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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kontaktöffnungen
in einer mehrschichtigen Halbleiterstruktur nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Vor
Ausbildung einer ersten Metallschicht werden konventionelle Halbleiterkomponenten
mit einer Isolierschicht bedeckt, die eine planere Oberseite aufweist
als die unterlagerte Topographie der Halbleiterkomponente. Die überlagerte
Isolierschicht ihrerseits isoliert die Halbleiterkomponente nach
außen
und bildet eine Stützstruktur,
die für
die herzustellenden Metallverbindungsleitungen benötigt wird.
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Ein
Beispiel ist eine Halbleiterkomponente mit einer leitenden Region,
wie einer Source- oder Drainregion auf einem Substrat. Die Halbleiterkomponente
hat ferner gewöhnlich
eine Mehrzahl von Schichten, etwa eine erste Schicht aus polykristallinem
Silicium, eine zweite Schicht aus polykristallinem Silicium und
eine dielektrische Schicht zwischen den beiden Schichten aus polykristallinem
Silicium, die beispielsweise aus Oxid-Nitrid-Oxid (ONO) bestehen
kann, während
gewöhnlich
die beiden Polysiliciumschichten und die leitende Region elektrisch
mit Metalleitungen durch Kontakte verbunden sind.
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Die
der aufgebrachten Isolierschicht unterlagerte Topographie der Halbleiterkomponente
weist demgemäß erhebliche
Höhenunterschiede
auf. Diese Höhenunterschiede
werden zwar durch das überlagerte
isolierende Material etwas abgemildert, zeichnen sich jedoch immer
noch ab. Zum Aufbringen der Isolierschicht kann man ein bekanntes
Verfahren, wie das Aufspinnen von Glas, Aufschmelzen und Resistrückätzen verwenden.
Ein wesentlicher Vorteil, der darauf zurückzuführen ist, daß die Oberfläche der
Isolierschicht nicht vollständig
planiert ist, besteht darin, daß die
Tiefe von Kontakten grob gesagt ähnlich
ist. Im Ergebnis ist weder eine der Schichten noch das Substrat
einer bedrohlichen Überätzung ausgesetzt,
wenn die Kontaktöffnungen gebildet
werden.
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In
jüngerer
Zeit sind jedoch als Ergebnis abnehmender Auslegungsregeln (0,35-μ-Technik)
und Verwendung von mehr metallischen Verbindungschichten die oben
aufgeführten
Techniken zur Bildung einer Isolierschicht einer Planierungstechnik
gewichen, die als chemisch-mechanisches Polieren bekannt ist. Mit
chemisch-mechanischem Polieren wird eine Isolierschicht über der
Halbleiterkomponente gebildet und dann bis zu einer vollständig planen
Oberfläche
herunterpoliert. Bei einer solchen Isolierschicht besteht jedoch
das Problem, daß die
Tiefe der Kontakte nicht mehr einigermaßen ähnlich ist, sondern stattdessen
stark unterschiedlich. Wenn infolgedessen die Isolierschicht geätzt wird,
um Kontaktöffnungen
zu bilden, werden die weiter oben liegenden Schichten während der
Zeit, in der eine Kontaktöffnung
zur leitenden Region des Substrats hergestellt wird, stark überätzt. Das Überätzen der
Isolierschicht verändert
die Durchmesser der Kontaktöffnungen, während das Überätzen etwa
einer Schicht aus polykristallinem Silicium die elektrischen Eigenschaften
der Komponente verändert.
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Eine
Möglichkeit,
das Überätzen zu
begrenzen, besteht in der Verwendung von zwei Kontaktmasken, nämlich einer
Maske für
die flachliegenden und einer Maske für die tieferliegenden Kontakte.
Zwar reduziert diese Technik das Problem des Überätzens, erfordert jedoch einen
zusätzlichen
Maskierungsschritt, der die Kosten und die Komplexität des Prozesses
erhöht.
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Eine
andere Technik, die man einsetzen kann, um das Überätzen zu begrenzen, besteht
darin, einen Teil der oberen Schicht aus polykristallinem Silicium
auf dasselbe Niveau wie die erste Schicht aus polykristallinem Silicium
zu bringen. Dabei ist die Ätzzeit,
die für
das Exponieren beider polykristallinen Schichten erforderlich ist,
etwa gleich. Im Ergebnis werden die beiden Schichten aus polykristallinem
Silicium nur geringfügig während der
zusätzlichen Ätzzeit überätzt, die
zum Exponieren der leitenden Substratregion benötigt wird. Nachteilig ist jedoch,
daß durch
Bilden der zweiten oberen Schicht aus polykristallinem Silicium
auf demselben Niveau wie die erste Schicht aus polykristallinem
Silicium die Größe des Chips
oft vergrößert werden
muß, um Platz
für die
vergrößerte zweite
polykristalline Schicht zu schaffen.
