DE4126775C2 - Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungs­ struktur eines Halbleiterbauelements und ein Verfahren zu ih­ rer Herstellung, das die Herstellung eines ohmschen Kontaktes zwischen einer dünnen, unteren leitenden Schicht und einer obe­ ren Metallisierung erlaubt.

Bei den Bestrebungen, Halbleiterbauelemente von der Höchstinte­ gration zur Ultrahöchstintegration zu miniaturisieren, müssen viele Probleme in bezug auf die Verbindungen gelöst werden. Sie werden durch die geometrische Zunahme der Höhenstufen, die Mi­ niaturisierung der Kontaktöffnungen und -löcher, Beschränkungen der Beschichtung mit leitfähigem Material und schlechte An­ schlüsse, die auf die Dünnheit des Bauelements zurückzuführen sind, verursacht.

Fig. 1 zeigt einen Senkrechtschnitt eines herkömmlichen Halb­ leiterbauelements mit einer Kontaktöffnung für die Verbindung einer oberen und einer unteren leitenden Schicht. Das Halblei­ terbauelement weist ein elektrisch isoliertes Substrat 1, auf dessen Oberfläche eine dicke Isolationsschicht 2 gebildet ist, eine erste leitende Schicht 3, die auf der Isolationsschicht 2 aufgetragen und strukturiert ist und beispielsweise eine Dicke von etwa 300 bis 400 nm hat, eine dicke Isolationsschicht 4, die auf der Isolationsschicht 2 und auf der ersten leitenden Schicht 3 gebildet ist, eine Kontaktöffnung 5 zum teilweisen Freilegen der ersten leitenden Schicht 3 und zum Verbinden ei­ ner Metallisierungsschicht 6 und der ersten leitenden Schicht 3 und die Metallisierungsschicht 6 auf, die auf der teilweise freigelegten ersten leitenden Schicht 3 und auf der Isolations­ schicht 4 gebildet ist.

Die Kontaktöffnung 5 zum Verbinden der ersten leitenden Schicht 3 und der Metallisierungsschicht 6 spielt die Rolle, daß sie zu der Metallisierungsschicht Information von der ersten lei­ tenden Schicht überträgt und umgekehrt. Die Zuverlässigkeit der Informationsübertragung hängt nicht nur von den Eigenschaften der leitenden Schicht selbst, sondern auch von dem Kontakt zwi­ schen den leitenden Schichten ab.

Die in Fig. 1 gezeigte Kontaktöffnung 5 wird durch anisotropes Ätzen gebildet, beispielsweise durch reaktives Ionenätzen, das die Bildung einer integrierten Schaltung hoher Packungsdichte vereinfacht.

Die Miniaturisierung einer integrierten Schaltung durch hohe Packungsdichte der Bauelemente macht es notwendig, nicht nur die Gesamtgröße des Bauelements, sondern auch selektiv seine Breite und/oder Dicke zu verkleinern. Beispielsweise wird bei einem statischen Direktzugriffsspeicher eine Polysilizium­ schicht teilweise dünner gemacht, um in jeder Speicherzelle ei­ ne Einheit mit hohem Widerstand zu bilden, oder es wird anstel­ le der dünn gemachten Polysiliziumschicht mit hohem Widerstand ein dünner PMOS-Transistor (statischer Dünnschichttransistor-Direkt­ zugriffsspeicher) eingeführt.

Die EP-A-0 315 980 und die US Patentschriften Nr. 4 754 318 und 4 961 104 zeigen Modifikationen der in Fig. 1 gezeigten Verbindungsstruktur mit Kontaktöffnung für die Verbindung einer oberen und einer unteren leitenden Schicht. Im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Verbindungsstruktur ist in der US-A- 4 754 318 an der Kontaktstelle der oberen leitenden Schicht mit der unteren leitenden Schicht ein Kontaktkörper mit einem weiteren Kontaktelement ausgebildet. Die EP-A-0 315 980 stellt eine Weiterentwicklung der aus der US-A-4 754 318 beschriebenen Verbindungsstruktur mit ähnlichem Prinzip dar. Die US-A- 4 961 104 weist zwei Kontaktöffnungen über der unteren leitenden Schicht auf, wobei die obere leitende Schicht durch die zweite Kontaktöffnung über eine Hochwiderstandsschicht, die über der ersten, im Vergleich zur ersten Kontaktöffnung breiteren Kontaktöffnung ausgebildet ist, mit der unteren leitenden Schicht verbunden ist.

