DE4210821A1

DE4210821A1 - Verbindungsaufbau einer halbleitereinrichtung und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE4210821A1
Application number: DE4210821A
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Takata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1992-10-08
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: JP2921773B2; JPH04307957A; US5561084A; KR960015597B1; KR920020618A; US5442238A; DE4210821C2

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Verbindungsaufbau einer Halbleitereinrichtung und ein Verfahren zur Herstellung des selben und im besonderen auf einen Verbindungsaufbau für eine integrierte Halbleiterschaltungseinrichtung, in dem die mehreren Aluminium-Verbindungsschichten durch Verbindungslöcher mitein ander verbunden sind, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

In einer Halbleitereinrichtung sind Elemente, wie etwa Transi storen, gewöhnlich auf einem Halbleitersubstrat gebildet. Auf dem Halbleitersubstrat ist eine Anzahl von Verbindungen gebildet, um diese Elemente miteinander oder mit einer externen Schaltung elek trisch zu verbinden. Als derartige Verbindungen werden polykri stalline Siliziumschichten, Refraktärmetallschichten, Refraktär metallsilizid-Schichten, Aluminiumschichten, Aluminiumlegierungs schichten o. ä. verwendet. Mit Zunahme des Integrationsgrades zur Erreichung einer hohen Betriebsgeschwindigkeit ist es in neueren integrierten Halbleiterschaltungseinrichtungen erforderlich, den Verbindungswiderstand zu senken. Daher sind mehrschichtige Alu minium-Verbindungen, die aus Aluminiumschichten oder Aluminium legierungsschichten mit kleinem spezifischen Widerstand gebildet sind, für integrierte Halbleiterschaltungseinrichtungen unver zichtbar.

Fig. 20 ist eine Ausschnittsdarstellung in der Draufsicht, die ein Beispiel für den Aufbau von Aluminium-Mehrschicht-Verbin dungen in einer herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltungs einrichtung zeigt. Fig. 21 ist eine teilweise Querschnittsdar stellung, die einen Querschnitt längs der Linie XXI-XXI in Fig. 20 zeigt.

Wie diese Darstellungen zeigen, sind in einem p-Siliziumsubstrat eine p-Wanne 2 und eine n-Wanne 3 gebildet. Ein NMOS-Transistor 8 ist in der p-Wanne 2 gebildet. Ein PMOS-Transistor 9 ist in der n- Wanne 3 gebildet. Der NMOS-Transistor 8 enthält n-Störstellen gebiete 81 und 82 als ein Paar von Source-/Drain-Gebieten und eine dazwischen gebildete Gateelektrode 7. Der PMOS-Transistor 9 ent hält p-Störstellengebiete 91 und 92 als ein Paar von Source-/- Drain-Gebieten und eine dazwischen gebildete Gateelektrode 7. Um den NMOS-Transistor 8 und den PMOS-Transistor 9 elektrisch von einander zu isolieren, ist dazwischen eine Isolationsoxidschicht 5 gebildet. Eine Inversionsverhinderungsschicht 4 aus einem p-Stör stellengebiet ist unter der Isolationsoxidschicht 5 gebildet.

Erste Aluminium-Verbindungsschichten 1A sind so gebildet, daß sie jeweils mit den n-Störstellengebieten 81, 82 und den p-Störstel lengebieten 91, 92 durch in einer Siliziumoxidschicht 10 gebildete Kontaktlöcher verbunden sind. Wie Fig. 20 zeigt, ist eine erste Aluminium-Verbindungsschicht 1A über ein Kontaktloch C2 mit den n-Störstellengebieten 81 verbunden. Eine erste Aluminium-Verbin dungsschicht 1A ist über ein Kontaktloch C5 mit dem p-Störstellen gebiet 91 verbunden. Eine erste Aluminium-Verbindungsschicht 1A ist mit dem n-Störstellengebiet 82 über ein Kontaktloch C3 und mit dem p-Störstellengebiet 92 über ein Kontaktloch C4 verbunden. Eine erste Aluminium-Verbindungsschicht 1A ist mit einer Gateelektrode 7 über ein Kontaktloch C1 verbunden. Die erste Aluminium-Verbin dungsschicht 1A enthält eine Barrieremetallschicht 11, eine Alu miniumlegierungsschicht 12 und eine obere Metallschicht 130. Ein herkömmliches Beispiel für den Aufbau der ersten Aluminium-Ver bindungsschicht 1A ist in der Japanischen Patent-Offenlegungs schrift Nr. 64-80 065 beschrieben. Entsprechend dieser Beschreibung ist die Barrieremetallschicht 11 aus MoSi_x mit einer Schichtdicke von 1 bis 200 Å gebildet. Die Aluminiumlegierungsschicht 12 ist aus einer Al-Cu-Si-Legierung mit einer Schichtdicke von etwa 4000 bis 6000 Å gebildet. Die obere Metallschicht 130 ist aus MoSi_x mit einer Schichtdicke von etwa 100 bis 1000 Å gebildet.

Eine zweite Aluminium-Verbindungsschicht 2A (15) ist mit einer ersten Aluminium-Verbindungsschicht 1A über ein Durchgangsloch T (19) verbunden. Ein Zwischenschichtisolierfilm 14 ist zwischen der ersten Aluminium-Verbindungsschicht 1A und der zweiten Aluminium- Verbindungsschicht 2A gebildet. Eine Passivierungsschicht 16 ist auf der zweiten Aluminium-Verbindungsschicht 2A gebildet.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Bildung des in Fig. 21 ge zeigten Verbindungsaufbaus beschrieben. Die Fig. 22 bis 32 sind teilweise Querschnittsdarstellungen, die den Aufbau in entspre chenden Schritten eines Herstellungsverfahrens des herkömmlichen Verbindungsaufbaus im Querschnitt zeigen.

Wie Fig. 22 zeigt, werden im p-Siliziumsubstrat 1 eine p-Wanne 2 und eine n-Wanne 3 gebildet. Um die Elementbildungsgebiete elek trisch zu isolieren, werden eine Isolationsoxidschicht 5 aus dickem Siliziumoxid und darunter eine Inversionsverhinderungs schicht 4 mit p-Störstellen gebildet. Ein NMOS-Transistor 8, der n-Störstellengebiete 81 und 82 als ein Paar von Source-/Drain- Gebieten enthält, ist im Elementbildungsgebiet der p-Wanne 2 gebildet. Ein PMOS-Transistor 9, der p-Störstellengebiete 91 und 92 als ein Paar von Source-/Drain-Gebieten enthält, ist im Elementbildungsgebiet der n-Wanne 3 gebildet. Eine Siliziumoxid schicht 10 ist so gebildet, daß sie Kontaktlöcher aufweist, durch die jeweils die Oberfläche der n-Störstellengebiete 81 und 82 und der p-Störstellengebiete 91 und 92 freigelegt wird.

Wie in Fig. 23 gezeigt, wird eine ein Refraktärmetall enthaltende Barrieremetallschicht 11, die jeweils mit den n-Störstellengebie ten 81 und 82 und den p-Störstellengebieten 91 und 92 verbunden ist, unter Verwendung eines reaktiven Sputterverfahrens gebildet. Eine Aluminiumlegierungsschicht 12 wird unter Anwendung des Sputterverfahrens auf der Barrieremetallschicht 11 gebildet. Obere Metallschichten 130, die ein Refraktärmetall enthalten, werden unter Anwendung des Sputterverfahrens auf der Aluminiumlegierungs schicht 12 gebildet.

Wie Fig. 24 zeigt, wird auf der oberen Metallschicht 130 eine Fotoresistschicht 17 gebildet. Nur vorbestimmte Gebiete 17a werden belichtet, wie durch die Pfeile gezeigt, so daß die Fotoresist schicht 17 gemustert wird.

Wie in Fig. 25 gezeigt, wird die Fotoresistschicht 17 einer Ent wicklung unterzogen, und nur die belichteten Teile 17a werden selektiv entfernt.

