DE2634095A1 - Verfahren zum herstellen integrierter schaltungen - Google Patents
Verfahren zum herstellen integrierter schaltungenInfo
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Description
- "Verfahren zum Herstellen integrierter
- Schaltungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Integrierte Schaltungen weisen heute eine packungsdichte von 1000 bis etws 10.000 Einzelelemente pro Chip auf. Dir Einzelbauelemente werden gemeinsam in einem Prozeßgang bergestellt und zum Schluß durch Leiterbahnen verbunden. Die für die L;er stellung einer integrierten Schaltung erforderlichen Verfatrensachritte umfassen Diffusionsprozesse, Abscheidungen aue der Gasphase und Aufdampfprozesse. Durch Mask-rungs- und Atzprozesse werden die gewünschten Strukturen erzeugt. Zwer wird zur Herstellung die sogenannte Planartechnik verwendet, doch läßt es sich insbesondere im Vorlauf von Atzprozessen nicht vermeiden, daß auf der Chipoberfläche ein Stufen und Kanten enthaltender Schichtaufbau entsteht. Die dabei vorhandenen Höhenunterschiede sind zwar gering im Vergleich zur lateralen Assdehnung der Strukturen; sie können bei nachfolgenden Absuheidungs- und Aufdampfungsprozessen dennoch zu einer mangelhaften Kantenbedeckung führen. Besteht ein Folgeprozeß beispielsweise au einer Abscheidung einer dielektrischen Schicht, so können an schlecht bedeckten Kanten elektrische Durchbrüche auftreten; werden andererseits Leiterbahnen über die Kanten gefünrt, so können diese eingeschnürt oder ganz unterbrochen sein. Es treten also Fehler auf, die zum Ausfall eines Bauelements und sogar der ganzen integrierten Schaltung führen können Zur Verringerung der Nachteile der in der Fachwelt auch unter dem Begriff "Steilkantenproblem" bekannten Erscheinung wurden bereits mehrere Lösungsmöglichkeiten vorgeschlagen.
- Schrägung der Kanten, insbesondere der Oxidkanten durch Ätzen in erwärmter gepufferter Flußsäure: Dadurch wird jedoch der Ilatznedarf einer Schaltung vergrößert. Beheizen des Substrats wrea es Aufdampfens : Man läuft dabei Gefahr, Verunreiigungen in die Schicht einzubauen. Neben dem größeren apparativen Aufwand ist auch die damit erzielte grobkörnige Struktur Qs a's Leiterbahn verwendeten Aluminiums nachteilig. Man bekommt Schwierigkeiten mit der Fotolackhaftung und Ätzung. Einennen von Stufen durch die sogenannte "Reflow-Technik" : Dazu wirc ein hochphosphorhaltiges Oxidglas auf der Scheibe aufgebra@ht. Lie hobe Phosphorkonzentration führt zu Schwierigkeiten, da dIese Schicht sehr feuchtigkeitsempfindlich ist. Die dustrierung einer Folgemaske wird erschwert, da durch das zerlaufent Glas auch die Justiermarken nicht mehr deutlich sichtbar sic. Beim Ätzen z.B. von Kontaktfenstern wird durch die hohe Ätzrate des Phosphorglases eine starke Unterätzung bewirkt. Zusammenfassend ist zu sagen, daß alle diese Lösungs- möglichkeiten noch nicht in befriedigender Weise zu einer Beseitigung der Ausfallursachen geführt haben.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen auftretenden Feblerquellen, die durch steile Kanten und Höbenunters@biede bedingt sind, zu vermindern Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
- Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den in den Unreransprüchen enthaltenen Merkmalen hervor.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Stufen und Kanten enthaltende Oberfläche einer strukturierten Halbleiterscheibe mit sogenannter KE-Lösung ausgefüllt. KE-Lösung besteht aus Kiesalsäureäthylester gelöst in einem organischen Lörungsmittel und einer bestimmten Menge Wasser. Auf die ZZ,UF S.SCr. ,e+ZUng dieser Lösung wird weiter unten noch eingegangen. Beim Aufsch leudern a,f eine Halbleiterscheibe entsteht aus einer solchen Lösung eine Siliciumdioxidschicht. Infolge der Zäsigkeit der Lösung werden nun an staukturierten Halbleitersc@neiben die Kanten einer Stufe mit etwas mehr Siliciumdioxid a@sgefüllt als an glatten Flächen abgeschieden wird. Das fünrt zu einer nachträglichen Schrägung der Kanten, jetzt ater Chne Platzverlust für die Schaltung.
