DE3634850A1

DE3634850A1 - Verfahren zur herstellung einer groesstintegrierten halbleiter-schaltungseinrichtung vom standardscheibentyp

Info

Publication number: DE3634850A1
Application number: DE19863634850
Authority: DE
Inventors: Hisayasu Sato; Takashi Nishimura; Norio Higashisaka; Shuichi Kato
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-10-15
Filing date: 1986-10-13
Publication date: 1987-04-23
Also published as: JPH0373147B2; DE3634850C2; JPS6289341A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer größtintegrierten Halbleiter-Schaltungseinrichtung vom Standardscheibentyp und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Widerstandselementen in dieser Schaltungseinrichtung zur Bildung von zum Beispiel bipolaren logischen Schaltungen und dergleichen.

In der Fig. 3 ist eine konventionelle größtintegrierte Halbleiter-Schaltungseinrichtung vom Standardscheibentyp dargestellt. Diese Schaltungseinrichtung ist mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet und weist eine Mehrzahl von Zellen 7 auf, die jeweils eine Mehrzahl von Transistoren 8 und Widerständen 9 enthalten. Die Zellen 7 sind in der Schaltungseinrichtung 6 gruppenweise entlang einer Mehrzahl von Geraden angeordnet, die parallel zueinander liegen. In der Fig. 4 ist der Aufbau einer Zelle 7 genauer dargestellt. Die bereits erwähnten Transistoren 8 und Widerstände 9 sind innerhalb einer Zelle 7 getrennt voneinander angeordnet.

Im allgemeinen besitzt eine größtintegrierte Halbleiter-Schaltungseinrichtung vom Standardscheibentyp Zellen 7, die in gleicher Weise aufgebaut sind, wie in Fig. 3 angedeutet ist. Zur Bildung einer bipolaren logischen Schaltung, beispielsweise zur Bildung einer emittergekoppelten logischen Schaltung, sind verschiedene Widerstände erforderlich, so daß es zur Realisierung unterschiedlicher logischer Schaltungen notwendig ist, im voraus verschiedene Arten von Widerständen in den jeweiligen Zellen zu erzeugen, und zwar während des Standardprozesses zur Herstellung der Schaltungselemente, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Aufgrund der gleichen Zellenausbildung kann jedoch nur eine beschränkte Anzahl von logischen Schaltungen verwirklicht werden, so daß der Nutzungsgrad der Zellen bzw. Elemente relativ klein ist. Es wurden daher Überlegungen angestellt, während des Standardprozesses innerhalb der einzelnen Zellen nur noch Transistoren mit untereinander gleicher Verteilung zu erzeugen, und während des Scheibenbearbeitungsprozesses zur Realisierung der Leitungsverbindungen zwischen den Elementen auch die Widerstände zu bilden, und zwar mit Hilfe polykristallinen Siliziums.

Während des Scheibenbearbeitungsprozesses mußte also auch die polykristalline Siliziumschicht erzeugt werden, so daß der Scheibenbearbeitungsprozeß sich relativ schwierig gestaltete und zu verlängerten Produktionszeiten sowie zu erhöhten Produktionskosten führte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer größtintegrierten Halbleiter-Schaltungseinrichtung vom Standardscheibentyp anzugeben, bei dem ein höherer Nutzungsgrad der einzelnen Zellen erreicht wird und der Scheibenbearbeitungsprozeß vereinfacht ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Unteranspruch zu entnehmen.

Ein Verfahren zur Herstellung einer größtintegrierten Halbleiter-Schaltungseinrichtung vom Standardscheibentyp nach der Erfindung mit
- einem Standardprozeß zur Herstellung von Schaltungselementen in einem Halbleitersubstrat, und
- einem Scheibenbearbeitungsprozeß zur Herstellung von Leitungsverbindungen zwischen den Schaltungselementen zeichnet sich dadurch aus, daß
- im Standardprozeß neben der Herstellung von Halbleiterelementen im Halbleitersubstrat eine polykristalline und als Widerstandselement dienende Siliziumschicht auf einem Oxidfilm nach Bildung des Oxidfilms zur elektrischen Abtrennung bzw. Isolierung der Halbleiterelemente erzeugt wird, und
- im Scheibenbearbeitungsprozeß auf der polykristallinen Siliziumschicht eine einen hohen Schmelzpunkt aufweisende Metallsilicidschicht bereichsweise so aufgebracht wird, daß das die polykristalline Siliziumschicht aufweisende Widerstandselement einen gewünschten Widerstandswert annimmt, Elektroden auf der den hohen Schmelzpunkt aufweisenden Metallsilicidschicht aufgebracht und die Halbleiterelemente mit den Widerstandselementen durch Leitungen verbunden werden. Die Leitungsverbindungen können beispielsweise durch Drähte realisiert werden.

