti-Film 441 durch RIE unter Verwendung von Cl₂, BCl₃ etc. geätzt werden, wird die Bit-Leitung 409 musterförmig aus gebildet, wodurch der MOSDRAM gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung fertiggestellt wird, wie in Fig. 8A und 8B gezeigt.
Bei der Struktur mit dem Ti-Film 441 als Unterschicht des TiAl-Films 442
gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der TiAl-Film 442
durch Legierungsreaktion zwischen dem Ti-Film 441 und dem Al-Film 443
gebildet. Da Al-Atome leicht zur Oberfläche des Ti-Films migrieren, unab
hängig davon, daß der Ti-Film 441 als endgültige Metall-Zwischenschal
tungsstruktur verbleibt oder nicht, kann daher die Stufenabdeckung des
Al-Films auf vertieften bzw. zurückgesetzten Bereichen einschließlich den
Kontaktbereichen verbessert werden.
Fig. 10 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Metall-Zwischen
schaltung um ein Kontaktloch herum gemäß einer dritten Ausführungs
form der Erfindung zeigt. In Fig. 10 ist eine n⁺-diffundierte Region 216
auf einem Teil einer Oberfläche des (100)-Substrats 201 vom n-Typ gebil
det. Der aus SiO₂, PSG, BPSG oder deren Kombination hergestellte Zwi
schenschicht-Isolierfilm 8 ist auf der Oberfläche des (100)-Substrats 201
vom n-Typ ausgebildet. Ein Kontaktloch ist in dem Zwischenschicht-Iso
lierfilm 8 ausgebildet, um zu der n⁺-diffundierte Region 216 zu gelangen.
Ein TiSi₂-Film 165 ist am Boden des Kontaktlochs gebildet, um den ohm
schen Widerstand zu verringern. Der Ti-Bodenfilm 107, ein TiN-Film 166,
der TiAl-Film 142 mit (111)-Orientierung und ein Al-Film 113 mit (111)-
Orientierung sind in dieser Reihenfolge auf dem TiSi₂-Film 165 gebildet.
Anstelle des Al-Films 113 mit (111)-Orientierung kann ein Aluminiumle
gierungsfilm einschließlich irgendeines aus Silicium, Kupfer, Palladium,
Titan, Scandium und Bor oder einer Vielzahl dieser Elemente in einem An
teil von 0,1 bis 4% verwendet werden. Diese Aluminiumlegierungsfilme
besitzen ebenso (111)-Orientierung.
In Fig. 10 ist es selbstverständlich, daß die n⁺-diffundierte Region 216
durch eine p⁺-diffundierte Region ersetzt sein kann, oder die n⁺-diffun
dierte Region 216 in einer p-Region, wie einem p-Schacht, gebildet sein
kann. Obwohl in Fig. 10 nicht gezeigt, kann ein Ti-Zwischenfilm zwi
schen dem TiAl-Film 142 und dem TiN-Film gebildet werden.
Die in Fig. 10 gezeigte Struktur gemäß der dritten Ausführungsform der
Erfindung kann wie folgt hergestellt werden.
- (a) Zunächst wird mittels Photolitographie die n⁺-diffundierte Region 216 auf dem (100)-Substrat 201 vom n-Typ durch Ionenimplantation oder Vorabscheidung gebildet. Dann wird der aus einem SiO₂-Film, PSG-Film, BPSG-Film oder dergleichen hergestellte Zwischenschicht-Isolierfilm 8 durch thermische Oxidation, CVD, SOG oder dergleichen gebildet. Mittels Photolithographie und RIE oder ECR-Ionenätzung wird das Kontaktloch geöffnet, um die n⁺-diffundierte Region 216 zu erreichen.
