DE19853684A1 - Verfahren zur Herstellung eines Lastwiderstands - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines LastwiderstandsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lastwiderstandes, wie man ihn häufig in einem statischen Direktzugriffsspeicher verwendet. Die Verbindung zwischen verschiedenen leitenden Bereichen wie einem Gate und einem Source/Drain-Bereich wird gebildet, indem man eine Behandlung mit Wasserstoff an einer hochschmelzenden Metalloxidschicht durchführt, während die Lastwiderstände durch Anwendung einer Wasserstoffbehandlung mit anderen Parametern als die erstere gebildet werden. Ein nicht umzuwandelnder Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht bildet die Isolation.
Description
Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten
Schaltung und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Lastwiderstandes
in einem statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM).
Ein SRAM ist ein sehr häufig benutztes Schaltungselement in integrierten Schaltun
gen, insbesondere in informationselektronischen Erzeugnissen. Die Herstellung von
Schaltungselementen mit kleinen Abmessungen und hoher Integration ist inzwi
schen ein Haupttrend bei der Fertigung. Ein Lastwiderstand ist eines der Schal
tungselemente, aus denen eine SRAM-Zelle besteht. Den Lastwiderstand bildet
man typisch aus einem schwach dotierten oder undotierten Polysiliziumteil.
Fig. 1 zeigt einen Schaltplan einer SRAM-Zelle. Die SRAM-Zelle enthält zwei Last
widerstände R1, R2, zwei Pull-down-Transistoren Q1, Q2 und zwei Durchlaßtran
sistoren Q3, Q4. Eine erste Polysiliziumschicht wird als Gate der Transistoren Q1,
Q2, Q3 und Q4 verwendet, und für den Lastwiderstand wird eine zweite Polysilizi
umschicht gebildet. Die zweite Polysiliziumschicht enthält einen hochohmigen Teil,
der als Lastwiderstand dient, und einen niederohmigen Teil, der als Verbindung
dient. Im Stand der Technik wird der niederohmige Teil, das heißt die Verbindung,
durch starkes Dotieren eines Teils der zweiten Polysiliziumschicht gebildet, wäh
rend der hochohmige Teil, das heißt der Lastwiderstand, durch einen schwach
dotierten oder undotierten Teil der zweiten Polysiliziumschicht gebildet wird. Die
Verbindung und der Lastwiderstand bilden einen Stromweg von der Stromquelle
Vcc nach den Knoten A und B. Wie oben erwähnt, werden die Verbindung und der
Lastwiderstand beide durch die zweite Polysiliziumschicht gebildet. Die Dicke der
Verbindung und die des Lastwiderstandes sind somit gleich.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2A bis Fig. 2J wird nachfolgend ein konventionelles
Verfahren zur Bildung eines Lastwiderstandes eines SRAM beschrieben.
In Fig. 2A wird ein Siliziumsubstrat 10 bereitgestellt. Auf dem Substrat 10 wird ein
Transistor gebildet, der eine Gate-Oxidschicht 13, ein Gate 12, Source/Drain-
Bereiche 14 und 16 und eine Feldoxidschicht 11 aufweist. Über dem Substrat 10
wird eine dielektrische Schicht 18 gebildet.
In Fig. 2B wird eine Photolackschicht 20 gebildet, die eine Öffnung aufweist, die
einen Teil der dielektrischen Schicht 18 über den Source/Drain-Bereichen 14 und
16 und dem Gate 12 bloßlegt.
In Fig. 2C wird der bloßliegende Teil der dielektrischen Schicht 18 entfernt, um
Durchgänge zum Bloßlegen der Source/Drain-Bereiche 14 und 16 und des Gate 12
zu bilden.
In Fig. 2D wird die Photolackschicht 20 entfernt. Es wird eine Polysiliziumschicht
22 gebildet. In Übereinstimmung mit einer bekannten Technik wird die Poly
siliziumschicht 22 schwach mit Dotierungsmittel dotiert, oder alternativ wird die
Polysiliziumschicht 22 undotiert gelassen.
In Fig. 2E wird eine Photolackschicht 24 gebildet, die Öffnungen aufweist, die
Teile der Polysiliziumschicht 22 bloßlegen.
In Fig. 2F wird die bloßliegende Polysiliziumschicht 22 entfernt, um einen offenen
Kreis zwischen den Source/Drain-Bereichen 14 und 16 und dem Gate 12 übrig
zulassen. Danach wird die Photolackschicht 24 entfernt, wie in Fig. 2G gezeigt.
In Fig. 2H wird eine Photolackschicht 26 gebildet, um Teile der Polysiliziumschicht
22 zu bedecken. Die bedeckten Teile der Polysiliziumschicht 22 sind als Lastwider
stände zu bilden, während die bloßliegenden Teile der Polysiliziumschicht 22 als
Verbindungen zu bilden sind. In Fig. 21 werden die bloßliegenden Teile der Poly
siliziumschicht 22 stark dotiert, um ihren elektrischen Widerstand zu vermindern.
