DE4400032C1 - Halbleitereinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Eine derartige Halbleitereinrichtung sowie ein Verfahren zu deren Herstel­ lung sind bereits aus der DE 43 09 542 A1 bekannt. Die bekannte Halblei­ tereinrichtung enthält ein Halbleitersubstrat; einen Isolationsfilm ober­ halb des Halbleitersubstrats, wobei der Isolationsfilm einen Graben auf­ weist, bei dem wenigstens eine Seitenwand wenigstens im oberen Teil des Grabens geneigt ist; und einen Leitungsfilm auf bzw. im Graben des Isola­ tionsfilms, wobei sich der Leitungsfilm in Längsrichtung des Grabens er­ streckt.

Zur Herstellung der bekannten Halbleitereinrichtung werden folgende Schritte durchgeführt: Bildung eines Isolationsfilms oberhalb eines Halb­ leitersubstrats; Bildung eines Grabens mit Seitenwänden im Isolations­ film, von denen wenigstens eine wenigstens im oberen Graben 3 geneigt ist; Bildung eines Leitungsfilms auf der gesamten Oberfläche der so erhal­ tenen Struktur und selektives Ätzen des Leitungsfilms zwecks Bildung ei­ ner Leitung.

Leitungsbreiten und Leitungsdicken von Halbleitereinrichtungen werden mit zunehmender Integrationsdichte mehr und mehr verringert. Infolge von Elektromigration oder Spannungsmigration kann es aber insbesonde­ re bei aus Aluminium hergestellten Leitungen zu Fehlern und damit zu ei­ ner verringerten Betriebszuverlässigkeit kommen.

Um bei Aluminium die Betriebszuverlässigkeit zu verbessern, wurde be­ reits vorgeschlagen, die Aluminiumkörnung zu vergrößern und den Alumi­ niumkristall besser auszurichten, um auf diese Weise der Elektromigra­ tion und der Spannungsmigration zu begegnen.

Nach diesem Verfahren wird zur Leitungsbildung ein Al Einkristall ver­ wendet, um die Probleme bezüglich der Elektromigration und der Span­ nungsmigration zu überwinden.

Die Fig. 1(a) bis 1(c) erläutern einen konventionellen Herstellungspro­ zeß. Gemäß Fig. 1 (a) wird ein Oxidfilm 2 mit einer Dicke von 1 µm auf ei­ nem Siliziumsubstrat 1 mit der Richtung (100) gebildet. Sodann werden durch ein reaktives Ionenätzverfahren (RIE-Verfahren) Gräben 3 in regel­ mäßigen Abständen in den Oxidfilm 2 eingebracht. Im vorliegenden Fall weisen die Gräben 3 eine Tiefe von 0,4 µm, eine Breite von 0,6 µm und einen Abstand (Teilung) von 0,6 µm auf.

Sodann wird ein Aluminiumfilm 4 mit einer Dicke von 0,4 µm auf die ge­ samte Oberfläche aufgebracht, und zwar bei normaler Temperatur durch ein Gleichstrom(DC)-Magnetron-Sputterverfahren, wie die Fig. 1(b) zeigt.

Schließlich erfolgt eine In-Situ-Wärmebehandlung 5 vom Boden des Sub­ strats 1 her, und zwar durch Verwendung einer Halogenlampe sowie bei ei­ ner Temperatur von etwa 500°C über eine Zeitspanne von 45 Sekunden und unter Ar Gas, wie in Fig. 1(c) gezeigt ist. Die In-Situ-Wärmebehand­ lung bedeutet hier, daß zur Bildung des Aluminiumfilms Wärme konstant zugeführt wird, und zwar ohne Unterbrechung des Vakuums in der Sput­ terkammer, so daß sich auf dem Aluminiumleitungsfilm kein Oxidfilm bil­ den kann. Anschließend wird der Aluminiumleitungsfilm in gewünschter Form strukturiert, um den Leitungsherstellungsprozeß zu beenden.

Im Ergebnis wird also bei dem obigen Herstellungsprozeß der Aluminium­ leitungsfilm, welcher sich innerhalb der Gräben 3 befindet, in einen die­ selbe Orientierung aufweisenden Einkristall umgewandelt.

Der Aluminiumeinkristall zeigt dabei eine relativ hohe Toleranz gegenüber der Elektromigration und der Spannungsmigration und ist somit in der La­ ge, die Betriebszuverlässigkeit der Halbleitereinrichtung zu erhöhen.

