DE4401341C2 - Verfahren zur Herstellung einer Silizidschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von Halbleiter­ einrichtungen und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer Silizidschicht, geeignet zur Bildung einer flachen Kobaltsilizid-(CoSi₂) Schicht mit einer Dicke von nicht größer als 20 nm (200 Å).

Dank der Entwicklung neuer Halbleiter-Integrationstechniken konnten in jüngster Zeit immer höher integrierte Halbleitereinrichtungen mit Abmes­ sungen im µ-Meterbereich hergestellt werden. Der hohe Integrationsgrad der Halbleitereinrichtungen geht dabei mit der Verringerung der Abmes­ sungen von MOS Transistoren sowie mit der Ausbildung flacherer Über­ gangstiefen im Source-/Drainbereich der MOS Transistoren einher.

Da der Flächenwiderstand eines Übergangs umgekehrt proportional zur Übergangstiefe ist, erhöht sich der Flächenwiderstand mit flacher werden­ der Übergangstiefe im Source-/Drainbereich eines MOS Transistors. Dies führt dazu, daß sich auch der parasitäre Widerstand einer Halbleiterein­ richtung vergrößert.

Kürzlich wurde vorgeschlagen, bei der Herstellung einer VLSI-Schaltung (very large scale integrated circuit) vorzugsweise eine Silizidschicht im Source-/Drainbereich zu bilden, um einerseits den parasitären Wider­ stand der Halbleitereinrichtung zu verringern und um andererseits die Ei­ genschaften der Halbleitereinrichtung zu verbessern.

Der Flächenwiderstand (face resistance) des Übergangs ist proportional zum spezifischen Widerstand, jedoch umgekehrt proportional zur Über­ gangstiefe. Dabei liegt der spezifische Widerstand von Silizium bei etwa 200 µΩ.cm. Auf der anderen Seite beträgt der spezifische Widerstand von Siliziden etwa nur 50 µΩ.cm, wobei er allerdings etwas von den Metall­ komponenten der Silizide abhängt.

Unter Berücksichtigung des oben Gesagten läßt sich somit der Flächenwi­ derstand eines Übergangs oder der parasitäre Widerstand durch Bildung einer Silizidschicht im Source-/Drainbereich nur flachem Übergang reduzieren.

Konventionell wird eine Silizidschicht in einem Source-/Drainbereich ei­ nes MOS Transistors durch Reaktion eines einen hohen Schmelzpunkt aufweisenden Metalls mit einem Siliziumsubstrat des Übergangs erhal­ ten. Die Bildung der Silizidschicht im Source-/Drainbereich geht daher mit einem Verbrauch an Silizium des Source-/Drainbereichs bis zu einer Tiefe einher, die der Dicke der gebildeten Silizidschicht entspricht.

Es ist daher erforderlich, bei der Herstellung einer VLSI-Einrichtung eine Technik anzuwenden, die sich zur Bildung einer flachen und stabilen Sili­ zidschicht eignet, da die Übergangstiefe die Dicke der gebildeten Silizid­ schicht entsprechend dem verbrauchten Silizium des Source-/Drainbe­ reichs einschließen sollte.

Darüber hinaus sollte die im Source-/Drainbereich mit flachem Übergang gebildete Silizidschicht auch zu einer gleichförmigen Grenzfläche zwi­ schen dem Silizid und dem Silizium führen, um auf diese Weise gewünsch­ te elektrische Eigenschaften zu erhalten.

Die konventionellen Silizide werden herkömmlich in zwei Gruppen unter­ teilt, und zwar einmal in POLIZIDE, die durch Reaktion eines einen hohen Schmelzpunkt aufweisenden Metalls mit Polysilizium entstehen, und zum anderen in SALIZIDE (sich selbst ausrichtende Silizide), die durch Reak­ tion eines einen hohen Schmelzpunkt aufweisenden Metalls mit Silizium entstehen.

Im nachfolgenden wird ein konventionelles Verfahren zur Herstellung ei­ ner Kobaltsilizidschicht in einem Source-/Drainbereichbeschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die Fig. 1a bis 3.

