DE4119920C2

DE4119920C2 - Halbleitereinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE4119920C2
Application number: DE4119920A
Authority: DE
Inventors: Koji Eguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2011-06-18
Also published as: KR920001685A; JPH0456325A; US5466638A; US5373192A; KR950000866B1; DE4119920A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterein richtungen und Verfahren zu deren Herstellung.

Dünne Aluminiumschichten sind als Elektrodenverbindungsmate rial in Halbleitereinrichtungen, etwa integrierten Schaltun gen auf Siliziumbasis, weitverbreitet. Mit dem Voranschreiten der Miniaturisierung von Halbleitereinrichtungen werden für Verbindungen zwischen Elektroden vielfach Mehrschicht-Verbin dungen verwendet. Bei Mehrschicht-Verbindungen wird auf einer Störstellendiffusionsschicht oder einer leitenden Schicht wie einer Polysiliziumschicht über der Oberfläche eines Silizium substrates mit dazwischengelegter Isolierschicht durch ein CVD-Verfahren oder ein Sputterverfahren eine Aluminiumschicht gebildet, und die dünne Aluminiumschicht und die unter ihr liegende leitende Schicht sind miteinander durch ein in der Isolierschicht gebildetes Kontaktloch verbunden.

Im folgenden wird eine Beschreibung des Aufbaus einer her kömmlichen Halbleitereinrichtung mit einer Verbindungsstruk tur unter Einschluß eines elektrisch leitenden Abschnittes und eines Herstellungsverfahrens für dieselbe unter Bezug nahme auf die Fig. 1, 2, 3A bis 3D gegeben.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer typischen Querschnittsstruk tur eines herkömmlichen Bipolartransistors. Der im Bild ge zeigte Bipolartransistor weist eine in einem Teil eines p-Ge bietes 2 in der Oberfläche eines n-Halbleitersubstrates 1 ge bildete n-Schicht 3 mit hoher Konzentration auf. Das p-Gebiet 2 und die n-Schicht 3 mit hoher Konzentration sind elektrisch mit Aluminiumverbindungen 5 und 6 über in vorbestimmten Posi tionen einer auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 gebildeten Oxidschicht gebildete Kontaktlöcher verbunden. Die Aluminiumverbindungen 5 und 6 und eine leitende Schicht 7 auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 sind mit einem Basisanschluß (B), einem Emitteranschluß (E) bzw. einem Kollektoranschluß (C) des Bipolartransistors verbunden. Die Aluminiumverbindungen 5 und 6 sind bei einem solchen Auf bau der Halbleitereinrichtung mit dem größten Teil ihrer un teren Oberflächen in direktem Kontakt mit der amorphen Oxid isolierschicht 4.

Fig. 2 zeigt eine typische Querschnittsstruktur eines her kömmlichen MOS (Metall-Oxid-Halbleiter) -Feldeffekttransistors. Der MOS-Feldeffekttransistor hat eine Gateelektrode 3 und Source-/Drain-Gebiete 14, die in einem durch eine Feldiso lierschicht 12 auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrates 11 abgetrennten und isolierten aktiven Gebiet gebildet und mit Verunreinigungen dotiert sind. Die Source-/Drain-Gebiete 14 sind über in einer Oxidisolierschicht 15 gebildete Kon taktlöcher 16 elektrisch mit einer Aluminiumverbindungs schicht 17 verbunden. Bei diesem Aufbau ist die Aluminiumver bindungsschicht 17 im größten Teil ihrer unteren Oberfläche ebenfalls in Kontakt mit der Oxidisolierschicht 15 mit amor pher Struktur, und mit dem Halbleitersubstrat 11 mit kristal liner Struktur, wie etwa einkristallinem Silizium, ist sie nur in ihrem Kontaktabschnitt mit den Source-/Drain-Gebieten 14 im Kontakt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3A bis 3D ein Prozeß des Bildens einer Verbindung auf einem Halbleitersub strat, repräsentiert durch die Aluminiumverbindungen 5, 6 und ähnliche des in Fig. 1 gezeigten Bipolartransistors vom pla naren Typ gegeben.

Zuerst wird eine Oxidisolierschicht 22 wie SiO₂ durch ein CVD-Verfahren oder ähnliches auf einem Halbleitersubstrat 21 abgeschieden (siehe Fig. 3A). Danach wird in einer vorbe stimmten Position der Oxidisolierschicht 22 durch Photolitho graphie und Ätzen ein Kontaktloch 23 geöffnet (siehe Fig. 3B). Dann wird auf der Oberfläche der Oxidisolierschicht 22 einschließlich der inneren Oberfläche des Kontaktloches 23 durch ein CVD-Verfahren oder ein Sputterverfahren oder ähnli ches eine dünne Aluminiumschicht 24 gebildet (siehe Fig. 3C). Danach wird die dünne Aluminiumschicht 24 selektiv entfernt und durch Photolithographie und Ätzen eine Aluminiumverbin dungsschicht 25 strukturiert (siehe Fig. 3D).

