EP1198841A1 - Electric semiconductor element with a contact hole - Google Patents

Electric semiconductor element with a contact hole

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Publication number
EP1198841A1
EP1198841A1 EP00958104A EP00958104A EP1198841A1 EP 1198841 A1 EP1198841 A1 EP 1198841A1 EP 00958104 A EP00958104 A EP 00958104A EP 00958104 A EP00958104 A EP 00958104A EP 1198841 A1 EP1198841 A1 EP 1198841A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact hole
semiconductor
substrate
edges
component according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00958104A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alfred Goerlach
Marion Gebhard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1198841A1 publication Critical patent/EP1198841A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/04Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
    • H01L29/045Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • H01L21/76816Aspects relating to the layout of the pattern or to the size of vias or trenches

Definitions

  • the invention relates to an electrical semiconductor component having a single-crystalline semiconductor substrate, an insulation layer which is broken through at least at one point by a contact hole and is arranged on the surface of the semiconductor substrate, and a contact element which contacts the semiconductor substrate through the contact hole and is made of a material. in which the semiconductor material of the substrate is soluble in an anisotropic dissolution process.
  • Semiconductor substrate silicon and the material of the contact element is aluminum, are common.
  • a problem with the formation of contact between aluminum and silicon in the area of the contact holes of such components is the solid-state reaction of aluminum with silicon that takes place there.
  • the removal of the naturally existing oxide skin between aluminum and silicon in the contact hole is necessary. This is done by means of a temperature treatment in the range from 300 ° C to 500 ° C. At these temperatures, metallurgical areas appear in the areas freed from the oxide Reactions of aluminum with silicon on, due to the solubility of the two substances in the other.
  • silicon-doped aluminum is known, for example, from DH Widmann, H. Mader, H. Friedrich, Technology of Highly Integrated Circuits, Berlin, Springer 199S to be used as material for the contact structures of electronic components.
  • the silicon concentration of the doped aluminum is above the solids solubility of the silicon in the aluminum, based on the highest process temperatures reached during the temperature treatment. This concentration can be approximately 1% silicon.
  • the invention is based on the surprising insight that the formation of spikes in a contact hole of a semiconductor component can be significantly restricted by a clever design of the edges of the contact hole. It is not necessary to add additional structures, foreign substances, etc. There are various design options for the edges, which are referred to here as diffusion stop structures.
  • a first such possibility is arcuate segments.
  • a contact hole can be circular as a whole or be constructed from an overlapping of overlapping circles.
  • the effect of the circular segment is based on the fact that, based on crystalline size scales, it is composed of a large number of straight segments, each with different directional indices, and that the dissolution process progresses differently along the individual straight segments until it reaches those surfaces in the crystal interior, that oppose the greatest resistance to the loosening process.
  • microstructured sections can be, for example, crenellated or sawtooth-like
  • Fronts, on which the release process takes place, is shortened in comparison to a straight edge, and that accordingly only a smaller volume of the semiconductor material can be dissolved before slow or non-solving levels of the crystal are reached.
  • the spikes that are created in this way are shorter, the finer the microstructure.
  • An edge length of the structural elements of 2 ⁇ m or less is preferred.
  • the anisotropy of the dissolving process implies that the semiconductor material has at least one class of crystal planes which are difficult or difficult in the dissolving process
  • a class is understood to be a group of crystal planes, the Miller's indices of which are separated by permutation and / or sign reversal. All levels of such a class are equivalent from a crystallographic point of view.
  • Straight-line sections of the edges of a contact hole should preferably be arranged to intersect those crystal planes of the class that run in the semiconductor substrate below the contact hole.
  • a contact hole can also be designed so that all of its edges meet the above requirement.
  • Such a contact hole can have the shape of an equilateral triangle or an overlay of intersecting equilateral triangles.
  • the substrate of the semiconductor component is preferably a ⁇ 111> silicon substrate, since the ⁇ 111> plane of the silicon is a level that is difficult to attack by loosening it in aluminum.
  • the formation of spikes can also be restricted by giving the contact hole edges which are +/- 15 ° against the intersection lines of the ⁇ 111>, ⁇ 111> or ⁇ 111> plane with the Surface are twisted.
  • Figure 1 shows a cross section of a conventional semiconductor device to illustrate the problem of spike formation
  • FIG. 2 shows a surface of a semiconductor substrate with spikes formed on the edge of two contact holes
  • Figure 3 shows a semiconductor surface with a contact hole according to the invention in plan view and in section
  • FIG. 4 shows a variant of the contact hole from FIG. 3;
  • Figure 5 shows a semiconductor surface with two circular holes according to the invention;
  • FIG. 6 shows a variant of the contact holes from FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a semiconductor surface with two contact holes with microstructured edges according to the invention.
  • FIG. 8 shows microstructured edges of a contact hole after a temperature treatment
  • FIG. 9 shows a semiconductor surface with edges which are protected against spike formation by their orientation relative to the difficult-to-solve planes.
  • FIG. 1 shows a section through an electronic component with a high-resistance semiconductor substrate 1 and two doped regions 2, 3 formed therein, which should be separated from one another with high resistance.
  • An insulation layer 6, which is applied to the surface of the substrate, has two contact windows 7, through which the doped regions 2, 3 are each connected to a contact element 4, 5 made of aluminum of the contact structure.
  • the contact elements 4, 5 should not be connected to one another in a conductive manner his.
  • aluminum has diffused into the semiconductor substrate 1 from the contact elements 4, 5.
  • the aluminum could not penetrate far into the depth of the substrate, but instead has spread further parallel to the surface, and there are spikes 8.9 starting from the different contact holes emerged, which create a - conductive - transition between areas 2,3.
  • the component is therefore unusable.
  • FIG. 2 shows an enlarged section of a surface of a silicon ⁇ 111> wafer 20 with two contact holes 21, 22.
  • the insulation layer on the wafer surface is not shown, only the edges of the contact holes 21, 22 formed therein are shown.
  • An inserted directional diagram shows the projections of the directions ⁇ 111>, ⁇ lll> and ⁇ 111> onto the plane of the figure.
  • the horizontal edges of the contact holes 21, 22 in the figure lie parallel to a ⁇ 110> -oriented Fiat of the wafer 20.
  • the vertical edges of the contact holes 21, 22 on the left in the figure show almost no spike formation, the original silicon crystal shown hatched extends right up to these edges. At all other edges, spikes 23 extend far beyond the original edges of the contact holes onto the substrate surface.
  • the reason for this is the orientation of the edges relative to the crystal planes, which are the same Class like the surface.
  • the vertical edges run parallel to the intersection lines of a crystal surface of the said class, which is here arbitrarily referred to as the ⁇ -lll> plane.
