DE19829152A1

DE19829152A1 - Doppeltes Damaszierverfahren

Info

Publication number: DE19829152A1
Application number: DE19829152A
Authority: DE
Inventors: Meng-Jin Tsai
Original assignee: United Microelectronics Corp
Current assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 1998-05-05
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 1999-11-18
Also published as: FR2778494A1; US6001735A; FR2778494B1; JPH11330077A

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer doppelten damaszierten Struktur umfaßt ein Erzeugen einer ersten Oxidschicht und einer Maskenschicht darauf, die beide Erhebungen über die leitenden Schichten aufweisen. Anschließend werden durch ein chemisch-mechanisches Polieren die Erhebungen entfernt und Öffnungen erzeugt. Die Erhebungen liegen über den leitenden Schichten.

Description

Hintergrund der Erfindung Erfindungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterverfahren und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer doppelten damaszierten Struktur.

Stand der Technik

Mit dem zunehmenden Integrationsgrad von integrierten Schaltungen (IC) erhöht sich auch die Anzahl von Verbindungen entsprechend. Aus diesem Grund sind für den Entwurf der meisten integrierten Schaltungen mehr als zwei Schichten aus Metall erforderlich. In dem Maße, in dem sich der Integrationsgrad der integrierten Schaltungen kontinuierlich erhöht, steigen auch die Schwierigkeiten, Metall-Verbindungen zuverlässig und mit hoher Qualität zu erzeugen. Aus diesem Grund werden doppelte Damaszierverfahren vorgeschlagen. Mit doppelten Damaszierverfahren können die Anforderungen im Hinblick auf hohe Qualität und Zuverlässigkeit der Verarbeitungsschritte einschließlich des Ätzens von metallischen Verbindungsgräben in die dielektrische Schicht und des anschließenden Füllens von Metall in die Gräben erfüllt werden. Aus diesem Grund stellen doppelte Damaszierverfahren die beste Wahl bei der Herstellung von Verbindungen im Größenbereich unterhalb eines Viertels von einem Mikron dar.

Die Fig. 1A bis 1C zeigen den Ablauf der Herstellung bei einer bekannten doppelten damaszierten Struktur.

Gemäß Fig. 1A wird auf einem Substrat 10 (Trägermaterial) eine leitende Schicht 14 erzeugt. Die leitende Schicht 14 dient zur Verbindung des Substrates 10 mit anderen gewünschten Strukturen (nicht gezeigt). Ferner wird eine Metall-Dielektrikum-Zwischenschicht 12 gebildet, um unerwünschte Kurzschlüssel oder Verbindungen der leitenden Schicht 14 mit anderen gewünschten Strukturen an unerwünschten Punkten zu verhindern.

Als nächstes wird auf der leitenden Schicht 14 mit einem chemischen Aufdampfverfahren mit geringem Druck (LPCVD - Low Pressure Chemical Vapor Deposition) eine Oxidschicht 16 abgelagert. Anschließend wird mit dem LPCVD-Verfahren auf die Oxidschicht 16 eine Maskenschicht 18 aufgebracht. Die Maskenschicht 18 ist im allgemeinen eine Siliziumnitridschicht. Unter Anwendung des gleichen LPCVD-Verfahrens wird die Maskenschicht 18 mit einer Oxidschicht 20 bedeckt. Als nächstes wird eine Fotoresistschicht 21 aufgebracht, um die Oxidschicht 20 abzugrenzen, so daß ein Teil der Oxidschicht 20 freiliegt. Der freiliegende Teil der Oxidschicht 20 korrespondiert mit der leitenden Schicht 14.

Wie in Fig. 1B gezeigt ist, wird der freiliegende Teil der Oxidschicht 20 mit bekannten fotolithographischen und Ätzverfahren geätzt. Das Ätzen wird so lange fortgesetzt, bis die Maskenschicht 18 durchgeätzt ist, so daß eine Öffnung 22 entsteht, die die Oxidschicht 16 freilegt. Die Fotoresistschicht 21 wird dann mit Oxidplasma entfernt. Als nächstes wird eine zweite Fotoresistschicht 24 aufgebracht, um die Oxidschicht 20 weiter abzugrenzen, so daß die Öffnung 22 und ein Teil der Oxidschicht 20 einschließlich der Oxidschicht an zwei Seiten der Öffnungen 22 freigelegt wird.

