DE10327618A1 - Verfahren zur Ausbildung von Aluminiummetallverdrahtungen - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Aluminiumverdrahtung selektiv innerhalb eines Kontaktloches oder -nut eines Substrats ausgebildet. Eine Zwischenschicht, die Stickstoff enthält, wird über der Hauptoberfläche eines Substrats und über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut ausgebildet. Ein erster Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht, der über der Hauptoberfläche des Substrats gelegen ist, wird mit einem Plasma behandelt, um eine Passivierungsschicht an dem ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht auszubilden. Dann wird ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung ein Aluminiumfilm mit Hilfe des CVD-Verfahrens lediglich über einen zweiten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht niedergeschlagen, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -ausnehmung gelegen ist. Die Plasmabehandlung des ersten Oberflächenabschnitts der Zwischenschicht verhindert ein CVD-Niederschlagen eines Aluminiumfilmes über dem ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht.

Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtungen und die Erfindung betrifft spezieller Verfahren zur Ausbildung von Metallverdrahtungen von integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtungen.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Die richtige Ausbildung von Metallverdrahtungen stellt einen zunehmend an Bedeutung gewinnenden Aspekt bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen dar. Der Widerstand der Metallverdrahtungen sollte so niedrig wie möglich sein, um einen schnellen Übergang von elektrischen Signalen zuzulassen. Jedoch muß der Schaltungskonstrukteur einen Ausgleich finden zwischen einem niedrigen Widerstand gegenüber wirtschaftlichen Wirkungsgraden und der Zuverlässigkeit der Vorrichtung. In dieser Hinsicht wird Aluminium als begünstigtes Material betrachtet, um eine zuverlässige Verdrahtung mit niedrigem Widerstand bei relativ niedrigen Kosten zu erreichen und es wurde demzufolge Aluminium weit verbreitet bei der Ausbildung der Metallverdrahtungen von Halbleitervorrichtungen verwendet.
  • In der Zwischenzeit hat die Breite und die Dicke der Metallverdrahtungen mit zunehmendem Integrationsgrad der Komponenten der Halbleitervorrichtungen, abgenommen. Zusätzlich wurden Kontaktlöcher und Ausnehmungen, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden und auch Isolierschichten kleiner und kleiner, was zu erhöhten Seitenverhältnissen geführt hat. Die Entwicklung der Techniken zum zuverlässigen und vollständigen Ausfüllen der Löcher mit zunehmenden Seiten- oder Längenverhältnissen wurde somit zu einem signifikanten Faktor in Verbindung mit der Fähigkeit die Vorrichtungsintegration noch weiter zu erhöhen.
  • Al-CVD (chemisches Aluminiumniederschlagsverfahren) stellt eine Technik dar, die dazu verwendet wird, um Kontaktlöcher und Ausnehmungen mit einem Aluminiummaterial mit niedrigem Widerstand zu füllen. Die Al-CVD Prozesse werden in zwei Typen klassifiziert, d.h. in Bedeckung-Al-Niederschlagsprozesse und Selektiv-Al-Niederschlagsprozesse. Bei den Bedeckung-Al-Niederschlagsprozessen wird Aluminium auf der gesamten Oberfläche des Wafers niedergeschlagen, um dadurch die Kontaktlöcher auszufüllen. Dieser Prozeß basiert zum Teil auf den günstigen Stufenabdeck-Eigenschaften von Aluminium. Wenn jedoch Aluminium in einer bestimmten Dicke niedergeschlagen wird, kann eine Waferoberflächenrauhigkeit auftreten und das Ausfüllen von kleinen Kontaktlöchern wird schwierig und zwar aufgrund der Ausbildung von Leerstellen innerhalb der Löcher.
  • Auf der anderen Seite wird bei den Selektiv-Al-Niederschlagsprozessen Aluminium selektiv niedergeschlagen und zwar unter Anwendung einer Differenz in den Wachstumsrate-Eigenschaften zwischen dem Wachstum auf einer isolierenden Schicht und dem Wachstum auf einer leitenden Schicht. Diese Technik ist im allgemeinen in einem Fall unvermeidbar, bei welchem eine Bedeckungs-Metallsperrschicht niedergeschlagen wird, bevor Aluminium niedergeschlagen wird, um die Reaktion der Aluminiumatome des Aluminiums mit den Siliziumatomen des darunterliegenden Substrats zu unterdrücken. Das Vorhandensein dieser Bedeckung-Sperr-Metallschicht verhindert die selektive Ausbildung der Metallverbindung lediglich in den Kontaktlöchern unter Verwendung des Selektiv-Al-Niederschlagsprozesses.
