DE19715501C1 - Verfahren zur Strukturierung von dünnen Metallschichten - Google Patents
Verfahren zur Strukturierung von dünnen MetallschichtenInfo
- Publication number
- DE19715501C1 DE19715501C1 DE19715501A DE19715501A DE19715501C1 DE 19715501 C1 DE19715501 C1 DE 19715501C1 DE 19715501 A DE19715501 A DE 19715501A DE 19715501 A DE19715501 A DE 19715501A DE 19715501 C1 DE19715501 C1 DE 19715501C1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- thin metal
- metal layer
- laser
- laser ablation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/58—After-treatment
- C23C14/5806—Thermal treatment
- C23C14/5813—Thermal treatment using lasers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/58—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/56—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
- C23F4/02—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00 by evaporation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
- H01L21/32131—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by physical means only
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76885—By forming conductive members before deposition of protective insulating material, e.g. pillars, studs
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
- H05K3/027—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed by irradiation, e.g. by photons, alpha or beta particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
- B23K2103/12—Copper or alloys thereof
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Strukturierung von dünnen Metallschichten, das insbesondere im
Bereich der Halbleitertechnologie bei der Metallisierung von
integrierten Schaltkreisen Verwendung findet.
Für die Metallisierung von integrierten Schaltkreisen,
insbesondere mit CMOS-Technik, wird derzeit vornehmlich Aluminium
oder Aluminium mit geringen Zusätzen von Silizium und Kupfer
eingesetzt. Mit zunehmend dichterer Integration mit
Strukturgrößen unter 1 µm treten jedoch beim Metall Aluminium
aufgrund seiner ungenügenden Leitfähigkeit und der auftretenden
Elektromigration Probleme auf.
Zur Zeit wird weltweit der Einsatz von Kupfer als
Metallisierungsmaterial untersucht, da es einen geringeren
spezifischen Widerstand und eine höhere Festigkeit bezüglich
Elektromigration aufweist (vgl. z. B. Jian Li, "Copper-Based
Metallization for ULSI Application", MRS Bulletin June 1993
S. 18). Dies erlaubt höhere Integrationsdichten und schnellere
Taktzeiten der gefertigten Schaltkreise. Die Abscheidung dünner
Kupferschichten erfolgt mittels CVD oder Sputtern.
Allerdings bereitet die Strukturierung dieser Schichten zu
Leiterbahnen, Bondpads und Durchkontaktierungen aus den folgenden
Gründen Probleme.
Die bei Aluminium übliche Strukturierung, d. h. Photolithographie
und anschließendes Ätzen in Plasma, läßt sich nur bedingt auf
Kupfer übertragen. Kupfer als Übergangselement bildet im
Gegensatz zu Aluminium keine leichtflüchtigen Verbindungen mit
Ätzgasen, die Fluor oder Chlor enthalten (siehe z. B. Y. Igarashi,
"High-Reliability Copper Interconnects through Dry Etching
Process", Japan. J. Appl. Phys. Vol. 34 (1995), S. 1012-1015).
Kupfer muß deshalb bei hohen Temperaturen geätzt werden.
Weitere Möglichkeiten für das Ätzen von Kupfer bestehen im
Einsatz von Cyaniden und der Ausnutzung der Rückreaktion der CVD-
Abscheidung, wie besipielsweise in M. Schober, "Low Temperature
Dry Etching of Copper using a New Chemical Approach", Proceedings
of MAM '97, Materials of Advanced Metallization, S. 30 ausgeführt
ist. Diese Chemikalien sind jedoch giftig und deshalb aus Gründen
der Arbeitssicherheit und des Umweltschutzes möglichst zu
vermeiden.
Ein drittes Verfahren mit dem Namen Damascene-Technik ist in S.
Lakshminarayanan, "Contact and Via Structures with Copper
Interconnects Fabricated using Dual Damascene Technology", IEEE
Electron Device Letters, Vol. 15, No 8, Aug 1994, S. 307
erläutert. Bei dieser Technik wird das Kupfer in zuvor
strukturierte Gräben abgeschieden. Mit CMP (Chemical Mechanical
Polishing) wird das überschüssige Kupfer nachfolgend außerhalb
der Gräben durch Schleifen entfernt. Nachteile dieser Technik
sind der Dishing-Effekt und der hohe Anfall von flüssigem
Sondermüll.