Somit umfassen die Verbindungen den leitenden Bestandteil 28 von Vcc, den
leitenden Bestandteil 30 des Drain-Bereichs, den leitenden Bestandteil 36 des
Source-Bereichs und den leitenden Bestandteil 32 des Gate.
In Fig. 2J wird die Photolackschicht 26 entfernt, um die mit 34, 38 bezeichneten
Teile der Polysiliziumschicht 22 bloßzulegen, die als Lastwiderstände dienen.
Bei dem obigen Herstellungsverfahren zur Bildung von Lastwiderständen in einem
SRAM wird zur Herstellung sowohl der Lastwiderstände als auch der Verbindungen
eine Polysiliziumschicht gebildet. Die Lastwiderstände werden ohne oder mit
schwacher Dotierung gebildet, während die Verbindungen durch starke Dotierung
gebildet werden. Wie oben erwähnt, werden die Lastwiderstände mit der gleichen
Dicke wie die Verbindungen gebildet. Mit zunehmender Integration wird der Last
widerstand im allgemeinen mit einer verminderten Dicke gebildet, um einen Last
widerstand mit genügend hohem elektrischen Widerstand zu bilden. Folglich wird
die Dicke der Verbindungen vermindert, was deren Leitfähigkeit beeinflußt.
Weiterhin werden bei dem obigen Verfahren die Verbindungen durch starkes Dotie
ren gebildet. Die stark dotierten Ionen in den Verbindungen können leicht aus dem
Bereich der Verbindung heraus in den Lastwiderstand diffundieren. Dies vermindert
die wirksame Länge des Lastwiderstandes und verursacht einen verminderten elek
trischen Widerstand, wodurch die Güte des Schaltungselementes beeinflußt wird.
Ein weiteres Verfahren zur Vergrößerung des elektrischen Widerstandes des Last
widerstandes besteht darin, die Breite zu vergrößern. Die immer mehr zunehmen
de Integration schränkt die Vergrößerung der Breite jedoch sehr ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung eines Last
widerstandes mit einem genügend hohen elektrischen Widerstand zu schaffen. Der
Lastwiderstand wird mit begrenzten Abmessungen gebildet, ohne das Integrations
bedürfnis des Schaltungselementes zu beeinflussen. Weiterhin wird der Lastwider
stand durch Umwandlung einer hochschmelzenden Metalloxidschicht gebilden, die
außerdem zur Herstellung einer Verbindung gebildet wird. Dadurch erhält man ein
Schaltungselement mit einer ebeneren Oberfläche als ein konventionelles Schal
tungselement. Weiterhin wird der Herstellungsprozeß sehr vereinfacht, da der Last
widerstand und die Verbindung durch die gleiche hochschmelzende Metalloxid
schicht gebildet werden.
Außerdem soll ein Verfahren zur Bildung eines Lastwiderstandes geschaffen
werden, bei dem durch eine Behandlung mit Wasserstoff sowohl der elektrische
Widerstand eines Lastwiderstandes als auch die Leitfähigkeit einer Verbindung
nach Bedarf eingestellt werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildung eines Lastwiderstandes wird ein
Substrat bereitgestellt, das mindestens einen leitenden Bereich aufweist. Auf dem
Substrat wird eine Isolationsschicht gebildet, die eine Öffnung aufweist, die den
leitenden Bereich bloßlegt. Auf der Isolationsschicht wird eine hochschmelzende
Metalloxidschicht gebildet, die die Öffnung ausfüllt. Es wird eine zweistufige
Behandlung mit Wasserstoff durchgeführt, um die hochschmelzende Metalloxid
schicht in einen Leiter mit einem niedrigen elektrischen Widerstand, einen Leiter
mit einem hohen elektrischen Widerstand und einen Isolator umzuwandeln.
Bei dem oben erwähnten Verfahren wird die hochschmelzende Metalloxidschicht,
die nicht durch Behandlung mit Wasserstoff umgewandelt wird, als ein Isolator
gebildet. Der Isolator kann außerdem durch selektives Entfernen der hochschmel
zenden Metalloxidschicht gebildet werden.
Der mit dem obigen Verfahren gebildete Lastwiderstand kann in einem statischen
Direktzugriffsspeicher angewandt werden, während das bereitgestellte Substrat
mindestens ein Metalloxid-Halbleiterbauelement enthält. Das Metalloxid-
Bauelement enthält weiterhin ein Gate und einen Source/Drain-Bereich. Wie oben
erwähnt, werden die Verbindungen zur elektrischen Verbindung der Source/Drain-
Bereiche und die Lastwiderstände eines statischen Direktzugriffsspeichers gebildet,
indem die hochschmelzende Metalloxidschicht einer Behandlung mit Wasserstoff
unterzogen wird.
Sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte
Beschreibung sind nur beispielhaft und erläuternd und beschränken die Erfindung,
wie beansprucht, nicht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
anhand von Beispielen und der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der
Zeichnung zeigen
Fig. 1 einen konventionellen Schaltplan einer SRAM-Zelle,
Fig. 2A bis Fig. 2J einen konventionellen Herstellungsprozeß zur Bildung eines
Lastwiderstandes eines SRAM,
Fig. 3A bis Fig. 3F einen Herstellungsprozeß zur Bildung eines Lastwiderstandes
eines SRAM in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung,
Fig. 4A bis Fig. 4F einen Herstellungsprozeß zur Bildung eines Lastwiderstandes
eines SRAM in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung,
und
Fig. 5A bis Fig. 5F einen Herstellungsprozeß zur Bildung eines Lastwiderstandes
eines SRAM in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
Hochschmelzendes Metalloxid wie Titanoxid (TiO2), Tantaloxid (Ta2O5), Eisenoxid
(Fe2O3) und Bariumtitanoxid (BaTiO3) ist eine Art Isolierstoff mit sehr großem Band
abstand. Durch eine Behandlung mit Wasserstoff wird Wasserstoff in Lücken in
der atomaren Struktur oder Sauerstoff-Leerstellen im hochschmelzenden Metalloxid
eingefügt, so daß die Lücken und die Leerstellen im nachfolgenden Prozeß nicht
mit Sauerstoff besetzt werden. Für diese Behandlung mit Wasserstoff wird eine
Behandlung mit einem Wasserstoffplasma oder eine Wärmebehandlung mit
Wasserstoff für geeignet gehalten, obwohl möglicherweise auch andere Prozesse
funktionieren. Einfacher ausgedrückt, die Sauerstoff-Leerstellen sind verschiedene
Stellen, an denen Sauerstoff im hochschmelzenden Metalloxid angelagert werden
kann. Die Behandlung mit Wasserstoff bewirkt, daß einige dieser Stellen, an denen
Sauerstoff angelagert werden kann, nicht mit Sauerstoff besetzt werden. Man
nimmt an, daß der Sauerstoffgehalt im hochschmelzenden Metalloxid ein Schlüs
selfaktor ist, der die Leitfähigkeit bestimmt. Nach dieser Annahme hat das hoch
schmelzende Material bei geringem Sauerstoffgehalt Eigenschaften, die einem Me
tall nahekommen, und im Gegensatz dazu bei größerem Sauerstoffgehalt Leitungs
eigenschaften, die einem Isolator nahekommen. Das heißt, das hochschmelzende
Metalloxid mit geringem Sauerstoffgehalt hat eine höhere Leitfähigkeit, während
das hochschmelzende Metalloxid mit größerem Sauerstoffgehalt eine niedrigere
Leitfähigkeit hat. Weiterhin nimmt man an, daß einige Sauerstoffatome im hoch
schmelzenden Metalloxid sogar ausgetrieben und durch die Wasserstoffatome er
setzt werden. Der Reaktionsmechanismus für das Austreiben von Sauerstoff wird
wie folgt dargestellt:
O2 → 1 O2 + 2e-
Wie der obige Mechanismus zeigt, werden zwei Mol Elektroden erzeugt, wenn ein
Sauerstoffmolekül ausgetrieben oder ersetzt wird. Diese Elektronen sind beweg
liche Ladungsträger, die die Leitfähigkeit der hochschmelzenden Metalloxidschicht
vergrößern. Mit diesen beweglichen Elektronen wird das hochschmelzende Metall
oxid von einem Isolator in einen N-leitenden Halbleiter umgewandelt. Wenn eine
genügende Menge Sauerstoff im hochschmelzenden Metalloxid ausgetrieben oder
durch Wasserstoff ersetzt wird, wird eine große Menge Elektronen erzeugt. Das
hochschmelzende Metalloxid kann sogar von einem Isolator in einen Leiter um
gewandelt werden.
Die Leitfähigkeit des hochschmelzenden Metalloxides hängt davon ab, wieviel
Sauerstoff ausgetrieben oder ersetzt wird. Weiterhin ändert sich die Leitfähigkeit
des hochschmelzenden Metalloxides mit der Menge der Elektronen, die durch Aus
treiben von Sauerstoff erzeugt werden. Durch eine Behandlung mit einem Wasser
stoffplasma oder eine Wärmebehandlung mit Wasserstoff kann der Sauerstoff
gehalt im hochschmelzenden Metalloxid gesteuert oder eingestellt werden. Folglich
können die Leitfähigkeit oder der Widerstand des hochschmelzenden Metalloxides
auf einen vorbestimmten Pegel eingestellt werden. Je mehr die Behandlung mit
Wasserstoff den Sauerstoffgehalt vermindert, desto größer ist die Leitfähigkeit und
desto niedriger ist der Widerstand.
