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Diese
Erfindung betrifft eine laminierte Struktur oder eine Vielschichtstruktur
wie eine Gate-Elektrode, die auf einem zu verarbeitenden Objekt
gebildet ist, umfassend ein Halbleitersubstrat oder ein Glassubstrat,
und ein Verfahren zu ihrer Bildung.
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Im
allgemeinen werden bei den Stufen der Herstellung einer Halbleiterschaltung
ein gewünschtes
Element oder Elemente erhalten, indem die Bildbildung, das Musterätzen und
dgl. auf einem Halbleiterwafer oder einer Glasplatte als zu verarbeitendes Objekt
wiederholt durchgeführt
werden.
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Unter
Bezugnahme auf 3A werden beispielsweise, wenn
ein Gate-Element für
ein MOSFET auf der Oberfläche
des Wafers gebildet werden, Verunreinigungen von einem leitenden
Typ an Positionen in einem Wafer W diffundiert, bei denen ein Quellenbereich 2 und
ein Drain-Bereich 4 gebildet werden sollten, und ein Gate-Oxidfilm 6,
der beispielsweise aus SiO2 gebildet ist,
wird auf der Fläche
zwischen den Positionen auf der Oberfläche des Wafers gebildet, während ein
Quellen-Drain-Kanal
unterhalb des Gate-Oxidfilmes 6 gebildet wird. Weiterhin
wird eine Gate-Elektrode 8 aus einem leitenden Film auf
dem Gate-Oxidfilm 6 zur Bildung eines Transistors gebildet.
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Seit
einiger Zeit hat die Gate-Elektrode 8 keine Einzelschichtstruktur,
sondern eine Vielschichtstruktur und hat in den meisten Fällen eine Zweischichtstruktur
angesichts der Leitfähigkeit.
Beispielsweise wird eine Gate-Elektrode 8 durch aufeinanderfolgendes
Schichten einer Polykristall-Siliciumschicht 10,
die mit Phosphor dotiert ist, und einer Metallsilicidschicht, wie
Wolframsilicidschicht 11 auf einem Gate-Oxidfilm 6 gebildet.
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Entsprechend
der Verkleinerung und der Hochintegration eines integrierten Halbleiter-Schaltkreises
werden in letzter Zeit als Antwort auf Bedürfnisse für Vielschichten die Verarbeitungsanlagenbreite
und die Gate-Breite immer enger gemacht und die Filmdicke wird immer
dünner.
Obwohl die Anlagenbreite enger gemacht wird, ist es erforderlich,
daß elektrische
Eigenschaften der jeweiligen Schichten und die elektrischen Eigenschaften
der Zwischenschicht konventionelle Leistungen beibehalten oder höhere Leistungen
erfüllen
sollten. Als Antwort auf solche Erfordernisse hat die Gate-Elektrode 8 eine Zweischichtstruktur,
bestehend Polykristall-Silicium 10,
dotiert mit Phosphor und Wolframsilicid 11.
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Ein
Film aus Siliciummaterial, z. B. einer Polykristall-Siliciumschicht 10,
die mit Phosphor dotiert ist, neigt dazu, leicht einen natürlichen
Oxidfilm 14, wie in 3B gezeigt
ist, auf der eigenen Oberfläche zu
bilden, wenn er Luft, Feuchtigkeit oder dgl. ausgesetzt ist. Wenn
eine Wolframsilicidschicht 11 als nächste Schicht auf die Siliciumschicht 10 mit
einem solchen anhaftenden natürlichen
Oxidfilm geschichtet wird, wird die Festigkeit eines Kontaktes zwischen beiden
Schichten 10, 11 verschlechtert oder eine ausreichende
elektrische Leitfähigkeit
kann nicht zwischen diesen aufrecherhalten werden, so daß ein Problem
resultiert, daß die
elektrischen Eigenschaften abgebaut werden.
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Die
Filmbildungen der Polykristall-Siliciumschichten 10 werden
normalerweise durch absatzweises Verarbeiten durchgeführt, worin
Wafer in Einheiten behandelt werden, die jeweils aus einer Anzahl
von Wafern, beispielsweise 150 Wafern bestehen, während die
Filmbildungen von Wolframsilicidschichten 11 durch stückweises
Verarbeiten durchgeführt
werden, wobei die Filmbildungen für jeden Wafer durchgeführt werden.
