DE19853617B4

DE19853617B4 - Verfahren zum Herstellen eines Metallkontakt-Teils

Info

Publication number: DE19853617B4
Application number: DE19853617A
Authority: DE
Inventors: Nien-Yu Tsai; Hong-Long Chang; Chun-Wei Chen; Ming-Li Kung
Original assignee: MOSEL VITELIC Inc HSINCHU; Siemens AG; Mosel Vitelic Inc; Promos Technologies Inc
Current assignee: Qimonda AG; Mosel Vitelic Inc; Promos Technologies Inc
Priority date: 1998-11-17
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: DE19853617A1; JP2000150650A; JP3652145B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Metallkontakt-Teils, mit folgenden Schritten:
Aufbringen einer dielektrischen Schicht (202) auf ein Substrat (200),
Ausbilden eines Übergangs in der dielektrischen Schicht (202) unter Freilegen des Substrats (200) in diesem Übergang,
Aufbringen einer ersten Barrierenschicht (208) in dem Übergang,
Ausbilden eines Metallkontakts (206) in dem Übergang,
wobei der Metallkontakt (206) durch die Barrierenschicht (208) vom Substrat (200) und der dielektrischen Schicht (202) getrennt ist und auf seiner vom Substrat (200) abgewandten Seite freiliegt,
Aufbringen einer zweiten Barrierenschicht (214) auf die dielektrische Schicht (202) und den freiliegenden Metallkontakt (220),
Aufbringen einer Metallschicht (212) auf die zweite Barrierenschicht (214),
Ausbilden einer Metalleitung (210) aus der Metallschicht (212) mit Hilfe einer auf die Metallschicht (212) (206) aufbrachten Fotolackschicht (218) und eines Ätzverfahrens, wobei ein Teil des Metallkontakts (206) freigelegt wird,
Entfernen der Fotolackschicht (218) mittels eines Plasmas, selektives Ausbilden einer Oxid-Schutzschicht...

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Metallverbindungen und insbesondere ein Herstellungsverfahren für Metallverbindungen, mit denen die Korrosion von Metallkontakten verhindert wird.
Mit dem Voranschreiten der Halbleitertechnik werden die kritischen Abmessungen entsprechender Vorrichtungen immer kleiner. Der Bereich eines Metallkontakts innerhalb einer dielektrischen Schicht muss bei der Bildung einer Metallverbindung freiliegen, um dem Schaltkreis-Layout zu genügen, wie aus 1A ersichtlich. Aus 1A ist schematisch ein Schnitt einer herkömmlichen Verbindungsstruktur ersichtlich. In einer dielektrischen Schicht 102 ist ein Übergang 100 ausgebildet. Der Übergang 100 ist mit Wolfram gefüllt, so dass ein Wolframkontakt 108 ausgebildet ist, der ein Substrat (oder eine Metallverdrahtung) 104 mit einer Metallleitung 106 elektrisch leitend verbindet.
Aufgrund sinkender Konstruktionsanforderungen oder aufgrund einer Falschausrichtung während der Herstellung der Metallleitung 106 ist diese auf der dielektrischen Schicht 102 ausgebildet und lässt einen Bereich des Wolframkontakts 108 in dem Übergang 100 freiliegen. Eine Fotolackschicht 110 wird bereitgestellt, um die Metallleitung 106 aus einer Metallschicht auf der dielektrischen Schicht 102 auszubilden. Nach der Herstellung der Metallleitung 106 und dem Freilegen eines Teils des Wolframkontakts 108, wird die Fotolackschicht 110 entfernt. Der Schritt des Entfernens der Fotolackschicht 110 wird als "Veraschen" bezeichnet und in Gegenwart eines Plasmas durchgeführt, das reinen Sauerstoff oder wenigstens ausreichend Sauerstoff aufweist. Der freiliegende Wolframkontakt 108 nimmt leicht Ionen aus dem Sauerstoffplasma auf, so dass sich nahe der Oberfläche des freiliegenden Wolframkontakts 108 Ladungen sammeln.
