DE4447597B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Verdrahtungsschicht - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend die folgenden Schritte:
a) Ausbilden mindestens einer Nut im vorgesehenen Verdrahtungsbereich eines Isolierfilms (42) auf einem Halbleitersubstrat (41);
b) Ausbilden eines Metallfilms (43) auf dem Isolierfilm (42);
c) Glühen oder Tempern des Metallfilms (43) in einer reduzierenden Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält oder in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, um den Metallfilm (43) so zu verflüssigen, daß Metall in der mindestens einen Nut vergraben wird, wodurch eine Verdrahtungsschicht in der Nut ausgebildet wird; und
d) Entfernen des Metalls (43'), welches auf dem Isolierfilm (42) verbleibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Verdrahtungsschicht.
  • Die JP 63-244858 (A) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem in einem Isolierfilm Nuten ausgebildet werden, auf dem Isolierfilm und in den Nuten ein Metallfilm ausgebildet wird und das Metall außerhalb der Nuten aus dem Isolierfilm wieder entfernt wird.
  • Die ältere Anmeldung DE 43 09 542 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Aluminium-Zwischenverbindungen auf Isolatoren. Auch hier wird ein Metallfilm in Nuten vergraben und ein Glüh- oder Temperungsschrit durchgeführt. Der Glühvorgang wird bei dem hier geschilderten Verfahren im Vakuum ausgeführt.
  • Bei der in den letzten Jahren erfolgten Erhöhung der Integrationsdichte von Halbleitervorrichtungen hat sich eine Verringerung der Dicke und Breite einer Verdrahtungsschicht ergeben, und es wurde eine mehrschichtige Verdrahtungsstruktur entwickelt. Als konventionelles Verdrahtungsmaterial wurde Al verwendet. Selbst wenn die Schnittfläche einer Verdrahtungsschicht durch Miniaturisierung einer Vorrichtung verringert wird, ist jedoch der Signalstrom nicht verringert. Aus diesem Grund steigt die Stromdichte an, und führen Unterbrechungen zu Schwierigkeiten, die durch Elektromigration (elektrische Wanderungseffekte) hervorgerufen werden. Darüber hinaus ist bei einer mehrschichtigen Struktur eine große Anzahl von Glüh- oder Temperbehandlungen erforderlich, und da eine Verdrahtungsschicht eine komplizierte Wärme-Hysterese zeigt, führen Unterbrechungen zu Schwierigkeiten, die durch Spannungsmigration (Wanderungseffekte aufgrund mechanischer Spannungen) hervorgerufen werden, die von auf die Verdrahtungsschicht einwirkenden Wärmespannungen herrühren.
  • Als Verdrahtungsmaterial der nächsten Generation beginnt man nunmehr, ein Material zu Überlegen, dessen elektrischer Widerstand niedriger ist als jener von Al, und welches sehr widerstandsfähig in bezug auf Elektromigration und Spannungsmigration ist, nämlich Cu und Ag. Allerdings wird Cu einfach oxidiert, und selbst bei niedrigen Temperaturen, etwa um 2000C herum, wird Cu intern oxidiert. Da diese Oxidation den Widerstand erhöht, muß sie verhindert werden.
  • Um dies zu erreichen, wurde ein Verfahren zum Schützen der Oberfläche von Cu durch einen Schutzfilm vorgeschlagen. Diese Vorgehensweise wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C beschrieben.
  • Wie in 1A gezeigt, wird ein SiO2-Film 2 auf einem Siliziumsubstrat 1 hergestellt, und auf dem SiO2-Film 2 wird ein mehrschichtiger Film ausgebildet, der aus einem Ti-Film 3, einem TiN-Film 4, einem Cu-Film 5 und einem TiN-Film 6 besteht.
  • Wie aus 1B hervorgeht, wird auf der gesamten Oberfläche des sich ergebenden Aufbaus ein TiN-Film 7 abgelagert, so daß die Seitenoberflächen des mehrschichtigen Films von dem TiN-Film 7 abgedeckt sind.
  • Schließlich wird, wie aus 1C hervorgeht, der TiN-Film 7 auf einem Abschnitt, abgesehen von den Seitenoberflächen des mehrschichtigen Films, selektiv entfernt, um so eine Cu-Verdrahtungsschicht zu erhalten, die einen solchen Aufbau aufweist, daß der Cu-Film 5 durch die TiN-Filme 6 und 7 abgedeckt ist.
  • Allerdings läßt sich dieses Verfahren in der Praxis nicht einfach einsetzen, da das Verfahren kompliziert ist und eine große Anzahl an Verfahrensschritten erfordert.
  • Als weiteres Verfahren zur Ausbildung einer Cu-Verdrahtungsschicht, die durch Abdecken eines Cu-Films durch einen Schutzfilm erhalten wird, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, welches Glühen oder Tempern verwendet (siehe auch die oben zitierte DE 43 09 542 A1 bzgl. eines Glühschritts bei der Herstellung von Zwischenverbindungen). Diese Vorgehensweise wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C beschrieben.
  • Wie in 2A gezeigt, werden auf einem Isolierfilm 11 aufeinanderfolgend ein Diffusionssperr-Metallfilm 12 und ein Film 13 aus einer Cu-Ti-Legierung abgelagert.
  • Gemäß 2B werden der Diffusionssperr-Metallfilm 12 und der Cu-Ti-Legierungsfilm 13 zu einem Verdrahtungsmuster ausgebildet.
  • Schließlich wird gemäß 2C der sich ergebende Aufbau in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre geglüht oder getempert, so daß Ti in dem Cu-Ti-Legierungsfilm 13 in die obere Oberfläche und die Seitenoberfläche des Cu-Ti-Legierungsfilms 13 hineindiffundiert, und aus dem Cu-Ti-Legierungsfilm 13 ein TiN-Film 14 und eine Verdrahtungsschicht 15 aus Cu wird, die als Schutzfilm bzw. Verdrahtungsschicht dienen.
  • Bei der Ausbildung des TiN-Films 14 in der Praxis unter Verwendung dieses Verfahrens muß allerdings die Glüh- oder Tempertemperatur hoch eingestellt werden, um die Cu-Verdrahtungsschicht 15 zu erhalten, die einen geringen Widerstand aufweist, und es tritt eine erneute Diffusion einer Verunreinigung in der Diffusionsschicht der Vorrichtung auf, wodurch sich die Eigenschaften der Vorrichtung verschlechtern. Wird die Glühtemperatur niedrig eingestellt, so verbleibt Ti in der Cu-Verdrahtungsschicht 15, und es wird auf nachteilige Weise der Verdrahtungswiderstand erhöht. Darüber hinaus wird Ag, wenn es in Luft auf 70°C oder mehr erhitzt wird, einfach angehäuft. Daher wurde der Einsatz von Ag als Verdrahtungsmaterial in der Praxis kaum überlegt.
