DE4446850A1 - Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel­ lung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halbeitervorrichtung mit einer Gate-Elektrode, die kleiner ist als die kritischen Abmessungen einer Maske für eine Gate-Elektrode.
Ein Querschnitt einer Vorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt, um ein allgemeines Verfahren zur Bildung einer Gate-Elektrode zu erläutern. Ein Polysiliciumfilm 4 für eine Gate-Elektrode ist auf einem Siliciumsubstrat 1 gebildet, das mit einem Feld­ oxidfilm 2 und einem Gateoxidfilm 3 versehen ist. Ein Photo­ resistmuster 9 wird auf dem Polysiliciumfilm 4 mittels eines lithographischen Verfahrens unter Verwendung einer Gate-Elek­ trodenmaske gebildet. Die Gate-Elektrode wird durch ein Poly­ silicium-Ätzverfahren unter Verwendung des Photoresistmusters 9 als Ätzmaske gebildet. Wenn die Halbleitervorrichtung je­ doch hochintegriert ist, dann wird die Gate-Elektrode klein hinsichtlich der Musterlinienbreite. Die Musterlinienbreite der Gate-Elektrode wird durch das Photoresistmuster bestimmt. Um eine Musterlinienbreite für eine Gate-Elektrode zu erzie­ len, die gleich oder kleiner als die kritischen Abmessungen der Elektrode ist, werden ein hochentwickeltes lithographi­ sches Verfahren und eine teure Belichtungsvorrichtung benö­ tigt, um das Photoresistmuster zu bilden, das als Ätzmaske verwendet wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung mit einer Gate-Elektrode, die kleiner ist als die kritischen Abmessungen der Maske für die Gate- Elektrode, bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt das Verfahren zur Herstel­ lung eines Transistors folgende Stufen:
Bildung einer Maskenschicht auf einem Polysiliciumfilm für eine Gate-Elektrode und anschließende Bildung eines Maskenmu­ sters durch ein lithographisches Verfahren und ein Masken­ schicht-Ätzverfahren;
Bildung eines Polysiliciummusters mit einer schrägen Seite durch Ätzen des Polysiliciumfilms mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung des Maskenmusters als Sperre für das Ätzen, bis ein Siliciumsubstrat freiliegt;
Ätzen des Maskenmusters auf eine solche Weise, daß es die gleiche Größe wie die Polysiliciummuster aufweist, durch ein Ätzverfahren und anschließendes Implantieren von hochkonzen­ trierten Fremdatomen in das freiliegende Siliciumsubstrat un­ ter Bildung von Source- und Drain-Bereichen;
Abscheiden eines Oxidfilms auf der gesamten Struktur und an­ schließende Bildung eines Oxid-Spacers durch Ätzen des Oxid­ films mittels eines Ätzverfahrens;
Entfernung des Maskenmusters mittels eines Ätzverfahrens und anschließende Bildung eines Übergangsmetallfilms auf den freiliegenden Polysiliciummuster und dem Siliciumsubstrat- Oberflächenbereich; und
Entfernung des Oxid-Spacers mittels eines Ätzverfahrens und anschließende Bildung einer Gate-Elektrode durch Ätzen der freiliegenden Seite des Polysiliciummusters mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung des Übergangsmetallfilms als Ätzsperrschicht und nachfolgende Implantierung von Fremdato­ men in geringer Konzentration in die Source- und Drain-Berei­ che.
