DE19741891C2 - Verfahren zum gleichzeitigen Bilden von Metallsilicid und einer lokalen Verbindungsstruktur in einer integrierten Halbleiterstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Bilden von Metall­ silicid und einer lokalen Verbindungsstruktur in einer integrierten Halbleiterstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus US 5 010 032 ist ein Verfahren zur Herstellung von CMOS-Strukturen bekannt, die schwer schmelzende Metallnitridverbindungsschichten enthalten. Insbesondere offenbart dieser Stand der Technik eine Prozeßführung, bei der Titan auf die Source-/Drainbereiche und das benachbarte Oxid abgeschieden und dann in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre durch schnelle thermische Bearbei­ tung (RTP) erhitzt wird zur Bildung von TiN auf dem Oxid und einer gestapelten TiN/TiSi₂-Schicht auf den Source-/Drainbereichen.

Als nachteilig hat sich erwiesen, daß der Prozeß gemäß US 5 010 032 zur Bildung von ungleichmäßigem Silicid aufgrund von Oxidrinnen, d. h. Anziehen von Oxid in das Silicid während der Silicidbildung, führen kann. Stickstoff kann eben­ falls mit schädlichem Effekt während des RTP-Schrittes in das Titan diffundieren.

US 5 567 651 beschreibt einen Prozeß zur Bildung von Kobaltsilicid auf Source-/Drainbereichen und Polysiliciumgategebieten einer MOS-Struktur. Ein Titannitridfilm wird auf einem Kobaltfilm abgeschieden, nachdem das Polysilicium­ gate strukturiert, Source/Drain implantiert und Seitenwandspacer gebildet worden sind. Danach wird eine schnelle thermische Behandlung durchgeführt, die das Kobalt in CoSi umwandelt, ein selektiver Ätzvorgang wird danach ausgeführt, um die TiN-Schicht und nicht reagiertes Kobalt zu entfernen. Anschließend wird eine zweite Wärmebehandlung ausgeführt, um CoSi in die CoSi₂-Phase mit einem niedrigen ohmischen Widerstand umzuwandeln.

Aus US 5 589 417 ist ein Verfahren bekannt, bei dem lokale Verbindungen aus Titansilicidschichten durch Reaktion einer Siliciumschicht mit einer darunter befindlichen Titanschicht, die auf einer Titannitrid-Schicht aufgebracht wird, erzeugt werden.

Aus US 5 318 924 ist es bekannt, eine Titan-Wolfram-Schicht aufzubringen, nachdem über den Source-, Drain- und Gatebereichen Titansilicid gebildet wurde, die mit einer Maske versehen mehrfach geätzt wird, um lokale Verbindungen auszubilden.

Aus US 5 190 893 ist es bekannt, nachdem Silicid-Bereiche ausgebildet sind, lokale Verbindungen hierzwischen dadurch auszubilden, daß eine Titan­ schicht aufgebracht wird, die nach Maskieren und Ätzen thermisch in Titannitrid umgewandelt wird.

Aus US 5 122 225 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem eine Titanschicht auf die Halbleiterstruktur aufgebracht und thermisch gegebenenfalls in einer Stickstoffatmosphäre behandelt wird, so daß einerseits über den Source-, Drain- und Gatebereichen Titansilicid und andererseits ober­ seitig Titannitrid gebildet wird. Daran schließen sich eine Maskierungs- und Ätz­ vorgang an, um eine lokale Verbindungsstruktur auszubilden, die zu wesentlichen Teilen aus metallischem Titan besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das die Bildung einer gut leitenden lokalen Verbin­ dungsstruktur erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugt basiert das Verfahren auf einer Abscheidungsfolge einer Titan­ schicht und einer TiN-Abdeckung in situ, beides in einem hohen Vakuum ohne Unterbrechung des Vakuums.

Bevorzugt werden nach einem Durchlaufen eines N⁺-Übergang-Glühens nacheinander ein Titanfilm und ein TiN-Film abgeschieden und in einer Stick­ stoffumgebung zur Bitdung eines Silicidfilms auf den exponierten Source/-Drain- und Gatebereichen geglüht. Eine lokale Verbindungsmaske wird dann verwendet zur Bildung von lokalen Verbindungsresiststrukturen. Unerwünschtes TiN und nicht reagierter Titanfilm werden dann weggeätzt, ohne daß das Silicid noch das Feldoxid angegriffen werden. Nach dem Ätzen werden das erhaltene Silicid und die lokalen Verbindungen erneut in einer Stickstoffumgebung ausgeheizt, um den Flächenwiderstand des Silicids und der lokalen Verbindungen zu reduzieren und um den Titanfilm auf dem Feldoxid in einen TiN-Film umzuwandeln.

