DE69025252T2 - Verfahren zum Herstellen einer abgeschiedenen Schicht und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer abgeschiedenen Schicht und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer abgeschiedenen Schicht und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer abgeschiedenen Mo-Schicht, die bevorzugt für die Verdrahtung einer Halbleiterschaltung und ähnliches verwendet wird, und auf eine Halbleitervorrichtung, die die abgeschiedene Mo- Schicht verwendet.
    • In Beziehung stehender Stand der Technik
  • Im Stand der Technik wurden in elektronischen Halbleitervorrichtungen oder integrierten Schaltkreisen in erster Linie Aluminium (Al) oder Al-Si und ähnliches für Elektroden und die Verdrahtung verwendet. Al ist billig und weist eine hohe Elektroleitfähigkeit auf und es können auf der Oberfläche dichte Oxidschichten gebildet werden. Dementsprechend weist es viele Vorteile auf, da sein innerer Bereich geschützt und stabilisiert werden kann und die Haftung an Si gut ist.
  • Auf der anderen Seite jedoch ist bei höherer Integration, die Selbstausrichtunstechnik, bei der eine Maskenanpassung (mask matching) zwischen der Gateelektrode tind der Diffusionsschicht und ähnlichem unnötig ist, unentbehrlich. Es kann kein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie Al, verwendet werden. In der MOS-LSI-Schaltung vom Stand der Technik wurde als Gate-Elektroden-Verdrahtung ein zur Selbstausrichtung geeignetes, mit Fremdstoffen in hoher Konzentration dotiertes, polykristallines Si weithin verwendet. Mit dem Fortschreiten zu einer weiteren, höheren Integration erwächst jedoch das Problem, daß der elektrische Widerstand der feinen polykristallinen Si-Verdrahtung und ähnlichem höher wird. Dies ist für den Betrieb der Vorrichtung mit hoher Geschwindigkeit von entscheidender Bedeutung. Dementsprechend war es erforderlich, ein hochschmelzendes Metall zur Verfügung zu haben, das einen geringeren spezifischen Durchgangswiderstand als polykristallines Si besitzt und dennoch im wesentlichen zur Selbstausrichtung geeignet ist, wobei selbst dann, wenn Al verwendet werden kann, Si und die Al-Verdrahtung während der Wärmebehandlung an dem Kontaktelektrodenbereich mit der Si- Schicht miteinander reagieren, wodurch es zu einem Bruch der Verdrahtung oder zu einem erhöhten Widerstand der Verdrahtung kommt. Aus diesem Grund wurde ein Metall mit einem höheren Schmelzpunkt und einem geringeren elektrischen Widerstand als Elektroden-Verdrahtunsmaterial und als das Barrierenmetall, das die Reaktion zwischen Si und Al in dem Kontaktbereich verhindert, verwendet. Insbesondere zieht Mo aufgrund seines ausreichend hohen Schmelzpunkts (2620 ºC) und seines geringen elektrischen Widerstands (4,9 µΩ cm) die Aufmerksamkeit auf sich.
  • Abscheidungsverfahren, wie die Elektronenstrahlabscheidung und das Vakuumbestäuben, wurden für eine Mo-Schicht verwendet, die für eine Mo-Elektrodenverdrahtung eingesetzt wurde.
  • Mit der Herstellung verfeinerter Abmessungen durch einen vergrößerten Integrationsgrad erfährt die Oberfläche der LSI-Schaltung oder ähnliches aufgrund der Oxidation, Diffusion, Dünnschichtabscheidung und Ätzung und ähnliches, eine übermäßige Unebenheit. Zum Beispiel müssen Elektroden oder das Verdrahtungsmetall auf einer Oberfläche mit einem Abstufungsunterschied (stepped difference), oder in einem Durchgangsloch mit geringem Durchmesser und geringer Tiefe abgeschieden werden. In einem 4 Mbit oder 16 Mbit DRAM (dynamischer RAM) und ähnlichem beträgt der Schlankeitsgrad (Tiefe des Durchgangslochs/Durchgangslochdurchmesser) des Durchgangslochs, in dem ein Verdrahtungsmetall abgeschieden werden soll, 1,0 oder mehr, und der Durchmesser des Durchgangslochs selbst ebenfalls 1 µm oder weniger. Deshalb ist fur ein Durchgangsloch mit großem Schlankheitsgrad eine Technik erforderlich, mit der ein Verdrahtunsmetall abgeschieden werden kann.
  • Insbesondere ist, um anstelle einer Schichtbildung eine sichere Verbindung zu der Vorrichtung unter der Isolierschicht, wie SiO&sub2; und ähnlichem, herzustellen, ein Metall erforderlich, das so abgeschieden wird, daß es nur in das Durchgangsloch der Vorrichtung eingebetett bzw. einlagert wird. In solch einem Fall ist ein Abscheidungsverfahren für ein Verdrahtungsmetalls erforderlich, bei dem das Metall nur auf einer Si- oder Metalloberfläche und nicht auf einer Isolierschicht, wie SiO&sub2; und ähnlichem, abgeschieden wird.
