DE3021574A1 - Leitender verbundkoerper in integrierten schaltungsvorrichtungen und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Leitender verbundkoerper in integrierten schaltungsvorrichtungen und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
L(-<
/f« äit Verbundkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft leitende Verbundkörper in integrierten Schaltungsvorrichtungen sowie Verfahren zu
ihrer Herstellung.
Bei der Ausführung der Erfindung wird in einer illustrativen Ausführungsform derselben ein Substrat aus Halbleitermaterial
geschaffen, das eine Hauptfläche hat, auf der sich eine Schicht aus Isoliermaterial befindet. Ein Leiter aus metallischem
Material, das aus der Klasse der hochschmelzenden Metalle ausgewählt ist, die mit Siliciumdioxid im wesentlichen
nicht reagieren, ist der Isolierschicht überlagert. Eine Schicht eines Silicids, d.h. einer Siliciumverbindung
des metallischen Materials ist über den freiliegen-
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den Flächen des Leiters vorgesehen. Eine Schicht aus Siliciumdioxid
ist über den freiliegenden Flächen der Schicht des Silicids des metallischen Materials gebildet.
Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird in einer Ausgestaltung derselben ein Substrat aus
Halbleitermaterial geschaffen, dem eine Schicht aus Isoliermaterial überlagert ist. Ein Leiter aus Molybdän wird
in einem gewünschten Muster der Isoliermaterialschicht überlagert. Eine Schicht aus Molybdänsilicid wird über den
freiliegenden Flächen des Leiters gebildet. Das Substrat einschließlich des Leiters und der überlagerten Molybdänsiiicidschicht
wird in eii,3r oxydierenden Atmosphäre bei einer Temperatur und für eine Zeit erhitzt, damit das Oxydationsmittel
mit der Molybdänsilicxdschicht reagiert, um einen Teil derselben in Siliciumdioxid umzuwandeln, welches
einen weiteren Teil der Molybdänsiiicidschicht überlagert, der nicht in Siliciumdioxid umgewandelt worden ist.
Stattdessen kann die Molybdänsilicidschi ent vollständig in
Siliciumdioxid umgewandelt werden.
Bei der Ausführung der Erfindung wird in einer illustrativen Ausführungsform ein Substrat aus Halbleitermaterial
geschaffen, welchem eine Schicht aus Isoliermaterial überlagert ist. Ein Leiter aus einem metallischen Material,
das aus der Klasse der hochschmelzenden Metalle ausgewählt wird, die mit Siliciumdioxid im wesentlichen nicht reagieren,
wird in einem gewünschten Muster der Isoliermaterialschicht überlagert. Eine Schicht aus polykristallinem Silicium
wird über dem Leiter aus metallischem Material und der Schicht aus Isoliermaterial gebildet. Das Substrat einschließlich
des Leiters aus metallischem Material und der überlagerten Schicht aus polykristallinem Silicium wird
auf eine Temperatur und für eine Zeit erhitzt, damit die Schicht aus polykristallinem Silicium mit einem Teil des
Leiters reagiert, um eine Schicht eines Silicids, d.h. einer Siliciumverbindung des metallischen Materials zu bilden,
die einen übrigen Teil des Leiters, der nicht in ein Silicid
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desselben umgewandelt worden ist, überlagert. Der Teil der Schicht aus
polykristallinem Silicium, der nicht mit dan metallischen Material reagiert hat,wird entfernt.Das Substrat einschließlich des Leiters und der
Schicht des ffetallsilicids wird in einer oxydierenden Atmosphäre bei einer
Temperatur und für eine Zeit erhitzt, damit das Oxydationsmittel mit der Schicht des Silicids reagiert, um einen
Teil desselben in Siliciumdioxid umzuwandeln, das einen weiteren Teil der Schicht des nicht in Siliciumdioxid umgewandelten
Silicids überlagert. Stattdessen kann die Schicht des Silicids des metallischen Materials vollständig
in Siliciumdioxid umgewandelt werden.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 in Draufsicht einen Verbundkörper,
der ein isolierendes Substrat enthält, auf welchem eine erste Ebene einer
Metallisierung aus Molybdän, anschliessend daran eine Schicht aus Molybdänsilicid
und danach eine Passivierungsschicht aus Siliciumdioxid gebildet worden sind,
Fig. 2 eine Querschnittansicht des Körpers von
Fig. 1 insgesamt auf der Linie 2-2 und
die Fig. 3A-3E Querschnitte von Strukturen,die aufeinanderfolgende
Schritte eines Verfahrens nach der Erfindung zum Herstellen ,der Verbundstruktur
von Fig. 1 und 2 zeigen.
