DE69227534T2 - Verfahren zur Herstellung einer Silizidschicht durch Ionenimplantation - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Silizidschicht durch IonenimplantationInfo
- Publication number
- DE69227534T2 DE69227534T2 DE69227534T DE69227534T DE69227534T2 DE 69227534 T2 DE69227534 T2 DE 69227534T2 DE 69227534 T DE69227534 T DE 69227534T DE 69227534 T DE69227534 T DE 69227534T DE 69227534 T2 DE69227534 T2 DE 69227534T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- less
- ions
- layer
- implantation
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 title claims description 23
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 title claims description 5
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 12
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 6
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 claims description 5
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 claims description 4
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 50
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 21
- 229910018999 CoSi2 Inorganic materials 0.000 description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910008479 TiSi2 Inorganic materials 0.000 description 10
- DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)titanium Chemical compound [Si]=[Ti]=[Si] DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 6
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000005001 rutherford backscattering spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 229910004339 Ti-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010978 Ti—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
- H01L21/26506—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L21/28518—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table the conductive layers comprising silicides
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/003—Anneal
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft das Gebiet von auf 51 basierenden Halbleitern.
- Bei den stetigen Entwicklungen auf dem Gebiet der integrierten Halbleiterbauteile besteht eine Tendenz hin zu immer kleineren Bauteilen. Die Größe des Bauteils wird üblicherweise durch den Ausdruck "Designregel" definiert, der typischerweise dem kleinsten Ausmaß des flachen Bauteils entspricht. Die aktuellen Designregeln liegen bei einigen käuflich erhältlichen, auf 51 basierenden integrierten Schaltungen (ICs) unterhalb einem Mikrometer (z. B. 0,9 um), wobei eine weitere Verkleinerung schon absehbar ist. Im Zusammenhang mit den Feldeffekttransistoren (z. B. der CMOS- Technologie) ist typischerweise das geringste Ausmaß des flachen Bauteils die Kanallänge.
- Eine wesentlichen Verminderung der Kanallänge auf unter 1 um (d. h. unter etwa 0,5 um) macht eine Herstellung von im wesentlichen oberflächlicheren Source- und Drain-Übergängen als die zur Zeit verwendeten erforderlich, um unter anderem Durchgriffspannungs- und Kurzkanaleffekte zu vermeiden. Bei herkömmlichen Kontaktmetallisierungen von solchen ultraflachchen Übergängen (typischerweise ≤ 100 nm) kann erwartet werden, daß sich ein unakzeptierbar hoher Reihenwiderstand bildet.
- Der Einsatz von CoSi&sub2;- und TiSi&sub2;-Schichten beim Kontaktieren von Übergängen ist bekannt. Diese Schichten werden herkömmlicherweise durch eine Technik hergestellt, die das Abscheiden einer dünnen Metallschicht, gefolgt von einer Wärmebehandlung, umfaßt, oder die eine gleichzeitige Abscheidung des Metalls und des Si's wiederum von einer Wärmebehandlung gefolgt, umfaßt. Jedoch weisen die so hergestellten Kontakte im allgemeinen einen rauhen Silicid/Si-Übergang auf. Folglich müssen sich die Übergänge typischerweise wenigstens etwa 50 nm über der durchschnittlichen Tiefe der Silicidschicht erstrecken, um hohe Leckströme und einen Silicidkurzschluß am Substrat zu vermeiden. Des weiteren sind mittels bekannter Techniken im wesentlichen gleichförmige CoSi&sub2;- und TiSi&sub2;-Schichten mit einer Dicke von weniger als 50 nm schwierig herzustellen.
- In Anbetracht des Bedarfes an einer technischen Möglichkeit zum Kontaktieren von ultraflachen Übergängen, ohne die Nachteile des Standes der Technik, würde eine Technik zum Herstellen relativ niederohmiger Kontakte mit einer im wesentlichen gleichförmigen Metall/Halbleiterzwischenfläche wichtig sein, die keine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur erforderlich macht (was zu unerwünschten Diffusion des Dotierstoffes führt) und die Metallschichten mit einer Dicke von weniger als 50 nm zuverlässig herzustellen ermöglicht. Die vorliegende Anmeldung offenbart eine solche Technik.