  • Es ist schwierig, solch eine selektive Abscheidung und solch ein selektives Wachstum durch die in der Vergangenheit verwendete Elektronenstrahlabscheidungs- und Vakuumbestäubungsverfahren zu erreichen. Das Bestäubungsverfahren ist ein physikalisches Abscheidungsverfahren, das durch Streuung der im Vakuum zerstäubten Teilchen durchgeführt wird. Deshalb wird die Schichtdicke an dem Stufenbereich und der Seitenwand der Isolierschicht sehr dünn und es kann im Extremfall zu einem Zerbrechen der Verdrahtung kommen. Ferner führt eine Ungleichmäßigkeit der Schichtdicke und das Zerbrechen der Verdrahtung zu einer bemerkenswerten Verschlechterung der Zuverlässigkeit der LSI-Schaltung.
  • Andererseits ist ein Vorspannungsbestäubungsverfahren entwickelt worden, in dem eine Vorspannung an ein Substrat angelegt wird und die die Abscheidung so durchgeführt wird, daß durch Nutzbarmachung der Bestäubungsätzwirkung und der Abscheidungswirkung auf die Substratoberfläche Al, Al-Legierung oder Mo-Silicid nur in dem Durchgangsloch eingelagert wird. Da jedoch eine Vorspannung von einigen 100 V oder höher an das Substrat angelegt wird, kommt es aufgrund der Beschädigung durch geladene Teilchen zu einem schädlichen Einfluß, wie einer Veränderung des Schwellenwerts des MOS-FET und ähnliches. Auch wegen des Auftretens sowohl der Ätzwirkung als auch der Abscheidungswirkung tritt das Problem auf, daß die Abscheidungsgeschwindigkeit nicht sein kann
  • Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, wurden verschiedene Typen von CVD-Verfahren (Abscheidung aus der Gasphase) vorgeschlagen. In diesen Verfahren wird die chemische Umsetzung eines Ausgangsgases in irgendeiner Form ausgenutzt. Im Plasma-CVD-Verfahren oder im optischen CVD- Verfahren kommt es zu einer Zersetzung des Ausgangsgases in der Gasphase, und die dabei gebildete aktive Spezies reagiert auf dem Substrat und gibt Anlaß zur Schichtbildung. In diesen CVD-Verfahren ist der Grad der Oberflächenbedeckung der Unebenheiten auf der Substratoberfläche gut, da die Reaktion in der Gasphase vor sich geht. Die in dem Ausgangsmaterial enthaltenen Kohlenstoffatome sind jedoch in der Schicht eingearbeitet. Auch blieb, insbesondere im Plasma- CVD-Verfahren, das Problem bestehen, daß durch die geladenen Teilchen wie im Falle des Bestäubungsverfahrens eine Beschädigung erfolgt (eine sogenannte Plasmabeschädigung).
  • Das thermische CVD-Verfahren, in dem die Schicht durch eine Oberflächenreaktion primär auf der Substratoberfläche wächst, ist gut für den Grad an Oberflächenbedeckung (coverage) der Unebenheiten, wie eines Stufenbereichs auf der Oberfläche und ähnliches. Es darf auch erwartet werden, daß die Abscheidung in dem Durchgangsloch schnell erfolgt. Ferner kann das Zerbrechen der Verdrahtung an dem Stufenbereich vermieden werden.
  • Aus diesem Grund wurden verschiedene Studien des thermischen CVD-Verfahrens als dem Verfahren zur Bildung der Mo-Schicht unternommen. Zum Beispiel gibt es das Wasserstoff-Reduktionsverfahren von MoCl&sub5; und das Si-Reduktionsverfahren von MoF&sub6; gemäß dem Normaldruck-CVD-Verfahren oder dem CVD-Verfahren unter reduziertem Druck wie es in Kapitel 4 von Handotai Kenkyu (Halbleiterforschung) Band 20 (Kogyo Chosakai, 1983) vorgestellt wird. In dem Wasserstoffreduktionsverfahren von MoCl&sub5; kann jedoch an einem anderen Bereich als der Substratoberfläche, der in der Vorrichtung zur Erzeugung der Schicht erwärmt wird, manchmal außer Mo eine Vielzahl an Molybdänhalogeniden, wie MoCl&sub3; und andere, erzeugt werden. Deshalb ist es schwierig die Schichtbildung zu steuern. Obgleich eine Schichtbildung möglich sein kann, ist keine selektive Abscheidung zu erkennen.
  • Andererseits wird zum Beispiel in EP-A-147913 oder in USP 3.785.862 ein Verfahren der Herstellung einer Mo-Schicht unter Verwendung von MoF&sub6;-Gas, Wasserstoffgas und eines Inertgases aufgezeigt.