Als Ergebnis variiert die Zeit, für die ein Wafer Luft ausgesetzt
ist, zwischen den Wafern, und die Dicke des natürlichen Oxdidfilmes variiert
demzufolge. Daher wird ein nasses Waschen durchgeführt, beispielsweise
unter Verwendung von Papier auf HF-Basis, und zwar unmittelbar bevor
die Wolframsilicidschicht 11 geschichtet wird, um den natürlichen
Oxidfilm 14 zu entfernen, der an der Polykristall-Siliciumschicht 10 haftet.
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Wenn
jedoch ein nasses Waschen unmittelbar vor dem Schichten der Wolframsilicidschicht 11 durchgeführt wird,
ist es sehr schwierig, den natürlichen
Oxidfilm 14 vollständig
zu entfernen, der einmal an der Oberfläche der Polykristall-Siliciumschicht 10 haftet,
ohne daß eine
Unterschicht (d. h. die Polykristall-Siliciumschicht 10)
unterhalb des natürlichen Oxidfilmes 14 beeinträchtigt wird.
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In
dieser Hinsicht gibt es einen Vorschlag für ein Verfahren, bei dem eine
Polykristall-Siliciumschicht 10, die mit Phosphor dotiert
ist, auf einen Halbleiterwafer in einer Kammer durch Verwendung eines
Cluster-Werkzeugs gebildet ist, das beispielsweise durch Konzentrieren
einer Vielzahl von Kammern, die untereinander luftdicht gehalten
werden, gebildet ist, wobei der Halbleiterwafer danach in eine andere
Kammer in dem gleichen Cluster-Werkzeug eingeführt wird, zur Bildung einer
Wolframsilicidschicht 11, ohne daß der Halbleiterwafer Luft
ausgesetzt wird, d. h. ohne daß irgendein
natürlicher
Oxidfilm die Gelegenheit hat, an dem Wafer zu haften (vgl. offengelegte
japanische Patentanmeldung KOKAI 9-17705).
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Wenn
die Wolframsilicidschicht 11 wie oben beschrieben aufeinanderfolgend
gebildet wird, ohne daß der
Wafer Luft ausgesetzt wird, nachdem die Polykristall-Siliciumschicht 10,
die mit Phosphor dotiert ist, gebildet ist, wird kein Oxidfilm auf
dem Weg der Herstellungsschritte gebildet, und daher hat die gesamte
Gate-Elektrode einen geringen Widerstand. Es möglich, auf Regeln bezüglich des
Designs, die wegen der Verkleinerung und der hohen Integration strikt
limitiert sind, zu antworten.
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In
diesem Fall erfolgt jedoch eine ungleichmäßige Rediffusion von Phosphor,
der in der Polykristall-Siliciumschicht 10 dotiert ist,
in die obere Wolframsilicidschicht 11 durch eine Grenzfläche zwischen
beiden dieser Schichten, und daher wird Phosphor ungleichmäßig in der
Nähe der
Oberfläche
der Wolframsilicidschicht verteilt (z. B. zwischen MOSFETs, die
in jedem Wafer gebildet sind), was zu einem anderen Problem führt, daß das elektrische Charakteristikum
abgebaut und/oder variiert wird. Als Ergebnis tritt eine Variation
zwischen Wafern auf und die Herstellungsausbeute wird abgebaut.
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Wenn
nur ein kleiner Bereich oder Bereiche eines natürlichen Oxidfilmes an der Oberfläche der Polykristall-Siliciumschicht 10,
die mit Phosphor dotiert ist, nach Durchführung des Naßwaschens
zum Entfernen des natürlichen
Oxidfilmes verbleiben kann/können,
verhindern der kleine Bereich oder die Bereiche des natürlichen
Oxidfilmes die Diffusion des Phosphors in die obere Schicht, wodurch
keine Probleme resultieren. Wenn die aufeinanderfolgende Filmbildung
durchgeführt
wird, so daß kein
natürlicher
Oxidfilm gebildet wird, und zwar als Antwort auf die Bedrüfnisse für einen
niedrigen Widerstand, der für
die Verkleinerung erforderlich ist, tritt ein neues Problem der
ungleichmäßigen Diffusion
von Phosphor wie oben beschrieben auf.
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In
dieser Hinsicht erfolgt eine detaillierte Erläuterung unter Bezugnahme auf
das Diagramm gemäß 4.
