DE68922795T2

DE68922795T2 - Verfahren zum Messen des spezifischen Kontaktwiderstandes in integrierten Schaltungen.

Info

Publication number: DE68922795T2
Application number: DE68922795T
Authority: DE
Inventors: Ng Kwok Kwok; William Thomas Lynch
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1988-07-25
Filing date: 1989-07-13
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2009-07-14
Also published as: DE68922795D1; EP0352940B1; EP0352940A3; JPH0658930B2; US4896108A; EP0352940A2; HK103696A; CA1288526C; JPH0268946A

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterscheiben von integrierten Schaltungen und insbesondere Verfahren zum Messen des spezifischen Kontaktwiderstandes von die Halbleiterscheibe kontaktierenden Elektroden.

Stand der Technik

Die Konstruktionsregeln für die Mindestlinienbreite (minimale Strukturgröße) von integrierten Halbleiterschaltungen schreiten gegenwärtig zu Werten unter einem Mikrometer fort. Dementsprechend werden Techniken, die selbstpositionierte Metallsilizid-Kontaktelektroden oder sonstige selbstpositionierte Metallisierungskontaktelektroden aufweisen, die als die einen hohen Strom führenden (gesteuerten) Transistoranschlüsse (Source- und Drainanschlüsse in Unipolartransistoren, Emitter und Kollektor in Bipolartransistoren) dienen, zunehmend kommerziell attraktiv, hauptsächlich aufgrund des verringerten Reihenwiderstands der Transistoren. Die Selbstpositionierung der den hohen Strom führenden Kontaktelektroden findet allgemein zusätzlich zur Selbstpositionierung von Steuerelektroden, d.h. den einen niedrigen Strom führenden Transistoranschlüssen (Gateanschlüssen in Unipolartransistoren, Basisanschlüssen in Bipolartransistoren) statt.
Eine bedeutende Kontakttechnik mit Selbstpositionierung der Elektrode, die MOS-Technik mit selbstpositionierendem Silizid, stellt ganz deutlich die Probleme dar, die aus der Herstellung von Prüfschaltungen zum Messen des spezifischen Kontaktwiderstandes rc (beispielsweise gemessen in Einheiten von Ohm-cm²) entstehen. Aus Bestimmtheitsgründen wird als erstes die MOS-Technik mit selbstpositionierendem Silizid im einzelnen besprochen, jedoch ist zu verstehen, daß ähnliche Probleme in anderen Kontakttechniken mit selbstpositionierender Elektrode wie selbstpositionierender Metallisierung mittels selektiver Wolframmetallablagerung (ohne die Bildung von Silizid) unter Benutzung von chemischen Niederdruck-Aufdampfungsverfahren entstehen, die zur Herstellung von Elektrodenkontakten mit selbstpositionierender Metallisierung für MOS- Transistoren, für MESFET (metal gate field effect transistor) oder für Bipolartransistoren benutzt werden können.
Bei der MOS-Technik mit selbstpositionierendem Silizid besteht jede der Source-Drain-Kontaktelektroden des MOS-Transistors aus einer Metallsilizidschicht, die sich im physikalischen Kontakt und daher im elektrischen Kontakt mit einem diffundierten Source- oder Draingebiet an einer oberen Hauptfläche einer darunterliegenden Siliziumscheibe befindet. Diese Source-Drain-Elektroden aus Metallsilizid werden darüber hinaus durch die Ablagerung des Metalls gebildet, gefolgt von Sintern des abgelagerten Metalls zur Bildung von Metallsilizid überall dort, wo Silizium (einschließlich freigelegten Siliziums eines gegebenenfalls vorhandenen Siliziumgates) unter dem Metall liegt und zwar zu einer Zeit, wenn die Seitenwände der Gateelektrode mit einer schützenden Isolierschicht, typisch einer Seitenwandoxidschicht, beschichtet sind, wodurch jede der sich ergebenden Metallsilizid-Source-Drain-Kontaktelektroden automatisch einen Rand aufweist, der von einem Rand der nächsten Gateelektrode nur um die Stärke der Seitenwandoxidschicht seitlich versetzt ist. So ist jede Metallsilizid-Source- Drain-Kontaktelektrode selbstpositioniert; d.h. es wurde zu dieser Positionierung eines Randes jeder Source-Drain- Elektrode zu einem Rand der Gateelektrode kein besonderer lithografischer Schritt benötigt: die Positionierung wurde automatisch von der Stärke des Seitenwandoxids bestimmt. Da weiterhin die Stärke des Seitenwandoxids relativ zur minimalen Strukturgröße gering ist, ist die seitliche Verlagerung des Silizidelektrodenrandes gegenüber dem Gateelektrodenrand relativ gering.
Auch werden in der MOS-Technik mit selbstpositionierendem Silizid bedeutende Störstellen, Donatoren oder Akzeptoren oder beide entweder vor oder nach der Ablagerung des Metalls in die Siliziumscheibe eingeführt und darin diffundiert, um die in Oberflächenteilen der unter den Metallsilizium-Source-Drain-Elektroden liegenden Siliziumscheibe befindlichen diffundierten Source-Drain-Gebiete des MOS-Transistors zu bilden. In beiden Fällen sind die Ränder der diffundierten Source- Drain-Gebiete daher in bezug auf die entsprechenden Ränder der Gateelektrode selbstpositioniert, sind aber seitlich davon mit leicht unterschiedlichen Abständen von denen der Source-Drain-Elektroden verlagert, je nach den spezifischen Source-Drain-Diffusionsbedingungen und deren Parametern.
