DE3230568A1 - SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents
SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOFInfo
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Description
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PAT IO N TAN WÄr/Γ EPAT IO N TAN WÄr / Γ E
DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197ί) . Dl PL-I NG. W. EITLE . D R.RER. NAT. K.HOFFMANN . Dl PL.-ING. W. LEU NDR. ING. E. HOFFMANN (1930-197ί). Dl PL-I NG. W. EITLE. D R.RER. NAT. K.HOFFMANN. Dl PL.-ING. W. LEU N
DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARAUELLASTRASSE 4 · D-8000 MÖNCHEN 01 ■ Tt LEFON (08?) 9110U7 . TE LEX 05-29619 (ΙΆΤΙΙΕ)DIPL.-ING. K. FOCHSLE DR. RER. NAT. B. HANSEN ARAUELLASTRASSE 4 D-8000 MÖNCHEN 01 ■ Tt LEFON (08?) 9110U7. TE LEX 05-29619 (ΙΆΤΙΙΕ)
37 377 o/wa37 377 o / wa
TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, KAWASAKI-SHI / JAPANTOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, KAWASAKI-SHI / JAPAN
Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellunq Semiconductor device and method for the production thereof
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben und insbesondere eine Halbleitervorrichtung mit einem verbesserten Elektroden- oder Verdrahtungsschichtma'tcriiil. 5The invention relates to a semiconductor device and a method of making the same, and in particular a semiconductor device with an improved electrode or wiring layer material. 5
Aluminium (Al), Nickel (Ni), Vanadin (V), Platinsilizid • (PtSx2), Titan (Ti) oder polykristallines Silizium sind bei Halbleitervorrichtungen als Elektroden- oder Verdrah-.tungsSchichtmaterial verwendet, worden. Die vorerwähnten Materialien werden jedoch, mit Ausnahme von polykristallinen! Silizium, sehr leicht oxidiert und weisen eine geringe Resistenz gegenüber Chemikalien auf. AusserdeiuAluminum (Al), nickel (Ni), vanadium (V), platinum silicide • (PtSx2), titanium (Ti) or polycrystalline silicon in semiconductor devices as an electrode or wiring layer material has been used. However, with the exception of polycrystalline! Silicon, very easily oxidized and have a low resistance to chemicals. Besides
Ausserdem reagieren diese Materialien schon bei verhältnismäsuig niedrigen Temperaturen von 300 bis 5000C. mit Silizium auf.einem Substrat, unter Bildung von Silizid. Als Ergebnis erhöht sich der Verdrahtungswiderstahd und das Silizid blättert von der Grenzfläche mit dem Silizium aufgrund der unterschiedlichen Volumenexpansionskoeffizienten von Silizid und Silizium oder aufgrund der thermischen Expansionskoeffizienten ab. Weiterhin wird auch der Kontaktwiderstand erhöht. Nachdem man eines der vorerwähnten Materialien als Elektroden-· oder Verdrahtungsschichtmaterial auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden hat, kann ein Tempern kaum noch bei Temperaturen oberhalb 5000C vorgenommen werden.In addition, these materials react already at low temperatures verhältnismäsuig of 300 to 500 0 C. with silicon auf.einem substrate to form silicide. As a result, the wiring resistance increases and the silicide is peeled from the interface with the silicon due to the different volume expansion coefficients of the silicide and silicon or due to the thermal expansion coefficients. Furthermore, the contact resistance is also increased. After one of the aforementioned materials as an electrode or wiring layer · material has deposited on a silicon substrate, a heat treatment can hardly be carried out even at temperatures above 500 0C.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine hoch zu- ' verlassige Halbleitervorrichtung mit einer Elektroden-.oder Verdrahtungsschicht zu schaffen, bei der keine unerwünschten Suizide gebildet werden, und ein Verfahren " zur Herstellung derselben zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the invention to provide a highly reliable semiconductor device with an electrode or To provide a wiring layer that does not generate undesirable suicides and a method " to make the same available.