Wie Fig. 26 zeigt, werden durch reaktives Ionenätzen unter Nutzung der Fotoresistschicht 17 als Maske die obere Metallschicht 130, die Aluminiumlegierungsschicht 12 und die Barrieremetall schicht 11 selektiv weggeäzt.

Wie in Fig. 27 gezeigt, wird auf der gesamten Oberfläche ein Zwischenschichtisolierfilm 14 gebildet.

Wie in Fig. 28 gezeigt, wird auf dem Zwischenschichtisolierfilm 19 eine Fotoresistschicht 18 gebildet. Nur ein vorbestimmtes Gebiet 18a unterliegt einer Belichtung, wie durch die Pfeile ge zeigt, um die Fotoresistschicht 18 zu mustern.

Wie in Fig. 29 gezeigt, wird die Fotoresistschicht 18 einer Ent wicklung unterzogen, und der belichtete Abschnitt 18a wird selek tiv entfernt.

Wie in Fig. 30 gezeigt, wird durch selektives Entfernen des Zwischenschichtisolierfilms 14 unter Nutzung der Fotoresistschicht 18 als Maske ein Durchgangsloch 19 gebildet.

Wie in Fig. 31 gezeigt, wird eine zweite Aluminium-Verbindungs schicht 15 so gebildet, daß sie durch das Durchgangsloch 19 in Kontakt mit einer Oberfläche der oberen Metallschicht 130 steht.

Schließlich wird, wie Fig. 32 zeigt, eine Passivierungsschicht 16 so gebildet, daß sie eine Oberfläche der zweiten Aluminium-Verbin dungsschicht 15 bedeckt.

Beim oben beschriebenen Verbindungsaufbau wird als erste Alu minium-Verbindungsschicht 1A eine ein Refraktärmetall 11, eine Aluminiumlegierungsschicht 12 und eine obere Metallschicht 130 enthaltende Kombination verwendet. Die Barrieremetallschicht 11 wird bei einem solchen Aufbau von Aluminium-Verbindungsschichten aus den folgenden Gründen verwendet:

(1) Wenn Aluminium direkt ein Siliziumsubstrat (ein störstellen diffundiertes Gebiet) in einem Kontaktabschnitt berührt, wird lokal eine anormale Reaktion (die Bildung von Legierungsspitzen bzw. "Spikes") bewirkt. Die Reaktion durchsetzt dann das stör stellendiffundierte Gebiet und erstreckt sich nach unten in das Siliziumsubstrat. Im Ergebnis dessen kann es zu einem Verbindungs leck im störstellendiffundierten Gebiet kommen. Um dies zu verhin dern, ist im direkten Kontakt mit dem Siliziumsubstrat (dem stör stellendiffundierten Gebiet) die Barrieremetallschicht gebildet.

(2) Silizium in einer Aluminiumlegierungsschicht lagert sich infolge von festphasenepitaxialem Aufwachsen in einem Kontakt abschnitt ab, mit der Folge eines ungenügendem Kontaktes. Um dies zu verhindern, wird unterhalb der Aluminiumlegierungsschicht die Barrieremetallschicht gebildet.

Die Gründe für die Bildung der oberen Metallschicht 130, die ein Refraktärmetall enthält, auf der Aluminiumlegierungsschicht 12 sind die folgenden:

(a) Um eine erste Aluminium-Verbindungsschicht selektiv zu ent fernen oder ein eine Oberfläche der ersten Aluminium-Verbindungs schicht erreichendes Durchgangsloch zu bilden, wird auf der ersten Aluminium-Verbindungsschicht eine Fotoresistschicht gebildet. Die Fotoresistschicht wird dann einer selektiven Belichtung ausge setzt. Auf die Fotoresistschicht fallendes Licht erreicht die Oberfläche der ersten Aluminium-Verbindungsschicht. Wenn der oberste Teil der ersten Aluminium-Verbindungsschicht aus einer Aluminiumlegierungsschicht gebildet ist, wird das durch die Foto resistschicht hindurchgehende Licht an der Oberfläche der Alu miniumlegierungsschicht reflektiert. Das reflektierte Licht ver größert den belichteten Abschnitt der Fotoresistschicht. Diese Vergrößerung führt zu Fehlern in den Musterabmessungen der Foto resistschicht.

Fig. 33 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Problem zeigt, das auftritt, wenn die auf der ersten Aluminium-Verbindungs schicht gebildete Fotoresistschicht zum Zwecke des selektiven Ent fernens belichtet wird. Die erste Aluminium-Verbindungsschicht ist aus der Barrieremetallschicht 11 und der Aluminiumlegierungs schicht 12 gebildet. Die Fotoresistschicht 17 ist auf der Alu miniumlegierungsschicht 12 gebildet. Licht wird, wie durch die Pfeile angedeutet, beim Mustern der Fotoresistschicht 17 auf ein vorbestimmtes zu belichtendes Gebiet 17a gerichtet. Das einfallen de Licht wird auf der Oberfläche der Aluminiumlegierungsschicht 12 reflektiert, wie durch den Pfeil angedeutet, und auch auf ein Gebiet 17b (durch die doppelt punktierte Linie bezeichnet) außerhalb des vorbestimmten Belichtungsgebietes 17a gerichtet. Auf diese Weise vergrößert das reflektierte Licht den belichteten Teil der Fotoresistschicht 17, woraus sich Fehler in den Abmessungen des fertiggestellten Resistmusters ergeben.

Fig. 34 ist eine Querschnittsdarstellung zur Erläuterung eines Problems, das auftritt, wenn eine auf einer ersten Aluminium- Verbindungsschicht gebildete Fotoresistschicht belichtet wird, um ein eine Oberfläche der ersten Aluminium-Verbindungsschicht erreichendes Durchgangsloch zu bilden. Ein Zwischenschicht isolierfilm 14 ist auf der Aluminiumlegierungsschicht 12, die der oberste Teil der ersten Aluminium-Verbindungsschicht ist, gebildet. Um das Durchgangsloch im Zwischenschichtisolierfilm 14 zu bilden, d. h. um den Zwischenschichtisolierfilm 14 selektiv zu entfernen, wird eine Fotoresistschicht 18 gebildet. Licht wird nur auf einen vorbestimmten, zu belichtenden Abschnitt 18a der Foto resistschicht 18 gerichtet, wie durch die Pfeile gezeigt. Das einfallende Licht geht durch die Fotoresistschicht 18 hindurch und erreicht auch die Oberfläche der Aluminiumlegierungsschicht 12. Das an der Oberfläche der Aluminiumlegierungsschicht 12 reflek tierte Licht wird nicht nur auf das vorbestimmte Belichtungsgebiet 18a (das durch gepunktete Linien bezeichnet ist), sondern auch auf ein Gebiet 18b (das durch die doppelt punktierte Linie bezeichnet ist) gerichtet. Infolgedessen wird der belichtete Abschnitt der Fotoresistschicht 18 vergrößert, und Abmessungsfehler des fertig gestellten Resistmusters sind die Folge.

Die obere Metallschicht 130 wird auf der Aluminiumlegierungs schicht 12 gebildet, um diese Probleme zu lösen. Das heißt die obere Metallschicht 130 mit einem Refraktärmetall wird auf der Alu miniumlegierungsschicht 12 gebildet, um die Reflexion des Lichts an der Oberfläche der ersten Aluminium-Verbindungsschicht 12 zu verringern, wenn eine Fotoresistschicht einer Belichtung unter zogen wird. Die den Fig. 33 bzw. 34 entsprechenden Herstellungs schritte sind in den Fig. 24 und 28 gezeigt.

