DE4331549A1 - Verfahren zur Herstellung einer ULSI-Halbleitereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Herstellung ei­ ner Halbleitereinrichtung und insbesondere auf ein solches zur Herstel­ lung einer ULSI-Halbleitereinrichtung (Ultralarge Scale Integrated Semi­ conductor Device) bei dem Prozesse zur Bildung von Kontaktöffnungen in einer Isolationsschicht einer Mehrschichtverbindungsstruktur sowie Pro­ zesse zur Glättung der Isolationsschicht durchgeführt werden.

Bei einer Mehrschicht-Verbindungsstruktur einer integrierten Halbleiter­ einrichtung sind üblicherweise mehrere leitende Schichten oder Verbin­ dungsschichten, die über mehrere Isolationsschichten gegeneinander elektrisch isoliert sind, über Kontaktöffnungen oder Durchgänge elek­ trisch miteinander verbunden.

Um eine Kontaktöffnung zur elektrischen Verbindung einer unteren leitfä­ higen Schicht mit einer oberen leitfähigen Schicht zu bilden, die beide durch eine Isolationsschicht gegeneinander elektrisch isoliert sind, kann zunächst die auf der unteren leitfähigen Schicht liegende Isolations­ schicht mit einem Photoresist maskiert werden. Dabei liegt die untere leit­ fähige Schicht auf einem Halbleitersubstrat. Nach diesem Maskierungs­ schritt erfolgt ein Ätzschritt, bei dem ein vorbestimmter Teil der Isola­ tionsschicht durch ein Loch hindurch weggeätzt wird, das auf photolitho­ grafischem Wege in den Photoresist eingebracht wurde. Auf diese Weise wird die untere leitfähige Schicht freigelegt. Die Bildung einer Kontaktöff­ nung mit derselben Größe wie die des Durchgangsloches im Photoresist er­ folgt bei diesem Ätzschritt dann, wenn anisotrop geätzt wird, während im Falle eines isotropen Ätzvorgangs eine Kontaktöffnung erhalten wird, die größer ist als die Durchgangsöffnung im Photoresist.

Ist beim oben beschriebenen Ätzschritt die Bildung der Kontaktöffnung beendet, so wird der die Isolationsschicht abdeckende Photoresist ent­ fernt. Anschließend wird durch Niederschlag im Vakuum leitfähiges Mate­ rial auf die Isolationsschicht aufgebracht, um auf diese Weise die obere elektrisch leitende Schicht zu erhalten. Beim Aufbringen des leitfähigen Materials zur Bildung der oberen leitfähigen Schicht schlägt sich dieses auch in der Kontaktöffnung nieder und verbindet somit die untere leitfähi­ ge Schicht elektrisch mit der oberen leitfähigen Schicht.

Das oben beschriebene Verfahren zur Bildung der Kontaktöffnung kommt vorteilhafterweise dann zum Einsatz, wenn die Kontaktöffnung ver­ gleichsweise groß und die Isolationsschicht dünn ist. Problematisch wird es jedoch, wenn eine sehr kleine Kontaktöffnung in einer dicken Isola­ tionsschicht gebildet werden soll.

Eine dicke Isolationsschicht wird z. B. unter dem Gesichtspunkt der Kapa­ zitätsverringerung zwischen den leitfähigen Schichten verwendet, führt jedoch auch zu einer vergrößerten Stufe in der Isolationsschicht, was dann auch eine nachteilige Stufenbildung in der oberen leitfähigen Schicht zur Folge hat. Ein weiteres Problem bei der Verwendung einer dicken Isola­ tionsschicht liegt darin, daß die auf ihr zu liegen kommende leitfähige Schicht am Rand der Kontaktöffnung in ihrer Dicke erheblich reduziert wird.

Manchmal werden kleine Kontaktöffnungen gewünscht, insbesondere bei reduziertem Abstand der Kontaktöffnungen untereinander, was jedoch die Gefahr mit sich bringt, daß einige Kontaktöffnungen unvollständig mit leitfähigem Material bedeckt werden, das im Vakuum niedergeschlagen wird, um die obere leitfähige Schicht zu bilden. Dies kann leicht zu Fehlern führen, beispielsweise zu Leerräumen und damit zu Leiterunterbrechun­ gen.

Die oben beschriebenen Probleme werden als relativ ernst eingestuft, ins­ besondere im Zusammenhang mit der Herstellung von ultrahoch-inte­ grierten Halbleitereinrichtungen, da bei ihnen das Aspektverhältnis der Kontaktöffnungen, also das Verhältnis der Dicke der Isolationsschicht zur Größe einer jeweiligen Kontaktöffnung, erheblich vergrößert ist.

Zur Lösung der obigen Probleme wurde bereits vorgeschlagen, die Seiten­ wand einer jeweiligen Kontaktöffnung zu neigen, um die Stufenabdeckung der oberen leitfähigen Schicht zu verbessern.