Ein Bereich der Metallschicht wird selektiv abgeätzt, um die Metallleitung 106 auszubilden. Auf der aus 1A ersichtlichen Struktur wird ein Polymer ausgebildet, während der Abätzschritt durchgeführt wird, so dass das Polymer entfernt werden muss, nachdem die Fotolackschicht mithilfe eines Nassreinigungsverfahrens entfernt wurde. Das Nassreinigungsverfahren wird unter Verwendung einer Lauge mit einem pH-Wert von etwa 10-12 durchgeführt. Die Lauge führt dazu, dass ein Teil des Wolframkontakts 108, der Ladungen 112 aufweist, zu einer Elektrolyse führt, so dass das Wolfram des Wolframkontakts 108 verloren geht.
Wie aus 1B ersichtlich, wird der Wolframkontakt 100a aufgrund eines isotropen Abätzens während des Nassreinigungsverfahrens angefressen. Wenigstens ein Teil des Wolframkontakts 100a unter der Metallleitung 106 wird entfernt, so dass der Kontaktbereich zwischen dem Wolframkontakt 100a und der Metallleitung 106 verkleinert wird. Der verkleinerte Kontaktbereich führt zu einem erhöhten Kontaktwiderstand und verschlechtert die Effizienz der entsprechenden Vorrichtungen. Falls der Kontakt sehr stark angefressen ist, kann es sein dass die Metallleitung 106 den Wolframkontakt 100a nicht einmal berührt.

Aus der US 53 99 236 ist es auch bekannt Metallleitungen durch ein Sanerstoffplasma zu oxidieren und dadurch zu schützen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Verbindungen bereitzustellen, mit dem ein Anfressen des freiliegenden Metallkontakts verhindert wird, so dass ein Ausfall der entsprechenden Vorrichtungen vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird dies mit einem Verfahren zum Herstellen eines Metallkontakt-Teils mit den folgenden Schritten erreicht: Aufbringen einer dielektrischen Schicht auf ein Substrat, Ausbilden eines Übergangs in der dielektrischen Schicht unter Freilegen des Substrats in diesem Übergang, Aufbringen einer ersten Barrierenschicht in dem Übergang, Ausbilden eines Metallkontakts in dem Übergang, wobei der Metallkontakt durch die Barrierenschicht vom Substrat und der dielektrischen Schicht getrennt ist und auf seiner vom Substrat abgewandten Seite freiliegt, Aufbringen einer zweiten Barrierenschicht auf die dielekirische Schicht und den freiliegenden Metallkontakt, Aufbringen einer Metallschicht auf die zweite Barrierenschicht, Ausbilden einer Metallleitung aus der Metallschicht mit Hilfe einer auf die Metallschicht aufgebrachten Fotolackschicht und eines Ätzverfahrens, wobei ein Teil des Metallkontakts freigelegt wird, Entfernen der Fotolackschicht mittels eines Plasmas, selektives Ausbilden einer Oxid-Schutzschicht auf dem freiliegenden Metallkontakt nachdem die Fotolackschicht entfernt worden ist und Durchführen eines Nassreinigungsverfahrens auf dem Substrat.

Bei dem vorhergehend beschriebenen Verfahren wird die Schutzschicht durch thermische Oxidation, Sauerstoffbeduschung in Kombination mit Beheizen durch eine Lampe oder durch eine chemische Behandlung selektiv ausgebildet. Ein Nassreinigungsverfahren wird verwendet, um das Polymer zu entfernen, das während des Strukturierens der Metallschicht gebildet wurde. Die Schutzschicht verhindert, dass der freiliegende Metallkontakt mit der Lauge in Berührung kommt, so dass der Metallkontakt während des Nassreinigungsverfahrens nicht angeätzt wird.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1A und 1B schematische Schnitte, aus denen ersichtlich ist, wie ein Wolframkontakt angefressen wird, wenn ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen einer Verbindung verwendet wird; und
2A bis 2C schematische Schnitte, aus denen das Verfahren zum Herstellen von Verbindungen ohne Anfressen des Wolframkontaktes gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich ist.
Ein Fotolithographieverfahren und ein Ätzverfahren werden durchgeführt, um unter Verwendung einer Fotolackschicht eine Metallleitung auszubilden. Nach dem Ausbilden der Metallleitung wird die Fotolackschicht entfernt. Plasma, das eine große Menge Sauerstoff aufweist, oder Sauerstoffplasma wird verwendet, um die Fotolackschicht zu entfernen. Das Sauerstoffplasma führt dazu, dass sich in dem freiliegenden Metallkontakt unter der Metallleitung Ladungen ansammeln, so dass sich der Kontaktwiderstand zwischen dem Metallkontakt und der Metallleitung erhöht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Problem vermieden.