  • Ein bevorzugtes Metallniederschlagsverfahren (PMD) zum Ausbilden von Metallverbindungen bei Vorhandensein von Sperrmetallschichten ist in dem allgemein zugeordneten US-Patent Nr. 6,376,35, ausgegeben am 23. April 2002, beschrieben, dessen Inhalte hier unter Bezugnahme voll mit einbezogen werden.
  • Um zu Anfang auf 1(a) einzugehen, so ist eine Ausführungsform des PMD Prozesses teilweise gekennzeichnet durch das Niederschlagen eines TiN/Ti-Films 102 auf einer oberen Oberfläche einer dielektrischen Schicht 100 und an einer inneren Oberfläche eines Kontaktloches 104, welches in der dielektrischen Schicht 100 ausgebildet ist. Das Bezugszeichen 102a bezeichnet einen Ti-Film und das Bezugszeichen 102b bezeichnet einen TiN-Film. Es wird dann weiter gemäß 1(a) eine Metallschicht 106 über der oberen Oberfläche von lediglich den TiN/Ti-Film 102 ausgebildet. Beispiele für die Materialschicht 106 umfassen Aluminium, Titan oder Tantal. Es wird dann die resultierende Struktur mit der Materialschicht 106 Luft oder einem Sauerstoffplasma ausgesetzt, wodurch die Materialschicht 106 wenigstens teilweise oxidiert wird, um eine Anti-Kristallkeimschicht (ANL) 108 auszubilden, wie in 1(b) gezeigt ist. Beispiele für die Schicht ANL 108 umfassen Aluminiumoxid, Titanoxid oder Tantaloxid.
  • Gemäß 1(c) wird die resultierende Struktur mit der Schicht ANL 108 einem Bedeckungs-CVD Verfahren mit Aluminium unterworfen. Es wird jedoch Aluminium nicht über der gesamten Oberfläche der dielektrischen Schicht 100 gemäß dem CVD Verfahren niedergeschlagen und zwar aufgrund des Vorhandenseins der Schicht ANL 108. Vielmehr wird eine Aluminiumschicht 110 selektiv lediglich an der inneren Oberfläche des Kontaktloches 104 ausgebildet.
  • Dann wird, wie in 1(d) gezeigt ist, ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren (PVD) mit Aluminium durchgeführt, gefolgt von einem Rückfluß- oder Rückschwallprozeß, um die Kontaktlöcher in der dielektrischen Schicht vollständig mit Aluminium 112 zu füllen.
  • Die Verwendung des PMD Prozesses zum Füllen der Kontaktlöcher ermöglicht es, daß die Kontaktlöcher große Seitenverhältnisse haben können, wobei die Füllung mit Aluminium erfolgt, indem die günstige Stufenbedeckungseigenschaft von CVD-Al ausgenutzt wird. Ein Nachteil bei dem PMD Prozeß besteht jedoch in der Reduzierung des Durchsatzes, der primär aus der Ausbildung einer Isolierschicht als der Schicht ANL 108 resultiert. Beispielsweise stellt das Niederschlagen der Materialschicht 106 einen zusätzlichen Prozeßschritt dar. Ferner kann in typischer Weise ein Unterdruckbruch auftreten und zwar zu dem Zweck auf natürliche Weise die Metallschicht 106 zu oxidieren, was auch die Verarbeitungszeit erhöht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aluminiumverdrahtung selektiv innerhalb eines Kontaktloches oder einer Nut eines Substrats ausgebildet. Es wird eine Zwischenschicht, die Stickstoff enthält, über der Hauptfläche des Substrats ausgebildet und auch über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder der Nut. Ein erster Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht, die über der Hauptfläche des Substrats gelegen ist, wird mit einem Plasma behandelt, um eine Passivierungsschicht an den ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht auszubilden. Dann wird ohne die Zwischenfügung eines Vakuumbruches ein Aluminiumfilm gemäß dem CVD Verfahren lediglich über einen zweiten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht niedergeschlagen, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder der Ausnehmung gelegen ist. Die Plasmabehandlung des ersten Oberflächenabschnitts der Zwischenschicht verhindert das CVD-Niederschlagen von einem Aluminiumfilm über den ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aluminiumverdrahtung selektiv innerhalb eines Kontaktloches oder Nut eines Substrats ausgebildet. Es wird dann eine Zwischenschicht, die Stickstoff enthält, über der Hauptfläche eines Substrats ausgebildet und auch über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder der Kontaktnut. Ein erster Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht, der über der Hauptfläche des Substrats gelegen ist, wird mit einem Plasma behandelt, um eine Passivierungsschicht an dem ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht auszubilden. Dann wird ohne Zwischenfügung eines Vakuumbruches (vacuum break) ein Aluminiumfilm CVD-mäßig lediglich über einem zweiten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht niedergeschlagen, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder der Ausnehmung gelegen ist. Die Plasmabehandlung des ersten Oberflächenabschnitts der Zwischenschicht verhindert ein CVD-Niederschlagen eines Aluminiumfilmes über den ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht. Dann wird weiter ohne Zwischenfügung eines Vakuumbruches, eine Aluminiumschicht über der Passivierungsschicht und über den Aluminiumfilm ausgebildet, um das Kontaktloch oder -nut zu füllen.
  • Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aluminiumverdrahtung selektiv innerhalb eines Kontaktloches oder einer Nut eines Substrats ausgebildet. Eine erste Zwischenschicht wird über der Hauptfläche eines Substrats und über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut ausgebildet. Dann wird eine zweite Zwischenschicht, die Stickstoff enthält, über der ersten Zwischenschicht ausgebildet. Es wird dann der erste Oberflächenabschnitt der zweiten Zwischenschicht, welcher über der Hauptfläche des Substrats gelegen ist, mit einem Plasma behandelt, um eine Passivierungsschicht an dem ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht auszubilden. Dann wird ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung, ein Aluminiumfilm gemäß dem CVD Verfahren lediglich über einem zweiten Oberflächenabschnitt der zweiten Zwischenschicht niedergeschlagen, welcher über der Innenoberfläche des Kontaktloches oder -ausnehmung gelegen ist. Die Plasmabehandlung des ersten Oberflächenabschnitts der zweiten Zwischenschicht verhindert das CVD-Niederschlagen des Aluminiumfilms über den ersten Oberflächenabschnitt der zweiten Zwischenschicht. Dann wird weiter ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung eine Aluminiumschicht über der Passivierungsschicht und über dem Aluminiumfilm ausgebildet, um dadurch das Kontaktloch oder -nut zu füllen.
  • Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aluminiumverdrahtung selektiv innerhalb eines Kontaktloches oder -nut eines Substrats ausgebildet. Es wird eine Zwischenschicht, die Stickstoff enthält, über der Hauptoberfläche eines Substrats und über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut ausgebildet. Dann wird die Zwischenschicht teilweise geätzt, um eine teilweise geätzte Zwischenschicht zu erzielen. Ein erster Oberflächenabschnitt der teilweise geätzten Zwischenschicht, der über der Hauptoberfläche des Substrats gelegen ist, wird mit einem Plasma behandelt, um eine Passivierungsschicht an dem ersten Flächenabschnitt der teilweise geätzten Zwischenschicht auszubilden. Dann wird ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung, ein Aluminiumfilm gemäß dem CVD Verfahren lediglich über einen zweiten Oberflächenabschnitt der teilweise geätzten Zwischenschicht niedergeschlagen, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -ausnehmung gelegen ist. Die Plasmabehandlung des ersten Oberflächenabschnitts der teilweise geätzten Zwischenschicht verhindert das CVD-Niederschlagen eines Aluminiumfilms über den ersten Oberflächenabschnitt der teilweise geätzten Zwischenschicht. Dann wird weiter ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung eine Aluminiumschicht über der Passivierungsschicht und über dem Aluminiumfilm ausgebildet, um das Kontaktloch oder -nut zu füllen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die oben genannten und weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
  • 1(a) bis 1(d) Schnittansichten zum Beschreiben eines bevorzugten Metallniederschlagsprozesses (PMD);
  • 2(a) bis 2(b) Schnittdarstellungen zum Beschreiben eines Metallniederschlagsprozesses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Flußdiagramm, welches eine Prozeßsequenz gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 4 ein Flußdiagramm, welches eine Prozeßsequenz gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt; und
  • 5 ein Flußdiagramm, welches eine Prozeßsequenz gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung ist wenigstens teilweise dadurch gekennzeichnet, in dem eine Anfeuchtungs- oder Sperrschicht an dem Inneren eines Kontaktloches (oder einer Ausnehmung, einer Nut usw.) einer Passivierungsbehandlung unter Verwendung eines Plasmas unterworfen wird. Die Passivierung wird bewirkt, um das Niederschlagen von Aluminium auf der behandelten Schicht am äußeren Bereich des Kontaktloches während eines nachfolgenden CVD-Al-Prozesses zu verhindern, jedoch zuzulassen, daß eine dünne Aluminiumschicht am Inneren des Kontaktloches niedergeschlagen wird. Als solches ist es nicht erforderlich, eine zusätzliche Isolierschicht als eine Anti-Kristallkeimschicht niederzuschlagen und es kann ferner eine Vakuumunterbrechung zwischen der Passivierungsbehandlung und dem CVD-Al-Prozeß vermieden werden. Auf diese Weise wird der Durchsatz erhöht.
