專利名稱：半導(dǎo)體元件的電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路器件的電極結(jié)構(gòu)。
近年來，為制備高集成度的半導(dǎo)體電路器件，已要求開發(fā)微細加工的實用的半導(dǎo)體功能元件，諸如其柵長的亞微量米量級的MOS晶體管。更具體地說，對柵長為0.8μm的MOS晶體管，其元件所占有的面積大約為20μm2，其結(jié)構(gòu)適合于更高的集成度。
然而，即使半導(dǎo)體功能元件可以更精細地加工以實現(xiàn)更高的集成高度，也難于在保持高成品率的同時，得到所期望的好的特性。這一點在現(xiàn)有技術(shù)中已被考慮成是有關(guān)半導(dǎo)體功能元件構(gòu)成的問題。也就是說，人們已深刻地認識到;如何能穩(wěn)定地制成動作性能良好的元件是改進成品率的關(guān)鍵。
本發(fā)明者對于元件結(jié)構(gòu)或元件形成工藝進行了深入研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過構(gòu)成一具有巧妙構(gòu)思的電極結(jié)構(gòu)，可大大提高成品率，使其性能在很大程度上得以改善。


圖11A、11B和11C是解釋上述現(xiàn)有技術(shù)實例MOSFET結(jié)構(gòu)的示意圖，分別對應(yīng)于透視圖、頂視圖和剖面圖。
在n型半導(dǎo)體襯底1上形成P型阱，在阱內(nèi)形成具有一定間隔的n+型源、漏區(qū)3、4。在這樣的半導(dǎo)體襯底上，形成絕緣膜8，再在對應(yīng)于源、漏的部位用腐蝕法分別形成接觸孔CH。另外，在源和漏之間設(shè)置一個柵電極5。
如圖所示，在接觸孔CH內(nèi)和在部分絕緣膜8上，用淀積法形成將成為源、漏電極的Al和源漏電極電線的圖形。
請注意接觸孔內(nèi)的Al電極，其結(jié)構(gòu)有待描述。
接觸孔CH開口為長方形，其短邊長度為W，長邊長度為l，隨腐蝕用的掩模形狀而定，其深度對應(yīng)于源區(qū)3、漏區(qū)4上面的絕緣膜的厚度。
在這種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，鑒于在邊緣部位臺階的覆蓋范圍或掩模的滑移量，通常的代表值M是0.5-1.0μm;N是0.5-1.0μm;開口W是0.5-1.0μm;l是0.5-數(shù)μm;h是0.5-0.8μm。
不過，在具有如前所述實例的現(xiàn)有技術(shù)電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，即使柵長按微細構(gòu)形可制成到亞微米量級(0.1μm量級)，M最小也只能做到1μm。由于臺階的覆蓋范圍和掩模的滑移，若要把它做得更小，則半導(dǎo)體的成品率將變得非常低。
根據(jù)本發(fā)明者的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為提高較精細制造的半導(dǎo)體器件速度的原因等具有顯著效果的諸多因素之一是上述控制電極和主電極之間的距離，這一點應(yīng)加以改進，而且還應(yīng)減小其它寄生電容和寄生電阻。
作為一個僅僅在M這一點上已得到改進了的晶體管，圖12示出了一種SST(超自對準晶體管)的結(jié)構(gòu)。
這里，由摻硼(B)多晶硅構(gòu)成的基極1120和由摻砷(As)多晶硅構(gòu)成的發(fā)射極是相互緊貼著的。然而，因為電極是由多晶硅構(gòu)成的，電極與基極連線1122之間的接觸部分必須與基區(qū)1114隔開，所以有待解決的技術(shù)課題牽涉到增加基極電阻和綜合精細結(jié)構(gòu)在制作上的難度。
在此圖中，1111是半導(dǎo)體襯底，1112是n+集電極埋層，1113是n-集電區(qū)層，1114是P型基區(qū)層，1115是P+基極層，1116是n+發(fā)射區(qū)層，1117是n+集電極層，1118是n+層，1119是多晶硅集電區(qū)電極，1120是多晶硅基區(qū)電極，1121是多晶硅發(fā)射區(qū)電極，1122是Al基極連線，1123是Al集電極連線，1130是場絕緣膜，而1131、1132和1133都是絕緣膜。
本發(fā)明的目的是為精細制作的并有高速驅(qū)動能力的半導(dǎo)體元件提供一種電極。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種半導(dǎo)體元件用的電極，這種元件即使在微細加工工藝時也能有高成品率，還適于高速驅(qū)動和大電流驅(qū)動。
