DE2933694A1 - Integrierter schaltkreis - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen integrierten Schaltkreis mit wenigstens einem in einer auf einem isolierenden Substrat
befindlichen Halbleiterschicht gebildeten Halbleiterbauelement, welches eine unmittelbar mit Hilfe eines leitend
dotierten und sich durch eine in einer auf der Halbleiterschicht liegenden Isolierschicht vorgesehene Kontaktöffnung
erstreckenden Halbleiters elektrisch kontaktierte Zone aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung
eines CMOS/SOS-integrierten Schaltkreises (CMOS = komplementär
symmetrische Metall/Oxid/Halbleiter-Anordnung;
SOS = Silizium-auf-Saphir) und dabei speziell den Aufbau eines vergrabenen Kontaktes des integrierten CMOS/SOS-Schaltkreises.
Mit dem Ausdruck "vergrabener Kontakt" ist ein direkter Kontakt zwischen einem aus polykristallinem
Silizium bestehenden Verbindungsweg oder Eingang (Gate) und den darunter liegenden in ^iner epitaxialen Siliziumschicht
gebildeten Zonen gemeint.
Vergrabene Kontakte wurden bisher bei integrierten Schaltkreisen nur beim Herstellen von PMOS- und NMOS-Vorrichtungen
mit einem einzigen (P- ader N-)Kanal angewendet. Bei diesen Vorrichtungen, bei denen vergrabene Kontakte bereits
benutzt worden sind, wird von massivem Silizium und nicht von in der Silizium-auf-Saphir-Technik (SOS) hergestellten
DUnnschichten ausgegangen. Durch die Verwendung
polykristalliner Silizium-Verbindungsleitungen und vergrabener Kontakte wird der früher von Metallkontakten
eingenommene Raum eingespart. Gemeint sind dabei vor allem
solche Kontakte, die erforderlich sind, um dotierte Halbleiterzonen mit den Gates von integrierten MOS-Schaltkreisen
zu verbinden. Die Einführung vergrabener Kontakte in die Technik zum Herstellen integrierter CMOS/SOS-Schaltkreisen
hat zu erheblichen technischen Problemen geführt,
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die sich daraus ergeben, daß die epitaxiale Siliziumschicht sehr dünn ist.
Zunächst besteht für den Fall eines größer als das zu kontaktierende polykristalline Silizium ausgebildeten
vergrabenen Kontakts eine Schwierigkeit darin, daß die polykristalline Siliziumschicht zu stark geätzt und damit
vollständig durch die darunter liegende Epitaxialschicht hindurch geätzt werden kann, so daß der gewünschte Strompfad
unterbrochen wird. Ein solches Problem existiert beim Herstellen vergrabener Kontakte in massiven Siliziumscheiben
nicht, da die Siliziumscheiben eine Dicke von etwa 380 Mikrometern aufwiesen, während die in der SOS-Technik
vorgesehene epitaxiale Siliziumschicht nur eine Dicke von etwa 0,5 Mikrometern hat. Während also im Bekannten - bei
Verwendungmassiver Siliziumscheiben - ein Durchätzen nicht zu befürchten ist, besteht hierfür bei dünnen epitaxialen
Siliziumschichten beim Herstellen eines integrierten SOS-Schaltkreises eine hohe Wahrscheinlichkeit.
Ein weiteres Problem beim Herstellen von vergrabenen Kontakten
ergibt sich daraus, daß die polykristalline, aus Silizium bestehende Verbindungsschicht während desselben
Verfahrensschritts durch Dotieren leitend gemacht werden soll, während welchem die darunter liegenden Halbleiterzonen
dotiert werden. Das läßt sich erreichen, weil Ionen in eine polykristalline Siliziumschicht implantiert werden
können und durch die polykristalline Siliziumschicht in die darunter liegende Epitaxialschicht diffundieren und damit
die Unterschicht dotieren. Bei einem solchen Verfahrensschritt werden die Ionen aber nicht mit einer so hohen
Energie implantiert, daß sie durch die Gateoxid-Schicht wandern könnten, weil andernfalls Kanalzonen in dem MOS-
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Transistor nicht entstehen würden. Folglich darf die Breite der Öffnung des vergrabenen Kontakts nicht kleiner sein als
die Breite der aus polykristallinem Silizium bestehenden Verbindungsleitungen, weil dadurch eine Dotierung der
darunter liegenden Siliziumzone verhindert und bewirkt würde, daß dotierte Bereiche nur dort gebildet werden,
wo der vergrabene Kontakt liegen soll (bei diesem Vergleich sind Seitendiffusionen nicht berücksichtigt worden). Die
Abmessungen des vergrabenen Kontakts dürfen daher weder größer noch kleiner als die Breite der Polysilizium-Verbindungsleiter
sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfacher als bisher herzustellenden Schaltkreis zu schaffen. Die
erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß mindestens eine Seitenkante der Kontaktöffnung schiefwinklig zu mindestens
einer Kantenlinie des die Seitenkante kreuzenden, kontaktierenden Halbleiters verläuft.