Aus US-A-5075200 ist demgegenüber ein Verfahren bekannt, bei dem
auf eine vorstrukturierte Schicht ein Supraleiter-Precursor
ganzflächig abgeschieden wird und anschließend mittels Ionen-
Elektronen- oder Gammastrahlung die Bereiche außerhalb der
Strukturen samt Maske abgetragen werden. Desweiteren ist aus JP-
A-08-236240 ein Verfahren bekannt, bei dem ein Metall in eine
Einkerbung eingebracht wird und die überstehenden Teile durch
Polieren entfernt werden. Darüber hinaus offenbart US-A-
5266446 ein Verfahren, bei dem überschüssiges metallisches
Material durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt wird. In
ähnlicher Weise wird in US-A-5130229 überschüssiges metallisches
Material durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt.
Aus der nachveröffentlichten Druckschrift US-A-5635423 ist ein
Damascene-Verfahren bekannt, bei dem eine leitende Verdrahtung
mit Hilfe von chemisch-mechanischem Polieren planarisiert wird.
Desweiteren ist aus der DE 44 20 347 C2 ein
Verfahren zum Abgleich von elektronischen Bauelementen, die aus
einem Substrat und mindestens einer auf dem Substrat
angeordneten, die elektrischen Parameter des jeweiligen
Bauelements bestimmenden Schicht bestehen und bei denen der
Parameterabgleich ohne Abtrag von Substratmaterial durch einen
die Dicke der Schicht flächig verringernden Materialabtrag
erfolgt, bekannt. Bei diesem Verfahren wird der flächige
Materialabtrag mit mindestens einem Laserstrahl vorgenommen,
dessen Fokus sich in definiertem Abstand über der Oberfläche der
abzutragenden Schicht befindet.
Darüber hinaus ist die allgemeine Verwendung der Lasertechnik in
der Leiterplattenfertigung aus dem Artikel Metalloberfläche
8/1991, Seite 349 bis 358, bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Verfahren zur Strukturierung von dünnen Metallschichten ohne
Einsatz giftiger oder teurer Chemikalien bereitzustellen. Aus
Kostengründen sollte das Verfahren mit möglichst wenigen
Prozeßschritten auskommen. Für eine hohe Ausbeute soll der Prozeß
leicht regelbar und unabhängig von schwer kontrollierbaren
Nebeneffekten sein.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der geltenden
Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird zunächst
eine strukturierbare Schicht bereitgestellt. Dies kann
beispielsweise durch Abscheidung einer SiO2-Schicht auf einem
Substrat erfolgen. In dieser Schicht werden Vertiefungen erzeugt,
die die Struktur der späteren Metallschicht festlegen. Die
Vertiefungen bestehen in der Regel aus einer Reihe von Gräben und
Löchern, die dem Verlauf späterer Leiterbahnen und der Position
späterer Durchkontaktierungen (Vias, Kontaktlöcher) entsprechen.
Die Erzeugung der Vertiefungen kann zum Beispiel mittels
Photolithographietechnik und nachfolgendes Ätzen erfolgen. Danach
wird entweder direkt auf diese strukturierte Schicht oder auf
eine darauf aufgebrachte dünne Zwischenschicht (oder
-schichtfolge) die dünne Metallschicht aufgebracht. Die
Strukturierung der dünnen Metallschicht erfolgt, indem diese
außerhalb der Vertiefungen durch Laserablation wieder entfernt
wird.
Mit Laserablation wird das Verdampfen eines Materials durch
energiereiche Laserpulse bezeichnet. Gepulste Laser werden zwar
seit langem zur Materialbearbeitung eingesetzt (vgl. z. B. R. F.
Haglund, in J. C. Miller "Laser Ablation" Springer Verlag, 1994,
Vol 28; S. 11 ff.). In der Halbleiterfertigung ist Laserablation
jedoch üblicherweise nicht anwendbar, da die zu erzeugenden
Strukturen oft kleiner als die Wellenlänge des Laserlichtes sind,
und eine sukzessive schreibende Belichtung zu lange dauert. Die
vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch in vorteilhafter Weise
den Einsatz dieser Technik auch zur Erzeugung von Strukturen
unterhalb der Auflösungsgrenze der eingesetzten Laserstrahlung.
