DE19706532A1 - Vorrichtung zur Halbleiterherstellung mit verbessertem Sputterkollimator und Leitungsführungsverfahren für ein Halbleiterbauelement unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halbleiterherstellung und ein Leitungsführungsverfahren für ein Halbleiterbauelement unter Verwendung der Vorrichtung und besonders eine Vorrichtung zur Halbleiterherstellung mit einem verbesserten Sputterkollimator und ein Leitungsfüh­ rungsverfahren für ein Halbleiterbauelement unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung, die in der Lage sind, das Pro­ blem der Stufenabdeckung und das Problem der Teilchenbildung zu lösen, die während eines durch ein herkömmliches Sputter­ verfahren bzw. Vakuumzerstäubungsverfahren ohne Verwendung eines kostspieligen Prozesses zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) durchgeführten Leitungsführungsprozes­ ses auftreten.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Nimmt die Integrationsdichte von Halbleiterbauelementen zu, wird das Seitenverhältnis einer Kontaktöffnung für den elektrischen Anschluß eines Bauelements erhöht. Entsprechend dem zunehmenden Seitenverhältnis der Kontaktöffnung tritt beim Vergraben der Kontaktöffnung ein Problem der Stufenab­ deckung auf. Zur Lösung eines derartigen Problems wurden verschiedene Verfahren untersucht.

Ein elektrischer Leitungsführungsprozeß für ein Halb­ leiterbauelement wird im allgemeinen durch Abscheiden einer Aluminiumschicht mit geringem elektrischen Widerstand auf einem Substrat durch einen Sputterprozeß durchgeführt. Um die Erscheinung zu verhindern, daß verursacht durch eine Wechselwirkung zwischen dem Aluminium und dem Substrat eine Aluminiumspitze mit einer niedrigeren Schmelztemperatur als das Substrat gebildet wird, wenn das geschmolzene Aluminium auf das Substrat geleitet wird, wird auf der Oberfläche des Substrats einschließlich der Kontaktöffnung zunächst eine dünne TiN-Schicht oder eine dünne TiW-Schicht, die eine Me­ tall-Sperrschicht ist, abgeschieden und auf der so abge­ schiedenen Sperrschicht wird eine Aluminiumschicht abge­ schieden, um so einen metallischen Leiter zu formen.

Das herkömmliche Leitungsführungsverfahren für ein Halbleiterbauelement wird nun mit Bezug auf Fig. 1A bis 1G ausführlicher erläutert.

In einem ersten Schritt werden wie in Fig. 1A gezeigt eine Gate-Isolierschicht (14), eine leitende Schicht (zum Beispiel eine polykristalline Siliziumschicht) und eine er­ ste Isolierschicht (zum Beispiel eine Oxidschicht) der Reihe nach auf einem aktiven Bereich eines p-Halbleitersubstrats (12) abgeschieden, bei dem der aktive Bereich und ein Be­ reich zur Trennung von Bauelementen durch eine Feldoxid­ schicht (10) getrennt sind. Danach wird durch einen Fotoli­ thographieprozeß auf der ersten Isolierschicht ein Fotolack­ muster geformt. Die erste Isolierschicht und die leitende Schicht werden der Reihe nach unter Verwendung des Fotolack­ musters als Maske geätzt, und dann werden ein erstes Iso­ lierschichtmuster (18) und eine Gate-Elektrode (16) geformt und das Fotolackmuster wird entfernt. Eine niedrige Dichte von n-Dotierungsionen wird unter Verwendung eines Selbstju­ stierungsverfahrens in das Halbleitersubstrat (12) implan­ tiert und ein schwach dotierter n-Drainbereich (19) (im fol­ genden als n LDD-Bereich bezeichnet), der eine niedrigere Dichte aufweist, wird im Halbleitersubstrat (12) an beiden Seiten der Gate-Elektrode (16) geformt. Eine zweite Feld- Isolierschicht (10) wird auf der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats, auf dem die erste Isolierschicht (18), die Gate-Elektrode (16) und die Feld-Oxidschicht (10) ge­ formt sind, abgeschieden. An den Seitenwänden der ersten Isolierschicht (18) und der Gate-Elektrode (16) werden durch Zurückätzen der zweiten Isolierschicht aus demselben Materi­ al wie die zweite Isolierschicht bestehende Seitenwand- Abstandhalter (20) geformt. Durch Implantieren einer hohen Dichte von n-Dotierungsionen in das Halbleitersubstrat unter Verwendung der ersten Isolierschicht (18), der Gate-Elek­ trode (16) und der Seitenwand-Abstandhalter (20) als Maske werden Source/Drain-Bereiche (22) mit LDD-Struktur geformt.

In einem zweiten Schritt wird wie in Fig. 1B gezeigt die Gate-Isolierschicht (14) geätzt, damit ein vorbestimmter Teil des Halbleitersubstrats (12) des Source/Drain-Bereichs (22), in dem später eine Kontaktöffnung geformt werden soll, freigelegt wird und eine dritte Isolierschicht (24) (zum Beispiel eine undotierte CVD-Oxidschicht) wird auf der Ober­ fläche des Halbleitersubstrats (12), auf der das Muster ge­ formt ist, abgeschieden.

In einem dritten Schritt wird wie in Fig. 1C gezeigt auf der dritten Isolierschicht (24) eine vierte Isolier­ schicht (26) (zum Beispiel ein Borophosphosilikatglas) abge­ schieden.

In einem vierten Schritt wird wie in Fig. 1D gezeigt auf der vierten Isolierschicht (26) durch einen Fotolitho­ graphieprozeß ein Fotolackmuster (28) geformt.