  • This plane intersects the left vertical edges 24, 25 of the two contact holes in such an orientation that it extends below the contact holes within the substrate. If an interface between silicon and aluminum slowly spreads perpendicularly to the ⁇ lll> surface of the other substrate during its tempering treatment, a ⁇ -lll> -oriented interface immediately arises at the edges 24, 25, which is also only slow can spread inside the substrate.
  • On the right vertical edges 26, 27, on the other hand there are ⁇ 100> boundary surfaces which offer only slight resistance to the release process, so that spikes 23 can spread there as well as on the horizontal edges.
  • Figure 3 shows a contact hole of a semiconductor device according to a first embodiment of the invention, in Figure 3a in plan view and in Figure 3b in a section along the dash-dotted line bb of Figure 3a.
  • the semiconductor substrate is a silicon substrate with a surface.
  • the contact hole 30 is formed in the form of an equilateral triangle in an insulation layer 6 on the surface of the substrate 1. As the direction diagram shows, all three sides run parallel to cutting lines of the surface with crystal planes of class ⁇ 111>. The crystal planes run through the through the contact hole Semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 3b using the example of the ⁇ 111> plane.
  • 3B represents a zone in which the silicon of the semiconductor substrate 1 has penetrated into the substrate 1 by an annealing treatment of a contact made of aluminum (not shown in the figure) in the contact hole 30.
  • the interfaces between zone 31 and substrate 1 are all crystal planes of class ⁇ 111>.
  • the lateral spread of the zone 31 beyond the edges of the contact hole 30 is correspondingly small. This spread is indicated in FIG. 3a by the dashed triangle 32.
  • the contact hole 30 is an exact triangle with pointed corners.
  • the corners could also be cut off or rounded, in this case, unlike in the ideal case of a triangle with pointed corners, interfaces between the aluminum-containing zone 31 and the silicon substrate 1 could initially arise which do not belong to class ⁇ 111> , the final shape that the aluminum-containing zone could reach in such a case would also correspond to triangle 32.
  • FIG. 4 shows, using a plan view of a silicon substrate with the same orientation as in FIG. 3, how such a rectangular contact hole, indicated by line 40, can be approximated in that a large number of equilateral triangles with opposing overlap.
  • An elongated contact hole 41 is thus obtained, the edges of which are partially sawtooth-shaped and in this way meet the requirement everywhere that they should intersect those crystal planes of class ⁇ 111> that run below the contact hole in the interior of the substrate.
  • FIG. 5 shows a top view of a circular contact hole 50 on a silicon surface, which is oriented in the same way as in FIGS. 3 and 4.
  • the edge of the contact hole has three regions 51 which at least approximately have the same condition In terms of their orientation, we meet the edges of the contact holes from FIGS. 3 and 4. Accordingly, practically no spike formation occurs in these areas. There are a large number of spikes 53 on the edge regions 52 lying between them, but all of them have only a small lateral extent.
  • the circular shape of the contact hole 50 in relation to the size scale of the crystal lattice can be regarded as a consequence of many individual straight line segments which have different orientations and therefore withstand the solution attack by aluminum differently, and that it there are a large number of lattice sites, for example at steps or corners of the interface between silicon crystal and aluminum, which, because of their emphasized coordination, can serve as seeds for spike formation or can hinder the spreading of spikes.
  • the process of dissolving silicon in aluminum therefore starts from a large number of closely adjacent points along the edge, and progresses radially outward from there, leaving the crystal areas of the ⁇ 111> class that are difficult to attack. As soon as two spikes have become so deep that their boundary surfaces touch, the release process essentially comes to a standstill.
  • the circular shape of the contact hole 50 is as precise as possible.
  • a second, smaller contact hole 54 is shown, which is only approximately circular, and the edge of which is composed of a small number of straight line segments.
  • Each straight line segment forms the starting point for a spike 53, and since the straight line segments are relatively long in comparison to the contact hole 50, relatively larger spikes also arise here.
  • a rectangular contact hole can also be approximated by superimposing overlapping circular contact holes each having the same diameter r and spacing a A.
  • FIG. 7 shows further variants of contact holes, which are also based on the knowledge that to limit the extent of the spikes it makes sense to avoid long straight edge sections.
  • all the edges have a crenellated course, where small rectangular extensions 71 of the insulation layer 6 engage in the interior of the contact hole.
  • the extensions 71 each have dimensions a parallel to the edge and b perpendicular to it in the order of 2 ⁇ m or less.
  • the period of the crenellated pattern can be, for example, 4 ⁇ m.
  • FIG. 8 shows the course of an edge 80 of a contact element as a solid line.
  • the edge is richly structured in a large number of sections that are adjacent to each other at right angles.
  • spikes 81 form along the edge 80, which penetrate so far under the insulation layer until they are only surrounded by interfaces of class ⁇ 111> which are difficult to attack.
  • these spikes are more numerous and smaller, the finer the structure of the edge.
  • FIG. 9 shows a plan view of a semiconductor substrate with a plurality of rectangular contact holes 90.
  • the orientation of the semiconductor substrate is the same as in the previous figures.
  • the edges of the contact holes are each rotated by ⁇ 15 ° in one of these three directions. This is the largest angle deviation too one of the three directions that is possible on a threefold symmetrical surface such as the ⁇ lll> surface of silicon.
  • This orientation ensures that there are a large number of exposed points along each edge from which spike formation can start or which hinder the spreading of the spikes.
  • the invention has been described above in terms of a silicon surface and aluminum as the material of the contact elements.
  • a transfer of the invention to other surfaces - the spikes then possibly extending less parallel to the surface than in the depth of a substrate - and to other combinations of semiconductor material and metal are readily conceivable.
  • the only decisive factor is that the semiconductor material must have an anisotropic solubility behavior towards the metal.

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Abstract

An electric semiconductor element comprising a monocrystalline semiconductor substrate which is made, for example, out of silicon; an insulating layer (6) which is penetrated by a contact hole (30) on at least one point and arranged on the surface of the semiconductor substrate (1); in addition to a contact element which comes into contact with the semiconductor substrate (1) by means of the contact hole (30) and which is made of a material such as aluminium, whereby the semiconductor material of the substrate can be dissolved in an anisotropic process. The edges of the contact hole (30) are configured as diffusion-preventing structures.

Description

ELEKTRISCHES HALBLEITERBAUELEMENT MIT EINEM KONTAKTLOCHELECTRICAL SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH A CONTACT HOLE
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Halbleiter- bauelement mit einem einkristallinen Halbleitersub- strat, einer an wenigstens einer Stelle von einem Kontaktloch durchbrochenen, an der Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordneten Isolationsschicht und einem das Halbleitersubstrat durch das Kontakt - loch berührenden Kontaktelement, das aus einem Material besteht, in dem das Halbleitermaterial des Substrats in einem anisotropen Lδsevorgang löslich ist .The invention relates to an electrical semiconductor component having a single-crystalline semiconductor substrate, an insulation layer which is broken through at least at one point by a contact hole and is arranged on the surface of the semiconductor substrate, and a contact element which contacts the semiconductor substrate through the contact hole and is made of a material. in which the semiconductor material of the substrate is soluble in an anisotropic dissolution process.
