DE112009005017T5

DE112009005017T5 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112009005017T5
Application number: DE112009005017T
Authority: DE
Inventors: Mitsuaki Igeta; Takashi Suzuki
Original assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2012-07-26
Also published as: US20120068308A1; JPWO2011001494A1; JP5335914B2; US8946857B2; WO2011001494A1

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung weist ein Halbleitersubstrat, eine auf dem Halbleitersubstrat vorgesehene Wärmeerzeugungsvorrichtung und ein über der Wärmeerzeugungsvorrichtung vorgesehenes Wärmeabstrahlteil auf. Das Wärmeabstrahlteil ist thermisch mit dem Halbleitersubstrat durch mindestens ein Kontaktteil gekoppelt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
Stand der Technik
In der Vergangenheit wurde in einer Halbleitervorrichtung (LSI: integrierte Halbleiterschaltung) eine Widerstandsvorrichtung ausgebildet, wobei beispielsweise auf einem Siliziumsubstrat ausgebildetes polykristallines Silizium (”Polysilizium”) verwendet wurde.
Eine derartige Polysilizium-Widerstandsvorrichtung (Polysilizium-Widerstand) hat die Vorteile eines höheren Flächenwiderstands als eine Widerstandsvorrichtung unter Verwendung von Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al) und einer geringeren Fluktuation des Widerstands als bei einer Widerstandsvorrichtung unter Verwendung einer Diffusionsschicht eines Siliziumsubstrats (Si).
Da jedoch ein Polysilizium-Widerstand einen hohen Flächenwiederstand hat, erzeugt er starke Joule'sche Wärme pro Stromeinheit und neigt beispielsweise dazu, eine Verringerung der Zuverlässigkeit einer nahe dem Polysilizium-Widerstand angeordneten Cu-Zwischenverbindung zu bewirken.
1 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels für einen Widerstandsvorrichtungsteil in einer Halbleitervorrichtung, wobei 1(a) eine perspektivische Ansicht und 1(b) eine Draufsicht zeigt.
Wie in 1(a) und 1(b) dargestellt, weist das Widerstandsvorrichtungsteil eine Widerstandsvorrichtung (Polysilizium-Widerstand) 1, zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehene Zwischenverbindungen 2a und 2b zum Leiten von Strom durch den Polysilizium-Widerstand 1, und eine Zwischenverbindung (beispielsweise eine Cu-Zwischenverbindung 3 auf, die über dem Polysilizium-Widerstand 1 vorgesehen ist.
Die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b sind hierbei jeweils mit einem der beiden Enden des Polysilizium-Widerstands 1 durch zwei Kontaktteile 41a, 42a und 41b, 42b verbunden und leiten beispielsweise Strom von der Zwischenverbindung 2a durch den Polysilizium-Widerstand 1 zu der Zwischenverbindung 2b.
Es sei darauf hingewiesen, dass zwischen dem Polysilizium-Widerstand 1 und den zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b sowie der Cu-Zwischenverbindung 3 eine Isolierschicht ausgebildet ist. Ferner sind die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b und die Zwischenverbindung 3 beispielsweise aus dem Cu der ersten Schicht gebildet.
In der Vergangenheit wurden in dieser Hinsicht zahlreiche Vorschläge bezüglich Halbleitervorrichtungen gemacht, die dazu ausgebildet sind, Wärme von Widerstandsvorrichtungen abzuleiten, um so einen Temperaturanstieg in der Umgebung zu vermeiden.
Dokumente des Standes der Technik
Patentschriften

Patentschrift 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. S63-090846
Patentschrift 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. H08-046138
Patentschrift 3: Japanische Offenlegungsschrift Nr. S62-040757
Patentschrift 4: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-031484

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Wie zuvor erörtert wird bei der in 1 dargestellten Halbleitervorrichtung beim Fließen von Strom zu dem Polysilizium-Widerstand 1 Joule'sche Wärme erzeugt. Aufgrund der von dem Polysilizium-Widerstand 1 kommenden Wärme steigt die Temperatur eines über dem Polysilizium-Widerstand befindlichen, in seiner Zuverlässigkeit gefährdeten Teils RDP der Cu-Zwischenverbindung 3 an.
Da der Polysilizium-Widerstand 1 einen hohen Flächenwiderstand aufweist, erzeugt er pro Stromeinheit starke Joule'sche Wärme und bewirkt einen Abfall der Zuverlässigkeit der nahegelegenen Cu-Zwischenverbindung 3 (die beispielsweise darüber angeordnet ist). Es sei darauf hingewiesen, dass das Polysilizium des Polysilizium-Widerstands 1 im Vergleich mit dem Cu der Cu-Zwischenverbindung 3 eine ausreichend hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Aus diesem Grund ist der zulässige Strombetrag des Polysilizium-Widerstands 1 unter Berücksichtigung des durch die von dem Polysilizium-Widerstand 1 erzeugte Wärme verursachten Sinkens der Zuverlässigkeit der nahegelegenen Cu-Zwischenverbindung 3 definiert.