  • Dagegen reagiert in dem Si-Reduktionsverfahren von MoF&sub6; das MoF&sub6; in Anwesenheit von Si, um Mo abzuscheiden, wodurch das Si geätzt wird. Deshalb besteht die Möglichkeit, daß der elektronische Schaltkreis auf dem Si-Wafer beschädigt wird. Auch SiO&sub2; wird geätzt. Die Abscheidung in dem Si-Reduktionsverfahren des MoF&sub6; vollzieht sich jedoch primär auf dem Si- Substrat anstatt auf dem SiO&sub2;, wobei in der USP 3.785.862 jedoch klar dargestellt ist, daß die Mo-Schicht ebenfalls auf dem SiO&sub2; abgeschieden wird. Dies legt nahe, daß die selektive Abscheidung des Mo nicht ganz vollständig ist. Zudem werden wie vorstehend beschrieben sowohl Si als auch SiO&sub2; einem Ätzen unterzogen, und unter solchen Bedingungen besteht die Möglichkeit, daß, was die Ebenheit der Oberflächen und ein Vermischen mit Fremdstoffen und ähnliches angeht, Probleme auftreten können. Als anderes Verfahren gibt es das Beispiel eines Normaldruck-CVD-Verfahrens des Mo(CO)&sub6; wie in Thin Solid Films, Band 63 (1979), 5. 169 beschrieben. In diesem Verfahren kann bei Normaldruck mit Ar als Trägergas eine Mo-Schicht auf dem Substrat abgeschieden werden. In diesem Verfahren kann jedoch manchmal eine beachtlich große Menge an Sauerstoff und Kohlenstoff in die Mo-Schicht als Fremdstoff eingearbeitet sein, und aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, daß der elektrische Widerstand der abgeschiedenen Schicht zunehmen kann. Auch gemäß diesem Verfahren kann eine selektive Abscheidung nur unter Schwierigkeiten erfolgen.
  • Andere bekannte Abscheidungsverfahren werden nachstehend erwähnt.
  • WO 86/06755 beschreibt ein selektives Abscheidungsverfahren zur Abscheidung von Wolfram oder Molybdän auf einem strukturierten Substrat. Die Abscheidung wird in einer Kaltwand- Reaktionskammer bei einer Substrattemperatur von über 100 ºC durchgeführt und das Substrat wird von der einfallenden Strahlung ferngehalten. In dem beschriebenen Beispielen wird Wolframhexafluorid in einer Wasserstoffatmosphäre reduziert. Es wird vorgeschlagen, daß Mo(CO)&sub6;, MoF&sub6; oder MoCl&sub5; für die Abscheidung des Molybdäns verwendet werden können, es werden aber keine genauen Details angegeben. Es wird gesagt, das Verfahren sei auf einen breiten Bereich von Leiter- und Halbleiteroberflächen anwendbar, z.B. auf Metalle, legierte Metalle, wie Platin, Molybdän, Titan, Wolfram, Tantal, Aluminiummetalle und Mischungen davon, und ebenfalls auf Ubergangsmetallsilicide.
  • Thin Solid Films, Band 147, Nr. 2, März 1987, S. 193 - 202 "Plasma-enhanced chemical vapour deposition of molybdenum", N.J. Jarro et al, beschreibt die Abscheidung von Molybdänschichten aus Ar-Mo(CO)&sub6;-Gasmischungen und H&sub2;-Mo(CO)&sub6;- Gasmischungen. Im Falle der ersten Mischung enthielt die abgeschiedene Schicht vor und nach dem Tempern große Mengen an Kohlenstoff und Sauerstoff. Im letzteren Fall war ebenfalls Kohlenstoff enthalten, aber der Sauerstoff in Form des Hydroxids wurde durch das Tempern entfernt.
  • Wie vorstehend beschrieben weisen die Abscheidungsverfahren der Mo-Schicht vom Stand der Technik viele und verschiedene Probleme auf, die nach einer Lösung verlangen, beispielsweise ist der Bedeckungsgrad des Abstufungsunterschieds der Oberfläche der LSI-Schaltung schlecht, die Si-Oberfläche der LSI-Schaltung wird unnötigerweise geätzt, es erfolgt eine Beschädigung des SiO&sub2;, die Abscheidungsreaktion kann nur unter Schwierigkeiten gesteuert werden und es wird eine große Menge an Fremdstoffen in die Mo-Schicht eingemischt.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer abgeschiedenen Schicht ist in Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche dargelegt.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der abgeschiedenen Schicht der Erfindung wird nachstehend beschrieben.
  • Die durch das Verfahren zur Herstellung einer abgeschiedenen Schicht erhaltene Mo-Schicht enthält wenige Fremdstoffe, wie Kohlenstoff und ähnliches. Auch das Substrat weist keine Beschädigungen auf und das Verfahren weist eine gute Steuerbarkeit auf. Es kann selektiv eine dichte Mo-Schicht, die einen geringen Widerstand aufweist, auf dem Substrat abgeschieden werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung ist in Anspruch 10 der beigefügten Ansprüche dargelegt.
  • Durch dieses Herstellungsverfahren kann an dem Verdrahtungsbereich und dem Elektrodenbereich eine ausgezeichnete Halbleitervorrichtung mit einer dichten und flachen Mo-Schicht, die einen geringen Widerstand aufweist, zur Verfügung gestellt werden.
