EP1500133A1 - Method for filling a contact hole - Google Patents

Method for filling a contact hole

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Publication number
EP1500133A1
EP1500133A1 EP03722221A EP03722221A EP1500133A1 EP 1500133 A1 EP1500133 A1 EP 1500133A1 EP 03722221 A EP03722221 A EP 03722221A EP 03722221 A EP03722221 A EP 03722221A EP 1500133 A1 EP1500133 A1 EP 1500133A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
contact hole
deposited
nitride
base layer
Prior art date
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Ceased
Application number
EP03722221A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen FÖRSTER
Klemens PRÜGL
Berthold Schuderer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of EP1500133A1 publication Critical patent/EP1500133A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • H01L21/76846—Layer combinations
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L21/2855—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System by physical means, e.g. sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a method for filling a contact hole, in which a cover layer is deposited in the contact hole which contains a nitride as the main component.
  • the contact hole lies between two metal layers. Such contact holes are also called vias,
  • the cover layer is part of a so-called liner layer, which serves as a mechanical adhesion-promoting layer between a metal to be contacted and the contact hole filling.
  • liner layer which serves as a mechanical adhesion-promoting layer between a metal to be contacted and the contact hole filling.
  • titanium nitride or tantalum nitride is used as the material for the adhesion-promoting layer, in order to fill the contact hole with tungsten or a tungsten compound, for example, in the case of a line section made of aluminum or an aluminum alloy lying under the contact hole.
  • Bonding layers that contain a nitride have good bonding properties and can be produced comparatively easily by sputtering under nitrogen.
  • an associated integrated circuit arrangement is to be specified.
  • a base layer is deposited in the contact hole under a protective gas, which as Main ingredient contains a nitride. Only after the base layer has been deposited is the top layer then deposited under gaseous nitrogen.
  • the base layer is initially deposited under a protective gas, no disruptive nitride compounds are formed on the metal on the contact hole bottom in the method according to the invention between the metal on the contact hole bottom and nitrogen contained in a reactive gas. Nevertheless, in the method according to the invention, a metal nitride layer is formed directly on the metal in order, for example, to make good electrical contact and to avoid or reduce undesired effects or connections between a pure metal and the metal on the bottom of the contact hole. For example, TiAl 3 would interfere because it has a density that differs significantly from the density of the surrounding materials. In addition, TiAl 3 is grainy and has a non-uniform structure that favors electromigration.
  • the cover layer When the cover layer is subsequently deposited under gaseous nitrogen, due to the already deposited base layer, the nitrogen can no longer penetrate as far as the metal at the bottom of the contact hole in order to form a disruptive nitride there.
  • the cover layer can therefore be produced using a simple method for deposition, namely using a nitrogen atmosphere.
  • the base layer and the top layer are deposited by directional sputtering. While non-directional sputtering processes are well suited for the deposition of material on a flat surface, directional sputtering offers the possibility of separating sufficient material from the base layer or the top layer even in the narrow contact hole and in particular on the contact hole bottom, without making too great a difference comes in the thickness of the base layer or the cover layer inside and outside of the contact hole. There such differences are avoided or considerably reduced by the directed sputtering, a simple integration of the method according to the further development into the overall process for producing an integrated circuit arrangement is possible.
  • an intermediate layer is deposited in the contact hole after the base layer has been deposited but before the cover layer is deposited.
  • the deposition of the intermediate layer offers the possibility of continuously changing from the method for depositing the base layer to the method for depositing the cover layer. For example, process gases can be exchanged during this time.
  • the inclusion of an intermediate layer with a material that differs from the material of the base layer and from the material of the cover layer, because it is nitride-free creates a degree of freedom for producing a layer stack with improved mechanical adhesive properties and / or with improved electrical contact properties and / or with improved other properties, e.g. to prevent diffusion or electromigration.
  • an intermediate layer which contains titanium as the main component, i.e. e.g. consists of titanium or in which at least 80% of the atoms are titanium atoms.
