DE3783608T2

DE3783608T2 - Planarizierungsverfahren fuer die herstellung von kontaktloechern in siliziumkoerpern.

Info

Publication number: DE3783608T2
Application number: DE8787904195T
Authority: DE
Inventors: Nicholas F Pasch
Original assignee: LSI Logic Corp
Current assignee: LSI Corp
Priority date: 1986-06-19
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2007-06-12
Also published as: JPH0775235B2; DE3783608D1; KR960011933B1; US4708770A; JPH01503021A; EP0311627B1; EP0311627A4; AU7583487A; EP0311627A1; KR880701459A; WO1987007979A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Technisches Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden von Verbindungen in Halbleiterstrukturen und insbesondere ein verbessertes Verfahren zum Bilden von Verbindungen in planierten Siliziumwafer.

Beschreibung des Stands der Technik

Während der Herstellung von Halbleiterbauteilen wie Transistoren und integrierte Schaltungen hat es sich als notwendig herausgestellt, eine Planierung oder eine Glättung der Topographie einer darunterliegenden Oberfläche der zu verarbeitenden Struktur vor der Bildung der Verbindungen durchzuführen, die elektrische Anschlüsse von der Metallisierungsschicht ermöglichen. Die Verbindungen oder Kontaktierungsflächen werden vorzugsweise an den Orten gebildet, an welchen die dielektrische Schicht die größte Dicke aufweist. Die Halbleiterstruktur ist typischerweise durch zwei verschiedene Bereiche gekennzeichnet, die im allgemeinen die Feldoxidzone (FOX) und die Diffusionszone genannt werden. Als Ergebnis der Herstellungsschritte, die bei konventionellen, bekannten Verfahren angewendet werden, unterscheiden sich jedoch die Dicken oder Höhen des Dielektrikums deutlich an diesen Zonen. D. h., die Abstände von der Metallisierungsschicht zur oberen Fläche der Struktur unterscheiden sich wesentlich an der Feldoxidzone und an der Diffusionszone während des Ätzens der Verbindungen. Um die dickeren Zonen ausreichend zu ätzen, werden die weniger dicken Zonen im allgemeinen überätzt. Zusätzlich tritt während des Verfahrens ein Problem unerwünschter Seitenwände, insbesondere der Seitenwände einer zweiten Metallisierungsschicht, und unterschnittene Spitzen auf.