Darüberhinaus wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Ver­ fahren zur Herstellung eines Transistors gelöst, das die fol­ genden Stufen umfaßt:
Bildung einer Maskenschicht auf einem Polysiliciumfilm für eine Gate-Elektrode und anschließende Bildung eines Maskenmu­ sters durch ein lithographisches Verfahren und ein Masken­ schicht-Ätzverfahren;
Bildung eines Polysiliciummusters mit einer schrägen Seite durch Ätzen des Polysiliciumfilms mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung des Maskenmusters als Sperre für das Ätzen, bis ein Siliciumsubstrat freiliegt;
Ätzen des Maskenschichtmusters durch ein Ätzverfahren auf eine solche Weise, daß es die gleiche Größe wie das Polysili­ ciumfilmmuster annimmt; und anschließende Abscheidung eines Oxidfilms auf der gesamten Struktur;
Bildung eines Oxid-Spacers durch Ätzen des abgeschiedenen Oxidfilms mittels eines Ätzverfahrens und anschließende Ent­ fernung des Maskenschichtmusters mittels des Ätzverfahrens;
Implantieren von Fremdatomen in hoher Konzentration in das freiliegende Siliciumsubstrat unter Bildung von Source- und Drain-Bereichen und anschließende Bildung eines Übergangsme­ tallfilms auf dem freiliegenden Polysiliciummuster und dem Siliciumssubstrat-Oberflächenbereich;
Entfernung des Oxid-Spacers durch das Ätzverfahren und an­ schließende Bildung einer Gate-Elektrode durch Ätzen der freiliegenden Seite des Polysiliciummusters mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung des Übergangsmetallfilms als Sperrschicht für das Ätzen; und
Implantieren von Fremdatomen in geringer Konzentration in die Source- und Drain-Bereiche und anschließendes Implantieren von Fremdatomen eines anderen Typs in hoher Konzentration in Schrägrichtung.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die nachste­ hende ausführliche Beschreibung zusammen mit der beigefügten Zeichnung Bezug genommen.
Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Vorrichtung und erläutert ein allgemeines Verfahren zur Bildung einer Gate-Elektrode.
Fig. 2A bis 2H sind Querschnitte von Vorrichtungen und er­ läutern die Stufen der Herstellung eines Transistors einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung.
Fig. 3A bis 3H sind Querschnitte einer Vorrichtung und er­ läutern die Stufen der Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 2A gezeigt ist, werden ein Feldoxidfilm 2 und ein Gateoxidfilm 3 auf einem Siliciumsubstrat 1 gebildet. Ein Po­ lysiliciumfilm 4 für eine Gate-Elektrode wird auf der ge­ samten Struktur gebildet. Eine Maskenschicht 5 wird auf dem Polysiliciumfilm 4 gebildet. Ein Photoresistmuster 9 wird auf der Maskenschicht 5 mittels eines lithographischen Verfahrens gebildet.
Die Maskenschicht 5 wird durch Abscheiden von Nitrid gebildet und wirkt als Sperre, wenn der Polysiliciumfilm 4 geätzt wird.
In Fig. 2B wird ein erstes Maskenmuster 5A durch Ätzen der Maskenschicht 5 mittels eines anisotropen Ätzverfahrens unter Verwendung des Photoresistmusters 9 gebildet.
In Fig. 2C wird ein Polysiliciummuster 4A mit einer schrägen Seite durch Ätzen des Polysiliciumfilms 4 mittels eines iso­ tropen Ätzverfahrens unter Verwendung des ersten Maskenmu­ sters 5A gebildet, bis das Polysiliciumsubstrat 1 freiliegt.
Zur Bildung des Polysiliciummusters 4A wird das isotrope Ätz­ verfahren in einer gemischten Lösung aus HF und HNO₃ ange­ wandt.
In Fig. 2D wird ein zweites Maskenmuster 5B, das eine verrin­ gerte Größe aufweist, durch Ätzen des ersten Maskenmusters 5A mittels eines Ätzverfahrens auf eine solche Weise gebildet, daß es die gleiche Größe wie das Polysiliciummuster 4A auf­ weist, und anschließend werden Fremdatome in hoher Konzentra­ tion in das freiliegende Siliciumsubstrat 1 unter Bildung eines Source- und Drain-Bereichs implantiert.
Wenn die Maskenschicht 5 aus Nitrid besteht, wird das Ätzver­ fahren zur Bildung des zweiten Maskenmuster 5B in H₃PO₄ bei einer Temperatur im Bereich zwischen 160 und 180°C angewandt.
In Fig. 2E wird ein Oxidfilm 6 auf der gesamten Struktur ab­ geschieden.
Der Oxidfilm 6 ist ein Tieftemperaturoxidfilm, gebildet aus TEOS oder SiH₄, der bis zu einer Dicke von 2000 bis 3000 Å bei einer niedrigen Temperatur von 450°C abgeschieden wird.
In Fig. 2F werden Oxid-Spacer 6A auf beiden Seiten des Poly­ siliciummusters 4A durch Ätzen des Oxidfilms 6 mittels eines anisotropen Ätzverfahrens, wie reaktives Ionenätzen (RIE) und dergl., gebildet; anschließend wird das zweite Maskenmuster 5B durch das Ätzverfahren entfernt.
