DE69836343T2 - Strukturierungsverfahren von leiterbahnen in integrierten schaltungen - Google Patents
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Description
- Allgemeiner Stand der Technik
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiter und insbesondere Verfahren zum Strukturieren von in solchen Halbleitern verwendeten elektrischen Leitern.
- Bekannterweise beinhaltet die Strukturierung einer Metallisierungsschicht in elektrischen Leitern in der Regel das Ätzen von Abschnitten der Metallisierungsschicht, exponiert durch eine auf der Oberfläche der Metallisierungsschicht angeordnete strukturierte Fotolackschicht. Ein Ätzprozeß verwendet reaktives Ionenätzen. Eine Technik wird im US-Patent Nr. 5,024,722 mit dem Titel "Process for fabricating Conductors for Integrated Circuit Connection and the Like", am 18. Juni 1991 erteilt, beschrieben. Das Patent beschreibt in Spalte 2, beginnend mit Zeile 2, daß beim Bemühen zum Reduzieren unerwünschten seitlichen Ätzens und Unterschneiden von Leiterseitenwänden während des Plasmaätzens zum Ausbilden von Aluminiumleitern den Plasmareaktionsmitteln Siliziumtetrachlorid, SiCl4, zugesetzt worden ist, um dadurch ein siliziumhaltiges dielektrisches Material zu produzieren und auf den Seitenwänden der Aluminiumleiter abzuscheiden, die während des anisotropen Plasmaätzprozesses ausgebildet werden. Wie in dem Patent beschrieben erzeugt diese Aluminiumseitenwandschutzschicht wiederum eine Verzögerung des unerwünschten horizontalen oder seitlichen Ätzens und reduziert dadurch das Unterschneiden der so ausgebildeten Aluminiuminseln oder -leiter. Das Patent stellt dann in Spalte 2, beginnend mit Zeile 57 fest: "Der Einsatz dieses letzteren Prozesses unter Verwendung von Siliziumtetrachlorid zum Ausbilden einer organischen Seitenwandschicht für Aluminium hat sich jedoch insofern nicht als vollständig zufriedenstellend herausgestellt, als die Abscheidungsrate des auf den Aluminiumseiten wänden ausgebildeten dielektrischen Materials zu langsam ist. Zudem war der von diesem SiCl4-Prozeß erzeugte dünne organische Film nicht von signifikanter Dicke und Dichte, um tatsächlich das obige unerwünschte horizontale oder seitliche Ätzen der Aluminiumseitenwände während des Leiterausbildungsprozesses ganz zu verhindern."
- Über die Verwendung von SiCl4 als Aluminiumätzung wurde auch in folgendem berichtet: ein Artikel mit dem Titel "Aluminum Sputter Etching Using SiCl4" von E.O. Degenkolb, veröffentlicht im Journal of the Electromechanical Society, Bd. 129, 1982, S. 1150; US-Patent Nr. 5,082,524 mit dem Titel "Addition of Silicon Tetrabromide to Halogenated Plasmas As a Technique for Minimizing Photoresist Deterioration During the Etching of Metal Layers", erteilt am 21. Januar 1992; US-Patent Nr. 5,302,241 mit dem Titel "Post Etching Treatment of Semiconductor Devices", erteilt am 12. April 1994; und US-Patent Nr. 5,236,854 mit dem Titel "Compound Semiconductor Device and Method for Fabrication Thereof", erteilt am 17. August 1993.