Gemäß Fig. 1C wird der freiliegende Teil der Oxidschicht 16 an der Öffnung 22 mit bekannten fotolithographischen und Ätzverfahren weiter geätzt, so daß die Maskenschicht 18 weiter freigelegt wird. Ferner wird auch ein Teil der Oxidschicht 20, der durch die Fotoresistschicht 24 nicht bedeckt ist, sowie ein Teil der Oxidschicht 20 am Umfang der Öffnung 22 weggeätzt, so daß eine Öffnung 26 beziehungsweise eine Öffnung 28 entsteht, die die Maskenschicht 18 freilegt. Die Öffnung 28 umfaßt ferner die Öffnung 22.

Als nächstes wird die Fotoresistschicht 24 mit Oxidplasma entfernt. Eine leitende Schicht 30 wird durch Zerstäubung (Sputtern) oder CVD gebildet, die die Öffnung 22 und die Öffnung 28 ausfüllt, so daß ein Kontakt mit der leitenden Schicht 14 entsteht und auch die Öffnung 26 ausgefüllt wird.

Anschließend werden mehrere kontinuierliche Verfahren durchgeführt, um eine doppelte damaszierte Struktur zu erzeugen.

Bekannte doppelte Damaszierverfahren erfordern jedoch mehr als zwei Schritte der Fotoresistbeschichtung und Fotolithographie, so daß die Verfahren im allgemeinen wesentlich komplizierter sind und Fehlausrichtungen auftreten können.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer doppelten damaszierten Struktur zu schaffen, das nur einen Schritt mit einer Fotoresistbeschichtung und Fotolithographie umfaßt. Eine solche doppelte damaszierte Struktur ist gemäß der Erfindung wesentlich einfacher, und es treten auch keine Fehlausrichtungen auf.

Weiterhin soll mit der Erfindung ein Verfahren zur Schaffung einer doppelten damaszierten Struktur einschließlich der Erzeugung einer Oxidschicht und einer Maskenschicht darauf geschaffen werden, die beide Erhebungen über die leitenden Schichten aufweisen. Anschließend erfolgt ein chemisch-mechanisches Polieren, um die Erhebungen zu entfernen und Öffnungen zu bilden. Die Erhebungen liegen über den leitenden Schichten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung soll im Detail anhand von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1A bis 1C Querschnitte von bekannten Verarbeitungsschritten zur Erzeugung einer doppelten damaszierten Struktur und

Fig. 2A bis 2C Querschnitte von Verarbeitungsschritten zur Erzeugung einer doppelten damaszierten Struktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Gemäß Fig. 2A wird auf einem Substrat 50 (Trägermaterial) eine leitende Schicht 54 erzeugt. Die leitende Schicht 54 dient zur Verbindung des Substrates 50 mit anderen gewünschten Strukturen (nicht dargestellt). Ferner wird eine Metall-dielektrische Zwischenschicht 52 gebildet, um einen unerwünschten Kurzschluß oder eine Verbindung der leitenden Schicht 54 mit anderen gewünschten Strukturen an unerwünschten Punkten zu verhindern.

Als nächstes wird unter Anwendung von zum Beispiel einer chemischen Aufdampfung mit einem Plasma hoher Dichte (HDPCVD) eine Oxidschicht 56 erzeugt, die die leitende Schicht 54 bedeckt. Durch Anwendung des HDPCVD-Verfahrens werden Erhebungen 57 (Protuberanzen) über den leitenden Schichten 54 erzeugt. Die Erhebungen 57 können jede beliebige Form haben. Die Oxidschicht 56 kann nicht nur mit dem HDPCVD-Verfahren, sondern auch mit einer Plasma-verstärkten chemischen Aufdampfung (PECVD) erfolgen. In ähnlicher Weise können auch die Erhebungen 57 durch ein PECVD-Verfahren gebildet werden.

Anschließend wird unter Anwendung von zum Beispiel einer chemischen Aufdampfung mit geringem Druck (LPCVD) eine Maskenschicht 58 erzeugt, die die Oxidschicht 56 bedeckt. Das Material der Maskenschicht 58 umfaßt vorzugsweise Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid. Die Maskenschicht 58 ist im wesentlichen parallel zu der Oxidschicht 56 angeordnet, so daß die Maskenschicht 58 ebenfalls entsprechende Erhebungen 58a aufweist.

