DE69934019T2 - Herstellungsverfahren für ein halbleiterbauelement und gate-stapel - Google Patents
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Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterherstellungsverfahren von Gate-Stapeln.
- TECHNISCHER HINTERGRUND
- Halbleiterherstellungsverfahren benutzen häufig strukturierende Schichten von Materialien, um eine Transistorgate-Struktur herzustellen. Die
1 stellt ein Halbleiter-Waferfragment10 als einleitenden Schritt eines Gatestruktur-Strukturierungsverfahrens aus dem Stand der Technik dar. Das Halbleiter-Waferfragment10 umfasst ein Substrat12 mit einem Stapel14 aus Materialien, die darüber hergestellt sind. Das Substrat12 kann z.B. ein Silizium-Monokristall umfassen, das leicht mit einer P-Typ-Hintergrund-Dotiersubstanz dotiert ist. Um die Interpretierung der folgenden Patentansprüche zu erleichtern, wird der Ausdruck „Halbleitersubstrat" in der Weise definiert, dass es jede Halbleitermaterial-Konstruktion umfasst, wobei dabei Halbleiter-Massengut, wie Halbleiterwafer (entweder alleine oder in Einheiten, die andere Materialien enthalten) und Halbleitermaterialschichten (entweder alleine oder in Einheiten, die andere Materialien enthalten) mit eingeschlossen sind, aber der obige Ausdruck nicht darauf begrenzt ist. Der Ausdruck „ Substrat „ bezieht sich auf jede beliebige Trägerstruktur, wobei dabei die oben beschrieben, Halbleitersubstrate mit eingeschlossen sind, aber der obige Ausdruck nicht darauf begrenzt ist. - Der Stapel
14 umfasst eine Gate-Oxidschicht16 , eine Polysiliziumschicht18 , eine Metallsilizidschicht20 , eine Oxidschicht22 , eine Nitridschicht24 , eine Schicht26 aus Antireflexionsmaterial, und eine Photolackschicht28 . Die Gate-Oxidschicht16 kann z.B. Siliziumdioxid umfassen und bildet eine isolierende Schicht zwischen der Polysiliziumschicht18 und dem Substrat12 . Die Polysiliziumschicht kann z.B. dotiertes Polysilizium umfassen und wird letztlich in einen ersten leitenden Teil eines Transistorgates strukturiert. - Die Siliziumschicht
20 umfasst ein Metallsilizid, wie z.B. Tungstensilizid oder Titansilizid, und wird letztlich einen zweiten leitenden Teil eines Transistorgates umfassen. Vor der Benutzung der Silizidschicht20 als leitenden Teil eines Transistorgates wird das Silizid typischerweise getempert, um die Kristallinität und Leitfähigkeit des Silizidmaterials der Schicht20 zu verbessern. En solches Tempern umfasst z.B. eine Temperatur zwischen ungefähr 800 °C und ungefähr 900 °C während ungefähr 30 Minuten mit einer Stickstoff(N2)-Purge. - Wenn die Silizidschicht
20 gasförmigem Sauerstoff während des Temperns ausgesetzt wird, kann die Silizidschicht oxidieren, was die Leitfähigkeit der Schicht nachteilig beeinflussen kann. Die Oxidschicht22 wird vorteilhafter Weise vor dem Tempern auf der Silizidschicht20 bereitgestellt. Die Oxidschicht22 kann z.B. Siliziumoxid umfassen. Eine andere Funktion der Oxidschicht22 auf der Silizidschicht ist es, als eine isolierende Schicht zu fungieren zur Vermeidung eines elektrischen Kontakts der Silizidschicht20 mit anderen leitenden Schichten, die zuletzt in der Nähe der Silizidschicht20 gebildet worden sind. - Die Nitridschicht