  • Die Erfindung wird nun in Einzelheiten unter Hinweis auf mehrere nicht einschränkend zu interpretierende Ausführungsformen beschrieben.
  • Es wird zunächst auf die 2(a) bis 2(b) eingegangen, die Schnittansichten zeigen, um einen Metallniederschlagsprozeß zu beschreiben und zwar entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Zwischenschicht 202 (d.h. eine Befeuchtungsschicht oder Sperrschicht), die Stickstoff (N) enthält, wird über der Hauptoberfläche eines Substrats 200 und über der inneren Oberfläche eines Kontaktloches oder -nut 204 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform besteht, um ein Beispiel zu nennen, die Zwischenschicht 202 aus einem TiN/Ti-Film und das Substrat 200 ist eine dielektrische Schicht, die über der Oberfläche einer Halbleiterschicht oder über der Oberfläche einer Metallschicht ausgebildet ist. In diesem Fall bezeichnet das Bezugszeichen 202a von 2(a) einen Ti-Film, und das Bezugszeichen 202b bezeichnet einen TiN-Film.
  • An dieser Stelle würde bei einem PMD Prozeß gemäß dem US-Patent Nr. 6,376,355, welches oben erläutert wurde, die Materialschicht 106 niedergeschlagen werden und es würde wenigstens ein Oberflächenabschnitt derselben oxidiert werden, um dadurch eine Anti-Kristallkeimschicht (ANL) 108 zu erhalten. Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in 2(b) dargestellt ist, ein oberer Oberflächenabschnitt des Ti/TiN-Films 202, der über der Hauptoberfläche der dielektrischen Schicht 200 gelegen ist, mit Plasma 214 behandelt, um eine Passivierungsschicht an dem oberen Oberflächenabschnitt der Ti/TiN-Schicht 202 auszubilden. Aufgrund der Eigenschaften der Plasmabehandlung, wird der innere Oberflächenabschnitt des Ti/TiN-Films 202 innerhalb des Kontaktloches 204 nicht wesentlich behandelt und es tritt keine effektive Passivierung auf. Die Passivierung bildet eine Anti-Kristallkeim-Schicht an der oberen Oberfläche der Ti/TiN-Schicht 202 aus, die ihrerseits das Niederschlagen von Aluminium bei einem nachfolgenden CVD-Al-Prozeß verhindert. Es wird somit, wie in 2(c) gezeigt ist, ein CVD-Al-Prozeß ausgeführt, um einen Aluminiumfilm 210 auf dem Ti/TiN-Film 202 lediglich innerhalb des Kontaktloches 204 niederzuschlagen. Dann wird, wie in 2(d) gezeigt ist, ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren (PVD) von Aluminium ausgeführt, gefolgt von einem Rückflußprozeß, um das Kontaktloch in der dielektrischen Schicht vollständig mit Aluminium 212 auszufüllen.
  • In bevorzugter Weise, werden, um den Durchsatz zu erhöhen, die Ausbildung des Ti/TiN-Films 202, die Plasmabehandlung und das CVD-Al-Niederschlagsverfahren ohne Zwischenfügung einer Vakuum- oder Unterdruckunterbrechung durchgeführt. Auch werden in bevorzugter Weise die Plasmabehandlung und das CVD-Al-Niederschlagen in einer gleichen Reaktionskammer durchgeführt.
  • Die Zwischenschicht kann aus Materialien verschieden von Ti/TiN gebildet sein und als Beispiele der Schichten, die verwendet werden können, seien genannt TiN, TaN, Ta/TaN, Ti/TaN und Ta/TiN.
  • Das Plasma besteht in bevorzugter Weise aus einem stickstoffenthaltenden Plasma wie beispielsweise einem N2-Plasma, es können jedoch andere Plasmen wie beispielsweise NH3-Plasma oder ein Ar-Plasma verwendet werden. In bevorzugter Weise wird ein Stickstoffplasma dadurch erhalten, in dem Ar und N2 in eine Kammer bei einem Druck von 0,1 bis 5 Torr und bei einer Plasmaleistung von 50 bis 300 W eingeleitet werden, wobei die Strömungsrate von Ar bei 50 bis 1000 sccm liegt und die Strömungsrate vom N2 bei 50 bis 1000 sccm liegt.
  • Beispiele eines Zwischenstoffs, der bei dem CVD-Al-Niederschlagsverfahren eines Aluminiumfilms verwendet wird, umfassen MPA, DMEAA oder DMAH.
  • Obwohl nicht darauf beschränkt, schafft die vorliegende Erfindung die Möglichkeit Kontaktlöcher mit Durchmessern von weniger als 0,5 μm und/oder von Seitenverhältnissen von mehr als 2 zu füllen.
