DE10134100A1 - Kontaktierung von Damascene-Leiterbahnen in integrierten Halbleiterschaltungen - Google Patents

Abstract

Bei der Kontaktierung von nach dem Damascene-Verfahren in eine untere Oxidschicht (2) eingelassenen Leiterbahnen (15) durch eine über der ersten Oxidschicht (2) und über den Leiterbahnen (15) angeordnete zweite Oxidschicht (4) hindurch werden Kontaktlöcher (5), die in die zweite Oxidschicht (4) eingebracht werden, infolge seitlicher Versetzungen, die durch Lagefehler bedingt sind, häufig zwischen zwei benachbarte Leiterbahnen (15) in das untere Oxid (2) getrieben. Dabei können Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leiterbahnen (15) bestehen. Es wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem eine ausschließlich zwischen den Leiterbahnen verlaufenden Ätzstopschicht (3) für die Kontaktlochätzung aufgebracht wird. Diese Ätzstopschicht verhindert erfindungsgemäß die Bildung von Kurzschlüssen zwischen benachbarten Leiterbahnen infolge dejustierte Kontaktlöcher. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist so gewählt, daß sich die Ätzstopschicht (3) nicht oberhalb der Leiterbahnoberseiten erstreckt, wodurch die Kontaktlochätzung einfacher wird. Außerdem kann die Ätzstopschicht (3) in weiteren Verfahrensschritten als Polierstoppschicht und als Hartmaske sowie als Anti-Reflexionsschicht eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer in­ tegrierten Halbleiterschaltung mit einer Leiterbahnebene, wo­ bei das Verfahren die folgende Reihenfolge von Schritten auf­ weist:

• a) Erzeugen einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf einem Halbleitersubstrat,
• b) Aufbringen und Strukturieren einer Maskenschicht,
• c) Ätzen von Gräben in die erste isolierende Schicht,
• d) Abscheiden eines elektrisch leitfähigen Materials, wobei die Gräben gefüllt werden und das leitfähige Material über den Gräben eine zusammenhängende Schicht bildet,
• e) Entfernen des leitfähigen Materials bis zu Oberkanten der Gräben, so daß in den Gräben getrennte Leiterbahnen ent­ stehen,
• f) Abscheiden einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht und
• g) Durchführen eines Ätzprozesses, bei dem mit Hilfe eines Ätzmittels ein Kontaktloch zum Kontaktieren einer Leiter­ bahn geätzt wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine integrierte Halbleiter­ schaltung mit einer Leiterbahnebene, wobei die Halbleiter­ schaltung Leiterbahnen, die nach dem Damascene-Verfahren in eine erste Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material eingelassen sind, und oberhalb der Leiterbahnen und der er­ sten Schicht eine zweite Schicht aus einem elektrisch isolie­ renden Material aufweist.

Das oben genannte Verfahren wird zur Herstellung von Leiter­ bahnen eingesetzt, die in eine Oxidschicht eines Halbleiter­ substrats eingelassen sind und von oben stellenweise durch Kontaktöffnungen kontaktiert werden. Aufgrund der Einbettung der Leiterbahnen in eine Oxidschicht wird ein solches Verfah­ ren als Damascene-Verfahren bezeichnet in Abgrenzung zu Ver­ fahren, bei denen eine leitende Schicht auf eine planare Iso­ latorschicht aufgebracht, strukturiert und dadurch zu Leiter­ bahnen geformt wird. Die freiliegenden Flächen der Leiterbah­ nen werden anschließend mit einer weiteren Isolatorschicht bedeckt.

Bei beiden Herstellungsverfahren wird eine Leiterbahn von al­ len Seiten durch die untere und die obere Oxidschicht iso­ liert. Die elektrische Kontaktierung erfolgt von oben durch die zweite Oxidschicht hindurch. Die Kontakte werden dort in die zweite Oxidschicht eingebracht, wo unter ihr eine Leiter­ bahn verläuft. Mit Hilfe justierter Maskenstrukturen kann ei­ ne Justierung zur bereits hergestellten Leiterbahn in latera­ ler Richtung erreicht werden.

Wie die meisten integrierten Halbleiterstrukturen werden auch Leiterbahnen in vielen Metallisierungsebenen so klein wie möglich dimensioniert. Die untere Grenze für die Breite einer Leiterbahn und für die Abmessungen eines Kontaktlochs sind durch die Strukturbreite der jeweiligen Herstellungstechnolo­ gie vorgegeben. Integrierte Halbleiterstrukturen werden mit seitlichen Abmessungen teilweise genau dieser Strukturbreite hergestellt.

Bei jeder lithographischen Strukturierung führen Lagefehler zu Verformungen und Versetzungen der herzustellenden Struktu­ ren gegenüber ihrer Soll-Lage. Die Versetzungen müssen mög­ lichst klein gehalten werden und innerhalb vorgegebener Tole­ ranzen liegen, insbesondere bei übereinanderliegenden und elektrisch miteinander zu verbindenden Strukturen. Andern­ falls ist eine erfolgreiche Kontaktierung nicht möglich.

