RU2152108C1 - Method for manufacturing of semiconductor instrument - Google Patents
Method for manufacturing of semiconductor instrument Download PDFInfo
- Publication number
- RU2152108C1 RU2152108C1 RU98115928/28A RU98115928A RU2152108C1 RU 2152108 C1 RU2152108 C1 RU 2152108C1 RU 98115928/28 A RU98115928/28 A RU 98115928/28A RU 98115928 A RU98115928 A RU 98115928A RU 2152108 C1 RU2152108 C1 RU 2152108C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- carried out
- film
- group
- heat treatment
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, более конкретно - к технологии производства интегральных схем (ИС) на кремнии, и может быть использовано для изготовления выпрямляющих и омических контактов к мелкозалегающим p-n переходам и межсоединений. The invention relates to electronic equipment, more specifically to a technology for the production of integrated circuits (ICs) on silicon, and can be used for the manufacture of rectifying and ohmic contacts to shallow p-n junctions and interconnects.
Известны способы изготовления контактных систем, содержащих внутренний (контактный к кремнию) слой силицида переходного металла (Ti, Pt, Co) и внешний диффузионно-барьерный слой соединения переходного металла (например, TiN) [1]. Основным недостатком указанных способов является то, что при создании контактов проводят многостадийный, поэтапный процесс формирования вначале контактного слоя силицида путем нанесения и последующего отжига пленки металла, затем процесс нанесения пленки нитрида тугоплавкого металла с целью формирования диффузионного барьера. Этот недостаток становится особенно значимым при уменьшении размеров элементов до субмикронных, когда проведение большого числа литографических процессов накапливают ошибку совмещения, что может привести к закорачиванию соседних активных областей. Known methods for the manufacture of contact systems containing an internal (contact with silicon) layer of a transition metal silicide (Ti, Pt, Co) and an external diffusion-barrier layer of a transition metal compound (eg, TiN) [1]. The main disadvantage of these methods is that when creating contacts, a multi-stage, step-by-step process of forming a silicide contact layer is first formed by applying and then annealing a metal film, then the process of applying a refractory metal nitride film to form a diffusion barrier. This drawback becomes especially significant when the size of the elements is reduced to submicron, when a large number of lithographic processes accumulate a combination error, which can lead to the shortening of neighboring active regions.
Известны способы самосовмещенного формирования контактного силицидного слоя, которые лишь частично решают эту проблему. Суть этих способов заключается в том, что сначала проводят нанесение и последующий отжиг пленки переходного металла. Благодаря селективному взаимодействию пленки металла с кремнием и образованию силицида только в области контактного окна далее проводят селективное удаление (жидко-химическим или "сухим" методами) непрореагировавшей пленки металла, в результате чего остается только слой силицида на дне контактного окна [2, 3]. Known methods for self-forming contact silicide layer, which only partially solve this problem. The essence of these methods is that they first apply and then anneal the transition metal film. Due to the selective interaction of the metal film with silicon and the formation of silicide only in the area of the contact window, selective unreacted metal films are then removed (by liquid-chemical or "dry" methods), leaving only a layer of silicide at the bottom of the contact window [2, 3].
Наиболее близким по технической сущности является способ [4], который реализуется следующим образом. Путем реактивного ионно-плазменного нанесения на кремниевой подложке формируют слой сплава металла VIII группы (кобальта), тугоплавкого металла (титана) и азота. Далее формируют топологичесий рисунок контактной системы. С помощью термообработки в контактном окне одновременно формируют диффузионно-барьерный (TiN) и контактный к кремнию силицидный (CoSi2) слои. После этого формируют токоведущую разводку. Недостатком способа [4] является тот факт, что для создания топологического рисунка требуется литографический процесс. Необходимость проведения литографии усложняет технологию и снижает коэффициент выхода годных изделий особенно при переходе к субмикронным размерам элементов сверхбольших интегральных схем (СБИС), когда даже небольшая ошибка совмещения на операции литографии оказывается существенной.The closest in technical essence is the method [4], which is implemented as follows. By reactive ion-plasma deposition, a layer of an alloy of a Group VIII metal (cobalt), a refractory metal (titanium), and nitrogen is formed on a silicon substrate. Then form a topological drawing of the contact system. By heat treatment, a diffusion-barrier (TiN) and silicon-silicide (CoSi 2 ) layers contacting silicon are simultaneously formed in the contact window. After that form a current-carrying wiring. The disadvantage of this method [4] is the fact that a lithographic process is required to create a topological drawing. The need for lithography complicates the technology and reduces the yield of products, especially when switching to submicron sizes of elements of ultra-large integrated circuits (VLSI), when even a small combination error in lithography operations is significant.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение стадий способа [4], где первая стадия - нанесение пленки сплава Ti-Co-N на подложку кремния 1 со вскрытыми в маскирующем диэлектрике 2 контактными окнами к активным областям 3 и формирование топологического рисунка контактной системы 4 (фиг. 1а), вторая стадия - формирование посредством термообработки контактного слоя 5 силицида CoSi2 и диффузионно-барьерного слоя 6 TiN (фиг. 1б), третья стадия - формирование токоведущей разводки 7.In FIG. 1 is a schematic illustration of the stages of the method [4], where the first stage is the deposition of a Ti-Co-N alloy film on a
Способ по патенту РФ N 2034364 является наиболее близким к заявляемому изобретению и выбирается в качестве прототипа. The method according to RF patent N 2034364 is the closest to the claimed invention and is selected as a prototype.
Технический результат, полученный в изобретении, - упрощение технологии, расширение технологических возможностей реализации, повышение выхода годных изделий. The technical result obtained in the invention is the simplification of technology, the expansion of technological capabilities of implementation, increasing the yield of suitable products.