Eine weitere Möglichkeit der Strukturierung dünner
Metallschichten besteht gemäß der vorliegenden Erfindung darin,
zunächst die dünne Metallschicht auf ein Substrat aufzubringen.
Auf diese Schicht wird dann eine strukturierbare Schicht
aufgebracht und derart strukturiert, daß die darunterliegende
Metallschicht in bestimmten Bereichen freigelegt wird. Die dünne
Metallschicht wird schließlich aus den freigelegten Bereichen
durch Laserablation entfernt. Auch in diesem Fall verbleibt somit
eine strukturierte dünne Metallschicht.
Unter Substrat ist in beiden obigen Fällen jede Art von Träger zu
verstehen, so auch beispielsweise ein Wafer mit einer bereits
aufgebrachten Schichtfolge.
Das Verfahren bietet den Vorteil, daß keine giftigen oder teuren
Chemikalien für die Strukturierung von dünnen Metallschichten
notwendig sind. Das Verfahren ist mit wenigen Prozeßschritten und
daher kostengünstig durchführbar und weist keine schwer
kontrollierbaren Nebeneffekte auf.
Mit dem Verfahren können in vorteilhafter Weise Leiterbahnen und
Durchkontaktierungen in Kupfer ohne giftige oder teure
Chemikalien hergestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 ein Beispiel für das Verfahren gemäß Anspruch 1 anhand
einzelner Verfahrensstufen; hierbei
Fig. 1a einen Siliziumwafer (1) mit einer strukturierbaren
Schicht (2) nach der Erzeugung von Vertiefungen (3) und
dem Aufbringen einer Haftschicht (4);
Fig. 1b den Siliziumwafer aus Fig. 1a nach dem ganzflächigen
Abscheiden einer dünnen Kupferschicht (5);
Fig. 1c den Siliziumwafer aus Fig. 1b mit der fertigen
Leiterbahn (6) nach dem Entfernen der Kupferschicht
mittels Laserablation außerhalb der Vertiefungen;
Fig. 2 ein Beispiel für das Verfahren gemäß Anspruch 2 anhand
einzelner Verfahrensstufen; hierbei
Fig. 2a einen Siliziumwafer (1) mit einer Oxid- (2) und einer
Haftschicht (4), auf dem eine dünne Kupferschicht (7)
und eine strukturierbare Reflexionsschicht (8)
abgeschieden sind;
Fig. 2b das Substrat aus Fig. 2a nach dem Strukturieren der
Reflexionsschicht (8); und
Fig. 2c das Substrat aus Fig. 2b mit der fertigen Leiterbahn
(10) nach dem Entfernen der Kupferschicht (7) mittels
Laserablation aus den freigelegten Bereichen (9).
Bei einem Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren
wird entsprechend der Damascene-Technik die Struktur für die
Leiterbahnen und Durchkontaktierungen in einem Intermetall
dielektrikum (2), üblicherweise SiO2, zunächst mit Photo
lithograhpie und nachfolgendem Ätzen erzeugt. Die erzeugten
Vertiefungen (3) werden danach mit einer Haftschicht (4), die
auch als Diffusionsbarriere wirkt, beschichtet. Die Haftschicht
besteht üblicherweise aus TiN.
Fig. 1a zeigt einen Siliziumwafer (1), auf dem eine Oxidschicht
(2) aufgebracht ist. Aus der Oxidschicht (2) wurde ein mittels
Photolithographie definierter Graben (3) herausgeätzt und danach
eine Haftschicht (4) aufgebracht.
Anschließend wird ganzflächig Kupfer (5) mit einer typischen
Dicke von 0,2 bis 2 µm abgeschieden, wie in Fig. 1b gezeigt. Als
Abscheidemethode kommen CVD (Chemical Vapour Deposition) aus
metallorganischen Precursoren (z. B. CupraSelect®),
PVD (Physical Vapour Deposition) wie Sputtern und Aufdampfen,
stromlose Abscheidung oder galvanische Abscheidung in Frage.
