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    Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Gate-Struktur (1), die einen Gate-Elektrodenschichtstapel (2) umfasst, und die Gate-Struktur (1) zur Verfügung gestellt. Der Gate-Elektrodenschichtstapel (2) enthält eine dotierte Polysiliziumschicht (5) und eine Gate-Metallschicht (8). Dazwischen befindet sich eine Barrierenschicht (7) aus Metallnitrid zur Unterdrückung einer chemischen Reaktion zwischen Metall und Silizium. Auf der Polysiliziumschicht (5) wird eine die Polysiliziumschicht (5) abdeckende Kontaktschicht (6) aus Metall vorgesehen. Auf diese Weise wird eine Nitridierung der Polysiliziumschicht (5) verhindert und dadurch ein Kontaktwiderstand verringert. Die Kontaktschicht (6) besteht aus Titan und die Barrierenschicht aus Titannitrid. Da Titannitrid chemisch und thermisch stabil ist, bleibt der Stickstoff in der Barrierenschicht (7) fest gebunden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit für eine Nitridierung der Polysiliziumschicht (5) zusätzlich verringert.
    公开号:DE102004004864A1
    申请号:DE200410004864
    申请日:2004-01-30
    公开日:2005-08-18
    发明作者:Axel Buerke；Jens Hahn；Sven Schmidbauer
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:H01L21-28
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gate-Struktureines in einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Transistors, beidem ein Gate-Elektrodenschichtstapel strukturiert wird, wobei zurAusbildung des Gate-Elektrodenschichtstapels – auf einerauf dem Halbleitersubstrat vorgesehenen Gate-Dielektrikumsschicht eine Polysiliziumschichtaufgebracht, – eineBarrierenschicht aus einem Metallnitrid vorgesehen und – aufder Barrierenschicht eine Gate-Metallschicht aufgebracht wird, wobeidurch die Barrierenschicht eine einen Kontaktwiderstand zwischen derPolysiliziumschicht und der Gate-Metallschicht erhöhende Wechselwirkungzwischen dem Silizium in der Polysiliziumschicht und dem Metallder Gate-Metallschicht verhindert wird.
    [0002] Außerdem betrifftdie Erfindung eine Gate-Struktur.
    [0003] Transistorenbilden ein zentrales Bauelement integrierter Schaltungen und sindbeispielsweise in Flash- oder in DRAM (Dynamic Random Access Memory) – Speicherbausteinenenthalten. DRAM-Speicherbausteine weisen in jeder Speicherzelleeinen Transistor und mindestens einen Speicherkondensator auf. Gate-Elektrodender Transistoren von Speicherbausteinen sind üblicherweise integraler Bestandteileiner Wortleitung, die mehrere Transistoren miteinander verbindet.Eine die Gate-Elektrodeausbildende Gate-Struktur umfasst im Allgemeinen einen strukturiertenGate-Elektrodenschichtstapel, der eine dotierte Polysiliziumschicht,die auf einer Gate- Dielektrikumsschichtvorgesehen ist, und eine Gate-Metallschicht aufweist. Die Gate-Metallschichtist Bestandteil der Wortleitung und besteht aus einem Metall oderaus Metallverbindungen.
    [0004] Eine übliche Gate-Struktursetzt sich aus einer Polysiliziumschicht und einer aufliegendenWolframsilizidschicht zusammen. Die Wolframsilizidschicht bildetdie Gate-Metallschicht aus. Die Anforderungen an die Gate-Metallschichtsind ein geringer Bahnwiderstand in Längsrichtung und ein geringer Kontaktwiderstandzur darunter liegenden Polysiliziumschicht.
