DE3685969T2

DE3685969T2 - Integrierte schaltung mit halbleiterkondensator und verfahren zu ihrer herstellung.

Info

Publication number: DE3685969T2
Application number: DE8686101236T
Authority: DE
Inventors: Tokujiro Watanabe
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 1985-01-30
Filing date: 1986-01-30
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2006-01-31
Also published as: EP0192989A2; JPH0574940B2; EP0192989B1; US4737838A; JPS61174744A; EP0192989A3; DE3685969D1

Description

Feld der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltungsstruktur, und insbesondere eine integrierte Halbleiterschaltungsstruktur mit einem eingebauten Kondensator.

Hintergrund der Erfindung

Ein typisches Beispiel einer bekannten integrierten Halbleiterschaltung mit eingebautem Kondensator ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Die dort dargestellte integrierte Halbleiterschaltung umfaßt ein Halbleitersubstrat 10 mit einer relativ dicken Isolierschicht 12, die auf dessen Oberfläche ausgebildet ist. Auf der Oberfläche der Isolierschicht 12 ist ihrerseits eine Polysilizium-Leitungsschicht 14 ausgebildet, die teilweise mit einem relativ dünnen Polysiliziumoxidfilm 16 bedeckt ist. Der Polysiliziumoxidfilm 16 unterliegt seinerseits teilweise einer leitenden Polysiliziumschicht 18. Die untere Polysilizium-Leitungsschicht 14 und die obere Polysilizium-Leitungsschicht 18 bilden einen Teil eines eingebauten Kondensators 20, der eine dielektrische Schicht aus dem dünnen Polysiliziumoxidfilm 16, die zwischen die Elektrodenplatten aus den beiden Leitungsschichten 14 und 18 eingefügt ist, aufweist. Die freiliegenden Teile des Polysiliziumoxidfilms 16 und der oberen Polysilizium-Leitungsschicht 18 sind mit einer Isolierschicht 22 bedeckt, die mit Kontaktlöchern oder -öffnungen 24 und 26 versehen ist. Ein Kontaktloch 24 erstreckt sich zur Oberfläche der unteren Polysilizium-Leitungsschicht 14 und das andere Kontaktloch oder die Öffnung 26 erstreckt sich zur Oberfläche der oberen Polysilizium-Leitungsschicht 18. Das Kontaktloch 24 und die Öffnung 26 werden typischerweise durch Fotoätztechniken unter Verwendung eines Ätzmittels mit Flußsäure hergestellt. Auf der oberen Polysilizium-Leitungsschicht 18 und der obersten Isolierschicht 22 werden Verdrahtungs-Metallschichten abgeschieden, die eine Metallschicht 28 umfassen, die die Oberfläche der unteren Polysilizium-Leitungsschicht 14 durch die Kontaktöffnung 26 kontaktiert und eine Metallschicht 30, die auf der Oberfläche der oberen Polysilizium-Leitungsschicht 18 liegt, durch die Öffnung 26 in die Isolierschicht 22 kontaktiert. Jede dieser Verdrahtungs-Metallschichten 28 und 30 besteht typischerweise aus Aluminium. Die untere Polysilizium-Leitungsschicht 14 des so in der integrierten Halbleiterschaltung ausgebildeten Kondensators 20 ist mittels der dicken Isolierschicht 12 vom Halbleitersubstrat 10 isoliert und liefert aus diesem Grunde eine ausreichend geringe Kapazität, die den Kondensator unempfindlicher auf ein Potential auf dem Substrat 10 macht.
Die integrierte Halbleiterschaltung mit einem derartigen Kondensator 20 besitzt jedoch den Nachteil, daß die Kontaktöffnung 26 zur Aufnahme der Verdrahtungs-Metallschicht 30 für die obere Polysilizium-Leitungsschicht 18 so ausgedehnt ist, daß Kontaktspiking zwischen der Polysilizium-Leitungsschicht 18 und der Metallschicht 30 auftreten kann. Während eines Hochtemperatur-Verarbeitungsschrittes, der zur Verbesserung des Ohmschen Kontaktes zwischen der Leitungsschicht 18 und der Metallschicht 30, die normalerweise aus Aluminium besteht, durchgeführt wird, sinkt eine große Menge Aluminium in die unterliegende Polysilizium-Leitungsschicht 18 und verhindert die Ausbildung eines guten Ohm'schen Kontaktes zwischen den Schichten 18 und 30. Die Aluminiumspikes können selbst durch die Polysilizium-Leitungsschicht 18 in den Polysilizium-Oxidfilm 16 eindringen und somit den Oxidfilm 16 beschädigen.
