DE4021516A1

DE4021516A1 - Verfahren zum differenzierten aufwachsen von wolfram fuer die selektive chemische abscheidung aus der gasphase

Info

Publication number: DE4021516A1
Application number: DE19904021516
Authority: DE
Inventors: Eui-Song Kim; Sun-Hoo Park
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1992-01-16

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, insbesondere auf ein Verfahren zum differenzierten Aufwachsen von Wolfram für die selektive chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD), bei dem die in den Kontaktzonen während dem Metallschaltungsverbinden erzeugte Stufenbedeckung verbessert ist.

Mit Hilfe verschiedener Herstellungsverfahren wird eine große Anzahl von Vorrichtungen auf dem Halbleitersubstrat hergestellt, wobei Metallschichten zur elektrischen Verbindung der Vorrichtungen untereinander verwendet werden. Die Schaltungsverbindung wird durch die Verfahren des Photomaskierens und des Metallätzens im Anschluß an das dünne Aufbringen der Metallschicht hergestellt.

Derzeit wird Aluminium (Al), das Silicium (Si) in passender Menge enthält, in weitem Umfange als metallisches Material bei Halbleiterherstellungsverfahren verwendet. Wird ausschließlich Aluminium als metallische Schaltungsverbindung benutzt, wird jedoch die Aluminiumfilmschicht in der Kontaktzone durch Elektromigration verdünnt, wobei im schlimmsten Falle die Aluminiumfilmschicht unterbrochen wird, wodurch die Halbleitervorrichtungen betriebsunfähig werden. Weiter ist im Falle der Aluminiumschaltungsverbindung der Ohm′sche Widerstand der Kontaktzone groß, so daß die Operationsgeschwindigkeit der Halbleitervorrichtungen verschlechtert wird. Da insbesondere die Integrationsdichte bei Halbleitervorrichtungen mehr und mehr zunimmt, tritt ein derartiges Problem oft auf, da die metallischen Schaltverbindungsfilmschichten immer dünner werden.

Neuerdings wird, um das Dünnerwerden der metallischen Schaltungsverbindungsfilmschichten aufgrund der Elektromigration zu verhindern, Wolfram mit einem großen Atomradius und großer Masse als metallisches Schaltungsverbindungsmaterial verwendet, so daß die Operationsgeschwindigkeit der Halbleitervorrichtungen aufgrund des geringen Ohm′sches Widerstandes verbessert wird. Durch Aufbringen von Wolfram mit niedrigem Widerstand in der Kontaktzone und anschließender Erzeugung der Aluminiumfilmschicht auf derselben zur Herstellung der metallischen Schaltungsverbindung wird das Problem so gut wie gelöst. Aber obwohl die Operationsgeschwindigkeit bei Verwendung von Wolfram als metallisches Schaltungsverbindungsmaterial in Speichervorrichtungen erheblich verbessert wird, kann Wolfram nicht gleichmäßig aufgebracht werden, da die Tiefen der erzeugten Kontaktzonen im Falle, daß die Speichervorrichtungen mit anderen Vorrichtungen im peripheren Schaltungsbereich verbunden werden, unterschiedlich groß sind, so daß eine große Stufe entsteht.

Fig. 1 veranschaulicht die durch das CVD-Verfahren erzeugte konventionelle metallische Schaltungsverbindung.

Viele Speicherzellen dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) werden mit Hilfe verschiedener Halbleiterherstelllungverfahren auf einem Halbleitersubstrat 1 hergestellt. Nachdem eine Übergangsschicht 2 auf dem elektrisch zu verbindenden Abschnitt aufgebracht worden ist, wird die isolierende Filmschicht 3 aufgebracht. Im nächsten Verfahrensabschnitt wird eine Bitleitung für die metallische Schaltungsverbindung, die aus Polysilicium 4 und Wolframsilicit 5 besteht, durch das herkömmliche Verfahren gebildet. Anschließend werden, nachdem erneut die Isolierfilmschicht 3 gebildet worden ist, Kontaktzonen X und Y durch Fotomaskieren und Ätzen erzeugt. Anschließend wird Wolfram 6 durch das selektive CVD-Verfahren aufgebracht, und darauf wird eine Aluminiumlegierung, die als metallisches Schaltungsverbindungsmaterial dient, auf dem Wolfram aufgebracht.

