DE3236383A1 - Verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtung - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtungInfo
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Description
tenkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig Patentanwälte
European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt
Dr phil G Henkel. München
Dip! -Ing J Pfenning. Berlin Dr rer nai L Feile;. Muncrisp
"PipHng W Hänzei. München
Dipl -Phys K H Meirng Berlin
Dr Ing A Butenschon. Berlin
Mohlstraße 37
D-8000 München 80
D-8000 München 80
Tel. 089/982085-87 Telex 0529802 hnkld
Telegramme ellipsoid
57P828-2
TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA,
Kawasaki, Japan
Kawasaki, Japan
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, insbesondere einer solchen mit
einer redundanten Schaltung oder Redundanzschaltung.
In den letzten Jahren ist in zunehmendem Maße die Redundanztechnik
bei Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen angewandt worden/ weil mit dieser Technik
bei Zufallsdefekten auftretende Ausfall- bzw. Fehlbits in der hergestellten Halbleitervorrichtung durch Ersatz- oder
Reserveelemente ersetzt werden können und damit der Ausstoß verbessert wird. Ein bekanntes Verfahren zum Ersetzen
von fehlerhaften Bits durch einwandfreie Reserveelemente besteht darin, daß ein aus Polysilizium (polykristallinem
Silizium) o.dgl. hergestellter Schichtwiderstand, der ein einwandfreies Element mit einem integrierten
Schaltkreis verbindet, durch Hindurchleiten eines elektrischen Stroms oder Bestrahlung mit einem Laserstrahl
weggeschmolzen wird. Zum Hindurchleiten des Durchschaltstroms
(turning-on electricity) durch den Schichtwiderstand aus polykristallinem Silizium ist ein den Strom
liefernder Stromkreis erforderlich. Zur Lieferung eines großen Stroms benötigt man einen Transistor großer Kapazität.
Im Verlaufe des Hindurchleitens dieses Stroms durch den Schichtwiderstand aus polykristallinem Silizium oder
der Laserbestrahlung des letzteren (zu seiner Beseitigung) spritzt das weggeschmolzene Material auf die peripheren
Schaltkreise. Noch nachteiliger ist dabei, daß bei dieser überbrückung durch Wegschmelzen die peripheren
Schaltkreise und/oder Schichten unterhalb des weggeschmolzenen Schichtwiderstands zerstört werden können.
Weiterhin können aufgrund des Wegschmelzens des Schichtwiderstands
in dem diesem benachbarten Gebilde Mikrodefekte auftreten, welche die Zuverlässigkeit der hergestellten
Halbleitervorrichtung beeinträchtigen.
In der Veröffentlichung "1981 IEEE International Solid-"
State Circuits Conference" wird eine Technik zur Umwandlung
oder überführung einer polykristallinen Siliziumschicht
in ein leitfähiges Material durch Eindiffundieren eines Fremdatoms in die polykristalline Silizium—
schicht mit Hilfe von Laser-Impulsen beschrieben. Bezüglich weiterer Einzelheiten wird auf "ISSCC Digest of
Technical Papers" P14 (S.14), Februar 1981, verwiesen.
Bei der Redundanztechnik werden für Spaltendekodierer Ersatz- oder Reserveelemente in der Weise programmiert,
daß Laser-Impulse an eine eigenleitende polykristalline Siliziumschieht, die beidseitig N -Diffusionsschichten
aufweist, angelegt und die beiden N -Diffusionsschichten
elektrisch miteinander verbunden werden. Nach diesem Verfahren wird die einen spezifischen Widerstand von
mehr als 10 Ohm besitzende eigenleitende polykristalline Siliziumschieht in eine leitfähige Schicht mit einem
spezifischen Widerstand von weniger.als 10 Ohm überführt.
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Aufgabe der Erfindung ist nun die Schaffung eines Verfahrens
zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit hoher Zuverlässigkeit, nach dem aus einem Halbleitersubstrat
ohne Entstehung von Mikrodefekten Halbleitervorrichtungen mit einer Redundanzschaltung hergestellt
werden können.
Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.
Mit der Erfindung wird insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geschaffen,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf einem Halbleitersubstrat des einen Leitfähigkeitstyps einen integrierten
Schaltkreis bildende Schaltungselemente ausgebildet werden, auf dem Halbleitersubstrat weiterhin ein über einen
elektrisch nicht aktiven Bereich verbundenes Ersatzoder Reserveelement geformt wird, durch Einführen von
Fremdatomen (einer Fremdatomart) in den nicht aktiven
Bereich ein Fremdatombereich erzeugt wird und die Schaltungselemente durch elektrische Aktivierung des
Fremdatombereichs elektrisch mit dem Reserveelement verbunden werden.