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4 ist
ein Diagramm, das einen Widerstand einer Gate-Elektrode in bezug auf eine Phosphordichte
einer Polykristall-Siliciumschicht und die Abhängigkeit der Variationsrate
des Wiederstandes zeigt, wobei die longitudinale Achse den Widerstand und
die laterale Achse die Phosphordichte der Polykristallschicht darstellen.
In dieser Zeichnung zeigt eine gestrichelte Linie A den Fall, bei
dem eine Wolframsilicidschicht 11 gebildet wird, nachdem
die Polykristall-Siliciumschicht 10, die mit Phosphor dotiert ist,
bei einer Phosphordichte, die durch die laterale Achse dargestellt
wird, gebildet ist und danach Luft ausgesetzt wird, um darauf einen
natürlichen
Oxidfilm aufzutragen. Die durchgezogene Linie B zeigt den Fall,
bei dem eine Wolframsilicidschicht 11 gebildet wird, ohne
daß eine
Polykristall-Siliciumschicht 10 Luft ausgesetzt wird, nachdem
die Polykristall-Siliciumschicht 10 gebildet ist. In der
Figur zeigen schwarze Kreise Durchschnittswerte des Widerstandes
bei Phosphordichten, und Linien, die sich vertikal von den schwarzen
Kreisen als Mittelpunkte erstrecken, zeigen eine Variationsrate
(Breite) an. Wie aufgrund des Diagramms ersichtlich ist, ist bei
der gestrichelten Linie A der Widerstand etwas hoch, während die
Variation des Widerstandes gering und gleichmäßig ist. Somit wird festgestellt,
daß die
Diffusion von Phosphor in die Wolframsilicidschicht durch einen natürlichen
Oxidfilm blockiert wird. Im Gegensatz dazu erniedrigt sich bei der
kontinuierlichen Linie B der Widerstand, wenn sich die Phosphordichte
erhöht,
während
die Variationsrate des Widerstandes sich viel stärker erhöht. Demzufolge wird festgestellt, daß der Phosphor
ungleichmäßig in die
Wolframsilicidschicht diffundiert, und dieser Fall ist für die Eigenschaften
nicht bevorzugt.
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Die 5A und 5B sind
Diagramme zum Erkennen der Wirkung von Phosphor, wobei die linke
longitudinale Achse den Widerstand der Wolframsilicidschicht darstellt,
die rechte longitudinale Achse die Gleichmäßigkeit des Widerstandes ist
und die laterale Achse eine Waferzahl bedeutet. 5A ist
ein Diagramm, das den Blattwiderstand der Wolframsilicidschicht
einer Gate-Elektrode im Hinblick auf 25 Waferstücke und die Gleichmäßigkeit
davon zeigt, wobei eine Wolframsilicidschicht (Wsix) 11 gebildet wird,
ohne daß ein
natürlicher
Oxidfilm auf einer Polykristall-Siliciumschicht 10,
die mit Phosphor dotiert ist, gebildet ist. 5B ist
ein Diagramm, das den Widerstand der Wolframsilicidschicht einer Gate-Elektrode
im Hinblick auf 25 Waferstücke
und die Gleichmäßigkeit
davon zeigt, wobei die Wolframsilicidschicht 11 ohne Bildung
eines natürlichen Oxidfilmes
auf einer Polykristall-Siliciumschicht 10, die nicht mit
Phosphor dotiert ist, gebildet wird. In diesen Figuren zeigt eine
kontinuierliche Linie, einschließlich weißen Kreisen, den Blattwiderstand
der Wolframsilicidschicht, während
eine kontinuierliche Linie, einschließlich schwarzen Kreisen die
Gleichmäßigkeit
des Blattwiderstandes zeigt. Pfeile werden als Anzeigen davon verwendet.
Wie aufgrund der Diagramme ersichtlich ist, ist dann, wenn kein
Phosphor in die Polykristallschicht dotiert wird, wie in 5B gezeigt
ist, der Wert des Blattwiderstandes natürlich konstant und die Gleichmäßigkeit
des Widerstandes ist stabil. Im Gegensatz dazu ändert sich beim Dotieren von
Phosphor in die Polykristall-Siliciumschicht,
wie in 5A gezeigt ist, der Widerstand der
Wolframsilicidschicht stark und die Gleichmäßigkeit des Widerstandes ist
demzufolge instabil und wird stark abgebaut. Somit verursacht eine
direkte Bildung einer Wolframsilicidschicht 11 auf einer
Polykristall-Siliciumschicht 10,
die mit Phosphor dotiert ist, eine ungleichmäßige Diffusion von Phosphor,
was zu einer charakteristischen Variation führt, und dies ist nicht bevorzugt.