- Kurze Darstellung der Erfindung
- Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Ausbilden integrierter Schaltungsleiter. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte:
Plazieren eines Halbleiterkörpers bei dem auf einer Oberfläche folgendes angeordnet ist: eine Metallisierungsschicht, die eine Aluminiumschicht umfaßt, angeordnet zwischen einem Paar von Barrierenmetallschichten; und eine Fotolackschicht, die auf einem ausgewählten Abschnitt einer Oberfläche einer oberen des Paars von Barrierenschichten angeordnet ist, in einer Kammer für reaktives Ionenätzen. Hochfrequenzenergie wird induktiv in die Kammer gekoppelt, während Siliziumtetrachlorid mit einer Rate größer als 4 sccm und kleiner als 15 sccm in die Kammer eingeleitet wird und ein Ätzen von Abschnitten der von dem Fotolack exponierten Metallisierungsschicht bewirkt, wobei das geätzte Aluminium im wesentlichen frei von seitlichem Ätzen ist. Es wurde entdeckt, daß die Verwendung einer induktiv gekoppelten Kammer für das reaktive Ionenätzen zusammen mit einer entsprechenden Strömungsraten von Siliziumtetrachlorid zum Ätzen von elektrischen Aluminiumleitern mit im wesentlichen vertikalen Seitenwänden führt, wobei an der Grenzfläche mit den Barrierenmetallschichten im wesentlichen kein Unterschneiden auftritt. - Kurze Beschreibung der Zeichnung
- Weitere Merkmale der Erfindung sowie die Erfindung selbst ergibt sich leichter aus der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
-
1A –1C schematische Querschnittsskizzen eines Halbleiterwafers in verschiedenen Stadien bei der Strukturierung einer Metallisierungsschicht darauf gemäß der Erfindung; -
2 ein Schemadiagramm eines Werkzeugs zum reaktiven Ionenätzen mit dem darin angeordneten Wafer von1A , wobei dieses Werkzeug dazu verwendet wird, die Metallisierungsschicht gemäß der Erfindung zu strukturieren; -
4A und4B Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Aufnahmen in der Mitte bzw. am Rand des Wafers in1A nach der Bearbeitung gemäß der Erfindung mit einer Siliziumtetrachloridströmungsrate in die Kammer des Werkzeugs von2 von 5 Standardkubikzentimetern (sccm); -
5A und5B Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Aufnahmen in der Mitte bzw. am Rand des Wafers in1A nach der Bearbeitung gemäß der Erfindung mit einer Siliziumtetrachloridströmungsrate in die Kammer des Werkzeugs von2 von 8 Standardkubikzentimetern (sccm); -
6 eine Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Aufnahme in der Mitte bzw. am Rand des Wafers in1A nach der Bearbeitung mit einer Siliziumtetrachloridströmungsrate in die Kammer des Werkzeugs von2 von 0 Standardkubikzentimetern (sccm); -
7A und7B Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Aufnahmen in der Mitte bzw. am Rand des Wafers in1A nach der Bearbeitung mit einer Siliziumtetrachloridströmungsrate in die Kammer des Werkzeugs von2 von 3 Standardkubikzentimetern (sccm); und -
8 ein Paar Kurven von Emissionsspektrometerintensitätsmessungen als Funktion der Zeit, wobei die mit der durchgehenden Linie gezeigte Kurve eine Wellenlänge von 703 nm (d.h. AlCl) und die Kurve mit der gepunkteten Linie eine Wellenlänge von 261 nm (Cl2) darstellt. - Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
- Die Erfindung betrifft die Herstellung von integrierten Schaltungen (ICs). Zu den ICs zählen beispielsweise Direktzugriffsspeicher (RAMs) wie etwa dynamische RAMs (DRAMs), synchrone DRAMs (SDRAMs) und Festwertspeicher (ROMs). Andere ICs wie etwa anwendungsspezifische ICs (ASICs), merged DRAM-Logikschaltungen (eingebettete DRAMs) oder andere Logikschaltungen eignen sich ebenfalls.
- In der Regel werden auf dem Wafer parallel zahlreiche ICs ausgebildet. Nach der Beendigung der Bearbeitung wird der Wafer zersägt, um die ICs zu individuellen Chips zu trennen. Die Chips werden dann gekapselt, was zu einem Endprodukt führt, das beispielsweise in Verbraucherprodukten wie etwa Computersystemen, Mobiltelefonen, PDAs (Personal Digital Assistants) und anderen Elektronikprodukten verwendet wird.