Die Fig. 1a bis 1c stellen jeweils Querschnittsansichten einer Halblei­ tereinrichtung in verschiedenen Herstellungsstufen dar, bei der in kon­ ventioneller Weise eine Kobaltsilizidschicht in einem einen flachen Übergang aufweisenden Source-/Drainbereich gebildet wird. Dagegen zeigt die Fig. 2 in graphischer Darstellung die Verteilung einer Dotierungskon­ zentration im konventionellen p/n-Übergang. Um die Kobaltsilizidschicht zu bilden, werden p-Typ Verunreinigungsionen (dotant) einem n-Typ Sili­ ziumsubstrat 1 hinzugefügt, um auf diese Weise einen Source-/Drainü­ bergang auf dem Substrat 1 zu erhalten, wie die Fig. 1a erkennen läßt.

Wird also die Herstellung eines p-Typ Kanal Transistors gewünscht, wer­ den Borionen (B-Ionen) dem n-Typ Siliziumsubstrat 1 hinzugefügt, wie in der graphischen Darstellung von Fig. 2 gezeigt, was dann zur Bildung des Source-/Drainübergangs auf dem Substrat 1 führt.

Danach wird durch Niederschlag im Vakuum ein dünner Kobaltfilm 2 auf das den p/n-Übergang aufweisende Siliziumsubstrat 1 aufgebracht und erhitzt, und zwar auf eine Temperatur nicht unterhalb von 700°C. Die Er­ hitzung kann z. B. durch ein RTP Verfahren oder in einem Ofen erfolgen. Bei dieser Wärmebehandlung reagiert das im Siliziumsubstrat 1 vorhan­ dene Silizium Si mit dem Kobalt Co in der Grenzfläche zwischen dem Silizi­ umsubstrat 1 und dem dünnen Kobaltfilm 2. Diese Reaktion läßt sich durch folgende Reaktionsgleichung ausdrücken:

CoSi + Si = CoSi₂ (1)

Auf diese Weise wird mit anderen Worten eine Kobaltsilizid-(CoSi₂) Schicht 3 gemäß Fig. 1b erhalten.

Bei der oben beschriebenen Wärmebehandlung wird die Wärmebehand­ lungszeit so eingestellt, daß sich ein gewünschter flacher Übergang aus­ bildet. Insofern reagiert also ein Teil des dünnen Kobaltfilms nicht mit dem Silizium und bleibt somit unverändert.

Die resultierende und in Fig. 1b gezeigte Struktur wird anschließend ge­ ätzt, und zwar durch eine Lösung von 3HCl : 1H₂O₂. Durch diesen Ätzvor­ gang wird nur der verbliebene dünne Kobaltfilm 2 weggeätzt bzw. entfernt, so daß schließlich die Struktur nach Fig. 1c erhalten wird. Das Wegätzen des verbliebenen dünnen Kobaltfilms 2 ist deswegen möglich, da zwischen ihm und der gebildeten Kobaltsilizidschicht 3 ein Unterschied im selekti­ ven Ätzverhältnis besteht.

Folgende Dokumente werden, zitiert:

• 1. E. K. Broadbent, M. Delfino, A. E. Morgan, D. K. Sadana and P. Mailot, "Self-aligned silicided (PtSi and CoSi₂) Ultra Shallow, p⁺/n Junctions", IEEE Electron Device Lett., EDL-8, No. 7, 318 (1987).
• 2. E. K. Broadbent, R. F. Irani, A. E. Morgan and P. Maillot, "Application of Self-Aligned CoSi₂ Interconnection in Submicrometer CMOS transis­ tors", IEEE Trns. Electron Devices, ED-36, No. 11, 2440 (1989).
• 3. L. Van den Hove, R. Wolters, K. Maex. R. F. de Keersmaecker and G. J. Declerck "A Self-aligned CoSi₂ Interconnection and Contact Technology for VLSI Application", IEEE Trans. Electron Devices, ED-34, No. 3, 554 (1987).

Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des Kobaltsilizids birgt allerdings einige Probleme. So ist die Dicke der nach diesem Verfahren hergestellten Silizidschicht größer als 90 nm (900 Å), was zur Folge hat, daß dieses Kobaltsilizid-Herstellungsverfahren praktisch nicht verwendet werden kann, wenn es um die Herstellung flacher Übergänge in Halbleiter­ einrichtungen mit einer Übergangstiefe von nicht mehr als 0.2 µm geht. Die Verwendung eines derartigen Silizids verschlechtert darüber hinaus die Eigenschaften der Halbleitereinrichtung.

Andererseits wurde jedoch festgestellt, daß sich der Kontaktwiderstand verringert, wenn sich die Dotierungskonzentration des Siliziumabschnitts unmittelbar unterhalb der Kobaltsilizid-(CoSi₂) Schicht erhöht, und daß sich die Stabilität der Halbleitereinrichtung verbessert, und zwar im Ver­ hältnis zum Abstand zwischen der Silizid/Siliziumgrenzfläche und dem Übergang. Hierzu wird auf folgendes Dokument verwiesen: S. M. Sze, "Phy­ sics of Semiconductor devices", 2nd, Ed. John Wiley & Sons, N. Y., 1981, S. 304.

Wie bereits erwähnt, führt jedoch das oben beschriebene Kobaltsilizid- Herstellungsverfahren zur Bildung einer Kobaltsilizidschicht mit einer re­ lativ großen Dicke von etwa 90 nm (900 Å) und verbraucht Silizium ent­ sprechend der Dicke der hergestellten Kobaltsilizidschicht, wie die graphi­ sche Darstellung nach Fig. 3 erkennen läßt, die ein bereichsweises Zu­ rückgehen der Dotierungskonzentration bzw. eine Rückverteilung der Do­ tierungskonzentration zeigt, welche beim oben beschriebenen Silizid­ schicht-Herstellungsverfahren auftritt. In diesem Zusammenhang wird folgendes Dokument genannt: M.-A. Nicolet and S. S. Lau, in "VLSI Elec­ tronics: Microstructure Science", Vol. 6, N. G. Einspruch und G. B. Larrbe, Eds., (Academic Press, N. Y., 1983) S. 329-461.

Durch diese Rückverteilung der Dotierungskonzentration geht ein be­ trächtlicher Anteil an Dotierungsstoff verloren, was im Ergebnis zu einer Verringerung der Dotierungskonzentration an der Sili­ zid/Siliziumgrenzfläche führt. Hierdurch erhöht sich der Kontaktwider­ stand, wie anhand der graphischen Darstellungen der Fig. 2 und 3 ebenfalls zu sehen ist. Sie zeigen, daß sich einerseits die Verteilung des Bors ändert, und daß andererseits die Dotierungs-(Bor)Konzentration an der Silizid/Siliziumgrenzfläche beträchtlich abnimmt, wenn eine dicke Si­ lizidschicht gebildet wird. Folgendes Dokument wird hierzu zitiert: C. Y. Lu, J. M. J. Sung, R. Liu, N. S. Tsai, R. Singh, S. J. Hillenius and H. C. Kirsch, "Process Limitation and Device Design Tradeoffs of Self-Aligned TiSi₂ Junction Formation in Submicrometer CMOS Devices", IEEE Trans. Elec­ tron Devices, ED-38, No. 2, 246 (1991).

Der Verbrauch an Silizium des Übergangs erschwert die Herstellung einer stabilen und flachen Übergang aufweisenden Einrichtung. Führt der Verbrauch an Silizium des Übergangs dazu, daß mehr als die Hälfte der Übergangstiefe verloren geht, so ist mit einem starken Ansteigen des Leck­ stroms zu rechnen. In diesem Zusammenhang wird folgendes Dokument zitiert: D. C. Chen, T. R. Cass, J. E. Turner, P. P. Merchant and K. Y. Chiu, "TiSi₂ Thickness Limitation for use with Shallow Junction and SWAMI or LOCOS Isolation", IEEE Trans. Electron Devices, ED-33 1463 (1986).