- R. V. Joshi et al. (Applied Physics Letters, Band 54 (17), Seiten 1672-1674) offenbart eine Kontaktstruktur, die selektiv abgeschiedenes W an selbst ausgerichtetem TiN/TiSi&sub2; umfaßt. Die Silicidschicht wird durch Abscheiden von Ti und einer Reaktion bei 675ºC gebildet.
- US-A-4,816,421 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer epitaxialen Struktur (als "Mesotaxie" bezeichnet), die eine Implantation einer Metallart (z. B. Co, Kobalt) in einem einzelnen Kristallhalbleiter-Körper (z. B. Si) umfaßt. Unter geeigneten Bedingungen kann eine vergrabene stöchiometrische Silicidschicht (z. B. CoSi&sub2;) gebildet werden, die zu der Matrix epitaktisch und von guter kristallinen Qualität ist. Die Mesotaxie kann ferner einzelne CoSi&sub2;- Kristalloberflächenschichten bilden. Jedoch sind diese Schichten unveränderbar mehr als 50 nm dick. Des weiteren umfaßt die Mesotaxie die Implantation bei erhöhten Temperaturen (d. h. 300-400ºC) und eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur (d. h. 900-1100ºC), mit unerwünschten Merkmalen bei der CMOS-Bearbeitung im Submikrometerbereich.
- P. Madakson et al., Journal of Applied Physics, Band 62 (5), Seiten 1688-1693, berichten von Studien bezüglich Spannungs- und Strahlenschäden bei < 111> Si nach einer Ionenimplantation bei 28 keV Ar&spplus; und 30 keV Ti&spplus;, mit Dosierungen in einem Bereich von 10¹² bis 10¹&sup7; Ionen/cm². Der Spannungseffekt der Wärmebehandlung bei 600ºC wurde ebenso beobachtet. Bei Dosierungen über 10¹&sup6; Ti&spplus;/cm² und einer Wärmebehandlung bei 600ºC für 2 Stunden wird von einer Bildung einer Ti-Si-Schicht berichtet. Die Schicht beinhaltete, wie berichtet, sowohl metastabile als auch Gleichgewichtsphasen, wobei TiSi&sub2;-Niederschläge in dem Substrat verblieben sind. Siehe auch P. Madakson et al., Materials Research Society Symposium Proceedings, Band 107, Seite 281-285, wo ähnliche Ergebnisse offenbart werden.
- EP-A-0 128 385 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils, bei dem das Entfernen einer Metallschicht vermieden wird. Das Verfahren umfaßt das Bilden einer Silicidschicht innerhalb eines Oberflächenbereiches eines mit einer Störstelle dotierten Bereiches eines Si-Körpers mittels einer Implantation von Silicid bildenden Ionen sowie das Wärmebehandeln des Körpers, um das Silicid zu bilden.
- Das "implantierte Volumen" ist hierin das Volumen des Substrates, in welchem unmittelbar nach Beendigung der Implantation 90% der implantierten Ionen vorhanden sind.
- Ein Abschnitt eines einzelnen Kristall-Si-Körpers ist hierin "im wesentlichen amorph", wenn im wesentlichen kein Anzeichen einer kristallinen Form durch herkömmliche Röntgenstrahl-Diffraktionsanalyse des Abschnitts feststellbar ist.
- Eine Oberfläche hat hierin "im wesentlichen eine Ausrichtung < 100> ", wenn die Ausrichtung der Oberfläche innerhalb 5º einer < 100> -Kristallebene liegt.
- Es zeigen:
- Fig. 1 in schematischer Darstellung das Leitermuster, das verwendet wird, um die Widerstandsfähigkeit der Silicidschichten zu bestimmen, die gemäß der Erfindung gebildet werden;
- Fig. 2 und 3 in schematischer Darstellung ein weiteres Detail des Leitermusters;
- Fig. 4 die Ergebnisse elektrischer Messungen, die mit Hilfe des Leitermusters ausgeführt wurden;
- Fig. 5 Daten einer RBS (Rutherfordsche Prallflächenspektroskopie; Rutherford Backscattering Spectroscopy) für einen TiSi&sub2;-Film auf Si, die gemäß der Erfindung hergestellt werden; und
- Fig. 6 bis 9 in schematischer Darstellung relevante Schritte einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- In einem weiten Gesichtsfeld umfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes (z. B. eines integrierten Schaltungsbausteines), der einen einzigen Si- Kristallkörper mit einem Kontaktbereich daran umfaßt, wobei der Kontaktbereich eine im wesentlichen gleichförmige Metallsilicidschicht mit einer Dicke von etwa 50 nm umfaßt, und die Silicidschicht an einem dotierten Bereich des Si- Körpers gebildet wird (der Bereich soll als "Übergang" bezeichnet werden), wie in den Ansprüchen definiert.