  • the surface of a sputtering target is first nitrided under a nitrogen atmosphere. Then the nitrided surface is removed when the base layer is created. The intermediate layer is then removed from an essentially nitride-free surface of the sputter target, the protective gas remaining unchanged. By changing to another atmosphere, the conditions for creating the cover layer are then specified.
  • the contact hole is made in a dielectric carrier material up to an electrically conductive connection section which contains aluminum, an aluminum alloy or another metal as the main component, e.g. Copper or a copper alloy.
  • an electrically conductive connection section which contains aluminum, an aluminum alloy or another metal as the main component, e.g. Copper or a copper alloy.
  • Such a deeply penetrating contact hole can also be easily filled with the method according to the invention, in particular because no gaseous nitrogen reaches the bottom of the contact hole.
  • the formation of disruptive aluminum nitride is avoided by other measures, in particular by creating the base layer under a protective atmosphere.
  • a large number of contact holes are etched simultaneously when processing a semiconductor wafer.
  • the semiconductor wafer is also referred to as a wafer and has a diameter of, for example, 150 to 300 mm. Because of this size, the etching conditions are not the same at all locations on the semiconductor wafer. For example, the edge of the semiconductor wafer is etched faster than in the middle of the semiconductor wafer. The thickness of the dielectric layer outside of contact holes is also different at different locations on the semiconductor wafer. With the method according to the invention, it is possible in the further development to choose between the dielectric
  • auxiliary layer lying auxiliary layer as a target point for an etch stop, but still allow the auxiliary layer to be etched through, in particular in a partial area of the semiconductor wafer.
  • all contact holes later have good electrical properties.
  • the thickness of the auxiliary layer can also be reduced.
  • the auxiliary layer has properties, for example, by means of which electromigration can be avoided or reduced. Even if the auxiliary layer is etched through, this does not bother because a liner layer is later applied, which has similar properties to the auxiliary layer in terms of preventing electromigration. The similar properties result, for example, from the use of the same materials and layer sequences in the auxiliary layer and the liner layer.
  • a contact hole filling is deposited in the contact hole, which contains tungsten as the main component.
  • the intermediate layer consists of titanium, the formation of disruptive titanium fluoride during the introduction of the tungsten can be avoided or considerably reduced, because the intermediate layer is embedded between the base layer and the cover layer and, moreover, can only be formed thinly, e.g. thinner than 10 nm.
  • the thickness of the cover layer is less than about 20 nm. Such a small thickness is not a problem even when the contact hole is filled with tungsten. The formation of titanium fluoride and the resulting lifting of the layer stack from the contact hole can no longer be feared. For this reason, the layer thickness, in particular the cover layer, which is otherwise increased to avoid lifting, can also be reduced again, for example to the size mentioned.
  • the contact hole has a diameter of less than 1 ⁇ m.
  • the depth of the contact hole is greater than 500 nm. With a diameter of approximately 500 nm and a depth of 1 ⁇ m, the aspect ratio is two. But also with As- pect ratios up to about three, the method according to the invention can still be carried out safely, because in particular with a directional sputtering method the difference in thickness of the layers inside and outside a contact hole remains within acceptable limits.
  • one or more of the materials titanium nitride or tantalum nitride is used as the material for the base layer and / or the cover layer.
  • titanium or tantalum is suitable as the material for the intermediate layer.
  • the invention also relates to an integrated circuit arrangement which contains the filled contact hole, in particular finally the base layer and the cover layer.
  • the circuit arrangement is produced using the method according to the invention or one of its developments. The effects mentioned above also apply to the circuit arrangement and its further development.
  • FIG. 1 shows a dielectric layer of an integrated circuit arrangement
  • FIG. 2 shows a contact hole etched into the dielectric layer
  • FIG. 3 shows an adhesion-promoting layer to be arranged in the contact hole according to a variant
  • FIG. 4 partial layers of an adhesion-promoting layer introduced into the contact hole
  • FIG. 5 shows a sputtering chamber used to introduce the adhesive layer
  • FIG. 6 method steps carried out when generating the adhesion-promoting layer.
  • Figure 1 shows an integrated circuit arrangement 10 during manufacture.