  • In der Erfindung werden als Ausgangsgase für die Herstellung einer abgeschiedenen Schicht ein Gas einer organischen Mo- Verbindung und H&sub2;-Gas verwendet. Durch Sublimation des Mo(CH&sub3;)&sub6; als der organischen Mo-Verbindung, die bei Raumtemperatur fest ist, und Beförderung in einem Trägergas, wie H&sub2;, Ar und ähnlichem, zu einem erwärmten Substrat, wird die Mo-Schicht durch Umsetzung mit Wasserstoffgas, das ebenfalls zugeführt wird, abgeschieden. Der genaue Mechanismus der Umsetzung wurde nicht geklärt, aber es darf angenommen werden, daß Mo(CH&sub3;)&sub6; und ähnliches mit dem H&sub2;-Gas auf einer elektronenliefernden Substratoberfläche reagiert, wie erwärmtem Metall oder einem Halbleiter, um Mo zu bilden. Da diese Umsetzung an der Stelle, an der die Substratoberfläche nicht elektronenliefernd ist, nur unter Schwierigkeiten voranschreiten kann, darf angenommen werden, daß die Abscheidung der Schicht nur unter Schwierigkeiten auf einer nicht elektronenliefernden Oberfläche zustandekommt.
  • Die elektronenspendende Eigenschaft ist nachstehend beschrieben.
  • Der Begriff elektronenlieferndes Material bezieht sich auf ein Material mit existierenden freien Elektronen oder freien Elektronen, die bewußt in dem Substrat erzeugt werden, zum Beispiel ein Material mit einer Oberfläche, auf der die chemische Umsetzung durch Zufuhr-und-Entzug von Elektronen gefördert wird, wobei die Ausgangsgasmoleküle auf der Substratoberfläche haften. Zum Beispiel entsprechen im allgemeinen Metalle und Halbmetalle einem solchen Material. Diejenigen mit sehr dünnen Oxidschichten auf der Metalloder Halbleiteroberfläche sind ebenfalls eingeschlossen. Bei solch einer sehr dünnen Oxidschicht kann es zu einer chemischen Umsetzung zwischen dem Substrat und den anhaftenden Ausgangsmolekülen kommen.
  • Insbesondere können eingeschlossen sein: Halbleiter, wie einkristallines Silicium, polykristallines Silicium, amorphes Silicium und ähnliches, III-V-Verbindungshalbleiter binärer Systeme oder ternärer Systeme oder quarternärer Systeme, die Kombinationen aus Ga, In, Al, als das Gruppe III-Element, und P, As, N, als das Gruppe V-Element, umfassen, oder II-VI-Verbindungshalbleiter, oder Metalle, wie Wolfram, Molybdän, Tantal, Aluminium, Titan, Kupfer und ähnliches, oder Silicide der vorstehenden Metalle, wie Wolframsilicid, Molybdänsilicid, Tantalsilicid, Aluminiumsilicid, Titansilicid und ähnliches, ferner Metalle, die einen der Bestandteile der vorstehenden Metalle enthalten, wie Aluminium, Silicium, Aluminiumtitan, Aluminiumkupfer, Aluminiumtantal, Aluminiumsiliciumkupfer, Aluminiumsiliciumtitan, Aluminiumpalladium, Titannitrid und ähnliches.
  • Im Gegensatz dazu bestehen die Materialien zur Bildung der Oberfläche, auf der Mo nicht selektiv abgeschieden wird, nämlich die nicht elektronenliefernde Materialien, aus üblichen isolierenden Materialien, durch thermische Oxidation, CVD-Verfahren und ähnlichem gebildetem oxidierten Silicium, Glas oder oxidierten Schichten, wie BSG, PSG, BPSG und ähnlichem, einer thermisch nitrierten Schicht, einer durch Plasma-CVD-Verfahren, Niederdruck-CVD-Verfahren, ECR(Elektronenzyklotronresonanz)-CVD-Verfahren und ähnlichem nitrierten Siliciumschicht.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
  • Fig. 1 eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Apparatur zur Herstellung einer abgeschiedenen Schicht darstellt, die für die Erfindung verwendbar ist,
  • Fig. 2 eine schematische Schnittansicht, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Abscheidungsschicht darstellt,
  • Fig. 3 eine schematische Ansicht eines anderen Beispiels einer Apparatur zur Herstellung einer Abscheidungsschicht, die für die Erfindung verwendbar ist, und
  • Fig. 4 eine schematische Ansicht, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung darstellt.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt. Die nachstehende Beschreibung wird nur als ein Beispiel gegeben.
  • Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Apparatur zur Herstellung einer Abscheidungsschicht zeigt, die für die Erfindung angewandt werde kann.
  • Hier stellt 1 ein Substrat zur Herstellung einer Mo-Schicht dar. Das Substrat 1 ist auf eine Substrathalterung 3 montiert, die im Inneren des Reaktionsrohrs 2, das einen Raums zur Herstellung einer abgeschiedenen Schicht bildet, der im wesentlichen, wie in Fig. 1 gezeigt, abgeschlossen ist, bereitgestellt wird. Als das Material, aus dem das Reaktionsrohr 2 besteht, ist Quarz bevorzugt, es kann jedoch auch aus einem Metall bestehen. Ferner ist es bevorzugt das Reaktionsrohr zu kühlen. Die Substrathalterung 3 ist aus einem Metall hergestellt und mit einer Heizeinrichtung 4 versehen, so daß das darauf montierte Substrat erwärmt werden kann. Der Aufbau erfolgt dabei so, daß die Substrattemperatur durch Steuerung der Wärmeerzeugungstemperatur der Heizeinrichtung 4 gesteuert werden kann.
