DE2943150A1

DE2943150A1 - Verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE2943150A1
Application number: DE19792943150
Authority: DE
Inventors: Yasunobu Kosa; Tatsumi Shirasu; Yukio Tanigaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-10-25
Filing date: 1979-10-25
Publication date: 1980-05-08

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, insbesondere einer Halbleitervorrichtung des MIS-(Metal-Insulator-Semiconuuctor, Metall-Isolator-Halbleiter)-Typs.
Eine MIS-Halbleitervorrichtung, deren Gate-Elektrode aus einem polykristallinen Siliziumfilm besteht, ist bekannt.
Da bei einer solchen Vorrichtung die Fremdstoffdiffusion unter Verwendung der Gate-Elektrode als Maske durchgeführt ist, ist eine Selbstausrichtung einer Diffusionsschicht auf die Gate-Elektrode möglich. Die Vorrichtung ist daher zur Gewinnung einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung hoher Packungsdichte geeignet.
Andererseits besteht seit einigen Jahren ein Bedarf nach einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung mit hoher Packungsdichte und schneller Schaltcharakteristik.
Bei Verwendung eines polykristallinen Siliziumfilms als Verdrahtungsschicht in der MIS-Halbleitervorrichtung obigen Aufbaus ergab sich das Problem, daß sich schnelle Schaltcharakteristiken wegen des hohen Verdrahtungswiderstandes nicht erzielen ließen.
Zur Lösung dieses Problems wurde neuerdings in Betracht gezogen, anstelle von polykristallinem Silizium ein der Selbstausrichtung fähiges hochschmelzendes Metall, wie Molybdän (Mo) oder Wolfram (W), als Gate-Elektrode und Verdrahtungsschicht zu verwenden.
Bei Verwendung einer MIS-Halbleitervorrichtung, deren Gate-Elektrode aus Molybdän oder dergleichen besteht, hat sich jedoch ein neues Problem ergeben. Dieses Problem besteht darin, daß bei einer Wärmebehandlung zur Ausbildung von Source- und Drain-Bereichen das Molybdän sehr schnell oxidiert und das Oxid abdampft. Molybdän oxidiert zwar kaum bei Normaltemperatur, mit Einbringen von Sauerstoff in einen eine elektrische Widerstandsbeheizung enthaltenden elektrischen Ofen während der Wärmebehandlung oxidiert es jedoch abrupt. Daher war es unmöglich, solche MIS-Halbleitervorrichtungen mit stabilen Eigenschaften herzustellen.
Die Erfindung wurde im Hinblick auf eine Lösung dieses Problems und zur Schaffung von Halbleitervorrichtungen hoher Packungsdichte gemacht.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung hoher Packungsdichte.
Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit guten Schalteigenschaften.
Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit stabilen Eigenschaften.
Hierzu schlägt die Erfindung vor, daß die Oberfläche eines Halbleitersubstrats mit einem Fremdstoff unter Verwendung eines Leiterfilms aus einem hochschmelzenden Metallmaterial, wie Wolfram oder Molybdän, als Maske dotiert wird und daß das Substrat in einem Zustand wärmebehandelt wird, in dem der Leiterfilm durch einen Schutzfilm abgedeckt ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind Fign. Schnittansichten, die eine Ausführungsform des er-1 bis 5 findungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung zeigen, Fign. Schnittansichten, die eine weitere Ausführungs-6 bis 11 form des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zeigen, Fig. 12 eine Schnittansicht einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtung, Fig. 13 eine Draufsicht der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtung, Fign. 14 Schnittansichten, die die Herstellung der in bis 18 Fig. 12 dargestellten Halbleitervorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen, Fig. 19 ein Schaltbild einer Speicherzelle innerhalb eines statischen Random-Access-Speichers des Anreicherungs/Verarmungs- (E/D-) Typs, Fig. 20 eine Draufsicht einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung, die die Speicherzellenschaltung der Fig. 19 bildet, Fig. 21 eine Schnittansicht einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung, die einen Schnittaufbau längs Linie A-A der Fig. 20 wiedergibt, Fig. 22 eine Schnittansicht einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung, die einen Schnittaufbau längs Linie B-B der Fig. 20 wiedergibt,.
Fign. 23 Schnittansichten, die eine weitere Ausführungsbis 30 form des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zeigen, Fig. 31 ein Schaltbild einer weiteren statischen Speicherzelle, Fig. 32 eine Draufsicht einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung, die die Speicherzellenschaltung der Fig. 31 bildet, Fign. 33 Schnittansichten, die die Herstellung bis 39 der in Fig. 32 dargestellten integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigen, Fign. 40 Schnittansichten, die die Herstellung bis 47 einer dynamischen MOS-Speicherschaltungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfung zeigen, Fig. 48 eine schematische Darstellung eines 64 K dynamischen Speichers, Fig. 49 ein Schaltbild von dynamischen Speicherzellen, Fig. 50 eine Draufsicht einer dynamischen 64 K MOS-Speicherschaltungsvorrichtung, und Fign. 51 Schnittansichten, die die Herstellung bis 55 für eine dynamische MOS-Speicherschaltungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung zeigen.
Ausführungsform 1 Diese Ausführungsform wird anhand der Fign. 1 bis 5 beschrieben.
(1) Als Ausgangsmaterial wird eine P-Siliziumeinkristallscheibe (Substrat) 1 mit (100)-Kristallebene hergestellt, auf der ein Feld-Siliziumoxidfilm 2 mit einer Dicke von 1,0 bis 1,5 ßm auf ausgewählten Bereichen der Oberfläche der Einkristallscheibe (hafer) 1 und ein Gate-Siliziumoxidfilm 3 mit einer Dicke von 100 nm auf der Oberfläche der Einkristallscheibe 1 im aktiven Bereich einer Vorrichtung ausgebildet werden (Fig. 1). Der Leitungstyp der Einkristallscheibe 1 kann ebensogut auch der N-Typ sein, bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird jedoch eine P-Siliziumeinkristallscheibe 1 verwendet, weil N-Kanal-Mis-Vorrichtungen die hauptsächlichen Vorrichtungen sind.
(2) Ein polykristalliner Siliziumfilm 4 mit einer Dicke von 50 nm bis 150 nm, vorzugsweise 50 nm, wird auf der gesamten Oberfläche der den Feld-Siliziumoxidfilm 2 sowie den Gate-Siliziumoxidfilm 3 enthaltenden Einkristallscheibe 1 ausgebildet. Nachfolgend wird zur Gewinnung eines polykristallinen Siliziumfilms niedrigen spezifischen Widerstands ein Fremdstoff, wie etwa Phosphor (P), in den polykristallinen Siliziumfilm 4 eindiffundiert. Die Fremdstoffdiffusion kann auch weggelassen werden, indem ein polykristalliner Siliziumfilm niedrigen spezifischen Widerstands, der dotierter polykristalliner Siliziumfilm genannt wird, hergestellt wird. Der polykristalline Siliziumfilm 4 wird ausgebildet, weil es hinsichtlich ein gleich zu erwähnenden Molybdänfilms schwierig ist, diesen direkt mit dem Gate-Siliziumoxidfilm 3 zu verbinden. Nachfolgend wird dieser Molybdän-(Mo-)Film 5, der 50 nm bis 150 nm, vorzugsweise 150 nm, dick ist auf der gesamten Oberfläche des polykristallinen Siliziumfilms 4 beispiels- weise mittels der Zerstäubungstechnik (Sputtern) aufgebracht.
Ferner wird ein polykristalliner Siliziumfilm 6 mit einer Dicke zwischen 50 nm und 150 nm, vorzugsweise 50 nm, auf der gesamten Oberfläche des Molybdänfilms 5 ebenfalls beispielsweise nach der Zerstäubungstechnik aufgebracht. Ein alternatives Verfahren zur Ausbildung der polykristallinen Siliziumfilne 4 und 6 ist die thermische Zersetzung von Monosilan (SiH4). In diesem Fall werden die polykristallinen Siliziumfilme 4 und 6 in einer Atmosphäre von N2 und bei eimrWärmebehandlungstemperatur von 6000 C ausgebildet. Danach werden ein Gate-Elektrodenmuster bei 4, 5 und 6 und, falls nötig, ein Verdrahtungsmuster bei 4a, 5a und 6a unter Heranziehung der bekannten Photolitlwoaraphietech nik ausgebildet. Nachfolgend werden Ionen eines N-Fremdstoffes, wie etwa Arsen (As) und Phosphor (P), in die gesamte Oberfläche implanticrt. Als Ergebnis werden ionenimplantierte Schichten S1 und D1 in denjenigen Teilen der Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 1 ausgebildet, die nicht durch das Gate-Elektrodenmuster bei 4, 5 und 6 oder den Feld-Siliziumoxidfilm 2 abgedeckt sind (Fig. 2).
(3) Ein Phosphosilikatglas-(PSG-)Film 7 mit einer Dicke von 600 nm wird als Zwischenschicht-Isolationsfilm auf der gesamten Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 1 beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ausgebildet. Dieser PSG-Film 7 wird durch die Reaktion von SiH4, O2 und PH3 in einem elektrischen Ofen einer N2-Atr.re sphärebei 4000 C ausgebildet (Fig. 3).
(4) Nachfolgend wird die Siliziumeinkristallscheibe 1 bei ungefähr 10000 C in einer N2-Atmosphäre über 10 bis 20 Minuten wärmebehandelt, um den Arsen- oder Phosphor-Fremdstoff in den ionenimplantierten Schichten und D1 zu aktivieren. Als Ergebnis werden eine N + -Source-Schicht 8 und eine N+-Drain-Schicht 9 ausgebildet (Fig. 4).
Beispielsweise betrugen, wenn der Fremdstoff Arsen war, die Tiefen der Source-Schicht 8 und der Drain-Schicht 9 0,4 #m, während, wenn Phosphor der Fremdstoff war, die Tiefen der Schichten 0,7 Am betrugen.
(5) Unter Verwendung der bekannten Photolithographietechnik werden Kontaktfenster 10 und 11 auf den Source-und Drain-Schichten 8 und 9 und ein Kontaktfenster 12 für die Mehrschichtverbindung vorgesehen. Nachfolgend wird ein Aluminiumfilm 13 auf der gesamten Oberfläche des PSG-Films 7 beispielsweise durch Vakuumaufdampfen ausgebildet. Danach werden die jeweiligen Elektrodenmuster nach der bekannten Photolithographietechnik ausgebildet (Fig. 5).