- (b) Dann wird der Ti-Bodenfilm 107 in dem Kontaktloch unter Anwen dung von DC-Magnetronsputtern abgeschieden. Wenn das Aspektverhält nis des Kontaktlochs hoch ist, kann die Direktivität des Sputterns verbes sert werden durch Vorsehen eines bienenwabenförmigen oder zylindri schen Collimators zwischen dem Sputter-Target und einer abzuscheiden den Probe. Wenn die Temperatur des (100)-Substrats 201 vom n-Typ auf 400°C erhöht wird, wenn das Sputtern unter Verwendung eines solchen Collimators (Collimator-Sputtern) durchgeführt wird, kann eine gute Stu fenabdeckung erzielt werden. Dann wird der TiSi₂-Film 165 durch Silici dationstempern am Boden des Kontaktlochs mit einer IR-Lampe oder der gleichen gebildet.
- (c) In ähnlicher Weise wird der TiN-Film 166 durch Collimator-Sputtern bei einer Substrattemperatur von 400°C gebildet. In anderer Weise kann der TiN-Film 166 durch CVD unter Verwendung von TiCl₄ und NH₃, TDMAT und NH₃ oder dergleichen gebildet werden. Wenn das Kontaktloch ein hohes Aspektverhältnis aufweist, ist CVD bevorzugt, da eine bessere Stufenabdeckung erzielt werden kann. Weiterhin kann der TiN-Film 166 auf der Oberfläche des Ti-Films 107 durch Tempern des Ti-Films 107 in Stickstoff (N₂)-Umgebung, nachdem der Ti-Film 107 gebildet worden ist, gebildet werden. Hierbei kann der Ti-Film 107 durch Austauschen des Ti-Films 107 durch den TiN-Film 166 vollständig eliminiert werden. Der TiN-Film 166 kann ebenso durch reaktives Sputtern in N₂-Atmosphäre oder durch ECR-CVD unter Verwendung von TiCl₄ in N₂-Atmosphäre gebildet werden.
- (d) Dann kann, wenn der TiAl-Film 142 auf dem TiN-Film 166 durch Sputtern unter Verwendung des TiAl-Targets, EB-Verdampfung oder CVD abgeschieden worden ist, der TiAl-Film 142 mit der unter energetischen Gesichtspunkten am meisten stabilen (111)-Orientierung erzielt werden.
- (e) Wenn der Al-Film 113 auf dem TiAl-Film 142 mit (111)-Orientierung abgeschieden wird, kann der Al-Film 113 durch Epitaxialwachstum gebil det werden, so daß er die gleiche (111)-Orientierung wie die des TiAl-Films 142 aufweist, da die Gitterkonstante von Ti nahe der von TiAl ist.
- (f) Wenn danach RIE oder ECR-Ionenätzung unter Verwendung einer Ätzmaske, wie Photoresist, durchgeführt wird, wird die Metall-Zwischen schaltung gemäß der Erfindung fertiggestellt.
Gemäß der in Fig. 10 gezeigten Struktur kann die Elektromigrationsbe
ständigkeit verbessert werden und gleichzeitig kann das Vermögen zur
Verhinderung der Erzeugung eines Legierungsgrübchens auf der Grenz
fläche zwischen der diffundierten Schicht 216 und der Metall-Zwischen
schaltung viel mehr verstärkt werden durch den Zweischichtfilm aus dem
TiN-Film 166 und dem Ti-Film 107. Weiterhin ist das Silicium-Festphas
enepitaxialwachstum auf der Grenzfläche stark unterdrückt. Daher kann
gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung die Metall-Zwischen
schaltungsstruktur mit guter Elektromigrationsbeständigkeit und hoher
Zuverlässigkeit erzielt werden.