Fig. 1 zeigt einen Verbundkörper oder zusammengesetzten Körper 10 mit einem in einer ersten Ebene angeordneten
Leiter 11 aus Molybdän gemäß der Erfindung. Der zusammengesetzte Körper 10 enthält ein Substrat 12, das aus einem
Substrat 13 aus Silicium besteht, auf welchem eine Schicht 14 aus Siliciumdioxid gebildet worden ist. Die Schicht 14
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kann entweder ein Gate- oder ein Feldoxid einer integrierten Schaltung darstellen, wie beispielsweise einen Abbildungsschaltkreis,
einen Speicherschaltkreis oder eine Signal- oder Datenverarbeitungsschaltung. Der Isolierschicht
14 ist der Leiter 11 aus Molybdän überlagert. Der Leiter
11 kann hergestellt werden, indem zuerst eine Schicht aus
Molybdän auf der Oberfläche der Isolierschicht 12 bis zu
einer geeigneten Dicke, beispielsweise mehreraihundert Nanometem(several
thousand Angstroms), hergestellt wird, beispielsweise durch Bedampfen, und indem die Schicht anschliessend
durch bekannte Photoresistmaskier- und Ätzverfahren gemustert wird. Über dem Leiter 11 und die freiliegenden
Teile desselben vollständig bedeckend ist eine Schicht 16 aus Molybdänsilicid vorgesehen, die, beispielsweise, 100 nm
(1000 Angstroms) dick sein kann und mit dem Molybdänleiter 11 verbunden ist. Der Schicht 16 aus Molybdänsilicid überlagert
und mit ihr verbunden ist eine Schicht 17 aus Siliciumdioxid.
Ein Verfahren zum Herstellen des Verbundkörpers von Fig. 1 und 2 wird nun in Verbindung mit den Fig. 3A-3E
beschrieben. Elemente der Fig. 3A-3E, die mit Elementen von Fig. 1 und 2 identisch sind, tragen gleiche Bezugszahlen.