Nach dieser Ausführungsform sind während der Wärmebehandlung zur Ausbildung der Source-Schicht 8 und der Drain-Schicht 9 die Oberflächen der Molybdänfilme 5 und 5a, die das metallische Gate-Material darstellen, vollständig durch den polykristallinen Siliziumfilm 6 und den als Zwischenschicht-Isolationsfilm dienenden PSG-Films 7 abgedeckt. D.h., die oberen Flächen (Hauptflächen) der Molybdänfilme 5 und 5a sind durch die polykristalline Siliziumschicht 6 bzw. polykristalline Siliziumschicht 6a abgedeckt, während die Seitenflächen der Molybdänfilme 5 und 5a durch den PSG-Film 7 abgedeckt sind. Dementsprechend wird das Molybdän bei der Wärmebehandlung zur Ausbildung der Source-Schicht 8 und Drain-Schicht 9 nicht oxidiert.
Im folgenden werden die Gründe aufgeführt, warum die Oberflächen der &4blybdnfi1rt# 5 und 5a nicht oxidiert werden, wern ihre oberen Flächen mit dem polykristallinen Siliziumfilm 6 und ihre Seitenflächen mit dem PSG-Film 7 abgedeckt werden.
Wie oben ausgeführt, wird der polykristalline Siliziumfilm 6 durch Elektrodenzerstäubung oder die thermische Zersetzung von Monosilan unter Erwärmung der Siliziumeinkristallscheibe in einer N2-Atmosphäre, die eine inaktive Atmosphäre darstellt, ausgebildet. Dementsprechend werden die Oberflächen der Molybdänfilme 5 und 5a nicht oxidiert.
Der PSG-Film 7 wird unter einer N2-Atmosphäre hergestellt. Dementsprechend werden auch die Seitenflächen der Molybdänfilme 5 und 5a nicht oxidiert.
Zusätzlich sind nach dieser Ausfü#ungsfonn die oberen Flächen der Molybdänfilme 5 und 5a durch die polykristallinen Siliziumfilme 6 bzw. 6a abgedeckt. Wie in Fig. 5 dargestellt, wird daher über den polykristallinen Siliziumfilm 6a ein vollkommener Kontakt zwischen dem Molybdänfilm 5a und dem auf dem PSG-Film 7 allsgebildeten Aluminiumfilm 13 hergestellt bzw. ausgebildet.
Als Folge des vorstehenden läßt sich eine MIS-Halbleitervorrichtung mit einem Metall-Gate aus Molybdän (Mo) oder dergleichen herstellen, die ebenso stabil wie eine Siliziumgate-MIS-Halbleitervorrichtung ist. Darüber hinaus läßt sich, da auf Molybdän basierende niederohmige Gate-Elektroden- und Verdrahtungsmuster ausgebildet werden, eine MIS-Halbleitervorrichtung herstellen, die bessere Schaltcharakteristiken als die Siliziumgate-MIS-Halbleitervorrichtung hat.
Diese Ausführungsform läßt sich auch auf das Herstellungsverfahren einer Metallgate-MIS-Halbleitervorrichtung anwenden,die ein von Molybdän (Mo) verschiedenes refraktäres Material, wie Wolfram (W), Titan (Ti) oder Chrom (Cr), verwendet.
Ausführungsform 2 Diese Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Fign.
6 bis 11 beschrieben.
(1) Als Ausgangsmaterial wird eine P-Siliziumeinkristallscheibe (Substrat) 11 mit einer (100) -Kristallebene hergestellt, bei der ein Feld-Siliziumoxidfilm 12 mit einer Dicke von 1,0 bis 1,5 ßm auf ausgewählten Bereichen der Oberfläche der Einkristallscheibe und ein Gate-Siliziumoxidfilm 13 mit einer Dicke von 100 nm auf der Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 11 im aktiven Bereich einer Vorrichtung ausgebildet werden (Fig. 6).
Dieser Aufbau läßt sich mit bekannten Techniken herstellen. Der Leitungstyp der Einkristallscheibe 11 kann ebensogut auch der N-Typ sein, es wird aber bei der vorliegenden Ausführungsform eine P-Siliziumeinkristallscheibe 11 verwendet, weil N-Kanal-MIS-Vorrichtungen die hauptsächlichen Vorrichtungen sind.
(2) Ein polykristalliner Siliziumfilm 14 mit einer Dicke zwischen 50 nm und 150 nm, vorzugsweise 50 nm, wird auf der gesamten Oberfläche der den Feld-Siliziumoxidfilm 12 sowie den Gate-Siliziumoxidfilm 13 aufweisenden Siliziumeinkristallscheibe 11 ausgebildet. Nachfolgend wird zur Gewinnung eines polykristallinen Siliziumfilms mit niedrigem spezifischen Widerstand ein Fremdstoff, wie etwa Phosphor (P),in den polykristallinen Siliziumfilm 14 eindiffundiert. Diese Fremdstoffdiffusion kann durch Ausbilden eines polykristallinen Siliziumfilms mit niedrigem spezifischen Widerstand, der dotierter polykristalliner Siliziumfilm genannt wird, auch weggelassen werden.
Nachfolgend wird ein Molybdän-(Mo-)Film 15 mit einer Dicke von 50 nm bis 150 nm, vorzugsweise 50 nm, auf der gesamten Oberfläche des polykristallinen Siliziumfilms 14 beispielsweise nach dem Elektrodenzerstäubungsverfahren (Sputtern) aufgebracht. Ferner wird ein polykristalliner Siliziumfilm 16 mit einer Dicke von 50 nm bis 150 nm, vorzugsweise 50 nm, auf der gesamten Oberfläche des Molyb- dänfilms 15 beispielsweise ebenfalls nach dem Zerstäubungsverfahren ausgebildet. Danach werden ein Gate-Elektrodenmuster bei 14, 15 und 16 und, falls nötig, ein Verdrahtungsmuster bei 14a, 15a und 16a durch die Verwendung der bekannten Photolithographietechnikausgebildet. Nachfolgend werden Ionen eines N-Fremdstoffes, wie etwa Phosphor (P), in die gesamte Oberfläche implantiert Als Folge werden ionenimplantierte Schichten S2 und D2 in denjenigen Teilen der Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 11 ausgebildet, die nicht durch das Gate-Elektrodenmuster bei 14, 15 und 16 oder den Feld-Siliziumoxidfilm 12 abgedeckt sind (Fig. 7).
(3) Ein Phosphosilikatglas-(PSG-)Film17 wird wie bei vorstehender Ausführungsform 1 auf der gesamten Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 11 durch chemische Gasphasenabscheidung ausgebildet. Danach wird die Siliziumeinkristallscheibe 11 bei ungefähr 10000 C unter einer N2 Atmosphäre über 10 bis 20 Minuten wärmebehandelt, um den Phosphorfremdstoff in den ionenimplantierten Schichten und D2 zu aktivieren. Als Ergebnis werden eine N -Source-Schicht 18 und eine N+ -Drain-Schicht 19 mit einer Tiefe von 0,7 zm ausgebildet (Fig. 8).
(4) Unter Verwendung der bekannten Photolithographietechnik werden Kontaktfenster 110 und 111 auf der Source-und der Drain-Schicht 18 und 19 und ein Kontaktfenster 112 für die Mehrschichtverbindung vorgesehen (Fig. 9).
(5) Ein polykristalliner Siliziumfilm 113 mit einer Dicke von 50 nm wird auf der gesamten Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 11 beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung ausgebildet. D.h., Monosilan (SiH4) wird in einem elektrischen Ofen bei ungefähr 6000 C in einer N -Atmosphäre thermisch zersetzt, so daß Sili-2 zium auf der Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 11 abgeschieden wird. Ein Fremdstoff, wie etwa Phosphor, wird durch den polykristallinen Siliziumfilm 113 in die Source-und die Drain-Schicht 18 und 19 eindiffundiert, um die Source- und Drain-Schicht 18 und 19 direkt unter den entsprechenden Kontaktfenstern 110 und 111 zu v#rtiefen (Fig. 10). Zu diesem Zweck ist die Verwendung eines Verfahrens gestattet, nach welchem ein dotierter polykristalliner Siliziumfilm, der einen Fremdstoff, wie etwa Phosphor, enthält, vorab abgeschieden wird und der Fremdstoff aus dem polykristallinen Siliziumfilm durch eine nachfolgende Wärmebehandlung in die Source- und Drainschichten 18 und 19 eindiffundiert wird.
(6) Ein Aluminiumfilm 114 wird auf der gesamten Oberfläche des polykristallinen Siliziumfilms 113 beispielsweise durch Vakuumaufdampfen ausgebildet. Unter Verwendung der bekannten Photolithographie werden entsprechende Elektrodenruster ausgebildet.
Nachfolgend wird unter Verwendung des Aluminiumelektrodenmusters 114 als Maske der darunter liegende polykristalline Siliziumfilm 113 selektiv entfernt (Fig. 11).
Selbst wenn das Kontaktfenster 112 in der in Fig. 9 gezeigten Weise ausgebildet und die Seitenfläche des Molybdänfilms 15a, der einen Teil des Verbindungselektrodenmusters darstellt, wegen ungenauer Maskenausrichtung freigelegt worden ist, ist nach dieser Ausführungsform die Seitenfläche des Molybdänfilms 15a immer noch vollständig durch den polykristallinen Siliziumfilm 113 abgedeckt. Danach wird eine Wärmebehandlung etwa ein Diffusionsschritt, durchgeführt. Dementsprechend wird das Molybdän durch die Wärmebehandlung, wie diesen Diffusionsschritt,nicht oxidiert.
Zusätzlich werden nach dieser Ausführungsform die Source-Schicht 18 und die Drain-Schicht 19 unter den entsprechenden Kontaktfenstern 110 bzw. 111 tiefer ausgebildet.
