DE69128925T2

DE69128925T2 - Halbleiterbauelement mit vergrabenen Kontakten die gegen Durchbruch geschützt sind und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69128925T2
Application number: DE69128925T
Authority: DE
Inventors: Neil B Henis; Richard W Mauntel; Louis C Parrillo
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1990-11-26
Filing date: 1991-11-04
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2011-11-05
Also published as: KR0174546B1; EP0487937A1; EP0487937B1; JP2797798B2; SG46296A1; US5208168A; DE69128925D1; KR920010962A; JPH04290223A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente und ein Herstellungsverfahren und insbesondere auf Halbleiterbauelemente mit verdeckten Kontakten zu einem tiefer liegenden dotierten Gebiet, wie eine Source-Drain-Gebiet eines MOS- Transistors, und auf Verfahren zu deren Herstellung.

Hintergrund der Erfindung

In integrierten Schaltungen ist ein herkömmliches Merkmal ein verdeckter Kontakt, welcher ein Kontakt von einem Streifen eines leitenden Materials, wie ein Metall, Metallsilizium oder dotiertem polykristallinen Silizium (Polysilizium), zu einem dotierten Halbleitersubstratgebiet, wie eine Source/ Drain-Gebiet oder ein ähnliches Gebiet. Das typische Verfahren bei der Ausbildung eines verdeckten Kontakts erfordert erstens die Ausbildung einer Vielzahl von Feldoxid- oder Isolationsgebiete auf und in der Oberfläche einer dotierten Senke oder Wanne aus Halbleitermaterial oder auf der dotierten Oberfläche des Substrats selbst. Eine dielektrische Materialschicht, wie Siliziumdioxid oder ähnliches, wird als nächstes über dem Substrat ausgebildet und Kontaktlöcher werden durch das dielektrische Material geschnitten. Der Kontakt zu dem Substrat wird durch Ausbilden einer Schicht von dotiertem Polysilizium erlangt, welche sich wenigstens ein Stück in oder über das Loch erstreckt, und durch Diffundieren von Störstellenatomen aus den Polysilizium in das Substrat, um ein dotiertes Kontaktgebiet in dem Substrat auszubilden.
Da jedoch Höchstintegrationsbauelemente (VLSI) immer kleiner angefertigt werden und die Anzahl von Komponenten in einem Bauelement ansteigt, müssen Kontakte, wie verdeckte Kontakte die auf jeder Seite eines Isolationsgebiets liegen, enger beieinander plaziert werden. Die enge Plazierung der verdeckten Kontakte in einem Bauelement kann in der Überlappung der Verarmungsgebiete resultieren, welche mit dem dotierten Kontaktgebiet eines jeden Kontakts in Verbindung steht. Die Überlappung der Verarmungsgebiete resultiert dann in einem Eehlerstrom zwischen den Kontakten. Dieses Problem wird seitlicher Durchgriff genannt und kann bei verdeckten Kontakten eintreten, die entweder mit n- oder p-Dotierungsmitteln dotiert sind. Der seitliche Durchgriff ist ein spezielles Problem wenn die Strukturelemente der Bauelemente kleiner werden und die verdeckten Kontakte enger zueinander angeordnet sind. Ein vertikaler Durchgriff kann auch eintreten, von einem verdeckten Kontaktgebiet über eine Senke von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp zu dem Substrat, welches vom selben Leitfähigkeitstyp wie die verdeckten Kontaktgebiete ist.
Schichten oder Gebiete zusätzlicher Dotierung um dotierte Gebiete herum, wie die Source- und Draingebiete, sind im allgemeinen nicht unbekannt. Zum Beispiel sind statische Speicherzellen mit wahlfreiem Zugriff (SRAM) mit 6 Transistoren gewöhnlich mit einem Feldeffekttransistor in einem n- Senkengebiet und einer Diode in dem p-Draingebiet ausgebildet. Jedoch sind in der 6-Transistor-SRAM-Zelle vorhandene verdeckte Kontakte nicht gegen Durchgriff geschützt. Weiterhin sind gegendotierte Source- und Draingebiete bekannt, die stark dotierte Gebiete um die Source- und Draingebiete eines Metalloxidhalbleitertransistors (MOS) besitzen. Siehe beispielsweise Patent Abstracts of Japan, Vol.14, no.421, September 11, 1990 & JP-A-2-162739. Die umliegenden Strukturelemente, die in dem 6-Transistor-SRAM und dem gegendotierten Source-Drain verwendet werden, sind innerhalb oder Teil der individuellen Transistoren und sind nicht korrekt dotiert, um irgendeine Art der elektrischen Durchgriffsverhinderung bereitzustellen. Deshalb stellen Bauelemente nach den Stand der Technik keine Durchgriffsverhinderungsfunktion für verdeckte Kontakte bereit, die mit separaten Bauelementen in geringer Nähe zueinander in Verbindung stehen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung ein Halbleiterbauelement mit einer Vielzahl von gegen Durchgriff geschützten Kontakten bereit, umfassend:
ein Halbleitersubstratgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Hauptoberfläche;
ein Isolationsgebiet, welches einen ersten Abschnitt der Hauptoberfläche überdeckt;
