DE69416993T2

DE69416993T2 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE69416993T2
Application number: DE69416993T
Authority: DE
Inventors: Masaru Sakamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1994-12-08
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2014-12-09
Also published as: JPH07221174A; EP0662714A1; DE69416993D1; US5663094A; EP0662714B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Zusammenschaltung der Leiterbahnen eines integrierten Halbleiterschaltkreises.
In den letzten Jahren wurde der Integrationsgrad von Halbleitervorrichtungen Jahr für Jahr durch eine Verkleinerung der Vorrichtungen erhöht. Da jedoch die Anzahl an erforderlichen Leiterbahnen mit dem Integrationsgrad ansteigt, ist es unter den derzeitigen Umständen gerechtfertigt, zu behaupten, daß der Integrationsgrad von dem Aufbau der Leiterbahnen abhängt.
Zusätzlich wird derzeit wegen der zunehmenden Belastung der Leiterbahnen eine Mehrfachschicht-Kontaktierung mit einem Drei- bis Vierfachschichtaufbau verwendet. Was jedoch aufgtund der Mehrfachschicht-Kontaktierung gefragt ist, sind die Techniken zur Zusammenschaltung der Leiterbahnen.
Für die Zusammenschaltung der Leiterbahnen müssen für jede Schicht Öffnungen in den Isolationsschichten bereitgestellt werden, und daher war es im Falle von beispielsweise einer Vierschichtkontaktierung bis jetzt einfach nötig, den Strukturierungsvorgang und den Ätzvorgang zur Bereitstellung der Öffnungen zumindest vier Mal auszuführen.
Die Fig. 5A und 5B zeigen eine schematische Entsprechung des Aufbaus eines MOS-Transistors zur Verdeutlichung des Leiterbahnaufbaus einer bekannten Mehrfachschicht-Kontaktierung, wobei Fig. 5A eine Draufsicht davon und Fig. 5B eine entlang der Linie B-B' aus Fig. 5A gebildete Schnittansicht zeigt.
In den Fig. 5A und 5B bezeichnet das Bezugszeichen 201 ein Halbleitersubstrat (mit einem zu einem ersten Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyp); das Bezugszeichen 202 einen Vorrichtungstrennungsbereich (LOCOS - local oxidation, örtliche Oxidierung); das Bezugszeichen 203 eine Gateoxidschicht; das Bezugszeichen 204 eine Gateelektrode; das Bezugszeichen 205 einen Drainbereich (eines ersten Leitungstyps); das Bezugszeichen 206 eine Isolationsschicht; das Bezugszeichen 207 eine Leiterbahn eines zweiten Leitungstyps; das Bezugszeichen 208 eine Zwischenisolationsschicht; das Bezugszeichen 209 eine Leiterbahn eines dritten Leitungstyps; das Bezugszeichen 210 eine als zweite gebildete Öffnung; und das Bezugszeichen 211 eine zuerst gebildete Öffnung.
Bei der in den Fig. 5A und 5B gezeigten Vorrichtung wird die Öffnung 211 in Richtung des Drainbereichs 205 (eines Bereichs eines ersten Leitungstyps) für dessen Kontaktierung mit der Leiterbahn 207 des zweiten Leitungstyps ausgebildet, und dann wird die Öffnung 210 zur Verbindung der Leiterbahn 207 mit der Leiterbahn 209 des dritten Leitungstyps ausgebildet. Bei der Ausbildung einer derartigen Verbindung ist die Anzahl der Vorgänge verdoppelt, welche die Öffnungen zur Durchleitung des Potentials des Drainbereichs 205 zu der oberen Leiterbahnschicht 209 ermöglichen.
Die Fläche der Öffnung kann hierbei verkleinert sowie alles in allem die Integrationsdichte einer Halbleitervorrichtung erhöht werden, wenn die als zweite ausgebildete Öffnung 210 auf der zuerst ausgebildeten Öffnung bereitgestellt werden kann.
Dazu wird eine Bereitstellung der als zweite ausgebildete Öffnung 210 auf der zuerst ausgebildeten Öffnung untersucht. Die Fig. 6A und 6B zeigen ein Beispiel der Schritte zur Überlappung derartiger Öffnungen. In den Fig. 6A und 6B bezeichnet das Bezugszeichen 401 ein Halbleitersubstrat; das Bezugszeichen 402 einen Drainbereich, der außerdem als Leiterbahn eines ersten Leitungstyps dient; das Bezugszeichen 403 eine Isolationsschicht; das Bezugszeichen 404 eine Leiterbahn eines zweiten Leitungstyps; das Bezugszeichen 405 eine Zwischenisolationsschicht; das Bezugszeichen 406 eine Resistschicht; das Bezugszeichen 407 einen Resistrest; das Bezugszeichen 408 ein Ätzgas; und das Bezugszeichen 409 eine Leiterbahn eines dritten Leitungstyps. In diesem Beispiel sind die Leiterbahnen 404 und 409 des zweiten bzw. dritten Leitungstyps mit dem Drainbereich 402 an derselben Öffnung verbunden. Von den Fig. 6A und 6B zeigt Fig. 6A eine schematische Schnittansicht des Ätzschrittes zur Ausbildung der als zweites ausgebildeten Öffnung und Fig. 6B zeigt eine schematische Schnittansicht, wenn die Leiterbahn des dritten Leitungstyps nach dem Ätzvorgang bereitgestellt wird. Bei diesen Schritten wird die Isolationsschicht 403 zuerst zur Ausbildung einer Öffnung geätzt. Danach wird die Leiterbahn 404 des zweiten Leitungstyps bereitgestellt, dann die Zwischenisolationsschicht 405 darauf bereitgestellt und die Resistschicht 406 wird weiterhin darauf bereitgestellt. Nun wird die Resistschicht 406 strukturiert, und die Zwischenisolationsschicht 405 wird selektiv durch das Ätzgas 408 (Fig. 6A) geätzt. Dann wird die Leiterbahn 409 des dritten Leitungstyps bereitgestellt (Fig. 6B).