Fig. 2 ist ein Senkrechtschnitt eines Halbleiterbauelements mit einer allgemeinen Verbindungsstruktur, die eine dünne leitende Schicht hat, und stellt denselben Prozeß wie Fig. 1 dar, wobei jedoch die Dicke der ersten leitenden Schicht in Fig. 2 auf et­ wa 50 nm vermindert ist, während sie in Fig. 1 etwa 300 bis 400 nm beträgt.

Folglich wird auf einem Substrat 1, auf dem eine dünne leitende Schicht 7 auf einer Isolationsschicht 2 gebildet worden ist, eine Isolationsschicht 4 bereitgestellt. Danach wird durch an­ isotropes Ätzen, z. B. durch ein reaktives Ionenätzverfahren, eine Kontaktöffnung 5 gebildet, so daß ein Teil der dünnen lei­ tenden Schicht 7 freigelegt wird. Dann wird auf der Oberfläche der Isolationsschicht 4 und auf dem freigelegten Teil der dün­ nen leitenden Schicht 7 leitfähiges Material aufgetragen und strukturiert, wodurch die allgemeine Verbindungsstruktur, die die dünne leitende Schicht 7, die Kontaktöffnung 5 und die Me­ tallisierungsschicht 6 enthält, fertiggestellt wird.

Wenn die Kontaktöffnung 5 durch anisotropes Ätzen, z. B. durch reaktives Ionenätzen, gebildet wird, ist die Ätzselektivität der zu behandelnden Isolationsschicht 4 im Vergleich zum Ätzen der dünnen leitenden Schicht 7, z. B. einer mit Fremdatomen do­ tierten Polysiliziumschicht, nicht sehr hoch (und liegt im all­ gemeinen unter 10). Wenn die erste leitende Schicht 7 mit einer sehr geringen Dicke, d. h., mit einer Dicke von etwa 50 nm, wie es vorstehend erwähnt wurde, gebildet wird, werden infolgedes­ sen durch das vorstehend erwähnte Ätzverfahren in dem Fall, daß ein Teil der Isolationsschicht anderthalbmal so lange wie üb­ lich geätzt wird, was ein zulässiger Fehler oder eine zulässige Behandlungstoleranz ist, oder daß die Schicht mit einer viel niedrigeren Ätzselektivität geätzt wird, die Isolationsschicht 4 zusammen mit der dünnen leitenden Schicht 7 und sogar ein Teil der Isolationsschicht 2 geätzt, wodurch das Halbleitersub­ strat 1 teilweise freigelegt wird. Wenn die Metallisierungs­ schicht 6 unter diesen Bedingungen gebildet wird, wird die Me­ tallisierungsschicht direkt mit dem freigelegten Teil des Sub­ strats 1 verbunden, wodurch eine schlechte Verbindung hervorge­ rufen wird.

Ferner werden selbst in dem Fall, daß die Isolationsschicht 2 intakt gelassen wird, die gesamte freigelegte Oberfläche der dünnen leitenden Schicht und die Metallisierungsschicht, die zu verbinden sind, nur an den freigelegten Rändern der dünnen lei­ tenden Schicht 7, von der ein Teil durch das Ätzverfahren ent­ fernt worden ist, verbunden, wodurch die Kontaktfläche wesent­ lich vermindert und der ohmsche Kontakt verschlechtert wird.

Fig. 3 ist ein Senkrechtschnitt einer herkömmlichen Verbin­ dungsstruktur, der ein Verfahren vorstellt, bei dem die dünne leitende Schicht und die Metallisierungsschicht über ein zwi­ schengeschaltetes leitfähiges Material wie z. B. Metall, Silizid oder eine dicke Polysiliziumschicht indirekt verbunden werden.

Das herkömmliche Halbleiterbauelement weist ein Halbleitersub­ strat 1, das durch eine darauf gebildete dicke Isolations­ schicht 2 elektrisch isoliert ist, eine auf der Isolations­ schicht 2 strukturierte dritte leitende Schicht 8, eine dünne leitende Schicht 7, die durch eine erste zwischengeschaltete Isolationsschicht 9 von der dritten leitenden Schicht 8 iso­ liert und durch eine erste Kontaktöffnung 100 mit der dritten leitenden Schicht 8 verbunden ist, und eine Metallisierung 6 auf, die durch die erste zwischengeschaltete Isolationsschicht 9 und eine zweite zwischengeschaltete Isolationsschicht 10 von der dritten leitenden Schicht 8 isoliert ist, von der dünnen leitenden Schicht 7 nur durch die zweite zwischengeschaltete Isolationsschicht 10 isoliert ist und durch eine zweite Kon­ taktöffnung 200 mit der dritten leitenden Schicht 8 verbunden ist.