- Unter Bezugnahme auf
1 wird ein Querschnitt durch einen Abschnitt einer auf einem Substrat14 ausgebildeten IC-Struktur gezeigt. Das Substrat ist beispielsweise ein Siliziumwafer. Ruch andere Substrate wie etwa Silizium-auf-Isolator (SOI), Silizium-auf-Saphir (SOS), Germanium, Galliumarsenid und Verbindungen der Gruppe III-V sind geeignet. Die Hauptoberfläche des Substrats ist nicht kritisch, und jede geeignete Orientierung wie etwa (100), (110) oder (111) ist geeignet. - Die IC-Struktur ist zu Zwecken der vorliegenden Erörterung nicht im Detail gezeigt. Die Struktur kann beispielsweise verschiedene Einrichtungen enthalten, die verwendet werden, um den IC auszubilden. Die spezifischen Einzelheiten der Struktur sind nicht wichtig. Wie dargestellt ist der IC als Teil des Substrats
14 gezeigt. Die IC-Struktur kann zu diesem Punkt in der Bearbeitung auch keine Einrichtungen enthalten. Das Substrat14 würde als solches einfach die Oberfläche sein. - Wie gezeigt ist eine Metallisierungsschicht
10 auf einer isolierenden Schicht12 angeordnet, die auf dem Substrat14 angeordnet ist. Hier ist die isolierende Schicht12 Siliziumdioxid. Es eignen sich auch andere isolierende Materialien. Die Metallisierungsschicht10 enthält eine Bodenschicht aus beispielsweise Titannitrid16 , hier etwa 200 Å dick, und eine Schicht aus Ti tan18 , hier etwa 100 Å dick. Über der Titanschicht sind eine etwa 10.000 Å dicke Schicht20 aus Aluminium mit einem 5% Kupfergehalt darin und eine etwa 400 Å dicke Schicht22 aus Titan vorgesehen. Eine Antireflexbeschichtung24 (ARC), hier mit einer Dicke von etwa 900 Å, ist auf der oberen Titannitridschicht22 angeordnet, wie gezeigt. Die ARC wird verwendet, um die lithographische Auflösung zu verbessern. Eine Schicht26 aus Fotolack, hier etwa 7.000 Å dick, ist wie gezeigt über einen ausgewählten Abschnitt der Metallisierungs- bzw. ARC-Schicht10 ,24 unter Verwendung herkömmlicher Fotolithographie strukturiert. Hier beträgt der Abstand zwischen benachbarten Gebieten der Fotolackschicht beispielsweise etwa 0,25 μm. - Die in
1A gezeigte Struktur wird in einem in2 gezeigten, induktiv gekoppelten Werkzeug30 für reaktives Ionenätzen (RIE) plaziert. Das RIE-Werkzeug30 ist hier ein LAM-9600TCP-Modell TCP 9608SE. Das Werkzeug30 weist eine Kammer32 auf, in der ein Waferträger33 angeordnet ist, der von einer HF-Vorspannungsquelle34 gespeist wird, hier eine Quelle mit etwa 13,56 MHz und etwa 1.250 Watt, und eine halbhohe geformte obere Elektrode36 mit einer Lücke von etwa 8 cm zwischen dem zentralen Gebiet des Waferträgers33 und einer Lücke von etwa 10 cm zwischen dem äußeren peripheren Gebiet des Waferträgers33 . Die Kammer32 weist einen dielektrischen Dom und eine außerhalb des Doms angeordnete Spule auf, wie gezeigt. Die Spule ist an eine HF-Versorgung36 gekoppelt, hier ist die Versorgung eine Versorgung mit 13,56 MHz und 1.250 W. Wenn von der Versorgung36 betrieben, wird HF-Energie induktiv durch den dielektrischen Dom34 in die Kammer32 gekoppelt. Die Kammer32 ist ausgelegt, daß Chlorgas Cl2, Siliziumtetrachlorid SiCl4 und CF4 mit zu beschreibenden Raten darin eingeleitet werden. - Die Kammer