24 kann z.B. Siliziumnitrid umfassen, und wird bereitgestellt, um ferner die leitenden Schichten18 und20 von anderen leitenden Schichten zu isolieren, die letztendlich in der Nähe der Schichten18 und20 gebildet sein können. Die Nitridschicht24 ist eine dicke Schicht, (eine typische Dicke kann in der Größenordnung von einigen Zehner-Nanometern und einigen wenigen hundert Nanometern liegen, einigen hundert oder einigen wenigen tausend Angström liegen) und kann Druck auf die darunter liegenden Schichten ausüben. Es ist entsprechend eine andere Funktion der Oxidschicht22 , den von der Nitridschicht24 auf die darunter liegenden Schichten18 und20 ausgeübten Druck zu verringern. - Die Antireflexions-Materialschicht
26 kann z.B. eine organische Schicht umfassen, die auf der Nitridschicht24 aufgetragen ist. Alternativ kann die Schicht26 eine anorganische abgeschiedene Antireflexions-Auftragsschicht wie z.B. SixNyOz: H, mit x von 0,39 bis 0,65, y von 0,02 bis 0,56 und z von 0,05 bis 0,33 sein. In der Praxis kann die Schicht im wesentlichen anorganisch sein, wobei der Ausdruck „ im wesentlichen anorganisch „ bedeutet, dass die Schicht eine kleine Menge Kohlenstoff enthalten kann (weniger als 1 Gew.%) Wenn z.B. auf alternative Weise organische Vorläufer benutzt werden, so kann die Schicht 1 Gew.% Kohlenstoff enthalten oder mehr. - Die Fotolackschicht
28 kann entweder einen positiven oder einen negativen Fotolack umfassen. Die Fotolackschicht28 wird strukturiert, indem die Schicht Licht durch eine maskierte Lichtquelle ausgesetzt wird. Die Maske enthält durchsichtige und undurchsichtige Elemente, die eine in der Fotolackschicht28 zu erzeugende Struktur definieren. Die dem Licht ausgesetzten Bereiche der Fotolackschicht28 sind entweder löslich oder unlösliche in einem Lösungsmittel gestaltet. Wenn die exponierten Bereiche löslich sind, wird ein positives Bild der Maske auf der Fotolackschicht28 erzeugt und der Fotolack wird als positiver Fotolack bezeichnet. Auf der anderen Seite wird er als negativer Fotolack bezeichnet, wenn nicht bestrahlte Bereiche durch das Lösungsmittel gelöst werden und ein negatives Bild erzeugt wird. - Es kann möglicherweise die Schwierigkeit auftreten, dass, wenn die Fotolackschicht
28 einer Strahlung ausgesetzt wird, Wellen der Strahlung sich durch den Fotolack28 in eine Schicht unterhalb des Fotolacks ausbreiten und dann zurück durch den Fotolack reflektiert ausbreiten, um mit anderen Wellen der Strahlung, die sich durch den Fotolack ausbreiten in Wechselwirkung zu treten. Die reflektierten Wellen können konstruktiv und/oder zerstörerisch mit anderen Wellen in Wechselwirkung treten um periodische Änderungen der Lichtintensität im Fotolack zu erzeugen. Solche Änderungen der Lichtintensität können dazu führen, dass der Fotolack unregelmäßige Energiedosen durch ihre Dicke empfängt. Die unregelmäßigen Dosen können die Genauigkeit und Präzision mindern, mit der eine durch eine Maske erzeugte Struktur auf den Fotolack übertragen wird. Es wird ein Antireflexionsmaterial26 bereitgestellt, um zu verhindern, dass Wellen in die Fotolackschicht zurückreflektiert werden. Die Antireflexionsschicht26 umfasst Materialien, die die Strahlung absorbieren und/oder dämpfen und die deshalb die Reflexion der Strahlung reduzieren oder eliminieren. - Die