達到本發(fā)明目的的結(jié)構(gòu)是一種直接與其形狀基本上是方形柱狀的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體區(qū)域相連接的半導(dǎo)體元件的電極，其特征在于在所說的電極內(nèi)，將與半導(dǎo)體區(qū)域相接觸的表面的一個邊長被定義為L時，另一邊的邊長定義為W，基本上與所說的表面垂直相交的方向上的長度定義為H，則所說的L、W、H滿足L＞H＞W(wǎng)的關(guān)系式。
下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明。
圖1A至圖1E是解釋依本發(fā)明的半導(dǎo)體電極結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2至圖5是解釋適用于制備依本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制備器件的示意圖。
圖6A至圖6D是解釋適用于制備依本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的工藝的電極和布線形成方法的示意圖。
圖7A至圖7C是說明依本發(fā)明的第一實施例的半導(dǎo)體器體的示意圖。
圖8A至圖8F是說明制備圖7所示的半導(dǎo)體器件的工藝步驟的示意剖面圖。
圖9A至圖9C是依本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器件的示意剖面圖。
圖10A至圖10C是說明圖9所示半導(dǎo)體器件的制備工藝步驟的剖面示意圖。
圖11A至圖12是說明現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體器件的剖面示意圖。
本發(fā)明的最佳實施例如下文所述。即，用作半導(dǎo)體元件的導(dǎo)體部分(即電極和布線)，特別是形成直接與半導(dǎo)體區(qū)域相接觸的部位(為方便起見叫做電極)的形狀基本上為方形柱狀。若將與所述電極的半導(dǎo)體區(qū)域接觸的表面的一個邊長定義為L，另一個邊長定義為W，與所述表面基本垂直相交的方向上的長度定義為H，該電極的結(jié)構(gòu)使得L、W、H滿足下面的關(guān)系式L＞H＞W(wǎng)圖1是說明依本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的電極結(jié)構(gòu)的示意圖，(A)為電極的透視圖，(B)為頂視圖，而(C)為剖面圖。
電極106的形狀為矩形，如一方形柱狀物，其長度為L，寬度為W而高度為H，此電極設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101主表面上的半導(dǎo)體區(qū)域103上與之直接接觸，并覆以一層絕緣膜110。
該電極結(jié)構(gòu)可以采用上述構(gòu)形的源、漏電極來改善MOSFET的性能，特別對雙極晶體管采用這種構(gòu)形的基極-發(fā)射極電極來改善其性能。
更具體地說，它最適應(yīng)于其柵長等于或小于0.8μm的MOSFET，或在電流密度為104A/cm2或更高(具體地說是104-106A/cm2)以高速驅(qū)動的雙極晶體管的控制極(柵極，基極電極)，或主電極(源、漏、集電極和發(fā)射電極)。另外，它還是一種特別適合于要求以50MHZ或更高速度驅(qū)動的半導(dǎo)體器件的電極結(jié)構(gòu)。
這樣，對于FET，主電極的電阻和電容將變得更小，主電極和控制電極之間的距離(M)也將變得更小，因而這種電極結(jié)構(gòu)適于微細加工結(jié)構(gòu)、高速，而對于雙極晶體管，基極與發(fā)射極之間的電容和基區(qū)電阻將變得更小，所以，發(fā)射極云集效應(yīng)是小的，變得適合微細結(jié)構(gòu)、高速，在100MHZ或更高的高速驅(qū)動下這種效果將變得更明顯。
通過詳細說明設(shè)置在半導(dǎo)體上并與之相接觸的絕緣膜的厚度和在該膜上形成的接觸孔的開口形狀即可詳細描述本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)。
更具體地講，形成接觸孔部位的絕緣層的厚度(H)做成0.5-0.8μm，接觸孔而開口長邊的長度(L)為1-約10μm，而短邊的長度(W)為0.1-0.5μm，以形成仍滿足L＞H＞W(wǎng)的接觸孔，而構(gòu)成電極的導(dǎo)電材料是用濺射法、CVD法等埋設(shè)形成的，以形成電極。
在電極結(jié)構(gòu)中，可把一種阻擋層金屬(諸如TiW、TiN等)設(shè)置在電極與半導(dǎo)體區(qū)域之間，或者可以不用阻擋層金屬使電極與半導(dǎo)體區(qū)域直接接觸。