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EP-A-0
746 027 offenbart eine Dreischichtstruktur einer mit Verunreinigung
dotierten Poly-Si-Schicht, einer mit Verunreinigung nicht dotierten Poly-Si-Schicht
und einer WSi-Schicht.
Das Wolframsilicid wird auf der Poly-Si-Schicht niedergeschlagen,
indem das Substrat unter Vakuum von der Polysilicium-Niederschlagskammer
zu der Wolframsilicid-Niederschlagskammer
transportiert wird.
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Diese
Erfindung hat die Aufgabe, eine Vielschichtstruktur und ein Verfahren
zu ihrer Bildung anzugeben, die in der Lage ist, eine ungleichmäßige Diffusion
von Verunreinigungen in eine Wolframsilicidschicht als obere Schicht
von einer Polykristall-Siliciumschicht als untere Schicht zu verhindern.
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Gemäß einem
ersten Aspekt gibt diese Erfindung ein Verfahren zur Bildung einer
Vielschichtstruktur an, umfassend die folgenden Schritte:
Zuführen eines
Prozeßgases
zur Polykristallschichtbildung und erster Verunreinigungen vom leitenden Typ
in eine Schichtbildungsvorrichtung, wodurch mittels CVD eine polykristalline
Siliciumschicht (10), die mit den ersten Verunreinigungen
dotiert ist, auf einer Oberfläche
einer behandelten Einheit (W) ausgebildet wird;
Halten der
behandelten Einheit in der Schichtbildungsvorrichtung zur Verhinderung
der Ausbildung einer Oxidschicht auf der polykristallinen Siliciumschicht;
und
Zuführen
eines Prozeßgases
zur Wolframsilicidschichtbildung und zweiter Verunreinigungen des gleichen
leitfähigen
Typs wie die ersten Verunreinigungen in die Schichtbildungsvorrichtung,
wodurch mittels CVD eine Wolframsilicidschicht (12), die
mit den zweiten Verunreinigungen dotiert ist, auf der polykristallinen
Siliciumschicht ausgebildet wird.
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Bevorzugt
sind die ersten Verunreinigungen die gleichen wie die zweiten Verunreinigungen.
Es ist weiterhin bevorzugt, daß das
Prozeßgas
für die
Wolframsilicidbildung PH3-Gas, SiH2Cl-Gas
und WF6-Gas umfaßt. Es ist weiterhin bevorzugt,
daß die
Filmbildungsvorrichtung eine Kammer umfaßt, in der alle dieser Schichten
gebildet werden.
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Gemäß dem ersten
Aspekt ist es möglich, eine
Vielschichtstruktur aus einer Polykristall-Siliciumschicht, die
mit Verunreinigungen dotiert ist, vom leitenden Typ und eine Wolframsilicidschicht
(aufeinanderfolgend), die auf und in direktem Kontakt mit der Polykristall-Siliciumschicht
gebildet und mit Verunreinigungen des gleichen gleitenden Typs wie
die oben erwähnten
Verunreinigungen dotiert ist, zu erhalten. In diesem Fall wird zunächst die
Wolframsilicidschicht als obere Schicht mit Verunreinigungen mit
Gleichmäßigkeit
dotiert und daher kann eine ungleichmäßige Diffusion von Verunreinigungen
von der Polykristall-Siliciumschicht als untere Schicht vernachlässigbar
klein im Vergleich zu der Dichte der Verunreinigungen in der Wolframsilicidschicht
sein. Als Ergebnis davon werden die Verunreinigungen gleichmäßig diffundiert
in der Wolframsilicidschicht gehalten. Daher werden die charakteristischen
Variationen reduziert und vergleichmäßigt. Zweitens sorgen Verunreinigungen
vom leitenden Typ, die zuvor in die obere Schicht oder die Wolframsilicidschicht dotiert
sind, dafür,
daß die
obere Schicht eine Kristallstruktur aufweist, z. B. amorphe Struktur,
was eine Rediffusion von Verunreinigungen von der unteren Schicht
oder der Polykristall-Siliciumschicht verhindern oder minimieren
kann, so daß die
gleichen Wirkungen wie oben beschrieben erhalten werden.