(b) Wenn der obere Abschnitt einer Aluminium-Verbindungsschicht aus einer Aluminiumlegierungsschicht gebildet ist, wächst in der Festphase von einer Oberfläche der Aluminiumlegierungsschicht infolge einer Wärmebehandlung o. ä. eine Protrusion (ein Hillock) aus Aluminium im nachfolgenden Schritt, in dem eine Silizium oxidschicht und ein Fotoresist auf der ersten Aluminium-Verbin dungsschicht gebildet werden.

Fig. 35 ist eine teilweise Querschnittsdarstellung, die das Problem der Bildung eines Hillocks genauer zeigt. Die Aluminium legierungsschicht 12 ist im obersten Abschnitt der ersten Alu minium-Verbindungsschicht gebildet. Der Zwischenschichtisolier film 14 aus einer Siliziumoxidschicht etc. ist auf der Aluminium legierungsschicht 12 gebildet. Die gemusterte Fotoresistschicht 18 ist so gebildet, daß im Zwischenschichtisolierfilm 14 ein Durch gangsloch gebildet wird. Durch eine Wärmebehandlung in einem Schritt der Bildung des Zwischenschichtisolierfilms 14 und der Fotoresistschicht 18 ist auf der Oberfläche der Aluminiumle gierungsschicht 12 ein Hillock 12a gebildet. Aus dem Hillock herrührend, wird im Zwischenschichtisolierfilm 14 eine Protrusion bzw. Ausbeulung 14a gebildet, so daß die auf der Ausbeulung 14a liegende Fotoresistschicht 18 dünner als die Fotoresistschicht 18 auf den anderen Gebieten ist. Im Ergebnis dessen wird, wenn ein Ätzprozeß unter Nutzung der Fotoresistschicht 18 als Maske aus geführt wird, nicht nur ein wegzuätzendes vorbestimmtes Gebiet 14b weggeätzt, sondern auch das Ausbeulungsgebiet 14c des Zwischen schichtisolierfilms 14. Dadurch wird der Hillock 12a der Alu miniumlegierungsschicht 12, die den obersten Teil der ersten Aluminium-Verbindungsschicht darstellt, freigelegt, und es taucht das Problem auf, daß der Hillock 12a mit einer zweiten, darauf gebildeten Aluminium-Verbindungsschicht kurzgeschlossen wird.

Um diese Probleme zu lösen, wird die Fotoresistschicht 18 dick gemacht, und die obere, ein Refraktärmetall enthaltende Metall schicht 130 wird auf dem obersten Teil der Aluminium-Verbindungs schicht gebildet. Der der Fig. 35 entsprechende Herstellungs schritt, wenn die obere Metallschicht 130 mit einem Refraktärme tall auf der Aluminiumlegierungsschicht 12 gebildet ist, ist in Fig. 29 gezeigt.

(c) Ein Zwischenschichtisolierfilm und eine Passivierungsschicht werden auf einer ersten Aluminium-Verbindungsschicht gebildet. Die erste Aluminium-Verbindungsschicht wird mitunter durch die Schichtspannungen dieser oberen Isolierschichten durchtrennt. Eine obere, ein Refraktärmetall enthaltende Metallschicht wird auf der Aluminiumlegierungsschicht gebildet, um deren Widerstandsfähigkeit gegenüber diesem Effekt der Spannungsmigration zu erhöhen. Die obere Metallschicht wird auf der Aluminiumlegierungsschicht auch deshalb gebildet, um zu verhindern, daß die gesamte erste Alu minium-Verbindungsschicht durchtrennt wird, wenn die deren Haupt teil bildende Aluminiumlegierungsschicht durch Elektromigration geschädigt wird. Die Elektromigration ist eine Erscheinung, bei der Metallatome sich bewegen, wenn ein Elektronenstrom hoher Dichte auf Metallatome in Verbindungen trifft und dort gestreut wird. Durch den Effekt der Elektromigration wird entlang der Korn grenzen eine als "Void" bezeichnete Schädigung der Verbindungs schicht hervorgerufen. Die Void bzw. Ausscheidung wächst graduell, und die Stromdichte wächst mit abnehmendem Querschnitt der Verbin dungsschicht, was zu einer erheblichen Erwärmung und im Extremfall einer Unterbrechung der Verbindungsschicht führt.

(d) Wenn der oberste Abschnitt der ersten Aluminium-Verbindungs schicht aus einer Aluminiumlegierungsschicht gebildet ist, ergibt sich das Problem, daß es schwierig ist, bei der Bildung eines Durchgangslochs erzeugte Rückstände, Reaktionsprodukte etc. zu entfernen.

Fig. 36 ist eine Querschnittsdarstellung, die dieses Problem zeigt, wenn ein die Oberfläche der ersten Aluminium-Verbindungs schicht freilegendes Durchgangsloch gebildet wird. Ein Durch gangsloch 19 ist im Zwischenschichtisolierfilm 14 so gebildet, daß es die Oberfläche der Aluminiumlegierungsschicht 12 als oberstem Abschnitt der ersten Aluminium-Verbindungsschicht freilegt. Bei der Bildung des Durchgangsloches 19 verbleiben Rückstände 20a aus dem Ätzschritt auf der Seitenwandung des Durchgangsloches 19. Die Rückstände 20a verbleiben auch nach Entfernung der Fotoresist schicht, die auf dem Zwischenschichtisolierfilm 14 gebildet wurde, etwa durch Veraschen, dort. Denaturierte Teilchen 20b etc. sind auf der Bodenfläche des Durchgangsloches 19, d. h. der freigelegten Oberfläche der Aluminiumlegierungsschicht 12, vorhanden. Um diese Rückstände 20a und denaturierten Teilchen 20b zu entfernen und die Grenzfläche der ersten Aluminium-Verbindungsschicht mit der zwei ten Aluminium-Verbindungsschicht im Durchgangsloch 19 zu stabili sieren, ist es erforderlich, einen Reinigungsschritt auszuführen. Es ist jedoch schwierig, den Reinigungsprozeß als einen chemischen Naßschritt unter Nutzung einer Säure- oder Alkalilösung auszu führen. Die liegt daran, daß die freigelegte Oberfläche der Alu miniumlegierungsschicht 12 im Durchgangsloch 19 durch die Säure- bzw. Alkalilösung korrodiert wird. Um einen hinreichend wirksamen chemischen Naßschritt als Reinigungsschritt zu ermöglichen, wird die obere Metallschicht 130, die ein Refraktärmetall enthält, auf der Aluminiumlegierungsschicht 12 als oberster Teil der ersten Aluminium-Verbindungsschicht gebildet.

(e) Aus den genannten Gründen (a bis d) wird auf dem obersten Abschnitt einer ersten Aluminium-Verbindungsschicht eine ein Refraktärmetall enthaltende obere Metallschicht ausgebildet. Im Gebiet eines Durchgangslochs sind die die erste Aluminium-Verbin dungsschicht bildende Aluminiumlegierungsschicht 12 und die zweite Aluminium-Verbindungsschicht 15 unter Zwischenschalten der oberen Metallschicht 130 miteinander verbunden. Im Ergebnis dessen ist der Widerstandswert im Durchgangsloch bei einem solchen Verbin dungsaufbau größer als bei einem Aufbau ohne die obere Metall schicht 130. Beispielsweise ist, wenn eine obere Metallschicht mit einem Refraktärmetall eines spezifischen Widerstandes von 100×10^-6 Ωcm mit einer Dicke von 0,1 µm gebildet ist, der Widerstandswert eines 0,8×0,8 µm Durchgangsloches um etwa 0,2 Ω erhöht und ist damit etwa 4mal so hoch wie der Wert eines Durch gangsloches, bei dem die obere Metallschicht mit einem Refraktär metall nicht zwischengeschaltet ist. Es gibt auch einige Fälle, in denen die obere, ein Refraktärmetall enthaltende Metallschicht 130 und die Aluminiumlegierungsschicht 12 bei einer Wärmebehandlung bei 400 bis 500°C, die ausgeführt wird, wenn der Zwischenschicht isolierfilm 14 gebildet wird, regieren und eine neue Legierungs schicht gebildet wird. Beispielsweise schreitet, wenn eine Ti ent haltende obere Metallschicht 130 gebildet wird, die Reaktion von Aluminium und Titan fort, und der Widerstandswert des Durchgangs loches wird signifikant erhöht.

