DE2128470A1 - Semiconductor integrated circuit and process for its manufacture - Google Patents
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Description
zu ihrer Herstellung. (Priorität: 15. Juni. 1970, Japan, Nr. 51001) for their manufacture. (Priority: June 15, 1970, Japan, No. 51001)
Die Erfindung bezieht sich auf Halbleitereinrichtungen und betrifft insbesondere integrierte Halbleiterschaltungen des MOS-Typs. In einer integrierten MOS-Halbleiterschaltung mit-mehreren in-einem Halbleitersubstrat gebildeten MOSPET-Elementen entstanden parasitäre Kanäle an der Substratoberfläche direkt unter einem Isolierfilm, auf dem Verbindungsschichten vorgesehen sind. Der Isolierfilm wurde gewöhnlich dick gemacht, um die Entstehung derartiger parasitärer Kanäle zu verhindern. Infolge der Niveauunterschiede der Oberfläche traten jedoch Unterbrechungsprobleme auf. Da ferner bei einer solchen Einrichtung die isolierten Gate-Teile nicht durch Selbstausricht-Verfahren gebildet werden, v/ird bewirkt, daß die Rückkopplungskapazität groß ist, so daß sich eine solche Einrichtung nicht für Hochfrequenzsignale verwenden läßt.The invention relates to semiconductor devices, and more particularly relates to semiconductor integrated circuits of the MOS type. In an integrated MOS semiconductor circuit with a plurality of MOSPET elements formed in a semiconductor substrate, parasitic channels were created on the substrate surface directly under an insulating film on which connection layers are provided. The insulating film has usually been made thick in order to prevent such parasitic channels from being generated. As a result of the differences in level of the surface, however, interruption problems arose. Further, in such a device, since the insulated gate parts are not formed by self-aligning methods, the feedback capacitance is caused to be large, so that such a device cannot be used for high frequency signals.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die obigen Fehler zu beseitigen. Dazu-wird ein neues Verfahren zur Herstellung einer integrierten MOS-Halbleiterschaltung geschaffen, bei dem sich die Entstehung parasitärer Kanäle zwischen den einzelnen Elementen verhindern laßt, ohne größere Niveauunterschiede an ihren Oberflächen zu verursachen. Außerdem werden MÖS-Halbleitereinrichtungen geschaffen, bei denen sich die Rückkopplungskapazität reduzieren läßt, indem die Gate-Teile durch Selbstausricht-Verfahren erzeugt v/erden.The object of the invention is to eliminate the above errors. To do this, a new method of manufacture is used an integrated MOS semiconductor circuit created, in which the formation of parasitic channels between the individual elements can be prevented without larger ones To cause level differences on their surfaces. In addition, MÖS semiconductor devices are created, in which the feedback capacitance can be reduced by removing the gate parts by self-aligning processes generated v / earth.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Isolationsmaterial, das nicht leicht oxidiert, etwa Siliziumnitrid, auf mehreren Teilen eines Silizium-Halbleitersubstrate, Indem die MOS-Halbleiter-Schaltungselemente gebildet v/erden sollen, niedergeschlagen; das Substrat wird in oxidierender Atmosphäre erhitzt, um eine .oxidierte Oberflächenschicht, nämlich eine Siliziumoxidschicht, auf dem Substrat an denjenigen Stellen zu bilden, an denen das Isolationsmaterial nicht aufgebracht worden ist; sodann werden partiell in dem Substrat Diffusionszonen mit einem Leitungstyp gebildet, der demjenigen des Substrats entgegengesetzt ist, wobei das Isolationsmaterial und die Siliziumoxidschicht selektiv als Masken verwendet werden; und schließlich werden Gate-Isolationsfilme auf dem Halbleitersubstrat gebildet, von dem das restliche Isolationsmaterial entfernt wird. In the method according to the invention, an insulation material, that does not oxidize easily, such as silicon nitride, on several parts of a silicon semiconductor substrate, By forming the MOS semiconductor circuit elements v / should be put down; the substrate is heated in an oxidizing atmosphere to form an oxidized surface layer, namely to form a silicon oxide layer on the substrate in those places where the Insulation material has not been applied; then partially in the substrate diffusion zones with a Formed conduction type, which is opposite to that of the substrate wherein the insulating material and the silicon oxide layer are selectively used as masks; and finally, gate insulating films are placed on the semiconductor substrate formed, from which the remaining insulation material is removed.