2 zeigt das Halbleiter-Waferfragment10 nachdem die Fotolackschicht28 durch die Belichtung und die Einwirkung durch das Lösungsmittel strukturiert worden ist, um Teile der Schicht entfernen zu können. - Unter Bezugnahme auf die
3 wird eine Struktur von der Schicht28 auf die darunter liegenden Schichten16 ,18 ,20 ,22 ,24 und26 übertragen, um einen strukturierten Stapel30 zu bilden. Ein solcher Transfer einer Struktur von der maskierenden Schicht28 kann durch eine geeignete Ätzung, wie z.B. Plasmaätzung unter Benutzung von einem oder mehreren der Elemente Cl, HBr, CF4, CH2F2, HE und NF3 erzeugt werden. - Nach der Strukturierung der Schichten
16 ,18 ,20 ,22 ,24 und26 können die Schichten28 und26 entfernt werden, um einen strukturierten, die Schichten16 ,18 ,20 ,22 und24 umfassenden Gate-Stapel zu erhalten. - Ein bleibendes Ziel in der Halbleiter-Wafer-Herstellungstechnologie ist es die Verarbeitungskomplexizität zu reduzieren. Ein solche Reduktion kann z.B. die Reduzierung der Verarbeitungsschritte oder eine Reduzierung der bei der Bildung einer besonderen Halbleiterstruktur benutzten Schichten umfassen. Es ist dementsprechend erwünscht, alternative Verfahren zur Herstellung von strukturierten Gate-Stapeln zu entwickeln, bei denen weniger Schritte und ! oder Schichten als bei der Ausführungsform aus dem unter Bezugnahme auf die
1 bis3 beschrieben Stand der Technik benutzt werden. - OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter-Verarbeitungsverfahren wie es in Patentanspruch 1 definiert wird. In einem Aspekt wird eine Metallsilizidschicht auf einem Substrat gebildet. Eine Antireflexions-Materialschicht ist eine chemische Gasphase, die in physischem Kontakt mit der Metallsilizidschicht abgeschieden wird. Eine Fotolackschicht wird auf der Antireflexions-Materialschicht aufgetragen und fotolithographisch strukturiert.
- In einem anderen Aspekt des einen Gate-Stapel bildenden Verfahrens, wie es im Patentanspruch 1 definiert ist, wird eine Polysilizidschicht auf einem Substrat hergestellt. Eine Metallsilizidschicht wird auf der Polysiliziumschicht gebildet. Eine Antireflexions-Materialschicht wird auf der Metallsilizidschicht abgeschieden. Eine Siliziumnitridschicht wird auf der Antireflexions-Materialschicht und eine Fotolackschicht auf der Siliziumnitridschicht gebildet. Die Fotolackschicht wird fotolithographisch strukturiert, um eine maskierende Schicht aus der Fotolackschicht zu bilden. Eine Struktur wird von der maskierenden Schicht auf die Siliziumnitridschicht, die Antireflexions-Materialschicht, die Metallsilizidschicht und die Polysiliziumschicht übertragen, um die Siliziumnitridschicht, die Antireflexions-Materialschicht, die Metallsilizidschicht und die Polysiliziumschicht in einem Gate-Stapel zu strukturieren.
- In noch einem anderen Aspekt umfasst ein Gate-Stapel, wie er in dem Patentanspruch 10 definiert ist, eine Polysiliziumschicht auf einem Halbleitersubstrat. Der Gate-Stapel umfasst eine Metallsilizidschicht auf einer Polysiliziumschicht, und eine Schicht umfassend Silizium, Sauerstoff und Stickstoff auf dem Metallsilizid. Außerdem umfasst der Gate-Stapel eine Siliziumnitridschicht auf einer Schicht umfassend SixNyOx: H.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die folgenden im Anhang befindlichen Zeichnungen beschrieben.
