DE3323433A1

DE3323433A1 - Integrierter halbleiterbaustein

Info

Publication number: DE3323433A1
Application number: DE19833323433
Authority: DE
Inventors: Hideaki Itami Hyogo Arima; Takayuki Matsukawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1984-02-23
Also published as: JPS593968A

Description

Integrierter Halbleiterbaustein
Die Erfindung betrifft einen integrierten Halbleiterbaustein, der eine elektrisch leitende Schicht und eine Anordnung ungleicher leitfähiger Filme aufweist.
In einem integrierten Halbleiterbaustein der Art, wie er mit der Erfindung geschaffen wird, speziell einem Speicher mit freiem Zugriff (RAM) mit integrierten MOS-Transistoren, wird eine Schaltung verwendet, bei der die Speichereinrichtungen gleichzeitig gesteuert werden können, und typischerweise sind die Übertragungsgates miteinander durch leitende Verbindungen zusammengeschaltet, die aus einer Anordnung eines polykristallinen Siliziumfilms und eines Molybdänsilizidfilms hergestellt sind. Eine Ausführungsform eines herkömmlichen integrierten Haibleiterbausteins mit einer derartigen Schaltungsanordnung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt, in welchen sich auf einem Siliziumsubstrat 1 Source- und Drainbereiche 2a und 2b mit zum Substrat entgegengesetzter Leitfähigkeit auf einer Hauptfläche des Substrats und mit Abstand zueinander befinden (in der Zeichnung sind vier Source-Drain-Paare parallel zueinander angeordnet). Mit 3 ist ein dielektrischer Gatefilm bezeichnet, der auf einem Kanalbereich formiert ist, welcher die Lücke zwischen Source und Drain eines jeden Paares über spannt. Ein auf der Hauptfläche des Substrats 1 ausgebildeter Oxidfeldfilm 4 ergibt eine elektrische Isolierung zwischen jedem MOS-Transistor mit Source 2a, Drain 2b und dielektrischem Gatefilm 3. 5 stellt ein gerades Band einer elektrisch leitenden Schicht dar, die sowohl auf dem dielektrischen Gatefilm 3, der jeden einzelnen MOS-Transistor bildet, als auch auf dem Oxidfeldfilm 4, der zwei Gatefilme überbrückt, ausgebildet ist. Die Schicht 5 besteht aus einer Anordnung eines polykristallinen Siliziumfilms 6, über den ein Molybdänsilizidfilm 7 ausgebreitet ist. Die Schicht 5 besteht aus zwei Teilen 5a und 5b, wobei 5a eine Gateelektrode für den MOS-Transistor bildet und von der leitfähigen Schicht 5 auf dem dielektrischen Gatefilm 3 Gebrauch macht und Sb eine leitende Verbindung schafft, die die Gateelektrode 5a auf einem MOS-Transistor mit der Gateelektrode auf einem benachbarten Transistor verbindet.
Die einzelnen MOS-Transistoren in der integrierten Schaltung von oben beschriebener Gestaltung werden durch ein Potential ein- und ausgeschaltet, das den jeweiligen Gateelektroden 5a zugeführt wird. Bei der Steuerung des Schaltvorgangs der MOS-Transistoren ist die Schwellspannung ein wichtiger Faktor, und einer der Parameter, der die Schwellspannung bestimmt, ist die Austrittsarbeit des Materials der Gateelektrode. In dem herkömmlichen integrierten Halbleiterbaustein besteht die Gateelektrode 5a aus einem polykristallinen Siliziumfilm 6, da dies ein Material ist, welches eine stabile Austrittsarbeit hat. Andererseits hat der polykristalline Siliziumfilm einen relativ hohen Widerstand (sein Flächenwiderstand beträgt ungefähr 20 bis 30 Ohm pro Flächeneinheit), so daß er sich als Leitermaterial nicht eignet. Als Ausgleich für diesen Widerstand wird deshalb die leitende Verbindung 5b, mit der die einzelnen Gateelektroden 5a angeschlossen sind, aus einer Kombination eines polykristallinen Siliziumfilms 6 und einem diesen zur Gänze überdeckenden Molybdänsilizidfilm 7 hergestellt, der aus einem Metallsilizid von niedrigem Widerstandswert und hohem Schmelzpunkt besteht.
