DE10206150B4

DE10206150B4 - Prozesslinieninterne Detektionsvorrichtung für Defekte in selbstjustierten Kontakten und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE10206150B4
Application number: DE10206150A
Authority: DE
Inventors: Ting-Sing Baushan Shiang Wang
Original assignee: Promos Technologies Inc
Current assignee: Promos Technologies Inc
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: TW504783B; DE10206150A1; US6774394B2; US20030040176A1

Abstract

Prozesslinieninternes Detektionselement für Defekte in selbstjustierten Kontakten, das auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist und umfasst:
ein in dem Halbleitersubstrat gebildetes aktives Gebiet (10; 100) mit
einem ersten Kontaktgebiet (110);
einem ersten schlangenförmigen Gate (30; 101) mit Abstandselementen (102) an der Seite und das aktive Gebiet (10; 100) in zwei elektrisch unverbundene Teile unterteilend,
zumindest einem ersten Kontaktfenster (20), das zwischen Abstandselementen (102) von zwei Gategebieten des ersten schlangenförmigen Gates (30; 101) gebildet ist,
einem ersten Kontaktanschluss (105), der in dem ersten Kontaktfenster (20) gebildet ist, und das erste Kontaktgebiet (110) kontaktiert; und
zumindest zwei Sondenanschlussflächen (40, 50; 200), die in dem Substrat gebildet sind und ein zweites Kontaktgebiet (210) umfassen, das mit dem ersten Kontaktgebiet (110) verbunden ist, und die jede mit den zwei elektrisch unverbundenen Teilen verbunden sind, wobei jede der Sondenanschlussflächen (40, 50) umfasst:
mehrere zweite Gates (70; 201), die mit...

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine prozesslinieninterne Detektionsvorrichtung für Defekte in Halbleiterelementen und betrifft insbesondere eine prozesslinieninterne Detektionsvorrichtung für Defekte in selbstjustierten Kontakten.
Beschreibung des Stands der Technik
In der anhaltenden Entwicklung integrierter Schaltungen (IC) mit höherer Dichte und Chips mit reduzierter Größe ist die Fehljustierung diverser Schichten ein entscheidendes Problem. Folglich hat sich der selbstjustierte Kontakt-(SAC)-Prozess als ein Mittel erwiesen, den Abstand zwischen Elementen zu verringern und die Dichte der Elemente zu erhöhen.
Jedoch ist als Folge einer verringerten IC-Größe und einer höheren Dichte die Toleranz für Defekte stark gesunken. Daher muss die Defektanzahl verbessert werden, um die Ausbeute zu erhöhen. Je geringer die Defektdichte ist, umso höher ist die Ausbeute. Um Defekte in ICs zu detektieren, werden für gewöhnlich diverse Untersuchungen während verschiedener Stadien durchgeführt.
Gegenwärtig wird der selbstjustierte Kontakt-Prozess so durchgeführt, dass zwischen Gateelektroden unter dem Schutz von Abstandselementen zur Vermeiden von Überätzen eine Ätzung durchgeführt wird. Wenn daher die Abstandselemente überätzt werden, wodurch Kurzschlüsse erzeugt werden, ist die Leistungsfähigkeit der Produkte deutlich beeinflusst und die Ausbeute ist herabgesetzt. Die herkömmliche Detektion von Defekten wird nach der Bildung von Metallleitungen durchgeführt. Entsprechend dem Stand der Technik können die Defekte nicht unmittelbar im Anschluss an die Herstellung der selbstjustierten Kontakte detektiert werden, und es kann eine Verschwendung von Mate rial und Prozesszeit nicht vermieden werden. Daher ist das konventionelle Detektionsverfahren bei weitem nicht ideal.
Die US 6 204 134 B1 offenbart ein Verfahren zum Ausbilden von selbstjustierten Kontakten in einem Halbleiterbauteil unter Ausbildung eines Hochtemperatur-Polysiliziumfilms und einer dotierten Polysiliziumschicht.
In der US 6 054 721 A wird ein Verfahren zur Detektion unerwünschter Verbindungen zwischen Leiterstrukturen auf Halbleiter-Wafern beschrieben.