    [0005] Inder 1 ist eine herkömmliche Gate-Struktur 1 dargestellt.Die Gate-Struktur 1 weist einen Gate-Elektrodenschichtstapel 2 auf,dessen Seitenwändemit einer isolierenden Schicht 3 umgeben sind. Der Gate-Elektrodenschichtstapel 2 liegt aufeiner Gate-Dielektrikumsschicht 9 auf, die auf einem Halbleitersubstrat 10,in dem der Transistor ausgebildet wird, angeordnet ist. In diesemBeispiel besteht der Gate-Elektrodenschichtstapel 2 auseiner dotierten Polysiliziumschicht 5, auf der eine Wolframsilizidschicht 81 vorgesehenist. Mit der Wolframsilizidschicht 81 wird die Gate-Metallschichtausgebildet. Die Wolframsilizidschicht 81 ist mit einer isolierendenKappe 4 abgedeckt. An den Seitenwänden der Polysiliziumschicht 5 befindetsich das Seitenwandoxid 32 und auf dem Seitenwandoxid eine isolierendeSpacernitrid- 31 oder Spaceroxidschicht, die Seitenwände desElektrodenschichtstapels 2 und der isolierenden Kappe 4 einhüllt.
    [0006] ImVergleich zu einer Metallschicht weist eine Metallsilizidschichteinen höherenspezifischen Widerstand auf. Da der Widerstand der Wortleitung möglichstgering sein sollte, um eine geringe RC-Verzögerung und dadurch einen schnellenSpeicherzugriff auf die in den Speicherzellen enthaltene Informa tionzu ermöglichen,darf die Querschnittsflächeder Metallsilizidschicht nicht beliebig klein werden. Aus diesemGrunde sind einer Reduktion des Elektrodenschichtstapels in seinerHöhe Grenzengesetzt. Die Reduzierung der Höhedes Elektrodenschichtstapels ist aus prozesstechnischen Gründen jedochwünschenswert,da so die Planaritätder integrierten Schaltung verbessert werden kann, wodurch sich wiederumdie Qualitätder eingesetzten photolithographischen Prozesse verbessert. Einhoher Elektrodenschichtstapel wirkt sich außerdem negativ für eine Schrägimplantationvon Source/Drain-Gebieten des Transistors aus.
    [0007] Dadie Betriebsgeschwindigkeit einer Schaltung auch von der Leitfähigkeitder Wortleitungen und der die Wortleitungen teilweise ausbildenden Gate-Elektrodenabhängt,ist es erstrebenswert, Materialien mit geringem spezifischen Widerstandzu verwenden. Der Bahnwiderstand wird reduziert, wenn die Metallsilizidschichtdurch eine Metallschicht ersetzt wird.
    [0008] Eineweitere herkömmlicheGate-Struktur 1 mit einer Gate-Metallschicht 8 aus einem Metall,in diesem Beispiel Wolfram, ist in der 1b dargestellt. Die Gate-Struktur 1 unterscheidetsich von der in der 1a dargestelltenGate-Struktur 1 durchgeringere Schichtdicken der Polysiliziumschicht 5 und derGate-Metallschicht 8. Ein weiterer Unterschied ist durchdie auf der Polysiliziumschicht 5 vorgesehene Barrierenschicht(7), die aus einem Wolframnitrid besteht, gegeben. Wieaus der 1b ersichtlich,ist der Gate-Elektrodenschichtstapel 2 inseiner Höhe imVergleich zu dem Gate-Elektrodenschichtstapel 2 der 1a, deutlich reduziert,da die Gate-Metallschicht (8) aus Wolfram bei gleichemBahnwiderstand mit wesentlich geringerer Schichtdicke vorgegebenwerden kann als das Metallsilizid.
    [0009] DasWolfram der Gate-Metallschicht wird nicht direkt auf die Polysiliziumschichtaufgebracht, da es sonst an einer Grenzfläche zwischen der Gate-Metallschichtund der Polysiliziumschicht zu einer Entstehung von Wolframsilizidbei nachfolgenden Hochtemperaturschritten kommen würde. DasWolframsilizid an der Grenzflächewürde denKontaktwiderstand zwischen der Gate-Metallschicht und der Polysiliziumschichterhöhenund möglicherweisezur Ablösungdes Gate-Elektrodenschichtstapels führen. Je geringer jedoch derKontaktwiderstand ist, desto kürzersind auch die Schaltzeiten die erreicht werden können. Es wird daher die Barrierenschichtaus Wolframnitrid zwischen der Gate-Metallschicht und der Polysiliziumschichtvorgesehen. Das Wolframnitrid verhindert eine Wechselwirkung zwischenWolfram und Silizium.