Da erstens die dünne leitende Schicht 7 durch die erste Kon­ taktöffnung 100 mit der dritten leitenden Schicht 8 verbunden ist und andererseits die dritte leitende Schicht 8 durch die zweite Kontaktöffnung 200 mit der Metallisierung 6 verbunden ist, wird gemäß dem herkömmlichen Verfahren Information, die der dünnen leitenden Schicht 7 zugeführt wird, durch die drit­ te leitende Schicht 8 zu der Metallisierung 6 übertragen und umgekehrt.

Dadurch werden schlechte ohmsche Kontakte, die auf eine Vermin­ derung der Verbindungs- bzw. Kontaktfläche zurückzuführen sind, verhindert, weil die dünne leitende Schicht mit der Metallisie­ rung verbunden wird, ohne daß die Kontaktöffnung, durch die die Metallisierung angeschlossen wird, direkt auf der dünnen lei­ tenden Schicht gebildet wird. Eine Metall-, Silizid- oder Polysiliziumschicht, die als dritte leitende Schicht verwendet wird, weist jedoch noch ein Problem auf.

Wenn Metall oder Silizid verwendet wird, wird die Art des Kon­ taktes für die Verbindung der dünnen leitenden Schicht und der dritten leitenden Schicht durch die Art des mit Fremdatomen do­ tierten Polysiliziums, das als dünne leitende Schicht verwendet wird, festgelegt, und für n-Fremdatome ist ein ohmscher Kontakt erzielbar. p-Fremdatome erzeugen dieselbe Wirkung wie ein pn-Übergang zwischen der dünnen leitenden Schicht und der dritten leitenden Schicht, wodurch ein gleichrichtender Kontakt verur­ sacht wird, der einen schlechten Kontakt herbeiführt.

Ferner wird im Fall der Verwendung von dickem Polysilizium als dritte leitende Schicht die Art der Fremdatome, mit denen die dicke Polysiliziumschicht dotiert wird, entsprechend der Fremd­ atomart des mit Fremdatomen dotierten Polysiliziums, das als dünne leitende Schicht verwendet wird, festgelegt. Für einen ohmschen Kontakt mit hoher Zuverlässigkeit ist es erwünscht, daß die zwei Fremdatomarten dieselben sind.

Die Verbindungsstruktur des gebräuchlichen Halbleiterbauelemen­ tes verhindert, daß die dünne leitende Schicht durch übermäßi­ ges Ätzen entfernt wird, verursacht jedoch wegen der Übertra­ gung von Information durch eine dritte leitende Schicht einen schlechten Kontakt, der auf Unterschiede zwischen den Eigen­ schaften der dritten leitenden Schicht und des angrenzenden Ma­ terials zurückzuführen ist.

Durch die Erfindung soll ferner eine Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements bereitgestellt werden, die einen zufrie­ denstellenden ohmschen Kontakt zwischen einer dünnen leitenden Schicht und einer Metallisierung liefert.

Des weiteren soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Her­ stellung der vorstehend beschriebenen Verbindungsstruktur be­ reitgestellt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements für die elektrische Verbindung zwischen ei­ ner dünnen leitenden Schicht und einer Metallisierung gelöst, wobei die Verbindungsstruktur ein Halbleitersubstrat, eine auf dem Substrat aufgebrachte Isolationsschicht, eine dicke leiten­ de Schicht, die auf einem bestimmten Bereich der Isolations­ schicht gebildet ist, eine erste zwischengeschaltete Isola­ tionsschicht, die die dicke leitende Schicht bedeckt, eine er­ ste Kontaktöffnung, die innerhalb der ersten zwischengeschalte­ ten Isolationsschicht auf der dicken leitenden Schicht gebildet ist, eine dünne leitende Schicht, die aus einer in der ersten Kontaktöffnung gebildeten Teil in Form von vertikalen Wänden und einer auf der ersten zwischengeschalteten Isolationsschicht gebildeten hori­ zontalen Struktur besteht, eine zweite zwischengeschaltete Iso­ lationsschicht, die die dünne leitende Schicht bedeckt, eine zweite Kontaktöffnung, die innerhalb der ersten und der zweiten zwischengeschalteten Isolationsschicht gebildet ist und die er­ ste Kontaktöffnung kreuzt, und eine Metallisierung, die die zweite Kontaktöffnung ausfüllt und auf der zweiten zwischenge­ schalteten Isolationsschicht gebildet ist, aufweist, wodurch die Kontaktfläche zwischen der Metallisierung und den dünnen leitenden Schichten vergrößert ist.