- Beim Aufbringen von Leiterbahnen durch einen Aufdampfprozeß, beilspielsweise, geht diesem meist eine pyrolytische Abscheidung von Siliciumdioxid voraus, um eine galvanische Trennung zwischen den Bauelementen und der darüber liegenden Leiterbahnebene zu erreichen. Dadurch wird man bei der Führung der Loiterbahnen frei von der Anordnung der darunterliegenden Bauelemente. Die Verbindung zu bestimmten beuelementen ourch das trennende Oxid wird über Kontaktfenster ausgefuhrt. Es ist nun zweckmäßig, die Einebnung von vorhandenen Kanten bereits vor der Abscheidung des pyrolytischen Oxids vorzunehmen An steilen und scharfen Kanten bilden sich nämlich sogenannte Wülste, die nachträglich durch KE-Lösung auch nicht mehr völlig ausgeglichen werden können. Sind hIngegen die Kanten bereits vor der Abscheidung eingeebnet, so schmiegt sich das abgeschiedene Oxid dieser Struktur völlig an, und es bestehen keinerleil Steilkantenprobleme bei einer nachfolgenden Aluminiumbedampfung.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand ciniger bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei wird auch auf die Zeichnung Bezug genommen.
- Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 1), betrifft insbesondere die Herstellung einer Leiterbahnebene bei eiper MCS-Transistoren enthaltenden integrierten Schaltung.
- Beim Silicongate-Prozeß bestebt das Problem, aluminiurleiterbahnen über Stufen von Feldoxid und polykristallires Silicium zu führen. In Fig. 1 ist die kritische Schichtstruktur dargestellt Sie entsteht auf folgende Weise. Das Siliciumgrundmaterial 1 wird thermisch oxidiert. Dabei entsteht eine 0,1 bis 1,2 µm dicke Feldoxidschicht 2, in die mit Hilfe der Fotolacktechnik aktive Bereiche 3 ausgeätzt werden (Fig. la).
- Durch einen weiteren Oxidationsprozeß werden die freiliegenden Teile der Siliciumoberfläche, das sind die aktiven Zonen, mit einer weiteren Slliciumdioxidschicht, dem Gateoxid 4,versehen. Darüber wird eine in der Regel etwa 0,5/um dicke polykristalline Siliciumschicht 5 abgeschieden (Figur Ib). Durch einen Maskierungs- und Ätzvorgang wird das polykristalline Silicium 5 strukturiert. Die zurückbleibenden polykristallinen Siliciumflächen nehmen zwei verschiedene Funktionen im Aufbau des Schaltkreises ein Auf dem Feldoxid 2 verlaufende Teile des polykristallinen Siliciums 5a (Fig. 1c, Fig. 1d) haben die Aufgabe von Leiterbahnen, während Teilstücke 5b vonpolykristallinem Silicium auf dem Gateoxid 4 die Metallelektrode eines MOS-Transistors darstellen. In Fig. le ist das Gateoxid, das in Fig. Ib auch Drain- und Sourcezone 6 bzw. 7 bedeckt, bereits abgenommen und die Diffusion durchgeführt Dabei geht auch ein Teil des Feldoxids (wie in Fig. 1c angedeutet) verloren Fig. 1c stellt nun denjenigen Zustand dar, der vorliegt, wenn pyrolytisches Oxid abgeschieden werden soll, um die Diffusionszonen sowie die polykristallinen Siliciumbahnen von der aus Aluminium bestehenden Leiterbahnschicht zu trennen. Die Bedeckung der vorhandenen steilen Kanten durch Oxid ist schwierig und nicht zuverlässig zu erreichen. Wird jedoch in diesem Stadium erfindungsgemäß KE-Lösung aufgebracht, so entsteht eine erste Oxidschicht 8, die die Stufen ausfüllt und die Kanten bedeckt (Fig. 1d0. Eine anschließende Abscheidung von SiO2 ist problemlos. Da sich dabei keine Wülste ausbilden und die Kanten durch diesen Vorgang abgeschrägt werden, ist Auch das Aufdampfen von Aluminium mit den gängigen Methoden problemlos.