    [0010] Einwesentlicher Nachteil bei der herkömmlichen Barrierenschicht ausWolframnitrid besteht darin, dass der Stickstoff im Wolframnitridnicht fest genug gebunden ist, so dass der Stickstoff beispielsweisenach Temperaturschritten, die im weiteren Prozessverlauf erfolgen,mehrere Nanometer weit in das unterliegende Polysilizium hineindiffundiert.Dort kommt es zur nachteiligen Bildung von Siliziumnitrid, das denKontaktwiderstand wiederum erhöht.
    [0011] Inder 2 sind zwei Messkurven a und b dargestellt,die den beschriebenen Sachverhalt verdeutlichen. Die Messkurve abeschreibt das Vorkommen von Wolfram und die Messkurve b das Vorkommenvon Stickstoff in Abhängigkeitvon der Position im Gate-Elektrodenschichtstapel. Es ist jeweilsauf der Abszisse der Abstand von einer Oberkante des Gate-Elektrodenschichtstapelsin Nanometern und auf der Ordinate die Anzahl der Zählereignissefür Wolframbzw. Stickstoff, aufgetragen. Im Abschnitt 8 auf der Abszissebefindet sich die Wolframschicht, im Abschnitt 7 die Barrierenschichtaus Wolframnit rid und im Abschnitt 5 die Polysiliziumschicht.Die beiden Messkurven wurden nach einem Temperaturschritt von ungefähr 800ºC aufgenommen.Wie man der Kurve a entnehmen kann, ist Wolfram nur in geringemMaße indas Polysilizium hineindiffundiert. Die Kurve b zeigt hingegen einendeutlichen Stickstoffanteil im Polysilizium.
    [0012] DieElektronenmikroskopaufnahme in der 3 zeigteinen Längsschnittdurch den Gate-Elektrodenschichtstapel, der auch den Messkurvenin der 2 zugrunde liegt. Auf der Polysiliziumschicht 5 liegtdie dünneBarrierenschicht 7 aus Wolframnitrid und auf der dünnen Barrierenschicht 7 dieGate-Metallschicht 8 ausWolfram auf.
    [0013] Stickstoffdiffundiert mehrere Nanometer tief in die Polysiliziumschicht hineinund bildet dort isolierendes Siliziumnitrid.
    [0014] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zurHerstellung einer Gate-Struktur mit einem im Vergleich zu herkömmlichenGate-Strukturen niedrigen Kontaktwiderstand zur Verfügung zustellen. Von der Aufgabe wird ferner eine Gate-Struktur umfasst.
    [0015] DieseAufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durchdie im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Einedie Aufgabe lösendeGate-Struktur istim Patentanspruch 10 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen ergebensich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
    [0016] Eswird ein Verfahren zur Herstellung einer Gate-Struktur eines ineinem Halbleitersubstrat ausgebildeten Transistors, bei dem einGate-Elektrodenschichtstapel strukturiert wird, zur Verfügung gestellt. Dabeiwird zur Ausbildung des Gate-Elektrodenschichtstapelsauf einer auf dem Halbleitersubstrat vorgesehenen Gate-Dielektrikumsschichteine Polysiliziumschicht aufgebracht. Es werden eine Barrierenschichtaus einem Metallnitrid und eine Gate-Metallschicht vorgesehen, wobeidurch die Barrierenschicht eine einen Kontaktwiderstand zwischender Polysiliziumschicht und der Gate-Metallschicht erhöhende Wechselwirkungzwischen dem Silizium in der Polysiliziumschicht und dem Metallder Gate-Metallschicht verhindert wird.
    [0017] Erfindungsgemäß wird zwischender Polysiliziumschicht und der Barrierenschicht eine Kontaktschichtzur Vermeidung einer Wechselwirkung zwischen dem Stickstoff in derBarrierenschicht und dem Silizium in der Polysiliziumschicht vorgesehen.