- Im speziellen umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Ausführungsform das Bereitstellen eines Si-Körpers mit einer Hauptoberfläche (vorzugsweise im wesentlichen < 100> -ausgerichtet), das Ausbilden des Kontaktbereiches an der Hauptoberfläche und das Ausführen eines oder mehrerer weiterer Schritte (z. B. Bereitstellen von Metallverbindungen, das Teilen in Chips, Vergießen und mit Gehäuse versehen) zum Fertigstellen des Gegenstandes. Der Schritt des Ausbildens des Kontaktbereiches kann ein merkliches Implantieren von Metallionen (typischerweise Co&spplus; oder Ti&spplus;) in den Abschnitt des Si-Körpers, der dem anderen Kontaktbereich zugeordnet ist, umfassen, wobei die Ionendosierung und die Körpertemperatur vorzugsweise so ausgewählt werden können, daß sich eine im wesentlichen komplette Amorphisierung des Implantatvolumens ergibt. Die Implantationsenergie kann so ausgewählt werden, daß sich das Implantatvolumen zur Hauptfläche erstreck. Der Kontaktbildeschritt kann ferner eine Wärmebehandlung des Si- Körpers bei einer Temperatur und während einer Zeitdauer umfassen, die so ausgewählt werden, daß sich eine Rekristallisierung des Implantatvolumens und die Bildung einer im wesentlichen gleichförmigen Metallsilicidschicht ergibt, wobei sich die Schicht zur Hauptfläche erstrecken kann und im wesentlichen alle Metallionen umfassen kann, die in den Körper implantiert worden sind. Des weiteren kann die Dosierung so ausgewählt werden, daß die Dicke der Silicidschicht kleiner als 50 nm ist.
- Die minimale Ionendosierung (energieabhängig), die eine Amorphisierung des Implantatvolumens ergibt, ist aus vielen Fällen bekannt und kann in jedem Fall auf einfache Weise mit höchstens einem geringen Aufwand an Versuchen bestimmt werden. Im allgemeinen liegt die Dosierung bei etwa 5 · 10¹&sup4; cm&supmin;² für die Ionen und Energien, die hierin von Interesse sind. Während der Implantation wird die Temperatur des Si-Körpers in vorteilhafter Weise unterhalb der Temperatur gelassen, bei welcher eine dynamische Rekristallisierung von Si auftritt. Typischerweise liegt die Körpertemperatur unterhalb von 200ºC, vorzugsweise unterhalb von 100ºC. Die Ionenenergie soll typischerweise niedrig und unterhalb 50 keV liegen, und so ausgewählt sein, daß die implantierten Ionen nahe der Oberfläche des Körpers konzentriert sind. Die Wärmebehandlungstemperatur soll typischerweise unterhalb etwa 900ºC (für CoSi&sub2; vorzugsweise unterhalb etwa 800ºC) liegen, obwohl höhere Temperaturen nicht ausgeschlossen sind. Bei einer schnellen thermischen Wärmebehandlung (RTA, rapid thermal anneal) mit einer höheren Temperatur werden beispielsweise akzeptierbare Ergebnisse erwartet, angenommen daß die Wärmebehandlungszeit ausreichend kurz ist (beispielsweise weniger als 600, wenn möglich weniger als 60 Sekunden). Das Bereitstellen einer Deckschicht (z. B. SiO&sub2;) über dem implantierten Bereich kann den Einsatz einer höheren Wärmebehandlungstemperatur ermöglichen. Im allgemeinen ist eine akzeptierbare Kombination aus Temperatur und Wärmebehandlungszeit diejenige, die im wesentlichen keine Diffusion eines oder mehrerer Bestandteile ergibt.