Beim Mehrschicht-Zwischenschaltungsfilm, der aus einem Untermetall
film mit hoher Reaktivität gegenüber Al und einem aus Al gebildeten obe
ren Schaltungsmetall besteht, ergibt sich das Problem, daß, wenn die
Dicke des Untermetallfilms 50 nm überschreitet, eine mangelhafte Mor
phologie auf der Oberfläche des Untermetallfilms auftritt und daher der
Grad der (111)-Orientierung des auf dem Untermetallfilm gebildeten
Al-Films herabgesetzt wird. Gemäß der dritten Ausführungsform der Erfin
dung ist es, da der TiAl-Film 142 auf dem Ti/TiN-Film 107/166 gebildet
und dann der Al-Film 113 darauf durch Epitaxialwachstum gebildet wird,
möglich, den Grad der (111)-Orientierung des Al-Films 113 zu verbessern,
selbst wenn ein Ti-Film von beispielsweise 100 nm Dicke als Unterschicht
eingesetzt wird. Daher kann die Dicke des Untermetallfilms in ausreichen
der Weise sichergestellt werden und ein guter ohmscher Kontakt erzielt
werden, selbst wenn der Untermetallfilm, wie Ti-Film, TiN-Film oder der
gleichen als Sperrmetall zwischen Al und Silicium in dem in Fig. 10 ge
zeigten Kontaktbereich angewandt wird.
Selbst bei einem Halbleiterbauelement, bei dem Kontaktlöcher mit hohem
Aspektverhältnis gebildet werden, kann ein Untermetallfilm mit ausrei
chender Dicke auf Bodenbereichen und Seitenwandbereichen der Kon
taktlöcher gebildet werden und ein Aluminiumfilm mit guter (111)-Orien
tierung kann unabhängig von der Dicke des Untermetallfilms auf dem fla
chen Bereich ausgebildet werden.
Fig. 11A zeigt ein Beispiel der Metall-Zwischenschaltung gemäß einer
vierten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 11A ist der Isolierfilm 8
auf dem Halbleitersubstrat 201 gebildet. Als Isolierfilm 8 kann ein Silici
umoxidfilm, PSG-Film, durch CVD gebildeter BPSG-Film, thermischer
Oxidfilm oder SOG-beschichteter Film oder dergleichen oder irgendeine
Kombination dieser Filme verwendet werden. Der Ti-Film (der zweite
Ti-Film) 107 und der TiN-Film 166 sind auf dem Isolierfilm 8 ausgebildet.
Weiterhinist der Ti-Film (der erste Ti-Film) 167 auf dem TiN-Film 166 aus
gebildet und der TiAl-Film 142 mit (111)-Orientierung ist dann auf dem er
sten Ti-Film 167 ausgebildet. Der Al-Film oder Al-Legierungsfilm 113 mit
(111)-Orientierung wird als oberste Schicht ausgebildet. Als Al-Film kann
ein Aluminiumlegierungsfilm einschließlich irgendeines aus Silicium,
Kupfer, Palladium, Titan, Scandium und Bor oder einer Vielzahl dieser
Elemente in einem Anteil von 0, 1 bis 4% verwendet werden.
Wie in Fig. 11A gezeigt, kann unter Verwendung des aus dem zweiten
Ti-Film 107, dem TiN-Film 166 und dem ersten Ti-Film 167 gebildeten Drei
schichtfilms als Unterschichtfilm der TiAl-Film 142 mit (111)-Orientie
rung leicht gebildet werden. Daher kann die Elektromigrationsbeständig
keit des auf dem TiAl-Film 142 gebildeten Al-Films oder Al-Legierungs
films 113 mit hoher (111)-Orientierung verbessert werden und eine Alumi
nium-Zwischenschaltungsstruktur mit hoher Zuverlässigkeit erzielt wer
den. Wenn weiterhin die in Fig. 11A gezeigte Struktur in dem Kontakt
lochbereich ausgebildet wird, können Defekte aufgrund von Legierungs
grübchen, die auf der Grenzfläche zwischen dem Halbleitersubstrat 201
und der Metall-Zwischenschaltung erzeugt werden, sowie Silicium-Fest
phasenepitaxialwachstum durch den Ti-Film 166 reguliert oder unter
drückt werden.