Nach dem Verkupfern erfolgt die Ablation, der wesentliche Schritt
des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Wafer wird hierfür in einer
geschlossenen Prozeßkammer auf eine Grundtemperatur im Bereich
von ca. 200°C bis 500°C erwärmt. Die untere Temperaturgrenze
wird hierbei durch eine zunehmend höhere Schwellenergie der
Ablation, die obere Grenze durch eine mögliche Schädigung von
bereits fertiggestellten Schichten im Wafer (1) definiert. Die
Prozeßkammer muß evakuiert oder mit einer inerten Atmosphäre
gefüllt sein, um eine Oxidation des Kupfers am Sauerstoff der
Luft zu verhindern. Alternativ kann sie auch ein reaktives
Prozeßgas enthalten.
Der verkupferte Wafer wird nun ganzflächig oder abschnittsweise
mit sich nacheinander überlappenden Feldern vom Laser belichtet.
Als Beleuchtungsquelle dient ein Laser mit kurzzeitigen,
energiereichen Pulsen. Die kurzen Pulse mit einer typischen Dauer
von 1-100 ns sind notwendig, um ein kleines Volumen des Metalls
schlagartig zu verdampfen, ohne die Umgebung durch Wärmeableitung
zu erwärmen. Hierfür ist bevorzugt ein Excimerlaser geeignet.
Auch ein Nd:YAG-Laser oder ein Diodenlaser, möglichst mit
Frequenzverdopplung oder -vervierfachung, können eingesetzt
werden. Die Absorption der Laserstrahlung ist von der Wellenlänge
abhängig. So reflektiert beispielsweise Kupfer im sichtbaren
Spektralbereich mit λ < 500 nm sehr gut, während im
ultravioletten Spektralbereich, z. B. bei der Linie des KrF mit λ
= 248 nm, die Absorption von Kupfer gut ist. Es versteht sich von
selbst, daß der Fachmann für eine erfolgreiche Ablation jeweils
eine Laserwellenlänge wählen wird, bei der das zu entfernende
Metall nennenswerte Absorption aufweist.
Entscheidend für eine erfolgreiche Ablation ist das Überschreiten
einer Energiedichteschwelle, welche in der Größenordnung von 0,5
J/cm2 liegt. Bei kleinerer Energiedichte erfolgt nur eine
Modifikation der Metalloberfläche. Bei zu hoher Energiedichte
wird die darunterliegende Schicht beschädigt. Es ist deshalb bei
der Auswahl der Haftschicht zu beachten, daß die Schwelle der
Energiedichte der Zerstörung der Haftschicht deutlich über der
eingesetzten Energiedichte liegt.
Gute Ergebnisse werden beispielsweise bei der Ablation dünner
Kupferschichten unter folgenden Bedingungen erzielt:
Schichtdicke des Kupfers; | 800 nm |
Schichtdicke der TiN-Haftschicht: | 25 nm. |
Grundtemperatur des Wafers: | 400°C |
Vakuum in der Prozeßkammer: | 0,1 Pa(1 . 10-3 mbar) |
Eingesetzter Laser: | KrF-Excimerlaser (Wellenlänge 248 nm) |
Energiedichte des Laserstrahles: | 0,5 J/cm2 |
Um die notwendige Energiedichte zu erreichen, muß der Laserstrahl
mit einem optischen Element (eine oder mehrere Linsen oder
Spiegel) in seinem Querschnitt verkleinert, d. h. fokussiert
werden. Die Energiedichte wird durch eine Steuerung der
Intensität des Lasers, durch eine Variation der Fokussierung,
oder durch einen einstellbaren Strahlabschwächer justiert.
Bei jedem Laserblitz wird auf der senkrecht beleuchteten Fläche
das Kupfer verdampft, während das Kupfer in den Gräben und
Löchern erhalten bleibt. Fig. 1c zeigt einen auf diese Weise
erzeugten, mit Metall gefüllten Graben, d. h. eine fertige
Leiterbahn (6). Damit ist bereits die gewünschte Strukturierung
erfolgt.