Результат достигается тем, что в способе изготовления полупроводникового прибора, включающем формирование на кремниевой подложке активных областей, маскирование, вскрытие контактных окон к активным областям, химическую обработку, нанесение пленки сплава, один из компонентов которого является металлом VIII группы Периодической системы элементов (ПСЭ), второй компонент - металл IV-VI группы и третий - или бор, или углерод, или азот, одновременное формирование в области контактного окна контактного силицидного слоя и диффузионно-барьерного слоя с помощью термообработки и травления, формирование токоведущей разводки, после нанесения пленки сплава проводят термообработку и селективное травление материала пленки, расположенного на маскирующем диэлектрике, минимально затрагивая материал пленки в области контактного окна. The result is achieved in that in a method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming active regions on a silicon substrate, masking, opening contact windows to active regions, chemical treatment, applying an alloy film, one of the components of which is a metal of group VIII of the Periodic Table of the Elements (PES), the second component is Group IV-VI metal and the third is either boron, or carbon, or nitrogen, the simultaneous formation of a contact silicide layer and a diffusion-barrier layer in the contact window region I via heat treatment and etching, forming a conductive wiring film after applying a heat treatment of the alloy and the selective etching film material disposed on the dielectric masking minimally affecting the film material in the contact window.
Это позволяет упростить технологию, расширить технологические возможности реализации, повысить выход годных изделий за счет того, что литографический процесс для создания топологического рисунка контактной системы не нужен, поскольку, если термообработку пленки сплава, располагающейся на кремнии и на маскирующем диэлектрике, проводить после нанесения, процесс возникновения двухслойной структуры протекает только там, где пленка контактирует с кремнием, и не происходит там, где пленка расположена на диэлектрике, что создает фазовый контраст и дает возможность селективно удалить пленку с диэлектрика, не затронув пленку в области контактного окна. В результате самосовмещенно формируется не только контактный переходный слой силицида, но и диффузионно-барьерный слой поверх него без использования фотолитографии. This allows us to simplify the technology, expand the technological capabilities of implementation, increase the yield of suitable products due to the fact that the lithographic process to create a topological design of the contact system is not needed, because if the heat treatment of the alloy film located on silicon and on the masking dielectric is carried out after deposition, the process the appearance of a two-layer structure occurs only where the film is in contact with silicon, and does not occur where the film is located on the dielectric, which creates a phase Trust and is able to selectively remove the dielectric film without affecting the film in the contact window. As a result, not only a contact transition layer of silicide is self-formed, but also a diffusion-barrier layer on top of it without the use of photolithography.
Целесообразно нанесение производить в устройствах с дополнительной ионизацией пленкообразующих компонентов и с подачей высокочастотного смещения на подложку, поскольку в этом случае достигается равномерное заполнение дна контактного окна материалом сплава, что особенно важно при субмикроннных размерах, когда толщина маскирующего диэлектрика, в котором вскрыто контактное окно, больше, чем размер самого окна. It is advisable to apply in devices with additional ionization of the film-forming components and applying a high-frequency bias to the substrate, since in this case uniform filling of the bottom of the contact window with alloy material is achieved, which is especially important for submicron sizes, when the thickness of the masking dielectric in which the contact window is opened is greater than the size of the window itself.
Предпочтительно нанесение пленки сплава проводить при температуре подложки в диапазоне 20 - 500oC. Как показали эксперименты, процесс нанесения пленки сплава вполне можно проводить на подложку, температура которой - комнатная (~20°C). Однако нагрев подложки позволяет инициировать более полное связывание металла IV-VI группы с неметаллом в соединение, чтобы, как уже отмечалось, предотвратить образование интерметаллических соединений металла VIII группы с металлом IV-VI группы, которые блокируют процесс формирования двухслойной структуры. В случае нагрева подложки в процессе нанесения необходимость двухстайдиного отжига отпадает.It is preferable to apply the alloy film at a substrate temperature in the range of 20 - 500 o C. As shown by experiments, the process of applying the alloy film can be completely carried out on a substrate whose temperature is room temperature (~ 20 ° C). However, heating the substrate allows one to initiate a more complete binding of the Group IV-VI metal with non-metal to the compound in order, as already noted, to prevent the formation of intermetallic compounds of Group VIII metal with Group IV-VI metal, which block the formation of a two-layer structure. In the case of heating the substrate during application, the need for two-stage annealing disappears.
При нанесении пленки сплава методом физического осаждения из газовой фазы целесообразно проводить предварительную плазменную зачистку Si в контактном окне в режиме удаления SiO2 с селективностью по отношению к Si ≥ 50, что обусловлено невозможностью полного удаления естественного оксида с поверхности контактного окна с помощью традиционной жидкостной обработки в буферном растворе HF и большой скоростью повторного окисления поверхности кремния после удаления естественного оксида, а удаление естественного оксида in situ позволяет получить наиболее чистую поверхность кремния в контактном окне. Величина селективности обусловлена нежелательностью локального подтрава кремния в контактном окне, проявляющегося впоследствии в неоднородном взаимодействии металла VIII группы с кремнием и формировании огрубленной межфазной границы силицид/кремний, которая ответственна за электрофизические параметры прибора.When applying an alloy film by physical vapor deposition, it is advisable to conduct preliminary plasma cleaning of Si in the contact window in the SiO 2 removal mode with selectivity with respect to Si ≥ 50, which is caused by the impossibility of completely removing natural oxide from the surface of the contact window using conventional liquid treatment in buffer solution of HF and a high rate of re-oxidation of the silicon surface after removal of natural oxide, and the removal of natural oxide in situ allows to obtain The cleanest silicon surface in the contact window. The magnitude of the selectivity is due to the undesirability of a local silicon substrate in the contact window, which subsequently manifests itself in the inhomogeneous interaction of the Group VIII metal with silicon and the formation of a coarsened silicide / silicon interface, which is responsible for the electrophysical parameters of the device.