Überblick über die Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obengenannten Probleme zu lösen, indem eine prozesslinieninterne Vorrichtung bzw. Element für Defekte in selbstjustierten Kontakten bereitgestellt ist, die in der Lage ist, in effektiver Weise Defekte nach der Bildung der Kontaktanschlüsse zu detektieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer prozesslinieninternen Detektionsvorrichtung bzw. eines Elements zur Detektion von Defekten selbstjustierter Kontakte unter Verwendung allgemeiner Prozesse bereitzustellen, um die prozesslinieninterne Detektionsvorrichtung gleichzeitig mit dem Halbleiterelement ohne einen zusätzlichen Prozess herzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein prozesslinieninternes Detektionselement mit hoher Empfindlichkeit und erhöhter Detektionseffizienz bereitzustellen, um präzise Defekte in selbstjustierten Kontakten-Gateelektroden zu detektieren.
Um die obengenannten Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein prozesslinieninternes Detektionselement für Defekte in selbstjustierten Kontakten bereit, das auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist und umfasst:
ein in dem Halbleitersubstrat gebildetes aktives Gebiet mit
einem ersten Kontaktgebiet;
einem ersten schlangenförmigen Gate mit Abstandselementen an der Seite und das aktive Gebiet in zwei elektrisch unverbundene Teile unterteilend,
zumindest einem ersten Kontaktfenster, das zwischen Abstandselementen von zwei Gategebieten des ersten schlangenförmigen Gates gebildet ist,
einem ersten Kontaktanschluss, der in dem ersten Kontaktfenstergebildet ist, und das erste Kontaktgebiet kontaktiert; und
zumindest zwei Sondenanschlussflächen, die in dem Substrat gebildet sind und ein zweites Kontaktgebiet umfassen, das mit dem ersten Kontaktgebiet verbunden ist, und die jede mit den zwei elektrisch unverbundenen Teilen verbunden sind, wobei jede der Sondenanschlussflächen umfasst:
mehrere zweite Gates, die mit Abstandselementen an der Seite gebildet sind,
zumindest ein zweites Kontaktfenster, das Teile der zweiten Gates und des zweiten Kontaktgebiets freilegt, und
einen zweiten Kontaktanschluss, der in dem zweiten Kontaktfenster gebildet ist.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Herstellung eines prozesslinieninternen Detektionselements für Defekte in selbstjustierten Kontakten:

(a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats mit einem aktiven Gebiet und zwei Sondenanschlussflächen;
(b) Bilden eines schlangenförmigen ersten Gates mit Abstandselementen an der Seite über dem aktiven Gebiet, wobei das schlangenförmige erste Gate das aktive Gebiet in zwei elektrisch unverbundene Teile teilt, von denen jeder mit einer unterschiedlichen der zwei Sondenanschlussflächen verbunden ist;
(c) gleichzeitiges Bilden mehrerer zweiter Gates mit Abstandselementen an der Seite über den Sondenanschlussflächen, wobei die zweiten Gates als eine Matrix verteilt sind;
(d) Implantieren von Ionen in das aktive Gebiet und die Sondenanschlussflächen, um ein erstes Kontaktgebiet außerhalb des ersten Gates in dem aktiven Gebiet und ein zweites Kontaktgebiet außerhalb des zweiten Gates in den Sondenanschlussflächen zu bilden, wobei anschließend eine ganzflächige Oxidschicht gebildet wird;
(e) Bilden zumindest eines ersten Kontaktfensters zwischen den Abstandselementen des schlangenförmigen ersten Gates und gleichzeitig zumindest eines zweiten Kontaktfensters in den Sondenanschlussflächen, um Teile der zweiten Gates und des zweiten Kontaktgebiets zugleich freizulegen; und
(f) Bilden eines ersten Kontaktanschlusses in dem zumindest einen ersten Kontaktfenster und eines zweiten Kontaktanschlusses in dem zweiten Kontaktfenster, so dass der erste Kontaktanschlüsse mit dem ersten Kontaktgebiet und der zweite Kontaktanschluss mit dem zweiten Kontaktgebiet verbunden ist.

In dem prozesslinieninternen Detektionselement für selbstjustierte Kontaktdefekte nach der vorliegenden Erfindung sind die Formen der zweiten Gates nicht eingeschränkt und es können Quadrate oder kreisförmige Formen, wie sie im Stand der Technik angewendet werden, verwendet werden. Ferner ist die Anordnung der zweiten Gates nicht eingeschränkt, und dies können als eine Matrix angeordnet sein.