Ein weiteres Problem entsteht durch die Verwendung eines Ätzmittels aus Flußsäure während des Ätzens der Isolierschicht 22 zur Ausbildung der Kontaktlöcher und Öffnungen 24 und 26. Nicht nur die Isolierschicht 22 sondern auch die obere Polysilizium-Leitungsschicht 18 sind dem Angriff durch das Ätzmittel aus Flußsäure während dieses Ätzschrittes ausgesetzt. Eine geringe Menge Flußsäure kann somit in die Leitungsschicht 18 zwischen die Korngrenzen zwischen den Polysiliziumkristallen, die die Schicht 18 bilden, eindringen und den unterliegenden Polysiliziumoxidfilm 16 erreichen. Auch das kann eine Beschädigung des Polysiliziumoxidfilms 18 verursachen. Je größer die Fläche der Kontaktöffnung 26 in der Isolierschicht ist, desto ernstlicher können die Beschädigungen, die am Oxidfilm durch den Angriff durch Flußsäure entstehen, werden. Es ist jedoch wünschenswert, daß die Kontaktöffnung 26 in der Isolierschicht 22 so groß wie möglich in der Fläche ist, um den Kontaktwiderstand zu vermindern und eine Gleichförmigkeit des Feldes zwischen der oberen Polysilizium-Zeitungsschicht 18 und der darüberliegenden Metallschicht 30 zu schaffen.
Eine integrierte Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 sind in der WO-A-8304343 beschrieben, wobei ein Kondensator mit einer oberen Elektrode aus Polysilizium über ein einziges Kontaktloch mit einer Verdrahtung in Kontakt gehalten wird, so daß der obengenannte Nachteil auch in dieser bekannten Technik auftritt.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Begrenzung dieses Problems, und es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Halbleitervorrichtung zu schaffen, die eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleitervorrichtung.
Diese Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltungsvorrichtung den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren zu ihrer Herstellung mit den Merkmalen der Patentansprüche 3 und 5 gelöst; die abhängigen Ansprüche betreffen weitere Entwicklungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß werden eine Vielzahl relativ kleiner Kontaktlöcher mit gleichförmiger Verteilung und vorgegebener Größe in der obersten Isolierschicht vorgesehen. Durch diese Maßnahme wird eine Verminderung des Anteils des Metalls, der in die untere Polysilizium-Leitungsschicht während eines Hochtemperatur-Verfahrensschritts eindringen könnte, erreicht, um den Ohm'schen Kontakt zwischen der Leitungsschicht und der Metallschicht zu verbessern. Aufgrund dessen wird das Auftreten von Aluminiumspikes in der Polysilizium-Leitungsschicht des Kondensators verhindert, und dementsprechend kann ein höherer Durchsatz für die Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung mit eingebautem Kondensator geschaffen werden, wobei die Betriebszuverlässigkeit des Kondensators, der in die integrierte Schaltungsstruktur eingefügt ist, erhöht ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterschaltung mit eingebautem Kondensator werden deutlicher aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleich Bezugsziffern gleiche bzw. entsprechende Einheiten und Bauelemente bezeichnen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines typischen Beispiels einer bekannten integrierten Halbleiterschaltung mit eingebautem Kondensator;
Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf die integrierte Halbleiterschaltung der Fig. 1;
Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 1, jedoch einer ersten bevorzugten Ausführungsform der integrierten Halbleiterschaltungsstruktur mit eingebautem Kondensator gemäß der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Aufsicht auf die integrierte Halbleiterschaltungsstruktur gemäß Fig. 3;
Fig. 5A bis 5E Schnittdarstellungen einer Folge von Verarbeitungsschritten, die zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltungsstruktur mit eingebautem Kondensator durchzuführen sind, die eine N-Kanal-MOS-Vorrichtung darin eingefügt aufweist, wobei die integrierte Schaltungsstruktur an sich eine zweite bevorzugte Ausführungsform der integrierten Schaltungsstruktur gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 6 ein schematisches Histogramm zur Wiedergabe der entsprechenden Häufigkeiten, bei denen die elektrischen Stärken (angegeben in Termen der Feldstärken) von Kondensatoren in integrierten Halbleiterschaltungen bekannter Bauart beobachtet wurden;