In einem fünften Schritt wie in Fig. 1E gezeigt werden die vierte Isolierschicht (26) und die dritte Isolierschicht (24) durch Verwendung des Fotolackmusters (28) als Maske selektiv geätzt und eine Kontaktöffnung "a" wird geformt, damit das Halbleitersubstrat (12) des Source/Drain-Bereichs (22) freigelegt wird.

In einem sechsten Schritt wie in Fig. 1F gezeigt wird das Fotolackmuster (28) entfernt und wie in Fig. 1G gezeigt wird durch einen Sputterprozeß auf der vierten Isolier­ schicht (26) einschließlich der Kontaktöffnung "a" eine TiN- Schicht oder eine TiW-Schicht, die eine metallische Sperr­ schicht (30) ist, in einer Dicke von 400-1000 A geformt. Die metallische Sperrschicht (30) dient hier dazu, zu verhin­ dern, daß verursacht durch direkten Kontakt zwischen der metallischen Leitungsführungsschicht (32) und dem Halblei­ tersubstrat (12) eine Aluminiumspitze geformt wird. Die Alu­ miniumschicht, die die metallische Leitungsführungsschicht (32) ist, wird durch einen Sputterprozeß auf der metalli­ schen Sperrschicht (30) in einer Dicke von 5000-10000 Å ab­ geschieden und dann ist der Leitungsführungsprozeß für das Halbleiterbauelement abgeschlossen.

Ein derartiger Leitungsführungsprozeß unter Verwendung des Sputterprozesses hat jedoch den Nachteil, daß es, wenn das Seitenverhältnis der Kontaktöffnung durch die hohe Inte­ grationsdichte des Halbleiterbauelements erhöht wird, verur­ sacht durch die Stufenabdeckung unmöglich ist, die Kontakt­ öffnung zu vergraben.

Um das Problem der Stufenabdeckung zu lösen, wurden in der Industrie einige Verfahren wie folgt eingeführt.

Unter den Verfahren ist ein Verfahren zur Abscheidung einer Aluminiumschicht als metallische Leitungsführungs­ schicht durch Verwendung der CVD-Technik ohne Verwendung eines Verfahrens zur physikalischen Abscheidung aus der Dampfphase (PVD) wie eines Sputterverfahrens, um so das Pro­ blem der Stufenabdeckung der Kontaktöffnung zu lösen. Es ist deshalb möglich, die Aluminiumschicht in einem höheren Sei­ tenverhältnis abzuscheiden.

Es gibt ein anderes Verfahren zur Abscheidung der Alu­ miniumschicht als metallische Leitungsführungsschicht durch Sputtern und danach Heizen der Aluminiumschicht bei hoher Temperatur (zum Beispiel bei 500-650°C), um so das Alumini­ um zu einem niedrigeren Teil der Kontaktöffnung zu leiten und so eine gewünschte Stufenabdeckung zu formen.

Da das erstere Verfahren sehr kostspielig ist, wird es in der Industrie nicht eingesetzt. Das letztere Verfahren hat darin Vorteile, daß im tatsächlichen Einsatz nur eine kleine Änderung gegenüber dem vorhandenen Verfahren nötig ist und es verglichen mit dem CVD-Verfahren nicht teuer ist und seine Wirksamkeit hoch ist.

Da jedoch die TiN-Schicht oder die TiW-Schicht, die als metallische Sperrschicht dient, eine hohe Schmelztemperatur aufweist, besitzt derartiges Material nicht die gewünschten Fließeigenschaften wie Aluminium. Beim Abscheiden einer sol­ chen TiN-Schicht oder TiW-Schicht in der Kontaktöffnung durch Sputtern ist es deshalb unmöglich, sowohl eine ge­ wünschte Stufenabdeckung als auch eine TiN-Schicht oder TiW- Schicht mit einer vorbestimmten Dicke zu erhalten.

Um das oben beschriebene Problem zu lösen, wurde in der Industrie ein weiteres auf die Änderung der Struktur der Sputtervorrichtung gerichtetes Verfahren zur Verbesserung der Stufenabdeckung eingeführt.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die eine her­ kömmliche Vorrichtung zur Halbleiterherstellung mit einem aus einem leitenden Material bestehenden Kollimator dar­ stellt.

Wie darin gezeigt sind in der herkömmlichen Sputtervor­ richtung der Vorrichtung zur Halbleiterherstellung eine po­ sitive Elektrode (42), auf der ein Halbleitersubstrat (12) angeordnet wird, und eine negative Elektrode (46), mit der ein metallisches Target (44) ineinandergreift, einander ge­ genüberliegend angeordnet. Ein Kollimator (48) mit einer hexagonalen netzförmigen Struktur nahe dem Halbleitersub­ strat (12) und bestehend aus leitendem Material wird zwi­ schen der positiven Elektrode (42) und der negativen Elek­ trode (46) angeordnet.

Das auf der positiven Elektrode (42) angeordnete Halb­ leitersubstrat (12) beinhaltet hier eine durch die Prozesse wie in Fig. 1A bis 1G gezeigt geformte Kontaktöffnung "a". Das metallische Target (44) ist hier ein TiN-Target oder ein TiW-Target.

Die TiN-Schicht oder die TiW-Schicht, die als metalli­ scher Sperrschicht dient, wird deshalb wie folgt in der Kon­ taktöffnung "a" abgeschieden.

Wird nämlich ein Teilchen des TiN-Targets oder des TiW- Targets mit einem Plasma (zum Beispiel einem Ar-Ion) zur Kollision gebracht und auf das Halbleitersubstrat (12) ge­ sputtert, werden die mit dem Kollimator (48) kollidierenden Teilchen von den TiN- oder TiW-Teilchen gefiltert und die Teilchen, die nicht mit dem Kollimator (48) kollidieren, gelangen hindurch. Die durch den Kollimator (48) gelangten Teilchen bleiben auf der Oberfläche der Kontaktöffnung "a" hängen und werden darauf abgeschieden, so daß eine TiN- Schicht oder TiW-Schicht geformt wird. Das oben beschriebe­ ne, auf das Sputtern von Teilchen eines metallischen Targets auf die Oberfläche der Kontaktöffnung gerichtete Verfahren wird als kollimiertes Sputterverfahren bezeichnet.

Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ist es deshalb möglich, einen Schatteneffekt bei der Stufenabdeckung zu minimieren, der durch einen überhängenden Teil "h" wie in Fig. 1G gezeigt, der ein Targetteilchen vom Erreichen des unteren Teils der Kontaktöffnung abhält, bewirkt wird.

Das oben beschriebene Verfahren hat jedoch folgende Nachteile.

Wie in Fig. 3 gezeigt gelangt ein TiN-Teilchen oder TiW-Teilchen "b" unter den vom metallischen Target (44) ge­ sputterten TiN- oder TiW-Teilchen, das die Oberfläche des Kollimators (48) in einem bestimmten Winkel, der nicht der vertikale Winkel ist, erreicht, nicht durch den Kollimator (48). Ein solches Teilchen, angegeben durch ein Bezugszei­ chen "c" in Fig. 3 bleibt nämlich am Kollimator (48) hän­ gen, so daß die Schlitzgröße des Kollimators (48) verringert wird. Deshalb wird die Menge an TiN-Teilchen oder TiW-Teil­ chen, die den unteren Teil der Kontaktöffnung erreichen, verringert, was somit die Abscheidungsrate vermindert. Die Abscheidungsrate wird auf der Grundlage der Anzahl der Ab­ scheidungsprozesse weiter vermindert. Insbesondere die vom Kollimator (48) abgetrennten Teilchen können ein kritisches Problem für das Halbleiterbauelement verursachen.

Die oben beschriebenen Probleme müssen deshalb gelöst werden, so daß die Vorrichtung zur Halbleiterherstellung, die das herkömmliche kollimierte Sputterverfahren einsetzt, dazu dienen kann, das Halbleiterbauelement in Massenproduk­ tion zu fertigen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist folglich ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Halbleiterherstellung und ein Leitungs­ führungsverfahren für ein Halbleiterbauelement unter Verwen­ dung der Vorrichtung bereitzustellen, das die im Stand der Technik auftretenden Probleme löst.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Halbleiterherstellung be­ reitzustellen, die in der Lage ist, einen aus einem netzar­ tigen Heizmaterial bestehenden Kollimator bereitzustellen, der Joulesche Wärme erzeugt, wenn ihm elektrische Leistung zugeführt wird.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Halbleiterherstellung be­ reitzustellen, die in der Lage ist, das Problem der Abnahme der Stufenabdeckung und der Teilchenbildung zu lösen, die beim Abscheiden eines Leitungsführungsmaterials eines Halb­ leiterbauelements durch Formen einer metallischen Sperr­ schicht oder eines metallischen Leitungsführungsschicht be­ wirkt werden.

Um die obigen Ziele zu erreichen, wird eine Vorrichtung zur Halbleiterherstellung bereitgestellt, die eine negative Elektrode mit einem metallischen Target, eine gegenüber der negativen Elektrode angeordnete positive Elektrode, auf der ein Halbleitersubstrat angebracht werden kann, und einen zwischen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode und nahe dem Halbleitersubstrat angebrachten Kollimator ent­ hält, wobei der Kollimator aus einem netzartigen Heizmateri­ al besteht und so entworfen ist, daß darin Joulesche Wärme erzeugt wird, wenn an ihn ein Strom angelegt wird.

Um die obigen Ziele zu erreichen, wird auch ein Lei­ tungsführungsverfahren unter Verwendung einer Vorrichtung zur Halbleiterherstellung mit einem aus Heizmaterial beste­ henden Kollimator bereitgestellt, das die Schritte Formen eines Schalttransistors mit einer Gate-Elektrode und einem Source/Drain-Bereich in einem aktiven Bereich eines Halblei­ tersubstrats; Formen einer Isolierschicht auf einer Oberflä­ che des Substrats einschließlich des Schalttransistors; For­ men einer Kontaktöffnung durch Ätzen der Isolierschicht, damit die Oberfläche des Substrats am Source/Drain-Bereich freigelegt wird; Formen einer metallischen Sperrschicht auf der Isolierschicht einschließlich der Kontaktöffnung durch Verwendung einer Vorrichtung zur Halbleiterherstellung mit einem aus einem netzartigen Heizmaterial bestehenden Kolli­ mator, wobei dieser Kollimator durch Joulesche Wärme geheizt wird, die erzeugt wird, wenn zwischen einer negativen Elek­ trode, an der ein metallisches Target angebracht ist, und einer positiven Elektrode, auf der das Substrat angebracht ist, ein Strom angelegt wird; und Formen einer metallischen Leitungsführungsschicht auf der metallischen Sperrschicht einschließlich der Kontaktöffnung enthält.

Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung besser ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird aus der unten folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur der Darstellung dienen und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken, besser verständlich.