Die Anwesenheit einer TiN-Kappe auf dem Titanfilm während des ersten Ausheizens hilft zur Ausbildung einer gleichmäßigen niederohmigen Titansilicid­ schicht auf den Source-/Drain-/Gatebereichen. Dies ist eine Folge davon, daß die TiN-Kappe das Titan davor schützt, von dem Oxid verschmutzt zu werden, wenn es der Luftatmosphäre ausgesetzt wird, insbesondere, wenn der Wafer eine Zeitlang warten muß, bevor der nächste Verfahrensschritt ausgeführt wird. Das Vorhandensein von Oxid in dem Titanfilm erfordert hohe schnelle thermische Bearbeitungs-(RTP)-Temperaturen, um einen niederohmigen Silicidfilm zu bilden. Die TiN-Kappe verhindert zusätzlich eine Stickstoff-Diffusion in den Titanfilm während des anfänglichen RTP-Schrittes, der in einer Stickstoffumgebung aus­ geführt wird. Die anfängliche RTP-Temperatur kann folglich reduziert werden. Das macht die Bildung eines niederohmigen Silicidfilms auf schmalen Leitungen viel einfacher. Darüberhinaus verhindert die TiN-Kappe die Umwandlung von Titan in thermisches TiN während des RTP-Schrittes, so daß der Silicidschichtanschluß im Vergleich zu üblichen Techniken gleichmäßiger ist.

Die gleiche TiN-Kappe und der darunterliegende Titanfilm können als eine lokale Verbindungsschicht verwendet werden, wenn eine lokale Verbindungsmas­ ke eingesetzt wird und unerwünschtes TiN und nicht reagiertes Titan entfernt werden.

Kobalt kann anstelle von Titan mit der Ausbildung der TiN-Kappe auf dem Kobaltsilicid verwendet werden. Kobaltsilicid ist wegen der folgenden Vorteile intensiv untersucht worden. Erstens ist es weniger empfindlich gegenüber Do­ tierungssubstanzen als Titansilicid. Zeitens diffundiert während der Silicidbildung Kobalt in das Silicium, wodurch die Gefahr einer Brückenbildung, die Kurzschlüsse zwischen den Source-/Drainbereichen und dem Gatebereich hervorruft, verringert wird. Drittens hat das Kobaltsilicid einen ähnlichen oder besseren Kontaktwider­ stand zu n⁺- oder p⁺-Silicium als Titansilicid. Viertens bietet Kobaltsilicid eine hohe Ätzempfindlichkeit gegenüber Titansilicid, so daß eine Kontakttiefendifferenz kein Problem ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschrei­ bung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbil­ dungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1A-1E zeigen Teilquerschnitte zur Darstellung einer Folge von Schritten zur gleichzeitigen Herstellung von Metallsilicid und lokalen Verbindun­ gen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1A-1E wird nachfolgend eine erfindungs­ gemäße Prozeßführung zur gleichzeitigen Herstellung von Titansilicid und lokalen Verbindungen in einer integrierten Halbleiterstruktur beschrieben. Die anfängliche Fertigungsfolge durchläuft in bekannter Weise die Bildung der p⁺- und n⁺-Über­ gänge in einer üblichen MOS-Technikausführung, die in Fig. 1A dargestellt ist. Nach der Bildung der p⁺- und n⁺-Übergänge folgt ein Standardvorreinigungsschritt. In Fig. 1A ist ein über dem Feldoxidbereich ausgebildeter Polysiliciumwiderstand dargestellt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1B wird nach einem Übergang-Ausheizen eine Titanschicht 10 mit einer Dicke von etwa 50 nm auf der Struktur gemäß Fig. 1 ab­ geschieden, gefolgt von einer Abscheidung einer etwa 50 nm dicken Schicht eines N-Films 12 in situ ohne Unterbrechung des Vakuums. Der Titanfilm 10 und der TiN-Film 12 werden dann in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von etwa 700°C für etwa 60 Sekunden ausgeheizt, wodurch ein Silicidfilm 14 auf den exponierten Source-, Drain- und Gatebereichen ausgebildet wird, wie in Fig. 1C dargestellt ist.