  • Es wird nun eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf das Flußdiagramm von 3 beschrieben. Bei 301 wird eine Zwischenschicht, die Stickstoff (N) enthält, über der Hauptoberfläche eines Substrats ausgebildet und auch über der inneren Oberfläche eines Kontaktloches oder -nut. Bei diesem Beispiel besteht die Zwischenschicht aus einer Ti/TiN-Sperrmetallschicht, obwohl andere Materialschichten, wie sie bei der ersten Ausführungsform angegeben sind, verwendet werden können. Dann bei 302 wird ein oberer Flächenabschnitt der Zwischenschicht, der über der Hauptoberfläche des Substrats gelegen ist, mit einem Plasma behandelt, um eine Passivierungsschicht an dem ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht auszubilden. Als nächstes wird bei 303 ein Aluminiumfilm gemäß dem CVD-Al-Verfahren lediglich über einen Innenflächenabschnitt der Ti/TiN-Schicht niedergeschlagen, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut gelegen ist. Wie bei der ersten Ausführungsform verhindert eine Plasmabehandlung des ersten Oberflächenabschnitts der Zwischenschicht das CVD-Al-Niederschlagen eines Aluminiumfilms über dem oberen Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht. Dann wird bei 304 ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren (PVD) von Aluminium durchgeführt, gefolgt von einem Rückflußprozeß, um dadurch das Auffüllen des Kontaktloches in dem Substrat mit Aluminium zu vervollständigen.
  • Bei der zweiten Ausführungsform werden wenigstens die Plasmabehandlung und das CVD-Al-Niederschlagen ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt und in bevorzugter Weise werden alle Prozesse 301 bis 304 von 3 ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt. Auch werden wenigstens die Plasmabehandlung und das CVD-Al-Niederschlagen in einer bzw. derselben Reaktionskammer durchgeführt.
  • Es wird nun im folgenden eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf das Flußdiagramm von 4 beschrieben. Hier wird bei 401 eine erste Zwischenschicht über der Hauptoberfläche eines Substrats und über der inneren Oberfläche eines Kontaktloches oder -nut ausgebildet. Bei diesem Beispiel besteht die erste Zwischenschicht aus einer Ti/TiN-Sperrmetallschicht, obwohl auch andere Materialschichten verwendet werden können, wie beispielsweise Ti, Ti/TiN, Ta, Ta/TaN, Ti/TaN. Ta/TiN, Ta/Ti und Ti/Ta. Dann wird bei 402 eine zweite Zwischenschicht über der ersten Zwischenschicht ausgebildet. Bei diesem Beispiel besteht die zweite Zwischenschicht aus einer dünnen TiN-Schicht. Auch hier können andere Schichten verwendet werden. Als nächstes wird bei 403 ein oberer Oberflächenabschnitt der dünnen TiN-Schicht, die über der Hauptoberfläche des Substrats gelegen ist, mit einem Plasma behandelt, um eine Passivierungsschicht an dem oberen Oberflächenabschnitt der dünnen Schicht auszubilden. Als nächstes wird bei 404 ein Aluminiumfilm gemäß dem CVD-Al-Verfahren lediglich über einen inneren Oberflächenabschnitt der dünnen TiN-Schicht niedergeschlagen, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut gelegen ist. Wie bei der ersten Ausführungsform verhindert die Plasmabehandlung des oberen Oberflächenabschnitts der dünnen TiN-Schicht das CVD-Al-Niederschlagen eines Aluminiumfilms über den oberen Oberflächenabschnitt der dünnen TiN-Schicht. Dann wird bei 405 ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren (PVD) mit Aluminium ausgeführt, gefolgt von einem Rückflußprozeß, um das Ausfüllen des Kontaktloches in dem Substrat mit Aluminium zu vervollständigen.
  • Bei der dritten Ausführungsform wird wenigstens die Plasmabehandlung und das CVD-Al-Niederschlagen ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt, und es werden in bevorzugter Weise die Prozesse 402 bis 406 von 4 ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung ausgeführt. Auch wird wenigstens die Plasmabehandlung und das CVD-Al-Niederschlagen innerhalb der gleichen Reaktionskammer ausgeführt.