Hinsichtlich der Materialien kann der erste Kontaktanschluss und der zweite Kontaktanschluss aus Wolfram oder Polysilizium gebildet sein. Das Abstandselement ist ein dielektrisches Material, etwa Siliziumnitrid.
Das prozesslinieninterne Detektionselement für selbstjustierte Kontaktdefekte der vorliegenden Erfindung ist in 1A gezeigt, wobei das aktive Gebiet 10 mit einem schlangenförmigen ersten Gate 30 und mehreren ersten Kontaktfenstern 20 durch das schlan genförmige erste Gate 30 in zwei Teile unterteilt ist. Zwei Seiten des aktiven Gebiets 10 sind mit Sondenanschlussflächen 40, 50 verbunden. In den Sondenanschlussflächen 40 und 50 gibt ein zweites Kontaktfenster 60 und mehrere zweite Gates 70, die an der Unterseite des zweiten Kontaktfensters 60 angeordnet sind. Das Muster bzw. die Gestalt des schlangenförmigen ersten Gates 30 in dem aktiven Gebiet 10 ist nicht festgelegt, solange das schlangenförmige Gate das aktive Gebiet in zwei Teile unterteilt und diese nicht elektrisch verbunden sind. Das heißt, das in 1B gezeigte Muster kann auch verwendet werden.
2 ist ein Querschnitt aus 1 entlang der Linie B-B'. In 2 stellt 100 das Halbleitersubstrat des aktiven Gebiets und 103 das Oxid dar. Die mehreren ersten Kontaktfenster 20 sind zwischen dem ersten Gate 101 angeordnet, wobei Abstandselemente 102 an zwei Seiten des Gates 101 gebildet sind. Ferner ist das Gebiet außerhalb des aktiven Gebiets AA ein erstes Kontaktgebiet 110, das durch Ionenimplantation gebildet ist, und erste Kontaktanschlüsse 105 füllen die ersten Kontaktfenster 20.
3 ist ein Querschnitt entlang der Linie C-C' in 1. In 3 repräsentiert 200 die Sondenanschlussflächen, 203 stellt das Oxid dar, 60 repräsentiert das zweite Kontaktfenster in 1, 201 stellt die mehreren zweiten Gates dar, die an der Unterseite des zweiten Kontaktfenster 60 gebildet sind, 202 repräsentiert die Abstandselemente, die an den Seiten der zweiten Gates 201 gebildet sind, und 210 repräsentiert ein zweites Kontaktgebiet, das durch Ionenimplantation außerhalb des Bereichs der zweiten Gates 201 gebildet ist. Ferner ist das zweite Kontaktfenster 60 durch einen zweiten Kontaktanschluss 204 gefüllt. Die mehreren zweiten Gates werden verwendet, um einen durch Plasma hervorgerufenen Schaden zu verhindern, wenn die Kontaktfenster geätzt werden, und um zu vermeiden, dass die Kontaktfenster aufgrund der großen Ausdehnung der Kontaktfenster nicht vollständig gefüllt werden. Wenn ferner elektrische Messungen vorgenommen werden, kann die angelegte Spannung gleichmäßig über die Sondenanschlussflächen verteilt werden.
Die Anzahl und die Form der zweiten Gates in den Sondenanschlussflächen ist nicht beschränkt und kann auf der Grundlage der Anzahl der ersten Gates in dem aktiven Gebiet und den Prozessbedingungen entsprechend eingestellt werden. Um jedoch den Prozess integrieren zu können, ist es vorteilhaft, eine identische Breite für das erste Gate und das zweite Gate vorzusehen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Detektionselement wird das aktive Gebiet durch das schlangenförmige erste Gate in zwei Teile geteilt, und wenn folglich ein Überätzen bei der Herstellung des selbstjustierten Kontakts auftritt, entstehen Kurzschlüsse. In diesem Falle werden durch Herstellen der beiden Teile in dem aktiven Gebiet eine Masseverbindung und dem Anlegen einer gewissen Spannung die Defekte in dem aktiven Gebiet detektiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Draufsicht auf das prozesslinieninterne Detektionselement der vorliegenden Erfindung.