Wie in den Fig. 6A und 6B gezeigt ist, bleibt dabei ein Teil 405' der Zwischenisolationsschicht ungeätzt, da der Resistrest 407 in der Öffnung verbleibt, selbst wenn bei der Ausbildung der zweiten Öffnung ein selektiver Ätzvorgang ausgeführt wird. Daher können die Leiterbahn des zweiten Leitungstyps und die Leiterbahn des dritten Leitungstyps nicht gut verbunden sein, womit sie Probleme eines Anstiegs des Kontaktwiderstandes und einer sinkenden Zuverlässigkeit verursachen.
Da auch die beiden Schichten der Isolationsschicht 403 und der Zwischenisolationsschicht 405 getrennt geätzt werden, muß der Maskierungsschritt zweimal durchlaufen werden. Somit tritt ein weiteres Problem auf, daß die gleichen Kosten wie in der in den Fig. 6A und 6B gezeigten Verbindung erforderlich sind.
Die Druckschrift JP-A-5 152 448 offenbart einen Mehrfachebenenleiterbahnaufbau auf einem Halbleitersubstrat mit einer durch eine Isolationsschicht bedeckten unteren Leiterbahn und einer oberen Leiterbahn über der Schicht, wobei die beiden Leiterbahnschichten über durch die Isolationsschicht hindurch führende Leiterbahnen verbunden sind. Die untere Leiterbahnschicht wird zuerst auf einem Substrat ausgebildet und dann wird eine Isolationsschicht darauf abgeschieden. Ein Teil der Isolationsschicht wird dann entfernt, was daraufhin durch ein leitendes Material zur Bereitstellung eines Kontaktes zu der oberen Leiterbahn aufgefüllt wird, die danach auf der Oberfläche der Isolationsschicht ausgebildet wird.
Die Druckschrift EP-A-0 460 857 offenbart eine Halbleitervorrichtung mit einem hochdichten Leiterbahnaufbau, bei dem die Vorrichtung ein Substrat, eine auf dem Substrat geschichtete Isolationsschicht mit einer Aussparung oder einem Loch und eine in der Aussparung oder dem Loch der Isolationsschicht ausgebildete Leiterbahn eines leitenden Materials aufweist. Eine Leiterbahn wird durch Abscheiden eines leitenden Materials wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in der Aussparung oder dem Loch durch das CVD-Verfahren ausgebildet. Die Aussparung oder das Loch können durch gewöhnliche Strukturierungsverfahren verbunden mit einem Ätzvorgang ausgebildet werden. Die Ausbildung einer Mehrfachschichtverdrahtung wird möglich, indem ein eindringendes Loch durch eine Anzahl leitender und isolierender Schichten ausgebildet wird und das Loch vollständig mit Aluminium ausgefüllt wird, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den leitenden Schichten bereitgestellt wird.
Die Druckschrift EP-A-0 497 595 offenbart ein Verfahren zur lokalen Ausbildung von Zusammenschaltungen bei einer Mehrfachschichthalbleitervorrichtung, bei der Öffnungen zu darunter liegenden leitenden Bereichen durch eine isolierende Schicht ausgebildet werden. Eine dünne zusätzliche polykristalline Zweitschicht wird dann über die Vorrichtung abgeschieden und zur Ausbildung von polykristallinen Siliziumrandelementen abgeätzt. Diese Randelemente verbinden die lokalen Zusammenschaltungsleiter aus polykristallinem Silizium mit den darunterliegenden leitenden Bereichen. Sodann werden Standardtechniken zur Ausbildung von temperaturbeständigen Metallsiliziden auf darunter frei liegenden leitenden Bereichen verwendet, was zu einer vollständigen Silizidkontaktierung zwischen den durch die lokalen acht Verbindungsleiter verbundenen Elementen führt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Anzahl der Maskierungsschritte verringert. Dies ermöglicht eine Reduzierung der von durch Öffnungen belegten Fläche, so daß ein höherer Integrationsgrad erzielt werden kann.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß beiliegendem Anspruch 1 bereitgestellt.
Es zeigen:
die Fig. 1A und 1B einen Elektrodenaufbau der erfindungsgemäß hergestellten Halbleitervorrichtung;
die Fig. 2A bis 2C ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung;
Fig. 3 den Aufbau eines AL-CVD-Geräts;
die Fig. 4A bis 4C ein Beispiel auf das die Erfindung angewendet wird;
die Fig. 5A und 5B einen Elektrodenaufbau einer bekannten Halbleitervorrichtung; und
die Fig. 6A und 6B die herkömmlichen Schritte der Ausbildung eines Aufbaus, bei dem Leiterbahnen von drei Schichten an einer Öffnung verbunden werden.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht nötig, die Schritte zur Ausbildung einer Öffnung bei jeder Ausbildung einer Leiterbahnschicht sowie zur Abscheidung einer leitenden Schicht in der Öffnung zu wiederholen, und es können drei oder mehr Bereiche durch einen einmaligen Vorgang zur Ausbildung einer Öffnung kontaktiert werden, was nach der Ausbildung der leitenden Bereiche eines Mehrfachschichtaufbaus ausgeführt wird. Daher kann der Integrationsgrad verbessert werden, ohne aufgrund eines fehlerhaften Ätzvorgangs einen Anstieg im Kontaktwiderstand o. ä. zu verursachen, selbst wenn die Öffnungen wie bekannt vereinheitlicht werden. Bei einer erfindungsgemäß hergestellten Halbleitervorrichtung können die leitenden Schichten fest miteinander verbunden werden und die Halbleitervorrichtung kann daher über eine lange Zeitdauer stabil arbeiten.
