DE4129432C2

DE4129432C2 - Verfahren zum Verbessern der Stufen-Deckfähigkeit einer Metallisierungsschicht auf einer integrierten Schaltung

Info

Publication number: DE4129432C2
Application number: DE4129432A
Authority: DE
Inventors: Chang Yu; Trung Tri Doan; Gurtej Singh Sandhu
Original assignee: Micron Technology Inc
Current assignee: Micron Technology Inc
Priority date: 1990-09-05
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2011-09-05
Also published as: DE4129432A1; GB2247781B; JPH0766941B2; US5032233A; GB2247781A; JPH04245457A; GB9117295D0

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Metallisierung integrierter Schaltkreise, speziell ein Verfahren zum Verbessern der Stufen- Deckfähigkeit einer Metallisierungsschicht auf einer integrierten Schaltung und insbesondere Verbesserungen bei der Laser-Planarisie rung (laser planarization) einer Metallisierungsschicht mit niedrigem Siedepunkt bei Kontaktwegen auf integrierten Schaltungen mit Mikrometer-/Submikrometer-Geometrie.

Bei dem bei der Herstellung von integrierten Schaltungen zur Vorbereitung auf das Ätzen von Leitern und Bond-Kontaktflächen über ihren äußeren Oberflächen dienenden Metallisierungsschritt ist die Stufen-Deckfähigkeit leitfähiger Metallschichten (typischerweise Metalle mit niedrigem Siedepunkt, wie etwa Aluminium und/oder Kupfer- Legierungen) über Oberflächen-Diskontinuitäten, wie etwa Durchgangslöchern (via holes), wo das Verbinden von Kontakten stattfinden muß, schlecht.

Die Stufen-Deckfähigkeit von herkömmlich durch Aufdampfen oder Sputtern abgeschiedenen Metall schichten verschlechtert sich zunehmend in dem Maße, in dem die Abmessungen der Komponenten auf der integrierten Schaltung schrumpfen. Die schlech te Stufen-Deckfähigkeit ist ein Ergebnis des "Schatteneffektes" in dem abgeschiedenen Film an den Seitenwänden von Stufen oder Löchern.

Obwohl das obengenannte Stufen-Deckfähigkeits-Pro blem in gewissem Maße sowohl durch chemische Dampf abscheidung von Wolfram als auch durch Metallab scheidung unter Verwendung von Hochtemperatur- und/oder Vorspannungs-Sputtern gelöst werden kann, wird die Verbesserung der Stufen-Deckfähigkeit mit schwerwiegenden Nachteilen erkauft. Bei chemischer Dampfabscheidung von Wolfram ist der Schichtwider stand ungefähr dreimal höher als derjenige von Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Auf der ande ren Seite führt das Hochtemperatur- und/oder Vor spannungs-Sputtern gewöhnlich zu schlechten Schichtqualitäten wie etwa geringem Elektronenwan derungswiderstand (electron migration resistance) und hoher Versetzungsdichte (dislocation density).

Der Einsatz eines gepulsten Lasers zum Schmelzen und Planarisieren dünner Metallschichten mit nie drigem Siedepunkt zum Füllen von Kontaktwegen mit großem Geometrieverhältnis (aspect ratio) bildet gegenwärtig einen sehr attraktiven Ansatz zur Me tallisierung von Schaltungen hoher Packungsdichte. Die Planarisierung der leitfähigen Oberfläche ist insbesondere wünschenswert, wenn Wege bei Mehrebe nen-Metallisierung vertikal gestapelt sind. Die Laser-Planarisierung ist eine einfache und wirksame Technik mit kleinem Wärmehaushalt zum Planarisieren leitfähiger Metallschichten und zum Füllen von Ebenenverbindungskontakten zu den Kosten nur eines zusätzlichen Schrittes in dem Standard-Prozeß ablauf.

Die Planarisierung mit Excimer-Lasern beruht auf einem sehr kurzen Laser-Impuls zum raschen Schmel zen einer absorbierenden Metallschicht. Während der Schmelzperiode tritt ein Massentransport des leitfähigen Metalls auf, der zu einem Fluß des Metalls in Wege führt und der infolge der großen Oberflächenspannung und der geringen Viskosität des geschmolzenen Metalls ein Verflachen der Oberfläche verursacht.

