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Dokumentenidentifikation DE68911174T2 16.06.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0332833
Titel Methode zur Erzeugung von Ortsverbindungen mit Gebrauch von chlorenthaltenden Mitteln.
Anmelder Texas Instruments Inc., Dallas, Tex., US
Erfinder Douglas, Monte A., Coppell Texas 75019, US
Vertreter Prinz, E., Dipl.-Ing.; Leiser, G., Dipl.-Ing.; Schwepfinger, K., Dipl.-Ing.; Bunke, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Degwert, H., Dipl.-Phys., Pat.-Anwälte, 81241 München
DE-Aktenzeichen 68911174
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 03.02.1989
EP-Aktenzeichen 891019036
EP-Offenlegungsdatum 20.09.1989
EP date of grant 08.12.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.06.1994
IPC-Hauptklasse H01L 21/31
IPC-Nebenklasse H01L 21/28   H01L 21/90   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Halbleitervorrichtungen und im speziellen auf ein verbessertes Verfahren zum Ätzen einer leitenden Titanverbindung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Das Erhöhen der Anzahl von Verbindungsebenen in integrierten Schaltungen führt zu zusätzlicher Verdrahtungskapazität, kompakteren Layouts, einer besseren Schaltungsleistung und einem höheren Grad von Schaltungsfunktion pro vorgegebenener, integrierter Schaltungsoberfläche. Eine besonders nützliche Verbindungsebene wird im allgemeinen als lokale Verbindung bezeichnet und dient zum Verbinden benachbarter diffundierter Bereiche miteinander und mit benachbarten Polysilizium- und Metallverbindungen.

Beispielsweise nützt ein herkömmliches Verfahren zum Erzeugen von lokalen Verbindungen eine Metallverbindung zwischen diffundierten Bereichen untereinander sowie zu anderen Schichten. Die Metallverbindung wird durch das Ätzen von Kontaktlöchern durch eine dicke Oxidschicht zu den zu verbindenden Stellen hin gebildet. Ein Leiter wird anschließend geformt, um die Kontaktlöcher zu füllen und die Verbindung herzustellen. Im Hinblick auf die Reduktion der für diese Art von Verbindung erforderlichen Fläche ist das Verfahren begrenzt und zwar durch den Stand der Technologien zum Ätzen von Kontaktlöchern und zum Einebnen der zwischen den Ebenen liegenden Dielektrika. Diese Begrenzungen beinhalten die Ausrichttoleranz der Kontaktlöcher in bezug auf die darunterliegende und zu verbindende Region, die Größe des erforderlichen Kontaktlochs, die zuverlässig geätzt werden kann (und entsprechend die Größe der Kontaktfläche in dem darunterliegenden Bereich) und die Stufenüberdeckung des Leiters beim Füllen des Kontaktlochs zum Erzeugen eines guten ohmschen Kontaktes zu der darunterliegenden Schicht. Weiterhin trägt die zusätzliche Schicht aus einem metallischen Leiter, der über das Dielektrikum verläuft, zu einer geringeren Planarisierung in den nachfolgenden Ebenen bei.

Ein alternatives Verfahren, das von Hewlett Packard entwickelt wurde, und auf Seite 118 des 1984 veröffenflichten IEDM-Tagungsbandes veröffenfficht ist, nützt zusätzliches strukturiertes Silizium, um leitende Silizidbereiche zu schaffen, die sich über das Feldoxid in gewünschter Weise erstrecken. Eine Schicht aus Titan wird über dem Substrat abgeschieden, und vor der direkten Reaction des Titans mit dem darunterliegenden Silizium zur Ausbildung des Silizids wird eine dünne Schicht aus Silizium auf dem Titanmetall strukturiert, um eine Verbindung festzulegen, die sich über einen Siliziumdioxidbereich erstreckt und die beiden zu verbindenden Bereiche trennt. Wo diese Siliziumschicht verbleibt, bildet sich ein Silizid während des Reaktionsprozesses, das sich über die Oxide erstreckt. Dieses Verfahren erfordert die Abscheidung und die Strukturierung der zusätzlichen Siliziumschicht zur Fesflegung der lokalen Verbindung. Zusätzlich wird durch die sich ergebende Silizidkontaktbrücke eine Verbindung geschaffen, durch die typische n-Typ Dotierungsubstanzen wie Phosphor diffundieren können, da Titansilizid eine sehr geringe Diffusionsbarriere für herkömmliche Halbleiter- dotierungssubstanzen ist. Wird eine Silizidkontaktbrücke genützt, um einen n-Typ Bereich mit einem p-Typ Bereich zu verbinden, beispielsweise n-dotiertes Polysilizium mit p-Typ Diffusionsbereichen, so muß die nachfolgende Bearbeitung bei relativ niedrigen Temperaturen erfolgen, um das Gegendotieren des p-Typ Bereichs mit n-Typ Dotierungssubstanzen über die Silizidverbindung zu minimieren.

