DE69832226T2 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit Aluminium-Kontakten oder -vias - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist im Allgemeinen auf Halbleiter sowie Herstellungstechniken für diese gerichtet und betrifft im Spezielleren ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer leitenden Schicht, wobei eine Metallschutzschicht wenigstens teilweise in die leitende Schicht diffundiert.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bei integrierten Halbleiterschaltungen ist die Bildung von Zwischenverbindungsschichten aus Metall für die korrekte Arbeitsweise solcher Vorrichtungen wichtig. Zwischenverbindungs-Signalleitungen aus Metall kontaktieren niedriger angeordnete leitende Schichten der integrierten Schaltung durch Kontaktöffnungen oder durch Kontaktfenster mit "aktiven" Vorrichtungsbereichen des Halbleiters in einer Isolierschicht. Für die beste Arbeitsweise der Vorrichtung sollte das zum Bilden der Zwischenverbindungsschicht verwendete Metall die Kontaktierungsöffnung oder das Kontaktfenster (wobei diese im Folgenden als Öffnung(en) bezeichnet werden) vollständig ausfüllen.
  • Aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften sind Aluminiumlegierungen (z.B. Aluminium-Kupfer, Aluminium-Silicium, Aluminium-Kupfer-Silicium) für die Herstellung von Metall-Zwischenverbindungsleitungen bei integrierten Schaltungen besonders geeignet. Der zum Aufbringen der Aluminiumlegierungs-Dünnfilmschichten auf eine integrierte Schaltung verwendete Sputter-Vorgang führt jedoch im Allgemeinen zu einem nicht vollständig idealen Füllen der Öffnungen. Da die Aluminiumlegierung bei einer höheren Temperatur aufgebracht wird, um große Körner für eine verbesserte Zuverlässigkeit hinsichtlich Elektromigration zu erzielen, haben diese großen Aluminiumlegierungs-Körner die Tendenz, sich an der oberen Oberfläche der Isolierschicht zu bilden. Die Körner, die sich an den Rändern der Öffnung bilden, blockieren tendenziell die Öffnung, bevor die Alu miniumlegierung die Möglichkeit hat, die Öffnung vollständig auszufüllen. Dies führt zu Leerräumen und unebenen Strukturen innerhalb der Kontaktierungsöffnung.
  • Dieses Problem ist besonders akut, wenn integrierte Schaltungsvorrichtungen mit kleineren Geometrien hergestellt werden. Die bei diesen Vorrichtungen verwendeten kleineren Öffnungen weisen tendenziell ein größeres Größenverhältnis (Verhältnis der Öffnungshöhe zur Öffnungsbreite) als Vorrichtungen mit größerer Geometrie auf, so dass sich das Problem hinsichtlich des Einfüllens der Aluminiumlegierung noch verschärft.
  • Die ungleichmäßige Dicke der in die Öffnung eingefüllten Aluminiumlegierungsschicht hat einen nachteiligen Einfluss auf die Vorrichtungsfunktionalität. Wenn die Leerräume in der bzw. den Öffnungen groß genug sind, kann der Kontaktwiderstand beträchtlich höher sein als erwünscht. Ferner sind die dünneren Bereiche der Aluminiumlegierungsschicht dem allgemein bekannten Elektromigrationsproblem ausgesetzt. Hierdurch kann es letztendlich zu offenen Schaltungen an den Kontakten sowie zu einem Versagen der Vorrichtung kommen.
  • Zum Lösen der in Verbindung mit den Sputter-Techniken bestehenden Probleme sind viele Lösungswege verwendet worden, um einen guten Metallkontakt mit unteren Zwischenverbindungsebenen zu gewährleisten. Eine Technik verwendet z.B. die Aufbringung der Aluminiumlegierung-Zwischenverbindung durch Sputtern in einer physikalischen Dampfniederschlagsvorrichtung ("PVD") sowie anschließendes wieder flüssig Machen von dieser in einem separaten Wieder-Verflüssigungsmodul bei Temperaturen im Bereich von 500°C bis 575°C. Bei diesen Temperaturen werden die Oberflächenmobilität und die Diffusionskinetik der Aluminiumlegierung gesteigert, so dass diese in Öffnungen eingebracht werden kann und diese ausfüllen kann. Jedoch ist bei diesen hohen Temperaturen das Wieder-Verflüssigungsmodul sehr anfällig für Verunreinigungen. Wie allgemein bekannt ist, oxidiert Aluminiumlegierung leicht, und bei Vorhandensein von jeglichem Sauerstoff oder Feuchtigkeit in der Vorrichtung, und zwar insbesondere während der Bearbeitung in dem Wieder-Verflüssigungsmodul, hat dies einen negativen Einfluss auf den Wieder-Verflüssigungsvorgang. Mit anderen Worten wird die Aluminiumlegierung nicht wieder flüssig, und sie füllt die Öffnung nicht angemessen aus, wenn die Aluminiumlegierung oxidiert oder sich Feuchtigkeit an dieser bildet. Daher werden die Aufbringung, der Transfer und die anschließende Wieder-Verflüssigung in einer Ultrahochvakuum-Umgebung, vorzugsweise in einer mehrere Kammern aufweisenden Cluster-Vorrichtung mit sehr niedrigen Teildruckwerten von Wasserdampf und Sauerstoff, ausgeführt.
  • Diese Umgebungsbedingungen erfordern intensive Vorbereitungszeiten, wie z.B. für die Gerätekammer-Evakuierung und Ausheizung, um die Module in die erforderlichen unverfälschten Betriebsbedingungen zu bringen. Ferner müssen anstatt der herkömmlichen O-Ring-Dichtungen Metall-Vakuumdichtungen verwendet werden, um die Modul-Evakuierungszeiten zu verringern. Diese Metalldichtungen müssen sowohl in der Transferkammer als auch in der Niederschlags- und der Wieder-Verflüssigungskammer verwendet werden. Als Ergebnis hiervon führen diese vorbereitenden Schritte zu einer Erhöhung der Gesamtkosten des Geräts sowie der Produktionszeit, wodurch sich wiederum die Gesamtkosten für die Halbleitervorrichtungen erhöhen.
  • Die EP-A-0 042 096 offenbart eine Halbleitervorrichtung mit einem Substrat, die eine Ausnehmung aufweist, über der eine einzige Schicht aus leitendem Material aufgebracht ist, um zumindest einen Teil der Ausnehmung auszufüllen und einen Stopfen zu bilden. Obwohl die EP-A-0 042 096 das Aufbringen einer einzelnen Schicht aus leitendem Material über einem Bereich eines Substrats zum Ausfüllen zumindest eines Teils einer Ausnehmung zum Bilden eines Stopfens offenbart, offenbar sie nicht die Aufbringung einer Metallschutzschicht, die als Opfertarget für Sauerstoff während des wieder flüssig Machens der leitenden Schicht dient, um dadurch mehr als wenigstens einen Teil der Ausnehmung auszufüllen. Die EP-A-0 042 096 löst daher nicht das Problem der Bildung einer gleichmäßig ausgefüllten Ausnehmung ohne Sauerstoff-Verunreinigung.
  • In dem Artikel "Roles of Ti-Intermetallic Compound Layers on the Electromigration Resistance of Al-Cu Interconnecting Stripes" von C.C. Lee et al., veröffentlicht in Band 71, Nr. 12 des Journal of Applied Physics (15. Juni 1992)) beschreiben die Verfasser die Vorteile der Verwendung einer Legierung zum Vermindern des Korngrenzen-Eigendiffusionsvermögens. Dieser Artikel enthält jedoch keine Erläuterung oder Beschreibung des gleichmäßigen Ausfüllens einer Kontaktierungsöffnung durch Anordnen einer Metallschutzschicht, die mit einer Aluminiumlegierung legiert ist, über einer leitenden Schicht, so dass die Metallschutzschicht als ein Opfertarget für Sauerstoff während des Wieder-Verflüssigungsvorgangs dienen kann und die Oxidation vermindern kann.
  • In der Technik besteht daher ein Bedarf für ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem die leitenden Schichten, die die Öffnungen verbinden, während des Herstellungsvorgangs keiner nennenswerten Oxidation ausgesetzt werden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung will diese Bedürfnisse erfüllen.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geschaffen, das folgende Schritte aufweist: Niederschlagen einer leitenden Schicht zumindest über einem Teil eines Substrats, wobei die leitende Schicht wenigstens einen Teil einer in dem Substrat befindlichen Ausnehmung füllt und die leitende Schicht für Oxidation anfällig ist, Niederschlagen einer Metallschutzschicht über der leitenden Schicht, wobei die Metallschutzschicht aus einem mit einer Aluminiumlegierung legierten Metall besteht und die Metallschutzschicht eine höhere Affinität für Sauerstoff hat als die leitende Schicht; und wieder flüssig Machen der leitenden Schicht, wobei die Metallschutzschicht oxidiert und wenigstens teilweise in die leitende Schicht diffundiert, wobei die Metallschutzschicht als ein Opfertarget für Sauerstoff während des wieder flüssig Machens dient.
  • Der Schritt des Niederschlagens der Aluminiumlegierungsschicht kann den Schritt des Niederschlagens der leitenden Schicht mit einem physikalischen Dampfniederschlagsprozess (PVD) umfassen. Der Schritt des Niederschlagens der Metallschutzschicht kann den Schritt des Niederschlagens der Metallschicht mit einem physikalischen Dampfniederschlagsprozess (PVD) umfassen. Der Schritt des wieder flüssig Machens kann den Schritt des wieder flüssig Machens bzw. der Wieder-Verflüssigung der leitenden Schicht bei einem Druck im Bereich von 2 bis 10 mTorr umfassen. Der Schritt des wieder flüssig Machens kann den Schritt der Wieder-Verflüssigung der leitenden Schicht mit einem raschen Wärmebehandlungsprozess (RTA) umfassen. Der Schritt der Wieder-Verflüssi gung kann den Schritt des Erwärmens der leitenden Schicht auf eine Temperatur von wenigstens 350°C umfassen.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geschaffen, das folgende Schritte aufweist: Niederschlagen einer Aluminiumlegierungsschicht mit einem physikalischen Dampfniederschlagsprozess (PVD) wenigstens über einem Teil eines Siliciumsubstrats, wobei die Aluminiumlegierungsschicht wenigstens einen Teil einer Ausnehmung füllt, die sich in dem Siliciumsubstrat befindet; Niederschlagen einer Metallschutzschicht, die aus einem mit einer Aluminiumlegierung legierten Metall besteht, mit dem physikalischen Dampfniederschlagsprozess (PVD) über der Aluminiumlegierungsschicht, wobei die Metallschutzschicht eine höhere Affinität für Sauerstoff hat als die Aluminiumlegierung; und wieder flüssig Machen der Aluminiumlegierungsschicht bei einer Temperatur von wenigstens 350°C und bei einem Druck von wenigstens 2 bis 10 mTorr, wobei die Metallschutzschicht oxidiert und wenigstens teilweise in die Aluminiumlegierungsschicht diffundiert, wobei die Metallschutzschicht als ein Opfertarget für Sauerstoff während des wieder flüssig Machens dient. Das Metall kann ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus Titan, Vanadium, Magnesium, Yttrium, Hafnium, Cer, Scandium und Zirkonium, und wird mit einer Aluminiumlegierung legiert. Der Schritt des wieder flüssig Machens kann den Schritt des wieder flüssig Machens der Aluminiumlegierungsschicht mit einem raschen Wärmebehandlungsprozess (RTA) umfassen.
  • Zum Überwinden der eingangs erläuterten Mängel des Standes der Technik schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung beinhaltet: (1) ein Substrat mit einer darin vorhandenen Ausnehmung, (2) eine leitende Schicht, die sich wenigstens über einem Teil des Substrats befindet und zumindest einen Teil der Ausnehmung füllt, und (3) eine Metallschutzschicht, die aus einem mit einer Aluminiumlegierung legierten Metall besteht und die wenigstens teilweise in die leitende Schicht hinein diffundiert. Die Metallschutzschicht hat eine höhere Affinität für Sauerstoff als die leitende Schicht und ist dadurch in der Lage, den Sauerstoff entweder aus der Umgebung oder aus der leitenden Schicht zu gettern.
  • Die vorliegende Erfindung führt somit das breite Konzept der Reduzierung oder Eliminierung der Oxidation ein, die in der leitenden Schicht auftritt, und zwar durch Bereitstellen einer Barriere oder einer Abdeckung in Form von wenigstens einer teilweise oxidierten Metallschicht, die Sauerstoff einschließt, bevor dieser die leitende Schicht erreicht, oder die Sauerstoff aus der leitenden Schicht entfernt, oder die bei weiteren Ausführungsformen den Sauerstoff aus der leitenden Schicht in dem Fall entfernt, in dem die leitende Schicht vor der Niederschlagung der Metallschutzschicht oxidiert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die zuverlässige Schaffung eines leitenden Stopfens, ohne dass hierfür die exotische Niedrigdruckumgebung des Standes der Technik erforderlich ist.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Substrat Silicium auf, und bei der leitenden Schicht kann es sich um Aluminium, Aluminiumlegierung oder um andere herkömmliche oder noch zu entdeckende leitende Metalle handeln, die zum Bilden eines Schaltungsmusters auf der Halbleitervorrichtung verwendet werden. Alternativ hierzu kann es sich bei dem Substrat um Galliumarsenid oder um ein beliebiges anderes herkömmliches oder noch zu entdeckendes Substrat handeln, das für die Schaffung einer Basis für eine Festkörpervorrichtung geeignet ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung vermindert die Metallschutzschicht die Rate der Ansammlung von Elektromigrationsschäden in der leitenden Schicht, wenn sie teilweise in die leitende Schicht hinein diffundiert.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung füllt die Aluminium- oder die Aluminiumlegierungsschicht zumindest den Teil der Ausnehmung und bildet einen Kontakt für die Halbleitervorrichtung. Bei der Ausnehmung kann es sich somit um eine Kontaktöffnung handeln, die für eine Zwischenlagen-Verbindbarkeit in einem mehrlagigen Substrat sorgt, oder es kann sich um einen Kontakt für einen Anschluss (wie z.B. eine Source, ein Gate, ein Drain, eine Basis, einen Emitter oder Kollektor) einer Halbleitervorrichtung handeln.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Metallschutzschicht um ein mit einer Aluminiumlegierung legiertes Metall, wobei das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Titan, Vanadium, Magnesium, Yttrium, Hafnium, Cer, Scandium und Zirkonium. Den Fachleuten sind weitere Metalle und Legierungen vertraut, die je nach Anwendung vorteilhaft sein können.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Metallschutzschicht in der Lage, jegliches Oxid auf der leitenden Schicht zumindest teilweise zu vermindern. Ferner können die Elemente der Metallschutzschicht zumindest teilweise in die leitende Schicht hinein diffundiert werden, ohne dass sie die beabsichtigten Funktionen der leitenden Schicht wesentlich ändern. Ferner kann die Metallschutzschicht während des Wieder-Verflüssigungsvorgangs vollständig geopfert werden, oder alternativ hierzu kann ein Teil der ursprünglichen Metallschutzschicht intakt bleiben.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen Bezug genommen; darin zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung, in der ein Kontaktfenster oder eine Kontaktöffnung ausgebildet ist;
  • 2 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung für einen physikalischen Dampfniederschlagsprozess zusammen mit den darin vorhandenen verschiedenen Niederschlagskammern;
  • 3 eine Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung der 1, bei der eine leitende Schicht teilweise in der Kontaktöffnung niedergeschlagen ist;
  • 4 eine Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung der 3 mit einer über der leitenden Schicht niedergeschlagenen Metallschutzschicht vor dem Eindiffundieren von dieser in die leitende Schicht; und
  • 5 eine Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung der 4, nachdem die Halbleitervorrichtung einem Wieder-Verflüssigungsprozess unterzogen worden ist, wobei die Metallschicht oxidiert und in die leitende Schicht hinein diffundiert ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Beginnend mit Bezugnahme auf 1 wird eine integrierte Schaltungsvorrichtung auf einem Halbleitersubstrat 10 gebildet, das aus den Fachleuten bekannten Materialien bestehen kann, wie z.B. Silicium oder Galliumarsenid.
  • Obwohl ein Substrat 10 beschrieben wird, versteht es sich für die Fachleute, dass die beschriebene Technik auch bei einem Kontakt Anwendung finden kann, der auf einer beliebigen darunter liegenden leitenden Schicht ausgebildet ist. Somit kann das Substrat 10 mehrere Schichten aus polykristallinem Silicium oder einer metallischen Zwischenverbindung beinhalten, und es kann sich auch um einen aktiven Bereich in einem monokristallinen Siliciumsubstrat handeln.
  • Eine Isolierschicht 12 mit einer Dicke, die je nach Anwendung von Vorrichtung zu Vorrichtung variiert und die z.B. aus Siliciumoxid (SiO2) besteht, ist über dem Substrat 10 gebildet, und eine Öffnung 14 (Kontaktöffnung oder Kontaktfenster) wird unter Verwendung einer Maske und einer isotropen Ätztechnik, wie diese in der Technik bekannt sind, durch die Isolierschicht hindurch gebildet.
  • Die Halbleitervorrichtung wird in einer herkömmlichen Niederschlagsvorrichtung 16, wie z.B. einer physikalischen Dampfniederschlagsvorrichtung ("PVD"), wie sie schematisch in 2 dargestellt ist, oder in einer nicht dargestellten chemischen Dampfniederschlagsvorrichtung platziert. Eine Barrierenschicht 18, wie z.B. ein hitzebeständiges Metall, hitzebeständiges Metallnitrid, hitzebeständiges Metallsilicid oder eine Kombination daraus, wird gleichmäßig über der Isolierschicht 12 und in der Öffnung 14 unter Verwendung herkömmlicher Niederschlagstechniken aufgebracht. Die Barrierenschicht 18 wird vorzugsweise auf eine Dicke von ca. 20 nm bis 200 nm aufgebracht und besteht vorzugsweise aus Titan und Titannitrid. Eine "Benetzungsschicht" zum Verbessern der Aluminiumlegierungs-Niederschlagseigenschaften kann ebenfalls als Teil der Barrierenschicht 18 vorhanden sein. Aufgrund der inhärenten Vorteile in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung, wie dies hierin erläutert wird, hat die Niederschlagsvorrichtung 16 vorzugsweise eine herkömmliche Ausbildung. Als solche weist die Niederschlagsvorrichtung 16 vorzugsweise eine Niederschlagskammer 16a, in der die Barrierenschicht 18 niedergeschlagen wird, eine Niederschlagskammer 16c, in der die leitende Schicht 20 niedergeschlagen wird, eine Transferkammer 16b, durch die die Halbleitervorrichtung von der einen Kammer zu einer weiteren Kammer transferiert wird, sowie eine Kammer 16e und eine Wieder-Verflüssigungskammer 16d auf. Die Metallschutzschicht 22 (3) wird anschließend in der Kammer 16e niedergeschlagen, und das Substrat 10 wird in der Wieder-Verflüssigungskammer 16d erwärmt, in der die leitende Schicht 20 nach dem Niederschlagen wieder flüssig gemacht wird. Es versteht sich jedoch, dass bei einigen Ausführungsformen alle Niederschlagsschritte in einer einzigen Kammer durchgeführt werden können. Alternativ hierzu kann die Halbleitervorrichtung zu einer Vorrichtung 24 für eine rasche Wärmebehandlung ("RTA") transferiert werden, wie sie in 2 dargestellt ist. Da die physikalische Dampfniederschlagsvorrichtung 16 herkömmlich ausgebildet ist, sind keine speziellen Metalldichtungen und Vorbereitungstechniken für die physikalische Dampfniederschlagsvorrichtung erforderlich, wie sie bei herkömmlichen Prozessen zum Aufrechterhalten extrem niedriger Vakuumzustände erforderlich sind.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist die Halbleitervorrichtung mit einer darauf niedergeschlagenen leitenden Schicht 20 dargestellt. Das Niederschlagen der leitenden Schicht 20 erfolgt in der physikalischen Dampfniederschlagsvorrichtung 16, und die leitende Schicht 20 wird über dem Substrat 10 und der Barrierenschicht 18 unter Verwendung herkömmlicher physikalischer Dampfniederschlagstechniken bei einem Druck im Bereich von ca. 1 mTorr bis ca. 10 mTorr sowie bei Temperaturen im Bereich von ca. 25°C bis ca. 400°C niedergeschlagen. Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt die Dicke der leitenden Schicht im Bereich von ca. 400 nm bis ca. 700 nm. Die leitende Schicht 20 ist für Oxidation empfindlich und kann aus einem beliebigen Typ eines solchen leitenden Materials wie Aluminium oder Aluminiumlegierung gebildet sein, wie diese den Fachleuten bekannt sind. Der Zweck und die Funktion der leitenden Schicht 20 sind in der Technik allgemein bekannt, und diese dient als Zwischenverbindungsschicht, die Komponenten auf der Halbleitervorrichtung elektrisch verbindet. Bei der leitenden Schicht 20 handelt es sich nicht um eine Barrierenschicht, wie z.B. Titannitrid. Aus Gründen, wie sie vorstehend in Bezug auf herkömmliche Prozesse erläutert worden sind, wird die leitende Schicht 20 nicht gleichmäßig in der Öffnung 14 niedergeschlagen, und aus diesem Grund muss die leitende Schicht 20 wieder flüssig gemacht werden, damit sie die Öffnung 14 gleichmäßig füllen und mit den Seiten der Öffnung 14 in Kontakt treten kann, um eine zuverlässige Kontaktstelle für die integrierte Schaltungsvorrichtung zu bilden.
  • Nach dem Niederschlagen der Barrierenschicht 18 und der leitenden Schicht 20 wird die Metallschutzschicht 22, wie sie in 4 dargestellt ist, über der leitenden Schicht 20 niedergeschlagen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Metallschicht 22 unter Verwendung herkömmlicher physikalischer Dampfniederschlagstechniken unter einem Druck im Bereich von ca. 2 mTorr bis ca. 10 mTorr sowie bei einer Temperatur von ca. 25°C bis ca. 400°C niedergeschlagen, wobei das Niederschlagen zum Erzielen einer Metallschicht durchgeführt wird, die eine Dicke im Bereich von ca. 5 nm bis ca. 20 nm aufweist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass der Druck, bei dem der Halbleiter hergestellt wird, wesentlich höher ist als die 10–8 Torr, die in Verbindung mit herkömmlichen Techniken zum Einsatz kommen. Daher sind die speziellen Metalldichtungen und die zeitaufwändigen Vorbereitungsschritte für die physikalische Dampfniederschlagsvorrichtung bei der vorliegenden Erfindung nicht notwendig.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Metallschutzschicht 22 in der Lage sein, den Sauerstoff entweder aus der Umgebung oder von der leitenden Schicht 20 zu gettern. Bei solchen Ausführungsformen ist die Metallschutzschicht 22 aus einem Metall gebildet, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Kombination der vorstehend erläuterten Metalle und das mit Aluminiumlegierungen, wie z.B. Aluminium-Kupfer, Aluminium-Silicium oder Aluminium-Kupfer-Silicium legiert ist. Die Metallschutzschicht 22 kann z.B. entweder aus Ti tan oder Vanadium oder Magnesium, Yttrium, Hafnium, Cer, Scandium und Zirkonium bestehen, die mit einer Aluminiumlegierung legiert sein können.
  • Nach dem Niederschlagen der Metallschutzschicht 22 wird die Halbleitervorrichtung dann entweder zu einer Wieder-Verflüssigungskammer 16d oder zu einer Vorrichtung 24 für eine rasche Wärmebehandlung transferiert, um dort Temperaturen im Bereich von 350°C bis 550°C ausgesetzt zu werden, die für die Wieder-Verflüssigung der leitenden Schicht 20 ausreichend sind, so dass diese die Öffnung 14 gleichmäßig füllt. Wie vorstehend erwähnt worden ist, kann die Niederschlagsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass sie nur eine Kammer aufweist, in der alle Phasen der Niederschlagung und der Wärmebehandlung durchgeführt werden können. Nach dem Niederschlagen und während des Wieder-Verflüssigungsprozesses ist man der Ansicht, dass die Metallschutzschicht 22 oxidiert und ein oxidiertes Metall bildet, das zumindest teilweise in die leitende Schicht 20 hinein diffundiert (5). In diesen Fällen haben Untersuchungen gezeigt, dass das Hineindiffundieren von Titan in die Aluminiumlegierung eine Reduzierung der Rate der Anhäufung von Elektromigrationsschäden in einer leitenden Schicht aus Aluminiumlegierung und Kupfer bewirkt, wie dies in dem Artikel mit dem Titel "Roles of Ti-intermetallic compound layers on the electromigration resistance of Al-Cu interconnecting stripes", J. Appl.-Phys. 71, Juni 1992, Seiten 5877 bis 5887, erläutert ist, der durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird. Bei manchen Ausführungsformen kann die Metallschicht 22 vollständig in die leitende Schicht 20 hinein diffundieren oder im Wesentlichen auf der Oberseite der leitenden Schicht 20 verbleiben. Bei beiden Ausführungsformen dient die Metallschicht 22 jedoch als ein Target, mit dem Sauerstoff eine Verbindung eingehen kann, um dadurch eine nennenswerte Oxidation der leitenden Schicht 20 zu verhindern, so dass diese wieder flüssig gemacht wird und gleichmäßig in die Öffnung 14 hinein fließt und eine zuverlässige elektrische Kontaktstelle innerhalb der integrierten Schaltung bildet.
  • Aus dem Vorstehenden ist erkennbar, dass die vorliegende Erfindung eine Halbleitervorrichtung schafft, die Folgendes aufweist: (1) ein Substrat mit einer darin vorhandenen Ausnehmung, (2) eine leitende Schicht, die wenigstens über einem Teil des Substrats angeordnet ist und wenigstens einen Teil der Ausnehmung füllt, und (3) eine Metallschutzschicht, die wenigstens teilweise in die leitende Schicht hinein diffundiert. Die Metallschutzschicht hat eine höhere Affinität für Sauerstoff als die leitende Schicht und wirkt somit als Opfertarget für Sauerstoff während der Wieder-Verflüssigung der leitenden Schicht, um dadurch Oxidation in der leitenden Schicht zu reduzieren.
  • Die vorliegende Erfindung führt somit das breite Konzept der Reduzierung der Oxidation ein, die in der leitenden Schicht auftritt, und zwar durch Bereitstellen einer in Form des oxidierten Metalls gebildeten Barriere oder Abdeckung, die Sauerstoff einschließt, bevor dieser die leitende Schicht erreicht, oder die den Sauerstoff aus der leitenden Schicht entfernt, und zwar in dem Fall, dass die leitende Schicht vor dem Niederschlagen der schützenden, oxidierbaren Metallschicht teilweise oxidiert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die zuverlässige Bildung eines leitenden Stopfens, ohne dass hierfür die Umgebung mit den exotischen niedrigen Druckwerten des Stands der Technik erforderlich ist.
  • Vorstehend sind bevorzugte und alternative Merkmale der vorliegenden Erfindung in recht groben Zügen erläutert worden, so dass die Fachleute die nachfolgende ausführliche Beschreibung der Erfindung besser verstehen können. Im Folgenden werden weitere Merkmale der Erfindung beschrieben, die Gegenstand der Ansprüche der Erfindung sind. Für die Fachleute ist klar, dass diese Merkmale die offenbarte Ausführung sowie die speziellen Ausführungsformen in einfacher Weise als Basis für die Ausbildung oder Modifizierung weiterer Strukturen zum Erzielen der gleichen Funktionen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Für die Fachleute sollte ferner auch erkennbar sein, dass solche äquivalenten Konstruktionen im Umfang der Erfindung in ihrer beanspruchten Form mit umfasst sind.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei welchem eine leitende Schicht über wenigstens einem Bereich eines Substrates gebildet wird durch Niederschlagen der leitenden Schicht mit einem physikalischen Dampfniederschlagsprozess, wobei die leitende Schicht wenigstens einen Teil einer in dem Substrat befindlichen Ausnehmung füllt und die leitende Schicht für Oxidation anfällig ist, wobei das Verfahren aufweist: Niederschlagen einer Metallschutzschicht auf der leitenden Schicht, wobei die niedergeschlagene Metallschutzschicht aus einem mit einer Aluminiumlegierung legierten Metall besteht und eine höhere Affinität für Sauerstoff hat als die leitende Schicht; und wieder flüssig Machen der leitenden Schicht, wobei die Metallschutzschicht oxidiert und wenigstens teilweise in die leitende Schicht diffundiert, wobei die Metallschutzschicht als ein Opfertarget für Sauerstoff während des wieder flüssig Machens dient.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat Silicium aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Titan, Vanadium, Magnesium, Yttrium, Hafnium, Cer, Scandium und Zirkonium.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des wieder flüssig Machens den Schritt der vollständigen Diffusion der Metallschutzschicht in die leitende Schicht aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die leitende Schicht eine Aluminiumlegierungsschicht ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die leitende Schicht wenigstens den Teil der Ausnehmung füllt und einen Kontakt für die Halbleitervorrichtung bildet.
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