Unlängst hat sich die Technik der Laser-Planarisie rung beim Verbessern der Stufen-Deckfähigkeit von Schichten aus Aluminiumlegierungen bei Kontakten und Kontaktwegen in Mikrometer-/Submikrometer-Geo metrie als vielversprechend erwiesen. Infolge des großen Reflexionsvermögens von Aluminium (ungefähr 93% für Wellenlängen in dem Bereich herunter bis zu 200 nm) und seiner relativ niedrigen Verdamp fungstemperatur (2467°C) leiden Aluminiumlegie rungen jedoch an den folgenden Nachteilen:

1. Ineffiziente Nutzung der Laserenergie,
2. niedriger Grenzwert für die optische Abtragung (low optical ablation limit) und
3. kleines Prozeßfenster zwischen dem Grenz wert für die Abtragung (ablation limit) und dem Grenzwert des Füllens des Weges (via-fill limit).

Planarisierungssysteme, die Excimer-Laserstrah lung nutzen, zeigen sich insbesondere vielverspre chend beim Füllen von Wegen mit Durchmessern im Submikrometer-Bereich und zum Planarisieren der entstehenden Oberfläche. Die für gewöhnlich beim Erwärmen von Aluminiumlegierungen durch Laserener gie anzutreffende Verminderung des Oberflächen reflexionsvermögens ist bereits als Aufweitung des "Prozeßfensters" zwischen dem "Abtragungsgrenz wert", oder der Temperatur, bei der das leitfähige Metall schmilzt oder verdampft, und dem "Wegefül lungsgrenzwert", oder der Temperatur, bei der ein hinreichender Fluß des leitfähigen Metalls ein tritt, um die Schaltungsausnehmungen zu füllen, berichtet worden.

In dem Artikel von Mukai et al. "Interconnects on Integrated Circuits Improved by Excimer Laser Pla narization for Multilevel Metallization", Seiten 101 bis 107, veröffentlicht in den "Proceedings of the VLSI Multilevel Interconnection Conference (1988)", Santa Clara, Kalifornien, ist vorgeschla gen worden, einen dünnen Kupferüberzug zu verwen den, um das Aluminium-Planarisierungsverfahren durch Erhöhen der anfänglichen optischen Absorp tionsfähigkeit für den Laserstrahl in der leitfähi gen Metallschicht zu verbessern. Dieser Ansatz scheitert jedoch daran, daß er die allgemein er kannte geringe Oxidationsbeständigkeit von Kupfer und die Schwierigkeit des nachfolgenden Ätzens solcher Kupferüberzüge nicht angeht.

Aus der US-PS 4,681,795 ist ein Laser-Plana risierungsverfahren bekannt, bei dem eine zu plana risierende Aluminiumschicht vor dem Planarisieren mit einer Siliziumschicht abgedeckt wird, was einerseits die Aluminiumschicht passivieren soll und andererseits eine Antireflexionsschicht dar stellt. Bei der Beaufschlagung dieser Schichten folgen mit planarisierender Laserenergie bildet das Silizium mit dem Aluminium eine Legierung mit hohem Reflexionsvermögen, was zu einer Selbstbegrenzung des Planarisierungsvorgangs führt. Die Folge ist eine Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit der resultierenden Legierung gegenüber der elek trischen Leitfähigkeit der Aluminiumschicht allein.

In der Veröffentlichung "The use of Ti as an antireflective coating for the laser planarization of Al for VLSI metallization" von W. Y.-C. Lai et al. June 12-13, 1989 VMIC Conference, ist die Ver wendung von Titan als einer reflexionshemmenden Beschichtung für Laser-Planarisierungsprozesse vorgeschlagen worden. Die berichteten Verbesserun gen bei der Planarisierung wurden jedoch unter Inkaufnahme verschiedener Nachteile erzielt, ein schließlich hohem Widerstand und hohen Eigenspan nungen (stresses). Der höhere Widerstand der dabei entstehenden Ti-Al-Legierungen, der von der Durch mischung dieser Materialien während der Laser- Planarisierung herrührt, mindert den Vorteil der Aluminium-Metallisierung gegenüber alternativen Metallisierungsschemata, die chemisch aus Dampf abgelagertes Wolfram als das primäre leitfähige Medium verwenden. Darüber hinaus erregen die höheren Eigenspannungen in den resultierenden Ti- Al-Legierungen Besorgnisse hinsichtlich der Zuver lässigkeit, wie etwa bezüglich Adhäsion, Risse und Ausfall infolge Eigenspannungen (stress voiding). Es ist daher durch früher tätige Forscher geschluß folgert worden, daß Titan selbst keine wünschens werte reflexionshemmende Beschichtung für Aluminium und Aluminiumlegierungen in Metallisierungsproze duren ist.