Fig. 1A bis 1G sind schematische Schnittansichten, die zur Erläuterung eines herkömmlichen Leitungsführungsprozes­ ses für das Halbleiterbauelement die Herstellung eines Halb­ leiterbauelements zeigen;

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die eine her­ kömmliche Vorrichtung zur Halbleiterherstellung mit einem aus einem leitendem Material bestehenden Kollimator zeigt;

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die durch den Kollimator der Vorrichtung von Fig. 2 laufende metallische Targetteilchen zeigt;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die eine Vor­ richtung zur Halbleiterherstellung mit einem aus einem netz­ artigen Heizmaterial bestehenden Kollimator gemäß der vor­ liegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die den in Fig. 4 gezeigten Kollimator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, um dessen Heizprinzip zu erklären;

Fig. 6A und 6B sind Ansichten, die eine Sputtervor­ richtung zeigen, wovon

Fig. 6A eine schematische Ansicht ist, die zur Erläuterung eines herkömmlichen rückseitigen direkten Heiz­ verfahrens die Sputtervorrichtung zeigt; und

Fig. 6B eine schematische Ansicht ist, die zur Erläuterung eines indirekten vorderseitigen Strahlungs- Heizverfahrens gemäß der Erfindung die Sputtervorrichtung zeigt; und

Fig. 7A und 7B sind Schnittansichten, die eine Lei­ tungsführungsstruktur eines durch Verwendung der Vorrichtung zur Halbleiterherstellung von Fig. 4 geformten Halbleiter­ bauelements zeigen, wovon

Fig. 7A eine Schnittansicht ist, die eine Lei­ tungsführungsstruktur zeigt, in der durch Verwendung der Vorrichtung zur Halbleiterherstellung von Fig. 4 eine Wand- Metallschicht geformt wird; und

Fig. 7B eine Schnittansicht ist, die eine Lei­ tungsführungsstruktur zeigt, in der durch Verwendung der Vorrichtung zur Halbleiterherstellung von Fig. 4 eine Wand- Metallschicht und eine metallische Leitungsführungsschicht geformt werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich darauf ge­ richtet, das Problem der Stufenabdeckung einer metallischen Sperrschicht zu lösen, das beim Abscheiden einer Aluminium­ schicht durch einen Sputterprozeß auftritt. Zusätzlich kön­ nen eine Abnahme der Abscheidungsrate auf der Grundlage der Anzahl von Abscheidungen und eine Teilchenbildung, die bei einem herkömmliche kollimierten Sputterverfahren problema­ tisch sind, durch die verbesserte Sputtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung überwunden werden.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die eine Vor­ richtung zur Halbleiterherstellung mit einem aus einem netz­ artigen Heizmaterial bestehenden Kollimator gemäß der vor­ liegenden Erfindung zeigt.

Wie darin gezeigt enthält ein metallisches Target (100) eine darauf angeordnete negative Elektrode (102). Ein Halb­ leitersubstrat (104) befindet sich auf einer positiven Elek­ trode (oder einer Masseelektrode) (106). Ein aus einem netz­ artigen Heizmaterial bestehender Kollimator (108) ist zwi­ schen der negativen Elektrode (102) und der positiven Elek­ trode (106) und nahe dem Halbleitersubstrat (104) angeord­ net.

Der Kollimator (108) besteht hier im Unterschied zu dem herkömmlichen, aus einem leitendem Material bestehenden Kol­ limator aus einem Heizmaterial mit einer Vielzahl von hexa­ gonalen Bestandteilen, so daß, wenn an den Kollimator (108) elektrische Leistung angelegt wird, darin Joulesche Wärme erzeugt wird. Wird nämlich wie in Fig. 5 gezeigt ein Strom "I" an den Kollimator (108) angelegt, wird der Kollimator (108) verursacht durch die Joulesche Wärme geheizt. Der so geheizte Kollimator (108) dient deshalb sowohl als Elektrode als auch zum Kollimieren, das heißt, zur Erhöhung einer ge­ rade gerichteten Fortbewegungscharakteristik von darauf ge­ sputterten metallischen Teilchen.

Die Sputtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nämlich darauf gerichtet, den aus einem Heizmaterial bestehenden Kollimator (108) zu heizen, um so die Temperatur des Halbleitersubstrats während des Sputterprozesses zur Abscheidung einer aus einem TiN-Material oder einem TiW- Material bestehenden metallischen Sperrschicht oder einer aus einem Aluminiummaterial bestehenden metallischen Lei­ tungsführungsschicht zu steuern.

Beim Sputtern solcher metallischer Materialien durch Verwendung der Sputtervorrichtung mit den oben beschriebenen Eigenschaften können die folgenden Vorteile erreicht werden.

Da erstens beim Sputtern von metallischen Materialien die mit dem geheizten Kollimator (108) kollidierenden metal­ lischen Teilchen thermische Energie vom geheizten Kollimator (108) aufnehmen und dann durch den Kollimator (108) gelan­ gen, ist es möglich, die Probleme des herkömmlichen kolli­ mierten Sputterverfahrens zu überwinden, bei dem die Teil­ chen am Kollimator (108) hängenbleiben, und dadurch die Ab­ scheidungsrate vermindert wird. Zusätzlich nehmen die metal­ lischen Teilchen thermische Energie vom Kollimator (108) auf, auch wenn die metallischen Teilchen am Kollimator (108) hängenbleiben, so daß sich die metallischen Teilchen vom Kollimator (108) wegbewegen können. Es ist deshalb möglich, die Abscheidungsrate bedeutend zu erhöhen. Zusätzlich können die metallischen Teilchen gleichmäßiger auf der gesamten Oberfläche des Substrats (104) abgeschieden werden, um so die Abscheidungsrate zu erhöhen.

Da zweitens die metallischen Teilchen, die an dem aus dem netzartigen Heizmaterial bestehenden Kollimator (108) hängenbleiben, thermische Energie vom geheizten Kollimator (108) aufnehmen und verglichen mit dem herkömmlichen kolli­ mierten Sputterverfahren fester und gleichmäßiger an der gesamten Oberfläche des Kollimators (108) hängenbleiben, ist es möglich, die Bildung einer Anhäufung metallischer Teil­ chen zu verhindern, die schwer vom Kollimator (108) zu tren­ nen sind.

