DE19823223A1 - Three-step etching of contact via - Google Patents
Three-step etching of contact viaInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf integrierte Schal tungen und insbesondere auf das Ätzen von Kontaktfenstern, um in den integrierten Schaltungen elektrische Verbindungen zu bilden.The present invention relates generally to integrated scarves and in particular on the etching of contact windows in order to integrated circuits to form electrical connections.
Ohne den Bereich der Anmeldung zu beschränken, wird die vorliegende Erfindung anhand von integrierten statischen Direktzugriffsspeicherschal tungen (SRAM; Static Random Access Memory) als Beispielen beschrieben.Without restricting the scope of the application, the present Invention based on integrated static random access memory scarf Static Random Access Memory (SRAM) as examples.
Bei einem herkömmlichen 0,6 µm-SRAM-Prozeß, wie in Fig. 1a gezeigt, wird nach der Bildung einer Polysilizium-Gate-Schicht 12 mit einer Dicke von 3250 Angström (3,25×10-7 m) auf einem aktiven Bereich 11 eine Oxidschicht 13 mit einer Dicke von 7500 Angström (7,5×10-7 m) auf dem gesamten aktiven Bereich 11 abgelagert. Dann wird, wie in Fig. 1b ge zeigt, die Oxidschicht 14 mittels eines Planarisierungsprozesses mit einer planaren Oberfläche ausgebildet, die 8500 Angström (8,5×10-7 m) von der Oberfläche der aktiven Schicht 11 entfernt ist. Es kann ein Kontaktfen ster gebildet werden durch Ätzen in die Oxidschicht 14 zwischen den bei den benachbarten Polysilizium-Gate-Schichten 12. Falls ein derartiges Kon taktfenster mittels eines herkömmlichen Submikrometer-Ätzverfahrens her gestellt wird, kann eine schlechte Stufenabdeckung mit Aluminium auftre ten, was unzuverlässige elektrische Verbindungen zur Folge hat.In a conventional 0.6 µm SRAM process, as shown in Fig. 1a, after forming a polysilicon gate layer 12 with a thickness of 3250 angstroms (3.25 x 10 -7 m) on an active area 11 an oxide layer 13 with a thickness of 7500 angstroms (7.5 × 10 -7 m) was deposited on the entire active region 11 . Then, as shown in FIG. 1b, the oxide layer 14 is formed by a planarization process with a planar surface that is 8,500 angstroms (8.5 × 10 -7 m) from the surface of the active layer 11 . A contact window can be formed by etching into the oxide layer 14 between those in the adjacent polysilicon gate layers 12 . If such a contact window is made using a conventional submicron etching process, poor step coverage with aluminum may occur, resulting in unreliable electrical connections.
Fig. 2 zeigt ein in die Oxidschicht 14 der Fig. 1b durch ein herkömm
liches Submikrometer-Ätzverfahren gebildetes Kontaktfenster 21. Das Ver
fahren umfaßt zwei Schritte:
FIG. 2 shows a contact window 21 formed in the oxide layer 14 of FIG. 1b by a conventional submicron etching process. The process comprises two steps:
- (1) Der erste Schritt ist ein isotropes Ätzen nach unten und seitlich jeweils mit einer Tiefe von 3500 Angström (3,5 × 10-7 m), wodurch ein Bereich gebildet wird, dessen Höhe durch "a" markiert ist. (2) Der zweite Schritt ist ein anisotropes Ätzen nach unten mit einer Tiefe von 5000 Angström (5,0×10-7 m), wodurch ein Bereich gebildet wird, dessen Höhe mit "b" markiert ist. Um Leckströme zwischen dem Kontaktfenster 21 und der Polysili zium-Gate-Schicht 12 zu vermeiden, kann das isotrope Ätzen des ersten Schrit tes nicht zu tief ausgeführt werden. Es verursacht allerdings ein größeres Vertikaltiefenverhältnis (b/a+b) etwa von 59%, wodurch eine schärfere Ecke 22 gebildet wird. Nachfolgende Metall-Abdeckschichten können somit leicht mißlingen bzw. versagen, selbst wenn ein Temperprozeß angewen det wird. Fig. 3 veranschaulicht eine