Die Technik zur Ermöglichung der Ausführung der Erfindung ist zunächst eine Schichtausbildungstechnik, die gute Bedeckungseigenschaften beiträgt, und eine Technik zum anisotropen Ätzen, die ein hohes Aspektverhältnis verspricht (Öffnungstiefe zu Öffnungsbreite).
Für den Fall eines Aspektverhältnisses (Öffnungstiefe zu Öffnungsbreite) von beispielsweise bis zu etwa eins, wobei die Fläche der Öffnung 1 um im Quadrat und die Öffnungstiefe 1 um beträgt, kann die Erfindung unter Verwendung eines Sputtergeräts zur Ausbildung einer abgeschiedenen Schicht und unter Verwendung eines RIE-Geräts (reaktives Ionenätzen) zur Durchführung eines Ätzvorgangs angewendet werden. Andererseits müssen für den Fall eines Aspektverhältnisses von mehr als eins ein selektives CVD-Gerät und ein Ätzgerät nach ECR-Bauart zur Ausbildung einer abgeschiedenen Schicht beziehungsweise zur Durchführung eines Ätzvorgangs verwendet werden.
Wenn Al als das leitende Element abgeschieden wird, kann vorzugsweise ein selektives CVD-Gerät zur Ausführung der Al-CVD verwendet werden. Die Al-CVD ist ein Vorgang, bei dem ein Alkylaluminiumhydridgas und Wasserstoffgas zur Ausbildung einer abgeschiedenen Schicht auf einem Donator-dotierten Substrat durch eine Oberflächenreaktion verwendet werden.
Dieser Vorgang ist zur Vergrabung eines Metallmaterials in einer feinen und tiefen Öffnung (Kontaktloch oder durchgehende Öffnung) mit einem Aspektverhältnis von beispielsweise eins oder mehr geeignet und er ist außerdem ein Abscheidevorgang mit einer ausgezeichneten Selektion. Durch diesen Vorgang ausgebildete Metallschichten weisen eine sehr gute Kristallinität auf, so daß eine monokristalline Al-Schicht ausgebildet werden kann, und beinhalten geringe Mengen an Kohlenstoff oder dergleichen.
Dementsprechend ist die Kristallinität einer derart abgeschiedenen Al-Schicht so gut, daß sie einen geringen spezifischen Widerstand von 0,7 bis 3,4 uΩ·cm und einen hohen Reflexionsgrad von 85 bis 95% aufweist. Sie kann ebenfalls gute Oberflächeneigenschaften mit einer Hügeldichte (engl. "hillock density" - der Rekristallisation von Al zuzuschreibende Oberflächenunebenheit) von 1 um oder mehr auf 1 bis 100 cm&supmin;² aufweisen. Außerdem wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Legierungsspitzen (sog. "spikes") an der Grenzfläche mit Silizium (ein Phänomen, bei dem Al in den Siliziumbereich dringt) im wesentlichen gleich 0 (Null), wenn die Wahrscheinlichkeit eines Zwischenraums von einem 0,15 um breiten Halbleiterübergang in Kauf genommen wird.
Al-Schichten mit einer guten Qualität können besonders dann abgeschieden werden, wenn ein eine Methylgruppe enthaltendes Alkylaluminiumhydrid, beispielsweise Monomethylaluminiumhydrid (MMAH) oder Dimethylaluminiumhydrid (DMAH), als Anfangsgasmaterial verwendet wird, H&sub2;-Gas als reaktives Gas verwendet wird und die Substratoberfläche in einer aus diesen Gasen gemischten Atmosphäre erwärmt wird.
Hierbei kann bei der selektiven Abscheidung von Al die Oberflächentemperatur des Substrats durch direkte oder indirekte Erwärmung vorzugsweise nicht niedriger als die Zersetzungstemperatur des Alkylaluminiumhydrids und niedriger als 450ºC, noch bevorzugter nicht niedriger als 260ºC und nicht höher als 440ºC und am besten nicht niedriger als 260ºC und nicht höher als 350ºC gehalten werden.
Das Substrat kann auf Temperaturen des vorstehenden Bereichs durch ein Verfahren erwärmt werden, welches eine direkte und eine indirekte Erwärmung beinhaltet. Besonders wenn das Substrat auf den vorstehenden Temperaturen durch eine direkte Erwärmung gehalten wird, können Al-Schichten mit einer guten Qualität bei einer hohen Abscheiderate ausgebildet werden. Wenn beispielsweise die Substratoberflächentemperatur bei der Ausbildung von Al-Schichten auf innerhalb des bevorzugteren Temperaturbereichs von 260ºC bis 440ºC gesteuert wird, können Schichten mit einer hohen Qualität bei einer Abscheiderate von 300 bis 500 nm pro Minute erhalten werden, welches über dem Wert für den Fall der Widerstandserwärmung liegt. Eine derartige direkte Erwärmung (die Energie von einer Erwärmungseinrichtung wird direkt auf das Substrat geleitet, damit das Substrat selbst erwärmt wird) kann durch eine Leuchtenwärmung unter Verwendung von beispielsweise einer Halogenleuchte oder einer Xenonleuchte gebildet werden.
