DE19626038A1 - Verfahren zum Herstellen der Verbindungsstruktur eines Halbleiterbauteils - Google Patents
Verfahren zum Herstellen der Verbindungsstruktur eines HalbleiterbauteilsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen der Ver
bindungsstruktur eines Halbleiterbauteils, und spezieller
betrifft sie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen
Verbindung, das einfach mit verbesserter Produktivität so
ausgeführt werden kann, daß eine ebene Leitung gebildet
wird.
Allgemein wurde mit der Tendenz zu höherer Integrationsdich
te von Halbleiterbauteilen ein Verfahren zur Leitungsbrei
tenverringerung verwendet, um die Abmessungen von Bauelemen
ten zu verringern. Jedoch hat dieses Verfahren wegen des
Stromführungsvermögens oder des Leitungswiderstands eine
Grenze.
Um die Nachteile eines derartigen Verfahrens zu überwinden,
wurden Verbindungstechniken eingeführt, um die Abmessungen
von Elementen zu verringern, ohne die Leitungsbreite zu ver
ringern. Jedoch bestehen auch hier Schwierigkeiten dahinge
hend, daß Oberflächenstufen wegen mehrschichtiger Leitungen
vergrößert sind, was Auswirkungen auf die Ausbeute und die
Zuverlässigkeit der Bauteile hat. Daher wurde ein chemisch
mechanisches Polier(CMP = Chemical Mechanical Polishing)-
Verfahren zum Einebnen der Bauteiloberfläche vorgeschlagen.
Ein indirekter Musterherstellprozeß unter Verwendung eines
CMP-Prozesses hat die Aufgabe, die Produktivität durch Ver
einfachung des Prozesses zu steigern und den Prozeß durch
Verringern der Anzahl von Ätzschritten zu vereinfachen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1a und 1b,
die den Herstellablauf für eine herkömmliche Verbindungs
struktur eines Halbleiterbauteils veranschaulichen, ein ent
sprechendes herkömmliches Herstellverfahren beschrieben.
Wie es in Fig. 1a dargestellt ist, wird eine untere Leitung
2 auf einem Halbleitersubstrat 1 hergestellt, und eine erste
Isolierschicht 3 wird auf der gesamten Fläche des Substrats
einschließlich der unteren Leitung 2 ausgebildet.
Wie es in Fig. 1b veranschaulicht ist, wird die erste Iso
lierschicht 3 durch einen CMP-Prozeß eingeebnet. Dann wird,
wie es in Fig. 1c veranschaulicht ist, eine Ätzstoppschicht
4 auf der ersten Isolierschicht 3 hergestellt. Nachdem eine
photoempfindliche Schicht (nicht dargestellt) auf die Ätz
stoppschicht 4 aufgetragen ist, wird ein spezieller Ab
schnitt der letzteren durch einen Photolithographie- und
Ätzprozeß entfernt, um ein Kontaktloch auszubilden.
Wie es in Fig. 1d veranschaulicht ist, wird auf der gesamten
Fläche des Substrats einschließlich der Ätzstoppschicht 4
eine zweite Isolierschicht 5 abgeschieden, auf der eine
zweite photoempfindliche Schicht 6 abgeschieden wird, die
zum Mustern einer oberen Leitung dient, die im folgenden
Schritt hergestellt wird.
Nachdem die zweite photoempfindliche Schicht 6 gemustert
ist, werden die erste und die zweite Isolierschicht 3 und 5
selektiv entfernt, um dadurch mittels eines Photolithogra
phie- und Ätzschritts einen Abschnitt der unteren Leitung 2
freizulegen. Hierbei wird ein Kontaktloch so ausgebildet,
daß es einen im folgenden Schritt herzustellenden oberen
leitenden Bereich mit der unteren Leitung 2 verbindet. Dann
wird die zweite photoempfindliche Schicht 6 entfernt, um
eine obere Leitung 7 auszubilden.
Jedoch bestehen beim vorstehend angegebenen Verfahren zum
Herstellen der Verbindungsstruktur eines herkömmlichen Halb
leiterbauteils die folgenden Probleme.
Erstens ist der Prozeß kompliziert, und es ist schwierig,
die Ätzstoppschicht auszubilden und selektiv zu ätzen.
Zweitens ist, wenn der Ätzprozeß zum Herstellen des Kontakt
lochs ausgeführt wird, die untere Leitung wegen der Höhen
differenz für eine lange Zeit diesem Ätzprozeß ausgesetzt,
wodurch die freiliegende Oberfläche beschädigt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Herstellen einer Verbindungsstruktur eines Halbleiterbau
teils zu schaffen, das verhindert, daß eine Leitung durch
einen Ätzprozeß beschädigt wird, wobei der Prozeß verein
facht ist und seine Produktivität verbessert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im beigefügten Anspruch 1
definiert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren
veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Fig. 1a bis 1d veranschaulichen einen Herstellablauf für die
Verbindungsstruktur eines herkömmlichen Halbleiterbauteils.