KURZE INHALTSANGABE

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Bilden von Verbindungen in einem auf einem Siliziumwafer gebildeten dielektrischen Material zu schaffen.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein planiertes Wafer zu schaffen, um geeignete Bezugspunkte der oberen Fläche zum Ätzen von Verbindungen zu bieten.
Gemäß dieser Erfindung enthält ein Verfahren zum Bilden von Verbindungen in einem auf einem Siliziumwafer gebildeten dielektrischen Material die Schritte des Aufbringens von zumindest einer dielektrischen Schicht, die sich über die Feldoxidzone und die Diffusionszone erstreckt. In der dielektrischen Schicht wird eine Säule gebildet, die eine solche Dicke oder Höhe aufweist, daß die obere Fläche des dielektrischen Materials an der Diffusionszone im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die obere Fläche des geätzten Dielektrikums an der Feldoxidzone liegt. Das Aufbringen des dielektrischen Materials wird vor dem Aufbringen der Metallisierungsschicht durchgeführt. Durch diese Methode sind die Abstände oder Tiefen zum Ätzen von Verbindungen von der oberen Fläche der Struktur zur Metallisierungsschicht an der Feldoxidzone und an der Diffusionszone im wesentlichen gleich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird in detaillierterer Weise anhand der Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Figuren 1A bis 1F Darstellungen der Verfahrensschritte sind, die beim Bilden eines planierten Siliziumwafers gemäß dem Stand der Technik benutzt werden; und
Figuren 2A bis 2E Darstellungen sind, die die Verfahrensschritte aufzeigen, die beim Bilden eines planierten Siliziumwafers gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Überall in den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen die gleichen Elemente.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Ein typisches bekanntes Verfahren ist in den Figuren 1A bis 1F dargestellt, die die Entstehung eines wesentlichen Unterschiedes in der Höhe oder Tiefe der dielektrischen Schichten an den Orten der Verbindungen aufzeigen. In der Fig. 1A wird ein dünner Film 12 aus Siliziumdioxid auf ein Substrat oder Wafer 10 aus halbleitendem Silizium aufgebracht, dem eine Siliziumnitridschicht 14 unter Verwendung einer Isolationsmaske folgt. In diesem Ausführungsbeispiel hat der Siliziumdioxidfilm 12 beispielsweise eine Dicke von ungefähr 50 nm (500 Å), und die Siliziumnitridschicht 14 ist beispielsweise ungefähr 120 nm (1200 Å) dick. Das Siliziumnitrid wird geätzt und das Wafer wird einer Feldoxidation unterworfen, so daß eine Feldoxidzone 16 aus Siliziumdioxid mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 800 nm (8000 Å bis 10000 Å) gebildet wird, wie in der Fig. 1B gezeigt. Eine Schicht aus polykristallinem Silizium von ungefähr 350 nm (3500 Å) wird aufgebracht und so angeordnet, daß eine Diffusionszone 18 neben der Feldoxidzone 16 im Siliziumwafer gebildet wird. Wie in der Fig. 1C gezeigt, wird dann ein Bor-Phosphor(III)-Glas (BPSG) 20 bei einer relativ hohen Temperatur von 900 bis 1000 ºC aufgebracht, so daß das Glas geschmolzen wird und fließt, um eine Glasschicht von etwa 800 nm (8000 Å bis 10000 Å) zu bilden, die eine relativ glatte Oberfläche besitzt.
Wie im allgemeinen im Stand der Technik danach üblich und in der Fig. 1D beschrieben, wird eine erste Metallisierungsschicht M1 von etwa 700 nm (7000 Å) aufgebracht und geätzt, um elektrisch leitende Kontakte zur Verbindung mit äußeren elektrischen Leitungen und Schaltungen zu bilden. Die Schicht M1 ist so ausgeführt, daß sie sowohl die Feldoxidzone 16 als auch die Diffusionszone 18 überdeckt. Nachdem die metallische Schicht M1 gebildet worden ist, wird eine Niedertemperatur- Oxidschicht (LTO) 22 aus Siliziumdioxid über die Schicht M1, wie aus der Fig. 1E ersichtlich, durch Plasmaentladung bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck aufgebracht. Die Temperatur kann beispielsweise etwa 500º ± 50ºC betragen, und der Druck kann im Bereich zwischen 0,133 bis 3,333 kPa (1 bis 25 Torr) liegen. Der LTO-Schicht 22 folgt ein Überzug 24 aus unter Plasmaeinwirkung abgelagertem Siliziumnitrid, das zur Verminderung der Oberflächenunterschiede dient. Ungefähr 300 nm (3000 Å) von Oberflächenrauhheit kann für jedes Mikrometer von Siliziumnitrid, das abgelagert worden ist, unterdrückt werden, so daß die Nitridschicht 24 im wesentlichen eben wird. Danach wird ein Photoresist-Überzug durch Fließenlassen eines Photoresists auf der Oberfläche der Nitridschicht und Ätzen des Photoresists aufgebracht, um eine im wesentlichen flache Topographie zu erhalten. Die Planierung, die durch dieses konventionelle Verfahren erzielt wird, liefert eine Struktur mit einer oberen Fläche, die oberhalb der Feldoxidzone einen geringeren Abstand d1 von der Metallisierungsschicht M1 als der Abstand d2 zwischen der oberen Fläche und der Metallisierungsschicht oberhalb der Diffusionszone aufweist, wie in der Fig. 1F gezeigt. Dieser Höhenunterschied, der in der Größenordnung von 400 bis 700 nm (4000 bis 7000 Å) liegen kann, verursacht Probleme beim Ätzen von Verbindungen wie Überätzen und führt zu einer schlechten Bedeckung von Seitenwänden der folgenden Metallisierungsschichten.
Gemäß dieser Erfindung und wie in den Figuren 2A bis 2E dargestellt, wird eine Siliziumoxidschicht 26 vor dem Aufbringen einer Metallisierungsschicht durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) aufgebracht. Die Schicht 26 erstreckt sich über die Feldoxidzone 16 und die Diffusionszone 18. Eine zweite Siliziumdioxidschicht 28 wird dann durch chemische Gasphasenabscheidung auf die erste Oxidschicht 26 (oder eine dickere Schicht 26+28) aufgebracht. Die dielektrischen Schichten 26 und 28 können in dieser Reihenfolge alternativ aus einem Bor-Phosphor(III)-Glas (BPSG) und aus unter Plasmaeinwirkung abgelagertem Siliziumnitrid gebildet werden. Wenn die Schichten 26 und 28 aus verschiedenen Materialien gebildet werden, dann kann das Ätzen durch Emissionsspektroskopie, Massenspektroskopie oder Endpunkt-Überwachungssysteme auf einen Abstand von 10 nm (100 Å) oder ein kleines Vielfaches davon gesteuert werden, so daß das Ätzen an einem bestimmten Endpunkt angehalten werden kann.
Die verschiedenen Materialien können aus einer Schicht aus Siliziumdioxid und einer Schicht aus Siliziumnitrid bestehen. Das Siliziumdioxid ist etwa 50 nm dick, und das Siliziumnitrid ist etwa 120 nm dick. Alternativ kann das dielektrische Material aus zwei Schichten aus Siliziumdioxid bestehen, von denen jede eine andere Dotierungskonzentration aufweist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das dielektrische Material ein Glas, das mit Bor und Phosphor(III) dotiert ist.
Nach dem Aufbringen der Schichten 26 und 28 wird eine Photoresistschicht 30 aufgebracht und oberhalb des Verbindungsortes der Diffusionszone 18, wie in der Fig. 2B dargestellt, ausgebildet. Die CVD-Schicht 28 wird im Bereich des Photoresists 30 zurückgeätzt, um eine Säulengestalt zu bilden. Die obere Fläche der ausgebildeten Säule 32 liegt im wesentlichen auf dem gleichen Niveau oder der gleichen Höhe wie die obere Fläche der dielektrischen Schicht 26, wie in der Fig. 2C gezeigt. An diesem Punkt wird die Metallisierungsschicht M1 über die zwei dielektrischen Schichten 26 und 28, wie in der Fig. 2D gezeigt, abgelagert. Nach dem Ätzen der metallischen Schicht M1 werden dielektrische und reaktive Schichten 34 und 36 aufgebracht, und das Wafer wird einem Planierungsrückätzen unterworfen, wobei eine im wesentlichen glatte Oberfläche gebildet wird, die sich über die dielektrischen Schichten 34 und 36, wie in der Fig. 2E gezeigt, erstreckt. Danach werden die Verbindungen an den spezifizierten Orten in einer Linie mit der Feldoxidzone und der Diffusionszone geätzt, die unterhalb der Säule 32 liegt. Die Halbleiterstruktur wird danach konventionell unter anderem mit dem Aufbringen eines Überzugs, von Anschlüssen der elektrischen Leitungen und einer Unterbringung in einem Gehäuse weiterverarbeitet.
Es ist ersichtlich, daß die Abstände d1 und d2 von der oberen Fläche der dielektrischen Schichten 34 und 36 zur Metallisierungsschicht M1 oberhalb der Feldoxidzone 16 und der Diffusionszone 18 im wesentlichen gleich sind. Deshalb dringen alle Ätzverbindungen zur Schicht M1 gleich tief in die Dicke des Dielektrikums ein. Als Ergebnis davon, wird die Überwachung kritischer Abmessungen mit einer Minimierung der Wahrscheinlichkeit eines Überätzens an einem Verbindungsort und eines Unterätzens an einem anderen Verbindungsort verwirklicht. Das Halbleiterverfahren, das hier offenbart worden ist, ermöglicht Verbindungen, die flacher sind und eine verbesserte Seitenwandstufenbedeckung der Metallisierungsschicht, insbesondere der zweiten Metallisierungsschicht, aufweisen. Aufgrund des Verfahrens zum Bilden von Verbindungen, das eine Säule für die Nivellierung der Metallisierungsschicht an den Orten der zu ätzenden Verbindungen verwendet, wird die Überwachung des Verfahrens wesentlich verbessert, woraus eine verbesserte Zuverlässigkeit und Ausbeute. Zusätzlich werden die Probleme offener Stromkreise wirksam reduziert. Beim Halbleiterverfahren dieser Erfindung wird die Standard-Halbleitertechnologie benutzt, und es sind keine neuen Materialien erforderlich.