Das Verfahren, Wasserstoff in das hochschmelzende Metalloxid einzufügen, um
die Leitfähigkeit einzustellen, ist im Detail beschrieben in "Semiconductor Electro
des for Photoelectrolysis, S. 151, State University of New York, 1982" von Fu-Tai
Liou, "Solid Electrochemical Modification of Semiconductors, Solid State Comm.,
Band 43, Nr. 8, S. 633-636, von C. Y. Yang et al. " und "Photoelectrolysis at
Fe2O3/TiO2 Heterojunction Electrode, Journal of the Electrochemical Society, Band
129, Nr. 2, S. 342-345, 1982" von Fu-Tai Liou. All diese Aufsätze werden durch
Bezugnahme vollständig hierin aufgenommen.
Fig. 3A bis Fig. 3F zeigen eine bevorzugte Ausführungsform zur Herstellung eines
Lastwiderstandes eines SRAM.
In Fig. 3A werden auf einem Substrat 300 Halbleiter-Bauelemente 301a, 301b und
eine Feldoxidschicht 302 gebildet. In dieser Ausführungsform werden als Beispiel
für die Halbleiter-Bauelemente 301a und 301b Transistoren verwendet. Der Tran
sistor 301a enthält ein Gate 303a, eine Gate-Oxidschicht 304a und Source/Drain-
Bereiche 305a, 306a. Der Transistor 301b enthält ein Gate 303b, eine Gate-Oxid
schicht 304b und Source/Drain-Bereiche 305b, 306b.
In Fig. 3B wird über dem Substrat 300 eine Isolationsschicht 307 gebildet. Die
Isolationsschicht 307 enthält Öffnungen 308a, 308b, 308c und 308d, die das
Gate 303a und die Source/Drain-Bereiche 305b, 306b bzw. 305b bloßlegen.
In Fig. 3C wird auf der Isolationsschicht 307 eine hochschmelzende Metalloxid
schicht 309 gebildet, zum Beispiel eine TiO2-, Ta2O5-, Fe2O3- oder BaTiO3-Schicht.
Die hochschmelzende Metalloxidschicht 309 füllt außerdem die Öffnungen 308a,
308b, 308c und 308d aus, zur elektrischen Verbindung mit dem Gate 303a und
den Source/Drain-Bereichen 305b, 306b und 305b. Danach wird eine zweistufige
Behandlung mit Wasserstoff durchgeführt, um die hochschmelzende Metalloxid
schicht 309 von einem hochohmigen Material in einen Leiter mit einem höheren
elektrischen Widerstand und einen Leiter mit niedrigem elektrischen Widerstand
umzuwandeln. Diese zweistufige Behandlung mit Wasserstoff wird im Detail wie
folgt durchgeführt.
In Fig. 3D wird auf der hochschmelzenden Metalloxidschicht 309 eine erste
Maskenschicht 310 gebildet. Wie in der Figur gezeigt, werden Teile der hoch
schmelzenden Metalloxidschicht 309 bloßgelegt, während die anderen Teile der
hochschmelzenden Metalloxidschicht 309 von der ersten Maskenschicht 310
bedeckt werden. An der bloßliegenden hochschmelzenden Metalloxidschicht 309
wird eine erste Behandlung mit Wasserstoff durchgeführt. Dadurch wird die
hochschmelzende Metalloxidschicht 309 von einem Isolator in einen Leiter mit
hohem elektrischen Widerstand umgewandelt. Die umgewandelten Teile werden
als Lastwiderstände in einem SRAM verwendet und sind mit 309a und 309b
bezeichnet.
In Fig. 3E wird die Maskenschicht 310 entfernt. Auf der hochschmelzenden Metall
oxidschicht 309 wird eine zweite Maskenschicht 311 gebildet. Es wird eine zweite
Behandlung mit Wasserstoff durchgeführt, um von der zweiten Maskenschicht
311 unbedeckte Teile der hochschmelzenden Metalloxidschicht 309 umzuwandeln.
Die umgewandelten Teile werden Leiter mit niedrigem elektrischem Widerstand, mit
309c, 309d, 309e, 309f, 309g und 309h bezeichnet, und können in dieser
Ausführungsform als Verbindungen in einem SRAM verwendet werden, während
die von der zweiten Maskenschicht 311 bedeckten Teile, mit 309i, 309j und 309k
bezeichnet, ein Isolator bleiben. Die zweite Maskenschicht 311 wird dann entfernt,
wie in Fig. 3F gezeigt. Als Folge werden die Lastwiderstände 309a und 309b und
die Verbindungen 309c bis 309h mit einer viel ebeneren Oberfläche des Substrats
300 als bei einem konventionellen SRAM gebildet. Die ebenere Oberfläche ist vor
teilhaft für den nachfolgenden Herstellungsprozeß. Außerdem muß im konven
tionellen Prozeß der Lastwiderstand häufig mit verminderter Dicke gebildet werden,
wenn ein Lastwiderstand mit einem hohen elektrischen Widerstand benötigt wird.