Da drittens die kinetische Energie des metallischen Teilchens durch die Aufnahme thermischer Energie vom Kolli­ mator (108) erhöht wird, können die metallischen Teilchen eine beträchtliche Energie haben, nachdem die metallischen Teilchen das Substrat erreichen, so daß die metallischen Teilchen auf dem Substrat beweglich sein können, um so die Stufenabdeckung zu verbessern. Da das Halbleitersubstrat (104) durch Wärmestrahlung vom Kollimator (108) geheizt wird, ist es besonders beim Abscheiden eines metallischen Materials mit einer niedrigeren Schmelztemperatur wie bei­ spielsweise Aluminium möglich, das Halbleitersubstrat ohne direktes Heizen des Substrats zu heizen, um so eine ge­ wünschte Stufenabdeckung zu erhalten, die durch den Lei­ tungsführungsprozeß auf der Grundlage des Aluminium-Fließ­ verfahrens erhalten werden kann.

Das im herkömmlichen Aluminium-Fließverfahren wie in Fig. 6A gezeigt verwendete Substrat-Heizverfahren ist vier­ tens darauf gerichtet, ein direktes rückseitiges Heizverfah­ ren einzusetzen, das zum Heizen der Rückseite des Halblei­ tersubstrats (12) durch Verwendung eines aus einem Heizmate­ rial bestehenden Suszeptors (34) und zum Übertragen der Wär­ me auf Aluminiumteilchen auf der vorderen Oberfläche des Substrats (12) gedacht ist; die vorliegende Erfindung ist jedoch darauf gerichtet, ein indirektes vorderseitiges Strahlungsheizverfahren zu verwenden, das Wärmestrahlung "Q" von dem aus einem netzartigen Heizmaterial bestehenden Kol­ limator (108) zum Heizen der vorderen Oberfläche des Sub­ strats verwendet. Es ist deshalb möglich, den Aluminiumteil­ chen ohne eine thermische Belastung des Substrats leichter thermische Energie zuzuführen. Da die Aluminiumteilchen zu­ sätzlich direkt vom Kollimator (108) thermische Energie auf­ nehmen, kann der Wirkungsgrad des Heizens der Aluminiumteil­ chen erhöht werden. Es ist nämlich möglich, beim Abscheiden von Aluminium einen Substrat-Heizprozeß an Ort und Stelle durchzuführen, ohne das Substrat (104) durch den Suszeptor (34) zu überhitzen, und so die Fließeigenschaften des abge­ schiedenen Aluminiums bedeutend zu verbessern.

Mit Bezug auf Fig. 7A und 7B wird nun das Leitungsfüh­ rungsverfahren für ein Halbleiterbauelement unter Verwendung der Sputtervorrichtung mit den oben beschriebenen Vorteilen erläutert.

Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 7A ein Leitungsfüh­ rungsprozeß zum Formen einer aus TiN-Material oder TiW- Material bestehenden metallischen Sperrschicht unter Verwen­ dung der Sputtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

In einem ersten Schritt werden auf einem aktiven Be­ reich des p-Halbleitersubstrats (104), in dem ein aktiver Bereich und ein Bereich zur Isolierung von Bauelementen durch einen Feldoxidbereich (111) getrennt sind, eine Gate- Isolierschicht (112), eine leitende Schicht (zum Beispiel eine polykristalline Siliziumschicht) und eine erste Iso­ lierschicht (zum Beispiel eine Oxidschicht) abgeschieden. Durch Fotolithographie wird auf der ersten Isolierschicht ein Fotolackmuster geformt. Die erste Isolierschicht und die leitende Schicht werden der Reihe nach unter Verwendung des Fotolackmusters als Maske geätzt, um so ein erstes Isolier­ schichtmuster (116) und eine Gate-Elektrode (114) zu formen, und dann wird das Fotolackmuster entfernt. Unter Verwendung des ersten Isolierschichtmusters (116) und der Gate-Elek­ trode (114) als Maske werden n-Dotierungsionen niedriger Dichte durch ein Selbstjustierungsverfahren in das Halblei­ tersubstrat (104) implantiert und im Halbleitersubstrat (104) wird auf der linken und rechten Seite der Gate-Elek­ trode (114) ein n-Ionenimplantationsbereich niedriger Dichte (ein schwach dotierter n⁻ Drain-Bereich (n⁻ LDD-Bereich)) geformt. Auf der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats (104) auf der das erste Isolierschichtmuster (116), die Ga­ te-Elektrode (114) und die Feldoxidschicht (111) geformt sind, wird eine zweite Isolierschicht abgeschieden. Auf den Seitenwänden des ersten Isolierschichtmusters (116) und der Gate-Elektrode wird durch Zurückätzen der zweiten Isolier­ schicht ein aus einem zweiten Isolierschichtmaterial beste­ hender Seitenwand-Abstandhalter (120) geformt. Unter Verwen­ dung des ersten Isolierschichtmusters (116), der Gate- Elektrode (114) und des Seitenwand-Abstandhalters (120) als Maske wird eine hohe Dichte von n-Dotierungsionen in das Halbleitersubstrat (104) implantiert, um so Source/Drain- Bereiche (122) einer LDD-Struktur zu formen.

In einem zweiten Schritt wird die Gate-Elektrode (112) geätzt, damit die Oberfläche des Halbleitersubstrats (104) der Source/Drain-Bereiche (122) freigelegt wird und eine dritte Isolierschicht (124) (zum Beispiel eine Niedertempe­ ratur-Oxidationsschicht) wird auf der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats (104), auf der das Muster geformt ist, abgeschieden.

In einem dritten Schritt wird auf der dritten Isolier­ schicht (124) eine vierte Isolierschicht (126) (zum Beispiel ein BPSG-Schicht) abgeschieden. Auf der vierten Isolier­ schicht (126) wird durch Fotolithographie ein Fotolackmuster geformt und die vierte Isolierschicht (126) und die dritte Isolierschicht (124) werden unter Verwendung des Fotolackmu­ sters als Maske selektiv geätzt, um so eine Kontaktöffnung zu formen, damit ein Teil des Halbleitersubstrats (104) der Source/Drain-Bereiche (122) freigelegt wird, und dann wird das Fotolackmuster entfernt.

