DE1967363C2 - - Google Patents

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DE1967363C2
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insulating layer
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electrode
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Hideo Tokio/Tokyo Jp Tsunemitsu
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NEC Corp
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Description

Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Ein solcher Feld­ effekttransistor ist aus US-PS 33 56 858 bekannt.
Die Entwicklung von Halbleitereinrichtungen zielt auf höhere Zuverlässigkeit und einen gesteigerten Integra­ tionsgrad ab. Eine Schaltung hohen Integrationsgrades muß zur Verbindung der einzelnen Schaltungselemente und zur Herausführung von Anschlüssen von den Bereichen des Halbleiterkörpers auf dessen Oberfläche einen Mehrebenen- Verbindungsaufbau aufweisen. Bei bekannten integrierten Halbleiterschaltungen werden die Verbindungs- und Heraus­ führungsleitungen durch selektive Fotoätzung einer dünnen Metallschicht gebildet, die durch Aufspritzen oder Auf­ dampfen im Vakuum auf den Halbleiterkörper aufgebracht ist. Daher ist, wenn diese Verbindungs- und Herausführungs­ leitungen auf diesem Wege gebildet werden, ein gewisser Grad an Unebenheit an der Oberfläche des Körpers unvermeid­ bar. Da eine weitere, darüberliegende Leiterschicht auf der unebenen darunterliegenden Leitungsschicht ausgebildet wird, wird ferner die Unebenheit weiterhin verstärkt. Bekanntlich wird die Dicke einer auf einen solchen Aufbau aufgebrachten Metallschicht an den Rändern der darunterliegenden, die Verdrahtung bildenden Leiter ungenügend. Ferner sind die Randteile der selektiven Ätzung besonders ausgesetzt. Als Folge wird die Verdrahtung häufig schadhaft, wodurch die Zuverlässigkeit herabgesetzt wird.
Bei der üblichen Technik der selektiven Ätzung einer Metall­ schicht zur Bildung der Herausführungsleitungen und der anderen Verdrahtung am Halbleiterkörper ist es daher fast unmöglich, eine integrierte Schaltung hoher Zuverlässig­ keit, insbesondere eine solche mit Mehrebenen-Verbindungs­ aufbau, herzustellen. Dies liegt hauptsächlich an den Un­ ebenheiten und Unregelmäßigkeiten, die auf den übereinan­ derliegenden Verdrahtungsmetallschichten und auf der Ober­ fläche des Halbleiterkörpers durch die Anwendung des Ver­ fahrens der Fotoätzung entstehen.
Diese Nachteile treten auch bei einem vorbekannten Verfahren auf (FR-PS 15 22 101). Auch dort werden Teile der Metall­ schichten weggeätzt und anschließend die Anordnung mit einer Isolatorschicht versehen, wobei sich aber stufen­ förmige Absätze nicht vermeiden lassen.
Aus der US-PS 33 37 426 ist zwar ein Verfahren zur Her­ stellung einer Schaltung mit passiven Dünnschichtele­ menten bekannt, bei dem in einer auf einem isolierenden Substrat aufgebrachten durchgehenden Metallschicht Kon­ densatorelektroden dadurch ausgebildet werden, daß die die zu bildenden Elektroden umgebenden Bereiche der Me­ tallschicht durch anodische Oxidation in isolierendes Metalloxid umgewandelt werden. Auf dieser die Kondensa­ torelektroden enthaltenden Schicht werden aber die ei­ gentlichen Leiter der Schaltung sowie Widerstandselemente und sonstige Schaltungsbereiche in der eingangs genannten Weise durch Wegätzen der sie umgebenden Bereiche einer Metallschicht hergestellt. Die fertige Schaltung weist daher ebenfalls die vorgenannten Unebenheiten auf.
Bei einem aus US-PS 31 69 892 bekannten Verfahren werden auf einem isolierenden Substrat mehrere übereinanderlie­ gende Leiterschichten dadurch hergestellt, daß jede Schicht als durchgehende Metallschicht aufgebracht, die zu bilden­ den Leiter mit einer Maske abgedeckt und die nicht abge­ deckten Bereiche in oxidierender Atmosphäre in isolieren­ des Metalloxid umgewandelt werden, wodurch man völlig ebene Leiterschichten erhält. Ein solcher Oxidationsprozeß, der in der Regel bei erhöhter Temperatur oder mit längeren Behandlungszeiten verbunden ist, ist nicht sehr präzise steuerbar und würde bei Halbleitersubstraten die Gefahr mit sich bringen, daß durch thermisches Eindiffundieren von Störstellen in den Halbleiterkörper, dessen Eigen­ schaften verändert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Feldeffekt­ transistor der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine große Zuverlässigkeit besitzt und bei dem die Leiter- und Isolierschichten völlig flach sind.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß eine aus dem Elektrodenmaterial durch anodische Oxidation umgewan­ delte zweite Isolierschicht auf der ersten Isolierschicht gebildet ist, die den Raum zwischen Gate-, Drain- und Source-Elektrode füllt und diese Elektroden umgibt.