Fig. 7 ist ein Histogramm zur Erläuterung der entsprechenden Häufigkeiten, bei denen die elektrischen Stärken (ebenfalls in Termen der Feldstärke angegeben) von Kondensatoren in integrierten Halbleiterschaltungen beobachtet wurden, die jeweils gemäß der Erfindung hergestellt wurden.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bezugnehmend auf Fig. 3 wird eine erste bevorzugte Ausführungsform einer integrierten Halbleiterschaltungsstruktur mit eingebautem Kondensator gemäß der Erfindung dargestellt und umfaßt ebenso ein Halbleitersubstrat 10 mit einer relativ dicken Isolierschicht 12, die auf seiner Hauptoberfläche ausgebildet ist. Auf der Oberfläche der Isolierschicht 12 ist ihrerseits eine Polysilizium-Leitungsschicht 14 ausgebildet, die teilweise mit einem relativ dünnen Polysiliziumoxidfilm 16 abgedeckt ist. Für diese Leitungsschicht 14 und den Oxidfilm 16 wird beispielsweise angenommen, daß sie in Form von im wesentlichen quadratischen Regionen geformt sind, wie besser aus Fig. 4 ersichtlich ist, aber sie können, falls gewünscht, in anderer Weise geformt sein. Der Polysiliziumoxidfilm 16 unterliegt seinerseits teilweise einer Polysilizium-Leitungsschicht 18. Für diese obere Polisilizium-Leitungsschicht 18 wird vorausgesetzt, daß sie in Form einer größeren quadratischen Region ausgebildet ist, die geringer in der Fläche ist als die unterliegende Polysilizium-Leitungsschicht 14 und der Oxidfilm 16, wie ebenfalls aus Fig. 4 ersichtlich ist. In der bekannten, mit bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen integrierten Schaltungsstruktur bilden die untere Polysilizium-Leitungsschicht 14 und die obere Polysilizium-Leitungsschicht 18 der hier dargestellten Struktur einen Teil einer eingebauten Kondensatorvorrichtung 20, die eine aus dem dünnen Polysiliziumoxidfilm 16, der zwischen die zwei Leitungsschichten, d. h. die Leitungsschichten 14 und 18, eingefügt ist, gebildete dielektrische Schicht aufweist. Diese Teile des Polysiliziumoxidfilms 16 und der oberen Polysiliziumleitungsschicht 18, die in diesem Stadium freiliegend verbleiben, werden mit einer Isolierschicht 22 bedeckt, die mit einem Kontaktloch 24 versehen ist, das sich in die Oberfläche der unteren Polysilizium-Leitungsschicht 14 erstreckt.
In der dargestellten Ausführungsform einer integrierten Halbleiterschaltungsstruktur gemäß der Erfindung ist die Isolierschicht 22 ferner mit einer Vielzahl von Kontaktlöchern 32 ausgebildet, die sich zur Oberfläche der oberen Polysilizium-Leitungsschicht 18 erstrecken. Die so in der Isolierschicht 22 gebildeten Kontaktlöcher 32 sind in Reihen und Spalten oder in anderer Weise im wesentlichen gleichförmig über die obere Polysilizium-Leitungsschicht 18 verteilt, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Wie ebenfalls aus Fig. 4 zu ersehen ist, besitzt jedes der Kontaktlöcher 32 vorzugsweise einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt von etwa 1·1 um² (Micron zum Quadrat) bis etwa 4·4 um² (Micron zum Quadrat). Diese Kontaktlöcher 32 sowie das obengenannte Kontaktloch 24 werden typischerweise durch Fotoätztechniken unter Verwendung eines Ätzmittels aus Flußsäure hergestellt. Auf der oberen Polysilizium-Leitungsschicht 18 und der obersten Isolierschicht 22, die auf diese Weise mit Kontaktlöchern 24 und 32 gebildet sind, werden Verdrahtungs-Metallschichten abgeschieden, die eine Metallschicht 28 umfassen, die die Oberfläche der unteren Polysilizium-Leitungsschicht 14 durch das Kontaktloch 26 kontaktierten und eine Metallschicht 30 mit einer Vielzahl von Vorsprungsteilen 34. Die Vorsprungsteile 34 passieren durch die Kontaktlöcher 32 und erreichen die Oberfläche der Leitungsschicht 14 und kontaktieren somit die Leitungsschicht 14 mit ihren Unterenden. Jede dieser Verdrahtungs-Metallschichten 28 und 30 besteht typischerweise aus Aluminium.
Die Anzahl und Positionen der Kontaktlöcher 32, die in der Isolierschicht 22 vorzusehen sind, können aufgrund der erforderlichen Kapazität und entsprechend aufgrund des erforderlichen Flächenbereiches der oberen Polysilizium-Leitungsschicht variieren. Wenn jedes der Kontaktlöcher 32 von etwa 1·1 um²(Micron im Quadrat) bis etwa 4·4 um² (Micron im Quadrat) mißt, wie oben angemerkt, ist es wünschenswert, daß derartige Kontaktlöcher für jeden Einheitsflächenbereich der Isolierschicht 22, der von etwa 10·10 um² (Micron im Quadrat) bis etwa 100·100 um² (Micron im Quadrat) mißt, vorgesehen ist. Eine solche Verteilung der Kontaktlöcher 32 wird einen ausreichenden Kontaktwiderstand und eine ausreichende Gleichförmigkeit des Feldes zwischen der oberen Polysilizium-Leitungsschicht 18 und der darauf befindlichen Metallschicht 30 schaffen, wodurch eine ausreichend stabile Kapazität in Abhängigkeit von Signalen jeglicher Häufigkeiten erreicht wird.