Beim obenerwähnten Prozeß der Bildung der dünnen Aluminium schicht 24 ist der größte Teil ihrer Unterlage die Oxidiso lierschicht 22 mit amorpher Struktur, so daß die zu bildende dünne Aluminiumschicht 24 unter dem Einfluß der Unterlage amorphe Struktur oder polykristalline Struktur, bei der sich kleine Kristallkörner mit einem Durchmesser von etwa 1 µm oder darunter ansammeln, aufweist. Es gibt damit das Problem, daß die amorphe Charakteristik zu einer Degradation der Alu miniumverbindungsschicht 25 infolge Elektromigration führt. Die Elektromigration ist eine Erscheinung, bei der, wenn ein Strom durch die Aluminiumverbindungsschicht fließt, wandernde freie Elektronen mit Aluminiumatomen zusammenstoßen, so daß die Aluminiumatome insbesondere entlang der Korngrenze in die Richtung der Wanderung der Elektronen fließen. Der nach dem Abwandern der Aluminiumatome gebildete Hohlraum wird durch die Elektromigration ausgeweitet, die Aluminiumverbindungs schicht wird dünn und ihr Widerstand groß, oder sie wird elektrisch unterbrochen. Die Lebensdauer der Halbleiterein richtung gegenüber Elektromigration wird damit verkürzt. Die Elektromigration bewirkt auch, daß die Aluminiumatome, die entlang der Korngrenze wanderten, an einigen Stellen ausgela gert werden und ein Hillock bilden, so daß mitunter ein De fekt wie ein Kurzschluß zwischen benachbarten Aluminiumver bindungen verursacht wird.

Ein herkömmliches Verfahren zur Lösung dieses Problems der Elektromigration wird beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 64-37050 beschrieben, bei dem eine Aluminiumverbindungsschicht 33 durch Dazwischenlegen einer einkristallinen Siliziumschicht 34 als Unterlage für die Aluminiumverbindungsschicht 33, die auf einer Oxidiso lierschicht 32 über einem Halbleitersubstrat 31, wie in Fig. 4 gezeigt, gebildet werden soll, in einen Einkristall umge wandelt wird. Bei der in Fig. 4 gezeigten Struktur wird eine CoSi₂-Schicht 36 gebildet, um den Widerstand des Kontaktab schnitts in der Umgebung eines Gebietes, in dem mindestens die einkristalline Siliziumschicht 34 durch ein Kontaktloch 35 in Kontakt mit der Oberfläche des Halbleitersubstrates 31 steht, zu verringern. In der japanischen Patent-Offenlegungs schrift Nr. 64-37050 wird ein in Fig. 5 gezeigter MOS- Feldeffekttransistor als ein Beispiel für die Anwendung dieses Verfahrens beschrieben. Der MOS-Feldeffekttransistor unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten dadurch, daß über der Oxidisolierschicht 15 einschließlich der inneren Randwandung und der Bodenfläche eines Kontaktloches 38 mit einer dazwischengelegten einkristallinen Siliziumschicht 37 eine einkristalline Aluminiumverbindungsschicht 39 gebildet ist, und weiterhin eine einkristalline CoSi₂-Schicht 40 zur Verringerung des Kontaktwiderstandes auf der Oberfläche der Source-/Drain-Gebiete 14 gebildet ist. Die anderen Einzel heiten sind dieselben wie in Fig. 2, so daß ihnen die glei chen Bezugszeichen gegeben wurden und ihre Beschreibung nicht wiederholt wird.

In "Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 27, Nr. 9, Sep tember 1988, Seiten L1775-L1777" ist die Tatsache erklärt, daß eine einkristalline Aluminiumschicht auf einer einkri stallinen Siliziumschicht gebildet werden kann, wie es in der obenerwähnten Veröffentlichung und ähnlichen beschrieben ist.

Entsprechend dem in der erwähnten Veröffentlichung und ande ren beschriebenen Verfahren gibt es jedoch bei den in Fig. 4 und 5 gezeigten Strukturen das Problem, daß die einkristalli nen Siliziumschichten 34 und 37, die als Unterlagen der Alu miniumverbindungsschichten 33 und 39 gebildet sind, auch auf der Bodenfläche des Kontaktloches 35 und 38 gebildet sind, so daß die Kontaktwiderstände in diesen Abschnitten erhöht wer den. Dies liegt daran, daß die Flächenwiderstandswerte der einkristallinen Siliziumschichten 34 und 37 bei etwa 100 Ω/ oder darüber liegen und sehr viel größer sind als der Flä chenwiderstandswert der dünnen Aluminiumschicht, der einige mΩ/ beträgt oder darunter liegt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Halbleitereinrichtung mit einer leitenden Metallverbindung bereitzustellen, bei der entlang der Korngrenze bewirkte Elektromigration durch Umwan deln einer Metallverbindungsschicht wie Aluminium in einen Einkristall oder Vergrößerung der Größe der Kristallkörner verhindert wird, und ein Herstellungsverfahren dafür anzuge ben.