32 wird unter den folgenden Arbeitsbedingungen betrieben: eine Kammertemperatur von etwa 70°C, eine Temperatur des Waferträgers33 von etwa 40°C. - Nachdem die Kammer für eine Initialisierungszeit von 15 Sekunden unter den obigen Bedingungen gearbeitet hat, wird der Druck der Kammer während eines nachfolgenden ersten Schritts auf einen Bereich von etwa 6, 7 × 10-1 Pa (5 Millitorr) bis etwa 2,67 Pa (20 Millitorr) erhöht, hier wird in diesem Beispiel etwa 1,60 Pa (12 Millitorr) Chlor in die Kammer mit einer Rate von etwa 50 sccm bis 150 sccm eingeleitet, hier in diesem Beispiel einer Rate von etwa 100 sccm, und Siliziumtetrachlorid wird in die Kammer mit einer Rate im Bereich von über etwa 4 Standardkubikzentimetern (sccm) bis weniger als 15 sccm eingeleitet; hier mit einer Rate von etwa 4 bis 8 ccm, und in diesem Beispiel mit einer Rate von etwa 5 sccm. Nach
30 Sekunden ist, wenn der Druck in der Kammer32 bei etwa 1,60 Pa (12 Millitorr) gehalten wird, die Lücke 8 cm beim zentralen Gebiet, wie gezeigt, die HF-Leistung zu der Spule von der Versorgung36 wird auf einen Bereich zwischen etwa 100 Watt und 200 Watt angehoben, etwa 150 Watt in diesem Beispiel, und die HF-Leistung von der Versorgung34 zu dem Träger wird auf den Bereich von etwa 100 Watt bis 300 Watt angehoben, 200 Watt in diesem Beispiel, während das Chlor weiterhin mit der Rate von etwa 100 sccm in die Kammer32 strömt und das Siliziumtetrachlorid mit der Rate von etwa 4 bis 8 sccm weiter in die Kammer32 strömt, in diesem Beispiel mit einer Rate von etwa 5 sccm, und die Heliumrückseitenkühlung des Waferträgers33 und der von dem Träger33 verwendeten elektrostatischen Halterung (ESC – Electrostatic Chuck) wird auf dem Druck von 1,07 Pa (8 Millitorr) gehalten. - Diese Bedingungen werden etwa 100 Sekunden fortgesetzt. Als nächstes wird die HF-Vorleistung von der Versorgung
34 auf etwa 0 reduziert, die Strömung des Siliziumtetrachlorids wird auf etwa 0 reduziert und CF4 wird mit einer Rate von etwa 50 30 Sekunden lang in die Kammer32 eingeleitet, um Polymere zu entfernen, die sich während des RIE-Prozesses aufgebaut haben (d.h. sich abgeschieden haben), wodurch sich die in1B gezeigte Struktur ergibt. - Als nächstes werden die Fotolackschicht
26 und die ARC24 in einem DSQ-(DownStream Quartz)-Stripper von LAM abgelöst, wonach die resultierende Struktur in einer APM-Wässerung gewaschen wird. Die resultierende Struktur ist in1C gezeigt. -
4A und4B sind Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Aufnahmen in der Mitte bzw. am Rand des Wafers in1A nach der Bearbeitung gemäß der Erfindung mit einer Siliziumtetrachloridströmungsrate in die Kammer des Werkzeugs von2 von 5 Standardkubikzentimetern (sccm). Keine Unterschneidung des Aluminiums unter den Titanschichten18 ,22 wird beobachtet. -
5A und5B sind Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Aufnahmen in der Mitte bzw. am Rand des Wafers in1A nach der Bearbeitung gemäß der Erfindung mit einer Siliziumtetrachloridströmungsrate in die Kammer des Werkzeugs von2 von 8 Standardkubikzentimetern (sccm). Keine Unterschneidung des Aluminiums unter den Titanschichten18 ,22 wird beobachtet. -
6 ist eine Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Aufnahme. am Rand des Wafers in1A nach der Bearbeitung mit einer Siliziumtetrachloridströmungsrate in die Kammer des Werkzeugs von2 von 0 Standardku bikzentimetern (sccm). Eine wesentliche Unterschneidung des Aluminiums unter den Titanschichten18 ,22 wird beobachtet. -