Ein anderes bekanntes Verfahren nützt Molybdän-Metall als Material für lokale Verbindungen. Jedoch verhält sich auch Molybdän als Diffusionsleiter, durch den Phosphor, der zum Dotieren der n-Typ Bereiche der HaIbleitervorrichtung genützt wird, diffundieren kann. Die Molybdänverbindung stellt deshalb keine effektive lokale Verbindung zwischen n-Typ- und p-TypBereichen dar, da die p- Typ Bereiche in unerwünschter Weise durch den durch das Molybdän diffundierenden Phosphor gegendotiert werden können, ähnlich wie bei der Silizidkontaktbrücke.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellen lokaler Verbindungen ist in US-A-4 675 073 offenbart, ist mir am 23. Juni 1987 zugegangen und wurde an Texas Instruments Incorporated übertragen und soll hiermit an dieser Stelle einbezogen werden. Wie darin dargestellt, wird die gewünschte lokale Verbindung durch die Strukturierung der verbleibenden Titanverbindung gebildet, beispielsweise Titannitrid aus der direkten Reaktion zur Bildung des Titansilizidüberzuges der Diffusionsbereiche und der Polysiliziumgates. Das Titannitrid ist ausreichend leitend, so daß es für das Ausbilden lokaler Verbindungen zwischen benachbarten Bereichen nützlich ist. Der beschriebene Prozess nützt Tetrafluorkohlenstoff (CF&sub4;) als Reknionssubstanz in einem Plasmaätzvorgang, um das unerwünschte Titannitrid schneller als das Titansilizid zu beseitigen. Dieser Plasmaätzvorgang, bei dem Tetrafluor- kohlenstoff benützt wird, ätzt Titannitrid oder Titanoxid mit näherungsweise doppelt so hoher Geschwindigkeit wie er Titansilizid beseitigt. Ebenso ätzt diese Technik Siliziumoxid mit der doppelten Geschwindigkeit und Photoresist mit der fünffachen Geschwindigkeit mit der er Titannitrid oder Titanoxid ätzt. Zusätzlich beinhalten die Erzeugnisse des Ätzprozesses feste Körper, die dazu tendieren, sich auf der Ätzvorrichtung abzulagern. Dies erfordert zusätzliche Wartungs- und Reinigungszeit, die nicht produktiv genützt wird. Hierdurch ist ein Bedürfnis für ein Verfahren zur Herstellung einer lokalen Verbindung mit erhöhter Selektivität zu der hochschmelzenden Metallkomponente der lokalen Verbindung (beispielsweise Titannitrid oder Titanoxid) relativ zu Siliziden, Siliziumoxiden und Photoresist entstanden, so daß sich eine zusätzliche Verbindungsschicht mit besserer Konsistenz herstellen läßt mit genau angeordneten Verbindungen und verbesserter Planarität, die mit einer Submikrometertechnologie verträglich ist.

Es ist deshalb ein Ziel dieser Erfindung einen Ätzvorgang für das nach der direkten Reaktion zum Silidizieren über der Isolierschicht verbleibende Restmaterial zu schaffen, der ein erhöhtes Verhältnis der Ätzgeschwindigkeiten (d.h., verbesserte Selektivität) von dem Restmaterial relativ zu dem Silizid aufweist.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung einen derartigen Ätzvorgang zu schaffen, der ebenso eine verbesserte Ätzselektivität (d.h., ein verbessertes Verhältnis der Ätzgeschwindigkeit) der Verbindung relativ zu der darunterliegenden Isolierschicht aufweist.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung einen Ätzvorgang mit verbesserter Selektivität zu Titannitrid oder Titanoxid in Relation zu Titansilizid, Siliziumdioxid und Photoresist zu schaffen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung einen Ätzvorgang zu schaffen, der die vorbeugend durchzuführenden Unterhalts- und Reinigungszeiten und -abläufe durch den Gebrauch eines chlorhaltigen Mittels im Gegensatz zu einem fluorhaltigen Mittel verringert.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden für den Durchschnittsfachmann unter bezug auf die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen ersichflich.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Ziele werden in dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Verfahren durch das kennzeichnende Merkmal, daß das reagierende Plasma ein chlorhaltiges Mittel enthält, erreicht.

Die Erfindung kann in ein Verfahren zur Bildung einer lokalen Verbindung auf einer Halbleiteroberfläche einbezogen werden. Eine dielektrische Schicht einer vorgefertigten integrierten Schaltung wird mit einer leitenden chemischen Verbindung eines hochschmelzenden Metalls bedeckt, wobei die Verbindung während der Silizidbildung des hochschmelzenden Metalls an Stellen gebildet wird, an denen es in Kontakt mit dem darunterliegenden Halbleiter steht. Ein strukturiertes Maskenmaterial wird über dieser chemischen Verbindungsschicht gebildet, um einen speziellen Anteil davon zu schützen. Ein chlorhaltiges Mittel wird zum Ätzen der gesamten leitenden chemischen Verbindungsschicht genützt, mit Ausnahme desjenigen Teils, der durch das strukturierte Maskenmaterial geschützt wird. Das chlorhaltige Mittel ätzt die leitende chemische Verbindung mit einer höheren Geschwindigkeit als das darunterliegende Silizid und die dielektrische Schicht. Das strukturierte Maskenmaterial wird entfernt, um den geschützten Anteil freizulegen, der eine lokale Verbindung in der integrierten Schaltung bildet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur Darlegung weiterer Vorteile wird nun auf die nachfolgende Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen bezug genommen, in denen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer teilweise hergestellten integrierten Schaltung mit einer chemischen Titanverbindung darstellt, die über die gesamte Oberfläche gebildet ist;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, mit einem über der zu schützenden Fläche hinzugefügten, strukturierten Maskenmaterial darstellt;