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Aufgabe
der Erfindung ist, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zu schaffen, mit dem Kontaktöffnungen
in einer planierten Isolierschicht gebildet werden können, ohne
die Isolierschicht oder unterlagerte leitende Strukturen zu überätzen, ohne
daß zusätzliche
Maskierschritte benötigt
werden oder der Chip vergrößert werden
muß.
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Diese
Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 gelöst.
Die Merkmale des Oberbegriffes sind z.B. aus der
DE 44 41 898C1 bekannt.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen
dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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1 bis 7 zeigen
in aufeinanderfolgenden Schritten das erfindungsgemäße Verfahren
anhand von Querschnittsdiagrammen.
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8 und 9 zeigen
im Vergleich die Verhältnisse
einerseits nach dem Stand der Technik und andererseits nach der
Erfindung.
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Gemäß 1,
besitzt eine mehrlagige Struktur 100 eine Halb leiterstruktur 120 auf
einem Halbleitersubstrat 110 und eine Isolierschicht 130,
die auf der Halbleiterstruktur 120 ausgebildet ist. Die
Isolierschicht 130 kann aus Oxid, Glas oder anderen üblichen
Isoliermaterialien bestehen.
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Wie
ferner in 1 gezeigt, umfaßt das Halbleitersubstrat 110 leitende
Regionen 112, wie Source- und Drainregionen, die auf der
Oberfläche
des Halbleitersubstrats 110 ausgebildet sind. Die Halbleiterstruktur 120 besitzt
eine Vielzahl von leitenden Strukturen, etwa eine obere leitende
Struktur 122 und eine mittlere leitende Struktur 124.
Die obere bzw. mittlere leitende Struktur 122 bzw. 124 kann
beispielsweise aus einer Schicht aus dotiertem polykristallinen
Siliciums oder einer Schicht aus dotiertem polykristallinem Silicium
mit einer überlagerten
Schicht, wie Wolfram oder Wolframsilicid gebildet sein. Zusätzlich sind
die obere leitende Struktur 122 und die mittlere leitende
Struktur 124 durch eine Schicht aus dielektrischem Material 126,
wie Oxid-Nitrid-Oxid (ONO), voneinander getrennt.
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Die
obere leitende Struktur 122 repräsentiert eine oder mehrere
Strukturen, die sich in im wesentlichen ähnlichem Abstand zur Oberseite
des Halbleitersubstrats 110 befinden und am weitesten von
der Oberseite des Halbleitersubstrats 110 entfert sind.
Beispielsweise kann die obere leitende Struktur 122 sowohl
die Wortleitungen einer Speichermatrix als auch die oberen Beläge von Interpoly-Kondensatoren
enthalten, falls diese beiden Strukturen sich in im wesentlichen ähnlichem
Abstand zur Oberseite des Halbleitersubstrats 110 befinden.
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Die
mittlere leitende Struktur 124 repräsentiert ihrerseits eine oder
mehrere Strukturen, die sich in im wesentlichen ähnlichem Abstand zur Oberseite
des Halbleitersubstrats 110 und nach der oberen leitenden Struktur 122 am
nächsten
zur Oberseite des Halbleitersubstrats 110 befinden. Demgemäß kann beispielsweise
die mittlere leitende Struktur 124 Gates von MOS-Transistoren
und die unteren Lagen von Interpoly-Kondensatoren enthalten, wenn diese
Strukturen sich in im wesentlichen ähnlichem Abstand zur Oberseite
des Halbleitersubstrats 110 befinden.
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Zunächst erfolgt
ein Planieren der Oberseite der Isolierschicht 130, etwa
mittels chemisch-mechanischen Polierens, bis die Oberseite im wesentlichen
eben und die Dicke der Isolierschicht 130 über der
oberen leitenden Struktur 122 etwa gleich einer vorbestimmten
Dicke ist. Die Oberseite ist im wesentlichen plan, wenn sie nur
geringfügige
Abweichungen von vollständiger
Ebenheit aufweist.
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Die
Isolierschicht 130 kann von der Oberseite der oberen leitenden
Struktur 122 vollständig
abgetragen werden. Alternativ kann man jedoch einige nm bis einige
tausend nm der Isolierschicht 130 über der oberen leitenden Struktur 122 stehen
lassen, um die Struktur 122 in nachfolgenden Verfahrensschritten
zu schützen.
Im Ergebnis kann die vorbestimmte Dicke von 0 bis zu einigen tausend
nm des Materials reichen.
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Die
Dicke der Isolierschicht 130, die über der oberen leitenden Struktur 122 belassen
wird, verändert das
relative Ätzverhältnis.
