DE19814703A1 - Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung und dadurch hergestellte Halbleitervorrichtung - Google Patents
Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung und dadurch hergestellte HalbleitervorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsver
fahren einer Halbleitervorrichtung und eine dadurch hergestellte
Halbleitervorrichtung, und insbesondere auf die Verbesserung ei
nes Hochdruck-Rückflußprozesses zum Bilden von Verbindungen ei
ner Halbleitervorrichtung.
Ein bei der Anmelderin vorhandenes Herstellungsverfahren einer
Halbleitervorrichtung und der Aufbau einer sich daraus ergeben
den Halbleitervorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3A
bis 3C beschrieben.
Fig. 3A stellt das Bilden einer Zwischenschicht-Isolierschicht 2
auf einem Halbleitersubstrat 1 (Siliziumsubstrat), auf dem ein
Halbleiterelement (nicht gezeigt) gebildet ist, in einem Halb
leiterwafer 10 dar. Nachfolgend werden ein Leitungsgraben
(Verdrahtungsgraben, Verdrahtungsrille) 3 und ein Verbindungs
loch 3a gebildet, die fähig sind, das Halbleiterelement auf dem
Halbleitersubstrat 1 mit einer oberen Verbindungsschicht (nicht
gezeigt), die auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 2 gebildet
ist, elektrisch zu verbinden.
Dann wird der Halbleiterwafer 10 (in der Herstellung) in eine
Niedrigdruckatmosphäre gebracht, um Wasser etc., das in der
Oberfläche absorbiert ist zu entfernen, und die Temperatur wird
erhöht. Falls es nötig ist, wird die Oberfläche des Wafers 10
danach dadurch gereinigt, daß sie durch inverses Sputtern mit
Argon geätzt wird.
Dann wird eine Kupferschicht 5 durch Sputtern gebildet. Zu die
sem Zeitpunkt wird, wie in Fig. 3(b) gezeigt ist, ein Hohlraum 8
auf dem Boden des Verbindungslochs 3a im Leitungsgraben 3 des
Halbleiterwafers 10 gebildet.
Nachfolgend wird der Halbleiterwafer 10 auf 400°C oder höher er
hitzt und ein Hochdruck von ungefähr 40 bis 100 MPa wird einge
stellt. Das Kupfer wird dazu gebracht, in den Hohlraum zu flie
ßen, und die Innenseite des Leitungsgrabens 3 und des Verbin
dungslochs 3a wird mit Kupfer bedeckt (beladen).
Wie in Fig. 3(c) gezeigt ist, wird der Kupferfilm 5 beim Ein
stellen eines Hochdrucks (durch Sauerstoff oder Wasser, welche
in einem Argongas enthalten sind) oxidiert, wobei eine Kupfer
oxidschicht 7 auf der Oberfläche der Kupferschicht 5 gebildet
wird. Die Oxidation der Kupferschicht 5 ist nicht auf ihre Ober
fläche beschränkt und Sauerstoff diffundiert in die Innenseite
der Kupferschicht 5. Daher wird die Fließfähigkeit des Kupfers
während des Einstellens eines Hochdrucks verringert. Als eine
Folge bleibt, wie in Fig. 3(c) gezeigt ist, der Hohlraum 8
selbst nach der Hochdruckbehandlung. Das heißt, es tritt ein
Füll-Fehler auf.
Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen des oben angegebenen
Problems in der Technik gemacht. Eine Aufgabe der Erfindung ist
es deshalb, ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrich
tung an zugeben, welches die Oxidation des Kupfers und die daraus
folgende Verschlechterung der Füllcharakteristik in einem Kup
ferhochdruck-Rückflußprozeß der oben beschriebenen Art verhin
dern kann, welcher bei einer Verdrahtung einer Halbleitervor
richtung wie beispielsweise ein DRAM oder einer Logikvorrichtung
oder beim Bilden einer Verbindung unter Bilden eines Kontaktlo
ches oder eines Durchgangsloches verwendet wird, wie auch eine
Halbleitervorrichtung anzugeben, die durch ein derartiges Ver
fahren hergestellt ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Herstellungsverfahren nach
Anspruch 1 beziehungsweise einer Halbleitervorrichtung nach An
spruch 7 oder 8.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange
geben.