Durch die Erfindung ist eine neue Geometrie für die Kontaktöffnung,
durch welche der vergrabene Kontakt herzustellen ist, geschaffen worden, welche das Herstellen eines zuverlässigen
Kontakts zwischen den aus polykristallinem Silizium bestehenden Leiterbahnen und der darunter liegenden
epitaxialen Siliziumschicht erlaubt. Die Konfiguration des vergrabenen Kontakts wird erfindungsgemäß so gewählt,
daß ein Kontakt zwischen einer auf einem Saphir-Substrat aufgewachsenen epitaxialen Siliziumschicht geschaffen
und gleichzeitig sichergestellt ist, daß die epitaxiale Siliziumschicht bei dem zum Begrenzen der polykristallinen
Siliziumbahnen erforderlichen Ätzen nicht entfernt wird.
Anhand der schematischen Zeichnung von Ausführungsbeispielen werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert.
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Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil eines integrierten Schaltkreises mit vergrabenem Kontakt;
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1; Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1; und
Fig. 5 und 6 Draufsichten auf weitere Ausführungsbeispiele
des integrierten Schaltkreises.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines nach der SOS-Technik hergestellten integrierten Schaltkreises 10. Da die jeweils
spezielle Schaltung im vorliegenden Zusammenhang unwesentlich aber aus der Literatur bekannt ist, sind Einzelheiten
von Schaltung bzw. Verdrahtung im integrierten Schaltkreis 10 nicht dargestellt worden.
Der integrierte Schaltkreis 10 weist ein vorzugsweise aus Saphir bestehendes isolierendes Substrat 12 auf. Auf dem
Substrat ist auf irgendeine bekannte Weise eine Halbleiterschicht, z.B. eine epitaxiale Siliziumschicht 14, epitaxial
aufgewachsen und im Hinblick auf die herzustellenden Bauelemente des Schaltkreises 10 begrenzt worden. Auf
der epitaxialen Siliziumschicht 14 befindet sich eine isolierende Gate-Oxid-Schicht 16 (vergleiche Figuren 2
bis 4).
Die Gate-Oxid-Schicht 16 wird zum Bilden von Kontaktöffnungen 20 für den vergrabenen Kontakt auf- bzw. durchgeätzt.
Daraufhin wird auf der Oxidschicht 16 eine leitende Polysilizium-Schicht 18 gebildet. Diese leitende
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Schicht 18 umfaßt die vergrabenen Kontakte zu der Siliziumschicht 14. Der Zweck der polykristallinen Siliziumschicht
18 besteht darin, leitende Strompfade zwischen verschiedenen im integrierten Schaltkreis 10 enthaltenen
Bauelementen zu schaffen.
Die durch die Oxidschicht 16 sich erstreckende Kontaktöffnung 20 für einen vergrabenen Kontakt soll erfindungsgemäß
eine solche Geometrie aufweisen, daß eine Draufsicht nicht vollständig aus rechtwinklig oder senkrecht zu der
begrenzten epitaxialen Siliziumschicht 14 und den begrenzten polykristallinen Silizium-Verbindungsleitern 18 verlaufenden
Linien besteht. Die Kontaktöffnung 20 kann daher einige Linien 22 aufweisen, die orthogonal zu der begrenzten Epitaxialschicht
14 und dem begrenzten polykristallinen Silizium-Verbindungsleiter 18 verlaufen, die Öffnung 20 muß
aber auch Linien 24 besitzen, welche nicht orthogonal zu den Grenzen der Epitaxialschicht 14 und denjenigen der polykristallinen
Verbindungsleiter 18 verlaufen.
In Figur 1 ist zwar als bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine achteckige Form angegeben worden. Natürlich sind andere
Formen ebenfalls vorteilhaft, z.B. Dreiecke, Kreise, Sechsecke oder Rhomboide (Rauten).