  • Es wird nun im folgenden eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf das Flußdiagramm von 5 beschrieben. Hier wird bei 501 eine Zwischenschicht über der Hauptoberfläche eines Substrats und über der inneren Oberfläche eines Kontaktloches oder -nut ausgebildet. Bei diesem Beispiel besteht die Zwischenschicht aus einer Ti/TiN-Sperrmetallschicht, obwohl andere Materialschichten verwendet werden können, wie sie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform angegeben sind. Dann wird bei 502 die Zwischenschicht einem Ätzvorgang unterworfen, um eine geätzte Ti/TiN-Sperrmetallschicht zu bilden. Als nächstes wird bei 503 ein oberer Oberflächenabschnitt der geätzten Ti/TiN-Schicht, der über der Hauptoberfläche des Substrats gelegen ist, mit einem Plasma behandelt, um eine Passivierungsschicht an dem oberen Oberflächenabschnitt der dünnen Schicht auszubilden. Dann wird bei 504 ein Aluminiumfilm gemäß dem CVD-Al-Verfahren lediglich über einem inneren Oberflächenabschnitt der geätzten Ti/TiN-Schicht niedergeschlagen, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut gelegen ist. Wie bei der ersten Ausführungsform verhindert eine Plasmabehandlung des oberen Oberflächenabschnitts der dünnen TiN-Schicht das CVD-Al-Niederschlagen eines Aluminiumfilms über dem oberen Oberflächenabschnitt der dünnen TiN-Schicht. Dann wird bei 505 ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren (PVD) von Aluminium ausgeführt, gefolgt von einem Rückflußprozeß, um das Ausfüllen des Kontaktloches in dem Substrat mit Aluminium zu vervollständigen.
  • Bei der vierten Ausführungsform wird wenigstens die Plasmabehandlung und das CVD-Al-Niederschlagen ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt und in bevorzugter Weise werden die Prozesse 502 bis 505 von 5 ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung ausgeführt. Auch wird in bevorzugter Weise wenigstens die Plasmabehandlung und das CVD-Al-Niederschlagen innerhalb der gleichen Reaktionskammer durchgeführt.
  • Es wurden eine Anzahl von Testprozeß-Sequenzen ausgeführt, um die Anti-Keimbildungseigenschaften zu bestätigen, die sich aus der Plasmabehandlung gemäß der Erfindung ergeben. Ohne den Rahmen der Erfindung in irgendeiner Weise einschränken zu wollen, sind die Ergebnisse der Test-Prozeßsequenzen in der folgenden Tabelle aufgeführt:
    Figure 00120001
    Figure 00130001
  • Wie in der oben angegeben Tabelle demonstriert ist, führt das Niederschlagen und die Plasmabehandlung der TiN-Schicht gefolgt von der CVD-Al bei Abwesenheit einer zwischengefügten Vakuumunterbrechung zu keinem Niederschlagen von Aluminium, wodurch die Anti-Keimbildungseigenschaften des plasmabehandelten TiN-Films bestätigt werden.
  • Es wurden in den Zeichnungen und in der Beschreibung typische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbart, und, obwohl spezifische Ausdrücke verwendet sind, sind diese in einem gattungsmäßen und lediglich beschreibenden Sinn zu interpretieren und sollen in keiner Weise eine Einschränkung des Rahmens der Erfindung bedeuten, welcher Rahmen sich aus den folgenden Ansprüchen ergibt.

Claims (46)

  1. Verfahren zur Ausbildung einer Aluminiumverdrahtung innerhalb eines Kontaktloches oder -nut eines Substrats, bei dem das Substrat eine obere Hauptoberfläche enthält und bei dem das Kontaktloch oder -nut durch eine Innenfläche definiert ist, die sich unter der oberen Hauptoberfläche des Substrats erstreckt, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: Ausbilden einer Zwischenschicht, die Stickstoff enthält, über der Hauptoberfläche eines Substrats und über der Innenoberfläche des Kontaktloches oder -nut; Behandeln eines ersten Oberflächenabschnitts der Zwischenschicht, die über der Hauptoberfläche des Substrats gelegen ist, mit einem Plasma, um eine Passivierungsschicht an dem ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht auszubilden; und Niederschlagen eines Aluminiumfilms mit Hilfe eines chemischen Dampfniederschlagsverfahrens (CVD) lediglich über einem zweiten Flächenabschnitt der Zwischenschicht, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut gelegen ist, wobei die Behandlung mit dem Plasma des ersten Oberflächenabschnitts der Zwischenschicht das CVD-Niederschlagen eines Aluminiumfilms über dem ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht verhindert; wobei die Behandlung mit einem Plasma und das CVD-Niederschlagen ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ausbildung einer Zwischenschicht, die Behandlung mit Plasma und das CVD-Niederschlagen ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Behandlung mit einem Plasma und das CVD-Niederschlagen innerhalb der gleichen Reaktionskammer ausgeführt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zwischenschicht aus einer Schicht besteht, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus TiN, TaN, Ta/TaN, Ti/TaN und Ta/TiN.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zwischenschicht aus einer Ti/TiN-Schicht besteht.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Plasma ein N2-Plasma ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das N2-Plasma durch Einleiten von Ar und N2 in eine Kammer erhalten wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Ar und N2 mit einem Druck von 0,1 bis 5 Torr eingeleitet werden und bei dem die Strömungsrate von Ar bei 50 bis 1000 sccm liegt und die Strömungsrate von N2 bei 50 bis 1000 sccm liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Plasmaleistung bei 50 bis 300 W liegt.