DE2923969A1 - Verfahren zur herstellung integrierter halbleiterschaltungen - Google Patents
Verfahren zur herstellung integrierter halbleiterschaltungenInfo
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Description
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG INTEGRIERTER HALBLEITERSCHALTUNGEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren' zur Herstellung
integrierter Halbleiterschaltungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein bekanntes Verfahren dieser Art, z. B. zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten MOS-Transistors mit
Siliciumgate läuft in der folgenden Weise ab.
Auf der Oberfläche eines p-Siliciumsubstrats 1 wird eine
relativ dicke Feldoxidschicht 2 gebildet. Ein vorbestimmter Teil dieser Feldoxidschicht 2 wird entfernt und in
diesem entfernten Teil werden Feldeffekttransistoren gebildet. Bei dem gewählten Beispiel werden unter Verwendung
der Gateelektrode 4 mit der Isolierschicht 3 und der Feldoxidschicht 2 als Maske Störstellen wie Phosphor in das p-Siliciumsubstrat
diffundiert und so n+-Bereiche 5 und gebildet, die als Source bzw. Drain dienen. Das Gate
wird aus polykristallinem Silicium-
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material gebildet und wenn die Gateelektrode 4 aus polykristallinem
Siliciummaterial gebildet wird, wird auch die Metallisierung 7 aus polykristallinem Silicium gebildet.
Nach Herstellung der erforderlichen Feldeffekttransistoren
auf der gesamten Oberfläche der Anordnung wird durch ein Gasreaktionsniederschlagsverfahren (CVD) eine Oxidschicht
8 abgeschieden. Danach wird das Kontaktloch gebildet. Der Bereich des Kontaktloches W hat normalerweise die
Abmessungen w χ w (w = 5 bis 6 μΐη) . Unter Anwendung neuerer
Techniken beträgt die Kantenlänge w = 4 μι, doch muß bei
der praktischen Fertigung im Hinblick auf die Zuverlässigkeit rl ie im folgenden beschriebene Toleranz berücksichtigt
werden.
Da die Feldoxidschicht 2 als Maske für die n+-Diffusion dient, ist zur Verhinderung eines elektrischen Kurzschlusses
zwischen der Elektrode 9 oder 10 und dem p-Substrat 1 die in Fig. 1 mit s bezeichnete Toleranz zu berücksichtigen,
die normalerweise in der Größenordnung von 2 μπι liegt. Dieser Wert von 2 μπι ist bestimmt im Hinblick auf das seitliche
Ätzen und die Genauigkeit der Maskenausrichtung. Ferner wird im Hinblick auf die Gateelektrode 4 aus polykristallinem
Silicium die in Fig. 1 mit r bezeichnete Toleranz benötigt, um einen elektrischen Kurzschluß der Aluminiummetallisierung
9 und der Gateelektrode 4 aus polykristallinem Si-
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licium zu verhindern. Die Toleranz r wird praktisch in der Größenordnung von 3 bis 4 μπι gewählt. Es sollte außerdem
eine Toleranz im Hinblick auf die Metallisierung 7 aus polykristallinem Silicium berücksichtigt werden. D. h.
wenn die Kontaktlöcher bzw. die öffnungen so ausgebildat
werden, daß sie sich bis zum Rand der Metallisierung 7 aus polykristallinem Silicium erstrecken und es wird die Oberfläche
der Feldoxidschicht 2 freigelegt, dann wird der Teil unter dem Rand der Metallisierung 7 aus polykristallinem
Silicium geätzt und es wird ein sog. Überhang der Metallisierung 7 gebildet. Dieser Überhang führt zu einer
Unterbrechung der Anschlußmetallisierung 11. Um dies zu verhindern ist es erforderlich, die in Fig. 1 eingetragene
Toleranz t in der Größenordnung von 2 μπι zu machen.
Die erwähnten Toleranzen sind wesentliche Hindernisse bei
der Verkleinerung der Chipqröße für integrierte Halbleiterschaltungen.
Ziel dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
integrierter Halbleiterschaltungen und hier insbesondere zur Herstellung der Kontaktlöcher für die Feldeffekttransistoren
und die Anschlußmetallisierung, das es erlaubt, mit kleineren Toleranzen auszukommen und die Ausbeute
bei der Herstellung hochintegrierter Halbleiterschaltungen zu erhöhen.
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Die Erfindung ist durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gekennzeichnet. Eine vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung ist dem Unteranspruch zu entnehmen.
Die Erfindung wird in einer Gegenüberstellung zum Stand der Technik anhand von 2 Figuren näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines bekannten MOS-Transistors mit einem
Gate aus kristallinem Silicium,
Fig. 2a
bis 2e Querschnittsansichten einer Halbleiteranordnung, die die verschiedenen Verfahrensstufen
des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen.
Fig. 1 ist bereits bei der Erörterung des Standes der
Technik erläutert worden. Im folgenden wird nun die Erfindung anhand der Fig. 2a bis 2e, die nur schematische
nicht aber maßstäbliche Darstellungen sind, erläutert. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird anhand
integrierter Schaltungen des η-Kanal MOS-Typs mit Silicium-
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gate beschrieben.