In einem Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung wird
ein Leitungsgraben und/oder ein Verbindungsloch in einer Zwi
schenschicht-Isolierschicht eines Halbleiterwafers gebildet. Ei
ne Kupferschicht wird auf der Zwischenschicht-Isolierschicht
derart gebildet, daß sie den Leitungsgraben und/oder das Verbin
dungsloch bedeckt. Dann wird das Kupfer der Kupferschicht mit
tels Druck in den Leitungsgraben und/oder in das Verbindungsloch
eingeführt (geleitet) durch Verwenden eines Hochdruck- und
Hochtemperatur-Inertgases. Ferner wird ein Teil der Kupfer
schicht durch chemomechanisches Polieren entfernt, wobei Kupfer
in dem Leitungsgraben und/oder in dem Verbindungsloch belassen
wird.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Er
findung anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
Fig. 1(a)-1(f) Schritte eines Herstellungsverfahrens gemäß
einer ersten, einer zweiten, einer dritten
und einer vierten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung und den Aufbau einer
sich daraus ergebenden Halbleitervorrich
tung;
Fig. 2 einen Schritt des Herstellungsverfahrens ge
mäß der zweiten Ausführungsform der Erfin
dung;
Fig. 3(a)-3(c) Schritte eines bei der Anmelderin vorhande
nen Herstellungsverfahrens einer Halbleiter
vorrichtung und des Aufbaus einer sich dar
aus ergebenden Halbleitervorrichtung.
Ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung und den
Aufbau einer sich daraus ergebenden Halbleitervorrichtung gemäß
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im
folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 1(a)-1(f) beschrieben.
Fig. 1(a) zeigt eine Schnittansicht eines Halbleiterwafers 10.
Es wird auf Fig. 1(a) Bezug genommen; nach dem Bilden einer Zwi
schenschicht-Isolierschicht 2 auf einem Halbleitersubstrat 1
(Siliziumsubstrat), auf dem ein Halbleiterelement (nicht ge
zeigt) gebildet ist, wird ein Leitungsgraben 3 in der Zwischen
schicht-Isolierschicht 2 gebildet. Ferner wird ein Verbindungs
loch 3a gebildet, das fähig ist, das Halbleiterelement auf dem
Halbleitersubstrat 1 mit einer Verbindung, die in dem Leitungs
graben 3 geformt werden soll, oder mit einer oberen Verbindungs
schicht (nicht gezeigt), die auf der Zwischenschicht-Isolier
schicht 2 gebildet werden soll, elektrisch zu verbinden.
Fig. 1(b) ist eine Draufsicht des in Fig. 1(a) gezeigten Halb
leiterwafers 10. Fig. 1(a) ist ein A-A-Querschnitt der Fig.
1(b). Fig. 1(c) zeigt einen B-B-Querschnitt der Fig. 1(b).
Um Wasser etc., das in der Oberfläche absorbiert ist, zu entfer
nen, wird der Halbleiterwafer 10 (in der Herstellung) in eine
Niedrigdruckatmosphäre gebracht und die Temperatur wird erhöht.
Die Temperatur kann entweder durch Heizen mit einer Lampe oder
durch ein Gasheizungsverfahren erhöht werden. Der Halbleiterwa
fer 10 wird durch Erhöhen der Temperatur einer Platte, die den
Halbleiterwafer 10 in einer Prozeßkammer hält, und durch Einlas
sen eines Inertgases in die Kammer zum Vorsehen eines Druckes
von ungefähr 10 bis 1000 Pa geheizt. Falls es nötig ist, wird
die Oberfläche des Wafers 10 danach gereinigt durch Ätzen mit
tels inversem Sputtern mit Argon oder mittels inversem Sputtern
in einem Mischgas, das durch Zugeben von Wasserstoff (H2) zu Ar
gon erhalten wird.
Wie in Fig. 1(d) gezeigt ist, wird eine Kupferschicht 5 durch
Sputtern oder durch CVD auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 2
gebildet, einschließlich seines Abschnittes, in dem der Lei
tungsgraben 3 und das Verbindungsloch 3a gebildet sind, in einer
ausreichenden Dicke zum Bedecken des Leitungsgrabens 3 und des
Verbindungsloches 3a.
Während des Zeitraumes nach dem Bildungsschritt der Kupfer
schicht 5 bis zum Beginn des nächsten Bildungsschrittes einer
Oxidationsschutzschicht (später beschrieben) für die Kupfer
schicht 5 wird die Prozeßkammer andauernd in einem Hochvakuum
von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger gehalten, so daß der Halbleiter
wafer 10 nicht der Luft ausgesetzt ist. Dies dient dazu, zu ver
hindern, daß die Kupferschicht 5 oxidiert wird. Vorzugsweise
wird der Halbleiterwafer in einem Hochvakuum von 1,33 × 10⁻3 Pa
oder weniger gehalten bis vor dem Beginn des nächsten Bildungs
schrittes einer Oxidationsschutzschicht.
