DE4021515A1 - Verfahren zur herstellung eines wolfram-filmschichtmusters - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines wolfram-filmschichtmustersInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, insbesondere
auf ein Verfahren zur Herstellung einer gemusterten
Filmschicht aus Wolfram (W), die als metallische
Schaltungsverbindung dient.
Auf Halbleitersubstraten werden viele Vorrichtungen durch
verschiedenartige Herstellungsverfahren erzeugt, wobei
metallische Filmschichten dazu benutzt werden, die
genannten Vorrichtungen miteinander zu verbinden. Die
metallische Schaltungsverbindung wird im Anschluß an die
Aufbringung eines dünnen Metallfilmes von durchwegs 1.0-1.5 µm
durch Verfahren des Fotomaskierens und des
Metallätzens erzeugt.
Derzeit wird Aluminium (Al) mit dem passenden
Siliciumgehalt (Si) in großem Umfange als metallisches
Material bei Halbleiterherstellungsverfahren verwendet.
Wenn Aluminium für die metallische Schaltungsverbindung
verwendet wird, wird die Aluminiumfilmschicht jedoch durch
Elektromigration ausgedünnt, und im schlimmsten Falle wird
die metallische Schaltungsverbindung unterbrochen, wodurch
die Halbleitervorrichtungen funktionsunfähig werden.
Da insbesondere die Integrationsdichte der
Halbleitervorrichtungen mehr und mehr zunimmt, tritt ein
solches Problem immer öfter auf, weil die metallische
Verbindungsfilmschicht immer dünner wird.
Um das Dünnerwerden der metallischen
Schaltungsverbindungsschichten aufgrund der
Elektromigration zu verhindern, wird als metallisches
Schaltungsverbindungsmaterial Wolfram (W) verwendet, das
einen großen Atomradius und eine große Masse besitzt.
Außerdem wird die Operationsgeschwindigkeit der
Halbleitervorrichtungen aufgrund des geringen Ohm′schen
Widerstandes von Wolfram verbessert und bleibt für lange
Zeit zuverlässig. Da aber die konventionellen Verfahren
zur Herstellung des Wolfram-Schaltungsverbindungsmusters
das in Fig. 1 veranschaulichte Rückätzverfahren verwenden,
ist die Oberfläche der Halbleitervorrichtungen rauh, was
zu vielen Schwierigkeiten bei den anschließenden Verfahren
führt.
Um das erwähnte Verfahren im einzelnen zu untersuchen,
wird auf einem Substrat 1 eine erste Isolierschicht 2
erzeugt und dotiert. Als nächstes wird durch chemische
Abscheidung aus der Gasphase (CVD) ein zweiter Isolierfilm
3 aufgebracht, wobei das Muster für das Aufbringen von
Wolfram 5 durch die Verfahren des Fotomaskierens und
Ätzens erzeugt wird. Nachdem zur Verbesserung der
Haftkraft des Wolframs ein Haftmaterial 4 auf dem Muster
aufgebracht worden ist, wird das Wolfram 5 durch selektive
CVD aufgewachsen. Anschließend wird zur Entfernung der in
Fig. 1 gestrichelt gekennzeichneten Partie das
Rückätzverfahren durchgeführt, wodurch die in Fig. 1
dargestellte Struktur entsteht.
Falls die Wolfram-Schaltungsverbindung durch dieses
Verfahren hergestellt wird, werden durch die
Stufenbedeckung des Wolframs Fehlstellen 6 erzeugt,
wodurch der Isolierfilm 3 während des Rückätzverfahrens
sehr rauh wird und Wolframreste 7 auf dem Isolierfilm 3
zurückbleiben. Es tritt also das Problem auf, daß sich
wegen der Wolframreste 7 ein Kurzabstandsphänomen zwischen
den Wolfram-Schaltungsverbindungsleitungen im Laufe der
nachfolgenden Verfahren ergibt.
Die vorliegende Erfindung geht von dieser Sachlage aus und
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines
Wolfram-Schaltungsverbindungsmusters, das
Fehlstellendefekte in der Wolfram-Schaltungsverbindung
beseitigt und auch keine Wolframreste auf der
Isolierfilmschicht zurückläßt.
Ein weiteres Ziel besteht in der Schaffung eines
Verfahrens zur Herstellung eines
Wolfram-Schaltungsverbindungsmusters, das die
Oberflächenrauhigkeit einer Isolierschicht nicht
beeinträchtigt, die nach der Bildung des Wolframmusters
als Schutzschicht aufgebracht werden muß.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Wolfram-Schaltungsverbindungsmusters
geschaffen, das folgende Schritte aufweist: (a) Herstellen
einer Polysiliciumfilmschicht über einer ersten
Isolierfilmschicht auf einem Halbleitersubstrat, und
Eindotieren von Störstellen; (b) Herstellen einer
hochdotierten Oxidfilmschicht auf der
Polysiliciumfilmschicht und anschließendes Erzeugen eines
metallischen Schaltungsverbindungsmusters; (c) selektives
Aufwachsen von Wolfram auf einen exponierten Abschnitt der
Polysiliciumfilmschicht; (d) Entmetallisieren der
hochdotierten Oxidfilmschicht durch Naßätzen, und
gleichzeitiges Abätzen von Wolframresten, die auf der
Oxidfilmschicht gebildet wurden; und (e) Trockenätzen des
Polysiliciums durch Verwendung des auf dem Polysilicium
befindlichen Wolframs als Ätzmaske, wobei nur das unter
dem Wolfram befindliche Polysilicium stehenbleibt.