Wenn die Maskenschicht 5 aus Nitrid besteht, dann wird das Ätzverfahren zur Entfernung des zweiten Maskenmusters 5B in H₃CO₄ bei einer Temperatur im Bereich von 160 bis 180°C durchgeführt.
In Fig. 2G wird ein Übergangsmetallfilm 10 auf der Oberfläche des freiliegenden Polysiliciummusters 4A und des Siliciumsub­ strats 1 durch Abscheiden eines Übergangsmetalls, wie W, Ti, Ta, Mo und dergl., auf der gesamten Struktur gebildet; an­ schließend wird nicht umgesetztes Übergangsmetall durch eine gemischte Lösung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid entfernt.
In Fig. 2H wird der Oxid-Spacer 6A mittels eines Ätzverfah­ rens entfernt. Eine Gate-Elektrode 11 wird durch Ätzen der freiliegenden Seite des Polysiliciummusters 4A mittels eines anisotropen Ätzverfahrens unter Verwendung des Übergangsme­ tallfilms 10 als Sperrschicht für das Ätzen gebildet, und an­ schließend werden Fremdatome in geringer Konzentration in den Source-Bereich 7 und den Drain-Bereich 8 implantiert.
Es wird ein Ätzverfahren unter Verwendung von HF oder einer gemischten Lösung aus HF und NH₄F zur Entfernung des Oxid- Spacers 6A angewandt.
Fig. 3A bis 3H sind Querschnitte einer Vorrichtung und er­ läutern die Stufen der Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 3A werden ein Feldoxidfilm 22 und ein Gateoxidfilm 23 auf einem Siliciumsubstrat 21 gebildet. Ein Polysiliciumfilm 24 wird auf der gesamten Struktur zur Bildung einer Gate- Elektrode abgeschieden. Eine Maskenschicht 25 wird auf dem Polysiliciumfilm 24 gebildet. Ein Photoresistmuster 29 wird auf der Maskenschicht 25 mittels eines lithographischen Ver­ fahrens gebildet.
Die Maskenschicht 25 wird durch Abscheiden von Nitrid gebil­ det und wirkt als Sperre für das Ätzen des Polysiliciumfilms 24.
In Fig. 3B wird ein erstes Maskenmuster 25A durch Ätzen der Maskenschicht 25 mittels eines anisotropen Ätzverfahrens un­ ter Verwendung des Photoresistmusters 29 gebildet.
In Fig. 3C wird ein Polysiliciummuster 24A mit einer schrägen Seite durch Ätzen des Polysiliciumfilms 24 mittels eines iso­ tropen Ätzverfahrens unter Verwendung des ersten Maskenmu­ sters 25A gebildet, bis das Polysiliciumsubstrat freiliegt.
Das isotrope Ätzverfahren zur Bildung des Polysiliciummusters 24A wird in einer gemischten Lösung aus HF und HNO₃ durchge­ führt.
In Fig. 3D wird ein zweites Maskenmuster 25B gebildet, das durch Ätzen des ersten Maskenmusters 25A mittels eines Ätz­ verfahrens auf solche Weise, daß es die gleiche Größe wie das Polysiliciummuster 4A annimmt, verkleinert.
Wenn die Maskenschicht 25 aus Nitrid besteht, dann wird das Ätzverfahren zur Bildung des zweiten Maskenmusters 25B in H₃PO₄ bei einer Temperatur von 160 bis 180°C durchgeführt.
In Fig. 3E wird ein Oxidfilm 26 auf der gesamten Struktur ab­ geschieden.
Der Oxidfilm 26 ist ein Tieftemperaturoxidfilm, abgeschieden mittels TEOS oder SiH₄ bis zu einer Dicke von 2000 bis 3000 Å bei einer niedrigen Temperatur von 450°C.
In Fig. 3F werden Oxid-Spacer 26A auf beiden Seiten des Poly­ siliciummusters 24A durch Ätzen des Oxidfilms 26 mittels eines anisotropen Ätzverfahrens, wie reaktivem Ionenätzen (RIE), gebildet. Anschließend wird das Maskenschichtmuster 25B durch ein Ätzverfahren entfernt, und dann werden Fremd­ atome in hoher Konzentration in das freiliegende Siliciumsub­ strat 21 unter Bildung eines Source-Bereichs 27 und eines Drain-Bereichs 28 implantiert.