Weiterhin kommt es nicht zu dem Problem, daß eine Obergrenze der Dicke
des Untermetallfilms existiert, welches das Problem bei der herkömmli
chen Methode unter Verwendung eines gegenüber Al hochreaktiven Me
talls als Unterfilm ist. Wenn gemäß Stand der Technik unter Verwendung
eines gegenüber Al hochreaktiven Metalls als Unterfilm die Dicke des Un
termetallfilms 50 nm überschreitet, treten Unregelmäßigkeiten und Rau
higkeiten auf der Oberfläche des Untermetallfilms auf, so daß daher eine
(111)-Orientierung des auf dem Untermetallfilm gebildeten Al-Films ver
ringert ist. Da jedoch gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung
der TiAl-Film auf dem Ti-Film, TiN-Film gebildet ist und dann der Al-Film
darauf durch Epitaxialwachstum gebildet wird, ist es möglich, die
(111)-Orientierung des Al-Films zu verbessern, selbst wenn ein Ti-Film von bei
spielsweise 100 nm Dicke als Unterschicht angewandt wird. Somit kann
eine ausreichende Dicke des Untermetallfilms sichergestellt werden,
selbst wenn der Untermetallfilm als Sperrmetall zwischen Al und Silicium
im Kontaktbereich angewandt wird.
Selbst bei einem Halbleiterbauelement, bei dem Kontaktlöcher mit hohem
Aspektverhältnis gebildet werden, kann der Untermetallfilm mit ausrei
chender Dicke auf Bodenbereichen und Seitenwandbereichen der Kon
taktlöcher gebildet und der Aluminiumfilm mit guter (111)-Orientierung
kann unabhängig von der Dicke des Untermetallfilms auf dem flachen Be
reich ausgebildet werden.
Die Metall-Zwischenschaltung gemäß der vierten Ausführungsform der
Erfindung, wie in Fig. 11A gezeigt, kann wie folgt hergestellt werden.
- (a) Zunächst wird der aus einem SiO₂-Film, PSG-Film, BPSG-Film etc. oder einer Kombination dieser Filme hergestellte Isolierfilm 8 auf dem Halbleitersubstrat 201, wie Si, durch thermische Oxidation, CVD, Sput tern, SOG oder dergleichen gebildet.
- (b) Darin werden der zweite Ti-Film 107 und der TiN-Film 166 gebildet. Nachdem der zweite Ti-Film 107 durch Sputtern, Verdampfen oder derglei chen gebildet worden ist, kann der TiN-Film 166 durch Tempern in Stick stoffatmosphäre, CVD unter Verwendung von TiCl₄ und NH₃, TDMA und NH₃ etc. oder reaktives Sputtern oder ECR-CVD in Stickstoffatmosphäre, gebildet werden. Weiterhin ist es möglich, die Zweischichtstruktur des zweiten Ti-Films 107 und des TiN-Films 166 durch Tempern der Oberflä chenseite des zweiten Ti-Films 107 in Stickstoffatmosphäre zu bilden. Dann wird der erste Ti-Film 167 auf-den TiN-Film 166 ausgebildet.
- (c) Nachfolgend wird der TiAl-Film 142 mit (111)-Orientierung auf dem ersten Ti-Film 167 gebildet und der Aluminiumfilm 113 mit (111)-Orien tierung wird dann auf dem TiAl-Film 142 ausgebildet. Wie bei der zweiten Ausführungsform reagieren bei der Bildung des Al-Films 113 der erste Ti-Film 167 und der Al-Film 113 miteinander durch Erwärmen des Halblei tersubstrats 201, so daß der TiAl-Film 142 auf der Grenzfläche zwischen dem ersten Ti-Film 167 und dem Al-Film 113 bei einer frühen Stufe der Bil dung des Al-Films 113 gebildet wird. Da der so gebildete TiAl-Film 142 (111)-Orientierung aufweist, besitzt der kontinuierlich auf dem TiAl-Film 142 gebildete Al-Film 113 ebenso (111)-Orientierung, da er durch Epitaxi alwachstum gebildet wird.