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im
Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher
hervor.
Fig. 1 stellt einen Querschnitt durch den
konventionellen
Wolfram-Schaltungsverbindungsaufbau dar;
Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch den gemäß der
vorliegenden Erfindung hergestellten
Wolfram-Schaltungsverbindungsaufbau dar; und
Fig. 3A-E veranschaulichen die verschiedenen
Verfahrensschritte zur Herstellung der
Wolfram-Schaltungsverbindung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den gemäß der
vorliegenden Erfindung hergestellten
Wolfram-Schaltungsverbindungsaufbau.
Die Polysiliciumfilmschicht 18 wird nach Aufbringen einer
ersten Isolierfilmschicht 12 auf einem Halbleitersubstrat
11 erzeugt. Anschließend wird das als
Schaltungsverbindungsfilmschicht benutzte Wolfram 15
selektiv auf den Polysiliciumfilm 18 aufgewachsen, und
anschließend wird eine zweite Isolierfilmschicht 13
aufgebracht. Die so erzeugten Halbleitervorrichtungen
werden elektrisch durch das Wolfram 15 miteinander
verbunden. Das Wolfram 15 ist elektrisch mit der
Polysilicium-Filmschicht 18 verbunden, während der
Polysiliciumfilm 18 durch eine Kontaktzone in der ersten
Isolierfilmschicht 12 mit dem Halbleitersubstrat 11
verbunden ist. Im vorliegenden Falle ist die Kontaktzone
in der ersten Isolierfilmschicht 12 in den Figuren nicht
dargestellt. Schließlich wird die zweite
Isolierfilmschicht 13, d. h. der Schutzfilm, aufgebracht.
Der in Fig. 5 dargestellte
Wolfram-Schaltungsverbindungsaufbau ist das Ergebnis der
in Fig. 3 veranschaulichten Prozesse.
Fig. 3A-E zeigen die verschiedenen Schritte des Verfahrens
zur Herstellung des Wolfram-Schaltungsverbindungsmusters
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Durch Wiederholung verschiedener Herstellungsprozesse
wird eine große Anzahl von Halbleitervorrichtungen auf dem
Halbleitersubstrat 11 hergestellt, wobei das Verfahren zur
metallischen Zwischenverbindung dazu dient, die genannten
Vorrichtungen miteinander zu verbinden.
Wie in Fig. 3A gezeigt, wird die Isolierfilmschicht 12 auf
dem Halbleitersubstrat 11 durch das CVD-Verfahren
aufgebracht, während die Polysilicium-Filmschicht 18 von
500 A Dicke in gleicher Weise durch das CVD-Verfahren
aufgebracht wird. Anschließend wird Phosphor durch die
herkömmliche Methode eindotiert. Weiter gibt es, wenn auch
nicht in der ersten Isolierfilmschicht 12 dargestellt,
eine Kontaktzone, wo kein Isolierfilm aufgebracht ist. Das
Halbleitersubstrat 11 ist also elektrisch über die
Kontaktzone mit der dotierten Polysilicium-Filmschicht 18
verbunden.
Gemäß Fig. 3B ist der mit Wolfram zu überdeckende Bereich
abgegrenzt. Durch das CVD-Verfahren wurde auf die
Polysilicium-Filmschicht 18 eine Oxidfilmschicht hoher
Dotierungskonzentration für eine hohe Naßätzrate
aufgebracht. Dabei wird Phosphor (P) mit einem Anteil von
8-15% in das Oxid injiziert, oder es wird Arsen (As) zur
Steigerung der Ätzrate verwendet. Die hochdotierte
Oxidfilmschicht 19 bildet das durch Fotomaskieren und
Ätzen erzeugte Muster. Dabei wird im Falle des Dotierens
mit Phosphor die Oxidfilmschicht als Phosphorsilikatglas
(PSG) gebildet, doch kann sie auch aus Arsensilikatglas
(ASG) oder einem aufzentrifugierten Film auf Glas (SOG)
bestehen. Im Ätzverfahren wird die hochdotierte
Oxidfilmschicht 19 abgeätzt, wobei die exponierte Partie
der Polysilicium-Filmschicht 18 die Zone darstellt, wo das
Wolfram 15 aufgewachsen wird.
Gemäß Fig. 3C ist das Wolfram abgeschieden. Die
Wolframfilmschicht 15 wird durch das selektive
CVD-Verfahren auf der Polysilicium-Filmschicht 18
aufgewachsen. Bei 300°C reagieren WF6, H2 und SiH4
miteinander, um die Wolfram-Filmschicht 15 auf der
Polysilicium-Filmschicht 18 aufzubringen. Da aber die
Zone, auf der das Wolfram selektiv aufgewachsen wird, groß
ist, entstehen Wolframreste 20.