Da bei der oben beschriebenen Technik die Gräben innerhalb des Oxid­ films gebildet werden, treten allerdings Stabilitätsprobleme auf, weil sich die Grabentiefe bei dem zur Anwendung kommenden RIE-Verfahren nur durch die Ätzzeit steuern läßt. Wird der Aluminiumfilm durch ein Sputter­ verfahren aufgebracht, so kann es zu einer verschlechterten Abdeckung der Stufen mit Aluminium kommen, welches in die Gräben gefüllt wird, so daß sich kein gleichförmiger Aluminiumeinkristall bei der nachfolgenden Wärmebehandlung ergibt. Außerdem treten dann auch Probleme hinsicht­ lich der Reproduktion infolge des sich einstellenden Temperaturgradien­ ten im Bereich um die jeweiligen Gräben herum auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Halbleitereinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß der Leitungsfilm im Be­ reich des Grabens stabiler auf seiner Unterlage zu liegen kommt. Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, ein hierfür geeignetes Verfahren anzuge­ ben.

Eine Halbleitereinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die geneigte Seitenwand des Grabens durch einen weiteren Isolations­ film gebildet ist.

Dagegen zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinrichtung dadurch aus, daß zunächst der Isolationsfilm zur Bildung des Grabens selektiv geätzt wird, und daß im Anschluß daran an wenigstens einer der Seitenwände des Grabens ein weiterer Isolations­ film gebildet wird.

Dieser weitere Isolationsfilm kann z. B. dadurch erhalten werden, daß auf den Graben und den Isolationsfilm Isolationsfilmmaterial niedergeschla­ gen und zurückgeätzt wird.

Die Form des weiteren Isolationsfilms im Graben läßt sich relativ einfach einstellen, und zwar im gesamten Grabenbereich, so daß es leichter ist, für eine höhere Stabilität des Leitungsfilms im gesamten Auflagebereich zu sorgen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä­ her beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1(a) bis 1(c) konventionelle Verfahrensschritte zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung; und

Fig. 2(a) bis 2(e) Verfahrensschritte in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Fig. 2(a) bis 2(e) zeigen verschiedene Verfahrensschritte nach der Erfindung zur Herstellung einer Leitung bei einer Halbleitereinrichtung.

Entsprechend der Fig. 2(a) wird zuerst auf einem Halbleitersubstrat 11, auf dem ein nicht dargestelltes Element gebildet wurde, z. B. ein Oxidfilm 12 als Zwischenschicht-Isolationsfilm hergestellt, der zur Trennung gegen­ über einer Leitung bzw. Leitungsverbindung dient. Sodann wird auf den Oxidfilm 12 ein Ätzstoppfilm 13 aufgebracht, und zwar mit einer Dicke von 100 bis 200 nm. Der Ätzstoppfilm 13 dient als Ätzstopper in einem Trockenätzprozeß eines nachfolgend hergestellten Isolations­ films, der auf dem Ätzstoppfilm 13 zu liegen kommt, welcher aus einem Material mit größerer Ätzselektivität als der nachfolgende Isolationsfilm besteht.

Nach Bildung des Ätzstoppfilms 13 wird also auf diesen der Isolationsfilm 14 aufgebracht, und zwar mit einer Dicke von 200 bis 500 nm.

Dieser ergänzende Isolationsfilm 14 kann z. B. durch ein PECVD-Verfah­ ren (plasmaverstärktes CVD-Verfahren) hergestellt werden, und zwar als Siliziumoxidfilm unter Verwendung von SiH₄ und O₂ als Reaktionsgase oder als Nitridfilm unter Verwendung von NH₃ und SiH₄ als Reaktionsga­ se, so daß ein anorganischer Isolationsfilm erhalten wird. Darüber hinaus lassen sich ein Polyimidfilm oder PIQ-Film durch ein Schleuderverfahren aufbringen (Spin Coating Verfahren), um einen organischen Isolationsfilm zu bilden. Der PIQ-Film ist ein Polyimid-Isoindochinazolin-Dion (poly­ imide isoindroquinazoline-dione).

Besteht z. B. der zusätzliche Isolationsfilm 14 aus einem Siliziumoxidfilm, so ist der Ätzstoppfilm 13 ein Nitridfilm oder ein anorganischer Isolations­ film. Ist dagegen der zusätzliche Isolationsfilm 14 ein organischer Isola­ tionsfilm, so kann der Ätzstoppfilm aus einem anorganischen Isolations­ film bestehen.

Gemäß Fig. 2(b) wird in einem nächsten Verfahrensschritt der zusätzli­ che Isolationsfilm 14 mit einem Photoresist 15 bedeckt. Danach wird der Photoresist 15 strukturiert, um ein vorbestimmtes Muster zu erhalten. Die Strukturierung erfolgt auf photolithographischem Wege.

Sodann wird der zusätzliche Isolationsfilm 14 unter Verwendung des Pho­ toresistmusters als Maske einem Trockenätzprozeß unterzogen, wodurch in einem vorbestimmten Teil des zusätzlichen Isolationsfilms 14 ein Gra­ ben 16 erhalten wird.