Zunächst wird auf der Oberfläche eines p-Siliciumsubstrats
21 eine Feldoxidschicht 22 einer Dicke von etwa 1 μπι gebildet.
Ein vorgegebener Abschnitt dieser Feldoxidschichr
22 wird entfernt, um die Oberfläche des p-Siliciumsubstrats freizulegen und in diesem freigelegten Abschnitt des p-Siliciumsubstrats
wird in einer vorgegebenen Form eine Gateelektrode 24 aus polykristallinem Silicium gebildet. Diese
Gateelektrode 24 wird durch eine Oxidschicht 23 isoliert, die relativ dünn ist und z. B. eine Dicke von
1000 A aufweist. Unter Verwendung der Gateelektrode 24 aus polykristallinem Silicium und der Feldoxidschicht 22 als
Diffusionsmaske werden Störstellen wie Phosphor in das p-Siliciumsubstrat
21 diffundiert und auf diese Weise die Source- und die Drain-Zone 25 bzw. 26 gebildet. Tn Fig. 2a
ist mit dem Bezugszeichen 27 die Metallisierung aus polykristallinem Silicium bezeichnet, die gleichzeitig mit der
Gateelektrode 24 aus polykristallinem Silicium gebildet
wird. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel erfolgt der Diffusionsvorgang unter einer oxidierenden Atmosphäre, so
daß auf der Sourcezone 25, auf der Drainzone 26, auf der Oberfläche der Gateelektrode 24 aus polykristallinem
Silicium und auf der Metallisierung 27 eine thermische Oxidschicht 29 geringer Dicke gebildet wird.
Die Dicke dieser Oxidschicht liegt in der 3/4
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Größenordnung 1000 A oder weniger. Auf der gesamten Oberfläche der Anordnung wird unter Anwendung üblicher Verfahren
eine Silicxumnitridschicht 28 gebildet.
Sodann wird, wie in Fig. 2b dargestellt, auf der Siliciumnitridschicht
28 durch ein chemisches Niederschlagsverfahren mit Reaktion aus der Gasphase (chemical vapor deposition)
eine CVD-Schicht 30 abgeschieden.
Auf die CVD-Schicht 30 wird eine Photoresistschicht 31
aufgetragen und unter Anwendung der üblichen Photograviertechnik ein vorgegebener Abschnitt der Photoresistschicht
entfernt. Beim nächsten Schritt wird unter Verwendung gepufferter Fluorwasserstoffsäure die CVD-Oxidschicht 30
selektiv geätzt. Dies ist in Fig. 2c dargestellt. Wie diese zeigt, ist das Kontaktloch bzw. die öffnung so ge-
die Aussparung
bildet, daß/nicht nur den Kontaktbereich der Source- und der Drain-Zone, sondern auch die Flächenbereiche der Feldoxidschicht 22 erfaßt , die sich benachbart zu den äußeren Rändern der Source- und der Drain-Zone 25 Kzw. 26 befinden. Die Größe des Kontaktloches bzw. der öffnung beträgt z. B. 4 μΐη χ 4 μπι. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auch ein größeres Loch gebildet, als es der Anschlußmetallisierung 27 aus polykristallinem Silicium entspricht.
bildet, daß/nicht nur den Kontaktbereich der Source- und der Drain-Zone, sondern auch die Flächenbereiche der Feldoxidschicht 22 erfaßt , die sich benachbart zu den äußeren Rändern der Source- und der Drain-Zone 25 Kzw. 26 befinden. Die Größe des Kontaktloches bzw. der öffnung beträgt z. B. 4 μΐη χ 4 μπι. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auch ein größeres Loch gebildet, als es der Anschlußmetallisierung 27 aus polykristallinem Silicium entspricht.
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Die Ätzflüssigkeit, nämlich die gepufferte Fluorwasserstoffsäurelösung
ätzt praktisch nicht die Oberfläche der Siliciumnitridschicht 28. Somit bleibt die Siliciumnitridschicht
28 erhalten, selbst wenn die Anordnung der Ätzflüssigkeit länger ausgesetzt wird.als zum Ätzen der CVD-Schicht
30 erforderlich ist. Eine Dicke von beispiels-
weise 500 A ist ausreichend. Bei genauerer Steuerung kann die Dicke der Siliciumnitridschicht 28 verkleinert werden.
Diese Schicht 28 wirkt als Sperre gegenüber dem Ätzen der Feldoxidschicht 22 und bei dem Äusführungsbeispiel der
dünnen Oxidschicht 29.
Beim nächsten Verfahrensschritt wird unter Anwendung der Freon - Plasmaätzung die Siliciumnitridschicht 28 abgeätzt.
Bei diesem Schritt dient die CVD-Schicht 30 als Maske für das Plasmaätzen. Bei diesem Plasmaätzvorgang ist die Ätzgeschwindigkeitfür
das Siliciumdioxid sehr klein, so daß die Feldoxidschicht 22 praktisch nicht geätzt wird. Außerdem
werden infolge des Vorhandenseins der Oxidschicht 29 die n+-Diffusionsschichten 25 und 26 oder die Gateelektrode
24 aus polykristallinem Silicium und die Metallisierung 27 durch das Plasma nicht geätzt. Bei diesem Schritt wirktdie
thermische Oxidschicht 29 wie eine Sperre gegenüber dem
Plasmaätzen und eine Dicke von beispielsweise 1000 A ist ausreichend. Der Zustand ist in Fig. 2d dargestellt.