Wenn eine Leiterbahnebene durch eine darüberliegende Oxid­ schicht hindurch mit Kontaktöffnungen kontaktiert wird, kommt es vor, daß die Kontaktöffnungen nicht genau die Leiterbahnen treffen, sondern nur die Seitenkanten von Leiterbahnen frei­ legen oder in dem unteren Oxid zwischen benachbarten Leiter­ bahnen münden. Solche an falscher Stelle auf teilweise zwi­ schen die Leiterbahnen geratene Kontaktöffnungen führen zu Kurzschlüssen, wenn sie sich zu nahe an der benachbarten Lei­ terbahn befinden und im Rahmen der Kontaktlochfüllung mit ei­ nem Metall oder sonstigen elektrischen Leiter gefüllt werden.

Der leitende Kontakt führt vor allem deshalb leicht zu Kurz­ schlüssen, weil der Prozeß der Kontaktlochätzung stets etwas länger durchgeführt wird, als zur Erreichung der Oberseite der Leiterbahnen erforderlich. Eine gewisse zeitliche Verlän­ gerung dieses Ätzprozesses ist sogar erforderlich, um eine sichere elektrische Verbindung zwischen der einzubringenden Kontaktlochfüllung und der Leiterbahn herzustellen. Wird je­ doch eine Leiterbahn ganz oder teilweise verfehlt, so gräbt sich das Kontaktloch an der Seitenwand der Leiterbahn entlang in die Tiefe und nähert sich - auch durch seine mit zunehmen­ der Ätzdauer wachsenden Querschnitt - in Richtung der benach­ barten Leiterbahn. Durch den anisotropen Kontaktlochätzprozeß kann bei sehr langer Ätzdauer auch eine Leiterbahn einer tie­ feren Metallisierungsebene kontaktiert werden.

Zumindest die Kontaktierung tiefer gelegener Leiterbahnen läßt sich durch eine hinreichend kleine Dauer der Kontakt­ lochätzung vermeiden. Zwischen benachbarten Leiterbahnen be­ steht jedoch auch dann die Gefahr eines Kurzschlusses, da be­ nachbarte Leiterbahnen sich auf derselben Höhe auf dem Sub­ strat befinden und auf dieser Höhe kontaktiert werden müssen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gefahr ei­ nes Kurzschlusses zwischen benachbarten Leiterbahnen infolge versetzter Kontaktanschlüsse zu vermeiden, zumindest aber deutlich zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - vor dem Aufbringen der Maskenschicht in Schritt b) eine Ätzstopschicht aus einem elektrisch isolierenden Material, welches durch das Ätzmittel langsamer geätzt wird als die er­ ste und die zweite elektrisch isolierende Schicht, aufge­ bracht wird, so daß der Graben durch die Ätzstopschicht hin­ durch geätzt wird und sich bis zur Oberseite der Ätz­ stopschicht erstreckt, und
• - daß der Ätzprozeß für die Kontaktlochätzung nach Erreichen der Leiterbahnen und der Ätzstopschicht beendet wird, bevor die Ätzstopschicht durch das Ätzmittel rückgegeätzt ist.

Erfindungsgemäß wird eine Ätzstopschicht aufgebracht. Sie dient dazu, dort, wo die zweite isolierende Schicht durch ein Kontaktloch durchbrochen wird, welches die Ätzstopschicht er­ reicht, eine weitergehende Ätzung in die erste isolierende Schicht, das heißt in den Bereich zwischen benachbarten Lei­ terbahnen hinein, zu verhindern. Das Material, aus dem die Ätzstopschicht besteht, muß daher gegen das bei der Kontakt­ lochätzung eingesetzte Ätzmittel resistent sein, d. h. es darf selbst nicht oder nur mit geringerer Ätzrate als die darunter bzw. darüber angeordnete erste bzw. zweite isolie­ rende Schicht geätzt werden. Die Ätzstopschicht muß außerdem elektrisch isolierend sein, da andernfalls benachbarte Lei­ terbahnen durch die Ätzstopschicht kurzgeschlossen werden.

Erfindungsgemäß wird die Ätzstopschicht zu Beginn des Verfah­ rens aufgebracht, nämlich noch vor der Aufbringung und Struk­ turierung der Maskenschicht. Die Ätzstopschicht wird auf die erste isolierende Schicht aufgebracht, in die die Leiterbah­ nen eingebettet werden sollen. Die Ätzstopschicht wird zusam­ men mit der ersten isolierenden Schicht strukturiert, d. h. die geätzten Gräben für die Leiterbahnen werden zuerst in die Ätzstopschicht und dann tiefer in die erste isolierende Schicht geätzt. Die Gräben ragen mit ihren Seitenwänden daher bis an die Oberseite der Ätzstopschicht; auf dieser Höhe wird sich später auch die Oberseite der Leiterbahnen befinden.