Dann wird eine Oxidationsschutzschicht, (Oxidationsver
hinderungsschicht) 4 auf der Kupferschicht 5 gebildet, während
der Halbleiterwafer 10 andauernd in einem Vakuum gehalten wird,
ohne der Luft ausgesetzt zu sein. Dies verhindert, daß die Kup
ferschicht 5 durch in einem Argongas oder dergleichen, das in
einem später beschriebenen Schritt in einer Hochtemperatur-,
Hochdruckbedingung verwendet wird, enthaltene Verunreinigungen
(Sauerstoff etc.) oxidiert wird. Während des Bildungsschritt der
Oxidationsschutzschicht kann die Atmosphäre ungefähr 1,33 × 10⁻2 Pa
betragen.
Es ist zweckmäßig, daß die Oxidationsschutzschicht 4 eine Titan
nitrid(TiN)-Schicht einer Dicke von ungefähr 200 nm ist. Zu die
sem Zeitpunkt wird, wie in Fig. 1(d) gezeigt ist, ein Hohlraum 8
auf dem Boden des Verbindungsloches 3a in dem Leitungsgraben 3
des Halbleiterwafers 10 gebildet. Vorzugsweise wird der Halblei
terwafer in einem Hochvakuum von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger
nach dem Bilden einer Oxidationsschutzschicht bis zum nächsten
Schritt gehalten.
Nachfolgend wird ein Inertgas wie beispielsweise Argon, während
der Halbleiterwafer 10 auf 400°C oder höher in einer Hochtempe
ratur- und Hochdruckprozeßkammer geheizt wird, in die Kammer
eingelassen, um einen Hochdruck von ungefähr 40 bis 100 MPa vor
zusehen. Als eine Folge wird das Kupfer der Kupferschicht 5 in
den Hohlraum 8 mittels Druck eingeführt (geleitet) und fließfä
hig gemacht. Daher wird die Innenseite des Leitungsgrabens 3 und
des Verbindungsloches 3a mit Kupfer bedeckt (beladen), wie in
Fig. 1(e) gezeigt ist.
Wie oben beschrieben ist, wird zum Verhindern der Oxidation von
Kupfer die bisher beschriebene Reihe von Schritten in einem
Hochvakuum (von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger) ausgeführt, ohne
den Halbleiterwafer 10 der Luft auszusetzen.
Während des Zeitraumes nach dem Bilden der Kupferschicht 5 bis
zum Beginn des nächsten Schrittes des Bildens einer Oxidations
schutzschicht wird die Prozeßkammer andauernd in einem Hochvaku
um von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger gehalten. Ferner wird die
Prozeßkammer vorzugsweise in einem Hochvakuum von 1,33 × 10⁻3 Pa
oder weniger gehalten nach dem Bilden einer Oxidationsschutz
schicht bis zum nächsten Schritt. Während des Schritts des Bil
dens der Oxidationsschutzschicht ist es erlaubt, daß sich in der
Prozeßkammer ein Hochvakuum von ungefähr 1,33 × 10⁻2 Pa ein
stellt.
Wenn der Halbleiterwafer 10 in einer Prozeßkammer eines Druckes
von 1,33 × 10⁻2 Pa nach dem Bilden der Kupferschicht 5 verarbei
tet wird, wird das Kupfer oxidiert und die Kupferfüllcharakteri
stik unter Hochdruck verschlechtert sich. Während bei einem
Druck von 6,65 × 10⁻3 Pa eine leichte Oxidation von Kupfer auf
tritt, ist es möglich, die Kupferoxidation bei einem Druck von
1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger zu verhindern.
Während eine 200 nm dicke Titannitrid(TiN)-Schicht als die Oxi
dationsschutzschicht 4 in dem oben beschriebenen Prozeß verwen
det wird, führt die Titannitridschicht solange zu dem oxidati
onsverhindernden Effekt, wie ihre Dicke 50 nm oder mehr beträgt.
Beispiele der Kupferoxidationsschutzschicht 4 sind Schichten aus
Titan (Ti), Tantal (Ta), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Mangan (Mn)
und dergleichen und zugehörige Oxide, Nitride und Silizide. Fer
ner kann eine aus den oben angegebenen Materialien zusammenge
setzte Schicht wie beispielsweise eine TiN/Ti-Schicht auch ver
wendet werden. Das Metall der Oxidationsschutzschicht 4 wird
oxidiert, wobei die Oxidation der sich darunter befindenden Kup
ferschicht 5 verhindert wird. Ein oder mehrere Elemente wie bei
spielsweise Al, Ti, Si können in das Kupfer mit ungefähr 0,1 bis
10 Gew.-% (Gewichtsprozent) eingelagert werden, als eine Folge
der Hochtemperatur-Hochdruckbehandlung.