  • Andererseits wird die Integrationsdichte einer Halbleitervorrichtung erhöht, ist die Verdrahtungsstruktur zum Verbinden von Vorrichtungen miteinander kompliziert, und verringern sich die Abmessungen jeder Verdrahtungsschicht. Konventionellerweise wird ein Metall auf einem Isolierfilm abgelagert, der auf einem Halbleitersubstrat abgelagert ist, und wird zur Ausbildung einer Verdrahtungsschicht bearbeitet, und dann wird ein Isolierfilm auf dem sich ergebenden Aufbau abgelagert, um diesen flach auszubilden. Da eine Verdrahtungsstruktur jedoch ein Mikromuster aufweist, läßt sich die Bearbeitung eines Metalls und das Abflachen eines Isolierfilms nicht einfach durchfuhren. Zusätzlich wird auf nachteilige weise ein Hohlraum in einem engen Bereich des Isolierfilms zwischen metallischen Verdrahtungsschichten erzeugt.
  • Da ein Isolierfilm einfacher geätzt werden kann als ein Metall, und einen Schmelzpunkt aufweist, der höher ist als jener des Metalls, wird gemäß der bereits eingangs zitierten JP 63-244 858 (A) das nachstehend angegebene Verfahren untersucht. Hierbei wird durch reaktives Ionenätzen (RIE) eine Nut in dem Isolierfilm ausgebildet, und ein verflüssigtes Metall in der Nut vergraben.
  • Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Verdrahtungsschicht durch selektives Wachstum unter Verwendung einer Keimschicht bekannt. Dieses Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 3A bis 3H erläutert.
  • Wie aus 3A hervorgeht, wird ein SiO2-Film 22 auf einem Halbleitersubstrat 21 abgelagert, ein dünner Film 23 hergestellt, der als Keimschicht für selektives Wachstum dient, und ein Abdecklackmuster 24 durch ein fotolithographisches Verfahren hergestellt. Gemäß 3B wird der dünne Film 23 selektiv geätzt, unter Verwendung des Abdecklackmusters 24 als Maske. Dann wird, wie aus 3C hervorgeht, das Abdecklackmuster 24 entfernt, um ein Muster 23 zu erhalten, welches als die Keimschicht dient.
  • Gemäß 3D wird auf der gesamten Oberfläche des sich ergebenden Aufbaus ein SiO2-Film 25 abgelagert, und gemäß 3E werden Abdecklackmuster 26 durch ein fotolithographisches Verfahren erzeugt, in Ausrichtung mit der Position der Keimschicht 23 unter dem SiO2-Film 25. Unter Berücksichtigung eines Ausrichtungsfehlers müssen zu diesem Zeitpunkt die Abdecklackmuster 26 so hergestellt werden, daß der Abstand zwischen ihnen kleiner ist als die Breite der Keimschicht 23.
  • Wie aus 3F hervorgeht, wird der SiO2-Film 25 mittels RIE geätzt, unter Verwendung der Abdecklackmuster 26 als Masken. Dann werden gemäß 3G die Abdecklackmuster 26 entfernt, und eine Nut für eine Verdrahtungsschicht verbleibt in dem SiO2-Film 25. Schließlich wird gemäß 3H ein Verdrahtungsmaterial 27 in der Nut vergraben, um eine Verdrahtungsschicht auszubilden.
  • Bei dem in den 3A bis 3H dargestellten Verfahren muß der fotografische Schritt zweifach durchgeführt werden, und das Verfahren ist kompliziert. Da eine größere Keimschicht unter Berücksichtigung des Ausrichtungsfehlers zwischen der Keimschicht und dem Abdecklackmuster zur Ausbildung der Nut hergestellt werden muß, kann eine Mikromusterung nicht bis an die für Fotolithographie zulässige Grenze vorgetrieben werden.
  • Ein weiteres bekanntes Verfahren ist in den 4A bis 4D gezeigt. Bei diesem Verfahren wird, wie aus 4A hervorgeht, ein SiO2-Film 28 auf der gesamten Oberfläche in dem in 3B gezeigten Zustand abgelagert, und gemäß 4B wird der SiO2-Film 28 poliert, unter Verwendung des Abdecklackmusters 24 als Anschlag, um so abgeflacht zu werden. Das Abdecklackmuster 24 wird entfernt, um eine Nut für eine Verdrahtungsschicht auszubilden, und durch selektives Wachstum wird auf der Keimschicht eine Verdrahtungsschicht ausgebildet. Bei diesem Verfahren weist die gemusterte Keimschicht eine geringere Größe auf als der Abdecklackabschnitt, und zwar aus folgendem Grunde. Wird Palladium als Material für die Keimschicht verwendet, wie in 3A gezeigt, und wird eine Ätzung durch eine Mischlösung aus Salzsäure, Salpetersäure und Wasserstoffperoxid durchgeführt, so setzt sich diese Ätzung in Querrichtung fort, unter Verwendung des Abdeckmusters als Maske, wodurch die in 4A gezeigte Form erhalten wird. Selbst wenn das Abdecklackmuster durch RIE erzeugt wird, wird darüber hinaus die voranstehend beschriebene Form infolge einer Ablagerung erhalten, die während des Ätzens ausgebildet wird. Wird in der Anordnung mit der voranstehend geschilderten Form eine Nut hergestellt, so erhält man die in 4C gezeigte Form.
  • Wenn bei der Anordnung mit dieser Form ein selektives Wachstum durchgeführt wird, so entsteht ein unterer Abschnitt, der keine Keimschicht aufweist, wie in 4D gezeigt, und im unteren Abschnitt werden Hohlräume 29 ausgebildet. Selbst wenn in den Hohlräumen ein Verdrahtungsmaterial vergraben wird, wirkt darüber hinaus eine hohe mechanische Spannung in Querrichtung und in Vertikalrichtung, es bilden sich Spalte 30, und durch die übermäßigen Spannungen wird die Betriebssicherheit beeinträchtigt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, das einen Verdrahtungsbereich in der Halbleitervorrichtung mit einem geringen Widerstand erzeugt, der anstelle eines Al-Verdrahtungsaufbaus verwendet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4 gelöst.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Metallfilm auf einem Isolierfilm eines Halbleitersubstrats gebildet, in welchem in einem vorgesehenen Verdrahtungsbereich eine Nut ausgebildet ist, und der Metallfilm wird geglüht oder getempert, um das Metall zu verflüssigen. Aus diesem Grund wird das Metall in der Nut vergraben, und eine Verdrahtungsschicht in der Nut ausgebildet. Obwohl das Metall teilweise auf dem Isolierfilm verbleibt, wird dieses Metall beim nächsten Vorgang entfernt.