Im einzelnen wird das Silizium-Halbleitersubstrat nach Aufbringen des Siliziumnitridfilms etwa fünf Stunden lang auf eine Temperatur von 1200° C erhitzt, um eine dicke Siliziumoxidschicht unter Verwendung der Siliziumnitridfilme als Masken zu bilden. In den Siliziumnitridschichten werden Löcher zum Eindiffundieren der Source- ... und Drain-Zonen vorgesehen. Sodann werden die restlichen . Siliziumnitridschichten weggeätzt, und auf den-freigelegt, ten Oberflächenteilen des Siliziumsubstrats werden durch Oxidierung dielektrische Gate-Filme bestimmter DickeIn detail, the silicon semiconductor substrate is after Application of the silicon nitride film heated to a temperature of 1200 ° C for about five hours to a thick silicon oxide layer using the silicon nitride films as masks to form. Holes are made in the silicon nitride layers for diffusion of the source ... and drain zones are provided. Then the remaining. Silicon nitride layers etched away, and exposed on the th surface parts of the silicon substrate are through oxidation gate dielectric films of a certain thickness
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gebildet. Abschließend werden Aluminiumelektroden angebracht. ' »educated. Finally, aluminum electrodes are attached. '»
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs-" beispiels anhand der Zeichnung, in der die Figuren 1(a) bis 1(e) Schnittdarstellungen durch eine Halbleitereinrichtung in verschiedenen Herstellungsstufen sind.Further details of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment " for example with reference to the drawing, in which FIGS. 1 (a) to 1 (e) are sectional views through a semiconductor device are in different stages of manufacture.
Gemäß Fig. 1 (a) wird ein monokristallines N-SiIiziumsubstrat 1 hergestellt, und auf bestimmte Teile des Substrats v/erden Filme 2 aus einem Material aufgebracht, das verglichen mit Silizium eine genügend geringe. Oxidationsgeschwindigkeit aufweist. In dem Ausführungsbeispiel wird für die Filme 2 Siliziumnitrid verwendet. Die Siliziumnitridfilme 2 können selektiv gebildet werden, indem eine Metallmaske verwendet wird oder indem zuerst Siliziumnitrid auf die gesamte Substratoberfläche niedergeschlagen wird und dann die uner\/ünschten Teile selektiv weggeätzt werden. In dem Substrat unter den SiIiziumoxidfilmen 2 sollen die aktiven Zonen von MOS-Elementen gebildet werden. Eine hintere Hauptoberfläche des Substrats 1 kann vollständig mit einem Siliziumnitridfilm bedeckt sein (in der Figur nicht gezeigt).As shown in Fig. 1 (a), a monocrystalline N-silicon substrate 1 produced, and applied to certain parts of the substrate v / ground films 2 made of a material, that is sufficiently low compared to silicon. Oxidation rate having. In the exemplary embodiment, silicon nitride is used for the films 2. the Silicon nitride films 2 can be selectively formed by using a metal mask or by first Silicon nitride deposited on the entire substrate surface and then the unwanted parts selectively be etched away. In the substrate under the silicon oxide films 2 the active zones are to be formed by MOS elements. A major rear surface of the substrate 1 can be completely covered with a silicon nitride film (not shown in the figure).
Gemäß Fig. 1(b) wird das Siliziumsubstrat 1 in oxidierender Atmosphäre etwa fünf Stunden lang auf eine Temperatur von etwa 1200° C erhitzt, um die nicht mit den Siliziumnitridfilmen 2 bedeckte Substratoberfläche zu oxidieren, wobei in dem Substrat selektiv ein SiO2-FiIm 3 mit einer Dicke von etwa 2 bis 3 μ geformt wird. Bei diesem Schritt wird der Siliziumoxidfilm 3 so gebildet, daß er Halbleiterbereiche, die unter den Siliziumnitridfilmen 2 liegen und in denen aktive Zonen ausgebildet v/erden sollen, umgibt. Der Siliziumoxidfilm 3 muß ausreichende Dicke haben. ' - According to FIG. 1 (b), the silicon substrate 1 is heated in an oxidizing atmosphere for about five hours to a temperature of about 1200 ° C. in order to oxidize the substrate surface which is not covered with the silicon nitride films 2, an SiO 2 film selectively in the substrate 3 is formed with a thickness of about 2 to 3 μ. In this step, the silicon oxide film 3 is formed so as to surround semiconductor regions which are under the silicon nitride films 2 and in which active regions are to be formed. The silicon oxide film 3 must have a sufficient thickness. '-
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Falls auf der rückwärtigen Fläche des Siliziumsubstrats 1 kein Siliziumnitridfilm vorgesehen ist, wird* dort eine " (in dieser Figur nicht gezeigte) Siliziumoxidschicht gebildet. If no silicon nitride film is provided on the rear surface of the silicon substrate 1, * there is a " Silicon oxide film (not shown in this figure) is formed.