Derartige Halbleiterbauelemente, bei denen dasSuch semiconductor devices, in which the
Halbleitersubstrat Silicium und das Material des Kontaktelements Aluminium ist, sind allgemein verbreitet. Ein Problem bei der Kontaktbildung zwischen Aluminium und Silicium im Bereich der Kon- taktlδcher solcher Bauelemente ist die dort ablaufende Festkörperreaktion von Aluminium mit Silicium. Für eine hohe Leitfähigkeit des Kontaktes zwischen beiden ist die Entfernung der natürlicherweise immer vorhandenen Oxidhaut zwischen Aluminium und Silicium im Kontaktloch erforderlich. Dies erfolgt mittels einer Temperaturbehandlung im Bereich von 300°C bis 500°C. Bei diesen Temperaturen treten an den vom Oxid befreiten Stellen metallurgische Reaktionen von Aluminium mit Silicium auf, bedingt durch die Festkörperlöslichkeit der beiden Stoffe im jeweils anderen. Die Löslichkeit von Silicium in Aluminium liegt in Abhängigkeit von der Temperatur in der Größenordnung von einigen wenigen Prozent (zum Beispiel 0,48% bei T=450°C) . Die Diffusion von Silicium in polykristallinem Aluminium ist aufgrund von beschleunigter Diffusion entlang der Korngrenzen sehr hoch. Deswegen werden im Laufe der Tempe- raturbehandlung nicht nur der unmittelbare Kontak - lochbereich, sondern auch daran anschließende Aluminium-Leiterbahnbereiche mit Silicium gesättigt. Dabei kann in Abhängigkeit von der Temperatur eine große Menge von Silicium von der Oberfläche des Halbleiterbauelements gelöst werden und in die Aluminium-KontaktStruktur abwandern. Bei zum Beispiel einer dreißigminütigen Temperbehandlung bei 450°C beträgt die Diffusionslänge der Siliciumatome ca. 40 μm. Die aus dem Kristall herausgelösten Siliciu- matome werden durch aus der Kontaktstruktur nachwandernde Aluminiumatome ersetzt . Diese bilden sogenannte „Spikes" , Aluminiumausscheidungen mit Siliciumgehalt . Je kleiner das Kontaktloch und je größer im Verhältnis dazu das zu sättigende Alumi- niumvolumen ist, desto größer werden die Abmessungen dieser Spikes. Sie können elektrische Felder im Kontaktlochbereich stark verzerren oder, wenn sie bis zu einem PN-Übergang des Bauelements reichen, zu dessen Totalausfall führen.Semiconductor substrate silicon and the material of the contact element is aluminum, are common. A problem with the formation of contact between aluminum and silicon in the area of the contact holes of such components is the solid-state reaction of aluminum with silicon that takes place there. For a high conductivity of the contact between the two, the removal of the naturally existing oxide skin between aluminum and silicon in the contact hole is necessary. This is done by means of a temperature treatment in the range from 300 ° C to 500 ° C. At these temperatures, metallurgical areas appear in the areas freed from the oxide Reactions of aluminum with silicon on, due to the solubility of the two substances in the other. Depending on the temperature, the solubility of silicon in aluminum is on the order of a few percent (for example 0.48% at T = 450 ° C). The diffusion of silicon in polycrystalline aluminum is very high due to accelerated diffusion along the grain boundaries. For this reason, not only the immediate contact hole area but also the adjoining aluminum conductor track areas are saturated with silicon in the course of the temperature treatment. Depending on the temperature, a large amount of silicon can be detached from the surface of the semiconductor component and migrate into the aluminum contact structure. In the case of a thirty-minute annealing treatment at 450 ° C., for example, the diffusion length of the silicon atoms is approximately 40 μm. The silicon atoms detached from the crystal are replaced by aluminum atoms that migrate out of the contact structure. These form so-called "spikes", aluminum precipitates with silicon content. The smaller the contact hole and the larger the aluminum volume to be saturated in relation to it, the larger the dimensions of these spikes. They can strongly distort electrical fields in the contact hole area or, if they reach sufficient for a PN transition of the component, leading to its total failure.
Um diesem Problem aus dem Wege zu gehen, ist zum Beispiel aus D.H. Widmann, H. Mader, H. Friedrich, Technologie hochintegrierter Schaltungen, Berlin, Springer 199S, bekannt, siliciumdotiertes Aluminium als Material für die KontaktStrukturen von elektronischen Bauelementen zu verwenden. Dabei liegt die Siliciumkonzentration des dotierten Aluminiums über der Festkδrperlöslichkeit des Siliciums im Alumini- um, bezogen auf die höchsten bei der Temperaturbehandlung erreichten Prozeßtemperaturen. Diese Konzentration kann ca. 1% Silicium betragen.To avoid this problem, silicon-doped aluminum is known, for example, from DH Widmann, H. Mader, H. Friedrich, Technology of Highly Integrated Circuits, Berlin, Springer 199S to be used as material for the contact structures of electronic components. The silicon concentration of the doped aluminum is above the solids solubility of the silicon in the aluminum, based on the highest process temperatures reached during the temperature treatment. This concentration can be approximately 1% silicon.