Fig. 3 eine Querschnittansicht einer integrierten Schaltung mit einer lokalen Verbindung darstellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wurde.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt den ersten Schritt der Anwendung des Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung, so wie er auf einen Wafer 44 einer integrierten Schaltung angewandt wird. Der Wafer 44 enthält ein halbleitendes Substrat 10, das aus Silizium gebildet ist. Das vorzugsweise aus Siliziumoxid (SiO&sub2;) gebildete Feldoxid 12 wird in ausgewählten Bereichen der Oberfläche des Substrats 10 zur wechselseitigen Isolierung von Aktivbereichen gemäß der allgemein bekannten lokalen Oxidationstechnik (LOCOS) gezüchtet oder abgeschieden; selbstverständlich lassen sich andere Isolationstechniken wie die Grabenisolation alternativ anwenden. Die aktiven Transistoren der integrierten Schaltungsvorrichtung werden an Stellen der Oberfläche des Substrats 10 gebildet, die nicht mit Feldoxid 12 bedeckt sind, wobei derartige Stellen gewöhnlicherweise als Grabenbereiche bezeichnet werden. In Fig. 1 ist ein Transistor 44 gezeigt, der jeweils ein Source- und Draingebiet 14 und 16 aufweist, das in den Grabenbereich zwischen zwei Teilen des Feldoxides diffundiert ist. Im allgemeinen werden die Source- und Drain- gebiete 14 und 16 nach der Anordnung der Polysiliziumgateelektrode 30 über dem Gatedielektrikum 24 implantiert und nachfolgend diffundiert, so daß die Source- und Draingebiete 14 und 16 selbstjustiert relativ zu der Gateelektrode 30 sind. Wie in dem am 11. November 1982 erteilten und an Texas Instruments Incorporated übertragenen US-A-4 356 623 gezeigt, gestattet die Hinzunahme von Seitenwandoxidfäden 26 enflang der Seite der Gateelektrode 30 einen allmählichen Übergang, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 1 zeigt weiterhin eine Polysiliziumschicht 42, die über dem Feldoxid 12 liegt und als eine Verbindung zu einem weiteren Teil der integrierten Schaltung dient, und sich beispielsweise zu einer weiteren Grabenregion (nicht abgebildet) erstreckt und als Gateelektrode für einen Transistor dient.

In dieser Ausführung der Erfindung werden die Source- und Draingebiete 14 und 16 und die Gatelektroden 30 und 42 mit einem hochschmelzenden Metallsilizid wie Titansilizid plattiert. Dieses Plattieren erfolgt durch Abscheidung einer Schicht des hochschmelzenden Metalls und nachfolgendes Erhitzen des Wafers 44, so daß das Metall direkt mit dem darunterliegenden Silizium unter Bildung des Silizides reagiert, wie in dem US-A-4 384 301 beschrieben ist, am 17. Mai 1983 erteilt und an Texas Instruments Incorporated übertragen wurde. Ein Beispiel für Bedingungen, unter denen eine derartige direkte Reaktion abläuft, besteht im Erwärmen des Wafers 44 in einer stickstoffarmen Umgebung bei einer Temperatur im Bereich von 675ºC. Weitere Verfahren zum Erreichen der direkten Reaktion lassen sich ebenso anwenden, beispielsweise durch den Gebrauch einer Einwaferschnellheizvorrrichtung (RTP), bei der der Wafer 44 schnell auf geeignete Temperatur erwärmt wird und auf dieser über einen ausreichenden Zeitraum hinweg gehalten wird, um die oben beschriebene direkte Reaktion auszuführen.

Wie in der erwähnten US-A-4 675 073 beschrieben ist, in der Titan als hochschmelzendes Material genützt wird, ergibt sich aus einem Ergebnis des direkten Reaktionsprozesses eine Schicht aus einer leitenden Titanverbindung, die die Oberfläche des Wafers 44 einschließlich der Silizidbereiche überdeckt. In Fig. 1 sind das Sourcegebiet 14, das Draingebiet 16 und die Gatelektroden 28 und 42 jeweils plattiert mit dem Titansilizidfflm 20, 22, 28 und 40 abgebildet. Eine Schicht 43 aus Restmaterial, das beispielsweise Titannitrid enthält, falls die direkte Reaktion in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird, verbleibt auf der Oberfläche; wird eine Oxidschicht (nicht abgebildet) über der Oberfläche der Titanmetallschicht vor der direkten Reaktion gebildet, so wie es in US-A-4 690 730 beschrieben ist, das am 1. September 1987 erteilt und an Texas Instruments Incorporated übertragen übertragen, so kann die Schicht 43 Titanoxid enthalten. Die Schicht 43 wird mit einer Dicke in der Größenordnung von 100 nm über dem Feldoxid 12 ausgebildet und wird an den Stellen über dem Silizidfilm 20, 22, 28 und 40, die das darunterliegende Silizium oder Po lysilizium plattieren, dünner sein (beispielsweise mit einer Dicke in der Größenordnung von 40 nm). Falls gewünscht, läßt sich die Dicke der Schicht 43 durch eine zweite Abscheidung von Titanmetall nach der ersten direkten Reaktion erhöhen, auf die eine zweite direkte Reaktion in einer Stickstoffatmosphäre folgt, so wie in US-A-4 676 866 beschrieben, das am 30. Juni 1987 erteilt und an Texas Instruments Incorporated übertragen wurde.

