DE3301457A1 - Halbleitervorrichtung und verfahren zur herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und verfahren zur herstellung

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Description

38 070
Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, Kawasaki-shi / Japan
Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, insbesondere eine solche mit einer Metallsilicidschicht, die eng mit einer isolierenden Schicht oder einer Halbleiterschicht verbunden ist, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Bei herkömmlichen Halbleitervorrichtungen, wie einem MOSFET (Metalloxid-Halbleiterfeldeffekttransistor), wie er in der Fig. 1 gezeigt ist, die den Forderungen nach hohen Arbeitsgeschwindigkeiten und hoher Packdichte genügen müssen, wird ein Metall, wie Molybdän (Mo), Wolfram (W) oder Platin (Pt) oder ein Silicid dieser Metalle als Material für eine Gateelektrode 1 zusätzlich zu Aluminium oder polykristallinem Silicium verwendet. Folgende Bezeichnungen gelten für die Fig. 1: ein p-Silicium-Substrat 2; ein n-Source-Bereich 3; ein n-Drain-Bereich 4 und ein Isolierfilm aus Siliciumdioxid (SiO2). Wenn die Gateelektroda 1 einen Metallsilicidfilm aufweist, kann dieser sich leicht von dem darunter befindlichen Isolierfilm 5 ablösen, wenn nach der Ausbildung des Metallsilicidfilmes auf dem Isolierfilm 5 getempert oder photograviert wird. Der Metallsilicidfilm kann sich jedoch
330H57
auch bereits während seiner Bildung vom Halbleiterfilra ablösen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, bei der eine feste Bindung zwischen einem Isolierfilm oder einem Halbleiterfilm und einem darauf ausgebildeten Metallsilicidfilm besteht, wobei die Erfindung auch ein Herstellungsverfahren dafür umfaßt«
Um vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, weist die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat mit einem darauf befindlichen Isolierfilm oder einem Halbleiterfilm auf, auf welchem eine Kohlenstoffschicht ausgebildet wird, auf der wiederum ein Metallsilicidfilm gebildet wird, wobei durch Erhitzen Kohlenstoffatome thermisch aus der Kohlenstoffschicht in den Isolierfilm oder den Halbleiterfilm und in den Metallsilicidfilm hineindiffundieren.
Vorzugsweise hat die Kohlenstoffschicht eine Dicke von
20 bis 50 A. Das Erhitzen erfolgt vorzugsweise durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl.
Die Zeichnung zeigt im einzelnen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung ;
30. Fig. 2 einen Schnitt, der den Hauptteil der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung vor der Durchführung der thermischen Diffusion wiedergibt;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung aus Fig. 2 nach dem thermischen Diffusionsvor
gang; und
Fig. 4 die Auger-Signalintensität von Kohlenstoff in
der Halbleitervorrichtung der Fig. 2 und 3 nach der Auger-Elektronenspektroskopie.
Der wesentliche Teil eines MOSFET nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 2 und 3 erläutert. In diesen Figuren sind Source- und Drain-Bereich nicht dargestellt.
Fig. 2 zeigt ein p-Siliciumsubstrat 11, auf dem durch thermische Oxidation ein SiO2-FiIm 12 von 400 K Dicke ausgebildet worden ist. Eine Kohlenstoffschicht 13 wird durch Elektronenstrahlverdampfung auf dem SiO2~Film in; einer Dicke von 30 Ä ausgebildet. Auf diese Kohlenstoffschicht 13 wird ein Molybdänsilicidfilm 14 (MoSi2) in einer Dicke von 3500 Ä aufgesputtert. Der MoSi2-FiIm 14 dient als Gateelektrode.
Der SiO2-FiIm 12, die Kohlenstoffschicht 13 und die Molybdänsilicidschicht 14, die in dieser Reihenfolge auf dem Siliciumsubstrat 11 abgelagert sind, werden durch Laserbestrahlung erhitzt. Die Wellenlänge der Laserstrahlen wird in Abstimmung auf die Dicke und die Zusammensetzung des Molybdänsilicidfilms 14 gewählt. Fig. 3 zeigt den Zustand der Halbleitervorrichtung nach der thermischen Diffusion durch die Laserbestrahlung. Kohlenstoff atome aus der Kohlenstoffschicht 13, die sich auf dem SiO2-FiIm 12 befindet, sind in den Molybdänsilicidfilm 14 einerseits und den SiO3-FiIm 12 andererseits bis zu Tiefen von 200 A bzw. 50 Ä eingedrungen. Die maximale Konzentration der Kohlenstoffatome in den Diffusionszonen beträgt etwa 10 %.
Der Diffusionszustand der Kohlenstoffschicht 13 wird mit Hilfe der Auger-Elektronenspektroskopie (AES) überprüft. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 dargestellt. Die Auger-Signalintensität der verschiedenen Atome im Drei-Schichten-Aufbau (SiO3-FiIm 12, Kohlenstoffschicht 13
und Molybdänsilicidschicht 14) ist entlang der Ordinate, die Dicke einer jeden Schicht des Drei-Schichten-Aufbaus entlang der Abszisse aufgetragen. Bereich A zeigt den Molybdänsilicidbereich, Bereich B den Kohlenstoffbereich und Bereich C den SiO-^-Bereich. Die Intensität des Augersignals vom Kohlenstoffbereich vor der thermischen Diffusion durch den Laserstrahl ist durch die ausgezogene Linie dargestellt, während die Intensität des Auger- signals vom Kohlenstoffbereich nach der thermischen Diffusion durch den Laserstrahl mit der gestrichelten Linie wiedergegeben ist, jedoch mit einem 5 : 1-Maßstab der Ordinatenachse im Vergleich zur ausgezogenen Linie. Es sei noch bemerkt, daß die Augersignale von Mo, Si und 0 der Bereiche, welche dem Molybdänsilicidfilm 14 und dem SiO2-FiIm 12 zugehören, nicht wiedergegeben sind. Man stellt so fest, daß die Kohlenstoffatome aus der Kohlenstoff schicht 13 thermisch in den Molybdänsilicidfilm 14 und den SiO2-FiIm 12 hineindiffundiert sind.
Die Haftfähigkeit zwischen dem Molybdänsilicidfilm 14 und dem SiO2-FiIm 12 wird vermutlich durch die diffundierten Kohlenstoffatome erhöht. Genauer gesagt wird eine Zwischenschicht gebildet, zu der die Kohlenstoff schi ::ht 13 gehört, in der ein Atomradius klein ist und die die Eigenschaften des Molybdänsilicidfilms 14 und des SiO2-Films 12 nicht beeinflußt. Außerdem sind von der Kohlenstoffschicht Kohlenstoffatome in den Molybdänsilicidfilm 14 und den SiO2-FiIm 12 hineindiffundiert, wodurch die Haftfähigkeit erhöht wird. Der verbleibende Molyodänsilicidfilm 14 hebt sich auch dann nicht vom SiO2-FiIm 12 ab, wenn im Anschluß Behandlungen wie Tempern oder Photogravieren vorgenommen werden.
Die Spannung des Molybdänsilicidfilms 14 wird auch gemessen. Wenn ein Molybdänsilicidfilm bei einem Vergleichsbeispiel unmittelbar auf dem SxO2-FiIm ausgebildet wird,
kann er stark während des Temperns in Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 10000C während 30 min konvex verformt werden. Die Spannung des Molybdänsilicidfilms selbst beträgt 1,9 χ 1010 dyn/cm2. Der Molybdänsilicidfilm 14 gemäß der Erfindung wird jedoch nur geringfügig
verformt und weist eine Spannung von 5 χ 10 dyn/cm2 auf, wenn eine Temperung in Stickstoffatmosphäre bei 10000C während 30 min erfolgt. Der Molybdänsilicidfilm 14 gemäß der Erfindung hat gegenüber dem Vergleichsbeispiel ausgezeichnete Eigenschaften. Diese Verbesserung .dürfte der thermischen Diffusion des Kohlenstoffs in den Molybdänsilicidfilm 14 zuzuschrieben sein.
Die Erfindung ist nicht auf das Beispiel von Molybdänsilicidfilm 14 und einem Basisisolierfilm aus SiO2 beschränkt. Als Metall des Silicidfilms kann auch Wolfram oder Platin anstelle von Molybdän verwendet werden, und als Isolierfilm kann anstelle des SiO^-Films auch ein Siliciumnitrid-Film dienen.
20