Nach den gewöhnlichen Herstellungsverfahren von integrierten Siliziumschaltkreisen (IC), einschließlich den in der Technik des selbstpositionierenden Silizids verwendeten, werden nun die einer Mehrzahl von IC- Bausteinen entsprechenden Schaltkreise alle gleichzeitig auf einer einzigen Siliziumscheibe hergestellt. Nach Vollendung der Herstellung aller integrierten Schaltungen auf der Siliziumscheibe wird die Scheibe geritzt und in die Mehrzahl von IC-Bausteinen aufgeschnitten. Gleichartige Verfahren können in anderen MOS-Techniken mit selbstpositionierender Metallisierung und auch in MESFET und in mit Silizium- oder Galliumarsenidhalbleiter hergestellten Bipolartransistoren eingesetzt werden. Es gibt viele Ursachen und Arten von Ausfallmechanismen bei IC-Bausteinen, und Ausfälle in der Technik des selbstpositionierenden Silizids sowie anderen Techniken mit selbstpositionierender Metallisierung bilden keine Ausnahme. Einige dieser Ausfallmechanismensowohl in der Technik mit selbstpositionierendem Silizid als auch in anderen Techniken mit nicht selbstpositionierendem Silizid - lassen sich glücklicherweise in einem relativ frühen Herstellungsstadium erkennen, so daß bei einer solchen frühen Erkennung eines Ausfallmechanismus die Herstellung abgebrochen werden kann, ehe alle IC-Herstellungsschritte vollendet sind oder zumindest ehe die Scheibe geritzt und in einzelne Bausteine aufgeschnitten worden ist, je nach dem Zeitpunkt der Erkennung des Ausfalls. So lassen sich die wirtschaftlichen Kosten von Ausfällen reduzieren. Ein Verfahren, um diese frühe Erkennung von Ausfällen zu erreichen, ist die Verwendung von in nicht-IC- Bausteinbereiche (Prüfschaltbereiche) der Scheibe integrierten Prüfschaltungen - d.h. zwischen zukünftigen Bausteinen befindliche Bereiche, am Umfang der Scheibe befindliche Bereiche sowie alle sonstigen Bereiche der Scheibe, wo keine funktionsfähigen Bausteine herzustellen sind. Insbesondere werden diese nicht-IC-Bausteinbereiche zur Herstellung der Prüfschaltung beispielsweise mittels der Verarbeitung von selbstpositionierendem Silizid benützt, die gleichzeitig mit derselben Verarbeitung von selbstpositionierendem Silizid der in den IC- Bausteinbereichen integrierten Bausteinschaltkreise durchgeführt wird, nämlich die Bereiche, wo sich die am Ende gewünschten IC-Bausteine auf der Scheibe befinden sollen. Aufgrund dieser gleichzeitigen Herstellung von Bausteinschaltungen und Prüfschaltungen sind die Halbleiterverarbeitungsparameter für Prüfschaltungen und Bausteinschaltungen automatisch praktisch dieselben (außer vernachlässigbaren Verarbeitungsvariationen über die Scheibenfläche hinweg). Die Vorrichtungsparameter wie spezifischer Kontaktwiderstand rc von Elektrodenkontakten zu diffundierten Gebieten der Halbleiterscheibe und (lateraler) Flächenwiderstand rs der diffundierten Gebiete sind daher ebenfalls automatisch praktisch diegleichen für die Prüfschaltungen sowie für die Bausteinschaltungen. So wird die indirekte Prüfung der Bausteinschaltungen mittels der Direktprüfung der Prüfschaltungen in einem frühen Herstellungsstadium durchführbar und sinnvoll. Dieselben Prüfungen können jedoch zurückgestellt werden, bis der gesamte Herstellungsprozess vollendet ist, besonders in den Fällen, in denen Ausfälle in späteren Herstellungsstadien erwartet werden.
Ein bedeutender Ausfallmechanismus in integrierten Schaltungen, sowohl bei Techniken mit selbstpositionierenden als auch nicht-selbstpositionierenden Metallisierungen, offenbart sich durch einen übermäßig hohen spezifischen Kontaktwiderstand rc von Elektroden zu darunterliegenden diffundierten Gebieten.
Eine wünschenswerte kompakte Prüfschaltung 1000 (FIG. 1) im Stand der Technik zum Messen dieses spezifischen Kontaktwiderstandes von nicht selbstpositionierender Metallsierung wird beispielsweise in "Determining Specific Contact Resistivity From Contact End Measurements" (Bestimmung des spezifischen Kontaktwiderstandes aus Kontaktendemessungen) von J.G.J. Chern et al, gelehrt, das in IEEE Electron Device Letters, Band EDL-5, Seiten 178-180 (1984) veröffentlicht wurde.
In der beispielhafterweise für n-Kanal-MOS-Transistoren dienenden Prüfschaltung 1000 weist eine Silizium-Halbleiterscheibe 10 aus p-Kristall ein sich an einer oberen Hauptfläche 12 der Scheibe 10 befindliches diffundiertes n&spplus;-Gebiet 11 auf, wo jede der drei voneinander beabstandeten Kontaktelektroden 13, 14, 15 an voneinander beabstandeten Bereichen Kontakt mit der oberen freigelegten Oberfläche des diffundierten n&spplus;- Gebiets 11 herstellt. Die mittlere Kontaktelektrode 14 greift zwischen die anderen beiden Elektroden 13 und 15 ein. Diese Kontaktelektroden 13, 14 und 15 - typisch polykristallines Silizium oder Ti:W-Legierung - dienen als Sperrschichten für darüberliegende Aluminium-Metallisierungsschichten 13,5, 14,5 bzw. 15,5. Die Prüfschaltung 1000 wird durch eine Feldoxidschicht 22 und eine Phosphorglasschicht 23 vollendet.