Wie in Fig. 11 dargestellt, endet dementsprechend der Endteil J1 eines pn-Ubergangszwischen der Siliziumeinkristallscheibe 11 und der Drain-Schicht 19 an einer solchen Stelle des Feld-Siliziumoxidfilms 12, die ausreichend weit von der Oberfläche der Drain-Schicht 19 entfernt ist. Als Ergebnis wird selbst, wenn der über den Source- und Drain-Schichten 18 und 19 liegende polykristalline Siliziumfilm 113 entfernt und der Aluminiumfilm 114 direkt auf den Oberflächen der Source- und Drain-Schichten 18 und 19 abgeschieden wird, die Drain-Schicht 19 nicht kurzgeschlossen und durch die Aluminiumschicht 114 mit der Siliziumeinkristallscheibe 11 verbunden.
Ferner ist bei einer Elektrodenstruktur, bei der, wie nach dieser Ausführungsform, der polykristalline Siliziumfilm 113 über der Source- und der Drain-Schicht 18 und 19 liegt, das wechselseitige Sintern zwischen der Aluminiumschicht 114 und dem Silizium der Source-und Drain-Schichten 18 und 19 unterdrückt. Nur das wechselseitige Sintern zwischen der Aluminiumschicht 114 und dem polykristallinen Siliziumfilm 113 tritt auf. Als Folge davon ist verhindert, daß der pn-Übergang unter Kurzschließen der Drain-Schicht 19 und der Siliziumeinkristallscheibe 11 zerstört wird.
Wie Ausführungsform 1 ist die gerade beschriebene Ausführungsform auch als Herstellungsverfahren für eine Metallgate-MIS-Halbleitervorrichtung geeignet, die von Molybdän (Mo) verschiedene refraktäre Materialien, wie Wolfram (W), Titan (Ti) oder Chrom (Cr), verwendet.
Ausführungsform 3 Fig. 12 ist ein Schnittaufbau einer MIS-Halbleitervorrichtung, die nach dem im folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Ein Gate-Siliziumoxidfilm 22 wird auf der Oberfläche beispielsweise eines P-Siliziumsubstrats 21 ausgebildet. Ein einen N-Fremdstoff enthaltender polykristalliner Siliziumfilm 23 wird auf dem Gate-Siliziumoxidfilm 22 ausgebildet, darauf ein Molybdänfilm 24 und wiederum darauf ein polykristalliner Siliziumfilm 25.
Außerhalb des vom Gate-Siliziumoxidfilm 22 abgedeckten Teils werden eine Source-Schicht 26 und eine Drain-Schicht 27 des N-Typs durch Eindiffusion eines N-Fremdstoffes ausgebildet. In dem Teil, in dem das Siliziumsubstrat 21 und der den N-Fremdstoff enthaltende polykristalline Siliziumfilm 23 in direktem Kontakt liegen, wird ein N-Bereich 28 durch Eindiffusion des in polykristallinen Film 23 enthaltenen Fremdstoffsausgebildet. Über den polykristallinen Siliziumfilm 25 und die Source-Schicht 26 sowie die Drain-Schicht 27 wird zur Oberflächenpassivierung eine Phosphosilikatglas-(pSC-)Schicht 29 gelegt, über die ihrerseits eine Source-Elektrode 210 und eine Drain-Elektrode 211 gelegt werden, die entsprechend mit der Source-Schicht 26 bzw. der Drain-Schicht 27 verbunden sind.
Fig. 13 ist eine Fig. 12 entsprechende Draufsicht.
D.h., Fig. 12 zeigt einen Schnitt längs A-A' in Fig. 13.
Im folgenden wird das Herstellungsverfahren für eine MIS-Halbleitervorrichtung eines solchen Aufbaus unter Bezugnahme auf die Fign. 14 bis 18 beschrieben.
(1) Es wird eine p-Siliziumeinkristallscheibe (Substrat) 21 mit (100)-Kristallebene hergestellt. Ein (nicht gezeigter)Feld-Oxidfilm mit einer Dicke von 0,5 bis 1,0 ßm wird auf denjenigen Teilen der Hauptfläche der Einkristallscheibe ausgebildet, die nicht einem Bereich zur Ausbildung eines Transistors darin entsprechen. Danach wird ein Teil des Feld-Oxidfilmsselektiv entfernt und die so freigelegte Oberfläche des P-Siliziumsubstrats 21 in einer oxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt. Auf diese Weise wird ein Gate-Oxidfilm 22, der ungefähr 60 bis 130 nm dick ist, auf der freigelegten Oberfläche ausgebildet.
Unter Verwendung der bekannten Photolithographietechnik wird ein Teil des Gate-Oxidfilms 22 geätzt und entfernt (Fig. 14).
(2) Auf dem P-Siliziumsubstrat 21, dessen Oberfläche bearbeitet worden ist, wird ein polykristalliner Siliziumfilm 23, der einen N-Fremdstoff (beispielsweise As, P oder dergleichen) enthält und ungefähr 50 nm bis 150 nm, vorzugsweise 50 nm, dick ist beispielsweise durch herkömmliche chemische Gasphasenabscheidung (CVD) auf dem Gate-Oxidfilm 22 und dem Substrat 21 ausgebildet. Danach wird ein Molybdänfilm 24, der ungefähr 50 nm bis 150 nm, vorzugsweise 150 nm, dick ist, auf dem polykristallinen Siliziumfilm 23 beispielsweise nach der Zerstäubungstechnik (Sputtern) aufgebracht. Ferner wird ein polykristalliner Siliziumfilm 25, der ungefähr 50 nm bis 100 nm, vorzugsweise 50 nm, dick ist, kontinuierlich bzw. stetig, d.
h., ohne Unterbrechung, auf dem Molybdänfilm 24 nach der Zerstäubungstechnik aufgebracht. Durch dieses ununterbrochene Ausbilden des Molybdänfilms24 und des polykristallinen Siliziumfilms 25 innerhalb ein und derselben Einrichtung wird verhindert, daß die Oberfläche des Molybdänfilms 24 oxidiert, und ein guter ohmscher Kontakt desselben mit dem polykristallinen Siliziumfilm erreicht (Fig. 15).
(3) Unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie Plasmaätzung mit CF4 + O2 oder Photolitographie, werden der polykristalline Siliziumfilm 23, der Molybdänfilm 24 und der polykristalline Siliziumfilm 25 selektiv entfernt, so daß sie nur in einem Teil zur Ausbildung einer Gate-Elektrode und eines Gate-Elektrodenverbindungsteils stehen bleiben (Fig. 16).
(4) Unter Verwendung des stehengebliebenen polykristallinen Siliziumfilms 23, Molybdänfilms 24 und polykristallinen Siliziumfilms 25 als Maske wird die Oberfläche des P-Siliziumsubstrats 21 beispielsweise der Ionenimplantation eines N-Fremdstoffes unterworfen. Danach wird zur Ausbildung einer Source-Schicht 26 und einer Drain-Schicht 27 der N-Fremdstoff durch thermische Diffusion in das Siliziumsubstrat 21 diffundiert. Gleichzeitig wird ein Fremdstoff in den polykristallinen Siliziumfilm 25 eingeführt, so daß dieser mit einer Leitfähigkeit ausgestattet wird.
Diese Wärmebehandlung bildet gleichzeitig einen N-Bereich 28 in demjenigen Teil der Oberfläche des P-Siliziumsubstrats 21 aus, der mit dem den N-Fremdstoff enthaltenden polykristallinen Siliziumfilm 23 in Berührung steht. Damit werden die Elektrode 23 und die Source-Schicht 26 direkt miteinander verbunden (Fig. 17).
(5) Nachfolgend wird eine Phosphosilikatglas-(PSG-) Schicht 29 beispielsweise durch Gasphasenabscheidung auf dem P-Siliziumsubstrat 21, dessen Oberfläche, wie ausgeführt, bearbeitet worden ist, ausgebildet. Danach werden zur Verbindung der Source-Schicht 26 mit einer Source-Elektrode 210 bzw. der Drain-Schicht 27 mit einer Drain-Elektrode 211 in der PSG-Schicht 29 durch selektive Ätzung basierend auf der bekannten Photolithographietechnikentsprechende Öffnungen ausgebildet. Auf dem oberflächenbearbeiteten P-Siliziumsubstrat 21 wird beispielsweise durch Aufdampfen eine Aluminiumschicht ausgebildet, wonach die Source-Elektrode 210 und die Drain-Elektrode 211 in entsprechenden Formen und mit der Source-Schicht 26 bwz. der Drain-Schicht 27 verbunden durch selektives Ätzen basierend auf Photolithographie ausgebildet werden (Fig. 18).
Gemäß dieser Ausführungsform ist während der Wärmebehandlung zur Ausbildung der Source-Schicht 26 und der Drain-Schicht 27 die obere Fläche (Hauptfläche) des Films 24 aus dem ein Metallgate-bhterial darstellenden Molybdän vollständig durch den polykristallinen Siliziumfilm 25 abgedeckt. Dementsprechend wird die obere Fläche des Molybdänfilms 24 durch die Wärmebehandlung bei der Ausbildung der Source-Schicht 26 der Drain-Schicht 27 nicht oxidiert.
Der Grund, warum die Oberfläche des Molybdänfilms 24 nicht oxidiert wird, wenn seine Oberseite durch den polykristallinen Siliziumfilm 25 abgedeckt wird, liegt darin, daß der polykristalline Siliziumfilm 25 durch Zerstäubung oder die thermische Zersetzung von Monosilan unter Erwärmung der Siliziumeinkristallscheibe in einer N2-Atmosphäre, die eine inerte Atmosphäre darstellt ausgebildet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform wird wie in (4) ausgeführt, die Wärmebehandlung zur Ausbildung der Source-Schicht 26 und der Drain-Schicht 27 in einem Zustand durchgeführt, in dem die Seitenflächen des Molybdänfilms 24 frei liegen. Wenn diese Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt wird, kommt es zu einer Oxidation der Seitenflächen des Molybdänfilms 24. Die Wärmebehandlung wird daher in der N2-Atmosphäre durchgeführt, um eben zu verhindern, daß die Seitenflächen des Molybdänfilms 24 oxidieren.
Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Teil des erstschichtigen polykristallinen Siliziumfilms 23, der die Gate-Elektrode bildet, direkt auf der Oberfläche der Source-Schicht 26 abgeschieden. Aus diesem Grund erhält man eine MIS-Halbleitervorrichtung höherer Packungsdichte.
Im folgenden wird nun eine Halbleitervorrichtung beschrieben, von der bei Anwendung dieser Ausführungsform große Effekte zu erwarten sind.