Die Fig. 1a bis 1c erläutern das generelle Verfahren zur Herstellung ei­ ner Mehrschicht-Verbindungsstruktur einer Halbleitereinrichtung unter Einsatz sowohl einer anisotropen als auch einer isotropen Ätztechnik. Wie diese Figuren erkennen lassen, kommt auf der Oberfläche einer Isola­ tionsschicht 1 Photoresist 2 mit einer Öffnung zu liegen, wobei die Isola­ tionsschicht 1 auf der Oberfläche einer leitfähigen Schicht angeordnet ist. Nachdem die Isolationsschicht 1 mit dem Photoresist 2 maskiert worden ist, wird sie zunächst isotrop geätzt, so daß unterhalb des Loches im Pho­ toresist 2 eine Ausnehmung in der Isolationsschicht 1 entsteht, deren Rand bis unter die Photoresistschicht 2 reicht. Dies ist in Fig. 1a darge­ stellt. In ihrem oberen Abschnitt sind die unterhalb des Photoresist 2 zu liegen kommenden Wände der Ausnehmung leicht gegenüber der vertika­ len bzw. horizontalen geneigt. Nach dem isotropen Ätzen erfolgt ein aniso­ tropes Ätzen zur Bildung eines vertikalen Ätzprofils für den unteren Ab­ schnitt der Kontaktöffnung, wie die Fig. 1b zeigt. Danach wird der Photo­ resist 2 entfernt, und zwar entsprechend Fig. 1c. Insgesamt wird also ei­ ne Durchgangsöffnung erhalten, die in ihrem Randbereich abgeschrägt ist, so daß sich die nachfolgende zweite leitfähige Schicht besser aufbringen läßt.

Allerdings wird diesbezüglich bei dem unter den Fig. 1a bis 1c be­ schriebenen Verfahren nur eine geringe Verbesserung erzielt, wenn das bereits zuvor genannte Aspektverhältnis groß ist, also im Falle eines ho­ hen Verhältnisses von Isolationsschichtdicke zur Größe der Kontaktöff­ nung. Dieses Verfahren ist daher nicht besonders wirksam.

Ein weiteres Verfahren zur Bildung einer Kontaktöffnung mit leicht ge­ neigtem Rand innerhalb einer Isolationsschicht geht aus dem US-Patent 5, 162, 261 als bekannt hervor.

Danach wird durch Niederschlag im Vakuum eine erste Isolationsschicht 36 auf leitfähige Schichten 13 aufgebracht, die auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats 12 liegen. Anschließend wird die erste Isolations­ schicht 36 anisotrop geätzt, um Kontaktöffnungen 38 jeweils oberhalb der leitfähigen Schichten 13 zu erhalten. Sodann erfolgt im Vakuum das Auf­ bringen einer zweiten Isolationsschicht 40 auf die erste Isolationsschicht 36 gemäß Fig. 2a.

In einem nachfolgenden Schritt wird die zweite Isolationsschicht 40 In ge­ eigneter Weise geätzt, beispielsweise durch eine Sputter-Ätztechnik, um schräg verlaufende Seitenwände im Bereich der Kontaktöffnungen 38 zu erhalten, wie die Fig. 2b erkennen läßt. Nach dem Sputter-Ätzen erfolgt ein gleichförmiges Ätzen zum Abtragen der Oberfläche der gesamten so er­ haltenen Struktur, um auf diese Weise die zweite Isolationsschicht 40 praktisch wieder von der ersten Isolationsschicht 36 abzutragen, wie die Fig. 2c zeigt. Danach bleibt dann nur noch ein Teil der zweiten Isolations­ schicht 40 im Seitenbereich der Kontaktöffnungen 38 stehen. Es werden somit Kontaktöffnungen 38 erhalten, die eine leicht geneigte Seitenwand aufweisen, was sich vorteilhaft auf den nachfolgenden Abdeckschritt aus­ wirkt.

Auch dieses zuletzt beschriebene Verfahren ist nur von Vorteil anzuwen­ den, wenn die Isolationsschichten 36 und 40 relativ dünn und gleichzeitig die Kontaktöffnungen 38 relativ groß sind. Mit ihm lassen sich jedoch die genannten Probleme nicht überwinden, wenn das Aspektverhältnis relativ groß ist, also ein großes Verhältnis von Isolationsschichtdicke zur Größe der Kontaktöffnung vorliegt.

Wird eine integrierte Schaltung durch Strukturierung vorbestimmter Schichten hergestellt, um die obigen Zwischenverbindungsschichten so­ wie ein aktives Element, beispielsweise einen Transistor, und ein passives Element, beispielsweise einen Widerstand, auf einem Halbleitersubstrat zu erhalten, so bildet sich in der Regel eine unebene Oberfläche heraus.

Um die unebene Oberfläche der Schaltung zu glätten bzw. abzuflachen, wird auf diese unebene Oberfläche zunächst eine Isolationsschicht aufge­ bracht, beispielsweise eine Oxidschicht. Anschließend werden zusätzliche Schichten auf der Isolationsschicht angeordnet und strukturiert, um die unebene Oberfläche einzuebnen.

Allerdings folgt die Oxidschicht der Struktur der sie tragenden Unterlage und weist demzufolge ebenfalls einen recht unebenen Verlauf auf, so daß nach wie vor Stufen in der Substratoberfläche verbleiben.

Es ist allgemein recht schwierig, durch Strukturierung zusätzlicher Schichten auf lithografischem Wege die unebene Oberfläche der Oxid­ schicht auszugleichen.

Demgegenüber steht das Erfordernis, insbesondere bei strukturell kom­ plexen Halbleitereinrichtungen eine sehr glatte Oberfläche zu erhalten.