Ein Verfahren zur Herstellung der Erfindung umfaßt die folgenden Schritte: Bildung einer dicken leiten­ den Schicht direkt unter dem Bereich, wo eine Kontaktöffnung für die Verbindung der dünnen leitenden Schicht und der Metal­ lisierung gebildet werden wird; Bildung einer ersten zwischen­ geschalteten Isolationsschicht auf der gesamten Oberfläche der dicken leitenden Schicht; Bildung einer ersten Kontaktöffnung auf der ersten zwischengeschalteten Isolationsschicht; Bildung der dünnen leitenden Schicht auf der ersten zwischengeschalte­ ten Isolationsschicht und an den Wänden der ersten Kontaktöffnung; Strukturieren der dünnen leitenden Schicht; Bildung einer zweiten zwischengeschalteten Isolationsschicht auf der gesamten Oberfläche der strukturierten dünnen leitenden Schicht; Bildung einer zweiten Kontaktöffnung, die die erste Kontaktöff­ nung kreuzt, in der zweiten und der ersten zwischengeschalteten Isolationsschicht; Auftragen von leitfähigem Material auf die zweite zwischengeschaltete Isolationsschicht und in der zweiten Kontaktöffnung; und Bildung einer Metalli­ sierung durch Strukturieren des leitfähigen Materials.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Senkrechtschnitt eines Halbleiterbauelementes mit einer allgemeinen Verbindungsstruktur.

Fig. 2 ist ein Senkrechtschnitt eines Halbleiterbauelements, das eine allgemeine Verbindungsstruktur mit dünnen unteren lei­ tenden Schichten hat.

Fig. 3 ist ein Senkrechtschnitt eines herkömmlichen Halbleiter­ bauelements, bei dem die allgemeine Verbindungsstruktur verbes­ sert ist.

Fig. 4 ist eine Draufsicht, die eine erfindungsgemäße Verbin­ dungsstruktur und das Verfahren zu ihrer Herstellung veran­ schaulicht.

Fig. 5 ist eine teilweise als Schnittmodell gezeigte perspekti­ vische Zeichnung der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur ei­ nes Halbleiterbauelementes, bei der das Halbleiterbauelement entlang der Linie A-A′ von Fig. 4 durchgeschnitten ist.

Fig. 6A bis 6D sind Senkrechtschnitte, die ein erfindungsgemä­ ßes Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements veranschaulichen.

Fig. 7 ist ein Senkrechtschnitt, der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Verbindungs­ struktur zeigt.

Fig. 4 ist eine Draufsicht, die eine erfindungsgemäße Verbin­ dungsstruktur und das Verfahren zu ihrer Herstellung veran­ schaulicht.

Ein in Fig. 4 gezeigter quadratischer Bereich mit eingezeich­ neten, in größeren Abständen angeordneten schrägen Linien ist eine Maskenstruktur P2 für die Bildung einer dicken leitenden Schicht; ein in der Maskenstruktur P2 gebildeter rechteckiger Bereich, dessen lange Seiten in senkrechter Richtung verlaufen, ist eine Maskenstruktur C1 für die Bildung einer ersten Kon­ taktöffnung zur Verbindung der dicken und einer dünnen leiten­ den Schicht; ein Bereich mit eingezeichneten, in kleineren Ab­ ständen angeordneten schrägen Linien, der in waagerechter Rich­ tung lang ist, ist eine Maskenstruktur P1 für die Bildung der dünnen leitenden Schicht; ein rechteckiger Bereich, der die Ma­ skenstruktur C1 kreuzt und dessen lange Seiten in waagerech­ ter Richtung verlaufen, ist eine Maskenstruktur C2 für die Bil­ dung einer zweiten Kontaktöffnung zur Verbindung der dünnen leitenden Schicht und einer Metallisierung, und ein Bereich, in den keine Linien eingezeichnet sind und der in waagerechter Richtung lang ist, ist eine Maskenstruktur P3 für die Bildung der Metallisierung.