- Die mehrebenenverdrahtung, das heißt das Überkreuzen von Aluminiumleiterbahnen in mindestens zwei übereinanderliegenden Ebenen, bat sich bisher nicht durchgesetzt, da sich beim Beschichten von Aluminiumleitbahnen der unteren Ebene mit SiO2 starke Wülste an den Aluminiumkanten bilden. Dies kann durch Einebnen mit KE-Lösung verhindert werden. Auch bei Aufbringen von Abdeckoxid auf bereits vorhandene Leiterbahnen, wodurch hauptsächlich ein mechanischer Schutz der Chipoberfläche ereeicht werden soll, bestehen ähnliche Probleme. Vorbe-Weise rige Einebnung mit Lösung kann auf vorteilhafte/die Stabilität der Deckoxidschicht und damit deren Schutzfunktion gegen Umgchungseinflüsse erböhen.
- Die Anwendung von KE-Lösung bringt keinen nennenswerten Mehraufwand mit sich Sie wird mit einer in jedem Halbleiterlabor vorhandenen Fotolackschleuder aufgebracht. Die KE-Lösung ist billig und einfach zu handhaben. Versuche haben ergeben, daß die auf diese Weise frisch aufgebrachte SiO2 Schi@tt keiner Temperung bei erhöhten Temperaturen (T>800°C) bedarf. Im Gegenteil, die Temperung würde den ausgleichenden Effekt der zusätzlich aufgebrachten Schicht vermindern. Auch verbietet sie sich bei den letztgenannten beiden Ausführungsbeispielen. Offensichtlich reicht die Temperaturerhöhung während der SiO2-Abscheidung aus.
- Die verwendete KE-Lösung besteht aus Kieselsäureätbylester, der unter Zusatz von Wasser in einem organischen Lösungsmitteil gelöst ist. Sie entspricht in ihrer Zusammensetzung etwa der aus der DT-OS 2 447 204 bekannten Dotierlösung mit dem Unterschied, daß als Hydrolysebeschleuniger zweckmäßig ausschließlich 0,1 N HNO3 zur anwendung gelangt.
- Die Zusammensetzung der KE-Lösung kann in relativ weiten Grenzen verändert werden. Als organisches Lösungsmittel eignet sich Propanol-2. Besonders gute Ergebnisse lassen sich mit einer Lösung erzielen, die Kieselsäureäthylester, Propanol-2 und 0,1N HNO3 in einem Volumenverhältnis von 3 : 6 : 2 enthält. Die Verdünnung der Lösung ist eingeschränkt durch die Bedingung, daß noch ausreichend dicke Schichten ausgebildet werdon Andererseits werden bei zu konzentrierten Ansätzen die Schichten zu dick, so daß sie unter Umständen reißen. Naturgemäß wird an den Kanten die aufgebrachte Oxidschicht dikker sein, es besteht daher dort die größte Gefahr der Rißbildung. Zweckmäßig kann diese Rißbildung durch Zusatz von Glasbildnern, wie z.B. Bleisalzen, zur KE-Lösung vermieden werden Gegebenenfalls erweist es sich als vorteilhaft, der KE-Lösung zur\ Vergrößerung der Stabilität und Beständigkeit der integrierten Schaltung weitere Stoffe, wie beispielsweise P, B oder Al hinzuzufügen.