Diese Lösung ist jedoch nicht anwendbar für die Kontaktierung in Kontaktlöchern auf hochohmigem n- Typ Silicium (Donor Konzentration kleiner als 1020 cm"3) . Hier bilden sich beim Abkühlen-epitaktische Siliciumausscheidungen im Kontaktlochbereich. Diese sind aluminiumdotiert und damit p-leitend. Sie ver- schlechtem aufgrund der pn-Übergangsbildung mit zunehmendem Bedeckungsgrad im Kontaktloch den Kontaktwiderstand. Deshalb wird für die Kontaktierung von hochohmigem n-Typ Silicium Aluminium ohne Sili- ciumzusatz als Metallisierung verwendet. Um einen leitfähigen Übergang im Kontaktloch herzustellen, muß das Auftreten von Spikes dann in Kauf genommen werden.However, this solution cannot be used for contacting in contact holes on high-resistance n-type silicon (donor concentration less than 10 20 cm "3 ). Here, when cooling, epitaxial silicon deposits are formed in the contact hole area. These are aluminum-doped and therefore p-conductive Because of the pn transition formation, the contact resistance deteriorates with increasing degree of coverage in the contact hole. For this reason, aluminum is used as the metallization for contacting high-resistance n-type silicon without the addition of silicon. In order to produce a conductive transition in the contact hole, the appearance of spikes must then occur to be accepted.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung basiert auf der überraschenden Einsicht, daß die Bildung von Spikes in einem Kontaktloch eines Halbleiterbauelements bereits durch eine geschickte Gestaltung der Ränder des Kontaktlochs maßgeblich eingeschränkt werden kann. Eine Hinzufügung von zusätzlichen Strukturen, Fremdstoffen etc. ist nicht erforderlich. Es gibt verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten der Ränder, die hier als Diffusionsstopstrukturen bezeichnet werden. Eine erste derartige Möglichkeit sind bogenförmige Segmente. So kann ein Kontaktloch zum Beispiel als Ganzes kreisförmig sein oder aus einer Überlagerung von sich überschneidenden Kreisen aufgebaut sein. Die Wirkung des Kreissegments basiert darauf, daß es, auf kristalline Größenmaßstäbe bezogen, sich aus einer Vielzahl von Gerade - Segmenten zusammensetzt, die jeweils unterschiedliche Richtungsindizes haben und daß entlang der einzelnen Geradensegmente der Lösevorgang jeweils unterschiedlich fortschreitet, bis der diejenigen Flächen im Kristallinneren erreicht, die dem Löse- Vorgang den größten Widerstand entgegensetzen. Je kleiner der Radius eines solchen Kreises ist, umso kürzer sind die entsprechenden Geradensegmente, und umso kleiner sind auch die Spikes, die jeweils von einem einzelnen Geradensegment ausgehen können.The invention is based on the surprising insight that the formation of spikes in a contact hole of a semiconductor component can be significantly restricted by a clever design of the edges of the contact hole. It is not necessary to add additional structures, foreign substances, etc. There are various design options for the edges, which are referred to here as diffusion stop structures. A first such possibility is arcuate segments. For example, a contact hole can be circular as a whole or be constructed from an overlapping of overlapping circles. The effect of the circular segment is based on the fact that, based on crystalline size scales, it is composed of a large number of straight segments, each with different directional indices, and that the dissolution process progresses differently along the individual straight segments until it reaches those surfaces in the crystal interior, that oppose the greatest resistance to the loosening process. The smaller the radius of such a circle, the shorter are the corresponding straight line segments, and the smaller are the spikes, which can each originate from a single straight segment.
Ein ähnlicher Effekt wird erzielt, wenn die herkömmlichen Geradenbegrenzungslinien eines Kontak - lochs durch mikrostrukturierte Abschnitte ersetzt werden. Diese mikrostrukturierten Abschnitte können beispielsweise einen zinnen- oder sägezahnartigenA similar effect is achieved if the conventional straight lines of a contact hole are replaced by microstructured sections. These microstructured sections can be, for example, crenellated or sawtooth-like
Verlauf aufweisen. Auch hier gilt, daß der Lösevorgang regelmäßig von einem Geradensegment des Randes ausgeht und soweit fortschreitet, bis schwer lösbare Kristallebenen erreicht sind. Durch die Mi- krostrukturierung wird erreicht, daß die einzelnenShow course. Here, too, it applies that the release process regularly starts from a straight segment of the edge and continues until crystal levels that are difficult to remove are reached. The microstructuring ensures that the individual
Fronten, an denen der Lösevorgang abläuft, im Vergleich zu einer geradlinigen Kante verkürzt ist, und daß dementsprechend nur ein kleineres Volumen des Halbleitermaterials angelδst werden kann, bevor langsam oder nicht lösende Ebenen des Kristalls erreicht sind. Allgemein gilt, daß die so entstehenden Spikes umso kürzer sind, je feiner die Mi- krostruktur ist. Eine Kantenlänge der Strukturele- mente von 2 μm oder weniger ist bevorzugt .Fronts, on which the release process takes place, is shortened in comparison to a straight edge, and that accordingly only a smaller volume of the semiconductor material can be dissolved before slow or non-solving levels of the crystal are reached. In general, the spikes that are created in this way are shorter, the finer the microstructure. An edge length of the structural elements of 2 μm or less is preferred.
Es ist allerdings " auch möglich, an geradlinigen Rändern der Kontaktlδcher die Ausbildung von Spikes zu verhindern oder zumindest weitgehend zu unter- drücken. Die Anisotropie des Lösevorgangs impliziert, daß das Halbleitermaterial wenigstens eine Klasse von Kristallebenen besitzt, die in dem Löse- vorgang schwer oder sogar nicht angreifbar sind. Dabei wird unter einer Klasse eine Schar von Kri- stallebenen verstanden, deren Millersche Indizes jeweils durch Permutation und/oder Vorzeichenumkeh- rung auseinander hervorgehen. Alle Ebenen einer solchen Klasse sind unter kristallographischen Gesichtspunkten gleichwertig. Geradlinige Abschnitte der Ränder eines Kontaktlochs sollten vorzugsweise so angeordnet sein, daß sie solche Kristallebenen der Klasse schneiden, die in dem Halbleitersubstrat unterhalb des Kontaktlochs verlaufen.However, it is also "possible to prevent or at least largely suppress the formation of spikes at the straight edges of the contact holes. The anisotropy of the dissolving process implies that the semiconductor material has at least one class of crystal planes which are difficult or difficult in the dissolving process A class is understood to be a group of crystal planes, the Miller's indices of which are separated by permutation and / or sign reversal. All levels of such a class are equivalent from a crystallographic point of view. Straight-line sections of the edges of a contact hole should preferably be arranged to intersect those crystal planes of the class that run in the semiconductor substrate below the contact hole.
Ein Kontaktloch kann auch so ausgebildet sein, daß alle seine Ränder die oben genannte Anforderung erfüllen. Ein solches Kontaktloch kann die Form eines gleichseitigen Dreiecks oder einer Überlagerung von sich überschneidenden gleichseitigen Dreiecken ha- ben.A contact hole can also be designed so that all of its edges meet the above requirement. Such a contact hole can have the shape of an equilateral triangle or an overlay of intersecting equilateral triangles.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Substrat des Halbleiterbauelements um ein <111>- Siliciumsubstrat, da die <111>-Ebene des Siliciums eine durch Lösen in Aluminium schwer angreifbare Ebene ist.The substrate of the semiconductor component is preferably a <111> silicon substrate, since the <111> plane of the silicon is a level that is difficult to attack by loosening it in aluminum.
Auf einem solchen Substrat läßt sich eine Beschrän- kung der Spikebildung auch dadurch erreichen, daß das Kontaktloch Ränder erhält, die um +/- 15° gegen die Schnittlinien der <111>-, <111>- oder <111>- Ebene mit der Oberfläche verdreht sind.On such a substrate, the formation of spikes can also be restricted by giving the contact hole edges which are +/- 15 ° against the intersection lines of the <111>, <111> or <111> plane with the Surface are twisted.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the figures.