Nachfolgend wird die Oxidationsschutzschicht 4 und ein überflüs
siger Teil der Kupferschicht 5, wie in Fig. 1(f) gezeigt ist,
durch chemomechanisches Polieren (CMP) entfernt. CMP entfernt
die Schutzschicht 4 und den überflüssigen Teil der Kupferschicht
5 vom Halbleiterwafer 10, in dem der Leitungsgraben 3 und das
Verbindungsloch 3a mit Kupfer gefüllt sind. Daher wird die Kup
ferschicht 5 nur in dem Leitungsgraben 3 und in dem Verbindungs
loch 3a belassen und eine Verbindung in dem Leitungsgraben 3 und
dem Leitungsloch 3a wird vervollständigt. Danach werden übliche
Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung ausgeführt zum
Vervollständigen einer Halbleitervorrichtung.
Wie oben beschrieben wurde, werden in der ersten Ausführungsform
die Kupferschicht 5 zum Verdrahten (Verbinden) und eine Titan
schicht oder dergleichen gebildet, wobei die Oxidationsschutz
schicht 4 für die Kupferschicht 5 darauf gebildet wird, während
eine Hochvakuumatmosphäre andauernd beibehalten wird. Das Kupfer
der Kupferschicht 5 wird mittels Druck in den Leitungsgraben 3
und/oder das Verbindungsloch 3a geleitet und speziell in den
Hohlraum 8 unter Verwenden eines Hochtemperatur-, Hochdruck-
Inertgases. Deshalb kann die Oxidation der Kupferschicht 5 und
die daraus folgende Verschlechterung der Füllcharakteristik ver
hindert werden.
Ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung gemäß ei
ner zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird un
ter Bezugnahme auf die Fig. 1(a)-1(f) und Fig. 2 beschrieben.
Zuerst werden ein Schritt des Bildens eines Leitungsgrabens 3,
und/oder eines Verbindungsloches 3a eines Halbleiterwafers 10,
der in Fig. 1(a) gezeigt ist, und ein nachfolgender Schritt des
Reinigens der Oberfläche des Halbleiterwafers 10 in derselben
Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt. Zur Verein
fachung werden überflüssige Beschreibungen unterlassen.
Dann wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, eine Barrierenschicht 6,
die als eine Benetzungsschicht zum Füllen des Kupfers dient, auf
den Oberflächen des Leitungsgrabens 3 und des Verbindungsloches
3a unter Verwendung einer TiN/Ti-Schicht (70/30 nm) gebildet.
Dann wird in derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform
eine Kupferschicht 5 durch Sputtern oder CVD auf einer Zwischen
schicht-Isolierschicht 2 einschließlich des Abschnittes, in dem
der Leitungsgraben 3 und das Verbindungsloch 3a gebildet sind,
gebildet und mit der Barrierenschicht 6 in einer ausreichenden
Dicke bedeckt, daß der Leitungsgraben 3 und das Verbindungsloch
3a bedeckt sind.
Nachfolgend wird eine Oxidationsschutzschicht 4 zum Verhindern
der Oxidation von Kupfer auf der Kupferschicht 5 gebildet. In
der zweiten Ausführungsform wird eine Siliziumnitridschicht als
die Oxidationsschutzschicht 4 durch CVD gebildet. Da die Silizi
umnitridschicht die Oxidation von Kupfer verhindert, kann ver
hindert werden, daß die Kupferfüllcharakteristik verschlechtert
wird, sogar wenn ein Hochdruck eingestellt ist.
Zu diesem Zeitpunkt wird, wie in Fig. 1(d) gezeigt ist, ein
Hohlraum 8 auf dem Boden des Verbindungsloches 3a des Leitungs
grabens 3 gebildet.
Dann werden ein Schritt des Einführens (Einleitens) von Kupfer
mittels Druck in den Hohlraum 8 unter Verwendung eines Hochtem
peratur-, Hochdruck-Inertgases und ein Schritt des Bildens einer
Verbindung durch chemomechanisches Polieren (CMP) ausgeführt.
Die Schritte sind dieselben wie diejenigen, die unter Bezugnahme
auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden.
In der zweiten Ausführungsform wird das Innere einer Prozeßkam
mer, wie im Falle der ersten Ausführungsform, zum Verhindern der
Oxidation der Kupferschicht 5 andauernd auf einem Hochvakuum
druck von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger gehalten, ohne den Halb
leiterwafer 10 der Luft auszusetzen nach dem Bilden der Kupfer
schicht 5 bis zum Beginn des Bildens der Oxidationsschutzschicht
4. Ferner wird der Halbleiterwafer vorzugsweise in einem Hochva
kuum von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger nach dem Bilden einer Oxi
dationsschutzschicht bis zum nächsten Schritt gehalten.
Nachfolgend werden die Schritte des Entfernens eines überflüssi
gen Teils der Kupferschicht 5 und des Bildens einer Verbindung
ausgeführt. Die Schritte sind dieselben wie diejenigen, die un
ter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden.