Wie aus 2A ersichtlich, wird eine dielektrische Schicht 202, wie eine Siliziumoxidschicht, auf einem Substrat 200 unter Verwendung z. B. eines CVD-Verfahrens (CVD: Chemical Vapor Deposition; Chemische Abscheidung aus der Gasphase) ausgebildet. In der dielektrischen Schicht 202 wird ein Übergang 204 ausgebildet, um einen Teil des Substrats 200 freiliegen zu lassen. Ein Metallkontakt 206 füllt den Übergang 204 aus. Der Schritt des Ausbildens des Metallkontakts 206 weist ferner folgende Schritte auf Ausbilden einer Metallschicht in dem Übergang 204 und teilweise auf der dielektrischen Schicht 202 unter Verwendung z. B. eines CVD- Verfahrens und Entfernen der Metallschicht aus dem Übergang 204, um unter Verwendung z. B. eines chemisch-mechanischen Polierverfahrens oder durch Zurückätzen den Metallkontakt 206 zu bilden. Das bevorzugte Material für den Metallkontakt ist Wolfram. Zwischen dem Metallkontakt 206 und der dielektrischen Schicht 202 wird eine Barrierenschicht 208 ausgebildet. Die Barrierenschicht, die eine Titan/Titannitrid-Schicht aufweist, wird z. B. unter Verwendung eines Sputter-Verfahrens (Kathodenzerstäubungsverfahren) ausgebildet. Die Barrierenschicht 208 wird verwendet, um einen Elektronenaustausch (Stromfluss) zu verhindern, und um die Haftung zwischen dem Metallkontakt 206 und der dielektrischen Schicht 202 oder zwischen dem Metallkontakt 206 und dem Substrat 200 zu verbessern.
Wie aus 2B ersichtlich, werden ein Fotolithographieverfahren und ein Ätzverfahren durchgeführt, um eine Metallleitung 210 auszubilden. Eine Metallschicht 212, wie eine Aluminiumschicht, wird auf der Barrierenschicht 214 ausgebildet. Die Metallschicht 212 bildet die Hauptstruktur der Metallleitung 210. Aluminium weist einen geringen Widerstand und eine gute Haftung auf Siliziumoxid auf, so dass Aluminium für die Metallleitung 210 verwendet wird. Aluminium führt jedoch zu Unebenheiten (Spikes) in dem Substrat, so dass eine Barrierenschicht 214, wie eine Titan/Titannitrid-Schicht auf der dielektrischen Schicht 204 und auf dem freiliegenden Substrat 200 ausgebildet wird, um diesen Effekt zu verhindern.
Nach dem Ausbilden der Metallschicht 212 wird eine Antireflex- Schicht 216, wie eine Titan/Titannitrid-Schicht, auf der Metallschicht 212 ausgebildet, um Lichtreflexionen von der Metallschicht 212 her zu verhindern. Eine Fotolackschicht 218 wird aufgebracht, um die Metallleitung 210 zu bilden. Die Metallleitung 210 wird selektiv mithilfe reaktiven Ionenätzens herausgeätzt, um die aus 2B ersichtliche Struktur zu bilden.
Wie aus 2C ersichtlich, wird die Fotolackschicht 218 mithilfe des Plasmas entfernt. Ein herkömmliches Plasma 220, das verwendet wird, um die Fotolackschicht 218 zu entfernen, verwendet Sauerstoff als Quelle. Sauerstoff wird mithilfe einer Radiofrequenz angeregt, um das Plasma 220 zu bilden, das O⁺, O₂ ⁺, O₂ ^–, O₂ und/oder O aufweist. Da das Material der Fotolackschicht 218 eine Art Kohlenwasserstoff ist, reagiert die Fotolackschicht 218 derart, dass diese gasförmiges Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser (Wasserstoffdioxid) bildet. Ladungen aus dem Plasma, die eine hohe Energie aufweisen, dringen leicht in den freiliegenden Metallkontakt 206 ein und sammeln sich an der Oberfläche des Metallkontakts 206 an. Die angesammelten Ladungen führen dazu, dass der Metallkontakt 206 im Vergleich mit dem Substrat 200 ein anderes Potential aufweist. Dieses Potential erhöht die Ätzrate des Metallkontakts 206, während das Nassreinigungsverfahren durchgeführt wird, so dass der Widerstand zwischen dem Metallkontakt 206 und der Metallleitung 210 sinkt.