Das heißt, dass der zulässige Strombetrag des Polysilizium-Widerstands 1 derart definiert ist, dass die Temperatur des über dem Polysilizium-Widerstand 1 befindlichen, in seiner Zuverlässigkeit gefährdeten Teils RDP der Cu-Zwischenverbindung 3 eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 130°C) oder weniger ist.
2 ist eine Ansicht zur Darstellung eines anderen Beispiels für ein Widerstandsvorrichtungsteil in einer Halbleitervorrichtung, wobei 2(a) eine perspektivische Ansicht und 2(b) eine Draufsicht darstellt.
Der Widerstandsvorrichtungsteil der in der 2(a) und der 2(b) dargestellten Halbleitervorrichtung ist mit einem über dem Polysilizium-Widerstand (Widerstandsvorrichtung) 1 angeordneten Wärmeabstrahlteil 5 versehen, das beispielsweise aus einem Metall besteht.
Obwohl dies in den 2(a) und 2(b) weggelassen ist, ist in diesem Fall eine Zwischenverbindung 3 über dem Wärmeabstrahlteil 5 vorgesehen. Die anderen Teile sind denjenigen ähnlich, die in Zusammenhang mit den 1(a) und 1(b) beschrieben wurden.
Das heißt, dass die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b und der Wärmeabstrahlteil 5 beispielsweise aus der ersten Cu-Schicht gebildet, während die Zwischenverbindung 3 beispielsweise aus einer über der ersten Cu-Schicht vorgesehenen zweiten Cu-Schicht gebildet ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass zwischen dem Polysilizium-Widerstand 1 und den zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b und dem Wärmeabstrahlteil 5 und zwischen dem Wärmeabstrahlteil 5 und der Zwischenverbindung 3 selbstverständlich Isolierschichten ausgebildet sind.
Bei der in 2 dargestellten Halbleitervorrichtung ist über dem Polysilizium-Widerstand 1 ein metallenes Wärmeabstrahlteil 5 vorgesehen, und dieses Wärmeabstrahlteil 5 dient dem Ableiten von Wärme von dem Polysilizium-Widerstand 1, so dass ein Temperaturanstieg der (nicht dargestellten) Cu-Zwischenverbindung 3, die über dem Wärmeabstrahlteil 5 angeordnet ist, verhindert wird. Das heißt, dass ein Temperaturanstieg in dem in seiner Zuverlässigkeit gefährdeten Teil RDP der Cu-Zwischenverbindung 3, der in 1 dargestellt ist, in der Halbleitervorrichtung verhindert ist.
3 ist eine Ansicht zur Darstellung eines weiteren Beispiels für ein Widerstandsvorrichtungsteil in einer Halbleitervorrichtung, wobei 3(a) eine perspektivische Ansicht und 3(b) eine Draufsicht zeigt.
Wie sich aus einem Vergleich der 3(a) und der 3(b) mit der 2(a) und der 2(b) ergibt, sind bei der in 3 dargestellten Halbleitervorrichtung das Wärmeabstrahlteil 5 und der Polysilizium-Widerstand 1 durch zwei Kontaktteile 41c und 42c miteinander verbunden.
Das heißt, dass die Kontaktteile 41c und 42c dem Leiten der Wärme von dem Polysilizium-Widerstand 1 zu dem Wärmeabstrahlteil 5 dienen und die Wärmemenge erhöhen, die durch das Wärmeabstrahlteil 5 abgeleitet wird.
Bei den Halbleitervorrichtungen der 2 und der 3 nimmt selbstverständlich die Menge der von dem Wärmeabstrahlteil 5 abgeleiteten Wärme zu, wenn die Länge Ld und die Breite Wd des Wärmeabstrahlteils 5 vergrößert werden.
Auf diese Weise wird die von dem Polysilizium-Widerstand 1 kommende Wärme über das metallene Wärmeabstrahlteil 5 in die Umgebung abgeleitet, und ein Temperaturanstieg des (nicht dargestellten) in seiner Zuverlässigkeit gefährdeten Teils RDP der Cu-Zwischenverbindung 3, die über dem Wärmeabstrahlteil 5 angeordnet ist, wird verhindert.
Bei den Halbleitervorrichtungen der 2 und der 3 wird die von dem Wärmeabstrahlteil 5 kommende Wärme entlang der Isolierschicht an die Umgebung abgegeben, wobei jedoch beispielsweise eine Isolierschicht aus einem Oxidfilm (SiO₂) oder einem Nitridfilm (Si₂N₄) eine geringe Wärmeleitrate (Wärmeableitrate) aufweist. Daher wird der Temperaturanstieg in der Cu-Zwischenverbindung 3 möglicherweise nicht ausreichend unterdrückt.
Um den Temperaturanstieg in der Cu-Zwischenverbindung 3 (dem in seiner Zuverlässigkeit gefährdeten Teil RDP) zu unterbinden, ist es beispielsweise möglich, den Strom zu begrenzen, welcher durch den Polysilizium-Widerstand 1 geleitet wird, die Dicke der Isolierschicht zwischen dem Wärmeabstrahlteil 5 (Polysilizium-Widerstand 1) und der Cu-Zwischenverbindung 3 zu erhöhen, oder die Fläche des Wärmeabstrahlteils 5 zu vergrößern.