Im Betrieb wird eine Stromquelle 20 angeschlossen, um Strom I der Elektrode 13 zuzuführen, während die Elektrode 14 (in der Mitte) geerdet ist und an Elektroden 14 und 15 ein Spannungsdetektor angeschlossen ist. Die sich ergebende nicht gleichförmige Stromverteilung im diffundierten Gebiet 11 wird in der in FIG. 1 dargestellten Schaltung des Standes der Technik durch eine Menge von Pfeilen mit gestrichelten Linien angezeigt, die die Stromrichtung und -dichtung darstellen. Wegen der relativ hohen elektrischen Leitfähigkeit der Elektroden 13, 14 und 15 ist der Potentialunterschied zwischen gegenüberliegenden Rändern jeder Elektrode vernachlässigbar. Als Reaktion auf den Strom I wird zwischen Elektroden 14 und 15 eine Spannung Ve entwickelt. Diese Spannung Ve ist ein Maß des Flächenwiderstandes pro Quadrat rs des diffundierten Gebietes 11 und des spezifischen Kontaktwiderstandes rc zwischen der Mittelelektrode 14 und dem diffundierten Gebiet 11:
wobei W die Breite (senkrecht zur Papierebene) des Kontakts der Elektrode 14 mit dem diffundierten Gebiet 11 und d die Länge dieses Kontakts ist. Siehe beispielsweise die oben erwähnte Arbeit von J. G. J. Chern et al. auf Seite 178, Spalte 2, Absatz 1. Durch Herstellung von zwei (oder mehreren) dieser Prüfschaltungen 1000 mit voneinander unterschiedlichen Werten der Elektrodenlänge d, aber mit den gleichen Werten für alle sonstigen Parameter in der Scheibe 10 kann der spezifische Kontaktwiderstand rc durch Messen der resultierenden Spannungen Ve für die unterschiedlichen Prüfschaltungen und durch wiederholte Anwendung der Gleichung (1) auf die beiden (oder mehrere) dieser Schaltungen 1000 und Lösung der beiden Unbekannten rs und rc berechnet werden.
Im Stand der Technik ist auch bekannt, daß die Gleichung 1 durch Verwendung eines L-förmigen Layouts des diffundierten Gebiets 11 wie in einer Arbeit mit der Bezeichnung "Analysis and Scaling of Kelvin Resistors for Extraction of Specific Contact Resistivity" (Auswertung und Skalierung von Kelvin-Widerständen zur Ableitung des spezifischen Kontaktwiderstands), deren Autoren W.M. Loh et al. sind und die in IEEE Electron Device Letters, Band EDL-6, Seiten 105-108 (1985) veröffentlich worden ist, vereinfacht werden kann. Im Falle des L-förmigen Layouts wurde gezeigt, daß der spezifische Kontaktwiderstand rc einfach durch
(2)
gegeben ist, wobei Vs die von der Spannungsmeßvorrichtung 21 gemessene Spannung ist. So wird mit nur einer einzigen Spannungsmessung die Bestimmung des spezifischen Kontaktwiderstandes rc (aber nicht des Flächenwiderstandes rs) ermöglicht.
In dem oben beschriebenen MOS-Prozess mit selbstpositionierendem Silizid ist es ebenfalls erwünscht, den spezifischen Kontaktwiderstand rc der Metallsilizid- Source-Drain-Elektroden zur darunterliegenden Scheibe und auch möglicherweise den Flächenwiderstand rs zu messen. Es ist jedoch nicht möglich, die Schaltung 1000 mit den drei das diffundierte Gebiet 11 der darunterliegenden Siliziumscheibe 10 kontaktierenden selbstpositionierenden Silizidelektroden gleichzeitig und kompatibel zur Herstellung der Bausteinschaltkreise (d.h. ohne besondere Lithografieschritte, die den Kontaktwiderstand verändern können) herzustellen, da in dem Prozess mit selbstpositionierendem Silizid zur Herstellung von, beispielsweise, n-Kanal-Transistoren eine einzelne Metallsilizid-Source- Drain-Elektrode direkt über jedem diffundierten n&spplus;-Gebiet der Scheibe 10 liegt. Anders gesagt ist in jeder Technik mit selbstpositionierendem Metallsilizid jedes diffundierte n&spplus;-Gebiet vollständig von einer kontinuierlichen Schicht aus Metallsilizid mit relativ hoher Leitfähigkeit im Vergleich zu der des diffundierten Gebietes bedeckt. So würde der zwischen den Kontakten 13 und 14 fließende Strom dazu neigen, innerhalb der Metallsilizidschicht eingeschlossen zu sein, wobei über die Grenzfläche zwischen der Metallsilizidschicht und dem diffundierten Gebiet, wo der spezifische Kontakt rc zu messen ist, sehr wenig Strom von der Metallsilizidschicht in das diffundierte Gebiet - wo rs zu messen ist - einfließen würde. Die Durchgängigkeit der selbstpositionierenden Metallsilizidschicht kann nur mittels eines zusätzlichen lithografieschrittes unterbrochen werden, um den Strom aus der Silizidschicht in das diffundierte n&spplus;-Gebiet zu zwingen, um rc und rs richtig messen zu können. Diese zusätzliche Lithografie würde jedoch die Verarbeitungsfolge in der Prüfschaltung so verändern, daß die Eigenschaften der Silizid-Silizium-Grenzfläche und daher der Wert von rc in der Prüfschaltung nicht länger unbedingt dieselben wie die der von der Prüfschaltung gemessenen integrierten Schaltungen sein würden. So wäre die Messung von rc durch die Prüfschaltung nicht länger sinnvoll.
Ähnliche mit einem zusätzlichen Lithografieschritt für Prüfschaltungen verbundene Probleme entstehen in jeder anderen Kontaktelektrodentechnik mit selbstpositionierender Metallisierung.