  • Das Zufuhrsystem für die Gase ist wie nachstehend beschrieben aufgebaut.
  • 5 ist eine Gasmischeinrichtung, in der das Ausgangsgas (Mo(CH&sub3;)&sub6;) und das Reaktionsgas (H&sub2;) gemischt werden, wobei die Mischung dem Reaktionsrohr 2 zugeführt wird. 6 ist ein Vergasungsapparat, der für die Vergasung eines organischen Metalls, als das Ausgangsgas, zur Verfügung gestellt wird.
  • Das in der Erfindung zu verwendende organische Metall ist bei Raumtemperatur fest und wird durch Sublimation des organischen Metalls in einen gesättigten Dampf überführt, indem ein Trägergas um das Metall in dem Vergasungsapparat 6 geleitet wird, das anschließend in die Mischeinrichtung 5 eingeleitet wird.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird die Sublimation durch Erwärmen des Gases oder des organischen Metalls merklich beschleunigt.
  • Das Evakuierungssystem ist wie nachstehend beschrieben aufgebaut.
  • 7 ist ein Schieberventil, das geöffnet wird, wenn die Evakuierung eines großen Volumens erfolgt, wie bei der inneren Evakuierung des Reaktionsrohrs 2 vor der Bildung der abgeschiedenen Schicht. 8 ist ein langsames Ausströmventil (slow leak valve), das verwendet wird, wenn die Evakuierung eines kleinen Volumens erfolgt, wie bei der Steuerung des inneren Drucks des Reaktionsrohrs 2 während der Bildung der abgeschiedenen Schicht. 9 ist eine Evakuierungseinheit, die aus einer Pumpe zum Evakuieren, wie einer Turbomolekularpumpe und ähnlichem, besteht.
  • Das Fördersystem des Substrats 1 ist wie nachstehend beschrieben aufgebaut.
  • 10 ist eine Substratförderkammer, in die das Substrat vor und nach der Herstellung der abgeschiedenen Schicht untergebracht werden kann, die durch Öffnen des Ventils 11 evakuiert wird. 12 ist eine Evakuierungseinheit zum Evakuieren der Förderkammer, die aus einer Pumpe zum Evakuieren, wie einer Turbomolekularpumpe und ähnlichem, besteht.
  • Das Ventil 13 wird nur geöffnet, wenn das Substrat 1 zwischen der Reaktionskammer und dem Förderraum transportiert wird.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt wird in der Gaserzeugungskammer 6 zur Erzeugung des Ausgangsgases die Gaserzeugungskammer 6 zum Beispiel auf Raumtemperatur gehalten oder die erwärmte feste organische Mo-Verbindung (Mo(CH&sub3;)&sub6;) wird mit H&sub2; oder Ar (oder einem anderen Inertgas) als Trägergas in Blasenform durchströmt, um eine gasförmige organische Mo-Verbindung zu erzeugen, die zu der Mischeinrichtung 5 transportiert wird. Das H&sub2;-Gas als das Reaktionsgas wird über einen anderen Weg zu der Mischeinrichtung 5 transportiert. Die Strömungsgeschwindigkeiten der Gase werden so gesteuert, daß die entsprechenden Partialdrucke die gewünschten Werte annehmen.
  • Die Figuren 2A bis 2E sind schematische Ansichten, die den Zustand des Aufwachsens einer Mo-Schicht zeigen.
  • Fig. 2A ist eine Darstellung, die schematisch einen Querschnitt des Substrats vor der Bildung der erfindungsgemäßen Mo-Schicht zeigt. 90 ist das Substrat, das ein elektronenlieferndes Material umfaßt, und 91 ist eine dünne Schicht, die ein nicht elektronenlieferndes Material umfaßt.
  • Wenn das Ausgangsgas (Mo(CH&sub3;)&sub6;) und eine Gasmischung, die H&sub2; als das Reaktionsgas enthält, dem Substrat zugeführt werden, das auf eine Temperatur innerhalb eines Bereichs von der Zersetzungstemperatur bis zu 800 ºC erwärmt wurde, wird Mo nicht auf der dünnen Schicht 91, die das nicht elektronenliefernde Material umfaßt, sondern nur auf dem Substrat 90 abgeschieden, wodurch wie in Fig. 28 gezeigt eine durchgehende Mo-Schicht gebildet wird.
  • Wenn die Abscheidung des Mo über den Zustand der Fig. 2C weitergeführt wird, erreicht das Wachstum der Mo-Schicht wie in Fig. 2D gezeigt den obersten Bereich der dünnen Schicht 91.
  • Als Ergebnis einer Analyse gemäß der Auger-Elektronenspektroskopie oder einer Photoelektronenspektroskopie wurde kein Einbau (entrainment) eines Fremdstoffs, wie Kohlenstoff oder Sauerstoff, in die als Beispiele hergestellten Schichten, die nachstehend diskutiert werden, bemerkt.