Gemäss einem Aspekt der Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt mit einem Siliziumsubstrat und einer leitenden Schicht, die direkt auf dem Siliziumsubstrat gebildet wird und die aus einem Nitrid oder Karbid eines Übergangselementes besteht, wobei das Ubergangselcrnent ausgewählt ist aus der Gruppe Titan, Kadmium, Zirkon, Tantal, Niob, Scandium, Molybdän .According to one aspect of the invention there is provided a semiconductor device provided with a silicon substrate and a conductive layer that is directly on top the silicon substrate is formed and which consists of a nitride or carbide of a transition element, wherein the transition element is selected from the group Titanium, cadmium, zircon, tantalum, niobium, scandium, molybdenum .
Gern "ι σ ü einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herst«illung einer Halbleitervorrichtung gezeigt,Another aspect of the invention is a method shown for the manufacture of a semiconductor device,
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welches folgende Stufen umfasst: Ausbildung einer leitenden Schicht aus einem Nitrid oder Karbid eines Übergangselementes auf einem Siliziumsubstrat, wobei das Übergangselemente ausgewählt ist aus der Gruppe Titan, Kadmium, Zirkon, Tantal, Niob, Scandium und Molybdän;which comprises the following stages: Training of a managerial Layer of a nitride or carbide of a transition element on a silicon substrate, the Transition elements is selected from the group consisting of titanium, cadmium, zirconium, tantalum, niobium, scandium and molybdenum;
Ausbildung einer Rinne durch selektives lity.on dtvr Leitfähigkeit s schicht und 'ies Siliziumsubstrates; Bedecken der Oberfläche der Rinne mit einer Glasschicht; und Sintern der Glasschicht durch Tempern. 10Formation of a groove by selective lity.on dtvr conductivity s layer and 'ies silicon substrate; Covering the surface of the gutter with a layer of glass; and sintering the glass layer by annealing. 10
Gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst die leitfähige Schicht wenigstens eine der Elektroden- und Verdrahtungsschichten. According to the present invention, the conductive Layer at least one of the electrode and wiring layers.
Fig. 1 bis 6 sind Querschnitte, die zur Erklärung der·Figs. 1 to 6 are cross-sections used to explain the
Herstellung einer erfindungsgemässen Halbleitervorrichtung gemäss einer Aus-• führungsform der Erfindung dienen.Production of a semiconductor device according to the invention according to an embodiment Serve implementation of the invention.
Ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen gemäss einer Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 gezeigt.. In Fig. T wird eine η -Typ leitende Schicht 2 auf einer Hauptoberfläche eines η-Typ Siliziumsubstrats 1 durch übliche Diffusionsmethode in einer Tiefe von 30 μΐη aufgebracht. Eine ρ -Typ leitende Schicht 3 wird auf die andere Hauptoberfläche des η-Typ Siliziumsubstrats 1 durch übliche Diffusionsmethode in einer Tiefe von 100 μτη. aufgebracht. Titannitrid (TiN)-Filme 4, die 10 bis 80 Atom-!i Stickstoff enthalten, Nickel (Ni)-Filme 5 und Siliciumnitrid (Si^N.)-Filme G worden hintereinander 'durchA method of manufacturing semiconductor devices according to an embodiment of the invention is shown with reference to FIGS. 1 to 6. In FIG Depth of 30 μΐη applied. A ρ-type conductive layer 3 is formed on the other main surface of the η-type silicon substrate 1 by the usual diffusion method at a depth of 100 μm. upset. Titanium Nitride (TiN) films 4 that are 10 to 80 atomic ! i contained nitrogen, nickel (Ni) films 5 and silicon nitride (Si ^ N.) films G have been successively 'by
HochfrequenzZerstäubung auf der η -Typ leitfähigen Schicht 2 bzw. der ρ -Typ leitfähigen Schicht 3 in .einer Dicke von 3.000 Ä, 4.000 Ä UND 1.000 Ä abgeschieden, unter Verwendung von Titan (Ti) als Antikathode ' und wobei man eine Gasmischung aus Argon und Stickstoff in einem Vakuum von etwa 10 Torr einführt.High frequency sputtering on the η -type conductive Layer 2 or the ρ -type conductive layer 3 deposited in a thickness of 3,000 Ä, 4,000 Ä AND 1,000 Ä, using titanium (Ti) as the anticathode and using a gas mixture of argon and nitrogen in a vacuum of about 10 torr.