Danach v/erden die Siliziumnitridfilme 2 mit Ausnahme der Gate°Teile durch ein Fotoätz-Verfahren selektiv entfernt= Durch die freigelegten Substratoberflächen hindurch wird ein P-Störstoff, beispielsweise Bov, in das 'Siliziumsubstrat 1 eindiffundiert, wodurch, wie in Fig. 1(c' gezeigt/ Source-Bereiche 4 und Drain-Bereiche 5 gebildet F vier den'. Während des Diffusionsschrittes werden auf der freiliegenden Substratoberfläche neue Siliziumoxidfilme 6 gebildet«Thereafter, the silicon nitride films 2 exceptionally ground the gate ° parts are selectively removed by a photo-etching process = A P-type interfering substance, for example Bov, enters the exposed substrate surfaces through the exposed substrate surfaces 'Silicon substrate 1 diffused, whereby, as in Fig. 1 (c' shown / source regions 4 and drain regions 5 formed F four den '. During the diffusion step, the exposed substrate surface new silicon oxide films 6 formed «
Wie in Fig„ 1(d) gezeigt, werden dann die restlichen Siliziumnitridfilme 2 mit Phosphorsäure geätzt und entfernt, und auf den Gate-Teilen werden durch eine Oxidationsbehandlung Siliziumoxidfilme 7, die als dielektrische Gate-Schichten wirken, mit einer bestimmten Dicke gebildet. Um die Schwellenspannung herabzusetzen, ist es erforderlich, daß der dielektrische Gate-Film 7 dünn ausgebildet wird«Then, as shown in FIG. 1 (d), the remaining Silicon nitride films 2 are etched with phosphoric acid and removed, and on the gate parts are through an oxidation treatment Silicon oxide films 7, which act as gate dielectric layers, with a certain thickness educated. In order to lower the threshold voltage, it is necessary that the gate dielectric film 7 is made thin "
Als letztes werden in den Oxidfilmen 6 auf den Source- und Drain-Zonen durch Fotoätz-Behandlung Löcher graviert, und durch Aufdampfen von Aluminium oder dgl. v/erden Source-Elektroden S und Drain-Elektroden D, die Ohm'sehen Kontakt mit den Source- bzw. Drain-Zonen haben, sowie Gate-Elektroden G erzeugt.Finally, in the oxide films 6 on the source and drain zones are engraved by photo-etching treatment and ground by vapor deposition of aluminum or the like Source electrodes S and drain electrodes D that see ohms Have contact with the source and drain regions, and gate electrodes G are generated.
Bei der nach dem erfindungsgemäßen oben beschriebenen Verfahren erzeugten integrierten Schaltungseinrichtung mit mehreren MOS-Elementen läßt sich die Entstehung parasitärer Kanäle fast vollständig verhindern. Ferner werden die dielektrischen Gate-Teile nach einem Verfahren gebildet, bei dem Selbstausrichtung stattfindet, so daßIn the case of the integrated circuit device produced by the method according to the invention described above with several MOS elements, the emergence of parasitic Prevent channels almost completely. Furthermore, the gate dielectric parts are made by a method formed in which self-alignment takes place so that
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sich die Rückkopplimgskapazität auf die Hälfte Ms zu einem Drittel des Wertes bei herkömmlichen Einrichtungen reduzieren läßt und die Packungsdichte der integrierten Schaltung erhöht v/erden kann.the feedback capacitance to half Ms to a third of the value in conventional devices can be reduced and the packing density of the integrated circuit can be increased v / ground.
Die obige Beschreibung bezieht sich zwar speziell auf MOS-Transistoren als MOS-Schaltungselemente; sie ist jedoch in gleicher Weise auch bei einer integrierten Schaltungseinrichtung anwendbar, die andere MOS-Schaltungselemente, etwa MOS-Dioden oder passive Elemente, enthält.The above description relates specifically to MOS transistors as MOS circuit elements; she is however, it can also be used in the same way in an integrated circuit device which uses other MOS circuit elements, such as MOS diodes or passive elements.
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Claims (6)
wird, daß ferner der restliche Siliziumnitridfilmtype-determining impurities is diffused into the semiconductor substrate to form a pair of semiconductor zones with a conductivity type which is opposite to that of the substrate * whereupon a pair of insulating films is provided on the exposed surfaces
becomes that further the remaining silicon nitride film
ersetzt wird, auf dem eine Gate-Elektrode angebracht wird, und daß "schließlich in den Isolationsfilmen ein Paar von Löchern gebildet wird, um den jeweiligen Oberflächenbereich der Halbleiterzonen freizulegen, woraufhin mindestens eine Verbindungsschicht so angebracht wird, daß sie eine der Halbleiterzonen durch das betreffende Loch hindurch mit der dicken Siliziumoxidschicht verbindet.«
is replaced, on which a gate electrode is applied, and that "finally a pair of holes is formed in the insulating films to expose the respective surface area of the semiconductor zones, whereupon at least one interconnection layer is applied so that one of the semiconductor zones through the relevant Hole through connects with the thick silicon oxide layer.
Isolatiorisfilme aus Silizium oxid geformt v/erden.7 · The method according to claim 6, characterized in that the dielectric gate film and the
Isolatiorisfilme from silicon oxide formed v / ground.
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