JP2003504852A - 電気的半導体素子 - Google Patents
電気的半導体素子Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
- H01L29/045—Semiconductor 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
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76801—Applying 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
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- H01L21/76816—Aspects relating to the layout of the pattern or to the size of vias or trenches
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Abstract
(57)【要約】
電気的半導体素子が、単結晶半導体基板、例えばシリコンから成る単結晶半導体基板と、少なくともコンタクトホール(30)の位置に貫通孔部を有する、半導体基板(1)上に配置された絶縁層(6)と、前記コンタクトホール(30)を通して半導体基板(1)に接触するコンタクト素子とを有し、コンタクト素子は例えばアルミニウムのような材料から成っており、コンタクト素子内で基板の半導体材料が異方性溶解プロセスにおいて可溶である。コンタクトホール30の縁部は拡散停止構造として構成されている。
Description
【0001】
本発明は、単結晶半導体基板と、少なくともコンタクトホールの位置に貫通孔
部を有する、半導体基板上に配置された絶縁層と、コンタクトホールを通して半
導体に接触するコンタクト構造とを有する電気的半導体素子に関しており、コン
タクト構造は、このコンタクト構造内で基板の半導体材料が異方性溶解プロセス
において可溶であるような材料から成っている。
部を有する、半導体基板上に配置された絶縁層と、コンタクトホールを通して半
導体に接触するコンタクト構造とを有する電気的半導体素子に関しており、コン
タクト構造は、このコンタクト構造内で基板の半導体材料が異方性溶解プロセス
において可溶であるような材料から成っている。
【0002】
半導体基板がシリコンであり、コンタクト素子の材料がアルミニウムであるこ
のような半導体素子は、一般に広く普及している。このような構成素子のコンタ
クトホール領域内でのアルミニウムとシリコンの間のコンタクト形成における問
題は、そこで進行するアルミニウムとシリコンの固体内反応である。双方の間の
コンタクトの高い伝導性のために、コンタクトホール内のアルミニウムとシリコ
ンの間に当然常に存在する酸化皮膜の除去が必要である。これは300°Cから
500°Cまでの領域の温度処理を用いて行われる。この温度で、酸化物が除去
された位置においてアルミニウムとシリコンのメタラジカルな反応が生じる。な
お、この反応は、それぞれ他の物質内における両物質の固体可溶性によって制限
される。アルミニウム内でのシリコンの可溶性は、僅かなパーセントのオーダー
で温度に依存している(例えば、T=450°で0.48%)。多結晶アルミニ
ウム内でのシリコンの拡散は、加速された拡散に基づいて粒界に沿って非常に大
きい。それゆえ、温度処理の行程において、直接的なコンタクトホール領域だけ
でなく、これに隣接するアルミニウム導体路領域もシリコンで飽和される。その
際、温度に依存して、大量のシリコンが半導体素子の表面から溶解し、アルミニ
ウムコンタクト構造に流出することがある。例えば450°Cでの3分間の温度
処理で、シリコン原子の拡散の長さはおよそ40μmである。結晶から溶解して
出てきたシリコン原子は、コンタクト構造から次いで流出してきたアルミニウム
原子によって取って代わられる。これによって、シリコンを含有したアルミニウ
ムの析出、いわゆる「スパイク」が形成される。コンタクトホールが小さい程、
及びこれに対する飽和されるべきアルミニウムの割合が大きい程、このスパイク
の量が大きくなる。スパイクは、構成素子のPN接合部まで達すると、コンタク
トホール領域内の電界を強く歪め、全体的な破壊に導きかねない。
のような半導体素子は、一般に広く普及している。このような構成素子のコンタ
クトホール領域内でのアルミニウムとシリコンの間のコンタクト形成における問
題は、そこで進行するアルミニウムとシリコンの固体内反応である。双方の間の
コンタクトの高い伝導性のために、コンタクトホール内のアルミニウムとシリコ
ンの間に当然常に存在する酸化皮膜の除去が必要である。これは300°Cから
500°Cまでの領域の温度処理を用いて行われる。この温度で、酸化物が除去
された位置においてアルミニウムとシリコンのメタラジカルな反応が生じる。な
お、この反応は、それぞれ他の物質内における両物質の固体可溶性によって制限