Folglich wird die Dicke der Verbindungen vermindert, was deren Leitfähigkeit
beeinflußt.
Fig. 4A bis Fig. 4F zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform zur Herstel
lung eines Lastwiderstandes eines SRAM.
In Fig. 4A werden auf einem Substrat 400 Halbleiter-Bauelemente 401a, 401b und
eine Feldoxidschicht 402 gebildet. In dieser Ausführungsform werden als Beispiel
für die Halbleiter-Bauelemente 401a und 401b Transistoren verwendet. Der Tran
sistor 401a enthält ein Gate 403a, eine Gate-Oxidschicht 404a und Source/Drain-
Bereiche 405a, 406a. Der Transistor 401b enthält ein Gate 403b, eine Gate-
Oxidschicht 404b und Source/Drain-Bereiche 405b, 406b.
In Fig. 4B wird über dem Substrat 400 eine Isolationsschicht 407 gebildet. Die
Isolationsschicht 407 enthält Öffnungen 408a, 408b, 408c und 408d, die das
Gate 403a und die Source/Drain-Bereiche 405b, 406b bzw. 405b bloßlegen.
In Fig. 4C wird auf der Isolationsschicht 407 eine hochschmelzende Metalloxid
schicht 409 gebildet, zum Beispiel eine TiO2-, Ta2O5-, Fe2O3- oder BaTiO3-Schicht.
Die hochschmelzende Metalloxidschicht 409 füllt außerdem die Öffnungen 408a,
408b, 408c und 408d aus, zur elektrischen Verbindung mit dem Gate 403a und
den Source/Drain-Bereichen 405b, 406b und 405b. Mittels Photolithographie und
Ätzen wird die hochschmelzende Metalloxidschicht 407 selektiv entfernt. Das
Entfernen der hochschmelzenden Metalloxidschicht 407 bildet somit einen Isolator.
Das heißt, irgendwelche unerwünschten elektrischen Verbindungen zwischen
Verbindungen, Lastwiderständen oder den Source/Drain-Bereichen werden dadurch
verhindert. Danach wird eine zweistufige Behandlung mit Wasserstoff durch
geführt, um die hochschmelzende Metalloxidschicht 409 von einem hochohmigen
Material in einen Leiter mit einem höheren elektrischen Widerstand und einen
Leiter mit niedrigem elektrischem Widerstand umzuwandeln. Diese zweistufige
Behandlung mit Wasserstoff wird im Detail wie folgt durchgeführt.
In Fig. 4D wird auf der hochschmelzenden Metalloxidschicht 409 eine erste
Maskenschicht 410 gebildet. Wie in der Figur gezeigt, werden Teile der hoch
schmelzenden Metalloxidschicht 409 bloßgelegt, während die anderen Teile der
hochschmelzenden Metalloxidschicht 409 von der ersten Maskenschicht 410
bedeckt werden. An der bloßliegenden hochschmelzenden Metalloxidschicht 409
wird eine erste Behandlung mit Wasserstoff durchgeführt. Dadurch wird die hoch
schmelzende Metalloxidschicht 409 von einem Isolator in einen Leiter mit hohem
elektrischem Widerstand umgewandelt. Die umgewandelten Teile werden als Last
widerstände in einem SRAM verwendet und sind mit 409a und 409b bezeichnet.
In diesem Verfahrensschritt wird die erste Maskenschicht 410 sowohl als Photo
lackschicht als auch als Diffusionsbarrieren-Schicht verwendet.
In Fig. 4E wird die Maskenschicht 410 entfernt. Auf der hochschmelzenden Metall
oxidschicht 409 wird eine zweite Maskenschicht 411 gebildet. Es wird eine zweite
Behandlung mit Wasserstoff durchgeführt, um von der zweiten Maskenschicht
411 unbedeckte Teile der hochschmelzenden Metalloxidschicht 409 umzuwandeln.
Die umgewandelten Teile werden Leiter mit niedrigem elektrischem Widerstand, mit
409c, 409d, 409e, 409f, 409g und 409h bezeichnet, und können in dieser
Ausführungsform als Verbindungen in einem SRAM verwendet werden. Als Folge
werden die Lastwiderstände 409a und 409b und die Verbindungen 409c bis 409h
mit einer viel ebeneren Oberfläche des Substrats 400 als bei einem konventionellen
SRAM gebildet. Die ebenere Oberfläche ist vorteilhaft für den nachfolgenden
Herstellungsprozeß. Außerdem muß im konventionellen Prozeß der Lastwiderstand
häufig mit verminderter Dicke gebildet werden, wenn ein Lastwiderstand mit einem
hohen elektrischen Widerstand benötigt wird. Folglich wird die Dicke der Verbin
dungen vermindert, was deren Leitfähigkeit beeinflußt.