eine dielektrische Schicht, welche einen zweiten Abschnitt der Hauptoberfläche überdeckt;
eine Vielzahl von Kontaktöffnungen in der dielektrischen Schicht, angrenzend an das Isolationsgebiet;
eine Vielzahl von dotierten Gebieten zur Durchgriffsverhinderung mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in dem Substratgebiet unter den Kontaktöffnungen,
eine Vielzahl von dotierten Kontaktgebieten eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Hauptoberfläche unter den Kontaktöffnungen und sich zu den dotierten Gebieten zur Durchgriffsverhinderung erstreckend, welche die Gebiete zur Durchgriffsverhinderung von der Hauptoberfläche trennen; und
wenigstens eine leitende Schicht, die einen Abschnitt des Isolationsgebiets und einen Abschnitt der dieelektrischen Schicht überdeckt und die sich wenigstens in eine der Kontaktöffnungen erstreckt, welche einen elektrischen Kontakt zu wenigstens einem der dotierten Kontaktgebiete bilden, wobei wenigstens die eine leitende Schicht eine Gateelektrode eines Transistors bildet, der gegenüber dem Isolationsgebiet von dem wenigstens einen der Kontaktgebiete liegt.
Gemäß einem anderen Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Halbleiterbauelementgebiets mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, welches eine Hauptoberfläche besitzt und darin erste und zweite aktive Gebiete besitzt, die durch ein Isolationsgebiet getrennt sind;
Ausbilden von unter der Oberfläche befindlichen Gebieten zur Durchgriffsverhinderung mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in ausgewählten Abschnitten der ersten und zweiten aktiven Gebiete;
Ausbilden dotierter Kontaktgebiete eines zweiten Leitfähigkeitstyps in den ersten und zweiten aktiven Gebieten, angrenzend an das Isolationsgebiet, welche sich von der Hauptoberfläche zu den sich unter der Oberfläche befindlichen Gebieten zur Durchgriffsverhinderung erstrecken, wobei die sich unter der Oberfläche befindlichen Gebiete zur Durchgriffsverhinderung um einen unteren Bereich der dotierten Kontaktgebiete liegen und von der Hauptoberfläche durch die dotierten Kontaktgebiete getrennt sind; und
Ausbilden einer dotierten leitenden Schicht mit einem Abschnitt, der einen elektrischen Kontakt mit wenigstens einem der dotierten Kontaktgebiete in dem ersten aktiven Gebiet bildet und welcher sich über das Isolationsgebiet erstreckt, um eine Gateelektrode in dem zweiten aktiven Gebiet zu bilden.
Durch Umsetzen der Erfindung wird ein Halbleiterbauelement mit einer Vielzahl von gegen Durchgriff geschützten verdeckten Kontakten bereitgestellt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Hauptoberfläche bereitgestellt. Ein Isolationsgebiet überdeckt einen ersten Abschnitt der Hauptoberfläche und eine dielektrische Schicht überdeckt einen zweiten Abschnitt der Hauptoberfläche. Eine Vielzahl von Kontaktöffnungen ist in der dielektrischen Schicht ausgebildet, angrenzend an das Isolationsgebiet. Ein dotiertes Gebiet zur Durchgriffsverhinderung vom ersten Leitfähigkeitstyp liegt unter den Kontaktöffnungen in dem Substrat. Ein dotiertes Kontaktgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps erstreckt sich von der Hauptoberfläche innerhalb jeder Kontaktöffnung zum Gebiet zur Durchgriffsverhinderung und trennt das Gebiet zur Durchgriffsverhinderung von der Hauptoberfläche. Wenigstens eine leitende Schicht überdeckt einen Abschnitt des Isolationsgebiets und einen Abschnitt der dielektrischen Schicht und erstreckt sich wenigstens in einen Abschnitt der Kontaktöffnungen, wobei sie einen elektrischen Kontakt zu dem dotierten Kontaktgebiet im Substrat ausbildet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Schaltungsabschnitt eines Halbleiterbauelements, welche eine Vielzahl von verdeckten Kontakten, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind, zeigt;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, gesehen entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, die zwei angrenzende verdeckte Kontakte, welche gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, darstellt;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, gesehen entlang der Linie 3-3 in Fig. 1, welche einen Abschnitt der Schaltung mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten verdeckten Kontakt und einen von dem verdeckten Kontakt durch ein Feldisolationsgebiet getrennten Transistor darstellt;
Fig.n 4 und 5 stellen im Querschnitt Verfahrensschritte gemäß der Erfindung dar;
Fig. 6 ist ein computer-erzeugtes Kurvenbild, welches das Dotierungsprofil durch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten verdeckten Kontakt darstellt; und