Можно нанесение пленки сплава осуществлять в плазме инертного газа (аргона, криптона) путем распыления мишени, содержащей металл VIII группы, металл IV-VI группы и элемент из группы бор, углерод, азот, поскольку в этом случае достигается очень высокая воспроизводимость состава пленки сплава. Процесс же нанесения в реактивной плазменной среде, содержащей элемент из указанных неметаллов, является нелинейным, что проявляется в возможном сильном изменении состава пленки при небольшом изменении концентрации неметалла в плазме, поэтому данный процесс требует особых средств контроля плазменной среды. It is possible to apply an alloy film in an inert gas (argon, krypton) plasma by sputtering a target containing a Group VIII metal, Group IV-VI metal and an element from the boron group, carbon, nitrogen, since in this case a very high reproducibility of the composition of the alloy film is achieved. The process of deposition in a reactive plasma medium containing an element of these non-metals is non-linear, which is manifested in a possible strong change in the composition of the film with a small change in the concentration of non-metal in the plasma, therefore this process requires special means of monitoring the plasma medium.
Также можно нанесение пленка сплава осуществлять из мишени, содержащей металл VIII группы и металл IV-VI группы, с использованием плазмообразующей среды, содержащей пленкообразующие компоненты из группы бор, углерод, азот, так как изготовление мишеней, содержащих все компоненты сплава, является весьма трудной и дорогостоящей задачей. It is also possible to apply the alloy film from a target containing a Group VIII metal and a Group IV-VI metal using a plasma-forming medium containing film-forming components from the boron, carbon, nitrogen groups, since the manufacture of targets containing all alloy components is very difficult and costly task.
Желательно соотношение компонентов сплава варьировать в пределах y = (0,1 - 1)x, z = (0,4 - 1,5)x, где x - количество металла IV-VI группы, y - количество металла VIII группы, z - количество или бора, или углерода, или азота. Количество металла VIII группы по отношению к количеству металла IV-VI группы выбирается из необходимости получения слоя силицида металла VIII группы заданной протяженности. Нижняя граница обусловлена тем, что при более низких соотношениях процесс твердофазного синтеза двухслойной структуры не происходит, а верхняя - тем, что при более высоких концентрациях толщина кремния, потребляемая при взаимодействии с металлом VIII группы на образование силицида, становится сравнима с глубиной залегания p-n перехода и возникает опасность его закорачивания. Пределы соотношения неметалла и металла IV-VI группы определяются, с одной стороны, необходимостью выполнения условия реализации процесса твердофазного синтеза двухслойной структуры - наличие твердого раствора на основе металла VIII группы в исходной пленке сплава [5], что достигается связыванием металла IV-VI группы с неметаллом в химическое соединение, с другой стороны, необходимостью получения наиболее эффективного диффузионного барьера на основе соединения металла IV-VI группы с неметаллом. It is desirable to vary the ratio of alloy components within y = (0.1 - 1) x, z = (0.4 - 1.5) x, where x is the amount of metal of group IV-VI, y is the amount of metal of group VIII, z is the amount of either boron or carbon or nitrogen. The amount of metal of group VIII in relation to the amount of metal of group IV-VI is selected from the need to obtain a layer of metal silicide of group VIII of a given length. The lower boundary is due to the fact that, at lower ratios, the process of solid-phase synthesis of a two-layer structure does not occur, and the upper boundary is due to the fact that, at higher concentrations, the silicon thickness consumed by the formation of silicide when interacting with a group VIII metal becomes comparable with the depth of the pn junction and there is a danger of shorting it. The limits of the ratio of non-metal and metal of group IV-VI are determined, on the one hand, by the need to fulfill the conditions for implementing the solid-phase synthesis of a two-layer structure — the presence of a solid solution based on a metal of group VIII in the initial alloy film [5], which is achieved by bonding the metal of group IV-VI non-metal into a chemical compound, on the other hand, the need to obtain the most effective diffusion barrier based on the connection of a metal of group IV-VI with non-metal.
Целесообразно, чтобы пленка сплава помимо указанных компонентов содержала кислород в количестве w = (0,01 - 0,1), x, где x - количество металла IV-VI группы, w - количество кислорода, поскольку известно, что небольшое содержание кислорода в соединении металла IV-VI группы или с бором, или с углеродом, или с азотом улучшает диффузионно-барьерные свойства соединения, однако количество кислорода большее, чем указанный верхний предел сказывается на электропроводности данного соединения, существенно снижая ее. It is advisable that the alloy film in addition to these components contain oxygen in the amount of w = (0.01 - 0.1), x, where x is the amount of metal of group IV-VI, w is the amount of oxygen, since it is known that a small oxygen content in the compound Group IV-VI metal with either boron, or with carbon, or with nitrogen improves the diffusion-barrier properties of the compound, however, an amount of oxygen greater than the specified upper limit affects the electrical conductivity of this compound, significantly reducing it.
Целесообразно термообработку проводить в вакууме при температуре 500-1000oC в течение 1-30 мин. Выбор указанного температурного диапазона обусловлен тем, что температуры взаимодействия между металлом VIII группы ПСЭ в составе сплава и кремнием различны для различных металлов VIII группы и при различных концентрациях компонентов сплава. Так, например, температура образования Pd2Si в зависимости от состава сплава Pd-W варьируется в диапазоне 200-700oC [5] . А оптимальная температура образования CoSi2 из пленки Ti51Co19N30 - это 850oC [6]. Проведение термообработки в вакууме связано с необходимостью контроля концентрации кислорода в пленке, поскольку металлы IV-VI групп активно взаимодействуют с кислородом, образуя оксиды, концентрация которых должна ограничиваться, так как они увеличивают сопротивление токоведущих слоев.It is advisable to heat treatment in vacuum at a temperature of 500-1000 o C for 1-30 minutes The choice of the indicated temperature range is due to the fact that the interaction temperatures between the Group VIII metal of the PSE in the alloy and silicon are different for different Group VIII metals and at different concentrations of the alloy components. So, for example, the temperature of formation of Pd 2 Si depending on the composition of the Pd-W alloy varies in the range of 200-700 o C [5]. And the optimum temperature for the formation of CoSi 2 from the Ti 51 Co 19 N 30 film is 850 o C [6]. Carrying out heat treatment in vacuum is associated with the need to control the concentration of oxygen in the film, since metals of groups IV-VI actively interact with oxygen, forming oxides, the concentration of which should be limited, since they increase the resistance of current-carrying layers.