Die erfindungsgemäße Aufbringung der Ätzstopschicht direkt auf die die Gräben einbettende untere isolierende Schicht führt dazu, daß die Ätzstopschicht sich genau dort befindet, wo die Kontaktlöcher unerwünscht sind, nämlich in den Zwi­ schenräumen zwischen den Leiterbahnen. Trifft nun ein Kon­ taktloch auf einen solchen Zwischenbereich, in dem die untere isolierende Schicht durch die Ätzstopschicht bedeckt ist, so kann sich das Kontaktloch nicht weiter nach unten ausbreiten. Es kann somit nicht in den Zwischenraum zwischen benachbarten Leiterbahnen eindringen und später einen Kurzschluß in der integrierten Schaltung verursachen. Während der Zeit, in der der Ätzprozeß für die Kontaktlochätzung nach Erreichen der Unterseite der zu durchdringenden oberen isolierenden Schicht fortgesetzt wird, kann sich das Kontaktloch allenfalls auf der Leiterbahn vergrößern und einen Teil der Ätzstopschicht ätzen, jedoch nicht in die untere isolierende Schicht unter­ halb der Ätzstopschicht eindringen. Es genügt daher eine sehr dünne Ätzstopschicht, die gegen das Ätzmittel resistent ist, an dem oberen Rand der Leiterbahnen, um ein Eindringen des Kontaktlochs in den Zwischenraum auszuschließen.

Erfindungsgemäß wird die Ätzstopschicht vor der Ausbildung der Leiterbahnen aufgebracht und in denjenigen Bereichen, in denen die Leiterbahnen gefertigt werden, wieder durchbrochen, d. h. entfernt. Dadurch kann die spätere Kontaktlochätzung in einem einzigen Ätzschritt durchgeführt werden, weil die Ätz­ stopschicht nicht auf den Leiterbahnen selbst liegt, sondern nur in deren Zwischenräumen. Daher braucht nur die zweite isolierende Schicht durch die Kontaktlochätzung durchbrochen zu werden. Wenn die Ätzstopschicht erst nach der Fertigstel­ lung der Leiterbahnen abgeschieden würde, befände sie sich auch auf den Leiterbahnen und müßte durch einen zusätzliches Ätzmittel separat geätzt werden. Hierbei müßte die Kontakt­ lochätzung als zweistufiger Ätzprozeß durchgeführt werden, da zwei Schichten aus verschiedenen Materialien - die zweite isolierende Schicht und die Ätzstopschicht - in der Regel auch verschiedene Ätzmittel erfordern.

Die Ausbildung der Ätzstopschicht ausschließlich zwischen den Leiterbahnen hat noch den weiteren Vorteil, daß kapazitive Kopplungen zwischen Leiterbahnen übereinanderliegender Lei­ terbahnebenen vermieden werden. Ätzstopschichten sind meist Hartmaskenschichten aus einem Material, das eine höhere Di­ elektrizitätskonstante besitzt als beispielsweise ein Oxid, welches in der Regel als isolierende Schicht oberhalb und un­ terhalb von Leiterbahnen eingesetzt wird. Würde die Ätz­ stopschicht auch auf die Leiterbahnen aufgebracht, so würde in Richtung höher gelegener Leiterbahnen ein parasitärer Kon­ densator ausgebildet, dessen Kapazität etwas höher ist als diejenige der Oxidschicht allein. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Ätzstopschicht ausschließlich zwischen benach­ barten Leiterbahnen innerhalb einer Leiterbahnebene tritt diese erhöhte Kapazität zu höher gelegenen Metallisierungse­ benen nicht auf.

Vorzugsweise wird die Ätzstopschicht (3) direkt auf die erste isolierende Schicht (2) aufgebracht. Jedoch können weitere Schichten dazwischen vorgesehen sein, etwa Diffusionsbarrie­ ren.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß eine Ätzstopschicht aus ei­ nem nitridhaltigen Material aufgebracht wird. Nitridhaltige Verbindungen eignen sich sehr gut als Ätzstopschicht bei der für die Kontaktlochbildung üblicherweise eingesetzten Oxid­ ätzung. Die Selektivität eines Oxidätzprozesses zu einer ni­ tridhaltigen Schicht ist in der Regel sehr groß, so daß der Ätzprozeß auch bei längerer Ätzdauer die Ätzstopschicht nicht angreift.

Insbesondere ist vorgesehen, daß eine Ätzstopschicht aus ei­ nem Nitrid, vorzugsweise aus Siliziumnitrid, oder alternativ eine Ätzstopschicht aus einem Oxinitrid, vorzugsweise Silizi­ umoxinitrid, aufgebracht wird. Siliziumnitrid und Siliziu­ moxinitrid sind gängige Materialien mit gut erforschten Ei­ genschaften in Verbindung mit benachbarten Oxidschichten. Da­ durch läßt sich die Ätzstopschicht leicht in den Herstel­ lungsprozeß integrieren.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das leitfähi­ ge Material in Schritt e) durch chemischmechanisches Polie­ ren entfernt wird und die Ätzstopschicht während des Polie­ rens als Polierstopschicht eingesetzt wird. Hierdurch erhält die erfindungsgemäße Ätzstopschicht die zweite Funktion, die chemisch-mechanische Polierung in geeigneter Poliertiefe au­ tomatisch abzubrechen. Vor allem nitridhaltige Materialien eignen sich auch bei der Polierung zur Entfernung des Leiter­ bahnmetalls als Planarisierungsstopschicht. Dadurch kann der Polierprozeß auch über die erforderliche Zeitdauer hinaus et­ was länger durchgeführt werden, ohne die Leiterbahnen selbst anzugreifen.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß bei der Grabenätzung in Schritt c) mit Hilfe der strukturierten Maskenschicht nur die Ätzstopschicht bis zur ersten isolie­ renden Schicht geätzt wird und nach Entfernen der Masken­ schicht die erste isolierende Schicht mit Hilfe der Ätz­ stopschicht als Hartmaske geätzt wird.