- Obwohl das erfinderische Verfahren wahrscheinlich eine breitere Anwendungsmöglichkeit besitzt, glauben wir, daß es am nützlichsten für Co und Ti-Silicidschichten ist, wobei Co zur Zeit bevorzugt wird. CoSi&sub2; wirkt relativ wenig auf die Dotierstoffe oder SiO&sub2; ein, und ist relativ widerstandsfähig gegen die meisten herkömmlichen Plasmaprozesse, die bei der Halbleiterherstellung verwendet werden. Des weiteren findet keine seitliche Silicidation bei der CoSi&sub2;-Bildung statt, wodurch das Bilden einer wohl definierten gemusterten CoSi&sub2;- Schicht mittels Implantation durch eine konventionelle Maske (z. B. Photoresist oder SiO&sub2;) möglich ist.
- Fig. 1 des US-Patents 5,122,479 zeigt ein Transmissionselektronenmikrobild im Querschnitt eines Si- Körpers mit einer sich darauf befindlichen CoSi&sub2;- Oberflächenschicht, wobei die Kombination gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Insbesondere wurden in einem herkömmlichen < 100> -Si-Wafer 7 · 10¹&sup6; Co&spplus;/cm² bei 40 keV implantiert, wobei der Wafer nicht vorsätzlich erhitzt wurde. Die Wafertemperatur überstieg nicht 50ºC. Die Implantation wurde in einer Vakuumkammer ausgeführt, die an einem käuflich erhältichen Implantierer (Eaton NOVA) mit einer herkömmlichen Freeman-Ionenquelle angebracht ist. Die sich ergebende Co-Verteilung verhielt sich groß wie die Gauß'sche Verteilung, wobei sich das Implantatvolumen von der Waferoberfläche bis in eine Tiefe von etwa 80 nm erstreckt. Das Material des Implantatvolumens war im wesentlichen amorph.
- Der implantierte Wafer wurde unter Vakuum (Druck < 10&supmin;&sup7; Torr) in einem gewöhnlichen Laborofen bei 600ºC eine Stunde lang wärmebehandelt. Die Wärmebehandlung ergab eine Koaleszenz des implantierten Co's in der gewünschte CoSi&sub2;-Schicht, und ergab ferner eine Rekristallisierung des Si's durch eine stabile Phasenepitaxie. Das so produzierte CoSi&sub2; erstreckte sich zur Wafer-Oberfläche. Die Schicht war polykristallin und die Körner bzw. die Körnung hatten einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,5 um. Die Schicht war ungleichförmig dick mit einem glatten Übergang, ausgenommen an den Körnungsgrenzen. Die Schichtdicke betrug etwa 30 nm, mit Unterschieden von annähernd 8 nm an den Körnungsgrenzen. Die Schicht war zusammenhängend in einem Geltungsbereich von nahezu 100%. Ihr spezifischer Widerstand hatte etwa 18 uΩ · cm betragen.
- Eine nachfolgende Wärmebehandlung von einigen der so hergestellten CoSi&sub2;/Si-Proben bei 800ºC für 30 Minunten ergab eine beträchtliche Verschlechterung der CoSi&sub2;-Schicht, die Verluste in der Schichtkontinuität umfaßte. Andererseits verursachte eine schnelle thermische Wärmebehandlung (RTA) bei 800ºC für 20 Sekunden keine meßbare Verschlechterung der CoSi&sub2;-Schicht. Eine 20 Sekunden lange RTA bei 900ºC ergab jedoch einige Körnungsabtrennungen und einen Anstieg des spezifischen Widerstands. Diese Ergebnisse zeigen auf, daß gemäß der Erfindung hergestellte Körper einer merklichen technologischen Wärmebehandlung gefolgt von einer Bildung der Silicidschicht unterworfen werden können, daß jedoch nicht alle Wärmebehandlungsbedingungen akzeptabel sind. Routineversuche ermöglichen das Bestimmen annehmbarer Bedingungen.