-
1 ist eine fragmentarische, schematische Querschnittsansicht eines Halbleiter-Waferfragments in einem Vorverarbeitungsschritt eines Verfahrens aus dem Stand der Technik. -
2 ist eine Ansicht des Waferfragments der1 in einem Verarbeitungsschritt aus dem Stand der Technik, der dem der1 folgt. -
3 ist eine Ansicht des Waferfragments der1 in einem Verarbeitungsschritt aus dem Stand der Technik, der dem der2 folgt. -
4 ist eine fragmentarische, schematische Querschnittsansicht eines Halbleiter-Waferfragments in einem Vorverarbeitungsschritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens. -
5 ist eine Ansicht des Waferfragments in einem Verarbeitungsschritt, der dem der4 folgt. -
6 ist eine Ansicht des Waferfragments in einem Verarbeitungsschritt, der dem der5 folgt. - BESTE AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG UND OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die
4 bis6 beschrieben. Bei der Beschreibung der Ausführungsform der4 bis6 wird eine ähnliche Nummerierung wie bei der oben aus dem Stand der Technik beschriebenen Verarbeitung der1 bis3 benutzt, mit Unterschieden, die durch ein Suffix „a" oder eine andere Nummerierung angegeben werden. - Unter Bezugnahme auf die
4 wird ein Halbleiter-Waferfragment10a in einem Vorverarbeitungsschritt dargestellt. Das Waferfragment10a umfasst, wie das Waferfragment10 der1 bis3 , ein Substrat12 , eine Gate-Oxidschicht16 , eine Polysiliziumschicht18 und eine Silizidschicht20 . Im Gegensatz zur oben unter Bezugnahme auf die1 bis3 beschriebenen Verarbeitung aus dem Stand der Technik ist eine SixNyOz: H umfassende Schicht50 auf dem Silizid20 gebildet und in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist die besagte Schicht in physischem Kontakt mit der Silizidschicht20 ausgebildet. Die Schicht50 ersetzt so die Oxidschicht22 der Ausführungsform aus dem Stand der Technik der1 bis3 . - Die Schicht
50 wird bevorzugt durch chemisches Abscheiden nach einem CVD-Verfahren hergestellt. Die Schicht50 kann z.B. durch ein CVD-Verfahren unter Benutzung von SiH4 und N2O als Vorläufer in einer Reaktionskammer bei einer Temperatur von ungefähr 400 °C hergestellt werden. Ein solches Abscheiden kann entweder mit oder ohne ein in der Reaktionskammer vorliegendes Plasma vorgenommen werden. Beispielhafte Bedingungen für das Abscheiden der Schicht50 umfassen das Einfließen von SiH4 in eine plasmagestützte CVD-Kammer mit einer Menge von ungefähr 40 Standardkubikmetern pro Minute (SCCM) bis ungefähr 300 SCCM (bevorzugt ungefähr 80 SCCM), N2O mit einer Menge von ungefähr 80 SCCM bis ungefähr 600 SCCM (bevorzugt ungefähr 80 SCCM), He mit einer Menge von ungefähr 1300 SCCM bis ungefähr 2500 SCCM (bevorzugt ungefähr 2200 SCCM), mit einem Druck in der Kammer von ungefähr 532 Pa (4 Torr) bis ungefähr 865 Pa (6,5 Torr) und eine Leistung für die Kammer von ungefähr 50 Watt bis ungefähr 200 Watt (bevorzugt 100 Watt). - Die oben beschriebenen beispielhaften Bedingungen können außerdem das Einfließen von Stickstoffgas (N2) in die Reaktionskammer mit einer Menge von mehr als 0 SCCM bis ungefähr 300 SCCM, und bevorzugt mit einer Menge von ungefähr 200 SCCM, und/oder das Einfliessen von NH3 in die Reaktionskammer mit einer Menge von mehr als 0 SCCM bis ungefähr 100 DSCCM umfassen.