Als nächstes werden gemäß Fig. 2B die Erhebungen 58a der Maske 58 durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) entfernt, so daß Öffnungen 59 entstehen, die die Oxidschicht 56 freilegen. Die zurückbleibende Maskenschicht 58 und die freigelegte Oxidschicht 56 liegen im wesentlichen auf der gleichen Höhe. Anschließend wird eine Oxidschicht 60 gebildet, und zwar vorzugsweise mit einem LPCVD-Verfahren, die die Maskenschicht 58 und die freigelegte Oxidschicht 56 bedeckt.

Eine Besonderheit der Erfindung besteht in der Anwendung eines chemisch-mechanischen Polierens, um die Erhebungen 58a der Maskenschicht 58 zu entfernen, so daß die Öffnungen 59 entstehen. Folglich wird erfindungsgemäß nur ein Schritt der Fotoresistbeschichtung und Fotolithographie angewendet. Im Gegensatz dazu ist es erforderlich, daß bei dem bekannten Verfahren mindestens zwei Schritte mit einer Fotoresistbeschichtung und einer Fotolithographie vorgenommen werden. Auch wenn sich zwischen zwei leitenden Schichten 54 Erhebungen mit unterschiedlichen Höhen befinden, können nur die Erhebungen mit der größeren Höhe, welche die Erhebungen über den leitenden Schichten 54 sind, zur Bildung von Öffnungen wegpoliert werden. Aus diesem Grund kann während der Ablagerung der anderen leitenden Schicht das leitende Material nur in den Öffnungen über der leitenden Schicht 54 gebildet werden, so daß unerwünschte Kurzschlüsse und Verbindungen verhindert werden können.

Zur Abgrenzung der Oxidschicht 60 wird dann eine Fotoresistschicht 62 aufgebracht. Die Fotoresistschicht 62 legt einen ersten Bereich der Oxidschicht 60 über der Öffnung 59 und einen zweiten Bereich der Oxidschicht 60 über der Öffnung 58 frei. Anschließend wird unter Verwendung bekannter fotolithographischer und Ätzverfahren die Oxidschicht 60 geätzt, um eine Öffnung 64 und eine Öffnung 66 zu erzeugen. Die Oxidschicht 56, die durch die Öffnung 59 freigelegt ist, wird weiter geätzt, so daß die leitende Schicht 54 freigelegt und eine Öffnung 64 erzeugt wird.

Anschließend wird eine leitende Schicht 68 erzeugt, und zwar vorzugsweise durch Zerstäubung (Sputtern) oder ein CVD-Verfahren, um die Öffnung 59 und die Öffnung 64, die mit der leitenden Schicht 54 zu verbinden ist, aufzufüllen und die freigelegte Maskenschicht 58 zu bedeckten. Die leitende Schicht 68 füllt auch die Öffnung 66 aus und stellt einen Kontakt mit der Maskenschicht 58 her. Das Material der leitenden Schicht 68 ist vorzugsweise Wolfram.

Als nächstes werden mehrere kontinuierliche Verfahrensschritte ausgeführt, um die Herstellung der doppelten damaszierten Struktur abzuschließen. Da diese jedoch nicht die Merkmale der Erfindung betreffen, sollen sie nicht im Detail beschrieben werden.

Die Besonderheiten der Erfindung umfassen somit die Anwendung von HDPCVD- oder PECVD-Verfahren, um eine Oxidschicht 56 und anschließend eine Maskenschicht zu erzeugen und damit Erhebungsstrukturen zu erhalten. Als nächstes wird die Erhebung der Maskenschicht 58 mit einem CMP-Verfahren entfernt, um eine Öffnung 59 zu erzeugen. Die doppelte damaszierte Struktur gemäß der Erfindung erfordert nur einen Schritt der Fotoresistbeschichtung und Fotolithographie und ist somit wesentlich einfacher als bekannte Strukturen.