Die indirekte Erwärmung beinhaltet eine Widerstandserwärmung. Sie kann beispielsweise unter Verwendung eines Erwärmungselements ausgeführt werden, das auf einem in einem Abscheideschichtausbildungsraum bereitgestellten Substrathalteelement zum Halten des Substrats vorgesehen ist, auf dem eine abgeschiedene Schicht ausgebildet werden soll.
Wenn ein CVD-Vorgang auf ein Substrat mit sowohl einem Donator-dotierten Oberflächenabschnitt als auch einem nicht Donator-dotierten Oberflächenabschnitt angewendet wird, kann in guter Selektion ein Al-Einkristall durch den AL-CVD-Vorgang ausschließlich auf dem Donatordotierten Oberflächenabschnitt des Substrats ausgebildet werden.
Donator-dotierte Materialien sind Materialien, bei denen freie Elektronen natürlich oder ursprünglich im Substrat vorhanden sind oder freie Elektronen absichtlich darin erzeugt werden und jene mit einer Oberfläche, auf der chemische Reaktionen durch einen Austausch von Elektronen zwischen dem Substrat und an deren Oberfläche anhaftenden Anfangsgasmolekülen beschleunigt sind. Metalle und Halbleiter fallen beispielsweise allgemein unter derartige Materialien. Die Anwesenheit von Metallen und Halbleitern auf den Oberflächen, auf denen eine dünne Oxidschicht vorhanden ist, kann ebenfalls eine chemische Reaktion durch Tunneln und den Austausch von Elektronen zwischen dem Substrat und den daran anhaftenden Molekülen des Anfangsgases verursachen, und daher sind diese in den erfindungsgemäßen Donator-dotierten Materialien enthalten. Metallische Materialien wie Metallegierungen und Silizide und jene mit einer dünnen Oxidschicht darauf sind ebenfalls als Beispiele enthalten.
Spezifischerweise sind binäre, ternäre oder mehrfach elementige III-V-Verbindungshalbleiter, die aus einer Verbindung aus Ga, In oder Al als Gruppe III-Element und P, As oder N als Gruppe V-Element zusammengesetzt sind oder Halbleitermaterialien wie monokristallines Silizium und amorphes Silizium; ebenso wie Metalle, Legierungen und Silizide wie Wolfram, Molybdän, Tantal, Kupfer, Titan, Aluminium, Titanaluminium, Titannitrid, Aluminiumsiliziumkupfer, Aluminiumpalladium, Wolframsilizid, Titansilizid, Aluminiumsilizid, Molybdänsilizid, Tantalsilizid und dergleichen Beispiele für Donator-dotierte Materialien.
Andererseits können diejenigen Materialien, die Oberflächen bilden, auf denen Al oder Al-Si nicht selektiv abgeschieden wird, d. h. die nicht Donatordotierten Materialien, durch thermische Oxidation, CVD oder dergleichen ausgebildete Siliziumoxide, Gläser wie BSG, PSG und BPSG, oder Oxidschichten, thermisch ausgebildete Nitridschichten sowie durch Plasma-CVD, Niederdruch-CVD, ECR-CVD oder dergleichen ausgebildete Siliziumnitridschichten beinhalten.
Diese Al-CVD ermöglicht eine selektive Abscheidung selbst von hauptsächlich aus Al zusammengesetzten Metallschichten, wie nachstehend gezeigt ist, und ihre Schichtqualität kann für ausgezeichnete Eigenschaften hinreichend sein.
Zusätzlich zu den Alkylaluminiumhydridgasen und Wasserstoff können beispielsweise Si-Atome enthaltende Gase wie SiH&sub4;, Si&sub2;H&sub6;, Si&sub3;H&sub8;, Si(CH&sub3;)&sub9;, SiCl&sub4;, SiH&sub2;Cl&sub2; und SiHCl&sub3;, Ti-Atome enthaltende Gase wie TiCl&sub4;, TiBr&sub4; und Ti(CH&sub3;)&sub4;, oder Cu-Atome enthaltende Gase wie Bis (Acetylacetonato)-Kupfer Cu (C&sub5;H&sub7;O&sub2;)&sub2;, Bis (Dipivaloylmetanito)-Kupfer Cu (C&sub1;H&sub9;O&sub2;)&sub2; und Bis (Hexafluoracetylacetonato)-Kupfer Cu (C&sub5;HF&sub6;O&sub2;)&sub2; in geeigneter Kombination zur Ausbildung einer Mischgasatmosphäre eingeführt werden, so daß leitende Materialien wie Al-Si, Al-Ti, Al-Cu, Al-Si-Ti und Al-Si- Cu zur Ausbildung von Elektroden selektiv abgeschieden werden können.
Die vorstehend angemerkte Al-CVD ist ebenso ein Schichtausbildungvorgang mit einer guten Selektion, und die abgeschiedenen Schichten weisen gute Oberflächeneigenschaften auf. Daher kann in dem nachfolgenden Abscheideschritt eine bevorzugte Metallschicht mit hohen Allzweckeigenschaften zur Metallisierung von Halbleitervorrichtungen erhalten werden, indem weiterhin unter Anwendung eines nicht selektiven Schichtausbildungsvorgangs eine Al-Schicht oder eine hauptsächlich aus Al zusammengesetzte Metallschicht auf der selektiv abgeschiedenen Al-Schicht und auf einer isolierenden SiO&sub2;-Schicht oder dergleichen ausgebildet wird.
Eine derartige Metallschicht beinhaltet spezifischerweise folgendes: Beliebige Verbindungen von selektiv abgeschiedenem Al, Al-Si, Al-Ti, Al-Cu, Al-Si-Ti und Al-Si-Cu und nicht selektiv abgeschiedenem Al, Al-Si, Al-Ti, Al-Cu, Al-Si-Ti und Al-Si-Cu.