Fig. 2a bis 2f sind Schnittansichten, die einen Herstellab
lauf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
zum Herstellen einer Verbindungsstruktur veranschaulichen.
Fig. 3a bis 3f sind Schnittansichten, die einen Herstellab
lauf gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
zum Herstellen einer Verbindungsstruktur veranschaulichen.
Wie es in Fig. 2a veranschaulicht ist, wird eine untere Lei
tung 12 aus einem leitenden Material wie Polysilizium, Sili
cid oder Metall auf einem Halbleitersubstrat 11 hergestellt.
In einem Teil, in dem ein Kontaktloch herzustellen ist, das
die untere Leitung 12 mit einer oberen Leitung verbinden
soll, wird unter Verwendung eines ersten photoempfindlichen
Materials wie eines Polymers, z. B. Polyimid, ein erstes
Isoliermuster 13 ausgebildet. Dieses wird höher als das Kon
taktloch ausgebildet, das im folgenden Schritt herzustellen
ist. Das erste photoempfindliche Material wird als Opfer
schicht zum Herstellen des ersten Isoliermusters 13 verwen
det. Hierbei kann SOG anstelle des ersten photoempfindlichen
Materials verwendet werden.
Wie es in Fig. 2b veranschaulicht ist, wird auf der gesamten
Oberfläche des Substrats einschließlich der ersten Isolier
schicht 13 eine Isolierschicht 14 zur Einebnung abgeschie
den, was bei einer Temperatur von 200°C erfolgt, bei der das
erste photoempfindliche Material nicht umgewandelt wird, wo
bei Tetraethylorthosilikat (TEOS), FTES oder SiH₄/O₂ verwen
det wird. Die Schicht kann unter Verwendung eines CVD- oder
eines plasmaunterstützten CVD-Verfahrens (PECVD) unter Ver
wendung von elektronischer Zyklotronresonanz (ECR) herge
stellt werden; ihre Dicke beträgt ungefähr 5000 Å (500 nm).
Wie es in Fig. 2c dargestellt ist, wird die Isolierschicht
14 durch CMP eingeebnet. Hierbei wird ein Polierprozeß zur
Einebnung unter Verwendung eines Poliermaterials ausgeführt,
z. B. mit Siliziumoxid in kolloidalem Zustand und einer KOH
enthaltenden Aufschlämmung von einem pH-Wert von ungefähr 7
bis 12.
Wie es in Fig. 2d veranschaulicht ist, wird auf der Eineb
nungsisolierschicht 14 ein zweites photoempfindliches Mate
rial 15 abgeschieden, um im folgenden Schritt die obere Lei
tung herstellen zu können.
Die Einebnungsisolierschicht 14 wird durch reaktives Ionen
ätzen (RIE) unter Verwendung eines Gases wie CF₄, CHF₃, O₂
selektiv entfernt.
Wie es in Fig. 2e dargestellt ist, werden das zweite photo
empfindliche Material 15 und das erste Isoliermuster 13
gleichzeitig entfernt, um die obere Leitung und das Kontakt
loch 16 auszubilden. Hierbei wird die Isolierschicht 14 un
ter Berücksichtigung der Leitungsdichte und der Tiefe des
Kontaktlochs 16 entfernt.
Wie es in Fig. 2f veranschaulicht ist, wird auf der gesamten
Oberfläche des Substrats ein leitendes Material wie Al, Cu,
Ti, TiN abgeschieden und so gemustert, daß die obere Leitung
17 gebildet ist.
Die Fig. 3a bis 3f sind Schnittansichten, die einen Her
stellprozeß gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er
findung veranschaulichen.
Wie es in Fig. 3a veranschaulicht ist, wird eine untere Lei
tung 22 aus einem leitenden Material wie Polysilizium, Sili
cid oder Metall auf einem Halbleitersubstrat 21 hergestellt.
In einem Abschnitt, in dem ein Kontaktloch zum elektrischen
Verbinden der unteren Leitung 22 mit einer oberen Leitung
auszubilden ist, wird ein erstes Isoliermuster 23 unter Ver
wendung eines ersten photoempfindlichen Materials wie eines
Polymers, z. B. Polyimid, hergestellt. Eine passende zweite
Isolierschicht 24 wird auf der gesamten Oberfläche des Sub
strats einschließlich des ersten Isoliermusters 23 herge
stellt, und darauf wird eine Isolierschicht 25 zur Einebnung
abgeschieden. Beide Isolierschichten 24 und 25 werden durch
ein CVD-Verfahren wie PECVD unter Verwendung einer ECR-Vor
richtung hergestellt. Die zweite Isolierschicht 24 verhin
dert, daß das für das erste Isoliermuster 22 verwendete pho
toempfindliche Material umgewandelt wird; sie wird bei einer
Temperatur unter 200°C unter Verwendung von TEOS oder
SiH₄/O₂ mit einer Dicke im Bereich von 50 bis 200 nm herge
stellt.