7A und7B sind Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Aufnahmen in der Mitte bzw. am Rand des Wafers in1A nach der Bearbeitung gemäß der Erfindung mit einer Siliziumtetrachloridströmungsrate in die Kammer des Werkzeugs von2 von 3 Standardkubikzentimetern (sccm). Eine gewisse Unterschneidung des Aluminiums unter den Titanschichten18 ,22 wird beobachtet. -
8 ist ein Paar Kurven von Emissionsspektrometerintensitätsmessungen als Funktion der Zeit, wobei die mit der durchgehenden Linie52 gezeigte Kurve eine Wellenlänge von 703 nm (d.h. AlCl) und die Kurve mit der gepunkteten Linie50 eine Wellenlänge von 261 nm (Cl2) darstellt. Die Aluminiumschicht wird zwischen den Punkten A und B geätzt. - Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen eingehend gezeigt und beschrieben worden ist, versteht der Fachmann, daß an der vorliegenden Erfindung Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können.
Claims (8)
- Verfahren zum Ausbilden integrierter Schaltungsleiter, mit den folgenden Schritten: Plazieren eines Halbleiterkörpers (
9 ) bei dem auf einer Oberfläche (12 ) folgendes angeordnet ist: eine Metallisierungsschicht (10 ), die eine Aluminiumschicht (20 ) umfaßt, angeordnet zwischen einem Paar von Barrierenmetallschichten (18 ,22 ); und eine Fotolackschicht (26 ), die auf einem ausgewählten Abschnitt der oberen Oberfläche der oberen Barrierenschicht (22 ) angeordnet ist, in einer Kammer (32 ) für reaktives Ionenätzen; induktives Koppeln von Hochfrequenzenergie in die Kammer (32 ), während Siliziumtetrachlorid enthaltende Ätzgase in die Kammer (32 ) eingeleitet werden, um von dem Fotolack (26 ) exponierte Abschnitte der Metallisierungsschicht (10 ) zu ätzen, ohne daß Abschnitte der Aluminiumschicht (20 ) zwischen Barrierenmetallschichten (28 ,22 ) seitlich geätzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrate des Siliziumtetrachlorids größer als 4 sccm und kleiner als 15 sccm ist. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Siliziumtetrachloridströmungsrate so ausgewählt wird, daß Aluminium mit vertikalen Seitenwänden senkrecht zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers mit einer Genauigkeit von weniger als etwa 3 Grad erzeugt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumschicht (
20 ) einen Kupfergehalt von etwa 5% aufweist. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kammer (
32 ) unter einem Druck im Bereich von etwa 6·7 × 10-1 Pa (5 Millitorr) bis 2,67 Pa (20 Millitorr) während des Ätzens der Metallisierungsschicht (10 ) steht. - Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Kammer (
32 ) mit einer HF-Leistung im Bereich von etwa 100 Watt bis 200 Watt arbeitet, während der Halbleiter (9 ) auf einer Plattform (33 ) in der Kammer mit einem HF-Vorleistungspegel im Bereich von etwa 100 Watt bis 300 Watt während des Ätzens angeordnet ist. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei Chlor in die Kammer (
32 ) mit dem Siliziumtetrachlorid eingeleitet wird. - Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Strömungsrate des Siliziumtetrachlorids im Bereich von 4 bis 8 sccm liegt.
- Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Strömungsrate des Chlors im Bereich von 50 sccm bis 150 sccm liegt.
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