  • Wenn daher das verflüssigte Metall in der Nut des Isolierfilms vergraben wird, wird das Metall, welches auf dem Isolierfilm verblieben ist, also nicht das Metall in der Nut, durch ein Verfahren wie beispielsweise Ätzen entfernt, wodurch Defekte der Verdrahtungsschicht verhindert werden. Insbesondere wird, wenn Ag als das Verdrahtungsmaterial verwendet wird, Ag oder eine Ag-Legierung in der Nut des Isolierfilms mittels Glühen oder Tempern vergraben. Der Schmelzpunkt von Ag beträgt 960°C, und die Glüh- oder Anlaßtemperatur für Ag ist ebenso hoch wie die des Materials einer vergrabenen Verdrahtungsschicht. Aus diesem Grunde wurde Ag nicht als Material für eine vergrabene Verdrahtungsschicht verwendet. Allerdings ist der Widerstand von Ag niedriger als der jedes anderen Metalls, und es läßt sich eine Verdrahtungsschicht mit niedrigem Widerstand erhalten. Dem Ag, welches sich einfach anhäuft, wird erhebliche Beachtung geschenkt, und Ag wird in einem Temperaturbereich von 200°C bis 600°C geglüht oder getempert, um Ag oder eine Ag-Legierung anzuhäufen, wodurch das Vergraben in der Nut erfolgt. Da in der Nut vergrabenes Ag oder eine Ag-Legierung rekristallisiert wird, so daß große Korngrößen erzielt werden, läßt sich ein hoher Elektromigrationswiderstand erwarten. Wenn Ag oder eine Ag-Legierung, die auf dem Isolierfilm übrig bleiben, abgesehen von dem Ag oder der Ag-Legierung in der Nut, durch ein verfahren wie beispielsweise Ätzen entfernt werden, so können Defekte der Verdrahtungsschicht verhindert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine zweite Nut zwischen mehreren vorgesehenen Verdrahtungsbereichen eines Isolierfilms hergestellt, und in der zweiten Nut wird zur Ausbildung einer Dummy-Verdrahtungsschicht ein Metall vergraben.
  • Wenn in mehreren Nuten ein verflüssigtes Metall vergraben wird, führt dies dazu, daß verhindert werden kann, daß das Metall auf dem Isolierfilm übrig bleibt, also abgesehen von dem Metall in den Nuten, und Defekte einer Verdrahtungsschicht können verhindert werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand ihrer vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1A bis 1C Schnittansichten einer Aufeinanderfolge der Schritte eines konventionellen Verfahrens zur Herstellung einer Cu-Verdrahtungsschicht;
  • 2A bis 2C Schnittansichten mit einer Aufeinanderfolge der Schritte eines weiteren konventionellen Verfahrens zur Herstellung einer Cu-Verdrahtungsschicht;
  • 3A bis 3H Schnittansichten mit einer Aufeinanderfolge der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Metallverdrahtungsschicht durch konventionelles, selektives Wachstum;
  • 4A bis 4D Schnittansichten mit einer Aufeinanderfolge der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Metallverdrahtungsschicht durch ein anderes konventionelles Wachstumsverfahren;
  • 5A bis 5D Schnittansichten der Aufeinanderfolge der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer vergrabenen Ag-Verdrahtungsschicht gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 6 eine Aufsicht auf ein normales Oberflächenmuster;
  • 7 eine Schnittansicht von 19;
  • 8A bis 8B Schnittansichten der Aufeinanderfolge der Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer vergrabenen Al-Verdrahtungsschicht gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 9 bis 11 Aufsichten auf verschiedene Dummy-Muster gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 12A und 12B Schnittansichten der Aufeinanderfolge der Schritte zum Entfernen einer Dummy-Verdrahtungsschicht bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 13A bis 13F Schnittansichten mit einer Darstellung der Aufeinanderfolge der Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer vergrabenen Ag-Verdrahtungsschicht gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 14A bis 15 Schnittansichten von Abänderungen der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 16A bis 16D Schnittansichten der Herstellungsschritte einer Abänderung der dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 17A bis 17E Schnittansichten mit einer Darstellung der Aufeinanderfolge der Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer vergrabenen Cu-Verdrahtungsschicht gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
  • 18 einen Graphen mit einer Darstellung des Zustands einer Legierung aus Cu und Mg;
  • 19A bis 19D Schnittansichten der Aufeinanderfolge der Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer vergrabenen Ag-Verdrahtungsschicht gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
  • 20 eine Schnittansicht einer Modifikation der fünften Ausführungsform der Erfindung;
  • 21A und 21B Schnittansichten der Aufeinanderfolge der Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer vergrabenen Cu-Verdrahtungsschicht gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
  • 22A bis 22D Schnittansichten der Schritte zum Reinigen von Cu durch eine Reaktion zwischen Si und Ti bei der siebten Ausführungsform der Erfindung; und
  • 23A bis 23D Schnittansichten der weiteren Schritte zum Reinigen von Cu durch eine Reaktion zwischen Si und Ti bei der siebten Ausführungsform der Erfindung.
    •
  • Unter Bezugnahme auf die 5A bis 5D wird nachstehend eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert.
  • Wie aus 5A hervorgeht, wird auf einem Halbleitersubstrat 41 ein SiO2-Film 42 in einer Dicke von etwa 1,0 μm hergestellt. Durch ein lithographisches Verfahren und ein Ätzverfahren werden Nuten hergestellt, die jeweils eine Breite von 0,5 μm und eine Tiefe von 0,4 μm aufweisen. Ein Al-Metallfilm 43 wird so auf der sich ergebenden Anordnung abgelagert, daß durch seine Dicke die Nuten beinahe vergraben werden. Es wird darauf hingewiesen, daß vor der Ablagerung des Al-Metallfilms ein Film aus Ti oder TiN abgelagert werden kann, um die Benetzungseigenschaften des Metallfilms einzustellen.
  • Ein Glühen oder Tempern bei 500°C wird in derselben Kammer durchgeführt, in welcher der Al-Metallfilm 43 abgelagert wird. Zu diesem Zeitpunkt verflüssigt sich das Al und bewegt sich so, daß die Oberflächenspannung von Al verringert wird, und sich seine Form ändert. Da die Gesamtenergie abnimmt, beginnt daher gemäß 5B das Al damit, in die Nuten hineinzufließen. Allerdings kann in einem Abschnitt, in welchem ein großer Verdrahtungsabstand vorhanden ist, eine halbkugelförmige oder inselartige Erhöhung 43' stehen bleiben, die nicht in die Nut fließen kann. Es wird darauf hingewiesen, daß im vorliegenden Fall als das zu vergrabende Material ein Metall wie beispielsweise Al, Au, Ag oder Cu verwendet werden kann, welches für eine Verdrahtungsschicht für eine LSI-Schaltung verwendet wird, oder auch eine Legierung, welche diese Metalle als Hauptbestandteile enthält.
  • Nachdem das Metall durch Sputtern abgelagert wird, kann die sich ergebende Anordnung kurzzeitig der Luft ausgesetzt werden, in der das Glühen oder Tempern stattfindet, um aktiviert zu werden. Zu diesem Zeitpunkt wird auf der Oberfläche des Metalls ein Oxid erzeugt, so daß eine Verflüssigung des Metalls verhindert wird. Falls keine Verflüssigung auftritt, so wird das Glühen oder Tempern in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt. Wird das Glühen oder Tempern in einer Atmosphäre durchgeführt, in welcher die Verflüssigung verstärkt wird, so wird die Verflüssigung bei niedriger Temperatur durchgeführt. Aus diesem Grund kann ein Glühen oder Tempern bei niedriger Temperatur durchgeführt werden. Wenn beispielsweise Ag verwendet wird, kann das Glühen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgen.