される。アルミニウム内でのシリコンの可溶性は、僅かなパーセントのオーダー
で温度に依存している(例えば、T=450°で0.48%)。多結晶アルミニ
ウム内でのシリコンの拡散は、加速された拡散に基づいて粒界に沿って非常に大
きい。それゆえ、温度処理の行程において、直接的なコンタクトホール領域だけ
でなく、これに隣接するアルミニウム導体路領域もシリコンで飽和される。その
際、温度に依存して、大量のシリコンが半導体素子の表面から溶解し、アルミニ
ウムコンタクト構造に流出することがある。例えば450°Cでの3分間の温度
処理で、シリコン原子の拡散の長さはおよそ40μmである。結晶から溶解して
出てきたシリコン原子は、コンタクト構造から次いで流出してきたアルミニウム
原子によって取って代わられる。これによって、シリコンを含有したアルミニウ
ムの析出、いわゆる「スパイク」が形成される。コンタクトホールが小さい程、
及びこれに対する飽和されるべきアルミニウムの割合が大きい程、このスパイク
の量が大きくなる。スパイクは、構成素子のPN接合部まで達すると、コンタク
トホール領域内の電界を強く歪め、全体的な破壊に導きかねない。
【0003】
この問題を回避するために、例えばD.H. Widmann, H. Mader, H. Friedrich,
Technologie hochintegrierter Schaltungen, Berlin, Springer 1996から、シ
リコンドーピングされたアルミニウムを電子的構成素子のコンタクト構造の材料
として使用することが公知である。この場合、ドープされたアルミニウムのシリ
コン濃度は、温度処理時に達成される最も高い処理温度に関連したアルミニウム
内でのシリコンの固体内溶解度を超えている。このシリコン濃度はほぼ1%にな
ることもある。
Technologie hochintegrierter Schaltungen, Berlin, Springer 1996から、シ
リコンドーピングされたアルミニウムを電子的構成素子のコンタクト構造の材料
として使用することが公知である。この場合、ドープされたアルミニウムのシリ
コン濃度は、温度処理時に達成される最も高い処理温度に関連したアルミニウム
内でのシリコンの固体内溶解度を超えている。このシリコン濃度はほぼ1%にな
ることもある。
【0004】
しかしながら、この解決手段は、高抵抗n型シリコン(ドナー濃度が1020
cm−3未満)上のコンタクトホール内でのコンタクトには適用不可能である。
ここでは、冷却時にコンタクトホール内にエピタキシャルシリコン析出物が形成
される。これらの析出物はアルミニウムドーピングされており、したがってp伝
導型である。これらは、pn接合部の形成がコンタクトホール内を次第に覆って
いくのに従って、コンタクト抵抗を悪化させる。それゆえ、高抵抗n型シリコン
のコンタクトのために、シリコン無添加のアルミニウムがメタライゼーションと
して使用される。コンタクトホール内に伝導性の接合部を形成するために、スパ
イクの出現は我慢しなければならない。
ここでは、冷却時にコンタクトホール内にエピタキシャルシリコン析出物が形成
される。これらの析出物はアルミニウムドーピングされており、したがってp伝
導型である。これらは、pn接合部の形成がコンタクトホール内を次第に覆って
いくのに従って、コンタクト抵抗を悪化させる。それゆえ、高抵抗n型シリコン
のコンタクトのために、シリコン無添加のアルミニウムがメタライゼーションと
して使用される。コンタクトホール内に伝導性の接合部を形成するために、スパ
イクの出現は我慢しなければならない。
【0005】
発明の利点
本発明は、半導体素子のコンタクトホール内でのスパイクの形成は、既にコン
タクトホールの縁部の的確な形態によって決定的に制限することができるという
驚くべき洞察に基づいている。付加的な構造、不純物等の追加は必要ない。
タクトホールの縁部の的確な形態によって決定的に制限することができるという
驚くべき洞察に基づいている。付加的な構造、不純物等の追加は必要ない。
【0006】
本明細書で拡散停止構造と称される縁部には、さまざまな形態の可能性がある
。このような可能性のうちの第1のものは弓状セグメントである。このように、
コンタクトホールは、例えば全体的に円状であるか、またはそれ自体と交差する
円の重なり合いとして構成してもよい。円セグメントの効果は以下のことに基づ
いている。すなわち、円セグメントは、結晶サイズの尺度では多数の直線セグメ
ントから構成されており、これら直線セグメントは、それぞれ異なる方向指数を
有しており、また溶解プロセスは、個々の直線セグメントに沿って、溶解プロセ
スに最も抵抗する結晶内部の面に到達するまで、それぞれ異なって進行する。こ
のような円の半径が小さい程、相応する直線セグメントは短くなり、それぞれ個
々の直線セグメントから出ることのできるスパイクも小さくなる。
。このような可能性のうちの第1のものは弓状セグメントである。このように、
コンタクトホールは、例えば全体的に円状であるか、またはそれ自体と交差する