Vorteilhaft kann die einen hohen Schmelzpunkt aufweisende Metallsilicidschicht so aufgebracht werden, daß der Widerstandswert des die polykristalline Siliziumschicht aufweisenden Widerstandselementes während des Scheibenbearbeitungsprozesses mehrere Ohm bis mehrere zehn Ohm annimmt. Die Größe des Widerstandswertes des Widerstandselementes kann also durch den Grad der Bedeckung der polykristallinen Siliziumschicht durch die Metallsilicidschicht (Siliziummetallverbindung) bestimmt werden.

Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine größtintegrierte Halbleiter-Schaltungseinrichtung vom Standardscheibentyp zur Erläuterung ihrer Herstellungsweise,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die größtintegrierte Halbleiter-Schaltungseinrichtung vom Standardscheibentyp nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine konventionelle größtintegrierte Halbleiter-Schaltungseinrichtung vom Standardscheibentyp und

Fig. 4 eine Zelle der Schaltungseinrichtung nach Fig. 3.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 1 näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Strukturquerschnitt zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens eines Widerstandselementes mit polykristallinem Silizium auf der größtintegrierten Halbleiter-Schaltungseinrichtung vom Standardscheibentyp zur Bildung einer zum Beispiel emittergekoppelten logischen Schaltung. Die Schichtstruktur enthält einen Oxidfilm 1, eine auf dem Oxidfilm 1 liegende polykristalline Siliziumschicht 2, eine auf der polykristallinen Siliziumschicht 2 liegende Metallsilicidschicht 3 mit hohem Schmelzpunkt, einen auf der polykristallinen Siliziumschicht 2 gebildeten Isolationsfilm 4, in dem sich zwei Öffnungen 5 a im Bereich der Schicht 3 befinden, sowie zwei Elektroden 5, die durch die Öffnungen 5 a hindurchragen.

Im nachfolgenden wird das Herstellungsverfahren näher erläutert.

In einem Standardprozeß werden nicht dargestellte Transistoren sowie ein Oxidfilm 1 zur elektrischen Abtrennung der Transistoren auf einem Halbleitersubstrat gebildet, wobei eine polykristalline Siliziumschicht auf der gesamten Oberfläche des Oxidfilms 1 erzeugt wird. Nach Injektion von Dotierungsmaterial wird die in Fig. 1 gezeigte polykristalline Siliziumschicht 2 durch abschnittsweises Entfernen dieser Schicht erhalten.

In einem weiteren sogenannten Scheibenbearbeitungsprozeß wird eine Metallsilicidschicht 3 mit hohem Schmelzpunkt bereichsweise auf der polykristallinen Siliziumschicht 2 gebildet. Anschließend wird ein Isolationsfilm 4 erzeugt, der die gesamte Oberfläche der einen hohen Schmelzpunkt aufweisenden Metallsilicidschicht 3 überdeckt und z. B. auch mit der polykristallinen Siliziumschicht 2 in einem Oberflächenbereich in Kontakt kommt, in dem sich keine Metallsilicidschicht 3 befindet. In den Isolationsfilm 4 werden im Bereich der Metallsilicidschicht 3 Öffnungen 5 a eingebracht, in die Elektroden 5 eingeführt werden, die mit der Metallsilicidschicht 3 in Kontakt stehen. Über diese Elektroden 5 wird das auf diese Weise erhaltene Widerstandselement mit den Transistoren zum Beispiel über Leitungsdrähte verbunden.

Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Widerstandselement aus polykristallinem Silizium. Entsprechend der Fig. 2 besitzt die polykristalline Siliziumschicht 2 eine Breite W und eine Länge L _p in dem Bereich, der nicht von der einen hohen Schmelzpunkt aufweisenden Metallsilicidschicht 3 bedeckt ist. Die Abstände der Ränder der Metallsilicidschicht 3 zu den jeweils nächstliegenden Rändern der Öffnungen 5 a sind mit L _s1 und L _s2 bezeichnet. Diese Abschnitte schließen sich unmittelbar an die Länge L _p an. Der Gesamtwiderstandswert R des Widerstandselements läßt sich somit durch die folgende Gleichung ausdrücken:

Hierin bedeuten ρ s der Schichtwiderstand der Metallsilicidschicht mit hohem Schmelzpunkt und ρ p der Schichtwiderstand der polykristallinen Siliziumschicht mit den genannten Verunreinigungen.

Üblicherweise ist ρ s ≅ mehrere Ω/(Ohm/Flächenelement), ρ p ≅ mehrere hundert bis mehrere tausend Ω/ und ρ s « ρ p. Der erste und der dritte Ausdruck in der obigen Gleichung (1) können somit im Vergleich zum zweiten Ausdruck vernachläßigt werden. Das bedeutet, daß sich der Gesamtwiderstandswert R des Widerstandselementes näherungsweise zu: ergibt. Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist es möglich, einen gewünschten Widerstandswert für das Widerstandselement mit polykristallinem Silizium durch bereichsweise Bildung einer Metallsilicidschicht mit hohem Schmelzpunkt zu erhalten.

Ist die gesamte Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht mit der Metallsilicidschicht mit hohem Schmelzpunkt bedeckt, so läßt sich darüber hinaus der Gesamtwiderstandswert R durch folgende Gleichung ausdrücken:

Hierin ist L _s der Abstand zwischen den beiden Öffnungen 5 a. Besitzt der Abstand L _s einen Wert, der nahe bei einem Mehrfachen der Breite W liegt, so beträgt der Widerstandswert R mehrere Ohm bis mehrere zehn Ohm, so daß eine Benutzung als Leitung möglich ist.

Entsprechend der Erfindung wird eine als Widerstandselement benutzte polykristalline Siliziumschicht in einem Standardprozeß hergestellt. In einem Scheibenbearbeitungsprozeß wird eine einen hohen Schmelzpunkt aufweisende Metallsilicidschicht bereichsweise auf der polykristallinen Siliziumschicht gebildet. Der Scheibenbearbeitungsprozeß umfaßt daher nur wenige Verfahrensschritte und ist relativ unkompliziert, so daß eine Zelle mit hohem Nutzungsgrad erhalten wird. Darüber hinaus läßt sich der Schaltungsaufbau bzw. Schaltungsstrom in jeder Zelle leicht variieren.

Selbstverständlich lassen sich gemäß der Erfindung nicht nur emittergekoppelte logische Schaltungen sondern auch bipolare logische Schaltungen realisieren, in denen ebenfalls die oben genannten Widerstände zur Bildung derselben Effekte zum Einsatz kommen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer größtintegrierten Halbleiter-Schaltungseinrichtung vom Standardscheibentyp, mit
- einem Standardprozeß zur Herstellung von Schaltungselementen in einem Halbleitersubstrat und
- einem Scheibenbearbeitungsprozeß zur Herstellung von Leitungsverbindungen zwischen den Schaltungselementen, dadurch gekennzeichnet, daß
- im Standardprozeß neben der Herstellung von Halbleiterelementen im Halbleitersubstrat eine polykristalline und als Widerstandselement dienende Siliziumschicht (2) auf einem Oxidfilm (1) nach Bildung des Oxidfilms (1) zur elektrischen Abtrennung der Halbleiterelemente erzeugt wird, und
- im Scheibenbearbeitungsprozeß auf der polykristallinen Siliziumschicht (2) eine einen hohen Schmelzpunkt aufweisende Metallsilicidschicht (3) bereichsweise so aufgebracht wird, daß das die polykristalline Siliziumschicht (2) aufweisende Widerstandselement einen gewünschten Widerstandswert (R) annimmt, Elektroden (5) auf der den hohen Schmelzpunkt aufweisenden Metallsilicidschicht (3) aufgebracht und die Halbleiterelemente mit den Widerstandselementen durch Leitungen verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen hohen Schmelzpunkt aufweisende Metallsilicidschicht (3) so aufgebracht wird, daß der Widerstandswert (R) des die polykristalline Siliziumschicht (2) aufweisenden Widerstandselementes während des Scheibenbearbeitungsprozesses mehrere Ohm bis mehrere zehn Ohm annimmt.