- Eine Reihe von Implantationen laufen bei einer konstanten Energie (40 keV) ab, aber eine variierende Co&spplus;-Dosierung (6,8 und 9 · 10¹&sup6; cm&supmin;²) bestätigten, daß die Dicke der sich ergebenden CoSi&sub2;-Schicht im wesentlichen linear von der Dosierung abhängt. Eine Implantation (7 · 10¹&sup6; cm&supmin;²) bei erhöhter Temperatur (350ºC) und höheren Energien (60 und 80 keV) erzeugen im wesentlichen keine vollständige Amorphisierung des Implantatvolumens und hervorgebrachte innenleitenden Schichten nach einer Wärmebehandlung bei 600ºC bzw. 750ºC für jeweils eine Stunde.
- Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens war der Si-Körper die Si-Schicht eines SOS- Substrates (Silicium-auf-Saphir-Substrat). An der Oberfläche der Si-Schicht wurden Strukturen gebildet, wie sie schematisch in den Fig. 1 bis 3 gezeigt werden. Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht ein herkömmliches 4-Punkt-Sondenmuster 20, der Stromkontakte (210, 211) und Spannungskontakte (220, 221) umfaßt, die alle elektrisch mit einem länglichen Schichtkörperleiter (240, 25, 241) verbunden sind. Die Kontraktion 25 umfaßt einen n&spplus;-dotierten Bereich und einen p&spplus;-dotierten Bereich. Dies wird im größeren Detail in den Fig. 2 und 3 gezeigt, die weitere Darstellungen des Bereichs 23 zeigen. Die Kontraktion 25 ist etwa 20 um lang und in einem Bereich von 0,5 bis 6 um breit. Die dotierten Bereiche 30 und 31 wurden durch aufeinanderfolgende Ionenimplantationen (170 keV, 6 · 10¹&sup4; cm&supmin;² As&spplus;; 80 keV, 4 · 10¹&sup5; cm&supmin;² BF&spplus;) mit Hilfe einer herkömmlichen Photoresistmaske gebildet. Bei der Hälfte der Strukturen wurde Co&spplus; in einen Bereich 32 implantiert (40 keV, 7 · 10¹&sup6; cm&supmin;²), gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 600ºC für eine Stunde, um ein CoSi&sub2;-Band zu bilden, das jeweils über einen Abschnitt von 30 und 31 liegt.
- Die beispielhaften Ergebnisse der elektrischen Messungen an diesen erzeugten Strukturen 20 werden in Fig. 4 gezeigt, in welcher sich die Kurve 50 auf eine Struktur mit einem CoSi&sub2;- Band und Kurve 51 auf eine Struktur ohne ein solches Band bezieht. Die Messungen ergeben eindeutig, daß eine gemäß der Erfindung hergestellte CoSi&sub2;-Schicht eingesetzt werden kann, um einen niederohmigen Kontakt zu den n&spplus;- und p&spplus;-Si-Bereichen zu bilden.
- Eine TiSi&sub2;-Schicht gemäß der Erfindung wurde im wesentlichen wie vorherstehend beschrieben hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß die implantierte Dosierung 8 · 10¹&sup6; cm&supmin;² betrug.
- Eine Wärmebehandlung bei 800ºC für 30 Minuten ergab eine im wesentlichen einheitliche TiSi&sub2;-Schicht mit einem spezifischen Widerstand von etwa 14 uΩ · cm. Eine Wärmebehandlung bei 900ºC für 30 Minuten ergab einige Aufbrüche der Schicht.
- Fig. 5 zeigt das RBS-Spektrum (2 MeV He, Strahldurchmesser 1 mm, Detektion bei streifender Einfallsgeometrie [glancing geometry], um die Tiefenauflösung zu erhöhen), die aus der vorherstehend beschriebenen TiSi&sub2;/Si-Kombination entsteht. Ein Fachmann benötigt keine detaillierte Erläuterung der Daten. Kurz gesagt, der Höchstwert 60 ist dem Ti in der TiSi&sub2;-Schicht und der Höchstwert 61 dem Si zugeordnet. Die Kurven 62 und 63 werden in Kanalrichtung bzw. einer beliebigen Richtung erhalten. Die Daten zeigen, daß das Schichtmaterial polykristallin ist, daß die TiSi&sub2;-Schicht im wesentlichen eine einheitliche Dicke aufweist, daß im wesentlichen das gesamte implantierte Ti in der Schicht ist und daß nur ein geringer Anteil an Implantationsschäden nach der Wärmebehandlung (1 Stunde bei 600ºC) zurückbleibt.