Fig. 5A bis 5E zeigen eine Folge von Verarbeitungsschritten, die zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltungsstruktur durchzuführen sind, die ein MOS-(Metalloxidhalbleiter)Transistor mit Siliziumgate zusätzlich zu einem Kondensator, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist, einschließt. Es soll festgestellt werden, daß die integrierte Halbleiterschaltungsstruktur, die durch dieses Verfahren herzustellen ist, eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterschaltungsstruktur mit eingebautem Kondensator darstellt.
Zunächst bezugnehmend auf Fig. 5A beginnt das Verfahren zur Herstellung einer solchen integrierten Halbleitungs-Schaltungsstruktur mit der Vorbereitung eines Halbleitersubstrats 10 aus, beispielsweise, P-Silizium. Kanalstopbereiche werden in diesem Siliziumsubstrat 10 durch einen gewöhnlichen LOCOS-Prozeß (Local oxidation of silicon, lokale Oxidation von Silizium) gebildet. Zu diesem Zweck wird das Siliziumsubstrat 10 zur Ausbildung eines dünnen Oxidfilms unter der Oberfläche des Substrats c thermisch oxidiert, gefolgt von der Abscheidung eines Films 39 aus Siliziumnitrid. Der Siliziumnitrid-Film 39 wird zu einem Muster ausgebildet und durch eine gewöhnliche Lithographietechnik geätzt, um aktive Bereiche des Transistors, der auszubilden ist, auf dem Siliziumoxidfilm auszubilden. Ein geeignetes P-Dotierungsmittel wie Bor wird dann in das Siliziumsubstrat C implantiert, wobei der verbleibende Film 39 aus Siliziumnitrid (und die Schicht aus Resist darauf) als Maske verwendet wird, so daß ein P&spplus;-Kanal-Stopbereich 36 mit vorgewählten Tiefen im Substrat 10, wie dargestellt ist, gebildet werden. Unter weiterer Verwendung des verbleibenden Films 39 aus Siliziumnitrid als Maske wird eine relativ dicke Oxidschicht 12 typischerweise in Dampfatmosphäre auf das Siliziumsubstrat 10 aufgewachsen. Diese Oxidschicht bildet nicht nur eine Feldoxidschicht für den herzustellenden MOS-Transistor, sondern auch die Isolierschicht, zur Bildung eines Teils des Kondensators, der herzustellen ist. Nachdem die Oxidschicht 12 auf diese Weise geformt wurde, werden die Filme aus Siliziumoxid und -nitrid, die auf der Oberfläche des Substrates 10 verblieben sind, abgezogen (stripped) und ein relativ dünner Gateoxidfilm 38 wird bis zu einer Dicke von, beispielsweise, etwa 40 nm (400 ) auf den freiliegenden Oberflächenbereich des Substrats 10 aufgewachsen. Fig. 5A zeigt die Konfiguration der resultierenden Silizium-Struktur.
Auf der so erhaltenen Struktur wird epitaktisch eine konforme Polysiliziumschicht bis zu einer Dicke von, beispielsweise, 600 nm (6000 ) aufgewachsen, die dann zu einem Muster ausgebildet und geätzt wird, um eine untere Leitungsschicht 14 auf der Isolierschicht 12 und einen Gatebereich 14' auf dem Gateoxidfilm 38 zu bilden. Nachdem der Resist, der als Maske für die Ausbildung dieser Polysiliziumbereiche verwendet wurde, abgenommen wurde, wird ein relativ dünner Oxidfilm auf der Oberfläche der resultierenden Struktur in eine Dampfatmosphäre oder in trockenen Sauerstoffgas aufgewachsen, um eine Polysiliziumoxidfilm 16 auf der Leitungsschicht 14 auszubilden. Die Konfiguration der Struktur als Resultat dieses Oxidationsschrittes ist in Figur 5B dargestellt.
Eine weitere Polysiliziumschicht wird dann epitaktisch bis zu einer Dicke von, beispielsweise, 300 nm (3000 ) auf der so erhaltenen Struktur aufgewachsen. Bor wird in diese zweite Polysiliziumschicht implantiert, um den Blattwiderstand der Schicht auf einen vorgegebenen Wert einzustellen, der von, beispielsweise, etwa 100 Ohm pro Quadrat bis etwa 1 Megohm pro Quadrat umfaßt. Die implantierte Polysiliziumschicht wird zu einem Muster ausgebildet und geätzt, um eine obere Leitungsschicht 18 selektiv auf der Oberfläche des Oxidfilms 16 auszubilden, wie in Fig. 5C dargestellt ist. Falls gewünscht, kann die Polysiliziumschicht zur Ausbildung der oberen Leitungsschicht 18 für den herzustellenden Kondensator in einem Muster ausgebildet werden, um eine zusätzliche Leitungsschicht 18' zu bilden, zur Schaffung eines Widerstandes zusätzlich zum Kondensator und des MOS-Transistors auf dem Substrat 10. Nachdem das als Maske verwendete Resist zur Ausbildung dieser Leitungsschicht entfernt ist, kann ein relativ dünner Oxidfilm auf der Oberfläche der resultierenden Struktur aufgewachsen werden. Figur 5C zeigt die Konfiguration der Struktur als Ergebnis dieses Oxydationsschritts. Wie vorher schon beschrieben wurde, bilden die untere und die obere Polysilizium-Leitungsschicht 14 und 18 der so erzeugten Struktur einen Teil einer eingebauten Kondensatorvorrichtung mit einer dielektrischen Schicht, die durch den dünnen Polysilizium-oxidfilm 16 zwischen den beiden Leitungsschichten 14 und 18 gebildet wird.