■ Der nicht aktive Bereich zur Verbindung der Schaltungselemente
mit dem Reserveelement kann im Halbleitersubstrat oder in der auf letzterem ausgebildeten polykristallinen
Siliziumschicht bereitgestellt werden.
Ein Fremdatom desselben Leitfähigkeitstyps wie bei den Schaltungselementen oder beim Reserveelement kann in
einen Verbindungsteil zwischen dem nicht aktiven Bereich und dem (jeweiligen) Schaltungselement und in einen Verbindungsteil
zwischen dem Schaltungselement und dem Re-
serveelement eingeführt werden.
Die Aktivierung des Fremdatombereichs kann durch Laser-, Elektronen(strahl)-, Ionenbestrahlung o.dgl. erfolgen.
im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Er-
findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der in einen nicht aktiven Bereich zur Erzeugung
eines Fremdatombereichs eingeführten
Dosis eines Fremdatoms und dem Schichtwiderstand
des Fremdatombereichs,
Fig. 2A bis 2C in stark vergrößertem Schnitt gehaltene
Teildarstellungen einer Folge von Verfahrensschritten für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung
mit einer auf einem polykristallinen Siliziumfilm ausgebildeten Redundanzschaltung,
entsprechend einem Äusfühxungsbeispiel der Erfindung,
und
Fig. 3A bis 3C den Fig. IA bis 2C ähnelnde Darstellungen
der Verfahrensschritte für die Herstellung einer
Halbleitervorrichtung mit einer in einem HaIbleitersubstrat
vorgesehenen Redundanzschaltung,
entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aus Fig. 1 geht hervor, daß sich der Schichtwiderstand des Fremdatombereichs mit zunehmender Konzentration des
in den Fremdatombereich eingeführten Fremdatoms verringert.
Beispiel 1
Zunächst wird ein p-Typ-Siliziumsubstrat 1 mit nicht dargestellten,
einen integrierten Schaltkreis bildenden Schaltungselementen bereitgestellt. Auf dem p-Typ-Siliziumsubstrat
1 wird z.B. durch chemisches Aufdampfen eine SiO^-Schicht 2 ausgebildet. Diese wird dann mit einer
Photoresistschicht versehen. In letzterer wird auf photolithographischem
Wege eine durchgehende Öffnung ausgebildet. Unter Benutzung der Photoresistschicht mit der darin
ausgebildeten Öffnung (als Maske) wird ein chemisches Ätzmittel auf die SiO_-Schicht appliziert, wobei in der
SiO^-Schicht 2 eine durchgehende Öffnung 3 entsteht. Nach Entfernen der Photoresistschicht wird unter Zuhilfenahme
einer Maske aus der SiO_-Schicht 2 mit der Öffnung 3 ein Phosphor-Fremdatom in das p-Typ-Siliziumsubstrat 1
eindiffundiert, wobei ein N -Typ-Fremdatombereich 4 als
Ersatz- oder Reserveelement entsteht. Nun wird auf die SiO_-Schicht eine über die Öffnung 3 mit dem N -Frerndatombereich
4 verbundene polykristalline Siliziumschicht 5 aufgedampft. Die polykristalline Siliziumschicht 5
wird zur Ausbildung eines Musters einer vorgegebenen Konfiguration selektiv geätzt. Zur Ausbildung jeweils
eines N-Typ-Fremdatombereichs 6 wird ein Phosphor-Fremdatom iii das eine, zum N -Fremdatombereich 4 reichende ·
Ende sowie das andere Ende der polykristallinen Siliziumschicht 5 eindiffundiert. Der Schichtwiderstand Q^ eines
durch den N -Fremdatombereich 4 getrennten, nicht aktiven Bereichs 7 der polykristallinen Siliziumschicht 5 beträgt
1 χ 10 °.A/Flächeneinheit. Die Dicke der polykristallinen
Siliziumschicht 5 ist mit 0,1 - 0,8,um. ge-
^5 wählt. Auf der polykristallinen Siliziumschicht 5 wird
(dann) eine SiO«-Schicht 8 ausgebildet, in der durch
chemisches Ätzen ein sich zum N-Fremdatombereich 6 der polykristallinen Siliziumschicht 5 öffnendes Kontaktfenster,
d.h. Kontaktloch 9 geformt wird. Weiterhin wird
eine Aluminiumschicht 10 aufgetragen. Diese gelangt über das Kontaktloch 9 mit dem N-Fremdatomreich
6 und einem nicht dargestellten, vorher auf dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildeten Schaltungselement in
Verbindung. Die Aluminiumschicht 10 wird so ausgestaltet, daß sie eine Redundanzschaltung mit Schaltkreis-
elementen und einem durch die polykristalline Siliziumschicht
5 gebildeten Ersatz- oder Reserveelement festlegt. Weiterhin wird durch chemisches Aufdampfen auf der AIuminiumschxcht
10 eine SiO -Schicht 11 ausgebildet (Fig. 2A).