Wachsschichten 7 mit einer Oxidationsbeständigkeit werden auf dem Siliziumnitridfilm 6 ausgebildet. Wie in Fig. -3 gezeigt wird, werden die Titannitridfilme .4, die Nickelfilme 5 und die Siliziumnitridfilme 6 selektiv durch Fotoätzung unter Ausbildung von Öffnungen geätzt. Anschliessend wird, wie dies in Fig. 4 gezeigt wird, eine Wachsschicht 71 nur auf der Wachsschicht 7 oberhalb der anderen Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 1 aufgetragen. Die Oberflächenschicht der Öffnungen wird durch, dine Xtzmischung aus Kluorwasserstoff (HF) und Baipol orsäiiro (HNO3) unter Ausbildung von Kinnen, welche die ρ -Typ leitfähige Schicht 3 erreichen, geätzt. Die · Tiefe der Rinnen ist etwa 60 μπα, wobei Mesateile MS gebildet werden.Wax layers 7 having oxidation resistance are formed on the silicon nitride film 6. As shown in Fig. -3, the titanium nitride films .4, the nickel films 5 and the silicon nitride films 6 are selectively etched by photo-etching to form openings. Then, as shown in FIG. 4, a wax layer 7 1 is applied only to the wax layer 7 above the other main surface of the silicon substrate 1. The surface layer of the openings is etched by a Xtz mixture of hydrogen chloride (HF) and Baipol orsäiiro (HNO 3 ) with the formation of chins which reach the ρ -type conductive layer 3. The depth of the grooves is about 60 μπα, with mesa parts MS being formed.
Wie dies in Fig. 5 gezeigt wird, werden die Wachsschichten 7 und 7' entfernt und niedrigschmelzende Glasfilme 8 aus Zinkoxid ZnO) werden auf den Kanten der Mesateile MS gebildet, d.h. auf den Wandungen der Rinnen, und in einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 700 bit; 0000C gesintert, ϋηΐ er diesen Bedingungen kann, wenn dor Titannitrid.fi.Im 4 mit dem Silizium unter Ausbildung οineο Suizids au Γ der Oberfläche des Nickelfilms 5 reagiert, die Elektrode in einer späteren Stufe nichtAs shown in Fig. 5, the wax layers 7 and 7 'are removed and low-melting glass films 8 made of zinc oxide (ZnO) are formed on the edges of the mesa parts MS, ie on the walls of the channels, and in an oxygen atmosphere at a temperature of 700 bit; 000 0 C sintered, ϋηΐ he can these conditions if the titanium nitride.fi.Im 4 reacts with the silicon to form οineο suicide on the surface of the nickel film 5, the electrode not in a later stage
gelötet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch die Silizidreaktion sich nicht bis ;:um Nickelfilm 5 erstrecken, weil der Titannitrid^ilm 4 aus einem Nitrid einer; Übergangselementes hergestellt wird.to be soldered. In the present embodiment however, the silicide reaction cannot go up to;: um Nickel film 5 extend because the titanium nitride ^ ilm 4 from a nitride one; Transition element is produced.