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Plasma aus einem NH3-Plasma besteht.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Plasma aus einem Ar-Plasma besteht.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Aluminiumfilm gemäß dem CVD Verfahren unter Verwendung von MPA, DMEAA oder DMAH als Zwischenstoff niedergeschlagen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ferner eine Aluminiumschicht über der Passivierungsschicht und über dem Aluminiumfilm niedergeschlagen wird, um das Kontaktloch oder -nut auszufüllen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Aluminiumschicht durch ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren (PVD) und einen Rückflußprozeß niedergeschlagen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Durchmesser des Kontaktloches kleiner ist als 0,5 μm.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Seiten- oder Längenverhältnis des Kontaktloches größer als 2 ist.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumverdrahtung innerhalb eines Kontaktloches oder -nut eines Substrats, wobei das Substrat eine obere Hauptfläche aufweist und wobei das Kontaktloch oder -nut durch eine innere Oberfläche festgelegt ist, die sich unter der oberen Hauptoberfläche des Substrats erstreckt, welches Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Ausbilden einer Zwischenschicht, die Stickstoff enthält, über der Hauptoberfläche eines Substrats und über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut; Behandeln eines ersten Oberflächenabschnitts der Zwischenschicht, der über der Hauptfläche des Substrats gelegen ist, mit einem Plasma, um dadurch eine Passivierungsschicht an dem ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht auszubilden; und Niederschlagen eines Aluminiumfilms mit Hilfe des chemischen Dampfniederschlagsverfahrens (CVD) lediglich über einem zweiten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut gelegen ist, wobei die Behandlung mit dem Plasma des ersten Oberflächenabschnitts der Zwischenschicht das CVD-Niederschlagen des Aluminiumfilms über dem ersten Oberflächenabschnitt der Zwischenschicht verhindert; Niederschlagen einer Aluminiumschicht über der Passivierungsschicht und über dem Aluminiumfilm, um das Kontaktloch oder -nut zu füllen; wobei die Ausbildung der Zwischenschicht, die Behandlung mit einem Plasma und das CVD-Al-Niederschlagen ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Ausbilden der Zwischenschicht, die Behandlung mit einem Plasma, das CVD-Niederschlagsverfahren und das Niederschlagen einer Aluminiumschicht ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt werden.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Behandlung mit einem Plasma und das CVD-Niederschlagen in der gleichen Reaktionskammer durchgeführt werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Zwischenschicht aus einer Schicht besteht, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus TiN, TaN, Ta/TaN, Ti/TaN und Ta/TiN.
  21. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Zwischenschicht aus einer Ti/TiN-Schicht besteht.
  22. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Plasma aus einem N2-Plasma besteht.
  23. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Aluminiumschicht durch ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren (PVD) und einen Rückflußprozeß niedergeschlagen wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem ein Durchmesser des Kontaktloches kleiner ist als 0,5 μm.
  25. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem ein Seiten- oder Längenverhältnis des Kontaktloches größer als 2 ist.
  26. Verfahren zur Ausbildung einer Aluminiumverdrahtung innerhalb eines Kontaktloches oder -nut eines Substrats, wobei das Substrat eine obere Hauptfläche enthält und das Kontaktloch oder -nut durch eine innere Oberfläche festgelegt ist, die sich unter der oberen Hauptfläche des Substrats erstreckt, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausbilden einer ersten Zwischenschicht über der Hauptoberfläche eines Substrats und über der inneren Fläche des Kontaktloches oder -nut; Ausbilden einer zweiten Zwischenschicht, die Stickstoff enthält, über der ersten Zwischenschicht; Behandeln eines ersten Oberflächenabschnitts der zweiten Zwischenschicht, der über der Hauptfläche des Substrats gelegen ist, mit einem Plasma, um eine Passivierungsschicht an den ersten Oberflächenabschnitt der zweiten Zwischenschicht auszubilden; und Niederschlagen eines Aluminiumfilms mit Hilfe des chemischen Dampfniederschlagsverfahrens (CVD) lediglich über einen zweiten Flächenabschnitt der zweiten Zwischenschicht, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut gelegen ist, wobei das Behandeln mit Plasma des ersten Oberflächenabschnitts der zweiten Zwischenschicht ein CVD-Niederschlagen des Aluminiumfilms über dem ersten Oberflächenabschnitt der zweiten Zwischenschicht verhindert; Niederschlagen einer Aluminiumschicht über der Passivierungsschicht und über dem Aluminiumfilm, um das Kontaktloch oder -nut zu füllen; wobei die Ausbildung einer zweiten Zwischenschicht, die Behandlung mit einem Plasma und das CVD-Niederschlagen ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt werden.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem das Ausbilden einer zweiten Zwischenschicht, das Behandeln mit Plasma, das CVD-Niederschlagen und das Niederschlagen einer Aluminiumschicht ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung ausgeführt werden.
