DE2933694C2 - Integrierter Schaltkreis - Google Patents

Integrierter Schaltkreis

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Description

dadurch gekennzeichnet, daß
d) mindestens eine Seitenkante (24) am Rand der Kontaktöffnung (20) in der Draufsicht auf die integrierte Schaltungsanordnung (1.0) schiefwinklig zu mindestens einer Kantenlinie des die Seitenkante (24) kreuzenden, kontaktierenden Verbindungsleiters (18) verläuft und
e) der Verbindungsleiter (18) ein Polysilizium-Verbindungsleiter ist.
2. Schaltkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine rhombische Kontaktöffnung (20).
3. Schallkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine achteckige Kontaktöffnung (20).
4. Schaltkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine rechteckige Kontaktöffnung (20).
Die Erfindung betrifft einen integrierten Schaltkreis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher integrierter Schaltkreis ist beispielsweise aus der GB-PS 14 55 840 bekannt. Zum Kontaktieren werden hierbei eine unmittelbar auf dem Substrat liegende, hochdotierte Halbleiterschicht und im übrigen oben auf dem Bauelement angeordnete Leiterstreifen aus Metall verwendet. Im Zusammenhang mit der hochdotierten Halbleiterschicht wird ein besonderer vergrabener Kontakt nicht vorgesehen.
Bei einem aus der GB-PS 12 99 468 bekannten Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements werden ausgehend von einem mit Siliziumdioxid als Schutzschicht bedeckten einkristallinen Halbleitersubstrat in bestimmten kristallographischen Richtungen Gräben durch die Schutzschicht geätzt. Die Gräben scheinen von oben gesehen schräg zu den Kantenlinien des Halbleiterkörpers zu laufen. Eine Beziehung zu dem eingangs genannten integrierten Schaltkreis ist nicht gegeben.
Vergrabene Kontakte wurden bisher bei integrierten Schaltkreisen nur beim Herstellen von PMOS- und NMOS-Vorrichtungen mit einem einzigen (P- oder N-)Kanal angewendet. Mit dem Ausdruck »vergrabener Kontakt« ist ein direkter Kontakt zwischen einem aus polykristallinem Silizium bestehenden Verbindungsweg oder Eingang (Gate) und den darunterliegenden, in einer epitaxialen Siliziumschicht gebildeten Zonen gemeint. Bei diesen Vorrichtungen, bei denen vergrabene Kontakte bereits benutzt werden, wird von massivem Silizium und nicht von in der Silizium-auf-Saphir-Technik (SOS) hergestellten Dünnschichten ausgegangen. Durch die Verwendung polykristalliner Silizium-Verbin-
dungsleitungen 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-Schaltkreiscn zu verbinden. Die Einführung vergrabener Kontakte in die Technik zum Herstellen integrierter CMOS/SOS-Halbleiterschaltkreise (CMOS = komplementär symmetrische Metall/Oxid/Halbleiter-Anordnung) hat zu ίο erheblichen technischen Problemen geführt, 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 Verwendung massiver 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 anderenfalls Kanalzonen in dem MOS-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, eine neue Geometrie für die Kontaktöffnung, durch welche der vergrabene Kontakt herzustellen ist, zu schaffen, welche das Herstellen eines zuverlässigen Kontakts zwischen den aus polykristallinem Silizium bestehenden Leiterbahnen und der darunter liegenden epitaktischen Siliziumschicht erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Konfiguration des vergrabenen Kontakts wird so gewählt, daß ein Kontakt zwischen einer auf einem Saphier-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 wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Teil eines integrierten Schaltkreises mit vergrabenem Kontakt;
F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1 F i g. 3 pinen Querschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1
F i g. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 1 und
F i g. 5 und 6 Draufsichten auf weitere Ausführungsbeispiele des integrierten Schaltkreises.
F i g. 1 zeigt einen Teil eines nach der SOS-Technik hergestellten integrierten Schaltkreises 10. Da die jeweils spezielle Schaltung im vorliegenden Zusammenhang umwesentlich 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, ζ. B. eine Epitaxialschicht 14 aus Silizium, epitaxial aufgewachsen und im Hinblick auf die herzustellenden Bauelemente des Schaltkreises 10 begrenzt worden. Auf der Epitaxialschicht 14 befindet sich eine isolierende Gate-Oxidschicht 16 (vergleiche F ig. 2 bis 4).