Durch kurzzeitiges Einbringen der Anordnung in eine Siliciumoxidätzlösung wird die Schicht 29 entfernt.
Schließlich wird im letzten Verfahrensschritt, wie
in Fig. 2e dargestellt, eine Aluminiummetallisierung 32, 33 und 34 gebildet, die den Anschluß zur n+-Diffusionsschicht
25, 26 bzw. zur Metallisierung 27 bildet.
Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel wird, wie in Fig. 2d dargestellt, eine sperrende Oxidschicht 29 verwendet.
Wird jedoch zum Ätzen beispielsweise eine heiße H^PO.-Lösung (Phosphorsäurelösung) verwendet, dann ist
die sperrende Oxidschicht 29 nicht erforderlich. Soweit es die gegenseitige Beziehung beim Ätzen zwischen der
ersten Schicht (bei dieser Ausführungsform Siliciumnitrid schicht 28) und der zweiten Schicht (bei dieser Ausführungsform die CVD-Schicht 30) gilt das gleiche wie bei dem
obigen Ausführungsbeispiel. Bei dem erfindur^gsgemäßen Verfahren können irgendwelche Ätzprozesse oder Materialien
verwendet werden. Das obige Ausführungsbeispiel wurde anhand integrierter Schaltungen mit η-Kanal MOS-Transistoren
erläutert. Selbstverständlich ist die Erfindung auch bei integrierten Schaltungen mit p-Kanal MOS-Transistoren anwendbar.
Durch die Erfindung läßt sich die sonst erforderliche Toleranz für die Maskenausrichtung, insbesondere am
Rand der Feldoxidschicht für einen Feldeffekttransistor
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ORIGINAL INSPECTED
um mehrere μΐΐι verringern. Dies läßt für sämtliche Anordnungen
etwa eine 10 bis 20 %-ige Verringerung der Chipgröße zu. Diese Tatsache ist insbesondere von Bedeutung
für hochintegrierte Schaltkreise. Auch die Toleranz für die Metallisierung 27 aus polykristallinem
Silicium wird verringert, so daß auch diese Metallisierung verkleinert werden kann.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Silicium-Halbleiters erläutert worden ist, ist auch
bei anderen Halbleitern wie Ill/V-Verbindungshalbleitern
und hier insbesondere Galliumarsenid-Halbleitern anwendbar.
Claims (6)
1. / Verfahren zur Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen,
bei dem
a) auf dem Halbleitersubstrat eine Feldoxidschicht gebildet wird,
b) die Feldoxidschicht teilweise entfernt wird, um einen vorgegebenen Teil des HalbleiterSubstrats
freizulegen,
c) in dem freigelegten Teil des Halbleitersubstrats Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate gebildet
werden, deren Source- und Drain-Randzonen benachbart zur Feldoxidschicht liegen,
München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . H.P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat.
Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. ZwirnerDipi.-ing.Dipi.-W.-lng.
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dadurch gekennzeichnet
d) daß auf der gesamten Oberfläche eine erste Isolierschicht (28) gebildet wird, die gegenüber der Feldoxidschicht
(22) eine verschiedene Ätzgeschwindigkeit aufweist,
e) daß auf der ersten Isolierschicht (28) eine zweite Isolierschicht (30) gebildet wird, die gegenüber
der ersten Isolierschicht eine verschiedene Ätzgeschwindigkeit
aufweist,
f) daß die zweite Isolierschicht (30) die oberhalb des Randbereichs der Feldoxidschicht (22) und des vom
Gate (24) entfernten Teils der Source- und Drain-Zonen (25, 26) durch Verwendung eines Ätzmittels entfernt
wird, das nur die zweite Isolierschicht (30) ätzt und
g) daß die erste Isolierschicht (28) durch Verwendung
der zweiten Isolierschicht (30) als Maske geätzt und hierdurch die Kontaktlöcher der integrierten Schaltung
gebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Bilden der ersten Isolierschicht (28) wenigstens eine der Oberflächen von
Source (25), Gate (24) , Drain (26) und VerbindunqsmetalIisierung
(27) mit einer dünnen Oxidschicht (29) bedeckt
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0RK3INAL INSPECTED
und zum Ätzen der ersten
Isolierschicht (28) ein Plasmaätzprozeß angewandt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das isolierte Gate aus polykristallinem Silicium gebildet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Isolierschicht aus Siliciumnitrid und die zweite Isolierschicht aus
thermischem Siliciumoxid gebildet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bilden der Metallisierung
aus polykristallinem Silicium für das isolierte Gate auch die Metallisierung des Teils der Feldoxidschicht
(22) gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktloch zur Metallisierung aus polykristallinem Silicium so gebildet wird,
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daß es sich über die Metallisierung aus polykristallinem Silicium hinaus erstreckt.
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