Die Prozeßkammer verläßt ein Aerosol aus Kupferstaub, der sich
leicht ausfiltern läßt, beziehungsweise eine dampfförmige
Verbindung bei Verwendung eines reaktiven Prozeßgases. Es
entstehen keine giftigen Abfälle oder Nebenprodukte. Als weitere
Prozeßschritte folgen bei Bedarf eine Reinigung, eine Abscheidung
einer oberen Diffusionsbarriere (TiN) und ein weiteres
Intermetalldielektrikum.
Die Selektivität der Ablation zwischen dem zu entfernenden Metall
auf der ebenen Fläche und dem zu erhaltenden Metall im Graben
beruht im einfachsten Falle auf der Abhängigkeit der
Energiedichteschwelle von der Schichtdicke des Metalls (hier:
Kupfer). Um diesen Effekt nutzen zu können, muß der
Abscheideprozeß in den Vertiefungen für die Leiterbahnen und
Kontaktlöcher eine dickere Schicht erzeugen als außerhalb. Bei
nichtselektiver Abscheidung und oberflächenkontrolliertem Prozeß
ist dies bei Vertiefungen mit einem Aspektverhältnis (Tiefe/Breite)
von größer als 1 der Fall. Ein selektiver Abscheideprozeß
oder ein zwischen Abscheidung und Ablation eingefügter
Temperschritt mit einem Verfließen der Kupferschicht kann die
Schichtdicke in den Gräben ebenfalls bzw. zusätzlich erhöhen.
Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
erläutert, mit dem gleichförmig dicke und lateral große Flächen
aus Kupfer strukturiert werden können. Hier erfolgt die
Strukturierung durch Abscheidung einer zusätzlichen
(strukturierbaren) Schicht (8) (z. B. SiO2 oder TiN) auf dem
Kupfer (7). Dies ist in Fig. 2a gezeigt, in der ein Siliziumwafer
(1) mit einer Oxidschicht (2), einer Haftschicht (TiN) (4), der
Kupferschicht (7) und der zusätzlichen Schicht (8) dargestellt
ist. Die Dicke und der Brechungsindex dieser Schicht (8) sind so
gewählt, daß das Licht nicht in das darunterliegende Kupfer
einkoppeln kann (Reflexionsschicht). Diese Schicht wird mit
normalen Lithographieschritten so strukturiert, daß die
Kupferschicht (7) in bestimmten Bereichen (9) freigelegt wird
(vgl. Fig. 2b). Die bedeckten Bereiche definieren hierbei die
spätere Struktur der Metallschicht. Nachfolgend wird das Kupfer
aus den geöffneten Bereichen (9) ablatiert (Fig. 2c). Die
gewünschten Leiterbahnen bzw. Flächen (10) bleiben stehen. Die
auf den Leiterbahnen (10) verbleibenden Reste der Hilfsschicht
(8) können danach entfernt werden.
In beiden Ausführungsbeispielen ist es günstig, auch die
verwendete Haftschicht (4) unter der Kupferschicht als
Refexionsschicht auszuführen. Damit wird das durch die dünne
Kupferschicht transmittierte Licht wieder in das Kupfer
zurückreflektiert und somit die Effektivität des Laserpulses
erhöht beziehungsweise die notwendige Energiedichte veringert.
Die Prozeßkammer kann während der Ablation entweder mit Vakuum
betrieben werden (ein Vakuum von 0,1 Pa(1 . 10-3 mbar)ist
ausreichend), oder ein Prozeßgas enthalten. Das zusätzliche Gas
kann ein inertes Gas (Stickstoff oder Edelgas), das durch seine
Strömung das verdampfte Kupfer aus dem Reaktionsraum entfernt,
oder ein reaktives Gas sein, welches sich mit den heißen und
angeregten Atomen oder Clustern aus Kupfer verbindet und eine
Verbindung mit höherem Dampfdruck bildet, welche nicht an
benachbarten Oberflächen kondensiert.
Für eine verbesserte Einkopplung der Laserstrahlung in das
teilweise reflektierende Metall kann bei Bedarf auf die zu
entfernenden Bereiche eine Antireflexionsschicht (z. B. SiO2)
geeigneter Dicke aufgebracht werden. Diese Hilfsschicht wird dann
gemeinsam mit dem Kupfer ablatiert.