Fig. 7 ist ein Kurvenbild von experimentellen Daten, die von einer Struktur gemäß der Erfindung erhalten wurden, wobei der Fehlerstrom über der Spannung über dem Feldisolationsgebiet für unterschiedliche Dotierungskonzentrationen zur Durchgriffsverhinderung gezeigt ist.
Es wird verständlich sein, daß zur Einfachheit und Klarheit der Erläuterung die in den Fig.n gezeigten Elemente nicht notwendig maßstäblich gezeichnet sind. Die Dimensionen einiger der Elemente sind zur Klarheit beispielsweise zueinander übertrieben. Weiter wurden dort, wo es geeignet erschien, die Bezugsziffern unter den Fig.n wiederholt, um korrespondierende Elemente anzuzeigen.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Im Kontext der hier beschriebenen Ausführungsform wird angenommen, daß n-Typ-Kontakte zu n-Typ-Source-Drain-Gebieten in einem p-Typ-Senkengebiet innerhalb eines n-Typ-Substrats ausgebildet sind. Die Erfindung ist auch auf den umgekehrten Leitfähigkeitstyp anwendbar, in der Situation, bei welcher p- Typ-Kontakte zu p-Source-Drain-Gebieten erzeugt sind, die in einem n-Typ-Senkengebiet innerhalb eines p-Typ-Substrats ausgebildet sind. Weiterhin kann in bestimmten Anwendungen ein Senkengebiet nicht vorhanden sein und der Kontakt ist direkt zu den dotierten, in dem Substratvolumen selbst ausgebildeten Gebieten erzeugt. Außerdem kann in bestimmten Anwen dungen das Senkengebiet statt dessen eine dotierte Epitaxialschicht des Halbleitermaterials sein, welche ein Einkristallhalbleitersubstrat überdeckt. Der Ansatz der vorliegenden Erfindung ist es, die Dotierungspegel lokal zu erhöhen, um Fehlerströme zu vermeiden. Dies erzeugt ein zusätzliches Gebiet oder eine Dotierungsschicht unter den dotierten Kontaktgebieten, welches einen anderen Leitfähigkeitstyp als die Kontaktgebiete besitzt, aber den selben Dotierungstyp wie das Senkengebiet oder das Substratvolumen, in welchem das Bauelement hergestellt ist. Der so ausgebildete PN-Übergang dient als ein Durchgriffsverhinderungsmittel, um die Kontakte voneinander elektrisch zu isolieren.
In Fig. 1 ist in einer Draufsicht eine Ausführungsform eines Schaltungsabschnitts 10 eines Halbleiterbauelements gezeigt, welches gemäß der Erfindung erzeugt ist. Die in Fig. 1 gezeigten Strukturelemente enthalten verdeckte Kontakte 11, 12 und 13, ein Feldisolationsgebiet 18 und separate leitende Schichten 33, 34 und 35. Ein Abschnitt der leitenden Schicht 34 bildet das Gate eines MOS-Transistors 15 mit Sorce-Drain- Gebieten 40 und 42. Die verdeckten Kontakte 11, 12 und 13 grenzen an das Feldoxidgebiet 18 an und stellen Mittel zum Überdecken der leitenden Schichten 35, 33 und 34 bereit, um den elektrischen Kontakt mit Source-Drain-Gebieten 44, 42 bzw. 46 herzustellen. Die Source-Drain-Gebiete 46 und 44 stehen mit anderen MOS-Transistoren in Verbindung, welche für die Klarheit der Erläuterung in Fig. 1 nicht gezeigt sind. In der in Fig. 1 dargestellten speziellen Ausführungsform sind die Strukturelemente des Bauelements in einem Senkengebiet 14 eines Einkristallhalbleitersubstrats 16 ausgebildet und die gezeigte Struktur ist Teil eines Speicherfelds in einem SRAM- Bauelement. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch in vielen verschiedenen MOS und BiCMOS (bipolarer komplementärer MOS) Bauelementen mit verdeckten Kontakten genutzt werden, wie BiCMOS-SRAM-Bauelemente, DRAM (dynamische Speicher mit wahlfreiem Zugriff) Bauelemente, Mikroprozessorbauelemente und ähnliche.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 gezeigt, der die verdeckten Kontakte 11 und 12 darstellt. Dotierte Kontaktgebiete 29 und 30 sind im Senkengebiet 14 ausgebildet, angrenzend an das Feldoxidgebiet 18 und Gebiete zur Durchgriffsverhinderung 36 bzw. 37 überlagernd. Eine im Senkengebiet 14 plazierte Kanalbegrenzung 20 verläuft unterhalb und übereinstimmend mit dem Feldisolationsgebiet 18. In der Querschnittsansicht von Fig. 2 kann die Kanalbegrenzung 20 gesehen werden, die sich zwischen den dotierten Kontaktgebieten 29 und 30 erstreckt. Eine Anschlußelektrodenoxidschicht 22 überdeckt einen Abschnitt der Oberfläche des Senkengebiets 14 auf jeder Seite des Feldisolationsgebiets 18. Leitende Schichten 33 und 35 überdecken einen Abschnitt der Feldisolationsschicht 18 und einen Abschnitt einer Anschlußelektrodenoxidschicht 22 und stellen den elektrischen Kontakt zu den dotierten Kontaktgebieten 29 und 30 durch Kontaktöffnungen in der Anschlußelektrodenoxidschicht 22 her. In Falle von leitenden Schichten aus Polysilizium wird die Ausbildung eines ohmschen Kontakts zu den Source-Drain-Gebieten 42 und 44 bereitwilliger erreicht, wenn die leitenden Schichten 33 und 35 vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die dotierten Kontaktgebiete 29 und 30 sind.