Trotz der Unzulänglichkeiten in den Systemen zur Laser-Planarisierung, über die gegenwärtig berich tet wird, ist der Wert einer reflexionshemmenden Beschichtung beim Aufweiten des Prozeßfensters als wichtig und als von nachgewiesener Nützlichkeit beim Erhöhen der Dicke einer Schicht leitfähigen Metalls quer zu einer Stufe oder einem Weg beur teilt worden.

Ein anderer Weg zum Auffüllen von Durchgangsöff nungen ist in DE 38 18 509 A1 beschrieben. In der dort beschriebenen Struktur werden die Durchgangs öffnungen am Boden mit einer Schicht aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen und einem darüber ausge bildeten Wolfram-Stopfen versehen, der mit der leitfähigen Schicht am Boden der Öffnung einen geringen spezifischen Kontaktwiderstand bildet. Die Aluminiumschicht am Boden der Kontaktöffnung in Mikrometer-Geometrie bildet ein unteres Metallisie rungsmuster, das über den in der Kontaktöffnung abgeschiedenen Wolfram-Stopfen mit einem oberen Metallisierungsmuster in Kontakt gebracht werden kann. Wie der Wolfram-Stopfen eingebracht wird und wie eine Stufenbildung z. B. in Folge von Schatten effekten beim Ablagern des Wolfram verhindert wird, ist in dieser Druckschrift, die sich nicht mit Laser-Planarisierung befaßt, nicht erwähnt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfah ren zum Verbessern der Stufen-Deckfähigkeit einer Metallisierungsschicht auf einer integrierten Schaltung mit Kontaktwegen in Mikrometer-/Submikro meter-Geometrie zur Verfügung zu stellen, das eine Veränderung des spezifischen elektrischen Wider standes der Metallisierungsschicht sowie eine Erhöhung der Eigenspannungen dieser Metallisie rungsschicht vermeidet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Durchführungsarten des er findungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Suche nach alternativen reflexionshemmenden Beschichtungen hat zu der gegenwärtigen Identifika tion von abgeschiedenen Schichten von Metallen mit hohem Schmelzpunkt, wie etwa Wolfram oder eine Legierung aus Wolfram und Titan als einer nützli chen Beschichtung geführt. Eine Schicht des ausge wählten Metalls wird als eine reflexionshemmende Beschichtung auf Aluminiumlegierungen oder anderen für Metallisierungszwecke benutzten Metallen mit niedrigem Siedepunkt vorgeschlagen. Das Hinzufügen einer metallischen Schicht vor der Laser-Planari sierung führt zu einer effizienteren Verwendung der Laserenergie, zu einer geringeren Abtragung der Aluminiumschicht bei einer gegebenen Strahlungsintensität und zu einem Erweitern des Prozeßfensters. Ihre Aufbringung über die leit fähige Metallschicht wird gesteuert, um das Durch mischen der reflexionshemmenden Beschichtung und der Metallisierungsschicht während der Laser-Plana risierung zu eliminieren oder zu minimieren. Die reflexionshemmende Schicht kann dann durch Ätzen im wesentlichen entfernt werden, wodurch die Metalli sierungsschicht für weitere herkömmliche Verarbei tungsschritte aufgedeckt zurückbleibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausfüh rungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die die ursprünglichen Metallisie rungsschichten darstellt,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Schichten nach der Laser-Plana risierung,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Schichten nach dem Ätzen der reflexionshemmenden Beschich tung (antireflective coating, ARC) und.

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm der in die sem Prozeß ausgeführten Schrit te.

Das vorliegende Verfahren ist auf die Verbesserung der Stufen-Deckfähigkeit einer Metallisierungs schicht auf einer integrierten Schaltung mit Kon taktwegen in Mikrometer-/Submikrometer-Geometrie (1 × 1 µm² oder weniger Fläche) gerichtet.

