DE19654560A1 - Verfahren zur Bildung eines Kontaktloches bei einem Halbleiterbauelement - Google Patents
Verfahren zur Bildung eines Kontaktloches bei einem HalbleiterbauelementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines
Kontaktloches bei einem Halbleiterbauelement und insbesondere
ein Verfahren zur Bildung eines Kontaktloches bei einem
Halbleiterbauelement, mit dem die Stufenabdeckeigenschaft von
Metall und der Kontaktwiderstand verbessert werden können.
Im allgemeinen werden, da Halbleiterbauelemente zunehmend in
hochgradig integrierter Bauweise ausgebildet werden, die
Metallschichten in Form einer Doppel- oder Mehrlagenstruktur
geschaffen und wird die Abmessung des Kontaktloches für den
Kontakt zwischen den Metallschichten kleiner. Deshalb wird
die Stufenabdeckeigenschaft von Metall in einem feinen
Kontaktloch erheblich herabgesetzt, so daß Probleme in
Verbindung mit einem schlechten Kontakt mit der Metallschicht
oder eine Verschlechterung der Ebenheit auftreten. Ein
herkömmliches Verfahren zur Bildung eines Kontaktloches bei
einem Halbleiterbauelement wird nachfolgend beschrieben.
Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Bildung eines feinen
Kontaktloches bei einem Halbleiterbauelement werden eine
untere Metallschicht und eine isolierende Zwischenschicht
nacheinander auf einem Siliciumsubstrat gebildet, auf dem
eine Isolierschicht gebildet ist. Ein Teil der isolierenden
Zwischenschicht wird bis zu einer bestimmten Tiefe nach einem
photographischen Verfahren und Ätzverfahren unter Verwendung
einer Kontaktlochmaske naßgeätzt. Danach wird der restliche
Teil des geätzten Bereiches der isolierenden Zwischenschicht
trockengeätzt, um einen Bereich der unteren Metallschicht
freizulegen. Infolge davon wird ein feines Kontaktloch
geschaffen. Um einen Al₂O₃-Film, der sich auf der Oberfläche
der freigelegten unteren Metallschicht bildet, zu entfernen,
wird anschließend ein Hochfrequenzplasma
(Radiofrequenzplasma) - Ätzverfahren unter Verwendung von
Argongas und bei einer elektrischen Energie von 500 W bei
einem Druck von 0,5 mTorr durchgeführt. Eine obere
Metallschicht wird dann auf der gesamten Struktur durch
Abscheidung eines Metalls gebildet, um das feine Kontaktloch
einzugraben. Die Stufenabdeckung des Metalls wird jedoch
aufgrund der scharfen Kante an der Eintrittsstelle in das
feine Kontaktloch und der hohen Topologie verschlechtert, so
daß der Kontaktwiderstand zwischen der oberen und unteren
Metallschicht heraufgesetzt wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung
eines Verfahrens zur Bildung eines Kontaktloches bei einem
Halbleiterbauelement, mit dem ein Al₂O₃-Film auf der
Oberfläche der freigelegten Metallschicht entfernt und die
Topologie des Kontaktloches verringert werden können, indem
Hochfrequenzplasma-Ätzverfahren in zwei Stufen durchgeführt
werden.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, mit dem das
vorgenannte Ziel erreicht wird, zeichnet sich durch die
folgenden Schritte aus: Aufeinanderfolgende Bildung einer
Metallschicht und einer isolierenden Zwischenschicht auf
einem Siliciumsubstrat, auf dem eine Isolierschicht gebildet
ist; isotropisches Ätzen eines Bereichs der isolierenden
Zwischenschicht bis zu einer bestimmten Tiefe unter
Verwendung einer Kontaktlochmaske; anisotropisches Ätzen der
restlichen Dicke der isolierenden Zwischenschicht, um ein
Kontaktloch zur Freilegung eines Bereiches der Metallschicht
zu bilden; Vornahme einer ersten Plasmaätzung bei einer
niedrigen elektrischen Energie und hohem Druck, um die
Kantenbereiche an der Eintrittsstelle in das Kontaktloch
abzurunden und die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen;
und Vornahme eines zweiten Plasmaätzens bei einer hohen
elektrischen Energie und niedrigem Druck, um die Topologie
des Kontaktloches herabzusetzen und einen Al₂O₃-Film zu
entfernen, der sich auf der Oberfläche der freigelegten
Metallschicht im Kontaktloch gebildet hat. Im übrigen wird
auf die Patentansprüche verwiesen. Gegenstand der Erfindung
ist ferner ein nach dem vorbeschriebenen Verfahren
hergestelltes Halbleiterbauelement.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1A bis 1C geschnittene Ansichten der
Fertigungsschritte eines Halbleiterbauelementes zur
Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung zur Bildung
eines Kontaktloches.
