DE3034900C2 - Verfahren zur Herstellung einer aluminiumhaltigen Leiterschicht - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer aluminiumhaltigen Leiterschicht

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer aluminiumhaltigen Leiterschicht, insbesondere bei einer Mehrebenenverdrahtung einer Halbleiteranordnung, auf einer zuvor durch chemische Dampfabscheidung ausgebildeten Isolierschicht aus Siliziumnitrid, wie es aus der DE-OS 27 34 982 bekannt ist
Im folgenden wird ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer f.'ehrebenenverdrahtung einer Halbleiteranordnung für eine hochintegrierte Schaltung beschrieben. Die Fig. 1 zeigt eine Querschnittansicht einer Mehrebenenverdrahtung, in der !ediglich Leiterschichtteile nach Ausbildung einer Zweiebenenverdrahtung dargestellt sind. In F i g. 1 sind ein Siliziumsubstrat 1, ein Oxidfilm 2 aus SiOj, eine erste Aluminiumleiterschicht 3, ein durch chemische Dampfabscheidung ausgebildeter Nitridfilm 4, ein Durchgangsloch 5 und eine zweite Aluminiumleiterschicht 6 dargestellt
Nach Ausbildung der ersten Aluminiumleiterschicht 3 wird der Nitridfilm 4 ausgebildet Dann wird das Durchgangsloch 5 gebildet und danach die zweite Aluminiumleiterschicht 6 auf dem Nitridfilm 4 und dem Durchgangsloch 5 mittels einer Metallbedampfung oder dgl. ausgebildet. Bei einem derartigen Aufbau ist die Gefahr groß, daß ein Kurzschluß zwischen der ersten Aluminiumleiterschicht 3 und der zweiten Aluminiumleiterschicht 6 auftritt. Dieser Kurzschluß wird durch lokale so Fehler, wie z. B. Nadellöcher im Nitridfilm, verursacht.
Eine andere Ursache für einen derartigen Kurzschluß kann darin bestehen, daß der Nitridfilm 4 teilweise mit der zweiten Aluminiumleiterschicht 6 reagiert, wie es in F i g. 1 an der Stelle A dargestellt ist. Diese Talsache wird anhand der im folgenden beschriebenen Tests bestätigt.
Zur Herstellung einer Probe wird die erste Aluminiumleiterschicht 3 auf dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet Der Nitridfilm 4 wird auf der Aluminiumschicht 3 ausgebildet. Die zweite Aluminiumschicht 6 wird auf dem Nitridfilm 4 ausgebildet. Die Probe wird in einer Stickstoffalomosphäre bei 5000C erhitzt. Die Veränderungen der Elementverteilung in der Probe in Richtung der Tiefe werden vor und nach der Hitzebehandlung bestimmt, und zwar mittels einer Auger-Elektronenspektroskopie.
Fig. 2 zeigt die Ergebnisse der Auger-Elektronen-
spektroskopie. Dabei ist die Tiefe, d. h. der Abstand von der Oberfläche der zweiten Aluminiumschicht 6, auf der Abszisse aufgetragen, während die Auger-Elektronenintensitäten als relative Gehalte der Elemente in der jeweiligen Tiefe auf der Ordinate aufgetragen sind. Die ausgezogenen Linien zeigen die Verteilung vor der Hitzebehandlung und die gestrichelten Linien zeigen die Verteilung nach der Hitzebehandlung. In Fig.2 entspricht das Bezugszeichen a Sauerstoff, b Aluminium in der zweiten Aluminiumschicht 6, c Stickstoff im Nitridfilm 4, dSauerstoff, e Aluminium in der ersten Aluminiumschichi 3, 6'und e'jeweils Veränderungen nach der Hitzebehandlung, welche den Kurven b und e entsprechen.
Das Ergebnis dieser Tests verdeutlicht die Tatsache, dat. durch die Hitzebehandlung das Aluminium in der zweiten Aluminiumschicht 6 leicht in den Nitridfilm 4 eindiffundiert
Andererseits tritt bei der ersten Aluminiumschicht 3 im wesentlichen keine Diffusion in dem Nitridfilm 4 auf. Als Grund für diese Tatsache wird angenommen, daß die Aiurtliniumoxidscnicnt, die sich auf natürliche Weise in der Oberflächenschicht der ersten Aluminiumschicht 3 bildet, diese Diffusion verhindert Diese Annahme stützt sich darauf, daß an der Grenzfläche zwischen der ersten Aluminiumschicht 3 und dem Nitridfilm 4 ein Spitzenwert für den Sauerstoff beobachtet wird. Nach Ausbildung der ersten A/uminiumschicht 3 wird die Aluminiumschicht der Außenluft ausgesetzt, wobei das Aluminium mit Sauerstoff in der Außenluft unter Bildung einer Aluminiumoxidschicht reagiert Andererseits wird die zweite Aluminiumschicht 6 durch eine Vakuum-Metalldampfabscheidung ausgebildet und zwar im Verlaufe des Verfahrens. Daher wird an der Grenzfläche zwischen der zweiten Schicht und dem Nitridfilm kein Sauerstoff aufgenommen. Das ist der Grund dafür, daß die Diffusion erfolgt Die Diffusionsschicht reicht bis an die erste Aluminiumschichl 3 heran und verursacht den Kurzschluß.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Eindiffundieren von Aluminium aus der aluminiumhaltigen Leiterschicht in die durch chemische Dampfabscheidung gebildete Isolierschicht aus Siliciumnitrid vollständig unterbunden ist
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man nach dem Aufbringen der Siliziumnitridschicht und vor dem Aufbringen der aluminiumhaltigen Leiterschicht Sauerstoff auf bzw. in die Siliziumnitridschicht aufbringt bzw. einbringt
Aus der US-PS 38 44 831 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrebenenverdrahtung einer Halbleiteranordnung bekannt, bei dem auf einem Halbleitersubstrat eine erste dielektrische Schicht aus Siliziumnitrid ausgebildet wird, bei dem auf der ersten Schicht eine erste Leiterschicht aus Aluminium und darauf eine zweite dielektrische Schicht aus Siliziumdioxid ausgebildet werden, bei dem Löcher in der i'.weiten dielektrischen Schicht ausgebildet werden und bei dem eine /.weite Aluminiumschicht über der zweiten dielektrischen Schicht ausgebildet wird, so daß die zweite Aluminiumschichl durch eine sauerstoffhaltig Schicht von der Siliziumnitridschicht getrennt ist Eiei diesem Verfahren wird jedoch kein Sauerstoff auf bzw. in die Siliziumnitridschicht auf- bzw. eingebracht.