  • Die so gebildete abgeschiedene Schicht weist zum Beispiel bei Raumtemperatur und bei einer Schichtdicke von 60 nm (600 Å) einen Widerstand von 8 - 30 µohm.cm auf, was dem Bahnwiderstand (bulk resistivity) des Mo nahe kommt, und niedriger als der spezifische Widerstand des polykristallinen Si ist, und wird zu einer durchgehenden und flachen Schicht. Das Reflexionsvermögen im sichtbaren Wellenlängenbereich beträgt angenähert ungefähr 70 - 80% und es kann eine dünne Schicht mit ausgezeichneter Oberflächenebenheit abgeschieden werden.
  • Die Temperatur des Substrats bei der Herstellung der abgeschiedenen Schicht sollte wünschenswerterweise im Bereich zwischen der Zersetzungstemperatur des Ausgangsgases (Mo(CH&sub3;)&sub6;) oder höher, und 800 ºC oder tiefer liegen, aber eine Temperatur des Substrats von 350 - 550 ºC ist besonders erwünscht.
  • Ein bevorzugterer Zustand der Substrattemperatur ist 400 ºC bis 500 ºC. Die unter dieser Bedingung abgeschiedene Mo- Schicht enthält keinen Kohlenstoff und keinen Sauerstoff und weist einen ausreichend geringen elektrischen Widerstand auf.
  • In der in Fig. 1 gezeigten Apparatur kann Mo nur auf einer Schicht des Substrats bei einer einmaligen Abscheidung abgeschieden werden. Obwohl eine Abscheidungsgeschwindigkeit von ca. 10 nm/min (100 Å/min) erhalten werden kann, ist sie für die Durchführung einer Abscheidung einer großen Zahl an Schichten innerhalb kurzer Zeit noch unzureichend.
  • Als Apparatur für die Herstellung einer Abscheidungsschicht zur Verbesserung dieses Punkts existiert eine Niederdruck- CVD-Apparatur, die Mo durch die gleichzeitige Montage einer großen Anzahl an Waferschichten abscheiden kann. Da die erfindungsgemäße Mo-Abscheidung von der Oberflächenreaktion der erwärmten elektronenliefernden Substratoberfläche Gebrauch macht, kann das Mo zum Beispiel in dem Niederdruck- CVD-Verfahren vom Heißwandtyp, bei dem nur das Substrat erwärmt wird, auf gewünschte Weise abgeschieden werden.
  • Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die eine Apparatur zur Herstellung einer abgeschiedenen Schicht zeigt, die für die Erfindung anwendbar ist.
  • 57 ist ein Substrat für die Herstellung einer Mo-Schicht. 50 ist ein aus Quarz gefertigtes äußeres Reaktionsrohr zur Erzeugung eines Raums für die Herstellung einer abgeschiedenen Schicht, der in Bezug auf die Umgebung im wesentlichen geschlossen ist. 51 ist ein aus Quarz gefertigtes inneres Reaktionsrohr, das zur Trennung des Gasstroms in dem äußeren Reaktionsrohr 50 eingebracht ist, 54 ist ein aus Metall gefertigter Flansch zum Öffnen und Schließen der Öffnung des äußeren Reaktionsrohrs 50, und das Substrat 57 ist in dem Substrathalteelement 56 angeordnet, das im Inneren des inneren Reaktionsrohrs 51 bereitgestellt wird. Das Substrathalteelement 56 sollte wünschenswerterweise aus Quarz gefertigt sein.
  • Die Apparatur kann die Temperatur des Substrats durch den Heizabschnitt 59 steuern. Sie ist so aufgebaut, daß der innere Druck des Reaktionsrohrs 50 durch das mit dem Gas- Evakuierungsauslaß 53 verbundene Evakuierungssystem gesteuert werden kann.
  • Die Apparatur besitzt ähnlich wie die in Fig. 1 gezeigte Apparatur ein erstes Gassystem, ein zweites Gassystem und eine Mischeinrichtung (sie sind alle nicht gezeigt), und die Ausgangsgase werden durch den Ausgangsgas-Einleitungseinlaß 52 in das Reaktionsrohr eingeleitet. Die Ausgangsgase reagieren auf der Oberfläche des Substrats 57, wenn sie den inneren Bereich des inneren Reaktionsrohrs 51 passieren, wie durch die Pfeilspitze 58 in Fig. 3 gezeigt ist, um auf der Substratoberfläche 57 Mo abzuscheiden. Die Gase passieren nach der Reaktion die durch das innere Reaktionsrohr 51 und das äußere Reaktionsrohr 50 gebildete Lücke und werden durch den Gasausström-Auslaß 53 abgegeben.
  • Beim Einbringen und Entnehmen des Substrats wird der aus Metall gefertigte Flansch 54 zusammen mit dem Substrathalteelement 56 und dem Substrat 57 mittels eines Hebewerks (nicht gezeigt) angehoben und abgesenkt, um es zu einer festgelegten Position zu bewegen, wo ein Anbringen und eine Abnehmen des Substrats erfolgt.
  • Durch die Bildung einer abgeschiedenen Schicht unter den wie vorstehend erwähnten Bedingungen und unter Verwendung einer solchen Apparatur kann eine Mo-Schicht mit guter Qualität gleichzeitig auf allen Wafern in der Apparatur hergestellt werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend durch die angegebenen Beispiele erläutert.