Zusätzlich entsteht eine Rauhigkeit in der Silizid/Siliziumgrenzfläche, was zur Folge hat, daß kein gleichförmiger Abstand zwischen dem Über­ gang und dem Silizid erhalten wird. Dadurch ergeben sich verschlechterte elektrische Eigenschaften der Halbleitereinrichtung. Hierzu wird folgen­ des Dokument zitiert: R. Lui. D. S. Williams and W. T. Lynch, " A study of the Leakage mechanisms of Silicided n⁺/p junctions", J. Appl. Phys. 63. No. 6, 1990-9 (1988).

Aus S. L. Hsia, et al., "Resistance and structural stabilities of epitaxial.

CoSi₂ films on (001) Si substrates", in : J. Appl. Phys. 72 (5), 01.09.1992, Seiten 1864 bis 1873 ist bereits ein Verfahren zur Bildung einer Co-Silizidschicht bekannt, bei dem nacheinander eine Ti-Schicht und eine Co-Schicht auf eine Si-Oberfläche eines Wafers aufgedampft werden. Die Silizidbildung erfolgt während einer Wärmebehand­ lung, bei welcher der mit der Ti-, Co-Bimetallschicht beschichtete Wafer für 10 s in ei­ ner N₂-Umgebung auf 900°C erwärmt wird. Abschließend werden die überschüssigen Ti- und Co-Anteile durch Ätzen entfernt.

In M. Lawrence, et al.," Growth of epitaxial CoSi₂ on (100) Si", Appl.-Phys. Lett. 58 (12), 25.03.1991, Seiten 1308 bis 1310 ist ein ähnliches Verfahren zur Bildung einer Co-Siliziumschicht beschrieben, bei dem die Ti- und Co- Schichten aufgesputtert werden und die Wärmebehandlung bei Tempera­ turen zwischen 450°C und 900°C in einer Stickstoffumgebung durchge­ führt wird.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Bildung einer Co-Silizidschicht ist aus S. L. Hsia, et al., "Formation of epitaxial CoSi₂ films on (001) silicon using Ti-Co alloy and bimetal source materials", J. Appl. Phys. 70 (12), 15.12.1991, Seiten 7579 bis 7587 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Ti- und Co-Schichten im Vakuum aufgedampft und die anschließende, Wärmebehandlung bei 900°C in einer reinen Stickstoffumgebung durch­ geführt.

Aus F. Hong, et al., "Nanoscale CoSi₂ contact layer growth from deposited Co/Ti multilayers on Si substrates", Appl. Phys. Lett. 61 (13), 28.08.1992, Seiten 1519 bis 1521 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Bildung eines Co-Silizids eine Co/Ti/Co/Ti/Co/Ti-Si-Struktur einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Dabei wird eine erste Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 550°C in einem Vakuum von 10^-5 Torr durchgeführt. Danach werden die oberen Schichten entfernt und der verbleibende Silizidfilm wird zur Ver­ ringerung seines spezifischen Widerstands einer zweiten Wärmebehand­ lung bei 750°C und 800°C unterzogen.

Aus Murarka, S. P.: Silicides for VLSI Applications, Seiten 75 bis 77 ist es bekannt, daß neben Ti auch andere Elemente, nämlich V, Nb, Ta, Zr und Hf, in der Lage sind, Si-Oxid zu reduzieren.

E. K. Broadbent, et al., "Application of Self-Aligned CoSi₂ Interconnection in Submicrometer CMOS Transistors", IEEE Transactions on Electron De­ vices Vol. 36, Nr. 11, November 1989, Seiten 2440 bis 2446, beschreibt die Anwendung von selbstausrichtenden CoSi₂-Zwischenverbindungen in CMOS-Transistoren und vergleicht diese mit TiSi₂-Schichten. Dabei wird darauf hingewiesen, daß für die Wärmebehandlung zur CoSi₂-Bildung keine spezielle Umgebung erforderlich ist. Zur Ausbildung der CoSi₂- Schicht wird zunächst Kobalt auf die gereinigte Siliziumoberfläche aufge­ sputtert. Anschließend wird die Wärmebehandlung für 20 s bei einer Tem­ peratur von 700°C in fließendem trockenem Stickstoff durchgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Silizidschicht einer Halbleitereinrichtung zu schaffen, mit dem es möglich ist, den Siliziumverbrauch zu minimieren, eine Umverteilung oder Abnahme der Dotierungskonzentration zu verhindern und einen ge­ wünschten flachen Übergang zu erhalten.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen be­ schrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä­ her beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a bis 1c Querschnitte durch eine Halbleitereinrichtung zur Er­ läuterung eines konventionellen Verfahrens zur Bildung einer Kobaltsili­ zidschicht in einem Source-/Drainbereich mit flachem Übergang;