Das Bilden der Barrierenschicht 6 auf den Oberflächen des Lei
tungsgrabens 3 und des Verbindungslochs 3a kann auch in der er
sten Ausführungsform verwendet werden. Obwohl die Barrieren
schicht 6 effektiv ist im Vereinfachen des Füllens mit Kupfer,
kann sie weggelassen werden.
Wie oben beschrieben ist, werden in der zweiten Ausführungsform
die Kupferschicht 5 zum Verbinden und eine Siliziumnitridschicht
als die Oxidationsschutzschicht 4 für die Kupferschicht 5 darauf
gebildet, während eine Hochvakuumatmosphäre andauernd beibehal
ten wird. Das Kupfer der Kupferschicht 5 wird mittels Druck in
den Leitungsgraben 3 und/oder in das Verbindungsloch 3a einge
führt (geleitet) und insbesondere in den Hohlraum 8 unter Ver
wenden eines Hochtemperatur-, Hochdruck-Inertgases. Deshalb kann
die Oxidation der Kupferschicht 5 und die daraus folgende Ver
schlechterung der Füllcharakteristik verhindert werden.
Ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung gemäß ei
ner dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird un
ter Bezugnahme auf die Fig. 1(a)-1(f) beschrieben.
Zuerst werden Schritte von dem Bilden eines Leitungsgrabens 3
und/oder eines Verbindungsloches 3a eines Halbleiterwafers 10,
gezeigt in Fig. 1(a), bis zu der Bildung einer Kupferschicht 5
und einer Oxidationsschutzschicht 4, gezeigt in Fig. 1(d), in
derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt.
Zur Vereinfachung werden überflüssige Beschreibungen deshalb un
terlassen.
Dann wird, während der Halbleiterwafer 10 auf 400°C oder höher
geheizt wird, ein Hochdruck von ungefähr 40-100 MPa unter Ver
wenden eines Inertgases wie beispielsweise Argon eingestellt.
Daher wird das Kupfer fließbar gemacht und in den Hohlraum 8
eingeführt (geleitet), wobei die Innenseite des Verbindungslo
ches 3a in dem Leitungsgraben 3 mit Kupfer bedeckt wird, wie in
Fig. 1(e) gezeigt ist.
In der dritten Ausführungsform wird zum Verhindern der Oxidation
des Kupfers die Menge des Verunreinigungsgases, das im Inertgas
enthalten ist, welches im oben genannten Schritt verwendet wird,
derart gesteuert, daß sie 50 Vpm (Volumenteile pro Millionen,
volumetric parts per million), oder weniger beträgt. Beispiele
von den in dem Inertgas enthaltenen Verunreinigungsgasen sind
Sauerstoff und Wasser. Die Menge derartiger Verunreinigungsgase
sollte minimiert sein, weil sie Kupfer in einer Hochtemperatur-
Hochdruckatmosphäre oxidieren können.
Wenn die Dichte von Verunreinigungsgasen in einem Hochdruck-
Inertgas (Argon) ungefähr 100 Vpm beträgt, wird Kupfer oxidiert
und infolge dessen wird die Kupferfüllcharakteristik verschlech
tert. Andererseits tritt, wenn die Dichte des Verunreinigungsga
ses 50 Vpm oder weniger beträgt, fast keine Oxidation von Kupfer
auf. Insbesondere tritt, wenn die Dichte der Verunreinigungsgase
10 Vpm oder weniger beträgt, weder die Oxidation des Kupfers
noch die daraus folgende Verschlechterung der Füllcharakteristik
auf.
In der dritten Ausführungsform wird, wie im Falle der ersten
Ausführungsform, zum Verhindern der Oxidation der Kupferschicht
5 das Innere einer Prozeßkammer andauernd auf einem Hochvakuum
druck von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger gehalten. Der Halbleiter
wafer 10 wird nach dem Schritt des Bildens der Kupferschicht 5
bis zum Beginn des nächsten Schrittes des Bildens der Oxidati
onsschutzschicht 4 für die Kupferschicht 5 nicht der Luft ausge
setzt. Ferner wird die Prozeßkammer vorzugsweise auf einem Hoch
vakuumdruck von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger nach dem Bilden ei
ner Oxidationsschutzschicht bis zum nächsten Schritt gehalten.
Nachfolgend werden Schritte des Entfernens eines überflüssigen
Teils der Kupferschicht 5 und des Bildens einer Verbindung aus
geführt. Da diese Schritte dieselben sind wie in der ersten Aus
führungsform, werden überflüssige Beschreibungen zur Vereinfa
chung unterlassen.
