DE60211820T2

DE60211820T2 - Verbesserung von Kontaktwiderständen in integrierten Schaltungen

Info

Publication number: DE60211820T2
Application number: DE60211820T
Authority: DE
Inventors: Goran Plymouth Alestig
Original assignee: X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Current assignee: X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: EP1294020A2; EP1294020B1; US6881655B2; DE60211820D1; GB0122221D0; EP1294020A3; GB2379796A; US20030071282A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen von Kontaktwiderständen in Integrierten Schaltkreisen.
In der Herstellung von Integrierten Schaltkreisen werden zahlreiche unterschiedliche Bauelemente benötigt, um eine gebrauchsfertige Vorrichtung zu erzeugen. Unter diesen Bauelementen sind Widerstände, die unter Verwendung von Silicium hergestellt werden können, das auf dem Siliciumwafer abgeschieden wird. Das Silicium wird normalerweise mit einer amorphen oder polykristallinen Struktur abgeschieden, die hierin bezeichnet wird als "Polysilicium".
Die Widerstände werden normalerweise mit Bor, Phosphor oder Arsen dotiert, um den spezifischen elektrischen Widerstand des Polysiliciums auf einen geeigneten Wert einzustellen. In den letzten Bearbeitungsstufen werden die Widerstände mit einer isolierenden Schicht abgedeckt. Es werden Öffnungen in der isolierenden Schicht hergestellt, um Kontakte zu den Polysilicium-Widerständen zu erzeugen.
Die Widerstände werden sodann mit anderen Teilen des Integrierten Schaltkreises unter Verwendung von leitendem Material verbunden, bei dem es sich in der Regel um ein Metall handelt, wie beispielsweise Aluminium. Oftmals enthält das Aluminium geringe Konzentrationen an zugesetztem Silicium oder Kupfer.
Um eine einwandfreie Funktionsfähigkeit des Integrierten Schaltkreises zu gewährleisten, kommt es darauf an, dass der Kontaktwiderstand zwischen dem Polysilicium-Widerstand und dem leitenden Material gering ist und gut kontrolliert wird. Es ist bekannt, dass, wenn es sich bei dem verwendeten leitenden Material um Aluminiumn handelt und das Polysilicium mit Phosphor oder Arsen dotiert ist (Dotierung von n-Typ), der Kontaktwiderstand hoch und veränderlich sein kann.
Eine bekannte Methode des Ätzens der Kontaktöffnungen zu den Polysilicium-Widerständen wurde beschrieben von S. M. Sze, VLSI Technology, McGraw-Hill Book Company, New York, 1983. Zur Begrenzung von Flächen für die Kontaktöffnungen zu den Polysilicium-Widerständen wird ein Maskierungsschritt angewendet. Anschließend wird die isolierende Schicht unter Anwendung einer Methode des Plasmaätzens oder einer Methode des Nassätzens geätzt. Kombinationen der zwei Methoden sind ebenfalls bekannt. Dem Ätzen folgen Schritte des Abbeizens und Reinigens, um die maskierende Schicht und etwaige Rückstände aus dem Ätzprozess zu entfernen.
Der abschließende Reinigungsschritt ist sehr wichtig, um einen guten Kontakt zu erzielen. Diese Reinigung erfolgt gewöhnlich unter Verwendung von Fluorwasserstoffsäure (HF), die mit Wasser verdünnt ist. Die verdünnte HF wird etwaige Rückstände von Siliciumoxid entfernen, ist jedoch für das Entfernen von etwaigem beschädigtem, nicht oxidierten Silicium nicht wirksam.
In weiteren bekannten Reinigungsschritten, die an dieser Stelle zur Anwendung gelangen, wird eine Mischung von H₂O-H₂O₂-NH₄OH und eine Mischung von H₂O-H₂O₂-HCl verwendet. Die Verwendung einer Mischung von H₂O-H₂SO₄-H₂O₂ zur Reinigung von Kontaktflächen ist ebenfalls gut bekannt. Nach dem Reinigen wird die leitende Schicht unter Anwendung einer Methode des Bedampfens oder der Sputterabscheidung abgeschieden.
Die Verwendung von Phosphorsäure in der Herstellung von Integrierten Schaltkreisen ist zwar bekannt, jedoch wird sie normalerweise zur Entfernung von Siliciumnitrid-Schichten entsprechend der Beschreibung von D. H. Ziger in der US-Patentamneldung US 1992000954982 , 30. September, 1992, verwendet.
Die EP-469219 offenbart ein Verfahren von gestapelten leitfähigen und/oder Ohm'schem Polysilicium-Lötaugen in mehrlagigen Halbleiterchips und Strukturen, die daraus resultieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Kontaktes mit geringem Widerstand zwischen einem Polysilicium-Widerstand eines Integrierten Schaltkreises und eines leitenden Materials gewährt, wie es in den beigefügten Patentansprüchen ausgeführt ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand lediglich eines Beispiels beschrieben.
Die Ausführungsform gewährt ein Verfahren zur Verringerung des Kontaktwiderstandes des Typs von Bauelementen, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Die Ausführungsform verringert außerdem die Abweichung (d.h. die Schwankung) des Kontaktwiderstandes.
Ein entscheidendes Merkmal der Ausführungsform ist die Verwendung von Phosphorsäure bei einem Verarbeitungsschritt, wie sie zuvor nicht angewendet worden ist. Phosphorsäure, die gelegentlich auch als Orthophosphorsäure bezeichnet wird, hat die chemische Formel H₃PO₄. In dem normalen verfahrenstechnischen Ablauf wird ein kurzes Eintauchen in heißer Phosphorsäure zwischengeschaltet. Das Eintauchen erfolgt, nachdem die Kontaktöffnungen zu dem Silicium oder Polysilicium geätzt wurden, jedoch bevor die Abscheidung der leitenden Schicht erfolgt.
Oftmals steht die Phosphorsäure bereits zur Verfügung, da sie normalerweise an anderen Bearbeitungsschritten verwendet wird. Dieses erleichtert die Umsetzung der Ausführungsform bei einem schon existierenden Fertigungsprozess. Die entscheidenden Vorteile der Ausführungsform sind zusammengefasst die Folgenden:

1. verringernder Kontaktwiderstand zu Polysilicium-Bauelementen;
2. verringerte Schwankung des Kontaktwiderstandes zu Polysilicium;
3. wenige und nicht kostenaufwendige hinzukommende Schritte zu dem Prozessablauf und
4. Verwendung von Einrichtungen und Chemikalien, die normalerweise bereits verfügbar sind.

In einer isolierenden Schicht werden unter Anwendung von Standardmethoden des Ätzens unter Einbeziehung einer Resistschicht zum Maskieren entsprechend der vorstehenden Beschreibung Kontaktöffnungen geätzt. Nach dem Ätzen der Kontaktöffnungen wird die maskierende Resistschicht unter Anwendung von Standardmethoden entfernt. Das Reinigen nach dieser Resistablösung wird ebenfalls unter Anwendung von Standardmethoden ausgeführt, wie sie in der Halbleiter verarbeitenden Industrie bekannt sind. Wenn die Ätzprozedur normalerweise ein Tauchbad in einer Mischung von Wasser-Fluorwasserstoffsäure umfasst, sollte dieses Tauchbad so gehalten werden, dass etwaiges zurückbleibendes Siliciumoxid von den Kontaktöffnungen entfernt wird.
Nun wird der neue Verfahrensschritt unter Verwendung von Phosphorsäure eingeschaltet. Dieser Schritt besteht aus einem kurzen Tauchen in heißer Phosphorsäure. Die Temperatur sollte 170°C und die Konzentration näherungsweise 85% Phosphorsäure und 15% Wasser betragen. Die Eintauchzeit sollte wenige Minuten und im typischen Fall 5 bis 10 min betragen. Dem Tauchen in Phosphorsäure sollte eine Wasserspülung folgen.
Nach dem neuen Verfahrensschritt unter Verwendung der Phosphorsäure wird die standardgemäße Verarbeitung fortgesetzt. Vor dem Abscheiden der leitenden Schicht sollten alle normalen Reinigungsschritte beibehalten werden.
Die Schritte des Ätzens und Reinigens vor dem Tauchen in Phosphorsäure können unter Verwendung unterschiedlicher Chemikalien, Konzentrationen und Tauchzeiten variiert werden.
Bei dem Tauchen in Phosphorsäure können Variationen im Bezug auf Konzentration, Tauchzeit und Temperatur genutzt werden.
Das Tauchen in Phosphorsäure kann durch die Anwendung eines Zuführsystems vom Sprühtyp ersetzt werden, wo Phosphorsäure in Richtung auf die Waferoberfläche gesprüht wird.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Kontaktes mit geringem Widerstand zwischen einem Polysilicium-Widerstand eines Integrierten Schaltkreises und eines leitenden Materials, welches Verfahren die Schritte umfasst: a) Abdecken des Widerstandes mit einer isolierenden Schicht; b) Ätzen mindestens einer Kontaktöffnung in der isolierenden Schicht; c) Reinigen der isolierenden Schicht zur Entfernung etwaiger Rückstände aus dem Ätzprozess d) und danach, Aufbringen von Phosphorsäure und e) Abscheiden einer leitenden Schicht, die einen elektrischen Kontakt mit dem Widerstand bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin Schritt d) das Tauchen in Phosphorsäure eines Wafers, das den Polysilicium-Widerstand trägt, einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin Schritt d) das Besprühen eines Wafers, das den Polysilicium-Widerstand trägt, mit Phosphorsäure einschließt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin die Konzentration der Phosphorsäure näherungsweise 85% Phosphorsäure zu 15% Wasser beträgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin die Temperatur der Phosphorsäure während des Schrittes d) etwa 170°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin die Zeit, während der die Phosphorsäure aufgebracht wird, weniger als 15 Minuten beträgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin die Zeit, während der die Phosphorsäure aufgebracht wird, zwischen 5 und 10 Minuten beträgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin dem Schritt d) ein Spülen mit Wasser folgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin die leitende Schicht unter Anwendung der Methode des Abscheidens durch Bedampfen oder durch Zerstäuben abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin der Reinigungsschritt unter Verwendung von Fluorwasserstoffsäure ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin der Ätzschritt einen Maskierungsschritt einschließt, um die Bereiche der Kontaköffnungen zu begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 11, worin in dem Maskierungsschritt zum Maskieren eine Resistschicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, worin der Reinigungsschritt nach Entfernung der maskierenden Resistschicht ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin der Ätzschritt unter Anwendung der Methode der Plasmaätzung oder der Methode der Nassätzung oder einer Kombination der zwei Methoden ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin der Widerstand mit Bor, Phosphor oder Arsen dotiert ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, worin das leitende Material Aluminium ist.
Verfahren nach Anspruch 16, worin das Aluminium geringe Konzentrationen an Silicium oder Kupfer enthält.