Die Oberfläche des Feldeffekttransistors ist somit völlig flach, so daß darauf leicht weitere Schichten angebracht werden können, z. B. Verbindungsleitungen mit den Elektroden von Gate, Drain und Source. Auch Probleme mit Verkratzung oder Verschmutzung der Oberfläche können wegen der glatten Oberfläche nicht oder nur in wesentlich geringerem Maße auftreten.
Das Elektrodenmaterial kann dabei vorteilhafterweise Alu­ minium sein; es können jedoch auch Titan, Tantal, Niob oder Hafnium Verwendung finden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1(A) bis 1(D) zeigen Querschnitte durch eine bekannte integrierte Halbleiterschaltung, die nach Stufen des Herstellungsver­ fahrens geordnet sind;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Feldeffekttransistor nach der Erfindung.
Gemäß den Fig. 1(A) bis 1(B) wird eine integrierte Halbleiter­ schaltung bekannter Art mit Verbindungsaufbau in mehreren Ebenen dadurch hergestellt, daß auf dem Wege des selektiven Ätzverfahrens auf einem ebenen Halbleiterkörper 101 metallische Leiter 102 ausgebildet werden (Fig. 1(A)). Dann wird auf den Halbleiterkörper mit den metallischen Leiter 102 gleichförmig eine Isolierschicht 103 aufgebracht (Fig. 1(B)). Obwohl die Fläche des gezeigten Halbleiterkörpers nicht unregelmäßig ist, ist die Oberfläche des Körpers (das heißt, die Oberfläche des Oxid- oder anderen Isolationsfilmes auf dem Halbleiter) gewöhnlich durch die Anwendung des selektiven Fotoätzverfahrens zur Bildung der metallischen Leiter 102 uneben geworden. Aus diesem Grunde gestalten sich die nachfolgenden, weiter unten beschriebenen Verfahrensschritte äußerst schwierig. Als Folge sind die metallischen Leiter wenig zuverlässig.
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, erhält man eine integrierte Halbleiterschaltung mit Mehrebenen-Verbindungsaufbau durch die folgenden Schritte. Zunächst wird die Oberfläche der obengenannten metallischen Leiter 102 mit einer Isolierschicht 103 bedeckt. Dann wird die zweite Metallschicht auf die Isolier­ schicht 103 aufgebracht und selektiv so weit weggeätzt, daß die metallischen Leiter 104 der zweiten Ebene entstehen (Fig. 1(C)). In der gleichen Weise werden eine weitere Isolierschicht 105 und eine Metallschicht aufgebracht. Wie in Fig. 1(D) gezeigt ist, werden durch die selektive Fotoätzung der zuletzt erwähnten Metallschicht auf der Isolierschicht 105 metallische Leiter 106 der dritten Ebene ausgebildet.
Bei diesem Aufbau summiert sich die Unebenheit der Metall- und Isolierschicht zur Oberfläche der Schichten höherer Ebenen hin.
Ferner werden jeweils vor der Anwendung des Ätzverfahrens nach bekannter Technik die Metallschichten durch Aufdampfen oder Aufspritzen von Metallteilchen aufgebracht. Bei beiden Ver­ fahren lagern sich die Metallteilchen auf der Oberfläche des Körpers ab. Die zur Körperoberfläche senkrecht stehenden Teile der Metallschicht sind daher dünner und haften weniger gut als die zu ihr waagerechten Teile. Ferner wird die auf diese Metallschicht für die selektive Ätzung aufgebrachte Fotoresistschicht einer Zentrifugalkraft unterworfen, so daß die an den Außenseiten der "Hügel" der Metallschicht haftende Restistschicht dünn oder weniger gut haftend wird als die an den übrigen Teilen der darunterliegenden Schicht. Wenn metallische Leiter auf einem Körper mit einer Oberfläche mit erheblichen Unebenheiten aus­ gebildet werden müssen, so brechen die senkrecht zur Ober­ fläche des Halbleitergrundkörpers verlaufenden Teile leichter als die parallel dazu verlaufenden. Die Erfahrung lehrt, daß Halbleitereinrichtungen mit Mehrebenenverdrahtung, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt sind, keinen prak­ tischen Vorteil aufweisen. Es ist bisher sogar für praktisch unmöglich angesehen worden, die Zuverlässigkeit von Mehr­ ebenenverdrahtungsschichten der oben beschriebenen Art zu erhöhen.