Figurencharacters
Figur 1 zeigt in einem Querschnitt ein herkömmliches Halbleiterbauelement zur Verdeutlichung des Problems der Spikebildung;Figure 1 shows a cross section of a conventional semiconductor device to illustrate the problem of spike formation;
Figur 2 zeigt eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats mit am Rand von zwei Kontaktlöchern ausgebildeten Spikes ;FIG. 2 shows a surface of a semiconductor substrate with spikes formed on the edge of two contact holes;
Figur 3 zeigt eine Halbleiteroberfläche mit einem Kontaktloch gemäß der Erfindung in Draufsicht und im Schnitt;Figure 3 shows a semiconductor surface with a contact hole according to the invention in plan view and in section;
Figur 4 zeigt eine Variante des Kontakt- lochs aus Figur 3; Figur 5 zeigt eine Halbleiteroberfläche mit zwei kreisförmigen Löchern gemäß der Erfindung;FIG. 4 shows a variant of the contact hole from FIG. 3; Figure 5 shows a semiconductor surface with two circular holes according to the invention;
Figur 6 zeigt eine Variante der Kontaktlδ- cher aus Figur 5 ;FIG. 6 shows a variant of the contact holes from FIG. 5;
Figur 7 zeigt eine Halbleiteroberfläche mit zwei Kontaktlöchern mit mikrostruk- turierten Rändern gemäß der Erfindung;FIG. 7 shows a semiconductor surface with two contact holes with microstructured edges according to the invention;
Figur 8 zeigt mikrostrukturierte Ränder eines Kontaktlochs nach einer Tempe- raturbehandlung; undFIG. 8 shows microstructured edges of a contact hole after a temperature treatment; and
Figur 9 zeigt eine Halbleiteroberfläche mit durch ihre Orientierung relativ zu den schwer lösbaren Ebenen gegen Spikebildung geschützten Rändern.FIG. 9 shows a semiconductor surface with edges which are protected against spike formation by their orientation relative to the difficult-to-solve planes.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Figur 1 zeigt zur Veranschaulichung des Problems einen Schnitt durch ein elektronisches Bauelement mit einem hochohmigen Halbleitersubstrat 1 und zwei darin gebildeten dotierten Bereichen 2,3, die voneinander hochohmig getrennt sein sollten. Eine Isolationsschicht 6, die auf der Oberfläche des Sub- strats aufgebracht ist, hat zwei Kontaktfenster 7, durch die die dotierten Bereiche 2,3 jeweils mit einem Kontaktelement 4,5 aus Aluminium der Kontakt- Struktur in Verbindung stehen. Die Kontaktelemente 4,5 sollten nicht leitend miteinander verbunden sein. Während einer Temperaturbehandlung, die zum Erzeugen eines befriedigenden elektrischen Kontakts zwischen den dotierten Bereichen und den Kontaktelementen erforderlich ist, ist jedoch Aluminium aus den Kontaktelementen 4,5 in das Halbleitersubstrat 1 eindiffundiert. Da die Oberfläche des Halbleitersubstrat 1 eine <lll>-Orientierung hat, konnte das Aluminium nicht weit in die Tiefe des Substrats eindringen, hat sich dafür um so weiter parallel zur Oberfläche ausgebreitet, und es sind, ausgehend von den verschiedenen Kontaktlöchern Spikes 8,9 entstanden, die einen -leitenden - Übergang zwischen den Bereichen 2,3 herstellen. Das Bauelement ist daher unbrauchbar.To illustrate the problem, FIG. 1 shows a section through an electronic component with a high-resistance semiconductor substrate 1 and two doped regions 2, 3 formed therein, which should be separated from one another with high resistance. An insulation layer 6, which is applied to the surface of the substrate, has two contact windows 7, through which the doped regions 2, 3 are each connected to a contact element 4, 5 made of aluminum of the contact structure. The contact elements 4, 5 should not be connected to one another in a conductive manner his. During a temperature treatment, which is necessary to produce a satisfactory electrical contact between the doped regions and the contact elements, aluminum has diffused into the semiconductor substrate 1 from the contact elements 4, 5. Since the surface of the semiconductor substrate 1 has a <lll> orientation, the aluminum could not penetrate far into the depth of the substrate, but instead has spread further parallel to the surface, and there are spikes 8.9 starting from the different contact holes emerged, which create a - conductive - transition between areas 2,3. The component is therefore unusable.
Figur 2 zeigt vergrößert einen Ausschnitt aus einer Oberfläche eines Silicium-<111>-Wafers 20 mit zwei Kontaktlöchern 21,22. Die Isolationsschicht an der Waferoberflache ist nicht dargestellt, nur die Rän- der der darin gebildeten Kontaktlöcher 21,22 sind gezeigt. Ein eingefügtes Richtungsdiagramm zeigt die Projektionen der Richtungen <111>, <lll> und <111> auf die Ebene der Figur. Die in der Figur horizontalen Ränder der Kontaktlöcher 21,22 liegen parallel zu einem <110>-orientierten Fiat des Wa- fers 20. Die in der Figur links gelegenen vertikalen Ränder der Kontaktlδcher 21,22 zeigen fast keine Spikebildung, der schraffiert dargestellte ursprüngliche Siliciumkristall reicht bis unmittelbar an diese Ränder. An allen anderen Rändern reichen Spikes 23 weit über die ursprünglichen Ränder der Kontaktlδcher hinaus auf die Substratoberfläch . Der Grund hierfür ist die Orientierung der Ränder relativ zu den Kristallebenen, die der gleichen Klasse wie die Oberfläche angehören. So verlaufen die vertikalen Ränder jeweils parallel zu den Schnittlinien einer Kristallfläche der gesagten Klasse, die hier willkürlich als <-lll>-Ebene be- zeichnet werden soll . Diese Ebene schneidet die linken vertikalen Ränder 24,25 der zwei Kontaktlδcher in einer solchen Orientierung, daß sie sich innerhalb des Substrats unterhalb der Kontaktlöcher erstreckt. Wenn sich während einer Temperbehandlung eine Grenzfläche zwischen Silicium und Aluminium langsam senkrecht zur <lll>-Oberflache des anderen Substrats in dessen Tiefe ausbreitet, so entsteht an den Rändern 24,25 alsbald eine <-lll>- orientierte Grenzfläche, die sich ebenfalls nur langsam ins Innere des Substrats ausbreiten kann. An den rechten vertikalen Rändern 26,27 hingegen ergeben sich <100>-Grenzflachen, die dem Lösevorgang nur geringen Widerstand entgegensetzen, so daß sich dort, wie auch an den horizontalen Rändern, Spikes 23 ausbreiten können.FIG. 2 shows an enlarged section of a surface of a silicon <111> wafer 20 with two contact holes 21, 22. The insulation layer on the wafer surface is not shown, only the edges of the contact holes 21, 22 formed therein are shown. An inserted directional diagram shows the projections of the directions <111>, <lll> and <111> onto the plane of the figure. The horizontal edges of the contact holes 21, 22 in the figure lie parallel to a <110> -oriented Fiat of the wafer 20. The vertical edges of the contact holes 21, 22 on the left in the figure show almost no spike formation, the original silicon crystal shown hatched extends right up to these edges. At all other edges, spikes 23 extend far beyond the original edges of the contact holes onto the substrate surface. The reason for this is the orientation of the edges relative to the crystal planes, which are the same Class like the surface. The vertical edges run parallel to the intersection lines of a crystal surface of the said class, which is here arbitrarily referred to as the <-lll> plane. This plane intersects the left vertical edges 24, 25 of the two contact holes in such an orientation that it extends below the contact holes within the substrate. If an interface between silicon and aluminum slowly spreads perpendicularly to the <lll> surface of the other substrate during its tempering treatment, a <-lll> -oriented interface immediately arises at the edges 24, 25, which is also only slow can spread inside the substrate. On the right vertical edges 26, 27, on the other hand, there are <100> boundary surfaces which offer only slight resistance to the release process, so that spikes 23 can spread there as well as on the horizontal edges.