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Verteilung einer Dotierungskonzentration eines konventionellen p/n-Übergangs;

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer Redistribution bzw. Neu- oder Umverteilung der Dotierungskonzentration beim konven­ tionellen Silizidschicht-Herstellungsverfahren;

Fig. 4a bis 4c Querschnittsansichten einer Halbleitereinrichtung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ver­ fahrens zur Bildung einer Silizidschicht in einem Source-/Drainbereich mit flachem Übergang;

Fig. 5 ein Röntgendiffraktogramm einer Silizidschicht mit Ta als schwerschmelzendem bzw. hitzebeständigem Metall in Übereinstimmung mit der Erfindung;

Fig. 6 ein Röntgenbeugungsspektrum einer Silizidschicht mit Zr als schwerschmelzendem bzw. hitzebeständigem Metall in Übereinstimmung mit der Erfindung; und

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Erläuterung der Verteilung bzw. Distribution der Dotierungskonzentration in Übereinstimmung mit der Erfindung.

Die Fig. 4a bis 4c sind Querschnittansichten einer Halbleitereinrichtung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Silizid­ schicht in einem Source-/Drainbereich mit flachem Übergang in Überein­ stimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dagegen zeigen die Fig. 5 und 6 Röntgenbeugungsspektren von Sili­ zidschichten, bei denen jeweils Ta und Zr als schwerschmelzendes bzw. hitzebeständiges Metall zum Einsatz kommt. Ferner ist Fig. 7 eine gra­ phische Darstellung zur Erläuterung einer Dotierungskonzentrationsver­ teilung, welche in Übereinstimmung mit der Erfindung erhalten wird. Um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kobaltsilizidschicht zu bilden, werden p-Verunreinigungsionen (Bor B) einem n-Typ Siliziumsubstrat 1 hinzugefügt, um auf diese Weise gemäß Fig. 4a einen Source- /Drainübergang (source/drain junction) auf dem Substrat 1 zu erhalten. Das Hinzufügen der Borionen kann durch Ionenimplantation erfolgen.

Soll z. B. ein p-Typ Kanal Transistor hergestellt werden, so werden Borio­ nen (B Ionen) zum n-Typ Siliziumsubstrat 1 hinzugefügt, wie die graphi­ sche Darstellung von Fig. 7 erkennen läßt. Auf diese Weise wird somit ein Source-/Drainübergang auf dem Substrat 1 gebildet.

Sodann wird auf das den Source-/Drainübergang aufweisende Silizium­ substrat 1 durch Dampfauftrag im Vakuum eine schwerschmelzende bzw. hitzebeständige Metallschicht 5 aufgebracht, z. B. eine Tantal- (Ta)Schicht, eine Zirkonium-(Zr)Schicht oder eine Hafnium-(Hf)Schicht. Auf der schwerschmelzenden bzw. hitzebeständigen Metallschicht 5 wird dann ein dünner Kobaltfilm 2 gebildet, und zwar ebenfalls durch Dampf­ auftrag in dem aufrechterhaltenen und bereits bei der Bildung der Schicht 5 vorhandenen Vakuum.

Zu dieser Zeit wird eine natürliche Oxidschicht 4, die sich auf dem Silizi­ umsubstrat 1 gebildet hat, reduziert und vom Siliziumsubstrat 1 entfernt.