Je mehr Speicherelemente jedoch zur Bildung eines hochintegrierten RAM zusammengepackt sind, desto mehr wird es nötig, daß die leitfähige Schicht 5 mehrere Millimeter lang wird, und dies ergibt im Herstellungsprozess ernsthafte Schwierigkeiten, denn die thermisch bedingten mechanischen Beenspruchungen aufgrund der Unterschiede in Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem polykristallinen Siliziumfilms 6 und dem Molybdänsilizidfilm 7 sind beträchtlich. Es wird eine integrierte Schaltung mit 120 bis 130 MOS-Transistoren betrachtet, von denen jeder eine etwa 2 mm lange Leiterschicht 2 aus einer Verbindung eines polykristallinen Siliziumfilms 6 und eines Molybdänsilizidfilms7 aufweist. Bei einem durchgeführten Versuch schwankten die jeweiligen Schwellspannungen der MOS-Transistoren, und in einem extremen Fall löste sich der Molybdänsilizidfilm von dem darunterliegenden polykristallinen Siliziumfilm 6. Während der Herstellung des integrierten Schaltungsbausteins wird die leitfähige Schicht 5, die aus der Verbindung des polykristallinen Siliziumfilms 6 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 3 ppm/°C und dem Molybdänsilizidfilm 7 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 8,25 ppm/OC besteht, einer Atmosphäre ausgesetzt, die während des Einbringens von Störstellen in den Source-und den Drainbereich 2a, 2b etwa 10000C heiß ist. Dies ergibt etwa einen Unterschied in der Wärmeausdehnung von 10# in der leitfähigen Schicht 5 über eine Längendistanz von ungefähr 2 mm, was zu einer unerwünschten, thermisch bedingten Beanspruchung führt.
Der Erfindung liegt deshalb vornehmlich die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige elektrisch leitfähige Schicht zu schaffen, die aus einer Verbindung von wenigstens zwei unterschiedlichen leitfähigen Filmen besteht. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die mögliche, thermisch bedingte Beanspruchung mit einer Vielzahl interlaminarer, die Beanspruchung verhindernder Bereiche, die in Längsrichtung der leitfähigen Schicht mit Abstand zueinander angebracht sind, so klein wie möglich gehalten wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei sind gleiche oder äquivalente Komponenten mit denselben Bezugszeichen beziffert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf ein herkömmliches integriertes Halbleiterbauelement; Fig. 2 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 entlang der Linie II-II; Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung; und Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterbauelementes.
Zunächst wird das erste Beispiel anhand der Fig. 3 beschrie- ben. Eine leitfähige Schicht 5 ist auf den dielektrischen Gatefilmen 3 der einzelnen MOS-Transistoren ausgebildet und überspannt auch einen Oxidfeldfilm 4, der sich zwischen den einzelnen Gatefilmen befindet. Die leitfähige Schicht 5 besteht aus einer Kombination eines polykristallinen Siliziumfilms 6, über dem ein Molybdänsilizidfilm 7 liegt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 enthält zudem zahlreiche zwischen den Schichten liegende, die Spannungen verhindernde Zonen 8, die durch Wegätzen einer dünnen Schicht von den Bereichen des polykristallinen Siliziumfilms erzeugt werden, der über dem Oxidfilm 4 liegt. Das Bauelement nach Fig. 3 wird gänzlich auf dieselbe Weise hergestellt, wie das herkömmliche Produkt nach den Fig. 1 oder 2, außer das zur Bildung der die Spannungen verhindernden Zwischenschichtbereiche 8 im polykristallinen Siliziumfilm 6, welcher einen Teil der Leiterschicht 5 darstellt, zusätzlich der Ätzvorgang vorgenommen wird.