Figur 3 zeigt ein Kontaktloch eines Halbleiterbauelements gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung, in Figur 3a in Draufsicht und in Figur 3b in einem Schnitt entlang der strichpunktierten Linie b-b von Figur 3a. Das Halbleitersubstrat ist ein Siliciumsubstrat mit <lll>-Oberfl che. In einer Isolationsschicht 6 auf der Oberfläche des Substrats 1 ist das Kontaktloch 30 in Gestalt eines gleichseitigen Dreiecks ausgebildet. Wie das Richtungsdiagramm zeigt, verlaufen alle drei Seiten parallel zu Schnittlinien der Oberfläche mit Kristallebenen der Klasse <111>. Die Kristallebenen verlaufen unterhalb des Kontaktlochs durch das Halbleitersubstrat 1, wie in Figur 3b anhand des Beispiels der <111>-Ebene dargestellt. Der Bereich 3b in Figur 3B stellt eine Zone dar, in der das Silicium des Halbleitersubstrats 1 durch eine Temper- behandlung eines in dem Kontaktloch 30 angebrachten (in der Figur nicht dargestellten) Kontakts aus Aluminium in das Substrat 1 vorgedrungen ist. Die Grenzflächen zwischen der Zone 31 und dem Substrat 1 sind sämtlich Kristallebenen der Klasse <111> . Dementsprechend gering ist die seitliche Ausbreitung der Zone 31 über die Ränder des Kontaktlochs 30 hinaus. Diese Ausbreitung ist in Figur 3a durch das gestrichelte Dreieck 32 angedeutet.Figure 3 shows a contact hole of a semiconductor device according to a first embodiment of the invention, in Figure 3a in plan view and in Figure 3b in a section along the dash-dotted line bb of Figure 3a. The semiconductor substrate is a silicon substrate with a surface. The contact hole 30 is formed in the form of an equilateral triangle in an insulation layer 6 on the surface of the substrate 1. As the direction diagram shows, all three sides run parallel to cutting lines of the surface with crystal planes of class <111>. The crystal planes run through the through the contact hole Semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 3b using the example of the <111> plane. The area 3b in FIG. 3B represents a zone in which the silicon of the semiconductor substrate 1 has penetrated into the substrate 1 by an annealing treatment of a contact made of aluminum (not shown in the figure) in the contact hole 30. The interfaces between zone 31 and substrate 1 are all crystal planes of class <111>. The lateral spread of the zone 31 beyond the edges of the contact hole 30 is correspondingly small. This spread is indicated in FIG. 3a by the dashed triangle 32.
Es ist für die Erfindung nicht entscheidend, daß das Kontaktloch 30 ein exaktes Dreieck mit spitzen Ecken ist . Die Ecken könnten auch abgeschnitten oder abgerundet sein, in diesem Fall könnten an ihnen, anders als im Idealfall eines Dreiecks mit spitzen Ecken, zwar zunächst Grenzflächen zwischen der aluminiumhaltigen Zone 31 und dem Siliciumsub- strat 1 entstehen, die nicht der Klasse <111> angehören, die endgültige Form, die die aluminiumhalti- ge Zone in einem solchen Fall erreichen könnte, entspräche aber ebenfalls dem Dreieck 32.It is not critical to the invention that the contact hole 30 is an exact triangle with pointed corners. The corners could also be cut off or rounded, in this case, unlike in the ideal case of a triangle with pointed corners, interfaces between the aluminum-containing zone 31 and the silicon substrate 1 could initially arise which do not belong to class <111> , the final shape that the aluminum-containing zone could reach in such a case would also correspond to triangle 32.
Häufig sind für die Kontaktierung von Halbleiter- Substraten rechteckige Kontaktlδcher mit ungleichen Kantenlängen erwünscht. Figur 4 zeigt anhand einer Draufsicht auf ein Silicium-<lll>-Substrat mit der gleichen Orientierung wie in Figur 3, wie sich ein solches rechteckiges Kontaktloch, angedeutet durch die Linie 40, dadurch approximieren läßt, daß eine Vielzahl von gleichseitigen Dreiecken mit gegensei- tiger Überschneidung überlagert werden. Man erhält so ein langgestrecktes Kontaktloch 41, dessen Ränder bereichsweise sägezahnförmig verlaufen und auf diese Weise überall die Anforderung erfüllen, daß sie solche Kristallebenen der Klasse <111> schneiden sollen, die unterhalb des Kontaktlochs im Innern des Substrats verlaufen.Rectangular contact holes with unequal edge lengths are often desired for contacting semiconductor substrates. FIG. 4 shows, using a plan view of a silicon substrate with the same orientation as in FIG. 3, how such a rectangular contact hole, indicated by line 40, can be approximated in that a large number of equilateral triangles with opposing overlap. An elongated contact hole 41 is thus obtained, the edges of which are partially sawtooth-shaped and in this way meet the requirement everywhere that they should intersect those crystal planes of class <111> that run below the contact hole in the interior of the substrate.