    • Beispiel 1
  • Das Verfahren für die Herstellung der Mo-Schicht ist nachstehend beschrieben. Unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Apparatur wird das Reaktionsrohr 2 im Innern durch die Evakuierungseinheit 9 auf ca. 1 x 10&supmin;&sup6; Pa (1 x 10&supmin;&sup8; Torr) evakuiert. Die Mo-Schicht kann jedoch auch hergestellt werden, wenn das Vakuum in dem Reaktionsrohr 2 schlechter als 1 x 10&supmin;&sup6; Pa (1 x 10&supmin;&sup8; Torr) ist. Nach der Reinigung des Substrats, wie eines Si-Wafers und ähnlichem, wurde die Förderkammer 10 auf Atmosphärendruck entspannt bzw. einge stellt und der Si-Wafer wurde in der Förderkammer montiert. Die Förderkammer wurde auf ca. 1 x 10&supmin;&sup4; Pa (1 x 10&supmin;&sup6; Torr) evakuiert und dann wurde das Schieberventil 13 geöffnet und das Substrat auf die Waferhalterung 3 montiert. Dann wurde das Schieberventil 13 geschlossen und die Reaktionskammer 2 wurde zu einem Vakuum von 1 x 10&supmin;&sup6; Pa (1 x 10&supmin;&sup8; Torr) evakuiert.
  • In diesem Beispiel wurde Mo(CH&sub3;)&sub6; sublimiert, um es durch die erste Gasleitung zu befördern. H&sub2; wurde als Trägergas der Mo(CH&sub3;)&sub6;-Leitung verwendet. Die zweite Gasleitung wurde für das H&sub2; verwendet.
  • Indem H&sub2; durch die zweite Gasleitung geleitet und das Öffnen des langsamen Ausströmventils 8 gesteuert wurde, wurde der Druck in dem Reaktionsrohr 2 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt. Dann wurde das Substrat durch einen Stromfluß durch die Heizeinrichtung 4 erwärmt. Nachdem die Substrattemperatur eine vorgegebene Temperatur erreicht hatte, wurde der Mo(CH&sub3;)&sub6;-Partialdruck auf ca. 2,7 x 10&supmin;² Pa (2,0 x 10&supmin;&sup4; Torr) eingestellt. Dann wurde Mo(CH&sub3;)&sub6; durch die Mo(CH&sub3;)&sub6;- Leitung in das Reaktionsrohr eingeleitet. Hier betrug der Gesamtdruck in dem Reaktionsrohr ca. 2,7 x 10² Pa (2,0 Torr) und das Mo(CH&sub3;)&sub6; wurde in das Reaktionsrohr 2 eingeleitet und Mo wurde abgeschieden. Nachdem eine vorgegebenen Abscheidungsdauer verstrichen war, wurde die Zufuhr des Mo(CH&sub3;)&sub6; gestoppt. Dann wurde das Erwärmen mit der Heizeinrichtung 4 gestoppt, um das Substrat abzukühlen. Die Zufuhr des H&sub2;-Gases wurde gestoppt, und nach der Evakuierung des Inneren des Reaktionsrohres wurde das Substrat in die Förderkammer überführt und nur die Förderkammer wurde vor der Entnahme des Substrats auf Atmosphärendruck eingestellt. Vorstehend wurden die Grundzüge der Herstellung der Mo- Schicht beschrieben.
  • Nach der Herstellung von einkristallinen Si-Substraten als den Proben wurden Mo-Schichten bei den entsprechenden Substrattemperaturen gemäß dem gleichen Verfahren wie vorstehend beschrieben unter den nachstehenden Bedingungen abgeschieden:
  • Gesamtdruck: 2,7 x 10² Pa (2,0 Torr)
  • Mo(CH&sub3;)&sub6;-Partialdruck: 2,7 x 10&supmin;² Pa (2,0 x 10&supmin;&sup4; Torr)
  • Die bei einer Variation der Substrattemperatur abgeschiedenen Mo-Schichten wurden unter Anwendung verschiedener Beurteilungsverfahren beurteilt, und es wurde gefunden, daß im Temperaturbereich der Substrattemperatur von 350 ºC bis 550 ºC dünne Mo-Schichten, die sehr geringe Kohlenstoff- Fremdbestandteile enthielten und einen geringen elektrischen Widerstand aufwiesen, mit guter Selektivität auf dem Substrat abgeschieden wurden.
    • Beispiel 2
  • Si-Substrate (N-Typ, 1 - 2 ohm.cm) wurden gemäß dem Wasserstoff-Verbrennungssystem (H&sub2;: 4 Liter/M, O&sub2;: 2 Liter/M) einer thermischen Oxidation bei einer Temperatur von 1000 ºC unterzogen.