Diese Aufgabe wird durch eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Halbleitereinrichtung mit dem obenerwähnten Aufbau sind die leitende Metallverbindungsschicht und die Oberfläche der leitenden Schicht direkt miteinander verbunden, und es ist eine Siliziumschicht, die so verändert wurde, daß sie ein Einkristall ist oder der Durchmesser ihrer Kristallkörner auf mindestens 10 µm oder darüber vergrößert ist, zwischen die leitende Metallverbindungsschicht und die Isolierschicht ge schaltet. Im Ergebnis dessen wird die leitende Metallverbin dungsschicht durch die Kristalleigenschaften der ihre Unter lage bildenden Siliziumschicht beeinflußt und in einen Ein kristall oder eine polykristalline Struktur umgewandelt, bei der die Größe der Kristallkörner etwa 10 µm oder darüber be trägt. Normalerweise ist der Durchmesser eines Kontaktlochs in der Größenordnung von etwa 1 µm, so daß der innere Teil des Kontaktloches und die leitende Metallverbindungsschicht in der Umgebung ebenfalls in einen Einkristall umgewandelt werden oder große Kristallkörner aufweisen, da sie im anderen Hauptgebiet im Kontakt mit der Siliziumschicht steht, die so verändert wurde, daß sie ein Einkristall ist oder Kristall körner einer großen Größe aufweist, obwohl sie im Inneren der Begrenzungswand im Kontakt mit der amorphen Isolierschicht steht. Damit ist in der leitenden Metallverbindungsschicht im gesamten Gebiet einschließlich dem inneren Teil des Kon taktloches keine Korngrenze erzeugt, oder es sind extrem we nige Korngrenzen erzeugt. Im Ergebnis dessen ist das Wandern von Atomen des leitenden Metalls infolge der Elektromigration entlang der Korngrenze kontrolliert und die Elektromigra tions- und Widerstandscharakteristik verbessert. Die leitende Metallverbindungsschicht und die leitende Schicht sind im Bo denabschnitt des Kontaktloches direkt miteinander verbunden, so daß der Flächenwiderstandswert im Verbindungsabschnitt extrem niedrig gehalten werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Halblei tereinrichtung enthält die Schritte des Abscheidens einer isolierenden Schicht auf der Oberfläche einer leitenden Schicht, des Bildens einer Siliziumschicht aus Polysilizium oder amorphem Silizium auf der Oberfläche der isolierenden Schicht, des Bildens eines Kontaktloches in einer vorgebenen Position der Siliziumschicht und der isolierenden Schicht, so daß die Oberfläche der leitenden Schicht freigelegt werden kann, des Bildens einer leitenden Metallverbindungsschicht auf der Oberfläche der Siliziumschicht einschließlich der Oberfläche des inneren Teils des Kontaktloches und des Struk turierens der leitenden Metallverbindungsschicht und der Siliziumschicht nach Bedarf. Das Herstellungsverfahren der Halbleitereinrichtung ist dadurch charakterisiert, daß es einen Schritt der thermischen Behandlung zur Umwandlung der Siliziumschicht in eine einkristalline oder polykristalline Schicht mit großer Korngröße von mindestens 10 µm oder dar über zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem Schritt des Bildens der leitenden Metallverbindungsschicht und nach dem Schritt des Bildens der Siliziumschicht einschließt.

Die Halbleitereinrichtung mit dem obenerwähnten Aufbau kann durch die obenerwähnten Schritte mit hoher Produktivität her gestellt werden. Das heißt, eine einkristalline oder polykri stalline Siliziumschicht mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber wird durch Anwenden einer vorgegebenen Wärmebe handlung auf die auf der Oberfläche der isolierenden Schicht gebildete polykristalline oder amorphe Siliziumschicht er zeugt. Damit wird die danach zu bildende leitende Metallver bindungsschicht durch die Kristalleigenschaften des Unterla geabschnitts beeinflußt und in einen Einkristall oder eine polykristalline Schicht mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber umgewandelt. Wenn das Kontaktloch so gebildet wird, daß die Oberfläche der leitenden Schicht an einer vor bestimmten Stelle vor dem Bilden der leitenden Metallverbin dungsschicht und nach dem Bilden einer polykristallinen Sili ziumschicht oder einer amorphen Siliziumschicht auf der Iso lierschicht freigelegt wird, sind die leitende Metallverbin dungsschicht und die Oberfläche der leitenden Schicht direkt miteinander verbunden.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung, die den Aufbau eines typischen herkömmlichen Bipolartransistors zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung, die den Aufbau eines herkömmlichen MOS-Feld effekttransistors zeigt;