    [0018] EineNitridierung der Polysiliziumschicht kann nicht nur durch eine Diffusionvon Stickstoff aus der Barrierenschicht verursacht werden. Wirddie aus einem Metallnitrid bestehende Barrierenschicht etwa im Zugeeines PVD (physical vapor deposition) – Verfahrens direkt auf dasPolysilizium abgeschieden, so kommt es in der stickstoffhaltigenProzessatmosphärewährendder PVD-Abscheidung ebenfalls zur Nitridierung der Oberfläche derPolysiliziumschicht.
    [0019] DieAusbildung einer Siliziumnitridschicht, die den Kontaktwiderstandvon der Gate-Metallschicht zur Polysiliziumschicht in nachteiligerWeise erhöht,erfolgt demnach sowohl durch das Abscheiden der stickstoffhaltigenBarrierenschicht, als auch durch einen Temperaturschritt in dernachfolgenden Prozessierung.
    [0020] Erfindungsgemäß werdendaher auf die Polysiliziumschicht nacheinander die Kontaktschicht ausMetall unter Ausschluss von Stickstoff und auf die Kontaktschichtdie Barrierenschicht aufgebracht. Dadurch, dass die Polysiliziumschichtin einem ersten Schritt vollständigmit einem Metall abgedeckt wird, wird eine Wechselwirkung zwischendem Stickstoff in der Prozessatmosphäre beim Aufbringen der Barrierenschicht,zum Beispiel mit einem PVD-Verfahren, und dem Silizium in der Polysiliziumschicht vermieden.Die Kontaktschicht wirkt außerdemals eine Diffusionsbarriere, die ein hineindiffundieren von Stickstoff,beispielsweise nach einem Temperaturschritt, in die Polysiliziumschichtunterbindet. Durch das erfindungsgemäße Aufbringen der Kontaktschichtwird eine Entstehung von Siliziumnitrid an einer Grenzfläche zwischender Polysiliziumschicht und der Barrierenschicht, verhindert. DieVermeidung von Siliziumnitrid an der Grenzfläche führt zu einer deutlichen Verringerungdes Kontaktwiderstandes zwischen der Polysiliziumschicht und derGate-Metallschicht, gegenüberherkömmlichprozessierten Gate-Strukturen. Durch eine Verringerung des Kontaktwiderstandeswerden Schaltzeiten verkürztund dadurch beispielsweise in einer Speicherzelle schnellere Zugriffszeitenauf Dateninhalte ermöglicht.
    [0021] Vorzugsweisewird die Barrierenschicht auf der Kontaktschicht als chemisch, thermischund mechanisch stabile Schicht vorgesehen. Der Stickstoff in derBarrierenschicht, sollte zum Beispiel auch bei hohen Temperaturen,die im weiteren Prozessverlauf angewendet werden, noch fest gebundenbleiben, um eine Diffusion von Stickstoff zu verhindern und um Wechselwirkungen,die den Kontaktwiderstand negativ beeinflussen zu vermeiden.
    [0022] Invorteilhafter Weise wird als Material für die Kontaktschicht das RefraktärmetallTitan und fürdie Barrieren schicht Titannitrid vorgesehen. Durch die Verwendungvon Titannitrid als Material fürdie Barrierenschicht wird sichergestellt, dass kein Stickstoff in dasPolysilizium eintreten kann. Denn der Stickstoff im Titannitridbefindet sich auch bei Temperaturen von über 1000ºC noch im gebundenen Zustand.Es konnte nachgewiesen werden, dass mit der Schichtenfolge Titan/Titannitridein Kontaktwiderstand zwischen der Gate-Metallschicht und der Polysiliziumschichtvon kleiner als 10 Ohm Quadratmikrometer ausgebildet werden kann.Gegenübereiner herkömmlichenmit Wolframnitrid als Barrierenschicht vorgesehenen Gate-Struktur,die einen Kontaktwiderstand von größer als 10.000 Ohm Quadratmikrometeraufweist, wird mit der erfindungsgemäßen Schichtenfolge Titan/Titannitrideine deutliche Verringerung des Kontaktwiderstandes erzielt.