Die oben genannten Ansätze laufen jedoch den in letzter Zeit aufkommenden Bedürfnissen nach geringeren Größen und höherer Genauigkeit von Halbleitervorrichtungen entgegen und führen des Weiteren zu einer Einschränkung der Schaltungsdesignfreiheit.
Mittel zur Lösung der Probleme
Erfindungsgemäß ist eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat; einer auf dem Halbleitersubstrat vorgesehenen Wärme erzeugenden Vorrichtung; und einem über der Wärme erzeugenden Vorrichtung vorgesehenen Wärmeabstrahlteil vorgesehen. Das Wärmeabstrahlteil ist mit dem Halbleitersubstrat durch mindestens ein Kontaktteil thermisch gekoppelt.
Wirkung der Erfindung
Die offenbarte Halbleitervorrichtung und das Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung bewirken, dass die von einer Wärme erzeugenden Vorrichtung erzeugte Wärme abgeleitet wird und ein Temperaturanstieg einer nahegelegenen Zwischenverbindung unterbunden wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
[1] ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels für ein Widerstandsvorrichtungsteil in einer Halbleitervorrichtung.
[2] ist eine Ansicht zur Darstellung eines anderen Beispiels für ein Widerstandsvorrichtungsteil in einer Halbleitervorrichtung.
[3] ist eine Ansicht zur Darstellung eines anderen Beispiels für ein Widerstandsvorrichtungsteil in einer Halbleitervorrichtung.
[4] ist eine Ansicht zur Darstellung eines Widerstandsvorrichtungsteils in einer Halbleitervorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
[5] ist eine Ansicht zur Darstellung eines Widerstandsvorrichtungsteils in einer Halbleitervorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
[6] ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Beispiels für ein Widerstandsvorrichtungsteil mit einer oberen Zwischenverbindung.
[7] ist eine Ansicht zur Darstellung eines Widerstandsvorrichtungsteils in einer Halbleitervorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel [Teil 1].
[8] ist eine Ansicht zur Darstellung eines Widerstandsvorrichtungsteils in einer Halbleitervorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel [Teil 2].
[9] ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung (Teil 1).
[10] ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung (Teil 2).
[11] ist eine Ansicht zur Darstellung der Ergebnisse der Simulation der Wärmeerzeugung eines Widerstandsvorrichtungsteils in der Halbleitervorrichtung von 1.
[12] ist eine Ansicht zur Darstellung der Ergebnisse der Simulation der Wärmeerzeugung eines Widerstandsvorrichtungsteils in der Halbleitervorrichtung gemäß dem in 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel.
Beispiele zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele einer Halbleitervorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben. 4 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Widerstandsvorrichtungsteils in einer Halbleitervorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die 4(a) eine perspektivische Ansicht und 4(b) eine Draufsicht ist.
Wie in der 4(a) und der 4(b) dargestellt, weist ein Widerstandsvorrichtungsteil einer Halbleitervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel eine Widerstandsvorrichtung (Polysilizium-Widerstand) 1 und zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehene Zwischenverbindungen 2a und 2b auf, welche Strom durch den Polysilizium-Widerstand 1 leiten.
Ferner weist das Widerstandsvorrichtungsteil der Halbleitervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel ein Wärmeabstrahlteil 5 auf, das über dem Polysilizium-Widerstand 1 angeordnet ist, und eine Zwischenverbindung (beispielsweise eine Cu-Zwischenverbindung) 3 auf, die über dem Wärmeabstrahlteil 5 angeordnet ist.
Das heißt, dass die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b und das Wärmeabstrahlteil 5 beispielsweise durch die erste Cu-Schicht gebildet sind, während die Zwischenverbindung 3 beispielsweise durch eine zweite Cu-Schicht über der ersten Cu-Schicht gebildet ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Wärmeabstrahlteil 5 nicht auf ein solches beschränkt ist, das durch die gleiche Zwischenverbindungsschicht gebildet ist wie die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b. Ferner kann es sich bei dem Material, außer um Cu, um Wolfram (W) oder ein anderes Metall oder Kohlenstoff-Nanoröhren und andere Substanzen mit hohen Wärmedispersionsraten handeln.
Die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b sind hierbei durch die beiden Kontaktteile 41a, 42a und 41b, 42b jeweils mit den beiden Enden des Polysilizium-Widerstands 1 verbunden und leiten beispielsweise Strom von der Zwischenverbindung 2a durch den Polysilizium-Widerstand 1 in Richtung der Zwischenverbindung 2b.
Es sei darauf hingewiesen, dass zwischen dem Polysilizium-Widerstand 1 und den zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b und dem Wärmeabstrahlteil 5 eine Isolierschicht (erste Isolierschicht 11) gebildet ist. Ferner ist zwischen dem Wärmeabstrahlteil 5 (den zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b) und der (nicht dargestellten) Cu-Zwischenverbindung 3 eine Isolierschicht (zweite Isolierschicht 12) gebildet.
Die beiden Enden des Wärmeabstrahlteils 5 sind durch zwei jeweilige Kontaktteile 61a, 62a und 61b, 62b mit den aktiven Bereichen 7a und 7b des Substrats (Halbleitersubstrat: Siliziumsubstrat 8) verbunden.