In Fig. 4F wird die zweite Maskenschicht 311 entfernt. In dieser Ausführungsform
sind die in Fig. 3E und 3F der vorhergehenden Ausführungsform gezeigten
Isolatoren 309i bis 309k beseitigt, um irgendwelche unerwünschten elektrischen
Verbindungen oder Kontakte zu vermeiden.
Fig. 5A bis Fig. 5F zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform zur Herstel
lung eines Lastwiderstandes eines SRAM.
In Fig. 5A werden auf einem Substrat 500 Halbleiter-Bauelemente 501a, 501b und
eine Feldoxidschicht 502 gebildet. In dieser Ausführungsform werden als Beispiel
für die Halbleiter-Bauelemente 501a und 501b Transistoren verwendet. Der Tran
sistor 501a enthält ein Gate 503a, eine Gate-Oxidschicht 504a und Source/Drain-
Bereiche 505a, 506a. Der Transistor 501b enthält ein Gate 503b, eine Gate-
Oxidschicht 504b und Source/Drain-Bereiche 505b, 506b.
In Fig. 5B wird über dem Substrat 500 eine Isolationsschicht 507 gebildet. Die
Isolationsschicht 507 enthält Öffnungen 508a, 508b, 508c und 508d, die das
Gate 503a und die Source/Drain-Bereiche 505b, 506b bzw. 505b bloßlegen.
In Fig. 5C wird auf der Isolationsschicht 507 eine hochschmelzende Metalloxid
schicht 509 gebildet, zum Beispiel eine TiO2-, Ta2O5-, Fe2O3- oder BaTiO3-Schicht.
Die hochschmelzende Metalloxidschicht 509 füllt außerdem die Öffnungen 508a,
508b, 508c und 508d aus, zur elektrischen Verbindung mit dem Gate 503a und
den Source/Drain-Bereichen 505b, 506b und 505b. Mittels Photolithographie und
Ätzen wird die hochschmelzende Metalloxidschicht 407 selektiv entfernt. Das
Entfernen der hochschmelzenden Metalloxidschicht 407 bildet somit einen Isolator.
Das heißt, irgendwelche unerwünschten elektrischen Verbindungen zwischen
Verbindungen, Lastwiderständen oder den Source/Drain-Bereichen werden dadurch
verhindert. Danach wird eine zweistufige Behandlung mit Wasserstoff durch
geführt, um die hochschmelzende Metalloxidschicht 509 von einem hochohmigen
Material in einen Leiter mit einem höheren elektrischen Widerstand und einen
Leiter mit niedrigem elektrischen Widerstand umzuwandeln. Diese zweistufige
Behandlung mit Wasserstoff wird im Detail wie folgt durchgeführt.
In Fig. 5D wird eine erste Behandlung mit Wasserstoff an der hochschmelzenden
Metalloxidschicht 509 durchgeführt. Dadurch wird die hochschmelzende Metall
oxidschicht 509 von einem Isolator in einen Leiter mit hohem elektrischem Wider
stand umgewandelt.
In Fig. 5E wird eine Maskenschicht 510 gebildet, um durch die erste Behandlung
mit Wasserstoff umgewandelte Teile der hochschmelzenden Metalloxidschicht 509
zu bedecken. Die bedeckten Teile sind mit 509a und 509b bezeichnet. Es wird
eine zweite Behandlung mit Wasserstoff durchgeführt, um von der zweiten Mas
kenschicht 510 unbedeckte Teile der hochschmelzenden Metalloxidschicht 509c
bis 509h umzuwandeln. Die umgewandelten Teile werden Leiter mit niedrigem
elektrischen Widerstand, mit 509c, 509d, 509e, 509f, 509g und 509h bezeichnet,
und können in dieser Ausführungsform als Verbindungen in einem SRAM verwen
det werden. Als Folge bleiben die Teile 509a und 509b Leiter mit hohem elektri
schem Widerstand und dienen als Lastwiderstände, während die umgewandelten
Teile 509c bis 509g als Verbindungen mit niedrigem elektrischen Widerstand
dienen. Die Verbindungen 509c bis 509h werden mit einer viel ebeneren Oberflä
che des Substrats 500 als bei einem konventionellen SRAM gebildet. Die ebenere
Oberfläche ist vorteilhaft für den nachfolgenden Herstellungsprozeß. In dieser
Ausführungsform wird nur eine Maskenschicht benötigt, um sowohl Lastwider
stände als auch lokale Verbindungen zu bilden. Außerdem werden ähnlich wie in
der zweiten Ausführungsform die Teile der hochschmelzenden Metalloxidschicht
zwischen Verbindungen oder Lastwiderständen entfernt, um irgendwelche uner
wünschten elektrischen Verbindungen oder Kontakte zu vermeiden.