Wenn die Maskenschicht 25 aus Nitrid besteht, dann wird das Ätzverfahren zur Entfernung des zweiten Maskenmusters 25B in H₃PO₄ bei einer Temperatur von 160 bis 180°C durchgeführt.
In Fig. 3G wird ein Übergangsmetallfilm 30 auf der Oberfläche des freiliegenden Polysiliciummusters 24A und des Silicium­ substrats 21 durch Abscheiden eines Übergangsmetalls, wie W, Ti, Ta, Mo oder dergl., auf der gesamten Struktur gebildet. Anschließend wird nicht umgesetztes Übergangsmetall mittels einer Lösung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid ent­ fernt.
In Fig. 3H wird der Oxid-Spacer 26A mittels eines Ätzverfah­ rens entfernt. Eine Gate-Elektrode 31 wird durch Ätzen der freiliegenden Seite des Polysiliciummusters 24A mittels eines anisotropen Ätzverfahrens unter Verwendung eines Übergangsme­ tallfilms 30 als Sperre gebildet. Anschließend werden Fremd­ atome in geringer Konzentration in den Source-Bereich 27 und den Drain-Bereich 28 implantiert. Danach werden Fremdatome eines anderen Typs in hoher Konzentration in Schrägrichtung implantiert.
Das Ätzverfahren zur Entfernung des Oxidspacers 26A wird in HF oder einer gemischten Lösung aus HF und NH₄F durchgeführt.
Wenn die zur Bildung des Source-Bereichs 27 und des Drain-Be­ reichs 28 verwendeten Fremdatome vom N-Typ sind, dann sind die Fremdatome, die in Schrägrichtung implantiert werden, vom P-Typ. Der Bereich, in dem die Fremdatome vom P-Typ in hoher Konzentration implantiert werden, wird unterhalb des Bereichs der Fremdatome in geringer Konzentration gebildet.
Mit der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrie­ ben wurde, kann eine Gate-Elektrode, die kleiner als die kri­ tischen Abmessungen ist, unter Verwendung der Belichtungsvor­ richtung des Stands der Technik gebildet werden, wodurch die Kosten für das Produkt bei der Herstellung der Halbleitervor­ richtung verringert werden können, und darüberhinaus kann die Herstellung von hochintegrierten Halbleitervorrichtungen durch Bildung einer Gate-Elektrode, die kleiner als die kri­ tischen Abmessungen ist, vereinfacht werden.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halb­ leitervorrichtung, das die folgenden Stufen umfaßt:
Bildung einer Maskenschicht auf einem Polysiliciumfilm für eine Gate-Elektrode und anschließende Bildung eines Maskenmu­ sters durch ein lithographisches Verfahren und ein Masken­ schicht-Ätzverfahren;
Bildung eines Polysiliciummusters mit einer schrägen Seite durch Ätzen des Polysiliciumfilms mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung des Maskenmusters als Sperre für das Ätzen, bis ein Siliciumsubstrat freiliegt;
Ätzen des Maskenmusters auf eine solche Weise, daß es die gleiche Größe wie die Polysiliciummuster aufweist, durch ein Ätzverfahren und anschließendes Implantieren von hochkonzen­ trierten Fremdatomen in das freiliegende Siliciumsubstrat un­ ter Bildung von Source- und Drain-Bereichen;
Abscheiden eines Oxidfilms auf der gesamten Struktur und an­ schließende Bildung eines Oxid-Spacers durch Ätzen des Oxid­ films mittels eines Ätzverfahrens;
Entfernung des Maskenmusters mittels eines Ätzverfahrens und anschließende Bildung eines Übergangsmetallfilms auf den freiliegenden Polysiliciummuster und dem Siliciumsubstrat- Oberflächenbereich; und
Entfernung des Oxid-Spacers mittels eines Ätzverfahrens und anschließende Bildung einer Gate-Elektrode durch Ätzen der freiliegenden Seite des Polysiliciummusters mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung des Übergangsmetallfilms als Ätzsperrschicht und nachfolgende Implantierung von Fremdato­ men in geringer Konzentration in die Source- und Drain-Berei­ che.
2. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halb­ leitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Maskenschicht durch Abscheidung von Nitrid gebildet wird.
3. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halb­ leitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ätzverfahren zur Bildung des Polysiliciummusters in einer Lösung aus HF und HNO₃ durchgeführt wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halb­ leitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei für den Fall, daß die Maskenschicht aus Nitrid besteht, H₃PO₄ bei einer Tempe­ ratur im Bereich zwischen 160 und 180°C für das Ätzverfahren, um das Maskenmuster auf die gleiche Größe, wie das Polysili­ ciummuster zu bringen, und für das Ätzverfahren zur Entfer­ nung des Maskenschichtmusters verwendet wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halb­ leitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidfilm ein Tieftemperaturoxidfilm ist, der mittels TEOS oder SiH₄ bis zu einer Dicke von 2000 bis 3000 Å bei einer niedrigen Tempera­ tur abgeschieden wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halb­ leitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ätzverfahren zur Bildung der Oxid-Spacer ein Ätzverfahren vom RIE-Typ ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halb­ leitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ätzverfahren zur Entfernung des Oxidspacers in HF oder einer gemischten Lösung aus HF und NH₄F durchgeführt wird.
8. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halb­ leitervorrichtung, das die folgenden Stufen umfaßt:
Bildung einer Maskenschicht auf einem Polysiliciumfilm für eine Gate-Elektrode und anschließende Bildung eines Maskenmu­ sters durch ein lithographisches Verfahren und ein Masken­ schicht-Ätzverfahren;
Bildung eines Polysiliciummusters mit einer schrägen Seite durch Ätzen des Polysiliciumfilms mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung des Maskenmusters als Sperre für das Ätzen, bis ein Siliciumsubstrat freiliegt;
Ätzen des Maskenschichtmusters durch ein Ätzverfahren auf eine solche Weise, daß es die gleiche Größe wie das Polysili­ ciumfilmmuster annimmt und anschließende Abscheidung eines Oxidfilms auf der gesamten Struktur;
Bildung eines Oxid-Spacers durch Ätzen des abgeschiedenen Oxidfilms mittels eines Ätzverfahrens und anschließende Ent­ fernung des Maskenschichtmusters mittels des Ätzverfahrens;
Implantieren von Fremdatomen in hoher Konzentration in das freiliegende Siliciumsubstrat unter Bildung von Source- und Drain-Bereichen und anschließende Bildung eines Übergangsme­ tallfilms auf dem freiliegenden Polysiliciummuster und dem Silisumssubstrat-Oberflächenbereich;
Entfernung des Oxid-Spacers durch das Ätzverfahren und an­ schließende Bildung einer Gate-Elektrode durch Ätzen der freiliegenden Seite des Polysiliciummusters mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung des Übergangsmetallfilms als Sperrschicht für das Ätzen; und
Implantieren von Fremdatomen in geringer Konzentration in die Source- und Drain-Bereiche und anschließendes Implantieren von Fremdatomen eines anderen Typs in Schrägrichtung.
9. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halb­ leitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Maskenschicht durch Abscheiden von Nitrid gebildet wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Ätzverfahren zur Bildung des Polysiliciummusters in einer gemischten Lö­ sung aus HF und HNO₃ durchgeführt wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei für den Fall, daß die Maskenschicht aus Nitrid besteht, H₃PO₄ bei einer Temperatur im Bereich von 160 bis 180°C bei dem Ätzverfahren, um das Maskenmuster auf die gleiche Größe wie das Polysili­ ciummuster zu bringen, und beim Ätzverfahren zur Entfernung des Maskenschichtmusters verwendet wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Oxidfilm ein Tieftemperaturoxidfilm ist, der unter Verwendung von TEOS oder SiH₄ bis zu einer Dicke von 2000 bis 3000 Å bei einer niedrigen Temperatur abgeschieden wird.
13. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Ätzverfah­ ren, das zur Bildung der Oxid-Spacer angewandt wird, ein Ätz­ verfahren vom RIE-Typ ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Ätzverfahren zur Entfernung des Oxid-Spacers in HF oder einer gemischten Lösung aus HF und NH₄F durchgeführt wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Transistors für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei für den Fall, das die Fremdatome, die zur Bildung der Source- und Drain-Be­ reiche verwendet werden, vom N-Typ sind, und die Fremdatome, die in Schrägrichtung implantiert werden, Fremdatome vom P- Typ in hoher Konzentration sind.
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