Fig. 19 ist ein Schaltbild einer Speicherzelle innerhalb eines statischen Anreichungs/Verarmungs-(E/D-)Random-Access-Speichers (RAM), während Fig. 20 eine Draufsicht einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung, die die Schaltung der Fig. 19 aufbaut, ist. In diesen Figuren bezeichnet 36 eine Leitung für eine Spannungsversorgung VDD und 32 eine Leitung für eine weitere Spannungsversorgung Vss. 33 bezeichnet eine Datenleitung und 34 eine Wortleitung. Im einzelnen sind zwei in Fig. 19 mit T1 und T2 bezeichnete MOS- (Metall-Oxid-Halbleiter; Metal-Oxide-Semiconductor) Transistoren MOS-Lasttransistoren, die Verarmungs MOS-Transistoren sind. Demgegenüber sind vier mit T3, T4, T5 und T6 bezeichnete MOS-Transistoren Anreicherungs MOS-Transistoren. Im Anordnungsplan der Fig. 20 bezeichnet eine strichpunktierte Linie den Grenzteil zwischen der aktiven Schicht oder sogenannten diffundierten Schicht 36 und einem Feld-Siliziumoxidfilm, eine durchgehende Linie eine Gate-Elektrodenverbindung und eine gestrichelte Linie eine Aluminium-(Al-)Verbindung. C1, C2 und C3 bezeichnen die Verbindungspunkte zwischen der diffundierten Schicht und Al, während C4, Cg, C6 die Verbindungspunkte (direkte Kontakte) zwischen der Gate-Elektrodenverbindung und der diffundierten Schicht bezeichnen. Schraffierte Teile sind die Gate-Teile der MOS-Transistoren T1, T2, T3, T4, T5 und T Da die Wortleitung 34 und Datenleitungen 33 in der Speicherzelle für die Auswahl eines spezifizierten Bit und die Ein- und Ausgabe von Daten Sorge tragen, bilden ihr Verbindungswiderstand und ihre Verbindungskapazität direkt eine Ursache für die Verzögerung der Eingabe/Ausgabedaten.
Zur Verhinderung dieser Verzögerung ist es daher wünschenswert, Verbindungsleitungen geringstmöglichen Widerstands als Wortleitung 34 und Datenleitung 33 zu verwenden. Wenn jedoch bei Anordnung und Ausbildung der Speicherzelle der Fig. 19 gemäß der Draufsicht der Fig. 20 nach dem herkömmlichen Siliziumgate-Verfahren die in Fig. 20 gezeigte Datenleitung 33 zu einer Al-Verbindungsschicht niedrigen Widerstands gemacht wird, wird eine Polysiliziumverbindung verhältnismäßig hohen Widerstands als Wortleitung 34 verwendet. In dieser Hinsicht beträgt der Flächenwiderstand von polykristallinem Silizium wenigstens 30## (bzw. 30#/cm2) . Die Zugriffszeit wird daher lang. Die Zugriffszeit erhöht sich dabei immerhin um 5 ns in einem 4 K statischen RAM und um 30 ns in einem 60 K statischen RAM. Insbesondere beim Aufbau eines schnellen statischen RAM wird die Zugriffszeit manchmal ein verhängnisvoller Effekt.
Als Mittel zur Verbesserung der Zugriffszeit wird ins Auge gefaßt, ein Gate-Elektrodenmaterial aus einem refraktären Metall niedrigen spezifischen Widerstands, wie Molybdän (Mo) und Wolfram (W) und nicht polykristallines Silizium zu verwenden. Der Flächenwiderstand von Molybdän beträgt ungefähr 1,5 n (bzw. 1,5 S-/cm2). Bei diesem Verfahren können das Gate-Metall in Form von Molybdän oder Wolfram und eine diffundierte Schicht nicht direkt miteinander verbunden werden, sondern müssen zwangsläufig über beispielsweise eine Al-Verbindung miteinander verbunden werden. Daher sinkt die Packungsdichte.
Wenn die in Fig. 19 gezeigte Speicherzelle unter Verwendung der gerade beschriebenen Ausführungsform hergestellt wird, d. h. wenn der Schnittaufbau eines Teils A-A' in Fig. 20 in der in Fig. 21 gezeigten Weise und der Schnittaufbau eines Teils B-B' in Fig. 20 in der in Fig.
22 gezeigten Weise gehalten werden, ergeben sich die folgenden Effekte.
Wie aus den Fig. 21 und 22 ersichtlich, hat die Gate-Elektrodenverbindung einen Aufbau, bei welchem eine Refraktärmetallschicht 24 aus Molybdän zwischen den polykristallinen Siliziumschichten 23 und 25 liegt. Daher wird der Elektrodenverbindungswiderstand geringer und die Verzögerung der Zugriffszeit beseitigt. Da ferner die erste Schicht der Gate-Elektrodenverbindungsschicht aus polykristallinem Silizium besteht, kann die Gate-Elektroden-Verbindungsschicht direkt mit einer diffundierten Schicht (Source-Schicht 26, 28) verbunden werden. Damit läßt sich diese Vorrichtung in eine Packungsdichte bringen, die gleich der oder höher als die einer nach dem herkömmlichen Siliziumgate- Verfahren hergestellten Vorrichtung ist. Hinzu kommt, daß für diese Vorrichtung ein dem herkömmlichen Siliziumgate- Verfahren gleiches Verfahren mit Ausnahme der Ausbildung der Gate-Elektrode herangezogen werden kann und somit eine Komplizierung ihres Herstellungsverfahrens nicht auf sich genommen werden muß.
Die Bezugszeichen in den Fign. 21 und 22 entsprechen denjenigen in Fig. 12. Dementsprechend bezeichnen gleiche Bezugszeichen in diesen Figuren die gleichen Materialien.
Ausführungsform 4 Im folgenden wird nun eine Abwandlung obiger Ausführungsform 3 zur Ausbildung der Source-Schicht des MIS-Transistors erläutert. Ausführungsform 3 wurde konkret beschrieben in Anwendung derselben auf den MIS-Transistor der Speicherzelle. Die vorliegende Ausführungsform wird konkret beschrieben in Anwendung derselben auf einen MIS-Transistor, der eine Peripherieschaltung für die in Ausführungsform 3 erwähnte Speicherzelle, beispielsweise eine Leseverstärkerschaltung oder eine Dekodierschaltung, bildet. Der MIS-Transistor innerhalb der Speicherzelle und der MIS-Transistor innerhalb der Peripherie- schaltung werden nach ein und demselben Verfahren ausgebildet. Daher ist die im folgenden beschriebene Ausführungsform auch auf den Fall der Herstellung des MIS-Transistors innerhalb der Speicherzelle anwendbar.
(1) Als Ausgangsmaterial wird eine P-Siliziumeinkristallscheibe (Substrat) 41 mit (100)-Kristallebene und einem spezifischen Widerstand von 10 '~)-cm hergestellt, bei welcher ein Feld-Siliziumoxidfilm 42 mit einer Dicke von 1,0 bis 1,5 #m auf ausgewählten Bereichen der Oberfläche der Einkristallscheibe und ein Cate-Siliziumoxidfilm 43 mit einer Dicke von 100 nm auf dem Teil der Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 41 ausgebildet wird, die einem aktiven Bereich der Vorrichtung entspricht (Fig. 23). Der Leitungstyp der Einkristallscheibe 41 lann ebensogut auch der N-Typ sein, in der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch eine P-Siliziumeinkristallscheibe 41 verwendet, weil ein N-Kanal-MIS-Transistor hergestellt wird.
(2) Ein Photoresistfilm 44 wird auf dem Feld-Siliziumoxidfilm 42 und den Gate-Siliziumfilm 43 abgeschieden.
Der Photoresistfilm 44 wird durch eine Belichtungsbehandlung selektiv entfernt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Photoresistfilm 44 selektiv so entfernt, daß derjenige Teil der Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 41 freigelegt wird, in dem eine Source-Schicht ausgebildet werden soll. Danach wird zur Freilegung der Oberfläche der Einkristallscheibe 41 der Gate-Siliziumoxidfilm 43 unter Verwendung des verbleibenden Photoresistfilms 44 als Maske selektiv geätzt (Fig. 24). Dabei wird, wie in Fig. 24 veranschaulicht, der Feld-Siliziumoxidfilm 42 teilweise geätzt. Dies liegt daran, daß für die Maskenausrichtung für die Belichtung des Photoresistfilms 44 eine Toleranz zugelassen worden war.
(3) Nach Entfernen des Photoresistfilms 44 wird ein polykristalliner Siliziumfilm 45 mit einer Dicke von 50 nm bis 150 nm, vorzugsweise 50 nm, auf der gesamten Oberfläche der den Feld-Siliziumoxidfilm 42 und den Gate-Oxidfilm 43 enthaltenden Siliziumeinkristallscheibe 41 ausgebildet.
Dieser polykristalline Siliziumfilm 45 wird durch das Zerstäubungsverfahren oder das Verfahren der thermischen Zersetzung von Monosilan (SiH4) ausgebildet. Die thermische Zersetzung von Monosilan wird in einem auf 6000 C erwärmten elektrischen Ofen einer N2-At mosphäre durchgeführt (Fig. 25). Der polykristalline Siliziumfilm 45 kann ebensogut einen N-Fremdstoff, wie Phosphor (P) und Arsen (As), enthalten.
(4) Nachfolgend wird der polykristalline Siliziumfilm 45 mit Phosphor behandelt. Die Phosphorbehandlung wird für ungefähr 20 Minuten durchgeführt, indem POCl3 als Fremdstoffgas und etwas O2-Gas innerhalb des auf eine Temperatur von 1000°C erwärmten Ofens einer N2-Atmosphäre strömen gelassen wird. Diese Phosphorbehandlung diffundiert den Phosphorfremdstoff in denjenigen Teil der Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 41, mit der der polykristalline Siliziumfilm 45 in direktem Kontakt steht.
Als Ergebnis wird eine Source-Kontaktschicht 46 mit einer Tiefe von 0.7 #m innerhalb der Siliziumeinkristallscheibe 41 ausgebildet (Fig. 26). Wenn der polykristalline Siliziumfilm 45 den N-Fremdstoff, wie Phosphor und Arsen, bereits enthält, wird die Siliziumeinkristallscheibe 41 20 Minuten lang unter einer N2-Atmosphäre bei einer Temperatur von ungefähr 10000 C wärmebehandelt. Durch diese Wärmebehandlung wird der in der polykristallinen Siliziumschicht 45 enthaltene Phosphor oder Arsen in die Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 41 eindiffundiert. Als Ergebnis wird eine Source-Kontaktschicht 46 mit einer Tiefe von 0.7 ßm in der Siliziumeinkristallscheibe 41 ausgebildet.