Die in Fig. 2 gezeigte erfinderische Struktur bietet einen bestimmten Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, wo der einzige Durchgriffsschutz zwischen angrenzenden verdeckten Kontakten eine Kanalbegrenzung wie die Kanalbegrenzung 20 ist. Die Ausbildung von Gebieten zur Durchgriffsverhinderung 36 und 37 tief in der Senke oder dem Substrat um den unteren Bereich der Kontaktgebiete 29 und 30 herum stellt sicher, daß wenn die verdeckten Kontakte eng zueinander angeordnet werden, um die strengen Entwurfsanforderungen von VLSI- Bauelementen zu erfüllen, ein Fehlerstrom zwischen den verdeckten Kontakten nicht auftreten wird.
Wie in Fig. 2 dargestellt überdecken die leitenden Schichten 33 und 35 die gesamte Kontaktöffnung in der Anschlußelektrodenoxidschicht 22. Jedoch können im Ergebnis einer geringen Fehlausrichtung oder wo es zum Ausbilden großer Kontaktöffnungen in der Anschlußelektrodenoxidschicht 22 gewünscht ist, um beispielsweise den Kontakt durch eine zweite leitende Schicht aufzunehmen, die leitenden Schichten 32 und 35 nur einen Abschnitt der Hauptoberfläche des Senkengebiets innerhalb der Kontaktöffnung überdecken.
Fig. 3 stellt im Querschnitt ein Gebiet des Schaltungsabschnitts 10 entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 dar. In Fig. 3 ist ein Abschnitt des Feldisolationsgebiets 18 gezeigt, welches den verdeckten Kontakt 13 vom Transistor 15 trennt. Wie es unter Bezugnahme auf Fig. 1 verständlich ist, bildet die leitende Schicht 34 das Gate des Transistors 15 an einem Ende und erzeugt den Kontakt zum Source-Drain-Gebiet 46 über den verdeckten Kontakt 13 an dem entgegengesetzten Ende. Ein Gebiet 36 zum Schutz gegen Durchgriff isoliert den verdeckten Kontakt 13 elektrisch vom Source-Drain-Gebiet 42. Ein Abschnitt der Kanalbegrenzung 20 erstreckt sich zwischen dem dotierten Kontaktgebiet 31 und dem Draingebiet 42. Deshalb sind die verdeckten Kontakte 11, 12 und 13 elektrisch voneinander und von den Source-Drain-Gebieten der angrenzenden Transistoren isoliert, durch die Gebiete zur Durchgriffsverhinderung gemäß der Erfindung. Der Fachmann wird erkennen, daß nur ein Abschnitt einer integrierten Schaltungsstruktur in Fig. 1 gezeigt ist und daß viele verschiedene Schaltungsanordnungen mit gegen Durchgriff geschützten verdeckten Kontakten möglich sind.
Eine Ausführungsform eines zum Herstellen des Schaltungsabschnitts 10 genutzten Verfahrens ist in den Fig.n 4-5 gezeigt. Zum Zwecke der Erläuterung soll nur die Herstellung der in Fig. 2 gezeigten Strukturelemente, d.h. der angrenzenden verdeckten Kontakte 11 und 12, beschrieben werden. Der Fachmann wird erkennen, daß ähnliche Techniken für die Herstellung aller in Fig. 1 gezeigten Strukturelemente gelten. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Kontakte 11 und 12 auf entgegengesetzten Seiten eines Feldisolationsgebiets 18 ausgebildet, welches vorzugsweise ein dickes SiO&sub2;-Feldoxid ist. Eine optionale Kanalbegrenzung 20 kann im Substrat 14 vor der Ausbildung des Feldisolationsgebiets 18 ausgebildet werden. In einem bevorzugtem Verfahren wird eine dünne Anschlußelektrodenoxidschicht 22 ausgebildet, um als Trennwand für nachfolgende Implantate zu dienen, die auch als eine Gate-Oxidschicht in anderen Abschnitten der Schaltung fungieren kann. Nachdem die Anschlußelektrodenoxidschicht 22 ausgebildet ist, wird eine erste Polysiliziumschicht 23 auf der Anschlußelektrodenoxidschicht abgelagert. Als nächstes wird eine Schicht aus Fotolack 24 bereitgestellt und unter Verwendung normaler fotolithographischer Techniken gestaltet, um zwei Kontaktöffnungen 26 und 28 auszubilden, welche die dotierten Gebiete 36 und 37 definieren werden.
Sobald die Fotolackschablone aufgebracht ist, wird eine Ionenimplantation durch die erste Polysiliziumschicht 23 und die Anschlußelektrodenoxidschicht 22 ausgeführt, um die Gebiete zur Durchgriffsverhinderung 36 und 37 im Senkengebiet 14 auszubilden. Alternativ können die durch die Kontaktöffnungen 26 und 28 freigelegten Abschnitte der Anschlußelektrodenoxidschicht 22 geätzt werden, wodurch die Hauptoberfläche des Senkengebiets 14 freigelegt wird. Wenn die Kontaktöffnungen bereits im Anschlußelektrodenoxid 22 ausgebildet worden sind, kann die Verunreinigung über Diffusion oder andere direkte Mittel eingebracht werden. In einem bevorzugtem Verfahren der Erfindung wird eine Dotierungsverunreinigung vom selben Leitfähigkeitstyp wie im Gebiet 14 eingebracht, um die Gebiete zur Durchgriffsverhinderung 36 und 37 wie in Fig. 4 gezeigt auszubilden. Die Energie und Dosis des Implantats kann zum Erzeugen lokaler starker Dotierungen unterhalb der verdeckten Kontakte 11 und 12 eingestellt werden. Zum Beispiel