- (d) Dann wird unter Verwendung einer vorbestimmten Ätzmaske, wie Photoresist, eine Ätzung durch RIE unter Verwendung von BCl₃, SiCl₄/Cl₂, HBr/Cl₂ oder dergleichen durchgeführt, umvorbestimmte Lei tungsführungsmuster auszubilden, wodurch die Metall-Zwischenschal tung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung vervollständigt werden kann.
Bei der vierten Ausführungsform der Erfindung kann durch Regulieren
der Anfangsdicke des ersten Ti-Films 167, der Erhitzungstemperatur des
Halbleitersubstrats 201 bei der Bildung des Al-Films 113 mit (111)-Orien
tierung und der Filmbildungsrate des Al-Films 113 mit (111)-Orientierung
die Dicke des TiAl-Films 142 mit (111)-Orientierung reguliert werden. So
mit kann entweder die Struktur, bei der der erste Ti-Film 167 zwischen
dem TiAl-Film 142 mit (111)-Orientierung und dem TiN-Film 166 belassen
wird, wie in Fig. 11A gezeigt, oder die Struktur, worin der Ti-Film nicht
zwischen dem TiAl-Film 142 mit (111)-Orientierung und dem TiN-Film 166
belassen wird, wie in Fig. 11B gezeigt, ausgewählt werden durch Regulie
ren dieser Parameter als endgültige Struktur.
Bei der in Fig. 11A gezeigten Struktur kann eine wie in Fig. 11C gezeigte
Struktur dadurch gewählt werden, daß der zweite Ti-Film 107 zwischen
dem TiN-Film 166 und dem Isolierfilm 8 ausgelassen werden kann. Weiter
hin kann in der in Fig. 11B gezeigten Struktur das Ziel der vorliegenden
Erfindung durch die in Fig. 11D gezeigte Struktur erreicht werden, worin
der Ti-Film 107 zwischen dem TiN-Film 166 und dem Isolierfilm 8 ausge
lassen werden kann.
Die Fig. 12A bis 12D sind Schnittansichten, welche den MOSFET mit
einer Dreistufen-Aluminium-Zwischenschaltung gemäß einer fünften
Ausführungsform der Erfindung zeigen. In Fig. 12A ist ein n-Schacht 283
auf einem (100)-Siliciumsubstrat 281 vom p-Typ gebildet. Der n-Schacht
283 ist durch den thermischen Oxidfilm 4, der tief ausgebildet ist, um zum
(100)-Siliciumsubstrat 281 vom p-Typ von einer Oberfläche des n-Schach
tes 283 zu gelangen, geräteisoliert. In einer geräteisolierten Region des
n-Schachtes 283, die als aktive Region dient, sind eine p⁺-Sourceregion 287
und eine p⁺-Drainregion 288 ausgebildet. Die aus Polysilicium oder der
gleichen gebildete Gate-Elektrode 205 ist über einer Kanalregion 283 zwi
schen der p⁺-Sourceregion 287 und der p⁺-Drainregion 288 über den Ga
te-Oxidfilm 204 gebildet. Der dünne Oxidfilm 7, der als Post-Oxidfilm be
zeichnet wird, ist auf der Oberfläche der Polysilicium-Gate-Elektrode 205
ausgebildet. Die p⁺-Sourceregion 287 und die p⁺-Drainregion 288 sind
durch Dotieren einer Verunreinigung vom p-Typ, wie B, mit einer hohen
Verunreinigungskonzentration von etwa 6×10¹⁸ bis 1×10²¹ cm-3 gebil
det.