Zusammenfassung der Erfindung

Um das obige Problem zu lösen, ist ein Verfahren entwickelt worden, das zum Messen des spezifischen Kontaktwiderstandes rc der Grenzfläche zwischen Elektrodenkontakten mit selbstpositionierender Metallisierung und diffundierten Gebieten einer darunterliegenden Halbleiterscheibe, sowie in einigen spezifischen Ausführungsformen zum Messen des Flächenwiderstandes rs der diffundierten Gebiete nützlich ist, aber keinen zusätzlichen Lithografieschritt erfordert.
Das Verfahren ist in Anspruch 1 angeführt. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
In einer Ausführungsform (FIG. 3) ist das Layout der erfindungsgemäßen Prüfschaltung derart, daß die drei Source-Drain-Elektroden entlang einem geradlinigen Weg und in einer weiteren Ausführungsform (FIG. 4) entlang einem L-förmigen Weg liegen. Das Layout mit geradlinigem Weg unterliegt jedoch einem Nachteil, nämlich einem Verlust der Spannungsempfindlichkeit in der Messung von Ve aufgrund von Stromverdichtung am vorderen (nahen; linken) Ende der mittleren Elektrode 132 nach der FIG. 2, wodurch die Stromdichte am hinteren (entfernten, rechten) Ende derselben, wo Ve gemessen wird, relativ gering wird. Andererseits unterliegt das L-förmige Layout trotz eventuell vorliegender Stromverdichtung nicht einem derartigen Verlust von Spannungsempfindlichkeit, da die Spannungsmeßvorrichtung eine Durchschnittsspannung nämlich die Spannung unter der mittleren Elektrode, gemittelt über ihre Gesamtlänge d - mißt, deren Messung nicht von Stromverdichtung beeinträchtigt wird. Bei dem L-förmigen Layout kann jedoch rs, der Widerstand des diffundierten Gebietes, nicht gemessen werden. Andererseits ermöglicht das lineare Layout die Bestimmung von sowohl rs als auch rc, vorausgesetzt, daß mindestens zwei dieser linearen Layouts unterschiedliche Werte der Länge d der mittleren Elektrode aufweisen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die vorliegende Erfindung und ihre Merkmale, Eigenschaften und Vorteile lassen sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung verstehen. In der Zeichnung zeigt:
FIG. 1 ein Querschnittsdiagramm einer Prüfschaltung des Standes der Technik zum Messen des spezifischen Kontaktwiderstandes;
FIG. 2 ein Querschnittsdiagramm einer Prüfschaltung nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zum Messen des spezifischen Kontaktwiderstandes von selbstpositionierenden Metallsilizidelektroden;
FIG. 3 eine Draufsicht auf ein Layout-Diagramm der in FIG. 2 gezeigten Schaltung;
FIG. 4 eine Draufsicht auf ein Layout-Diagramm einer Ausführungsform der in FIG. 2 dargestellten Schaltung mit einem gefalteten (L-förmigen) Layout.
Die unterbrochenen Linien 2-2 in FIG. 3 und FIG. 4 zeigen die in FIG. 2 dargestellten Teile derselben an. Die schattierten Linien in FIG. 3 und 4 stellen selbstpositionierende Metallsilizidelektroden dar. Nur der Deutlichkeit halber ist keine der Figuren maßstabsgerecht gezeichnet.