In einem vierten Schritt wird auf der vierten Isolier­ schicht (126) einschließlich der Kontaktöffnung durch Ver­ wendung der Sputtervorrichtung wie in Fig. 5 gezeigt eine TiN-Schicht oder eine TiW-Schicht mit einer Dicke von 400- 1000 Å, die als metallische Sperrschicht dient, geformt. Der oben beschriebene Prozeß wird nun ausführlicher in drei Un­ terschritten erläutert.

In einem ersten Unterschritt wird nämlich das Substrat (104), das eine Kontaktöffnung aufweist, auf der positiven Elektrode (106) (oder einer Masseelektrode (106)) der Sput­ tervorrichtung angebracht.

In einem zweiten Unterschritt wird das abzuscheidende metallische Target (100), zum Beispiel ein TiN-Target oder ein TiW-Target auf der negativen Elektrode (102) angebracht.

In einem dritten Unterschritt wird zwischen der negati­ ven Elektrode (102) und der positiven Elektrode (106) ein Plasma (zum Beispiel bestehend aus Ar⁺-Ionen) erzeugt. An den aus einem netzartigen Heizmaterial bestehenden Kolli­ mator (108) mit einer Vielzahl von Öffnungen wird ein Strom angelegt, um so Wärme zu erzeugen. Das Substrat (104) wird durch die vom Kollimator (108) darauf übertragene Wärme ge­ heizt. Deshalb wird die Temperatur des Substrats erhöht. Im oben beschriebenen Zustand werden nach einer Kollision mit dem Plasma vom metallischen Target (100) abgetrennte TiN- Teilchen oder TiW-Teilchen gesputtert, wodurch auf der vier­ ten Isolierschicht (126) einschließlich der Kontaktöffnung eine TiN-Schicht oder TiW-Schicht als die metallische Sperr­ schicht (128) abgeschieden wird. Da zu diesem Zeitpunkt in Zusammenarbeit mit dem Kollimator (108) nur die TiW-Target­ teilchen oder die TiN-Targetteilchen mit gerader Bewegung­ scharakteristik auf dem Substrat (104) abgeschieden werden, wird die metallische Sperrschicht (128) wie in Fig. 7A ge­ zeigt nur auf dem oberen Teil der vierten Isolierschicht (126) und dem unteren Bereich der Kontaktöffnung abgeschie­ den. Die metallische Sperrschicht (30) dient hier dazu, eine Al-Spitze zu verhindern, die verursacht durch einen direkten Kontakt zwischen der später zu formenden Al-Schicht und dem Substrat (104) auftritt.

Da die kinetische Energie der TiN-Teilchen oder der TiW-Teilchen, die vom Kollimator (108) thermische Energie aufnehmen, während des oben beschriebenen Prozesses erhöht wird, können die TiN-Teilchen oder die TiW-Teilchen auf dem Substrat (104) beweglich sein, da sie beim Erreichen des Substrats eine beträchtliche Energie besitzen. Es ist des­ halb möglich, die metallische Sperrschicht (128) im unteren Bereich der Kontaktöffnung mit hohem Seitenverhältnis mit einer beträchtlichen Dicke zu formen, um so die Stufenabdeckung bedeutend zu verbessern.

In einem fünften Schritt wird eine Al-Schicht, die als metallische Leitungsführungsschicht (130) dient, auf der metallischen Sperrschicht (128) in einer Dicke von 5000-10000 Å abgeschieden und dann wird das Substrat (104) mit Wärme behandelt. Danach ist der Prozeß zum Formen einer Lei­ tungsführungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung abge­ schlossen. Der oben beschriebene Wärmebehandlungsprozeß kann weggelassen werden.

Im Fall des Formens der metallischen Sperrschicht und der metallischen Leitungsführungsschicht durch Verwendung der Sputtervorrichtung wird als nächstes der Prozeß zum For­ men der Leitungsführung mit Bezug auf Fig. 7B erläutert.

Da der erste bis vierte Schritt hier auf dieselbe Art und Weise wie der in Fig. 7A gezeigte Prozeß durchgeführt werden, wird deren Beschreibung weggelassen.

Durch den ersten bis vierten Schritt wird nämlich auf der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats (104), in dem ein Schalttransistor geformt wird, eine Isolierschicht abgeschieden und diese Isolierschicht wird geätzt, damit die Oberfläche des Halbleitersubstrats an den Source/Drain- Bereichen des Schalttransistors freigelegt wird, um so eine Kontaktöffnung zu formen. Auf dem oberen Teil der Isolier­ schicht und dem unteren Teil der Kontaktöffnung wird durch Verwendung der Sputtervorrichtung wie in Fig. 5 gezeigt eine TiN-Schicht oder TiW-Schicht, die die metallische Sperrschicht (128) ist, mit einer Dicke von 400-1000 Å ge­ formt.

In einem fünften Schritt wird auf der metallischen Sperrschicht (128) einschließlich der Kontaktöffnung durch Verwendung der Sputtervorrichtung wie in Fig. 5 gezeigt eine Al-Schicht als metallische Leitungsführungsschicht (130) mit einer Dicke von 5000-10000 Å geformt und dann ist der Prozeß zum Formen der Leitungsführung (130) eines Halb­ leiterbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung abge­ schlossen. Der oben beschriebene Prozeß wird in drei Unter­ schritten ausführlicher erläutert.