1B zeigt ein weiteres Beispiel des Musters des ersten Gates in dem aktiven Gebiet des prozesslinieninternen Detektionselements der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein schematischer Querschnitt des prozesslinieninternen Elements entlang der Linie B-B' in 1.
3 ist ein Querschnitt des prozesslinieninternen Elements entlang der Linie C-C' in 1.
4 bis 7 zeigen Ansichten des Prozesses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen
4 bis 7 zeigen Ansichten des Prozesses zur Herstellung des prozesslinieninternen Detektionselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Anzu merken ist, dass das aktive Gebiet und die Sondenanschlussflächen gleichzeitig gebildet werden.
In 4 ist zur Darstellung des gleichzeitigen Prozesses in dem aktiven Gebiet (AA) und der Sondenanschlussfläche (PP) eine gepunktete Linie zwischen AA und PP gezeichnet. Es wird ein Aktivgebietsubstrat 100 mit einem schlangenförmigen ersten Gate 101 mit Abstandselementen 102 an den Seiten und ein Sondenanschlussflächensubstrat 200 mit mehreren zweiten Gates 201 mit Abstandselementen 202 an den Seiten bereitgestellt. Anschließend werden N⁺-Ionen in das Aktivgebietsubstrat und das Sondenanschlussflächensubstrat implantiert, um erste Kontaktgebiete 110 und zweite Kontaktgebiete 210 zu bilden. In der Ausführungsform wird die Form des ersten Gates 101 in dem aktiven Gebiet (AA) verwendet, um das aktive Gebiet in zwei Teile aufzuteilen, und die Form des zweiten Gates in PP ist eine 4×4-Matrix (vier Gates; Länge × Breite). Daher sind in 4 vier zweite Gates 201 gezeigt, um den Querschnitt der Sondenanschlussfläche darzustellen.
In 5 werden ganzflächige Oxidschichten 103 und 203 gebildet, um das erste Gate 101 und die mehreren zweiten Gates 201 zu bedecken. Daher werden, wie in 6 gezeigt ist, die Oxidschichten 103 und 203 unter Verwendung der Abstandselemente 102, 202 als Ätzstoppschichten geätzt, um eine Anzahl erster Kontaktfenster 20 in dem aktiven Gebiet zu bilden. An der Unterseite der ersten Kontaktfenster 20 ist das Substrat 100 freigelegt. Gleichzeitig werden zweite Kontaktfenster 60 in der Sondenanschlussfläche gebildet, um die zweiten Gates 202 freizulegen, wobei der Rest des Oxids 203 auf der Hälfte der zweiten Gates 202 an den Rändern zurückbleibt.
Schließlich werden, wie in 7 gezeigt ist, die ersten Kontaktfenster in dem aktiven Gebiet und die zweiten Kontaktfenster in der Sondenanschlussfläche mit Wolfram gefüllt, um einen ersten Kontaktanschluss 105 und zweite Kontaktanschlüsse 204 zu bilden.
Eine der beiden Sondenanschlussflächen des prozesslinieninternen Detektionselements für selbstjustierte Kontaktdefekte, das in der oben beschriebenen Weise hergestellt ist, wird dann geerdet und an die andere Anschlussfläche wird eine gewisse Spannung für eine elektrische Messung angelegt. Wenn Defekte in dem aktiven Gebiet vorhanden sind, wird ein Stromfluss beobachtet.

Claims

Prozesslinieninternes Detektionselement für Defekte in selbstjustierten Kontakten, das auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist und umfasst: ein in dem Halbleitersubstrat gebildetes aktives Gebiet (10; 100) mit einem ersten Kontaktgebiet (110); einem ersten schlangenförmigen Gate (30; 101) mit Abstandselementen (102) an der Seite und das aktive Gebiet (10; 100) in zwei elektrisch unverbundene Teile unterteilend, zumindest einem ersten Kontaktfenster (20), das zwischen Abstandselementen (102) von zwei Gategebieten des ersten schlangenförmigen Gates (30; 101) gebildet ist, einem ersten Kontaktanschluss (105), der in dem ersten Kontaktfenster (20) gebildet ist, und das erste Kontaktgebiet (110) kontaktiert; und zumindest zwei Sondenanschlussflächen (40, 50; 200), die in dem Substrat gebildet sind und ein zweites Kontaktgebiet (210) umfassen, das mit dem ersten Kontaktgebiet (110) verbunden ist, und die jede mit den zwei elektrisch unverbundenen Teilen verbunden sind, wobei jede der Sondenanschlussflächen (40, 50) umfasst: mehrere zweite Gates (70; 201), die mit Abstandselementen (202) an der Seite gebildet sind, zumindest ein zweites Kontaktfenster (60), das Teile der zweiten Gates (70) und des zweiten Kontaktgebiets (210) freilegt, und einen zweiten Kontaktanschluss (204), der in dem zweiten Kontaktfenster (60) gebildet ist.