Fig. 3A bis 3D Querschnittsdarstellungen, die aufeinan derfolgende Schritte des Bildens einer Aluminiumverbindungsschicht über einem Halbleitersubstrat mit einer dazwischen liegenden Isolierschicht unter Bezugnahme auf die Umgebung eines Kontaktabschnittes des Halbleitersubstrates mit der Alumini umverbindungsschicht zeigen;

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung, die einen herkömmlichen Aufbau mit einer einkri stallinen Siliziumschicht als Unterlage einer Aluminiumverbindung zeigt, wenn eine Aluminiumverbindungsschicht über einem Halbleitersubstrat mit einer da zwischenliegenden Oxidisolierschicht ge bildet wird;

Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung, die den Aufbau eines herkömmlichen MOS-Feld effekttransistors mit einer einkristalli nen Siliziumschicht als Unterlage einer Aluminiumverbindungsschicht, die elek trisch mit Source-/Drain-Gebieten verbun den ist, zeigt;

Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung, die einen Aufbau in der Nähe eines Kontaktloches nach einer Ausführungsform zeigt;

Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung, die einen Aufbau in der Nähe eines Kontaktloches nach einer zweiten Ausführungsform zeigt;

Fig. 8A bis 8F Querschnittsdarstellungen, die aufeinan derfolgende Schritte eines beispielhaften Herstellungsverfahrens zur Bildung einer Struktur gemäß der ersten Ausführungsform in Fig. 6 zeigen;

Fig. 9A bis 9D Querschnittsdarstellungen, die aufeinan derfolgende Herstellungsschritte eines anderen Verfahrens zur Bildung einer Struktur nach der ersten Ausführungsform zeigen;

Fig. 10 eine Querschnittsdarstellung, die einen Aufbau zeigt, bei dem die Erfindung auf einen Bipolartransistor angewendet ist;

Fig. 11 eine Querschnittsdarstellung, die einen Aufbau zeigt, bei dem die Erfindung auf einen MOS-Feldeffekttransistor angewendet ist; und

Fig. 12 eine Querschnittsdarstellung, die einen Aufbau zeigt, bei dem die Erfindung auf eine eine Aluminiumverbindungsschicht enthaltende Mehrschichtverbindung ange wendet ist.

Fig. 6 zeigt im Querschnitt einen Aufbau in der Nähe eines Kontaktlochs 54 nach einer Ausführungsform, bei der die Er findung auf eine Struktur angewendet ist, bei der eine Alumi niumverbindungsschicht 53 über der Oberfläche eines Halblei tersubstrates 51 mit einer dazwischenliegenden Oxidisolier schicht 52 gebildet ist und die Oberfläche des Halbleitersub strates 1 und die Aluminiumverbindungsschicht 53 über ein in der Oxidisolierschicht 52 gebildetes Kontaktloch 54 elek trisch miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform ist eine einkristalline Siliziumschicht 55 zwischen die obere Oberfläche der Oxidisolierschicht 52 und die Aluminiumverbin dungsschicht 53 gelegt.

Beim Aufbau dieser Ausführungsform wird die Aluminiumverbin dungsschicht 53 durch die Kristalleigenschaften der einkri stallinen Siliziumschicht 55 als Unterlage beeinflußt und in den einkristallinen Zustand überführt. Die Aluminiumverbin dungsschicht 53 steht auf der Fläche des inneren Teiles des Kontaktlochs 54 nicht im Kontakt mit der einkristallinen Si liziumschicht 55, aber das Kontaktloch 54 hat einen inneren Durchmesser von etwa 1 µm oder darunter, so daß seine Größe im Vergleich zu den anderen Gebieten, wo die Aluminiumverbin dungsschicht 53 gebildet ist, extrem klein ist. Damit wird die Aluminiumverbindungsschicht 53 auch im Kontaktloch 54 un ter dem Einfluß der Umgebung, die in einen Einkristall über führt wird, in einen Einkristall überführt. Im Ergebnis des sen erscheinen in der Nähe des Kontaktlochs 54 keine Korn grenzen, und die hauptsächlich längs der Korngrenzen erzeugte Elektromigration kann verhindert werden.