Deshalb wird die von dem Polysilizium-Widerstand 1 kommende Wärme an dem Wärmeabstrahlteil 5 aufgenommen, während die Wärme des Wärmeabstrahlteils 5 über die Kontaktteile 61a, 62a und 61b, 62b an das Substrat 8 abgeleitet wird.
Das heißt, dass es bei der Halbleitervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel möglich ist, die Wärme des Wärmeabstrahlteils 5 über die Kontaktteile 61a, 62a; 61b, 62b an das Substrat 8 abzuleiten, um auf diese Weise die von dem Polysilizium-Widerstand 1 erzeugte Wärme wirksam abzuleiten und einen Temperaturanstieg der nahegelegenen Cu-Zwischenverbindung 3 zu verhindern.
Dies bedeutet, dass es möglich ist, den oberen Grenzwert der zulässigen Strommenge für den Polysilizium-Widerstand 1 zu erhöhen oder die Größe des Polysilizium-Widerstands 1 zu verringern. Ferner ermöglicht dies die Verbesserung des Grads der Schaltungsintegration der Halbleitervorrichtung. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Effekt sich auch bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen in ähnlicher Weise zeigt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Widerstandsvorrichtung 1 nicht auf einen Polysilizium-Widerstand beschränkt ist. Es kann sich vielmehr auch um eine andere Wärme erzeugende Wärmeerzeugungsvorrichtung handeln als um eine Widerstandsvorrichtung.
5 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Widerstandsvorrichtungsteils in einer Halbleitervorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die 5(a) eine perspektivische Ansicht und die 5(b) eine Draufsicht zeigt.
Wie sich aus einem Vergleich der 5(a) und der 5(b) mit der 4(a) und der 4(b) ergibt, weist das Widerstandsvorrichtungsteil der Halbleitervorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Ende des Wärmeabstrahlteils 5 auf, das durch zwei Kontaktteile 61a und 62a mit dem aktiven Bereich 7a des Substrats 8 gekoppelt ist.
Auf diese Weise können das Wärmeabstrahlteil 5 und das Substrat 8 (aktiver Bereich 7a) mit einem oder beiden Enden des Wärmeabstrahlteils 5 verbunden sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verbindungen zwischen dem Wärmeabstrahlteil 5 und dem Substrat 8 selbstverständlich nicht auf zwei (Kontaktteile 61a und 62a) an einem Ende des Wärmeabstrahlteils 5 beschränkt sind.
6 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels für ein Widerstandsvorrichtungsteil mit einer oberen Zwischenverbindung, wobei 6(a) und 6(b) das erste Ausführungsbeispiel von 4 darstellen, während die 6(c) das zweite Ausführungsbeispiel von 5 zeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass in 6(c) lediglich ein einziges Kontaktteil 61 vorgesehen ist, welches das Wärmeabstrahlteil 5 und das Substrat 8 verbindet.
Das heißt, dass beispielsweise die Cu-Zwischenverbindung 3, wie in 6(a) dargestellt, durch die zweite Cu-Schicht parallel zu den zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b gebildet ist, welche durch die erste Cu-Schicht gebildet sind. Alternativ ist sie, wie in der 6(b) dargestellt, durch die zweite Cu-Schicht senkrecht zu den zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b ausgebildet.
Es sei darauf hingewiesen, dass 6(c) ein zweites Ausführungsbeispiel darstellt, bei welchem nur ein einziges Kotaktteil 61 vorgesehen ist, welches das Wärmeabstrahlteil 5 und das Substrat 8 verbindet, jedoch kann die Cu-Zwischenverbindung ebenfalls parallel zu den zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b ausgerichtet sein, wie dies in 6(a) dargestellt ist.
Zwischen dem Wärmeabstrahlteil 5 (den zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b) und der Cu-Zwischenverbindung 3 ist hierbei eine Isolierschicht (zweite Isolierschicht 12) ausgebildet.
7 und 8 sind Ansichten zur Darstellung eines Widerstandsvorrichtungsteils in einer Halbleitervorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei die 7 eine perspektivische Darstellung des demontierten Zustand und 8 eine Draufsicht zeigt.
Wie in der 7 und der 8 dargestellt, ist ein Widerstandsvorrichtungsteil in einer Halbleitervorrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel mit einem aktiven Bereich 7 versehen, der in einer Mulde ausgebildet ist, so dass er den Polysilizium-Widerstand 1 umgibt. Ein Wärmeabstrahlteil 5 ist auf dem Polysilizium-Widerstand 1 derart ausgebildet, dass es den aktiven Bereich 7 bedeckt.
Das Wärmeabstrahlteil 5 ist mit Öffnungslöchern 5a und 5b versehen. In diesen Öffnungslöchern 5a und 5b sind die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a' und 2b' angeordnet.
Insbesondere sind, wie beispielsweise in 7 dargestellt, das Wärmeabstrahlteil 5 und die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a' und 2b' durch die erste Cu-Schicht gebildet, während die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a und 2b durch die zweite Cu-Schicht gebildet sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass, wie in 8 dargestellt, die Cu-Zwischenverbindung 3 beispielsweise durch eine dritte Cu-Schicht gebildet ist. Ferner ist zwischen den Öffnungslöchern 5a und 5b des Wärmeabstrahlteils 5 und den zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen 2a' und 2b' ein Isolierfilm vorgesehen.