Unter Bezug auf Fig. 2 ist der nächste Schritt in der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert. Über der Schicht 43 ist eine Schicht aus Maskenmaterial abgeschieden und gemäß den üblichen Techniken strukturiert, um an den Stellen der später ausgebildeten lokalen Verbindungen zurückzubleiben, wie es an dem strukturierten Maskenmaterial 46 in Fig. 2 zu erkennen ist. Das Maskenmaterial 46 dient zum Schutz des abgedeckten Teils der Schicht 43 vor dem nachfolgenden Ätzvorgang. Das strukturierte Maskenmaterial 46 kann Photoresist oder ein Hartmaskenmaterial wie Siliziumdioxid sein.

Wird Photoresist als Maskenmaterial 46 genützt, so ist es vorteilhaft, die Oberfläche des Wafers 44 vor dem Beginn des Ätzvorgangs durch den Gebrauch eines Resistabtragungsvorgang auf Sauerstoffbasis zu reinigen, um eine gleichförmige Ätzgeschwindigkeit zu gewährleisten, um ausgedehnte Ätzanlaufzeiten zu vermeiden und um Probleme mit Ablagerungen nach dem Ätzvorgang oder ein unvollständiges Ätzen der Schicht 48 zu vermeiden. Eine Sauerstoffabtragungszeit, die dem Entfernen von ungefähr 40 nm (400 A) an Resist entspricht, ist ausreichend. Anschließend wird der Wafer 44 bei 120ºC über ungefähr 60 Minuten hinweg in einem Ofen nachgehärtet und anschließend nochmals einem Sauerstoffabtragungsvorgang unterzogen. Das Wiederholen des Abtragungsvorgangs ist erforderlich falls eine Verzögerung nach dem Abtragungsvorgang und vor dem unten beschriebenen Trockenätzvorgang der lokalen Verbindungen eintritt, die mehr als drei Stunden beträgt, um ein unvollständiges Ätzen der lokalen Verbindung zu vermeiden.

Nach dem Strukturieren des Maskenmaterials 46 wird der Wafer 44 in einer geeignete Plasmaätzvorrichtung angeordnet, wie einem Plasmaätzer, einem reaktiven Ionenätzer oder einem Mikrowellenätzer, die allgemein in der Technik bekannt sind. In der bevorzugten Ausführung wird ein nicht gezeigter Plasmaätzer angewandt. Der Plasmaätzer enthält einen symmetrischen mit parallelen Platten versehenen Reaktor mit gecrdetem Substrat, bei dem Funktionen in dem Plasma ohne Gleichspannungsvorspannung an der versorgten Elektrode durchgeführt werden. Die versorgte obere Platte enthält Graphit oder Titan und die untere Platte kann bloßes Aluminium enthalten. Die Platten werden näherungsweise einen Zentimeter voneinander angeordnet und ungefähr 200 W Leistung werden angewandt. Energie im Hochfrequenzbereich (HF) wird zwischen den parellelen Platten durch einen HF-Generator übertragen. Die spannungsversorgte Elektrode dient ebenso als Gaszerstreuungsquelle ähnlich einem Brausekopf. Entsprechend der Erfindung wird ein chlorhaltiges Mittel wie Tetrachlorkohlenstoff (CCl&sub4;) als Trockenätzreaktionsubstanz in dem Plasmaätzer angewandt. Der Wafer 44 wird auf der geerdeten Platte angeordnet, die von der versorgten Platte ungefähr einen Zentimeter entfernt angeordnet ist. Die bevorzugte Substrattemperatur bewegt sich in der Größenordnung von 50ºC.