Figur 5 zeigt in Draufsicht ein kreisrundes Kon- taktloch 50 auf einer Silicium-<lll>-Oberflache, die genauso orientiert ist wie in den Figuren 3 und 4. Der Rand des Kontaktlochs weist drei- Bereiche 51 auf, die zumindest näherungsweise die gleiche Bedingung hinsichtlich ihrer Orientierung erfüllen wie die Ränder der Kontaktlδcher aus den Figuren 3 und 4. Dementsprechend tritt in diesen Bereichen praktisch keine Spikebildung auf. An den dazwischenliegenden Randbereichen 52 gibt es eine große Zahl von Spikes 53, die aber sämtlich nur eine ge- ringe seitliche Ausdehnung haben. Der Grund dafür ist, daß die Kreisform des Kontaktlochs 50 bezogen auf den Grδßenmaßstab des Kristallgitters als eine Folge von vielen einzelnen Geradensegmenten angesehen werden kann, die unterschiedliche Orientierun- gen haben und von daher unterschiedlich gut dem Lö- sungsangriff durch Aluminium standhalten, und daß es eine Vielzahl von Gitterplätzen zum Beispiel an Stufen oder Ecken der Grenzfläche zwischen Silici- umkristall und Aluminium gibt, die aufgrund ihrer hervorgehobenen Koordination als Keim für eine Spikebildung dienen oder die Ausbreitung von Spikes behindern können. Der Lδsungsvorgang des Siliciums im Aluminium geht deshalb von einer Vielzahl eng benachbarter Punkte entlang des Randes aus, und schreitet von dort radial nach außen fort, wobei die schwer anzugreifenden Kristallflachen der <111>-Klasse stehenbleiben. Sobald zwei Spikes so tief geworden sind, daß sich ihre Begrenzungsflä- chen berühren, kommt der Lösungsvorgang im wesentlichen zum Erliegen.FIG. 5 shows a top view of a circular contact hole 50 on a silicon surface, which is oriented in the same way as in FIGS. 3 and 4. The edge of the contact hole has three regions 51 which at least approximately have the same condition In terms of their orientation, we meet the edges of the contact holes from FIGS. 3 and 4. Accordingly, practically no spike formation occurs in these areas. There are a large number of spikes 53 on the edge regions 52 lying between them, but all of them have only a small lateral extent. The reason for this is that the circular shape of the contact hole 50 in relation to the size scale of the crystal lattice can be regarded as a consequence of many individual straight line segments which have different orientations and therefore withstand the solution attack by aluminum differently, and that it there are a large number of lattice sites, for example at steps or corners of the interface between silicon crystal and aluminum, which, because of their emphasized coordination, can serve as seeds for spike formation or can hinder the spreading of spikes. The process of dissolving silicon in aluminum therefore starts from a large number of closely adjacent points along the edge, and progresses radially outward from there, leaving the crystal areas of the <111> class that are difficult to attack. As soon as two spikes have become so deep that their boundary surfaces touch, the release process essentially comes to a standstill.
Dabei ist es wichtig, daß die Kreisform des Kontaktlochs 50 möglichst exakt ist. Zum Vergleich ist ein zweites, kleineres Kontaktloch 54 gezeigt, das nur näherungsweise kreisförmig ist, und dessen Rand sich aus einer geringen Anzahl von Geradensegmenten zusammensetzt. Jedes Geradensegment bildet hier den Ausgangspunkt für einen Spike 53, und da die Gera- densegmente im Vergleich zum Kontaktloch 50 relativ lang sind, entstehen hier auch relativ größere Spikes.It is important that the circular shape of the contact hole 50 is as precise as possible. For comparison, a second, smaller contact hole 54 is shown, which is only approximately circular, and the edge of which is composed of a small number of straight line segments. Each straight line segment forms the starting point for a spike 53, and since the straight line segments are relatively long in comparison to the contact hole 50, relatively larger spikes also arise here.
Wie Figur 6 in einer zu Figur 5 analogen Darstel- lung zeigt, kann ein rechteckiges Kontaktloch auch durch eine Überlagerung von sich überschneidenden kreisförmigen Kontaktlöchern mit jeweils gleichen Durchmessern r und Abständen aA approximiert werden.As shown in FIG. 6 in an illustration analogous to FIG. 5, a rectangular contact hole can also be approximated by superimposing overlapping circular contact holes each having the same diameter r and spacing a A.
Figur 7 zeigt weitere Varianten von Kontaktlöchern, die ebenfalls auf der Erkenntnis basieren, daß es zum Begrenzen der Ausdehnung der Spikes sinnvoll ist, lange gerade Randabschnitte zu vermeiden. Beim Kontaktloch 70 haben deshalb sämtliche Ränder einen zinnenfδrmigen Verlauf, wo jeweils kleine rechtek- kige Fortsätze 71 der Isolationsschicht 6 ins Innere des Kontaktlochs eingreifen. Die Fortsätze 71 haben jeweils Abmessungen a parallel zum Rand und b senkrecht dazu in der Größenordnung von 2 μm oder darunter. Die Periode des Zinnenmusters kann zum Beispiel 4 μm betragen.FIG. 7 shows further variants of contact holes, which are also based on the knowledge that to limit the extent of the spikes it makes sense to avoid long straight edge sections. In the case of the contact hole 70, therefore, all the edges have a crenellated course, where small rectangular extensions 71 of the insulation layer 6 engage in the interior of the contact hole. The extensions 71 each have dimensions a parallel to the edge and b perpendicular to it in the order of 2 μm or less. The period of the crenellated pattern can be, for example, 4 μm.
Wie am Beispiel des Kontaktlochs 72 gezeigt ist, können diese Fortsätze 71 an einem Rand 73, dessen Orientierung die für die Ränder des Dreiecks aus Figur 3 definierte Bedingung erfüllt, fortgelassen werden .As shown in the example of the contact hole 72, these extensions 71 on an edge 73, the orientation of which fulfills the condition defined for the edges of the triangle from FIG. 3, can be omitted.
Die Wirkung der Fortsätze 71 ist anhand von Figur 8 verdeutlicht. Die Orientierung des Halbleitersubstrats, genauer gesagt die seiner Ebenen der Klasse <111>, in dieser Figur ist die gleiche wie in den Figuren 2 bis 7. Figur 8 zeigt als durchgezogene Linie den Verlauf eines Randes 80 eines Kontaktelements. Der Rand ist reich strukturiert in eine Vielzahl von jeweils rechtwinklig zueinander benachbarten Abschnitten. Während des Temperns des Bauelements bilden sich Spikes 81 entlang des Randes 80, die so weit unter die Isolationsschicht vordringen, bis sie nur noch von schwer angreifbaren Grenzflächen der Klasse <111> umgeben sind. Wie der Vergleich der zwei Randverläufe von Figur 8 zeigt, sind diese Spikes umso zahlreicher und kleiner, je feiner die Struktur des Randes ist.The effect of the extensions 71 is illustrated in FIG. 8. The orientation of the semiconductor substrate, more precisely that of its levels of class <111>, in this figure is the same as in FIGS. 2 to 7. FIG. 8 shows the course of an edge 80 of a contact element as a solid line. The edge is richly structured in a large number of sections that are adjacent to each other at right angles. During the annealing of the component, spikes 81 form along the edge 80, which penetrate so far under the insulation layer until they are only surrounded by interfaces of class <111> which are difficult to attack. As the comparison of the two edge profiles of FIG. 8 shows, these spikes are more numerous and smaller, the finer the structure of the edge.
Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf ein Halbleitersubstrat mit einer Mehrzahl von rechteckigen Kon- taktlδchern 90. Die Orientierung des Halbleitersubstrats ist die gleiche wie in den vorhergehenden Figuren. Die Ränder der Kontaktlöcher sind hier jeweils um ±15° gegen eine dieser drei Richtungen verdreht. Dies ist die größte Winkelabweichung zu einer der drei Richtungen, die auf einer dreizahlig symmetrischen Oberfläche wie der <lll>-Oberflache von Silicium überhaupt möglich ist. Durch diese Orientierung ist gewährleistet, daß es entlang je- des Randes eine Vielzahl von exponierten Punkten gibt, von denen Spikebildung ausgehen kann beziehungsweise die die Ausbreitung der Spikes behindern. Es entstehen daher beim Tempern des Substrats mit in den Kontaktlöchern 90 angebrachten Alumini- um-Kontaktelementen Spikes in großer Zahl und Dichte, deren Wachstum allerdings im Laufe des Temper- prozesses alsbald zum Erliegen kommt, wenn sich die schwer lösbaren Grenzflächen der Spikes zu berühren beginnen.FIG. 9 shows a plan view of a semiconductor substrate with a plurality of rectangular contact holes 90. The orientation of the semiconductor substrate is the same as in the previous figures. The edges of the contact holes are each rotated by ± 15 ° in one of these three directions. This is the largest angle deviation too one of the three directions that is possible on a threefold symmetrical surface such as the <lll> surface of silicon. This orientation ensures that there are a large number of exposed points along each edge from which spike formation can start or which hinder the spreading of the spikes. When the substrate is tempered with aluminum contact elements installed in the contact holes 90, spikes occur in large numbers and densities, the growth of which, however, soon comes to a standstill in the course of the annealing process when the difficult-to-remove interfaces of the spikes begin to touch ,
Die Erfindung ist oben schwerpunktmäßig im Hinblick auf eine Silicium-<lll>-Oberflache und Aluminium als Material der Kontaktelemente beschrieben worden. Eine Übertragung der Erfindung auf andere Oberflächen - wobei sich die Spikes dann möglicherweise weniger parallel zur Oberfläche als in die Tiefe eines Substrats erstrecken - sowie auf andere Kombinationen von Halbleitermaterial und Metall sind ohne weiteres denkbar. Entscheidend ist ledig- lieh, daß das Halbleitermaterial ein anisotropes Lδslichkeitsverhalten gegenüber dem Metall aufweisen muß. The invention has been described above in terms of a silicon surface and aluminum as the material of the contact elements. A transfer of the invention to other surfaces - the spikes then possibly extending less parallel to the surface than in the depth of a substrate - and to other combinations of semiconductor material and metal are readily conceivable. The only decisive factor is that the semiconductor material must have an anisotropic solubility behavior towards the metal.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrisches Halbleiterbauelement mit einem einkristallinen Halbleitersubstrat (1) , einer an wenigstens einer Stelle von einem Kontaktloch1. Electrical semiconductor component with a single-crystalline semiconductor substrate (1), one at least at one point of a contact hole
(30,41,50,70) durchbrochenen, an der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) angeordneten Isolations- schicht (6) und einer das Halbleitersubstrat (1) durch das Kontaktloch (6) berührenden Kontaktstruk- tur, die aus einem Material besteht, in der das Halbleitermaterial des Substrats in einem anisotro- pen Lösevorgang löslich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder des Kontaktlochs (30,41,50,70) als Diffusionsstoppstrukturen ausgebildet sind.(30, 41, 50, 70) perforated insulation layer (6) arranged on the surface of the semiconductor substrate (1) and a contact structure which contacts the semiconductor substrate (1) through the contact hole (6) and which consists of a material, in which the semiconductor material of the substrate is soluble in an anisotropic dissolving process, characterized in that the edges of the contact hole (30, 41, 50, 70) are designed as diffusion stop structures.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsstoppstrukturen bogenförmige Segmente umfassen.2. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the diffusion stop structures comprise arcuate segments.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktloch (50) kreisför- mig oder als Überlagerung von sich überschneidenden Kreisen ausgebildet ist.3. Semiconductor component according to claim 2, characterized in that the contact hole (50) is circular or designed as a superimposition of overlapping circles.
4. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusi- onsstopstrukturen mikrostrukturierte Abschnitte der4. Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion stop structures microstructured sections of
Ränder (80) umfassen.Include edges (80).
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die mikrostrukturierten Ab- schnitte (80) einen zinnen- oder sägezahnförmigen Verlauf aufweisen.5. Semiconductor component according to claim 4, characterized in that the microstructured Ab- cuts (80) have a crenellated or sawtooth-shaped course.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinnen oder Sägezähne aus6. Semiconductor component according to claim 5, characterized in that the battlements or saw teeth
VorSprüngen (71) mit Kantenlängen von 2 μm oder weniger gebildet sind.Projections (71) with edge lengths of 2 μm or less are formed.
7. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehe - den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Halbleitersubstrats wenigstens eine Klasse von Kristallebenen besitzt, die in dem Löse- vorgang schwer oder nicht angreifbar sind, und daß die Diffusionsstoppstrukturen geradlinige Abschnit- te der Ränder umfassen, die solche Kristallebenen der Klasse schneiden, die im Halbleitersubstrat (1) unterhalb des Kontaktlochs (30,41) verlaufen.7. Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the semiconductor substrate has at least one class of crystal planes which are difficult or not attackable in the dissolving process and that the diffusion stop structures comprise rectilinear sections of the edges, which intersect those crystal planes of the class which run in the semiconductor substrate (1) below the contact hole (30, 41).
8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktloch (30,41) die8. A semiconductor device according to claim 8, characterized in that the contact hole (30, 41)
Form eines gleichseitigen Dreieicks oder einer Überlagerung von sich überschneidenden gleichseitigen Dreiecken hat .Shape of an equilateral triangle or an overlay of intersecting equilateral triangles.
9. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein <111>-Si-Substrat ist.9. Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate is a <111> -Si substrate.
10. Halbleitersubstrat nach Anspruch 9, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Kontaktloch Ränder hat, die ca. um +/- 15° gegen die Schnittlinien der <111>-, <111>- oder <111> Kristallebenen mit der Oberfläche verdreht sind. 10. The semiconductor substrate according to claim 9, characterized in that the contact hole has edges which are rotated with the surface by approximately +/- 15 ° against the cutting lines of the <111>, < 111> or <111> crystal planes ,
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