Wie oben beschrieben ist, werden in der dritten Ausführungsform
die Kupferschicht 5 zum Verbinden und die Oxidationsschutz
schicht 4 darauf gebildet, während eine Hochvakuumatmosphäre an
dauernd beibehalten wird, und das Kupfer der Kupferschicht 5
wird mittels Druck in den Leitungsgraben 3 und/oder in das Ver
bindungsloch 3a geleitet, insbesondere in den Hohlraum 8, unter
Verwenden eines Hochtemperatur-, Hochdruck-Inertgases, in wel
chem die Menge von Verunreinigungen gesteuert wird. Deshalb kann
die Oxidation der Kupferschicht 5 und die daraus folgende Ver
schlechterung der Füllcharakteristik verhindert werden.
Ein Herstellungsverfahren von einer Halbleitervorrichtung gemäß
einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnah
me auf die Fig. 1(a)-1(f) beschrieben.
Zuerst werden ein Schritt des Bildens eines Leitungsgrabens 3
und/oder eines Verbindungsloches 3a eines Halbleiterwafers 10,
gezeigt in Fig. 1(a), und ein nachfolgender Schritt des Reini
gens der Oberfläche des Halbleiterwafers 10 in derselben Weise
wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt. Zur Vereinfachung
werden überflüssige Beschreibungen unterlassen.
Dann wird, wie in Fig. 1(d) gezeigt ist, eine Kupferschicht 5
auf einer Zwischenschicht-Isolierschicht 2 durch Sputtern oder
CVD in einer ausreichenden Dicke zum Bedecken des Leitungsgra
bens 3 und des Verbindungsloches 3a gebildet.
In der vierten Ausführungsform wird ein Kupfer-Target mit einer
Reinheit von 99,999 Gew.-% (5N) oder höher beim Bilden der Kup
ferschicht 5 durch Sputtern benutzt. Durch Benutzen eines hoch
reinen Kupfer-Targets wird die Menge von Verunreinigungen, die
in dem durch Sputtern gebildeten Kupferfilm 5 enthalten sind,
verringert, wobei die Verschlechterung der Füllcharakteristik
aufgrund beispielsweise einer Kupferoxidation während des Ein
stellens eines Hochdruckes verhindert wird.
Die Füllcharakteristik nach dem Bilden der Kupferschicht 5 wird
verschlechtert, wenn die Kupferreinheit 99,995 Gew.-% (4N5) be
trägt, und wird nicht verschlechtert, wenn die Kupferreinheit
99,999 Gew.-% (5N) beträgt.
Dann wird ein Schritt des Bildens einer Oxidationsschutzschicht
4 ausgeführt. Dieser Schritt ist derselbe wie derjenige der er
sten und zweiten Ausführungsformen. Daher werden Beschreibungen
unterlassen.
Nachfolgend wird ein Schritt des Einführens (Leitens) von Kupfer
mittels Druck in den Hohlraum 8 des Leitungsgrabens 3 und/oder
des Verbindungsloches 3a in einer Hochtemperatur-, Hochdruckat
mosphäre eines Inertgases ausgeführt. Dieser Schritt ist dersel
be wie derjenige der ersten und dritten Ausführungsform. Daher
werden Beschreibungen unterlassen.
In der vierten Ausführungsform wird wie im Falle der ersten Aus
führungsform zum Verhindern der Oxidation der Kupferschicht 5
das Innere einer Prozeßkammer andauernd auf einem Hochvakuum
druck von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger gehalten, ohne den Halb
leiterwafer 10 der Luft auszusetzen nach dem Schritt des Bildens
der Kupferschicht 5 bis zum Beginn des nächsten Schrittes des
Bildens der Oxidationsschutzschicht 4. Ferner wird die Prozeß
kammer vorzugsweise auf einem Hochvakuumdruck von 1,33 × 10⁻3 Pa
oder weniger gehalten nach dem Bilden einer Oxidationsschutz
schicht bis zum nächsten Schritt.
Nachfolgend werden Schritte des Entfernens eines überflüssigen
Teiles der Kupferschicht 5 und des Bildens einer Verbindung aus
geführt. Diese Schritte sind dieselben wie diejenigen der ersten
Ausführungsform und die Beschreibungen werden deshalb unterlas
sen.
Wie oben beschrieben wird in der vierten Ausführungsform die
Kupferschicht 5 zum Verbinden unter Verwenden eines hochreinen
Kupfers gebildet, und die Oxidationsschutzschicht 4 für die Kup
ferschicht 5 wird darauf gebildet, während eine Hochvakuumatmo
sphäre andauernd beibehalten wird, und das Kupfer der Kupfer
schicht 5 wird mittels Druck in den Leitungsgraben 3 und/oder
das Verbindungsloch 3a eingeführt (geleitet), und insbesondere
in den Hohlraum 8 unter Verwenden eines Hochtemperatur-, Hoch
druck-Inertgases. Deshalb kann die Oxidation der Kupferschicht 5
und die daraus folgende Verschlechterung der Füllcharakteristik
verhindert werden.