Claims

1. Verfahren zum Bilden von Verbindungen in einem auf einem Siliziumwafer (10) gebildeten dielektrischen Material (34, 36) mit den Schritten:

- Bilden einer Feldoxidzone (16) auf einem Substrat;

- Bilden einer Diffusionszone (18), die an die Feldoxidzone auf dem Substrat angrenzt, wobei die obere Fläche der Feldoxidzone auf einer Höhe liegt, die von jener der oberen Fläche der Diffusionszone verschieden ist;

- Aufbringen dielektrischen Materials (26, 28), das sich über die Oxid- und Diffusionszone erstreckt;

- Formen einer Säule (32) aus einem Abschnitt des dielektrischen Materials (26, 28) an einer ersten Verbindungsstelle oberhalb der Diffusionszone (18), so daß die obere Fläche der Säule im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die obere Fläche des dielektrischen Materials an einer zweiten Verbindungsstelle oberhalb der Feldoxidzone (16) liegt und eine Schicht des dielektrischen Materials (26) über der Feldoxid- und Diffusionszone verbleibt;

- Aufbringen einer Metallisierungsschicht (M1) über das dielektrische Material, das die Säule enthält;

- Überziehen der Metallisierungsschicht mit einem planierten Dielektrikum (34, 36); und

- Ätzen von Verbindungen in das planierte Dielektrikum (34, 36) an der ersten und der zweiten Stelle.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das aufgebrachte dielektrische Material getrennte Schichten aus verschiedenen Materialien umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die verschiedenen Materialien eine Schicht aus Siliziumdioxid und eine Schicht aus Siliziumnitrid umfassen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Siliziumdioxid etwa 50 nm dick ist und das Siliziuinnitrid etwa 120 nm dick ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das dielektrische Material zwei Schichten aus Siliziumdioxid umfaßt, wovon jede eine andere Dotierung aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das dielektrische Material ein mit Bor und Phosphor dotiertes Glas ist.