円の重なり合いとして構成してもよい。円セグメントの効果は以下のことに基づ
いている。すなわち、円セグメントは、結晶サイズの尺度では多数の直線セグメ
ントから構成されており、これら直線セグメントは、それぞれ異なる方向指数を
有しており、また溶解プロセスは、個々の直線セグメントに沿って、溶解プロセ
スに最も抵抗する結晶内部の面に到達するまで、それぞれ異なって進行する。こ
のような円の半径が小さい程、相応する直線セグメントは短くなり、それぞれ個
々の直線セグメントから出ることのできるスパイクも小さくなる。
【0007】
類似の効果は、コンタクトホールの従来の直線境界線をミクロ構造化された断
片で置き換えることでも達成される。これらミクロ構造化された断片は、例えば
尖塔状または鋸歯状の輪郭を有してもよい。ここでも同様に、溶解プロセスは通
常通り縁部の直線セグメントから始まり、溶解しにくい結晶面に到達するまで進
行する。ミクロ構造化によって次のことが達成される。すなわち、溶解プロセス
が進行する個々の前線は直線稜線と比べて短く、これに応じて、緩慢に溶解する
かまたは溶解しない結晶面に到達する前に、比較的少量の半導体材料だけが溶解
される。一般的には、このようにして生じたスパイクは、ミクロ構造が精細であ
る程、短いということが妥当する。構造要素の稜線の長さは、2μmかそれ未満
が有利である。
片で置き換えることでも達成される。これらミクロ構造化された断片は、例えば
尖塔状または鋸歯状の輪郭を有してもよい。ここでも同様に、溶解プロセスは通
常通り縁部の直線セグメントから始まり、溶解しにくい結晶面に到達するまで進
行する。ミクロ構造化によって次のことが達成される。すなわち、溶解プロセス
が進行する個々の前線は直線稜線と比べて短く、これに応じて、緩慢に溶解する
かまたは溶解しない結晶面に到達する前に、比較的少量の半導体材料だけが溶解
される。一般的には、このようにして生じたスパイクは、ミクロ構造が精細であ
る程、短いということが妥当する。構造要素の稜線の長さは、2μmかそれ未満
が有利である。
【0008】
いずれにせよ、コンタクトホールの直線的縁部におけるスパイクの形成を回避
すること、または少なくとも広範囲に抑制することが可能である。溶解プロセス
の異方性は、半導体材料が、溶解プロセスにおいて腐食しにくいまたは全く腐食
しない結晶面の少なくとも1つのクラスを有していることを含意する。この場合
、このクラスは、それらのミラー指数がそれぞれ置換及び/または符号の反転に
よって互いから得られるような結晶面の族を意味する。このようなクラスのすべ
ての面は結晶学的観点からは等価である。コンタクトホールの縁部の直線的断片
は、有利には、半導体基板内においてコンタクトホールの下方に延在するクラス
の結晶面と交差するように配置すべきである。
すること、または少なくとも広範囲に抑制することが可能である。溶解プロセス
の異方性は、半導体材料が、溶解プロセスにおいて腐食しにくいまたは全く腐食
しない結晶面の少なくとも1つのクラスを有していることを含意する。この場合
、このクラスは、それらのミラー指数がそれぞれ置換及び/または符号の反転に
よって互いから得られるような結晶面の族を意味する。このようなクラスのすべ
ての面は結晶学的観点からは等価である。コンタクトホールの縁部の直線的断片
は、有利には、半導体基板内においてコンタクトホールの下方に延在するクラス
の結晶面と交差するように配置すべきである。
【0009】
コンタクトホールは、そのすべての縁部が上記要求を満たすように構成するこ
ともできる。このようなコンタクトホールは、正三角形またはそれ自体と交差す
る正三角形の重なり合いの形態を有することができる。
ともできる。このようなコンタクトホールは、正三角形またはそれ自体と交差す
る正三角形の重なり合いの形態を有することができる。
【0010】
有利には、半導体素子の基板は〈111〉シリコン基板である。というのも、
シリコンの〈111〉面はアルミニウム内での溶解によっては腐食されない面だ
からである。
シリコンの〈111〉面はアルミニウム内での溶解によっては腐食されない面だ
からである。
【0011】
【外2】
【0012】
本発明の別の特徴及び利点は、以下の実施例の説明とそれに関連する図面とか
ら明らかになる。
ら明らかになる。
【0013】
図面
図1は、スパイク形成の問題を明示するために、従来の半導体素子の横断面を
示しており、 図2は、2つのコンタクトホールの縁部に形成されたスパイクを有する半導体
素子の表面を示しており、 図3は、本発明によるコンタクトホールを有する半導体表面の平面図及び断面
図を示しており、 図4は、図3のコンタクトホールの変種を示しており、 図5は、本発明による円状の2つの孔を有する半導体表面を示しており、 図6は、図5のコンタクトホールの変種を示しており、 図7は、本発明によるミクロ構造化された縁部を有する2つのコンタクトホー
ルを有する半導体表面を示しており、 図8は、温度処理によるコンタクトホールのミクロ構造化された縁部を示して