So sind nach wie vor die Stufen in der Oberfläche einer Halbleitereinrich­ tung, die z. B. ein 64 M DRAM sein kann, der eine begrabene Bitleitung be­ nötigt, aber auch ein dreidimensional strukturierter Kondensator sein kann, zu groß, so daß sich das Einebnen einer unebenen Oberfläche bei ei­ ner solchen Halbleitereinrichtung nach wie vor in hohem Maße stellt.

Auch beim oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Mehr­ schichtverbindungsstruktur der Halbleitereinrichtung ist es sehr wichtig, und zwar insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Betriebszuverlässigkeit, die unebene Oberfläche der Halbleiterstruktur zu glätten.

Es gibt bereits verschiedene Glättungstechniken, die in der Praxis zum Einsatz kommen. Hier handelt es sich um verschiedene Vakuumauf­ dampfverfahren, z. B. um LPCVD- (low pressure chemical vapor deposi­ tion) Verfahren und PECVD- (plasma enhanced chemical vapor deposition) Verfahren. Das LPCVD-Verfahren führt zwar zu einer abgeflachten Schicht mit relativ ebener Oberfläche, erfordert jedoch eine relativ lange Prozeßzeit und sollte mehrere Male wiederholt werden, insbesondere dann, wenn auf die unebene Oberfläche eine relativ dicke und abgeflachte Schicht aufgebracht werden soll. Andere Probleme beim LPCVD-Verfahren bestehen darin, daß zur abgeflachten Schicht benachbarte Schichten Kräften ausgesetzt werden, die sich aufgrund der Differenz von Oberflä­ chenspannungen zwischen den benachbarten Schichten und der abge­ flachten Schicht ergeben.

Wird das PECVD-Verfahren dazu verwendet, eine dicke abgeflachte Schicht auf einer unebenen Oberfläche zu erzeugen, so treten die o. g. Pro­ bleme zwar nicht in so starkem Maße auf, jedoch wird keine so gute Stu­ fenabdeckung erhalten, wie die Fig. 4 erkennen läßt. Es treten sehr große Hohlräume A auf, insbesondere dann, wenn die Strukturen derjenigen Schicht, die abgeflacht werden soll, einen sehr kleinen Abstand (kleine Teilung) voneinander aufweisen.

Es wurde andererseits bereits vorgeschlagen, eine sogenannte SOG- (spin on glass) Struktur vorzusehen, die eine hinreichend gute Fluidität auf­ weist, um eine ebene Schicht zu bilden. Hier tritt jedoch das Problem auf, daß metallische Leitungen enthaltende Oberflächen nicht eingeebnet wer­ den können, da die SOG-Struktur zu Metallkorrosion führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich bei einer Halbleitereinrichtung, insbesondere bei einer solchen mit ultrahohem Integrationsgrad Kontaktöffnungen mit geneigter Seiten­ wand für eine Mehrschicht-Verbindungsstruktur auch bei sehr hohem Aspektverhältnis sowie eine ebene Oberfläche der Mehrschicht-Verbin­ dungsstruktur herstellen lassen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe umfaßt nach einem Aspekt der vorlie­ genden Erfindung ein Prozeß zur Bildung einer Kontaktöffnung folgende Schritte: Bildung einer leitfähigen Schicht auf einem Halbleitersubstrat, Aufbringen einer Isolationsschicht auf eine Oberfläche der leitfähigen Schicht, Entfernen eines vorbestimmten Teils der Isolationsschicht zwecks Bildung einer Kontaktöffnung, wodurch die leitfähige Schicht in diesem Bereich freigelegt wird, und Ätzen der Isolationsschicht durch ein Sputter-Ätzverfahren, um die Seitenwand der Kontaktöffnung abzuschrä­ gen.

Beim oben beschriebenen Verfahren zur Bildung der Kontaktöffnung wird der Schritt zur Bildung der Kontaktöffnung innerhalb der Isolations­ schicht dadurch ausgeführt, daß zunächst ein Photoresist auf die Isola­ tionsschicht aufgebracht wird, welcher anschließend zur Definition der Kontaktöffnung strukturiert wird. Danach wird die Isolationsschicht ani­ sotrop geätzt, und zwar unter Verwendung des Photoresists als Maske. Auf diese Weise wird die gewünschte Kontaktöffnung in der Isolationsschicht erhalten.

Nach Bildung der Kontaktöffnung in der Isolationsschicht wird die Isola­ tionsschicht geätzt, und zwar durch ein sogenanntes Sputter-Ätzen unter Verwendung von Ar-Gas (Argon) und unter Einsatz einer MERIE-Ausstat­ tung [einer Ausstattung, mit der ein magnetisch verstärktes reaktives Io­ nenätzen durchgeführt werden kann (magnetic enhanced reactive ion etching)].

Dabei ist die Ätzrate unter einem Neigungswinkel von 45° relativ zur Ober­ fläche der Isolationsschicht etwa doppelt so groß wie in Vertikalrichtung der Isolationsschicht gesehen.

Die Ätzrate im Bereich der oberen Kante der Kontaktöffnung ist daher er­ heblich größer als in anderen Bereichen, was dazu führt, daß die Kontakt­ öffnung in ihrem oberen Bereich mit einem geneigten bzw. abgeschrägten Rand versehen wird.