Wie oben beschrieben, gibt es das Problem, daß der Widerstands wert einer Verbindung über ein Durchgangsloch erhöht wird, wenn eine obere, ein Refraktärmetall enthaltende Metallschicht als oberster Teil der ersten Aluminium-Verbindungsschicht verwendet wird - auch wenn die oben genannten Bedingungen (a) bis (d) erfüllt sind. Im Ergebnis dessen erhöht sich - wenn beispielsweise der oben beschriebene Verbindungsaufbau für eine mit hoher Ge schwindigkeit arbeitende Einrichtung verwendet wird - der Wider standswert einer Durchgangsloch-Verbindung, und dies birgt die Möglichkeit, daß die Arbeitsgeschwindigkeit der Einrichtung absinkt. In der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 64-80 065 ist ein Aufbau beschrieben, bei dem eine obere Metallschicht aus MoSi_x als oberster Teil einer ersten Aluminium-Verbindungs schicht gebildet ist, in der Veröffentlichung ist jedoch kein Verbindungsaufbau beschrieben, bei dem die oben unter (a) bis (d) beschriebenen Effekte erreicht würden und das Anwachsen des Widerstandswertes der Durchgangsloch-Verbindung unterdrückt werden könnte.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung mit niedrigem Widerstand einer Durchgangs loch-Verbindung anzugeben, bei dem insbesondere auch weniger Rückstände im Gebiet des Durchgangsloches auftreten und die Grenz fläche zwischen verschiedenen Verbindungsschichten dort stabili siert ist. Weiter ist es wünschenswert, daß die anzugebende Ein richtung einen vergleichsweise geringen Reflexionsindex der ersten Aluminium-Verbindungsschicht in Gebieten außerhalb der Durchgangs löcher aufweist, die Bildung von Hillocks unterdrückt ist und das Vorkommen von Brüchen in der Verbindungsstruktur vermieden wird. Weiter soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbin dungsaufbaus angegeben werden.

Bei einem Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach einem Aspekt der Erfindung sind eine erste Verbindungsschicht, eine Isolierschicht und eine zweite Verbindungsschicht vorhanden. Die erste Verbindungsschicht enthält eine obere und eine untere leitende Schicht, wobei die eine auf der anderen liegt. Die Iso lierschicht weist ein Durchgangsloch auf, das eine Oberfläche der leitenden Schicht erreicht, und ist auf der ersten Verbindungs schicht gebildet. Die zweite Verbindungsschicht ist durch einen Kontakt mit der oberen leitenden Schicht im Durchgangsloch elek trisch mit der ersten Verbindungsschicht verbunden. Die obere leitende Schicht enthält einen Kontaktabschnitt, in dem sie mit der zweiten Verbindungsschicht in Kontakt steht, und einen Abschnitt, der keinen Kontakt mit der zweiten Verbindungsschicht hat. Der Kontaktabschnitt hat eine bestimmte Dicke, die geringer ist als diejenige des Abschnitts, der keinen Kontakt hat.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsaufbaus für eine Halbleitereinrichtung nach einem weiteren Aspekt der Er findung wird zuerst eine erste Verbindungsschicht, die eine obere und eine untere leitende Schicht - eine auf der Oberseite der anderen - enthält, gebildet. Eine Isolierschicht wird auf der ersten Verbindungsschicht gebildet. Durch selektives Entfernen der Isolierschicht wird ein mindestens eine Oberfläche der oberen leitenden Schicht freilegendes Durchgangsloch gebildet. Die obere leitende Schicht wird selektiv entfernt, um zu erreichen, daß die Dicke der oberen leitenden Schicht in einem Abschnitt, in dem die Oberfläche der Schicht durch das Durchgangsloch freigelegt wird, verringert ist. Die zweite Verbindungsschicht wird auf der Iso lierschicht derart gebildet, daß sie im Durchgangsloch im Kontakt mit der Oberfläche der oberen leitenden Schicht ist.

Entsprechend der Erfindung ist die Dicke einer oberen leitenden Schicht, die eine erste Verbindungsschicht bildet, in einem Kon taktabschnitt (dem Gebiet, in dem ein Durchgangsloch gebildet ist), der eine Verbindung mit einer zweiten Verbindungsschicht herstellt, geringer als in einem Abschnitt, wo kein Kontakt besteht. Dadurch kann das Anwachsen des Widerstandswertes einer Durchgangsloch-Verbindung unterdrückt werden. Wenn eine ein Refraktärmetall enthaltende Schicht als obere leitende Schicht wenigstens in dem Oberflächenabschnitt existiert, der durch ein Durchgangsloch freigelegt ist, ist es möglich, diesen Oberflächen abschnitt von Rückständen und in einem Ätzschritt bei der Bildung des Durchgangsloches gebildeten denaturierten Partikeln mittels eines chemischen Naßschrittes unter Nutzung einer Säure- oder Alkalilösung zu befreien. Mit anderen Worten kann, um ein Anstei gen des Widerstandes im Durchgangsloch zu unterdrücken, die obere leitende Schicht, deren Oberfläche im Durchgangsloch freigelegt ist, so dünn wie möglich gemacht werden.

In Gebieten außerhalb derer, wo das Durchgangsloch gebildet ist, wird eine ein Refraktärmetall enthaltende und als obere leitende Schicht dienende Schicht, die dort keinen Kontakt mit einer zweiten Verbindungsschicht hat, mit einer größeren Dicke als im Kontaktabschnitt ausgebildet. Da dieser kontaktfreie Abschnitt der ein Refraktärmetall enthaltenden Schicht den Reflexionsindex des obersten Teils der ersten Verbindungsschicht verringert, kann dadurch der Spielraum zur Vermeidung von Fehlern des auf der ersten Verbindungsschicht gebildeten Resistmusters vergrößert werden. Die ein Refraktärmetall enthaltende Schicht verhindert in dem kontaktfreien bzw. keinen Kontakt bildenden Abschnitt die Bildung von Hillocks auf der Oberfläche der unteren leitenden Schicht während einer Wärmebehandlung. Die ein Refraktärmetall enthaltende Schicht im kontaktfreien Abschnitt verhindert auch, daß die untere leitende Schicht durch Schichtspannungen in einer darauf gebildeten Isolierschicht geschädigt wird.

Wie oben beschrieben, erfüllt die ein Refraktärmetall enthaltende und die erste Aluminium-Verbindungsschicht bildende Schicht ihre ursprüngliche Aufgabe und unterdrückt das Anwachsen des Widerstan des eines Durchgangsloches in dem Abschnitt, in dem sie mit der zweiten Aluminium-Verbindungsschicht in Kontakt steht. Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine teilweise Querschnittsdarstellung, die eine Ausführungsform eines Verbindungsaufbaus entsprechend der Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine teilweise Querschnittsdarstellung, die einen vergrößerten Durchgangslochabschnitt nach Fig. 1 zeigt,

Fig. 3 bis 15 teilweise Querschnittsdarstellungen, die den Aufbau in Schritten des Herstellungsverfah rens des Verbindungsaufbaus in deren Reihen folge zeigen,

Fig. 16 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dicke und dem Index der Total reflexion von TiN als obere Metallschicht zeigt,

Fig. 17 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dicke und dem Index der Total reflexion von Wolfram als obere Metallschicht zeigt,

Fig. 18 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dicke und dem Index der Total reflexion von Wolframsilizid als obere Metall schicht zeigt,

Fig. 19 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dicke t2 eines Kontakt abschnitts einer oberen Metallschicht und dem Widerstandswert eines Durchgangslochs in einem Verbindungsaufbau zeigt,