kann im Fall eines p-Typ-Gebiets zur Durchgriffsverhinderung eine Bor-Implantatdosis von etwa 1x10¹² bis 1x10¹&sup4; Ionen pro Quadratzentimeter verwendet werden, welche bei einer Energie von etwa 160 bis 260 KeV implantiert wird, um ein Gebiet auszubilden, welches nach Abschluß aller thermischen Behandlungszyklen eine Spitzenkonzentration bei etwa 450 bis 650 Nanometern unter der Hauptoberfläche des Substrats besitzt. Der Fachmann wird erkennen, daß die oben angegebenen Dosis- und Energiebereiche in einer Dotierungskonzentration im Substrat resultieren werden, die zum Erfüllen der Aufgabe der Durchgriffsverhinderung in der hier dargestellten Ausführungsform geeignet ist, und daß gegebene abweichende Anforderungen bei Tiefenübergängen von Bauelementen, Dotierungsleitfähigkeit und strukturelle Anordnungen abweichende Dosis- und Energiekombinationen nutzen würden.
Nach dem Ausbilden der Gebiete zur Durchgriffsverhinderung 36 und 37 wird eine leitende Schicht 32 durch Aufbringen einer zweiten Schicht aus leitendem Material ausgebildet, um die erste Polysiliziumschicht 23 wie in Fig. 5 gezeigt zu überdecken. Die zweite Schicht aus leitendern Material ist vorzugsweise ein chemisch aufgedampftes (CVD) Polysilizium, welches mit einem n-Typ-Dotierungsmitttel dotiert ist, entweder während der Ablagerung durch Einführen eines Dotierungsgases in das CVD-System während der Ablagerung, oder alternativ durch Einführen eines Dotierungsmittels nachdem die leitende Schicht 32 ausgebildet worden ist. Alternativ kann die zweite Schicht aus leitendem Material ein schwer schmelzbares Metall sein, wie Wolfram, Kobalt, Titan, Molybden, Tantal oder ähnliches.
Als nächstes werden die dotierten Kontaktgebiete 29 und 30 in einer bevorzugten Ausführungsform ausgebildet, durch Diffundieren von Dotierungsatomen von den leitenden Schichten 32 in das Senkengebiet 14 unter den Kontaktöffnungen in der Anschlußelektrodenoxidschicht 22, wie in Fig. 5 gezeigt. Der endgültige Dotierungskonzentrationsgradient und die räumliche Verteilung der Dotierungsatome in den Gebieten zur Durchgriffsverhinderung 36 und 37 unter den Kontaktgebieten 29 und 30 ist durch die spezifische Implantatdosis und -energie und die in den Verfahren genutzten speziellen thermischen Behandlungszyklen bestimmt. Während der zum Ausbilden der Kontaktgebiete 29 und 30 genutzten thermischen Behandlung diffundieren die Boratome, welche in das Substrat zum Ausbilden der Gebiete zur Durchgriffsverhinderung 36 und 37 implantiert sind, tiefer in das Senkengebiet 14 unter die Kontaktgebiete 36 und 37. Die endgültige Bor-Dotierungsverteilung in dem Senkengebiet 14 ist durch die nachfolgende thermische Behandlung bestimmt; jedoch bleibt die Bor-Dotierungskonzentration in den Gebieten zur Durchgriffsverhinderung 36 und 37 größer als die im Senkengebiet 14, so daß ein PN-Übergang zwischen den Kontaktgebieten 29 und 30 und den Gebieten zur Durchgriffsverhinderung 36 und 37 ausgebildet wird.
Liegen beispielsweise ausgebildete Gebiete zur Durchgriffsverhinderung 36 und 37 mit dem oben beschriebenen Bor-Implantat vor, wobei die leitende Schicht 32 mit Phosphor n-dotiertes Polysilizium ist, werden für einen Flächenwiderstand von etwa 25 bis 35 Ohm/Quadrat Dotierungsatome von der leitenden Schicht 32 in das Substrat diffundiert, durch eine bei etwa 900 bis 1000ºC über 1 bis 2 Stunden ausgeführte thermische Behandlung. Nach der Ausbildung der Kontaktgebiete 29 und 30 wird wie in Fig. 5 gezeigt eine Fotolackschablone 25 definiert und die leitende Schicht 32 wird anisotropisch geätzt, um die in Fig. 2 gezeigten strukturierten leitenden Schichten 33 und 35 auszubilden. Die Source-Drain-Gebiete 42 und 44 werden vorzugsweise in einer herkömmlichen Art gebildet, durch Definieren einer Source-Drain-Fotolackschablone, um p- Kanal-Bauelemente (nicht gezeigt) zu schützen und ein n-Typ Dotierungsmittel wie Phosphor oder Arsen in das Senkengebiet 14 zu implantieren. Die thermische Behandlung diffundiert das Bor-Dotierungsmittel in das Substrat, wodurch ein PN-Übergang etwa 250 bis 350 Nanometer unter der Hauptoberfläche des Substrats ausgebildet wird.