Um den Effekt der Ablation zu verstärken, kann dem Kupfer während
der Abscheidung eine geringe Menge von Fremdstoffen beigemischt
werden oder als Trennschicht zwischen Metall und Haftschicht
zuvor abgeschieden werden. Diese Fremdstoffe werden bei
Bestrahlung mit dem Laser schlagartig verdampft und unterstützen
das rückstandsfreie Abtragen des Metalls. Für eine gute Haftung
und dauerhafte Stabilität des Kupfers im fertigen Bauelement muß
dieser Femdstoff allerdings mit einem Temperschritt (längere Zeit
bei erhöhter Temperatur, eventuell in Formiergas) restlos zu
entfernen sein. Als Fremdstoffe kommen hierbei z. B.
Kohlenwasserstoffe in Betracht.
Entsprechend der derzeitigen technischen Entwicklung wurde im
Ausführungsbeispiel Kupfer als Metall zur Metallisierung
beschrieben. In Spezialbauelementen werden auch andere
Edelmetalle wie Gold, Silber, Platin, Palladium und deren
Legierungen eingesetzt, welche bei der Strukturierung durch
chemisches Ätzen Probleme bereiten. Auch für diese Metalle ist
das erfindungsgemäße Verfahren geeignet.
Claims (25)
1. Verfahren zur Strukturierung von dünnen Metallschichten,
insbesondere im Bereich der Halbleitertechnologie, mit folgenden
Schritten:
- 1. - Bereitstellung einer strukturierbaren Schicht (2);
- 2. - Erzeugen von Vertiefungen (3) in der strukturierbaren Schicht (2);
- 3. - ganzflächiges Aufbringen einer dünnen Metallschicht (5) aus Kupfer, einem Edelmetall oder einer Edelmetallegierung; und
- 4. - nachfolgendes Entfernen der dünnen Metallschicht (5) außerhalb der Vertiefungen (3); dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der dünnen Metallschicht (5) durch Laserablation erfolgt.
2. Verfahren zur Strukturierung von dünnen Metallschichten,
insbesondere im Bereich der Halbleitertechnologie, mit
folgenden Schritten:
- 1. - Aufbringen einer dünnen Metallschicht (7) aus Kupfer, einem Edelmetall oder einer Edelmetallegierung auf ein Substrat;
- 2. - Aufbringen einer strukturierbaren Schicht (8);
- 3. - Strukturierung der strukturierbaren Schicht (8) derart, daß die darunterliegende dünne Metallschicht (7) in bestimmten Bereichen (9) freigelegt wird; und
- 4. - nachfolgendes Entfernen der dünnen Metallschicht (7) aus
freigelegten Bereichen (9);
dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der dünnen Metallschicht (7) durch Laserablation erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne
Metallschicht (5) so abgeschieden wird, daß ihre Schichtdicke
in den Vertiefungen (3) größer ist als außerhalb der
Vertiefungen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Vertiefungen (3) mit einem Aspektverhältnis größer 1
erzeugt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet,
daß die dünne Metallschicht (5) durch einen selektiven
Abscheideprozeß aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet,
daß zwischen dem Aufbringen und der Entfernung der dünnen
Metallschicht (5) ein Temperschritt durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet,
daß als strukturierbare Schicht (2) ein Intermetalldielektrikum
eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet,
daß die strukturierbare Schicht (2, 8) eine Reflexionsschicht
für die Wellenlänge der eingesetzten Laserstrahlung darstellt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet,
daß die dünne Metallschicht (5, 7) aus Gold, Silber, Platin
oder Palladium oder aus einer Legierung aus diesen besteht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Dicke der dünnen Metallschicht (5, 7) 0,2 bis 2 µm
beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet,
daß die dünne Metallschicht (5, 7) zur Durchführung der
Laserablation auf eine Grundtemperatur im Bereich von
200-500°C erwärmt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch,
gekennzeichnet,
daß die dünne Metallschicht (5, 7) zur Durchführung der
Laserablation ganzflächig mit der Laserstrahlung belichtet
wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet,
daß die dünne Metallschicht (5, 7) zur Durchführung der
Laserablation abschnittsweise mit sich nacheinander
überlappenden Feldern der Laserstrahlung belichtet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Laserablation in einer Prozeßkammer erfolgt, die