Aus der DE-OS 20 45 633 ist schließlich ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einer Lcitcrschicht bekannt, bei dem ?:ur Vermeidung einer
chemischen Reaktion zwischen der aluminiumhaltigen Leiterschicht und der darunterliegenden Siliziumdioxidschicht eine isolierende Zwischenschicht aus Aluminiumoxid zwischen der Leiterschicht und der Isolierschicht ausgebildet wird.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß bei einer Hitzebehandlung die Kurve b' in F i g. 2 die gleiche Gestalt wie die Kurve e' hat, d. h. die Diffusionsverhältnisse für das Aluminium aus beiden Aluminiumschichten gleich sind.
Vorzugsweise besteht die aluminiumhaltige Leiterschicht aus Aluminium und erfolgt das Auf- bzw. Einbringen von Sauerstoff durch Dotieren von Sauerstoffionen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der F i g. 3a, b erläutert.
F i g. 3a und b sind jeweils Querschnittsansichten bei Verfahrensstufen der Herstellung einer Zweiebenenverdrahtung einer Halbleiteranordnung. Der durch chemische Dampfabscheidung gebildete Nitridfilm 4 wird auf der ersten Aluminiumleiterschicht 3 gemäß dem beschriebenen herkömmlichen Verfahren ausgebildet Wie in Fig.3a durch die Pfeile / angedeutet, werden sodann 02-Ionen in die Oberflächenschicht des Nitridfilms 4 zur Ausbildung einer 02-haltigen Schicht 7 dotiert. Wie in Fig.3b gezeigt, wird in einem Teil des Nitridfilms 4 einschließlich der 02-haltigen Schicht 7 mittels eines herkömmlichen Photogravurverfahrens ein Durchgangsloch 5 ausgebildet Dadurch wird ein Teil der ersten Aluminiumleiterschicht 3 freigelegt. Die zweite Aluminiumleiterschicht 6 wird auf der 02-haltigen Schicht 7 ausgebildet. Daher ist die 02-haltige Schicht 7 an der Grenzfläche zwischen der zweiten AIuminiumleiterschicht 6 und dem Nitridfilm 4 ausgebildet, wodurch sich auf natürliche Weise eine Aluminiumoxidschicht an dieser Grenzfläche bildet. Dadurch tritt der gleiche Effekt auf wie bei der Grenzfläche zwischen der ersten Aluminiumleitcrschicht 3 und dem Nitridfilm 4. Die Reaktion des Aluminiums in der zweiten Aluminiumleiterschrht 6 mit dem Nitridfilm 4 tritt daher nicht auf, und ein Kurzschluß der zweiten Aluminiumleiterschicht 6 und der ersten Aluminiumleiterschicht 3 wird verhindert.
Das Dotieren der O2-Ionen kann auch nach Ausbildung des Durchgangslochs 5 in der Nitridschicht 4 durchgeführt werden.
Als aluminiumhaltige Leiterschichten können Schichten aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung mit Silicium, Kupfer, Mangan oder Antimon, z. B. solche wie Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Al-Mn oder Al-Sb, verwendet werden.
Zum Auf- bzw. Einbringen von Sauerstoff auf bzw. in die Siliziumnitridschicht kann ein lonen-Dotierungsverfahren zum Dotieren von O2 in die Oberflächenschicht des Nitridfilms angewendet werden. Es ist ebenfalls möglich, andere Verfahren, wie eine Hitzebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre, ein Verfahren des Eintauchens in ein Oxidationsmittel, wie Wasser und Wasserstoffperoxid oder dergl., anzuwenden. Zur Ausbildung der sauerstoffhaltigen Schicht der Oberfläche des Ni- ω tridfilms eignet sich jedes beliebige Verfahren, mittels dessen irgendeine Adsorption oder Adsorption von Sauerstoff erreicht wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer aluminiumhaltigen Lederschicht, insbesondere bei einer Mehrebenverdrahtung einer Halbleiteranordnung, auf einer zuvor durch chemische Dampfabscheidung ausgebildeten Isolierschicht aus Siliziumnitrid, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Aufbringen der Siliziumnitridschicht (4) und vor dem to Aufbringen der aluminiumhaltigen Leiterschicht (6) Sauerstoff auf bzw. in die Siliziumnitridschicht aufbringt bzw. einbringt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aluminiumhaltige Leiterschicht (6) is aus Aluminium besteht
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auf- bzw. Einbringen von Sauerstoff durch Dotieren von Sauerstoffionen erfolgt
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