Fig. 20 eine teilweise Draufsicht, die einen herkömm lichen Verbindungsaufbau zeigt,

Fig. 21 eine teilweise Querschnittsdarstellung, die einen Querschnitt längs der Linie XXI-XXI zeigt,

Fig. 22 bis 32 teilweise Querschnittsdarstellungen, die den herkömmlichen Verbindungsaufbau in einzelnen Schritten des Herstellungsverfahrens in deren Reihenfolge zeigen,

Fig. 33 eine teilweise Querschnittsdarstellung zur Er läuterung der auftretenden Probleme, wenn eine Fotoresistschicht einer Belichtung ausgesetzt wird, um eine erste Aluminium-Verbindungs schicht selektiv zu entfernen, wenn der oberste Abschnitt der ersten Aluminium-Verbindungs schicht eine Aluminiumlegierungsschicht ist,

Fig. 34 eine teilweise Querschnittsdarstellung zur Er läuterung des Problems, das auftritt, wenn die Fotoresistschicht einer Belichtung zur Bildung eines Durchgangsloches ausgesetzt wird, wenn der oberste Abschnitt der ersten Aluminium- Verbindungsschicht eine Aluminiumlegierungs schicht ist,

Fig. 35 eine teilweise Querschnittsdarstellung zur Er läuterung des Problems, das auftritt, wenn ein Hillock in einer Aluminiumlegierungsschicht ge bildet wird, wenn der oberste Abschnitt der ersten Aluminium-Verbindungsschicht eine Alu miniumlegierungsschicht ist,

Fig. 36 eine teilweise Querschnittsdarstellung zur Er läuterung des Problems, das auftritt, wenn das Durchgangsloch einem Reinigungsprozeß unter worfen wird, wenn der oberste Abschnitt der ersten Aluminium-Verbindungsschicht eine Alu miniumlegierungsschicht ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine Ausfüh rungsform der Erfindung beschrieben.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, werden in einem p-Siliziumsubstrat eine p-Wanne 2 und eine n-Wanne 3 gebildet. Um die Elementbil dungsgebiete der p-Wanne 2 und der n-Wanne 3 elektrisch voneinan der zu trennen, werden eine Isolationsoxidschicht 5 aus einer dicken Siliziumoxidschicht und darunter eine Inversionsverhin derungsschicht 4 aus einem p-Störstellengebiet gebildet. Ein NMOS-Transistor 8 wird im Elementbildungsgebiet der p-Wanne 2 gebildet. Der NMOS-Transistor 8 enthält n-Störstellengebiete 81 und 82 als ein Paar von Source-/Drain-Gebieten und eine da zwischen gebildete Gateelektrode 7. Die Gateelektrode 7 enthält einen unteren Abschnitt aus einer Polysiliziumschicht 71 und einem oberen Abschnitt aus einer Wolframsilizidschicht 72. Die Gate elektrode 7 ist auf einer Gateoxidschicht 6 gebildet. die n-Stör stellengebiete 81 und 82 haben LDD-Aufbau. Ein PMOS-Transistor 9 ist im Elementbildungsgebiet der n-Wanne 3 gebildet. Wie der NMOS-Transistor 8 enthält der PMOS-Transistor 9 p-Störstellen gebiete 91 und 92 als ein Paar von Source-/Drain-Gebieten und eine dazwischen gebildete Gateelektrode 7.

Eine erste Aluminium-Verbindungsschicht 1A ist auf einer Silizium oxidschicht 10 gebildet und jeweils mit den n-Störstellengebieten 81 und 82 und den p-Störstellengebieten 91 und 92 verbunden. Die erste Aluminium-Verbindungsschicht 1A weist eine Barrieremetall schicht 11 und eine Aluminiumlegierungsschicht 12 sowie eine obere Metallschicht 13 auf. Die Barrieremetallschicht 11 ist als eine TiN-Schicht o. ä. gebildet. Die Aluminiumlegierungsschicht 12 ist eine Schicht aus einer Aluminiumlegierung, etwa einer Al-Si-Legie rung, einer Al-Si-Cu-Legierung oder Al-Cu-Legierung. Die obere Metallschicht 13 ist aus einer Titan-Wolfram (Ti-W)-Legierung, Molybdänsilizid (MoSi), Wolframsilizid (WSi), Wolfram (W), Titan nitrid (TiN) etc. gebildet.

Ein Zwischenschichtisolierfilm 14 ist so gebildet, daß er die erste Aluminium-Verbindungsschicht 1A bedeckt. Der Zwischen schichtisolierfilm 14 ist mit einem Durchgangsloch 19 versehen, durch das mindestens eine Oberfläche der oberen Metallschicht 13 freigelegt wird. In Kontakt mit der Oberfläche der oberen Metall schicht 13 über das Durchgangsloch 19 ist eine zweite Aluminium- Verbindungsschicht 15, die elektrisch mit der ersten Aluminium- Verbindungsschicht 1A verbunden ist, gebildet. Eine Passivierungs schicht 16 ist so gebildet, daß sie die zweite Aluminium-Verbin dungsschicht 15 bedeckt.

Bei einem Verbindungsaufbau, wie er oben beschrieben ist, weist die obere Metallschicht 13, die den obersten Schichtabschnitt der ersten Aluminium-Verbindungsschicht 1A bildet, zwei Dicken t1 und t2 auf. Wie in Fig. 2 gezeigt, hat ein Abschnitt der oberen Metallschicht 13, der nicht die zweite Aluminium-Verbindungs schicht 15 berührt bzw. mit dieser in Kontakt steht (im folgenden als kontaktfreier Abschnitt 131 bezeichnet) und der mit dem Zwischenschichtisolierfilm 14 bedeckt ist, die Dicke t1. Der Kontaktabschnitt 132 der oberen Metallschicht 13, der im Durch gangsloch 19 in Kontakt mit der zweiten Aluminium-Verbindungs schicht 15 steht, hat die Dicke t2. Die Dicke t2 des Kontaktab schnittes 132 ist geringer als die Dicke t1 des kontaktfreien Abschnitts 131. Die Dicke t1 ist vorzugsweise 500 Å oder mehr und die Dicke t2 kleiner als 500 Å. Damit ist es, indem die Dicke des Kontaktabschnitts 132 der oberen, die zweite Aluminium-Verbin dungsschicht 15 im Kontaktloch 19 berührenden Metallschicht geringer als die Dicke des kontaktfreien Abschnitts 131 gemacht wird, möglich, ein Anwachsen des Widerstandswertes im Durchgangs loch zu unterbinden. Wenn die Dicke t1 des kontaktfreien Abschnitts 131 zu 500 Å oder mehr eingestellt wird, kann der Reflexionsindex der Oberfläche auf einem niedrigen Wert stabili siert werden, wie unten beschrieben. Der kontaktfreie Abschnitt 131 der oberen Metallschicht verringert den Reflexionsindex der Oberfläche des obersten Abschnitts der ersten Aluminium-Verbin dungsschicht, verhindert die Bildung eines Hillocks in der Aluminiumlegierungsschicht 12 infolge einer Wärmebehandlung in einem nachfolgenden Schritt und wirkt einer Schädigung der Alu niumlegierungsschicht 12 durch Schichtspannungen o. ä. des Zwischenschichtisolierfilms 14 entgegen. Indem die Dicke des Kontaktabschnitts 132 kleiner eingestellt wird, ist es möglich, sowohl das Anwachsen des Widerstands im Durchgangsloch zu unter drücken als auch die Funktionen der oberen Metallschicht aufrecht zuerhalten.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Bildung eines Verbindungsaufbaus entsprechend der Erfindung beschrieben.