おり、 図9は、溶解しにくい面に対するその配向によってスパイク形成から保護され
る縁部を有する半導体表面を示している。
示しており、 図2は、2つのコンタクトホールの縁部に形成されたスパイクを有する半導体
素子の表面を示しており、 図3は、本発明によるコンタクトホールを有する半導体表面の平面図及び断面
図を示しており、 図4は、図3のコンタクトホールの変種を示しており、 図5は、本発明による円状の2つの孔を有する半導体表面を示しており、 図6は、図5のコンタクトホールの変種を示しており、 図7は、本発明によるミクロ構造化された縁部を有する2つのコンタクトホー
ルを有する半導体表面を示しており、 図8は、温度処理によるコンタクトホールのミクロ構造化された縁部を示して
おり、 図9は、溶解しにくい面に対するその配向によってスパイク形成から保護され
る縁部を有する半導体表面を示している。
【0014】
実施例の説明
図1は、問題を具体的に示すために、高抵抗の半導体基板1とこの中に形成さ
れた2つのドープされた領域2,3とを有する電子的構成素子の断面を示してい
る。ここで、2つのドープされた領域2,3は、相互に高抵抗で分離されていな
ければならない。基板の表面に広がる絶縁層6は2つのコンタクト窓7を有して
おり、これらのコンタクト窓を通して、ドープされた領域2,3は、コンタクト
構造のアルミニウムから成るそれぞれ1つのコンタクト素子4,5と接続されて
いる。コンタクト素子4,5は、相互に導通しないように接続されていなければ
ならない。しかしながら、ドープされた領域とコンタクト素子との間に満足のい
く電気的コンタクトを形成するのに必要な温度処理の間、コンタクト素子4,5
からのアルミニウムは半導体基板1内に拡散する。半導体基板の表面は〈111
〉配向度を有しているので、アルミニウムが表面に平行にさらに広く拡大するな
らば、アルミニウムは基板に奥深く浸透せず、また、さまざまなコンタクトホー
ルから、領域2,3の間の導電性接合部を形成するスパイク8,9が生じる。そ
れゆえ構成素子は使用不能である。
れた2つのドープされた領域2,3とを有する電子的構成素子の断面を示してい
る。ここで、2つのドープされた領域2,3は、相互に高抵抗で分離されていな
ければならない。基板の表面に広がる絶縁層6は2つのコンタクト窓7を有して
おり、これらのコンタクト窓を通して、ドープされた領域2,3は、コンタクト
構造のアルミニウムから成るそれぞれ1つのコンタクト素子4,5と接続されて
いる。コンタクト素子4,5は、相互に導通しないように接続されていなければ
ならない。しかしながら、ドープされた領域とコンタクト素子との間に満足のい
く電気的コンタクトを形成するのに必要な温度処理の間、コンタクト素子4,5
からのアルミニウムは半導体基板1内に拡散する。半導体基板の表面は〈111
〉配向度を有しているので、アルミニウムが表面に平行にさらに広く拡大するな
らば、アルミニウムは基板に奥深く浸透せず、また、さまざまなコンタクトホー
ルから、領域2,3の間の導電性接合部を形成するスパイク8,9が生じる。そ
れゆえ構成素子は使用不能である。
【0015】
【外3】
【0016】
図中で水平のコンタクトホール21,22の縁部は、ウェーハ20の〈110〉
配向面に平行である。図中左にあるコンタクトホール21,22の垂直縁部には
スパイク形成がほとんど全くなく、けば線表示された元のシリコン結晶はこの縁
部まで直接達している。他のすべての縁部では、スパイク23はコンタクトホー
ルの元の縁部から基板表面へ達している。こうなる原因は、表面と同じクラスに
属する結晶面に対する縁部の配向である。このように、垂直縁部はそれぞれ、こ
こでは恣意的に〈−111〉面と称される前記クラスの結晶面の交線に平行に走
っている。この面は、これが基板内部においてコンタクトホールの下方に延在す
るような方位で2つのコンタクトホールの左側垂直縁部24,25と交差する。
温度処理の間にシリコンとアルミニウムの間の境界面が、他の基板の〈111〉
面に対して垂直に基板の深さ方向に緩慢に広がると、直ちに縁部24,25に〈
−111〉方位の境界面が生じる。ただし、この境界面は同様に緩慢にしか基板
内部へ広がることができない。これに対して右側垂直縁部26,27には、溶解
プロセスに対する抵抗が少ない〈100〉境界面が生じ、その結果そこでは、水
平縁部においてと同様にスパイク23が広がる可能性がある。
配向面に平行である。図中左にあるコンタクトホール21,22の垂直縁部には
スパイク形成がほとんど全くなく、けば線表示された元のシリコン結晶はこの縁
部まで直接達している。他のすべての縁部では、スパイク23はコンタクトホー
ルの元の縁部から基板表面へ達している。こうなる原因は、表面と同じクラスに
属する結晶面に対する縁部の配向である。このように、垂直縁部はそれぞれ、こ
こでは恣意的に〈−111〉面と称される前記クラスの結晶面の交線に平行に走
っている。この面は、これが基板内部においてコンタクトホールの下方に延在す
るような方位で2つのコンタクトホールの左側垂直縁部24,25と交差する。