Предпочтительно термообработку проводить в едином вакуумном цикле с процессом нанесения, что исключает загрязнение поверхности пленки примесными частицами, содержащимися в окружающей атмосфере, и исключает наличие межоперационного времени между нанесением и термообработкой. Preferably, the heat treatment is carried out in a single vacuum cycle with the application process, which eliminates the contamination of the film surface with impurity particles contained in the surrounding atmosphere, and eliminates the presence of interoperational time between application and heat treatment.
Можно термообработку проводить методом быстрого термического отжига при T = 600 - 1200oC в течение 1 - 60 с. Метод быстрого термического отжига в настоящее время нашел широкое применение в технологии СБИС, поскольку кратковременность теплового воздействия, во-первых, обеспечивает получение слоя силицида с малой глубиной проникновения в кремниевую подложку, что исключает закорачивание мелкозалегающего p-n перехода, во-вторых, исключает размытие профиля легирующей примеси активных областей приборов. Скорость протекания процесса твердофазного синтеза двухслойной структуры из пленки сплава определяется процессом диффузии атомов металла VIII группы к межфазной границе с кремнием, где происходит реакция силицидообразования. Поэтому температурный диапазон отжига сдвигается в сторону увеличения, чтобы снять диффузионное ограничение (увеличить скорость) процесса формирования двухслойной структуры.Heat treatment can be carried out by the method of rapid thermal annealing at T = 600 - 1200 o C for 1 - 60 s. The method of fast thermal annealing has now found wide application in VLSI technology, since the short duration of thermal exposure, firstly, provides a silicide layer with a small penetration depth into the silicon substrate, which eliminates short-circuiting of a shallow pn junction, and secondly, eliminates the blurring of the dopant profile impurities of active areas of devices. The rate of the process of solid-phase synthesis of a two-layer structure from an alloy film is determined by the diffusion of group VIII metal atoms to the interface with silicon, where the silicide formation reaction takes place. Therefore, the temperature range of annealing is shifted upward to remove the diffusion limitation (increase the speed) of the process of formation of the two-layer structure.
Также можно термообработку осуществлять при атмосферном давлении в атмосфере либо азота, либо инертного газа, либо водорода, либо аммиака, так как длительность в целом операции отжига сократится, поскольку процесс откачки, если термообработка проводится в вакууме, занимает значительное время. It is also possible to carry out heat treatment at atmospheric pressure in an atmosphere of either nitrogen, or an inert gas, or hydrogen, or ammonia, since the duration of the overall annealing operation will be reduced, since the pumping process, if the heat treatment is carried out in vacuum, takes a considerable time.
Желательно термообработку осуществлять в две стадии: 1 стадия - низкотемпературная при 250 - 500oC, 2 стадия - высокотемпературная при 500 - 1200oC. Роль низкотемпературной стадии заключается в необходимости наиболее полного связывания металла IV-VI группы с неметаллом в соединение, чтобы предотвратить образование интерметаллических соединений металла VIII группы с металлом IV-VI группы, которые блокируют процесс формирования двухслойной структуры [7].It is desirable to carry out the heat treatment in two stages: stage 1 - low temperature at 250 - 500 o C, stage 2 - high temperature at 500 - 1200 o C. The role of the low temperature stage is the need for the most complete binding of the group IV-VI metal to non-metal in the compound to prevent the formation of intermetallic compounds of a metal of group VIII with a metal of group IV-VI, which block the formation of a two-layer structure [7].
Можно селективное травление осуществлять в жидкостном травителе, который содержит компонент (или комплекс компонентов), травящий металл VIII группы ПСЭ, что обусловлено обеднением верхней части материала пленки в области контактного окна металлом VIII группы, в то время как он остается в материале пленки, расположенной на маскирующем диэлектрике. It is possible to carry out selective etching in a liquid etchant that contains a component (or complex of components), an etching metal of group VIII of the PSE, which is caused by depletion of the upper part of the film material in the contact window region by metal of group VIII, while it remains in the material of the film located on masking dielectric.
Целесообразно использовать селективный травитель, который содержит:
- HCl - 1 - 3 объемные части,
- H2O2 - 10 - 15 объемных частей,
- H2O - 5 объемные частей,
что обусловлено достижением при указанных соотношениях наибольшей селективности травления материала пленки на маскирующем диэлектрике (10 - 20) по отношению к материалу пленки в области контактного окна.It is advisable to use a selective etchant, which contains:
- HCl - 1 to 3 volume parts,
- H 2 O 2 - 10 - 15 volume parts,
- H 2 O - 5 volume parts,
which is due to the achievement of the highest selectivity of etching the film material on a masking dielectric (10 - 20) with respect to the ratios with respect to the film material in the contact window region.
Предпочтительно селективное травление проводить при температуре травителя 50 - 100oC, что обусловлено достижением в данном температурном диапазоне также наибольшей селективности травления материала пленки на маскирующем диэлектрике (10 - 20) по отношению к материалу пленки в области контактного окна.It is preferable to carry out selective etching at an etchant temperature of 50-100 ° C, which is due to the achievement in this temperature range of the highest selectivity of etching of the film material on the masking dielectric (10-20) with respect to the film material in the contact window region.
Также можно селективное травление проводить плазмохимическим методом с использованием плазменной среды, которая содержит компонент (или комплекс компонентов), травящий металл VIII группы ПСЭ, по причине, указанной выше. It is also possible to carry out selective etching by the plasma-chemical method using a plasma medium that contains a component (or a complex of components), etching metal of group VIII of the PSE, for the reason indicated above.