Man beachte, daß die obigen Ausführungsformen anhand der Beispiele einer
SRAM-Zelle vorgestellt wurden. Der Fachmann kann diese Technik auch auf die
gemeinsame Bildung von Lastwiderständen und lokalen Verbindungen oder sogar
Isolatoren aus der gleichen hochschmelzenden Metalloxidschicht unter Verwen
dung von selektiven Behandlungen mit Wasserstoff anwenden. Dabei werden die
lokalen Verbindungen gebildet, um verschiedene leitende Bereiche eines Substrats
zu verbinden, und die Lastwiderstände werden als passive Elemente zum Aufbau
einer Schaltung gebildet.
Anhand der Beschreibung und Ausführung der hier offenbarten Erfindung ergeben
sich für den Fachmann weitere Ausführungsformen. Die Beschreibung und die
Beispiele sind nur als Beispiele anzusehen, und der Schutzbereich der Erfindung
ergibt sich aus den Patentansprüchen.
Claims (22)
1. Verfahren zur Bildung eines Lastwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß
man
ein Substrat bereitstellt, das mindestens einen leitenden Bereich aufweist,
auf dem Substrat eine Isolationsschicht bildet, die eine Öffnung aufweist, die den leitenden Bereich bloßlegt,
auf der Isolationsschicht eine hochschmelzende Metalloxidschicht bildet, die die Öffnung ausfüllt, und
eine zweistufige Behandlung mit Wasserstoff durchführt, um die hochschmelzende Metalloxidschicht in einen Leiter mit einem niedrigen elektrischen Widerstand, einen Leiter mit einem hohen elektrischen Widerstand und einen Isolator umzu wandeln.
ein Substrat bereitstellt, das mindestens einen leitenden Bereich aufweist,
auf dem Substrat eine Isolationsschicht bildet, die eine Öffnung aufweist, die den leitenden Bereich bloßlegt,
auf der Isolationsschicht eine hochschmelzende Metalloxidschicht bildet, die die Öffnung ausfüllt, und
eine zweistufige Behandlung mit Wasserstoff durchführt, um die hochschmelzende Metalloxidschicht in einen Leiter mit einem niedrigen elektrischen Widerstand, einen Leiter mit einem hohen elektrischen Widerstand und einen Isolator umzu wandeln.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Bereich
einen Source/Drain-Bereich eines Metalloxid-Halbleiterschaltungselementes auf
weist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Bereich
ein Gate eines Metalloxid-Halbleiterschaltungselementes aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die hochschmel
zende Metalloxidschicht aus einem Material bildet, das man aus mindestens einem
der Materialien TiO2, Ta2O5, Fe2O3 und BaTiO3 auswählt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweistufige
Behandlung mit Wasserstoff weiterhin umfaßt, daß man
eine erste Maskenschicht bildet, die mindestens eine Öffnung aufweist, um einen ersten Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht bloßzulegen,
eine erste Behandlung mit Wasserstoff durchführt, um den bloßliegenden ersten Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht in den Leiter mit einem niedrigen elektrischen Widerstand umzuwandeln,
die erste Maskenschicht entfernt,
eine zweite Maskenschicht bildet, um einen zweiten Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht bloßzulegen, und
eine zweite Behandlung mit Wasserstoff durchführt, um den bloßliegenden zweiten Teil des hochschmelzenden Metalloxides in den Leiter mit einem hohen elektri schen Widerstand umzuwandeln, während ein dritter Teil des hochschmelzenden Metalloxides, ohne umgewandelt zu werden, als Isolator übriggelassen wird.
eine erste Maskenschicht bildet, die mindestens eine Öffnung aufweist, um einen ersten Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht bloßzulegen,
eine erste Behandlung mit Wasserstoff durchführt, um den bloßliegenden ersten Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht in den Leiter mit einem niedrigen elektrischen Widerstand umzuwandeln,
die erste Maskenschicht entfernt,
eine zweite Maskenschicht bildet, um einen zweiten Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht bloßzulegen, und
eine zweite Behandlung mit Wasserstoff durchführt, um den bloßliegenden zweiten Teil des hochschmelzenden Metalloxides in den Leiter mit einem hohen elektri schen Widerstand umzuwandeln, während ein dritter Teil des hochschmelzenden Metalloxides, ohne umgewandelt zu werden, als Isolator übriggelassen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Behandlung
mit Wasserstoff mit einer längeren Wirkungsdauer als die zweite Behandlung mit
Wasserstoff durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit
Wasserstoff eine Wärmebehandlung mit Wasserstoff umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit
Wasserstoff eine Behandlung mit einem Wasserstoffplasma umfaßt.