Danach wird die Ätzstopschicht mit Hilfe der strukturierten Maskenschicht zu einer Hartmaske für die Grabenätzung struk­ turiert und verbleibt nach der Grabenätzung (Schritt c)) auf dem Substrat als Ätzstopschicht für die spätere Kontakt­ lochätzung (Schritt g)). Dementsprechend erhält die Ätz­ stopschicht in diesem Verfahrensschritt eine dritte Funktion. Bei der anfänglichen Strukturierung einer Maskenschicht, durch deren Öffnungen die Lage der Leiterbahnen vorgegeben wird, kann erst eine Hartmaske aufgebracht und durch die Lackmaske strukturiert werden, bevor die erste isolierende Schicht mit Hilfe der Hartmaske geätzt werden kann. Dies hat den Grund, daß die Lackmaske trotz ihrer viel größeren Dicke im Vergleich zur Hartmaske zu stark angegriffen wird, d. h. verbraucht wird, um tiefere Ätzungen in beispielsweise einem Oxid durchführen zu können. In der Regel wird daher eine Hartmaske eingesetzt, die nach der Ätzung des Oxids selbst wieder entfernt wird.

Wenn jedoch die Ätzstopschicht selbst als Hartmaske verwendet wird, ist eine eigene Hartmaskenschicht nicht mehr erforder­ lich. Damit entfallen Prozeßschritte für deren Auftragung und Entfernung. Die Ätzstopschicht kann nach der Durchführung der Grabenätzung auf dem Substrat verbleiben, um erfindungsgemäß die Ausbildung von Kontaktlochspitzen zwischen den Leiterbah­ nen zu verhindern.

Die Ätzstopschicht kann als einzige Maske eingesetzt werden oder aber zusätzlich zu einer weiteren Maske, etwa einer ARC- Schicht (Anti-Reflective Layer), eingesetzt werden. Eine ARC- Schicht dient zur Verminderung von Reflexionen innerhalb ei­ ner Lackmaskenschicht bei deren Belichtung. Wird die zwischen der Ätzstopschicht und der Lackmaskenschicht angeordnete ARC- Schicht gemeinsam mit der Lackmaske strukturiert und danach die Lackmaske entfernt, kann die ARC-Schicht, beispielsweise eine Schicht aus einem organischen Schichtmaterial, wiederum zur Strukturierung der Ätzstopschicht verwendet werden. Auf­ grund der viel geringeren Schichtdicke der ARC-Schicht im Vergleich zur Lackschicht kann die Ätzstopschicht noch maßge­ nauer strukturiert werden, wodurch bei der eigentlichen Gra­ benätzung die Leiterbahnen präziser geformt werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Ätz­ stopschicht in Schritt b) selbst als ARC-Schicht (Anti- Reflective Layer) zur besseren Strukturierung der Masken­ schicht eingesetzt wird. In diesem Fall wird über der Ätz­ stopschicht keine eigene ARC-Schicht verwendet, sondern die Ätzstopschicht selbst wird mit einer solchen Dicke abgeschie­ den, daß sie bei der Lackmaskenätzung Reflexionen an ihrer Oberseite minimiert. Für das übrige Verfahren ist die genaue Dicke der Ätzstopschicht, sofern diese nur ausreichend dünn ist, ohne Bedeutung, so daß die Schichtdicke der Ätz­ stopschicht zur Reflexminimierung bei der Lackmaskenätzung angepaßt werden kann.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Ätzstopschicht mit einer Dicke zwischen 3 und 30 nm abgeschieden wird. Die Schichtdic­ ke wird innerhalb dieses Bereichs aufgrund der Anforderungen der Kontaktlochätzung, des Poliervorgangs und der lithogra­ phischen Maskenstrukturierung optimiert.

Schließlich ist vorgesehen, daß das Kontaktloch mit einem Me­ tall, vorzugsweise mit Wolfram gefüllt wird. Die elektrisch leitfähige Kontaktlochfüllung trifft bei seitlichem Versatz gegenüber der Leiterbahn auf die Ätzstopschicht, die selbst aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Kurz­ schlüsse zwischen benachbarten Leiterbahnen können aufgrund der Ätzstopschicht nicht entstehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei der ein­ gangs beschriebenen integrierten Halbleiterschaltung dadurch gelöst, daß zwischen der ersten und der zweiten Schicht eine Schicht aus einem anderen elektrisch isolierenden Material vorgesehen ist, wobei die Schicht dünner ist als die Leiter­ bahnen, unterhalb der Oberseiten der Leiterbahnen angeordnet ist und lateral ausschließlich zwischen den Leiterbahnen ver­ läuft.