Eine polykristalline Siliziumschicht mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber kann bei der obenerwähnten Ausfüh rungsform anstelle der einkristallinen Siliziumschicht 55 verwendet werden. In diesem Falle wird die Aluminiumverbin dungsschicht 53 auch in eine polykristalline Struktur mit ei ner Korngröße von etwa 10 µm oder darüber unter dem Einfluß der Kristalleigenschaften der Siliziumschicht 55 umgewandelt. In diesem Falle wird, da der innere Durchmesser des Kontakt lochs 54 normalerweise etwa 1 µm oder darunter beträgt, die Aluminiumverbindungsschicht 53 im Inneren des Kontaktlochs 54 so verändert, daß ihre Korngröße unter dem Einfluß der Umge bung vergrößert wird, und im Kontaktloch 54 werden nur wenige Korngrenzen erzeugt. Im Ergebnis dessen ist es auch hierbei möglich, die Elektromigration zu verhindern.

Fig. 7 zeigt den Querschnitt des Aufbaus einer Ausführungs form, bei der die Erfindung auf eine Struktur angewendet wird, bei der eine Metallsilizidschicht 57 auf der Oberfläche einer Polysilizium-Verbindungsschicht 56 mit einem Kontaktab schnitt mit der Oberfläche des Halbleitersubstrates 51 durch das Kontaktloch 54 und darüber mit einer dazwischenliegenden Oxidisolierschicht 58 eine Aluminiumverbindungsschicht 60 ge bildet ist, die über ein Kontaktloch 59 im Kontakt mit der Metallsilizidschicht 57 steht. Bei dieser Ausführungsform wird zwischen die obere Oberfläche der Oxidisolierschicht 58 und die Aluminiumverbindungsschicht 60 eine kristalline Siliziumschicht 61 gelegt. Die kristalline Siliziumschicht 61 ist, ähnlich wie die obenerwähnte und in Fig. 6 gezeigte kristalline Siliziumschicht 55, ein Einkristall oder eine polykristalline Schicht mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber. Der Einfluß der kristallinen Siliziumschicht 61 ist derselbe wie der Einfluß der kristallinen Siliziumschicht 55 in der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform.

Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 8F ein Verfah ren zur Ausbildung der Struktur des in Fig. 6 gezeigten Aus führungsbeispiels beschrieben.

Zuerst wird auf das Halbleitersubstrat 51 eine Oxidisolier schicht 52 aus SiO₂ oder ähnlichem mit einer Dicke von eini gen hundert nm durch ein CVD-Verfahren oder ähnliches abge schieden (siehe Fig. 8A). Danach wird auf der Oberfläche der Oxidisolierschicht 52 die Polysiliziumschicht 55a mit einer Dicke von einigen hundert nm beispielsweise durch ein CVD-Ver fahren oder ähnliches abgeschieden (siehe Fig. 8B). In diesem Zustand ist die Polysiliziumschicht 55a polykristallin mit einer Korngröße von 1 µm oder darunter. Dann wird zur Umwand lung der Polysiliziumschicht 55a in einen Einkristall oder eine polykristalline Schicht mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber eine Wärmebehandlung angewandt. Die Wärmebe handlung wird für einige 10 Minuten bis einige Stunden bei einer Temperatur von 800°C bis 1200°C durchgeführt. Durch diese Wärmebehandlung wird, da die Reaktion zwischen benach barten Kristallkörnern des Siliziums gefördert wird, eine grö ßere Korngröße des Kristalls bewirkt. Fig. 8C zeigt die kri stalline Siliziumschicht 55 im polykristallinen Zustand mit einer Korngröße von einigen zehn µm.

Die kristalline Siliziumschicht 55 mit erhöhter Korngröße kann durch Abscheiden amorphen Siliziums auf der Oxidisolier schicht 52 durch ein CVD-Verfahren oder ähnliches anstelle einer Polysiliziumschicht 55a erzeugt werden, wobei dieselbe mit einem Material wie Siliziumatomen als Keim implantiert wird, und die obenerwähnte Wärmebehandlung darauf angewandt wird. Die kristalline Siliziumschicht 55 mit vergrößerter Korngröße kann des weiteren auch durch Abscheiden einer ex trem dünnen Polysiliziumschicht von einigen zehn nm auf die Isolierschicht 52, epitaxiales Aufwachsen von amorphem Sili zium darauf und anschließende Anwendung der obenerwähnten Wärmebehandlung erhalten werden.

Dann wird durch eine photolithographische Technik eine Resistmaske mit einem vorgegebenen Muster (nicht gezeigt) ge bildet, und das Kontaktloch 54 wird durch Ätzen zur Entfer nung der Resistmaske (siehe Fig. 8D) gebildet. Der innere Durchmesser des Kontaktlochs 54 liegt normalerweise bei 1 µm oder darunter. Danach wird auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrates 51 einschließlich des inneren Teils des Kontaktlochs 54 durch ein CVD-Verfahren die Aluminiumverbin dungsschicht 53 gebildet (siehe Fig. 8E). Beim Verfahren des Bildens der Aluminiumverbindungsschicht 53 mittels CVD wird die Aluminiumverbindungsschicht 53 ebenfalls in einen Einkri stall oder ein polykristalline Struktur mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber unter dem Einfluß der Kristall eigenschaften der kristallinen Siliziumschicht 55 als Unter lage umgewandelt.