  • a large number of electrical components such as transistors have already been manufactured in a semiconductor substrate (not shown) of the integrated circuit arrangement 10, e.g. according to CMOS technology, according to BICMOS technology or according to a technology for power switching elements.
  • the production was then continued until a metal layer 12 was applied.
  • the metal layer 12 contains a connecting section 14 made of an aluminum-copper alloy, e.g. Contains 0.5% copper.
  • a dielectric layer 18 was deposited in a thickness of, for example, 600 nm, e.g. with the help of a CVD process
  • the dielectric layer consists, for example, of silicon dioxide and serves for electrical insulation between the metal layer 12 and a metal layer still to be arranged in the dielectric layer 18.
  • FIG. 2 shows the circuit arrangement 10 after the etching of a contact hole 20 which extends through the dielectric layer 18 and the antireflection layer 16 into the connection section 14.
  • a distance Al of, for example, 10 nm between a lower surface 22 and a contact hole bottom 24 of the contact hole 20.
  • the contact hole diameter is, for example, 0.5 ⁇ m.
  • the etching process for etching the contact hole 20 is carried out in such a way that in the case of a large number of contact holes in the circuit arrangement 10, the contact hole bottom 26 lies in the middle of the anti-reflection layer 16.
  • a distance A2 of a few nanometers then lies between the contact hole bottom 26 and the lower surface 22 of the antireflection layer 16.
  • a distance A3 would then lie between the contact hole bottom 28 and the lower surface 22, which is greater than the distance A2 and also greater than the thickness of the antireflection layer 16.
  • the contact hole 20 has a central region 30, which is shown enlarged in FIGS. 3 and 4.
  • an adhesion-promoting layer 32 is deposited, the structure of which is explained in more detail below with reference to FIG. 4.
  • FIG. 3 shows a titanium nitride layer 40 which could be deposited in the contact hole 20 as an adhesion promoting layer. If this were done under a reactive nitrogen atmosphere, an aluminum nitride layer 42 would form between the titanium nitride layer 40 and the connecting section 14, which would considerably increase the contact resistance.
  • FIG. 4 shows the structure of the adhesion-promoting layer 32 actually deposited in the contact hole 20, which contains a base layer 50 made of titanium nitride, an intermediate layer 52 and a cover layer 54 made of titanium nitride.
  • the base layer 50, the intermediate layer 52 and the cover layer 54 have been sputtered on in the order mentioned using a method which is explained in more detail below with reference to FIG. 6.
  • the intermediate layer 52 consists of a mixture of titanium nitride and titanium, the proportion of titanium increases in the areas B1 and B2 starting from the base layer 50 and reaches 100% in an area B3 adjoining the area B3. Similarly, the titanium nitride content decreases from 100% to 0%.
  • the titanium content in the middle of the area B1 or the area B2 is, for example, 60% or 90%.
  • the titanium content is also 100% in an area B4 lying above the area B3.
  • the areas B1 to B2 have the same thickness D1 of, for example, 0.5 nm, so that a total thickness D2 of the intermediate layer 52 is 2 nm.
  • a thickness D3 of the base layer 50 is 3 nm in the exemplary embodiment.
  • a thickness D4 of the cover layer is 10 nm.
  • the thicknesses D1 to D4 relate to the extent of the layers in a stacking direction R, in which the layers 50 to 54 are stacked one on top of the other or which is perpendicular to the surface of the semiconductor substrate.
  • FIG. 5 shows a sputtering chamber 100 used for introducing the adhesion-promoting layer 32.
  • a recipient 102 has a gas outlet 104 and a gas outlet 106.
  • the recipient also contains a sputtering target 108 made of titanium, which serves as cathode 107, and a wafer holder 110, which serves as anode 109.
  • the sputtering target 108 has, for example, the same diameter as the wafer.
  • the sputtering chamber 100 is suitable for directional sputtering because a distance A between the sputtering target 108 and the wafer 112 has been considerably increased, for example by a factor of four to five, compared to a sputtering chamber for the non-directional sputtering.