Durch die zwischen den Leiterbahnen angeordnete Ätzstop­ schicht sind Kontaktlochfüllungen in jedem Fall nur bis in Höhe der Oberseiten der Leiterbahnen ausgebildet, die sie kontaktieren sollen. Auch bei einem seitlichen Versatz der Kontaktfüllungen gegenüber den Leiterbahnen erstrecken sich die Kontaktlochfüllungen nicht tiefer als die Oberseite einer Leiterbahn, da seitlich von ihr die Ätzstopschicht das Kon­ taktloch nach unten hin begrenzt. Da die dünne Schicht aus einem anderen Material besteht als die erste isolierende Schicht, kann sie durch einen Ätzprozeß nicht gleichzeitig mit der zweiten isolierenden Schicht entfernt werden, da die üblicherweise eingesetzte Trockenätzung mit Hilfe reaktiver Ionen meist selektiv bestimmte Materialien ätzt. Daher bildet sich das Kontaktloch und damit die Kontaktlochfüllung nur bis zu dieser dünnen Zwischenschicht aus; Kurzschlüsse in der in­ tegrierten Halbleiterschaltung können bei der erfindungsgemä­ ßen Bauweise nicht entstehen. Die Grenze für die Tiefen­ erstreckung der Kontaktlöcher ist durch die Ebene gegeben, die gemeinsam durch die Oberseiten der Leiterbahnen und der Ätzstopschicht gebildet wird.

Die erfindungsgemäße integrierte Halbleiterschaltung wird vor­ zugsweise nach einem Verfahren der vorgenannten Ausführungs­ arten hergestellt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1A bis 1C und 2A bis 2F beschrieben. Es zeigen:

die Fig. 1A bis 1C Ausschnitte einer Metallisierungse­ bene einer integrierten Halbleiterschaltung mit verschieden großen lateralen Versetzungen eines Kontaktlochs gegenüber Leiterbahnen und

die Fig. 2A bis 2F eine integrierte Halbleiterschaltung in verschiedenen Schritten des erfindungsgemäßen Herstel­ lungsverfahrens.

Fig. 1A zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Metallisie­ rungsebene, die sich auf einem Substrat 1 mit einer inte­ grierten Halbleiterschaltung befindet. In eine untere Oxid­ schicht 2 sind Leiterbahnen 15 eingelassen, von denen in Fig. 1A nur eine einzige dargestellt ist. Die Leiterbahn ist auch an den Seiten von der Oxidschicht 2 umgeben; sie wurde nachträglich in eine zuerst ausgebildete Grabenöffnung der Schicht 2 eingebracht. Dieses Einbettungsverfahren von Lei­ terbahnen wird als Damascene-Verfahren bezeichnet. Eine sol­ che Damascene-Ebene braucht nur noch mit einer weiteren Oxid­ schicht 4 bedeckt zu werden und stellenweise über den Leiter­ bahnen 15 kontaktiert zu werden. Dazu dienen Kontakte 5, die im Idealfall, wie in Fig. 1A abgebildet, zentral auf den Leiterbahnquerschnitt 15 angeordnet sind. Über sie wird die Leiterbahn mit höher gelegenen Leiterbahnen oberhalb der Schicht 4 verbunden.

Fig. 1B zeigt die häufig auftretende Situation von Lagefeh­ lern der Kontakte 5 zu Leiterbahnen 15, wenn Maskenstrukturen bei der Belichtung der unteren Oxidschicht 2 und der oberen Oxidschicht 4 mit einem gewissen lateralen Versatz zueinander strukturiert worden sind. Infolge dieser Versetzung landet der Kontakt 5 nicht auf der Leiterbahn 15, sondern seitlich versetzt zu ihr. Dies ist unproblematisch, solange die Lei­ terbahn 15 noch über eine ausreichende Kontaktfläche mit dem Kontakt verbunden wird und keine benachbarten Leiterbahnen ebenfalls durch denselben Kontakt berührt werden.

Häufig kommt es jedoch gerade durch Kontakte 5, die - wie in Fig. 1C dargestellt - zwei benachbarte Leiterbahnen 15a und 15b gleichzeitig kontaktieren, zu Kurzschlüssen durch den seitlich versetzt eingebrachten Kontakt 5. In Fig. 1C ist der Abstand zwischen den Leiterbahnen 15a und 15b übertrieben eng dargestellt. Der durch das Oxid 2 gefüllte Zwischenraum zwischen den Leiterbahnen wird durch den Kontakt 5, d. h. durch ein elektrisch leitendes Material ersetzt, was in dem umgrenzten Bereich 25 - am ehesten an der Oberkante der Lei­ terbahn 15b - zu Kurzschlüssen führt.

Die räumliche Nähe seitlich versetzter Kontakte zu benachbar­ ten Leiterbahnen 15b, die eigentlich nicht durch diesen Kon­ takt kontaktiert werden sollen, entsteht auch durch die Not­ wendigkeit, die Kontaktlochätzung stets etwas länger durchzu­ führen, als zur Erreichung der Oberseiten der Kontakte erfor­ derlich. Die verlängerte Dauer des entsprechenden Ätzprozes­ ses zur Ausbildung von Kontaktlöchern für die Kontakte 5 ist erforderlich, um die Oberseiten der Leiterbahnen sicher zu kontaktieren, und wird herkömmlich auch dazu verwandt, um bei einem seitlichen Versatz die zu kontaktierende Leiterbahn 15a auch von einer Seitenwand her zu kontaktieren. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen Kontakt 5 und Leiterbahn 15a ver­ größert. Dadurch erhöht sich jedoch auch die Gefahr von Kurz­ schlüssen zu benachbarten Leiterbahnen 15b an deren Oberkan­ ten 25.