derartige Situation, bei der ein Kon taktfenster 21 mit Titan (Ti) oder Titannitrit (TiN) 31 unten und Aluminium 32 oben metallisiert wurde. Das obere Aluminium 32 weist Brüche nahe dem Titan oder Titannitritmetall 31 auf. Die Aluminiumstufenbedeckung (das Verhältnis der dünnsten Dicke zur dicksten Dicke der Metallabdeck schicht) einer derartigen Zwei-Schritt-Ätzung kann 0% betragen. Folglich kann es passieren, daß die elektrische Verbindung im Kontaktfenster 21 nur durch Titan oder Titannitritmetall 31 aufrecht erhalten wird, so daß die Zuverlässigkeit des Bauteils nachteilig beeinflußt wird.(1) The first step is an isotropic etch down and sideways each with a depth of 3500 angstroms (3.5 x 10 -7 m), thereby forming an area whose height is marked by "a". (2) The second step is anisotropic etch down to a depth of 5000 angstroms (5.0 x 10 -7 m), thereby forming an area whose height is marked with "b". In order to avoid leakage currents between the contact window 21 and the polysilicon gate layer 12 , the isotropic etching of the first step cannot be carried out too deeply. However, it causes a larger vertical depth ratio (b / a + b) of about 59%, whereby a sharper corner 22 is formed. Subsequent metal cover layers can thus easily fail or fail, even if an annealing process is used. Fig. 3 illustrates such a situation in which a contact window 21 has been metallized with titanium (Ti) or titanium nitride (TiN) 31 below and aluminum 32 above. The upper aluminum 32 has cracks near the titanium or titanium nitride metal 31 . The aluminum step coverage (the ratio of the thinnest thickness to the thickest thickness of the metal cover layer) of such a two-step etching can be 0%. As a result, the electrical connection in the contact window 21 can only be maintained by titanium or titanium nitride metal 31 , so that the reliability of the component is adversely affected.
Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Hochtemperaturaluminiumverfahren verwendet. Obwohl das Hochtemperaturaluminiumverfahren eine bessere Aluminiumstufenabdeckung, etwa 15% bis 20%, erreicht, bringt es viele Nachteile mit sich: (1) Erforderlich ist eine zweistufige Temperatur erhöhung, wodurch Zeit verbraucht wird, der Durchsatz vermindert wird und Energie verbraucht wird. (2) Schlechte Leitungseigenschaften aufgrund von Rissen/Sprüngen in der Aluminiumoberfläche nach dem Kühlen ver ursachen unerwartete Widerstandsänderungen. (3) Die benötigte Ausrü stung ist teurer.To solve this problem, a high temperature aluminum process has been developed used. Although the high temperature aluminum process is a better one Aluminum step coverage, around 15% to 20%, reaches many Disadvantages: (1) A two-stage temperature is required increase, consuming time and reducing throughput and energy is consumed. (2) Poor line characteristics due to of cracks in the aluminum surface after cooling cause unexpected resistance changes. (3) The equipment required stung is more expensive.
Deshalb besteht ein Bedürfnis für ein Submikrometer-Ätzverfahren für Kon taktfenster mit geringeren Kosten, das Kontaktfenster mit einer praktik ablen Aluminiumstufenabdeckung, einem kleineren Vertikaltiefenverhältnis und sanfteren Ecken erzeugen kann und zuverlässige elektrische Verbin dungen in der integrierten Schaltung mit der gleichen oder einer schmale ren Linienbreite (Leitungsbreite) bildet.Therefore, there is a need for a submicron etching process for Kon Tact window with lower costs, the contact window with a practice ablen aluminum step cover, a smaller vertical depth ratio and can produce softer corners and reliable electrical connection in the integrated circuit with the same or a narrow line width (line width).
