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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiteranordnung, wobei eine aluminiumhaltige Schicht auf einer Oberfläche eines
Halbleiterkörpers abgeschieden wird, in welche Schicht Leiterbahnen geätzt werden, zwischen denen
dann eine isolierende Aluminiumverbindung verschafft wird, indem eine Schicht aus
einem solchen Material abgeschieden wird und anschließend mittels einer
Substratmaterial abnehmenden Behandlung bis zu den Leiterbahnen hinab entfernt wird, woraufhin
eine Schicht aus Isoliermaterial abgeschieden wird, in die Kontaktfenster bis hinunter
zur aluminiumhaltigen Schicht geätzt werden, um die Leiterbahnen lokal zu
kontaktieren.
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Mit einem solchen Verfahren wird auf der Oberfläche des
Halbleiterkörpers eine ebene Metallisierungsstruktur aus Aluminiumleiterbahnen erhalten, die
zueinander in lateraler Richtung durch eine isolierende Aluminiumverbindung isoliert sind,
wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid. Solche ebenen Metallisierungsstrukturen
werden seit langem dadurch hergestellt, daß eine Schicht aus Aluminium auf einer
Oberfläche eines Halbleiterkörpers abgeschieden wird und dann lokal in Aluminiumoxid
mit Hilfe eines Anodisierungsprozesses in beispielsweise Oxalsäure umgesetzt wird. Ein
solcher Naßanodisierungsprozeß verläuft nicht vollständig anisotrop, wodurch die
Oxidation der Aluminiumschicht in lateraler Richtung nahezu ebenso schnell verläuft wie
die Oxidation in Richtung der Dicke. Daher könnten auf diese Weise keine Leiterbahnen
hergestellt werden, die für die Verwendung in integrierten Schaltungen mit sehr hohem
Integrationsgrad (VLSI) geeignet sind. Bei dem obengenannten Verfahren werden die
Leiterbahnen geätzt und die Zwischenräume zwischen den Leitern werden anschließend
mit einer isolierenden Aluminiumverbindung gefüllt. Auf diese Weise ist es tatsächlich
möglich, ebene Metallisierungsstrukturen herzustellen, die für solche integrierten
Schaltungen geeignet sind.
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Die aluminiumhaltige Schicht kann eine Schicht aus reinem Aluminium
sein, aber auch eine Schicht aus Aluminium, dem eine geringe Menge eines anderen
Elementes oder sogar mehrere andere Elemente hinzugefügt worden ist, um seine
Eigenschaften zu verbessern. Übliche Zufügungen sind beispielsweise einige
Gewichtsprozent Silicium, um zu verhindern, daß Silicium aus einem Siliciumsubstrat sich in der
aluminiumhaltigen Schicht löst, und einige Gewichtsprozent Kupfer, um
Elektromigrationseffekte in der Schicht zu unterdrücken. Diese Zufügungen machen jedoch den
obengenannten Prozeß anodischer Oxidation schwierig. Kupfer wird beispielsweise in
Oxalsäure gelöst, so daß eine unerwünschte poröse Schicht aus Aluminiumoxid gebildet
wird.
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EP-A-241.729 (=US-PS-4.767.724) beschreibt ein Verfahren der
obengenannten Art, mit dem eine abgeschiedene Schicht aus Aluminiumoxid erst planarisiert
wird, so daß die Schicht eine ebene Oberfläche hat, die nahezu parallel zur Oberfläche
des Halbleiterkörpers verläuft. Dann wird die Schicht bis zu den Leiterbahnen hinab
weggeätzt. So wird eine Metallisierungsstruktur mit einer ebenen Oberfläche erhalten.
Eine verhältnismäßig dünne Schicht aus Aluminiumoxid und eine verhältnismäßig dicke
Schicht aus Siliciumoxid werden dann auf dieser Oberfläche abgeschieden. Die
verhältnismäßig dünne Schicht aus Aluminiumoxid dient beim Ätzen der Kontaktfenster in die
Schicht aus Siliciumoxid als Ätzstoppschicht. Nach dem Ätzen der Kontaktfenster in die
Schicht aus Siliciumoxid wird die dünne Schicht aus Aluminiumoxid innerhalb der
Fenster weggeätzt.
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Obwohl mit dem genannten Verfahren Leiterbahnen, die zur Verwendung
in integrierten Schaltungen mit sehr hohen Integrationsgrad (VLSI) geeignet sind,
hergestellt werden können, hat das genannte Verfahren auch einige Nachteile. So ist das
Planarisieren und anschließende Wegätzen der planarisierten Schicht aus Aluminiumoxid
bis hinunter zu den Aluminiumleiterbahnen ein schwierig zu steuernder Prozeß.