    [0023] Vorzugsweisewird die Kontaktschicht mit einer Dicke von 1 bis 5 nm vorgesehen.
    [0024] Invorteilhafter Weise wird als Material für die Gate-Metallschicht Wolframvorgesehen.
    [0025] DieGate-Metallschicht kann vorzugsweise auch als eine Schichtenfolgebestehend aus Wolframnitrid und Wolfram vorgesehen werden.
    [0026] Invorteilhafter Weise wird die Kontaktschicht auf die Polysiliziumschichtmit einem PVD (Physical Vapor Deposition) – oder einem CVD (ChemicalVapor Deposition) – odereinem RLD (Atomic Layer Deposition) – Verfahren aufgebracht. Beidem PVD-Verfahren wird in einem Plasma das aufzubringende Materialzerstäubt.Das zerstäubteMaterial lagert sich dann auf einem Substrat, auf dem die Schichtaufgebracht werden soll, ab. Das CVD-Verfahren ist ein Abscheideverfahrenaus der Gas phase heraus. Mit dem ALD-Verfahren lassen sich Schichtenatomlagenweise aufwachsen.
    [0027] Vorzugsweisewird die Barrierenschicht mit einem CVD- oder einem PVD-Verfahrenabgeschieden. Das Abscheiden der Barrierenschicht kann vorzugsweisein derselben Anlage erfolgen, wie das Abscheiden der Kontaktschicht.Handelt es sich bei dem Abscheideverfahren zum Beispiel um ein CVD-Verfahren,so wird um die Kontaktschicht aufzubringen zunächst nur eine Gaskompositionzur Abscheidung der Kontaktschicht in die Prozesskammer eingelassen.Wichtig ist dabei, dass die Abscheidung der Kontaktschicht unterAusschluss von Stickstoff erfolgt, denn das Polysilizium soll mitdem Metall der Kontaktschicht abgedeckt werden, um eine Wechselwirkungzwischen Stickstoff und Silizium zu vermeiden. Nachdem die Kontaktschichtaufgebracht wurde, wird in die Prozesskammer das stickstoffhaltige Gasfür dieAbscheidung der Barrierenschicht eingelassen. Es lassen sich alsoin vorteilhafter Weise sowohl Kontaktschicht als auch Barrierenschichtohne Vakuumunterbrechung in ein und derselben Anlage aufbringen.
    [0028] Aufdie Barrierenschicht wird die Gate-Metallschicht vorzugsweise miteinem PVD- oder einem CVD-Verfahren abgeschieden.
    [0029] Eswird eine Gate-Struktur eines Transistors zur Verfügung gestellt.Die Gate-Struktur umfasst einen Gate-Elektrodenschichtstapel miteiner dotierten Polysiliziumschicht, die auf einer Gate-Dielektrikumsschichtangeordnet ist, einer oberhalb der Polysiliziumschicht angeordnetenGate-Metallschicht und einer zwischen der Polysiliziumschicht undder Gate-Metallschicht angeordneten Barrierenschicht aus einem Metallnitrid.Die Barrierenschicht hat den Zweck eine einen Kontaktwiderstandzwischen der Polysiliziumschicht und der Gate-Metallschicht negativbeeinflussende Wechselwirkung zwi schen dem Silizium der Polysiliziumschichtund dem Metall der Gate-Metallschicht zu verhindern. Erfindungsgemäß ist zwischender Polysiliziumschicht und der Barrierenschicht eine Kontaktschichtaus Metall zur Vermeidung einer Wechselwirkung zwischen dem Stickstoffin der Barrierenschicht und dem Silizium in der Polysiliziumschichtaufgebracht.
    [0030] Durchdas vollständigeAbdecken der Polysiliziumschicht mit der Kontaktschicht wird eineEntstehung währenddes Prozessierens von den Kontaktwiderstand erhöhendem Siliziumnitrid wirkungsvollverhindert. Durch die erfindungsgemäße Kontaktschicht wird einim Vergleich zu herkömmlichenGate-Strukturen niederohmiger Kontaktwiderstand zwischen der Gate-Metallschicht undder Polysiliziumschicht hergestellt. Durch einen geringen Kontaktwiderstand können Schaltzeitenverkürztwerden. Bei Transistoren in Speicherzellen hätte dies den Vorteil, dassein schnellerer Zugriff auf Speicherzelleninhalte möglich ist.