温度処理の間にシリコンとアルミニウムの間の境界面が、他の基板の〈111〉
面に対して垂直に基板の深さ方向に緩慢に広がると、直ちに縁部24,25に〈
−111〉方位の境界面が生じる。ただし、この境界面は同様に緩慢にしか基板
内部へ広がることができない。これに対して右側垂直縁部26,27には、溶解
プロセスに対する抵抗が少ない〈100〉境界面が生じ、その結果そこでは、水
平縁部においてと同様にスパイク23が広がる可能性がある。
【0017】
【外4】
【0018】
図3B内の領域3bは、半導体基板1のシリコンが、コンタクトホール30内に
取付られた(図示せず)コンタクトの温度処理によって、アルミニウムから基板
1内へ出されるゾーンを表している。ゾーン31と基板1との間の境界面は、す
べてクラス〈111〉の結晶面である。それに応じて、ゾーン31は、コンタク
トホール30の縁部から脇へ広がることが少ない。この拡大は図3aでは破線の
三角形32によって示されている。
取付られた(図示せず)コンタクトの温度処理によって、アルミニウムから基板
1内へ出されるゾーンを表している。ゾーン31と基板1との間の境界面は、す
べてクラス〈111〉の結晶面である。それに応じて、ゾーン31は、コンタク
トホール30の縁部から脇へ広がることが少ない。この拡大は図3aでは破線の
三角形32によって示されている。
【0019】
本発明にとって、コンタクトホール30が尖った角を持った正確な三角形であ
ることは決定的ではない。角は切り取ってもまたは丸めてもよい。確かにこのケ
ースでは、尖った角を持った三角形の理想的なケースとは異なって、まずアルミ
ニウムを含有したゾーン31とシリコン基板1との間に、クラス〈111〉に属
さない境界面が生じるが、アルミニウムを含有したゾーンがこのようなケースに
おいて到達する最終的な形状は同様に三角形32に相当する。
ることは決定的ではない。角は切り取ってもまたは丸めてもよい。確かにこのケ
ースでは、尖った角を持った三角形の理想的なケースとは異なって、まずアルミ
ニウムを含有したゾーン31とシリコン基板1との間に、クラス〈111〉に属
さない境界面が生じるが、アルミニウムを含有したゾーンがこのようなケースに
おいて到達する最終的な形状は同様に三角形32に相当する。
【0020】
しばしば、半導体基板のコンタクトには稜線の長さが異なる長方形のコンタク
トホールが望ましい。図4には、平面図を用いて図3におけるのと同じ配向のシ
リコン-〈111〉-基板が示されており、線40によって示されている長方形の
コンタクトホールは、多数の正三角形を互いに交差して重なり合わせることによ
って近似される。このようにして長く延びたコンタクトホール41が得られる。
このコンタクトホール41の縁部は、鋸歯状に走る領域を有しており、このよう
にして、縁部が基板内部においてコンタクトホールの下方に延在するクラス〈1
11〉の結晶面と交差しなければならないという要求を至るところで満たしてい
る。
トホールが望ましい。図4には、平面図を用いて図3におけるのと同じ配向のシ
リコン-〈111〉-基板が示されており、線40によって示されている長方形の
コンタクトホールは、多数の正三角形を互いに交差して重なり合わせることによ
って近似される。このようにして長く延びたコンタクトホール41が得られる。
このコンタクトホール41の縁部は、鋸歯状に走る領域を有しており、このよう
にして、縁部が基板内部においてコンタクトホールの下方に延在するクラス〈1
11〉の結晶面と交差しなければならないという要求を至るところで満たしてい
る。
【0021】
図5には、平面図でシリコン〈111〉面上の円形コンタクトホール50が示
されており、この円形コンタクトホール50は、図3及び4におけるのと全く同
じように配向されている。コンタクトホールの縁部は3つの領域51を有してお
り、これら3つの領域は、少なくとも近似的に、図3及び4のコンタクトホール
の縁部が満たしているのと同じ配向に関する条件を満たしている。これに応じて
この領域内には事実上まったくスパイク形成が生じない。間にある縁部領域52
には、多数のスパイク53が存在するが、すべて横方向への拡大は少ない。その
理由は次の通りである。すなわち、コンタクトホール50の円形は、結晶格子の
サイズの尺度では、異なる配向を有しそれゆえ異なる強さでアルミニウムによる
溶解腐食に耐える多くの個別の直線セグメントの列として見なすことができ、ま
た多数の格子位置が、例えば、シリコン結晶とアルミニウムとの間の境界面の段
または角に存在し、これら格子位置は、強調された配位に基づいて、スパイク形
成の芽として働いたり、またはスパイクの拡大を妨げることができる。それゆえ
、アルミニウム内のシリコンの溶解プロセスは、縁部に沿った近接する多数の点
から始まり、そこから半径方向に外へ向かって進行する。その際、腐食されにく
い〈111〉クラスの結晶面が残る。2つのスパイクの境界面が接触するほどス
パイクが深くなるとすぐに、溶解プロセスは実質的に停止する。
されており、この円形コンタクトホール50は、図3及び4におけるのと全く同