  • Wie aus 5C hervorgeht, wird zur Abdeckung des Verdrahtungsbereiches ein Abdecklackfilm 44 erzeugt.
  • Gemäß 5D wird der Überschuß 43' durch ein Ätzmittel, wie beispielsweise Phosphorsäure entfernt, und der Abdecklackfilm 44 abgeschält, wodurch dann eine gewünschte Verdrahtungsform erhalten wird.
  • Die Form des Abdecklackmusters 44, welches den Verdrahtungsbereich bedeckt, wird durch Verdickung der Form des Verdrahtungsmusters erhalten. Nachdem Al in den Nuten vergraben wurde, kann dann nur das Überschüssige Al entfernt werden, wenn ein Abdecklackfilm auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Anordnung hergestellt wird, und RIE auf der gesamten Oberfläche unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Ätzraten für den Abdecklack und für Al gleich sind.
  • Nach dem Vergraben von Al in den Nuten kann zusätzlich W, welches ein verhältnismäßig hartes Material darstellt, auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Anordnung abgelagert werden, und dann mechanisch poliert werden.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 12B die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 6 ist eine Aufsicht auf eine allgemeine Verdrahtungsschicht. Es ist ein großer Bereich 50B vorhanden, in welchem keine Verdrahtungsschichten 50a vorgesehen sind. 7 zeigt die ideale Form eines Schnittes entlang einer Linie Y-Y in 6. Nach dem Stand der Technik verbleibt jedoch der Überschuß 43', wie anläßlich der vorherigen Ausführungsform beschrieben, so daß eine defekte Verdrahtungsschicht (5B) ausgebildet wird.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird gemäß 8A auf einem Halbleitersubstrat 51 ein Isolierfilm 52 abgelagert, der beispielsweise aus SiO2 besteht, und zwar in einer Dicke von etwa 1 μm, und dann werden Nuten 52a, in denen ursprünglich Verdrahtungsschichten vergraben werden sollen, sowie Dummy-Nuten 52b in einem Bereich gebildet, in welchem ursprünglich keine Verdrahtungsschicht hergestellt werden soll. Es wird darauf hingewiesen, daß die Nuten 52a und 52b in unterschiedlichen Verfahrensschritten oder denselben Verfahrensschritten hergestellt werden können.
  • Wie bei der ersten Ausführungsform, bei welcher Al durch Sputtern abgelagert wird, wird ein Al-Film 53 verflüssigt, und der Al-Film 53 wird in den Verdrahtungsnuten 52a und den Dummy-Nuten 52b vergraben. Zu diesem Zeitpunkt kann der Al-Film 53 dadurch abgeflacht werden, daß eine selektive Ätzung oder RIE der gesamten Oberfläche erfolgt. Dies führt dazu, wie in 8B gezeigt ist, daß echte Verdrahtungsschichten 53a und Dummy-Verdrahtungsschichten 53b gebildet werden, und kein überschüssiges Al übrig bleibt. Daher läßt sich eine ideale Verdrahtungsform erhalten.
  • Ein Dummy-Muster kann ein ebenes Muster sein, wie in 9 gezeigt, ein Linienmuster gemäß 10 oder ein Punktmuster gemäß 11. Darüber hinaus kann als das Dummy-Muster ein Muster verwendet werden, welches durch Zusammensetzen oder Kombinieren dieser Muster erhalten wird.
  • Obwohl der nächste Vorgang durchgeführt werden kann, während die Dummy-Verdrahtungsschichten 53b vorhanden sind, wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Vorgang der Entfernung der Dummy-Verdrahtungsschichten beschrieben.
  • Bei dem voranstehend erläuterten Vorgang wird, wie in 12A gezeigt, jede der Nuten 52b für die Dummy-Verdrahtungsschichten so ausgebildet, daß ihre Tiefe geringer ist als jene jeder der Nuten 52a für die eigentliche Verdrahtungsschicht, und die Verfahrensschritte bis zum Schritt des Vergrabens von Al werden auf dieselbe weise wie voranstehend erläutert durchgeführt. Auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Anordnung wird ein Abdecklackfilm hergestellt, und auf der gesamten Oberfläche wird RIE durchgeführt, unter der Bedingung, daß die Ätzraten für Al und den Abdecklack gleich sind. In diesem Fall können nur die Dummy-Verdrahtungsschichten, die jeweils eine geringe Tiefe aufweisen, entfernt werden, wie in 12B gezeigt ist.
  • Es können nur die Dummy-Verdrahtungsschichten so entfernt werden, daß ein relativ hartes Material, wie beispielsweise W, auf der gesamten Oberfläche abgelagert wird, und dann mechanisch poliert wird. Wenn in diesem Fall das Polieren unter der Bedingung durchgeführt wird, daß die W-Schicht und der Isolierfilm so poliert werden, daß sie dieselbe Tiefe aufweisen, so läßt sich eine flache Form erzielen. Wenn die Dicke der Dummy-Verdrahtungsschicht gering ist, oder keine Dummy-Verdrahtungsschichten vorhanden sind, wird auf diese Weise eine Verdrahtungskapazität verringert, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit einer LSI-Schaltung erhöht wird.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 13A bis 13F die dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Wie aus 13A hervorgeht, wird auf einem Halbleitersubstrat 61 eine isolierende Zwischenschicht 62 hergestellt, und ein Abdecklack wird auf die gesamte Oberfläche der sich ergebenden Anordnung aufgebracht und belichtet und entwickelt, um ein Abdecklackmuster herzustellen. Durch anisotropes Ätzen, wie beispielsweise RIE, werden Verdrahtungsnuten hergestellt, und das Abdecklackmuster wird durch O2-Veraschung oder dergleichen entfernt.
  • Wie in 13B gezeigt, wird ein Dünnfilm 63 auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Anordnung durch Ablagerung oder Sputtern hergestellt, wobei der Dünnfilm die Funktion der Verbesserung der Hafteigenschaften zwischen Ag und einer isolierenden Zwischenschicht aufweist, die Funktion des Verhinderns eines Eindiffundierens von Ag in die isolierende Zwischenschicht, sowie die Funktion der Verbesserung der Benetzungseigenschaften zwischen Ag und der isolierenden Zwischenschicht. Als Material für den Dünnfilm 63 kann ein Metall verwendet werden, beispielsweise Ti, TiN, Al, Ni, Pd, Nb, Au, Pb, Ng oder Tl, ein Halbleiter wie etwa Si oder Sb, oder ein Isolator wie beispielsweise SiN. Durch Kombination verschiedener Arten von Materialien kann ein Mehrschichtfilm hergestellt werden.
  • Wie aus 13C hervorgeht, wird ein Ag-Film 64 so hergestellt, daß seine Dicke das 0,3- bis 1,0-fache der Tiefe jeder Verdrahtungsnut beträgt. Zwar kann der Ag-Film 64 durch jedes Verfahren wie beispielsweise Ablagerung oder Sputtern hergestellt werden, jedoch wird der Ag-Film 64 so ausgebildet, daß eine gute Stufenbedeckung auf der Seitenwand der Nut erzielt wird.