  • the distance A in the exemplary embodiment is approximately 25 cm.
  • directional sputtering can also be achieved or increased by measures other than a large distance A, for example by reducing the pressure within the sputtering chamber 100, for example to only 1 to 2 millitorr, or by suitable pretensioning during sputtering.
  • Other methods also lead to directional sputtering, for example:
  • Directional sputtering can thus be distinguished from non-directional sputtering by an angle W of less than 45 ° or less than 30 ° or by other measures which lead to the same effect as a small angle W with regard to the ratio of the layer thicknesses inside and outside a contact hole 20 ,
  • FIG. 6 shows method steps carried out when the adhesion-promoting layer 32 is produced.
  • the method begins in a method step 150.
  • a method step 152 the sputtering target 108 is inserted into the sputtering chamber 100 in order to use it for a large number of sputtering processes.
  • the sputtering target 108 contains a titanium layer 153 made of pure titanium.
  • a subsequent method step 154 nitrogen gas is introduced into the sputtering chamber 100.
  • the nitrogen causes the reactive titanium layer 153 to nitride.
  • a thin titanium nitride layer 157 is therefore formed on the surface of the titanium layer 153.
  • the nitrogen supply is interrupted in a method step 158 and the nitrogen contained in the sputtering chamber 100 is suctioned off.
  • the wafer 112 is fastened on the wafer holder 110 in the sputtering chamber.
  • a protective gas for example argon
  • argon is admitted into the sputtering chamber 100.
  • Sputtering is started in a process step 164 under the argon atmosphere that forms, the base layer 50 being deposited on the wafer 112. If the last parts of the titanium nitride layer 157 and then parts of the titanium layer 153 are sputtered, the intermediate layer 52 likewise forms under the argon atmosphere.
  • a method step 166 nitrogen is admitted into the sputtering chamber 100 in addition to the protective gas or instead of the protective gas in a method step 166.
  • the sputtering can be interrupted to produce reproducible layers.
  • a method step 168 the sputtering is continued by reigniting the plasma, the cover layer 54 being formed.
  • a method step 170 the method is ended when the cover layer 54 and thus also the adhesion-promoting layer 32 have reached their predetermined thickness.
  • Tungsten is introduced later in another chamber into the contact hole already lined with the adhesion-promoting layer 32. After that, metal layers of the integrated circuit arrangement 10 are still produced.

Abstract

The invention relates to a method wherein a base layer (50) is deposited in a contact hole area (30) with protective gas which contains a nitride as the main component. After deposition of the base layer (50) a covering layer (54) is deposited with gaseous nitrogen. As a result, an easy-to-produce adhesive layer (32) is provided, exhibiting good electrical properties.

Description

Beschreibungdescription
VERFAHREN ZUM FÜLLEN EINES KONTAKTLOCHSMETHOD FOR FILLING A CONTACT HOLE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen eines Kontaktlochs, bei dem in dem Kontaktloch eine Deckschicht abgelagert wird, die als Hauptbestandteil ein Nitrid enthält.The invention relates to a method for filling a contact hole, in which a cover layer is deposited in the contact hole which contains a nitride as the main component.