Nach Fig. 2 weist nun der erfindungsgemäße Feldeffekttransis­ tor einen Halbleiterkörper 101 auf, der so hergestellt ist, daß in einem Siliziumkörper 603 mit p-Leitfähigkeit in der gleichen Weise wie bei bekannten Einrichtungen Drain- und Source-Bereiche 601 und 602 von n-Leitfähigkeit ausgebildet sind. Eine an der Oberfläche haftende Isolierschicht, die als Maske für die selektive Fremdkörperdiffusion benutzt wurde, ist vollständig entfernt worden, um die gesamte Oberfläche des Halbleiterkörpers 603 freizulegen. Dann wird eine dünne Schicht 604 aus Siliziumdioxid von ungefähr 0,25 Mikron Dicke gleich­ förmig auf die Körperoberfläche aufgebracht. Die Schicht 604 bedeckt die gesamte Fläche der Oberfläche des Körpers 603 mit Ausnahme von Elektrodenöffnungen für die Drain- und Source-Bereiche 601 und 602. Der Schichtteil 604′ der aufgebrachten Schicht 604 zwischen dem Drain- und dem Source- Bereich des Feldeffekttransistors dient als Gateisolierschicht. Auf die obere Fläche des Halbleiterkörpers 101 wird durch Auf­ dampfung im Vakuum eine Aluminiumschicht gleichförmiger Dicke von ungefähr einem Mikron aufgebracht. An den Stellen, wo die Gate-, Drain- und Source-Elektroden 605, 606 und 607 aus­ zuformen sind, wird eine Fotoresistschicht angelegt. Diese Elektroden und eine Elektrode 608 des Halbleiterkörpers 101 werden durch Anodisieren der Aluminiumschicht in wäßriger Schwefelsäure mit einer Konzentration von 2% bei einer Temperatur von 20°C hergestellt. Die Formierungs­ spannung beträgt für diesen Zweck 20 Volt. Es wird bei kon­ stanter Spannung formiert. Nach der Vollendung dieses Anodi­ sierungsschrittes ist die Aluminiumschicht in eine erste Ver­ drahtungsschicht umgewandelt, die aus einer Gate-Elektrode 605, einer Drain-Elektrode 606 und einer Source-Elektrode 607, die von der Fotoresistschicht bedeckt waren, einer Elek­ trode 608 eines anderen Schaltelementes und einer Aluminium­ oxidschicht 609, die die Elektroden umgibt, besteht. Bei dieser Bauform werden Leiter 610, 611 und 612 der zweiten Leiter­ schicht anschließend in der üblichen Weise zur Verbindung der betreffenden Schaltelemente untereinander ausgebildet.
Wie aus der Beschreibung zur Zeichnung hervorgeht, ist bei der Ausbildung der Elektroden 605, 606, 607 und 608 nicht zum Ätz­ verfahren Zuflucht genommen. Die unterste der Isolierschichten, 604, ist im Vergleich zu denjenigen Isolierschichten bei den in der herkömmlichen Technik ausgebildeten Halbleiterbauelemente dünn. Die Dicke der Schicht 604 kann ungefähr ein Drittel derjenigen der Aluminium­ schicht betragen. Die auf diese Weise erhaltenen Elektroden weisen daher hohe Zuverlässigkeit auf.
Auch die darüberliegenden Leiter 610, 611 und 612 können leicht mit einer angemessenen hohen Zuverlässigkeit hergestellt wer­ den, da die Oberfläche der ersten Verdrahtungsschicht glatt und eben und parallel zur Oberfläche des Halbleiterkörpers 101 ist. Diese Bauform erlaubt die Verwendung von verschiedenen Stoffen für die zwei Gruppen von Elektroden, d. h. für die unten liegenden Elektroden 605, 606, 607 und 608 und die Leiter 610, 611 und 612 der darüberliegenden Schicht, wo­ durch sich eine Erleichterung für die Bildung der obenliegenden Verbindungen ergibt. Im übrigen können die Leiter der oben­ liegenden Schicht wie diejenigen der unteren Schicht durch anodische Oxidation gebildet werden. Dadurch kann die Unempfind­ lichkeit der oberen Schicht gegenüber mechanischen Einflüssen wie Verkratzung der Leiter der oberen Schicht erhöht werden.

Claims (3)

1. Feldeffekttransistor vom Typ mit isoliertem Gate, mit einem Halbleiter-Substrat, mit im Substrat ausgebildeten Drain- und Sourcebereichen, mit einer auf dem Substrat ausgebildeten ersten Isolierschicht, die eine Gate-Iso­ lierschicht umfaßt, mit einer Gate-Elektrode, die auf der Gate-Isolierschicht angeordnet ist, mit einer Drain- Elektrode, die auf dem Drainbereich in einer Kontaktöff­ nung der ersten Isolierschicht angebracht ist, und mit einer Source-Elektrode, die auf dem Source-Bereich in einer Kontaktöffnung der ersten Isolierschicht angebracht ist, wobei Gate-, Drain- und Source-Elektroden aus dem­ selben Elektrodenmaterial bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus dem Elektrodenmaterial durch anodische Oxidation umge­ wandelte zweite Isolierschicht (609) auf der ersten Iso­ lierschicht (604) gebildet ist, die den Raum zwischen Gate- (605), Drain- (607) und Source-Elektrode (606) füllt und diese Elektroden umgibt.
2. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial Aluminium ist.
3. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial Titan, Tantal, Niob oder Hafnium ist.
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