Durch das Sputter-Ätzen wird ein Nebenprodukt (Abfallprodukt) erzeugt, das sich erneut an der Seitenwand der Kontaktöffnung ablagert bzw. nie­ derschlägt.

Dieses an der Seitenwand der Kontaktöffnung erneut abgelagerte bzw. nie­ dergeschlagene Nebenprodukt führt zu einer noch seichteren bzw. flache­ ren Abschrägung und auch zu einer längeren Abschrägung in Radialrich­ tung der Öffnung gesehen, so daß sich eine merkbar verbesserte Abdeckfä­ higkeit für eine kontinuierlich aufgebrachte obere leitfähige Schicht, die auf der Isolationsschicht zu liegen kommt, insbesondere im Stufenbereich der Kontaktöffnung ergibt.

Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Prozeß zur Abflachung einer Oberfläche einer Halbleitereinrichtung folgende Schritte: Durch chemische Niederdruckabscheidung wird eine erste dün­ ne Abflachungsschicht auf vorstehende Strukturen aufgebracht, die ein­ zuebnen sind und sich auf einem Halbleitersubstrat befinden. Sodann wird die erste Abflachungsschicht durch einen Sputter-Ätzvorgang geätzt, um Böschungen zu erhalten, die unter einem Neigungswinkel von etwa 45° relativ zur Substratoberfläche verlaufen. Anschließend wird auf die erste Abflachungsschicht eine zweite Abflachungsschicht aufgebracht, und zwar durch ein plasmaverstärktes CVD-Verfahren (PECVD-Verfahren), wobei die zweite Abflachungsschicht mit einer solchen Dicke aufgebracht wird, daß sie eine gewünschte Ebenheit aufweist. Danach wird die zweite Abflachungsschicht auf eine gewünschte Dicke zurückgeätzt.

Die erste Abflachungsschicht wird in ihrer Dicke so weit reduziert, daß im Raum zwischen den jeweiligen vorspringenden Strukturen, die einzueb­ nen sind, keine Hohlräume bzw. Lücken mehr verbleiben.

Beim Sputter-Ätzen der ersten Abflachungsschicht unter Verwendung der MERIE-Ausstattung ist die Ätzrate in einer Richtung von 45° relativ zur Oberfläche der ersten Abflachungsschicht etwa doppelt so groß wie dieje­ nige in Vertikalrichtung der ersten Abflachungsschicht. Die Ätzrate in ei­ nem Teil der ersten Abflachungsschicht oberhalb einer oberen Kante der hervorstehenden Strukturen, die eingeebnet werden sollen, ist daher er­ heblich größer als an der oberen Fläche der ersten Abflachungsschicht, was dazu führt, daß die erste Abflachungsschicht Böschungen erhält, die unter einem Neigungswinkel von 450 zur Horizontalrichtung bzw. Sub­ stratoberfläche verlaufen.

Die gewünschte Abflachung bzw. ebene Überdeckung der hervorspringen­ den Strukturen erfolgt durch Bildung der zweiten Abflachungsschicht auch auf den schräg verlaufenden Böschungen der ersten Abflachungs­ schicht unter Verwendung eines plasmaverstärkten CVD-Verfahrens, wo­ bei die zweite Abflachungsschicht mit hinreichender Dicke gebildet wird, um den Einebnungseffekt zu erzielen, und wonach die zweite Abflachungs­ schicht auf eine gewünschte Dicke zurückgeätzt wird, und zwar durch ein allgemeines bzw. Blanket-Ätzverfahren.

Nachfolgend wird die Erfindung neben dem Stand der Technik unter Be­ zugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a bis 1c Prozeßschritte zur Bildung einer Kontaktöffnung in ei­ ner Mehrschicht-Verbindungsstruktur einer Halbleitereinrichtung unter Einsatz anisotroper und isotroper Ätzverfahren,

Fig. 2a bis 2c bekannte Prozesse zur Bildung einer Kontaktöffnung mit geneigter Seitenwand,

Fig. 3a bis 3d Prozesse zur Bildung einer Kontaktöffnung nach der vorliegenden Erfindung unter Einsatz einer Sputter-Ätztechnik,

Fig. 4 einen Einebnungsprozeß bei einer Halbleitereinrichtung unter Verwendung einer dicken Abplattungsschicht, die durch ein konventio­ nelles PECVD-Verfahren gebildet wird, und

Fig. 5a bis 5e einen erfindungsgemäßen Einebnungsprozeß bei einer Halbleitereinrichtung.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3a bis 3d wird nachfolgend ein Prozeß zur Herstellung einer Kontaktöffnung beschrieben, bei dem erfindungsge­ mäß ein Sputter-Ätzverfahren verwendet wird.

Gemäß Fig. 3a kommt eine Isolationsschicht 1 auf einer elektrisch leitfä­ higen Schicht 100 zu liegen, die ihrerseits auf der Oberfläche eines nicht dargestellten Halbleitersubstrats angeordnet ist. Die Oberfläche der Iso­ lationsschicht 1 wird nachfolgend durch einen Photoresist 10 abgedeckt, wobei der Photoresist 10 dann strukturiert wird, und zwar zur Bildung ei­ ner Kontaktöffnungsstruktur. Es wird also im Photoresist 10 eine Durch­ gangsöffnung erzeugt, um die Isolationsschicht 1 dort freizulegen.