Fig. 5 ist eine perspektivische Zeichnung der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelementes, bei der das Halbleiterbauelement entlang der Linie A-A′ von Fig. 4 durchge­ schnitten ist.

Die in Fig. 5 gezeigte erfindungsgemäße Verbindungsstruktur ei­ nes Halbleiterbauelements weist ein Halbleitersubstrat 10, das durch eine darauf gebildete dicke Isolationsschicht 20 elek­ trisch isoliert ist, eine dicke leitende Schicht 50, die auf der Isolationsschicht 20 strukturiert ist, eine erste zwischen­ geschaltete Isolationsschicht 40, die auf der gesamten dicken Isolationsschicht gebildet und auf der dicken leitenden Schicht teilweise entfernt ist, eine dünne leitende Schicht 30, die ei­ nen Teil 30a enthält, der in Form einer vertikalen Wand in dem Hohlraum, wo die erste zwischengeschaltete Isolationsschicht 40 teilweise entfernt ist, gebildet ist, und auf dem verbleibenden Teil der ersten zwischengeschalteten Isolationsschicht struk­ turiert ist, und eine zweite zwischengeschaltete Isolations­ schicht 42 auf, die auf der strukturierten dünnen leitenden Schicht 30 und auf der übrigen ersten zwischengeschalteten Iso­ lationsschicht gebildet ist, wobei die dünne leitende Schicht 30a in Form einer vertikalen Wand eine größere Verbindungs- bzw. Kontaktfläche und dadurch einen zuverlässigen ohmschen Kontakt ermöglicht.

Eine nähere Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauele­ ments folgt unter Bezugnahme auf Fig. 6A bis 6D.

Fig. 6A erläutert das Verfahren der Bildung einer ersten Kon­ taktöffnung 100 auf der ersten zwischengeschalteten Isolations­ schicht 40. Wie in Fig. 6A gezeigt ist, wird das Halbleitersub­ strat 10 elektrisch isoliert, indem auf der gesamten Oberfläche des Substrats 10 eine dicke Isolationsschicht 20 gebildet wird, und auf die Isolationsschicht wird eine dicke leitende Schicht aus einem Material wie z. B. Polysilizium aufgetragen. Die Poly­ siliziumschicht kann durch ein besonderes Verfahren für die Bildung der Verbindungsstruktur gebildet werden, jedoch wird diese Schicht in vielen Fällen durch einen verlängerten Teil irgendeiner dicken Polysiliziumschicht gebildet, die während der Bildung des Halbleiterbauelements hergestellt wird.

Beispielsweise erfordert bei einem statischen Voll-CMOS-Direkt­ zugriffsspeicher eine normale Schaltkreisstruktur, bei der ein MOS-Transistor verwendet wird, viele Gateelektroden, die ober­ halb und unterhalb einer zwischengeschalteten Isolationsschicht gebildet sind, so daß die dicke Polysiliziumschicht leicht be­ reitgestellt werden kann. In beiden Fällen, d. h., in dem Fall, daß die dicke leitende Schicht ein verlängerter Teil der umge­ benden Schaltung ist, und in dem Fall, daß sie durch ein zu­ sätzliches Verfahren gebildet wird, kommt es nicht auf die Art der Fremdatome an, mit denen das Polysilizium dotiert ist, weil die dicke leitende Schicht anders als bei der bekannten Verbin­ dungsstruktur nicht als Informationsübertragungsmittel wirkt. Ferner erfolgt keine Dotierung mit Fremdatomen, wenn die Poly­ siliziumschicht durch ein zusätzliches Verfahren gebildet wird.

Die Polysiliziumschicht wird dann unter Anwendung der Masken­ struktur P2 strukturiert, um eine dicke leitende Schicht 50 zu bilden, und auf die gesamte dicke leitende Schicht und die Iso­ lationsschicht wird ein dickes Isolatormaterial aufgetragen, um eine erste zwischengeschaltete Isolationsschicht 40 zu bilden.

Unter Anwendung der Maskenstruktur C1 wird in der ersten zwi­ schengeschalteten Isolationsschicht 40 durch anisotropes Ätzen, z. B. durch reaktives Ionenätzen, eine erste Kontaktöffnung 100 gebildet. Zu dieser Zeit wirkt bei dem Ätzverfahren die dicke leitende Schicht 50 als eine das Ätzen anhaltende Schicht.