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Eine
oben beschriebene Vielschichtstruktur ist für eine Gate-Elektrode eines MOSFET beispielsweise
anwendbar.
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Diese
Erfindung kann aufgrund der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen besser verstanden werden, worin:
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1 eine
schematische Ansicht eines Zustandes ist, bei dem eine Vielschichtstruktur
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung für ein
MOSEFT angewandt wird;
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2A ein
Diagramm ist, das den Widerstand einer Gate-Elektrode und die Gleichmäßigkeit im
Hinblick auf 25 Stücke
Wafer jeweils mit einer Struktur gemäß 1 zeigt;
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2B ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand
der Wolframsilicidschicht einer Gate-Elektrode mit der Struktur gemäß 1 und
eine Fließrate
von Verunreinigungen zeigt, die in der oberen Schicht dotiert sind;
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2C ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Kristallinität der oberen
Schicht gemäß 1 und
der Fließrate
von Verunreinigungen zeigt, die in der oberen Schicht dotiert sind;
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3A und 3B Ansichten
für die
Erläuterung
einer konventionellen Gate-Elektrode sind, worin 3A schematisch
die Struktur der Gate-Elektrode und 3B keinen
Oxidfilm, der auf einem Polykristall-Silicium gebildet ist, zeigen;
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4 ein
Diagramm ist, das den Widerstand einer konventionellen Gate-Elektrode
und Variationen davon im Hinblick auf eine Dotiermenge von Phosphor
einer Polykristall-Siliciumschicht zeigt; und
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5A und 5B Diagramme
sind, die den Widerstand einer Wolframsilicidschicht einer Gate-Elektrode
und die Gleichmäßigkeit
davon zeigen, wenn eine untere Schicht mit Verunreinigungen (5A)
dotiert ist und wenn eine untere Schicht nicht mit Verunreinigungen
dotiert ist (5B).
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Nachfolgend
werden ein Ausführungsbeispiel
einer Vielschichtstruktur und ein Herstellungsverfahren davon gemäß dieser
Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf MOSFETs auf der Basis
der beigefügten
Zeichnung erläutert.
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In 1 bedeutet
Bezugszeichen W ein Halbleitersubstrat als zu verarbeitendes Objekt,
z. B. ein Einkristall-Siliciumwafer.
Eine Anzahl von MOSFETs ist auf dem Wafer W durch ein bekanntes
Verfahren gebildet. Jedes FET hat einen Quellenbereich 2 und
einen Drain-Bereich 4, die voneinander beabstandet gebildet
sind, und einen Gate-Oxidfilm 6, der zwischen beiden Regionen
auf dem Wafer gebildet ist und aus einem Isolierfilm aus SiO2 besteht. Eine Gate-Elektrode 8 wird
auf dem Gate-Oxidfilm 6 gebildet. Die Gate-Elektrode 8 hat
eine Vielschichtstruktur, konstruiert durch eine Polykristall-Siliciumschicht 10,
die gleichmäßig und
vollständig
mit ersten Verunreinigungen vom leitenden Typ dotiert ist, z. B.
Phosphor (P) bei diesem Ausführungsbeispiel,
und eine Wolframsilicidschicht 12 (WSix), die vollständig und gleichmäßig mit
zweiten Verunreinigungen des gleichen leitenden Typs wie die ersten
Verunreinigungen dotiert ist und so gebildet ist, daß sie einen
direkten Kontakt mit der Polykristall-Siliciumschicht 10 aufweist.
Die ersten Verunreinigungen können
gleich oder verschieden von den zweiten Verunreinigungen sein. Es
ist festzustellen, daß die
erste Polykristall-Siliciumschicht 10 die gleiche Struktur
wie die Polykristall-Siliciumschicht gemäß 3 hat.
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Nachfolgend
wird ein Verfahren zur Bildung der Vielschichtstruktur unten erläutert.
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Zunächst wird
ein Gate-Oxidfilm 6 mit einer Dicke von beispielsweise
etwa 8 bis 10 nm (80 bis 100 Å)
auf der Oberfläche
eines Siliciumwafers W, mit dem eine vorbestimmte Behandlung durchgeführt ist,
gebildet. Der Gate-Oxidfilm 6 wird durch Oxidationsverarbeitung
gebildet, worin der Wafer W für
etwa 10 bis 30 Minuten in einer nassen Sauerstoffatmosphäre bei einer
Temperatur von etwa 850 bis 950°C erwärmt wird.