Da Kontaktloch liegt zwischen zwei Metalllagen. Solche Kontaktlocher werden auch als Vias bezeichnet,The contact hole lies between two metal layers. Such contact holes are also called vias,
Die Deckschicht ist Bestandteil einer sogenannten Liner- schicht, die als mechanische Haftvermittlungsschicht zwischen einem zu kontaktierenden Metall und der Kontaktlochfüllung dient. Als Material für die Haftvermittlungsschicht wird beispielsweise Titannitrid oder Tantalnitrid eingesetzt, um beispielsweise bei einem unter dem Kontaktloch liegenden Leitungsabschnitt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung das Kontaktloch mit Wolfram oder einer Wolframverbindung zu füllen. Haftvermittlungsschichten, die ein Nitrid enthalten, haben gute Haftvermittlungseigenschaften und lassen sich vergleichsweise einfach durch Sputtern unter Stickstoff erzeugen.The cover layer is part of a so-called liner layer, which serves as a mechanical adhesion-promoting layer between a metal to be contacted and the contact hole filling. For example, titanium nitride or tantalum nitride is used as the material for the adhesion-promoting layer, in order to fill the contact hole with tungsten or a tungsten compound, for example, in the case of a line section made of aluminum or an aluminum alloy lying under the contact hole. Bonding layers that contain a nitride have good bonding properties and can be produced comparatively easily by sputtering under nitrogen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, zum Füllen eines Kontaktlochs ein einfaches Verfahren anzugeben, das insbesondere eine sichere Kontaktierung und einen geringen Kontaktwiderstand gewahrleistet. Außerdem soll eine zugehörige integrierte Schaltungsanordnung angegeben werden.It is an object of the invention to provide a simple method for filling a contact hole, which in particular ensures reliable contacting and low contact resistance. In addition, an associated integrated circuit arrangement is to be specified.
Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gelost. Weiterbildungen sind in den Unteranspruchen angegeben.The task related to the method is achieved by the method steps specified in claim 1. Further developments are specified in the subclaims.
Beim erfindungsgemaßen Verfahren wird in dem Kontaktloch unter einem Schutzgas eine Grundschicht abgelagert, die als Hauptbestandteil ein Nitrid enthalt. Erst nach der Ablagerung der Grundschicht wird dann die Deckschicht unter gasformigem Stickstoff abgelagert .In the method according to the invention, a base layer is deposited in the contact hole under a protective gas, which as Main ingredient contains a nitride. Only after the base layer has been deposited is the top layer then deposited under gaseous nitrogen.
Dadurch, dass zunächst die Grundschicht unter einem Schutzgas abgelagert wird, bilden sich auf dem Metall am Kontaktlochboden beim erfindungsgemaßen Verfahren keine störenden Nitridverbindungen zwischen dem Metall am Kontaktlochboden und in einem reaktiven Gas enthaltenen Stickstoff. Dennoch wird beim erfindungsgemaßen Verfahren eine Metallnitridschicht unmittelbar auf dem Metall gebildet, um bspw. einen guten elektrischen Kontakt zu bilden und unerwünschte Effekte bzw. Verbindungen zwischen einem reinen Metall und dem Metall am Kontaktlochboden zu vermeiden bzw. zu reduzieren. So wurde bspw. TiAl3 stören, weil es eine Dichte hat, die erheblich von der Dichte der es umgebenden Materialien abweicht. Außerdem ist TiAl3 kornig und hat ein uneinheitliches Gefuge, das die Elektromigration begünstigt.Because the base layer is initially deposited under a protective gas, no disruptive nitride compounds are formed on the metal on the contact hole bottom in the method according to the invention between the metal on the contact hole bottom and nitrogen contained in a reactive gas. Nevertheless, in the method according to the invention, a metal nitride layer is formed directly on the metal in order, for example, to make good electrical contact and to avoid or reduce undesired effects or connections between a pure metal and the metal on the bottom of the contact hole. For example, TiAl 3 would interfere because it has a density that differs significantly from the density of the surrounding materials. In addition, TiAl 3 is grainy and has a non-uniform structure that favors electromigration.