Um dieses Problem zu lösen, wird das erfindungsgemäße Verfah­ ren vorgeschlagen, das beispielhaft anhand der Fig. 2A bis 2F dargestellt ist. Auf einem Halbleitersubstrat 1, das eine integrierte Schaltung mit einer ersten Oxidschicht 2 auf­ weist, wird eine Ätzstopschicht 3 aufgebracht, die erfin­ dungsgemäß in Fig. 2F zur Tiefenbegrenzung von Kontaktöff­ nungen 5 eingesetzt wird. Die Ätzstopschicht 3 wird in Fig. 2A mit einer Maskenschicht 6 bedeckt, die in bereits struktu­ riertem Zustand dargestellt ist, in dem sich bereits Masken­ öffnungen am Ort der zu strukturierenden Leiterbahngräben des Damascene-Verfahrens herzustellen sind. Fakultativ kann zwi­ schen der Ätzstopschicht 3 und der Maskenschicht 6 eine wei­ ter Schicht 7 als ARC-Schicht (Anti-Reflective Layer) befin­ den, mit deren Hilfe Reflexionen bei der Maskenbelichtung verhindert werden. In Fig. 2A ist die Maske schon struktu­ riert, so daß durch die Maskenöffnungen die ARC-Schicht 7 strukturiert werden kann. Danach wird die Maskenschicht 6 entfernt, so daß die in Fig. 2B dargestellte Struktur ent­ steht. Die Schicht 7 kann nun für eine noch präzisere Struk­ turierung der Ätzstopschicht 3 verwendet werden, da die Schicht 7 dünner ist als die Maskenschicht 6 und sich das Ätzprofil somit maßgenauer auf die darunterliegende Schicht überträgt.

Wird keine ARC-Schicht 7 verwendet, so wird bei der in Fig. 2A dargestellten Struktur die Ätzstopschicht 3 direkt mit Hilfe der Maskenschicht 6 geätzt und entsprechend zu Fig. 2B anschließend die Oxidschicht 2 mit Hilfe der strukturierten Ätzstopschicht 3. Die Maskenschicht und die eventuell einge­ setzte ARC-Schicht 7 werden entfernt, so daß die in Fig. 2C dargestellte strukturierte Ätzstopschicht 3 zur Strukturie­ rung der Leiterbahngräben 10 in die Oxidschicht 2 eingesetzt werden kann. In Fig. 2C sind bereits die fertig ausgebilde­ ten Grabenöffnungen 10 dargestellt; das unterhalb der gestri­ chelten Linien zunächst vorhandene Oxid wurde bereits durch die Grabenätzung entfernt. Die Aufbringung der Maskenschicht 3 zu Anfang des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Ätzung der Grabenöffnungen 10 auch durch die Schicht 3 hindurch, wie in Fig. 2C dargestellt, ist erforderlich, wenn sich die Ätz­ stopschicht 3 während der Kontaktlochätzung in Fig. 2F, in der sie erst als Ätzstopschicht eingesetzt wird, ausschließ­ lich zwischen den Leiterbahnen 15, nicht jedoch über ihnen befinden soll.

Zusätzlich können jedoch, wie anhand der Fig. 2A bis 2C erläutert, die Leiterbahngräben präziser strukturiert werden, wenn die Ätzstopschicht 3 zusätzlich als Maske unmittelbar bei der Ätzung in das Oxid 2 verwendet wird.

Auf die in Fig. 2C dargestellte Struktur wird das für die Leiterbahn bestimmte Material abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt dabei in einer ausreichenden Dicke, um sowohl die Gräben 10 zu füllen, als auch über der Schicht 3 eine zusam­ menhängende Schicht des Leiterbahnmaterials zu bilden, wie in Fig. 2D dargestellt. Das Leiterbahnmaterial 11 befindet sich oberhalb der Grenzfläche 13, die die Höhe der Oberkante der späteren Leiterbahnen über die Oberseite der Schicht 3 fest­ legt, eine zusammenhängende Schicht 12 bildet. Diese wird nach dem Auffüllen der Gräben chemisch-mechanisch zurückpo­ liert bis auf die Schicht 3, d. h. bis auf die Ätz­ stopschicht.

Wird die in Fig. 2D dargestellte Struktur durch einen che­ misch-mechanischen Poliergang zurückpoliert, so erhält die erfindungsgemäß in Fig. 2F eingesetzte Ätzstopschicht 3 be­ reits hier eine zusätzliche Funktion als Polierstopschicht.

Der Poliervorgang erfolgt, wie in Fig. 2D dargestellt, mit Hilfe eines Polierpads, das gegen die Halbleiterschaltung 1 gedrückt wird und unter dem Einfluß chemischer Substanzen, die das Leitermaterial 12 oberhalb der Leiterbahnen angrei­ fen, unter Druck mechanisch in Richtung des Doppelpfeils über die Oberfläche der Schicht 12 bewegt wird. Bei diesem Polier­ vorgang wird die Schicht 12 mechanisch und chemisch abgetra­ gen, bis die gegen das bei diesem Poliervorgang eingesetzte Ätzmittel resistente Ätzstopschicht 3 erreicht ist. Sobald die Abtragung der Schicht 12 die Grenzfläche 13 zur Schicht 3, der Ätzstopschicht, erreicht, findet keine weitere Abtra­ gung mehr statt, da die Ätzstopschicht 3 hier als Polier­ stopschicht das weitere Eindringen des Polierpads 16 in das Halbleitersubstrat 1 hinein verhindert. Hierdurch wird die Oberseite der Leiterbahnen 15 festgelegt.