Fig. 6B erläutert das Verfahren der Bildung einer dünnen lei­ tenden Schicht 30 und einer zweiten zwischengeschalteten Isola­ tionsschicht 42. Wie in Fig. 6B gezeigt ist, wird eine dünne leitende Schicht wie z. B. mit Fremdatomen dotiertes Polysili­ zium in einer Dicke von etwa 50 nm auf die gesamte Oberfläche der ersten zwischengeschalteten Isolationsschicht 40, in der die erste Kontaktöffnung 100 gebildet worden ist, aufgetragen und unter Anwendung der Maskenstruktur P1 strukturiert, um die dünne leitende Schicht 30 zu bilden.

Dann wird die zweite zwischengeschaltete Isolationsschicht 42 fertiggestellt, indem Isolatormaterial aufgetragen und seine Oberfläche geebnet wird. Als Isolatormaterial ist irgendein Ma­ terial zulässig, das Isolatorwirkung zeigt, jedoch wird ange­ merkt, daß es dieselbe oder eine ähnliche Ätzselektivität wie das Isolatormaterial der ersten zwischengeschalteten Isolati­ onsschicht 40 haben muß.

Fig. 6C erläutert das Verfahren der Bildung einer zweiten Kon­ taktöffnung 200. Wie in Fig. 6C gezeigt ist, wird auf die gesamte Oberfläche der zweiten zwischengeschalteten Isolations­ schicht 42 eine photoempfindliche Schicht aufgetragen und unter Anwendung der Maskenstruktur C2 strukturiert, um eine photoemp­ findliche Schichtstruktur 70 zu bilden. Dann wird auf der zwei­ ten zwischengeschalteten Isolationsschicht 42 eine zweite Kon­ taktöffnung 200 gebildet, indem das Substrat, auf dem die pho­ toempfindliche Schichtstruktur 70 gebildet worden ist, einem Gas für anisotropes Ätzen ausgesetzt wird. Das Verfahren zum anisotropen Ätzen ist dasselbe wie das Verfahren zur Bildung der ersten Kontaktöffnung. Die zweite Kontaktöffnung 200, die mittels der Maskenstruktur C2 gebildet worden ist, kreuzt die erste Kontaktöffnung 100, die mittels der Maskenstruktur C1 ge­ bildet worden ist.

Es folgen nähere Einzelheiten über experimentelle Tatsachen, die während des Verfahrens zum anisotropen Ätzen für die Bil­ dung der zweiten Kontaktöffnung festgestellt werden. Das Mate­ rial, das durch das Ätzverfahren zu entfernen ist, sollte auf die zweite zwischengeschaltete Isolationsschicht 42 beschränkt sein. Wenn die dünne leitende Schicht jedoch sehr dünn ist, das heißt, eine Dicke von etwa 50 nm hat, wie es vorstehend näher beschrieben worden ist, wird in dem Fall, daß ein Teil der zweiten zwischengeschalteten Isolationsschicht 42 anderthalbmal so lange wie bei der normalen Ätzdauer geätzt wird, was ein zu­ lässiger Fehler oder eine zulässige Behandlungstoleranz ist, oder daß die Ätzselektivität der zweiten zwischengeschalteten Isolationsschicht im Vergleich zum Ätzen der dünnen leitenden Schicht abnimmt, nicht nur die zwischengeschaltete zweite Iso­ lationsschicht 42, sondern die zwischengeschaltete zweite Iso­ lationsschicht 42 zusammen mit der dünnen leitenden Schicht 30 geätzt, und gleichzeitig wird auch ein Teil der ersten zwi­ schengeschalteten Isolationsschicht 40 geätzt, so daß die dicke leitende Schicht 50 teilweise freigelegt wird. Die dicke leitende Schicht 50 wirkt als eine das Ätzverfahren anhalten­ de Schicht, und ein, Teil der dünnen leitenden Schicht, der an der inneren Seitenwand der ersten Kontaktöffnung gebildet ist, bleibt ungeätzt, weil wegen des anisotrop erfolgenden Ätzvor­ gangs zwar der horizontal angeordnete Teil der dünnen leitenden Schicht, der sehr dünn ist, weggeätzt wird, jedoch der vertikal angeordnete Teil der dünnen leitenden Schicht an der inneren Seitenwand der ersten Kontaktöffnung, der in der Richtung des anisotropen Ätzens nicht dünn ist, nicht weggeätzt wird, so daß ein Teil der dünnen leitenden Schicht in Form von vertikalen Wänden zurückbleibt.