Wie in Fig. 6 gezeigt wird, wird der Siliziumnitridfilm 6 durch Plasmaätzen geätzt, wobei die Oberfläche des Nickelfilms 5 freigelegt wird. Elektroden 9 zum Anschliessen von Aussenleitungen werden dann nur an den Oberflächen der freigelegten Teile des Nickelfilms 5 deponiert. As shown in Fig. 6, the silicon nitride film becomes 6 etched by plasma etching, whereby the surface of the nickel film 5 is exposed. Electrodes 9 for connection of external lines are then only on the surfaces the exposed parts of the nickel film 5 are deposited.
Bei einer Halbleitervorrichtung der obigen Anordnung wird durch das Nitrid eines Übergangselementes die Silizidbildung verhindert und dadurch erhöht sich der .Verdrahtungswiderstand nicht. Weiterhin schält sich das Silizid nicht von der Grenzfläche mit dem Silizid aufgrund der Volumenexpansionskoeffizienten des Suizids und des Siliziums sowie der thermischen Ausdehnungskoeffizienten ab, so dass dor Kontaktwiderstand nicht erhöht wird. Durch das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen kann man das Fotogravierverfahren zur Bildung von Verdrahtungseloktroden fortlassen. Daher wird das Herstellungsverfahren vereinfacht. In a semiconductor device of the above arrangement, the nitride of a transition element is the Prevents the formation of silicide and thereby does not increase the wiring resistance. It continues to peel Silicide does not interfere with the silicide due to the volume expansion coefficient of suicide and the silicon as well as the thermal expansion coefficient so that the contact resistance is not increased. By the method according to the invention for production of semiconductor devices, one can use the photo-engraving process omit to form wiring electrodes. Therefore, the manufacturing process is simplified.
Bei der'obigen Äusführungsform wurde ein Nitrid eines Übergangselementes verwendet. Man kann jedoch auch ein Karbid eines Übergangselementes, das 10 bis 80 Atom-% Kohlenstoff enthält, verwenden. Besonders bevorzugt wirdIn the above embodiment, a nitride was a Transition element used. However, one can also use a carbide of a transition element that contains 10 to 80 atom% Contains carbon. It is particularly preferred
- 10 -- 10 -
- 10 -- 10 -
ein Verhältnis von N oder C zu Übergangselement von 50:50. Bei der obigen Ausführungsform wurde Ti als überrgangsolement verwendet. Ebenso kann man jedoch auch · Hf, Zr, Ta, Nb, Sc oder Mo verwenden. 5 Hf oder Zr, deren Nitride Widerstände aufweisen, die ähnlich niedrig sind wie die von TiN, können anstelle von Ti verwendet werden. Der Widerstand des Nitrids von Ta, Nb, Sc oder Mo ist etwas höher als der von TiN, ist aber für die Praxis vernachlässigbar niedrig.a ratio of N or C to transition element of 50:50. In the above embodiment, Ti was used as the transition element used. However, it is also possible to use · Hf, Zr, Ta, Nb, Sc or Mo. 5 Hf or Zr, the nitrides of which have resistances that are as low as those of TiN, can be used instead of Ti can be used. The resistance of the nitride of Ta, Nb, Sc or Mo is slightly higher than that of TiN, but is negligibly low in practice.
Bei der obigen Ausführungsform wird ein Nitrid oder Karbid eines Übergangselementes, welches 10 bis 80 Atom-% Stickstoff oder Kohlenstoff enthält, verwendet. Das. obige Material kann jedoch auch als VerdrahtungsSchichtmaterial Verwendung finden. Ein Kobalt (Co)-FiIm kann anstelle des Nickolfilms !> bei der obigen Ausführungsform verwendet worden.In the above embodiment, a nitride or carbide is used a transition element containing 10 to 80 atomic percent nitrogen or carbon is used. That. above However, material can also be used as the wiring layer material. A cobalt (co) fiIm can be used instead of the nickel film!> is used in the above embodiment been.
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| GB2104290A (en) | 1983-03-02 |
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