(5) Nachfolgend wird ein Molybdän-(Mo-)film 47 mit einer Dicke von 50 nm bis 150 nm, vorzugsweise 150 nm, auf der gesamten Oberfläche des polykristallinen Siliziums 45 durch beispielsweise das Zerstäubungsverfahren aufgebracht.
Ferner wird ein polykristalliner Siliziumfilm 48 mit einer Dicke von 50 nm bis 150 nm, vorzugsweise 50 nm, auf der gesamten Oberfläche des Molybdänfilms 47 ebenfalls beispielsweise durch das Zerstäubungsverfahren aufgebracht (Fig. 27). Dieser polykristalliner Siliziumfilm 48 kann ebensogut auch durch thermische Zersetzung von Monosilan (SiH4) ausgebildet werden.
(6) Unter Verwendung der bekannten Photolitographie werden ein Gate-Elektrodenmuster bei 45, 47 und 48 und ein Source-Elektrodenmuster bei 45a, 47a und 48a ausgebildet. Nachfolgend werden Ionen eines N-Fremdstoffes, wie Phosphor (P) oder Arsen (As), in die gesamte Oberfläche implantiert. Als Ergebnis werden ionenimplantierte bchichten in denjenigen Teilen der Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 45 ausgebildet, die nicht durch das Gate-Elektrodenmuster bei 45, 47 und 48 oder das Source-Elektrodenmuster bei 45a, 47a und 48a oder den Feld-Siliziumoxidfilm 42 abgedeckt sind.
Die Siliziumeinkristallscheibe 41 wird danach in einer N2 Atmosphäre bei ungefähr 10000 C 10 Minuten lang wärmebehandelt, um damit die den N-Fremdstoff enthaltenden ionenimplantierten Schichten auszudehnen und eine Drain-Schicht 49 und eine Source-Schicht 50 auszubilden (Fig. 28).
(7) Ein Phosphosilikatglas-(PSG-)Film 51 wird als Zwischenschicht-Isolationsfilm auf der gesamten Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 41 beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung ausgebildet. Die Ausbildung des PSG-Films 51 wird in einem elektrischen Ofen einer N2-Atmosphäre bei ungefähr 4000 C durch die Reaktion von SiH4, °2 und PH3 durchgeführt (Fig. 29).
(8) Unter Verwendung der bekannten Photolithographie wird ein Kontaktfenster 52 auf Ser Drain-Schicht 49 und ein Kontaktfenster 53 auf dem Source-Elektrodenmuster 48a ausgebildet. Auf der gesamt Oberfläche des PSG-Films 51 wird nachfolgend beispielsweise durch Vakuumaufdampfen ein Aluminiumfilm ausgebildet. Danach werden ein Drain-Elektrodenmuster 54 und ein mit dem Source-Elektrodenmuster 48a verbundenes Verbindungs- bzw. Verdrahtungsmuster 55 unter Verwendung der bekannten Photolithographie ausgebildet (Fig. 30).
Ausführungsform 5 Bei der Speicherzelle des in Fig. 19 gezeigten statischen RAM werden die Verarmungs-MOS-Transistoren T1 und T2 als Last-MOS-Transistoren verwendet. Die im folgenden beschriebene Ausführungsform richtet sich auf die Ausbildung von Widerständen aus polykristallinen Siliziumschichten anstelle derjenigen von Verarmungs-MOS-Transistoren T1 und T2. Sie richtet sich also auf die Ausbildung von Widerständen R1 und R2 im Schaltbild einer in Fig. 31 gezeigten Speicherzelle eines statischen RAM. Fig. 32 ist eine Draufsicht einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung, die die Schaltung der Fig. 31 aufbaut. In den Fign. 31 und 32 bezeichnet 65 eine Leitung einer Spannungsversorgung VDD und 62 eine Leitung einer weiteren Spannungsversorgung Vss. 63 bezeichnet eine Datenleitung und 64 eine Wortleitung. Vier MOS-Transistoren T3, T4, T5 und T6, siehe insbesondere Fig. 31, sind Anreicherungs-MOS-Transistoren und die mit R1 und R2 bezeichneten Widerstände Lastwiderstände der MOS-Transistoren T4 bzw. T5. Ferner bezeichnet in dem Anordnungsplan der Fig. 32 eine strichpunktierte Linie einen Feld-Siliziumoxidfilm 61, eine ausgezogene Linie eine Gate- Elektrodenverbindung (64 oder 65) und eine gestrichelte Linie eine Al-Verbindungsschicht (62, 63 oder 63'). C1, C2 und C3 bezeichnen die Verbindungspunkte zwischen diffundierten Schichten (66e, 66c und 66b) und entsprechenden Al-Verbindungsschichten (62, 63 und 63'), während C4 und C5 die Verbindungspunkte (direkte Kontakte) zwischen der Gate-Elektrodenverbindung (65) und entsprechenden diffundierten Schichten (66a und 66b) bezeichnen. Schraffierte Abschnitte in den Gate-Elektrodenverbindungsschichten (64 und 65) sind Gate-Teile der zDS-Transistoren T3, T4, , T5 bzw. T6. Die Widerstände R1 und R2 sind die nach dem folgenden Verfahren hergestellten Lastwiderstände.
Ein Schnitt längs Linie A-A der in Fig. 32 gezeigten integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung wird in der Reihenfolge der Herstellungsschritte erläutert und beschrieben.
(1) Ein P-Siliziumsubstrat 60 wird unter Verwendung eines (nicht gezeigten) Siliziumnitridfilmsals Maske oxidiert, wobei ein dicker Feld-Siliziumoxidfilm 61 mit einer Dicke von 1 ßm bis 2 ßm auf der Oberfläche des Substrats außerhalb eines aktiven Bereichs ausgebildet wird. Nach Entfernung des Siliziumnitridfilms wird die freiliegende Substratoberfläche oxidiert, wodurch ein dünner Gate-Siliziumoxidfilm 72 mit einer Dicke von ungefähr 100 nm ausgebildet wird. Der Gate-Siliziumoxidfilm 72 wird zur Ausbildung einer Öffnung 73 teilweise entfernt (Fig. 33).
(2) Auf der gesamten Oberfläche des den Feldsiliziumoxidfilm 61 und den Gate-Siliziumoxidfilm 72 aufweisenden Substrats60 wird ein mit einem Fremdstoff, beispielsweise Phosphor, dotierter polykristalliner Siliziumfilm 74 abgeschieden und mit einer Dicke von beispielsweise 50 nm ausgebildet. Der Phosphorfremdstoff wird dem polykristallinem Siliziumfilm 74 in stärkerem Maß als seiner Fremdstoff- löslichkeit in Silizium entspricht, zugesetzt. Empfohlen als Verfahren für das Zusetzen des Fremdstoffes zum polykristallinen Silizium ist ein solches, bei welchem das polykristalline Silizium durch beispielsweise chemische Gasphasenabscheidung (CVD) aufgewachsen und ein Gas, wie etwa PH3, gleichzeitig zugeführt wird (Fig. 34).
(3) Ein Molybdänfilm 75 mit einer Dicke von ungefähr 50 nm bis 150 nm, vorzugsweise 150 nm, wird auf dem polykristallinen Siliziumfilm 74 beispielsweise durch das Zerstäubungsverfahren ausgebildet. Danach werden der Molybdänfilm 75 und der polykristalline Siliziumfilm 74 zur Ausbildung einer Öffnung 76 selektiv entfernt. Als Verfahren zur selektiven Entfernung des Molybdänfilms 75 und des polykristallinen Siliziumfilms 74 wird das bekannte Plasmaätzen mit CF4 + O2 oder die Photolithographieverwendet (Fig. 35).
(4) Ein polykristalliner Siliziumfilm 65 hohen Widerstands, der mit keinerlei Fremdstoff dotiert ist und eine Dicke von 50 nm bis 150 nm hat wird die Oberfläche des Molybdänfilms 75 und die Öffnung 76 abdeckend durch chemische Gasphasenabscheidung ausgebildet. In der Öffnung 76 der ersten polykristallinen Siliziumschicht 74 wird der hochohmige polykristalline Siliziumfilm 65 direkt auf dem Feld-Siliziumoxidfilm 61 ausgebildet, wohingegen in dem anderen Bereich der Substratoberfläcfe der hochohmige polykristalline Siliziumfilm 65 über den Molybdänfilm 75 geschichtet wird (Fig. 36). Wenn der Hochwiderstandsabschnitt 65' (R1) des polykristallinen Siliziumfilms 65 nach diesem Verfahrensschritt einen gewünschten Widerstandswert aufweist, kann er bleiben, wie er ist. Falls jedoch nötig, kann ein Fremdstoff, wie Phosphor oder Arsen, in geringer Menge (unter 2.1013 Atome/cm2) zur Einstellung des Widerstandswerts zugefügt werden.
(5) Unter Verwendung des bekannten Plasmaätzens mit CF4 + °2' der Photolithographie und dergleichen werden der polykristalline Siliziumfilm 65,der Molybdänfilm 75 und der polykristalline Siliziumfilm 74 zur Ausbildung einer Gate-Elektrode und eines damit einstückigen Verbindungsfilms selektiv entfernt (Fig. 37).
(6) Um zu verhindern, daß sich der Widerstandswert des Hochwiderstandsabschnitts 65' (R1) ändert, wird wenigstens der Hochwiderstandsabschnitt 65' (R1) durch eine durch chemische Gasphasenabscheidung gebildete Maske 77 aus einem Isolator, wie SiO2 geschützt. Danach werden zur Ausbildung von Source- und Drain-Bereichen innerhalb des Substrats Phosphorionen in das Substrat 60 durch diejenigen Teile des Gate-Siliziumoxidfilms 72 implantiert, auf denen der Mehrschicht-Leiterfilm, bestehend aus dem polykristallinen Siliziumfilm 74, dem Molybdänfilm 75 und dem polykristallinen Siliziumfilm 65, nicht ausgebildet ist. Das Subtrat 60 wird nachfolgend wärmebehandelt, wodurch der Source-Bereich 78 und der Drain-Bereich 79 ausgebildet werden (Fig. 38). Thermische Diffusion kann auch als Verfahren zur Einführung des Fremdstoffes für die Ausbildung des Source-Bereichs 78 und des Drain-Bereichs 79 herangezogen werden. Im einzelnen werden diejenigen Teile des Gate-Siliziumoxidfilms 72, auf dem die Gate-Elektrodenstruktur nicht ausgebildet ist, zur Freilegung der Substratoberfläche geätzt, wonach der N-Fremdstoff, wie etwa Phosphor, in die freigelegte Substratoberfläche thermisch eindiffundiert wird.