Tetrachlorkohlenstoff ist ein besonders nützliches chlorhaltiges Mittel für diesen Ätzvorgang, da es im allgemeinen geringe Ätzgeschwindigkeiten von Photoresist und Siliziumdioxid aufweist. Tetrachlorkohlenstoff weist ebenso einen Kohlenstoffhauptanteil 6auf, der zum "Vergiften" der Titansilizidgrundschichten 20, 22, 28 und 40 dient, sobald die Schicht 43 der über ihnen liegenden Titanverbindung geätzt ist. Dieses Vergiften oder Oberflächenpassivieren ist auf Kohlenstoff zurückzuführen, wahrscheinlich in der Form eines teilweise abgeschiedenen Tetrachlorkohlenstoffmoleküls (wie CClx mit x = 1, 2 oder 3), das entweder mit dem Titan oder dem Silizium in dem Titansilizidfilm 20, 22, 28 und 40 unter Bildung von Siliziumkarbid oder Titankarbid reagiert. Da Siliziumkarbid und Titankarbid beide nichtflüchtig sind, werden die reaktiven Stellen auf den Titansilizidgrundschichten 20, 22, 28 und 40 im wesenflichen "verbunden", verbraucht oder bedeckt, wodurch eine Reaktion der Schichten 20, 22, 28 und 40 mit den anderen reaktiven Elementen des Ätzvorgangs, insbesondere Chlor, vermieden wird. Ohne Passivierung kann das Chlor während des Ätzvorgangs verdampfen und das Titan oder das Silizium in dem Silizidfilm 20, 22, 28 und 40 ätzen. Weiterhin kann die Oberfächenpassivierung aufgrund des Chlorkohlenstoffreagenzes in einem solchen Maßstab erfolgen, daß ein Polymerfilm gebildet wird, so daß die Oberflächenpassivierung in einem maskrokopischen Maßstab und nicht in einem molekularen Maßstab erfolgt.

Umgekehrt werden die reaktiven Kohlenstoff enthaltenden Anteile mit der Stickstoffkomponente des Titannitrids in der Schicht 43 unter Bildung von flüchtigem CN reagieren. Die verbleibenden atomaren Chlorradikale werden mit dem Titananteil des Titannitrids der Schicht 43 unter Bildung von Titanchlorid (TiClx mit x = 1 - 4) reagieren, das ebenso flüchtig ist. Demnach wird das Titannitrid der Schicht 43, das nicht durch strukturiertes Maskenmaterial 46 geschützt ist, geätzt, wobei die Titansilizidgrundschichten 20, 22, 28 und 40, das Feldoxid 12 und das strukturierte Maskenmaterial 46 zurückbleiben.

Zum Zünden des Plasmas ist es erforderlich, Elektronen aus dem Chlorkohlenstoffanionen, die im Plasmaglas vorliegen, zu lösen. Da neutraler Chlorkohlenstoff einen großen Querschnitt zum Binden von Elektronen aufweist, wird sich in der Reaktionskammer tendentiell eine Verarmung an freien Elektronen einstellen, die für das Zünden des Plasmas über den Mechanismus der Elektronenstoßionisation von anderen atomaren und molekularen Anteilen wesenflich sind. Eine derartige Elektronenstoßionisation ist im allgemeinen zum Zünden des Plasmas erforderlich, sobald die Voraussetzungen für den Avalancheeffekt erfüllt sind. Wie in der Technik allgemein bekannt, stellt das Elektron eine wichtige geladene Spezies im Rahmen der Plasmazündung dar, da eine geringe Masse eine ausreichende Anregung durch ein elektrisches Feld im HF-Frequenzbereich zur Ionisierung einer neutralen Spezies gestattet.

Ein nützliches Verfahren gemäß der Erfindung zum Erzeugen einer ausreichenden Anzahl freier Elektronen für die Zündung des CCl&sub4;-Plasmas besteht in dem Beleuchten der Reaktionskammer mit einer Lichtquelle, wobei das Licht eine Wellenlänge im Bereich von 180 bis 1200 nm aufweist. In der bevorzugten Ausführung wird eine intensive Strahlung im ultravioletten Endbereich des Spektrums, wie von einer Quecksilber/Argon-Lichtquelle, Elektronen durch Licht aus Anionen im Plasma herauslösen, wobei diese Anionen einen großen Querschnitt für das Herauslösen von Photoelektronen aufweisen. Somit sorgt das Beleuchten mit der Lichtquelle in effizienter Weise für eine ausreichende Konzentration freier Elektronen durch deren Herauslösen aus Anionen durch Licht, was ein einfaches Zünden des Plasmas gestattet. Alternative Techniken zum Anheben der Konzentration freier Elektronen, die anstelle des Herauslösens von Elektronen neue Elektronen aus einer Hilfsquelle zuführen oder durch zeitweises Anheben der Operationsenergie die Elektronenenergie der in unzureichender Konzentration vorliegenden Elektronen vergrößern, können ebenfalls zum Vereinfachen der Zündung herangezogen werden.

Sobald die Zündung beginnt, wird ein Plasma gebildet, was zu einer Elektronenstoßdissozierung von CCl&sub4; mit x = 1-3 und der Erzeugung atomarer Chlorradikale führt. Es ist ebenso vorteilhaft ein Inertgas, wie Helium (He), Argon (Ar) oder Stickstoff (N&sub2;) zu den Tetrachlorkohlenstoff hinzufügen, um die Stabilität des Plasmas zu erhöhen.