Nachfolgend wird auf Fig. 1A Bezug genommen. Eine
Isolierschicht 2, eine Metallschicht 3 und eine isolierende
Zwischenschicht 4 werden nacheinander auf einem
Siliciumsubstrat 1 gebildet. Ein Bereich der isolierenden
Zwischenschicht 4 wird nach einem photographischen Verfahren
und Ätzverfahren unter Verwendung einer Kontaktlochmaske
geätzt, so daß ein Kontaktloch 5 entsteht, an dem ein
Bereich der Metallschicht 3 freigelegt ist.
Im allgemeinen kann das Ätzen zur Bildung eines
Kontaktloches entweder dadurch erfolgen, daß man ein
anisotropisches Ätzen oder sowohl ein isotropisches Ätzen als
auch anisotropisches Ätzen anwendet. Bei der vorliegenden
Erfindung wird zur Bildung des Kontaktloches 5 sowohl das
isotropische als auch das anisotropische Ätzen angewandt.
Das Kontaktloch 5 zur Freilegung eines Bereichs der
Metallschicht 3 wird gebildet, indem zunächst die isolierende
Zwischenschicht 4 bis zu einer bestimmten Tiefe durch ein
isotropisches Ätzen und dann die restliche Dicke der
isolierenden Zwischenschicht 4 durch ein anisotropisches
Ätzen geätzt werden. Ein Al₂O₃-Film 6 bildet sich auf der
Oberfläche der freigelegten Metallschicht 3 im Kontaktloch 5.
Ferner sind die Kantenbereiche A an der Eintrittstelle in das
Kontaktloch 5 scharf ausgebildet. Der Al₂O₃-Film 6 erhöht den
Kontaktwiderstand, und die Kantenbereiche A verschlechtern
das Stufenabdeckverhalten des Metalls bei einem
Metallabscheidungsprozeß.
Fig. 1B zeigt den Zustand, bei dem ein erstes
Hochfrequenzplasmaätzen, und Fig. 1C zeigt den Zustand, bei
dem ein zweites Hochfrequenzplasmaätzen vorgenommen wird.
Das erste Hochfrequenzplasmaätzen wird durchgeführt unter
Einsatz einer niedrigen elektrischen Energie von 200-400 W
bei einem hohen Druck von 3-7 mTorr, während das zweite
Hochfrequenzplasmaätzen unter Einsatz einer hohen
elektrischen Energie von 400-600 W bei einem niedrigen
Druck von 0,3-0,7 mTorr erfolgt. Das bei dem ersten und
zweiten Hochfrequenzplasmaätzen verwendete Gas ist ein
inertes Gas, z. B. Argon. Da die vertikale Mobilität eines
Plasmaions bei dem hohen Druck und der niedrigen elektrischen
Energie herabgesetzt wird, erfolgt nicht nur ein Ätzen des
oberen Endes der isolierenden Zwischenschicht 4, sondern es
werden auch die Innenseiten der isolierenden Zwischenschicht
4, die die Seitenwand des Kontaktloches bilden, geätzt.
Wie in Fig. 1B gezeigt ist, werden die scharfen
Kantenbereiche A an der Eintrittsstelle in das Kontaktloch 5
durch das erste Hochfrequenzplasmaätzen unter Einsatz einer
niedrigen elektrischen Energie bei einem hohen Druck
abgerundet. Die vertikale Mobilität des Plasmaions wird bei
dem niedrigem Druck und der hohen elektrischen Energie
heraufgesetzt und daher der Al₂O₃-Film 6 auf der freigelegten
Metallschicht 3, wie in Fig. 1C gezeigt ist, durch das zweite
Hochfrequenzplasmaätzen bei hoher elektrischer Energie und
einem niedrigen Druck entfernt.