Ein erster Zwischenschicht-Isolierfilm 8, wie SiO₂-Film, PSG-Film,
BPSG-Film oder ein Verbundfilm daraus, ist über der p⁺-Sourceregion 287, der
p⁺-Drainregion 288 und der Polysilicium-Gate-Elektrode 205 gebildet. Er
ste Kontaktlöcher sind in dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 8 ausge
bildet, um die p⁺-Sourceregion 287 bzw. die p⁺-Drainregion 288 zu errei
chen. Eine Erststufen-Metall-Zwischenschaltungsschicht (eine erste Me
tallschicht), bestehend aus einem TiN-Film 166, einem TiAl-Film 142, ei
nem Al-Cu-Si-Film 113, ist über die ersten Kontaktlöcher ausgebildet. Der
TiAl-Film 142 und der Al-Cu-Si-Film 113 besitzen eine hohe (111)-Orien
tierung. Ein zweiter Zwischenschicht-Isolierfilm 488, wie ein SiO₂-Film,
PSG-Film, BPSG-Film oder dergleichen, ist auf der ersten Metallschicht
166/142/113 ausgebildet. Eine Zweitstufen-Metall-Zwischenschal
tungsschicht (eine zweite Metallschicht), bestehend aus einem TiN-Film
566, einem TiAl-Film 542, einem Al-Si-Film 513, ist über ein zweites Kon
taktloch, das in dem zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 488 ausgebildet
ist, gebildet. Ein dritter Zwischenschicht-Isolierfilm 489, wie ein SiO₂-
Film, PSG-Film, BPSG-Film, Si₃N₄-Film oder dergleichen, ist auf der zwei
ten Metallschicht 566/542/513 gebildet. Eine Drittstufen-Metall-Zwi
schenschaltungsschicht (eine dritte Metallschicht), bestehend aus einem
TiN-Film 766, einem TiAl-Film 742, einem Al-Si-Film 713, ist überein drit
tes Kontaktloch, das in dem dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 489 aus
gebildet ist, gebildet. Ein letzter Passivierungsfilm 491, wie ein SiO₂-Film,
PSG-Film, BPSG-Film, Si₃N₄-Film, Polyimidfilm oder dergleichen, ist auf
der dritten Metallschicht 766/742/713 ausgebildet. Ein Teil der dritten
Metallschicht 766/742/713, die in einem Öffnungsbereich, welcher in
dem letzten Passivierungsfilm 491 gebildet ist, freiliegt, wird als Bindekis
senregion (bonding pad region) 999 verwendet.
Wie in Fig. 12A gezeigt, können, wenn die TiN-Filme 166, 566, 766 als
Unterschicht verwendet werden, die TiAl-Filme 142, 542, 742 mit
(111)-Orientierung leicht gebildet werden. Demzufolge kann die Elektromigra
tionsbeständigkeit der aus den Al-Legierungsfilmen 113, 513, 713 mit ho
her (111)-Orientierung gebildeten Metall-Zwischenschaltungen verbes
sert werden, so daß eine Mehrstufen-Metall-Zwischenschaltungsstruktur
mit hoher Zuverlässigkeit erzielt werden kann. Obwohl die erste Metall
schicht auf dem ersten Kontaktlochbereich, welcher direkt die Silicium
schicht berührt, gebildet ist, können insbesondere Defekte aufgrund von
Legierungsgrübchen, die auf der Grenzfläche zwischen der ersten Metall
schicht und den p⁺-Source/Drain-Regionen 287, 288 erzeugt werden, so
wie das Silicium-Festphasenepitaxialwachstum durch den TiN-Film 166
reguliert werden.