Die Gate-Oxidschicht 16 wird zum Bilden von Kontaktöffnungen 20 für den vergrabenen Kontakt auf- bzw. durchgeätzt. Daraufhin wird auf der Oxidschicht 16 eine aus polykristallinem Silizium bestehende leitende Schicht zum Herstellen eines sogenannten Polysilizium-Verbindungsleiters 18 gebildet Diese leitende Schicht umfaßt die vergrabenen Kontakte zu der Epitaxialschicht 14. Der Zweck der polykristallinen Siliziumschicht 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 eine solche Geometrie aufweisen, daß eine Draufsicht nicht vollständig aus rechtwinklig oder senkrecht zu der begrenzten Epitaxialschicht 14 und den begrenzten Polysilizium-Verbindungsleitern 18 verlaufenden Linien besteht. Die Kontaktöffnung 20 kann daher einige Linien 22 aufweisen, die orthogonal zu der begrenzten Epitaxialschicht 14 und dem begrenzten Poly-Silizium-Verbindungsleiter 18 verlaufen, die öffnung 20 muß aber auch Linien 24 besitzen, welche nicht orthogonal zu den Grenzen der Epitalxialschicht 14 und denjenigen der Polysilizium- Verbindungsleiter 18 verlaufen.
In F i g. 1 wird als bevorzugtes Ausfühntngsbeispiel eine achteckige Form angegeben. Natürlich sind andere Formen ebenfalls vorteilhaft, z. B. Dreiecke, Sechsecke oder Rhomboide (Rauten).
Beim Herstellen des integrierten Schaltkreises 10 beginnt man mit dem Aufwachsen einer Epitaxialschicht 14 auf der Oberfläche eines isolierenden Substrats 12. Die Epitaxialschicht 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 Oxidschicht 16 thermisch aufgewachsen wird. Daraufhin werden die Kontaktöffnungen 20 begrenzt und mit Hilfe eines photolithograph'scnen Verfahrensschritts gebildet wobei Teile der Oxidschicht 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.
lü Beim Begrenzen des Polysilizium-Verbindungsleiters 18 wird so geätzt daß unerwünschte auf der Oberfläche der Vorrichtung abgeschiedene Teile der polykristallinen Siliziumschicht abgetragen werden. Dabei wird auch epitaxiales Silizium entfernt Da die Epitaxialschicht 14 sehr dünn ist und überall unter der Polysilizium-Schicht freigelegt wird, wo eine Kontaklöffnung 20 herzustellen ist entstehen mit großer Wahrscheinlichkeit Bereiche, z. B. die Bereiche 26 gemäß F i g. 1 und 3, wo die Kontaktöffnung 20 die Epitaxialschicht 14 überlappt Solche Bereiche 26 können beim Begrenzen der Polysilizium-Verbindungsleiter 18 durch Ätzen ganz abgetragen werden. Wenn also die Kontaktöffnung 20 größer gewesen wäre als die Breite der freigelegten Epitaxialschicht 14, während wahrscheinlich eine Lücke entstanden, in der der zum Begrenzen des Polysilizium-Verbindungsleiters 18 vorgesehene Ätzschritt diesen Leiter auch von Teilen der Epitaxialschicht 14 getrennt hätte. Das hergestellte Bauelement würde dann also nicht arbeiten.
Durch die auf die F i g. 1 bis 4 bezugnehmende Beschreibung wird deutlich, wie sich das Entstehen unbrauchbarer Bauelemente aufgrund von Ausrichtungsfehlern beim Herstellen der vergrabenen Kontakte ausschließen läßt Durch die Erfindung wird dabei sichergestellt, daß eine infolge Durchätzens der Epitaxialschicht 14 sich einstellende Lücke nicht eintreten kann.
Die F i g. 1,3 und 4 zeigen einen Bereich 26, in dem die Kontaktöffnung 20 des vergrabenen Kontakts über den Rand des Polysilizium-Verbindungsleiters 18 in die Epitaxialschicht 14 hineinreicht. Selbst, wenn der unter dem Bereich 26 liegende Teil der Epitaxialschicht 14 — wie in Fig.3 gezeigt — ganz durchgeätzt wäre, verblieben doch — siehe F i g. 4 — unberührte Teile der Epitaxialschicht 14.