Ein Resistfilm wird dann auf die Struktur aufgesponnen bzw. aufgebracht und zu einem Muster ausgebildet und geätzt, um selektiv eine Maske 14 auf der Leitungsschicht 18' zur Herstellung des Widerstandes auszubilden, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Ein geeignetes N-Dotierungsmittel wie Arsen oder Phosphor wird in die Gesamtstruktur mit Ausnahme des durch die Maske 40 bedeckten Bereiches implantiert. Sourceund Drainbereiche 42 und 44 werden auf diese Weise in dem Siliziumsubstrat c auf beiden Seiten des Gatebereichs 14' ausgebildet. Ein Siliziumgate-MOS-Transistor 46 wird nun durch diese Gate Source- und Drainbereiche 14', 42 und 44 gebildet. Dieser Implantationsschritt ist nicht nur für die Ausbildung der Source- und Drainbereiche 42 und 44 des MOS-Transistors 46 nützlich, sondern ebenso zur Verbesserung der Leitfähigkeit der oberen Polysilizium-Leitungsschicht 18 des Kondensators 20. Nach Beendigung der Implantation wird die Maske 40 abgenommen.
Eine Isolierschicht 22 aus Siliziumoxid oder Phosphorsilikatglas (PSG) wird dann auf der Gesamtfläche der resultierenden Struktur bis zu einer Dicke von etwa 1000 nm (10.000 ) durch beispielsweise CVD-Techniken (chemical vapor deposition; chemische Dampfabscheidung) aufgewachsen. Die auf diese Weise ausgebildete Isolierschicht 22 wird zu einem Muster ausgebildet und geätzt, um verschiedene Kontaktlöcher in der Schicht 22 zu bilden. Wie in Fig. 5E dargestellt ist, umfassen diese Kontaktlöcher ein Kontaktloch 24, das sich bis zur Oberfläche der unteren Polysilizium-Leitungsschicht 14 durch die Isolierschicht 22 und den Polysiliziumoxidfilm 16 erstreckt, und eine Vielzahl von Kontaktlöchern 32, die sich zur Oberfläche der oberen Polysilizium-Leitungsschicht 18 durch die Isolierschicht 22 erstrecken. Wie vorher diskutiert wurde, sind die Kontaktlöcher 32, die über den Kondensator 20 vorgesehen sind, in Reihen und Spalten oder in anderer Weise im wesentlichen gleichförmig über die obere Polysilizium-Leitungsschicht 18 verteilt. Die in der Isolierschicht 22 ausgebildeten Kontaktlöcher umfassen ferner zwei Kontaktlöcher 48 und 50, die sich zur Oberfläche der Source- bzw. Drainbereiche 42 und 44 des Siliziumsubstrats C durch die Isolierschicht 22 erstrecken, und zwei Kontaktlöcher 52 und 54, die sich durch die Isolierschicht 22 zur Oberfläche der Leitungsschicht 18', die einen Widerstand bildet, erstrecken. Eine konforme Metallschicht aus typischerweise Aluminium wird anschließend auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur unter Verwendung eines Elektronenstrahls-Abscheideverfahrens oder eines angemessenen Sputterprozesses abgeschieden. Die Metallschicht wird zu einem Muster ausgebildet und durch eine gewöhnliche Fotolithographietechnik geätzt, um eine Metallschicht 28, die die Oberfläche der unteren Polysiliziumschicht 14 durch das Kontaktloch 26 kontaktiert, und eine Metallschicht 30 mit einer Vielzahl von Vorsprungsbereichen 34, die durch die Kontaktlöcher 32 passieren und die Oberfläche der Leitungsschicht 14 erreichen, zu lassen. Desweiteren werden Metallschichten 56 und 58 belassen, die die Source- und Drainbereiche 42 und 44 des Substrates 10 durch die Kontaktlöcher 48 und 50 kontaktieren, und Metallschichten 60 und 62, die die Leitungsschicht 18', die den Widerstand bildet, durch die Kontaktlöcher 48 und 50 kontaktieren. Fig. 5E zeigt die resultierende Struktur der integrierten Halbleiterschaltung mit dem Kondensator 20, einem N-Kanal-MOS-Transistor mit Siliziumgate und einem Widerstand 18', die auf dem Siliziumsubstrat 10 ausgebildet sind.
Der Ätzvorgang zur Ausbildung der Löcher 24, 32, 48, 50, 52 und 54 in der Isolierschicht 22 wie oben diskutiert, kann einen Trockenätzvorgang sowie reaktiven Ionenätzen (RIE) umfassen, um die Löcher grob auszubilden, und einen Naßätzvorgang unter Verwendung eines Ätzmittels aus Flußsäure zum Bereinigen der Beschädigungen und der Verunreinigungen, die vom Trockenätzvorgang herrühren. Eine geringe Menge Flußsäure kann in jedem dieser Kontaktlöcher verbleiben, nachdem die Struktur gereinigt ist. Solche Reste von Flußsäure-Ätzmittel verursachen jedoch keine schwerwiegenden Probleme, die zu einer Verschlechterung der dielektrischen Stärkecharakteristika des Kondensators 20 führen würden.