    [0031] Vorzugsweiseist die Barrierenschicht auf der Kontaktschicht als chemisch, thermischund mechanisch stabile Schicht vorgesehen. Eine Nitridierung derPolysiliziumschicht wird noch wirkungsvoller verhindert, wenn dieBarrierenschicht, die aus einem Metallnitrid besteht, den Stickstofffest gebunden hat. Auch bei hohen Temperaturen über 8004 C sollte der Stickstoffan das Metall in der Barrierenschicht gebunden bleiben. Auf dieseWeise wird ein Diffundieren von Stickstoff in die Polysiliziumschichtverhindert.
    [0032] Invorteilhafter Weise ist die Kontaktschicht aus Titan und die Barrierenschichtaus Titannitrid vorgesehen. Das Titannitrid bildet eine chemisch,thermisch und mechanisch stabile Barrierenschicht aus.
    [0033] Vorzugsweiseist die Kontaktschicht mit einer Dicke von 1 bis 5 nm vorgesehen.
    [0034] Invorteilhafter Weise ist als Material für die Gate-Metallschicht Wolfram vorgesehen.
    [0035] DieGate-Metallschicht kann auch als eine Schichtenfolge bestehend ausWolframnitrid und Wolfram vorgesehen sein.
    [0036] Nachfolgenwir die Erfindung anhand der Figuren näher er läutert. Es zeigen:
    [0037] 1 Längsschnittedurch gemäß dem Standder Technik ausgeführteGate-Strukturen,
    [0038] 2 Messkurven zur Beschreibung des Vorkommensvon Wolfram und Stickstoff im herkömmlichen Gate-Elektrodenschichtstapel,
    [0039] 3 Elektronenmikroskopaufnahmeeines herkömmlichenGate-Elektrodenschichtstapels,
    [0040] 4 Längsschnittdurch eine Gate-Struktur gemäß einemAusführungsbeispielder Erfindung.
    [0041] Die 1 bis 3 sind bereitsin der Beschreibungseinleitung nähererläutertworden.
    [0042] ZurHerstellung einer erfindungsgemäßen Gate-Struktur 1 wirdauf einer Dielektrikumsschicht 9, die auf einem Halbleitersubstrat 10 vorgesehenist, ein Gate-Elektrodenschichtstapel 2 strukturiert. Der Gate-Elektrodenschichtstapel 2 enthält einedotierte Polysiliziumschicht 5, die auf der Gate-Dielektrikumsschicht 9 angeordnetwird. Auf der Polysilizium schicht 5 wird eine Kontaktschicht 6 undauf der Kontaktschicht 6 eine Barrierenschicht 7 vorgesehen.Die Kontaktschicht 6 besteht aus Titan und die Barrierenschicht 7 ausTitannitrid. Auf die Barrierenschicht 7 wird die Gate-Metallschicht 8 aufgebracht.Die Gate-Metallschicht 8 besteht in diesem Beispiel aus Wolfram.Auf der Gate-Metallschicht 8 wird eine isolierende Kappe 4 vorgesehen.An Seitenwändendes Gate-Elektrodenschichtstapels 2 und der isolierendenKappe befinden sich isolierende Schichten 3, die aus einemSpacernitrid 31 und einem Seitenwandoxid 32 bestehenkönnen.