  • Daraufhin wird ein Glühen oder Tempern bei etwa 200°C bis 600°C durchgeführt, wie in 13D gezeigt, und der Ag-Film 64 wird angehäuft, um in der Verdrahtungsnut vergraben zu werden. Hierbei ist es bekannt, daß beim Glühen oder Tempern von Ag in einer Atmosphäre, die einen kleinen Anteil an Sauerstoff oder Wasserstoff enthält, eine einfache Anhäufung von Ag auftritt, und Ag bei verhältnismäßig niedriger Temperatur verflüssigt wird. Zusätzlich ist anzumerken, daß zwar ein Oxidfilm auf der Oberfläche des Ag erzeugt werden kann, wenn ein Glühen oder Anlassen für Ag in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die einen kleinen Anteil an Sauerstoff aufweist, das Glühen oder Tempern jedoch auch in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden kann, um den Oxidfilm zu entfernen. Zu diesem Zeitpunkt ist Überschüssiges Ag 64a auf einem Verdrahtungsraum vorhanden. Die nachstehenden Schritte werden durchgeführt, um dieses überschüssige Ag 64a zu entfernen.
  • Wie aus 13E hervorgeht, wird auf der gesamten Oberfläche des sich ergebenden Aufbaus ein Abdecklack 65 vorgesehen. Gemäß 13F wird auf der gesamten Oberfläche ein Ätzvorgang durchgeführt, um gleichzeitig das überschüssige Ag 64a und dem Zwischenfilm 63 zwischen dem überschüssigen Ag 64a und der isolierenden Zwischenschicht 62 zu entfernen.
  • Auf diese Weise wird das im Bereich des Verdrahtungsraums vorhandene, Überschüssige Ag 64a entfernt, und es läßt sich ein ideales Ag-Verdrahtungsmuster 64 herstellen.
  • Zwar wird bei den voranstehend beschriebenen Vorgängen Ag als Verdrahtungsmaterial verwendet, jedoch läßt sich als Verdrahtungsmaterial auch ein Material wie beispielsweise eine Ag-Legierung verwenden, die sich einfach anhäuft. Zusätzlich läßt sich als Verfahren zur Ausbildung einer Verdrahtungsnut ein Verfahren einsetzen, das durch Kombination einer Abdecklackmaske und einer isotropen Ätzung erhalten wird, oder ein Verfahren, welches durch Kombinieren einer Abdecklackmaske und eines selektiven Wachstums von SiO2 aus der flüssigen Phase erhalten wird. Zusätzlich zum Rückätzen des Abdecklacks wie voranstehend erläutert läßt sich vorteilhafterweise auch Polieren als Verfahren zum Entfernen restlichen Ag einsetzen.
  • Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die 13A bis 16D verschiedene Abänderungen der voranstehend erläuterten, dritten Ausführungsform beschrieben. Zwar wird bei der voranstehenden Ausführungsform der Dünnfilm 63 auf der gesamten Oberfläche der isolierenden Zwischenschicht ausgebildet, in welcher die Nuten hergestellt werden, jedoch kann der Dünnfilm 63 auch nur in jeder der Nuten vorgesehen werden. wenn der Metallfilm durch Glühen oder Tempern in dem nächsten Schritt verflüssigt werden soll, so fließt dann, wenn ein Dünnfilm wie beispielsweise ein Ti-Film oder ein TiN-Film zur Verbesserung der Benetzungseigenschaften in der Nut vorgesehen wird, das Metall auf dem Isolierfilm abgesehen von dem Metall in der Nut einfach in die Nut hinein, wodurch der Vergrabungsvorgang wirksam durchgeführt wird. Zur Ausbildung eine derartigen Dünnfilms wird nach dem in 13B gezeigten Vorgang ein Abdecklackfilm 66 auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Anordnung vorgesehen, dann wird RIE auf der gesamten Oberfläche durchgeführt, wobei die Ätzraten für den Abdecklackfilm und das Dünnfilmmaterial wie beispielsweise Ti oder TiN gleich sind, und gemäß 14A wird dann der Ti- oder TiN-Film auf der Oberfläche entfernt. Wie in 14B gezeigt, wird dann der Abdecklackfilm 66 entfernt, und der Dünnfilm verbleibt nur in jeder der Nuten.
  • Selbst wenn der Dünnfilm 63 nur auf den Seitenwandabschnitten jeder der Nuten oder nur auf dem Bodenabschnitt jeder der Nuten ausgebildet wird, lassen sich dieselben Wirkungen wie voranstehend beschrieben erzielen. wird beispielsweise ein Dünnfilm nur auf jedem der Seitenwandabschnitte der Nut, wie in 15 gezeigt, ausgebildet, so kann nach dem in 13B gezeigten Verfahrensschritt eine anisotrope Ätzung durchgeführt werden.
  • Zur Herstellung eines Dünnfilms auf dem Bodenabschnitt jeder der Nuten werden vorzugsweise die in den 16A bis 16D gezeigten Verfahrensschritte durchgeführt. Wie aus 16A hervorgeht, wird die isolierende Zwischenschicht 62 auf dem Halbleitersubstrat 61 mit einer Dicke von etwa 0,6 μm abgelagert, und dann wird der Ti- der TiN-Film 63 abgelagert. Entsprechend 16B wird ein Abdecklackmuster 67 auf einem Verdrahtungsbereich hergestellt. Der Ti- oder TiN-Film 63 wird unter Verwendung des Abdecklackmusters 67 als Maske geätzt.
  • Wie in 16C gezeigt, läßt man dann einen Isolierfilm selektiv aufwachsen, durch Plasma-ECR oder ein Flüssigphasen-Wachstumsverfahren, unter Verwendung des Abdecklackmusters. Daraufhin wird gemäß 16D das Abdecklackmuster 67 entfernt, so daß der Ti- oder TiN-Film auf dem Bodenabschnitt jeder der Nuten ausgebildet werden kann.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 17A bis 17C die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Entsprechend 17A wird auf einem Si-Substrat 81 ein SiO2-Film 82 hergestellt. Obwohl in 17A ein einfacher, doppelschichtiger Aufbau gezeigt ist, wird in diesem Fall ein Halbleiterelement unter dem SiO2-Film 82 bei den tatsächlichen Verfahrensschritten zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gebildet.
  • Gemäß 17B wird ein Abdecklackfilm 83 abgelagert und durch einen fotografischen Schritt bearbeitet, und es wird RIE für den SiO2-Film 82 durchgeführt, um so eine Nut mit einer Tiefe von etwa 0,5 μm und einer Breite von etwa 0,3 μm herzustellen. Wie in 17C gezeigt, wird der Abdecklackfilm 83 durch einen Veraschungsvorgang entfernt, und ein Cu-Film, der 10% Mg enthält, wird auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Anordnung ausgebildet, in einer Dicke von 0,1 μm, um so einen Cu-Mg-Film 84 herzustellen.