Ein selektives CVD-Gerät, insbesondere ein Al-CVD-Gerät wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist das Gerät eine Beladungssperrkammer 311, eine CVD-Reaktionskammer 312 als eine erste Schichtausbildungskammer, eine HF-Ätzkammer 313, eine Sputterkammer 314 als eine zweite Schichtausbildungskammer und eine Beladungssperrkammer 315 auf, welche aufeinanderfolgend miteinander durch Schiebeventile 310a bis 310f in einem luftdichten Zustand verbunden sind und miteinander in Verbindung stehen können. Diese Kammern sind derart ausgebildet, daß sie jeweils durch Auspumpsysteme 316a bis 316e evakuiert werden können.
Hierbei wird in der Beladungssperrkammer 311 die Substratatmosphäre vor der Abscheidung evakuiert und durch eine H&sub2;-Atmosphäre ersetzt, so daß die Durchsatzkapazität verbessert werden kann.
Bei der nächsten CVD-Reaktionskammer 312 wird eine Schicht auf dem Substrat durch die vorstehend beschriebene Al-CVD unter Normaldruck oder Niederdruck selektiv abgeschieden, die Kammer ist derart ausgebildet, daß ein Substrathalter 318 mit einem Wärmewiderstand 317 innerhalb der Kammer bereitgestellt ist, der die Substratoberfläche zur Schichtausbildung auf eine Temperatur in einem Bereich von zumindest 200ºC bis 450ºC erwärmen kann, und daß außerdem ein Anfangsmaterialgas wie Alkylaluminiumhydrid in die Kammer eingeführt werden kann, das durch Hindurchperlen mit Wasserstoff in einem Rührwerk 319-1 in den gasförmigen Zustand versetzt wurde, und gasförmiger Wasserstoff als Reaktionsgas durch eine Gasleitung 319' ebenfalls eingeführt werden kann.
In der nachfolgenden HF-Ätzkammer 313 wird die einer selektiven Abscheidung ausgesetzte Substratoberfläche in einer Ar-Atmosphäre gereinigt (d. h. geätzt). Auf deren Innenseite sind ein Substrathalter 320, der das Substrat auf eine Temperatur im Bereich zwischen zumindest 100ºC und 250ºC erwärmen kann, und eine HF-Ätzelektrodenleitung 321 bereitgestellt, und außerdem ist eine Ar-Gaszuführungsleitung 322 daran angeschlossen.
In der folgenden Sputterkammer 314 wird eine Metallschicht nicht selektiv auf der Substratoberfläche durch Sputtern in einer AR-Atmosphäre abgeschieden. Auf der Innenseite der Kammer sind ein Substrathalter 323, der das Substrat auf eine Temperatur im Bereich zwischen zumindest 200ºC und 250ºC erwärmen kann, und eine Targetelektrode 324 bereitgestellt, auf die ein Sputtertargetmaterial 324a aufgebracht wird, und außerdem ist eine Ar-Gaszuführungsleitung 325 daran angeschlossen.
Bevor das Substrat, auf dem eine Metallschicht abgeschieden wurde, an die Freiluft gebracht wird, wird in der Beladungssperrkammer 315 schließlich die innere Atmosphäre eingestellt, wobei die Kammer so aufgebaut ist, daß die Atmosphäre durch N&sub2; ersetzt werden kann.
Der Schichtausbildungsvorgang für nicht selektive Abscheidung kann andere CVD-Vorgänge als den vorstehend beschriebenen Al-CVD-Vorgang und außerdem Sputtern beinhalten.
Eine leitende Schicht kann ebenfalls durch ein CVD-Verfahren oder ein Sputterverfahren ausgebildet werden, gefolgt von einem Strukturierungsvorgang zur Ausbildung einer Unterschicht mit einer gewünschten Verdrahtungsgestalt, und danach kann eine Al-Schicht oder eine hauptsächlich aus Al zusammengesetzte Metallschicht selektiv durch ein Al-CVD-Verfahren zur Ausbildung der Metallisierung auf der Unterschicht abgeschieden werden.
Eine Al-Schicht oder eine hauptsächlich aus Al zusammengesetzte Metallschicht kann außerdem auf einer isolierenden Schicht unter Verwendung eines Al-CVD-Verfahrens ausgebildet werden. Dazu wird die isolierende Schicht einer Oberflächenmodifikationsbehandlung zur Ausbildung eines im wesentlichen Donatordotierten Oberflächenabschnitts unterzogen. Eine derartige Oberflächenmodifikationsbehandlung beinhaltet das Anwenden einer Plasmazerstörung auf eine isolierende Schicht oder die Bestrahlung mit Energiestrahlen wie etwa Elektronen und Ionen. Bei diesem Schritt kann eine Struktur in einer gewünschten Leiterbahngestalt ausgebildet werden, so daß in Anbetracht der selektiven Abscheidung der Abscheidevorgang nur auf den in der gewünschten Leiternahngestalt ausgebildeten Donatordotierten Abschnitten stattfindet, und daher die Leiterbahn in selbst-ausrichtender Weise ohne einen Strukturierungsvorgang ausgebildet werden kann.
Wenn ein Mehrfachschichtaufbau aus Al-Si/TiN, Al-Si/TaN oder dergleichen als das leitendes Element abgeschieden wird, kann vorzugsweise ein Sputterverfahren verwendet werden. Bei diesem Sputterverfahren kann die TiN-Schicht oder TaN-Schicht vorzugsweise in einer Dicke von 50 bis 200 nm abgeschieden werden, und noch bevorzugter mit einer Dicke von 100 nm. Die Al-Si-Schicht kann vorzugsweise mit einer Dicke von 300 bis 600 nm abgeschieden werden und noch bevorzugter mit einer Dicke von 400 nm.
Bei dem Ätzvorgang zur Ausbildung einer Öffnung ist es für das ECR-Ätzgerät erforderlich, den Ätzvorgang anisotropisch durchzuführen, ungeachtet des zu ätzenden Materials. In Tabelle 1 sind nachstehend die Ätzraten für einige Materialien gezeigt, wenn Chlor (Cl&sub2;) in dem ECR-Ätzgerät verwendet wird.