Claims (9)

  1. 38 Q7.0
    Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, Kawasaki-shi / Japan
    Halbleitervorrichtung und Verfahren :sur
    Herstellung
    Patentansprüche
    M.^Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat und einem darauf ausgebildeten Isolierfilm, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem Isolierfilm (12) eine Kohlenstoffschicht (13) und auf dieser ein Metallsilicidfilm (14) ausgebildet werden und daß die Kohlenstoffatome der Kohlenstoffschicht (13) durch Erhitzen thermisch in den Isolierfilm (12) und in den Metallsilicidfilm (14) hineindiffundiert werden.
  2. 2. Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat und einem darauf ausgebildeten Halbleiterfilm, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem Halbleiterfilm (12) eine Kohlenstoffschicht (13) und auf dieser ein Metallsilicidfilm (14) ausgebildet werden und daß die Kohlenstoffatome der Kohlenstoffschicht (13) durch Erhitzen thermisch in den Halbleiterfilm (12) und in den MetallsilicidfUm (14) hineindiffundiert werden.
    330U57
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e τ kennzeichnet , daß die Kohlenstoffschicht (13) eine Dicke von 20 bis 50 Ä hat.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall des Metallsilicidfilms (14) Molybdän, Wolfram oder Platin ist.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    auf einem Halbleitersubstrat wird ein Isolierfilm ausgebildet, auf diesem eine Kohlenstoffschicht und darüber ein Metallsilicidfilm; die Kohlenstoffschicht wird erhitzt, so daß Kohlenstoffatome aus der Kohlenstoffschicht thermisch in den Isolierfilm und in den Metallsilicidf ilm hineindiffundieren.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    auf einem Halbleitersubstrat wird ein Halbleiterfilm ausgebildet, auf diesem eine Kohlenstoffschicht und darüber ein Metallsilicidfilm; die Kohlenstoffschicht wird erhitzt, so daß Kohlenstoffatome aus der Kohlenstoffschicht thermisch in den Halbleiterfilm und in den Metallsilicidfilm hineindiffundieren.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Erhitzen durch Laserbestrahlung erfolgt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Kohlenstoffschicht eine Dicke von 20 bis 50 Ä hat.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall des Metall silicidfilms Molybdän, Wolfram oder Platin ist.
DE3301457A 1982-01-22 1983-01-18 Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Expired DE3301457C2 (de)

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US-Z.: Thin Solid Films", Bd. 2, 1978, S. 415-443 *

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