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, Kontaktfenster mit einer besseren Aluminiumstufenabdeckung zu bilden.An object of the present invention is to provide contact windows to form a better aluminum step cover.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Kontaktfenster mit einem kleineren Vertikaltiefenverhältnis zu bilden.Another object of the present invention is to provide contact windows with to form a smaller vertical depth ratio.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Kontaktfenster mit sanfteren (insbesondere runderen bzw. glatteren) Ecken zu bilden.Another object of the present invention is to provide contact windows with to form softer (especially rounder or smoother) corners.
Gemäß der Erfindung wird ein dreistufiges Ätzverfahren für Kontaktfenster bereitgestellt. Der erste Schritt ist ein anisotropes Ätzen; der zweite Schritt ist ein isotropes Ätzen; und der dritte Schritt ist ein anisotropes Ätzen, wobei das Verhältnis der durch den dritten Schritt gebildeten Ätztiefe zur durch alle drei Schritte gebildeten Gesamtätztiefe kleiner als 0,5 ist. Das sich ergebende Kontaktfenster weist eine bessere Aluminiumstufenabdec kung auf, wodurch zuverlässigere elektrische Verbindungen erzeugt wer den, ohne die Kosten stark zu vergrößern.According to the invention, a three-stage etching process for contact windows provided. The first step is anisotropic etching; the second step is isotropic etching; and the third step is anisotropic etching, the ratio of the etching depth formed by the third step to total etching depth formed by all three steps is less than 0.5. The resulting contact window has better aluminum step coverage tion, which creates more reliable electrical connections that without greatly increasing the cost.
Ein besseres Verständnis des obigen und weiterer Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung kann aus der folgenden detaillierten Beschrei bung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen erhalten werden, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen. In den Figuren zeigenA better understanding of the above and other tasks and features The present invention can be learned from the following detailed description Exercise can be obtained together with the accompanying drawings Illustrate embodiment of the invention. Show in the figures
Fig. 1a und 1b schematische Querschnittsansichten, die sich auf die Kontaktfensterstruktur in einem herkömmlichen 0,6 µm-SRAM-Prozeß beziehen; Figures 1a and 1b are schematic cross-sectional views relating to the contact window structure in a conventional 0.6 µm SRAM process;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht des Kontaktfensters, das in der Struktur der Fig. 1b durch ein herkömmliches Submikrometer-Ätzverfahren gebildet wurde; FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the contact window formed in the structure of FIG. 1b by a conventional submicron etching process;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht des Kontaktfensters in Fig. 2 nach einem Metallisierungsprozeß; Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of the contact window in Fig 2 after a metallization process.
Fig. 4a eine schematische Querschnittsansicht des Kontaktfensters, das gemäß dem ersten Schritt der bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung gebildet wurde; Figure 4a is a schematic cross-sectional view of the contact window, which the present invention was formed in accordance with the first step of the preferred embodiment.;
Fig. 4b eine schematische Querschnittsansicht des gemäß dem zwei ten Schritt der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildeten Kontaktfensters; FIG. 4b is a schematic cross-sectional view of the contact window formed in accordance with the two-th step of the preferred embodiment of the present invention;
Fig. 4c eine schematische Querschnittsansicht des gemäß dem dritten Schritt der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildeten Kontaktfensters; 4c is a schematic cross-sectional view of the contact window formed in the third step of the preferred embodiment of the present invention.
Fig. 5 eine Elektronenmikroskopaufnahme, die einen vergrößerten Querschnitt des metallisierten Kontaktfensters zeigt, das in einem 0,6 µm-SRAM gemäß der bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung gebildet wurde. Fig. 5 is an electron micrograph showing an enlarged cross section of the metallized contact window formed in a 0.6 µm SRAM in accordance with the preferred embodiment of the present invention.