Отличительными от прототипа признаками настоящего изобретения являются следующие признаки:
- после нанесения пленки сплава проводят термообработку и селективное травление материала пленки, расположенного на маскирующем диэлектрике, сохраняя материал пленки в области контактного окна;
- нанесение производят в устройствах с дополнительной ионизацией пленкообразующих компонентов и подачей высокочастотного смещения на подложку;
- в одном из вариантов нанесение пленки сплава проводят при температуре подложки в диапазоне 20 - 500oC;
- в другом нанесение пленки сплава производят с предварительной плазменной зачисткой Si в контактном окне в режиме удаления SiO2 с селективностью по отношению к Si ≥ 50;
- в качестве материала мишеней используют сплав, содержащий металл VIII группы, металл IV-VI группы и элемент из группы бор, углерод, азот, кислород;
- в качестве материала мишеней используют сплав, содержащий металл VIII группы и металл IV-VI группы, а в состав плазмообразущей среды входит элемент из группы бор, углерод, азот, кислород;
- соотношение компонентов сплава варьируют в пределах
y = (0,1 - 1)x
z = (0,4 - 1,5)x,
где x - количество металла IV-VI группы, y - количество металла VIII группы, z - количество бора, углерода, азота или кислорода;
- в одном из вариантов пленка сплава помимо указанных компонентов содержит кислород в количестве
w = (0,01 - 0,1)x
где x - количество металла IV-VI группы, w - количество кислорода.Distinctive features of the prototype of the features of the present invention are the following features:
- after applying the alloy film, heat treatment and selective etching of the film material located on the masking dielectric are carried out, keeping the film material in the area of the contact window;
- application is carried out in devices with additional ionization of the film-forming components and applying a high-frequency bias to the substrate;
- in one embodiment, the deposition of the alloy film is carried out at a substrate temperature in the range of 20 - 500 o C;
- in another, the deposition of the alloy film is performed with preliminary plasma stripping of Si in the contact window in the SiO 2 removal mode with selectivity with respect to Si ≥ 50;
- as the target material, an alloy is used containing a metal of group VIII, a metal of group IV-VI and an element from the group of boron, carbon, nitrogen, oxygen;
- an alloy containing a metal of group VIII and a metal of group IV-VI is used as target material, and the plasma-forming medium contains an element from the group of boron, carbon, nitrogen, oxygen;
- the ratio of the components of the alloy vary within
y = (0,1 - 1) x
z = (0.4 - 1.5) x,
where x is the amount of metal of group IV-VI, y is the amount of metal of group VIII, z is the amount of boron, carbon, nitrogen or oxygen;
- in one embodiment, the alloy film in addition to these components contains oxygen in an amount
w = (0.01 - 0.1) x
where x is the amount of metal of group IV-VI, w is the amount of oxygen.
- в одном из вариантов термообработку проводят в вакууме при температуре 500 - 1000oC в течение 1 - 30 мин;
- в другом варианте термообработку проводят в едином вакуумном цикле с процессом нанесения;
- в следующем варианте термообработку проводят методом быстрого термического отжига при T = 500 - 1200oC в течение 1 - 60 с;
- в другом варианте термообработку осуществляют при атмосферном давлении в атмосфере либо азота, либо инертного газа, либо водорода, либо аммиака;
- в еще одном варианте термообработку осуществляют в две стадии; 1 стадия - низкотемпературная при 250 - 500oC, 2 стадия - высокотемпературная при 500 - 1200oC;
- селективное травление осуществляют в жидкостном травителе, который содержит компонент (или комплекс компонентов), травящий металл VIII группы ПСЭ;
- в качестве селективного травителя используют раствор, содержащий:
HCl - 1 - 3 объемных части,
H2O2 - 10 - 15 объемных частей,
H2O - 5 объемных частей
- в одном из вариантов селективное травление проводят при температуре травителя 50 - 100oC;
- в другом варианте селективное травление проводят плазмохимическим методом с использованием плазменной среды, которая содержит компонент (или комплекс компонентов), травящий металл VIII группы ПСЭ;
Согласно изобретению заявляемый способ изготовления полупроводникового прибора реализуется следующим образом;
1) нанесение на кремниевую подложку, маскированную диэлектриком со вскрытыми в нем окнами к активным областям, пленки трехкомпонентного сплава, первый компонент которого - металл VIII группы Периодической системы (Co, Ni, Pt и др.), второй - металл IV-VI группы (Ti, Ta, W и др.), а третий - бор, углерод, азот или кислород;
2) термообработка подложки с нанесенной пленкой сплава при температуре 500-1200oC в вакууме или в атмосфере азота, аммиака или нейтрального газа;
3) селективное травление пленки сплава жидкостным или "сухим" методами;
4) последующее формирование токопроводящих слоев.- in one embodiment, the heat treatment is carried out in vacuum at a temperature of 500 - 1000 o C for 1 to 30 minutes;
- in another embodiment, the heat treatment is carried out in a single vacuum cycle with the application process;
- in the next embodiment, the heat treatment is carried out by the method of rapid thermal annealing at T = 500 - 1200 o C for 1 - 60 s;
- in another embodiment, the heat treatment is carried out at atmospheric pressure in an atmosphere of either nitrogen or an inert gas, or hydrogen, or ammonia;
- in yet another embodiment, the heat treatment is carried out in two stages; Stage 1 - low temperature at 250 - 500 o C, stage 2 - high temperature at 500 - 1200 o C;
- selective etching is carried out in a liquid etchant, which contains a component (or complex of components), an etching metal of group VIII of the PSE;
- as a selective etch using a solution containing:
HCl - 1 to 3 volume parts,
H 2 O 2 - 10 - 15 volume parts,
H 2 O - 5 volume parts
- in one embodiment, selective etching is carried out at an etchant temperature of 50 - 100 o C;
- in another embodiment, selective etching is carried out by the plasma-chemical method using a plasma medium that contains a component (or complex of components), etching metal of group VIII of the PSE;
According to the invention, the inventive method for manufacturing a semiconductor device is implemented as follows;
1) deposition on a silicon substrate masked by a dielectric with windows open to the active regions in it, a film of a three-component alloy, the first component of which is a metal of group VIII of the Periodic system (Co, Ni, Pt, etc.), the second is a metal of group IV-VI of a group ( Ti, Ta, W, etc.), and the third - boron, carbon, nitrogen or oxygen;
2) heat treatment of the substrate with the deposited alloy film at a temperature of 500-1200 o C in vacuum or in an atmosphere of nitrogen, ammonia or neutral gas;
3) selective etching of the alloy film by liquid or "dry"methods;
4) the subsequent formation of conductive layers.