Ein Substrat 13 aus Siliciumhalbleitermaterial mit einer Dicke von etwa 0,25 mm (10 mils) mit einer darauf befindlichen
Schicht 14 aus thermisch aufgewachsenem Siliciumdioxid mit einer Dicke von etwa 100 nm (1000 Angstroms) wird
geschaffen. Eine Schicht aus Molybdän mit einer Dicke von 300 nm (3000 Angstroms) wird durch Bedampfung auf die Isolierschicht
14 aufgebracht. Die Schicht aus Molybdän wird unter Verwendung von bekannten Photoresistmaskier- und Ätzverfahren
gemustert, um einen Leiter 11 zu schaffen, wie er in Fig. 3A gezeigt ist. Daran anschließend wird eine Schicht
15 aus polykristallinem Silicium mit einer Dicke von etwa 200 nm (2000 Angstroms) über dem Molybdänleiter 11 und der
Schicht 14 aus Siliciumdioxid durch pyrolitische Zersetzung von Silan bei etwa 750 C in einem Strom eines inerten Trä-
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gergases, wie Argon, aufgebracht, um das in Fig. 3B gezeigte
Gebilde zu schaffen. Dieses Gebilde wird in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur von etwa 1000 0C
für eine Zeit erhitzt, damit das polykristalline Silicium mit dem Molybdänleiter 11 reagiert, um eine geeignet dicke
Schicht aus Molybdänsilicid zu schaffen, die dem nicht zur Reaktion gekommenen Teil des Molybdänleiters 11 überlagert
und mit diesem verbunden ist, wie es in Fig. 3C gezeigt ist. Danach werden die nicht zur Reaktion gekommenen Teile
der Schicht aus polykristallinem Silicium mit einem geeigneten Siliciumätzmittel geätzt, beispielsweise mit einer
wässerigen Lösung von Kaliumhydroxid, die das polykristalline
Silicium selektiv ätzt, ohne die Molybdänsilicidschicht 16 oder die Isolierschicht 14 aus Siliciumdioxid
nennenswert zu ätzen, um das in Fig. 3D gezeigte Gebilde zu schaffen, in welchem der Leiter 11 durch eine über ihm
liegende Schicht 16 aus Molybdänsilicid bedeckt ist. Der Verbundkörper von Fig. 3D wird dann in einer oxydierenden
Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 1000 0C oxydiert,
damit ein Teil der Schicht 16 aus Molybdänsilicid zu Siliciumdioxid oxydiert wird und ein Teil der Schicht aus Molybdänsilicid
zurückbleibt, der den Molybdänleiter 11 bedeckt, wie es in Fig. 3E gezeigt ist. Dieser Teil der Schicht aus
Molybdänsilicid bildet eine Abschirmung zwischen dem Molybdänleiter 11 und der oxydierenden Atmosphäre und wird zweckmäßig
so gewählt, daß er eine Dicke von mehreren hundert Nanometern (several thousand Angstroms) hat, obgleich er
auch wesentlich dünner sein kann. Die Ausgangsdicke der Molybdänsilicidschicht des Verbundkörpers von Fig. 3C wird
ausreichend dick gewählt, damit eine Siliciumdioxidschicht 17 der gewünschten Dicke geschaffen werden kann, wie es Fig.
3E zeigt. Wenn beispielsweise eine zweite Metallisierungsebene über der Siliciumdioxidschicht zu schaffen ist, würde
die Siliciumdioxidschicht ausreichend dick gemacht werden, um eine gute elektrische Isolierung zwischen den beiden
Ebenen zu schaffen. Die Dicke der Schicht 17 aus Siliciumdioxid und die Dicke des verbleibenden Teils der Schicht 16
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aus Molybdänsilicid sind von der Zeit und der Temperatur des Oxydationsprozesses abhängig. Es wird somit ein zusammengesetztes
Gebilde geschaffen, das einen Molybdänleiter enthält, der vollständig in Siliciumdioxid eingekapselt ist.
Stattdessen kann, nachdem die Schicht 15 aus polykristallinem
Silicium über dem Molybdänleiter 11 abgelagert worden ist, wie es in Fig. 3B gezeigt ist, das polykristalline
Silicium mit einem Photoresist (Lichtlack) durch bekannte Verfahren maskiert werden. Diejenigen Teile
der polykristallinen Siliciumschicht, die nicht mit dem Photoresist bedeckt sind, werden mit einem geeigneten SiIiciumätzmittel
geätzt, beispielsweise mit einer wässerigen Lösung von Kaliumhydroxid, die das polykristalline Silicium
selektiv ätzt, ohne die Siliciumdioxidisolierschicht 14 nennenswert zu ätzen, um das in Fig. 3B gezeigte Gebilde
zu erzeugen, in welchem der Leiter 11 durch eine ihm überlagerte
Schicht 15 aus polykristallinem Silicium mit einer Dicke von etwa 200 nm (2000 Angstroms) bedeckt ist.Vfenndie
Zeit der Reaktion zwischen dem polykristallinen Silicium und dem Molybdänleiter begrenzt wird, kann ein nicht zur
Reaktion gekommener äußerer Teil der Schicht aus polykristallinem Silicium zurückbleiben, wie es in Fig. 3C gezeigt
ist. Da die freiliegende Oberfläche des Verbundgebildes aus Siliciumdioxid besteht, kann eine zweite Metallisierungsebene
aus Molybdän auf dieselbe Weise wie die erste Metallisierungsebene geschaffen werden.