Die leitende Schicht 100 kann eine erste elektrisch leitende Metallschicht einer Halbleitereinrichtung sein, ein mit Verunreinigungen dotiertes Polysilizium-Gate, eine mit Verunreinigungen dotierte Wortleitung oder eine untere elektrisch leitfähige Schicht einer Mehrschicht-Verbindungs­ struktur einer Halbleitereinrichtung, die elektrisch mit einer oberen leit­ fähigen Schicht der Halbleitereinrichtung verbunden werden soll, und zwar durch die Kontaktöffnung hindurch.

Vorzugsweise kommt eine Oxidschicht als Isolationsschicht 1 zum Ein­ satz.

In Übereinstimmung mit der Erfindung kann die Isolationsschicht 1 aus einer Einzelschichtstruktur oder aus einer Mehrschichtstruktur mit we­ nigstens zwei Schichten bestehen.

Nachdem der Photoresist 10 in der oben beschriebenen Weise strukturiert worden ist, wird ein vorbestimmter Bereich der Isolationsschicht 1 aniso­ trop geätzt, wie die Fig. 3b erkennen läßt. Dieser Ätzvorgang erfolgt vor der Beseitigung des Photoresists 10 und unter Verwendung des Photore­ sistmusters als Maske.

Auf diese Weise wird zunächst eine Kontaktöffnung 2 erhalten, die auf­ grund des anisotropen Ätzvorgangs ein vertikales Profil aufweist. Die Kon­ taktöffnung 2 legt dabei einen entsprechenden Bereich der leitfähigen Schicht 100 frei.

Danach wird der Photoresist 10 entfernt.

In einem weiteren Schritt wird jetzt die Isolationsschicht 1 oder die Oxid­ schicht geätzt, und zwar mit Hilfe eines Sputter-Ätzverfahrens, wie die Fig. 3c erkennen läßt. Beim Sputter-Ätzen kommt Ar-Gas (Argon-Gas) zum Einsatz, und zwar mit einer Flußrate von 50 SCCM (Standard Kubikzenti­ meter pro Minute). Beim Sputter-Ätzen handelt es sich um ein sogenann­ tes MERIE-Verfahren (magnetisch verstärktes reaktives Ionenätzverfah­ ren bzw. magnetic enhanced reactive ion etching), bei dem folgende Bedin­ gungen eingestellt sind: Der Druck beträgt etwa 25 m Torr, die Leistung 350 Watt und das Magnetfeld etwa 70 Gauss.

Beim Sputter-Ätzen der Isolationsschicht 1 unter den oben beschriebenen Bedingungen wird für die Schicht 1 eine Ätzrate von etwa 140 Å/min. er­ halten.

Die Ätzrate unter einem Winkel von 45° relativ zur Oberfläche der Isola­ tionsschicht 1 ist etwa zweimal so groß wie die in Vertikalrichtung zur Oberfläche der Isolationsschicht 1 gesehen. Diesbezüglich wird also der Oberflächenbereich der Isolationsschicht 1 durch die vertikal auftreffen­ den Ionen geätzt, während zur selben Zeit der obere Abschnitt der zuerst gebildeten Kontaktöffnung 2 schneller geätzt wird, und zwar durch die un­ ter einem Winkel von 45° zur Oberfläche auftreffenden Ionen, wie in Fig. 3c dargestellt. Es ergibt sich somit eine Neigung 3 im oberen Abschnitt der Kontaktöffnung 2.

Um stabilere Ätzergebnisse zu erhalten, kann zu Kühlzwecken an der Rückseite des Halbleitersubstrats während des oben erwähnten Sputter- Ätzens He Gas (Helium) entlangströmen.

Beim oben beschriebenen Sputter-Ätzen der Isolationsschicht 1 entsteht ein Nebenprodukt 4, das sich an der Seitenwand der Kontaktöffnung er­ neut ablagert, wie in Fig. 3c dargestellt ist. Diese erneute Ablagerung des Nebenprodukts 4 an der Seitenwand der Kontaktöffnung führt zu einer noch flacheren Abschrägung des Kontaktöffnungsrands.

In Fig. 3c bedeuten die gestrichelten Linien das Profil der zuerst erzeug­ ten Kontaktöffnung 2, wie sie durch den anisotropen Ätzvorgang erhalten worden ist.

Das Nebenprodukt 4, das durch den Sputter-Ätzvorgang erzeugt und er­ neut an der Seitenwand der Kontaktöffnung 2 abgelagert wird, enthält ein Oxidmaterial, da es Material der Isolationsschicht 1 oder der Oxidschicht 2 ist, die dem Sputter-Ätzprozeß unterworfen werden. Dieses Nebenpro­ dukt 4 kann von der Seitenwand der Kontaktöffnung 2 entfernt werden, da es sich leicht lösen läßt, beispielsweise durch eine HF-Lösung. Vorzugs­ weise bleibt jedoch das Nebenprodukt 4 an der Seitenwand der Kontaktöff­ nung 2, da es den geneigten Rand der Kontaktöffnung 2 vergrößert, was zu einer sichereren und störungsfreieren Abdeckung der Kontaktöffnungs­ kante führt, wenn in einem späteren Schritt Material für die obere elek­ trisch leitfähige Schicht 101 auf die Isolationsschicht 1 kontinuierlich niedergeschlagen wird, in der sich die Kontaktöffnung 2 befindet.