Weiterhin kommt es nicht zu dem Problem, daß eine Obergrenze hinsicht
lich der Dicke des Untermetallfilms vorliegt, was das Problem beim Verfah
ren unter Verwendung eines gegenüber Al hochreaktiven Metalls als Un
terfilm ist. Beim Verfahren der Verwendung eines gegenüber Al hochreak
tiven Metalls als Unterfilm treten, wenn die Dicke des Untermetallfilms 50
nm überschreitet, Rauhigkeiten auf der Oberfläche des Untermetallfilms
auf, so daß daher der Grad der (111)-Orientierung des auf dem Unterme
tallfilm gebildeten Al-Films herabgesetzt ist. Gemäß der fünften Ausfüh
rungsform der Erfindung ist es jedoch möglich, da der TiAl-Film 142 mit
(111)-Orientierung auf dem TiN-Film 166 als Unterschicht gebildet ist und
dann der Al-Film 113 durch Epitaxie darauf ausgebildet wird, den Grad
der (111)-Orientierung des Al-Films zu verbessern, selbst wenn ein Ti-Film
von beispielsweise 100 nm Dicke als Unterschicht eingesetzt wird. Daher
kann selbst bei Anwendung des TiN-Films 166 als Sperrmetall in dem
Source/Drain-Kontaktbereich des MOSFET, die Dicke des Untermetall
films in ausreichender Weise sichergestellt werden, so daß eine gute ohm
sche Kontakteigenschaft erzielt werden kann.
Wenn die zweiten und dritten Kontaktlöcher mit hohen Aspektverhältnis
sen zwischen der zweiten Metallschicht-Zwischenschaltung und der er
sten Metallschicht, zwischen der dritten Metallschicht und der zweiten
Metallschicht oder dergleichen vorliegen, kann ein Untermetallfilm mit
ausreichender Dicke auf den Bodenbereichen und Seitenwandbereichen
der Kontaktlöcher ausgebildet werden, und es kann ein Aluminiumfilm
mit starker (111)-Orientierung unabhängig von der Dicke des Unterme
tallfilms auf dem flachen Bereich gebildet werden.
Die erste Metallschicht, zweite Metallschicht und dritte Metallschicht sind
nicht auf die in Fig. 12A gezeigte fünfte Ausführungsform der Erfindung
beschränkt, sondern es können zahlreiche Zwischenschaltungsstruktu
ren, welche im Zusammenhang mit den vorangehenden Ausführungsfor
m erläutert worden sind, angewandt werden.
Fig. 12B zeigt ein weiteres Beispiel der Struktur gemäß der fünften Aus
führungsform der Erfindung. In der ersten Metallschicht ist der Al-Cu-Si-
Film 113 so ausgebildet, daß er zwischen dem TiAl-Film 142 und dem
TiN-Film 166 eingefügt ist. In der zweiten Metallschicht ist der Al-Si-Film 513
so ausgebildet, daß er zwischen den TiAl-Filmen 542 liegt. Gemäß einer
solchen Sandwichstruktur kann die Elektromigrationsbeständigkeit noch
weiter verbessert werden, so daß daher ein Halbleiterbauelement mit
Mehrstufen-Zwischenschaltung mit hoher Zuverlässigkeit erzielt werden
kann.
Die Fig. 12C und 12D zeigen weitere Beispiele der Struktur gemäß der
fünften Ausführungsform der Erfindung. In den Fig. 12C und 12D ist
eine aus W, WSi₂, dotiertem Polysilicium oder dergleichen gebildete
Pfropfelektrode 931 ausgebildet, um die zweite Metallschicht mit der er
sten Metallschicht zu verbinden, und eine Pfropfelektrode 932 ist ebenso
ausgebildet, um die dritte Metallschicht mit der zweiten Metallschicht zu
verbinden. Gemäß den Strukturen in den Fig. 12C und 12D kann
selbst bei Verwendung von gegenüber Al oder einer Aluminiumlegierung
hochreaktiven Metallmaterialien als Elektrodenmaterial für die Pfropf
elektrode eine Zwischenschaltung zwischen den Metallschichten mit ho
her Zuverlässigkeit erreicht werden.