作為導(dǎo)電材料，可以淀積鎢(W)鉬(Mo)和銅(Cu)，但是最好根據(jù)采用如下所述的氫化烷基鋁氣體和氫氣的CVD法用Al或主要由Al組成的導(dǎo)電材料進行淀積(以下稱Al-CVD法)。
至于絕緣層，既可采用單層結(jié)構(gòu)，也可采用疊層結(jié)構(gòu)，可以使用諸如二氧化硅、氮化硅等無機材料，或諸如聚酰胺、SOG等有機材料。
接觸孔的形狀可以大致為方柱狀，即使該開口的矩形體的四個角中可能有一個或幾個在諸如刻蝕成形等工藝步驟中變得圓滑，這也屬于本發(fā)明的范疇。
更具體地講，如圖1D和1E所示，L、W、H可以有本發(fā)明中的特定關(guān)系。
例如，基本為矩形的本體具有圓滑的四邊邊緣部位，如圖1D所示，也包括圖1E所示的上部X稍大于W的情況。
如上所述，與1至數(shù)μm的現(xiàn)有技術(shù)的間距相比較，依據(jù)本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)，主電極-控制電極的電極間距離可以做得小到約100至1000 左右，且不會降低半導(dǎo)體器件的成品率。
(膜形成方法)下面介紹適于形成本發(fā)明的電極的膜形成方法。
本方法是一種適于把導(dǎo)電材料埋設(shè)在滿足L＞H＞W(wǎng)關(guān)系的接觸孔內(nèi)，以形成具有如上所述結(jié)構(gòu)的電極的膜形成方法。
適用于本發(fā)明的膜形成方法用氫化烷基鋁氣體和氫氣在貢獻電子的襯底上通過表面反應(yīng)有選擇地形成一層淀積膜(下文稱Al-CVD法)。
特別是用氫化-甲基鋁(MMAH)或氫化二甲基鋁(DMAH)做原料氣體和用H2氣做反應(yīng)氣體，襯底表面可以在它們的混合氣體中加熱，以淀積高質(zhì)量的Al膜。這里，在選擇淀積Al期間，最好用直接加熱或間接加熱將襯底表面溫度保持在低于450℃的不高于氫化烷基鋁的分解溫度，最好是260℃-440℃。
至于把襯底盡可能加熱到上述溫度范圍的方法，有直接加熱或間接加熱，但可用直接加熱將襯底保持在上述溫度，就能以高淀積速度形成高質(zhì)量的鋁膜。例如，當(dāng)襯底表面溫度保持在260℃-440℃這一最佳溫度范圍時，可以以此電阻加熱高的3000 -5000 /分鐘的淀積速率獲得高質(zhì)量的膜。關(guān)于這種直接加熱方法(襯底本身被加熱，能量從加熱裝置直接傳遞到襯底)，有例如采用鹵素?zé)?、氙燈等等的燈加熱法。另一方面，間接加熱法有電阻加熱，這可以在淀積薄膜形成空間安裝襯底支撐元件，用以支持將要在其上形成淀積膜的襯底再在襯底支撐元件上裝設(shè)一個加熱元件來實現(xiàn)。
當(dāng)依此方法對存在貢獻電子的表面部位和不貢獻電子的表面部位的襯底采用CVD法時，以較好的選擇性僅在貢獻電子的襯底表面部分形成單晶Al。此種Al具有電極/引線材料所要求的全優(yōu)特性。具體地講，可減少產(chǎn)生外延小丘和合金尖峰的幾率。
這可以認為是由于，高質(zhì)Al可選擇地形成在包括作為貢獻電子的半導(dǎo)體或?qū)w的表面上，而Al的結(jié)晶性也是優(yōu)良的，所以基本沒有或極少有與下層的硅的共晶反應(yīng)形成的合金尖峰等。當(dāng)半導(dǎo)體器件采用這種電極時，可以得到一種優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的Al電極的效果，這在現(xiàn)有技術(shù)中是完全預(yù)想不到的。
前面已經(jīng)描述了在通過絕緣膜中形成的接觸孔而露出的貢獻電子表面上淀積Al，也可以象下文所述那樣用Al-CVD法形成一層主要由Al組成的金屬膜，該膜的質(zhì)量也呈現(xiàn)出優(yōu)良的特性。
例如，除氫化烷基鋁氣體和氫氣外，還可引入包含Si原子的氣體，如SiH4、Si2H6、Si3H3、Si(CH3)4、SiCl4SiH2Cl2、SiHCl3或等同物，包括Ti原子的氣體，諸如TiCl4、TiBr4、Ti(CH3)4、或等同物;包括Cu原子的氣體，諸如雙乙酰丙酮化銅Cu(C5H7O2)2，雙二權(quán)戊酰甲烷化銅Cu(C11H19O2)2，雙六氟乙酰丙酮化銅Cu(C5HF6O2)2或等同物，按合適的組合配制成氣體混合氣氛，選擇淀積導(dǎo)電材料，諸如Al-Si、Al-Ti、Al-C、Al-Si-Ti、Al-Si-Cu等等，以此形成一種電極。
上述Al-CVD方法也是選擇優(yōu)良的薄膜形成方法，淀積所得的膜也具有良好的表面特性，所以在SiO2上用形成Al或主要由Al組成的金屬膜的方法，如用于隨后淀積步驟的用作選擇膜形成方法，選擇淀積上述的Al膜和絕緣膜，可以得到合適的高通用目的適用性的金屬膜，如用于半導(dǎo)體器件的連線。