Sowohl molekulares als auch atomares Chlor können mit Titan oder Silizium unter Bildung von flüchtigen Gasen reagieren. Das Vorhandensein von überschüssigem Chlor kann demnach den Titansilizidfilm 20, 22, 28 und 40 in unerwünschter Weise ätzen. Demnach ist neben der Passivierung der Oberfläche des Silizidfilms 20, 22, 28 und 40, die wie oben beschrieben, mit dem Kohlenstoff des CCl&sub4; Ätzmittels erfolgt, ebenso eine Reduktion der Chlorkonzentration in der Reaktionskammer zur weiteren Verbesserung des Titannitrid/Titansilizid-Ätzgeschwindigkeitsverhältnisses wünschenswert. Dies läßt sich durch das Hinzufügen eines chlorhaltigen Spülmittels zu dem Tetrachlorkohlenstoff erreichen. Chlorhaltige Spülmittel sind Reagenzien, die mit atomarem oder molekularem Chlor unter Bildung eines relativ inerten oder unreaktiven Erzeugnisses reagieren, wodurch das hohe Maß an Chlorüberschuß in der Kammer reduziert wird, was wiederum das unerwünschte Ätzen von Titan oder Silizium in dem Titansilizidfilm 20, 22, 28 und 40 reduziert.

Ein Verfahren zum Bereitstellen eines derartigen Spülmittels ist der Gebrauch einer selbstverzehrenden gespeisten Elektrode, wie z.B. einer aus Graphit oder Titanium in dem Plasmaätzer. Mit diesem Typ von Elektrodenmaterial ist Chlor recht reaktiv, so daß sich die Chlorkonzentration in dem Plasma reduziert. Ein weitere Methode, die angewendet werden kann, besteht in dem Hinzufügen einer Reagenz, wie Chloroform (CHCl&sub3;), Ammoniak (NH&sub3;) oder Cyangas ((CN)&sub2;) zu dem Tetrachlorkohlenstoff. Diese Reagenzien werden sich in dem Plasmaätzer auflösen und mit dem überschüssigen Chlor reagieren, wobei entweder Erzeugnisse entstehen, die gegenüber dem Silizidfilm unwirksam sind oder die zu der Passivierung des Silizidfilms beitragen. In dem Beispiel, in dem Chloroform als chlorhaltiges Lösungsmittel eingeführt wird, setzt die Dissiziierung des Chloroforms Wasserstoff frei, der Chlor unter Bildung von Salzsäure (HCl) ausspült, die nicht nur unwirksam gegenüber dem Titansilizid ist, sondern zudem flüchtig ist, und sich leicht aus der Reaktionskammer entfernen läßt. Das andere Erzeugnis des Spülvorganges, das durch Chloroform, insbesondere CCl&sub3;, erzielt wird, erhöht die Passivierung der Titansilizidober- fläche und ist an dem Ätzvorgang des Titannitrids in derselben Art und Weise wie das CCl&sub4; Ätzgas beteiligt. Ist ein weiterer Trockenätzvorgang erforder- lich, so ist vorzugsweise ein Resistabtragungsvorgang auf Sauerstoffbasis vor einem weiteren Plasmaätzschritt durchzuführen.

Jedoch wird an parallel zu dem Ionenfluß verlaufenden Flächen, wie enflang der der Seitenwandoxidfäden 26, das chlorhaltige Mittel einen Zwischenflächenfilm hinterlassen, der aus einer Reaktion des Dielektrikums (SiO&sub2;) und des Titans resultiert. Der Plasmaätzvorgang trägt den Zwischenflächenfilm auf Flächen ab, die normal zu dem Ionenfluß angeordnet sind. Da der Zwischenflächenfilm leitend ist, kann er Kurzschlüsse verursachen, beispielsweise zwischen der Gateelektrode 30 einerseits und dem Source- und Draingebieten 14 und 16 andererseits. Dieser Zwischenflächenfilm, dessen Zusammensetzung unbekannt, aber als TixOySiz angenommen wird, laßt sich durch einen nassen Ätzprozess entfernen.

Dieser nasse Ätzprozess beinhaltet das Anordnen des Wafers 44 in einer verdünnten Lösung von beispielsweise RCA (NH&sub4;OH + H&sub2;O&sub2; + H&sub2;O) in einem mit Megaschall angeregten Behälter, d.h. in einem Behälter, der mit einer Frequenz von mehr als 500 kHz angeregt wird. Die RCA-Lösung wird ungefähr mit sechsmal mehr H&sub2;O verdünnt, als normalerweise in einem typischen Nassätzprozess zum Ätzen von Silizium angewandt wird. Der nicht gezeigte Megaschallbehälter ist kommerziell mit ein am Boden befestigten Übertrager erhältlich. Der Megaschallbehälter mit am Boden befestigen Übertrager sollte von dem Typ sein, der die Wafer in einem Kassettenhalter vor und zurück über einen engen Übertragungsstreifen bewegt, der kleiner als der Waferdurchmesser ist. Die Translation der Wafer verhindert die lokale Erwärmung des Wafers aufgrund stehender Wellen, die zu einem baldigen und schnellen Abblättern die Photoresists beitragen. Diese steht im Gegensatz zu einem bodenmontierten Megaschallbehälter, in dem der gesamte Boden einen Übertrager enthält und die Translation von Wafern nicht Teil des Verfahren ist. Der Wafer 44 wird in dem Behälter über ungefähr 10 Minuten hinweg angeordnet, wodurch der Zwischenschichtfilm ohne Entfernung des Titansilizidfilms 20, 22, 28 und 40 oder ein Abblättern des Photoresists, falls dieser als Maskenmaterial 46 genützt wird, zu bewirken. Zur sicheren Verhinderung eines Abblätterns der Photoresistmaske wird ein 60- minütiger Härtungsvorgang bei 120ºC nach dem vorangegangenen Trockenätzen der lokalen Verbindung und vor diesem Naßätzvorgang durchgeführt.