Wie Fig. 3 zeigt, werden in einem p-Siliziumsubstrat 1 eine p-Wanne 2 und eine n-Wanne 3 gebildet. Um die Elementbildungsge biete der p-Wanne 2 und der n-Wanne 3 elektrisch voneinander zu trennen, werden eine Isolationsoxidschicht 5 - eine dicke Sili ziumoxidschicht - und darunter eine Inversionsverhinderungs schicht 4 - ein p-Störstellengebiet - gebildet. Ein NMOS-Tran sistor 8 wird im Elementbildungsgebiet der p-Wanne 2 gebildet, und ein PMOS-Transistor 9 wird im Elementbildungsgebiet der n-Wanne gebildet. Eine Siliziumoxidschicht 10 ist mit Kontaktlöchern versehen, durch die jeweils die Oberfläche der n-Störstellenge biete 81 und 82 als Source-/Drain-Gebiete des NMOS-Transistors 8 und der Source-/Drain-Gebiete 91 und 92 des PMOS-Transistors 9 freigelegt werden.

Wie Fig. 4 zeigt, wird eine Barrieremetallschicht 11 mit einer Dicke von etwa 1000 Å unter Anwendung eines reaktiven Sputter verfahrens gebildet, um die jeweiligen Oberflächen der n-Stör stellengebiete 81, 82 und p-Störstellengebiete 91, 92 im Kontakt loch zu kontaktieren. Auf die Barrieremetallschicht 11 wird eine Aluminiumlegierungsschicht 12 mit einer Dicke von etwa 2000 bis 10 000 Å unter Anwendung eines Sputterverfahrens gebildet. Weiter hin wird auf der Aluminiumlegierungsschicht 12 durch ein Sputter verfahren die obere Metallschicht 131, die ein Refraktärmetall enthält, mit einer Dicke von etwa 500 Å oder mehr gebildet.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird auf der gesamten Oberfläche eine Fotoresistschicht ausgebildet. Licht wird nur auf ein vorbe stimmtes Belichtungsgebiet 17a des Fotoresists 17 gerichtet, wie durch die Pfeile gezeigt. Da zu diesem Zeitpunkt die obere Metall schicht 131 auf der Aluminiumlegierungsschicht 12 gebildet ist, ist die Reflexion des auf die Fotoresistschicht 17 gerichteten Lichts an der Oberfläche der oberen Metallschicht 131 verringert. Damit ist auch das Maß der Vergrößerung des belichteten Gebiets der Fotoresistschichts 17 infolge der Reflexion des Lichts ver ringert.

Wie Fig. 6 zeigt, wird der Resist dadurch, daß die Fotoresist schicht 17 einem Entwicklungsprozeß unterzogen wird, gemustert.

Wie in Fig. 7 gezeigt, werden die obere Metallschicht 131, die Aluminiumlegierungsschicht 12 und die Barrieremetallschicht durch magnetisch verstärktes reaktives Ionenätzen (RIE) unter Nutzung eines gemusterten Fotoresists als Maske selektiv entfernt. Das Ätzen der oberen Metallschicht 131, der Aluminiumlegierungs schicht 12 und der Barrieremetallschicht 11 werden in derselben Apparatur zum magnetisch verstärkten reaktiven Ionenätzen aus geführt. Die im Ätzschritt verwendeten Gase sind SiCl₄, Cl₂, CF₄, SF₆ etc. Das Siliziumsubstrat 1 wird während des Ätzens auf etwa 140°C aufgeheizt.

Wie Fig. 8 zeigt, wird auf der gesamten Oberfläche ein Zwischen schichtisolierfilm 14 gebildet. Der Zwischenschichtisolierfilm 14 wird beispielsweise im unteren Teil als eine Siliziumoxidschicht, in einem mittleren Teil als eine SOG-Schicht und im oberen Teil als eine Siliziumoxidschicht gebildet. Die den oberen und den unteren Schichtteil bildenden Sililziumoxidschichten werden unter Verwendung von SiH₄-Gas oder N₂O-Gas als Material- bzw. Einsatz gas bei einer Temperatur von etwa 300°C mittels eines Plasma-CVD- Verfahrens gebildet. Die obere Siliziumoxidschicht wird mit einer Dicke von etwa 6000 Å und die untere Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von etwa 2000 Å gebildet. Die den mittleren Schichtteil bil dende SOG-Schicht wird durch Rotaionsaufschleudern ("Spin- Coating") einer Lösung von SOG mit einer Siliziumkonzentration von 1 bis 5% gebildet. Die SOG-Schicht wird unter Anwendung eines Backschrittes auf einer sogenannten "Hot Plate" bei einer Temperatur von 150 bis 450°C und anschließendes Glühen für 15 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von etwa 400°C gebildet.

Wie Fig. 9 zeigt, wird auf der gesamten Oberfläche ein Fotoresist 18 ausgebildet. Indem Licht auf ein vorbestimmtes Gebiet 18a gerichtet wird, wird die Fotoresistschicht 18 einer Belichtung unterzogen. Da die obere Metallschicht 131 zu dieser Zeit auf der Aluminiumlegierungsschicht 12 gebildet ist, ist der Reflexions grad, mit dem das den Zwischenschichtisolierfilm 14 durchdringende Licht auf der Oberfläche der oberen Metallschicht 131 reflektiert wird, verringert. Infolgedessen ist auch das Maß, in dem das belichtete Gebiet der Fotoresistschicht 18 durch die Wirkung der Reflexion vergrößert wird, verringert.

Wie Fig. 10 zeigt, wird die Fotoresistschicht 18 durch einen Entwicklungsprozeß gemustert bzw. strukturiert.

Wie in Fig. 11 gezeigt, wird der Zwischenschichtisolierfilm 14 mittels einer verdünnten Lösung aus Fluorwasserstoff unter Anwen dung der gemusterten Fotoresistschicht 18 als Maske naß geätzt und bis auf eine Tiefe von etwa 4000 Å entfernt. Auf diese Weise wird ein sich verjüngender Teil 191 eines Durchgangslochs gebildet. Dann wird der Zwischenschichtisolierfilm 14 mittels eines aniso tropen Ätzverfahrens - etwa reaktiven Ionenätzens - geätzt und damit der vertikal sich erstreckende Abschnitt 192 des Durchgangs lochs gebildet, der die Oberfläche der oberen Metallschicht 131 freilegt. Als während des anisotropen Ätzens verwendetes Gas können verschiedene Kombinationen von Gasen wie CHF₃ (oder CF₄) und O₂ (oder CO₂, Ar, He) verwendet werden.

Wie Fig. 12 zeigt, wird nur ein Abschnitt 132, der die Oberfläche der oberen Metallschicht freilegt, unter Anwendung der Fotoresist schicht 18 als Maske selektiv entfernt, um seine Dicke zu ver ringern. Die hierzu verwendete Ätzapparatur kann dieselbe wie die im oben beschriebenen anisotropen Ätzschritt verwendete Apparatur sein. Das während des anisotropen Ätzschrittes verwendete Gas kann dasselbe wie das während des Ätzens des Zwischenschichtisolier films 14 verwendete sein. Jedoch kann in diesem Falle, da die ein Refraktärmetall enthaltende obere Metallschicht 131 mit einer Ätz geschwindigkeit von einigen 10 Å/min als Ätzgas mindestens eines aus der Gruppe SF₆, SiCl₄, Cl₂ und CF₄ verwendet werden, um die Ätzgeschwindigkeit zu steigern. Der Ätzschritt der oberen Metall schicht wird mit einer Ätzzeit ausgeführt, die so gesteuert wird, daß die Dicke des Kontaktabschnitts 132 auf weniger als 500 Å ein gestellt wird.

Wie Fig. 13 zeigt, wird die Fotoresistschicht 18 durch Veraschen unter Anwendung eines Sauerstoffplasmas entfernt. Auf diese Weise wird ein Durchgangsloch 19 gebildet, das mindestens die Ober fläche des Kontaktabschnitts 132 freilegt. Zu dieser Zeit ist der Kontaktabschnitt 132 aus der oberen Metallschicht auf der Alumi niumlegierungsschicht 12 gebildet, so daß auch dann, wenn die Oberfläche des Kontaktabschnitts 132 und der Seitenwandabschnitt des Durchgangsloches 19 durch einen chemischen Naßschritt unter Verwendung einer Säure oder Base gereinigt werden, um auf diesen Oberflächen vorhandene Rückstände und denaturierte Partikel zu entfernen, das Problem einer Korrosion der Aluminiumlegierungs schicht 12 nicht auftritt.