Es wird nun auf Fig. 4a Bezug genommen, die den ersten Verfahrens schritt der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In diesem Schritt wird durch anisotropes Ätzen über eine Dicke von 1500 Angström (1,5×10-7 m) nach unten in die Oxidschicht 14 ein Kontaktfen ster 41 gebildet. Nachfolgend wird mit dem zweiten Schritt der bevorzug ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 4b gezeigt, ein Kontaktfenster 42 erzeugt, in dem über eine Dicke von 3500 Angström (3,5×10-7m) isotrop geätzt wird. Dann wird der dritte Schritt der bevor zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt (vgl. Fig. 4c). Hierzu wird über eine Dicke von 3500 Angström (3,5×10-7 m) nach unten geätzt, um ein Kontaktfenster 43 zu bilden. Hiernach kann ein Temperprozeß in einer sauerstoffarmen Atmosphäre Ecken 44 des Kontakt fensters 43 glätten bzw. abrunden. Reference is now made to Fig. 4a, which shows the first process step of the preferred embodiment of the present invention. In this step, a contact window 41 is formed in the oxide layer 14 by anisotropic etching down to a thickness of 1500 angstroms (1.5 × 10 -7 m). Subsequently, a contact window is to the second step of Favor th embodiment of the present invention as shown in Fig. 4b, producing 42, is etched in the thickness of 3500 angstroms on a (3.5 x 10- 7 m) isotropic. Then the third step of the preferred embodiment of the present invention is carried out (cf. FIG. 4c). To do this, etch down over a thickness of 3500 angstroms (3.5 × 10 -7 m) to form a contact window 43 . Thereafter, a tempering process in a low-oxygen atmosphere can smoothen or round corners 44 of the contact window 43 .
Bei der bevorzugten Ausführungsform weist das Kontaktfenster 43, das gemäß dem 3-Schritt-Ätzverfahren der vorliegenden Erfindung gebildet ist, ein kleineres Vertikaltiefenverhältnis (d. h. B/A+B) von etwa 41% auf. Tatsächlich kann das Vertikaltiefenverhältnis nach oben auf weniger als 50% begrenzt sein, während seine unterste Grenze die Dicke der Polysilizium-Gate-Schicht 12 berücksichtigen muß. Dies liegt daran, daß es leicht ist, die Polysilizium-Gate-Schicht 12 zu beschädigen, falls das isotro pe Ätzen NF3 als Hauptätzgas verwendet. Deshalb muß das isotrope Ätzen vor der Oxidschicht 14 anhalten, die (wie in Fig. 4c gezeigt) die Polysilizium-Gate-Schicht 12 berührt. Als ein Ergebnis ist die unterste Gren ze des Vertikaltiefenverhältnisses auf größer als "die Dicke der Polysili zium-Gate-Schicht 12/die Gesamttiefe des Kontaktfensters" gesetzt.In the preferred embodiment, the contact window 43 formed in accordance with the 3-step etching method of the present invention has a smaller vertical depth ratio (ie B / A + B) of approximately 41%. In fact, the vertical depth ratio can be limited to less than 50%, while its lowest limit must take into account the thickness of the polysilicon gate layer 12 . This is because if the isotropic etching uses NF 3 as the main etching gas, it is easy to damage the polysilicon gate layer 12 . Therefore, the isotropic etch must stop in front of oxide layer 14 , which (as shown in FIG. 4c) contacts polysilicon gate layer 12 . As a result, the lowest limit of the vertical depth ratio is set to be larger than "the thickness of the polysilicon gate layer 12 / the total depth of the contact window".
Aufgrund des kleineren Vertikaltiefenverhältnisses im Kontaktfenster 43 nach der vorliegenden Erfindung weist dessen Ecke 44 einen sanfteren Winkel auf, wodurch eine bessere Aluminiumabdeckung hierauf ohne we sentliche Sprünge oder Brüche, wie in der Aufnahme der Fig. 5 gezeigt, gebildet wird. Die Aluminiumstufenabdeckung der vorliegenden Erfindung kann 15% bis 20% erreichen, wie sich durch tatsächliche Messungen ergab.Due to the smaller vertical depth ratio in the contact window 43 according to the present invention, its corner 44 has a gentler angle, as a result of which a better aluminum cover is formed thereon without significant cracks or breaks, as shown in the receptacle in FIG. 5. The aluminum step cover of the present invention can reach 15% to 20% as determined by actual measurements.