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung betrifft die Ausbildung von Gebieten zur Durchgriffsverhinderung in der unmittelbaren Umgebung der verdeckten Kontakte und tiefer als die Source-Drain-Gebiete. Verfahren nach dem Stand der Technik neigen zum Überdotieren des Senkengebiets, in welchem Source-Drain-Gebiete ausgebildet sind, was die Transistorleistung herabsetzt. Eine andere herkömmlich genutzte Technik ist es, die Dotierung in der Kanalbegrenzung unter dem Feldisolationsgebiet zu erhöhen, jedoch hat sich dies nicht als effektiv zum Begrenzen des Fehlerstroms zwischen verdeckten Kontakten mit geringem Abstand erwiesen. Das elektrische Feld der lokal höheren Bor-Dotierung in Gebieten zur Durchgriffsverhinderung 36 und 37 wird die Verarrnungsgebiete abschnüren, die sich von den zwei Polysiliziumknoten 11 und 12 unter dem Feldisolationsgebiet erstrecken, was den Schutz gegen seitlichen Durchgriff fördert. Die Gebiete 36 und 37 helfen ebenfalls den Durchgriff zu einer verdeckten Schicht oder zum Substrat 16 zu verhindern, welche von entgegengesetzter Leitfähigkeit gegenüber der des Senkengebiets 14 sind. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung liefert einen Schutz gegen seitlichen und vertikalen Durchgriff ohne zusätzliche Masken, während ein flaches Dotierungsprofil in den aktiven Bauelementgebieten, wie Source- und Draingebiete 40 und 42, aufrecht erhalten wird. Computersimulierte Dotierprofile und experimentelle Ergebnisse, die unten beschrieben sind, haben gezeigt, daß solche Gebiete wie 36 und 37, die unter dem Kontaktgebiet tief in dem Senkengebiet gelegen sind, seitlichen und vertikalen elektrischen Durchgriff zwischen angrenzenden verdeckten Kontakten verhindern werden.
In Fig. 6 ist ein Kurvenverlauf einer Computersimulation des Dotierungsprofils durch die Struktur der verdeckten Kontakte gezeigt. Der Kurvenverlauf stellt die Konzentration des Dotierungsmittels in dem Senkengebiet als eine Funktion der Tiefe in dem Senkengebiet dar. Das Simulationsprogramm schätzt die Dotierungsprofile in dem Senkengebiet ein, nachdem die gesamte Implantation und der thermische Zyklus abgeschlossen ist, und ist deshalb repräsentativ für die tatsäch lichen Dotierungsprofile in einem Bauelement nach Abschluß der Herstellungssequenz. In dem Kurvenbild ist die Kurve der Bor-Dotierungskonzentration mit B gekennzeichnet und die Kurve der Phosphor-Dotierungskonzentration ist mit P gekennzeichnet. Es ist aus dem Kurvenbild offensichtlich, daß die Bor-Spitzenkonzentration gut unter der Oberfläche des Senkengebiets (bezeichnet mit 0,00 auf der x-Achse) liegt und ebenfalls unter der Phosphor-Spitzenkonzentration bei etwa 500 Nanometern unter der Oberfläche.
In Fig. 7 ist ein Kurvenbild des Fehlerstroms unter dem Feldisolationsgebiet 18 zwischen den angrenzenden verdeckten Kontakten als eine Funktion der Spannung über dem Feldisolationsgebiet gezeigt. Die in dem Kurvenbild gezeigten drei Kurven stellen unterschiedliche Dotierungskonzentrationen in Gebieten zum Schutz gegen Durchgriff 36 und 37 dar. Die mit "Kontroll - Stand der Technik" gekennzeichnete obere Kurve stellt den Fehlerstrom in einem gemäß dem Stand der Technik gebildeten Bauelement dar, welches keinen Schutz gegen Durchgriff besitzt. Wie aus dem Kurvenbild beobachtet werden kann, ist ein bedeutsamer Fehlerstrom konstant vorhanden, sogar bei einer sehr geringen Spannung über dem Feldisolationsgebiet in dem Bauelement nach dem Stand der Technik. In dem Kurvenbild sind auch zwei Kurven gezeigt, welche die Fehlerstromdaten bei unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen in Gebieten mit Schutz gegen Durchgriff 36 und 38 darstellen, und welche mit der Implantatdosis gekennzeichnet sind, die zum Ausbilden der Gebiete benutzt worden ist. Eine bedeutsame Verringerung im Fehlerstrom bei Spannungen unter etwa 12 Volt ist im Kurvenbild offensichtlich. Weiter ist die Empfindlichkeit der Fehlerstromverringerung auf die spezifische zum Ausbilden der Gebiete benutzte Dosis veranschaulicht, durch die Verringerung im Fehlerstrom zwischen etwa 9 und 12 Volt mit einer Erhöhung in der Dosis von 1x10¹² bis 5x10¹² Ionen pro Quadratzentimeter.
Deshalb ist es offensichtlich, daß gemäß der Erfindung ein Halbleiterbauelement mit gegen Durchgriff geschützten verdeckten Kontakten bereitgestellt wurde, welches die oben dargelegten Vorteile vollständig erfüllt. Obwohl die Erfindung in Bezug auf hier spezifisch dargestellte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es nicht beabsichtigt, daß die Erfindung auf diese dargestellten Ausführungsformen begrenzt wird. Der Fachmann wird erkennen, daß Veränderungen und Modifikationen ausgeführt werden können. Zum Beispiel können andere Dotierungstechniken wie fokussierte molekulare Strahlablagerungen benutzt werden. Zusätzlich können Grabenisolationsstrukturen anstelle der in den Fig.n gezeigten Feldisolationsgebiete benutzt werden. Weiterhin können andere dielektrische Materialien benutzt werden, wie Siliziumnitrid, Oxid/Nitrid-Zusammensetzungen, Oxinitride und ähnliche. Es ist deshalb beabsichtigt, in die Erfindung alle diejenigen Veränderungen und Modifikationen einzubeziehen, die in den Schutzbereich der angefügten Ansprüche fallen und deren Äquivalente.