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Anschließend wird
eine Polykristall-Siliciumschicht 10 darauf gebildet, die
mit Verunreinigungen vom leitenden Typ wie Phosphor dotiert ist.
Während das
zu verarbeitende Objekt in der gleichen Filmbildungsvorrichtung
gehalten wird, so daß ein
natürlicher
Siliciumoxidfilm nicht auf der Oberfläche der Polykristall-Siliciumschicht
gebildet werden kann, wird eine Wolframsilicidschicht 12,
die gleichmäßig mit Verunreinigungen
des gleichen Typs wie der oben beschriebene leitende Typ wie Phosphor
dotiert ist, direkt auf der Polykristall-Siliciumschicht 10 gebildet. Die
Bildung der Wolframsilicidschicht 12 wird in der gleichen
Kammer durchgeführt,
wie die, in der die Polykristall-Siliciumschicht 10 gebildet
worden ist, oder in einer anderen Kammer in der gleichen Cluster-Werkzeugvorrichtung,
und die Filmbildung wird aufeinanderfolgend in der gleichen oder
in unterschiedlichen Kammern durchgeführt. Die aufeinanderfolgende
Filmbildung bedeutet, daß eine
Wolframsilicidschicht direkt auf einer Polykristall-Siliciumschicht gebildet
wird, so daß kein
Oxidfilm, der durch natürliche
Oxidation gebildet ist, auf der Polykristall-Siliciumschicht gebildet
wird.
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Die
Filmbildung wird unter folgenden Bedingungen durchgeführt. Zunächst wird
eine Polykristall-Siliciumschicht 10 gebildet, so daß sie eine
Dicke von 100 nm (1000 Å)
aufweist, und zwar in einem Stück-für-Stück-Filmbildungsofen
mit PH3-Gas, SiH4-Gas
und einem Ar-Gas, deren Fließraten
55 sccm, 400 sccm, bzw. 540 sccm sind. In diesem Zustand sind die
Verarbeitungstemperatur und der Verarbeitungsdruck etwa 660°C bzw. etwa
1 kPa (7,5 Torr).
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Dann
wird eine Wolframsilicidschicht 12, die mit Phosphor dotiert
ist, ebenfalls bis zu einer Dicke von 100 nm (1000 Å) in dem
Stück-für-Stück-Filmbildungsofen
mit PH3-Gas, SiH2Cl2-Gas,
WF6-Gas und Ar-Gas mit Fließraten von
5 sccm, 150 sccm, 6,0 sccm bzw. 350 sccm gebildet. In diesem Zustand sind
die Verarbeitungstemperatur und der Verarbeitungsdruck etwa 630°C bzw. etwa
95 Pa (700 mTorr).
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Weiterhin
wird mit den Schichten 10 und 12 ein Musterätzvorgang
mit Hilfe einer konventionellen Lithographietechnik und einer konventionellen Ätztechnik
durchgeführt,
und Verunreinigungen werden selektiv in den Siliciumwafer W mit
Hilfe einer Selbstausrichtungstechnik injiziert, zur Bildung von Quell-
und Drainbereichen 2 und 4. Eine Anzahl von oben
beschrieben MOSFETs wird auf einmal auf dem Wafer gebildet.
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Die
Gate-Elektrode 8 ist somit so konstruiert, daß sie eine
Vielschichtstruktur aufweist, die durch die Polykristall-Siliciumschicht 10,
die mit Phosphor dotiert ist und die Wolframsilicidschicht 12,
die ebenfalls mit Phosphor dotiert ist, aufgebaut ist. Bei Durchführung einer
Wärmebehandlung
in einem aufeinanderfolgenden Herstellungsschritt beeinträchtigt die
Ungleichmäßigkeit
eines solchen Phosphors nicht wesentlich den in der Wolframsilicidschicht 12 gleichmäßig diffundierten
Phosphor, selbst wenn Phosphor in der Polykristall-Siliciumschicht 10 als
untere Schicht ungleichmäßig in die
Wolframsilicidschicht 12 als obere Schicht in einem aufeinanderfolgenden
Wärmebehandlungsschritt
diffundiert, weil die Wolframsilicidschicht 12 als obere
Schicht gleichmäßig mit
Phosphor als Verunreinigungen dotiert ist. Spezifisch behält Phosphor
als Verunreinigung in der Wolframsilicidschicht 12 eine
gleichmäßige Verteilung
bei, so daß der
Widerstandswert in der Ebene gleichmäßig ist und daher nicht variiert.