Die erste bis vierte Ausführungsform richten sich auf den Lei
tungsaufbau (Verdrahtungsaufbau), in dem, wie in der Schnittan
sicht der Fig. 1(a) gezeigt ist, der Leitungsgraben 3 mit dem
Halbleitersubstrat 1 über das Verbindungsloch 3a verbunden ist.
Jedoch ist in der Erfindung der Leitungsaufbau nicht auf einen
derartigen Aufbau beschränkt. Zum Beispiel kann die Erfindung
auf eigen Fall angewendet werden, in dem nur der Leitungsgraben
3 in der Zwischenschicht-Isolierschicht 2 gebildet ist, wie auch
in einem Fall, in dem nur das Verbindungsloch 3a derart gebildet
ist, daß es eine Verbindung oder einen in einer Schicht oberhalb
der Zwischenschicht-Isolierschicht 2 sich befindenden leitenden
Abschnitt mit dem Halbleitersubstrat 1 verbindet. Daher schließt
die Erfindung den Fall ein, in dem eine Verbindung durch Füllen
eines Hohlraumes entweder des Leitungsgrabens 3 oder der Verbin
dungsloches 3a mit Kupfer gebildet wird anstatt durch Füllen ei
nes Hohlraumes von beiden.
Als nächstes werden die Effekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung wie folgt zusammengefaßt.
Wie oben beschrieben wird gemäß der vorliegenden Erfindung,
nachdem ein Leitungsgraben und/oder ein Verbindungsloch in einer
Zwischenschicht-Isolierschicht eines Halbleiterwafers gebildet
ist, eine Kupferschicht auf den Oberflächen des Leitungsgrabens
und/oder des Verbindungsloches gebildet. Dann wird der Halblei
terwafer in einer Hochvakuumatmosphäre von 1,33 × 10⁻3 Pa oder
weniger gehalten bis zum nächsten Schritt des Bildens einer Oxi
dationsschutzschicht. Nach dem Bilden einer Oxidationsschutz
schicht wird das Kupfer der Kupferschicht mittels Druck in den
Leitungsgraben und/oder das Verbindungsloch eingeführt
(geleitet) und insbesondere in einen Hohlraum unter Verwenden
eines Hochtemperatur-, Hochdruck-Inertgases. Deshalb kann die
Oxidation der Kupferschicht und die daraus folgende Verschlech
terung der Füllcharakteristik verhindert werden, wobei eine Ver
bindung mit überlegenen Charakteristika gebildet werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Oxidation der Kupfer
schicht und die daraus folgende Verschlechterung der Füllcharak
teristik verhindert werden. Als eine Folge kann eine Verbindung
mit überlegenen Charakteristika gebildet werden unter Verwenden
von Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän oder Mangan oder einem zu
gehörigen Oxid, Nitrid oder Silizid oder einer zugehörigen Zu
sammensetzung als ein Material der Oxidationsschutzschicht für
die Kupferschicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Oxidation der Kupfer
schicht und die daraus folgende Verschlechterung der Füllcharak
teristik verhindert werden. Als eine Folge kann eine Verbindung
mit überlegenen Charakteristika unter Verwenden einer Silizium
nitridschicht als die Oxidationsschutzschicht für die Kupfer
schicht gebildet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kupferschicht unter
Verwendung von Kupfer als ein Target mit einer Reinheit von
99,999 Gew.-% (5N) oder höher gebildet, und daher kann eine Kup
ferschicht einer hohen Reinheit gebildet werden. Deshalb kann
die Oxidation der Kupferschicht und die daraus folgende Ver
schlechterung der Füllcharakteristik verhindert werden, wobei
eine Verbindung mit überlegenen Charakteristika gebildet werden
kann.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Menge von Ver
unreinigungsgasen, die in einem in dem Schritt des Einführens
(Leitens) von Kupfer mittels Druck in einen Hohlraum des Lei
tungsgrabens oder des Verbindungslochs verwendeten Inertgas ent
halten sind, auf 50 Vpm oder weniger gesetzt. Deshalb kann die
Oxidation der Kupferschicht und die daraus folgende Verschlech
terung der Füllcharakteristik verhindert werden, wobei eine Ver
bindung mit überlegenen Charakteristika gebildet werden kann.