Das heißt, dass die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehene Zwischenverbindung 2a über die Kontakteile 41a' und 42a' elektrisch mit der zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindung 2a' verbunden ist, während die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehene Zwischenverbindung 2a' über die Kontakteile 41a und 42a elektrisch mit einem Ende des Polysilizium-Widerstands 1 verbunden ist.
In ähnlicher Weise ist die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehene Zwischenverbindung 2b über die Kontakteile 41b' und 42b' elektrisch mit der zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindung 2b' verbunden, während die zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehene Zwischenverbindung 2b' über die Kontakteile 41b und 42b elektrisch mit dem anderen Ende des Polysilizium-Widerstands 1 verbunden ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Wärmeabstrahlteil 5 und der aktive Bereich 7 (Substrat 8) durch mehrere Kontaktteile 60 miteinander verbunden sind, die in bestimmten Abständen angeordnet sind. Von dem Polysilizium-Widerstand 1 kommende Wärme wird von dem Wärmeabstrahlungsteil 5 aufgenommen. Die Wärme des Wärmeabstrahlteils 5 wird über die mehreren Kontaktteile 60 an das Substrat 8 abgeleitet.
Indem das Wärmeabstrahlteil 5 derart vorgesehen ist, dass es die gesamte Oberfläche des Polysilizium-Widerstands 1 bedeckt und die Wärme von dem Wärmeabstrahlteil 5 über mehrere Kontaktteile 60 beispielsweise an das Substrat 8 ableitet, ist es möglich, den Temperaturanstieg der über dem Wärmeabstrahlteil 5 befindlichen Cu-Zwischenverbindung 3 in hohem Maße zu unterdrücken.
9 und 10 sind Ansichten zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung und Ansichten zur Erläuterung der Schritte bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel, das in Zusammenhang mit der 4 erläutert wurde.
In der 9(a), der 9(b), der 9(c), der 10(a), der 10(b) und der 10(c), die im Folgenden erläutert werden, sind Querschnitte entlang der Linie L1-L1 der 9(a) dargestellt.
Zunächst werden, wie in 9(b) dargestellt, Isolatoren (STI: Shallow-Trench-Isolation) 91 und 92 auf dem Siliziumsubstrat (Substrat) 8 ausgebildet. Hierbei dient der STI 91 zur Sicherung des Muldenbereichs auf dem Siliziumsubstrat 8. Ferner dient der STI 92 der Bildung eines Polysilizium-Widerstands 1, der gegenüber den Mulden isoliert ist.
Anschließend wird, wie in 9(c) dargestellt, ein Fremdatom in das Siliziumsubstrat 8 implantiert, das von dem STI 91 umgeben ist, um auf diese Weise eine Mulde 81 zu bilden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Mulde 81 je nach implantiertem Fremdatom eine p-Mulde oder eine n-Mulde wird. Ferner kann die Mulde 81 beispielsweise gleichzeitig mit den in Transistoren etc. verwendeten Mulden gebildet werden.
Ferner wird, wie in 10(a) dargestellt, auf dem STI 92 an der Mulde 81 ein Polysilizium-Widerstand 1 ausgebildet. Ferner wird ein Fremdatom implantiert, um die aktiven Bereiche 82a und 82b (7a und 7b) zu bilden.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 10(a) Silizid-Bereiche 83a und 83b an den Oberflächen der aktiven Bereiche 82a und 82b ausgebildet sind, jedoch müssen die Silizid-Bereiche 83a und 83b nicht ausgebildet werden.
Anschließend wird, wie in 10(b) dargestellt, eine Isolierschicht (erste Isolierschicht) 1 ausgebildet, um die Mulde 81 (das Siliziumsubstrat 8) zu bedecken. Durchgangslöcher (Kontaktlöcher) 11a und 11b werden sich durch die Isolierschicht 11 hindurch erstreckend ausgebildet.
In die Durchgangslöcher 11a und 11b wird eine Substanz mit einer hohen Wärmediffusionsrate und Leitfähigkeit (beispielsweise Cu, Al, W oder ein anderes Metall oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, etc.) eingefüllt, um auf diese Weise die Kontaktteile 62a und 62b zu bilden.
Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl vorliegend nicht beschrieben, die Durchgangslöcher 11a und 11b beispielsweise durch das Beschichten der Isolierschicht 11 mit einem Resist, das Verwenden einer Maske (Retikulum) zum Strukturieren, anschließendes Ätzen etc. hergestellt werden.
Ferner wird, wie in 10(c) dargestellt, das Wärmeabstrahlteil 5 über der Isolierschicht 11 und den Kontakteilen 62a und 62b vorgesehen. Ferner wird auf dem Wärmeabstrahlteil 5 eine Cu-Zwischenverbindung 3 durch eine Isolierschicht (zweite Isolierschicht) 12 hindurch gebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Isolierschicht 10 auch nahe dem Wärmeabstrahlteil 5 und der Cu-Zwischenverbindung 3 (gleiche Schicht) gebildet ist.