這類金屬膜具體包括如下文列舉的那些膜，即，選擇淀積的Al、Al-Si、Al-Ti、Al-Cu、Al-Si-Ti、Al-Si-Cu選用與非選擇淀積的Al、Al-Si、Al-Ti、Al-Cu、Al-Si-Ti、Al-Si-Cu的組合物。
關(guān)于非選擇淀積的膜形成方法，除了如上所述的Al-CVD方法，還有CVD法或濺射法。
(膜形成設(shè)備)下面介紹適于形成依本發(fā)明的電極的膜形成設(shè)備。
圖2至圖4表示適用于上述膜形成方法的金屬膜連續(xù)形成設(shè)備。
金屬膜連續(xù)形成設(shè)備由多個串聯(lián)的腔構(gòu)成，各腔通過門閥310a至310f，在與大氣隔絕的情況下相互連通傳遞。即一個裝料鎖氣腔31-1，一個CVD反應(yīng)腔312，作第一膜形成腔用，一個RF腐蝕腔313、一個濺射腔314，作第二膜形成腔用以及一個裝料鎖氣腔315。各個腔分別通過排氣系統(tǒng)316a至316e排氣減壓構(gòu)成。這里，上述的裝料鎖氣腔311是個在為改善吞吐特性排氣之后，在淀積處理之前用H2氣氛更換襯底周圍氣氛的腔。下一個CVD反應(yīng)腔312是個依上述Al-CVD方法在常壓或減壓下，在襯底上實施選擇淀積的腔，腔內(nèi)設(shè)有一個具有加熱電阻317的襯底夾持器318，可把襯底表面加熱到從至少200℃至450℃的溫度范圍，以在其表面上形成膜。而且是這樣構(gòu)成的，使得原始氣體，如氫化烷基鋁等，用起泡器319-1通過氫氣起泡法氣化，通過原始氣體引入管319可引入到CVD腔，而作為反應(yīng)氣體的氫氣是通過氣體管319′引入的。接著的Rf腐蝕腔313是個選擇淀積后，在Ar氣氛下進行清洗(腐蝕)襯底表面的腔，腔內(nèi)設(shè)有可加熱從至少100℃至250℃的范圍的襯底夾持器320和一個Rf腐蝕用的電極線321，以及也與氣體饋給管322相連。接下來的濺射腔314是個在Ar氣氣氛下，用濺射法，在襯底表面上非選擇地淀積一層金屬膜的腔，腔內(nèi)設(shè)有一個可在從至少200℃至250℃范圍內(nèi)加熱的襯底夾持器323，還有一個靶電極，用于固定濺射靶材料324a，以及還與Ar氣饋給管325相連。最后的裝料鎖氣腔315是個在完成金屬膜淀積之后取出襯底進入大氣之前的控制腔，其構(gòu)成是為便于用N2氣更換其氣氛。
圖3是另一種適用上述膜形成方法的金屬連續(xù)膜形成設(shè)備的構(gòu)成實施例，與圖2中相同的部分用相同的標(biāo)號表示。圖3的設(shè)備與圖2的差別在于，設(shè)置了鹵素?zé)?30做為直接加熱裝置，襯底表面可被直接加熱，在襯底夾持器312內(nèi)安置一個釘爪331，用以在升高狀態(tài)下夾持襯底。
用此種構(gòu)形直接加熱襯底表面，可進一步改善淀積速率。
一種具有如上所述構(gòu)形的金屬膜連續(xù)金屬膜形成設(shè)備，如圖4所示，大體上等效于具有其上裝料鎖氣腔311、CVD反應(yīng)腔312、Rf腐蝕腔313、濺射腔314以及裝料鎖氣腔315是通過作為中轉(zhuǎn)腔的傳遞腔326相互連接的結(jié)構(gòu)。在這種構(gòu)形中，裝料鎖氣腔311也執(zhí)行裝料腔315的功能。在上面的傳遞腔326中，如圖中所示，將作為傳遞裝置的臂327，在AA方向設(shè)置成可反向轉(zhuǎn)動的，在BB方向設(shè)置成可伸縮的。如圖5箭頭所示，可將襯底在不暴露于大氣的條件下，連續(xù)地依次地從裝料鎖定腔311運送到CVD腔312、Rf腐蝕腔313、濺射腔314、裝料鎖氣腔(315)。
(膜形成過程)現(xiàn)在介紹依本發(fā)明的形成電極和連線的膜形成過程。
圖6是說明依本發(fā)明的電極和連線的膜形成過程的透視示意圖。
首先介紹概要。制備一個具有在絕緣膜上形成了開口的半導(dǎo)體襯底，將襯底放(置)入膜形成腔內(nèi)，使其表面保持在260℃～450℃，依據(jù)熱CVD方法，在DMAH的混合氣氛，如氫化烷基鋁和氫氣中，將Al選擇地淀積在開口內(nèi)的暴露出半導(dǎo)體部位。當(dāng)然，如上所述，引入含有Si原子的氣體，也可以淀積主要由Al，如Al-Si組成的金屬膜。然后，在選擇淀積的Al和絕緣膜上，非選擇地淀積一層Al或主要由Al組成的金屬膜。再后，將非選擇淀積的金屬膜經(jīng)過刻圖刻成所要求的連線形狀，就可形成電極和連線。
其次，參照圖3和圖6，詳細介紹Al-CVD的具有明顯效果的工藝步驟的內(nèi)函。
第一，制備一個襯底，作為襯底，例如要制作一個設(shè)置在單晶Si片上的絕緣膜，該膜具有各種尺寸的開口。
圖6是表示襯底一部分的示意圖。這里，401是個單晶硅襯底，作導(dǎo)電的襯底，402是個熱氧化硅膜，作為絕緣膜(層)。403和404是開口(暴露部位)，其尺寸互不相同。