Obwohl der Trockenätzvorgang sich gegenüber der Titanverbindungsschicht 23 recht anisotrop verhält, ist die Naßätzlösung isotrop und unterätzt möglicherweise leicht die Schicht 43 in bezug auf als Maskenmaterial 46. Deshalb ist eine Überdimensionierung des Anteils des strukturierten Maskenmaterial 46, der die lokale Verbindung festlegt, vorzuziehen; so kann z.B. eine lokale Verbindung, die 0,8 um breit ist, eine 1 um breite Struktur auf dem Maskierungsmaterial 46 erfordern. Sowohl die hier beschriebenen Schritte des Trockenätzvorgangs als auch des Naßätzvorgangs verhalten sich selektiv gegenüber der Titanverbindungsschicht 43 in Relation zu den Dielektrika und deshalb weisen das Feldoxid und die Seitenwandoxide 26 und 38 im wesentlichen dieselbe Höhe, wie ursprünglich ausgebildet, auf.

Nach dem Abschluß der gewünschten Ätzschritte wird das strukturierte Maskenmaterial 46 mit einer geeigneten Methode entfernt, so wie ein Lösungsmittelresiststreifen für Photoresist als Maskenmaterial 46, was allgemein bekannt ist. Nach dem Entfernen des Maskenmaterial 46 erscheint die Struktur im wesentlichen so, wie es in Fig 3 gezeigt ist, mit freigelegter lokaler Verbindung 48 als verbleibender Anteil der Schicht 43 nach dem Entfernen des Maskenmaterials 46. Das dargestellte Beispiel einer lokalen Verbindung 48 erstreckt sich von einem Draingebiet 16, bei dem es am Silizidfilm 22 angeschlossen ist, um den Silizidfilm 40 anzuschließen, der über der Gateelektrode 42 angeordnet ist. Lokale Verbindungen, so wie die lokale Verbindung 48, können ebenso zur Verbindung von Diffusionsbereichen miteinander, von Gateelektroden miteinander und zur Schaffung eines Metallbarriere, an das sich Kontaktlöcher zur Herstellung von Metall-Diffusions- und Metall-Polysilizium-Kontakten ätzen lassen, genützt werden. Es ist zu erwähnen, daß die Verbindungen, die hier für die lokale Verbindung 48 beschrieben sind, wie Titannitrid und Titanoxid, im wesentlichen als Diffusionsbarriere für Phosphor wirken, wodurch ein Kontakt zwischen phosphordotiertem n-Typ Silizium und p-Typ Silizium ohne das Auftreten des Problems des Ausdiffundierens der n-Typ Dotierungssubstanz durch die Verbindung 48 in dem p-Typ dotierten Halbleiter möglich ist.

Zur Verbesserung der Leitfähigkeit des Silizidfilms 20, 22, 28 und 40 wird ein Temperprozess nun auf den Wafer 44 angewandt. Der Temperprozess beinhaltet jede geeignete Methode, wie das Sintern des Wafers 44 in einen Ofen bei 700º bis 800ºC über ungefähr 30 Minuten hinweg. An dieser Stelle weist der Silizidfilm 20, 22, 28 und 40 eine Änderung des Flächenwiderstandes von weniger als oder gleich 0,3 Ohm pro Flächeneinheit im Vergleich zu dem Flächenwiderstand von entsprechenden Material auf, das keinem Trockenätzvorgang ausgesetzt ist.

Das gewünschte Ergebnis dieser Methode ist ein Plasmaätzen der Schicht 43 mit einer hohen Selektivität in bezug auf den Silizidfilm 20, 22, 28 und 40. In dem Beispiel, in dem die Schicht 43 primär aus Titannitrid besteht, und in dem der Silizidfilm 20, 22, 28 und 40 Titansilizid ist, besteht das Ergebnis in einem Ätzvorgang mit einem hohen TiN:TiSi&sub2;-Ätzgeschwindigkeitverhältnis Dieses hohe Ätzgeschwindigkeitsverhältnis ist wichtig für die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Schaltung, da diese Verarbeitungsgeschwindigkeit zum Teil von dem Widerstand des Silizidfilms 20, 22, 28 und 40 abhängt. Selbstverständlich ist der Widerstand des Silizidfilms 20, 22, 28 und 40 proportional zu seiner Dicke. Bei Titansilizid führt das Überätzen des Titansilizidfilms 20, 22, 28 und 40 in dem Plasmaätzvorgang zur Ausbildung der lokalen Verbindung 48 zu einer Erhöhung des Widerstandes, was unerwünscht ist.