Das Wärmeabstrahlteil 5 ist aus einer Substanz 3 mit einer hohen Wärmediffusionsrate und Leitfähigkeit (beispielsweise Cu, Al, W oder ein anderes Metall oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, etc.) gebildet. Ferner kann das Wärmeabstrahlteil 5 beispielsweise aus der ersten Cu-Schicht zu der gleichen Zeit gebildet werden wie verschiedene andere Zwischenverbindungen.
Daher wird, wie zuvor erläutert, die von dem Polysilizium-Widerstand 1 emittierte Wärme von dem Wärmeabstrahlteil 5 aufgenommen und durch das Wärmeabstrahlteil 5 und die Kontaktteile 61a und 62a (61b und 62b) an das Substrat 8 (Mulde 81) abgeleitet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Kontaktstellen der Mulde 81 mit den Kontaktteilen 61a und 62a in den Silizid-Bereichen 83a und 83b und den aktiven Bereichen 82a und 82b gebildet werden, so dass es möglich ist, die Wärme wirksam von den Kontaktteilen 61a und 62a an die Mulde 81 (Substrat 8) abzuleiten.
Indem ferner der Mulde ein festes Potential (beispielsweise Massepotential) verliehen wird und die Kontaktteile 61a und 62a (61b und 62b) und das Wärmeabstrahlteil 5 aus leitfähigen Substanzen gebildet sind, ist es möglich, eine Abschirmung gegen von Seiten des Polysilizium-Widerstands 1 bewirktes Rauschen (elektrisches Feld) zu erreichen.
Des Weiteren können die zuvor erwähnten Isolierschichten 10, 11 und 12, die Durchgangslöcher 11a und 11b, die Kontaktteile 62a und 62b und das Wärmeabstrahlteil 5 (beispielsweise das aus Cu gebildete Wärmeabstrahlteil) unverändert durch die Herstellungsverfahren für verschiedene Schaltungen in einer Halbleitervorrichtung hergestellt werden.
In dem Vorhergehenden ist der Widerstand 1, welcher die Wärme ableitet, nicht auf einen Polysilizium-Widerstand beschränkt, und es kann sich dabei um verschiedene Widerstandsvorrichtungen handeln. Ferner kann es sich auch, wie zuvor erläutert, um eine andere Wärme erzeugende Vorrichtung als um einen Widerstand handeln.
11 ist eine Ansicht zur Darstellung der Ergebnisse einer Simulation der Wärmeerzeugung eines Widerstandsvorrichtungsteils in der Halbleitervorrichtung gemäß der Darstellung in 1. 11(a) zeigt die Größen der verschiedenen Teile, 11(b) stellt den Zeitpunkt dar, zu dem ein bestimmter Strom durch den Polysilizium-Widerstand geleitet wird, und 11(c) zeigt den Zeitpunkt, zu dem die Temperatur der Cu-Zwischenverbindung eine bestimmte Temperatur aufweist.
Wie in der 11(a) dargestellt, wurde bei der Wärmeerzeugungssimulation des Widerstandsvorrichtungsteils von 1 der Polysilizium-Widerstand 1 mit 2,0 μm × 2,0 μm ausgebildet, und eine Cu-Zwischenverbindung 3 mit einer Länge von 3,0 μm und einer Breite von 0,1 μm wurde auf dem Polysilizium-Widerstand 1 in seitlicher Richtung in der Mitte angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Umgebungstemperatur bei der Simulation auf 125°C eingestellt wurde.
Zuerst wurde, wie in 11(b) dargestellt, ein Strom von I/Wd = 0,20 mA/μm durch den Polysilizium-Widerstand 1 geleitet, das heißt, dass ein Strom von 0,40 mA durch eine Polysilizium-Widerstand 1 mit 2,0 μm Breite geleitet wurde.
Zu diesem Zeitpunkt betrug die Temperatur nahe der Mitte der Cu-Zwischenverbindung 3 (in seiner Zuverlässigkeit gefährdeter Bereich RDP) 128,505°C (Höchsttemperatur). Das heißt, dass bestätigt wurde, dass, wenn ein Strom von 0,40 mA durch den Polysilizium-Widerstand 1 an dem Widerstandsvorrichtungsteil nach 1 geleitet wird, die Höchsttemperatur der Cu-Zwischenverbindung 3 um genau 3,505°C gegenüber der Umgebungstemperatur von 125°C steigt.
Anschließend wurde, wie in 11(c) dargestellt, zur Erhöhung der Temperatur der Cu-Zwischenverbindung 3 von 125°C auf 130°C, ein Strom von I/Wd = 0,239 mA/μm durch den Polysilizium-Widerstand 1 geleitet, das heißt, dass bei einem Polysilizium-Widerstand 1 von 2,0 μm Breite ein Strom von 0,478 mA geleitet wurde.
Es wurde somit bestätigt, dass es zur Beibehaltung der Temperatur der Cu-Zwischenverbindung 3 bei 130°C oder weniger bei einer Umgebungstemperatur von 125°C nur möglich ist, einen Strom von 0,478 mA durch den Polysilizium-Widerstand 1 zu leiten.