Nach Beendigung des Sputter-Ätzens der Isolationsschicht 1 wird die obe­ re leitfähige Schicht 101 auf die Isolationsschicht 1 aufgebracht, in der sich die Kontaktöffnung 2 befindet, welche die leicht geneigte Seitenwand aufweist. Dies ist in Fig. 3d gezeigt. Diese obere elektrisch leitende Schicht 101 ist elektrisch mit der unteren elektrisch leitenden Schicht 100 über die Kontaktöffnung verbunden, welche mit dem leitfähigen Material der oberen leitfähigen Schicht 101 gefüllt ist.

Die Fig. 3d läßt erkennen, daß sich eine merkbar verbesserte Abdeckung der Stufe durch die obere leitfähige Schicht 101 ergibt.

Wie bereits oben erwähnt, führt der Prozeß zur Bildung einer Kontaktöff­ nung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu einem ge­ neigten Rand im oberen Abschnitt der Kontaktöffnung infolge des Sputter- Ätzens der Isolationsschicht. Beim Sputter-Ätzprozeß wird ein Nebenpro­ dukt erzeugt, das erneut an der Seitenwand der Kontaktöffnung abgela­ gert wird, so daß sich der obere Rand der Kontaktöffnung über einen grö­ ßeren Bereich neigt und nicht so abrupt verläuft, was zu einer erheblich si­ chereren Abdeckung der durch die Kontaktöffnung erzeugten Stufe führt, wenn Material zur Bildung einer oberen leitfähigen Schicht kontinuierlich auf die die Kontaktöffnung enthaltende Isolationsschicht aufgebracht bzw. niedergeschlagen wird. Dies führt zu einer höheren Zuverlässigkeit der Halbleitereinrichtung.

Die Fig. 5a bis 5e zeigen einen erfindungsgemäßen Abflachungsprozeß zur Einebnung der Oberfläche einer Halbleitereinrichtung.

Um eine unebene Oberfläche eines Substrats 20 einzuebnen, das bei­ spielsweise ein Siliziumwafer sein kann, der auf seiner Oberfläche vorste­ hende Strukturen 21 und 22 aufweist, wird zunächst eine erste Abfla­ chungsschicht 23 auf die gesamte Oberfläche des Substrats 20 aufge­ bracht, das die Strukturen 21 und 22 aufweist, wie die Fig. 5a erkennen läßt. Diese erste Abflachungsschicht 23 wird unter Verwendung eines PECVD-Verfahrens erzeugt.

Die vorstehenden Strukturen können zum Beispiel Metalldrähte oder Me­ tall-Leitungen, leitfähige Schichten oder Isolationsschichten einer Halb­ leitereinrichtung sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5a bis 5e ist die vorspringende Struktur 21 eine Gate-Elektrode, während die vorspringende Struktur 22 ein Isolationsfilm ist, der die Gate- Elektrode 21 abdeckt.

Zum Beispiel kann die Gate-Elektrode 21 eine Polysiliziumschicht sein, die mit Verunreinigungen dotiert ist, während der Isolationsfilm 22 ein Oxidfilm sein kann.

Bei der Struktur nach den Fig. 5a bis 5e beträgt das Intervall zwischen benachbarten Gate-Elektroden 21 etwa 0,5 µm.

Die erste Abflachungsschicht 23 zur Einebnung der unebenen Oberfläche des Substrats 20, die auf den Gate-Elektroden 21 zu liegen kommt bzw. auf den Isolationsfilmen 22, kann z. B. eine Nitridschicht oder eine Oxid­ schicht sein, die jeweils durch das PECVD-Verfahren hergestellt werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5a bis 5e ist die erste Abfla­ chungsschicht 23 eine Nitridschicht, die durch das PECVD-Verfahren (plasma enhanced chemical vapor deposition-Verfahren) hergestellt ist.

Die erste Abflachungsschicht 23 oder die durch das PECVD-Verfahren hergestellte Nitridschicht wird so dünn wie möglich aufgebracht, und zwar so, daß möglichst keine Hohlräume in Bereichen zwischen jeweils zwei vorstehenden Strukturen 21 und 22 erhalten werden.

Im Hinblick auf die Abstände von etwa 5 µm zwischen jeweils zwei Gate- Elektroden 21 wird die Nitridschicht 23 mit einer Dicke von etwa 2500 Å (250 nm) aufgebracht.

Es ist ersichtlich, daß die Nitridschicht 23 oder die erste Abflachungsschicht nicht die gewünschte Einebnung der unebenen Oberfläche des Substrats 20 bewirken kann. Eine hinreichend gute Einebnung ergibt sich deswegen noch nicht, da die Dicke von Bereichen 25 der Nitridschicht 23, die etwa oberhalb der Kanten der Gate-Elektroden 21 zu liegen kommen, unerwünscht groß ist, wie die Fig. 5a zeigt.

Die Nitridschicht 23 oder die erste Abflachungsschicht wird dann einem Sputter-Ätzverfahren unterzogen, und zwar unter Verwendung der MERIE-Ausstattung, wie die Fig. 5b zeigt. Der Sputter-Vorgang wird auch hier also wieder durch ein magnetisch verstärktes reaktives Ionen- Ätzverfahren durchgeführt.