Die bei der Metallisierung von integrierten Schal tungen herangezogene Verwendung von Excimer-La sern zum Schmelzen und Planarisieren einer Schicht aus Aluminiumlegierung ist vorhergehend als Mög lichkeiten sowohl der verbesserten Stufen-Deckfä higkeit als auch der wirtschaftlichen Herstellung von integrierten Schaltungen hoher Packungsdichte bietend erkannt worden. Dieser Technik wohnen je doch verschiedene Probleme inne: (1) Aluminium und seine Legierungen, weithin für Metallisierungs schichten eingesetzt, weisen bis hinunter zu unge fähr 200 nm ein hohes Reflexionsvermögen für Licht auf, was zu einer ineffizienten Nutzung der auf eine Aluminiumschicht für Planarisierungszwecke gerichteten Laserenergie führt; (2) die geringe Absorptionsfähigkeit von Aluminium und seinen Le gierungen vermehrt die örtliche Abtragung an Stel len, an denen Oberflächenirregularitäten mehr Licht absorbieren als die darumliegenden Flächen; und (3) das Prozeßfenster von ± 6-8% für die Laser-Plana risierung von Aluminium und seinen Legierungen ist relativ eng.

Während Berichte bezüglich des Einsatzes von Kupfer und Titan als reflexionshemmende Beschichtungen (ARC) zum Lösen dieser Probleme veröffentlicht worden sind, ist die Auswahl dieser Metalle offen sichtlich ausschließlich durch ihre Reflexions eigenschaften diktiert worden. Die vorliegenden Verbesserungen dieser Systeme berücksichtigen nicht nur das Reflexionsvermögen des Beschichtungsme talls, sondern auch seine elektrischen und thermi schen Eigenschaften und seine Beständigkeit gegen über Oxidation. Der Widerstand der vermischten reflexionshemmenden Beschichtung darf nicht schäd lich für den Hauptzweck der Metallisierungsschicht sein, die darin besteht, als ein wirksamer elektri scher Leiter zu dienen. Durch Auswählen von Metal len mit relativ hohen Schmelz- und Siedepunkten im Vergleich zu dem niedrigen Schmelz- und Siedepunkt der darunterliegenden Metallisierungsschicht wird die Vermischung der beiden Schichten minimiert oder eliminiert, wodurch sichergestellt wird, daß die elektrischen und physikalischen Eigenschaften der Metallisierungsschicht den Prozeß im wesentlichen intakt überleben. Die Beständigkeit der reflexions hemmenden Beschichtung gegenüber Oxidation ist von besonderer Wichtigkeit, weil der verarbeitete Wafer typischerweise der Luft ausgesetzt wird, wenn er vom Planarisierungsgerät zu der nächsten Verarbei tungsstation bewegt wird. Oxidierte Oberflächen reflexionshemmender Beschichtungen können für nach folgende Ätzprozesse, die für ihre Entfernung er forderlich sind, schädlich sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Fig. 4 um rissen. Nachfolgend nach dem Einsatz von Standard prozessen zur Herstellung einer integrierten Schal tung umfassen die Metallisierungsschritte zuerst die Ablagerung eines herkömmlichen Abdeckmetalls durch Sputtern. Dann wird die Metallisierungs schicht, die eine Aluminiumlegierung oder ein an deres Metall mit niedrigem Schmelz- und Siedepunkt sein kann (wie etwa Kupfer oder Kupferlegierungen), in einer Abdeckschicht (covering film) durch Sput tern oder andere herkömmliche, für das elektrisch leitfähige Metall geeignete Ablagerungsprozesse aufgebracht, um eine Metallisierungsschicht mit einer Dicke zwischen ungefähr 300 nm und 1,5 µm zu bilden. Eine Schicht aus Metall mit hohem Schmelz- und Siedepunkt wird dann durch Anwendung von Sput ter-Techniken als eine reflexionshemmende Beschich tung über der Metallisierungsschicht, um sicherzu stellen, daß sie nicht die Ausnehmung oder den Weg dort bedeckt oder überlappt, wo die Stufen-Deckfä higkeit zu verbessern ist. Die aufgesputterte re flexionshemmende Beschichtung ist so aufgebracht, daß sie die Mikrometer-/Submikrometer-Kontaktwege nach dem Ablagern der Metallisierungsschicht nicht überlappt oder überdeckt. Dies verhindert nachfol gendes Vermischen infolge des resultierenden, wäh rend des Planarisierungsschrittes in der Metalli sierungsschicht auftretenden Massenflusses von geschmolzenem Metall. Der zweite Ablagerungs sschritt wird durch Sputtern der reflexionshemmen den Beschichtung einer Dicke von, weniger als 100 nm ausgeführt.