  28. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Behandlung mit einem Plasma und das CVD-Niederschlagen in der gleichen Reaktionskammer durchgeführt werden.
  29. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die erste Zwischenschicht ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Ti, Ti/TiN, Ta, Ta/TaN, Ti/TaN, Ta/TiN, Ta/Ti und Ti/Ta.
  30. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die zweite Zwischenschicht aus einer Schicht besteht, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus TiN, TaN, Ta/TaN, Ti/TaN und Ta/TiN.
  31. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die zweite Zwischenschicht aus einer Ti/TiN-Schicht besteht.
  32. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem das Plasma aus einem N2-Plasma besteht.
  33. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Aluminiumschicht durch ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren (PVD) und einen Rückflußprozeß niedergeschlagen wird.
  34. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem ein Durchmesser des Kontaktloches kleiner ist als 0,5 μm.
  35. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem ein Seitenverhältnis oder Längenverhältnis des Kontaktloches größer ist als 2.
  36. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem zwischen der Ausbildung der ersten Zwischenschicht und der Ausbildung der zweiten Zwischenschicht eine Vakuumunterbrechung zwischengefügt ist.
  37. Verfahren zur Ausbildung einer Aluminiumverdrahtung in einem Kontaktloch oder -nut eines Substrats, wobei das Substrat eine obere Hauptfläche enthält und wobei das Kontaktloch oder -nut durch eine innere Fläche definiert ist, die sich unter der oberen Hauptfläche des Substrats erstreckt, welches Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Ausbilden einer Zwischenschicht, die Stickstoff enthält, über der Hauptoberfläche eines Substrats und über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut; teilweises Ätzen der Zwischenschicht, um eine teilweise geätzte Zwischenschicht zu bilden; Behandeln eines ersten Oberflächenabschnitts der teilweise geätzten Zwischenschicht, die über der Hauptoberfläche des Substrats gelegen ist, mit einem Plasma, um eine Passivierungsschicht an dem ersten Oberflächenabschnitt der teilweise geätzten Zwischenschicht auszubilden; und ein Aluminiumfilm mit Hilfe des chemischen Dampfniederschlagsverfahrens (CVD) lediglich über einem zweiten Flächenabschnitt der teilweise geätzten Zwischenschicht niedergeschlagen wird, der über der inneren Oberfläche des Kontaktloches oder -nut gelegen ist, wobei die Behandlung mit dem Plasma des ersten Oberflächenabschnitts der teilweise geätzten Zwischenschicht ein CVD-Al-Niederschlagen des Aluminiumfilms über dem ersten Oberflächenabschnitt der teilweise geätzten Zwischenschicht verhindert; Niederschlagen einer Aluminiumschicht über der Passivierungsschicht und über dem Aluminiumfilm, um das Kontaktloch oder -nut zu füllen; wobei das teilweise Ätzen der Zwischenschicht, die Behandlung mit einem Plasma und das CVD-Niederschlagen ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt werden.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem das Ätzen der Zwischenschicht, das Behandeln mit einem Plasma, das CVD-Niederschlagen und das Niederschlagen einer Aluminiumschicht ohne Zwischenfügung einer Vakuumunterbrechung durchgeführt werden.
  39. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem die Behandlung mit einem Plasma und das CVD-Niederschlagen in ein und derselben Reaktionskammer durchgeführt werden.
  40. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem die zweite Zwischenschicht aus einer Schicht besteht, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus TiN, TaN, Ta/TaN, Ti/TaN und Ta/TiN.
  41. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem die Zwischenschicht aus einer Ti/TiN-Schicht besteht.
  42. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem das Plasma ein N2-Plasma ist.
  43. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem die Aluminiumschicht mit Hilfe eines physikalischen Dampfniederschlagsverfahrens (PVD) und eines Rückflußprozesses niedergeschlagen wird.
  44. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem ein Durchmesser des Kontaktloches kleiner ist als 0,5 μm.
  45. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem ein Seitenverhältnis oder Längenverhältnis des Kontaktloches größer als 2 ist.
  46. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem zwischen der Ausbildung der Zwischenschicht und dem teilweise Ätzen der Zwischenschicht eine Vakuumunterbrechung zwischengefügt ist.
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