じように配向されている。コンタクトホールの縁部は3つの領域51を有してお
り、これら3つの領域は、少なくとも近似的に、図3及び4のコンタクトホール
の縁部が満たしているのと同じ配向に関する条件を満たしている。これに応じて
この領域内には事実上まったくスパイク形成が生じない。間にある縁部領域52
には、多数のスパイク53が存在するが、すべて横方向への拡大は少ない。その
理由は次の通りである。すなわち、コンタクトホール50の円形は、結晶格子の
サイズの尺度では、異なる配向を有しそれゆえ異なる強さでアルミニウムによる
溶解腐食に耐える多くの個別の直線セグメントの列として見なすことができ、ま
た多数の格子位置が、例えば、シリコン結晶とアルミニウムとの間の境界面の段
または角に存在し、これら格子位置は、強調された配位に基づいて、スパイク形
成の芽として働いたり、またはスパイクの拡大を妨げることができる。それゆえ
、アルミニウム内のシリコンの溶解プロセスは、縁部に沿った近接する多数の点
から始まり、そこから半径方向に外へ向かって進行する。その際、腐食されにく
い〈111〉クラスの結晶面が残る。2つのスパイクの境界面が接触するほどス
パイクが深くなるとすぐに、溶解プロセスは実質的に停止する。
【0022】
この場合、コンタクトホール50の円形ができるだけ正確であることが重要で
ある。比較のために、より小さな第2のコンタクトホール54が示されており、
このコンタクトホール54は近似的にしか円形でなく、その縁部は、少数の直線
セグメントから構成されている。ここでは各直線セグメントがスパイク53の出
発点を形成しており、またコンタクトホール50と比べて直線セグメントが比較
的長いので、この場合比較的大きなスパイクが生じる。
ある。比較のために、より小さな第2のコンタクトホール54が示されており、
このコンタクトホール54は近似的にしか円形でなく、その縁部は、少数の直線
セグメントから構成されている。ここでは各直線セグメントがスパイク53の出
発点を形成しており、またコンタクトホール50と比べて直線セグメントが比較
的長いので、この場合比較的大きなスパイクが生じる。
【0023】
図6において図5に似た表示で示されているように、長方形のコンタクトホー
ルは、それぞれが同じ直径rを有する互いに交差する円状のコンタクトホールが
間隔aiで重なり合うことによっても近似され得る。
ルは、それぞれが同じ直径rを有する互いに交差する円状のコンタクトホールが
間隔aiで重なり合うことによっても近似され得る。
【0024】
図7には、コンタクトホールのさらなる変種が示されており、これらの変種も
同様に、スパイクの拡大を制限するには、長い直線的縁部を避けることが合理的
であるという認識に基づいている。それゆえ、コンタクトホール70では、縁部
全体が尖塔状の輪郭を有しており、それぞれ絶縁層6の小さな長方形の突起71
がコンタクトホール70の内部に食い込んでいる。突起71は、縁部に対して平
行にaの大きさを有し、これに対して垂直に2μmまたはそれ未満のオーダーの
大きさbを有している。尖塔パターンの周期は例えば4μmにすることができる
。
同様に、スパイクの拡大を制限するには、長い直線的縁部を避けることが合理的
であるという認識に基づいている。それゆえ、コンタクトホール70では、縁部
全体が尖塔状の輪郭を有しており、それぞれ絶縁層6の小さな長方形の突起71
がコンタクトホール70の内部に食い込んでいる。突起71は、縁部に対して平
行にaの大きさを有し、これに対して垂直に2μmまたはそれ未満のオーダーの
大きさbを有している。尖塔パターンの周期は例えば4μmにすることができる
。
【0025】
コンタクトホール72の例で示されているように、これらの突起71は、図3
の三角形の縁部に対して定められた条件を満たす配向を有する縁部73において
は省くことができる。
の三角形の縁部に対して定められた条件を満たす配向を有する縁部73において
は省くことができる。
【0026】
突起71の効果は図8に基づいて明らかとなる。この図における半導体基板の
配向度、より詳しく言えば、クラス〈111〉の面の配向度は、図2〜7と同じ
である。図8では、コンタクト素子の縁部80の輪郭が実線として示されている
。縁部は、それぞれ互いに隣接する多数の長方形状の断片に豊かに構造化されて
いる。構成素子の焼きなましの間、スパイク81が縁部80に沿って形成され、
腐食しにくいクラス〈111〉の境界面によって包囲されるまで絶縁層の下方に
広がる。図8の2つの縁部輪郭の比較が示しているように、これらのスパイクは
、縁部の構造が精密になる程、いっそう数が多くなり小さくなる。
配向度、より詳しく言えば、クラス〈111〉の面の配向度は、図2〜7と同じ
である。図8では、コンタクト素子の縁部80の輪郭が実線として示されている
。縁部は、それぞれ互いに隣接する多数の長方形状の断片に豊かに構造化されて
いる。構成素子の焼きなましの間、スパイク81が縁部80に沿って形成され、
腐食しにくいクラス〈111〉の境界面によって包囲されるまで絶縁層の下方に