Wie Fig. 14 zeigt, wird die zweite Aluminium-Verbindungsschicht 15 aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von etwa 7000 bis 15 000 Å so gebildet, daß sie im Durchgangsloch 19 den Kontakt abschnitt 132 kontaktiert, wobei ein Sputterverfahren angewendet wird. Das Mustern bzw. Strukturieren der zweiten Aluminium- Verbindungsschicht 15 wird unter Anwendung eines fotolithogra fischen und eines Ätzschrittes beispielsweise bei einer Tempera tur von etwa 140°C unter Anwendung eines Mischgases aus SiCl₄, Cl₂ und CF₄ ausgeführt.

Schließlich wird, wie in Fig. 15 gezeigt, eine Passivierungs schicht 16 aus einer Siliziumnitridschicht mit einer Dicke von etwa 7000 bis 10 000 Å unter Verwendung eines Plasma-CVD-Ver fahrens so gebildet, daß sie die zweite Aluminium-Verbindungs schicht 15 bedeckt. Die Bildung der Schicht wird bei einer Erwärmungstemperatur von etwa 300°C unter Anwendung eines Misch gases aus SiH₄ und NH₃ ausgeführt.

Im folgenden wird die Beziehung zwischen dem Reflexionsindex des im Strukturierungsschritt auf die Resistschicht gerichteten Lichts und der Dicke der oberen Metallschicht beschrieben.

Fig. 16 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dicke (Å) von Titannitrid (TiN) und dem Index der Gesamt-Reflexion (%) zeigt, wenn vorausgesetzt wird, daß der Reflexionsindex der Oberfläche einer Aluminiumschicht 100% sei. Wie in der Figur gezeigt, ist auf einem Siliziumsubstrat 1 eine Wolframschicht mit einer Dicke von 1000 Å gebildet. Der Gesamt- Reflexionsindex des Lichts wird auf der Oberfläche einer TiN-Schicht gemessen, die auf der Wolframschicht ausgebildet ist. Für die Bestrahlung wird Licht der I-Linie (365 nm) und der g-Linie (436 nm) verwendet. Wie aus der Figur klar zu ersehen ist, kann, wenn die die obere Metallschicht bildende Schicht eine TiN-Schicht ist, eine Schicht mit einem niedrigen Reflexionsindex erhalten werden, vorausgesetzt, daß die Dicke mindestens 500 Å beträgt. Der Bereich der Dicke enthält jedoch einen Bereich, in dem der Reflexionsindex sich bei kleinen Dickenänderungen drastisch ändert, so daß es wichtig ist, die Dicke exakt zu steuern, um einen stabilen Reflexionsindex zu erhalten. Daher ist es, wenn eine TiN-Schicht als obere Metallschicht verwendet wird, in der Praxis günstig, eine Schichtdicke von etwa 1000 Å oder mehr vorzusehen.

Fig. 17 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Index der Gesamt-Reflexion (%) und der Dicke (Å) von Wolfram (W) zeigt. Wie aus der Abbildung klar zu ersehen ist, kann, wenn eine Wolframschicht als Schicht zur Bildung der oberen Metallschicht verwendet wird, eine Schicht mit einem gegenüber kleinen Dickenschwankungen stabilen Reflexionsindex bei einer Dicke von 500 Å oder mehr erhalten werden. Eine Wolframschicht mit einer Dicke von weniger als 500 Å ist praktisch kaum verwendbar, da der Reflexionsindex der Wolframschicht in diesem Bereich sich drastisch mit der Dicke ändert.

Fig. 18 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Index der Gesamt-Reflexion (%) und der Dicke (Å) bei Wolframsilizid (WSi) zeigt. Wie aus der Abbildung klar zu ersehen, kann eine einen gegenüber Dickenschwankungen stabilen Reflexions index aufweisende Wolframsilizidschicht bei einer Dicke von 500 Å oder mehr erreicht werden.

Die gleiche Beziehung, wie sie in den Fig. 17 und 18 gezeigt ist, kann auch bei einer Titan-Wolfram(Ti-W)-Schicht, einer Molybdän(Mo)-Schicht, einer Titan(Ti)-Schicht etc. erreicht werden.

Wie oben dargelegt, ist es im Hinblick auf den Reflexionsindex wünschenswert, daß die Dicke t1 des kontaktfreien Abschnitts 131 der in Fig. 2 gezeigten oberen Metallschicht 500 Å oder mehr ist. Wenn der kontaktfreie Abschnitt 131 eine Dicke von 500 Å oder mehr hat, kann die Bildung eines Hillocks in der unteren Aluminium legierungsschicht 12 verhindert werden. Weiter verhindert, wenn der kontaktfreie Abschnitt 131 eine Dicke von 500 Å oder mehr hat, der kontaktfreie Abschnitt 131 der oberen Metallschicht ein Durch trennen der ersten Aluminium-Verbindungsschicht als Ganzes auch dann, wenn die untere Aluminiumlegierungsschicht 12 durch Spannungsmigration oder Elektromigration geschädigt wird.

Die obere Grenze für die Dicke t1 des kontaktfreien Abschnitts 131 ist nicht exakt definiert. Jedoch wächst, wenn die Dicke t1 an wächst, die Dicke der gesamten ersten Aluminium-Verbindungsschicht an, und es wird dann schwierig, die Oberfläche koplanar mit dem darauf gebildeten Zwischenschichtisolierfilm 14 zu machen. Daher ist es wünschenswert, daß die Dicke t1 des kontaktfreien Abschnitts 131 geringer als einige 1000 Å ist.

Fig. 19 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Widerstandswert eines Durchgangsloches (kΩ) und der Dicke t2 (Å) des Kontaktabschnitts der oberen Metallschicht zeigt. Der Widerstandswert eines Durchgangslochs wird mit 10⁶ Durch gangslöchern gemessen, von denen jedes 0,8×0,8 µm groß ist, und die in einer Kette bzw. Reihe miteinander verbunden sind. Wie aus der Abbildung klar zu ersehen ist, ändert sich, wenn der spezifi sche Widerstand groß ist, der Widerstandswert eines Durchgangs loches stark bei einer kleinen Änderung der Dicke t2, wenn beispielsweise eine Wolframsilizid(WSi)-Schicht verwendet wird. Wenn der spezifische Widerstand klein ist - wie etwa 12 µΩcm bei einer Wolfram(W)-Schicht (zum Vergleich: der Wert des spezifi schen Widerstandes einer Aluminiumschicht ist 3 µΩcm), steigt der Widerstandswert des Durchgangsloches stärker an als erwartet, da das Refraktärmetall und das Aluminium oder Silizium während einer Wärmebehandlung reagieren und eine Legierungsschicht mit einem hohen spezifischen Widerstand bilden.

Wie aus den obigen Darlegungen zu verstehen ist, sollte das Ansteigen des Widerstandswertes eines Durchgangsloches, da es die Bauelementcharakteristiken verschlechtert, so gering wie möglich sein. Wenn jedoch die Dicke des Kontaktabschnittes t2=0 ist, ist es extrem schwierig, auf den Seitenwänden des Durchgangsloches oder einer Grenzfläche infolgedessen, daß die Oberfläche der Alu miniumlegierungsschicht im Ätzschritt zur Bildung des Durchgangs loches freigelegt wird, existierenden Rückstände oder denatu rierten Partikel zu entfernen. Wenn die Rückstände innerhalb des Durchgangslochs verbleiben, können sie eine geringe Ausbeute infolge schlechter Kontakteigenschaften der Durchgangslöcher zur Folge haben. Es ist daher wünschenswert, daß die Dicke des Kon taktabschnitts t2<0, aber nahe bei 0 ist, so daß ein Anstieg des Widerstandswertes im Durchgangsloch so weit als möglich unter drückt wird. Zieht man in Betracht, daß die Dicke t1 des kontakt freien Abschnitts vorzugsweise 500 Å oder mehr ist, ist es wünschenswert, daß die Dicke t2 des Kontaktabschnitts kleiner als 500 Å und so klein wie möglich ist.