Claims

1. Halbleiterbauelement mit einer Vielzahl von gegen Durchgriff geschützten Kontakten (11, 12, 13), umfassend:

ein Halbleitersubstratgebiet (14) eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Hauptoberfläche;

ein Isolationsgebiet (18), welches einen ersten Abschnitt der Hauptoberfläche überdeckt;

eine dielektrische Schicht (22), welche einen zweiten Abschnitt der Hauptoberfläche überdeckt;

eine Vielzahl von Kontaktöffnungen in der dielektrischen Schicht (22), angrenzend an das Isolationsgebiet (18);

eine Vielzahl von dotierten Gebieten zur Durchgriffsverhinderung (36, 37, 38) mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in dem Substratgebiet unter den Kontaktöffnungen,

eine Vielzahl von dotierten Kontaktgebieten (29, 30, 31) eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Hauptoberfläche unter den Kontaktöffnungen und sich zu den dotierten Gebieten zur Durchgriffsverhinderung (36, 37, 38) erstreckend, welche die Gebiete zur Durchgriffsverhinderung von der Hauptoberfläche trennen; und

wenigstens eine leitende Schicht (34), die einen Abschnitt des Isolationsgebiets (18) und einen Abschnitt der dielektrische Schicht überdeckt und sich wenigstens in eine der Kontaktöffnungen erstreckt, welche einen elektrischen Kontakt zu wenigstens einem der dotierten Kontaktgebiete bilden, wobei wenigstens die eine leitende Schicht (34) eine Gateelektrode eines Transistors (15) bildet, der gegenüber dem Isolationsgebiet (18) von dem wenigstens einen der Kontaktgebiete liegt.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Kanalbegrenzungsgebiet (20) des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Substratgebiet, welches unter dem Isolationsgebiet (18) liegt und sich zwischen wenigstens zwei Kontaktgebieten (29, 30) erstreckt.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei dieses Isolationsgebiet (18) einen ersten Abschnitt der Hauptoberfläche überdeckt und erste und zweite Seiten besitzt; wobei

diese Vielzahl von Kontaktöffnungen in der dielektrischen Schicht (22) angrenzend an die erste Seite des Isolationsgebiets (18) ist;