Der abschließende Schritt, der zur Bedeckung des Weges oder des Loches führt, ist eine Laser-Plana risierung. Dies wird durch Richten gepulster opti scher Strahlung aus einem Excimer-Laser auf den Bereich des Weges bewerkstelligt, wodurch eine Absorption des Laserstrahls innerhalb der reflex ionshemmenden Beschichtung 14 verursacht wird. Während der Laser-Planarisierung schmilzt die Me tallisierungsschicht mit niedrigem Schmelz- und Siedepunkt und fließt in die offenen Räume des Weges oder anderer Ausnehmungen, aber, der größte Teil oder die Gesamtmenge des Metalls mit hohem Schmelz- und Siedepunkt, das sie bedeckt, verbleibt im festen Zustand. Die reflexionshemmende Schicht kann dann durch Ätzen oder andere geeignete Techni ken entfernt werden, wodurch die ebene äußere Ober fläche der Metallisierungsschicht für ein nachfol gendes Verarbeiten offenliegt.

Es ist erforderlich, daß die reflexionshemmende Be schichtung einen Reflektivitätswert aufweist, der kleiner ist als derjenige der Metallisierungs schicht. Sie muß ferner einen Schmelzpunkt aufwei sen, der ausreichend höher ist als derjenige der Metallisierungsschicht, um sicherzustellen, daß die Vermischung der beiden Schichten und das daraus resultierende Anwachsen des Widerstandes der Metal lisierungsschicht während der Laser-Planarisierung nicht auftritt.

Fig. 1 veranschaulicht das Laminat nach der Ablagerung der reflexionshemmenden Beschichtung und vor der Planarisierung. Das darunterliegende Substrat ist durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Eine bedeckende isolierende Schicht 11 überlagert die Halbleiterkomponenten (nicht dargestellt).

Die äußere Oberfläche der Schicht 11 und die freistehenden Oberflächen auf dem Substrat 10 bilden einen Durchgang (via). Die Oberflächen sind durch ein Abdeckmetall 12, wie etwa Ti:W bedeckt, welches sowohl als Benetzungsschicht als auch als Diffusionsbarriere dient.

Eine Metallisierungsschicht aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, wie etwa einer Aluminiumlegierung 13, erstreckt sich quer zum Weg. Die Dicke der Aluminiumlegierung entlang der Wände und der Bodenoberfläche des Mikrometer-/Submikrometer-Weges ist wegen des Schatteneffektes, der beim Beschichten eines Loches auftritt, relativ gering oder die Schicht ist unterbrochen. Die abgelagerte re flexionshemmende Beschichtung ist durch das Bezugszeichen 14 veranschaulicht. Sie überlappt den abgesetzten Kontaktbereich nicht.

Wie in Fig. 2 gezeigt, bewirkt die nachfolgende Laser-Planarisierung, daß die Aluminiumlegierung 13 in den offenen Weg (open via) oder Loch hineinfließt. Schließlich wird die äußere Schicht des metallischen Materials durch Ätzen entfernt, was zu einer relativ ebenen äußeren Oberfläche des resultierenden Laminates (Fig. 3) führt.

Während die in Fig. 1 dargestellte Struktur der Laserbestrahlung ausgesetzt ist, wird die Metalli sierungsschicht 13 geschmolzen. Dies wird durch die (anti-)reflektierende Natur (reflective nature) der reflexionshemmenden Beschichtung erleichtert. Die Eigenschaften der reflexionshemmenden Beschichtung bei den Wellenlängen der Laserenergie weiten das Planarisierungs-Prozeßfenster durch den resultie renden Zuwachs an wirksamem Einsatz von Laserener gie zum Schmelzen des leitfähigen Metalls und durch ein Herabsetzen des Grenzwertes des Verfül lens von Wegen (via-fill limit) auf. Dies kann auf die Reflexionseigenschaften der ausgewählten Me tallschicht, die den größten Teil der leitfähigen Metallschicht bedeckt, zurückgeführt werden.

Durch sorgfältiges Steuern der Flächen, auf denen das Aufbringen des metallischen Materials ge schieht, wird ein geringes Vermischen der beiden Metallschichten auftreten. Dies ist wichtig, weil der höhere Widerstand der reflexionshemmenden Be schichtung in den nachfolgend in der Metallisie rungsschicht gebildeten Leitern unerwünscht ist. Um Vermischung weiter zu minimieren, wird der Gebrauch von Laserstrahlung niedriger Energie bevorzugt, wodurch eine äußere Schicht metallischen Materials zurückgelassen wird, die durch Ätzen am Ende des Prozesses entfernt werden kann.