9. Verfahren zur Bildung eines Lastwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß
man
ein Substrat bereitstellt, das mindestens einen leitenden Bereich aufweist,
eine Isolationsschicht bildet, die eine Öffnung aufweist, die den leitenden Bereich bloßlegt,
auf der Isolationsschicht eine hochschmelzende Metalloxidschicht bildet, die die Öffnung ausfüllt,
einen Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht entfernt,
einen ersten übrigbleibenden Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht in einen Leiter mit einem hohen elektrischen Widerstand umwandelt und
einen zweiten übrigbleibenden Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht in einen Leiter mit einem niedrigen elektrischen Widerstand umwandelt.
ein Substrat bereitstellt, das mindestens einen leitenden Bereich aufweist,
eine Isolationsschicht bildet, die eine Öffnung aufweist, die den leitenden Bereich bloßlegt,
auf der Isolationsschicht eine hochschmelzende Metalloxidschicht bildet, die die Öffnung ausfüllt,
einen Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht entfernt,
einen ersten übrigbleibenden Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht in einen Leiter mit einem hohen elektrischen Widerstand umwandelt und
einen zweiten übrigbleibenden Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht in einen Leiter mit einem niedrigen elektrischen Widerstand umwandelt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Bereich
einen Source/Drain-Bereich eines Metalloxid-Halbleiterschaltungselementes auf
weist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Bereich
ein Gate eines Metalloxid-Halbleiterschaltungselementes aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die hoch
schmelzende Metalloxidschicht aus einem Material bildet, das man aus mindestens
einem der Materialien TiO2, Ta2O5, Fe2O3 und BaTiO3 auswählt.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der
ersten und der zweiten übrigbleibenden Teile der hochschmelzenden Metalloxid
schicht eine Behandlung mit Wasserstoff umfaßt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung
mit Wasserstoff eine Wärmebehandlung mit Wasserstoff umfaßt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung
mit Wasserstoff eine Behandlung mit einem Wasserstoffplasma umfaßt.
16. Verfahren zur Bildung eines Lastwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß
man
ein Substrat bereitstellt, das mindestens einen leitenden Bereich aufweist,
eine Isolationsschicht bildet, die eine Öffnung aufweist, die den leitenden Bereich bloßlegt,
auf der Isolationsschicht eine hochschmelzende Metalloxidschicht bildet, die die Öffnung ausfüllt,
einen Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht entfernt,
eine erste Behandlung mit Wasserstoff an der übrigbleibenden hochschmelzenden Metalloxidschicht durchführt, und
eine zweite Behandlung mit Wasserstoff an einem Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht durchführt.
ein Substrat bereitstellt, das mindestens einen leitenden Bereich aufweist,
eine Isolationsschicht bildet, die eine Öffnung aufweist, die den leitenden Bereich bloßlegt,
auf der Isolationsschicht eine hochschmelzende Metalloxidschicht bildet, die die Öffnung ausfüllt,
einen Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht entfernt,
eine erste Behandlung mit Wasserstoff an der übrigbleibenden hochschmelzenden Metalloxidschicht durchführt, und
eine zweite Behandlung mit Wasserstoff an einem Teil der hochschmelzenden Metalloxidschicht durchführt.
17. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Bereich
ein Gate eines Metalloxid-Halbleiterschaltungselementes aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die hoch
schmelzende Metalloxidschicht aus einem Material bildet, das man aus mindestens
einem der Materialien TiO2, Ta2O5, Fe2O3 und BaTiO3 auswählt.
19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung
mit Wasserstoff eine Behandlung mit einem Wasserstoffplasma umfaßt.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung
mit Wasserstoff eine Wärmebehandlung mit Wasserstoff umfaßt.
21. Verfahren zur Bildung eines Lastwiderstandes eines dynamischen Direkt
zugriffsspeichers, dadurch gekennzeichnet, daß man
ein Substrat bereitstellt, das mindestens ein Metalloxid-Halbleiterbauelement auf weist, das einen Source/Drain-Bereich und ein Gate aufweist,
eine Isolationsschicht bildet, die Öffnungen aufweist, die das Gate und den Source/Drain-Bereich bloßlegen,
auf der Isolationsschicht eine hochschmelzende Metalloxidschicht bildet, die die Öffnungen ausfüllt, und
eine zweistufige Behandlung mit Wasserstoff durchführt, um die hochschmelzende Metalloxidschicht in drei Teile mit verschiedener Leitfähigkeit umzuwandeln.
ein Substrat bereitstellt, das mindestens ein Metalloxid-Halbleiterbauelement auf weist, das einen Source/Drain-Bereich und ein Gate aufweist,
eine Isolationsschicht bildet, die Öffnungen aufweist, die das Gate und den Source/Drain-Bereich bloßlegen,
auf der Isolationsschicht eine hochschmelzende Metalloxidschicht bildet, die die Öffnungen ausfüllt, und
eine zweistufige Behandlung mit Wasserstoff durchführt, um die hochschmelzende Metalloxidschicht in drei Teile mit verschiedener Leitfähigkeit umzuwandeln.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Teile der
hochschmelzenden Metalloxidschicht einen Leiter mit einem niedrigen elektrischen
Widerstand, einen Leiter mit einem hohen elektrischen Widerstand und einen
Isolator aufweisen.
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