Detailliert Beschreibung

Wie in FIG. 2 dargestellt ist entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Prüfschaltung 2000 an einer Hauptfläche 115 derselben in eine p-Halbleiterscheibe 100 integriert. Es ist zu verstehen, daß die Scheibe 100 auch zu prüfende und aus der Scheibe 100 ausgeschnittene (nicht gezeigte) integrierte Bausteinschaltkreise enthält und auch möglicherweise weitere (nicht gezeigte) Prüfschaltungsstrukturen zum Messen anderer Parameter der Bausteinschaltkreise und eine oder mehrere (nicht gezeigte) Prüfschaltungen, die der Prüfschaltung 2000 gleichen; abgesehen von (möglicherweise) unterschiedlichen Längen d des Kontakts der mittleren Kontaktelektrode(n) 132 mit (einem) darunterliegenden diffundierten n&spplus;-Gebiet (en) 113. Auch ist zu verstehen, daß die Scheibe 100 nur in einem Oberteil derselben p-Leitfähigkeit aufzuweisen braucht und in einem Unterteil n-leitfähigkeit aufweisen kann. Beispielsweise kann der p-Oberteil epitaxial auf einem n-Unterteil der Scheibe gezogen sein oder der p-Oberteil kann wie im Stand der Technik bekannt eine p-Wanne sein. Die Schaltung 2000 ist entsprechend einer standardmäßigen MOS-Technik mit selbstpositionierender Source-Drain- Elektrodenmetallisierung hergestellt.
Insbesondere befinden sich wie in FIG. 2 gezeigt in einem GASAD (gate and source and drain) -Gebiet drei Source-Drain-Metallisierungskontaktelektroden 131, 132 und 133 sowie diejenigen Teile einer Gateelektrodenschicht 226, die über einer Gateisolierschicht 225 (FIG. 2) liegen. Die Gateelektrodenschicht 226 ist beispielhafterweise polykristallines Silizium; die Gateisolierschicht 225 ist beispielhafterweise Siliziumdioxid ("Gateoxid") und die Source-Drain-Elektroden 131, 132 und 133 sind beispielhafterweise Metallsilizid, wie z.B. Kobaltsilizid.
Die Schaltung 2000 enthält weiterhin drei beabstandete diffundierte n&spplus;-Source-Drain-Gebiete 110, 113 und 116, die unter den Metallsilizid-Source-Drain-Elektroden 131, 132 bzw. 133 liegen. Eine Öffnung in einer Feldoxidschicht 220, deren Seitenwände mit Teilen einer Seitenwandoxidschicht 228 beschichtet sind, definiert die Ränder des GASAD-Gebietes, in dem sich die drei diffundierten Source-Drain-Gebiete 110, 113, 116 sowie die Gateoxidschichten 225 befinden. Dieses Gateoxid 225 tritt sowohl zwischen die beabstandeten Metallsilizid-Source- Drain-Elektroden 131 und 132 und zwischen die beabstandeten Metallsilizid-Source-Drain-Elektroden 132 und 133 Auf der Gateoxidschicht 225 befindet sich die polykristalline Silizium-("Polysilizium-")Gateelektrodenschicht 226 und auf dieser Polysilizium-Gateelektrodenschicht 226 befindet sich die Metallsilizid-Gate- Metallisierungsschicht 227. Diese Metallsilizid-Gate-Metallisierungsschicht 227 kann gemäß dem im einzelnen unten beschriebenen selbstpositionierenden Silizidprozess gleichzeitig mit den Metallsilizid-Source-Drain- Elektroden 131, 132 und 133 gebildet werden. Die Seitenwände der Polysilizium-Gateelektrode 226 sind mit anderen Teilen der Seitenwandoxidschicht 228 beschichtet.
Die Schaltung 2000 ist abgesehen von Öffnungen darin zur Durchkontaktierung der Sperrschichtmetallisierungs schichten 130, 140, 150 - wie TiW - zu den Metallsilizid- Source-Drain-Elektroden 131, 132 bzw. 133 und zu Kontaktierung der Metallsilizid-Gateschicht 227 durch die Sperrschichtmetallisierungsschichten 250 und 260 mit einer Schicht 230 aus Phosphorsilikatglas (P-Glas) beschichtet. Diese Sperrschichtmetallisierungsschichten 130, 140, 150, 250 und 260 sind typischerweise mit Elektrodenschichten 135, 145, 155, 255 bzw. 265 aus Aluminiummetallisierung beschichtet.
Die Metallisierungsschicht 135 endet in einer Kontaktstelle 301 (FIG. 3), mit der die Stromquelle 20 verbunden ist. Diese Metallisierungsschicht 135 durchdringt eine Öffnung 313 (FIG. 3) in der P-Glasschicht 230 (FIG. 2) zur Herstellung von elektrischem Kontakt mit der Metallsilizid-Source-Drain-Schicht 131.
Die Metallisierungsschicht 145 endet an entgegengesetzten Enden derselben in Kontaktstellen 302 bzw. 305, mit denen eine Erdsenke für den Strom I verbunden ist und mit denen ein Anschluß der Spannungsmeßvorrichtung 21 verbunden ist. Diese Metallisierungsschicht 145 durchdringt eine Öffnung 314 (FIG. 3) zur Herstellung von elektrischem Kontakt mit der Metallsilizid-Source-Drain- Elektrode 132.
Die Metallisierungsschicht 155 endet in einer Kontaktstelle 304, mit der ein weiterer Anschluß der Spannungsmeßvorrichtung 21 verbunden ist. Diese Metallisierungsschicht 155 durchdringt eine Öffnung 315 in der Schicht 230 aus phosphordotiertem Glas (P-Glas) zur Herstellung von elektrischem Kontakt mit der Metallsilizid-Source-Drain-Elektrode 133. Die Gateelektrode 226 wird durch eine Öffnung 312 (FIG. 3) in der P-Glasschicht 230 von der Metallisierungsschicht 255 kontaktiert, und diese Metallisierungsschicht 255 endet in einer Kontaktstelle 303, an die die Spannung Vg von der Spannungsquelle Eg angelegt wird.
So legt die Stromquelle 20 einen Strom I an die Aluminiummetallisierungsschicht 135 an. Die Spannungsguelle Eg legt eine Spannung Vg an die Gatemetallisierung 255 an, und diese Spannung wird so ausgewählt, daß sie zur Herstellung von in den Kanälen an der Hauptfläche 115 der Scheibe 100 unter dem Paar von Gateoxidschichten 225 befindlichen Inversionsschichten 224 und 114 (FIG. 2) ausreicht. Das heißt die angelegte Spannung Vg ist höher als die Schwellenspannung.
So ist die Aluminiummetallisierungsschicht 145 direkt mit der Erde verbunden - wodurch der Strom I seriell die Aluminium- und Sperrschichtmetallisierungsschichten 135 und 130, die Metallsilizidelektrode 131, das diffundierte n&spplus;-Gebiet 110, die Inversionsschicht 224, das diffundierte n&spplus;-Gebiet 113, die Metallsilizidelektrode 132 und die Metallisierungsschichten 140 und 145 zur Erde hin durchfließt.
