DE3914602A1

DE3914602A1 - Verfahren zum erzeugen von kontaktloechern in isolationsschichten

Info

Publication number: DE3914602A1
Application number: DE19893914602
Authority: DE
Inventors: Martin Warth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-05-03
Filing date: 1989-05-03
Publication date: 1990-11-08

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Ätzen von Kontakt löchern in Isolationsschichten nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei der Herstellung eines Halbleiter-Chips mit einer integrierten elektronischen Schaltung ist schon bekannt, Kontaktlöcher in Isola tionsschichten zu ätzen und diese mit Aluminium auszufüllen, um einzelne Komponenten anzuschließen oder um übereinanderliegende Lei terbahnen, die durch eine Isolationsschicht getrennt sind, miteinan der zu verbinden.

Die Kontaktlöcher werden in Verbindung mit einer Photolackmaske mas kiert und üblicherweise mittels eines bekannten Plasma-Ätzverfahrens in die Isolationsschichten geätzt. Beim Ätzen werden die Kontakt löcher zylinderförmig ausgebildet. Beim nachfolgenden Bedampfen oder Sputtern mit Aluminium werden die Kontaktlöcher nicht immer vollständig gefüllt, was zu Unterbrechnungen und damit zum Ausfall der elektronischen Schaltung im Betrieb führen kann.

Aus der EP-02 82 820 ist ein Ätzverfahren bekannt, bei dem die Flan ken des Kontaktloches insbesondere im oberen Teil abgeflacht werden, während sie im unteren Teil im Bereich der Siliziumoberfläche nahezu senkrecht sind. Um die Flanken im oberen Teil des Kontaktloches abzuflachen, wird in einem zusätzlichen Arbeitsschritt eine Hilfsschicht ganzflächig auf die Isolationsschicht aufgetragen und das Kontaktloch in einem ersten Ätzschritt isotrop bis etwa zur Hälfte geätzt. In einem zweiten Ätzschritt wird anisotrop das Kontaktloch durchgeätzt. Anschließend wird die Hilfsschicht in einem weiteren Arbeitsgang entfernt, da sie nicht mehr benötigt wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Durchmesser des Kontaktloches kleiner wird, je tiefer das Kontaktloch geätzt wird. Dadurch ist ein guter Übergang von beispielsweise einer unten liegenden Leiterbahn auf eine darüberliegende Leiterbahn erreichbar. Besonders vorteilhaft ist auch, daß keine Hilfsschicht benötigt wird, die mit aufwendigen zusätzlichen Arbeitsschritten entfernt werden muß.

Durch den flachen Neigungswinkel der Flanken ist beim Bedampfen oder Sputtern mit Aluminium eine gute Bedeckung der Kontaktlochflanke möglich, so daß keine kritischen Kantenabrisse an den Flanken des Kontaktloches während des Betriebes der Schaltung entstehen können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Besonders vorteilhaft ist, daß dieses Verfahren für die Herstellung von Durchkontaktierungen an Mehrlagenverdrahtungen anwendbar ist.

Bei Durchkontaktierungen ist die Bedeckung der Kontaktlochflanke besonders kritisch, da hier eine Verengung der Leiterbahn auftreten kann, die bei thermischen Wechselbeanspruchungen aufbrechen und dann zum Ausfall der Schaltung führen kann.

Bei Verwendung mehrerer Isolationsschichten ist besonders vorteil haft, daß die Ätzgeschwindigkeit in den einzelnen Isolationsschichten unterschiedlich wählbar ist. Bei einer großen Ätzrate in der oberen und einer kleineren Ätzrate in der unteren Isolationsschicht wird die Flanke des Kontaktloches im oberen Teil steiler und im unteren Teil mit zunehmender Ätztiefe flacher ausgebildet.

Durch die verhältnismäßig dünne obere Isolationsschicht wird der steile Flankenanteil vorteilhaft sehr klein gehalten. Kantenabrisse des aufgebrachten Aluminiums sind nicht zu erwarten. Auch ist vor teilhaft, daß der Flankenwinkel im oberen Teil des Kontaktloches in etwa 90° beträgt, weil dadurch bei einer Kontrolle des Ätzvorganges die Reproduzierbarkeit auf einfache Weise optisch überprüft werden kann.

Der schichtweise Aufbau der Isolationsschicht aus einem obenliegen den Nitrid und einem darunterliegenden Oxinitrid begünstigt beson ders die Abflachung der Flanken des Kontaktloches. Da die Ätzrate in der Nitridschicht wesentlich größer ist als im Oxinitrid, erfolgt bei einer isotropen Atzung eine zunehmende Abflachung des Flanken winkels mit zunehmender Ätztiefe.

Der Flankenwinkel im Oxinitrid wird besonders vorteilhaft durch das Ätzratenverhältnis der beiden Schichten dadurch eingestellt, daß das Stickstoff/Sauerstoff-Verhältnis im Oxinitrid variiert wird. Dadurch läßt sich auf einfache Weise ein gewünschter Flankenwinkel von ca. 30...50° im unteren Bereich des Kontaktloches einstellen.