ein erster Abschnitt einer leitenden Schicht (34) einen Abschnitt des Isolationsgebiets (18) und einen Abschnitt der dielektrischen Schicht (22) überdeckt und sich in die Kontaktöffnungen erstreckt unter Ausbildung eines elektrischen Kontakts zu den dotierten Kontaktgebieten (29);

ein Draingebiet (42) in dem Substratgebiet an die zweite Seite des Isolationsgebiets (18) angrenzt;

ein Sourcegebiet (40) in dem Substratgebiet (14) existiert;

ein Kanalgebiet zwischen dem Source- (40) und dem Draingebiet (43) existiert; und

ein zweiter Abschnitt der leitenden Schicht (34), der eine Gateelektrode auf einem Abschnitt der dielektrischen Schicht (22) ausbildet, daß Kanalgebiet überdeckt.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, weiter umfassend ein Kanalbegrenzungsgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Substratgebiet, welches unter dem Isolationsgebiet liegt und sich von dem Kontaktgebiet zu dem Draingebiet erstreckt.

5. Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements, umfassend die Schritte:

Bereitstellen eines Halbleiterbauelementgebiets (14) mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, welches eine Hauptoberfläche besitzt und darin erste und zweite aktive Gebiete besitzt, die durch ein Isolationsgebiet (18) getrennt sind;

Ausbilden von unter der Oberfläche befindlichen Gebieten zur Durchgriffsverhinderung (36, 37, 38) mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in ausgewählten Abschnitten der ersten und zweiten aktiven Gebiete;

Ausbilden dotierter Kontaktgebiete (29, 30, 31) eines zweiten Leitfähigkeitstyps in den ersten und zweiten aktiven Gebieten, angrenzend an das Isolationsgebiet (18), welche sich von der Hauptoberfläche zu den sich unter der Oberfläche befindlichen Gebieten zur Durchgriffsverhinderung (36, 37, 38) erstrecken, wobei die sich unter der Oberfläche befindlichen Gebiete zur Durchgriffsverhinderung (36, 37, 38) um einen unteren Bereich der dotierten Kontaktgebiete (29, 30, 31) liegen und von der Hauptoberfläche durch die dotierten Kontaktgebiete (29, 30, 31) getrennt sind; und

Ausbilden einer dotierten leitenden Schicht (34) mit einem Abschnitt, der einen elektrischen Kontakt mit wenigstens einem der dotierten Kontaktgebiete in dem ersten aktiven Gebiet bildet, und welcher sich über das Isolationsgebiet (18) erstreckt, um eine Gateelektrode in dem zweiten aktiven Gebiet zu bilden.

6. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleiterbauelements gemäß Anspruch 5, mit den Schritten:

Bereitstellen eines n-Typ-Einkristallsiliziumsubstrats (16) mit diesem darin ausgebildeten p-Typ-Senkengebiet (14), wobei das Senkengebiet eine Hauptoberfläche besitzt;

Oxidieren der Hauptoberfläche, um eine dielektrisdhe Schicht (22) auszubilden, welche die ersten und zweiten aktiven Gebiete überdeckt;

Ausbilden einer Fotolackmaskenschicht (24), welche das Halbleitersenkengebiet (14) überdeckt und Öffnungen besitzt, die entlang eines Abschnitts der ersten und zweiten aktiven Gebiete angrenzend an das Feldoxidgebiet (18) ausgerichtet sind;

Implantieren von Boratomen mit einer Energie von etwa 160 bis 260 KeV und einer Dosis von etwa 1x10¹² bis 1x10¹&sup4; Ionen pro Quadratzentimeter in die ersten und zweiten aktiven Gebiete durch die Öffnungen, um unterhalb der Oberfläche liegende Gebiete zur Durchgriffsverhinderung (36, 37, 38) bei einer Tiefe von etwa 250 bis 350 Nanometern in dem Senkengebiet (18) auszubilden;

Ätzen von Kontaktöffnungen in der dielektrischen Schicht (22), durch Benutzen der Öffnungen in der Fotolackmaskenschicht (24) als Ätzmasken, um einen Abschnitt der Hauptoberfläche freizulegen;

Entfernen der Fotolackmaskenschicht (24);

Ausbilden einer phosphordotierten Polysiliziumschicht (32), um wenigstens einen Abschnitt der Feldoxidschicht (18) zu überdecken und wenigstens einen Abschnitt dieser zu besitzen, der sich in wenigstens eine der Öffnungen erstreckt, um die Hauptoberfläche zu kontaktieren; und

Diffundieren von Phosphoratomen von der Polysiliziumschicht (32) in das aktive Gebiet, um dotierte Kontaktgebiete (29, 30, 31) auszubilden, welche die Gebiete zur Durchgriffsverhinderung (36, 37, 38) von der Hauptoberfläche trennen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend das Ätzen der Polysiliziumschicht (32) nach dem Diffundieren der Phosphoratome, um eine strukturierte leitende Schicht (33, 34, 35) auszubilden, die wenigstens einen Abschnitt der freigelegten Hautoberfläche in den Kontaktöffnungen kontaktiert.