    [0043] DieKontaktschicht 6 deckt die Polysiliziumschicht 5 vollständig abund verhindert so eine Wechselwirkung von Stickstoff, das in derBarrierenschicht 7 enthalten ist, mit dem Silizium derPolysiliziumschicht 5. Dadurch wird ein Ausbilden von einenKontaktwiderstand zwischen der Gate-Metallschicht 8 undder Polysiliziumschicht 5 erhöhendem Siliziumnitrid verhindert.Die Kontaktschicht 6 kann mit einem PVD-, einem CVD- odereinem ALD-Verfahren aufgebracht werden. Bei der Aufbringung derKontaktschicht 6 ist es wichtig, dass beispielsweise beieiner CVD- oder PVD-Abscheidung die Kontaktschicht 6 unterAusschluss von Stickstoff aufgebracht wird. Dann lässt sichnach der Aufbringung der Kontaktschicht 6 insitu, alsoin derselben Anlage in der auch die Kontaktschicht 6 abgeschiedenwurde, die Barrierenschicht 7 abscheiden.
    [0044] DieBarrierenschicht 7, die erfindungsgemäß aus Titannitrid, anstellevon Wolframnitrid, besteht, hat den Vorteil, dass der Stickstoffim Titannitrid fester gebunden ist, als im Wolframnitrid. Auch beiTemperaturschritten mit hohen Temperaturen, die während derProzessierung des Transistors angewendet werden, findet keine Zerlegungdes Titannitrids statt. Sowohl die Kontaktschicht (6) ausTitan als auch die Barrie renschicht (7) aus Titannitrid,in der der Stickstoff fest gebunden ist, verhindern eine Wechselwirkungvon Stickstoff mit dem Silizium in der Polysiliziumschicht 5.Ein Eindringen von Metall aus der Gate-Metallschicht 8 indas Polysilizium 5 wird durch die Barrierenschicht 7 unterbunden.Mit dem erfindungsgemäßen Aufbauder Gate-Struktur 1 wird die Entstehung von Siliziumnitridund Metallsilizid, die beide den Kontaktwiderstand verschlechtern,wirkungsvoll unterbunden. Mit der erfindungsgemäßen Kontakt- 6 undBarrierenschicht 7 lässtsich ein niederohmiger Kontakt zwischen der Gate-Metallschicht 8 und der Polysiliziumschicht 5 realisieren.
    [0045] Indem 4 ist die Gate-Struktur 1 mit dem Gate-Elektrodenschichtstapel 2,der sich auf der Gate-Dielektrikumsschicht 9 befindet,die auf dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet ist, dargestellt.Der Gate-Elektrodenschichtstapel 2 enthält die Polysiliziumschicht 5,die Kontaktschicht 6, die Barrierenschicht 7 unddie Gate-Metallschicht 8. Auf der Gate-Metallschicht istdie isolierende Kappe 4 vorgesehen. Dargestellt sind auchisolierende Schichten 3, die die Seitenwände umgeben.Die isolierenden Schichten 3 bestehen aus einer Spacernitridschicht 31 undeiner Seitenwandoxidschicht 32.
    1 Gate-Struktur 2 Gate-Elektrodenschichtstapel 3 isolierendeSchicht 31 Spacernitridschicht 32 Seitenwandoxidschicht 4 isolierendeKappe 5 Polysiliziumschicht 6 Kontaktschicht 7 Barrierenschicht 8 Gate-Metallschicht 81 Gate-Metallsilizidschicht 9 Gate-Dielektrikumsschicht 10 Halbleitersubstrat
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] Verfahren zur Herstellung einer Gate-Struktur (1)eines in einem Halbleitersubstrat (10) ausgebildeten Transistors,bei dem ein Gate-Elektrodenschichtstapel (2) strukturiertwird, wobei zur Ausbildung des Gate-Elektrodenschichtstapels (2) – auf einerauf dem Halbleitersubstrat (10) vorgesehenen Gate-Dielektrikumsschicht(9) eine Polysiliziumschicht (5) aufgebracht, – eine Barrierenschicht(7) aus einem Metallnitrid vorgesehen und – auf dieBarrierenschicht (7) eine Gate-Metallschicht (8)aufgebracht wird, wobei durch die Barrierenschicht (7)eine einen Kontaktwiderstand zwischen der Polysiliziumschicht (5)und der Gate-Metallschicht (8) erhöhende Wechselwirkung zwischen demSilizium in der Polysiliziumschicht (5) und dem Metallder Gate-Metallschicht (8) verhindert wird, dadurchgekennzeichnet, dass zwischen der Polysiliziumschicht (5)und der Barrierenschicht (7) eine Kontaktschicht (6)aus einem Metall zur Vermeidung einer Wechselwirkung zwischen demStickstoff in der Barrierenschicht (7) und dem Siliziumin der Polysiliziumschicht (5) vorgesehen wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Barrierenschicht (7) als chemisch, thermisch undmechanisch stabile Schicht auf der Kontaktschicht (6) vorgesehenwird.