Es ist auch möglich, die Aluminiumverbindungsschicht 53 an stelle eines CVD-Verfahrens durch ein Sputterverfahren zu bilden. In diesem Falle kann die einkristalline oder polykri stalline Verbindungsschicht 53 mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber durch Sputtern des Aluminiums unter Auf heizen des Halbleitersubstrates 51 auf eine Temperatur von 100°C bis 600°C, vorzugsweise 200°C bis 300°C, gebildet werden.

Dann werden die Aluminiumverbindungsschicht 53 und die kristalline Siliziumschicht 55 nach Bedarf strukturiert (siehe Fig. 8F).

Die nach dem obenerwähnten Herstellungsverfahren gebildete Aluminiumverbindungsschicht 53 ist einkristallin oder poly kristallin mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber, so daß verschiedene Erscheinungen infolge der Elektromigra tion, die hauptsächlich entlang der Korngrenzen erzeugt wird, kontrolliert werden können. Obgleich die Aluminiumverbin dungsschicht 53 an der Innenseite und auf der Bodenfläche des Kontaktlochs 54 im direkten Kontakt mit der Isolierschicht 52 und dem Halbleitersubstrat 51 ohne dazwischenliegende kri stalline Siliziumschicht 55 steht, wird dadurch, daß der in nere Durchmesser des Kontaktlochs 54 nur 1 µm oder darunter beträgt, beim Umwandeln der Aluminiumverbindungsschicht 53 in einen Einkristall oder beim Erhöhen ihrer Korngröße unter dem Einfluß der kristallinen Siliziumschicht 55 in der Umgebung des Kontaktlochs 54 nur eine sehr geringe Anzahl von Korn grenzen im Kontaktloch erzeugt. Damit kann Elektromigration auch im Inneren des Kontaktlochs 54 verhindert werden, und darüber hinaus stehen die Aluminiumverbindungsschicht 53 und das Halbleitersubstrat 51 in direktem Kontakt miteinander, so daß im Vergleich zur in Fig. 4 gezeigten herkömmlichen Tech nik, bei der in diesem Abschnitt eine kristalline Silizium schicht 34 zwischengeschaltet ist, der Kontaktwiderstand niedrig gehalten werden kann. Während der Flächenwiderstand 100 Ω/ oder darüber beträgt, wenn die einkristalline Sili ziumschicht 34 im Kontaktabschnitt zwischengeschaltet ist, ist der Flächenwiderstand des Aluminiums nur in der Größen ordnung von einigen µΩ/.

Der in Fig. 6 gezeigte, oben erwähnte Aufbau kann auch durch die Schritte der Fig. 9A bis 9D gebildet werden. Bei diesen Schritten sind die Schritte des Abscheidens der Oxidisolier schicht 52 auf dem Halbleitersubstrat 51 (siehe Fig. 9A) und des anschließenden Bildens der Polysiliziumschicht 55a darauf (siehe Fig. 9B) dieselben wie die oben in Fig. 8A und 8B ge zeigten Schritte. Bei den Herstellungsschritten wird vor dem Schritt des Anwendens einer Wärmebehandlung zum Umwandeln der Polysiliziumschicht 55a in einen Einkristall oder zur Ver größerung ihrer Korngröße das Kontaktloch 54 gebildet (siehe Fig. 9C), und dann wird eine Wärmebehandlung für einige zehn Minuten bis mehrere Stunden bei einer Temperatur von 800°C bis 1200°C angewandt. Die Wärmebehandlung erzeugt die einen Einkristall oder eine polykristalline Struktur mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber aufweisende Silizium schicht 55, ähnlich der in Fig. 8D gezeigten Struktur (siehe Fig. 9D). Die anschließenden Schritte des Bildens der Alumi niumverbindungsschicht 53 sind dieselben wie die in den Fig. 8E und 8F gezeigten Schritte.

Nun wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 auf eine Halbleitereinrichtung angewandt wird.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Struktur, bei dem die Erfin dung auf einen Bipolartransistor des in Fig. 1 gezeigten Typs angewandt ist. Dieselben Elemente wie im Aufbau der Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt. Die in Fig. 10 gezeigte Struktur unterscheidet sich von der in Fig. 1 ge zeigten dadurch, daß zwischen die obere Oberfläche der Oxid isolierschicht 4 und die Aluminiumverbindungsschichten 5 bzw. 6 kristalline Siliziumschichten 62 bzw. 63 gelegt sind. Die kristallinen Siliziumschichten 62 und 63 sind nach den glei chen Schritten wie denen für die Bildung der kristallinen Siliziumschicht 55, die in der obigen Ausführungsform gezeigt sind, gebildet, und weisen einkristallinen oder polykristal linen Aufbau mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber auf. Die Aluminiumschichten 5 und 6 werden damit durch die Kristalleigenschaften der kristallinen Siliziumschichten 62 und 63, die ihnen als Unterlage dienen, beeinflußt und in einen einkristallinen oder polykristallinen Zustand mit einer Korngröße von etwa 10 µm oder darüber überführt, so daß die Elektromigrations-Hemmcharakteristik verbessert werden kann. Da ein Bipolartransistor durch die Steuerung eines Stromes funktioniert, ist die durch Elektromigration erzeugte Wande rung von Aluminiumatomen ein besonders beachtenswertes Pro blem. Es kann damit gesagt werden, daß die vorliegende Erfin dung hierauf sehr effektiv angewendet werden kann.

Fig. 11 zeigt ein Beispiel eines Aufbaus, mit dem die vorlie gende Erfindung auf einen MOS-Feldeffekttransistor angewendet wurde, der fast derselbe, wie in Fig. 2 gezeigt, ist. Auch bei diesem Aufbau wurden den mit Fig. 2 gemeinsamen Struktur elementen die gleichen Bezugszeichen gegeben, und ihre Be schreibung wird hier nicht wiederholt. Der in Fig. 11 ge zeigte Aufbau unterscheidet sich von dem nach Fig. 2 dadurch, daß zwischen die obere Oberfläche der Oxidisolierschicht 15 und die Aluminiumverbindungsschicht 17 kristalline Silizium schichten 64 und 65 gelegt sind. Die kristallinen Silizium schichten 64 und 65 sind auch nach den gleichen Herstellungs schritten wie denen für die kristalline Siliziumschicht 55 in der obigen Ausführungsform gebildet und haben den Effekt, die Aluminiumverbindungsschicht 17 in einen Kristall umzuwandeln, so daß die Elektromigrations-Hemmcharakteristik verbessert wird.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel einer Struktur, bei der die Erfin dung auf eine allgemeine Mehrschicht-Aluminiumverbindungs struktur angewendet ist. Bei dieser Anwendung ist eine erste Aluminiumverbindungsschicht 74 über der Oberfläche eines Halbleitersubstrates 71 mit einer dazwischengelegten Isolier schicht 72 und weiterhin einer kristallinen Siliziumschicht 73 als Unterlage gebildet. Obgleich in Fig. 12 nicht gezeigt, sind die erste Aluminiumverbindungsschicht 74 und das Halb leitersubstrat 71 durch ein in einer vorbestimmten Position in der Oxidisolierschicht 72 gebildetes Kontaktloch elek trisch miteinander verbunden, und die Erfindung wird auf die Umgebung des Kontaktlochs angewandt. Weiterhin ist eine, elektrisch mit der ersten Aluminiumverbindungsschicht 74 über ein Kontaktloch verbundene, zweite Aluminiumverbindungs schicht 77 über der ersten Aluminiumverbindungsschicht 74 mit der dazwischenliegenden Oxidisolierschicht 75 gebildet. Eine kristalline Siliziumschicht 78 als Unterlage ist zwischen die obere Oberfläche der Oxidisolierschicht 75 und die untere Oberfläche der zweiten Aluminiumverbindungsschicht 77 gelegt, die nach den gleichen Schritten wie denen zur Bildung der kristallinen Siliziumschicht 55 in der obigen Ausführungsform erzeugt wird. Unter dem Einfluß ihrer Kristalleigenschaften wird die zweite Aluminiumverbindungsschicht 77 in einen Ein kristall oder eine polykristalline Schicht mit einer Korn größe von etwa 10 µm oder darüber umgewandelt, so daß die Elektromigrations-Hemmcharakteristik verbessert werden kann.

Obgleich in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der Fall beschrieben wurde, daß als leitende Metallverbin dungsschicht eine Aluminium-Verbindungsschicht verwendet wird, kann die Erfindung auch auf den Fall angewandt werden, daß die leitende Verbindungsschicht aus einem leitenden Me tall gebildet ist, das in einen Kristall überführt werden kann, wie Gold oder Kupfer anstelle von Aluminium.

Claims

1. Halbleitereinrichtung mit
einer leitenden Schicht (2, 3; 14; 51, 56; 71; 74),
einer auf der Oberfläche der leitenden Schicht gebildeten Isolierschicht (4; 15; 52, 58; 72; 75),
einer leitenden Metallverbindungsschicht (5, 6; 17; 53; 60; 77), die auf der Isolierschicht gebildet und über ein Kon taktloch (16; 54, 59; 76), das in einer vorbestimmten Posi tion der Isolierschicht gebildet ist, mit der leitenden Schicht verbunden ist, gekennzeichnet durch
eine kristalline Siliziumschicht (55; 61; 62, 63; 64, 65; 73; 78), die unter Aussparung des Bereiches des Kontaktloches zwischen die leitende Metallverbindungsschicht und die Isolierschicht gelegt ist und einen Einkristall oder eine polykristalline Struktur mit einer vergrößerten Korn größe von mindestens 10 µm oder darüber aufweist.