Beim nachfolgenden Ablagern der Deckschicht unter gasformigem Stickstoff kann aufgrund der bereits abgelagerten Grundschicht der Stickstoff nicht mehr bis zu dem Metall am Kontaktlochboden dringen, um dort ein störendes Nitrid zu bilden. Die Deckschicht lasst sich deshalb mit einem einfachen Verfahren zur Ablagerung erzeugen, namlich dem unter Verwendung einer Stickstoffatmosphare .When the cover layer is subsequently deposited under gaseous nitrogen, due to the already deposited base layer, the nitrogen can no longer penetrate as far as the metal at the bottom of the contact hole in order to form a disruptive nitride there. The cover layer can therefore be produced using a simple method for deposition, namely using a nitrogen atmosphere.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens werden die Grundschicht und die Deckschicht durch gerichtetes Sputtern abgelagert. Wahrend ungerichtete Sputterverfahren gut für das Ablagern von Material auf einer ebenen Flache geeignet sind, bietet das gerichtete Sputtern die Möglichkeit, auch in dem engen Kontaktloch und insbesondere auf dem Kontaktlochboden ausreichend Material der Grundschicht bzw. der Deckschicht abzuscheiden, ohne dass es zu zu großen Unterschieden in der Dicke der Grundschicht bzw. der Deckschicht innerhalb und außerhalb des Kontaktlochs kommt. Da solche Unterschiede durch das gerichtete Sputtern vermieden bzw. erheblich reduziert werden, ist eine einfache Einbindung des Verfahrens gemäß der Weiterbildung in den Gesamtprozess zum Herstellen einer integrierten Schaltungsanordnung mog- lieh.In a development of the method according to the invention, the base layer and the top layer are deposited by directional sputtering. While non-directional sputtering processes are well suited for the deposition of material on a flat surface, directional sputtering offers the possibility of separating sufficient material from the base layer or the top layer even in the narrow contact hole and in particular on the contact hole bottom, without making too great a difference comes in the thickness of the base layer or the cover layer inside and outside of the contact hole. There such differences are avoided or considerably reduced by the directed sputtering, a simple integration of the method according to the further development into the overall process for producing an integrated circuit arrangement is possible.
Bei einer nächsten Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens wird nach der Ablagerung der Grundschicht aber noch vor der Ablagerung der Deckschicht eine Zwischenschicht in dem Kontaktloch abgelagert. Durch das Ablagern der Zwischenschicht bietet sich die Möglichkeit, kontinuierlich von dem Verfahren zum Abscheiden der Grundschicht zu dem Verfahren zum Abscheiden der Deckschicht überzugehen. Beispielsweise lassen sich in dieser Zeit Prozessgase austauschen. Außerdem entsteht durch die Einbeziehung einer Zwischenschicht mit einem Material, das sich vom Material der Grundschicht und vom Material der Deckschicht unterscheidet, weil es nitridfrei ist, ein Freiheitsgrad zur Erzeugung eines Schichtstapels mit verbesserten mechanischen Hafteigenschaften und/oder mit verbesserten elektrischen Kontakteigenschaften und/oder mit verbesserten anderen Eigenschaften, z.B. hinsichtlich der Verhinderung von Diffusion oder Elektromigration. So lassen sich die Hafteigenschaften der spater einzubringenden Füllung des Kontaktlochs in dem Kontaktloch selbst durch eine Zwi- schenschicht erheblich verbessern, die als Hauptbestandteil Titan enthalt, d.h. die z.B. aus Titan besteht oder in der mindestens 80 % der Atome Titanatome sind.In a next development of the method according to the invention, an intermediate layer is deposited in the contact hole after the base layer has been deposited but before the cover layer is deposited. The deposition of the intermediate layer offers the possibility of continuously changing from the method for depositing the base layer to the method for depositing the cover layer. For example, process gases can be exchanged during this time. In addition, the inclusion of an intermediate layer with a material that differs from the material of the base layer and from the material of the cover layer, because it is nitride-free, creates a degree of freedom for producing a layer stack with improved mechanical adhesive properties and / or with improved electrical contact properties and / or with improved other properties, e.g. to prevent diffusion or electromigration. Thus, the adhesive properties of the filling of the contact hole to be introduced later in the contact hole itself can be considerably improved by an intermediate layer which contains titanium as the main component, i.e. e.g. consists of titanium or in which at least 80% of the atoms are titanium atoms.