広がる。図8の2つの縁部輪郭の比較が示しているように、これらのスパイクは
、縁部の構造が精密になる程、いっそう数が多くなり小さくなる。
【0027】
図9には、複数の長方形のコンタクトホール90を有する半導体基板の平面図
が示されている。半導体基板の配向は前記の図におけるのと同じである。ここで
は、コンタクトホールの縁部は、それぞれこれら3つの方向のうちの1つに対し
て±15°だけねじれている。これは3つの方向のうちの1つに対する最大のず
れ角であり、一般にシリコンの〈111〉面のような3対称な面で可能である。
この配向度によって、それぞれの縁部に沿って多数の露出点の存在が保証され、
これらの点からスパイク形成が始まるか、またはスパイクの拡大が妨害される。
したがって、コンタクトホール90内に取付られたアルミニウムコンタクト素子
を有する基板の焼きなましの際には、多数の及び高密度のスパイクが生じる。そ
うではあるが、スパイクの成長は、焼きなましプロセスの進行中に溶解しにくい
スパイク境界面が接触し始めるとすぐに停止する。
が示されている。半導体基板の配向は前記の図におけるのと同じである。ここで
は、コンタクトホールの縁部は、それぞれこれら3つの方向のうちの1つに対し
て±15°だけねじれている。これは3つの方向のうちの1つに対する最大のず
れ角であり、一般にシリコンの〈111〉面のような3対称な面で可能である。
この配向度によって、それぞれの縁部に沿って多数の露出点の存在が保証され、
これらの点からスパイク形成が始まるか、またはスパイクの拡大が妨害される。
したがって、コンタクトホール90内に取付られたアルミニウムコンタクト素子
を有する基板の焼きなましの際には、多数の及び高密度のスパイクが生じる。そ
うではあるが、スパイクの成長は、焼きなましプロセスの進行中に溶解しにくい
スパイク境界面が接触し始めるとすぐに停止する。
【0028】
本発明は、上では、シリコン〈111〉面とコンタクト素子の材料としてのア
ルミニウムとに関して説明されている。他の表面−そこではスパイクは基板の深
さ方向と比べて表面に平行の方向にはできるだけ広がらない−への、及び半導体
材料と金属の他の組合せへの本発明の転用は難なく考え得る。決定的なことは、
金属と比べて、半導体材料は異方性のある可溶特性を有していなければならない
ことである。
ルミニウムとに関して説明されている。他の表面−そこではスパイクは基板の深
さ方向と比べて表面に平行の方向にはできるだけ広がらない−への、及び半導体
材料と金属の他の組合せへの本発明の転用は難なく考え得る。決定的なことは、
金属と比べて、半導体材料は異方性のある可溶特性を有していなければならない
ことである。
【図1】
スパイク形成の問題を明示するために、従来の半導体素子の横断面を示す。
【図2】
2つのコンタクトホールの縁部に形成されたスパイクを有する半導体素子の表
面を示す。
面を示す。
【図3】
本発明によるコンタクトホールを有する半導体表面の平面図及び断面図を示す
。
。
【図4】
図3のコンタクトホールの変種を示す。
【図5】
本発明による円状の2つの孔を有する半導体表面を示す。
【図6】
図5のコンタクトホールの変種を示す。
【図7】
本発明によるミクロ構造化された縁部を有する2つのコンタクトホールを有す
る半導体表面を示す。
る半導体表面を示す。
【図8】
温度処理によるコンタクトホールのミクロ構造化された縁部を示す。
【図9】
溶解しにくい面に対するその配向によってスパイク形成から保護される縁部を
有する半導体表面を示す。
有する半導体表面を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Fターム(参考) 4M104 AA01 BB02 CC01 DD06 HH04
5F033 HH08 JJ01 JJ08 KK01 NN29
XX30
Claims (10)
- 【請求項1】 単結晶半導体基板(1)と、少なくともコンタクトホール(
30,41,50,70)の位置に貫通孔部を有する、前記半導体基板(1)上
に配置された絶縁層(6)と、コンタクトホール(6)を通して半導体基板(1
)に接触するコンタクト構造とを有する電気的半導体素子であって、 前記コンタクト構造が、該コンタクト構造内で基板の半導体材料が異方性溶解
プロセスにおいて可溶であるような材料から成っている形式の電気的半導体素子
において、 前記コンタクトホール(30,41,50,70)の縁部は拡散停止構造とし
て構成されている、ことを特徴とする電気的半導体素子。 - 【請求項2】 前記拡散停止構造は弓状のセグメントを含む、請求項1記載
の半導体素子。 - 【請求項3】 前記コンタクトホール(50)は、円状にまたはそれ自体と
交差する円の重なり合いとして構成されている、請求項2記載の半導体素子。 - 【請求項4】 前記拡散停止構造は前記縁部(80)のミクロ構造化された
断片を含む、請求項1から3のいずれか1項記載の半導体素子。 - 【請求項5】 前記ミクロ構造化された断片(80)は尖塔状または鋸歯状