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Gemäß 2 wird
nach Planierung der Isolierschicht 130 eine Kontaktmaske
(nicht dargestellt) auf der Isolierschicht 130 gebildet
und bemustert, um eine Serie von Isolationsöffnungen 132 zu begrenzen.
Als nächstes
werden die unmaskierten Flächen
der Isolierschicht 130 geätzt, bis die mittlere leitende
Struktur 124 und alle anderen leitenden Strukturen, die
näher am
Halbleitersubstrat 110 liegen, und ausgewählte leitende Regionen 112 des
Halbleitersubstrats 110 exponiert sind. Die leitenden Regionen 112,
die exponiert werden, hängen
von der Komponente ab, die durch die Halbleiterstruktur 120 gebildet
wird. Nach Beendigung des Ätzvorganges
wird die Kontaktmaske abgezogen. Danach wird gemäß 3 eine (nicht
dargestellte) Schicht aus Stopfenmaterial, wie Wolfram, über der
gesamten Struktur aufgebracht. Infolge der sich stark anschmiegenden Natur
von Wolfram fließt
dieses in jede der Kontaktöffnungen 132 und
füllt sie
auf, so daß das
Wolfram mit der mittleren leitenden Struktur 124, irgendwelchen
anderen leitenden Strukturen näher
am Halbleitersubstrat 110 und den ausgewählten leitenden
Regionen 112 des Halbleitersubstrats 110 in Kontakt
gelangt, die während des
Kontaktätzschrittes
exponiert worden waren.
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Als
nächstes
wird die Wolframschicht gleichförmig
geätzt,
bis sie von der Oberseite der Isolierschicht 130 abgetragen
ist. Hierdurch wird ein Kontaktstopfen 136 in jeder der
Kontaktöffnungen 132 gebildet.
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Gemäß 4 wird
nach Bildung der Kontaktstopfen 136 eine Schicht aus einem
ersten Metall, wie Aluminium (nicht dargestellt), über der
gesamten Struktur aufgetragen. Als nächstes wird eine Leitermaske (nicht
gezeigt) gebildet und bemustert, um eine Serie von metallischen
Verbindungsleitungen 140 zu begrenzen, die einen oder mehrere
der Kontaktstopfen 136 kontaktieren. Danach werden die
unmaskierten Flächen der
metallischen Schicht geätzt,
bis der unerwünschte
Teil abgetragen ist. Die Leitermaske wird dann abgezogen.
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Alternativ
kann die metallische Schicht direkt verwendet werden, um die mittlere
leitende Struktur 124, irgendwelche anderen Schichten und
Strukturen und die ausgewählten
leitenden Bereiche 112 zu kontaktieren, wodurch die Schritte
eliminiert werden, die zur Bildung der Kontaktstopfen 136 erforderlich
waren.
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Gemäß 5 wird
nach Bildung der metallischen Leitungen 140 eine weitere
Isolierschicht 150, etwa ein Oxid oder Glas, über der
Isolierschicht 130 und den metallischen Leitungen 140 aufgebracht.
Danach wird die Oberseite der Isolierschicht 150 etwa mittels
chemisch-mechanischen Polierens planiert, bis die zweite Isolierschicht 150 eine
im wesentlichen ebene Oberseite aufweist.
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Da
die Oberseite der Isolierschicht 130 im wesentlichen planiert
worden war, kann die Oberseite der Isolierschicht 150 alternativ
ebenfalls planiert werden, indem man Aufspinnglas (SOG), Rückfließenlassen, Resistrückätzen oder
andere übliche
Planierungstechniken anwendet.
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Bekanntlich
ist SOG ein dielektrisches Material, das in flüssiger Form aufgebracht wird;
Aufschmelzen ist eine Technik, durch die ein isolierendes Material
bis zu einer flüssigen
oder halbflüssigen
Form erhitzt wird, und Resistrückätzung ist
eine Technik, durch die ein isolierendes Material mit Resist in
flüssiger
Form bedeckt wird und dann geätzt
wird, bis das Resist abgetragen ist.
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Nach
der Bildung der Isolierschicht 150 wird eine Durchkontaktiermaske
(nicht dargestellt) auf der Isolierschicht 150 gebildet
und bemustert, um eine Reihe von Kontaktöffnungen 152 zu begrenzen.
Als nächstes werden
die unmaskierten Flächen
der Isolierschicht 150 und irgendeine verbleibende Dicke
der Isolierschicht 130 geätzt, bis die obere leitende
Struktur 122 und ausgewählte
erste Metalleitungen 140 exponiert sind. Nach Beendigung
des Ätzens
wird die Durchkontaktiermaske abgezogen.