(7) Ein PSG-Film 80 wird durch chemische Gasphasenabscheidung auf der Hauptfläche des Substrats 60 abgeschieden und durch herkömmliche Photolithographie mit einer Öffnung 81 versehen. Ein Film aus einem Metall, wie etwa Aluminium (Al), wird durch Vakuumaufdampfen nachfolgend auf der Oberfläche des PSG-Films 80 und in der Öffnung 81 niedergeschlagen. Der Metallfilm wird durch Photolitographie selektiv entfernt. Als Ergebnis wird ein Metall-Verdrahtungs- bzw. Verbindungsfilm 63 ausgebildet (Fig. 39) Damit ist die in Fig. 32 gezeigte integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung gewonnen.
Diese Ausführungsform zeigt, daß ein Teil (65') des polykristallinen Siliziumfilms 65 zur Verhinderung der Oxidation der Oberfläche des Molybdäns zum Widerstand (R1 oder R2) gemacht werden kann, so daß eine Halbleiterspeicherschaltungsvorrichtung höherer Packungsdichte hergestellt werden kann.
Nach dieser Ausführungsform wird der vom Hochwiderstandsabschnitt 65' (R1) verschiedene polykristalline Siliziumfilm 65 niederohmig, weil beim Ausbilden des Sourcebereichs und des Drain-Bereichs der Phosphorfremdstoff in diesen eingeführt wird. Er ist daher als Verbindungsfilm oder als Elektrode verwendbar.
Selbst bei Heranziehung der Photolithographie oder des sogenannten nassen Ätzens im Verfahrensschritt (5) dieser Ausführungsform erleidet der Hochwiderstandsabschnitt 65' des polykristallinen Siliziumfilms 65 keine Seitätzung, und zwar aus folgenden Gründen. Der erstschichtige polykristalline Siliziumfilm 74 enthält den Fremdstoff in ausreichendem Maße. Andererseits enthält der Hochwiderstandsabschnitt 65' des zweitschichtigen polykristallinen Siliziumfilms 65 überhaupt keinen oder eine geringe Menge an Fremdstoff. Dementsprechend wird, wenn der polykristalline Siliziumfilm 65 und der Molybdänfilm 75 selektiv geätzt werden und danach der polykristalline Siliziumfilm 74 mit dem gleichen Ätzmittel wie derjenige des polykristallinen Siliziumfilms 65 erneut geätzt wird, der polykristalline Siliziumfilm 65 nicht schwer geätzt.
Ausführungsform 6 Unter Bezugnahme auf die Fign. 40 bis 47 wird nun ein Verfahren zur Ausbildung einer dynamischen MOS-Speicherschaltungsvorrichtung beschrieben. In diesen Figuren zeigen die linken Seiten Schnittansichten der Verfahrensschritte zur Gewinnung eines MOS-Transistors und eines Kondensators, die eine Speicherzelle bilden, und die rechten Seiten Schnittansichten von Verfahrensschritten zur Gewinnung eines MOS-Transistors, der eine periphäre Schaltung der Speicherzelle, beispielsweise einen Leseverstärker, aufbaut.
(1) Als Ausgangsmaterial wird eine P-Siliziumeinkristallscheibe (Substrat) 91 mit (100)-Kristallebene hergestellt, auf der ein Feld-Siliziumoxidfilm 92 mit einer Dicke von 1,0 bis 1,5 ßm auf ausgewählten Bereichen der Oberfläche der Einkristallscheibe und ein Gate-Siliziumoxidfilm 93 mit einer Dicke von 100 nm auf Bereichen der Oberfläche der Einkristallscheibe 91, die aktiven Bereichen der Vorrichtung entsprechen,ausgebildet werden (Fig. 40).
Der Feld-Siliziumoxidfilm 92 und der Gate-Siliziumoxidfilm 93 werden durch thermische Oxidationder Oberfläche der Einkristallscheibe 91 ausgebildet. Der Leitungstyp der Einkristallscheibe 91 kann ebensogut der N-Typ sein, es wird aber bei dieser Ausführungsform eine P-Siliziumeinkristallscheibe 91 verwendet, weil N-Kanal-MOS-Transistoren hauptsächlich hergestellt werden.
(2) Ein polykristalliner Siliziumfilm 94 mit einer Dicke von 150 nm bis 200 nm wird auf der gesamten Oberfläche der Siliziumeinkristallscheibe 91 mit dem Feld-Siliziumoxidfilm 92 und dem Gate-Siliziumoxidfilm 93 ausgebildet. Dieser polykristalline Siliziumfilm 94 wird durch allgemein bekannte chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) ausgebildet. Er wird mit Phosphor behandelt. Die Phosphorbehandlung wird so durchgeführt, daß die Ein- kristallscheibe 91 unter Strömen von POC13 als Fremdstoffgas und von etwas 0 2das innerhalb eines elektrischen Ofens in einer N Atmosphäre bei einer Temperatur von ungefähr 10000 C 20 Minuten lang erwärmt wird. Danach wird der polykristalline Siliziumfilm 94 unter Verwendung der bekannten Photolithographietechnik in ein gewünschtes Muster gebracht. Dieser polykristalline Siliziumfilm 94 wird als die eine Elektrode des Kondensators der Speicherzelle verwendet. Nachfolgend werden diejenigen Teile des Gate-Siliziumoxidfilms 93, die nicht vom polykristallinen Siliziumfilm 94 abgedeckt sind, zur Freilegung der Oberfläche der Einkristallscheibe 91 geätzt. D.h., die Einkristallscheibe 91 wird mit einem Ätzmittel für den Siliziumoxidfilm behandelt. Als Ergebnis wird der polykristalline Siliziumfilm 93 nicht geätzt, sondern nur der Feld-Siliziumoxidfilm 92 der Gate-Siliziumoxidfilm 93. Da der Feld-Siliziumoxidfilm 92 ausreichend dick ist, bleibt er, selbst wenn der Gate-Siliziumoxidfilm 93 vollständig abgeätzt worden ist, stehen, ohne die Oberfläche der Einkristallscheibe 91 freizulegen (Fig. 41).
(3) Durch Oxidation der Oberfläche des polykristalinen Siliziumfilms 94 und der freiliegenden Oberfläche der Einkristallscheibe 91 werden ein Siliziumoxidfilm 95 mit einer Dicke von 130 nm bis 150 nm auf dem polykristallinen Siliziumfilm 94 und Siliziumoxidfilme 96 und 96' mit einer Dicke von 100 nm bis 120 nm auf der freiliegenden Einkristallscheibe ausgebildet (Fig. 42). Der Grund, warum Siliziumoxidfilme verschiedener Dicken auf den Oberflächen des polykristallinen Siliziumfilms 94 und der freiliegenden Einkristallscheibe 91 trotz gleichzeitiger Oxidation derselben ausgebildet werden, liegt darin, daß die Oberflächen verschiedene Kristallstrukturen und ungleiche Fremdstoffkonzentrationen aufweisen. Der Siliziumoxidfilm 95 wird als Zwischenschicht-Isolationsfilm verwendet.
(4) Ein polykristalliner Siliziumfilm 97 mit einer Dicke von ungefähr 50 nm wird auf der gesamten Oberfläche der die Siliziumoxidfilme 92, 95, 96 und 96' aufweisenden Einkristallscheibe 91 ausgebildet. Dieser polykristalline Siliziumfilm 97 wird durch chemische Gasphasenabscheidung ebenso wie der vorangehende polykristalline Siliziumfilm 94 ausgebildet.
Der polykristalline Siliziumfilm 97 wird einer Phosphorbehandlung nach dem gleichen Verfahren, wie oben beschrieben, unterworfen. Danach wird ein Molybdänfilm 98 auf dem polykristallinen Siliziumfilm 97 ausgebildet. Er hat eine Dicke von ungefähr 150 nm. Er wird beispielsweise nach dem Zerstäubungsverfahren ausgebildet (Fig. 43).
(5) Der Molybdänfilm 98 und der polykristalline Siliziumfilm 97 werden durch Sputter-Ätzung oder die allgemein bekannte Photolithographietechnik unter Verwendung eines Ätzmittels selektiv in ein und dasselbe Muster entfernt.
Ein zweischichtiger Leiterfilm (doppelter Leitungsfilm), der aus dem stehengebliebenen Molybdänfilm 98 und polykristallinem Siliziumfilm 97 besteht, dient als Gate-Elektrode des MOS-Transistors. Danach werden Ionen eines N-Fremdstoffes, wie Arsen (As) und Phosphor (P), implantiert. Die N-Fremdstoffionen durchlaufen die freigelegten Teile des Gate-Siliziumoxidfilms 96 und werden in die nur unter dem Gate-Siliziumoxidfilm 96 liegenden Teile der Einkristallscheibe 91 eingeführt. Als Ergebnis werden ionenimplantierte Schichten D1, D2 und S2 selektiv in der Einkristallscheibe 91 ausgebildet (Fig. 44).
(6) Als ein Zwischenschicht-Isolationsfilm und als Film zur Verhinderung der Oxidation von Molybdän wird ein Phosphosilikatglas-(PSG-)Film 99 mit einer Dicke von 600 nm auf der gesamten Oberfläche der Einkristallscheibe 91 beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ausgebildet. Dieser PSG-Film 99 wird durch die Reaktion von SiH4, °2 und P in einem elektrischen Ofen einer Na-Atmosphäre bei ungefähr 4000 C ausgebildet (Fig.
45).