Beim Trockenätzen des zusätzlichen Isolationsfilms 14 kommen CHF₃ und CF₄ zum Einsatz, wenn der zusätzliche Isolationsfilm 14 ein Siliziumoxid­ film ist, sowie Fluor F enthaltende Gase, z. B. SF₆ und CF₄, wenn der zu­ sätzliche Isolationsfilm 14 ein Nitridfilm ist. Dagegen erfolgt das Ätzen durch O₂ Sputtern oder durch O₂ Plasma, wenn der zusätzliche Isolations­ film 14 ein organischer Isolationsfilm ist. Der jeweilige Ätzvorgang wird durch den Ätzstoppfilm 13 beendet.

Im Anschluß daran wird gemäß Fig. 2(c) zunächst der als Maske dienen­ de Photoresistfilm entfernt.

Auf die resultierende Struktur wird ein weite­ rer Isolationsfilm niedergeschlagen, der dann zurückgeätzt wird, um Iso­ lationsfilm-Seitenwände 20 an beiden Seiten des Grabens zu erhalten.

Durch Bildung der Isolationsfilm-Seitenwände an beiden Seiten des im zu­ sätzlichen Isolationsfilm 14 vorhandenen Grabens wird erreicht, daß der obere Teil des Grabens breiter ist als der untere Teil.

Gemäß Fig. 2(d) wird dann auf den den Graben enthaltenden zusätzli­ chen Isolationsfilm 14 Aluminium 18a niedergeschlagen, und zwar bis zu einer Dicke von etwa 400 bis 1000 nm. Die Bildung die­ ser Al Schicht 18a erfolgt durch Radiofrequenz-Magnetron-Sputtern (RF- Sputtern) oder durch Gleichstrom-Magnetron-Sputtern (DC-Sputtern) 17 bei einem Druck von 5×10^-3 Torr unter Anwendung des allgemeinen Al- Sputterverfahrens, also unter Verwendung von Ar Gas als Sputtergas.

Sodann wird gemäß Fig. 2(e) auf den Al Film 18 eine Photoresistschicht 19 aufgebracht. Diese Photoresistschicht 19 wird auf photolithographi­ schem Wege strukturiert, um ein gewünschtes Muster zu erhalten. Im An­ schluß daran wird der Al Film 18 unter Verwendung der strukturierten Photoresistschicht 19 als Maske geätzt, um eine Al Leitung mit einem vor­ bestimmten Muster zu bilden.

Claims (5)

1. Halbleitereinrichtung mit:

• - einem Halbleitersubstrat (11);
• - einem Isolationsfilm (14) oberhalb des Halbleitersubstrats (11), wo­ bei der Isolationsfilm (14) einen Graben (16) aufweist, bei dem wenigstens eine Seitenwand wenigstens im oberen Teil des Grabens (16) geneigt ist; und
• - einem Leitungsfilm (18) auf oder in dem Graben (16) des Isolations­ films (14), wobei sich der Leitungsfilm (18) in Längsrichtung des Grabens (16) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Seitenwand des Grabens (16) durch einen weiteren Isolationsfilm (20) gebildet ist.

2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Substrat (11) und dem Isolationsfilm (14) ein auf dem Substrat (11) liegender Zwischenschicht-Isolationsfilm (12) und darauf ein Ätzstoppfilm (13) angeordnet sind.

3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit folgenden Schritten:

• - Bildung eines Isolationsfilms (14) oberhalb eines Halbleitersub­ strats (11);
• - Bildung eines Grabens (16) mit Seitenwänden im Isolationsfilm (14), von denen wenigstens eine wenigstens im oberen Grabenbereich geneigt ist;
• - Bildung eines Leitungsfilms (18a) auf der gesamten Oberfläche der so erhaltenen Struktur; und
• - selektives Ätzen des Leitungsfilms (18a) zwecks Bildung einer Lei­ tung (18), dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Bildung des Grabens (16) durch selektives Ätzen des Isolationsfilms (14) erfolgt; und
• - die Neigung der Seitenwand durch Bildung eines weiteren Isolationsfilms (20) an wenigstens einer der Seitenwände des Grabens (16) hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Schritt zur Bildung eines Zwischenschicht-Isolationsfilms (12) und eines Ätz­ stoppfilms (13) der Reihe nach auf dem Substrat (11) vor Bildung der Isola­ tionsschicht (14).

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wei­ tere Isolationsfilm (20) dadurch gebildet wird, daß auf den Graben (16) und den Isolationsfilm (14) Isolationsfilmmaterial niedergeschlagen und zu­ rückgeätzt wird.