形成將要變成作為襯底上第一連線層的電極的Al膜在下文參照圖3介紹。
將如上所述的襯底安置在裝料鎖氣腔311內(nèi)。將如上所述的氫引入到裝料鎖氣腔311內(nèi)，使腔體處在氫氣氣氛下。然后，通過抽空系統(tǒng)316b把反應(yīng)腔312大致抽到1×10-8Torr。即使反應(yīng)腔312內(nèi)的真空度劣于1×10-8Torr，也能形成Al膜。
然后，使DMAH氣體經(jīng)過起泡，從氣體管道319饋給。對于通過DMAH的攜帶氣體，采用H2。
第二氣體管道319′是為反應(yīng)氣體H2而設(shè)，通過第二氣體管道319′，允許H2流過，通過控制慢滲漏閥的開口(未示出)將反應(yīng)腔內(nèi)的壓力控制在一個預(yù)定值。對此情況的典型壓力最好是大約1.5Torr。通過DMAH管道，把DMAH引入到反應(yīng)管中。使總壓強近似為1.5Torr，而DMAH的分壓強近似為5.0×10-3Torr。然后，把片子用流經(jīng)鹵素?zé)?30的電流直接加熱。這樣就可選擇淀積Al。
經(jīng)過預(yù)定的淀積時間后，立即停止DMAH的饋給。在此工藝步驟中，淀積Al膜的預(yù)定淀積時間是指直至Si(單晶硅襯底1)上的Al膜的厚度變到等于SiO2(熱氧化硅膜2)事先可由試驗確定的厚度的時間。
使此時直接加熱的襯底表面的溫度大約為270℃。根據(jù)直至該步的工藝步驟，一層Al膜405選擇地淀積在如圖6B所示的開口之內(nèi)。
上述步驟被稱為形成電極的第一膜形成步驟。
在如上所述的第一膜形成步驟之后，用抽空系統(tǒng)316b把CVD腔312抽到真空度為5×10-3Torr或更低。同時，將Rf腐蝕腔313抽到5×10-6Torr或更低。在確認兩腔體已達到上述真空度之后，打開門閥310c，用傳遞裝置，把襯底從CVD反應(yīng)腔312送到Rf腐蝕腔313，然后關(guān)閉門閥310c。在襯底被傳遞到Rf腐蝕腔313后，用抽空系統(tǒng)316c抽空Rf腐蝕腔313，直至真空度達到10-6Torr或更低。然后，通過氬氣饋給管道322給Rf腐蝕腔送進氬氣，使Rf腐蝕腔313保持在10-1～10-3Torr的氬氣氣氛中。當(dāng)Rf腐蝕腔的襯底夾持器320保持在大約200℃，給Rf腐蝕電極321施加100W的功率，大約60秒，可激發(fā)Rf腐蝕腔313內(nèi)的氬氣放電。以此，用氬離子可腐蝕襯底的表面，去掉CVD淀積膜的不需要的表面層。在此情況下的腐蝕深度大約相當(dāng)于氧化層的厚度100 。這里，CVD淀積膜的表面腐蝕是在Rf腐蝕腔內(nèi)完成的，但因襯底上的CVD膜的表面層是通過不含氧的真空傳遞的，不進行Rf腐蝕也不變化。在此情況下，當(dāng)CVD反應(yīng)腔312和濺射腔314的溫差較大時，Rf腐蝕腔313起著在短時間內(nèi)實現(xiàn)溫度變化的溫度變化腔的作用。
在Rf腐蝕腔313內(nèi)，在完成Rf腐蝕后，停止氬氣的進氣，並放掉Rf反應(yīng)腔內(nèi)的氬氣。將Rf反應(yīng)腔313排氣到5×10-6Torr，並把濺射腔314被抽空到5×10-6Torr或更低，隨后打開門閥310d。然后，把襯底用傳遞裝置從Rf腐蝕腔313移送到濺射腔314，再關(guān)閉門閥310d。
在襯底傳遞到濺射腔314之后，像Rf腐蝕腔313那樣，使濺射室314處于10-1～10-3Torr的氬氣氣氛，把已放好襯底的襯底夾持器323的溫度設(shè)置在200～250℃。在5-10KW的直流功率下，進行放電，用氬離子刮削靶金屬諸如Al，或Al-Si(Si∶0.5%)以10000 /分鐘的淀積速率，在襯底上形成諸如Al或Al-Si的金屬膜。此步為非選擇的淀積步驟。此步被稱為形成將與電極相連接的連線的第二膜形成步驟。
在襯底上形成大約5000 的金屬膜之后，停止氬氣的進氣，並停止施加直流功率。當(dāng)把裝料鎖定腔311抽空到5×10-3Torr后，打開門閥310e，移動襯底。當(dāng)關(guān)閉門閥310e后，把N2氣引入到裝料鎖氣腔311，到大氣壓，打開門閥310f從設(shè)備中取出襯底。
依照上述的第二膜形成步驟，在SiO2膜402上可形成Al膜406，如圖6C所示。
將Al膜406刻成如圖6D所示的圖形，可得到所要求的連線形狀。
下面，介紹關(guān)于上述Al-CVD法是個優(yōu)異的膜形成方法，以及根據(jù)實驗結(jié)果，在開口內(nèi)淀積的Al為何是一層優(yōu)質(zhì)膜。
首先，關(guān)于襯底，制備多個具有用熱氧化N型單晶硅片的表面，形成8000 的SiO2的襯底，還具有刻成各種尺寸0.25×0.25μm型100×100μm的開口，使膠層的Si單晶暴露出來。