Aluminiumoxid wird in einem plasmahaltigen Borchlorid geätzt. Am Ende des Ätzprozesses,
wenn das Aluminiumoxid gerade von den Aluminiumbahnen entfernt worden ist,
werden diese Bahnen in einem solchen Plasma auch geätzt. Da ein solcher Ätzprozeß, über
die gesamte Oberfläche des Halbleiterkörpers gesehen, nicht überall gleich schnell
verläuft, kann die Leiterstruktur lokal in unerwünschter Weise stark geätzt werden. Ein
ähnliches Problem tritt noch einmal auf, wenn die verhältnismäßig dünne, als
Ätzstoppschicht dienende Schicht aus Aluminiumoxid, die nach dem Ätzen der Schicht aus
Aluminiumoxid noch innerhalb der Kontaktfenster vorhanden ist, weggeätzt werden soll.
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Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung wird in EP-A-224646
beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den genannten Nachteilen
entgegenzuwirken. Nach Anspruch 1 ist erfindungsgemaß das Verfahren der eingangs
erwähnten Art hierzu dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen vor dem
Abscheiden der Schicht der isolierenden Aluminiumverbindung mit einer oberen Schicht
versehen werden und daß nach dem Abscheiden der isolierenden Aluminiumverbindung
diese wieder bis zu der genannten oberen Schicht hinab mittels einer Polierbehandlung
entfernt wird, mittels der nahezu kein Material der oberen Schicht entfernt wird.
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Unebenheiten in einer Oberfläche werden mit Hilfe einer
Polierbehandlung beseitigt. Daher ist es nicht notwendig, die Schicht der isolierenden
Aluminiumverbindung, die mit Hilfe der Polierbehandlung abgenommen wird, erst zu planarisieren.
Da das Material der oberen Schicht nahezu nicht durch die Polierbehandlung entfernt
wird, stoppt die Substratmaterial abnehmende Wirkung automatisch, wenn die obere
Schicht erreicht wird. Die isolierende Aluminiumverbindung, die zwischen den
Leiterbahnen vorhanden ist, wird dann von den Leiterbahnen geschützt. Es entsteht eine
Struktur mit einer nahezu ebenen Oberfläche, die von den mit ihrer oberen Schicht
versehenen Leiterbahnen und daneben der zwischen den Leiterbahnen liegenden
Aluminiumverbindung begrenzt wird.
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Die Schicht aus isolierendem Material, wie Siliciumoxid, Siliciumnitrid
oder Siliciumoxinitrid wird auf dieser ebenen Struktur abgeschieden, und danach werden
darin Kontaktfenster geätzt. Übliche Ätzprozesse, die zum Ätzen solcher Kontaklöcher
verwendet werden, werden im allgemeinen automatisch auf Aluminium und
Aluminiumverbindungen gestoppt. Es ist bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens daher
nicht notwendig, eine zusätzliche Ätzstoppschicht unter der Schicht aus Siliciumoxid
vorzusehen.
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Es ist möglich, die obere Schicht zu verschaffen, nachdem die Leiter in
der aluminiumhaltigen Schicht gebildet worden sind. Vorzugsweise wird jedoch die
aluminiumhaltige Schicht mit der oberen Schicht versehen, bevor darin die Leiterbahnen
gebildet werden, und die Leiterbahnen werden sowohl in der aluminiumhaltigen Schicht
als auch in der oberen Schicht gebildet. Die Leiterbahnstruktur wird somit zuerst in der
oberen Schicht gebildet und dann in der aluminiumhaltigen Schicht. Die in der oberen
Schicht verschaffte Struktur kann dann als Ätzmaske zum Strukturieren der
aluminiumhaltigen Schicht verwendet werden. Die aluminiumhaltige Schicht kann daher mit Hilfe
einer Maske, die keine organischen Komponenten enthält, in eine Struktur geätzt
werden. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Polymerbildung auf der
aluminiumhaltigen Schicht vermieden.
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Vorzugsweise wird weiterhin eine obere Schicht abgeschieden, die aus
dem gleichen Material besteht wie die Isolierschicht, die auf den Leiterbahnen
abgeschieden wird, wie z.B. Siliciumoxid. Die obere Schicht der Aluminiumleiterbahnen
wird dann beim Ätzen der Kontaktfenster in die obere Schicht aus isolierenden Material
am Ort der Kontaktfenster in diesem Fall auch automatisch weggeätzt.