Ebenso ergibt sich aus den F i g. 1 und 2, daß auch die Probleme zu beseitigen sind, die bisher dann auftreten, wenn die Kontaktöffnungen des vergrabenen Kontakts schmaler als die darüberliegende Epitaxialschicht oder bei einem Ausrichtungsfehler nicht ausgerichtet waren. Gemäß F i g. 2 ist ein Teil der Oxidschicht 16 nicht ν on der Epitaxialschicht 14 abgetragen worden, weil sich die Kontaktöffnung 20 nicht vollständig über die Epitaxialschicht 14 erstreckt. Als Folge davon w'rd der unter der verbleibenden Oxidschicht 16 liegende Teilbereich 28 der Epitaxialschicht 14 beim Ionenimplantieren des Polysilizium-Verbindungsleiters 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 »an«-geschalter MOS-Kreis mit übermäßigem Widerstand im Strompfad gebildet werden. Aufgrund der vorgeschlagenen Form für die Kontaktöffnung 20 (Draufsicht) hat das Entstehen von nicht richtig dotierten Teilbereichen 28 aber keinen schädlichen Effekt auf die Funktion des Bauelements.
In Fi g. 5 wird ein anderes Ausführungsbeispiel eines Schaltkreises 10 schematisch dargestellt. Dabei über-
quert ein punktiert gezeichneter Polysilizium-Verbindungsleiter 18 eine auf einem isolierenden Substrat 12, z. B. einem Saphier-Substrat, gebildete Epitaxialschicht 14. Eine sechseckige Kontaktöffnung 20 eines vergrabenen Kontakts ist schmaler bzw. kleiner als die Epitaxialschicht 14 breit, um zu erreichen, daß der Poiysilizium-Verbindungsleiter 18 die Epitaxialschicht 14 ohne Diskontinuitäten zwischen den Teilbereichen 40 und 42 der Epitaxialschicht 14 zu bzw. an den Seiten des Polysilizium-Verbindungsleiters 18 kontaktiert.
In Fi g. 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schaltkreises 10, nämlich eines Inverters, dargestellt. Dieser wurde mit Hilfe einer SOS-Technik auf einem Substrat 12 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 Voobzw. Vssüber Polysilizium-Verbindungsleiter 18 verbunden. Rhomboidförmige öffnungen 20 für vergrabene Kontakte, wie sie anhand von F i g. 1 bis 4 beschrieben worden sind, werden dazu benutzt, die Poiysilizium-Verbindungsleiter 18 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 20 miteinander, von denen jede mit einer der Drain-Zonen 50,52 kontaktiert
Bei dem Schaltkreis 10 nach F i g. 6 handelt es sich um einen CMOS-Inverter. Wenn also der Polysilizium-Verbindungsleiter 18 dotiert wird, um ihn leitend zu machen, entsteht notwendig zwischen der Poiysilizium-Leitungsbahn und einer der Drain-Zonen 50, 52 eine Diode; stattdessen kann auch eine Diode innerhalb des Poiysilizium-Verbindungsleiters 18 gebildet werden. Es hat sich herausgestellt, daß die Gegenwart dieser Diode die gewünschte Betriebsweise des Inverters nach F i g. 6 nicht behindert. Als Eingang des Inverters dienen eine auf einer P--Kanal-Zone 67 des N-Kanal-Transistors 46 liegendes polykristallines Siliziumgate 65 und eine N--Kanal-Zone69desP-Kanal-Transistors48.
Es soll die Außenform der öffnungen des vergrabenen Kontakts so ausgebildet sein, daß mindestens eine Kante nicht rechtwinklig oder parallel zu mindestens einer Seite des leitenden Halbleiterverbindungsleiters 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 des Poiysilizium-Verbindungsleiters 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 Verbindungsleiters orthogonal und parallel verlaufende Linien.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Integrierter Schaltkreis (10) mit wenigstens einem Halbleiterbauelement, welches
a) in einer Halbleiterschicht (14) gebildet ist, die sich auf einem isolierenden Substrat (12) befindet, und welches
b) eine unmittelbar mit Hilfe eines leitenden, dotierten Verbindungsleiters (18) elektrisch kontaktierte Zone aufweist, wobei
c) sich der Halbleiter (18) durch eine Kontaktöffnung (20) erstreckt,
DE2933694A 1978-08-25 1979-08-20 Integrierter Schaltkreis Expired DE2933694C2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/936,779 US4196443A (en) 1978-08-25 1978-08-25 Buried contact configuration for CMOS/SOS integrated circuits

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