Wie es in Fig. 3c veranschaulicht ist, wird die Isolier
schicht 25 durch ein CMP-Verfahren eingeebnet. Der Polier
prozeß wird unter Verwendung eines Poliermaterials ausge
führt, das Siliziumoxid in kolloidalem Zustand enthält, und
mit einer KOH enthaltenden Aufschlämmung mit einem ph-Wert
von ungefähr 7 bis 12.
Wie es in Fig. 3d veranschaulicht ist, wird auf der Isolier
schicht 25 ein zweites photoempfindliches Material 26 abge
schieden, aus dem im folgenden Schritt die obere Leitung
ausgebildet wird.
Die Isolierschicht 25 und die zweite Isolierschicht 24 wer
den unter Verwendung eines Gases wie CF₄, CHF₃, O₂ durch ein
RIE-Verfahren selektiv entfernt.
Wie es in Fig. 3e veranschaulicht ist, werden das zweite
photoempfindliche Material 26 und das erste Isoliermuster 23
gleichzeitig entfernt, um ein Kontaktloch 27 auszubilden, um
die im folgenden Schritt herzustellende obere Leitung mit
der unteren Leitung zu verbinden.
Wie es in Fig. 3f veranschaulicht ist, wird ein leitendes
Material wie Al, Cu, Ti, TiN vollständig oder selektiv auf
der Oberfläche des Substrats abgeschieden, um die obere Lei
tung 28 auszubilden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Verbin
dungsstruktur eines Halbleiterbauteils verfügt über die fol
genden Wirkungen:
- - erstens ist verhindert, da das Kontaktloch und das Lei tungsmuster gleichzeitig hergestellt werden, daß die untere Leitung beim Ätzschritt beschädigt ist; und ferner ist die Produktivität verbessert;
- - zweitens wird die Leitung hergestellt, ohne daß Metall ge ätzt wird, wodurch der Prozeß vereinfacht ist.
Claims (11)
1. Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsstruktur
eines Halbleiterbauteils, umfassend
- - Herstellen einer unteren Leitung (12; 22) auf einem Halb leitersubstrat (11; 21) und Herstellen einer ersten Isolier schicht (13; 23) auf dem Halbleitersubstrat einschließlich der unteren Leitung;
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - Mustern der ersten Isolierschicht in solcher Weise, daß auf der unteren Leitung ein erstes Isolierschichtmuster aus gebildet ist, das schmaler als diese untere Leitung ist;
- - Herstellen einer Isolierschichtanordnung (14; 24, 25) auf der gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich des er sten Isolierschichtmusters, und Einebnen der Oberfläche der Isolierschichtanordnung;
- - Mustern der Isolierschichtanordnung, um die Oberfläche des ersten Isolierschichtmusters freizulegen und einen ersten Graben über dem ersten Isolierschichtmuster auszubilden, der breiter als dasselbe ist;
- - Entfernen des ersten Isolierschichtmusters, um dadurch einen zweiten Graben am Boden des ersten Grabens auszubil den; und
- - Auffüllen des ersten und des zweiten Grabens (27) mit einem leitenden Material, um dadurch eine obere Leitung (17; 28) herzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Isolierschichtanordnung aus einer zweiten Isolierschicht
(14) besteht.
3. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß
die Isolierschichtanordnung aus einer zweiten (24) und einer
dritten (25) Isolierschicht besteht.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die erste Isolierschicht (13; 23)
aus einem photoempfindlichen Material oder SOG besteht.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die zweite und/oder dritte Iso
lierschicht (14; 24, 25) durch CVD oder PECVD unter Verwen
dung einer ECR-Vorrichtung hergestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Isolierschichtanordnung (14;
25) unter Verwendung eines chemisch-mechanischen Polierver
fahrens eingeebnet wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Isolierschichtanordnung unter
Verwendung eines RIE-Prozesses gemustert wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die zweite und/oder dritte Iso
lierschicht (14; 24, 25) bei einer Temperatur unter 200°C
aus einem aus TEOS, FTES, SiH₄/O₂ ausgewählten Material her
gestellt werden.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die obere Leitung (17; 28) aus
einem aus Al, Cu, Ti, TiN ausgewählten Material hergestellt
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Isolierschicht (24) mit einer Dicke von 50 bis
200 nm hergestellt wird.
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