  • Wird die sich ergebende Anordnung in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre 30 Minuten lang geglüht oder getempert, bei 500°C, so verflüssigt sich der Cu-Mg-Film 84 und vergräbt sich in der Nut, die vorher hergestellt wurde. Falls ein Cu-Mg-Film auf einem Abschnitt außerhalb der Nut bei diesem Verfahrensschritt Übrig bleibt, so wird gemäß 17D nur der Cu-Mg-Film auf diesem Abschnitt entfernt.
  • Daraufhin wird die sich ergebende Anordnung bei 600°C in einer Stickstoffatmosphäre 30 Minuten lang geglüht oder getempert, um nur Mg in dem Cu-Mg-Film 84 zu einer Reaktion mit Stickstoff anzuregen, und es wird, wie aus 17E hervorgeht, ein MgNX-Film 84b auf einem Cu-Film 84a hergestellt. Da dieser MgNX-Film ein Leiter ist, kann ohne weitere Änderungen der MgNX-Film 84b als Teil einer Verdrahtungsschicht verwendet werden. Darüber hinaus läßt sich der MgNX-Film einfach durch eine Bearbeitung unter Verwendung von Methylalkohol entfernen.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß dann, wenn ein zweiter SiO2-Film auf der sich wie voranstehend erläutert erhaltenen Anordnung abgelagert wird, und dasselbe Verfahren wie voranstehend beschrieben eingesetzt wird, die zweite und dritte Verdrahtungsschicht ausgebildet werden können. Da die erste Verdrahtungsschicht aus reinem Kupfer besteht, welches einen hohen Schmelzpunkt aufweist, erfolgt zu diesem Zeitpunkt keine negative Beeinflussung der ersten Verdrahtungsschicht, wenn das zweite und dritte Verdrahtungsmaterial verflüssigt wird.
  • 18 ist ein Graph mit einer Darstellung des Zustands der voranstehend beschriebenen Cu-Mg-Legierung. Wie aus 18 deutlich wird, zeigt zur Minimalisierung der hinzuzufügenden Menge an Mg ein Schmelzpunkt eine Minimaltemperatur an, nämlich 722°C, wenn 10% Mg hinzugefügt wird. Obwohl 10% Mg dem Kupfer bei dem voranstehend beschriebenen Verfahren hinzugefügt wird, ist daher die Menge an Mg nicht auf diesen Wert beschränkt, und es kann eine derartige Menge an Mg dem Cu hinzugefügt werden, daß der Schmelzpunkt ausreichend verringert wird, auf der Grundlage des Graphen von 18.
  • Zwar beträgt bei dem voranstehenden Verfahren der Schmelzpunkt der Cu-Mg-Legierung 722°C, jedoch ist ein Verflüssigungspunkt auf 500°C eingestellt. Ein Festkörper kann auf einer Temperatur unterhalb seines Schmelzpunktes verflüssigt werden, und es ist bekannt, daß ein Festkörper bei einer Temperatur entsprechend 70 bis 80% seines Schmelzpunktes flüssig wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Verflüssigungstemperatur auf 500°C eingestellt.
  • Bei dem Verfahren wird Mg in einer Stickstoffatmosphäre ausgefällt. Dieser Effekt tritt infolge der nachstehend angegebenen Beziehung auf. Wenn die Wärme (HCu-Mg) einer Cu-Mg-Legierung, die Wärme (HCu-N) einer Cu-N-Legierung, und die Wärme (HMg-N) einer Mg-N-Legierung in der in der nachstehenden Formel (1) angegebenen Beziehung stehen, und die Differenz der Wärme vor dem Glühen und der Wärme nach dem Glühen durch die nachstehende Gleichung (2) gegeben ist, so gilt die nachstehende Gleichung (3), entsprechend dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. |HMg-N| ≥ |HCu-Mg|·|HMg-N| ≥ |HCu-N| (1) ΔH = HMg(HMg-N – HCu-Mg) (2)NMG: Anzahl von Mg-Atomen in der Volumeneinheit. ΔG = ΔH – TΔS < 0 (3)T: Temperatur
    ΔS: Entropieänderungsbetrag
    ΔG: Änderungsbetrag der Gibb'schen freien Energie.
  • Zwar nimmt bei diesem System der Betrag der Entopieänderung ab (ΔS < 0), durch Ansammeln von Mg-Atomen, die in den Cu-Film an einem Ort hineindiffundieren, jedoch wird die Verringerung des Betrages der Entropieänderung durch ΔH kompensiert, und ΔG ist negativ eingestellt. Aus diesem Grund ist das System an sich stabil.
  • Daher ist bei der vierten Ausführungsform die Materialkombination nicht auf die Kombination von Cu und Mg beschränkt, und es kann jede Materialkombination verwendet werden, welche die voranstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt.
  • Es lassen sich beispielsweise die nachstehend angegebenen Kombinationen Überlegen: (Cu-Ge), (Cu-In), (Cu-Mg), (Cu-Mn), (Cu-Li), (Cu-Sb), (Cu-P), (Cu-Pn), (Cu-Sn), (Cu-Si), (Cu-Ti), (Cu-Y), (Ag-Al), (Au-Bi), (Au-Cu), (Au-Ge), (Au-In), (Au-Pb), (Au-Si), (Au-Sb), (Su-Sn), (Au-U), und dergleichen.
  • Die optimalen werte für die Temperatur eines Zusatzstoffes, eine Verflüssigungstemperatur, und die Glüh- oder Tempertemperatur in einem Stickstoffgas werden in Abhängigkeit von der Art dieser Kombinationen geändert.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 19A bis 19D die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wie in 19A gezeigt, wird auf einem Si-Substrat 91 ein SiO2-Substrat 92 ausgebildet. Ein Abdecklackfilm wird abgelagert und durch ein fotolithographisches Verfahren behandelt, um ein Abdecklackmuster herzustellen. Das SiO2-Substrat 92 wird mittels RIE unter Verwendung des Abdecklackmusters als Maske geätzt, um eine Nut mit einer Tiefe von etwa 0,5 μm und einer Breite von etwa 0,3 μm herzustellen. Daraufhin wird durch einen Veraschungsvorgang das Abdecklackmuster entfernt. Dann wird ein Ag-Mg-Film 93 mit einer Dicke von etwa 0,1 μm hergestellt.
  • Die sich ergebende Anordnung wird in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre 30 Minuten lang bei 550°C geglüht oder getempert, um den Ag-Mg-Film 93 bis zur Fließfähigkeit zu verflüssigen, wie in 19B gezeigt ist, um so den Ag-Mg-Film in der Nut zu vergraben. wie aus 19C hervorgeht, wird durch Glühen oder Tempern in einem Sauerstoffgas das Mg in dem Ag-Mg-Film als ein MgOX-Film 93b abgelagert. Zwar ist dieser MgOX-Film ein Isolator jedoch kann er einfach entfernt werden. Gemäß 19C kann nur ein Ag-Film 93a in der Nut Übriggelassen werden.