Auf photolithographischem Wege wird nun in einem Teil der SiO2~Schicht 11 ein in den nicht aktiven Bereich 7 reichendes Fenster 12 gebildet.Mit Hilfe einer aus der das
Fenster 12 aufweisenden SiO_-Schicht 11 bestehenden
Maske erfolgt sodann eine Ionenimplantation eines Fremdatoms
desselben Leitfähigkeitstyps, wie ihn das Fremdatom
des Fremdatombereichs 6 aufweist, in den nicht aktiven Bereich 7. Die Bedingungen für die Ionenimplantation
werden entsprechend der Größe des Schichtwiderstands
9s des nicht aktiven Bereichs 7 und der Dicke der polykristallinen Siliziumschicht 5 gewählt. Beim beschriebenen
Beispiel werden eine Beschleunigungsspannung
15 —2
von 160 keV und eine Fremdatomdosis von 5 χ 10 cm
angewandt. Der Schichtwiderstand des nicht aktiven Fremdatom-Bereichs
7 nach dem Ionenimplantationsvorgang beträgt immer noch 1 χ 10 \Q/Flächeneinheit (/1"/D). Dieser
Bereich 7 bleibt in einem elektrisch inaktiven Zustand (Fig. 2B).
Der mit dem ^ -Fremdatom gespickte nicht aktive Bereich 7 wird hierauf selektiv einer Laser-Glüh- bzw.
-Schmelzbehandlung (laser annealing treatment) unterworfen, durch welche dieser Bereich 7 elektrisch aktiv
gemacht wird (Fig. 2C) . Hierzu wird ein von einem mit
Neodym (Nd) dotierten YAG-Laser erzeugter Laserstrahl eines Strahldurchmessers von etwa 10,um benutzt, wodurch
der nicht aktive Bereich 7 selektiv aktiviert wird. Bei der Bestrahlung mit dem Laserstrahl werden folgende Bedingungen
eingehalten: Energiemenge 0,5 -1,0 J/cm und Impulsbreite etwa 40 ns.
Der Schichtwiderstand (Js des durch Bestrahlung mit dem
Laserstrahl 14 elektrisch aktivierten, nicht aktiven Bereichs 7 wird mit etwa 20 - 30 Π/Flächeneinheit gemessen.
Es kann somit empirisch festgestellt werden, daß die Schaltungselemente und das Ersatz- oder Reserveelement
durch den aktivierten Bereich 15 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Versuche zeigen, daß sich im
peripheren Teil des aktivierten Bereichs 15 keine Random- bzw. Zufallsfehler finden. Die hergestellte Halbleltervorrichtung
besitzt mithin eine außerordentlich hohe Zuverlässigkeit, d.h. Betriebssicherheit.
·*·° Zunächst wird ein mit nicht dargestellten, einen integrierten
Schaltkreis bildenden Schaltungselementen versehenes p-Typ-Siliziumsubstrat 20 bereitgestellt. In
dieses wird dann selektiv ein Phosphor-Fremdatom eingeführt, um einen als Ersatz- oder Reserveelement dienenden
u N -Typ-Fremdatombereich 21 und einen N -Typ-Fremdatombereich
23 mit einem dazwischen angeordneten, elektrisch nicht aktiven Bereich 22 des Substrats 20 auszubilden.