So ist die Spannungsmeßvorrichtung 21 zum Messen der an der Metallsilizid-Source-Drain-Elektrode 132 und dem rechten Rand des diffundierten Gebietes 113 - d.h. dem dem diffundierten Gebiet 116 am nächsten liegenden Rand des diffundierten Gebiets 113 - entwickelten Spannung Ve an die Aluminiummetallisierungsschichten 145 und 155 angeschlossen. Die Spannung am rechten Rand des diffundierten Gebiets 113 ist wiederum im wesentlichen die gleiche wie die Spannung der Metallisierungselektrode 155, aufgrund des Weges mit relativ niedrigem Widerstand (im Vergleich mit dem Eingangswiderstand des Voltmeters 21) vom rechten Rand des diffundierten Gebiets 113 durch die Inversionsschicht 114, das diffundierte Gebiet 116, die Stärke der Metallsilizidschicht 133 und die Sperrschichtmetallisierungsschicht 150 zum Voltmeter 21.
Wie durch Betrachtung der FIG. 3 oder FIG. 4 deutlicher wird, ist zu verstehen, daß Außenkontakt mit den Polysilizium- und Metallsilizid-Gateschichten 226 und 227 in der FIG.2 nur symbolisch dargestellt ist, da sich die Öffnungen für Kontakt damit in der Tat häufig über Feldoxid und nicht über Gateoxid befinden. Das heißt diese Schichten 226 und 227 laufen häufig über das Gateund-Source-und-Drain-(GASAD)-Gebiet hinaus zu Bereichen, die über Feldoxid liegen, und zwar zur Kontaktierung desselben durch die Sperrschichtmetallisierungsschichten 250 und 260, über denen die Aluminiummetallisierungsschichten 255 und 265 liegen.
Durch Betrachtung wird deutlich, daß außer externen elektrischen Einzelheiten, d.h. außer der Stromquelle 20, der Spannung Vg und der Spannungsmeßvorrichtung Ve, die Schaltung 2000 zwei gegeneinandergeschalteten MOS-Transistoren entspricht, die sich ein gemeinsames Source- Drain-Gebiet 113 teilen. Die Schaltung 2000 kann daher mit dem selbstpositionierenden Silizidprozess kompatibel und gleichzeitig mit der Herstellung durch denselben selbstpositionierenden Silizidprozess der MOS-Transistoren in den Bausteinschaltkreisen derselben Scheibe 100 hergestellt werden. Insbesondere und beispielhafterweise wird zur Herstellung der Schaltung 2000 als erstes die Feldoxidschicht 220 gebildet und lithografisch strukturiert, um das Gate-and-Source-and-Drain (GASAD)- Gebiet zu definieren. Als nächstes wird in dem GASAD- Gebiet eine Gateoxidschicht thermisch gezogen (aber nicht notwendigerweise schon strukturiert), und darauf wird eine Polysilizium-Gateelektrodenschicht abgelagert. Danach werden die Polysilizium-Gateelektroden- und Gateoxidschichten lithografisch strukturiert, um die Polysilizium-Gateelektrodenschicht 226 und die Gateoxidschicht 225 zu bilden, wodurch überall sonst im GASAD- Gebiet die Hauptfläche der Scheibe 100 freigelegt wird.
Als nächstes wird die Seitenwandoxidschicht 228 abgelagert oder thermisch gezogen, insbesondere an den Seitenwänden der Polysilizium-Gateelektrodenschicht 226. Eine Seitenwandoxidschicht kann auch an den Seitenwänden der Feldoxidschicht 220 erscheinen, sollte das sei tenwandoxid abgelagert anstatt gezogen sein. Danach wird ein Metall wie Kobalt abgelagert und gesintert, um in über Silizium und Polysilizium liegenden Gebieten Metallsilizid zu bilden, und das verbleibende (nicht mit Silizid beschichtete) Metall auf den Feldoxid- und Seitenwandoxidschichten 220 und 228 selbst wird typischerweise durch ein flüssiges Ätzmittel entfernt, das das Metall aber nicht das Metallsilizid beseitigt, wodurch Metallsilizid über dem freigelegten Teil der Hauptfläche der Scheibe 100 in dem GASAD-Gebiet und über der Polysilizium-Gateelektrodenschicht 226 liegenbleibt. (Falls gewünscht läßt sich die gleichzeitige Bildung von Silizid auf der Gateelektrode durch eine Oxidschicht über der Gateelektrode unterdrücken). So werden automatisch Metallsilizid-Source-Drain-Elektroden 131, 132 und 133 wie auch Metallsilizid-Gateschicht 227 auf selbstpositionierende Weise, d.h. ohne weitere lithografische Strukturierung gebildet. Diffundierte Gebiete 110, 113 und 116 lassen sich durch Einführung von geeigneten Störstellen kurz vor oder nach der Bildung der Metallsilizidelektroden 131, 132, 133 bilden. Dann wird die Phosphorsilikatglasschicht 230 überall abgelagert, und durch lithografische Strukturierung werden Öffnungen darin gebildet. Als nächstes werden die Sperrschichtmetallisierungsschichten 130, 140, 150, 250 und 260 und die Aluminiummetallisierungsschicht 135, 145, 155, 255 und 265 abgelagert und lithografisch strukturiert, um die Schaltung 2000 zu vervollständigen, außer der Anbringung der externen elektrischen Einzelheiten - d.h. der Stromquelle 20, der angelegten Gatespannung Vg und der Spannungsmeßvorrichtung 21.
Die (nicht gezeigten) Transistoren der auf Bausteinbereichen der Scheibe 100 befindlichen integrierten Schaltungen - d.h. die zu prüfenden Transistoren - sowie ihre entsprechenden Metallisierungen werden vorteilhafterweise gleichzeitig mit der Herstellung der Schaltung 2000 hergestellt.
Im Betrieb genügt die von der Vorrichtung 21 gemessene Spannung Ve der Gleichung 1 oben, wobei d die Länge der mittleren Source-Drain-Elektrode 132 ist. Da es zwei Unbekannte rc und rs in der Gleichung 1 gibt, werden zur Berechnung von rc und ra mindestens zwei Messungen von Ve für einen gegebenen Strom I, aber unterschiedliche Werte von d benötigt. So werden zur Messung des spezifischen Kontaktwiderstandes rc mindestens zwei Prüfstrukturen 2000 mit unterschiedlichem d benötigt.