В предлагаемом способе имеет место упрощение технологии, расширение технологических возможностей, повышение выхода годных изделий за счет того, что нанесение пленки сплава, термообработка и селективное травление материала пленки на маскирующем диэлектрике позволяет одновременно и самосовмещенно сформировать контактную систему, включающую контактный силицидный слой и диффузионно-барьерный слой, что исключает ошибку совмещения, возникающую на операции литографии. In the proposed method, there is a simplification of technology, expansion of technological capabilities, increased yield of products due to the fact that the deposition of an alloy film, heat treatment and selective etching of the film material on a masking dielectric makes it possible to simultaneously and independently form a contact system including a contact silicide layer and a diffusion-barrier layer, which eliminates the alignment error that occurs during lithography operations.
На фиг. 2 представлена схема способа по пп. 1-16, где
а) - структура после нанесения пленки сплава;
б) - структура после термообработки;
в) - структура после селективного травления.In FIG. 2 presents a diagram of the method according to PP. 1-16, where
a) - structure after applying the alloy film;
b) - structure after heat treatment;
c) - structure after selective etching.
Заявляемый способ включает в себя стадии формирования:
1) нанесение (методом физического осаждения из газовой фазы) на поверхность кремниевой подложки 1, маскированную диэлектриком 2 со вскрытыми в нем окнами к активным областям 3, пленки трехкомпонентного сплава 4, первый компонент которого - металл VIII группы Периодической системы (Co, Ni, Pt и др. ), второй - металл IV-VI групп (Ti, Ta, W и др.), а третий - бор, углерод, азот или кислород (фиг. 2а);
2) термообработка подложки с нанесенной пленкой сплава при температуре 500-1200oC в вакууме или в атмосфере азота, аммиака или нейтрального газа, в результате которой на дне контактного окна формируется силицидный слой 5 металла VIII группы ПСЭ, а верхняя часть пленки, обедненная металлом VIII группы в области контактного окна, превращается в слой 6, состоящий в основном из химического соединения металла IV-VI групп с бором, углеродом, азотом или кислородом, в то время как слой 7, расположенный на маскирующем диэлектрике, содержит металл VIII группы в прежнем количестве (фиг. 2б);
3) селективное травление пленки сплава жидкостным или "сухим" методами, которое приводит к удалению материала пленки 7 на маскирующем диэлектрике (фиг. 2в);
4) последующее формирование токопроводящих слоев.The inventive method includes the stage of formation:
1) deposition (by physical vapor deposition) on the surface of a
2) heat treatment of the substrate with the alloy film deposited at a temperature of 500-1200 o C in vacuum or in an atmosphere of nitrogen, ammonia or a neutral gas, resulting in the formation of a
3) selective etching of the alloy film by liquid or "dry" methods, which leads to the removal of the material of the
4) the subsequent formation of conductive layers.
Пример. Предлагаемый способ изготовления самосовмещенной контактной системы кремниевых микросхем реализован следующим образом на примере системы Ti-Co-N (Ti - металл IV группы, Co - металл VIII группы, N - третий компонент). Example. The proposed method for manufacturing a self-aligned contact system of silicon microcircuits is implemented as follows on the example of the Ti-Co-N system (Ti is a metal of group IV, Co is a metal of group VIII, N is the third component).
Нанесение пленки сплава Ti-Co-N толщиной 100 нм осуществлялось методом физического осаждения из газовой фазы из мозаичной мишени Ti-Co в смеси Ar + N2.A 100 nm thick Ti-Co-N alloy film was deposited by physical vapor deposition from a Ti-Co mosaic target in an Ar + N 2 mixture.
Режимы процесса нанесения пленок сплава:
- давление остаточных газов в рабочей камере установки не выше 6,5• 10-4 Па
- давление рабочего газа (Ar + N2) 6,5•10-4 Па
- напряжение на мишени 500 В
- ток мишени 1-2 А
- скорость нанесения пленок сплава 0,2-0,25 нм/с
- температура подложки 20oC
Отжиг структур с пленками сплавов осуществлялся в вакууме P < 1,3 • 10-3 Па в диапазоне 750-850oC с использованием печи резистивного нагрева, время отжига составляло 60 - 1200 с.Modes of the process of applying alloy films:
- the pressure of the residual gases in the working chamber of the installation is not higher than 6.5 • 10 -4 Pa
- working gas pressure (Ar + N 2 ) 6.5 • 10 -4 Pa
- voltage at the target 500 V
- target current 1-2 A
- the rate of deposition of alloy films of 0.2-0.25 nm / s
- substrate temperature 20 o C
Annealing of structures with alloy films was carried out in vacuum P <1.3 • 10 -3 Pa in the range of 750-850 o C using a resistance heating furnace, the annealing time was 60 - 1200 s.
Для исследований применялись методы рентгеновского дифракционного анализа (РДА) (дифракция на отражение по Бреггу-Брентано), растровой электронной микроскопии (РЭМ). For research, the methods of X-ray diffraction analysis (XRD) (Bragg-Brentano reflection diffraction) and scanning electron microscopy (SEM) were used.
На фиг. 3а, б представлены РДА спектры отожженной пленки сплава на Si и SiO2 соответственно.In FIG. Figures 3a, b show the XRD spectra of the annealed alloy film on Si and SiO 2, respectively.
На фиг. 4 представлены микрофотографии, полученные растровой электронной микроскопией, где
а) - микрофотография скола структуры после термообработки;
б) - микрофотография структуры сверху после завершения селективного травления;
в) - микрофотография скола структуры после частичного селективного травления;
г) - микрофотография скола структуры после завершения селективного травления.In FIG. 4 presents microphotographs obtained by scanning electron microscopy, where
a) - micrograph of the cleaved structure after heat treatment;
b) - micrograph of the structure from above after the completion of selective etching;
c) - micrograph of the cleaved structure after partial selective etching;
g) - micrograph of the cleaved structure after selective etching.