evakuiert ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Laserablation in einer Prozeßkammer erfolgt, die ein
inertes Gas enthält.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1, 3, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Laserablation in einer Prozeßkammer erfolgt, die ein
reaktives Prozeßgas enthält.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch
gekennzeichnet,
daß für die Laserablation ein Excimerlaser, ein Nd:YAG-Laser
oder ein Diodenlaser mit einer Impulsdauer im Bereich von
jeweils 1-100 ns eingesetzt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet,
daß vor dem Aufbringen der dünnen Metallschicht (5, 7) eine
Haftschicht (4) als Diffusionsbarriere abgeschieden wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftschicht (4) eine Refexionsschicht für die
Wellenlänge der eingesetzten Laserstrahlung darstellt, oder
eine separate Reflexionsschicht abgeschieden wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet,
daß vor der Laserablation auf die zu entfernenden Bereiche der
dünnen Metallschicht (5, 7) eine Antireflexionsschicht für die
Wellenlänge der eingesetzten Laserstrahlung aufgebracht wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch
gekennzeichnet,
daß dem Metall während des Aufbringens eine geringe Menge an
Fremdstoffen beigemischt wird, die später durch einen
Temperschritt wieder entfernbar sind.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch
gekennzeichnet,
daß vor dem Aufbringen der Metallschicht (5, 7) eine
Trennschicht, die später durch einen Reinigungsschritt wieder
entfernbar ist, abgeschieden wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Strukturierung der strukturierbaren Schicht (2, 8)
durch Photolithographie und nachfolgendes Ätzen erfolgt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch
gekennzeichnet,
daß weiterhin eine obere Diffusionsbarriere auf der
Metallschicht (5, 7) abgeschieden wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch
gekennzeichnet,
daß eine weitere stukturierbare Schicht abgeschieden wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19715501A DE19715501C1 (de) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | Verfahren zur Strukturierung von dünnen Metallschichten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19715501A DE19715501C1 (de) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | Verfahren zur Strukturierung von dünnen Metallschichten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19715501C1 true DE19715501C1 (de) | 1998-06-25 |
Family
ID=7826445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19715501A Expired - Fee Related DE19715501C1 (de) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | Verfahren zur Strukturierung von dünnen Metallschichten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19715501C1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10340409A1 (de) * | 2003-09-02 | 2005-04-07 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Trägerwafer und Verfahren zum Bearbeiten eines Halbleiterwafers unter Verwendung eines Trägerwafers |
DE102005030272A1 (de) * | 2005-06-21 | 2007-01-04 | Hansgrohe Ag | Verfahren zur Erzeugung dekorativer Oberflächenstrukturen |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5075200A (en) * | 1987-12-25 | 1991-12-24 | Mitsubishi Metal Corporation | Process of forming superconductive wiring strip |
US5130229A (en) * | 1990-04-26 | 1992-07-14 | International Business Machines Corporation | Multi layer thin film wiring process featuring self-alignment of vias |
US5266446A (en) * | 1990-11-15 | 1993-11-30 | International Business Machines Corporation | Method of making a multilayer thin film structure |
JPH08236240A (ja) * | 1995-02-27 | 1996-09-13 | Hitachi Chem Co Ltd | 接続部材の製造方法 |
DE4420347C2 (de) * | 1994-06-01 | 1997-04-17 | Laser Micro Praezision Lmp | Verfahren zum Abgleich von elektronischen Bauelementen |
US5635423A (en) * | 1994-10-11 | 1997-06-03 | Advanced Micro Devices, Inc. | Simplified dual damascene process for multi-level metallization and interconnection structure |
-
1997
- 1997-04-14 DE DE19715501A patent/DE19715501C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5075200A (en) * | 1987-12-25 | 1991-12-24 | Mitsubishi Metal Corporation | Process of forming superconductive wiring strip |