Das so hergestellte integrierte Halbleiterbauelement war völlig frei von unerwünschten Schwankungen der Schwellspannung und auch'von-Ablösung des Molybdänsilizidfilms 7 von dem darunterliegenden polykristallinen Silziumfilm 6. Der Grund dafür liegt darin, daß die Ieitfähige Schicht 5, die sich aus dem polykristallinen Siliziumfilm 6 und dem Molybdänsilizidfilm 7 zusammensetzt und die Gateelektroden 5a und die Zuleitungen 5b bildet, die die Spannung verhindernden Zwischenschichtbereiche 8 aufweist, welche durch Dickenreduzierung des polykristallinen Siliziumfilms 6 im Leitungsverbindungsabschnitt 5b gegenüber dem Siliziumfilm im Gateelektrodenabschnitt 5a erzeugt wurden. Diese die Spannungen verhindernden Bereiche nehmen vermutlich sämtliche wärmebedingten mechanischen Spannungen auf, die entstehen, wenn die leitfähige Schicht 5 hohen Temperaturen ausgesetzt wird, was dann der Fall ist, wenn in Source 2a und Drain 2b die Störstellen eingebracht werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 4 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 3 dadurch, daß die die Spannungen zwischen den Schichten verhindernden Bereiche 8 durch Entfernen des polykristallinen Siliziumfilms 6 von dem Leitungsverbindungsabschnitt 5b gebildet sind. Ein nach dieser Gestaltung hergestelltes Halbleiterbauelement war, wie das gemäß Fig. 3 hergestellte, vollkommen frei von Schwankungen der Schwellspannung, und es trat auch keine Schichtablösung des Molybdänsilizidfilms 7 vom polykristallinen Siliziumfilm 6 auf.
Bei der Herstellung des Bauelementes nach Fig. 4 werden zunächst zahlreiche Feldoxidfilme 4 und dielektrische Gatefilme 3 durch herkömmliche Verfahrens schritte auf einem Siliziumsubstrat 1 gebildet. Der polykristalline Siliziumfilm 6 wird dann über die gesamte Fläche des Substrats gebreitet und in einem Muster gestaltet, dessen Größe ausreicht, die dielektrischen Gatefilme 3 zu überdecken. Anschließend wird ein Molybdänsilizidfilm 7 formiert, der die gesamte Oberfläche des Substrats überdeckt, wodurch ein Leitungsverbindungsmuster in der Form eines Bandes geschaffen wird, daß in der Breite jedem Gatefilm 3 gleich ist.
Der polykristalline Siliziumfilm 6 wird dann auf selbstjustierende Art gemäß dem Leitungsverbindungsmuster weggeätzt, wodurch eine leitfähige Schicht 5 ohne unregelmässige Kanten gebildet wird. Die leitfähige Schicht und der Feldoxidfilm 4 dienen als Maske für die nachfolgende Formierung von Source 2a und Drain 2b, z.B. durch Ionenimplantation.
Im oben beschriebenen Vorgang wird der polykristalline Siliziumfilm 6 in sich selbstjustierender Weise nach dem Leitungsverbindungsmuster des Molybdänsilizidfilms 7 gebildet, und die sich daraus ergebende laminierte leitfähige Schicht 5 besitzt keine unregelmäßigen Ränder. Die leitfähige Schicht kann deshalb mit einer Vielzahl von Gateelektroden 5a versehen sein, die jeweils eine gewünschte Breite haben, und zugleich läßt sich verhindern, daß der Molybdänsilizidfilm 7 sich von dem polykristallinen Siliziumfilm 6 aufgrund von Unterschieden der Wärmeausdehnungskoeffizienten ablöst. Die Beschreibung erfolgte anhand einer aus polykristallinem Siliziumfilm 6 und Molybdänsilizidfilm 7 bestehenden leitfähigen Schicht 5, was jedoch keine Beschränkung für die leitfähige Schicht darstellt; vielmehr kann diese auch aus anderen leitfähigen Filmen und einer anderen Anzahl von Filmen, die schichtweise zusammengefügt sind, bestehen.
Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße integrierte Halbleiterschaltung charakterisiert durch eine Vielzahl von die Zwischenschichtspannungen unterbindenden Bereichen, die in Längsrichtung eines elektrisch leitfähigen Films, der aus wenigstens zwei ungleichen leitfähigen Filmen besteht, gegeneinander beabstandet sind. Diese die Spannungen verhindernden Bereiche können thermisch bedingte Spannungen, die aufgrund verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten der zwei verschiedenen leitfähigen Filme auftreten, absorbieren, was vorteilhaft zur Folge hat, daß keine Schwankungen in der Schwellspannung auftreten und sich die Leitungsverbindungsschicht aufgrund thermischer Beanspruchungen nicht ablöst.