In einem ersten Unterschritt wird das Halbleitersub­ strat (104), das eine metallische Sperrschicht (128) auf­ weist, auf der positiven Elektrode (106) (oder einer Mas­ seelektrode) der Sputtervorrichtung angebracht.

In einem zweiten Unterschritt wird das abzuscheidende metallische Target (100) (zum Beispiel ein Al-Target) an der negativen Elektrode (102) angebracht.

In einem dritten Unterschritt wird zwischen der negati­ ven Elektrode (102) und der positiven Elektrode (106) ein (zum Beispiel aus Ar⁺-Ionen bestehendes) Plasma erzeugt und an den Kollimator (108) wird Strom angelegt, um so den aus einem Heizmaterial bestehenden Kollimator (108) zu heizen. Das Substrat (104) wird durch Wärmestrahlung "Q" vom Kolli­ mator (108) geheizt. Deshalb wird die Temperatur des Sub­ strats (104) erhöht. Wenn Al-Teilchen durch Kollision mit dem Plasma von dem zu sputternden metallischen Target abge­ trennt werden, wird auf der metallischen Sperrschicht (128) einschließlich der Kontaktöffnung eine metallische Leitungs­ führungsschicht (130) abgeschieden.

Da die Al-Teilchen, die eine niedrige Schmelztemperatur aufweisen, während des Prozesses zum Formen der metallischen Leitungsführungsschicht durch indirektes vorderseitiges Hei­ zen mit Strahlung direkt thermische Energie vom Kollimator (108) aufnehmen, schmilzt das Al und fließt und vergräbt die Kontaktöffnung des Substrats vollständig. Fig. 7B ist eine Schnittansicht, die die Leitungsführungsstruktur darstellt, in der durch Verwendung der Vorrichtung zur Halbleiterher­ stellung von Fig. 4 eine Wand-Metallschicht und eine metal­ lische Leitungsführungsschicht geformt sind.

Da nämlich beim Formen der metallischen Leitungsfüh­ rungsschicht durch Verwendung von Aluminium mit niedriger Schmelztemperatur beim Abscheiden der Al-Schicht ein Heizen des Substrats an Ort und Stelle durchgeführt werden kann, ohne das Halbleitersubstrat (104) durch Verwendung eines Suszeptors (110) zu heizen, ist es möglich, die Fließeigen­ schaften der abgeschiedenen Al-Schicht bedeutend zu verbes­ sern.

Wie oben beschrieben haben die Vorrichtung zur Halblei­ terherstellung und das Leitungsführungsverfahren für ein Halbleiterbauelement unter Verwendung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darin Vorteile, daß es (1) mög­ lich ist, einen Leitungsführungsprozeß eines hoch integrier­ ten Halbleiterbauelements durch Verwendung der Sputtervor­ richtung mit einem aus einem Heizmaterial bestehenden Kolli­ mator ohne Verwendung eines kostspieligen CVD-Prozesses leichter durchzuführen; es (2) möglich ist, die Abschei­ dungsrate und -qualität verglichen mit dem Leitungsführungs­ prozeß unter Verwendung des vorhandenen kollimierten Sput­ terverfahrens zu verbessern; es (3) möglich ist, eine Ver­ stopfung des Kollimators wirkungsvoller zu verhindern, da die Teilchen im Vergleich zum Stand der Technik fester an dem aus einem Heizmaterial bestehenden Kollimator hängen­ bleiben; es (4) möglich ist, das Problem der Stufenabdeckung der Kontaktöffnung mit hohem Seitenverhältnis zu lösen, da die metallischen Teilchen mit bedeutender Energie durch die Aufnahme von thermischer Energie von dem aus Heizmaterial bestehenden Kollimator auf dem Substrat beweglicher sind; und es (5) möglich ist, Al-Fließeigenschaften zu verbessern, um verglichen mit einem Leitungsführungsprozeß auf der Grundlage des herkömmlichen Al-Fließverfahrens eine Stufen­ abdeckung zu erhalten, ohne das Substrat zusätzlich zu hei­ zen.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegen­ den Erfindung zum Zweck der Darstellung beschrieben wurden, werden Fachleute erkennen, daß verschiedene Modifikationen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Bereich und vom Geist der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beige­ fügten Patentansprüchen aufgeführt ist.

Claims (17)

1. Sputtervorrichtung zur Herstellung eines Halblei­ terbauelements, die umfaßt:
eine negative Elektrodeneinrichtung (102) mit einem metallischen Target (100);
eine gegenüber der negativen Elektrodeneinrichtung (102) angeordnete positive Elektrodeneinrichtung (106), auf der ein Halbleitersubstrat (104) angebracht werden kann; und eine zwischen der negativen Elektrodeneinrichtung (102) und der positiven Elektrodeneinrichtung (106) und nahe dem Halbleitersubstrat (104) angebrachte Kollimatoreinrichtung (108), wobei die Kollimatoreinrichtung (108) aus einem netz­ artigen Heizmaterial besteht, wodurch darin Joulesche Wärme erzeugt wird, wenn daran ein Strom angelegt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die positive Elektrodeneinrichtung (106) einen Heiz-Suszeptor enthält.