Tabelle 1

Ätzrate in dem ECR-Ätzgerät (Ätzsubstanz: C12; HF-Leistung: 40 W; Druck: 2,13 Pa (16 mTorr))

geätzte Materialien Ätzrate
SiO&sub2; ~200 (nm/min)
PSG ~200 (nm/min)
Al ~600 (nm/min)
ITO ~200 (nm/min)
Si ~300 (nm/min)
Obwohl es in den Ätzrate kleine Unterschiede gibt, kann der Ätzvorgang anisotrop ausgeführt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher beschrieben.

Beispiel 1

Die Fig. 1A und 1B zeigen eine Draufsicht (Fig. 1A) und eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' (Fig. 1B) daraus von einem Kontaktierungsbereich einer Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 1.
In den Fig. 1A und 1B bezeichnet das Bezugszeichen 101 ein Halbleitersubstrat; 102 eine Feldoxidschicht zur Vorrichtungstrennung; 103 eine Gateoxidschicht; 104 eine Gateelektrode; 105 eine erste leitende Schicht als Drainbereich; 106 eine isolierende Schicht; 107 eine zweite leitende Schicht; 108 eine isolierende Schicht; 109 ein leitendes Element (eine dritte leitende Schicht); und 110 eine Öffnung (ein Kontaktloch) zum Herausführen der Drainelektrode.
Das leitende Element 109 dieses Beispiels ist mit der ersten leitenden Schicht 105 und der zweiten leitenden Schicht 107 in einer Öffnung 110 fein verbunden.
Ein Verfahren zur Herstellung der in den Fig. 1A und 1B gezeigten Vorrichtung dieses Beispiels wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2C beschrieben, welche die Schritte in Schnittansichten verdeutlichen.
Zunächst wird auf einem Halbleitersubstrat 501 ein Barrierenbereich 511 und ein Vorrichtungstrennbereich 502 ausgebildet, und danach eine Gateoxidschicht 503 durch thermische Oxidation ausgebildet. Danach wird eine polykristalline Siliziumschicht als Gateelektrode 504 ausgebildet und dann strukturiert. Anschließend wird unter Verwendung der Gateelektrode 504 als Maske ein Ionenimplantationsvorgang für einen Source- und einen Drainbereich durchgeführt, gefolgt von einer Wärmebehandlung.
Sodann wird eine isolierende Schicht durch eine CVD-Vorgang ausgebildet, und eine ITO-(Indiumzinnoxid)-schicht (eine durchsichtige Elektrode) 507 wird darauf durch einen Sputtervorgang ausgebildet, die dann strukturiert wird (Fig. 2A).
Anschließend wird eine isolierende Schicht 508 ausgebildet, die dann zur Ausbildung eines Kontaktlochs (einer Öffnung) 510 strukturiert wird. Wenn dieses Kontaktloch ausgebildet wird, kann vorzugsweise ein Ätzvorgang mit Chlor bis zu dem Drainbereich 505 ausgeführt werden. Wenn der Drainbereich einen flachen Übergang aufweist, kann CHF3 oder dergleichen mit einer hohen Selektivität gegenüber Si als Ätzgas im letzten Schritt verwendet werden, wodurch das Kontaktloch 510 ausgebildet werden kann, ohne Si zu ätzen (Fig. 2B).
Danach wird ein leitendes Element 512/509 mit einem Mehrfachschichtaufbau aus beispielsweise Al-Si/TiN oder Al-Si/TaN durch einen Sputtervorgang ausgebildet.
Bei diesem Sputtervorgang (für beispielsweise Al-Si/TiN) wird ein reaktiver Sputtervorgang zur Abscheidung von TiN (509) mit einer Dicke von 100 nm in einer Stickstoffatmosphäre unter Verwendung eines Ti-Targets ausgeführt. Anschließend wird ein herkömmlicher Sputtervorgang zur überlagernden Abscheidung von Al-Si (512) mit einer Dicke von 400 nm unter Verwendung eines Al-Si-Targets ausgeführt. Der Al-Si/TaN- Doppelschichtaufbau kann ebenso auf ähnliche Weise ausgebildet werden.
Der Mehrfachschichtaufbau wird zur Vermeidung eines Bruchs des Übergangs des Drainbereichs 505 durch das Al aufgrund des "Spike-Effekts" von Al-Si angewandt, und damit eine Reaktion von ITO mit Al ermöglicht wird, wodurch der Kontaktwiderstand zwischen der zweiten leitenden Schicht und dem leitenden Element gut erhalten bleibt.
Wenn dieser Aufbau durch ein herkömmliches Verfahren zur guten Erhaltung des Kontaktwiderstandes zwischen dem ITO und dem Drainbereich hergestellt wird, ist es notwendig, Verunreinigungen mit einer zumindest fünffachen Dosis der erfindungsgemäß erforderlichen Menge hinzuzufügen. Da der Drainkontakt durch Al-Si/TiN oder dergleichen erzielt wird, kann erfindungsgemäß andererseits ein ausreichend guter ohmscher Kontakt mit einer Dosis von etwa 10¹&sup5; cm&supmin;² sichergestellt werden.
Es ist außerdem offensichtlich, daß die Anwendung der Erfindung nicht nur eine Reduzierung der Maskenanzahl und der Anzahl der Verfahrensschritte mit sich bringt, sondern auch vorteilhaft für den Integrationsgrad ist. Da auch der Kontaktwiderstand von der Kontaktfläche der Öffnung abhängt, wird der Kontaktwiderstand zwischen der zweiten leitenden Schicht und dem leitenden Element wirkungsvoller durch die Dicke der zweiten leitenden Schicht als durch die Fläche der Öffnung gesteuert. Daher kann die Erfindung einem höheren Integrationsgrad durch Erhöhen der Dicke der zweiten leitenden Schicht selbst dann gerecht, wenn die Fläche der Öffnung feiner ausgebildet wird.
Erfindungsgemäß beträgt das Aspektverhältnis eins oder weniger.