Die FIG. 4 zeigt das Layout 4000 einer gefalteten L- förmigen Ausführungsform der Schaltung 2000 (FIG. 2). Hier in der FIG. 4 weist das GASAD-Gebiet - einschließlich der Source-Drain-Elektroden 131, 132 und 133 und der unter der Gateelektrode 226 (in Gebieten von Gateoxid) liegenden lokalisierten Bereiche der Hauptfläche der Scheibe 100 (FIG. 2) - sowie die Gateelektrode 226, 227 den Aufbau einer "L"-Form auf. Die Kontaktstellen 401, 402, 403, 404 und 405 erfüllen ähnliche Funktionen im Layout 4000 (FIG. 4) wie die Kontaktstellen 301, 303, 302, 305 bzw. 304 in dem Layout 3000 (FIG. 3), und die Öffnungen 412, 413, 414 und 415 (FIG. 4) erfüllen die gleiche Funktion wie die Öffnungen 312, 313, 314 bzw. 315 in Layout 3000 (FIG. 3). Auf diese Weise zeigt die Spannungsmeßvorrichtung 21 Vs anstatt Ve an, wobei Vs durch die Gleichung 2 oben gegeben wird.
So ermöglicht wie oben bemerkt das Layout 4000 nach der Gleichung 2 die Messung des spezifischen Kontaktwiderstandes durch Gleichung 2 mittels einer einzigen Messung. Es ist zu bemerken, daß Ve (FIG. 3) in der Gleichung 1 dieselbe wie die Spannung am hinteren Ende des diffundierten n&spplus;-Gebiets 113, d.h. dem vom Source- Drain-Gebiet 110 am entferntesten liegenden Rand des Gebiets 113 ist, während Vs (FIG. 4) in der Gleichung 2 die am Seitenrand des diffundierten n&spplus;-Gebiets 113 genommene Durchschnittsspannung (von links nach rechts) ist. Es wird angenommen, daß der Grund für diese Eigenschaften von Ve bzw. Vs der ist, daß die Spannung an der Metallsilizid-Source-Drain-Elektrode 133 der Spannung am hinteren (rechten) Rand des Gebiets 113 im Layout 3000 der FIG. 3 gleich ist, aber der Durchschnittsspannung am unteren Rand des Gebietes 113 (von links nach rechts gemittelt) im Layout 4000 der FIG. 4 gleich ist, da in beiden Fällen im wesentlichen kein Strom zwischen der Metallsilizid-Elektrode 133 und dem Gebiet 113 fließt und daher im wesentlichen zwischen diesen kein Spannungsunterschied besteht.
Die Schaltung 2000 ist in der Tat in den in den FIG. 3 und 4 dargestellten Layouts 3000 und 4000 geprüft worden und funktioniert ordnungsgemäß.
Obwohl die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf Elemente bestimmter Ausführungsformen beschrieben worden ist, können verschiedene Modifikationen ausgeführt werden, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können anstatt von diffundierten n&spplus;-Gebieten für die Source-Drain-Gebiete in p-Körpern diffundierte Gebiete mit p&spplus;-Leitfähigkeit in Verbindung mit n-Scheiben oder n-Epitaxialschichten oder n-Wannen benutzt werden. Anstatt von Kobaltsilizid für die Metallsilizid-Source-Drain-Elektroden können andere Silizide wie Silizide von Titan, Tantal, Wolfram und Platin benutzt werden.
Die Abmessung Breite mal Länge (W mal d) jeder der Metallsilizid-Source-Drain-Kontaktelektroden 131, 132 und 133 sowie die des Gateoxid 225 beträgt typischerweise ca. 3x5 oder 3x3 oder 5x3 Mikrometer in der Schaltung 4000 und ca. 10x2,5 oder 10x4 Mikrometer in der Schaltung 3000. Die Stromquelle liegt typischerweise im Bereich von ca. 10&supmin;² bis 10&supmin;&sup7; Ampere und die resultierenden Spannungen Ve und Va liegen im Bereich von ca. 10&supmin;² bis 10&supmin;&sup7; Volt. Zur Messung derart geringer Spannungen in der Gegenwart von unvermeidlichem Rauschen, insbesondere von Spannungen von der Größenordnung von 10&supmin;&sup5; Volt oder weniger wird ein Wechselstrom I mit einer typischen Frequenz von ca. 100Hz in Verbindung mit einer Spannungsmeßvorrichtung mit einem Einrastdifferenzverstärker zur Messung des Signals benutzt.
Obwohl die über den beiden Kanälen 114 und 224 liegenden Gateelektroden 226 in den FIG. 2, 3 und 4 so dargestellt sind, daß sie direkt miteinander und mit einer Spannungsquelle Eg verbunden sind, könnten diese Gateelektroden getrennt mit unterschiedlichen Spannungsquellen verbunden sein, die jeweils über der Schwellenspannung liegen. Darüber hinaus könnten anstatt von selbstpositionierenden Metallsilizid-Source-Drain- Kontaktelektroden andere geeignete Kontaktelektroden mit selbstpositionierender Metallisierung wie Kontaktelektroden aus Wolfram oder Molybdän benutzt werden, die selektiv durch chemische Niederdruckaufdampfung abgelagert worden sind, oder Kontaktelektroden aus Kupfer, Nickel oder Gold, die selektiv durch galvanische Abscheidung abgelagert worden sind, oder Kontaktelektroden aus Platin, Kupfer, Nickel oder Gold, die selektiv durch stromlose Ablagerung abgelagert worden sind. Die Scheibe 100 könnte Einkristall- oder Polykristall-Silizium oder ein sonstiger A&sub4;- oder A&sub3;B&sub5;- Halbleiter in Verbindung mit anderen Transistorarten wie MESFET und Bipolartransistoren sein. Auch könnte die Gateelektrodenschicht 226 aus irgendeinem geeigneten Metall oder einer leitfähigen Metallverbindung bestehen, und die Gateoxidschicht könnte ebenfalls aus irgendeinem geeigneten Dielektrikum bestehen. Die Stromquelle 20 kann alternativ an der Metallisierungsschicht 145 angebracht sein, während die Metallisierungsschicht 135 geerdet ist.
Abschließend ist zu verstehen, daß die Stromquelle 20 nicht einen unendlichen Widerstand aufzuweisen braucht, sondern daß jede geeignete Stromquelle mit endlichem Widerstand wie eine Batterie mit geeignetem elektromotorischem Potential, typisch ca. 5 Volt mit oder ohne Reihenwiderstand zur Steuerung des Stromes benutzt werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterscheibe einer integrierten Schaltung mit Bausteinschaltungen und einer Prüfschaltung, wobei die Prüfschaltung erste, zweite und dritte Kontaktelektroden (131, 132, 133), die die Hauptfläche der Scheibe an ersten, zweiten und dritten beabstandeten Bereichen kontaktieren;