Bei anderen Weiterbildungen wird die Oberflache eines Sput- tertargets zunächst unter einer Stickstoffatmosphare nitri- diert. Dann wird die nitridierte Oberflache beim Erzeugen der Grundschicht abgetragen. Die Zwischenschicht wird dann von einer im Wesentlichen nitridfreien Oberfläche des Sputtertar- gets abgetragen, wobei das Schutzgas unverändert bleibt. Durch den Wechsel zu einer anderen Atmosphare werden dann die Bedingungen zum Erzeugen der Deckschicht vorgegeben. Diese Maßnahmen bilden ein einfaches aber wirkungsvolles Verfahren zum Vorgeben der Prozessbedingungen bei der Erzeugung des Schichtstapels zur Füllung des Kontaktloches. Insbesondere lasst sich das gesamte Verfahren ohne Wechsel der Prozesskammer durchfuhren.In other developments, the surface of a sputtering target is first nitrided under a nitrogen atmosphere. Then the nitrided surface is removed when the base layer is created. The intermediate layer is then removed from an essentially nitride-free surface of the sputter target, the protective gas remaining unchanged. By changing to another atmosphere, the conditions for creating the cover layer are then specified. These measures are a simple but effective procedure for specifying the process conditions in the generation of the layer stack for filling the contact hole. In particular, the entire process can be carried out without changing the process chamber.
Bei einer nächsten Weiterbildung wird das Kontaktloch in ein dielektrisches Tragermaterial bis zu einem elektrisch leitenden Verbindungsabschnitt eingebracht, der als Hauptbestandteil Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein anderes Metall enthalt, z.B. Kupfer oder eine Kupferlegierung. Auch ein derartig tief eindringendes Kontaktloch lasst sich mit dem erfindungsgemaßen Verfahren gut füllen, insbesondere weil kein gasformiger Stickstoff auf den Kontaktlochboden gelangt. So wird beispielweise die Bildung von störendem Aluminiumnit- πd, wie oben erläutert, durch andere Maßnahmen vermieden, namlich insbesondere durch die Erzeugung der Grundschicht unter einer Schutzatmosphare .In a next development, the contact hole is made in a dielectric carrier material up to an electrically conductive connection section which contains aluminum, an aluminum alloy or another metal as the main component, e.g. Copper or a copper alloy. Such a deeply penetrating contact hole can also be easily filled with the method according to the invention, in particular because no gaseous nitrogen reaches the bottom of the contact hole. For example, the formation of disruptive aluminum nitride, as explained above, is avoided by other measures, in particular by creating the base layer under a protective atmosphere.
Bei einer nächsten Weiterbildung werden eine Vielzahl von Kontaktlochern beim Prozessieren einer Halbleiterscheibe gleichzeitig geatzt. Die Halbleiterscheibe wird auch als Wafer bezeichnet und hat einen Durchmesser von beispielsweise 150 bis 300 mm. Aufgrund dieser Große sind die Atzbedingungen nicht an allen Stellen der Halbleiterscheibe gleich. Bei- spielsweise wird am Rand der Halbleiterscheibe schneller geatzt als in der Mitte der Halbleiterscheibe. Auch ist die Dicke der dielektrischen Schicht außerhalb von Kontaktlochern an verschiedenen Stellen der Halbleiterscheibe unterschiedlich. Durch das erfindungsgemaße Verfahren ist es möglich, bei der Weiterbildung eine zwischen der dielektrischenIn a next development, a large number of contact holes are etched simultaneously when processing a semiconductor wafer. The semiconductor wafer is also referred to as a wafer and has a diameter of, for example, 150 to 300 mm. Because of this size, the etching conditions are not the same at all locations on the semiconductor wafer. For example, the edge of the semiconductor wafer is etched faster than in the middle of the semiconductor wafer. The thickness of the dielectric layer outside of contact holes is also different at different locations on the semiconductor wafer. With the method according to the invention, it is possible in the further development to choose between the dielectric
Schicht und einer Metalllage liegenden Hilfsschicht zwar als Sollpunkt für einen Atzstopp vorzugeben, aber trotzdem ein Durchatzen der Hilfsschicht zu erlauben, insbesondere in einem Teilbereich der Halbleiterscheibe. Alle Kontaktlocher haben trotz der unterschiedlichen Atzbedingungen und Dickebedingungen spater gute elektrische Eigenschaften. Insbesondere bei einer geringen Atzselektivitat zwischen der dielektri- sehen Schicht und der Hilfsschicht ist durch die genannten Maßnahmen ein großes Prozessfenster beim Atzen möglich. Auch lässt sich die Dicke der Hilfsschicht reduzieren.Although the layer and a metal layer lying auxiliary layer as a target point for an etch stop, but still allow the auxiliary layer to be etched through, in particular in a partial area of the semiconductor wafer. Despite the different etching conditions and thickness conditions, all contact holes later have good electrical properties. Especially with a low etching selectivity between the dielectric see layer and the auxiliary layer is a large process window during etching possible by the measures mentioned. The thickness of the auxiliary layer can also be reduced.