Die dünne leitende Schicht 30a in Form einer vertikalen Wand liefert eine Verbindungs- bzw. Kontaktfläche, die den beiden Seiten und der Oberseite von jedem der Metallkontakte gleich ist, wodurch ein zuverlässiger ohmscher Kontakt ermöglicht wird.

Fig. 6D erläutert das Verfahren der Bildung einer Metallisie­ rung 60. Auf die gesamte Oberfläche des Substrats, das derart aufgebaut ist, daß sich die erste Kontaktöffnung und die zweite Kontaktöffnung kreuzen, wird ein leitfähiges Material aufgetra­ gen und unter Anwendung der Maskenstruktur P3 strukturiert, wo­ durch die Metallisierung 60 fertiggestellt wird.

Folglich wird die Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauele­ ments in der Weise hergestellt, daß sich die erste Kontaktöff­ nung und die zweite Kontaktöffnung kreuzen, daß die dicke lei­ tende Schicht unter der gekreuzten Kontaktöffnungsstruktur ge­ bildet wird und daß die dicke leitende Schicht 50, die dünne leitende Schicht 30 und die Metallisierung 60 durch die ge­ kreuzte Struktur miteinander in Kontakt sind.

Fig. 7 ist ein Senkrechtschnitt eines Halbleiterbauelements, bei dem die erfindungsgemäße Verbindungsstruktur verwendet wird.

Bei einem statischen Direktzugriffsspeicher wird als Lastele­ ment jeder Speicherzelle ein mit Polysilizium gebildetes Bau­ element mit hohem Widerstand verwendet. Ein Widerstandsbauele­ ment mit 10 TΩ für die Herstellung eines zuverlässigen stati­ schen Megabit-Direktzugriffsspeichers, wobei der Ruhestrom bei einem bestimmten in µA gemessenen Pegel gehalten wird, weist jedoch bei der Fertigung im Hinblick auf die Aktivierungsener­ gie des Polysilizium-Widerstandsbauelements und den Niederspan­ nungsbetrieb des Bauelements viele Schwierigkeiten auf, weshalb ein Verfahren zur Anwendung eines dünnen Polysilizium-PMOS als Lastelement vorgeschlagen worden ist.

Der statische PMOS-Dünnschichttransistor-Direktzugriffsspeicher ist eine neue statische RAM-Zelle, die derart hergestellt wird, daß auf einem Halbleitersubstrat ein NMOS-Bauelement, das aus der statischen RAM-Zelle besteht, gebildet, darauf eine Isola­ tionsschicht aufgetragen und auf der Isolationsschicht ein aus einem dünnen Polysilizium hergestellter PMOS-Transistor gebil­ det wird.

Bei dem neuen statischen RAM wird der PMOS-Transistor als Last­ element verwendet, und seine elektrischen Eigenschaften variie­ ren in Abhängigkeit von der Dicke des Polysiliziums, aus dem der PMOS gebildet ist. Aus vielen Mitteilungen geht hervor, daß die elektrischen Eigenschaften des Polysiliziums um so besser werden, je dünner es ist.

Das in Fig. 7 gezeigte Halbleiterbauelement enthält eine Isola­ tionsschicht 20, die zur elektrischen Isolierung auf einem Sub­ strat 15 gebildet ist, auf dem ein NMOS-Transistor gebildet ist, und auf der Isolationsschicht sind ein Dünnschichttransis­ tor und eine Metallisierung 600 gebildet. Der Dünnschichttran­ sistor besteht aus einer Gateelektrode 52, einem Kanalbereich 300b und einem p-Fremdatom-Diffusionsbereich 300. Eine Seite des p-Fremdatom-Diffusionsbereichs 300 ist mit der Metallisie­ rung 600 verbunden, und unter dem Bereich für die Verbindung des p-Fremdatom-Diffusionsbereichs 300 mit der Metallisierung 600 ist eine dicke Polysiliziumschicht 54 gebildet, die sich zu einer anderen Gateelektrode erstreckt. Die erfindungsgemäße Ver­ bindungsstruktur wird angewandt, um den Fremdatom-Diffusionsbe­ reich 300 mit der Metallisierung 600 zu verbinden.

Die erfindungsgemäße Verbindungsstruktur und das erfindungsge­ mäße Verfahren zur Herstellung der Verbindungsstruktur können folglich auf irgendein Halbleiterbauelement angewandt werden, bei dem eine dicke leitende Schicht unter einer dünnen leiten­ den Schicht gebildet wird und die zwei leitenden Schichten mit­ einander verbunden werden, wodurch ein zuverlässiger ohmscher Kontakt ermöglicht wird, obwohl die dünne leitende Schicht und die Metallisierung direkt verbunden werden.