Сравнение РДА спектров (фиг. 3а, 3б) показывает, что отличие фазового состава пленки на SiO2 заключается в наличии фазы кобальта (или твердого раствора на его основе) (фиг. 3б), в то время как из-за обеднения кобальтом верхней части пленки на Si эта фаза отсутствует (фиг. 3а). Таким образом, для того чтобы обеспечить селективное травление пленки, расположенной на диэлектрике, составной частью травящей смеси (при жидкостном или сухом травлении) должен быть компонент, травящий кобальт.A comparison of the XRD spectra (Figs. 3a, 3b) shows that the difference in the phase composition of the film on SiO 2 lies in the presence of a cobalt phase (or a solid solution based on it) (Fig. 3b), while due to depletion of cobalt in the upper part film on Si, this phase is absent (Fig. 3a). Thus, in order to ensure selective etching of the film located on the dielectric, the component of the etching mixture (with liquid or dry etching) must be a component, etching cobalt.
Селективное травление осуществляли жидкостным методом в растворе HCl: H2O2: H2O. Время травления контролировалось по моменту удаления материала пленки с маскирующего диэлектрика и размеру выступа, расположенного на маскирующем диэлектрике в области контактного окна.Selective etching was carried out by the liquid method in a HCl: H 2 O 2 : H 2 O solution. The etching time was controlled by the moment the film material was removed from the masking dielectric and the size of the protrusion located on the masking dielectric in the contact window region.
На фотографии исходной структуры (фиг. 4а) хорошо видна межфазная граница, которая оказывается расположенной над диэлктриком. Анализ микрофотографий на фиг. 4б - 4г позволяет заключить, что после травления пленка осталась как на поверхности контактного окна, так и на его боковых стенках и к близлежащей к окну области диэлектрика. Размер выступа слоя, оставшегося на диэлектрике, является контролируемой величиной и зависит от температуры и продолжительности отжига, а также от времени травления (фиг. 4в, 4г). In the photograph of the initial structure (Fig. 4a), the interphase boundary, which appears to be located above the dielectric, is clearly visible. The micrograph analysis of FIG. 4b - 4d allows us to conclude that after etching the film remained both on the surface of the contact window and on its side walls and to the dielectric region adjacent to the window. The size of the protrusion of the layer remaining on the dielectric is a controlled quantity and depends on the temperature and duration of annealing, as well as on the etching time (Figs. 4c, 4d).
Источники информации
1. Достанко А. П., Баранов В.В., Шаталов В.В. Пленочные токопроводящие системы СБИС. Минск.: Высшая школа. 1989, - 238 с.Sources of information
1. Dostanko A.P., Baranov V.V., Shatalov V.V. Film conductive VLSI systems. Minsk .: Higher school. 1989, - 238 p.
2. Lai F.S., Sun Y.C., Dhong S.H.//IEEE Trans. Electron Devices. - 1986. - Vol. ED-33, - P. 345-353. 2. Lai F.S., Sun Y.C., Dhong S.H. //IEEE Trans. Electron Devices. - 1986. - Vol. ED-33, - P. 345-353.
3. Патент ФРГ N 4401341, H 01 L 21/285, 1996. 3. Patent of Germany N 4401341, H 01 L 21/285, 1996.
4. Патент РФ N 2034364, H 01 L 21/28, 1995. 4. RF patent N 2034364, H 01 L 21/28, 1995.
5. Tu K. N. Shallow and parallel silicide contacts // J. Vac. Techn. - 1981. Vol. 19, N 3. - P. 766-777. 5. Tu K. N. Shallow and parallel silicide contacts // J. Vac. Techn. - 1981. Vol. 19,
6. Громов Д.Г., Мочалов А.И., Пугачевич В.П. Свойства контактной системы TiN/CoSi2, сформированной твердофазным синтезом из пленки сплава Ti-Co-N // Известия вузов. Электроника. - 1998. N 1. - с. 24-30.6. Gromov D.G., Mochalov A.I., Pugachevich V.P. Properties of the TiN / CoSi 2 contact system formed by solid-phase synthesis from a Ti-Co-N alloy film // News of Universities. Electronics. - 1998.