Verfahren, die verwendet werden, um die Ätzrate des Metallkontakts 206 zu verringern, umfassen ein Verhindern, dass sich Ladungen an dem Metallkontakt 208 anlagern, ein Entladen vor dem Durchführen des Nassreinigungsverfahrens, ein Verwenden einer neuen Lösung zum Durchführen des Nassreinigungsverfahrens usw. Das erfindungsgemäße Verfahren bildet selektiv eine Schutzschicht 222, wie eine Siliziumoxidschicht, auf dem freiliegenden Metallkontakt 208, nachdem die Fotolackschicht 218 entfernt wurde. Zum Beispiel wird die Schutzschicht 222 selektiv durch Oxidieren des Metallkontakts 206 mithilfe eines schnellen thermischen Verfahrens gebildet. Die Schutzschicht 222 kann auch durch Erhitzen unter einer Wärmequelle, wie einer Lampe, selektiv gebildet werden, während gleichzeitig eine Sauerstoffbeduschung bei einer Temperatur von etwa 250 DEG C durchgeführt wird. Ferner kann die Schutzschicht 222 mithilfe einer chemischen Behandlung auf der Oberfläche des freiliegenden Kontakts 206 selektiv gebildet werden. Die chemische Behandlung lässt den Metallkontakt 206 mit z. B. Chromphosphorsäure reagieren.
Nach dem Entfernen der Schutzschicht 222 wird ein Nassreinigungsverfahren unter Verwendung einer Lauge, wie EKC 265 oder ACT 935 durchgeführt, um das Polymer zu entfernen, das auf der Oberfläche des Substrats 200 gebildet wurde, während die Metallleitung 210 herausgeätzt wurde. Somit wird ein Übergang hergestellt, ohne dass der Metallkontakt angefressen wird, obwohl sich an der Oberfläche des freiliegenden Metallkontakts Ladungen angesammelt haben, da die Schutzschicht 222 den Metallkontakt 206 von der Lauge trennt.
Es ist ein Merkmal der Erfindung, dass auf dem freiliegenden Metallkontakt eine Schutzschicht selektiv ausgebildet wird, um den Metallkontakt 206 von der Lösung abzutrennen. Der Metallkontakt wird während des Nassreinigungsverfahrens nicht angefressen, so dass der Widerstand nicht verringert wird und die Effektivität der entsprechenden Vorrichtungen verbessert ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Metallkontakt-Teils, mit folgenden Schritten: Aufbringen einer dielektrischen Schicht (202) auf ein Substrat (200), Ausbilden eines Übergangs in der dielektrischen Schicht (202) unter Freilegen des Substrats (200) in diesem Übergang, Aufbringen einer ersten Barrierenschicht (208) in dem Übergang, Ausbilden eines Metallkontakts (206) in dem Übergang, wobei der Metallkontakt (206) durch die Barrierenschicht (208) vom Substrat (200) und der dielektrischen Schicht (202) getrennt ist und auf seiner vom Substrat (200) abgewandten Seite freiliegt, Aufbringen einer zweiten Barrierenschicht (214) auf die dielektrische Schicht (202) und den freiliegenden Metallkontakt (220), Aufbringen einer Metallschicht (212) auf die zweite Barrierenschicht (214), Ausbilden einer Metalleitung (210) aus der Metallschicht (212) mit Hilfe einer auf die Metallschicht (212) (206) aufbrachten Fotolackschicht (218) und eines Ätzverfahrens, wobei ein Teil des Metallkontakts (206) freigelegt wird, Entfernen der Fotolackschicht (218) mittels eines Plasmas, selektives Ausbilden einer Oxid-Schutzschicht (222) auf dem freiliegenden Metallkontakt (206) nachdem die Fotolackschicht (218) entfernt worden ist, und Durchführen eines Naßreinigungsverfahrens auf dem Substrat (200).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht (222) durch schnelle thermische Oxidation gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht (222) durch Erhitzen unter einer Wärmequelle bei gleichzeitiger Sauerstoffbeduschung bei einer Temperatur von etwa 250 °C gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht (222) mithilfe einer chemischen Behandlung der Oberfläche des freiliegenden Metallkontakts (206) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Plasma ein Sauerstoffplasma ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Wärmequelle eine Lampe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die chemische Behandlung die Reaktion des Metallkontakts (206) mit Chromphosphorsäure umfaßt.