Claims (8)
1. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung mit den
Schritten:
Bilden eines Leitungsgrabens (3) und/oder eines Verbindungslo ches (3a) in einer Zwischenschicht-Isolierschicht (2) eines Halbleiterwafers (10);
Bilden einer Kupferschicht (5) auf der Zwischenschicht-Iso lierschicht (2) derart, daß sie den Leitungsgraben (3) und/oder das Verbindungsloch (3a) bedeckt;
andauerndes Halten des Halbleiterwafers (10) in einer Hochvaku um-Atmosphäre von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger nach dem Schritt des Bildens der Kupferschicht (5);
Bilden einer Oxidationsverhinderungsschicht (4) zum Verhindern einer Oxidation des Kupfers der Kupferschicht (5) in einer Hoch vakuum-Atmosphäre;
Einführen des Kupfers der Kupferschicht (5) mittels Druck in den Leitungsgraben (3) und/oder in das Verbindungsloch (3a) unter Verwenden eines Hochdruck- und Hochtemperatur-Inertgases; und
Entfernen der Kupferschicht (5) durch chemomechanisches Polie ren, wobei das Kupfer nur in dem Leitungsgraben (3) und/oder in dem Verbindungsloch (3a) belassen wird.
Bilden eines Leitungsgrabens (3) und/oder eines Verbindungslo ches (3a) in einer Zwischenschicht-Isolierschicht (2) eines Halbleiterwafers (10);
Bilden einer Kupferschicht (5) auf der Zwischenschicht-Iso lierschicht (2) derart, daß sie den Leitungsgraben (3) und/oder das Verbindungsloch (3a) bedeckt;
andauerndes Halten des Halbleiterwafers (10) in einer Hochvaku um-Atmosphäre von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger nach dem Schritt des Bildens der Kupferschicht (5);
Bilden einer Oxidationsverhinderungsschicht (4) zum Verhindern einer Oxidation des Kupfers der Kupferschicht (5) in einer Hoch vakuum-Atmosphäre;
Einführen des Kupfers der Kupferschicht (5) mittels Druck in den Leitungsgraben (3) und/oder in das Verbindungsloch (3a) unter Verwenden eines Hochdruck- und Hochtemperatur-Inertgases; und
Entfernen der Kupferschicht (5) durch chemomechanisches Polie ren, wobei das Kupfer nur in dem Leitungsgraben (3) und/oder in dem Verbindungsloch (3a) belassen wird.
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt
andauerndes Halten des Halbleiterwafers (10) in einer Hochvaku
um-Atmosphäre von 1,33 × 10⁻3 Pa oder weniger nach dem Schritt
des Bildens der Oxidationsschutzschicht (4) bis zum Beginn des
Schrittes des Einführens des Kupfers der Kupferschicht (5) mit
tels Druck in den Leitungsgraben (3) und/oder in das Verbin
dungsloch (3a).
3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Oxidationsverhinderungsschicht (4) derart gebildet wird, daß sie
Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän oder Mangan oder ein zugehöri
ges Oxid, ein zugehöriges Nitrid, oder ein zugehöriges Silizid
oder eine Zusammensetzung daraus aufweist.
4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, in dem die
Oxidationsverhinderungsschicht (4) derart gebildet wird, daß sie
eine Siliziumnitridschicht aufweist.
5. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in
dem die Kupferschicht (5) durch Sputtern gebildet wird unter
Verwenden von Kupfer als ein Target mit einer Reinheit von
99,999 Gew.-% oder höher.
6. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in
dem eine Menge von Verunreinigungsgasen, die in dem Schritt des
Leitens des Kupfers mittels Druck verwendeten Inertgas enthalten
sind, auf 50 Vpm oder weniger gesetzt wird.
7. Halbleitervorrichtung hergestellt durch das Herstellungs
verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Halbleitervorrichtung mit
einem Halbleitersubstrat (1);
einer Zwischenschicht-Isolierschicht (2), die auf dem Halblei tersubstrat (1) gebildet ist;
einem Leitungsgraben (3), der in der Zwischenschicht-Iso lierschicht (2) gebildet ist;
einem Verbindungsloch (3a), das fähig ist, ein Halbleiterelement auf dem Halbleitersubstrat (1) mit einer in dem Leitungsgraben (3) zu bildenden Verbindung oder mit einer auf der Zwischen schicht-Isolierschicht (2) zu bildenden oberen Verbindungs schicht elektrisch zu verbinden; und
einer leitenden Schicht (5), die in dem Leitungsgraben (3) und/oder in dem Verbindungsloch (3a) gebildet ist.
einem Halbleitersubstrat (1);
einer Zwischenschicht-Isolierschicht (2), die auf dem Halblei tersubstrat (1) gebildet ist;
einem Leitungsgraben (3), der in der Zwischenschicht-Iso lierschicht (2) gebildet ist;
einem Verbindungsloch (3a), das fähig ist, ein Halbleiterelement auf dem Halbleitersubstrat (1) mit einer in dem Leitungsgraben (3) zu bildenden Verbindung oder mit einer auf der Zwischen schicht-Isolierschicht (2) zu bildenden oberen Verbindungs schicht elektrisch zu verbinden; und
einer leitenden Schicht (5), die in dem Leitungsgraben (3) und/oder in dem Verbindungsloch (3a) gebildet ist.
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