  • Der MgOX-Film 93b muß nicht unbedingt entfernt werden, und kann daher an seinem Ort bleiben. Wenn der Ag-Film 93a mit der zweiten Verdrahtungsschicht verbunden wird, nachdem ein Kontaktloch in einer isolierenden Zwischenschicht hergestellt wurde, muß nämlich nur der MgX-Film am Bodenabschnitt des Kontaktloches entfernt werden.
  • Bei dem voranstehend beschriebenen Verfahren ist die Materialkombination nicht auf die Kombination von Ag und Mg beschränkt, und es können viele verschiedene Materialkombinationen verwendet werden.
  • Es lassen sich beispielsweise die nachstehend angegebenen Kombinationen überlegen: (Ag-Pb), (Ag-Sb), (Ag-Sn), (Ag-Si), (Au-Zn), (Au-Al), (Au-Cd), (Au-Co), (Au-Cu), (Au-Ge), (Au-In), (Au-Pb), (Au-Si), (Au-Sb), (Au-Sn), (Ag-Zn), (Au-U), und dergleichen.
  • Selbstverständlich werden die optimalen Werte der Temperatur eines Zusatzstoffes, einer Verflüssigungstemperatur, und der Glüh- oder Tempertemperatur in einem Sauerstoffgas in Abhängigkeit von diesen Kombinationen geändert.
  • Wenn beispielsweise die Kombination (Ag-Sb) ausgewählt wird, entsprechend 20, so kann der Ag-Film 93a vollständig von einem Sb2O5-Film 94 umgeben werden, entsprechend der Beziehung zwischen Wärme |HSiO2| und der Wärme |HSb2O5|, also |HSiO2| > |HSb2O5|. Entsprechend diesem Verfahren wird Sb in den vier Richtungen um den Sb2O5-Film 94 herum abgelagert. Der Wirkungsgrad für das Entfernen einer Verunreinigung bei diesem Verfahren ist höher als bei dem voranstehend beschriebenen Verfahren.
  • Nachstehend wird die sechste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Bei dieser Ausführungsform wird, ebenso wie bei der vierten und fünften Ausführungsform, eine Nut, welche die Form einer vergrabenen Verdrahtungsschicht aufweist, in einem Isolierfilm ausgebildet. Im vorliegenden Fall wird jedoch Au, welches 5% Al enthält, als zu vergrabendes Material verwendet. Die sich ergebende Anordnung wird bei 400°C in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre 30 Minuten lang geglüht oder getempert, um das Material zu verflüssigen, und dann in der Nut zu vergraben. Daraufhin wird die sich ergebende Anordnung bei 300°C in einer Cl2- oder BCl3-Atmosphäre geglüht. Zu diesem Zeitpunkt diffundiert das Al in dem Au in das Au hinein, so daß es mit Cl auf der Au-Oberfläche reagiert, wodurch AlCl3 erzeugt wird. Dieses Material wird verdampft und verschwindet, da das Material einen hohen Dampfdruck aufweist.
  • Mit fortschreitender Reaktion wird das Al in dem Au vollständig entfernt, und in der Nut verbleibt nur reines Au. Obwohl ein Abschnitt mit einer Dicke von etwa 200 Angström der Au-Oberfläche aus AuClX besteht, beeinflußt dies kaum den Widerstand der gesamten Verdrahtungsschicht. Wenn nur ein AuCl-Film auf dem Boden eines Kontaktloches zum Verbinden der ersten Verdrahtungsschicht mit der zweiten Verdrahtungsschicht durch einen umgekehrten Sputter-Vorgang oder dergleichen entfernt wird, so läßt sich ohne jegliche Schwierigkeiten diese Ausführungsform bei einem mehrschichtigen Verdrahtungsaufbau einsetzen.
  • Zwar ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Kombination (Au-Al) beispielhaft angegeben, jedoch ist die Materialkombination für die Verdrahtungsschicht nicht auf die Kombination (Au-Al) beschränkt, und es kann eine Kombination verwendet werden, die ein Material wie beispielsweise ein Chlorid mit einem hohen Dampfdruck als Zusatzstoff aufweist. Beispielsweise werden Kombinationen wie (Ag-Si), (Au-Si), (Cu-Ti), (Cu-Si) oder dergleichen verwendet.
  • Zwar wird bei der vorliegenden Ausführungsform nur ein Cl2- oder BCl3-Gas zugeführt, jedoch kann das Glühen oder Tempern auch in dem Plasma des Cl2- oder BCl3-Gases durchgeführt werden. In diesem Fall kann die Reaktionstemperatur auf etwa 250°C verringert werden. Zwar wird bei der voranstehenden Ausführungsform ein Gas auf Chlorbasis beispielhaft angegeben, jedoch kann jedes Halogengas verwendet werden, welches einen Zusatz mit einem niedrigen Dampfdruck hat und nicht leicht mit Au, Ag und Cu reagiert, und es können auch Gase auf Br- oder F-Basis verwendet werden.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 21A und 21B die siebte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Wie aus 21A hervorgeht, wird auf einem Si-Substrat 101 ein SiO2-Film 102 hergstellt, und in dem SiO2-Film 102 eine Nut erzeugt. Ein Cu-Film 103, der 20% Ti enthält, wird auf der Oberfläche der sich ergebenden Anordnung in einer Dicke von 0,1 μm abgelagert. Die sich ergebende Anordnung wird in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre 30 Minuten lang bei 600°C geglüht oder getempert, um den Ti enthaltenden Cu-Film 103 zu verflüssigen, und hierdurch zu veranlassen, daß der Cu-Film 103 in die Nut fließt. Die sich ergebende Anordnung wird bei 200°C in einem SiH4-Gas geglüht, und eine Si-Schicht 104 mit einer Dicke von 0,2 μm wird durch thermische Zersetzung von SiH4 nur auf dem Cu-Film abgelagert.
  • Daraufhin wird, wie in 21B gezeigt, die sich ergebende Anordnung bei 700°C 30 Minuten lang in einem Stickstoffgas, einem Argongas oder unter Vakuum geglüht, um Ti zur Reaktion mit dem Si in dem Cu-Film zu veranlassen, wodurch eine TiSi-Schicht 106 gebildet wird. Ein reiner Cu-Film 105 verbleibt in der Nut. In diesem Fall reagiert Si selektiv mit Ti, da die von Si und Cu erzeugte Wärme größer ist als die von Si und Ti erzeugte Wärme.
  • Als Verfahren zum Reinigen von Cu durch eine Reaktion zwischen Si und Ti ist das in den 22A bis 22D gezeigte Verfahren bekannt.
  • Gemäß 22A wird auf dem Si-Substrat 101 der SiO2-Film 102 ausgebildet, und in dem SiO2-Film 102 eine Nut hergestellt. Die Si-Schicht 104 wird nur auf dem Bodenabschnitt der Nut abgelagert. Es kann jedes Verfahren zur Ausbildung der Si-Schicht 104 eingesetzt werden. In der Nut wird eine Ionenimplantierung von Si bei beispielsweise 30 keV und 1 × 1016 cm2 durchgeführt, unmittelbar nachdem die Nut beispielsweise durch RIE gebildet wurde, dann wird der Bodenabschnitt der Nut stark amorph ausgebildet, und schließlich wird der Abdecklackfilm entfernt. In diesem Zustand wird, wenn das Si in dem SiH4 selektiv abgelagert wird, die Si-Schicht 104 mit einer Dicke von 0,2 μm nur auf dem Boden der Nut gebildet.