Claims

Integrierter Halbleiterbaustein Patentansprüche Integrierter Halbleiterbaustein, der zahlreiche elektrische Komponenten und eine zusammengesetzte elektrisch leitfähige Schicht aufweist, die sich in Längsrichtung zwischen den Komponenten entlang dem Halbleiterbaustein erstreckt, wobei die zusammengesetzte elektrisch leitende Schicht aus einem ersten leitfähigen Film und einem zweiten leitfähigen Film, der sich vom Material des ersten leitfähigen Films unterscheidet und diesen überdeckt, besteht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß in der zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht (5) wenigstens ein die Zwischenschichtspannungen vermindernder Abschnitt (8) vorgesehen ist, der die thermisch bedingten Spannungen zwischen dem ersten und dem zweiten Film (5a, 5b) verringert.
2. Halbleiterbaustein nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß dieser wenigstens eine die Spannungen vermindernde Bereich aus einer Vielzahl von die Spannungen verminderndenzonen (8) besteht, die in der Längsrichtung zueinander Abstände aufweisen.
3. Halbleiterbaustein nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Vielzahl elektrischer Komponenten wenigstens eine erste und eine zweite elektrische Komponente aufweisen, die durch einen Isolationsbereich voneinander abgesetzt sind, und daß die zusammengesetzte elektrisch leitfähige Schicht (5) sich über den Isolationsbereich zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Komponente erstreckt, während die die Spannungen vermindernde Zone (8) oberhalb des Isolationsbereiches angeordnet ist.
4. Halbleiterbaustein nach Anspruch 2, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß jeder der Spannungen verringernden Bereiche eine Zone der zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht aufweist, in der der erste und der zweite leitfähige Film unterschiedliche Dicke haben.
5. Halbleiterbaustein nach Anspruch 2, dadurch g e -k k e n n z e i c h n e t , daß jeder der die Spannungen vermindernden Bereiche eine Zone der zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht hat. , in der der erste oder der zweite Film unterbrochen ist.
6. Halbleiterbaustein nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der erste leitfähige Film unterbrochen ist.
7. Halbleiterbaustein nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z z e i c h n e t , daß die elektrischen Bauteile in der Längsrichtung angeordnet und durch Isolationsbereiche voneinander getrennt sind, daß die zusammengesetzte elektrisch leitfähige Schicht, die abwechselnd erste und zweite Bereiche aufweist, sich in der Längsrichtung erstreckt, wobei jeder erste Bereich einen Teil der jeweiligen elektrischen Komponente bildet, während die die Spannungen vermindernden Bereiche in den zweiten Bereichen ausgebildet sind.
8. Halbleiterbaustein nach Anspruch 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die elektrischen Komponenten MNOS-Feldeffekttransistoren sind und die ersten Bereiche der zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht Gateelektroden der einzelnen Transistoren darstellen.
9. Halbleiterbaustein nach Anspruch 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der erste und der zweite leitfähige Film ungleiche Dicke in den zweiten Bereichen der zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht haben.
10. Halbleiterbaustein nach Anspruch 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der erste oder der zweite elektrisch leitfähige Film in den zweiten Bereichen der zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht unterbrochen ist.
11. Halbleiterbaustein nach Anspruch 10, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der erste leitfähige Film in den zweiten Bereichen der zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht unterbrochen ist, wodurch der zweite leitfähige Film mit den Isolationsbereichen zwischen den elektrischen Komponenten Berührung hat.
12. Halbleiterbaustein nach Anspruch 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der erste leitfähige Film in jeden zweiten Bereich der zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht dünner als der zweite leitfähige Film ist.
13. Halbleiterbaustein nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der erste oder der zweite leitfähige Film aus polykristallinem Silizium besteht.
14. Halbleiterbaustein nach Anspruch 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der erste leitfähige Film aus polykristallinem Silizium besteht.
15. Halbleiterbaustein nach Anspruch 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der erste oder der zweite leitfähige Film aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt hergestellt ist.
16. Halbleiterbaustein nach Anspruch 14, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der zweite leitfähige Film aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt besteht.
17. Halbleiterbaustein nach Anspruch 15 oder 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Metall ein Metallsilizid ist.
18. Integrierter Halbleiterbaustein, bestehend aus einem Substrat, einer Vielzahl von Feldeffekttransistoren, die in dem Substrat in einer Längsrichtung angeordnet sind und von denen jeder einen im Substrat ausgebildeten Sourcebereich, einen Drainbereich und eine auf dem Substrat über einem Gatebereich zwischen Source und Drain ausgebildete Oxidschicht aufweist, mit Isolationsbereichen, die die Gatebereiche in der Längsrichtung trennen, und einer zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht, die sich über einer Vielzahl von Gatebereichen in der Längsrichtung erstreckt und wenigstens einen ersten und einen zweiten leitfähigen Film aufweist, wobei der zweite leitfähige Film über dem ersten leitfähigen Film liegt und die Filme von unterschiedlichem Material sind, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß in der elektrisch leitfähigen Schicht die Zwischenschichtspannungen unterbindende Bereiche (8) ausgebildet sind, die voneinander in der Längsrichtung einen Abstand haben und sich oberhalb der Isolationsbereiche (4) befinden.
19. Halbleiterbaustein nach Anspruch 18, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die die Zwischenschichtspannung unterbindende Zone (8) einen Bereich der zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht (5) umfaßt, in dem der erste und der zweite leitfähige Film unterschiedliche Dicke haben.
20. Halbleiterbaustein nach Anspruch 19, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß in den die Spannungen verhindernden Bereiche die erste leitfähige Schicht dünner als die zweite ist.
21. Halbleiterbaustein nach Anspruch 18, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die die Zwischenschichtspannungen verhindernden Zonen jeweils einen Bereich der zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Schicht (5) umfassen, in dem der erste leitfähige Film (6) unterbrochen ist, wodurch der zweite leitfähige Film (5b) die Isolationsbereiche (4) zwischen den nicht durchlaufenden Zonen der ersten leitfähigen Schicht berührt.
22. Halbleiterbaustein nach Anspruch 19 oder 21, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste leitfähige Film aus polykristallinem Silizium und der zweite leitfähige Film aus einem Metallsilizid mit hohem Schmelzpunkt besteht.