Das Erreichen des Endpunkts des Poliervorgangs, d. h. das Auftreffen des Polierpads 16 auf die Polierstopschicht 3 kann durch eine Endpunkterkennung, die die Erwärmung des Polier­ pads beim Erreichen der Ätzstopschicht ausnutzt, thermisch festgestellt werden.

Die nach der Polierung erhaltende Struktur ist in Fig. 2E dargestellt. Auf ihr bilden die Oberseite der Schicht 3 und der Leiterbahnen 15 eine gemeinsame Ebene. Wird nun auf diese Struktur eine weitere Oxidschicht 4 abgeschieden und diese dann durch ein Kontaktloch 5 lokal bis zur Ebene 13 durchbro­ chen, wie in Fig. 2F dargestellt, so begrenzt die Schicht 3 erfindungsgemäß als Ätzstopschicht die Tiefe des Kontaktlochs 5, so daß dieses bei einem seitlichen Versatz gegenüber einer Leiterbahn 15 nicht mehr in das erste Oxid 2 eindringen kann. Es endet statt dessen auf gleicher Höhe wie die Leiterbahn­ oberseite auf der Oberseite der Ätzstopschicht 3 und führt daher auch bei einem seitlichen Versatz über das in der Zeichnung dargestellte Maß hinaus nicht zu Kurzschlüssen zu benachbarten Leiterbahnen, sofern es nicht unmittelbar auf der falschen Leiterbahn mündet. Aufgrund der Breite des Kon­ taktlochs 5 kann es jedoch - sofern es nicht tiefer in das Oxid 2 in den Zwischenräumen eindringt - stets nur eine ein­ zige Leiterbahn gleichzeitig kontaktieren. Das Eindringen in die Zwischenräume zwischen benachbarten Leiterbahnen aber wird gerade durch die erfindungsgemäße Ätzstopschicht 3 ver­ hindert, wodurch die Gefahr von Kurzschlüssen unterbunden wird. Die Ätzstopschicht 3 ist gegen ein Ätzmittel 8 resi­ stent, d. h. wird nur mit sehr geringer Ätzrate geätzt, so daß das Kontaktloch 5 sich nicht nach unten ausdehnen kann.

In den Figuren sind unterhalb der Ätzstopschicht Leiterbahnen 15 und oberhalb der Ätzstopschicht Kontaktlöcher 5 darge­ stell, die jeweils einfache, rechteckförmige Querschnitte be­ sitzen. Jedoch können sowohl die unteren Strukturen 15 als auch die oberen Strukturen 5 eine Dual-Damascene-Strukturen sein, d. h. Ätzstrukturen, die die Konturen sowohl von Leiter­ bahnen als auch von Kontaktlöchern in sich vereinigen. So kann etwa der Graben 15 in seinem Grabenboden stellenweise tiefere Ausnehmungen der unteren Oxidschicht 2 aufweisen, die zur Kontaktierung tieferliegender Leiterbahnebenen dienen. Eine solche Ätzstruktur wird in zwei Ätzschritten herge­ stellt. Entweder werden in den Grabenboden nachträglich noch tiefere Kontaktlochenden geätzt, oder es werden zuerst Kon­ taktlöcher geringer Breite geätzt und nachher diese durch ei­ ne Grabenätzung bis zu einer mittleren Ätztiefe verbunden.

In gleicher Weise können die oberen Strukturen 5 Dual- Damascene-Strukturen sein, d. h. im oberen Bereich der Kon­ taktlöcher 5 können Grabenöffnungen größeren Querschnitts, aber geringerer Tiefe ausgebildet sein.

Die Ausbildung der zu ätzenden Strukturen 15 und 5 hat keine Auswirkung auf die erfindungsgemäße Ausbildung der Ätz­ stopschicht zwischen den unteren Ätzstrukturen 15 und den oberen Ätzstrukturen 5.

Die fertige integrierte Halbleiterschaltung 20 ist daran zu erkennen, daß die als Ätzstopschicht, vorzugsweise auch als Polierstopschicht und/oder als Hartmaskenschicht eingesetzte Schicht 3 die Oxidschichten 2 und 4 von einander trennt, und zwar in einer solchen Höhe, bei der die Schicht 3 nicht über die Oberseiten der Leiterbahnen 15 hinausragt. Die dünne Schicht 3 verläuft daher direkt unterhalb der durch die Ober­ seiten der Leiterbahnen 15 und erstreckt sich lateral aus­ schließlich in denjenigen Flächenbereichen, in denen keine Leiterbahnen vorhanden sind. Durch die Schicht 3 werden daher nur die Zwischenräume der unteren Oxidschicht 2 oberflächlich bedeckt.

Im Falle von Nitridschichten, beispielsweise Siliziumnitrid oder Siliziumoxidnitrid, als Ätzstopschicht hat den weiteren Vorteil, daß kapazitiver Kopplungen zu höherliegenden Leiter­ bahnebenen vermieden werden, da die Ätzstopschicht erfin­ dungsgemäß nur zwischen den Leiterbahnen, nicht aber über ih­ nen eingebracht wird. Nitride besitzen gegenüber einem Oxid, eine geringere Dielektrizitätskonstante. Gegenüber einem Oxid mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 3.9, das meist für isolierende Schichten 2, 4 eingesetzt wird, haben Nitride und Oxidnitride eine Dielektrizitätskonstante zwischen 4 und 7 und würden daher kapazitive Kopplungen zu den nächsthöheren Leiterbahnen verstärken.