為形成Al膜，采用下述條件的Al-CVD方法。在常規(guī)條件下，以DMAH作原始氣體，氫氣作反應(yīng)氣體，總壓強為1.5Torr，DMAH的分壓強為5.0×10-3Torr、控制通過鹵素?zé)舻碾娏鞯目偣β?，直接加熱，將襯底表面溫度設(shè)置在200～490℃的范圍進行膜形成。(樣品1-1)其結(jié)果如表1所示。

由表1可見，當(dāng)直接加熱襯底表面溫度為260°或更高時，Al以300～5000 /分鐘的高淀積速率選擇地淀積在開口內(nèi)。
當(dāng)襯底表面溫度為260°～440℃的范圍內(nèi)，測驗開口內(nèi)的Al膜特性時，不含碳，發(fā)現(xiàn)其特性良好，其電阻率為2.8～3.4μΩcm，反射率為90～95%，1μm或更大的小丘密度為0～10、基本上無尖峰產(chǎn)生(0.15μm結(jié)的損壞率)。
相反，當(dāng)襯底表面溫度為200～250℃時，與260～440℃相比，膜的質(zhì)量稍微遜色，所得到的膜，與現(xiàn)有技術(shù)所得到的膜相比還是較好的，但淀積速率是1000～1500 /分鐘，對其估價絕不能太高，通過量也是7～10片/小時。
當(dāng)襯底表面溫度為450℃或更高時，反射率為60%或更低，1μm或更高的小丘密度為10～104cm-2，合金尖峰產(chǎn)生為0～30%，因而開口內(nèi)的Al膜特性更差。
其次敘述，上述方法如何能適用于諸如接觸孔或通孔一類的開口。
也就是，它可較好的適用于包含上述材料的接觸孔/通孔結(jié)構(gòu)。
在如上所述的樣品1-1形成Al膜相同的條件下，在具有如下所述結(jié)構(gòu)襯底(樣品)上形成的Al膜。
在作為第一襯底表面材料的單晶硅上，依照CVD方法形成二氧化硅膜，作為第二表面材料，按光刻步驟進行刻圖，使部分單晶硅表面暴露出來。
此時的熱氧化的SiO2膜的厚度為8000 ，單晶硅的暴露部位即開口的尺寸為0.25×0.25μm，至100×100μm、這樣就制得了樣品1-2[下文把樣品寫成“CVD SiO2(下文縮寫為SiO2)″/單晶硅)。
樣品1-3是用常壓CVD形成的摻硼氧化膜(下文縮寫為BSG)/單晶硅。
樣品1-4是用常壓CVD形成的摻磷氧化膜(下文縮寫為PSG)/單晶硅。
樣品1-5是用常壓CVD形成的摻磷和硼的氧化膜(下文縮寫為BSPG)/單晶硅。
樣品1-6是用等離子體CVD形成的氮化膜(下文縮寫為P-SiN)/單晶硅。
樣品1-7是用等離子CVD形成的熱氮化膜(下文縮寫為T-SiN)單晶(硅)。
樣品1-8是用減壓CVD形成的氮化膜(下文縮寫為LP-SiN)/單晶硅。
樣品1-9是用ECR設(shè)備形成的氮化膜(下文縮寫為ECR-SiN)/單晶硅。
再有，由襯底表面材料(18種)和第二襯底表面材料(9種)的全組合而成的樣品1-11至1-179(注意缺樣品號1-10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170)。采用單晶硅(單晶Si)、多晶硅(多晶Si)、非晶硅(非晶Si)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、硅化鎢(WSi)、硅化鈦(TiSi)、鋁(Al)、鋁-硅(Al-Si)、鈦-鋁(Al-Ti)、氮化鈦(Ti-N)、銅(Cu)、鋁-硅-銅(Al-Si-Cu)、鋁-鈀(Al-Pd)、鈦(Ti)、硅化鉬(Mo-Si)作第一襯底表面材料。采用T-SiO2、SiO2、BSG、PSG、BPSG、P-SiN、T-SiN、LP-SiN、ECR-SiN作為第二襯底表面材料。還有，對上述所有樣品均可形成可與樣品1-1相比的良好Al膜。
接著，在具有如上所述選擇淀積的襯底上，依照濺射方法，非選擇地淀積Al，然后經(jīng)刻圖。
至于依據(jù)濺射方法得到的Al膜和在開口內(nèi)選擇淀積的Al膜的結(jié)果，開口內(nèi)的Al膜由于表面特性良好所以是好的，其接觸情況在電學(xué)和機械兩方面的耐久性都是高質(zhì)的。
如上所述，Al-CVD法可以形成良好的膜，這在依據(jù)半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中的現(xiàn)有技術(shù)的膜形成技術(shù)中是不可能實現(xiàn)的。
(實施例1)下面參考MOSFET，一種絕緣柵型晶體管作為具有依本發(fā)明電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件介紹本發(fā)明。
圖7A是依照本發(fā)明實施例的MOSFET的透視示意圖，圖7B是它的示意頂視圖，圖7C是它的剖面示意圖。
在圖7A和圖7B中，略去了絕緣層，而圖7A略去了源、漏布線506′和507′。