- Für einen Fachmann ist es ersichtlich, daß die Bildung einer Silicid-Schicht gemäß der Erfindung im wesentlichen einen Teil eines mehrstufigen Herstellungsverfahrens von Halbleiterbauteilen darstellt, dessen anderer Teil herkömmliche Schritte umfassen können. Sowohl die Implantation in den Si-Körper mit einem Dotierungsstoff als auch die Implantation in dem dotierten Bereich mit Metall (z. B. Co oder Ti) können z. B. die gleiche gemusterte Bearbeitungsschicht, z. B. eine SiO&sub2;-Schicht mit darin befindlichen "Fenstern", benutzen, wobei die Fenster die Implantationsbereiche bilden.
- Die Fig. 6 bis 9 stellen schematisch die relevanten Schritte einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Ein Siliciumkörper umfaßt einen n&spplus;-Bereich 70 mit einer sich darauf befindlichen epitaxialen n&supmin;-Schicht 71. Die gemusterte SiO&sub2;-Schicht 72 bildet einen Implantationsbereich, in welchen ein p-Dotierstoff 73 (beispielsweise BF&spplus;) implantiert wird, um einen p&spplus;-Bereich 74 zu bilden, woraus sich ein p-n-Übergang ergibt. Nach Aktivierung einer herkömmlichen Wärmebehandlung, wird eine weitere SiO&sub2;-Schicht 80 abgeschieden und gemustert und Metallionen 90 (z. B. 7 · 10¹&sup6; cm&supmin;² Co&spplus; bei 40 keV) in den Kontaktbereich 91 implantiert. Nach einer Wärmebehandlung zur Silicidbildung (beispielsweise 1 Stunde bei 600ºC in einem Vakuum), was zu einer Bildung einer Silicid-Schicht gemäß der Erfindung führt, wird eine Metallschicht (beispielsweise A2) auf konventionelle Weise abgeschieden und gemustert, wodurch ein Metallkontakt 100 bereitgestellt wird.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, welcher einen
Si-Einkristallkörper mit einem ein Metall-Silizid
umfassenden Kontaktbereich umfaßt, der sich zu einer
Hauptfläche des Körpers erstreckt, wobei das Verfahren
folgende Schritte umfaßt:
a) der Si-Körper wird bereitgestellt;
b) der Kontaktbereich wird durch einen Verfahren
gebildet, welches das Implantieren Silizid bildender
Metallionen in dem Teil des Si-Körpers, welcher dem
Kontaktbereich zugeordnet ist, und das Wärmebehandeln
des Si-Körpers umfaßt, so daß ein Metall-Silizid
gebildet wird, wobei das wärmebehandeln des Si-
Körpers bei einer Temperatur und über einen Zeitraum
ausgeführt wird, die so ausgewählt sind, daß sich
eine Rekristallisierung des Implantatvolumens und
eine Formierung einer im wesentlichen einheitlichen
Metall-Silizid-Schicht ergibt, die sich zur
Hauptfläche erstreckt und im wesentlichen alle in den
Körper implantierten Metallionen umfaßt; und
Ausführen von
c) einen oder mehreren weiteren Schritten zur Beendigung
des Gegenstands;
dadurch gekennzeichnet, daß
d) die Implantationsenergie, die Implantationsdosis und
die Si-Körpertemperatur während der Ionenimplantation
derart ausgewählt sind, daß sich im wesentlichen eine
vollständige Amorphisierung des Implantatvolumens
ergibt,
daß die Implantationsenergie weniger als 50 keV
beträgt und derart ausgewählt wird, daß sich das
Implantatvolumen zur Hauptfläche erstreckt,
wobei die Implantationsdosis größer ist als 1 · 10¹&sup6;
Ionen/cm² und so ausgewählt wird, daß die Dicke der
sich ergebenden Metall-Silizid-Schicht kleiner als
50 nm ist,
wobei die Si-Körpertemperatur geringer ist als 200ºC
und
die Silizid bildenden Ionen Co, Ti sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem
die Hauptfläche eine Orientierung innerhalb 5º einer
Kristallebene (100) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem
die Si-Körpertemperatur während der Ionen-Implantation
weniger als 100ºC beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem
Schritt (e) das Wärmebehandeln des Si-Körpers bei einer
Temperatur von 900ºC oder weniger umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem
Schritt (e) das Wärmebehandeln des Si-Körpers bei einer
Temperatur von etwa 900ºC mittels RTA während eines
Zeitraums von weniger als 60 Sekunden umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem
die Ionen Co-Ionen sind.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/683,891 US5122479A (en) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | Semiconductor device comprising a silicide layer, and method of making the device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69227534D1 DE69227534D1 (de) | 1998-12-17 |
DE69227534T2 true DE69227534T2 (de) | 1999-06-17 |
Family
ID=24745883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE69227534T Expired - Fee Related DE69227534T2 (de) | 1991-04-11 | 1992-04-02 | Verfahren zur Herstellung einer Silizidschicht durch Ionenimplantation |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5122479A (de) |
EP (1) | EP0508679B1 (de) |
JP (1) | JPH05102072A (de) |
DE (1) | DE69227534T2 (de) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5236872A (en) * | 1991-03-21 | 1993-08-17 | U.S. Philips Corp. | Method of manufacturing a semiconductor device having a semiconductor body with a buried silicide layer |
US5828131A (en) * | 1993-10-29 | 1998-10-27 | International Business Machines Corporation | Low temperature formation of low resistivity titanium silicide |
US5510295A (en) * | 1993-10-29 | 1996-04-23 | International Business Machines Corporation | Method for lowering the phase transformation temperature of a metal silicide |
US5950099A (en) * | 1996-04-09 | 1999-09-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of forming an interconnect |
US6440828B1 (en) * | 1996-05-30 | 2002-08-27 | Nec Corporation | Process of fabricating semiconductor device having low-resistive contact without high temperature heat treatment |
US5885896A (en) * | 1996-07-08 | 1999-03-23 | Micron Technology, Inc. | Using implants to lower anneal temperatures |
US5949114A (en) | 1996-11-07 | 1999-09-07 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor device having increased breakdown voltage and method of fabricating same |
US5888888A (en) * | 1997-01-29 | 1999-03-30 | Ultratech Stepper, Inc. | Method for forming a silicide region on a silicon body |
US5858849A (en) * | 1998-01-15 | 1999-01-12 | United Microelectronics Corp. | Method of manufacturing self-aligned silicide |
US6037204A (en) * | 1998-08-07 | 2000-03-14 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Silicon and arsenic double implanted pre-amorphization process for salicide technology |
KR100396693B1 (ko) * | 2000-03-30 | 2003-09-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 |
US6274488B1 (en) | 2000-04-12 | 2001-08-14 | Ultratech Stepper, Inc. | Method of forming a silicide region in a Si substrate and a device having same |
US6420264B1 (en) | 2000-04-12 | 2002-07-16 | Ultratech Stepper, Inc. | Method of forming a silicide region in a Si substrate and a device having same |
US6495474B1 (en) | 2000-09-11 | 2002-12-17 | Agere Systems Inc. | Method of fabricating a dielectric layer |
US6534402B1 (en) * | 2001-11-01 | 2003-03-18 | Winbond Electronics Corp. | Method of fabricating self-aligned silicide |
KR100913054B1 (ko) * | 2002-10-29 | 2009-08-20 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 소자의 제조 방법 |
US6841441B2 (en) * | 2003-01-08 | 2005-01-11 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method to produce dual gates (one metal and one poly or metal silicide) for CMOS devices using sputtered metal deposition, metallic ion implantation, or silicon implantation, and laser annealing |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59210642A (ja) * | 1983-05-16 | 1984-11-29 | Hitachi Ltd | 半導体装置の製造方法 |
US4522845A (en) * | 1983-06-20 | 1985-06-11 | Varian Associates, Inc. | Process for producing a layer of a metal silicide by applying multichromatic radiation |
CA1216962A (en) * | 1985-06-28 | 1987-01-20 | Hussein M. Naguib | Mos device processing |
US4728626A (en) * | 1985-11-18 | 1988-03-01 | International Business Machines Corporation | Method for making planar 3D heterepitaxial semiconductor structures with buried epitaxial silicides |
US4875082A (en) * | 1986-06-20 | 1989-10-17 | Ford Aerospace Corporation | Schottky barrier photodiode structure |