Durch chemisches Aufdampfen wird eine die N -Fremdatombereiche 21 und 23 sowie den nicht aktiven Bereich 22 bedeckende
SiO.-Schicht 24 hergestellt. Letztere wird anschließend
selektiv chemisch geätzt, um ein zum Fremdatombereich 23 reichendes Kontaktfenster bzw. -loch 24
auszubilden. Im nächsten Verfahrensschritt wird auf der SiO-.-Schicht 24 eine Aluminiumschicht 26 erzeugt, die
2 +
über das Kontaktloch 25 mit dem N -Fremdatombereich 23
und den im Siliziumsubstrat 20 ausgebildeten Schaltungselementen in Verbindung gelangt. Der Aluminiumschicht
26 wird ein Muster zur Ausbildung einer Redundanzschaltung verliehen, wobei die Schaltungselemente und das
35
Ersatz- oder Reserveelement über den nicht aktiven Be-
reich 22 des Sili2iumsubstrats 20 miteinander verbunden
sind. Anschließend wird durch chemisches Aufdampfen eine die Aluminiumschicht 26 und die SiO_-Schicht 24 bedeckende
SiO2~Schicht 27 erzeugt. 5
Im nächsten Verfahrensschritt wird auf photolithographischem
Wege in den SiO2-Schichten 24 und 27 über
dem nicht aktiven Bereich 22 ein Fenster 28 geformt. Mittels einer aus den das Fenster 28 aufweisenden Schichten
24 und 27 bestehenden Maske wird ein ^ -Fremdatom 29 desselben Leitfähigkeitstyps, wie ihn das Fremdatom
der Fremdatombereiche 21 und 23 aufweist, durch Ionenimplantation (Ionenspicktechnik) in den nicht aktiven
Bereich eingeführt und dabei ein Fremdatombereich 30 erzeugt (Fig. 3B). Hierbei betragen die Beschleunigungs-
15 — 2 energie 160 keV und die Fremdatomdosis 5 χ 10 cm
Nach der Ausbildung des Fremdatombereichs 30 sind das Reserveelement und die Schaltungselemente elektrisch
nicht miteinander verbunden.
20
20
Sodann wird der Fremdatombereich 30 selektiv mit einem
Laserstrahl 31 einer Energiedichte von 0,5 - 1,0 J/cm und einer Impulsbreite von 40 ns bestrahlt, wodurch
der Fremdatombereich 30 im nicht aktiven Bereich 22 elektrisch aktiviert und demzufolge das Ersatz- oder
Reserveelement mit den Schaltungselementen verbunden wird (Fig. 3C). Der durch Laserstrahlbestrahlung
elektrisch aktivierte Bereich 32 besitzt einen Schichtwiderstand ^s von etwa 20 - 30 u/Flächeneinheit. Dies
3^ bedeutet, daß die Schaltungselemente und das Reserveelement vollständig miteinander verbunden sind. Außerdem
können im peripheren Teil des aktivierten Bereichs 32 keine Zufallsfehler festgestellt werden.
Die auf die beschriebene Weise hergestellte Halbleiter vorrichtung besitzt damit eine außerordentlich große
Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit.
Leerseite
Claims (8)
- PATENTANSPRÜCHEf 1Λ Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei welchem man auf einem Halbleitersubstrat (1, 20) des einen Leitfähigkeitstyps Schaltungselemente zum Aufbau einer integrierten Schaltung ausbildet, auf dem Halbleitersubstrat (1, 20) ein mit den Schaltungselementen über einen elektrisch nicht aktiven Bereich (7, 22) verbundenes Ersatz- oder Reserveelement erzeugt und den nicht aktiven Bereich (7, 22) elektrisch aktiviert, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Einführen von Fremdatomen (einer Fremdatomart) in den nicht aktiven Bereich (7, 22) einen Fremdatombereich (A, 21) erzeugt und durch elektrische selektive Aktivierung des Fremdatombereichs (4, 21) einen elektrischen Anschluß der Schaltungselemente an das Reserveelement herstellt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den nicht aktiven Bereich (22) durch Trennen eines speziellen Bereichs im Halbleitersubstrat (20) durcheinen Fremdatombereich (21, 23) erzeugt. 25
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den nicht aktiven Bereich (7) in einer auf dem Halbleitersubstrat (1) befindlichen polykristallinenSiliziumschicht (5) ausbildet.
30 - 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der polykristallinen Siliziumschicht (5) eine Isolierschicht(2) vorsieht.
35 - 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fremdatombereich (A, 21) durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl elektrisch aktiviert.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Bestrahlung mit dem Laserstrahl mit einer Strahlungsenergie von 0,5 bis 1,0 J/cm2 arbeitet.
- 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fremdatombe-reich (4, 21) durch Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl elektrisch aktiviert.
- 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fremdatombereich ( 4, 21) durch Ionenbestrahlung elektrisch aktiviert.
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