Beim Herstellen des integrierten SchaltkreisesiO beginnt
man mit dem Aufwachsen einer"epitaxialen Siliziumschicht
10 auf der Oberfläche eines isolierenden Substrats 12. Die epitaxiale Siliziumschicht 14 wird dann mit einer mit
Hilfe üblicher photolithographischer Techniken zu begrenzenden Photolackschicht versehen. Die entwickelte
Photolackschicht wird als Ätzmaske zum Begrenzen der Epitaxialschicht 14 benutzt, auf der dann eine Oxid-Schicht
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16 thermisch aufgewachsen wird. Daraufhin werden die Kontaktöffnungen
20 begrenzt und mit Hilfe eines photolithographischen Verfahrensschritts gebildet, wobei Teile der
Oxid-Schicht 16 oberhalb der Epitaxialschicht 14 entfernt werden. Auf der gesamten Oberfläche der Vorrichtung wird
nun eine polykristalline Siliziumschicht abgeschieden und - in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel - in einem
Ofen N+-dotiert. Es folgt dann das Begrenzen der polykristallinen
Siliziumschicht in die verschiedenen Verbindungsleiter, z.B. einen Polysilizium-Verbindungsleiter 18.
Beim Begrenzen des Polysilizium-Verbindungsleiters wird so
geätzt, daß unerwünschte auf der Oberfläche der Vorrichtung abgeschiedene Teile der polykristallinen Siliziumschicht
14 abgetragen werden. Dabei wird auch epitaxiales Silizium entfernt. Da die epitaxiale Siliziumschicht 14 sehr dünn
ist und überall unter der Polysilizium-Schicht freigelegt wird, wo eine Kontaktöffnung 20 herzustellen ist, entstehen
mit großer Wahrscheinlichkeit Bereiche, z.B. die Bereiche 26 gemäß Fig. 1 und 3, wo die Kontaktöffnung 20
die epitaxiale Siliziumschicht 14 überlappt. Solche Bereiche
26 können beim Begrenzen der Polysilizium-Verbindungsleitung 18 durch Ätzen ganz abgetragen werden. Wenn
also die Kontaktöffnung 20 größer gewesen wäre als die Breite der freigelegten Epitaxialschicht 14, wäre wahrscheinlich
eine Leerlaufbedingung entstanden, in der der zum Begrenzen der Polysilizi'um-Verbindungsleitung 18 vorgesehene
Ätzschritt diese Leitung auch von Teilen der Epitaxialschicht 14 getrennt hätte. Das hergestellte Bauelement
würde dann also nicht arbeiten.
Durch die auf die Figuren 1 bis 4 bezugnehmende Beschreibung wird deutlich, wie sich erfindungsgemäß das Entstehen
unbrauchbarer Bauelemente aufgrund von Ausrichtungs-
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fehlern beim Herstellen der vergrabenen Kontakte ausschließen
läßt. Durch die Erfindung wird dabei sichergestellt, daß eine infolge Durchätzens der Epitaxialschicht
14 sich einstellende Leerlaufbedingung nicht eintreten kann.
Die Figuren 1, 3 und 4 zeigen einen Bereich 26, in dem die
Kontaktöffnung 20 des vergrabenen Kontakts über den Rand der Polysilizium-Schicht 18 in die Epitaxialschicht 14
hineinreicht. Selbst wenn der unter dem Bereich 26 liegende Teil der Epitaxialschicht 14 - wie in Figur 3 gezeigt ganz
durchgeätzt wäre, verblieben doch - siehe Figur 4 unberührte Teile der Epitaxialschicht 14.
Ebenso ergibt sich aus den Figuren 1 und 2, daß erfindungsgemäß auch die Probleme zu beseitigen sind, die bisher dann
auftraten, wenn die Kontaktöffnungen des vergrabenen Kontakts schmaler als die darüberliegende Epitaxialschicht
oder bei einem Ausrichtungsfehler nicht ausgerichtet waren. Gemäß Figur 2 ist ein Teil der Oxidschicht 16 nicht von der
Epitaxialschicht 14 abgetragen worden, weil sich die Kontaktöffnung 20 nicht vollständig über die Epitaxialschicht
14 erstreckt. Als Folge davon wird der unter der verbleibenden Oxidschicht 16 liegende Teilbereich 28 der Epitaxialschicht
14 beim Ionenimplantieren der Polysilizium-Schicht 18 und der nicht durch die Oxidschicht 16 abgedeckten Teile
der Epitaxialschicht 14 nicht wie gewünscht dotiert werden. In so einem Fall kann ein "aus"- oder nur teilweise "abgeschalteter
MOS-Kreis mit übermäßigem Widerstand im Strompfad gebildet werden. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Form für die Kontaktöffnung 20 (Draufsicht) hat das Entstehen von nicht richtig dotierten Zonen 28
aber keinen schädlichen Effekt auf die Funktion des Bauelements.