Wie aus der bevorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist die integrierte Halbleiterschaltung gemäß der Erfindung mit eingebautem Kondensator unter anderem gekennzeichnet durch die Ausbildung einer Vielzahl relativ kleiner Kontaktlöcher in der obersten Isolierschicht 22. Die Vorsehung solcher kleinen Kontaktlöcher 32 in der obersten Isolierschicht 22 über dem Kondensator 20, der in der integrierten Halbleiterschaltung ausgebildet ist, trägt zur Verminderung der Menge des Metalles bei, das in die unterliegende Polysiliziumleitungsschicht 18 während des Hochtemperatur-Prozeßschrittes absinken kann, zur Verbesserung des Ohm'schen Kontaktes zwischen der Leitungsschicht 18 und der Metallschicht 30. Die hier vorgeschlagene integrierte Halbleiterschaltungsstruktur erweist sich somit nützlich zur Vermeidung des Auftretens von Aluminiumspikes in der Polysilizium-Leitungsschicht des Kondensators und entsprechend zur Schaffung eines erhöhten Durchsatzes zur Herstellung einer integrierten Halbleiteschaltung mit eingebautem Kondensator und zur Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit des Kondensators, der in die integrierte Schaltungsstruktur eingebaut ist.
Die Vorsehung kleiner Kontaktlöcher 32 in der obersten Isolierschicht 22 über dem Kondensator 20, der in der integrierten Halbleiterschaltung gemäß der Erfindung ausgebildet ist, ist ferner vorteilhaft zur Verhinderung der Verschlechterung der dielektrischen Stärke des Kondensators 20. Dies ergibt sich auch aus der Tatsache, daß die Kontaktlöcher 32 in der Isolierschicht 22 klein im Querschnitt sind, so daß nur begrenzte Mengen Flußsäure in den Löchern nach Herstellung der Schaltungsstruktur verbleiben können.
Fig. 6 und 7 sind schematische Histogramme, die die entsprechenden Häufigkeiten wiedergeben, bei denen die dielektrischen Stärken der in die integrierte Halbleiterschaltung eingebauten Kondensatoren jeweils für eine Menge von 420 Proben auftreten. Fig. 6 zeigt die Häufigkeiten, die bei Kondensatoren in integrierten Halbleiterschaltungen gemäß der bekannten Technik beobachtet wurden, während Fig. 7 die Häufigkeiten zeigt, die bei Kondensatoren auftraten, die einen Teil von integrierten Halbleiterschaltungen bilden, die jeweils entsprechend der Erfindung hergestellt wurden. In jedem der Histogramme der Fig. 6 und 7 sind die dielektrischen Stärken in Einheiten der Feldstärke in MV/cm auf der Abszissenachse mit den Häufigkeiten auf der Ordinatenachse dargestellt. Die dielektrische Schicht (Polysiliziumoxidfilm 16) jeder der Kondensatoren, die für die Messung der Feldstärke verwendet wurden, wurde durch thermische Oxidation eines Polysiliziumfilms bei 1050ºC in neun Minuten in trockenem Sauerstoffgas hergestellt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, besitzen die Kondensatoren, die in integrierten Halbleiterschaltungen bekannter Technik hergestellt sind, geringe dielektrische Stärken, die bei höheren Häufigkeiten über einen weiten Bereich von zwischen etwa 6 MV/cm und etwa 2,5 MV/cm beobachtet wurden, und haben selbst eine dielektrische Stärke von 0 Volt, was zu dem Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden führt. In den Kondensatoren, die einen Teil der integrierten Halbleiterschaltungen gemäß der Erfindung bilden, sind die dielektrischen Stärken etwas geringer als die der Kondensatoren bekannter integrierter Halbleitungsschaltungen, sie sind aber über einen sehr konzentrierten, extrem schmalen Bereich beobachtet worden, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist. Dies bedeutet, daß eine integrierte Halbleiterschaltung gemäß der Erfindung mit einem deutlich erhöhten Produktionsdurchsatz hergestellt werden können.
Während beschrieben wurde, daß eine integrierte Halbleiterschaltungsstruktur vom floatenden Typ ist, die auf einer Oxidschicht, der ein Siliziumsubstrat abdeckt, ausgebildet ist, kann eine integrierte Halbleiterschaltungsstruktur einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß der Erfindung mit der unteren Leitungsschicht so ausgebildet werden, daß sie durch das Volumen des Substrates an sich gebildet wird, obwohl eine derartige Ausführungsform nicht dargestellt wurde.