3. Leitungsführungsverfahren für ein Halbleiterbau­ element unter Verwendung einer Vorrichtung zur Halbleiter­ herstellung mit einem aus einem Heizmaterial bestehenden Kollimator (108), mit den Schritten:
Formen eines Schalttransistors mit einer Gate-Elektrode (114) und einem Source/Drain-Bereich (122) in einem aktiven Bereich eines Halbleitersubstrats (104);

Formen einer Isolierschicht auf einer vorderen Oberflä­ che des Substrats (104) einschließlich des Schalttransi­ stors;

Formen einer Kontaktöffnung durch Ätzen der Isolier­ schicht, damit eine Oberfläche des Substrats (104) am Sour­ ce/Drain-Bereich (122) freigelegt wird;

Formen einer metallischen Sperrschicht (128) auf der Isolierschicht (126) einschließlich der Kontaktöffnung durch Verwendung einer Vorrichtung zur Halbleiterherstellung mit einem aus einem netzartigen Material bestehenden Kollimator (108), der zwischen einer negativen Elektrode (102), an der ein metallisches Target (100) angebracht ist, und einer po­ sitiven Elektrode (104), auf der das Substrat (104) ange­ bracht ist, angeordnet ist, wobei der Kollimator (108) durch Joulesche Wärme geheizt wird, die erzeugt wird, wenn an ihn ein Strom angelegt wird; und
Formen einer metallischen Leitungsführungsschicht (130) auf der metallischen Sperrschicht (128) einschließlich der Kontaktöffnung.

4. Verfahren nach Anspruch 3, das weiter die Durch­ führung einer Wärmebehandlung umfaßt, nachdem die metalli­ sche Leitungsführungsschicht geformt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die metallische Sperrschicht (128) aus einem aus der TiN und TiW umfassenden Gruppe ausgewählten geformt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die metallische Leitungsführungsschicht (130) eine Al-Schicht ist.

7. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt Formen der metallischen Sperrschicht (128) auf der Isolier­ schicht (126) einschließlich der Kontaktöffnung durch Ver­ wendung der Vorrichtung zur Halbleiterherstellung mit einem aus einem Heizmaterial bestehenden Kollimator (108) folgende Unterschritte umfaßt:
einen ersten Unterschritt zum Anbringen des Halbleiter­ substrats (104) mit der Kontaktöffnung auf der positiven Elektrode (106) der Vorrichtung zur Halbleiterherstellung; einen zweiten Unterschritt zum Anbringen eines ab zu­ scheidenden metallischen Targets (100) auf der negativen Elektrode (102); und einen dritten Unterschritt zum Sputtern von durch Kol­ lision mit einem Plasma vom metallischen Target (100) abge­ trennten Targetteilchen auf das Halbleitersubstrat (104) einschließlich der Kontaktöffnung in einem Zustand, in dem zwischen der negativen Elektrode (102) und der positiven Elektrode (106) das Plasma erzeugt wird und der aus einem netzartigen Material bestehende Kollimator (108) geheizt wird.

8. Leitungsführungsverfahren für ein Halbleiterbau­ element unter Verwendung einer Vorrichtung zur Halbleiter­ herstellung mit einem aus einem Heizmaterial bestehenden Kollimator (108), mit den Schritten:
Formen eines Schalttransistors mit einer Gate-Elektrode (114) und einem Source/Drain-Bereich (122) in einem aktiven Bereich eines Halbleitersubstrats (104);

Formen einer Isolierschicht auf einer vorderen Oberflä­ che des Halbleitersubstrats (104) einschließlich des Schalt­ transistors;

Formen einer Kontaktöffnung durch Ätzen der Isolier­ schicht, damit die Oberfläche des Substrats (104) am Sour­ ce/Drain-Bereich (122) freigelegt wird; und
Formen einer metallischen Sperrschicht (128) auf der Isolierschicht (126) einschließlich der Kontaktöffnung und Formen einer metallischen Leitungsführungsschicht (130) zum Vergraben der Kontaktöffnung durch Verwendung einer Vorrich­ tung zur Halbleiterherstellung mit einem aus einem netzarti­ gen Heizmaterial bestehenden Kollimator (108), der zwischen einer negativen Elektrode (102), an der ein metallisches Target (100) angebracht ist, und einer positiven Elektrode (106), an der das Halbleitersubstrat (104) angebracht ist, angeordnet ist, wobei der Kollimator (108) durch Anlegen eines Strom an ihn geheizt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die metallische Sperrschicht (128) aus einem aus der TiN und TiW umfassenden Gruppe ausgewählten geformt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die metallische Leitungsführungsschicht (130) eine Al-Schicht ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt Formen der metallischen Sperrschicht (128) auf der Isolier­ schicht (126) einschließlich der Kontaktöffnung folgende Unterschritte umfaßt:
einen ersten Unterschritt zum Anbringen des Halbleiter­ substrats (104) mit der Kontaktöffnung auf der positiven Elektrode (106) der Vorrichtung zur Halbleiterherstellung; einen zweiten Unterschritt zum Anbringen eines abzu­ scheidenden metallischen Targets (100) auf der negativen Elektrode (102); und
einen dritten Unterschritt zum Sputtern von durch Kol­ lision mit einem Plasma vom metallischen Target (100) abge­ trennten Targetteilchen auf das Halbleitersubstrat (104) einschließlich der Kontaktöffnung in einem Zustand, in dem zwischen der negativen Elektrode (102) und der positiven Elektrode (106) das Plasma erzeugt wird und der aus einem netzartigen Material bestehende Kollimator (108) geheizt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt Formen einer metallischen Leitungsführungsschicht (130) auf der metallischen Sperrschicht (128) folgende Schritte um­ faßt:
einen ersten Unterschritt zum Anbringen des Halbleiter­ substrats (104) mit einer metallischen Sperrschicht (128) auf der positiven Elektrode (106);
einen zweiten Unterschritt zum Anbringen eines abzu­ scheidenden metallischen Targets (100) auf der negativen Elektrode (102); und
einen dritten Unterschritt zum Sputtern von durch eine Kollision mit einem Plasma vom metallischen Target (100) abgetrennten Targetteilchen auf das Halbleitersubstrat (104) einschließlich einer metallischen Sperrschicht (128) in ei­ nem Zustand, in dem zwischen der negativen Elektrode (102) und der positiven Elektrode (106) das Plasma erzeugt wird und der aus einem netzartigen Heizmaterial bestehende Kolli­ mator (108) geheizt wird.