Dabei wird wegen des Tiefenunterschiedes zwischen der mit der Übergangsschicht 2 verbundenen Kontaktzone X und der mit der Wolframsilicitschicht 5 als Bitleitung verbundenen Kontaktzone Y das Wolfram bis etwa auf die halbe Tiefe der Kontaktzone X im Vergleich zur Kontaktzone Y, während der Aufbringung des Wolframs durch das selektive CVD-Verfahren, aufgefüllt. Die Stufenüberdeckung wird also bei den Kontaktzonen unterschiedlicher Tiefe verschlechtert, wodurch die Schaltungsverbindungsschicht der Aluminiumlegierung 7 im Langzeitgebrauch unterbrochen wird, so daß die Halbleitervorrichtungen betriebsunfähig werden. Da der Integrationsgrad der Halbleitervorrichtungen mehr und mehr zunimmt, tritt ein solches Problem oft auf, da die Aluminiumfilmschicht immer dünner wird.

Die vorliegende Erfindung beruht auf diesem Sachverhalt und hat die Schaffung eines Verfahrens zum differenzierten Aufwachsen von Wolfram zum Gegenstand, bei dem die Kontaktzonen unterschiedlicher Tiefe durch selektives CVD mit Wolfram auf die gleiche Höhe aufgefüllt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum differenzierten Aufwachsen von Wolfram für die selektive chemische Abscheidung aus der Gasphase geschaffen, das nacheinander folgende Schritte aufweist: (a) Bilden einer Übergangsschicht in einer begrenzten Zone des Halbleitersubstrats und Aufbringen einer isolierenden Filmschicht, einer ersten Polysiliciumschicht, einer Wolframsilicitschicht und einer zweiten Polysiliciumschicht; (b) Bemustern der ersten Polysiliciumschicht, der Wolframsilicitschicht und der zweiten Polysiliciumschicht; (c) Bilden einer ersten Kontaktzone X sowie einer zweiten Kontaktzone Y; (d) differenziertes Aufwachsen des Wolframs durch chemische Abscheidung aus der Gasphase auf der ersten Kontaktzone und auf der zweiten Kontaktzone durch Steuern des Verhältnisses der Reaktionsgase; und (e) Aufbringen einer Aluminiumlegierung auf dem Wolfram.

Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor.

Fig. 1 stellt einen Querschnitt durch den durch das selektive CVD-Verfahren hergestellten konventionellen metallischen Schaltungsverbindungsaufbau dar;

Fig. 2A-D zeigt die verschiedenen Stufen des differenzierten Aufwachsprozesses des Wolframs entsprechend der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 stellt einen Querschnitt durch den metallischen Schaltungsverbindungsaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung dar.

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 2A-D zeigt die verschiedenen Schritte des differenzierten Aufwachsprozesses für Wolfram gemäß der vorliegenden Erfindung.

Jede Vorrichtung wird durch verschiedene Halbleiterherstellungsprozesse auf einem Halbleitersubstrat 11 erzeugt. Eine Kontaktzone X auf der Übergangsschicht 12 muß zum elektrischen Verbinden der Vorrichtung freigehalten werden (nicht dargestellt).

Wie Fig. 2A zeigt, ist die Kontaktzone auf der Substratoberfläche begrenzt, und es ist eine Bitleitung angebracht. Gemäß Fig. 2A wird eine isolierende Filmschicht 13 nach dem Eindotieren der Übergangsschicht 12 auf die begrenzte Zone des Halbleitermaterials 11 aufgebracht. Danach wird eine Polysiliciumschicht 14 für die Schaltungsverbindung der Bitleitung in der Speichervorrichtung auf der isolierenden Filmschicht 13 aufgebracht und durch das übliche Verfahren dotiert. Anschließend wird auf der Polysiliciumschicht 14 eine Wolframsilicitschicht 16 durch die CVD-Methode aufgebracht, während eine Polysiliciumschicht 18 auf der Wolframsilicitschicht 15 aufgebracht wird und zur Verringerung der Wachstumsrate des Wolframs auf die Hälfte im Vergleich zur Übergangsschicht 12 des Einkristallsiliciums dotiert wird.

Gemäß Fig. 2B wird die Bitleitung durch Fotomaskieren und Ätzen erzeugt. Nach Fig. 2B werden eine Polysiliciumschicht 14, eine Wolframsilicitschicht 15 und eine Polysiliciumschicht 18 als Bitleitung auf dem begrenzten Abschnitt durch Fotomaskieren und Trockenätzen erzeugt. Die zur Erzeugung der Bitleitung dienende Wolframsilicitschicht kann eine solche aus Polysilicium, Molybdänsilicit, Wolfram, Titan, Titansilicit und Aluminiumlegierungen sein.

Wie Fig. 2C zeigt, sind die Kontaktzonen X und Y gebildet, die an die metallische Schaltungsverbindung angeschlossen sind. Gemäß Fig. 2C werden die Kontaktzonen durch Fotomaskieren und Trockenätzen erzeugt. Das Einkristallsilicium wird also am Boden der Kontaktzone X erzeugt, während am Boden der Kontaktzone Y das Polysilicium erzeugt wird.