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Danach
wird eine zweite Schicht aus Stopfenmaterial, wie Wolfram, über der
gesamten Struktur aufgebrach, wobei das Wolfram in jede der Kontaktöffnungen 152 fließt und diese
füllt,
so daß das
Wolfram die obere leitende Struktur 122 und die Metalleitungen 140 kontaktiert,
die während
des Durchkontaktierätzschritts exponiert
worden waren. Als nächstes
wird die Schicht aus Wolfram gleichförmig geätzt, bis sie von der Oberseite
der Isolierschicht 150 abgetragen ist, so daß in jeder
der Kontaktöffnungen 152 ein
Kontaktstopfen 156 gebildet wird.
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Gemäß 7 wird
nach Bilden der Kontaktstopfen 156 eine weitere Metallschicht
(nicht dargestellt, etwa aus Aluminium, über der gesamten Struktur aufgebracht.
Dann wird eine Metalleitermaske (nicht dargestellt) gebildet und
bemustert, um eine Reihe von Verbindungsleitungen 160 zu
begrenzen, die einen oder mehrere der Kontaktstopfen 156 kontaktieren.
Danach werden die unmaskierten Flächen dieser Metallschicht geätzt, bis
die unerwünschten
Teile hiervon abgetragen sind. Die Maske wird dann abgezogen.
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Alternativ
kann, wie oben geschildert, die weitere Metallschicht verwendet
werden, um direkt die obere leitende Schicht 122 und die
Verbindungsleitungen 140 zu kontaktieren, wodurch die Schritte
eliminiert werden, die zur Bildung der Stopfen 156 benötigt wurden.
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8 bzw. 9 verdeutlichen
die Vorteile der Erfindung. Wie in 8 bzw. 9 gezeigt,
ist neben jeder Schicht die annähernde
Dicke jeder Schicht einer mehrlagigen Struktur aufgelistet, und
diese werden in den nachstehenden Tabellen 1 bzw. 2 zusammengefaßt.
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Wie
in 8 und Tabelle 1 gezeigt, muß, wenn eine Kontaktöffnung zur
oberen leitenden Struktur 122 gleichzeitig mit der Kontaktöffnung zum
Halbleitersubstrat 110 zu bilden ist, wie dies im Stand
der Technik der Fall ist, 300 nm der Isolierschicht 130 durchätzt werden,
um die obere leitende Struktur 122 zu erreichen, während 1130
nm der Isolierschicht 130 durchätzt werden müssen, um
die leitenden Regionen 112 des Halbleitersubstrats 110 zu
erreichen. Demgemäß erzeugt
das bekannte Vorgehen bei der Bildung von Kontaktöffnungen ein Ätzverhältnis von
3,77 : 1.
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- * Dielektrikum 126 zwischen den polykristallinen
Schichten.
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Da
jedoch gemäß der vorliegenden
Erfindung die Kontaktöffnung
zu der oberen leitenden Struktur 122 während eines späteren Schrittes
gebildet wird, werden gleichzeitig nur Kontaktöffnungen zu der mittleren leitenden
Struktur 124, irgendwelchen näheren Strukturen und den leitenden
Regionen 112 des Halbleitersubstrats 110 gleichzeitig
ausgebildet.
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Obwohl
also 1130 nm der Isolierschicht 130 noch immer durchätzt werden
müssen,
um die leitenden Regionen 112 des Halbleitersubstrats 110 zu
erreichen, müssen
nun 630 nm der Isolierschicht 130 durchätzt werden, um die mittlere
leitende Struktur 124 zu erreichen. Dies reduziert seinerseits
deutlich das Ätzverhältnis von
3,77 : 1 auf 1,79 : 1.
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- ** Dielektrikum 126 zwischen den polykristallinen
Schichten.
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Zusätzlich zeigen 9 und
Tabelle 2 auch, daß zwar
das Ätzverhältnis für die Bildung
der Durchkontaktierungen nun kleiner als optimal ist (eine Änderung
von 1 : 1 auf 1,8 : 1, jedoch die Überätzung bei der Bildung der Durchkontaktierungen
moderat ist, insbesondere im Hinblick auf die erhebliche Reduzierung
des Ätzverhältnisses
der Kontaktöffnungen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt demgemäß die Bildung
von Kontaktöffnungen
in einer mehrschichtigen Halbleiterstruktur, bei der das Überätzen erheblich
verringert wird, das bei der Bildung der Kontaktöffnungen auftritt, indem die
Anzahl von Strukturen ausgewählt
wird, die vor der Bildung der ersten Metallschicht exponiert werden,
und die Anzahl der Strukturen, die vor der Bildung der zweiten Metallschicht
exponiert werden, im Hinblick darauf, welche Gruppierung die ersten Ätzverhältnisse
ergibt.