Ferner wird der obere Bereich der isolierenden
Zwischenschicht 4 während des ersten und zweiten
Hochfrequenzplasmaätzens auf eine bestimmte Dicke geätzt, so
daß es möglich ist, den Effekt zu erhalten, daß die
Topologie des Kontaktloches 5 verringert wird.
Die für die vorliegende Erfindung verwendete
Plasmaätzeinrichtung kann den Al₂O₃-Film entfernen und dann
in einem In-situ-Prozeß das Metall abscheiden. Die
Hochfrequenz (RF) Plasmakammer ist für den Einsatz von zwei
Frequenzen ausgebildet. Die erste Frequenz beträgt 13,56 MHz
und dient zum Ätzen des Al₂O₃-Films, während die zweite
Frequenz 400 KHz beträgt und dazu dient, die Konzentration
des Plasmas zu verstärken. Durch richtige Einstellung der
elektrischen Energie mit der ersten und zweiten Frequenz und
ferner Einstellung des Druckes des Argongases können der
Voraussetzung für das Eingraben des Kontaktloches zu
schaffen.
Wie beschrieben kann nach der vorliegenden Erfindung der auf
der Oberfläche der freigelegten Metallschicht im Kontaktloch
gebildete Al₂O₃-Film entfernt werden, können die
Kantenbereiche an der Eintrittsstelle des Kontaktloches
abgerundet werden und kann die Topologie des Kontaktloches
herabgesetzt werden, indem man ein zweistufiges
Hochfrequenzplasmaätzen vorsieht. Dadurch werden besondere
Wirkungen hinsichtlich einer verbesserten Stufenabdeckung des
Metalls im Kontaktloch und einer Verringerung des
Kontaktwiderstandes zwischen den Metallschichten erzielt, was
das elektrische Verhalten der Bauelemente sowie die
Produktivität verbessert.
Claims (11)
1. Verfahren zur Bildung eines Kontaktloches bei einem
Halbleiterbauelement gekennzeichnet durch die folgenden
Schritte:
aufeinanderfolgende Bildung einer Metallschicht und einer isolierenden Zwischenschicht auf einem Siliciumsubstrat, auf dem eine Isolierschicht gebildet ist;
isotropisches Ätzen eines Bereichs der isolierenden Zwischenschicht bis zu einer bestimmten Tiefe unter Verwendung einer Kontaktlochmaske;
anisotropisches Ätzen der restlichen Dicke der isolierenden Zwischenschicht zur Bildung eines Kontaktloches für die Freilegung eines Bereichs der Metallschicht;
Vornahme eines ersten Plasmaätzens unter Einsatz einer niedrigen elektrischen Energie bei hohem Druck, um die Kantenbereiche der Eintrittsstelle in das Kontaktloch abzurunden und die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen; und
Vornahme eines zweiten Plasmaätzens unter Einsatz einer hohen elektrischen Energie bei niedrigem Druck, um die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen und einen Oxydfilm zu entfernen, der sich auf der Oberfläche der freigelegten Metallschicht im Kontaktloch gebildet hat.
aufeinanderfolgende Bildung einer Metallschicht und einer isolierenden Zwischenschicht auf einem Siliciumsubstrat, auf dem eine Isolierschicht gebildet ist;
isotropisches Ätzen eines Bereichs der isolierenden Zwischenschicht bis zu einer bestimmten Tiefe unter Verwendung einer Kontaktlochmaske;
anisotropisches Ätzen der restlichen Dicke der isolierenden Zwischenschicht zur Bildung eines Kontaktloches für die Freilegung eines Bereichs der Metallschicht;
Vornahme eines ersten Plasmaätzens unter Einsatz einer niedrigen elektrischen Energie bei hohem Druck, um die Kantenbereiche der Eintrittsstelle in das Kontaktloch abzurunden und die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen; und
Vornahme eines zweiten Plasmaätzens unter Einsatz einer hohen elektrischen Energie bei niedrigem Druck, um die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen und einen Oxydfilm zu entfernen, der sich auf der Oberfläche der freigelegten Metallschicht im Kontaktloch gebildet hat.