Die Erfindung ist zwar in Verbindung mit Verbundelektrodenstrukturen
beschrieben und dargestellt worden, in welchen der Leiter 11 aus Molybdän besteht, es ist jedoch klar,
daß angesichts der Ähnlichkeit der Wolframverbindungen und der Molybdänverbindungen, insbesondere der Ähnlichkeit von
deren Oxiden und Siliciden, der Leiter 11 aus Wolfram hergestellt werden kann. Außerdem kann der Leiter 11 aus anderen
hochschmelzenden Metallen hergestellt werden, die mit Siliciumdioxid im wesentlichen nicht reagieren, wie
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beispielsweise Tantal, Platin und Palladium- Darüber
hinaus sind.die Legierungen der oben erwähnten hochschmelzenden Metalle, in denen das hochschmelzende Metall einen
Hauptanteil bildet, für den Leiter 11 geeignet.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wurde zwar das nicht zur Reaktion gekommene polykristalline Silicium vor der
Oxydation des Molybdänsilicids entfernt, wie in Fig. 3D gezeigt, es ist jedoch klar, daß die Oxydation des Silicids
ohne Entfernung des nicht zur Reaktion gekommenen polykristallinen Siliciums ausgeführt werden kann.
Die Schicht 14 aus Isoliermaterial, auf der das leitende Teil 11 aus Molybdän gebildet wurde, besteht zwar aus Siliciumdioxid,
es ist jedoch klar, daß die Isolierschicht aus irgendeinem Material einer Anzahl von Materialien bestehen
kann, beispielsweise aus Siliciumnitrid oder einer Schicht aus Siliciumnitrid, die einerSchicht aus Siliciumdioxid
überlagert ist, oder aus Kaiibinationen derselben. Außerdem ist zwar ein Siiiciumsubstrat als das Material gezeigt worden,
auf dem die Isolierschicht aus Siliciumdioxid gebildet wird, es kann jedoch irgendeines von einer Anzahl von Halbleitersubstraten
benutzt werden, beispielsweise Galliumarsenid.
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Leerseite
Claims (22)
- Patentansprüche ;1/ Verbundkörper mit einem Substrat aus Halbleitermaterial, das eine Hauptfläche hat, und mit einer Schicht aus Isoliermaterial, die der Hauptfläche überlagert ist,gekennzeichnet durch einen Leiter (11) aus hochschmelzendem metallischem Material, das mit Siliciumdioxid im wesentlichen nicht reagiert und der Isoliermaterialschicht (14) überlagert ist,durch eine Schicht (16) aus einem Silicid des metallischen Materials, die den freiliegenden Flächen des Leiters überlagert ist, unddurch eine Schicht (17) aus Siliciumdioxid, die den freiliegenden Flächen der Silicidschicht überlagert ist.
- 2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hochschmelzende metallische Material Molybdän, V7olfram, Tantal, Platin oder Palladium ist.030051/0829
- 3. Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial Siliciumdioxid ist.
- 4. Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (14) aus Isoliermaterial aus einer Schicht aus Siliciumnitrid, die einer Schicht aus Siliciumdioxid überlagert ist, besteht und daß der Leiter der Siliciumnitridschicht überlagert ist.
- 5. Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial ein Verbund aus Siliciumdioxid und Siliciumnitrid ist.
- 6. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Silicium ist.