Werden, wie oben beschrieben, auf dem Siliziumsubstrat 1 die schwer­ schmelzende bzw. hitzebeständige Metallschicht 5 und der dünne Kobalt­ film 2 durch Dampfauftrag im Vakuum hergestellt, so wird darauf geach­ tet, daß die Dicke der schwerschmelzenden bzw. hitzebeständigen Metall­ schicht 5 einen Wert von 7 nm (70 Å) nicht überschreitet, während die Dicke der dünnen Kobaltschicht 2 nicht größer wird als 25 nm (250 Å).

Nach dem oben beschriebenen Vakuumauftrag der Schichten 5 und 2 er­ folgt ein Wärmebehandlungsprozeß (RTP-Prozeß). Die Wärmebehandlung wird durchgeführt über einen Zeitraum von etwa 20 Sekunden und bei ei­ ner Temperatur von etwa 700°C unter Stickstoffumgebung oder Ammoni­ umumgebung. Als Ergebnis des oben beschriebenen Wärmebehandlung­ sprozesses gelangen Kobaltatome des dünnen Kobaltfilms 2 durch die schwerschmelzende Metallschicht 5 hindurch und bilden eine Epitaxieschicht 6 aus Kobaltsilizid CoSi₂ auf dem Siliziumsubstrat 1 gemäß Fig. 4b.

Bei diesem Prozeß wird darauf geachtet, daß die Dicke der Kobaltsilizid­ schicht 6 einen Wert von 20 nm (200 Å) nicht überschreitet. Andererseits verbleiben nichtreagierte Teile sowohl im dünnen Kobaltfilm 2 als auch in der schwerschmelzenden Metallschicht 5.

Die resultierende Struktur nach Fig. 4b wird anschließend geätzt, und zwar durch eine Lösung von 3HCl : 1H₂O₂ für 15 Sekunden. Dadurch wird erreicht, daß der verbliebene dünne Kobaltfilm 2 und die verbliebene schwerschmelzende Metallschicht 5 mit Ausnahme der gebildeten Kobalt­ silizidschicht 6 geätzt und entfernt werden, so daß schließlich die in Fig. 4c gezeigte Struktur vorliegt.

Beim oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Silizidschicht nach der Erfindung wird durch die durch Vakuumauftrag gebildete schwerschmelzende Metallschicht 5 die natürliche Oxidschicht 4 auf dem Siliziumsubstrat 1 während des Wärmebehandlungsprozesses reduziert bzw. entfernt, da ihr Oxidationspotential größer ist als das von Silizium. Während der Bildung des Silizids wird darüber hinaus die schwerschmel­ zende Metallschicht 5 verbraucht und nicht das Siliziumsubstrat 1. Bei der Wärmebehandlung entstehen als frühe Silizidprodukte TaSi₂, ZrSi₂ oder HfSi₂. Dabei liegt die Herstellungstemperatur der frühen Silizidpro­ dukte bei etwa 300°C. Die Gitterkonstante von Kobaltsilizid ist ähnlich der von Silizium, so daß Kobaltsilizid sich dazu eignet, als Epitaxieschicht auf­ zuwachsen.

Wie bereits erwähnt, gelangen beim Wärmebehandlungsprozeß die Kobal­ tatome durch die schwerschmelzende Metallschicht 5 hindurch und errei­ chen die Oberfläche des Siliziumsubstrats. Von dieser Oberfläche des Sili­ ziumsubstrats wurde bereits die natürliche Oxidationsschicht 4 entfernt, so daß sich jetzt Kobaltsilizid auf der Substratoberfläche bilden kann.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Röntgenbeugungsaufnahmen von Sili­ zidschichten, bei denen jeweils Ta und Zr als schwerschmelzendes Metall verwendet wurde. Beide Kobaltsilizide nach den Fig. 5 und 6 wurden durch einen Wärmebehandlungsprozeß bei 750°C erzeugt. Wie die Spek­ tren nach den Fig. 5 und 6 erkennen lassen, kann die Dicke des Ko­ baltsilizids, das auf der Siliziumsubstratoberfläche aufwächst, durch Auswahl des schwerschmelzenden bzw. feuerfesten Metalls gesteuert werden.