7. Study of phase separation in Ti-Co-N thin films on silicon substrate / D. G. Gromov, Mochalov A.I., Pugachevich V.P. et al. // Appl. Phys. A. - 1997. Vol. 64. - P. 517 - 521. 7. Study of phase separation in Ti-Co-N thin films on silicon substrate / D. G. Gromov, Mochalov A.I., Pugachevich V.P. et al. // Appl. Phys. A. - 1997. Vol. 64. - P. 517 - 521.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98115928/28A RU2152108C1 (en) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | Method for manufacturing of semiconductor instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98115928/28A RU2152108C1 (en) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | Method for manufacturing of semiconductor instrument |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98115928A RU98115928A (en) | 2000-06-10 |
| RU2152108C1 true RU2152108C1 (en) | 2000-06-27 |
Family
ID=20209806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98115928/28A RU2152108C1 (en) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | Method for manufacturing of semiconductor instrument |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2152108C1 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013006081A1 (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-10 | Wostec, Inc. | Solar cell with nanostructured layer and methods of making and using |
| US8426320B2 (en) | 2003-10-10 | 2013-04-23 | Wostec, Inc. | Method of formation of coherent wavy nanostructures (variants) |
| US9057704B2 (en) | 2011-12-12 | 2015-06-16 | Wostec, Inc. | SERS-sensor with nanostructured surface and methods of making and using |
| US9134250B2 (en) | 2012-03-23 | 2015-09-15 | Wostec, Inc. | SERS-sensor with nanostructured layer and methods of making and using |
| US9224918B2 (en) | 2011-08-05 | 2015-12-29 | Wostec, Inc. 032138/0242 | Light emitting diode with nanostructured layer and methods of making and using |
| US9500789B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-11-22 | Wostec, Inc. | Polarizer based on a nanowire grid |
| US9653627B2 (en) | 2012-01-18 | 2017-05-16 | Wostec, Inc. | Arrangements with pyramidal features having at least one nanostructured surface and methods of making and using |
| RU2698540C1 (en) * | 2018-10-17 | 2019-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method of contact-barrier metallization production |
| US10672427B2 (en) | 2016-11-18 | 2020-06-02 | Wostec, Inc. | Optical memory devices using a silicon wire grid polarizer and methods of making and using |
| US10879082B2 (en) | 2014-06-26 | 2020-12-29 | Wostec, Inc. | Wavelike hard nanomask on a topographic feature and methods of making and using |
| US11371134B2 (en) | 2017-02-27 | 2022-06-28 | Wostec, Inc. | Nanowire grid polarizer on a curved surface and methods of making and using |
-
1998
- 1998-08-20 RU RU98115928/28A patent/RU2152108C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Достанко А.П. и др. Пленочные токопроводящие системы СБИС. - Минск: Высшая школа. 1989, с.238. Громов Д.Г. и др. Свойства контактной системы TiN/CoSi 2 // Изв.вузов. Электроника. 1998, N 1, с.24-30. * |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8426320B2 (en) | 2003-10-10 | 2013-04-23 | Wostec, Inc. | Method of formation of coherent wavy nanostructures (variants) |
| US8859440B2 (en) | 2003-10-10 | 2014-10-14 | Wostec, Inc. | Method of formation of coherent wavy nanostructures (variants) |
| WO2013006077A1 (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-10 | Wostec, Inc. | Solar cell with nanostructured layer and methods of making and using |
| US8859888B2 (en) | 2011-07-06 | 2014-10-14 | Wostec, Inc. | Solar cell with nanostructured layer and methods of making and using |
| WO2013006081A1 (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-10 | Wostec, Inc. | Solar cell with nanostructured layer and methods of making and using |
| US9660142B2 (en) | 2011-08-05 | 2017-05-23 | Wostec, Inc. | Light emitting diode with nanostructured layer and methods of making and using |
| US9224918B2 (en) | 2011-08-05 | 2015-12-29 | Wostec, Inc. 032138/0242 | Light emitting diode with nanostructured layer and methods of making and using |
| US9057704B2 (en) | 2011-12-12 | 2015-06-16 | Wostec, Inc. | SERS-sensor with nanostructured surface and methods of making and using |
| US9653627B2 (en) | 2012-01-18 | 2017-05-16 | Wostec, Inc. | Arrangements with pyramidal features having at least one nanostructured surface and methods of making and using |
| US9134250B2 (en) | 2012-03-23 | 2015-09-15 | Wostec, Inc. | SERS-sensor with nanostructured layer and methods of making and using |
| US9500789B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-11-22 | Wostec, Inc. | Polarizer based on a nanowire grid |
| US10879082B2 (en) | 2014-06-26 | 2020-12-29 | Wostec, Inc. | Wavelike hard nanomask on a topographic feature and methods of making and using |
| US10672427B2 (en) | 2016-11-18 | 2020-06-02 | Wostec, Inc. | Optical memory devices using a silicon wire grid polarizer and methods of making and using |
| US11037595B2 (en) | 2016-11-18 | 2021-06-15 | Wostec, Inc. | Optical memory devices using a silicon wire grid polarizer and methods of making and using |
| US11308987B2 (en) | 2016-11-18 | 2022-04-19 | Wostec, Inc. | Optical memory devices using a silicon wire grid polarizer and methods of making and using |
| US11371134B2 (en) | 2017-02-27 | 2022-06-28 | Wostec, Inc. | Nanowire grid polarizer on a curved surface and methods of making and using |
| RU2698540C1 (en) * | 2018-10-17 | 2019-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method of contact-barrier metallization production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5232871A (en) | Method for forming a titanium nitride barrier layer | |
| EP0377137B1 (en) | Method for selective deposition of refractory metals on silicon substrates | |
| US6943110B1 (en) | Wafer processing apparatus and methods for depositing cobalt silicide | |
| US5175126A (en) | Process of making titanium nitride barrier layer | |
| US6319728B1 (en) | Method for treating a deposited film for resistivity reduction | |
| US5736455A (en) | Method for passivating the sidewalls of a tungsten word line | |
| RU2152108C1 (en) | Method for manufacturing of semiconductor instrument | |
| EP0493002B1 (en) | Process for forming deposition film | |
| JP2692554B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH11150084A (en) | Semiconductor device and forming method of amorphous silicon titanium nitride on substrate | |
| US20110272279A1 (en) | Apparatus for manufacturing semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device by using the same | |
| KR100485386B1 (en) | Composition for depositing a metal layer, and Method for forming a metal layer using the same | |
| EP2031644A2 (en) | Method for improving germanide growth and devices obtained thereof | |
| Angelkort et al. | Formation of niobium nitride by rapid thermal processing | |
| US6444556B2 (en) | Chemistry for chemical vapor deposition of titanium containing films | |
| EP0460918A2 (en) | Semiconductor device having improved insulated gate type transistor | |
| US7781337B2 (en) | Forming method of silicide film | |
| CN111430228A (en) | Preparation method of dielectric film with ultrahigh dielectric constant | |
| KR101233525B1 (en) | Method of cleaning surface of semiconductor substrate, method of manufacturing film, method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device | |
| RU2748300C1 (en) | Method for producing ohmic contact with low specific resistance to passivated gallium nitride heterostructure on silicone substrate | |
| JP2000277501A (en) | Chemical vapor deposition system | |
| Hsieh et al. | Interfacial reactions of palladium thin films on Ge (111) and Ge (001) | |
| KR100545538B1 (en) | Method for manufacturing contact with doped region of semiconductor device | |
| US5418188A (en) | Method for controlled positioning of a compound layer in a multilayer device | |
| RU2034364C1 (en) | Process of manufacture of contacts of integrated circuits based on silicon |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040821 |