US4816421A (en) * | 1986-11-24 | 1989-03-28 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Method of making a heteroepitaxial structure by mesotaxy induced by buried implantation |
US4877748A (en) * | 1987-05-01 | 1989-10-31 | Texas Instruments Incorporated | Bipolar process for forming shallow NPN emitters |
-
1991
- 1991-04-11 US US07/683,891 patent/US5122479A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-04-02 EP EP92302887A patent/EP0508679B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-04-02 DE DE69227534T patent/DE69227534T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-04-10 JP JP4089159A patent/JPH05102072A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0508679B1 (de) | 1998-11-11 |
EP0508679A1 (de) | 1992-10-14 |
JPH05102072A (ja) | 1993-04-23 |
US5122479A (en) | 1992-06-16 |
DE69227534D1 (de) | 1998-12-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69227534T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Silizidschicht durch Ionenimplantation | |
DE69427959T2 (de) | Integrierte Schaltung mit verbesserter Kontaktbarriere | |
DE3855765T2 (de) | Dünnschicht-Siliciumhalbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE3850624T2 (de) | Verfahren zum Herstellen von Halbleiterkontakten. | |
DE3688758T2 (de) | Dünnfilmtransistor auf isolierendem Substrat. | |
DE69506951T2 (de) | Methode zur Bildung von Metallsilizidschichten auf Source- und Draingebiete | |
DE10245607B4 (de) | Verfahren zum Bilden von Schaltungselementen mit Nickelsilizidgebieten, die durch ein Barrierendiffusionsmaterial thermisch stabilisiert sind sowie Verfahren zur Herstellung einer Nickelmonosilizidschicht | |
DE69837657T2 (de) | Herstellung einer silizid-region auf einem siliziumkörper | |
DE69132695T2 (de) | CMOS-Verfahren mit Verwendung von zeitweilig angebrachten Siliciumnitrid-Spacern zum Herstellen von Transistoren (LDD) mit leicht dotiertem Drain | |
DE69215926T2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, wobei ein selbstregistrierendes Kobalt- oder Nickelsilizid gebildet wird | |
DE4226888C2 (de) | Diamant-Feldeffekt-Transistor und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE69224545T2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung unter Verwendung der Ionenimplantation | |
EP0018520B1 (de) | Verfahren zur vollständigen Ausheilung von Gitterdefekten in durch Ionenimplantation von Phosphor erzeugten N-leitenden Zonen einer Siliciumhalbleitervorrichtung und zugehörige Siliciumhalbleitervorrichtung | |
DE3882849T2 (de) | Anordnungen mit cmos-isolator-substrat mit niedriger streuung und verfahren zu deren herstellung. | |
DE3789361T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Artikels, der eine hetero-epitaxische Struktur besitzt. | |
DE69415476T2 (de) | Epitaktische-Kobalt-Silizid auf einer dünnen metallischen Unterschicht | |
DE4406849A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines MOS-Transistors mit einem einen flachen Übergang aufweisenden Source/Drain-Bereich und einer Silicidschicht | |
DE19544945A1 (de) | PMOS-Feldeffekt-Transistoren mit Indium- oder Gallium-dotierten, eingebetteten Kanälen und N+-Polysilizium-Gates aus polykristallinem Silizium und daraus hergestellte CMOS-Einrichtungen | |
DE3541587A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines duennen halbleiterfilms | |
DE2449688A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer dotierten zone eines leitfaehigkeitstyps in einem halbleiterkoerper sowie nach diesem verfahren hergestellter transistor | |
DE10154835A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung | |
DE4420052C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Silizid-Gates für MOS-Halbleitereinrichtungen | |
DE3887025T2 (de) | Methode zur Herstellung von CMOS EPROM-Speicherzellen. | |
EP1649505B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines kontaktes | |
DE2160427B2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwiderstandes mit implantierten Ionen eines neutralen Dotierungsstoffes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |