DE69122436T2 - Verfahren zum Herstellen einer Stufe in einer integrierten Schaltung - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Stufe in einer integrierten Schaltung

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Stufe einer integrierten Schaltung, wobei diese Stufe gebildet wird durch Zwischenverbindungsleitungen und Verbindungspunkte, die die Zwischenverbindungsleitungen verbinden mit leitenden Teilen der integrierten Schaltung, die sich unter der Stufe befindet. Eine Schicht aus dielektrischen Material füllt die durch die Leitungen und die Pukte nicht eingenommenen Volumen.
  • Die Figur 1 stellt eine solche Stufe einer integrierten Schaltung dar und die Schritte eines schon bekannten Verfahrens zu ihrer Herstellung werden in den Figuren 2A und 2B gezeigt.
  • Die dielektrische Schicht 1 kann aufgelöst werden in zwei übereinanderliegende Teilschichten 2 und 3, so daß die Verbindungspunkte 4 sich in der unteren Teilschicht 2 befinden und die Zwischenverbindungsleitungen 5 in der oberen Teilschicht 3.
  • Die Verbindungspunkte 4 verbinden die Zwischenverbindungsleitungen 5 mit leitenden Teilen der integrierten Schaltung, die insbesondere Source-, Drain- oder Gate-Zonen 6 sein können, die sich unterhalb der dielektrischen Schicht 1 befinden.
  • Das klassische Verfahren besteht zunächst darin, die untere Teilschicht 2 abzuscheiden, dann darauf eine kontinuierliche Harzschicht 7 aufzubringen. Man schreitet dann zur Lithographie der Harzschicht 7, um an den Stellen oberhalb der Verbindungspunkte 4 Hohlräume 8 zu bilden und so eine Maske herzustellen, woraufhin es möglich ist, die untere Teilschicht 2 zu ätzen, um an den Stellen der Verbindungspunkte 4 Hohlräume 9 zu bilden. Man erreicht den Zustand der Figur 2A. Nachdem man die Maske entfernt hat, scheidet man auf der unteren Teilschicht 2 leitfähiges Material ab, um die Hohlräume 9 aufzufüllen und so Verbindungspunkte 4 zu schaffen sowie eine leitfähige obere Schicht 10, die die untere Teilschicht 2 bedeckt. Anschließend ermöglicht eine Ätzung der oberen leitfähigen Schicht 10, von dieser nur die Zwischenverbindungsleitungen 5 stehen zu lassen. Dieser Zustand ist in Figur 2E dargestellt. Die Intervalle zwischen den Zwischenverbindungsleitungen 5 werden aufgefüllt durch eine dielektrische Abscheidung, um die obere Teilschicht 3 zu bilden. Wenn nötig werden die Zwischenverbindungsleitungen 5 überzogen mit einer nicht dargestellte Passivierungsschicht.
  • Der Hauptnachteil dieser Vorgehensweise ist, daß die Abdeckschicht 10 nicht vollkommen eben sein kann und über den Verbindungspunkten 4 Vertiefungen aufweist. Wenn die Hohlräume 9 einen hohen Formfaktor bzw. eine hohe Formzahl aufweisen (Verhältnis Tiefe/Durchmesser) ist die Aushöhlung derart, daß es unmöglich ist, mit Sicherheit Zwischenverbindungsleitungen 5 zu erhalten, die fähig sind, die Elektrizität zufriedenstellend zu übertragen. Dieses Verfahren begrenzt daher die Integrationsdichte der Schaltung, indem es verhindert, die Breite der Zwischenverbindungsleitungen 5 und den Durchmesser der Verbindungspunkte 4 in wünschenswertem Maße zu reduzieren.
  • Mehrere Varianten des Verfahrens wurden vorgeschlagen, um diese Nachteile zu beseitigen. So wurde zum Bilden der Zwischenverbindungsleitungen 5 und der Verbindungspunkte 4 die Verwendung von bestimmten Materialen vorgeschlagen, die sich für Abscheidungen eignen, deren Oberfläche automatisch plan wird, insbesondere Wolfram und polykristallines Silicium durch chemische Gasphasenabscheidung, aber die Leitfähigkeit dieser Materialien ist gering und muß man daher dickere Zwischenverbindungsleitungen 5 vorsehen. Es wurde auch noch vorgeschlagen, nach der Herstellung der Abdeckschicht 10 mit diesen Verfahren, sie ganz durch Ätzen zu entfernen und nur die Verbindungspunkte 4 stehen zu lassen. Man schreitet dann zum Abscheiden der oberen Teilschicht 3, ihrem Ätzen an den Stellen der Zwischenverbindungsleitungen 5 und schließlich zur Abscheidung eines leitfähigen Materials wie z.B. Aluminium, um die geätzte obere Teilschicht 3 zu überziehen. Es ist anschließend leicht, das Aluminium über der oberen Teilschicht 3 zu entfernen, um die Stufe der Figur 1 zu erhalten. Es ist jedoch klar, daß die Notwendigkeit, das leitfähige Material zweimal bzw. in zwei Schritten abzuscheiden, nachteilig ist.
  • Die Anwendung der Erfindung ermöglicht im wesentlichen, eine Stufe eines integrierten Schaltkreises auszuführen, die kein übermäßiges Relief aufweist und deren Herstellung dennoch nur eine einzige Abscheidung eines leitfähigen Materials impliziert.
  • Das Verfahren wird gebildet durch die Aufeinanderfolge folgender Schritte, die im Anspruch 1 noch genauer definiert werden:
  • - Abscheiden einer die dielektrischen Schicht bildenden kontinuierlichen Schicht (d.h. daß die Teuschichten 2 und 3 in diesem Schritt abgeschieden werden);
  • - Ätzen, wenigstens partiell, der dielektrischen Schicht an den Stellen der Verbindungspunkte, nach dem Herstellen einer ersten Maske auf der dielektrischen Schicht;
  • - dann Fertigätzen der dielektrischen Schicht an den Stellen der Verbindungspunkte und Ätzen der oberen Teilschicht nach dem Herstellen einer zweiten Maske auf der dielektrischen Schicht;
  • - Abscheiden eines leitfähigen Materials auf der dielektrischen Schicht, um die geätzten Teile zu füllen und so die Verbindungspunkte und die Zwischenverbindungsleitungen zu bilden; und
  • - Entfernen des leitfähigen Materials über der dielektrischen Schicht.
  • Der Artikel in "IBM Technical Disclosure Bulletin", Bd.29,Nr.3, Aug.1986, SS. 1211-1212, betitelt "Integrated circuit conductor line self-aligned to contact opening", beschreibt ein Herstellungsverfahren einer ähnlichen integrierten Schaltung mit zwei Masken und zwei Ätzschritten aber einer unterschiedlichen Schrittreihenfolge. Bei der Erfindung werden die beiden Masken vor dem Ätzen der dielektrischen Schicht abgeschieden, die zweite Maske (durchbrochen an den Zwischenverbindungslinien) auf der ersten (durchbrochen an den Verbindungspunkten).
  • Eine verbesserte Ausführung besteht darin, eine erste Maske vorzusehen, die eine Abdeckschicht direkt auf der dielektrischen Schicht umfaßt. Die zweite Maske wird dann auf der Abdeckschicht hergestellt vor dem Beginn der Ätzung der dielektrischen Schicht an den Stellen der Verbindungspunkte. Die Oberfläche, auf der man die zweite Maske herstellt, ist dann nahezu eben.
  • Das leitfähige Material kann, wie man gesehen hat, so gewählt werden, daß es automatisch eine plane obere Fläche bildet, wenn es abgeschieden wird.
  • Nun wird mehr im Detail eine mögliche Anwendung des Verfahrens beschrieben, erläuternd und nicht einschränkend, mit Hilfe der drei beigefügten Figuren 3A bis 3K.
  • Man bildet zunächst die beiden die dielektrische Schicht 1 bildenden kontinuierlichen Teilschichten 2 und 3 durch das Abscheiden einer mit Bor-Phosphor-Silikatglas angereicherten Siliciumoxidschicht einer Gesamtdicke von 1,5µm auf den Gates 6 oder den unteren leitenden Teilen, die anschließend getempert wird, um sie eben bzw. plan zu machen und den Zustand der Figur 3A zu erreichen.
  • Eine Abdeckschicht 11, die aus polykristallinem Silicium von 200nm Dicke sein kann, wird anschließend auf der oberen Teilschicht 3 abgeschieden (Figur 3B).
  • Eine kontinuierliche Harzschicht 12 wird dann auf der Abdeckschicht 11 aufgebracht, dann einer Lithographie unterzogen, so daß über den Stellen der Verbindungspunkte 4 Hohlräume 13 entstehen, bis zum Erreichen der Abdeckschicht 11 (Figur 3C).
  • Der nachfolgende Schritt besteht im Ätzen der Abdeckschicht 11 an den Stellen der Hohlräume 13 (Figur 3D), wonach die Harzschicht 12 entfernt wird (Figur 3E).
  • Es ist dann möglich (Figur 3F), auf der Abdeckschicht 11 eine zweite Harzschicht 14 zu bilden, die nach dem Aufbringen einer Lithographie unterzogen wird, um Hohlräume 15 an den Stellen der Zwischenverbindungleitungen 5 zu bilden, die demnächst hergestellt werden.
  • Der folgende Schritt, dargestellt in Figur 3G, besteht im Ätzen der dielektrischen Schicht 1 bis auf eine partielle Tiefe von 700nm an den Stellen der Verbindungspunkte 4, um dort die Hohlräume 16 zu schaffen; die Abdeckschicht 11 dient als erste Maske zum Schutz der Zonen der dielektrischen Schicht 1, die sie abdeckt. Danach ist es möglich, zu einer weiteren Ätzung zu schreiten, indem man sich der zweiten Harzschicht 14 als zweiter Maske bedient, um die Abdeckschicht 11 an den Stellen der Zwischenverbindungsleitungen 5 zu entfernen (Figur 3H). Dann wird die zweite Harzschicht 14 entfernt (Figur 3I), wonach eine neue Ätzung durchgeführt wird, um in der oberen Teilschicht 3 der dielektrischen Schicht 1 an den Stellen der Zwischenverbindungsleitungen 5 Hohlräume 17 zu schaffen und dabei die Hohlräume 16 zu vertiefen, bis man die leitenden Teile unterhalb der dielektrischen Schicht 1 erreicht, die verbunden werden sollen (Figur 3J). Die zu den Figuren 3I und 3J führenden Schritte können jedoch vertauscht werden.
  • Die Figur 3K stellt den Zustand der integrierten Schaltung dar, nachdem man ein leitfähiges Materials aufgebracht hat, das dazu dient, die Verbindungspunkte 4 und die Zwischenverbindungsleitungen 5 zu bilden auf den dielektrischen Teilschichten 2, 3 und der Abdeckschicht 11. Das leitfähige Material füllt die Hohlräume 16 und 17, um die Verbindungspunkte 4 und die Zwischenverbindungsleitungen 5 zu bilden und scheidet sich über den Zwischenverbindungsleitungen 5 und der Abdeckschicht 11 ab, um eine obere leitfähige Schicht 18 zu bilden. Diese Schicht ist in bestimmten Fällen plan, insbesondere wenn man Wolfram oder polykristallines Silicium mittels CVD abscheidet.
  • Der letzte Schritt besteht darin, die obere leitfähige Schicht 18 gleichmäßig oder "ganzscheibig" zu ätzen, um sie ganz zu entfernen und das in Figur 1 dargestellte Endprodukt zu erhalten.
  • Eine vereinfachte Ausführung des Verfahrens besteht darin, als erste Maske keine Abdeckschicht 11 zu verwenden, sondern nur die Harzschicht 12. Nach Herstellung der Hohlräume 13 schreitet man unmittelbar zur Ätzung der Hohlräume 16 auf halbe Tiefe, wonach man die Harzschicht 12 entfernt, um sie durch die zweite Harzschicht 14 zu ersetzen. Anschließend führt man die Schritte zur Bildung der Hohlräume 15 durch sowie die Schritte, die zu den Figuren 3H bis 3K führen. Die zweite Harzschicht 14 ist jedoch weniger leicht herzustellen, da das Harz in die Hohlräume 16 eindringt, die unter diesen Umständen die Ebenheit der Schicht gefährden.
  • Das die Erfindung bildende Verfahren kann mit den üblichen Materialien und Techniken der Abscheidung, Ätzung, etc. durchgeführt werden. Die so hergestellte integrierte Schaltung kann ein Random-access-Halbleiterspeicher (RAM) oder ein elektrisch programmierbarer Festspeicher (EPROM) und generell jede integrierte Schaltung sein, deren Integrationsdicht durch die existierenden Techniken begrenzt wird, insbesondere diejenigen, deren charakteristische Dimensionen kleiner als ein Mikrometer sind.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung einer Stufe in einer integrierten Schaltung, gebildet durch eine dielektrische Schicht (1), Zwischenverbindungsleitungen (5) und Verbindungspunkte (4) umhüllend, die die Zwischenverbindungsleitungen (5) verbinden mit leitfähigen Teilen (6) der integrierten Schaltung, die sich unter der dielektrischen Schicht (1) befinden, wobei die dielektrische Schicht (1) zusammengesetzt ist aus einer unteren Teilschicht (2), die die Verbindunqspunkte (4) umhüllt, und einer oberen Teil- Schicht (3), die die Zwischenverbindungsleitungen (5) umhüllt, gebildet durch die folgenden Schritte:
- Abscheiden der dielektrischen Schicht (1);
- Herstellen einer ersten Maske (11, 12) auf der dielektrischen Schicht (1), durchbrochen an den Verbindungspunkten;
dadurch gekennzeichnet, daß es nacheinander die folgenden Schritte umfaßt:
- Herstellen einer an den Zwischenverbindungsleitungen durchbrochenen zweiten Maske (14) auf der dielektrischen Schicht und der ersten Maske;
- Ätzen der durch die erste und die zweite Maske freigegebenen Teile der dielektrischen Schicht (1) an den Stellen der Verbindungspunkte (4), ohne die leitfähigen Teile (6) zu erreichen;
- Entfernen der durch die zweite Maske freigegebenen Teile der ersten Maske, sodann Entfernen der zweiten Maske;
- Ätzen der durch die erste Maske freigegebenen Teile der dielektrischen Schicht (1) an den Stellen der Verbindungspunkte (4) bis zum Erreichen der leitfähigen Teile (6) und gleichzeitig der Teuschicht (3) an den Stellen der Zwischenverbindungsleitungen (5);
dann, auf bekannte Weise:
- Abscheiden eines leitfähigen Materials auf der dielektrischen Schicht, um die geätzten Teile auszufüllen und so die Verbindungspunkte und die Zwischenverbindungsleitungen zu bilden; und
- Entfernen des leitfähigen Materials (18) oberhalb der dielektrischen Schicht.
2. Verfahren zum Herstellen einer Stufe in einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Maske eine Abdeckungsschicht (11) umfaßt, die nicht vor dem Abscheiden des leitfähigen Materials entfernt wird von den nichtgeätzten Teilen der dielektrischen Schicht.
3. Verfahren zum Herstellen einer Stufe in einer integrierten Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckungsschicht (11) aus polykristallinem Silicium ist und die erste Maske und die zweite Maske jeweils eine Harzschicht (12, 14) umfassen, hergestellt auf der Abdeckungsschicht (11), um sie nacheinander zu ätzen.
4. Verfahren zum Herstellen einer Stufe in einer integrierten Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material geeignet ist, automatisch eine plane obere Oberfläche zu bilden, wenn es abgeschieden wird.
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