Beispiel 2

In Beispiel 1 ist der Kontakt mit dem als leitendes Element verwendeten Mehrfachschichtaufbau aus Al-Si/TiN, Al-Si/TaN oder dergleichen ausgebildet. Daher beträgt das Aspektverhältnis 1 oder weniger. In Beispiel 2 wird Al unter Verwendung eines selektiven CVD-Gerätes bei dem Al-CVD-Vorgang abgeschieden. Daher kann eine aus Al gebildete Metallisierung 109 mit einem Aspektverhältnis von 1 oder mehr ausgebildet werden. Diese Al-Metallisierung weist eine derart gute Kristallinität auf, so daß sie einen kleinen spezifischen Widerstand von 0,7 bis 3,4 uΩ·cm und einen hohen Reflexionsgrad von 85 bis 95% zeigt. Sie zeigt außerdem gute Oberflächeneigenschaften mit einer Hügeldichte von 1 bis 100 cm&supmin;². An der Grenzfläche zwischen Al und Silizium beträgt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Aluminiumspikes nahezu Null bei einem Halbleiterübergang von 0,15 um. Bei diesem von Beispiel 1 verschiedenen Verfahren kann das Kontaktloch 510 vollständig mit Al gefüllt werden.

Beispiel 3

In Beispiel 1 wird der Kontakt durch ITO mit dem Doppelschichtaufbau von Al-Si/TiN oder Al-Si/TaN ausgebildet. Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben, bei dem der Kontaktwiderstand noch mehr verringert wird.
Ein Kontaktloch wird in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ausgebildet. Danach wird ein Kontakt mit dem Dreifachaufbau von Al-Si/TiN/Ti, Al-Si/TaN/Ta oder dergleichen ausgebildet, wodurch es möglich wird, die Unausgeglichenheit des Kontaktwiderstandes noch mehr zu verringern.