Besonders vorteilhaft ist auch, daß das Kontaktloch mit nur einem Ätzschritt herstellbar ist. Dadurch ist das Fertigungsverfahren wirtschaftlicher und weniger mit Fehlerrisiken behaftet.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfin dung sind der Beschreibung entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1a, b, c zeigen an einem Ausführungsbeispiel die Herstellung eines Kontaktloches, Fig. 2 zeigt eine Durchkontaktierung zweier übereinanderliegender Aluminium-Leiterbahnen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1a bis c ist schematisch die Herstellung eines Kontakt loches 6 dargestellt, das als Verbindungselement zu zwei übereinan derliegenden Metalleiterbahnen verwendet wird. Auf einem nicht dar gestellten Silizium-Wafer ist ein erstes Metall 4 aufgebracht. Auf dieses Metall 4 wird als Isolationsschicht eine Doppelschicht 2, 3 aufgebracht, bei der zunächst in einem Plasmareaktor Oxinitrid und anschließend Nitrid abgeschieden werden. Das Oxinitrid 3 ist etwa fünfmal so dick wie das Nitrid 2. Auf das Nitrid 2 wird eine Photo lackmaske 1 aufgebracht, die die Fensteröffnung 8 für das Kontakt loch 6 aufweist.

Das Ätzen des Kontaktloches 6 erfolgt gemäß Fig. 1b in einem fluor haltigen Plasma, das über das Fenster 8 geleitet wird. Dabei wird zunächst das Nitrid 2 innerhalb des Fensterausschnittes weggeätzt. Anschließend wird im gleichen Arbeitsschritt das Oxinitrid geätzt. Die Ätzrate des Nitrids ist gegenüber dem Oxinitrid etwa doppelt so groß. Dadurch wird bewirkt, daß während des langsameren vertikalen Ätzens des Oxinitrids 3 das Nitrid 2 unter der Fensteröffnung 8 la teral weiter geätzt wird und sich das Kontaktloch im oberen Bereich vergrößert, während es im unteren Bereich verengt. Dabei werden die Kanten des Ätzloches abgeflacht. Der Neigungswinkel der Kanten ist abhängig vom Ätzratenverhältnis der beiden Schichten sowie von deren Dickenverhältnis.

Das Ätzratenverhältnis kann durch unterschiedliche Anteile von Stickstoff und Sauerstoff im Oxinitrid vorteilhaft variiert werden. Wird die Ätzrate des Oxinitrids im Verhältnis zum Nitrid größer, dann werden die Flanken 5 des Kontaktloches 6 steiler ausgebildet. Im anderen Fall wird die Flanke 5 flacher ausgebildet. Durch Wahl der Dicke des Nitrids und der Ätzraten kann in vorteilhafter Weise die Gestaltung des Kontaktloches 6 den Erfordernissen angepaßt werden. Es hat sich gezeigt, daß ein Flankenwinkel von ca. 30-50° für das Aufbringen des zweiten Metalls besonders zuverlässige Ergebnisse ergibt.

Das Kontaktloch 6 ist fertiggeätzt, wenn es bis zum ersten Metall 4 durchgeätzt ist. Nach dem Ätzen erfolgt das Abwaschen der nicht mehr benötigten Photolackmaske und eine neue Maskierung für die Leiter bahnen des zweiten Metalls 10. Wird anschließend das zweite Metall 10 aufgebracht, dann verbindet es sich über das Kontaktloch 6 mit dem ersten Metall 4. Zur Isolation gegenüber des Siliziums 11 mit seinen aktiven Halbleiterlementen wird üblicherweise eine Isolationsschicht 7 aufgebracht.

Dieses Ätzverfahren eignet sich insbesondere für Mehrlagenverdrah tungen auf Silizium-Wafer, die für hochintegrierte Schaltungen be nötigt werden. Es ist aber auch geeignet zum Anschluß von einzelnen Elementen einer Schaltung, die keine großen Packungsdichten aufweisen und für die ein besonders zuverlässiger Kontakt erforderlich ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist dann das erste Metall 4 nicht erforderlich.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Kontaktlöchern mit abgeschrägten Flanken in Isolationsschichten, die auf einem Halbleitermaterial aufgebracht sind und beispielsweise aus einem Oxid, Oxinitrid oder Nitrid bestehen und in die die Kontaktlöcher mittels eines Plasmas geätzt werden, das durch einen isotropen oder anisotropen Ätzvorgang mit unterschiedlichen Ätzraten durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Isolationsschichten (2, 3) mit unterschiedlichen Ätzraten derart angeordnet sind, daß deren Ätzraten in Richtung zum Halbleitermaterial (11) abnehmen und daß der Durchmesser eines Kontaktloches (6) mit zunehmender Ätztiefe kleiner wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Isolationsschicht (3) eine metallische Leiterbahn (4) angeordnet ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ätzraten der einzelnen Isolationsschichten (2, 3) veränderbar sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schichtdicke der oberen Isolationsschicht (2) wesentlich dünner ist, vorzugsweise kleiner als 40% von der Schichtdicke der nachfolgenden Isolationsschicht (3) beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Flankenwinkel des Kontaktloches (6) in der obersten Isolationsschicht (2) nahezu 90° beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die obere Isolationsschicht (2) aus Nitrid besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Isolationsschicht (3) ein Oxinitrid enthält.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Flankenwinkel im unteren Bereich des Kontakt loches (6) zwischen 30° und 50° liegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Kontaktloch (6) in einem Ätzschritt herstellbar ist.

10. Halbleiterchip, beispielsweise aus Silizium, der schichtweise aufgebrachte Metall-Leiterbahnen aufweist, die durch eine oder mehrere übereinander angeordnete Isolationsschichten getrennt sind und in die Kontaktlöcher ätzbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Isolationsschichten (2, 3) angeordnet sind , in die Kontaktlöcher (6) ätzbar sind und daß der Durchmesser eines Kontaktloches (6) mit zunehmender Lochtiefe kleiner wird.