Das Element nach Anspruch 1, wobei die Form der zweiten Kontaktfenster (60) quadratisch oder kreisförmig ist.
Das Element nach Anspruch 1, wobei die zweiten Gates (70; 201) als Matrix angeordnet sind.
Das Element nach Anspruch 1, wobei der erste Kontaktanschluss (105) Wolfram oder Polysilizium aufweist.
Das Element nach Anspruch 1, wobei der zweite Kontaktanschluss (204) Wolfram oder Polysilizium aufweist.
Das Element nach Anspruch 1, wobei das erste Gate (30; 101) Polysilizium aufweist.
Das Element nach Anspruch 1, wobei das zweite Gate (70; 201) Polysilizium umfasst.
Das Element nach Anspruch 1, wobei die Abstandselemente (102; 202) aus dielektrischem Material gebildet sind.
Das Element nach Anspruch 1, wobei die Abstandselemente (102; 202) aus Siliziumnitrid gebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines prozesslinieninternen Detektionselements für Defekte in selbstjustierten Kontakten, mit: (a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats mit einem aktiven Gebiet (10; 100) und zwei Sondenanschlussflächen (40, 50; 200); (b) Bilden eines schlangenförmigen ersten Gates (30; 101) mit Abstandselementen (102) an der Seite über dem aktiven Gebiet (10; 100), wobei das schlangenförmige erste Gate (30; 101) das aktive Gebiet (10; 100) in zwei elektrisch unverbundene Teile teilt, von denen jeder mit einer unterschiedlichen der zwei Sondenanschlussflächen (40, 50; 200) verbunden ist; (c) gleichzeitiges Bilden mehrerer zweiter Gates (70; 201) mit Abstandselementen (102) an der Seite über den Sondenanschlussflächen (40, 50; 200), wobei die zweiten Gates (70; 201) als eine Matrix verteilt sind; (d) Implantieren von Ionen in das aktive Gebiet (10; 100) und die Sondenanschlussflächen (40, 50; 200), um ein erstes Kontaktgebiet (110) außerhalb des ersten Gates (30; 101) in dem aktiven Gebiet (10; 100) und ein zweites Kontaktgebiet (210) außerhalb des zweiten Gates (70; 201) in den Sondenanschlussflächen (40, 50; 200) zu bilden, wobei anschließend eine ganzflächige Oxidschicht (103, 203) gebildet wird; (e) Bilden zumindest eines ersten Kontaktfensters (20) zwischen den Abstandselementen (102) des schlangenförmigen ersten Gates (30; 101) und gleichzeitig zumindest eines zweiten Kontaktfensters (60) in den Sondenanschlussflächen (40, 50; 200), um Teile der zweiten Gates (70; 201) und des zweiten Kontaktgebiets (210) zugleich freizulegen; und (f) Bilden eines ersten Kontaktanschlusses (105) in dem zumindest einen ersten Kontaktfenster (20) und eines zweiten Kontaktanschlusses (204) in dem zweiten Kontaktfenster (60), so dass der erste Kontaktanschlüsse (105) mit dem ersten Kontaktgebiet (110) und der zweite Kontaktanschluss (204) mit dem zweiten Kontaktgebiet (210) verbunden ist.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei der erste Kontaktanschluss (105) Wolfram oder Polysilizium umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei der zweite Kontaktanschluss (204) Wolfram oder Polysilizium umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei das erste Gate (30; 101) Polysilizium umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei das zweite Gate (70; 201) Polysilizium umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Abstandselemente (102; 202) aus dielektrischem Material gebildet sind.
Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei das dielektrische Material Siliziumnitrid umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei die im Schritt (c) implantierten Ionen N⁺ enthalten.