の輪郭を有する、請求項4記載の半導体素子。 - 【請求項6】 前記尖塔部または鋸歯は、2μmまたはそれ未満の長さの稜
線を有する突起(71)から形成されている、請求項5記載の半導体素子。 - 【請求項7】 前記半導体基板の材料は、溶解プロセスにおいて腐食しにく
いまたは腐食しない結晶面の少なくとも1つのクラスを有しており、 前記拡散停止構造は前記縁部の直線状断片を含んでおり、該直線状断片は、前
記半導体基板(1)内においてコンタクトホール(30,41)の下方に延在す
る前記クラスの結晶面と交差している、請求項1から6のいずれか1項記載の半
導体素子。 - 【請求項8】 前記コンタクトホール(30,41)は、正三角形またはそ
れ自体と交差する正三角形の重なり合いの形態を有する、請求項8記載の半導体
素子。 - 【請求項9】 前記基板は〈111〉−Si−基板である、請求項1から8
のいずれか1項記載の半導体素子。 - 【請求項10】 【外1】 請求項9記載の半導体素子。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19930797A DE19930797A1 (de) | 1999-07-03 | 1999-07-03 | Elektrisches Halbleiterbauelement |
DE19930797.0 | 1999-07-03 | ||
PCT/DE2000/002113 WO2001003195A1 (de) | 1999-07-03 | 2000-07-03 | Elektrisches halbleiterbauelement mit einem kontaktloch |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003504852A true JP2003504852A (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=7913604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001508506A Pending JP2003504852A (ja) | 1999-07-03 | 2000-07-03 | 電気的半導体素子 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6787905B1 (ja) |
EP (1) | EP1198841A1 (ja) |
JP (1) | JP2003504852A (ja) |
DE (1) | DE19930797A1 (ja) |
WO (1) | WO2001003195A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6976238B1 (en) * | 2001-06-03 | 2005-12-13 | Cadence Design Systems, Inc. | Circular vias and interconnect-line ends |
KR101630152B1 (ko) * | 2010-02-24 | 2016-06-14 | 엘지디스플레이 주식회사 | 하이브리드 발광다이오드 칩과 이를 포함하는 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5363983A (en) * | 1976-11-19 | 1978-06-07 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
-
1999
- 1999-07-03 DE DE19930797A patent/DE19930797A1/de not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-07-03 US US10/030,617 patent/US6787905B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-07-03 WO PCT/DE2000/002113 patent/WO2001003195A1/de not_active Application Discontinuation
- 2000-07-03 EP EP00958104A patent/EP1198841A1/de not_active Withdrawn
- 2000-07-03 JP JP2001508506A patent/JP2003504852A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6787905B1 (en) | 2004-09-07 |
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EP1198841A1 (de) | 2002-04-24 |
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