Es wird leicht verstanden, daß diese
Wirkung verstärkt
wird, wenn die Menge an Verunreinigungen, die zuvor gleichmäßig in der
Wolframsilicidschicht dotiert sind, sich erhöht.
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2A ist
ein Diagramm, das den Blattwiderstand einer. Gate-Elektrode und
die Gleichmäßigkeit
davon zeigt, wenn 25 Waferstücke
unter den oben beschriebenen Filmbildungsbedingungen verarbeitet
werden. Zu beachten ist, daß die
Werte dieses Diagramms nach der Filmbildung erhalten sind. 2B zeigt,
daß der
Massenwiderstand der Wolframsilicidschicht sich entsprechend der
Erhöhung der
Fließrate
von PH3 vermindert, d. h. eine Verunreinigungskonzentration
in der Wolframsilicidschicht. 2C zeigt,
daß die
Kristallinität
der Wolframsilicidschicht einen amorphen Zustand erreicht, wenn
sich die Fließrate
von PH3 erhöht. Wenn beispielsweise die
Fließrate
300 sccm ist, zeigt die Kristallinität nahezu einen amorphen Zustand.
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Von 2A wird
festgestellt, daß jeder
Wafer eine ausgezeichnete Widerstandsgleichmäßigkeit von etwa 2% hat und
keine charakteristische Variation aufweist, was zu einem ausgezeichneten
Ergebnis führt.
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Wenn
Phosphor nicht in die obere Wolframsilicidschicht 12 dotiert
ist, ist im Gegensatz dazu die Gleichmäßigkeit des Widerstandes der Gate-Elektrode
etwa 25%, wie in 5A gezeigt ist, und die charakteristische
Variation ist somit groß, was
dazu führt,
daß die
elektrische Eigenschaft stark abgebaut wird.
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Durch
vorhergehendes gleichmäßiges Dotieren
von Verunreinigungen in die obere Wolframsilicidschicht 12 ist
es somit möglich,
schlechte Einflüsse
von Verunreinigungen der unteren Polykristall-Siliciumschicht 10 zu
eliminieren. Die Dichte der Verunreinigungen in jeder Schicht wird
durch SIMS (Secondary Ion Micro Scope) gemessen. Die Phosphordichte
der unteren Polykristall-Siliciumschicht 10 ist in der
Größenordung
von im Wesentlichen 1020 atms/cc, während die
Phosphordichte der oberen Wolframsilicidschicht 12 in der
Größenordnung
von im wesentlichen 1019 atm/cc ist und
somit um eine Größenordnung
kleiner ist als die der unteren Schicht 10. Die Phosphordichte
der Wolframsilicidschicht 12 ist nicht auf die oben beschriebene
Dichte beschränkt,
solange die Phosphordichte Einflüsse
aufgrund der Diffusion von Phosphor in die untere Polykristall-Siliciumschicht 10 auslöschen kann.
Jedoch ist leicht zu verstehen, daß diese Wirkung verstärkt wird,
wenn die Menge an Verunreinigungen, die zuvor gleichmäßig in die
Wolframsilicidschicht 12 dotiert sind, erhöht wird.
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Obwohl
eine weiße
Trübheit
mit bloßem Auge
auf der Oberfläche
des in 5A gezeigten Wafers ersichtlich
ist und die Morphologie somit abgebaut wird, wird keine weiße Trübheit in
diesem Ausführungsbeispiel
bestätigt
und die Morphologie ist somit verbessert.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
erfolgte eine Erläuterung
unter Bezugnahme auf den Fall, bei dem Phosphor als Verunreinigung vom
leitenden Typ dotiert ist. Verunreinigungen sind nicht hierauf beschränkt, sondern
andere Verunreinigungen wie B, As, Sb oder dgl. sind natürlich anwendbar.
Zusätzlich
muß nicht
die gleiche Art an Verunreinigungen für jede Schicht verwendet werden, sondern
Verunreinigungen vom gleichen leitenden Typ können dotiert sein, z. B. As
oder Sb können
als Verunreinigungen im Hinblick auf B dotiert sein. Es ist ersichtlich,
daß die
Vielschichtstruktur nicht nur für eine
Gate-Elektrode wie oben beschrieben anwendbar ist, sondern ebenfalls
für andere
Elektroden, Leitungen oder andere Strukturen, die eine Leitfähigkeit erfordern.