Beispiel 4

Nachstehend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Erfindung auf einen TFT (Dünnschichttransistor) auf einem Glassubstrat angewendet wird. Die Fig. 4A bis 4C verdeutlichen dieses Beispiel in Schnittansichten. In den Fig. 4A bis 4C bezeichnet das Bezugszeichen 601 ein Glassubstrat; 602 und 605 einen Kanalbereich bzw. einen Drainbereich als erste leitende Schicht des TFT; 603 eine Gateisolationsschicht und 604 eine Gateelektrode. Die Bezugszeichen 606 und 608 bezeichnen isolierende Schichten; 607 bezeichnet eine durchsichtige Elektrode als zweite leitende Schicht; 610 bezeichnet ein Kontaktloch; 612 bezeichnet eine TiN-Schicht und 609 eine Al-Si-Schicht. Die TiN-Schicht 612 und die Al-Si-Schicht bilden ein leitendes Element.
Für den TFT muß die Dicke von Si etwa 50 m zur Steuerung seines AUS-Stromes betragen. Wenn das Kontaktloch ausgebildet wird, kann daher der Ätzvorgang das darunter gelegene Glassubstrat erreichen. Selbst in einem derartigen Fall kann erfindungsgemäß ein guter Kontakt erzielt werden.
Zunächst wird der TFT-Bereich 602 auf dem Glassubstrat 601 ausgebildet, und dieser Bereich wird selektiv zur Ausbildung der Vorrichtungstrennung weggeätzt. Danach wird eine Gateoxidschicht 603 durch thermische Oxidation ausgebildet. Eine polykristaline Siliziumschicht wird dann als die Gateelektrode 604 ausgebildet, die dann strukturiert wird. Anschließend wird unter Verwendung dieser Gateelektrode 604 als Maske ein Ionenimplantationsvorgang für einen Sourcebereich und einen Drainbereich ausgeführt, gefolgt von einer Wärmebehandlung.
Sodann wird eine isolierende Schicht 606 durch einen CVD-Vorgang ausgebildet und eine ITO-Schicht (eine durchsichtige Elektrode) 607 wird darauf durch einen Sputtervorgang ausgebildet, die dann strukturiert wird (Fig. 4A).
Darauffolgend wird eine isolierende Schicht 608 ausgebildet, die dann strukturiert wird, und ein Kontaktloch (eine Öffnung) 610 wird ausgebildet. Da der TFT-Drainbereich 605 aus einer Dünnschicht gebildet wird, kann in einigen Fällen ein durchgehendes Loch ausgebildet sein (Fig. 4B). Selbst in diesen Fällen kann ein guter Kontakt durch das Ausbilden des leitenden Elements 612/609 durch einen Sputtervorgang erzielt werden (Fig. 4C).
In den vorstehend beschriebenen Beispielen sind die als leitende Schicht beschriebenen Elemente, durch die sich die Öffnung erstreckt, aus einer Schicht zusammengesetzt. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Öffnung sich durch zwei oder mehr Schichten erstrecken kann.
Der Boden der Öffnung ist unter keinen Umständen auf einen leitenden Bereich wie einen Drainbereich beschränkt, und kann eine isolierende Schicht sein. In einem derartigen Fall kann ein leitendes Material in der sich über eine Vielzahl leitender Schichten erstreckenden Öffnung abgeschieden sein, und daher können die jeweiligen leitenden Schichten auf ähnliche Weise verbunden werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, können zumindest drei Metallisierungen (Bereiche) durch den Einfachschritt der Ausbildung eines Kontaktlochs (der Öffnung) verbunden werden, und somit die Maskenanzahl und die Anzahl von Verfahrensschritten verringert werden, damit es möglich wird, integrierte Schaltungen mit geringen Kosten und hoher Ausbeute bereitzustellen.
Es ist ebenfalls möglich, einen Elektrodenaufbau bereitzustellen, der zukünftige Anforderungen eines höheren Integrationsgrades gerecht wird.
Wenn die Erfindung auf photoelektrische Wandler oder Flüsslgkristall-Bildanzeigevorrichtungen angewendet wird, wird es möglich, photoelektrische Wandler, die Lichtsignale gut erzielen können, oder Flüssigkristall- Bildanzeigevorrichtungen mit einer ausreichenden Helligkeit aufgrund einer Verbesserung im Flächenwirkungsgrad der Vorrichtungen bereitzustellen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, mit den Schritten

Schaffen eines Halbleitersubstrats (101) mit einem elektrisch leitenden Bereich (105),

Ausbilden einer ersten isolierenden Schicht (106) auf dem elektrisch leitenden Bereich (105) des Halbleitersubstrats (101),

Ausbilden einer leitenden Schicht (107) auf der ersten isolierenden Schicht (106),

Ausbilden einer zweiten isolierenden Schicht (108) auf der leitenden Schicht (107),

gleichzeitiges Entfernen eines Teils der ersten isolierenden Schicht (106), der leitenden Schicht (107) und der zweiten isolierenden Schicht (108), wodurch ein Teil des elektrisch leitenden Bereichs (105) des Halbleitersubstrats (101) freigelegt wird und

Ausbilden einer Metallisierung (109) durch ein Verfahren, das einen Schritt beinhaltet, bei dem leitendes Material auf die Oberfläche der zweiten isolierenden Schicht (108) und in den Bereich, aus dem die Schichten entfernt wurden, abgeschieden wird, so daß der leitende Bereich (105), die leitende Schicht (107) und das leitende Material (109) auf der Oberfläche der zweiten isolierenden Schicht (108) elektrisch verbunden sind.

2. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die leitende Schicht (107) aus einem transparenten Material ausgebildet ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das transparente Material Indiumzinnoxid ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das gleichzeitige Entfernen eines Teils der ersten isolierenden Schicht (106), der leitenden Schicht (107) und der zweiten isolierenden Schicht (108) durch Ätzen mit Chloridionen hervorgerufen wird.

5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der elektrisch leitende Bereich (105) einen flachen Übergangdrainbereich aus Si umfaßt, und CHF3 als Ätzgas im letzten Schritt des gleichzeitigen Entfernens verwendet wird, wobei ein Kontaktloch (510) ausgebildet wird, ohne das Si zu ätzen.

6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Abscheidens leitenden Materials auf der Oberfläche der zweiten isolierenden Schicht (108) und in den Bereich, aus dem die Schichten entfernt wurden, durch selektive chemische Gasphasenabscheidung hervorgerufen wird.