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In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Schaltkreises 30 schematisch dargestellt. Dabei überquert eine punktiert gezeichnete Polysilizium-Leitungsspur
32 eine auf einem isolierenden Substrat 36, z.B. einem Saphir-Substrat, gebildete Epitaxialschicht 34,
Eine sechseckige Kontaktöffnung 38 eines vergrabenen Kontakts ist schmaler bzw. kleiner als die Epitaxialschicht
34 breit, um zu erreichen, daß die Polysilizium-Schicht
32 die epitaxialschicht 34 ohne Diskontinuitäten zwischen den Teilbereichen 40 und 42 der Epitaxialschicht 34 zu
bzw. an den Seiten der polykristallinen Schicht 32 kontaktiert.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Bauelements, nämlich eines Inverters 44, dargestellt. Der Inverter 44 wurde mit Hilfe einer SOS-Technik
auf einem Substrat 45 hergestellt und enthält einen N-Kanal-Transistor
46 sowie P-Kanal-Transistor 48. Jeder der Transistoren 46 und 48 besitzt eine Drain-Zone 50, 52 sowie
eine Source-Zone 54, 56. Die Source-Zonen 54, 56 sind mit Spannungsquellen VDD bzw. V über Polysilizium-Leitungswege
58 und 60 verbunden. Rhomboidförmige Öffnungen 62
für vergrabene Kontakte, wie sie anhand von Figur 1 bis 4 beschrieben worden sind, werden dazu benutzt, die PoIysilizium-Leitungsbahnen
58, 60 mit den Source-Zonen 54, 56 leitend zu verbinden. Die Drain-Zonen 50, 52 der Transistoren
werden mit Hilfe eines durch eine langgestreckte Öffnung 64 gebildeten vergrabenen Kontakts miteinander
verbunden. Die langgestreckte Öffnung 64 verbindet im wesentlichen zwei rautenförmige Öffnungen miteinander, von
denen jede mit einer der Drain-Zonen 50, 52 kontaktiert ist.
Bei dem Inverter 44 handelt es sich um einen CMOS-Inverter.
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Wenn also die Polysilizium-Verbindungslinie 66 dotiert wird, um sie leitend zu machen, entsteht notwendig zwischen
der Polysilizium-Leitungsbahn und einer der Drain-Zonen 50, 52 eine Diode; stattdessen kann auch eine Diode innerhalb
der polykristallinen Leitungsbahn 66 gebildet werden. Es hat sich herausgestellt, daß die Gegenwart dieser Diode
die gewünschte Betriebsweise des Inverters 44 nicht behindert. Als Eingang des Inverters 44 dienen ein auf
einer P"-Kanal-Zone 67 des N-Kanal-Transistors 46 liegendes polykristallines Siliziumgate 65 und eine N~-Kanal-Zone 69
des P-Kanal-Transistors 48.
Erfindungsgemäß soll die Außenform der Öffnungen des vergrabenen Kontakts so ausgebildet sein, daß mindestens eine
Kante nicht rechtwinklig oder parallel zu mindestens einer Seite der leitenden Halbleiterverbindungsleitung verläuft,
welche von der Kante der Öffnung des vergrabenen Kontakts gekreuzt wird. Für den Fachmann bedeutet diese Lehre, daß
auch willkürlich bzw. beliebig kleine Stufen verwendet werden können, die jeweils parallel und senkrecht zu einer
Seite der leitenden Halbleiterverbindungsleitung verlaufen, um die erfindungsgemäß gewünschte Form zu erreichen. Der
Ausdruck "nicht orthogonal oder parallel" bedeutet also, daß auch Stufenlinien eingeschlossen sein sollen, z.B.
zu einer Seite des leitenden Halbleiter-Verbindungswegs orthogonal und parallel verlaufende Linien.
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Leerseite
Claims (4)
- Dr.-lng. Reimar Könio ■ Oipl.-Ing. Klaus BergenCecilienallee 76 <4 Düsseldorf 3O Telefon 45SODS Patentanwälte1 7. August 1979 33 022 BRCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)"Integrierter Schaltkreis" Patentansprüche,:Integrierter Schaltkreis mit wenigstens einem in einer auf einem isolierenden Substrat befindlichen Halbleiterschicht gebildeten Halbleiterbauelement, welches eine unmittelbar mit Hilfe eines leitend dotierten und sich durch eine in einer auf der Halbleiterschicht liegenden Isolierschicht vorgesehenen Kontaktöffnung erstreckenden Halbleiters elektrisch kontaktierte Zone aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine Seitenkante am Rand der Kontaktöffnung (20, 38, 62, 64) schiefwinklig zu mindestens einer Kantenlinie des die Seitenkante kreuzenden, kontaktierenden Halbleiters (13, 32, 58, 60, 66) verläuft.
- 2. Schaltkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine rhombische Kontaktöffnung (62),
- 3. Schaltkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine achteckige Kontaktofinung (20).
- 4. Schaltkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine sechseckige Kontaktöffnung (38).030010/0801
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