- Bei einer beispielhaften Zusammensetzung der SixNyOz: H-Schicht
50 ist x = 0,5, y = 0,37 und z = 0,13. Die relativen Werte x, y und z und der Wasserstoffgehalt können abgestimmt werden, um die Absorbierungskennzeichen des abgeschiedenen Materials zu verändern. Die Schicht50 hat bevorzugt eine Dicke von ungefähr 25 nm (250 Angström) bis ungefähr 65 nm (650 Angström). - Die Schicht
50 wird bevorzugt auf der Silzidschicht20 vor deren Tempern bereitgestellt. Die Schicht50 stellt so die oben beschriebene Funktion der Oxidschicht22 (beschrieben unter Bezugnahme auf die1 bis3 ), die Silizidschicht20 vor der Einwirkung von gasförmigem Sauerstoff während des Tempern der Silizidschicht zu schützen. - Eine Siliziumnitridschicht
24 wird auf der Schicht50 gebildet, und kann in physischem Kontakt mit der Schicht50 sein. Wie es oben in dem Abschnitt über den Hintergrund dieser Offenbarung beschrieben worden ist, kann die Siliziumnitridschicht24 Druck auf die darunter liegenden Schichten ausüben. Die Schicht50 kann die Funktion der Siliziumdioxidschicht22 des Standes der Technik (beschrieben unter Bezugnahme auf die1 bis3 ) erfüllen, die nachteiligen Auswirkungen eines solchen Drucks auf die unterliegenden leitenden Schichten20 und18 zu verringern. Die Siliziumnitridschicht24 kann entweder vor oder nach dem Tempern der Silizidschicht auf der Schicht50 gebildet werden. - Eine Fotolackschicht
28 ist auf der Siliziumnitridschicht24 gebildet. Im Gegensatz zur unter Bezugnahme auf die1 bis3 beschriebenen Ausführungsform aus dem Stand der Technik ist zwischen der Siliziumnitridschicht24 und der Fotolackschicht28 keine Antireflexions-Materialschicht gebildet. Stattdessen wird die Schicht50 bevorzugt dazu benutzt, die Funktion einer Antireflexions-Materialschicht zu übernehmen. Die Nitridschicht24 ist spezifischer Weise transparent für die Strahlung, die zur Strukturierung der Fotolackschicht28 benutzt wird. Entsprechend durchdringt die Strahlung die im Allgemeinen die Fotolackschicht28 durchdringt auch die Siliziumnitridschicht24 und tritt danach in die Schicht50 ein. Bevorzugt ist die Stöchiometrie von Silizium, Sauerstoff und Stickstoff der Schicht50 in geeigneter Weise abgestimmt um die Strahlung, die die Schicht50 erreicht daran zu hindern, in die Fotolackschicht28 zurückreflektiert zu werden. Eine solche Abstimmung der Stöchiometrie kann durch den Fachmann aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren vorgenommen werden. Ein anderer Weg, die Abstimmung der Schichten24 und50 zu beschreiben, ist es, dass die Schichten24 und50 in der Dicke indem die Dicke von einer der oder beiden Schichten24 und50 abgestimmt wird) und in der Stöchiometrie (indem die Stöchiometrie der Schicht50 abgestimmt wird) abgestimmt werden können so dass die Reflexion zurück in die darüber liegende Fotolackschicht minimiert wird. - Unter Bezugnahme auf die
5 , ist die Fotolackschicht28 strukturiert, um eine strukturierte Maske auf einem die Schichten16 ,18 ,20 ,50 und24 umfassenden Stapel60 zu bilden. Unter Bezugnahme auf die6 , wird eine Struktur von der Fotolackschicht28 zum Stapel60 übertragen (5 ) um einen strukturierten, die Schichten16 ,18 ,20 ,50 und24 umfassenden Gate-Stapel70 zu bilden. Ein solcher Transfer einer Struktur von der Schicht28 kann dadurch ausgeführt werden, indem z.B. eine Plasmaätzung unter Benutzung von einem oder mehreren der Elemente bzw. Verbindungen Cl, HBr, CF4, CH2F2, He und NF3 durchgeführt wird. Die Fotolackschicht28 kann dann von dem Gate-Stapel70 entfernt werden. Anschließend werden die Quellen- und Drainbereiche angrenzend an den Gate-Stapel implantiert, und es können über den Seitenwänden des Gate-Stapels Seitenwand-Abstandshalter bereitgestellt werden, um die Konstruktion eines Trasistorgates aus dem Gate-Stapel zu vollenden. - Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Komplexität im Verhältnis zum oben unter Bezugnahme auf die
1 bis3 beschriebenen Gate-Stapel-Erzeugungsverfahren aus dem Stand der Technik reduzieren. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann spezifisch eine einzige Schicht (50 ) benutzen, um die verschiedenen Funktionen um die Silizidschicht während des Temperns zu schützen, wodurch der Druck von einer darauf liegenden Siliziumnitridschicht reduziert wird, und Reduzierung der Lichtreflexionen einer daraufliegenden Schicht während der fotolithographischen Verarbeitung. Das Verfahren der vorliegenden Verfahren kann entsprechend eine ganze Schicht (Antireflexionsschicht26 der1 bis3 ) in Bezug auf das in Bezug auf die1 bis3 beschriebene eliminieren. Eine solche Elimination einer Schicht eliminiert auch mit der Bildung und Entfernung der Schicht verbundene Herstellungsschritte. Die die vorliegende Erfindung betreffenden Verfahren können wirksamere Halbleiterherstellungsverfahren sein als die Verfahren aus dem Stand der Technik.