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Um als wie oben erwähnte Ätzmaske zu dienen, wird vorzugsweise eine
obere Schicht aus Siliciumoxid mit einer Dicke von 10 bis 100 nm abgeschieden.
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Eine obere Schicht aus Siliciumoxid wird während der Polierbehandlung
nahezu nicht abgenommen, wenn die Polierbehandlung mit einer Siliciumoxidpulver
enthaltenden Aufschlämmung ausgeführt wird, die mit Hilfe einer Säure auf einen pH-
Wert von 3 bis 5 gebracht wird, wie z.B. Phosphorsäure.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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Fig. 1 bis 6 schematisch und im Querschnitt einige Schritte der
Herstellung der Halbleiteranordnung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Zeichnung zeigt schematisch und im Querschnitt einige Schritte der
Herstellung einer Halbleiteranordnung, wobei eine aluminiumhaltige Schicht 3 auf einer
Oberfläche 1 eines Halbleiterkörpers 2 abgeschieden wird, in welche Schicht
Leiterbahnen 4 geätzt werden. Hierzu wird die Schicht in üblicher Weise mit einer
Photolackmaske versehen, woraufhin die Schicht 3 in einem üblichen chlorhaltigen Plasma geätzt
wird.
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Die aluminiumhaltige Schicht 3 kann eine Schicht aus reinem Aluminium
sein, aber alternativ auch eine Schicht aus Aluminium, der eine geringe Menge eines
anderen Elementes oder sogar einiger anderer Elemente hinzugefügt worden ist, um ihre
Eigenschaften zu verbessern. Üblich sind beispielsweise Zufügungen von einigen
Gewichtsprozent Silicium, um zu verhindern, daß sich Silicium aus einem Siliciumsubstrat
in der aluminiumhaltigen Schicht löst, und von einigen Gewichtsprozent Kupfer, um
Elektromigrationseffekte in der Schicht zu unterdrücken.
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Eine isolierende Aluminiumverbindung 6, wie Aluminiumoxid oder
Aluminiumnitrid, wird dann zwischen den Leiterbahnen 4 angebracht, indem eine Schicht 7
aus diesem Material beispielsweise mit einem üblichen CVD-Prozeß (CVD: chemical
vapour deposition; Abscheidung aus der Dampfphase) oder Sputterabscheidungsprozeß
abgeschieden wird, und mit einer Substratmaterial abnehmenden Behandlung wieder bis
zu den Leiterbahnen 4 hinab entfernt wird. Eine ebene Metallisierungsstruktur aus
Aluminiumleiterbahnen, die voneinander in lateraler Richtung über eine isolierende
Aluminiumverbindung 6 isoliert sind, wird so auf der Oberfläche 1 des
Halbleiterkörpers realisiert. Solche ebenen Metallisierungsstrukturen sind lange Zeit dadurch
hergestellt worden, daß eine Schicht aus Aluminium auf einer Oberfläche eines
Halbleiterkörpers abgeschieden worden ist und diese Schicht dann mit Hilfe eines
Anodisierungsprozesses in beispielsweise Oxalsäure lokal in Aluminiumoxid umgesetzt worden ist.
Ein solcher Naßanodisierungsprozeß findet nicht vollständig anisotrop statt, so daß die
Oxidation der Aluminiumschicht in lateraler Richtung nahezu ebenso schnell verläuft
wie in Richtung der Dicke. Daher könnten mit diesem Verfahren keine für eine
Verwendung in integrierten Schaltungen mit sehr hohem Integrationsgrad (VLSI) geeigneten
Leiterbahnen hergestellt werden. Mit dem obengenannten Verfahren, mit dem die
Leiterbahnen geätzt und die Zwischenräume zwischen den Leitern mit der isolierenden
Aluminiumverbindung gefüllt werden, ist es dagegen möglich, ebene
Metallisierungsstrukturen zu erzeugen, die für solche integrierten Schaltungen geeignet sind.