Das Sputter-Ätzen der Nitridschicht 23 wird unter Verwendung von Ar Gas (Agon-Gas) bei einer Flußrate von 50 SCCM durchgeführt, wobei das Ar Gas auch durch O₂ Gas substituiert werden kann. Der Druck beträgt etwa 25 m Torr, die Leistung 350 Watt und das Magnetfeld etwa 70 Gauss. Es liegen praktisch dieselben Bedingungen vor, wie beim Sputter-Ätzen der zuvor beschriebenen Kontaktöffnung. Im vorliegenden Fall ist beim Sput­ ter-Ätzen die Ätzrate unter einem Winkel von 45° bezüglich der Oberfläche der Nitridschicht 23 etwa zweimal so groß wie in Vertikalrichtung der Ni­ tridschicht 23 gesehen. Mit anderen Worten wird für die dicken Bereiche 25 der Nitridschicht 23 gemäß Fig. 5a eine schnellere Ätzrate als wie für die anderen Bereiche der Nitridschicht 23 erhalten, so daß sich in der Ni­ tridschicht 23 Böschungen mit einem Neigungswinkel von etwa 45° zur Substratoberfläche bilden, wie die Fig. 5b erkennen läßt.

Beim Sputter-Ätzen der Nitridschicht 23 unter den oben beschriebenen Bedingungen wird für die durch das PECVD-Verfahren gebildete Nitrid­ schicht 23 eine Ätzrate von etwa 140 Å/min. erhalten, während der Ätzbe­ trag der Nitridschicht 23 bei etwa 800 Å liegt. Die Nitridschicht 23 wird auf eine vertikale Dicke von etwa 800 Å geätzt, und zwar ausgehend von der Oberfläche der Schicht 23.

Nach Beendigung des Sputter-Ätzens der Nitridschicht 23 wird auf die so erhaltene Struktur eine zweite Abflachungsschicht 24 aufgebracht, und zwar ebenfalls durch ein PECVD-Verfahren. Diese zweite Abflachungs­ schicht 24 kommt also auf der Nitridschicht 23 zu liegen, die die Böschun­ gen mit einem Neigungswinkel von etwa 45° relativ zur Substratoberfläche aufweist, wie die Fig. 5c zeigt. Dort ist erst wenig von der zweiten Abfla­ chungsschicht 24 aufgetragen.

Die zweite Abflachungsschicht 24 auf der Nitridschicht 23 kann z. B. eben­ falls eine Nitridschicht oder eine Oxidschicht sein, jeweils aufgebracht durch das PECVD-Verfahren.

Die erste und die zweite Abflachungsschicht 23 und 24 können aus dem­ selben Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

Entsprechung der Fig. 5d wird die zweite Abflachungsschicht 24 auf der schwach geneigten Nitridschicht 23 mit einer Dicke hergestellt, die aus­ reicht, um eine gewünschte Abflachung der unebenen Oberfläche des Sub­ strats 20 zu erhalten.

Der Abflachungsprozeß wird dadurch beendet, daß die zweite Abfla­ chungsschicht 24 nochmals durchgehend geätzt wird. Es wird ein soge­ nanntes "Blanket-Etching" durchgeführt. Hierbei wird die zweite Abfla­ chungsschicht 24 auf die gewünschte Dicke zurückgeätzt.

Wie bereits oben beschrieben, kommt beim erfindungsgemäßen Prozeß zur Abflachung einer Halbleitereinrichtung eine Isolationsschicht zum Ein­ satz, die durch ein PECVD-Verfahren (plasmaverstärktes CVD-Verfahren) hergestellt wird und zunächst nicht geeignet ist, als Abflachungsschicht zu dienen, da sie eine Stufenstruktur aufweist. Diese Isolationsschicht wird dann durch ein Sputter-Verfahren geätzt, um schwach geneigte Bö­ schungen zu erhalten. Hierdurch lassen sich im Bereich der Stufen besse­ re Ergebnisse bei der Abdeckung durch die obere leitfähige Schicht erzie­ len, wobei sich außerdem die unebene Oberfläche der Halbleitereinrich­ tung leicht einebnen läßt.