Nachfolgend werden nochmals die wesentlichen Punkte des erfindungsge­ mäßen Verfahrens zur Herstellung einer Silizidschicht hervorgehoben.

In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird durch Dampfauftrag im Vakuum zunächst eine einen hohen Schmelzpunkt aufweisende bzw. hit­ zebeständige Metallschicht auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats ge­ bildet, die einen Halbleiter-Übergang (junction) aufweist. Sodann wird durch Dampfauftrag im Vakuum, wobei es sich um dasselbe Vakuum wie zuvor handeln kann, ein dünner Kobaltfilm auf der einen hohen Schmelz­ punkt aufweisenden Metallschicht erzeugt, und zwar vor der genannten Wärmebehandlung. Mit Durchführung der Wärmebehandlung bildet sich dann eine flache Kobaltsilizidschicht mit einer Dicke auf dem Halbleiter­ substrat aus, die nicht größer als 20 nm (200 Å) ist, und zwar in Überein­ stimmung mit der Sorte des verwendeten schwerschmelzenden Metalls. Dieses Verfahren führt insoweit zu einer einfachen Ausbildung eines fla­ chen Übergangs.

Zweitens kommt die dünne Kobaltsilizidschicht an der Grenzfläche des Si­ liziumsubstrats zu liegen, wenn zunächst die schwerschmelzende Metall­ schicht auf dem Siliziumsubstrat durch Vakuumaufdampfung hergestellt wird, das den Übergang an seiner Oberfläche aufweist, und wenn danach ebenfalls durch Vakuumaufdampfung der dünne Kobaltfilm auf der schwerschmelzenden Metallschicht erzeugt und die so erhaltene Struktur dann wärmebehandelt wird. Durch dieses Verfahren wird verhindert, daß eine Redistribution des Dotierstoffes auftritt, wie die Fig. 7 erkennen läßt, was sehr vorteilhaft ist, da durch den Dotierstoff der Übergang definiert wird.

Drittens ist die nach diesem Verfahren hergestellte Kobaltsilizidschicht vorzugsweise flach, so daß der Vorteil erhalten wird, daß die Dotierungs­ konzentration an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat und der Kobaltsilizidschicht nicht verringert wird.

Die auf das Siliziumsubstrat aufwachsende Kobaltsilizidschicht weist epitaktische Eigenschaften auf, was zur Folge hat, daß sich eine flache bzw. ebene Grenzschicht zwischen der Kobaltsilizidschicht und dem Sili­ ziumsubstrat ausbildet, und zwar mit der gewünschten Prozeßstabilität. Insofern führt das erfindungsgemäße Verfahren viertens auch zu verbes­ serten elektrischen Eigenschaften der Halbleitereinrichtung.

Claims (4)

1. Verfahren zur Bildung einer Silizidschicht mit folgenden Schritten:

• - Aufbringen einer schwerschmelzenden Metallschicht (5) aus Tantal (Ta), Zirkon (Zr) oder Hafnium (Hf) und eines dünnen Kobaltfilms (2) in die­ ser Reihenfolge auf ein Siliziumsubstrat (1) durch Dampfabscheidung un­ ter Vakuumbedingungen, wobei die schwerschmelzende Metallschicht (5) dünner als der nachfolgend aufgebrachte dünne Kobaltfilm (2) ist,
• - Bilden einer Kobaltsilizidschicht (6) an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat (1) und der schwerschmelzenden Metallschicht (5) durch einen Wärmebehandlungsprozeß, der in einer Ammoniakumgebung durchgeführt wird; und
• - Ätzen und Entfernen des nicht reagierten Kobaltfilms (2) und der nicht reagierten schwerschmelzenden Metallschicht (5) unter Verwen­ dung einer Ätzlösung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwerschmelzende Metallschicht (5) eine Dicke von höchstens 7 nm auf­ weist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Kobaltfilm (2) eine Dicke von höchstens 25 nm aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmebehandlungsprozeß über eine vorbestimmte Zeit bei einer Tem­ peratur zwischen 500°C bis 900°C ausgeführt wird.