- 7. Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers,gekennzeichnet durch folgende Schritte:a) Schaffen eines Substrats aus Halbleitermaterial, welchem eine Schicht aus Isoliermaterial überlagert ist,b) Bilden eines Leiters aus einem hochschmelzenden metallischen Material, das mit Siliciumdioxid im wesentlichen nicht reagiert, in einem gewünschten Muster, das der Isoliermaterialschicht überlagert ist,c) Bilden einer Schicht eines Silicids des metallischen Materials an allen freiliegenden Flächen des Leiters, undd) Erhitzen des Substrats einschließlich des Leiters und der Schicht des Silicids in einer oxydierenden Atmosphäre bei einer derartigen Temperatur und für eine derartige Zeit, daß das Oxydationsmittel mit der03ÖÖ51/0Ö29Schicht des Silicids reagiert, um einen Teil derselben in Siliciumdioxid umzuwandeln, welches dem anderen Teil der Schicht des Silicids, der nicht in Siliciumdioxid umgewandelt worden ist, überlagert ist.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Silicids gebildet wird, indem zuerst über der Schicht aus Isoliermaterial einschließlich des Leiters aus metallischem Material eine Schicht aus polykristallinem Silicium geschaffen wird, eine Schicht aus polykristallinem Silicium dem Leiter überlagert wird, unddas Substrat einschließlich des Leiters aus metallischem Material und der Schicht aus polykristallinem Silicium auf eine derartige Temperatur und für eine derartige Zeit erhitzt wird, daß die gemusterte Schicht aus polykristallinem Silicium mit einem Teil des Leiters reagiert, um die Schicht des Silicids zu bilden, die dem anderen Teil des Leiters, der nicht in das Silicid desselben umgewandelt worden ist, überlagert ist.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus polykristallinem Silicium gemustert wird.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat einschließlich der gemusterten Schicht aus polykristallinem Silicium auf eine derartige Temperatur und für eine derartige Zeit erhitzt wird, daß ein Teil der Schicht aus polykristallinem Silicium zurückbleibt, der nicht mit dem Leiter reagiert hat.
- 11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus polykristallinem Silicium durch chemisches Aufdampfen von Silicium geschaffen wird.83ÖÖS1/ÖS2S
- 12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gemusterte Schicht aus polykristallinem Silicium durch chemisches Aufdampfen von Silicium und anschließendes Mustern desselben geschaffen wird.
- 13. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur, auf die das Substrat erhitzt wird, damit die Schicht aus polykristallinem Silicium mit dem Leiter reagiert, über 1000 0C beträgt.
- 14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Schicht aus polykristallinem Silicium, der nicht mit dem metallischen Material reagiert hat, vor dem Erhitzen des Substrats in einer oxydierenden Atmosphäre entfernt wird.
- 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht zur Reaktion gekommene Teil der Schicht des polykristallinen Siliciums durch Ätzen mit einem Ätzmittel entfernt wird, welches polykristallines Silicium wesentlich schneller ätzt als das Silicid des metallischen Materials.
- 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzmittel eine wässerige Lösung von Kaliumhydroxid ist.
- 17. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf eine'derartige Temperatur und für eine derartige Zeit erhitzt wird, daß im wesentlichen die gesamte Schicht des Silicids in Siliciumdioxid umgewandelt wird.
- 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das hochschmelzende Metall Molybdän, Wolfram, Tantal, Platin oder Palladium ist.
- 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial Siliciumdioxid ist.030US1/0829
- 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliermaterialschicht aus einer Schicht aus Siliciumnitrid,die einer Siliciumdioxidschicht überlagert ist, besteht und daß der Leiter der Siliciumnitridschicht überlagert ist.
- 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial ein Verbund aus Siliciumdioxid und Siliciumnitrid ist.
- 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Silicium ist.030061/0329
Applications Claiming Priority (2)
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| US06/047,889 US4228212A (en) | 1979-06-11 | 1979-06-11 | Composite conductive structures in integrated circuits |
Publications (1)
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