12 ist eine Ansicht zur Darstellung von Ergebnissen einer Simulation der Wärmeerzeugung durch ein Widerstandsvorrichtungsteil in einer Halbleitervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4. 12(a) zeigt hierbei die Großen der verschiedenen Teile, 12(b) zeigt den Zeitpunkt des Leitens eines bestimmten Stroms durch den Polysilizium-Widerstand und 12(c) zeigt den Zeitpunkt, zu dem die Temperatur der Cu-Zwischenverbindung eine bestimmte Temperatur aufweist.
Wie in der 12(a) dargestellt, wurde bei der Wärmeerzeugungssimulation des Widerstandsvorrichtungsteils von 4 der Polysilizium-Widerstand 1 mit 2,0 μm × 2,0 μm ausgebildet, und eine Cu-Zwischenverbindung 3 mit einer Länge von 3,0 μm und einer Breite von 0,1 μm wurde auf dem Polysilizium-Widerstand 1 in seitlicher Richtung in der Mitte angeordnet.
Das heißt, dass für den Polysilizium-Widerstand 1 und die Cu-Zwischenverbindung 3 eine Simulation unter Annahme der gleichen Bedingungen wie in 11 durchgeführt wurde. Es sei darauf hingewiesen, dass für die Simulation die Umgebungstemperatur wie bei der Simulation von 11 ebenfalls 125°C betrug.
Ferner wurde, wie in 12(a) dargestellt, bei der Wärmeerzeugungssimulation für das Widerstandsvorrichtungsteil nach 4 ein Wärmeabstrahlteil 5 zwischen dem Polysilizium-Widerstand 1 und der Cu-Zwischenverbindung 3 vorgesehen und die beiden Enden des Wärmeabstrahlteils 5 waren durch jeweils fünf Kontaktteile 60 mit der Mulde (81) des Substrats 8 verbunden.
Für die Simulation wurde die Länge des Wärmeabstrahlteils 5 derjenigen der Cu-Zwischenverbindung 3 ähnlich gewählt, d. h. sie betrug 3,0 μm, während die Breite des Wärmeabstrahlteils 5 die Hälfte der Breite des Polysilizium-Widerstands 1 von 2,0 μm, also 1,0 μm, betrug.
Zunächst wurde, wie in der 12(b) dargestellt, ein Strom von I/Wd = 0,20 mA/μm durch den Polysilizium-Widerstand 1 geleitet, das heißt, dass ein Strom von 0,40 mA durch eine Polysilizium-Widerstand 1 mit 2,0 μm Breite geleitet wurde.
Zu diesem Zeitpunkt betrug die Temperatur der Cu-Zwischenverbindung 3 126,772°C. Das heißt, dass bestätigt wurde, dass, wenn ein Strom von 0,40 mA durch den Polysilizium-Widerstand 1 an dem Widerstandsvorrichtungsteil nach 1 geleitet wird, die Höchsttemperatur der Cu-Zwischenverbindung 3 um genau 1,772°C gegenüber der Umgebungstemperatur von 125°C steigt.
Anschließend wurde, wie in 12(c) dargestellt, zur Erhöhung der Temperatur der Cu-Zwischenverbindung 3 von 125°C auf 130°C, ein Strom von I/Wd = 0,336 mA/μm durch den Polysilizium-Widerstand 1 geleitet, das heißt, dass bei einem Polysilizium-Widerstand 1 von 2,0 μm Breite ein Strom von 0,6722 mA geleitet wurde.
Es wurde somit bestätigt, dass es zur Beibehaltung der Temperatur der Cu-Zwischenverbindung 3 bei 130°C oder weniger bei einer Umgebungstemperatur von 125°C nur möglich ist, einen Strom von 0,672 mA durch den Polysilizium-Widerstand 1 zu leiten.
Aus dem Vergleich der 11(b) mit der 12(b) ergibt sich, dass die Höchsttemperatur einer Cu-Zwischenverbindung 3, wenn ein Strom von 0,40 mA durch einen Polysilizium-Widerstand 1 geleitet wird, für das Beispiel gemäß 1 um 3,505°C steigt, während für das erste Ausführungsbeispiel gemäß 4 nur ein Anstieg von 1,772°C festzustellen ist.
Aus einem Vergleich der 11(c) mit der 12(c) ergibt sich, dass es bei dem Beispiel gemäß 1 nur möglich ist einen Strom von 0,478 mA durch die Cu-Zwischenverbindung 3 zu leiten, wenn die Temperatur einer für 125°C ausgelegten Cu-Zwischenverbindung bei 130°C oder weniger gehalten werden soll, während es bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4 möglich ist, einen Strom von 0,672 mA (ungefähr das 1,4-Fache) durch zu leiten.