Claims (9)
1. Halbleiterbauelement mit einer auf einem Isolierfilm gebildeten Zwi
schenschaltung, wobei die Zwischenschaltung
- (a) einen Titan-Aluminium-Film mit (111)-Orientierung; und
- (b) einen auf dem Titan-Aluminium-Film gebildeten Aluminiumfilm oder Aluminiumlegierungsfilm mit (111)-Orientierung umfaßt.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschal
tung weiterhin
einen zwischen dem Isolierfilm und dem Titan-Aluminium-Film ge
bildeten Titanfilm umfaßt.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschal
tung weiterhin
einen zwischen dem Isolierfilm und dem Titan-Aluminium-Film ge
bildeten Titannitridfilm oder einen aus einem Titannitridfilm und einem
Titanfilm bestehenden Zweischichtfilm umfaßt.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschal
tung weiterhin
einen zwischen dem Titan-Aluminium-Film und dem Isolierfilm ge
bildeten Titannitridfilm oder einen aus einem Titannitridfilm und einem
zweiten Titanfilm unter dem Titannitridfilm bestehenden Zweischichtfilm
umfaßt.
5. Halbleiterbauelement mit einer Elektrode, wobei die Elektrode
- (a) eine auf einer Halbleiterregion gebildete Sperrschicht, die entwe der einen Titannitridfilm oder einen aus einem Titannitridfilm und einem Boden-Titanfilm bestehenden Zweischichtfilm beinhaltet;
- (b) einen auf der Sperrschicht gebildeten Titan-Aluminium-Film mit (111)-Orientierung; und
- (c) einen auf dem Titan-Aluminium-Film gebildeten Aluminiumlegie rungsfilm mit (111)-Orientierung umfaßt.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, wobei die Elektrode weiter
hin
einen zwischen dem Titan-Aluminium-Film und der Sperrschicht ge
bildeten Titanzwischenfilm umfaßt.
7. Verfahren zur Herstellung einer Zwischenschaltung für ein Halblei
terbauelement, umfassend die Schritte:
- (a) Bilden eines Isolierfilms auf einem Halbleitersubstrat;
- (b) Bilden eines Titan-Aluminium-Films mit (111)-Orientierung auf dem Isolierfilm direkt oder über einen Titanfilm; und
- (c) Bilden entweder eines Aluminiumfilms oder eines Aluminiumle gierungsfilms mit (111)-Orientierung auf dem Titan-Aluminium-Film durch Epitaxialwachstum.
8. Verfahren zur Herstellung einer Zwischenschaltung für ein Halblei
terbauelement, umfassend die Schritte:
- (a) Bilden eines Isolierfilms auf einem Halbleitersubstrat;
- (b) Bilden eines Titanfilms auf dem Isolierfilm;
- (c) Bilden eines Aluminiumfilms auf dem Titanfilm bei einer Sub strattemperatur von mehr als 260°C, um so den Titanfilm mit dem Alumi nium zu legieren, wodurch ein Titan-Aluminium-Film mit (111)-Orientie rung gebildet wird; und
- (d) Bilden eines Aluminiumfilms oder eines Aluminiumlegierungs films mit (111)-Orientierung auf dem Titan-Aluminium-Film durch Epita xialwachstum.
9. Verfahren zur Herstellung einer Zwischenschaltung für ein Halblei
terbauelement, umfassend die Schritte:
- (a) Bilden eines Isolierfilms auf einem Halbleitersubstrat;
- (b) Bilden eines Titannitridfilms oder eines aus einem Titannitridfilm und einem Titanfilm bestehenden Zweischichtfilms auf dem Isolierfilm;
- (c) Bilden eines Titan-Aluminium-Films mit (111)-Orientierung auf dem Titannitridfilm oder dem Zweischichtfilm; und
- (d) Bilden eines Aluminiumfilms oder eines Aluminiumlegierungs films mit (111)-Orientierung auf dem Titan-Aluminium-Film mittels Epi taxialwachstum.
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