Das Hauptkriterium für eine Schicht, um wirksam als eine reflexionshemmende Beschichtung zu wirken, ist, daß sie eine hohe optische Absorptionsfähig keit und einen hohen Schmelz- und Siedepunkt auf weist. Experimentelle Prüfungen haben darin gemün det, Wolfram und eine Wolfram-Titan-Legierung (Ti- 10%, W-90%) als reflexionshemmende Beschichtung für die Laser-Planarisierung von Aluminiumschichten zu verwenden. Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist das optische Absorptionsvermögen der Materialien der reflexionshemmenden Beschichtung signifikant größer als das von Aluminium. Zusätzlich sind die höheren Schmelz- und Siedepunkte der ausgegewählten Metalle wichtig, um die Integrität der reflexionshemmenden Beschichtungen während der Laserenergie-Exposition zu bewahren. Die Eigenschaften der Aluminium schicht, wie etwa Korngröße und Widerstand nach der Laser-Planarisierung, werden durch den Grad des Legierens und/oder der Diffusion von Atomen der bedeckenden reflexionshemmenden Beschichtung be stimmt. Daher ist der Zustand einer reflexionshemm enden Beschichtung während der Laserstrahl-Exposi tion und dem nachfolgenden thermischen Zyklus, vom Standpunkt seiner Nützlichkeit aus gesehen, sehr wichtig.

Tabelle 1

Haupteigenschaften verschiedener reflexions hemmender Beschichtungen und Aluminium (Aus: "Handbook of Physics and Chemistry")

Die in dieser Studie verwendeten Substrate waren Wafer eines Durchmessers von 150 mm aus p-typ- <100< Si, die mit einer 1,0 µm dicken Schicht aus mit Borphosphat dotiertem Siliziumglas (BPSG) be schichtet und dann mit 1 × 1 µm² Kontaktwegen bemu stert sind. Eine TiW-Diffusionsbarrieren-Schicht (für reflexionshemmende Beschichtungen aus TiW und CVD-Wolfram) in Dicken von 100 nm bzw. 50 nm und einer AlSi(1%)Cu(0,5%)-Schicht von 800 nm Dicke wurden dann durch Sputtern aufgetragen. Die reflex ionshemmenden Beschichtungen (mit Ausnahme von Wolframschichten) wurden alle in-situ in einem Mehrkammersputtersystem nach der Ablagerung der Aluminiumlegierung aufgebracht. Wolfram wurde in einem CVD-Reaktorsystem mit kalten Wänden abgela gert. Die Stärke der verschiedenen reflexionshem menden Beschichtungen betrug 30 nm für CVD Wolfram und 35 nm für TiW.

Die Daten des optischen Reflexionsvermögens der für verschiedene reflexionshemmende Beschichtungen erzielten Sandwich-Struktur ist in Tabelle 2 darge stellt. Die Proben mit reflexionshemmenden Be schichtungen zeigten, verglichen mit blanken Alu miniumschichten, ein niedrigeres Reflexionsvermö gen. Die mehrschichtigen Strukturen wurden dann einem Excimer-Pulslaser der Wellenlänge 308 nm ausgesetzt. Die Energie der während verschiedener Experimente benutzten Laserpulse betrug ungefähr 470 bis 500 mJ und die Substrattemperatur wurde auf etwa 300°C gehalten.

Nach der Planarisierung wurden Rasterelektronenmi kroskopie-Bilder von Kontaktwegen (contact vias) vor und nach der Laser-Planarisierung mit und ohne reflexionshemmende Beschichtung durchgesehen. Im Fall von blanken Aluminiumschichten wurde ein kom plettes Verfüllen der Kontakte bei einer Substrat temperatur von 300°C sogar für eine Strahlungsintensität von 4,8 J/cm², die die maximale Strahlungsintensität un terhalb des Abtragens war, nicht beobachtet. Im Fall der reflexionshemmenden Beschichtung aus TiW wurde jedoch ein vollständiges Vertüllen bei 2,7 J/cm² beobachtet.