2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die leitende Schicht (2, 3; 14; 51; 74) und die leitende Metallverbindungsschicht (5, 6; 17; 53; 77) im Bo denbereich des Kontaktlochs (16; 54; 76) direkt miteinander verbunden sind.

3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Polysiliziumschicht (56) und eine Metall silizidschicht (57) gestapelt und im elektrischen Verbin dungsabschnitt der leitenden Schicht (51) und der leitenden Metallverbindungsschicht (60) dazwischengelegt sind.

4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die leitende Schicht eine Wanne, die einen Leitungstyp (2) aufweist oder eine Verunreinigungsschicht (3) ist, die in der Oberfläche des Halbleitersubstrates gebildet ist, und daß die leitende Metallverbindungsschicht eine Aluminium verbindungsschicht (5, 6) zum elektrischen Verbinden der Wanne (2) oder der Verunreinigungsschicht (3) mit einem ex ternen Element ist.

5. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht Source-/ Drain-Gebiete (14) eines MOS-Feldeffekttransistors einschließt und die leitende Metallverbindungsschicht eine leitende Me tallverbindung (17) zum elektrischen Verbinden der Source- /Drain-Gebiete (14) mit einem externen Element ist.

6. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die leitende Schicht eine erste Aluminium verbindungsschicht (74) und die leitende Metallverbindungs schicht eine zweite Aluminiumverbindungsschicht (77) sind, die mit einer dazwischengelegten Isolierschicht (75) gebildet sind.

7. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kontaktloches (16; 54, 59; 76) 1 µm oder darunter beträgt.

8. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit den Schritten:
Abscheiden einer Isolierschicht auf der Oberfläche einer lei tenden Schicht;
Bilden einer Schicht aus Polysilizium oder amorphem Silizium auf der Oberfläche der Isolierschicht;
Bilden eines Kontaktlochs in einer vorbestimmten Position der Siliziumschicht und der Isolierschicht, so daß die Oberfläche der leitenden Schicht freigelegt werden kann;
Bilden einer leitenden Metallverbindungsschicht auf der Ober fläche der Siliziumschicht unter Einschluß der inneren Ober fläche des Kontaktlochs;
Mustern der leitenden Metallverbindungsschicht und der Sili ziumschicht in ein vorgegebenes Muster; gekennzeichnet durch
Anwenden einer Wärmebehandlung zur Umwandlung der Silizium schicht in einen Einkristall oder eine polykristalline Struk tur, so daß sie eine Korngröße von mindestens etwa 10 µm oder darüber aufweist, für eine vorbestimmte Zeit nach dem Schritt des Bildens der Siliziumschicht und vor dem Schritt des Bil dens der leitenden Metallverbindungsschicht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumschicht durch Abscheiden des Polysiliziums auf der Oberfläche der Isolierschicht gebildet wird und die Wärmebe handlung zum Umwandeln der Siliziumschicht in einen Einkri stall oder eine polykristalline Struktur mit einer Korngröße von mindestens etwa 10 µm oder darüber bei einer Temperatur von 800°C im Bereich 800 bis 1200°C für einige zehn Minuten bis einige Stunden durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumschicht durch Abscheiden amorphen Siliziums auf der Oberfläche der Isolierschicht gebildet wird und die Wärmebe handlung zum Umwandeln der Siliziumschicht in einen Ein kristall oder eine polykristalline Struktur mit einer Korn größe von mindestens etwa 10 µm oder darüber bei einer Tempe ratur im Bereich 800 bis 1200°C für einige zehn Minuten bis einige Stunden nach der Implantation von Siliziumatomen als Keim in die Siliziumschicht durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Metallverbindungsschicht durch Abscheiden von Aluminium auf die Oberfläche der Siliziumschicht durch Sputtern bei einer Temperatur im Bereich 100 bis 600°C gebildet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wärmebehandlung zum Umwandeln der Sili ziumschicht in einen Einkristall oder eine polykristalline Schicht mit einer Korngröße von mindestens etwa 10 µm oder darüber nach dem Schritt des Bildens der Siliziumschicht und vor dem Schritt des Bildens des Kontaktloches durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wärmebehandlung zum Umwandeln der Sili ziumschicht in einen Einkristall oder eine polykristalline Schicht mit einer Korngröße von mindestens etwa 10 µm oder darüber nach dem Schritt des Bildens des Kontaktloches und vor dem Schritt des Bildens der leitenden Metallverbindungs schicht durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktloch mit einem Durchmesser von 1 µm oder darunter gebildet wird.