erste, zweite und dritte beabstandete diffundierte Gebiete (110, 113, 116), die sich in einem Substratgebiet (100) der Scheibe befinden und von den ersten, zweiten bzw. dritten Kontaktelektroden kontaktiert werden, wobei alle diffundierten Gebiete einen einzigen Leitfähigkeitstyp aufweisen, der dem des Substratgebietes entgegengesetzt ist; und

erste und zweite Steuerelektroden (226, 226), die über den ersten bzw. zweiten Kanalgebieten (224, 114) der Hauptfläche liegen, wobei sich das erste Kanalgebiet im Raum zwischen den ersten und zweiten beabstandeten Bereichen befindet und sich das zweite Kanalgebiet im Raum zwischen den zweiten und dritten beabstandeten Bereichen befindet, aufweist;

GEKENNZEICHNET DURCH:

Anlegen einer Spannungsquelle (Eg) an die ersten und zweiten Steuerelektroden und damit Bewirken des Bildens von ersten bzw. zweiten Inversionsschichten an der Hauptfläche der Scheibe in den ersten bzw. zweiten Kanalgebieten;

Anlegen einer Stromquelle (20) an die erste oder die zweite Kontaktelektrode und damit Bewirken eines Stromflusses durch das erste diffundierte Gebiet (110), die erste Inversionsschicht (224) und das zweite diffundierte Gebiet (113);

Erkennen und Messen der als Reaktion auf den Stromfluß entwickelten Spannung an den zweiten und dritten Kontaktelektroden (132, 133); und

Ableiten von dieser einer Messung des spezifischen Kontaktwiderstandes (rc) der Kontaktelektroden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten, zweiten und dritten diffundierten Gebiete zusammen mit den ersten und zweiten Kanalgebieten einen L-förmigen Aufbau aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Halbleiter im wesentlichen Silizium ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die ersten, zweiten und dritten Kontaktelektroden im wesentlichen Metallsilizid sind.