Claims (8)

1. Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements für die elektrische Verbindung zwischen einer dünnen leitenden Schicht (30) und einer Metallisierung (60) mit einem Halbleitersubstrat (10), einer auf dem Substrat aufgebrachte Isolationsschicht (20), einer dicken leitenden Schicht (50), die auf einem bestimmten Bereich der Isolationsschicht (20) gebildet ist, einer ersten zwischengeschalteten Isolationsschicht (40), die die dicke leitende Schicht (50) bedeckt, eine erste Kontaktöffnung (100), die innerhalb der ersten zwischengeschalteten Isola­ tionsschicht (40) auf der dicken leitenden Schicht (50) gebil­ det ist, einer dünnen leitende Schicht (30), die aus einem in der ersten Kontaktöffnung gebildeten Teil (30a) in Form von vertikalen Wänden und einer auf der ersten zwischengeschalte­ ten Isolationsschicht (40) gebildeten horizontalen Struktur (30) besteht, einer zweiten zwischengeschalteten Isolations­ schicht (42), die die dünne leitende Schicht (30) bedeckt, einer zweiten Kontaktöffnung (200), die innerhalb der ersten und der zweiten zwischengeschalteten Isolationsschicht (40, 42) gebildet ist und die erste Kontaktöffnung (100) kreuzt, und einer Metallisierung (60), die die zweite Kontaktöffnung (200) ausfüllt und auf der zweiten zwischengeschalteten Isolationsschicht (42) gebildet ist, wodurch die Kontaktfläche zwischen der Metallisierung (60) und der dünnen leitenden Schicht (30) vergrößert ist.

2. Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, bei der die dicke leitende Schicht (50) größer als der Kreuzungsbereich der ersten Kon­ taktöffnung (100) und der zweiten Kontaktöffnung (200) ist.

3. Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, bei der die dicke leitende Schicht (50) aus Polysilizium besteht.

4. Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, bei der die dünne leitende Schicht (30) aus mit Fremdatomen dotiertem Polysilizium besteht.

5. Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, bei der die erste zwischen­ geschaltete Isolationsschicht (40) und die zweite zwischenge­ schaltete Isolationsschicht (42) aus Isolatormaterialien beste­ hen, die dieselben oder ähnliche Ätzselektivitäten haben.

6. Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements für die elektrische Verbindung zwischen einer dünnen leitenden Schicht (30) und einer Metallisierung (60) mit den folgenden Schritten:
Bildung einer dicken leitenden Schicht (50) direkt unter dem Bereich, wo eine Kontaktöffnung für die Verbindung der dünnen leitenden Schicht (30) mit der Metallisierung (60) gebildet wird;
Bildung einer ersten zwischengeschalteten Isolationsschicht (40) auf der gesamten Oberfläche der dicken leitenden Schicht (50);
Bildung einer ersten Kontaktöffnung (100) auf der ersten zwi­ schengeschalteten Isolationsschicht (40);
Bildung der dünnen leitenden Schicht (30) auf der ersten zwi­ schengeschalteten Isolationsschicht (40) und an den Wäden der ersten Kontaktöffnung (100);
Strukturieren der dünnen leitenden Schicht (30);
Bildung einer zweiten zwischengeschalteten Isolationsschicht (42) auf der gesamten Oberfläche der strukturierten dünnen leitenden Schicht (30);
Bildung einer zweiten Kontaktöffnung (200), die die erste Kon­ taktöffnung (100) kreuzt, in der zweiten und der ersten zwi­ schengeschalteten Isolationsschicht (42, 40);
Auftragen von leitfähigem Material auf die zweite zwischenge­ schaltete Isolationsschicht (42) und in der zweiten Kontakt­ öffnung (200); und
Bildung einer Metallisierung (60) durch Strukturieren des leitfähigen Materials.

7. Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 6, bei dem die dicke leitende Schicht (50) größer als der Bereich ist, wo sich die erste Kontaktöffnung (100) und die zweite Kontakt­ öffnung (200) kreuzen.

8. Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 6, bei dem die erste zwischengeschaltete Isolationsschicht (40) und die zweite zwischengeschaltete Isolationsschicht (42) aus Iso­ latormaterialien hergestellt werden, die dieselben oder ähnli­ che Ätzselektivitäten haben.