    [3] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass als Material der Kontaktschicht (6) Titan und alsMaterial der Barrierenschicht (7) Titannitrid vorgesehenwerden.
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Kontaktschicht (6) mit einer Dicke von 1 bis 5Nanometern vorgesehen wird.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass als Material fürdie Gate-Metallschicht (5) Wolfram vorgesehen wird.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Gate-Metallschicht (8) als eine Schichtenfolgebestehend aus Wolframnitrid und Wolfram vorgesehen wird.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Kontaktschicht (6) auf die Polysiliziumschicht(5) mittels eines PVD-, eines CVD-, oder eines ALD-Verfahrensaufgebracht wird.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Barrierenschicht (7) mittels eines CVD-, odereines PVD- Verfahrens abgeschieden wird.
    [9] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Gate-Metallschicht (8) mittels eines PVD- odereines CVD-Verfahrens auf die Barrierenschicht (7) abgeschieden wird.
    [10] Gate-Struktur (1) eines Transistors umfassendeinen Gate-Elektrodenschichtstapel(2) mit einer dotierten Polysiliziumschicht (5),einer oberhalb der Polysiliziumschicht (5) angeordnetenGate-Metallschicht (8) und einer zwischen der Polysiliziumschicht(5) und der Gate-Metallschicht (8) angeordnetenBarrierenschicht (7) aus einem Metallnitrid zur Verhinderungeiner einen Kontaktwiderstand zwischen der Polysiliziumschicht (5)und der Gate-Metallschicht (8) erhöhenden Wechselwirkung zwischen demSilizium in der Polysiliziumschicht (5) und dem Metallder Gate-Metallschicht (8), dadurch gekennzeichnet, dassauf der Polysiliziumschicht (5) eine Kontaktschicht (6)aus Metall zur Unterdrückungeiner Wechselwirkung zwischen dem Stickstoff in der Barrierenschicht(7) und dem Silizium in der Polysiliziumschicht (5)aufgebracht ist.
    [11] Gate-Struktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Barrierenschicht (7) als chemisch, thermisch undmechanisch stabile Schicht auf der Kontaktschicht (6) vorgesehenist.
    [12] Gate-Struktur nach einem der Ansprüche 10 oder11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (6)aus Titan und die Barrierenschicht (7) aus Titanitrid vorgesehenist.
    [13] Gate-Struktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Kontaktschicht (6) mit einer Dicke von 1 bis 5Nanometern vorgesehen ist.
    [14] Gate-Struktur nach einem der Ansprüche 10 bis13, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Gate-Metallschicht (8)Wolfram vorgesehen ist.
    [15] Gate-Struktur nach einem der Ansprüche 10 bis13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Metallschicht (8)als eine Schichtenfolge bestehend aus Wolframnitrid und Wolframvorgesehen ist.
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    KR100618895B1|2006-09-01|폴리메탈 게이트 전극을 가지는 반도체 소자 및 그 제조방법
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20050202617A1|2005-09-15|
    DE102004004864B4|2008-09-11|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-08-18| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-11-08| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE |
    2009-03-12| 8364| No opposition during term of opposition|
    2010-11-18| 8339| Ceased/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410004864|DE102004004864B4|2004-01-30|2004-01-30|Verfahren zur Herstellung einer Gate-Struktur und Gate-Struktur für einen Transistor|DE200410004864| DE102004004864B4|2004-01-30|2004-01-30|Verfahren zur Herstellung einer Gate-Struktur und Gate-Struktur für einen Transistor|
    US11/044,730| US20050202617A1|2004-01-30|2005-01-28|Gate structure for a transistor and method for fabricating the gate structure|
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