Bezugszeichenliste

1: Widerstandsvorrichtung (Polysilizium-Widerstand), Wärmeerzeugungsvorrichtung
2a, 2a', 2b, 2b': zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehene Zwischenverbindungen
3: Zwischenverbindung (Cu-Zwischenverbindung
5: Wärmeabstrahlteil
5a, 5b: Öffnungslöcher des Wärmeabstrahlteils
7a, 7b; 82a, 82b: aktiver Bereich
8: Substrat (Siliziumsubstrat)
10: Isolierschicht
11: Isolierschicht (erste Isolierschicht)
11a, 11b: Durchgangsloch (Kontaktloch)
12: Isolierschicht (zweite Isolierschicht)
41a, 42a; 41b, 42b: Kontaktteil zwischen der zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindung und der Widerstandsvorrichtung
41a', 42a'; 41b', 42b': Kontaktteil zwischen den zur Verwendung mit dem Widerstand vorgesehenen Zwischenverbindungen
41c, 42c: Kontaktteil zwischen dem Wärmeabstrahlteil und der Widerstandsvorrichtung
60; 61a, 61b; 62a, 62b: Kontaktteil zwischen dem Wärmeabstrahlteil und dem Substrat (Mulde)
81: Mulde
83a, 83b: Silizid
91, 92: Isolierung (SIT)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 63-090846 [0009]
JP 08-046138 [0009]
JP 62-040757 [0009]
JP 2000-031484 [0009]

Claims

Halbleitervorrichtung mit: einem Halbleitersubstrat; einer auf dem Halbleitersubstrat angeordneten Wärmeerzeugungsvorrichtung; und einem über der Wärmeerzeugungsvorrichtung vorgesehenen Wärmeabstrahlteil, wobei das Wärmeabstrahlteil mit dem Halbleitersubstrat thermisch durch mindestens ein Kontaktteil verbunden ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Wärmeabstrahlteil unter Zwischenfügung einer ersten Isolierschicht über der Wärmeerzeugungsvorrichtung angeordnet ist, und das Kontaktteil in einem Durchgangsloch vorgesehen ist, das in der ersten Isolierschicht ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Halbleitervorrichtung ferner eine Zwischenverbindung aufweist, welche unter Zwischenfügung einer zweiten Isolierschicht über dem Wärmeabstrahlteil angeordnet ist, und ein Temperaturanstieg der Zwischenverbindung durch Ableiten von Wärme von dem Wärmeabstrahlteil zu dem Halbleitersubstrat verringert wird.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Wärmeerzeugungsvorrichtung an dem Halbleitersubstrat auf einer Mulde vorgesehen ist, die durch einen ersten Isolierbereich über einen zweiten Isolierbereich elektrisch isoliert ist, und das Kontaktteil das Wärmeabstrahlteil und die Mulde thermisch verbindet und die Wärme des Wärmeabstrahlteils durch die Mulde an das Halbleitersubstrat ableitet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Wärmeabstrahlteil und das Kontaktteil aus leitfähigen Substanzen bestehen, die Wärmeerzeugungsvorrichtung eine Widerstandsvorrichtung ist, und das Wärmeabstrahlteil durch das Kontaktteil das gleiche Potential erhält wie die Mulde.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher das Potential der Mulde ein festes Potential ist, um elektrisch gegen das Rauschen der Widerstandsvorrichtung abzuschirmen.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher das Kontaktteil zumindest an einem Ende des Wärmeabstrahlteils vorgesehen ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher Kontaktteile an den beiden Enden des Wärmeabstrahlteils vorgesehen sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher Kontaktteile an dem gesamten Umfang des Wärmeabstrahlteils vorgesehen sind.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit den folgenden Schritten: Bilden eines ersten isolierten Bereichs auf einem Halbleitersubstrat, welcher gegenüber der Umgebung isoliert, und eines zweiten isolierten Bereichs innerhalb des ersten isolierten Bereichs; Implantieren eines Fremdatoms in den ersten isolierten Bereich zur Bildung einer Mulde; Bilden einer Wärmeerzeugungsvorrichtung auf dem zweiten isolierten Bereich in der Mulde; Bilden eines Wärmeabstrahlteils über der Wärmeerzeugungsvorrichtung unter Zwischenfügung einer ersten Isolierschicht; und Verwenden mindestens eines Durchgangslochs, das in der ersten Isolierschicht gebildet ist, um mindestens ein Kontaktteil auszubilden, welches das Wärmeabstrahlteil und die Mulde thermisch verbindet.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, bei welchem das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung ferner die folgenden Schritte aufweist: Bilden einer Zwischenverbindung über dem Wärmeabstrahlteil unter Zwischenfügung einer zweiten Isolierschicht.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei welchem das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung ferner die folgenden Schritte aufweist: Bilden der Mulde, anschließendes Implantieren eines Fremdatoms zur Bildung eines aktiven Bereichs in der Mulde.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, bei welchem: das Halbleitersubstrat ein Siliziumsubstrat ist, und das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung ferner die folgenden Schritte aufweist: Bilden des aktiven Bereichs, anschließendes Bilden einer Silizidschicht auf der Oberfläche der Mulde; und Verbinden des Kontaktteils und der Mulde durch die Silizidschicht und den aktiven Bereich.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei welchem das Wärmeabstrahlteil und das Kontaktteil aus leitfähigen Substanzen bestehen, und die Wärmeerzeugungsvorrichtung eine Widerstandsvorrichtung ist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, bei welchem das Wärmeabstrahlteil und das Kontaktteil aus leitfähigen Substanzen bestehen, das Wärmeabstrahlteil über das Kontaktteil das gleiche Potential erhält wie die Mulde, und das Potential der Mulde ein festes Potential ist und Rauschen von Seiten der Widerstandsvorrichtung elektrisch abgeschirmt wird.