2. Verfahren zur Bildung eines Kontaktloches bei einem
Halbleiterbauelement, gekennzeichnet durch die folgenden
Schritte:
aufeinanderfolgende Bildung einer Metallschicht und einer isolierenden Zwischenschicht auf einem Siliciumsubstrat, auf dem eine isolierende Schicht gebildet ist;
Ätzen eines Bereichs der isolierenden Zwischenschicht zur Bildung eines Kontaktloches für das Freilegen eines Bereiches der Metallschicht;
Vornahme eines ersten Plasmaätzens unter Einsatz einer niedrigen elektrischen Energie bei hohem Druck, um die Kantenbereiche der Eintrittsstelle zum Kontaktloch abzurunden und die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen; und
Vornahme eines zweiten Plasmaätzens unter Einsatz einer hohen elektrischen Energie bei niedrigem Druck, um die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen und einen Oxydfilm zu entfernen, der sich auf der Oberfläche der freigelegten Metallschicht im Kontaktloch gebildet hat.
aufeinanderfolgende Bildung einer Metallschicht und einer isolierenden Zwischenschicht auf einem Siliciumsubstrat, auf dem eine isolierende Schicht gebildet ist;
Ätzen eines Bereichs der isolierenden Zwischenschicht zur Bildung eines Kontaktloches für das Freilegen eines Bereiches der Metallschicht;
Vornahme eines ersten Plasmaätzens unter Einsatz einer niedrigen elektrischen Energie bei hohem Druck, um die Kantenbereiche der Eintrittsstelle zum Kontaktloch abzurunden und die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen; und
Vornahme eines zweiten Plasmaätzens unter Einsatz einer hohen elektrischen Energie bei niedrigem Druck, um die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen und einen Oxydfilm zu entfernen, der sich auf der Oberfläche der freigelegten Metallschicht im Kontaktloch gebildet hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Plasmaätzen unter Einsatz
einer elektrischen Energie von 200-400 W bei einem Druck
von 3-7 mTorr durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Plasmaätzen unter Einsatz
einer elektrischen Energie von 400-600 W bei einem Druck
von 0,3-0,7 mTorr durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste und zweite Plasmaätzen in
Gegenwart eines inerten Gases durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das inerte Gas Argon ist.
7. Verfahren zur Bildung eines Kontaktloches bei einem
Halbleiterbauelement, gekennzeichnet durch die folgenden
Schritte:
aufeinanderfolgende Bildung einer Metallschicht und einer isolierenden Zwischenschicht auf einem Siliciumsubstrat, auf dem eine Isolierschicht gebildet ist;
Bildung eines Kontaktloches durch Freilegen eines Bereiches der Metallschicht durch Ätzen eines Bereiches der isolierenden Zwischenschicht; und
Vornahme eines ersten und zweiten Plasmaätzens, wobei einer der beiden Plasmaätzprozesse unter Einsatz einer niedrigen elektrischen Energie bei einem hohen Druck und der andere unter Einsatz einer hohen elektrischen Energie bei niedrigem Druck durchgeführt wird, um die Kantenbereiche der Eintrittsstelle in das Kontaktloch abzurunden, die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen und einen Oxydfilm zu beseitigen, der sich auf der Oberfläche der freigelegten Metallschicht im Kontaktloch gebildet hat.
aufeinanderfolgende Bildung einer Metallschicht und einer isolierenden Zwischenschicht auf einem Siliciumsubstrat, auf dem eine Isolierschicht gebildet ist;
Bildung eines Kontaktloches durch Freilegen eines Bereiches der Metallschicht durch Ätzen eines Bereiches der isolierenden Zwischenschicht; und
Vornahme eines ersten und zweiten Plasmaätzens, wobei einer der beiden Plasmaätzprozesse unter Einsatz einer niedrigen elektrischen Energie bei einem hohen Druck und der andere unter Einsatz einer hohen elektrischen Energie bei niedrigem Druck durchgeführt wird, um die Kantenbereiche der Eintrittsstelle in das Kontaktloch abzurunden, die Topologie des Kontaktloches herabzusetzen und einen Oxydfilm zu beseitigen, der sich auf der Oberfläche der freigelegten Metallschicht im Kontaktloch gebildet hat.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der niedrige Druck 0,3-0,7 mTorr und der hohe Druck 3-7
mTorr beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die niedrige elektrische Energie 200-400 W und die hohe
elektrische Energie 400-600 W beträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste und zweite Plasmaätzen in Gegenwart eines inerten
Gases vorgenommen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das inerte Gas Argon ist.
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