Wenn auch die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf integrierte Schaltungen des 0,6 µm-Typs beschrieben wurde, kann sie tatsächlich auch bei integrierten Schaltungen des 0,35 µm-Typs angewendet werden.Although the present invention with reference to integrated Circuits of the 0.6 µm type have been described, they can actually can also be applied to integrated circuits of the 0.35 µm type.
Zusammenfassend weist das 3-Schritt-Ätzverfahren für Kontaktfenster
nach der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile auf:
In summary, the 3-step etching method for contact windows according to the present invention has the following advantages:
- 1. Es führt zu glatteren bzw. sanfteren Ecken, ohne daß sich leicht Me tall ansammelt;1. It leads to smoother or gentler corners without me easily tall accumulates;
- 2. erreicht werden kleinere Vertikaltiefenverhältnisse, die eine leichte Abdeckung mit Metall ermöglichen;2. Smaller vertical depth ratios are achieved, which are easy Allow covering with metal;
- 3. es wird eine bessere Aluminiumstufenabdeckung erreicht;3. better aluminum step coverage is achieved;
- 4. es ermöglicht, daß die ursprüngliche Linienbreite (Leitungsbreite) beibehalten wird, ohne daß die Konstruktionen/Konfigurationen und elektrischen Eigenschaften beeinflußt werden; und4. it enables the original line width (line width) is maintained without the constructions / configurations and electrical properties are affected; and
- 5. es ist für integrierte Schaltungen des 0,35 µm- bis 0,6 µm-Typs ein setzbar.5. It is for 0.35 µm to 0.6 µm type integrated circuits settable.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf die obigen bevor zugten Ausführungsformen im Detail beschrieben wurde, ist es nicht be absichtigt, daß sie einschränkend ausgelegt wird. Für Fachleute im Fach gebiet sind relevante Änderungen und Modifikationen nach Bezugnahme auf die obige Beschreibung naheliegend. Deshalb ist es beabsichtigt, daß alle derartige Änderungen und Modifikationen durch die beigefügten An sprüche erfaßt werden.Although the present invention is based on the above preferred embodiments has been described in detail, it is not be intends that it be interpreted restrictively. For specialists in the field Relevant changes and modifications after reference to the above description. Therefore it is intended that all such changes and modifications by the attached app sayings are recorded.
Es wird ein 3-Schritt-Ätzverfahren für Kontaktfenster in integrierten Schal tungen offenbart, wobei der erste Schritt ein anisotroper Ätzschritt ist, der zweite Schritt ein isotroper Ätzschritt ist und der dritte Schritt ein anisotro per Ätzschritt ist, wobei das Verhältnis der durch den dritten Schritt ge bildeten Ätztiefe zur durch die drei Schritte gebildeten Gesamtätztiefe weni ger als 0,5 beträgt. Das resultierende Kontaktfenster weist eine bessere Aluminiumstufenabdeckung auf und sorgt für zuverlässigere elektrische Verbindungen, ohne die Kosten stark zu erhöhen.It becomes a 3-step etching process for contact windows in integrated scarf The first step is an anisotropic etching step which second step is an isotropic etching step and the third step is an anisotropic per etching step, the ratio of the ge through the third step formed etching depth to the total etching depth formed by the three steps is less than 0.5. The resulting contact window shows a better one Aluminum step cover and ensures more reliable electrical Connections without greatly increasing costs.
Claims (6)
- a) anisotropes Ätzen, wodurch eine erste Ätztiefe gebildet wird;
- b) isotropes Ätzen, wodurch eine zweite Ätztiefe gebildet wird; und
- c) anisotropes Ätzen, wodurch eine dritte Ätztiefe gebildet wird;
- a) anisotropic etching, whereby a first etching depth is formed;
- b) isotropic etching, thereby forming a second depth of etching; and
- c) anisotropic etching, thereby forming a third depth of etching;
- d) Glätten/Abrunden von Ecken des Kontaktfensters durch Tem pern in einer sauerstoffarmen Atmosphäre.
- d) smoothing / rounding corners of the contact window by tempering in a low-oxygen atmosphere.
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