Tabelle 2 listet die zum vollständigen Verfüllen erforderlichen Strahlungsintensitäten und die maximalen Strahlungsintensitäten vor dem Einsetzen der Abtragung für eine Substrattemperatur von 300°C für jede reflexions hemmende Beschichtung und für blankes Aluminium auf. Die Daten für Aluminium wurden bei einer Tem peratur von 400°C aufgenommen, da für blankes Alu minium bei 300°C keine vollständige Verfüllung beobachtet wurde. Die Werte des Prozeßfensters in Tabelle 2 wurden nach folgender Formel berechnet:

wobei F_f die zum vollständigen Verfüllen benötigte minimale Strahlungsintensität und F_a die Strahlungsintensität beim Einsetzen der optischen Abtragung ist.

Das Prozeßfenster (vollständiges Verfüllen des Kontaktes bis zur Abtragung) für das Kontaktverfül len wurde für alle reflexionshemmenden Beschichtun gen unter verschiedenen Prozeßbedingungen bestimmt. Die Prozeßfenster wurden für eine Substrattempera tur von 300°C berechnet. Für den Fall ohne reflexi onshemmende Beschichtung gilt das Prozeßfenster jedoch für eine Substrattemperatur von 400°C, da vollständiges Verfüllen für keinen Wert der Strahlungsintensität unter halb der optischen Abtragung erzielt werden konnte.

Die Werte des Reflexionsvermögens in Tabelle 2 wurden im Verhältnis zum Reflexionsvermögen von Silizium gemessen.

Tabelle 2

optisches Reflexionsvermögen von reflexhemmenden Beschichtungen 800 nm Aluminium/SiO₂/Si Strukturen mit CVD Wolfram (30 nm) und TiW (35 nm) als reflexions hemmende Beschichtungen

Wie in Tabelle 2 dargestellt, zeigten beide re flexionshemmenden Beschichtungen eine Verbesserung im. Prozeßfenster bei einer wesentlich niedrigeren Substrattemperatur, als zum vollständigen Verfüllen erforderlich ist, wenn keine reflexionshemmende Beschichtung benutzt wird. Die größte Verbesserung wurde für die reflexionshemmende Beschichtung aus Wolfram beobachtet, die die Tatsache reflektiert, daß die Sandwich-Struktur mit einer reflexionshemm enden Beschichtung aus Wolfram das geringste opti sche Reflexionsvermögen aufwies.

Zusätzlich wurde der Prozentsatz des Verfüllens der Kontakte aus dem Verhältnis der verfüllten und der gesamten Kontaktfläche, das aus Querschnitt/Mikro graphen bestimmt wurde, berechnet. Die reflexions hemmende Beschichtung aus TiW resultierte in einem vollständigen Verfüllen bei einer wesentlich niedrigeren Strahlungsintensität verglichen mit der reflexionshemmenden Beschichtung aus Wolfram. Die optische Abtragung trat jedoch, verglichen mit der reflexionshemmenden Beschichtung aus Wolfram, bei einer niedrigeren Strahlungsintensität auf, was zu einem schmaleren Prozeßfenster für die TiW-Legierung führt. Im Fall fehlender reflexionshemmender Beschich tung betrug die beobachtete Verfüllung bei 4,9 J/cm² jedoch weniger als 40%.

Die Oberflächenmorphologie der Schicht aus Aluminiumlegierung nach der Laser-Planarisierung besitzt wichtige Implikationen für das nachfolgende Bemustern von Verbindungsleitungen. Optische Mikro graphien von auf einer Anreihung von 0,9 µm tiefen in BPSG geätzten Kontaktlöchern wurden vor und nach der Laser-Planarisierung durchgesehen. Bei einer relativ geringeren Strahlungsintensität von 0,97 J/cm² wurde die Oberfläche verrunzelt. Dieses resultierte vermutlich aus dem Schmelzen der Aluminiumschicht unterhalb der reflexionshemmenden Beschichtung, wohingegen die TiW-Schicht in fester Form verblieb. Der Zuwachs an Plastizität der TiW-Schicht infolge des Anwachsens der Temperatur während der Laser-Exposition verhinderte anzunehmenderweise jegliche Rißbildung. Bei dieser Laser- Strahlungsintensität wurde eine sehr geringe Kontaktverfüllung beobachtet. Bei höheren Laser-Strahlungsintensitäten kann die beobachtete Abwesenheit von Runzeln auf Legieren von TiW mit Aluminium und/oder Schmelzen der TiW-Schicht während der Laser- Planarisierung zurückzuführen sein.

Vorläufige elektrische Daten der Schichten zeigten, daß der Widerstand der Aluminiumschicht nach der Laser-Planarisierung keinen signifikanten Zuwachs zeigt, wenn Wolfram oder TiW-Legierung als reflexions hemmende Schicht benutzt wird, wie man es beim Einsatz von Titan für diesen Zweck erfahren hat.