Spezielle Beispiele der Ergebnisse zahlreicher Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend angegeben. In einem ersten Beispiel wurden die oben beschriebenen Abläufe ohne Einführen chlorhaltiger Spülreagenzien genützt, bis auf dasjenige, das durch eine obere gespeiste Elektrode aus Graphit zur Verfügung steht. Der Wafer 44 weist einen Titansilizidfilm 20, 22, 28 und 40 und eine Titannitridschicht 43 auf. Photoresist wurde als Maskenmaterial 46genützt.

Die Prozeßrahmenbedingungen waren:

Tetrachlorkohlenstoff 80 SCCM

He Durchfluß 30 SCCM

Druck 46,7 Pa (350 Millitor)

Temperatur der geordneten Elektrode 200 Watt

und des Wafers 44 50ºC

Temperatur der oberen gespeisten Elektrode 25ºC

Die resultierenden Ätzgeschwindigkeiten, die erreicht wurden, waren:

Titannitrid 550 nm (5500 A) pro Minute

Titansilizid 80 nm ( 80 A) pro Minute

Oxid 30 nm ( 300 A) pro Minute

Fotoresist 20 nm ( 200 A) pro Minute

Es zeigt sich, daß sogar ohne das zusätzliche chlorhaltige Spülmittel wie Chlorforrn eine Ätzrate von ungefähr 7 zu 1 erreicht wird. Weitere Tests mit hinzugefügten Chloroform haben gezeigt, daß eine Ätzrate von 20 zu 1 von Titannitrid zu Titansilizid möglich ist.

Andere Tests wurden durchgeführt, um die Selektivität des CCl&sub4; Ätzvorgangs in bezug auf Titannitrid relativ zu Titansilizid nachzuweisen. Das Messen der geätzten Menge von Titansilizid erfolgte in diesen Tests durch das Messen eines Wechsels des Flächenwiderstandes des Silizidfilms. Der Unterschied des Flächenwiderstandes bei vorgegebener Ätzzeit (Vor-Ätzvorgang zu Nach-Ätzvorgang) varriert mit der Menge des geätzten TiSi&sub2; (d.h., dem Unterschied in der Dicke des TiSi&sub2;-Films aufgrund des Ätzvorgangs). Bei den Ergebnissen der unten angegebenen Gruppe A wurde die Chloroformdurchflußgeschwindigkeit variiert, um die Menge des geätzten TiSi&sub2; als eine Funktion der Chloroformdurchflußgeschwindigkeit zu messen. Bei den Ergebnissen der unten angegebenen Gruppe B wurde das Elektrodenmaterial gewechselt, wobei kein Chloroform benützt wurde, um die Abhängigkeit des TiSi&sub2; vom dem Elektrodenmaterial zu bestimmen. In allen Beispielen ist die Summe der Ätzzeit und der Überätzzeit die für das Abtragen der TiN-Schicht 43 erforderliche Zeit.

Chloroformdurchflußgeschwindigkeit (SCCM) Ätzzeit (Sekunden) Überätzzeit (Sekunden) Änderung des Schichtwiderstandes (Ohm/Quadrat) Graphit Eloxiertes Aluminium Titan

In einer alternativen Ausführung wird die Titanschicht mit einer Siliziumoxid oder Siliziumnitriddeckschicht vor der Heizreaktion zur Bildung von Titanoxid (TiO) anstelle von Titannitrid bedeckt. Die Siliziumoxidschicht wird nach der Reaktion in einem Ofen in einer Stickstoffumgebung bei 650ºC entfernt. Das Titanoxid ist ebenfalls leitend und bildet eine lokale Verbindung nach der Bearbeitung in derselben Art und Weise wie das Titannitrid.

In dieser Ausführung wird das Titanoxid mit Tetrachlorkohlenstoff unter Gebrauch desselben Prozesses geätzt, wie zuvor weiter oben beschrieben. Anstelle der Bildung von CN wird jedoch Kohlenmonoxid (CO) gebildet, wohingegen alle anderen Reaktionen im wesentlichen dieselben sind.

Obgleich die vorliegende Erfindung anhand einer speziellen bevorzugten Ausführung beschrieben wurde, öffnen sich demjenigen, der mit dem Stand der Technik vertraut ist, zahlreiche Veränderungen und Modifikationen und es wird die Absicht verfolgt, daß die vorliegende Erfindung derartige Veränderungen und Modifikationen, die in den Bereich der nachfolgenden Ansprüche fallen, mit beinhaltet.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Ätzen einer leitenden Titanverbindung enthaltend Titanoxid, Titannitrid oder eine Kombination davon mit einer wesentlich größeren Geschwindigkeit als das Ätzen von darunterliegendem Siliciumdioxid und Titansilicid auf einer Halbleiterscheibe mit dem Schritt des Einführens eines reaktiven Plasmas auf die chemische Titanverbindung, das Siliciumdioxid und das Titansilicid, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Plasma ein chlorhaltiges Mittel enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Mischens eines chlorhaltigen Spülmittels mit dem chlorhaltigen Mittel.

3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das chlorhaltige Mittel Tetrachlorkohlenstoff ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Schritt des Mischens eines inerten Gases mit dem Tetrachlorkohlenstoff.







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