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Erfindungsgemaß werden die Leiterbahnen 4 vor dem Abscheiden der
Schicht der isolierenden Aluminiumverbindung 7 mit einer oberen Schicht 8 versehen,
während nach der Abscheidung die Schicht 7 wieder bis zu der unteren Schicht 8 hinab
mit Hilfe einer Polierbehandlung entfernt wird, mit der die obere Schicht 8 nahezu nicht
entfernt werden kann. Unebenheiten in der Oberfläche 9 werden mit einer
Polierbehandlung beseitigt. Es ist daher nicht notwendig, die Schicht 7 zu planarisieren, bevor die
Aluminiumverbindung mittels der Polierbehandlung abgenommen wird. Da das Material
der oberen Schicht 8 nahezu nicht von der Polierbehandlung abgenommen wird, stoppt
die Materialabnahme automatisch zu dem Zeitpunkt, zu dem die obere Schicht 8
erreicht wird. Die zwischen den Leiterbahnen 4 vorhandene isolierende
Aluminiumverbindung 6 wird dann durch diese Leiterbahnen geschützt. Es entsteht dann eine Struktur
mit einer nahezu ebenen Oberfiäche 10, die von den mit ihrer oberen Schicht 8
versehen Leiterbahnen 4 und daneben der zwischen den Leiterbahnen gelegenen
Aluminiumverbindung 6 begrenzt wird.
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Auf dieser ebenen Struktur wird eine Isolierschicht 11 aus beispielsweise
Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder Siliciumoxinitrid abgeschieden, auf der eine
Photolackmaske 12 aufgebracht wird, woraufhin Kontaktfenster 13, 14 in die Schicht 11 geätzt
werden. Übliche Ätzprozesse zum Herstellen solcher Kontaktlöcher werden im
allgemeinen auf Aluminium und Aluminiumverbindungen automatisch gestoppt. Es ist bei
Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens daher nicht notwendig, eine zusätzliche
Ätzstoppschicht unter der Schicht aus Siliciumoxid vorzusehen.
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Fig. 5 zeigt zwei Arten Kontaktlöcher. Das Kontaktloch 13 an der linken
Seite überlappt die Leiterbahn 4 und die Isolierschicht 6; ein Teil der oberen Schicht 8
befindet sich noch unter der Schicht aus Siliciumoxid 11. Das Kontaktioch 14 auf der
rechten Seite überlappt die Schicht 6 auf jeder Seite der Leiterbahn 4; die obere Schicht
8 ist vollständig von dieser Leiterbahn entfernt worden.
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Die Leiterbahn 4 kann lokal über die Kontaktfenster 13, 14 mit Hilfe
einer zweiten Struktur Leiterbahnen 15, die auf der Isolierschicht 11 aufgebracht sind,
kontaktiert werden. Diese Struktur wird beispielsweise in üblicher Weise in einer
Barriereschicht 16 aus Titanwolframlegierung und einer Aluminiumschicht 17 angebracht.
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Die obere Schicht 8 kann erst aufgebracht werden, wenn die Leiter 4 in
der aluminiumhaltigen Schicht gebildet worden sind. Vorzugsweise wird jedoch die
aluminiumhaltige Schicht 3, bevor die Leiterbahnen 4 darin gebildet werden, mit einer
Schicht 18 des Materials versehen, aus dem die obere Schicht gebildet wird, und
werden die Leiterbahnen 4 sowohl in der aluminiumhaltigen Schicht 3 als auch in dieser
Schicht 18 gebildet. Somit wird die Struktur aus Leiterbahnen 4 zuerst in der Schicht 18
gebildet und anschließend in der aluminiumhaltigen Schicht 3. Die in der Schicht 18
angebrachte Struktur kann dann als Ätzmaske zum Strukturieren der aluminiumhaltigen
Schicht 3 verwenden werden. Die aluminiumhaltige Schicht kann so mit Hilfe einer
Maske, die keine organischen Komponenten enthält, in eine Struktur geätzt werden.
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Unerwünschte Polymerbildung auf der aluminiumhaltigen Schicht wird auf diese Weise
vermieden.
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Weiterhin wird vorzugsweise eine Schicht 18 abgeschieden, die aus dem
gleichen Material wie die Isolierschicht 11 besteht, die auf den Leiterbahnen 4
abgeschieden ist. Beide Schichten 18 und 11 werden beispielsweise aus Aluminiumoxid
hergestellt. Beim Ätzen der Kontaktfenster 13, 14 in die obere Schicht 11 wird die
obere Schicht 8 der Aluminiumleiterbahnen dann auch automatisch an den Stellen der
Kontaktfenster 13, 14 weggeätzt.
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Eine obere Schicht 8 aus Siliciumoxid mit einer Dicke von 10 bis 100 nm
wird vorzugsweise abgeschieden, um als die obengenannte Ätzmaske zu dienen.
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Eine obere Schicht 8 aus Siliciumoxid wird praktisch nicht während der
Polierbehandlung abgenommen, wenn diese Polierbehandlung mit einer Aufschlämmung
aus einem Siliciumoxidpulver ausgeführt wird, die mit Hilfe einer Säure, wie
Phosphorsäure, auf einen pH-Wert von 3 bis 4 gebracht worden ist.