Claims

1. Integrierte Halbleiterschaltung mit

a) einer Kondensatorvorrichtung (20) mit einer ersten Leitungsschicht (14) auf einem Halbleitersubstrat (10), einer Isolierschicht (16) auf der ersten Leitungsschicht (14) und einer zweiten Leitungsschicht (18) aus Polysilizium auf der Isolierschicht,

b) einer Isolierschicht (22) die die zweite Leitungsschicht (18) abdeckt, und

c) einer Metallschicht (30), die auf der Isolierschicht (22) auf der zweiten Leitungsschicht (18) ausgebildet und elektrisch mit der zweiten Leitungsschicht gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (22) mit einer Anzahl Öffnungen (32) ausgebildet ist, von denen sich jede zur Oberfläche der zweiten Leitungsschicht (18) erstreckt, wobei die Metallschicht Bereiche (34) aufweist, die die zweite Leitungsschicht (18) jeweils durch die Öffnungen kontaktiert, wobei die Öffnungen (32) in der Isolierschicht (22) auf der zweiten Leitungsschicht (18) im wesentlichen gleichförmig über die Isolierschicht (22) auf der zweiten Leitungsschicht verteilt sind, wobei jede der Öffnungen (32) in der Isolierschicht (22) auf der zweiten Leitungsschicht (18) im wesentlichen quadratförmig im Querschnitt ist und von etwa einem 1 um mal 1 um bis etwa 4 um mal 4 um mißt.

2. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, wobei jede der Öffnungen (32) in der Isolierschicht auf der zweiten Leitungsschicht (18) im wesentlichen für einen quadratischen Bereich von etwa 10 um mal 10 um bis etwa 100 um mal 100 um vorgesehen ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiter-Schaltungsstruktur mit einer darin ausgebildeten Kondensatorvorrichtung mit den Schritten

a) der Vorbereitung eines Halbleitersubstrats (10) eines vorgegebenen Leitungstyps,

b) der Ausbildung einer relativ dicken Oxydschicht (12) auf dem Substrat,

c) der Ausbildung einer ersten Leitungsschicht (14) auf der relativ dicken Oxydschicht,

d) der Ausbildung eines relativ dünnen Oxydfilms (16) auf der ersten Leitungsschicht,

e) der Ausbildung einer zweiten Leitungsschicht (18) aus Polysilizium auf diesem relativ dünnen Oxydfilm (16), so daß die Kondensatorvorrichtung (20) aus der ersten Leitungsschicht (14), der relativ dünnen Oxydschicht (16) auf der ersten Leitungsschicht und der zweiten Leitungsschicht (18) aus Polysilizium gebildet wird,

f) der Ausbildung einer äußeren Isolierschicht (22) auf der gesamten Fläche der resultierenden Struktur,

g) der Ausbildung einer Kontaktlocheinrichtung in der äußeren Isolierschicht (22),

h) der Ausbildung einer Metallschicht (30) auf der äußeren Isolierschicht, wobei die Metallschicht über die Kontaktlocheinrichtung in Kontakt mit der zweiten Leitungsschicht (18) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet daß die Kontaktlocheinrichtung eine Anzahl von Kontaktlöchern (32) aufweist, die in der äußeren Isolierschicht (22) durch Musterbildung und Ätzen der äußeren Isolierschicht gebildet werden, wobei die Anzahl Kontaktlöcher sich zur Oberfläche der zweiten Leitungsschicht (18) erstreckt, wobei die Metallschicht (30) eine Anzahl von Vorsprungsbereichen (34) aufweist, die die zweite Leitungsschicht (18) jeweils durch die Kontaktlöcher kontaktieren, wobei die Kontaktlöcher (32) im wesentlichen gleichförmig über die Isolierschicht (22) auf der zweiten Leitungsschicht verteilt sind und wobei jedes der Kontaktlöcher (32) in der Isolierschicht (22) auf der zweiten Leitungsschicht (18) im Querschnitt im wesentlichen quadratförmig ist und etwa 1 um mal 1 um bis etwa 4 um mal 4 um mißt.

4. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltungsstruktur nach Anspruch 3 mit den zusätzlichen Schritten der i) Injektion eines Dotierungsstoffes des vorgegebenen Leitungstyps in die zweite Leitungsschicht (18) zur Steuerung des Blattwiderstandes der Schicht auf einen vorgebebenen Wert.

5. Verfahren der Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltungsstruktur mit einer darin ausgebildeten Kondensatorvorrichtung und einem MOS-Transistor mit

a) der Herstellung eines Halbleitersubstrats (10) eines ersten Leitungstyps,

b) der Ausbildung eines Stopkanal-Bereichs (36) in dem Substrat angrenzend an einen aktiven Bereich zur Ausbildung des MOS-Transistors,

c) der Ausbildung einer relativ dünnen Oxydschicht (12) auf dem Substrat, wobei die Oxydschicht teilweise den Stopkanal-Bereich überlagert,

d) der Ausbildung eines relativ dünnen Gateoxydfilms (38) auf dem zugänglichen Oberflächenteil des Substrats angrenzend an die relativ dicke Oxydschicht (12),

e) der Ausbildung einer ersten Leitungsschicht (14) auf der relativ dicken Oxydschicht (12) und eines Gatebereichs (14') auf dem Gateoxydfilm (38),

f) der Ausbildung eines relativ dünnen Oxydfilms (16) auf der ersten Leitungsschicht,

g) der Ausbildung einer zweiten Leitungsschicht (18) aus Polysilizium auf diesem relativ dicken Oxydfilm (16), so daß die Kondensatorvorrichtung (20) aus der ersten Leitungsschicht (14) der Isolierschicht (16) auf der ersten Leitungsschicht und der zweiten Leitungsschicht (18) aus Polysilizium gebildet wird,

h) der Injektion eines Dotierungsstoffs des ersten Leitungstyps in die zweite Leitungsschicht zur Steuerung des Blattwiderstandes der Schicht auf einen vorgegebenen Wert,

i) der Injektion eines Dotierungsstoffes eines zweiten Leitungstyps in den aktiven Bereich des Substrats außerhalb des Gatebereichs (14') zur Herstellung von Source- und Drainbereichen (42, 44) in dem Substrat und damit zur Herstellung des MOS-Transistors (46) aus dem Gatebereich, dem Source- und dem Drainbereich, wobei der zweite Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zum ersten Leitfähigkeitstyp ist,

j) der Ausbildung einer äußeren Isolierschicht (22) auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur,

k) Musterbildung und Ätzung der äußeren Isolierschicht zur Ausbildung von Kontaktlöchern darin, einschließlich einer Anzahl von Kontaktlöchern (32), die sich zur Oberfläche der zweiten Leitungsschicht (18) erstrecken, und von Kontaktlöchern (48,50) die sich zur Oberfläche des Source- bzw. des Drainbereichs des Substrats erstrecken, und

l) der Ausbildung einer Metallschicht (30), die in Kontakt mit der zweiten Leitungsschicht (18) über die Kontaktlöcher (32) gehalten wird, die sich zur Oberfläche der zweiten Leitungsschicht erstrecken, und von Metallschichten (56, 58), die den Source- und Drainbereich des Substrats jeweils durch die Kontaktlöcher (48, 50) kontaktieren, die sich zur Oberfläche des Sourcebereichs bzw. des Drainbereichs des Substrats erstrecken, wobei die Kontaktlöcher (32) im wesentlichen gleichförmig über die äußeren Isolierschicht (22) auf der zweiten Leitungsschicht verteilt sind und wobei jedes der Kontaktlöcher (32) in der äußeren Isolierschicht (22) auf der zweiten Leitungsschicht (18) im wesentlichen einen quadratförmigen Querschnitt aufweist und von etwa 1 um mal 1 um bis etwa 4 um mal 4 um mißt.

6. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterstruktur nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die Kontaktlöcher (22) in der äußeren Isolierschicht durch einen Ätzprozeß mit einem Naßätzschritt unter Verwendung eines Ätzmittels aus Flußsäure gebildet werden.