Der Gebrauch einer reflexionshemmenden Beschichtung resultiert im allgemeinen in einer Erniedrigung der zum vollständigen Verfüllen als auch für den Ein satz der optischen Abtragung benötigten Strahlungsintensitäten. Die bis heute verwendeten reflexionshemmen den Beschichtungen führten zu einer Verbesserung des Prozeßfensters von 11 bis 16%. Die Verbesse rung des Prozeßfensters folgte dicht den Kennwerten des optischen Reflexionsvermögens von verschiedenen reflexionshemmenden Beschichtungen. Reflexionshem mende Beschichtungen aus CVD-Wolfram ergaben die besten Resultate bezüglich des größten Zuwachses des Prozeßfensters. Dies folgt aus dem geringeren optischen Reflexionsvermögen und der höheren Schmelztemperatur von Wolfram.

Claims

1. Verfahren zum Verbessern der Stufenabdeckung einer Metallisie rungsschicht (13) auf einer integrierten Schaltung mit Kontaktdurch gängen in Mikrometer-/Submikrometer-Geometrie mit den folgenden Schritten:

a) Ablagern einer Metallisierungsschicht (13),
b) Ablagern einer reflexionshemmenden Schicht (14), deren Re flexionswert kleiner ist als derjenige der Metallisierungsschicht (13), auf der Metallisierungsschicht (13),
c) Laser-Planarisieren des resultierenden Laminates derart, daß die Metallisierungsschicht (13) schmilzt und ihr Metall in die Kon taktdurchgänge fließt;

dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Ablagern der reflexionshemmenden Schicht (14) durch deren Sputtern mit einer Dicke von weniger als 100 nm durch geführt wird, derart, daß die reflexionshemmende Schicht (14) die Kontaktdurchgänge in Mikrometer-/Submikrometer-Geome trie weder überlappt noch überdeckt, wodurch die Möglichkeit, daß es während der Laser-Planarisierung zu einer Vermischung der Metallisierungsschicht (13) und der reflexionshemmenden Schicht (14) kommt, minimal gemacht wird;
b) die reflexionshemmende Schicht (14) außerdem einen Schmelz punkt und einen Siedepunkt aufweist, die höher sind als der Siedepunkt der Metallisierungsschicht (13), um sicherzustellen, daß die beiden Schichten (13, 14) während der Laser-Planari sierung keine Legierung eingehen, mit einer daraus resultieren den Erhöhung des spezifischen Widerstandes der Metallisie rungsschicht (13);
c) die reflexionshemmende Schicht (14) physikalische Eigenschaf ten aufweist, welche das Planarisierungsprozeßfenster, das eine Funktion der zur vollständigen Füllung erforderlichen minima len Strahlungsintensität und der Strahlungsintensität beim Ein setzen des optischen Abtragens ist, durch Absenken der mini malen Strahlungsintensität vergrößern, die für eine vollständige Füllung der Kontaktdurchgänge erforderlich ist, ohne die Strah lungsintensität beim Einsetzen des Abtragens der Metallisie rungsschicht (13) proportional zu verringern,
d) die Absenkung der minimalen, für die vollständige Verfüllung der Kontaktdurchgänge durch die Metallisierungsschicht (13) erforderlichen Strahlungsintensität auf einer Kombination der Reflexionseigenschaften, der Wärmeleitfähigkeit und der spezi fischen Wärmekapazität der reflexionshemmenden Schicht (14) beruht,
e) das Ausbleiben einer proportionalen Verminderung der Strah lungsintensität beim Einsetzen des Abtragens der Metallisie rungsschicht auf einer Tempera turdifferenz zwischen dem Schmelzpunkt bzw. dem Siedepunkt der reflexionshemmenden Schicht (14) gegenüber dem Siede punkt der Metallisierungsschicht (13) beruht; und
f) das Schmelzen und das daraus resultierende Fließen der Metal lisierungsschicht (13) ohne ein Schmelzen der reflexionshem menden Schicht (14) auftreten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionshemmende Beschichtung (14) Wolfram ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionshemmende Beschichtung (14) eine Wolframlegierung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionshemmende Beschichtung (14) eine Legierung mit Wolfram und Titan ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungsschicht (13) eine Alu miniumlegierung umfaßt.