- Es ist weiterhin möglich, die Lösung als Diffusionsquelle zu benutzen. Verwendet man in dem in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel statt einer undotierten Schicht 8 eine bor- oder phosphordotierte Schicht, so kann diese einebnende Schicht 8 zugleich als Diffusionsquelle verwendet werden.
- Der nach Darstellung von Fig. 1c bereits separat durchgeführte Diffusionsprozeß entfällt dann, und die Drain- und Sourcezonen 6, 7 werden erst nach Aufbringen der dotierten Schicht während eines nachfolgenden Temperprozesses gebildet. Neben Verwendung der kostensparenden Solid-to-Solid-Diffusion hat man sich damit eine Reihe von Prozeßschritten erspart, z.B.
- Vordiffusion, Nachdiffusion, Bor- bzw. Phosphorglasabnahme, Reinigungsschritte.
- L e e r s e i t e
Claims (11)
- Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen integrierter Schaltungen, bei auf einer Halbleiterscheibe durch Diffusions-, Abscheidungs- und/oder Aufdampfungsprozesse, sowie Maskierungs-und Atzprozesse eine Vielzahl von Bauelementen entsteht, die Stufen unterschiedlicher Höhe und steil abfallende Kanten zeigen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einebnung 1 der Stufen und zur Abflachung des Kantenprofils auf die strukturierte Halbleiterscheibe in der Weise eine ausgleichende Deckschicht aufgebracht wird, daß die Oberfläche der Halbleiterscheibe mit einer Lösung bedeckt wird, die sich beim Abschleudern zu einer Siliciumdloxiddeckschicht zersetzt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Lösung so ge@ählt wird, daß in den von Randflächen gebildeten Winkeln der strukturierten Halbleiterscheibe eine stärkere Schichtbildung erfolgt als auf den Berandungsflächen.
- 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösung zum Aufbringen der Schicht eine Lösung von Kieselsäureäthylester gelöst in Propanol-2 und vermischt mit 0,1 N HNO3 verwendet wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zusammensetzung der Lösung Kieselsäureäthylester:Propanol-2: 0,1 N HNO gleich 3:6:2 Volumenteile beträgt.
- 3 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschleudervorgang zum Ausgleich der Stufen und Kanten vor einem CVD-Prozeß zum Abscheiden von Siliciumdioxid erfolgt.
- 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen und Kanten ausgleichende Deckschicht im Silikongateprozeß zur Ausbildung einer dielektrischen Trennschicht zwischen der Ebene des polykristallinen Siliciums und der Aluminiumleiterbahnebene angeordnet wird.
- 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsschicht bei der Mehrebenenverdrahtung zur Ausbildung einer dielektrischen Schicht zwischen zwei Aluminiumleiterbahnebenen angeordnet wird.
- 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsschicht als Abdeck- und Schutzschicht der integrierten Schaltung dient.
- 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung zur Verbesserung der glasbildenden Eigenschaften Glasbildner, insbesondere Bleisalze zugesetzt werden.
- 10. Verfahren nach den Araprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fördetung der Bauelementabilitä der Lösung Fremdstoffe zugefügt werden, insbesondere P, B, Al.
- 11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung Dotierungsmittelanteile hinzugefügt werden1 so daß die aus der Lösung gebildete einebnende Schicht als Diffusionsquelle verwendbar ist.
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DE2634095A Expired DE2634095C2 (de) | 1976-07-29 | 1976-07-29 | Verfahren zur Abflachung und Einebnung von Stufen auf der Oberfläche einer integrierte Schaltungen aufweisenden Halbleiterscheibe |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Citations (1)
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DE2040180A1 (de) * | 1970-01-22 | 1971-07-29 | Intel Corp | Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit bruchsicheren Schichten und Halbleitervorrichtung |
-
1976
- 1976-07-29 DE DE2634095A patent/DE2634095C2/de not_active Expired
Patent Citations (1)
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US4710264A (en) * | 1984-06-07 | 1987-12-01 | Telefunken Electronic Gmbh | Process for manufacturing a semiconductor arrangement |
Also Published As
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DE2634095C2 (de) | 1982-11-04 |
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