Gemäß Fig. 2D wird Wolfram durch die selektive CVD-Methode aufgewachsen. Im Falle der Fig. 2D ist, falls das Verhältnis SiH₄/WF₆ den Wert 0.8 besitzt, die Wachstumsgeschwindigkeit des Wolframs auf der Übergangsschicht 12 des Einkristallsiliciums am Boden der Kontaktzone X zweimal größer als diejenige auf der Polysiliciumschicht 18 am Boden der Kontaktzone Y, so daß auf den Kontaktzonen X und Y unterschiedlicher Tiefe das Wolfram 16 jeweils auf die gleiche Höhe aufgefüllt wird.

Die Tatsache, daß die Wachstumsrate des Wolframs auf dem Einkristallsilicium doppelt so groß ist wie die auf dem Polysilicium, ist bereits bekannt. Die detaillierte Beschreibung findet sich in "SEMICON NEWS", Seite 68, Juni 1989, Japan. Gemäß diesem technischen Bericht sind die Bildungseigenschaften des Wolframs auf Einkristall- und Polykristallsilicium durch das Verhältnis SiH₄/WF₆ bestimmt. Im Bereich von 0.7 bis 0.9 fällt die Wachstumsrate unterschiedlich aus, wobei insbesondere beim Verhältniswert 0.8 der Unterschied der Wachstumsraten das Zweifache beträgt.

Bei der vorliegenden Erfindung wurde nur der Fall beschrieben, daß der Tiefenunterschied der Kontaktzonen X und Y das Zweifache beträgt, und daß das Verhältnis SiH₄/WF₆ den Wert 0.8 besitzt; jedoch wird die Wachstumsrate des Wolframs bei dem genannten Tiefenunterschied der Kontaktzonen mehr oder weniger durch das Verhältnis von 0.7-0.9 für SiH₄/WF₆ bestimmt.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt des metallischen Schaltungsverbindungsaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung. Nach Fig. 3 wird die Aluminiumlegierungsschicht 17 durch die konventionelle Aufsteubungsmethode gebildet.

Bei den vorliegenden Speichervorrichtungen wird die Operationsgeschwindigkeit aufgrund des niedrigen Widerstandes des auf den Kontaktzonen X und Y aufgebrachten Wolframs verbessert, und weiter wird die Stufenüberdeckung aufgrund des Tiefenunterschiedes der Kontaktzonen durch das differenzierte Aufwachsen des Wolframs ebenfalls verbessert.

Die vorliegende Erfindung beschreibt die Verbesserung der Stufenabdeckung aufgrund des Tiefenunterschiedes der Kontaktzonen für DRAM-Vorrichtungen. Die Erfindung ist aber auch auf andere Halbleitervorrichtungen zur Verbesserung der Stufenüberdeckung anwendbar.

Die Erfindung ist in keiner Weise auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Abänderungen der offenbarten Ausführungsform sowie auch andere Verkörperungen der Erfindung fallen, unter Bezugnahme auf die Beschreibung der Erfindung, in den Rahmen des fachmännischen Könnens. Es wird daher davon ausgegangen, daß die beigefügten Ansprüche jede derartige Änderung oder Verkörperung abdecken.

Claims

1. Verfahren zum differenzierten Aufwachsen von Wolfram für die selektive chemische Abscheidung aus der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, daß sie nacheinander folgende Schritte aufweist:

a) Bilden einer Übergangsschicht in einer begrenzten Zone des Halbleitersubstrats und Aufbringen einer isolierenden Filmschicht, einer ersten Polysiliciumschicht, einer Wolframsilicitschicht und einer zweiten Polysiliciumschicht;
b) Bemustern der ersten Polysiliciumschicht, der Wolframsilicitschicht und der zweiten Polysiliciumschicht;
c) Bilden einer ersten Kontaktzone X sowie einer zweiten Kontaktzone Y;
d) differenziertes Aufwachsen des Wolframs durch chemische Abscheidung aus der Gasphase auf der ersten Kontaktzone und auf der zweiten Kontaktzone durch Steuern des Verhältnisses der Reaktionsgase; und
e) Aufbringen einer Aluminiumlegierung auf dem Wolfram.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kontaktzone auf der aus Einkristallsilicium bestehenden Übergangsschicht erzeugt wird, während die zweite Kontaktzone auf der Polysiliciumschicht gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframsilicitschicht zur Bildung von Bitleitungen eine solche aus Polysilicium, Molybdänsilicit, Wolfram, Titan, Titansilicit und Aluminiumlegierungen sein kann.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsgase aus SiH und WF bestehen, und daß deren Verhältnis im Bereich von 0.7-0.9 liegt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsgase aus SiH₄ und WF₆ bestehen, und daß ihr Verhältnis 0.8 beträgt.