Wie aus Fig. 3D hervorgeht, werden die auf der
Oxidfilmschicht gebildeten Reste abgelöst. Das Ablösen
erfolgt unter Verwendung einer gepufferten Oxidätzlösung
(BOE), wobei die Oxidfilmschicht 19 und die Reste 20 auf
der Oxidfilmschicht 19 zur gleichen Zeit entfernt werden,
so daß nur das Wolfram 15 auf der Polysilicium-Filmschicht
18 verbleibt.
Gemäß Fig. 3E wird die Polysilicium-Filmschicht unter
Verwendung des Wolframs als Ätzmaske trocken abgeätzt. Das
Trockenätzen erfolgt durch das Verfahren des reaktiven
Ionenätzens (RIE), wobei eine Wolfram/Polysilicium-Ätzrate
durch Einregeln der Gasströmung, des Druckes, der Zeit und
dgl. auf einen Bereich von 1 : 1 bis 1 : 5 geregelt werden
kann. Durch Steuerung des Ätzverhältnisses wird also der
obere Teil des Wolframs 15 nur geringfügig geätzt, während
der Polysiliciumfilm vollständig abgeätzt wird und nur das
Polysilicium unterhalb des Wolframs übrigbleibt, wodurch
die Bildung des Wolfram-Schaltungsverbindungsmusters
beendet ist.
Anschließend werden durch die konventionelle Herstellung
des Schutzfilmes die Verfahrensstufen zur Herstellung der
metallischen Schaltungsverbindung gemäß Fig. 2
abgeschlossen.
Wie oben erwähnt, wird durch die vorliegende Erfindung ein
Wolfram-Schaltungsverbindungsmuster geschaffen, wobei sie
die in der Wolfram-Schaltungsverbindungsleitung erzeugten
Fehlstellendefekte unabhängig von der Stufenabdeckung des
Wolframs beseitigt und keine Wolframreste aufweist, und
zwar durch selektives Aufwachsen des Wolframs unter
Anwendung der Musterbildung des Oxidfilms und des Ablösens
der Oxidfilmschicht. Weiter entfällt die Notwendigkeit des
Einsatzes einer Adhäsionsfilmschicht und des
Rückätzverfahrens für das Wolfram, so daß die Prozesse
vereinfacht werden und die Rauhigkeit des nach der Bildung
des Wolframmusters aufgebrachten Schutzfilmes nicht
beeinträchtigt ist.
Dementsprechend löst die vorliegende Erfindung die mit der
Verwendung von Wolfram als metallisches
Schaltungsverbindungsmaterial verbundenen Probleme und
verbessert die Operationsgeschwindigkeit der mit
Wolframmetall als Schaltungsverbindung ausgestatteten
Halbleitervorrichtungen, so daß eine Zuverlässigkeit der
Vorrichtung für den Langzeitbetrieb gegeben ist.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf das beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt. Verschiedene Abänderungen
der offenbarten Ausführungsform liegen ebenso wie andere
Ausführungsformen der Erfindung, bei Bezugnahme auf die
Beschreibung der Erfindung, im Rahmen des fachmännischen
Könnens. Es wird daher davon ausgegangen, daß die
beigefügten Patentansprüche alle derartigen Abänderungen
oder Ausführungsformen abdecken.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines
Wolfram-Schaltungsverbindungsmusters, das folgende
Schritte aufweist:
- a) Herstellen einer Polysiliciumfilmschicht über einer ersten Isolierfilmschicht auf einem Halbleitersubstrat und Eindotieren von Störstellen;
- b) Herstellen einer hochdotierten Oxidfilmschicht auf der Polysiliciumfilmschicht und anschließendes Erzeugen eines metallischen Schaltungsverbindungsmusters;
- c) selektives Aufwachsen von Wolfram auf einen exponierten Abschnitt der Polysiliciumfilmschicht;
- d) Ablösen der hochdotierten Oxidfilmschicht durch Naßätzen und gleichzeitiges Abätzen von Wolframresten, die auf der Oxidfilmschicht gebildet wurden; und
- e) Trockenätzen des Polysiliciums durch Verwendung des auf dem Polysilicium befindlichen Wolframs als Ätzmaske, wobei nur das unter dem Wolfram befindliche Polysilicium stehenbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die in
Schritt (b) erzeugte hochdotierte Oxidfilmschicht eine
PSG-, ASG- oder SOG-Filmschicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß bei der
Bildung des Schaltungsverbindungsmusters in Schritt (b)
die Verfahren der Fotomaskierung und des Ätzens
einbezogen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß H2 als
Katalysator verwendet wird, wenn WF und SiH in Schritt
(c) bei 300°C miteinander reagieren.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Wolfram und
Polysilicium mit einer Ätzrate im Bereich von 1 : 1 bis
1 : 5 in Schritt (e) des Trockenätzens durch Steuern der
Gasströmung, des Druckes und der Zeit geätzt werden.
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