(7) Die Einkristallscheibe 91 wird bei ungefähr 10000 C in einer N2-Atmosphäre für 10 bis 20 Minuten wärmebehandelt, um den N-Fremdstoff, wie Arsen oder Phosphor, in den ionenimplantierten Schichten D1, D2 und zu aktivieren. Als Ergebnis werden ein N - Bereich 100, ein N+ -Drain-Bereich 101 und ein N+ -Source-Bereich 102 ausgebildet (Fig. 46). Wenn beispielsweise der Fremdstoff Arsen war, betrug die Tiefe jedes der Bereiche 100, 101 und 102 0,4 ßm. Wenn er andererseits Phosphor war, betrug die Tiefe 0,7 ßm.
(8) Unter Verwendung der bekannten Photolithographietechnik werden der PSG-Film 99 und der darunter liegende Siliziumoxidfilm zur Ausbildung von Kontaktfenstern auf den einzelnen Bereichen 100, 101 und 102 selektiv geätzt.
Auf der gesamten Oberfläche des PSG-Films 99 wird nachfolgend ein Aluminiumfilm 103 beispielsweise durch Vakuumaufdampfen aufgebracht. Danach wird unter Verwendung der bekannten Photolithographietechnikein bestimmtes Muster für den Aluminium-Verdrahtungsfilm 103 ausgebildet (Fig. 47).
Das oben erläuterte Verfahren zur Herstellung der dynamischen MOS-Speicherschaltungsvorrichtung ist insbesondere zur Gewinnung einer dynamischen 64 K-MOS-Speicherschaltungsvorrichtung hoher Schaltgeschwindigkeit geeignet Im folgenden wird die nach obigem Verfahren hergestellte dynamische 64 K-MOS-Speicherschaltungsvorrichtung im einzelnen erläutert.
Eine schematische Ansicht der dynamischen 64 K-MOS-Speicherschaltung ist in Fig. 48 gezeigt. In dieser Figur bezeichnen MM1 und MM2 Speicherzellenmatrizen, von denen jede aus einer Anzahl von Speicherzellen aufgebaut ist.
In jeder der Speicherzellenmatrizen MM1 und MM2 sind 128 Wortleitungen in Spaltenrichtung und 256 Bitleitungen in Zeilenrichtung angeor4net. DM1 und DM2 bezeichnen Blindzellenabschnitte i.. qrf 7! r entsprechenden Speicherzellenmatrize MM1 u..d . Peripherien der Speicherzellenmatrizen M# sind Leseverstärkerschaltungsabschnitte (SA1 und SA2),ein Y-Dekodierschaltungsabschnitt (Y-Dec.), Wortleitungs-Treiberschaltungsabschnitte (W.L.Driv.), X-Dekodierschaltungsabschnitte (X-Dec.), Hauptverstärkerschaltungsabschnitte (MA1, MA2) und ein Schaltgliedabschnitt (SW) ausgebildet.
Die Speicherzellen innerhalb der in Fig. 48 gezeigten Speicherzellenmatrizen MM1 und MM2 haben die in Fig.
49 gezeigte Schaltungsanordnung. Im einzelnen ist die Fig. 49 ein Schaltbild, das die Speicherzellen innerhalb der Speicherzellenmatrizen und Teile der in den Peripherien der Speicherzellenmatrizen ausgebildeten Verstärker zeigt. In diesem Schaltbild bezeichnen MC1 bis MC8 Speicherzellen. Jeder der Speicherzellen ist aus einem MOS-Transistor und einem Kondensator aufgebaut. WLo bis WL3 bezeichnen Wortleitungen, während BL1, BL1, BL2 und BL, Bit-Leitungen bezeichnen. SA1 und SA2 bezeichnen Leseverstärker, von denen jeder eine der peripheren Schaltungen und aus einer Anzahl von MOS-Transistoren aufgebaut ist.
Der MOS-Transistor der einzelnen Speicherzellen MC1 bis MC8 hat einen Aufbau, der mit TM in Fig. 47 bezeichnet ist. Der Informationsspeicherkondensator, in den einzelnen Zellen MC1 bis MC8 hat einen Aufbau, der mit CO in Fig. 47 bezeichnet ist. Demgegenüber hat der MOS-Transistor (Ts) im Leseverstärker einen Aufbau, der mit T5 in Fig. 47 bezeichnet ist.
Die konkrete Anordnung der in Fig. 49 gezeigten Speicherzellen entspricht der in Fig. 50. Im einzelnen ist Fig. 50 eine Draufsicht der dynamischen MOS-Speicherschaltungsvorrichtung, die die Speicherzellen enthält. Diese dynamische MOS-Speicherschaltungsvorrichtung ist nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Die in Fig. 50 gezeigte dynamische MOS-Speicherschaltungsvorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 47 erläutert.
Ein mit 92 bezeichneter Bereich ist der Feld-Siliziumoxidfilm. Der Gate-Siliziumoxidfilm 93 ist vom Feld-Siliziumoxidfilm 92 umgeben. Der erstschichtige polykristalline Siliziumfilm 94 ist in einem von den Teilen, in dem die Gate-Elektrodenund die N -Bereiche der MOS-Transistoren auszubilden sind, verschiedenen Gebiet ausgebildet. Auf diesen polykristallinen Siliziumfilm 94 sind die Wortleitungen WLO, WL11 WL2 und WL3, von denen jede aus dem polykristallinem Siliziumfilm (97) und dem Molybdänfilm (98) besteht, in Spaltenrichtung angeordnet. Teile der Wortleitungen WLO, WL WL2 und WL3 dienen als die Gate-Elektrodenabschnitte der MOS-Transistoren in den Speicherzellen. G1 bis G6 bezeichnen die Gate-Elektrodenabschnitte. Auf den Wortleitungen WLO, WL1, WL2 und WL3 sind die Anzahl der aus Aluminiumfilmen(103) hergestellten Bit-Leitungen BL1 und BL in Zeilenrichtung in einer sol-2 chen Weise angeordnet, daß sie sich mit den Wortleitungen WLo, WL1, WL2 und WL3 orthogonal schneiden. Die Bit-Leitungen BL1, BL1 und BL2 sind entsprechend mit den Bereichen (D1), die selektiv im Halbleitersubstrat (91) ausgebildet sind, verbunden. P1,P2, P3 und P4 bezeichnen die Verbindungspunkte zwischen den Bit-Leitungen und dem N + -Bereichen. Wie aus der Figur ersichtlich, entspricht ein Verbindungspunkt der Bit-Leitungen zwei Speicherzellen.
Eine Schnittstruktur längs Linie A-A' in Fig. 50 ist die auf der linken Seite der Fig. 47 gezeigte Struktur.
Mit dieser Ausführungsform sind die folgenden Wirkungen zu erwarten.
(a) Wie im Verfahrensschritt (7) ausgeführt, wird die Wärmebehandlung nach dem Ausbilden des Molybdänfilms in einem Zustand durchgeführt, in dem der Molybdänfilm durch den Schutzfilm, wie etwa den PSG-Film, geschützt ist. Infolgedessen wird der Molybdänfilm durch die Wärmebehandlung nicht oxidiert.
(b) Da der Molybdänfilm nicht oxidiert wird, lassen sich auf Molybdän basierende niederohmige Gate-Elektroden und Verdrahtungsmuster, beispielsweise die Wortleitung, wie oben ausgeführt, auszubilden.
Auch die Gate-Elektroden der MOS-Speichertransistoren, die die peripheren Schaltungen, wie etwa Leseverstärker, bilden, können mit auf Molybdän basierenden niederohmigen Gate-Elektroden hergestellt werden. Dementsprechend erhält man eine Halbleitervorrichtung mit hochwertigen Schalteigenschaften, beispielsweise eine dynamische 64 K-MOS-Speicherschaltung. Wenn die Wortleitung der dynamischen 64 K-MOS-Speicherschaltungsvorrichtung nur aus einem polykristallinen Siliziumfilm ausgebildet ist, erreicht die Verzögerung eines Signals zwischen einem Ende der tfJortleitung und dem anderen 70 ns, da der Flächenwiderstand von polykristallinem Silizium mindestens 30&)/cm2 {30in ist.
Wenn im Gegensatz dazu die Wortleitung wie gemäß der Erfindung als Mehrschichtleiterfilm aus Molybdän und polykristallinem Silizium aufgebaut ist, wird der Flächenwiderstand des Mehrschicht-Leiterfilms ungefähr 1,5 » cm2 (1,5 Q),womit die Verzögerung des Signals zwischen dem einen Ende der Wortleitung und dem anderen weniger als 10 ns wird.
Die Elektrode des Informationsspeicherkondensators besteht aus dem ersten polykristallinen Siliziumfilm, der einen hohen Flächenwiderstand hat. Die Verwendung des polykristallinen Siliziumfilms als Kondensatorelektrode verursacht jedoch in keiner Weise eine Verringerung der Schaltgeschwindigkeit. Der Grund liegt darin, daß eine feste Spannung (VDD) an diesen polykristallinen Siliziumfilm gelegt wird.
Die Verwendung des polykristallinen Siliziumfilms bringt sogar günstige Resultate mit sich, wie im folgenden ausgeführt ist.
(c) Da die darunter liegende Schicht der Siliziumoxidfilm (Feld-Siliziumoxidfilm 92, Gate-Siliziumoxidfilm 93) ist, wird der erste polykristalline Siliziumfilm als Elektrode des Kondensators gut auf dem Siliziumoxidfilm abgeschieden.
(d) Durch Oxidation des ersten polykristallinen Siliziumfilms erhält man auf einfache Weise einen dichten Zwischenschicht-Isolationsfilm. Infolgedessen kann der Zwischenschicht-Isolationsfilm (Siliziumoxidfilm) ohne weiteres dünn ausgebildet werden. Dies führt zur Erzeugung von Speicherzellen geringen Platzbedarfs.
(e) Als darunter liegender Leiterfilm für den Molybdänfilm wird der zweite polykristalline Film so ausgebildet, daß er dünn ist. Dieser zweite polykristalline Siliziumfilm wird gut auf dem Zwischenschicht-Isolationsfilm aus Siliziumoxid abgeschieden. Andererseits wird der Molybdänfilm gut auf dem zweiten polykristallinen Siliziumfilm abgeschieden, der porös ist. Infolgedessen wird der Molybdänfilm gut indirekt auf dem Zwischenschicht-Isolationsfilm abgeschieden.
(f) Die Schwellenspannung (Vth) des MOS-Transistors läßt sich in einfacher Weise dadurch steuern, daß bei der Phosphorbehandlung des zweiten polykristallinen Siliziumfilms der Fremdstoff, der im polykristallinen Siliziumfilm enthalten sein soll, gesteuert wird.