Wie oben beschrieben, kann bei Anwendung der vorliegenden Erfindung der Reflexionsindex im obersten Abschnitt einer ersten Aluminium-Verbindungsschicht verringert werden, die Bildung von Hillocks auf der Oberfläche einer die erste Aluminium-Verbindungs schicht bildenden Aluminiumlegierungsschicht vermieden werden und die Zuverlässigkeit bei der Verhinderung von Unterbrechungen der ersten Aluminium-Verbindungsschicht erhöht werden. Es ist zudem möglich, die Grenzfläche im Kontaktabschnitt der ersten Aluminium- Verbindungsschicht und der zweiten Aluminiumverbindungsschicht ohne Probleme zu reinigen sowie - neben der Erzielung der oben genann ten Vorteile - ein Ansteigen des Widerstandswertes im Durch gangsloch zu unterdrücken.

Claims

1. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung mit
einer ersten Aluminium-Verbindungsschicht (1A), die eine Aluminium enthaltende Schicht (12) und eine ein Refraktärmetall enthaltende Schicht (13), die auf der Aluminium enthaltenden Schicht (12) ge bildet ist, aufweist,
einer Isolierschicht (14) auf der ersten Aluminium-Verbindungs schicht, die ein die Oberfläche der das Refraktärmetall enthalten den Schicht erreichendes Durchgangsloch (19) aufweist, und
einer zweiten Aluminium-Verbindungsschicht (15; 2A), die die Ober fläche der das Refraktärmetall enthaltenden Schicht (13) im Durch gangsloch (19) kontaktiert, wobei die das Refraktärmetall enthaltende Schicht einen Kontaktabschnitt (132), in dem sie in Kontakt mit der zweiten Aluminium-Verbin dungsschicht (15; 2A) steht, und einen kontaktfreien Abschnitt (131), in dem sie keinen Kontakt mit der zweiten Aluminium-Ver bindungsschicht hat, aufweist und der Kontaktabschnitt (132) eine begrenzte Dicke (t2), die geringer ist als diejenige (t1) des kontaktfreien Abschnitts, aufweist.

2. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (t1) des kontaktfreien Abschnitts (131) 500 Å oder mehr und die Dicke (t2) des Kontakt abschnitts (132) kleiner als 500 Å ist.

3. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Refraktärmetall ent haltende Schicht (13) aus einer Titannitridschicht gebildet ist und eine Dicke (t1) des kontaktfreien Abschnitts (131) von 1000 Å oder mehr aufweist.

4. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Refraktärmetall ent haltende Schicht (13) aus einer Wolfram enthaltenden Schicht ge bildet ist und eine Dicke (t1) des kontaktfreien Abschnitts (131) von 500 Å oder mehr aufweist.

5. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Refraktärmetall enthaltende Schicht (13) eine Wolframschicht ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsaufbaus für eine Halbleitereinrichtung mit den Schritten:
Bilden einer ersten Verbindungsschicht (1A), die eine obere und eine untere leitende Schicht aufweist, von denen eine auf der anderen liegt,
Bilden einer Isolierschicht (14) auf der ersten Verbindungs schicht,
Bilden eines Durchgangsloches (19), das mindestens eine Oberfläche der oberen leitenden Schicht freilegt, durch selektives teilweises Entfernen der Isolierschicht,
selektives Entfernen der oberen leitenden Schicht (131) derart, daß die Dicke eines Abschnittes (132) der oberen leitenden Schicht, dessen Oberfläche im Durchgangsloch freigelegt ist, verringert wird,
Bilden einer zweiten Verbindungsschicht (15) auf der Isolier schicht derart, daß diese in Kontakt mit der Oberfläche der oberen leitenden Schicht (132) im Kontaktloch steht.

7. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsaufbaus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des selek tiven teilweisen Entfernens der oberen leitenden Schicht (131) einen Schritt des Entfernens durch anisotropes Ätzen aufweist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsaufbaus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt des selektiven teilweisen Entfernens der oberen leitenden Schicht (131) die Zeit dauer des anisotropen Ätzens gesteuert wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsaufbaus nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des selektiven teilweisen Entfernens der oberen leitenden Schicht (131) unter Verwendung mindestens eines Gases aus der aus SF₆, SiCl₄, Cl₂ und CF₄ bestehenden Gruppe als Ätzgas ausgeführt wird.

10. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung mit
einer ersten Verbindungsschicht (1A), die eine obere und eine untere leitende Schicht, eine auf der anderen, aufweist,
einer Isolierschicht (14), die ein die Oberfläche der oberen leitenden Schicht (13) erreichendes Durchgangsloch (19) aufweist, auf der ersten Verbindungsschicht (1A) und
einer zweiten Verbindungsschicht (15; A), die elektrisch mit der ersten Verbindungsschicht durch einen Kontakt mit der oberen leitenden Schicht im Durchgangsloch (19) verbunden ist, wobei die obere leitende Schicht (13) einen Abschnitt (132) aufweist, in dem sie in Kontakt mit der zweiten Verbindungsschicht steht und der eine begrenzte Dicke aufweist, die geringer als die Dicke eines Abschnittes (131) der oberen leitenden Schicht ist, in dem diese keinen Kontakt mit der zweiten Verbindungsschicht hat.

11. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die obere leitende Schicht einen höheren Widerstand als die untere leitende Schicht (12) aufweist.

12. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die untere leitende Schicht Aluminium enthält.

13. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die obere leitende Schicht ein Material aufweist, das die Bildung von Hillocks auf der Oberseite der unteren leitenden Schicht ver hindert.

14. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die obere leitende Schicht (13) ein Refraktärmetall enthält.

15. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die obere leitende Schicht (13) ein geringeres Reflexionsvermögen als die untere leitende Schicht (12) hat.

16. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die obere leitende Schicht (13) eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsmigration und Elektromigration als die untere leitende Schicht (12) aufweist.

17. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die obere leitende Schicht (13) ein Material enthält, das als Ätzstopper bei der Bildung des Durchgangsloches (19) dient.

18. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsschicht weiter eine unter der unteren leitenden Schicht (12) gebildete Barrieremetallschicht (11) aufweist.

19. Verbindungsaufbau für eine Halbleitereinrichtung mit
einem Halbleitersubstrat mit einer Hauptoberfläche,
einem auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates gebildeten Halbleiterelement (8, 9),
einer mit dem Halbleiterelement (8, 9) verbundenen ersten Verbin dungsschicht, die eine obere und eine untere leitende Schicht (13, 12), eine auf der anderen, aufweist,
einer Isolierschicht (14) mit einem die Oberfläche der oberen leitenden Schicht (13) erreichenden Durchgangsloch (19) auf der ersten Verbindungsschicht (1A) und
einer zweiten Verbindungsschicht (15; 2A) die elektrisch durch einen Kontakt mit der oberen leitenden Schicht (13) im Kontakt loch (19) mit der ersten leitenden Schicht (1A) verbunden ist, wobei die obere leitende Schicht (13) einen Abschnitt (132) aufweist, in dem sie in Kontakt mit der zweiten Verbindungsschicht (15; 2A) steht und der eine begrenzte Dicke (t2) hat, die geringer als die Dicke (t1) eines Abschnittes (131) der oberen leitenden Schicht ist, in dem diese keinen Kontakt mit der zweiten Verbindungsschicht hat.