Die Erfindung wurde anhand von beispielhaften bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß der Umfang der Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die Erfindung umfaßt vielmehr verschiedene weitere Modifikationen und ähnliche Anordnungen, die vom Inhalt der folgenden Ansprüche erfaßt sind.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer doppelten damaszierten Struktur mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Substrates, wobei auf dem Substrat eine Mehrzahl von ersten leitenden Schichten gebildet wird;
Erzeugen einer ersten Oxidschicht, die die ersten leitenden Schichten und das Substrat bedeckt, wobei die erste Oxidschicht eine Erhebung über die ersten leitenden Schichten aufweist;
Erzeugen einer Maskenschicht, die die erste Oxidschicht bedeckt, so daß die Maskenschicht ebenfalls eine Erhebung aufweist;
Entfernen der Erhebung in der Maskenschicht, so daß eine erste Öffnung entsteht, die die erste Oxidschicht über der ersten leitenden Schicht freilegt;
Erzeugen einer zweiten Oxidschicht, die die Maskenschicht mit der ersten Öffnung bedeckt;
Bearbeiten der zweiten Oxidschicht und der ersten Oxidschicht in der Weise, daß eine zweite Öffnung entsteht, die die erste Öffnung und eine der ersten leitenden Schichten freilegt und daß eine dritte Öffnung in der zweiten Oxidschicht entsteht, die die Maskenschicht freilegt; und
Erzeugen einer zweiten leitenden Schicht in der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung, um einen Kontakt mit der genannten ersten leitenden Schicht sowie in der dritten Öffnung zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Oxidschicht mit einer chemischen Aufdampfung mit einem Plasma hoher Dichte erzeugt wird.

3. Verfahren Anspruch 1, bei dem die erste Oxidschicht mit einer durch ein Plasma verstärkten chemischen Aufdampfung erzeugt wird.

4. Verfahren Anspruch 1, bei dem ein Material der Maskenschicht Siliziumnitrid aufweist.

5. Verfahren Anspruch 1, bei dem die Erhebung in der Maskenschicht durch ein chemisch-mechanisches Polieren entfernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zweite Oxidschicht und die erste Oxidschicht durch Fotolithographie und Ätzen gestaltet wird.

7. Verfahren zum Herstellen einer doppelten damaszierten Struktur mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Substrates, wobei auf dem Substrat eine Mehrzahl von ersten leitenden Schichten gebildet wird;
Erzeugen einer ersten Oxidschicht und einer Maskenschicht, die aufeinanderfolgend die ersten leitenden Schichten und das Substrat bedecken, wobei die erste Oxidschicht und die Maskenschicht jeweils eine Erhebung über die ersten leitenden Schichten aufweisen;
Entfernen der Erhebung in der Maskenschicht, so daß eine erste Öffnung entsteht, die die erste Oxidschicht über der ersten leitenden Schicht freilegt;
Erzeugen einer zweiten Oxidschicht, die die Maskenschicht mit der ersten Öffnung bedeckt;
Bearbeiten der zweiten Oxidschicht und der ersten Oxidschicht in der Weise, daß eine zweite Öffnung entsteht, die die erste Öffnung und eine der ersten leitenden Schichten freilegt; und
Erzeugen einer zweiten leitenden Schicht in der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung, um einen Kontakt mit der genannten ersten leitenden Schicht zu bilden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die erste Oxidschicht durch eine chemische Aufdampfung mit einem Plasma hoher Dichte erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die erste Oxidschicht mit einer durch ein Plasma verstärkten chemischen Aufdampfung erzeugt wird.

10. Verfahren Anspruch 7, bei dem ein Material der Maskenschicht Siliziumnitrid aufweist.

11. Verfahren Anspruch 7, bei dem die Erhebung in der Maskenschicht durch ein chemisch-mechanisches Polieren entfernt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die zweite Oxidschicht und die erste Oxidschicht durch Fotolithographie und Ätzen gestaltet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem während des Schrittes der Bearbeitung der zweiten Oxidschicht und der ersten Oxidschicht eine dritte Öffnung auch in der zweiten Oxidschicht erzeugt wird, um die Maskenschicht freizulegen.

14. Verfahren Anspruch 13, bei dem bei dem Schritt des Erzeugens der zweiten leitenden Schicht die zweite leitende Schicht auch in die dritte Öffnung eingebracht wird.