US5130229A (en) * | 1990-04-26 | 1992-07-14 | International Business Machines Corporation | Multi layer thin film wiring process featuring self-alignment of vias |
US5266446A (en) * | 1990-11-15 | 1993-11-30 | International Business Machines Corporation | Method of making a multilayer thin film structure |
DE4420347C2 (de) * | 1994-06-01 | 1997-04-17 | Laser Micro Praezision Lmp | Verfahren zum Abgleich von elektronischen Bauelementen |
US5635423A (en) * | 1994-10-11 | 1997-06-03 | Advanced Micro Devices, Inc. | Simplified dual damascene process for multi-level metallization and interconnection structure |
JPH08236240A (ja) * | 1995-02-27 | 1996-09-13 | Hitachi Chem Co Ltd | 接続部材の製造方法 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
IEEE Electron Device Letters 8/1994, S. 307 * |
Jap. Jour. Appl. Phys. 1995, 1012-15 * |
Metalloberfläche 8/1991, 349-358 * |
MRS Bulletin 1993, S. 18 * |
Proc. MAM '97, Materials of Advanced Metallization, S. 30 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10340409A1 (de) * | 2003-09-02 | 2005-04-07 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Trägerwafer und Verfahren zum Bearbeiten eines Halbleiterwafers unter Verwendung eines Trägerwafers |
DE10340409B4 (de) * | 2003-09-02 | 2007-05-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Trägerwafer und Verfahren zum Bearbeiten eines Halbleiterwafers unter Verwendung eines Trägerwafers |
DE102005030272A1 (de) * | 2005-06-21 | 2007-01-04 | Hansgrohe Ag | Verfahren zur Erzeugung dekorativer Oberflächenstrukturen |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3916622C2 (de) | ||
EP0012955B1 (de) | Ätzmittel zum Ätzen von Siliciumoxiden auf einer Unterlage und Ätzverfahren | |
EP1920461A1 (de) | Verfahren zur erzeugung von durchkontaktierungen in halbleiterwafern | |
WO2006128898A1 (de) | Verfahren zur erzeugung von vertikalen elektrischen kontaktverbindungen in halbleiterwafern | |
DE1809115A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von mehrere Schichten umfassenden Leitungsverbindungen fuer Halbleiteranordnungen | |
EP0643153B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von strukturierten Metallisierungen auf Oberflächen | |
DE1943519A1 (de) | Halbleiterbauelement | |
EP0024572A2 (de) | Elektrisch leitender Kontakt- oder Metallisierungsaufbau für Halbleitersubstrate | |
WO1991009984A1 (de) | Beschichtungsverfahren | |
EP1680949A1 (de) | Lötstopbarriere | |
DE19715501C1 (de) | Verfahren zur Strukturierung von dünnen Metallschichten | |
DE4203804A1 (de) | Verfahren zur kontaktierung von leitenden strukturen in hoechstintegrierten schaltkreisen | |
EP1665371B1 (de) | Verfahren zur herstellung einer multifunktionellen dielektrikumsschicht auf einem substrat | |
CH681581A5 (de) | ||
DE19503178B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer lötbaren Metallisierungsschicht auf einer nichtlötbaren Oberfläche | |
DE2743641A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von amorphen halbleitervorrichtungen | |
DE4430390C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von strukturierten Metallisierungen auf Oberflächen | |
DE19756348C1 (de) | Verfahren zum Bekeimen und/oder Implantieren und/oder Beschichten und/oder Strukturieren einer Oberfläche und Lasersputteranlage zur Durchführung des Verfahrens | |
EP2028686B1 (de) | Verfahren zum galvanischen Aufbringen eines Metalls, insbesondere von Kupfer, und Verwendung dieses Verfahrens | |
DE102005020061B4 (de) | Technik zur Herstellung von Verbindungsstrukturen mit reduzierter Elektro- und Stressmigration und/oder geringerem Widerstand | |
EP0909341B1 (de) | Verfahren zur herstellung von metallisierungen auf halbleiterkörpern | |
DE4343843A1 (de) | Verfahren zur Herstellung strukturierter Metallisierungen | |
WO2005101490A2 (de) | An einer kühlrippe angeordnetes bauelement | |
DE4129647B4 (de) | Vorderseiten-Metallisierung zum Drahtbonden für ein III-V Halbleiterbauelement und Verfahren | |
WO1993011563A1 (de) | Halbleiteranordnung mit metallschichtsystem sowie verfahren zur herstellung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20141101 |