Durch die erfindungsgemäße Abscheidung und Anordnung der Ätz­ stopschicht 3 wird auch ein Kurzschluß zwischen in einer Ebe­ ne liegenden benachbarten Leiterbahnen 15 vermieden. Zusätz­ lich kann die Ätzstopschicht 3, wie bereits erläutert, als Polierstopschicht und als Hartmaske eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Halbleitersubstrat

2

erste elektrisch isolierende Schicht

3

Ätzstopschicht

4

zweite elektrisch isolierende Schicht

5

Kontaktloch

6

strukturierte Maskenschicht

7

ARC-Schicht

8

Ätzmittel

10

Graben

11

leitfähiges Material

12

zusammenhängende leitfähige Schicht

13

Grabenoberkante

15

isolierte Leiterbahn

15

a erste Leiterbahn

15

b zweite Leiterbahn

16

Polierpad

20

integrierte Halbleiterschaltung

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Halbleiter­ schaltung (20) mit einer Leiterbahnebene, wobei das Verfahren die folgende Reihenfolge von Schritten aufweist:

• a) Erzeugen einer ersten elektrisch isolierenden Schicht (2) auf einem Halbleitersubstrat (1),
• b) Aufbringen und Strukturieren einer Maskenschicht (6),
• c) Ätzen von Gräben (10) in die erste isolierende Schicht (2),
• d) Abscheiden eines elektrisch leitfähigen Materials (11), wobei die Gräben (10) gefüllt werden und das leitfähige Material (11) über den Gräben (10) eine zusammenhängende Schicht (12) bildet,
• e) Entfernen des leitfähigen Materials (11) bis zu den Ober­ kanten (13) der Gräben (10), so daß in den Gräben getrenn­ te Leiterbahnen (15) entstehen,
• f) Abscheiden einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht (4) und
• g) Durchführen eines Ätzprozesses, bei dem mit Hilfe eines Ätzmittels (8) ein Kontaktloch (5) zum Kontaktieren einer Leiterbahn (15) geätzt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß
vor dem Aufbringen der Maskenschicht (6) (Schritt b)) eine Ätzstopschicht (3) aus einem elektrisch isolierenden Materi­ al, welches durch das Ätzmittel (8) langsamer geätzt wird als die erste (2) und die zweite elektrisch isolierende Schicht (4), aufgebracht wird, so daß der Graben (10) durch die Ätz­ stopschicht (3) hindurch geätzt wird und sich bis zur Ober­ seite (13) der Ätzstopschicht (3) erstreckt, und
daß der Ätzprozeß für die Kontaktlochätzung nach Erreichen der Leiterbahnen (15) und der Ätzstopschicht (3) beendet wird, bevor die Ätzstopschicht (3) durch das Ätzmittel (8) rückgegeätzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzstopschicht (3) direkt auf die erste isolierende Schicht (2) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ätzstopschicht (3) aus einem nitridhaltigen Material aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ätzstopschicht (3) aus einem Nitrid, vorzugsweise aus Siliziumnitrid, aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ätzstopschicht (3) aus einem Oxinitrid, vorzugsweise aus Siliziumoxinitrid aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material (11) in Schritt e) durch chemisch­ mechanisches Polieren entfernt wird und die Ätzstopschicht (3) während des Polierens als Polierstopschicht eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Grabenätzung (Schritt c)) mit Hilfe der strukturier­ ten Maskenschicht (6) nur die Ätzstopschicht (3) bis zur er­ sten isolierenden Schicht (2) geätzt wird und nach Entfernen der Maskenschicht die erste isolierende Schicht (2) mit Hilfe der Ätzstopschicht (3) als Hartmaske geätzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzstopschicht (3) als ARC-Schicht (Anti-Reflective Lay­ er) zur besseren Strukturierung der Maskenschicht in Schritt b) ausgebildet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzstopschicht (3) in einer Dicke zwischen 3 und 30 nm abgeschieden wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktloch (5) mit einem Metall, vorzugsweise mit Wolf­ ram gefüllt wird.

11. Integrierte Halbleiterschaltung (20) mit einer Leiterbah­ nebene, wobei die Halbleiterschaltung Leiterbahnen (15), die nach dem Damascene-Verfahren in eine erste Schicht (2) aus einem elektrisch isolierenden Material eingelassen sind, und oberhalb der Leiterbahnen (15) und der ersten Schicht (2) ei­ ne zweite Schicht (4) aus einem elektrisch isolierenden Mate­ rial aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten (2) und der zweiten Schicht (2) eine Schicht (3) aus einem anderen elektrisch isolierenden Materi­ al vorgesehen ist, wobei die Schicht (3) dünner ist als die Leiterbahnen (15), unterhalb der Oberseiten (13) der Leiter­ bahnen (15) angeordnet ist und lateral ausschließlich zwi­ schen den Leiterbahnen (15) verläuft.

12. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 11, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.