Die vorliegende Erfindung wendet ein Sputter-Verfahren sowohl bei der Herstellung von Kontaktöffnungen in einer Isolationsschicht also auch bei der Abflachung der Isolationsschicht einer Mehrschicht-Verbindungs­ struktur für eine Halbleitereinrichtung mit ultrahohem Integrationsgrad an, um dadurch die Isolationsschicht bereichsweise mit schwachen Nei­ gungen zu versehen. Hierdurch wird das Abdeckverhalten weiterer Schichten stabilisiert, die im Bereich von Stufen auf der Isolationsschicht zu liegen kommen. Die genannte Stabilisierung führt zu einer bedeutend verbesserten Betriebszuverlässigkeit der Halbleitereinrichtung.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit ultraho­ hem Integrationsgrad, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Bildung einer Isolationsschicht (1) auf der Oberfläche einer leitfähi­ gen Schicht (100),
• - Bildung einer Kontaktöffnung (2) mit vertikaler Seitenwand in einem vorbestimmten Bereich der Isolationsschicht (1), um die leitfähige Schicht (100) freizulegen, und
• - Ätzen der mit der Kontaktöffnung (2) versehenen Isolationsschicht (1) durch ein Sputter-Ätzverfahren, um den oberen Abschnitt der Kontakt­ öffnung (2) abzuschrägen, und um zur selben Zeit ein beim Sputter-Ätzen der Isolationsschicht (1) entstehendes Nebenprodukt erneut an der Sei­ tenwand der Kontaktöffnung (2) abzulagern, um auf diese Weise eine leich­ te Böschung für die Seitenwand der Kontaktöffnung (2) zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Iso­ lationsschicht (1) eine Oxidschicht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Iso­ lationsschicht entweder als Einschichtstruktur oder als Mehrschicht­ struktur mit wenigstens zwei Schichten ausgebildet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bil­ dung der Kontaktöffnung (2), die die vertikale Seitenwand aufweist und die sich in einem vorbestimmten Teil der Isolationsschicht (1) befindet, die Isolationsschicht (1) unter Verwendung der Photoresiststruktur als Maske anisotrop geätzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sputter-Ätzen unter Verwendung einer Einrichtung zur Durchführung ei­ nes magnetisch verstärkten Ionen-Ätzverfahrens durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Sputter-Ätzen unter Verwendung von Ar Gas durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ne­ benprodukt des Sputter-Ätzens von der Seitenwand der Kontaktöffnung (2) entfernt wird.

8. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit ultraho­ hem Integrationsgrad, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Bildung einer unteren leitfähigen Schicht (100) auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats,
• - Bildung einer Isolationsschicht (1) auf der Oberfläche der unteren leitfähigen Schicht (100);
• - Bildung einer Kontaktöffnung (2) mit vertikaler Seitenwand in einem vorbestimmten Teil der Isolationsschicht (1), um die untere leitfähige Schicht (100) freizulegen;
• -Ätzen der die Kontaktöffnung (2) aufweisenden Isolationsschicht (1) durch ein Sputter-Ätzverfahren, um den oberen Abschnitt der Kontaktöff­ nung (2) abzuschrägen und um zur selben Zeit ein beim Sputter-Ätzen der Isolationsschicht (1) entstehendes Nebenprodukt erneut an der Seiten­ wand der Kontaktöffnung (2) abzulagern, um somit eine leichte Böschung für die Seitenwand der Kontaktöffnung (2) zu erhalten; und
• - Aufbringen einer oberen leitfähigen Schicht (101) auf die die Kon­ taktöffnung (2) enthaltende Isolationsschicht (1) durch Niederschlag ei­ nes leitfähigen Materials im Vakuum, um auf diese Weise die obere leitfä­ hige Schicht (101) mit der unteren leitfähigen Schicht (100) durch die die geneigte Seitenwand aufweisende Kontaktöffnung (2) hindurch zu verbin­ den.

9. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit ultraho­ hem Integrationsgrad, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Durch ein plasmaverstärktes CVD-Verfahren wird eine erste Abfla­ chungsschicht (23) auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (20) er­ zeugt, das wenigstens eine über diese Oberfläche hinausragende Struktur (21, 22) aufweist, wobei die erste Abflachungsschicht (23) so auf die Halb­ leiter-Substratoberfläche aufgebracht wird, daß ihr Profil demjenigen der Halbleitersubstrat-Oberfläche entspricht;
• - die erste Abflachungsschicht (23) wird durch ein Sputter- Ätzverfahren geätzt, um einen Kantenbereich der ersten Abflachungs­ schicht (23), der oberhalb einer Kante dieses Aufbaus zu liegen kommt, so abzuschrägen, daß er unter einem Winkel von etwa 45° bezüglich der Hori­ zontalrichtung bzw. Schichtebene der ersten Abflachungsschicht (23) liegt; und
• - durch ein plasmaverstärktes CVD-Verfahren wird auf der ersten Abflachungsschicht (23) eine zweite Abflachungsschicht (24) erzeugt, wobei die zweite Abflachungsschicht (24) hinreichend dick aufgebracht wird, um die Halbleiter-Substratoberfläche, die die genannten Strukturen auf­ weist, einzuebnen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abflachungsschicht (23) nur so dünn aufgebracht wird, daß im Raum zwi­ schen den Strukturen, die von der Halbleiter-Substratoberfläche hervor­ stehen, keine Hohlräume bzw. Blasen verbleiben.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abflachungsschicht (23) eine Nitridschicht oder eine Oxidschicht sein kann, wobei beide Schichten durch ein plasmaverstärktes CVD-Verfahren hergestellt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abflachungsschicht (24) eine Nitridschicht oder eine Oxidschicht sein kann, wobei beide Schichten durch ein plasmaverstärktes CVD-Ver­ fahren hergestellt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Abflachungsschicht (23, 24) aus demselben Material oder aus verschiedenen Materialien hergestellt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sputter-Ätzen unter Verwendung einer Einrichtung zur Durchführung ei­ nes magnetisch verstärkten reaktiven Ionen-Ätzverfahrens durchgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Sputter-Ätzen unter Verwendung von Ar Gas oder O₂ Gas ausgeführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abflachungsschicht (24) im Bereich ihrer gesamten Oberfläche ge­ ätzt wird, um ihre Schichtdicke auf eine gewünschte Dicke einzustellen.