元件區(qū)被圍在用選擇氧化方法在n型單晶Si襯底501的主表面?zhèn)刃纬傻亩趸杞M成的場絕緣膜509之內(nèi)，源、漏區(qū)503、504形成在P-阱502內(nèi)。在中間部位，即溝道區(qū)，通過絕緣膜安置一個柵長為0.8μm由多硅構(gòu)成的柵電極，形成MOSFET的基本結(jié)構(gòu)。
在該基本結(jié)構(gòu)上，形成一個二氧化硅膜510作為中間層絕緣膜。該層在絕緣膜509以及絕緣膜510接觸孔部位的厚度做成0.8μm。為了得到依本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)，接觸孔CH1的開口的W由掩模的設(shè)計制成0.1μm，L做成1μm。
在如此形成的接觸孔CH1內(nèi)，依照上述的Al-CVD方法形成由單晶Al構(gòu)成的源、漏電極506、507，而為與這些電極506、507絕緣的源、漏布線就形成于其上。
這樣，在本實施例中，符合L＞H＞W(wǎng)關(guān)系式。
根據(jù)本實施例，柵極與源、漏電極之間的距離M可接近200 。源、漏布線506′、507′自源、漏電極506、507向柵電極側(cè)凸出10 ，這就有助于減小寄生電容。
(制備工藝介紹)現(xiàn)在介紹制備依據(jù)第一實施例的MOSFET的工藝。
制備一個n型單晶硅襯底，形成一個P-型半導(dǎo)體區(qū)域(P-阱)502。這里，MSK是一個掩模(參見圖8A)。
依選擇氧化方法，形成場絕緣膜509，以把半導(dǎo)體元件形成區(qū)域分段。然后用多硅進行淀積作成圖形，以形成一個柵電極505。并且，以柵作掩模，用磷離子注入，以自對準方式形成源、漏區(qū)503、504(參見圖8B)。
依照常壓CVD方法，主要使用O3和TEOS形成BPSG膜510作絕緣膜。將源漏區(qū)503、504上的絕緣膜層的總厚度作成0.8μm(參見圖8C)。
依照RIE(反應(yīng)離子腐蝕)、形成接觸孔CHI其開口表面的W＝0.1μm，L＝1μm(參見圖8D)。
依照如上所述的Al-CVD方法，即在以DMAH作原始氣體，以氫作反應(yīng)氣體的混合氣氛中，將襯底溫度保持在260～270℃的同時，用熱CVD方法，把Al只選擇淀積在接觸孔內(nèi)，形成矩形的由單晶Al組成的電極506、507。電極表面的平整度是優(yōu)良的(圖8E)。
雖未表示出來，在絕緣膜510和電極506、507上形成大約為1000 的TiN作膠層，按如上所述的Al-CVD方法，在其上再形成Al-Si-Cu，然后再經(jīng)刻圖形成布線506′、507′(參見圖8F)。
此處，因TiN膠層是貢獻電子的表面，所以可用Al-CVD方法形成結(jié)晶Al。這里，不管是否存在膠層，為了形成布線506′、507′，均是使用上述的濺射方法，非選擇地形成Al，或者主要由Al組成的金屬膜。
(實施例2)下面，參照雙極晶體管，作為具有本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的實例，說明本發(fā)明。
圖9A是依據(jù)本實施例的雙極晶體管的示意透視圖。圖9B是本實施例雙極晶體管的頂視圖。圖9C是本實施例雙極晶體管的示意剖面圖。在圖9A中，略去了布線和絕緣層。
在半導(dǎo)體襯底主要表面這一側(cè)，形成P型基區(qū)202和n+型發(fā)射區(qū)203，在其上再設(shè)置由單晶Al組成的基極電極206，207和單晶Al組成的發(fā)射極電極205。
此處，略去了集電極電極。210、211是絕緣膜。205′是發(fā)射極布線，而206′207′是基極布線。這里，基極電極之一206的長度L為20μm，寬度W為0.5μm，高度H為0.8μm對于另一電極207，尺寸相同。
在發(fā)射極電極205中，W，H的尺寸與基極電極的尺寸相同，只是長度L為22μm。因為發(fā)射極的長度長于基極電極的長，所以很容易制作與發(fā)射連線205′的連接。
此種電極的形狀是由接觸孔開口表面規(guī)定的長度和寬度所確定的，而其深度與實施例1相同。
在此實施例中，由于采用了上述結(jié)構(gòu)，基極-發(fā)射極的極間距離可被做得更小到大約5000 ，進一步可小到100 。所以基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間的電容Cbe變得更小，所以，可得到能高速啟動的雙極晶體管。
(制備工藝的說明)下面，說明關(guān)于制備依照如上所述的第二實施例的雙極晶體管的工藝過程。