Bezugnehmend auf Fig. 1D wird dann zur Ausbildung lokaler Verbindungs­ resiststrukturen eine lokale Photoresistverbindungsmaske 16 verwendet. Danach wird der freiliegende TiN-Film 12 und der nicht reagierte Titanfilm 10 unter Ver­ wendung eines nassen Titanablösevorgangs (beispielsweise NH₄OH : H₂O₂ : H₂O) in einem Verhältnis von 1 : 1 : 5) ohne Angriff des Silicids und des Feldoxids (FOX) weggeätzt, so daß ein Teil des TiN-Films 12 und des darunterliegenden Titanfilms 10 zurückbleiben, die sich zwischen dem Silicid auf einem Source-/Drainbereich 14 und dem Silicid auf dem Widerstand erstrecken. Nach einem Ätzvorgang wird das Silicid und die Verbindung bei 800°C für 30 Sekunden, wiederum in einer Stickstoffumgebung ausgeheizt, um den Flächenwiderstand des Silicids und der lokalen Verbindung zu verringern und um den Titanfilm 10 in der lokalen Ver­ bindung in einen TiN-Film umzuwandeln. Die sich daraus ergebende Struktur ist in Fig. 1E dargestellt.

Die vorstehend beschriebene Prozeßführung kann ebenfalls unter Ver­ wendung von Kobalt anstelle von Titan durchgeführt werden mit einer auf dem Kobalt nachfolgend in situ ohne Unterbrechung des Vakuums ausgebildeten TiN- Kappe.

Ferner kann die lokale Verbindung dazu verwendet werden, die Drain- und Gategebiete in einer ähnlichen Weise zu überbrücken.

Claims (7)

1. Verfahren zum gleichzeitigen Bilden von Metallsilicid und einer lokalen Verbindungsstruktur in einer integrierten Halbleiterstruktur durch Ausbilden eines ersten und zweiten voneinander beabstandeten Source-/Drainbereiches (S/D) in einem aktiven Strukturbereich eines Siliciumsubstrats, wobei der aktive Struktur­ bereich durch Feldoxidbereiche festgelegt wird, die im Substrat benachbart dem aktiven Strukturbereich ausgebildet werden, wobei die beiden voneinander beab­ standeten Source-/Drainbereiche (S/D) einen zwischenliegenden Kanal­ bereich festlegen, über dem ein durch eine Gateoxidschicht separierter Gate­ bereich ausgebildet wird, Oxidseitenwandspacer am Gatebereich ausgebildet werden und ein leitendes Element angebracht wird, wobei auf der so gebildeten integrierten Halbleiterstruktur eine Schicht (10) eines schwer schmelzenden Me­ talls und hierauf eine Schicht (12) eines schwer schmelzenden Metallnitrids aus­ gebildet wird, ein erster schneller thermischer Bearbeitungsschritt zum Ausbilden von schwer schmelzendem Metallsilicid (14) auf den Source-/Drainbereichen (S/D) und auf dem Gatebereich ausgeführt, dann eine lokale Verbindungsmaske (16) zum Schutz eines Teils der Schicht (12) aus schwer schmelzendem Metallnitrid und der darunterliegenden Schicht (10) aus schwer schmelzendem Metall aus­ gebildet wird, wobei dieser Teil sich von einem gewählten Gebiet des Source-/Drainbereiches (S/D) zu dem leitenden Element erstreckt und einen lokalen Verbindungsbereich festlegt, danach nicht von der lokalen Verbindungs­ maske (16) geschützte Bereiche der Schicht (12) aus schwer schmelzendem Metallnitrid und darunterliegender Schicht (10) schwer schmelzendem Metall und anschließend die lokale Verbindungsmaske (16) entfernt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein zweiter schneller thermischer Ausheizschritt ausgeführt wird, um das unterliegende, schwer schmelzende Metall des lokalen Verbindungs­ bereiches in schwer schmelzendes Metallnitrid umzuwandeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als schwer schmelzendes Metall Titan und als schwer schmelzendes Metallni­ trid TiN verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als schwer schmelzendes Metall Kobalt verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Titan und das Titannitrid jeweils in einer Dicke von etwa 50 nm abge­ schieden werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste schnelle thermische Bearbeitungsschritt in einer Stickstoffumgebung ausgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite schnelle thermische Bearbeitungsschritt in ei­ ner Stickstoffumgebung ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schritte des Ausbildens einer Schicht (10) aus schwer schmelzendem Metall und einer Schicht (12) aus schwer schmelzenden Me­ tallnitrid nacheinander in situ ohne Unterbrechung eines Vakuums ausge­ führt werden.