Diese Ausführungsform ist auf die Herstellung einer Metallgate-MIS-Halbleitervorrichtung, die ein von Molybdän (Mo) verschiedenes refraktäres Metall, wie Wolfram (W), Titan (Ti) und Chrom (Cr) verwendet, ebenfalls anwendbar.
Ausführungsform 7 Im folgenden wird eine Abwandlung der Verfahrensausführungsform 6 nach Verfahrensschritt (4) beschrieben.
(1) Nach Ausbilden des Nolybdänfilms 98 in der in Fig. 43 gezeigten Weise werden der Molybdänfilm 98 und der polykristalline Siliziumfilm 97 durch Sputter-Ätzung oder die allgemein bekannte, ein Atzmittel verwendende Photolithographietechnik zu ein und demselben Muster selektiv entfernt. Ein Zweischichten-Leiterfilm, der aus dem stehengebliebenen Molybdänfilm 98 und polykristallinen Siliziumfilm 97 besteht, dient als Gate-Elektrode eines MOS-Transistors. Ferner werden die freiliegenden Gate-Siliziumoxidfilme 96 und 96' zur selektiven Freilegung der Oberfläche der Einkristallscheibe 91 geätzt (Fig. 51).
Beim Ätzen der Gate-Siliziumoxidfilme 96 und 96' ist ein durch Photolithographie ausgebildeter Photoresistfilm gänzlich überflüssig. Es wird nämlich der Zweischichten-Leiterfilm als Ätzmaske verwendet.
(2) Ein polykristalliner Siliziumfilm 110 mit einer Dicke von 50 nm wird auf der gesamten Oberfläche der Einkristallscheibe 91 ausgebildet (Fig. 52). Ein Fremdstoff, wie etwa Phosphor, kann vorab im polykristallinen Siliziumfilm 110 enthalten sein.
(3) Es wird ein N-Fremdstoff, wie etwa Phosphor, durch den polykristallinen Siliziumfilm 110 in die Einkristallscheibe 91 eingeführt. Als Verfahren zur Einführung des Fremdstoffes wird die thermische Diffusion oder Ionen im plantation herangezogen. Ein Alternativverfahren besteht darin, daß die Oberfläche des polykristallinen Siliziumfilms 110 mit einem Phosphor enthaltenden Glasfilm beschichtet wird, worauf der im Glasfilm enthaltene Phosphor in die Einkristallscheibe 91 eingeführt wird. Der polykristalline Siliziumfilm 110 ist ein poröser Film.
Aus diesem Grund wird auch bei Verwendung der thermischen Diffusion oder speziell der Diffusion aus dem den Phosphor enthaltenden Glasfilm der N-Fremdstoff durch den polykristallinen Silizium 110 hindurch in die Einkristallscheibe 91 eingeführt. Als Ergebnis werden ein N -Bereich 100, ein N -Drain-Bereich 101 und N -Source-Bereich 102 selektiv in der Einkristallscheibe 91 ausgebildet (Fig.
53).
(4) Der polykristalline Siliziumfilm 110 wird bei einer Temperatur von ungefähr 10000 C in einer Sauerstoffatmosphäre vollständig zu einem Siliziumoxidfilm oxidiert (Fig. 54).
(5) Ein PSG-Film 99, mit einer Dicke von 600 nm wird auf der gesamten Oberfläche des Siliziumoxidfilms 111 ausgebildet. Danach werden unter Verwendung der bekannten Photolithographie der PSG-Film 99 und der darunter liegende Siliziumoxidfilm 111 zur Ausbildung von Kontaktfenstern auf den einzelnen Bereichen 100, 101 und 102 selektiv geätzt. Nachfolgend wird ein Aluminiumfilm 103 auf der gesamten Oberfläche des PSG-Films 99 beispielsweise durch Vakuumaufdampfen ausgebildet. Der Aluminiumfilm 103 wird zu einem gewünschten Muster selektiv geätzt (Fig. 55).
Als Modifikationen dieser Ausführungsform werden die folgenden Verfahren vorgeschlagen.
(M1) Nach Beendigung des Verfahrensschritts (1) werden Ionen eines N-Fremdstoffes, wie Phosphor, zur Ausbildung ionenimplantierter Schichten in die Einkristallscheibe 91 implantiert. Nachfolgend wird auf der gesamten Oberfläche der Einkristallscheibe 91 ein polykristalliner Siliziumfilm 110 ausgebildet. Danach wird der polykristalline Siliziumfilm 110 in einer Sauerstoffatmosphäre oxidiert. Der Fremdstoff in den ionenimplantierten Schichten wird gleichzeitig mit der Oxidation zur Ausbildung eines N -Bereichs 100, eines N -Drain-Bereiches 101 und eines N -Source-Bereiches 102, die eine gewünschte Tiefe haben, aktiviert.
(M2) Im Falle der Verwendung eines Teil des polykristallinen Siliziumfilms 110 als Elektrode, Verbindungsverdrahtung oder Widerstand kann ein isolierender Film, etwa ein Siliziumoxidfilm, ohne weiteres vor dem Verfahrensschritt (4) selektiv auf dem polykristallinen Siliziumfilm 110 ausgebildet werden. Diese Modifikation ist auch auf die Modifikation (M1) anwendbar.
Nach dieser Ausführungsform und den hier beschriebenen Modifikationen sind die folgenden Wirkungen zu erwarten.
Die Wärmebehandlung nach Ausbildung des Molybdänfilms wird in einem Zustand ausgeführt, in dem alle oberen und seitlichen Flächen des Molybdänfilms durch den polykristallinen Siliziumfilm geschützt sind. Dementsprechend wird der Molybdänfilm durch die Wärmebehandlung nicht oxidiert. Ferner wird der Molybdänfilm während der Oxidierungsbehandlung des polykristallinen Siliziumfilms nicht oxidiert.
Ferner sind eine große Anzahl von Effekten, wie die bei Ausführungsform 6 dargelegt worden, zu erwarten.
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Claims

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung PATENTANSPRUCHE Ki . Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, g e k e n n z e i c h n e t durch die Verfahrensschritte: (a) Ausbilden eines isolierenden Films auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats, (b) Ausbilden eines doppelten Leiterfilms auf ausgewählten Bereichen des isolierenden Films, wobei der doppelte Leiterfilm aus einem Halbleiterfilm und einem Metallfilm besteht, (c) Schützen von wenigstens einer Hauptfläche eines den freiliegenden doppelten Leiterfilms bildenden Metalls mit einem Schutzfilm, und (d) nachfolgendes Wärmebehandeln des Halbleitersubstrats zur Einführung eines Fremdstoffes eines bestimmten Leitungstyps in das Halbleitersubstrat von der Oberfläche desselben an Stellen, an denen der doppelte Leiterfilm nicht ausgebildet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der isolierende Film aus Siliziumoxid, der Halbleiterfilm aus polykristallinem Silizium und der Metallfilm aus Molybdän hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Schutzfilm aus Phosphosilikatglas hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Schutzfilm aus polykristallinem Silizium hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Verfahrensschritt (b) die Verfahrensschritte enthält: (bl) Ausbilden des Halbleiterfilms auf dem isolierenden Film, (b2) Ausbilden des Metallfilms auf dem Halbleiterfilm, (b3) Entfernen ausgewählter Teile des Metallsfilms und des Halbleiterfilms zur Ausbildung identischer Muster, und (b4) Ionenimplantieren des Fremdstoffes des bestimmten Leitungstyps in die Oberfläche des Halbleitersubstrats an Stellen, an denen der Metallfilm und der Halbleiterfilm nicht ausgebildet sind.
6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Gate-Elektrode eines Mehrschichtenaufbaus aus Metall und polykristallinem Silizium, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß nach dem Ausbilden der Gate-Elektrode auf einem Halbleitersubstrat ein einenbestimmten Leitungstyp bestimmender Fremdstoff in die Oberfläche des Substrat unter Verwendung der Gate-Elektrode als Maske ionenimplantiert wird und daß ein Schutzfilm auf der gesamten Oberfläche des Substrat ausgebildet wird, wonach eine Wärmebehandlung zur Aktivierung des ionen im plantierten Fremdstoffes und zur Ausbildung von Source-und Drain-Bereichen durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Schutzfilm ein isolierender Film ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der isolierende Film ein Phosphosilikatglasfilm ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Gate-Elektrode eines Mehrschichtenaufbaus aus Metall und polykristallinem Silizium, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß nach dem Ausbilden der Gate-Elektrode auf einem Halbleitersubstrat ein Schutzfilm in einer die Gate-Elektrode abdeckenden Weise ausgebildet wird, daß ein einen bestimmten Leitungstyp bestimmender Fremdstoff in die Oberfläche des Halbleitersubstratsunter Verwendung der Gate-Elektrode als Maske ionenimplantiert wird, und daß das Halbleitersubstrat danach zur Aktivierung des Fremdstoffes und zur Ausbildung von Source- und Drain-Bereichen wärmebehandelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n -z eic h n e t , daß der Schutzfilm aus polykristallinem Silizium hergestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt wird.
12. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein isolierender Film auf ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps ausgebildet wird, daß eine erste polykristalline Siliziumschicht, welche einen einen zweiten Leitungstyp bestimmenden Fremdstoff enthält, auf der freiliegenden Hauptoberfläche des Substrats und dem isolierenden Film ausgebildet wird, daß ein Leiterfilmauf der ersten polykristallinen Siliziumschicht ausgebildet wird, daß ferner eine zweite polykristalline Siliziumschicht auf dem Leiterfilm ausgebildet wird, und daß unter Verwendung der ersten und der zweiten polykristallinen Siliziumschicht und des Leiterfilms als Maske der den zweiten Leitungstyp bestimmende Fremdstoff in die Substratoberfläche zur Ausbildung von Source- und Drain-Bereichen des zweiten Leitungstyps eingeführt wird, während der Fremdstoff in der ersten polykristallinen Siliziumschicht in die Substratoberfläche unter dieser Schicht zur Ausbildung eines an den Source-Bereich anschließenden Halbleiterbereich des zweiten Leitungstyps eingeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Leiterfilm aus einem Material der Gruppe, bestehend aus Molybdän, Wolfram, Titan und Chrom, hergestellt ist.