首先，在單晶Si襯底上用外延生長法形成一個n-型集電區(qū)201。在其主表面這一側(cè)用離子注入形成一個P型基區(qū)202。然后，在該區(qū)內(nèi)，形成一個n+型發(fā)射區(qū)203。在如此形成了各個半導(dǎo)體襯底的主表面上，形成一層TEOS-SiO層作絕緣層210，用RIE形成接觸孔CH2，CH3。此處，絕緣層210也可以是由多層絕緣層組成的絕緣膜，如熱氧化的SiO2和BPSG相結(jié)合的疊層。這里，CH2是基極電極的接觸孔，其長邊(L)為20μm，短邊(W)為0.5μm，而深度(H)為0.8μm。
CH3是發(fā)射極電極的接觸孔，其L為22μm，W為0.5μm，而H為0.8μm(圖10A)。
其次，根據(jù)如上所述的Al-CVD方法，特別是使用DMAH作原始氣體，用氫作反應(yīng)氣體，當(dāng)將襯底表面保持在大約270℃時，依照熱CVD方法，在接觸孔內(nèi)選擇淀積Al，以形成基極電極206、207以及發(fā)射極電極205。此處，電極205、206、207的表面平整度是優(yōu)良的(圖10B)。
進而，雖然圖中未示出，形成的TiN膜約為100 ，經(jīng)刻圖得到所要求的布線形狀。再在TiN膜上，依照如上所述的Al-CVD方法，特別依照熱CVD方法，在DMAH、氫、SiH4、雙乙酰丙酮化銅的混合氣氛中，選擇淀積Al-Si-Cu，以形成基極布線206′、207′和發(fā)射極布線205′。在這些布線上形成一層TEOS-SiO作為絕緣層211。(圖10C)(比較例)根據(jù)如上所述的制備工藝方法，制備已形成的多個MOSFET。
樣品1具有用現(xiàn)有技術(shù)方法形成的雙極晶體管，其電極的l＞w＞h，h＝0.8μm。樣品2也相同，只是h＞l＞w，w＝0.5μm。樣品3也相同，只是l＝h＞w，w＝0.5μm。樣品4也相同，只是l＞h＝w，w＝1.0μm。樣品5還是相同的，只是l＝h＝w，w＝0.5μm。
相反，依照與第二實施例相同的制備工藝方法，制備雙極晶體管，其電極的1＝1μm，h＝0.5μm，w＝0.1μm的稱作樣品A;其l＝1μm，h＝0.8μm，w＝0.1μm的稱作樣品B;其l＝1μm，h＝0.8μm，－w＝0.5μm的稱作樣品C。
對于樣品1至5和樣品A至C的成品率高速性能，對大電流的適應(yīng)能力等進行判斷，其結(jié)果如下面表2所示。樣品1-5的成品率是低的。因為，不適于微細加工，大電流驅(qū)動和高速性能兩方面也是不好的。

作為判斷方法，進行下列可靠性測試。首先，由每種樣品構(gòu)成一個100I級的包括多個晶體管的環(huán)形振蕩器，測其傳輸延遲時間。從其結(jié)果，成品率為90%以上的算作◎，為百分之幾的算作X。
關(guān)于，大電流驅(qū)動，把接觸孔部位的電流設(shè)置的電流密度為105A/Cm2。工作1000小時后布線沒有斷裂的，顯然是算作◎，工作500小時后，布線有斷裂的算作X。
關(guān)于高速性能，樣品1至5全都不能獲得滿意的結(jié)果，原因在于基極和發(fā)射極之間的寄生電容和寄生電阻的影響。
進而，依照與第二實施例相同的制備工藝，樣品1′至5′具有與樣品1至5相同的關(guān)系。然而，成品率、對大電流驅(qū)動的適應(yīng)性，高速性能等雖有所改善，但仍是不夠的。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體元件的直接與半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體區(qū)域相連的電極，其形狀基本上是方形柱狀，其特征在于，當(dāng)與所說的電極內(nèi)的半導(dǎo)體區(qū)域相接觸的表面的一個邊的長度定義為L，另一個邊的長度定義為W，基本上與所說的表面垂直相交的方向的長度定義為H時，L、W、H滿足L＞H＞W(wǎng)的關(guān)系式。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體電極，其中所說的電極包括單晶A1。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體電極，其中所說的電極包括主要由A1組成的導(dǎo)體。
全文摘要
一種直接與半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體區(qū)域相連的電極，其形狀基本為方柱形。將與所述電極與半導(dǎo)體區(qū)域相接觸的表面的一個邊的長度定義為L，另一邊定義為W，基本上與所述表面垂直相交方向上的長度定義為H，則使L、W、H滿足L＞H＞W(wǎng)的關(guān)系式。
文檔編號H01L29/41GK1106163SQ9311931
公開日1995年8月2日 申請日期1993年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月31日
發(fā)明者池田敦, 中村佳夫 申請人:佳能株式會社