  • Wie aus 22B hervorgeht, wird der 20% Ti enthaltende Cu-Film 103 auf der gesamten Oberfläche der Si-Schicht 104 in einer Dicke von 0,1 μm abgelagert. Entsprechend 22C wird die sich ergebende Anordnung bei 600°C in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre 30 Minuten lang geglüht oder getempert, um den Cu-Film 103 zu verflüssigen, und so den Cu-Film 103 zum Hineinfließen in die Nut zu veranlassen.
  • Zwar beginnt das Ti in dem Cu-Film mit dem Si zu reagieren, jedoch ist in diesem Fall eine große Menge an Ti in dem Cu-Film enthalten, da die Temperatur des Cu-Films nicht ausreichend hoch ist. Wenn zu diesem Zeitpunkt die sich ergebende Anordnung bei 700°C 30 Minuten lang in einem Inertgas, in Stickstoffgas, oder unter Vakuum geglüht oder getempert wird, wie aus 22D hervorgeht, so ändert sich Ti vollständig in die Ti-Si-Schicht 106, und wird von dem reinen Cu-Film 105 getrennt.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 23A bis 23D ein Verfahren beschrieben, welches anstelle des voranstehend beschriebenen Verfahrens eingesetzt werden kann.
  • Wie aus 23A hervorgeht, wird ein Cu-Film, der 10% Si enthält, auf der gesamten Oberfläche des SiO2-Films 102 hergestellt, in welchem eine Nut ausgebildet wird, und dieser Film wird dadurch verflüssigt, so daß er in die Nut fließt, daß ein Glühvorgang bei 650°C in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre 30 Minuten lang durchgeführt wird. Wie aus 23B hervorgeht, wird ein Ti-Film 108 auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Anordnung abgelagert, und bei 700°C in einer N2-Atmosphäre 30 Minuten lang geglüht oder getempert, und gemäß 23C wird ein TiSi2-Film 110 zwischen einem Cu-Film 109 und einem TiN-Film 111 erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Si in dem Cu-Film in Form eines Silicids ausgefällt.
  • Daraufhin wird gemäß 23D der TiN-Film 111 durch Glühen unter Verwendung einer Lösung entfernt, welche H2O2 enthält.
  • Bei jeder der voranstehend beschriebenen vierten bis siebten Ausführungsformen wird ein Glühen oder Tempern zur Verflüssigung in einer Atmosphäre, die Wasserstoff enthält, beispielsweise durch Zumischung von Wasserstoff zu einer Inertgasatmosphäre oder einem Vakuum verwendet. Während des Glühens oder Temperns für die Verflüssigung kann Wasserstoff Kohlenstoff oder Sauerstoff entfernen, die an der Oberfläche oder den Korngrenzen einer zu verflüssigenden Mischung anhaften, während der Ablagerung der Mischung oder später. Aus diesem Grund kann Wasserstoff die Verflüssigung beschleunigen.
  • Zwar wird das Glühen oder Tempern zum Verflüssigen nach der Ablagerung eines Verdrahtungsmaterials durchgeführt, jedoch kann darüber hinaus das Verdrahtungsmaterial auch dadurch verflüssigt werden, daß ein gleichzeitiges Glühen/Tempern und eine Ablagerung durchgeführt werden. Bei jeder der vierten bis siebten Ausführungsformen kann ein Material, welches gute Benetzungseigenschaften mit Au, Ag, Cu und Zusatzstoffen für diese Materialien aufweist, auf den Boden- und Seitenoberflächen einer Nut hergestellt werden, bevor eine Mischung von Verdrahtungsmaterialien abgelagert wird.
  • Beispielsweise kann eine TiN-Schicht in der Nut des SiO2- Films ausgebildet werden, um die Benetzungseigenschaften in der Nut im Vergleich zu den anderen Abschnitten zu verbessern, so daß die Verflüssigung von Cu-Mg verbessert werden kann.
  • Wenn ein Verfahren zur Herstellung einer Metallverdrahtungsschicht unter Einsatz eines Vergrabungsverfahrens und eines selektiven Wachstums gemäß der Erfindung verwendet wird, so kann wie voranstehend beschrieben eine Komplikation der Vorgänge infolge einer Mikromusterung einer Verdrahtungsschicht verhindert werden, und eine Metallverdrahtungsschicht mit hervorragenden Formeigenschaften erhalten werden.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend die folgenden Schritte: a) Ausbilden mindestens einer Nut im vorgesehenen Verdrahtungsbereich eines Isolierfilms (42) auf einem Halbleitersubstrat (41); b) Ausbilden eines Metallfilms (43) auf dem Isolierfilm (42); c) Glühen oder Tempern des Metallfilms (43) in einer reduzierenden Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält oder in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, um den Metallfilm (43) so zu verflüssigen, daß Metall in der mindestens einen Nut vergraben wird, wodurch eine Verdrahtungsschicht in der Nut ausgebildet wird; und d) Entfernen des Metalls (43'), welches auf dem Isolierfilm (42) verbleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm (43) aus einem Metall aus folgender Gruppe besteht: Al, Au, Ag, Cu und eine Legierung dieser Stoffe.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen oder Tempern im Schritt c) bei einer Temperatur durchgeführt wird, bei welcher eine Ansammlung des Metalls in der mindestens einen Nut auftritt.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend die folgenden Schritte: a) Ausbilden erster Nuten (52a) in mehreren vorgesehenen Verdrahtungsbereichen eines Isolierfilms (52) auf einem Halbleitersubstrat (51); b) Ausbilden mindestens einer zweiten Nut (52b) zwischen den mehreren vorgesehenen Verdrahtungsbereichen des Isolierfilms (52); c) Ausbilden eines Metallfilms (53) auf dem Isolierfilm (52); und d) Glühen oder Tempern des Metallfilms (53) zum Verflüssigen des Metallfilms (53), um so Metall in den ersten und zweiten Nuten (52a, 52b) zu vergraben, wodurch Verdrahtungsschichten (53a) in den ersten Nuten (52a) gebildet werden, und eine Dummy-Verdrahtungsschnicht (53b) in der zweiten Nut (52b) gebildet wird, wobei das Glühen oder Tempern in einer reduzierenden Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält, oder in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin der Schritt des Entfernens der Dummy-Verdrahtungssschicht (53b) vorgesehen ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine zweite Nut (52b) weniger tief ist als jede der ersten Nuten (52a).
  7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen oder Tempern bei einer Temperatur durchgeführt wird, bei welcher eine Ansammlung des Metalls in den ersten Nuten (52a) und in der mindestens einen zweiten Nut (52b) auftritt.
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