Claims (13)
- Ein Verarbeitungsverfahren für ein Halbleiterbauelement um ein Gate-Stapel zu bilden, umfassend: Bildung einer Metallsilizidschicht auf einem Substrat; Aufbringen einer SixNyOz: H umfassenden Schicht, mit x von 0,39 bis 0,65, y von 0,02 bis 0,56 und z von 0,05 bis 0,33, auf der Metallsilizidschicht; und während sich die SixNyOz: H umfassende Schicht auf der Metallschicht befindet, Tempern der Metallsilizidschicht, Bildung einer Siliziumnitridschicht auf der SixNyOz: H umfassenden Schicht, und Nach der Bildung der Siliziumnitridschicht Strukturieren des Gate-Stapels, der die SixNyOz: H umfassende Schicht und die Siliziumnitridschicht umfasst.
- Das Verfahren nach Patentanspruch 1, worin die Bildung der Siliziumnitridschicht vor dem Tempern ausgeführt wird.
- Das Verfahren nach Patentanspruch 1, worin das Aufbringen Ablagerung von chemischem Abscheiden umfasst.
- Das Verfahren nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 3, umfassend ausserdem: die Bildung einer Fotolackschicht auf der SixNyOz: H umfassenden Schicht und fotolithographisches Strukturieren der Fotolackschicht.
- Das Verfahren nach Patentanspruch 4, worin die Fotolackschicht auf der Siliziumnitridschicht gebildet ist.
- Das Verfahren nach Patentanspruch 4 oder 5, worin das fotolithographische Strukturieren der Fotolackschicht eine strukturierte Maskierungsschicht in der Fotolackschicht bildet; und ausserdem umfassend: die Übertragung der Struktur von der strukturierten Maskierungsschicht auf die Siliziumnitridschcht, die SixNyOz: H umfassende Schicht, die Metallsilizidschicht und eine Polysiliziumschicht, um die Siliziumnitridschicht, die SixNyOz: H umfassende Schicht, die Metallsilizidschicht und die Polysiliziumschicht in dem Gate-Stapel zu strukturieren.
- Das Verfahren nach Patentanspruch 6, worin die SixNyOz: H umfassende Schicht die Metallsilizidschicht physisch kontaktiert.
- Das Verfahren nach Patentanspruch 6, worin die Siliziumnitridschicht die SixNyOz: H umfassende Schicht physisch kontaktiert.
- Das Verfahren nach Patentanspruch 6, worin die Siliziumnitridschicht die SixNyOz: H umfassende Schicht physisch kontaktiert und die SixNyOz: H umfassende Schicht die Metallsilizidschicht physisch kontaktiert.
- Ein strukturiertes, gemäss dem Verfahren nach Anspruch 1 gebildetes Gate-Stapel, umfassend eine Polysiliziumschicht auf einem Halbleitersubstrat; eine Metallsilizidschicht auf der Polysiliziumschicht; eine SixNyOz: H umfassende Schicht auf der Metallsilizidschicht, mit x von 0,39 bis 0,65, y von 0,02 bis 0,56 und z von 0,05 bis 0,33, und eine Siliziumnitridschicht auf der SixNyOz: H umfassenden Schicht.
- Der Gate-Stapel nach Patentanspruch 10, worin die SixNyOz: H umfassende Schicht die Metallsilizidschicht physisch kontaktiert.
- Der Gate-Stapel nach Patentanspruch 10 oder 11, worin die Siliziumnitridschicht die SixNyOz: H umfassende Schicht physisch kontaktiert.
- Der Gate-Stapel nach irgendeinem der Patentansprüche 10 bis 12, worin die Metallsilizidschicht eine Tungsten- und Titaniumsilizidschicht ist.
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