  • Die Schichtdicke betrug 700 ± 50 nm (7000 + 500 Å) und der Brechungsindex 1,46. Ein Photoresist wurde auf das gesamte Si-Substrat aufgebracht und mittels einer Belichtungsapparatur wurde ein gewünschtes Muster eingebrannt. Das Muster war so beschaffen, daß es verschiedene Löcher mit Öffnungen von 0,25 µm x 0,25 µm bis 100 µm x 100 µm aufwies. Nach der Entwicklung des Resists, mit dem Photoresist als Maske, wurde das darunterliegende (subbing) SiO&sub2; durch reaktives Ionenätzen (RIE) und ähnliches geätzt, um das Si- Substrat teilweise freizulegen. Es wurden Proben mit verschiedenen SiO&sub2;-Lochgrößen, von 0,25 µm x 0,25 µm bis 100 µm x 100 µm, hergestellt. Die abgeschiedene Schicht wurde auf den Proben auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Insbesondere wurde die Substrattemperatur auf eine Temperatur im Bereich von 350 ºC bis 550 ºC verändert und die Mo- Schicht wurde gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren unter den nachstehenden Bedingungen abgeschieden:
  • Gesamtdruck: 2,7 x 10² Pa (2,0 Torr)
  • Mo(CH&sub3;)&sub6;-Partialdruck: 4 x 10&supmin;² Pa (3 x 10&supmin;&sup4; Torr)
  • Die Mo-Schichten, die bei einer Variation der Substrattemperatur abgeschieden worden waren, wurden beurteilt, und es wurde gefunden, daß in dem Temperaturbereich der Substrattemperatur von 350 ºC bis 550 ºC dünne Mo-Schichten, die sehr wenig Kohlenstoff-Fremdbestandteile enthielten, und einen geringen elektrischen Widerstand aufwiesen, mit guter Selektivität auf dem Substrat abgeschieden wurden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung einer abgeschiedenen Schicht, das die nachstehenden Schritte umfaßt:
Bereitstellung eines Substrats mit einer Oberfläche aus Metall oder einem haibleitenden Material, aus Metall oder einem halbleitenden Material mit einer sehr dünnen oxidierten Schicht darauf, oder aus Wolframsilicid, Molybdänsilicid, Tantalsilicid, Aluminiumsilicid oder Titansilicid; Zufuhr von Hexamethylmolybdängas Mo(CH&sub3;)&sub6; und Wasserstoffgas an die Oberfläche des Substrats; und
Halten der Temperatur der Oberfläche des Substrats innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen der Zersetzungstemperatur des Hexamethylmolybdäns und 800 ºC, um eine Molybdänschicht auf der Oberfläche des Substrats zu bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Substrats aus einem Metall besteht, das aus Wolfram, Molybdän, Tantal, Aluminium, Titan und Kupfer ausgewählt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Substrats aus einem Metall besteht, das einen anderen Bestandteil oder andere Bestandteile enthält, und aus Aluminiumsilicium, Aluminiumtitan, Aluminiumkupfer, Aluminiumtantal, Aluminiumsiliciumkupfer, Aluminiumsiliciumtitan, Aluminiumpalladium und Titannitrid ausgewählt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Substrats aus einem halbleitenden Material besteht, ausgewählt aus einkristallinem Silicium, polykristallinem Silicium und amorphem Silicium.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Substrats aus einem III-V-Verbindungshalbleiter eines binären, ternären oder quartärneren Systems besteht, der aus einem oder mehreren Elementen der Gruppe III-Elemente Ga, In und Al und aus einem Element der Gruppe V-Elemente P, As und N besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Substrats aus einem II-VI-Verbindungshalbleiter besteht.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat eine Isolatoroberfläche aufweist, die der Oberfläche des Substrats benachbart ist, und die Molybdänschicht selektiv auf der Oberfläche des Substrats gebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Isolatoroberfläche aus Siliciumoxid, das durch eine thermische Oxidation oder durch ein CVD-Verfahren gebildet wurde, aus Borosilicatglas, Phosphosilicatglas, Borophosphosilicatglas oder Siliciumnitrid besteht, das durch thermische Nitridisierung, ein Plasma-CVD-Verfahren, ein Niederdruck-CVD-Verfahren oder ein ECR-CVO-Verfahren hergestellt wurde.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wenn es angewandt wird, um eine Molybdänschicht-Verdrahtung auf der Oberfläche einer Haibleitervorrichtung zu bilden.
10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, das die nachstehenden Schritte umfaßt:
Bereitstellung eines Halbleitersubstrats mit einer Schicht aus einem isolierenden Material auf seiner Oberfläche;
Bildung einer Öffnung in der Schicht, um einen Bereich der Oberfläche des Halbleitersubstrats freizulegen; und
Einbetten eines elektrisch leitenden Materials in die Öffnung, um einen Teil einer elektrischen Verdrahtung herzustellen;
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß
der Schritt des Einbettens mittels der Umsetzung eines Hexamethylmolybdängases Mo(CH&sub3;)&sub6; mit Wasserstoffgas bei einer Temperatur durchgeführt wird, die innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen der Zersetzungstemperatur des Hexamethylmolybdäns und 800 ºC gehalten wird, um auf dem Bereich der Oberfläche des Substrats, der durch die Öffnung freigelegt ist, selektiv eine Molybdänschicht zu bilden, wodurch das elektrisch leitende Material einen Teil einer elektrischen Verdrahtung bildet.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatur innerhalb eines Bereichs von 350 ºC bis 550 ºC gehalten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Temperatur innerhalb eines Bereichs von 400 ºC bis 500 ºC gehalten wird.
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