Die Hilfsschicht hat beispielsweise Eigenschaften, durch welche sich Elektromigration vermeiden bzw. reduzieren lasst. Auch wenn die Hilfsschicht durchatzt wird, stört dies nicht, weil spater eine Linerschicht aufgebracht wird, die ähnliche Eigenschaften wie die Hilfsschicht hinsichtlich der Vermei- düng von Elektromigration hat. Die ahnlichen Eigenschaften resultieren bspw. aus der Verwendung gleicher Materialien und Schichtfolgen in der Hilfsschicht und der Linerschicht.The auxiliary layer has properties, for example, by means of which electromigration can be avoided or reduced. Even if the auxiliary layer is etched through, this does not bother because a liner layer is later applied, which has similar properties to the auxiliary layer in terms of preventing electromigration. The similar properties result, for example, from the use of the same materials and layer sequences in the auxiliary layer and the liner layer.
Bei einer anderen Weiterbildung wird nach der Ablagerung der Deckschicht in dem Kontaktloch eine Kontaktlochfullung abgelagert, die als Hauptbestandteil Wolfram enthalt. Auch dann, wenn die Zwischenschicht aus Titan besteht, lasst sich die Bildung von störendem Titanfluorid bei der Einbringung des Wolframs vermeiden oder erheblich reduzieren, weil die Zwi- schenschicht zwischen der Grundschicht und der Deckschicht eingebettet ist und sich außerdem nur dünn ausbilden lasst, z.B. dunner als 10 nm.In another development, after the covering layer has been deposited, a contact hole filling is deposited in the contact hole, which contains tungsten as the main component. Even if the intermediate layer consists of titanium, the formation of disruptive titanium fluoride during the introduction of the tungsten can be avoided or considerably reduced, because the intermediate layer is embedded between the base layer and the cover layer and, moreover, can only be formed thinly, e.g. thinner than 10 nm.
Bei einer nächsten Weiterbildung ist die Dicke der Deck- schicht kleiner als etwa 20 nm. Eine so geringe Dicke ist auch bei einer Füllung des Kontaktlochs mit Wolfram nicht störend. Die Bildung von Titanfluorid und das dadurch verursachte Abheben des Schichtstapels vom Kontaktloch ist nicht mehr zu befurchten. Deshalb kann auch die sonst zum Vermeiden des Abhebens vergrößerte Schichtdicke, insbesondere der Deckschicht wieder verringert werden, beispielsweise auf die genannte Große.In a next development, the thickness of the cover layer is less than about 20 nm. Such a small thickness is not a problem even when the contact hole is filled with tungsten. The formation of titanium fluoride and the resulting lifting of the layer stack from the contact hole can no longer be feared. For this reason, the layer thickness, in particular the cover layer, which is otherwise increased to avoid lifting, can also be reduced again, for example to the size mentioned.
Bei einer Weiterbildung hat das Kontaktloch einen Durchmesser kleiner 1 μm. Die Tiefe des Kontaktlochs ist großer als 500 nm. Bei einem Durchmesser von etwa 500 nm und einer Tiefe von 1 μm liegt das Aspektverhaltnis bei Zwei. Aber auch bei As- pektverhaltnissen bis etwa drei lasst sich das erfindungsge- maße Verfahren noch sicher durchfuhren, weil insbesondere bei einem gerichteten Sputterverfahren der Dickenunterschied der Schichten innerhalb und außerhalb eines Kontaktlochs in ver- tretbaren Grenzen bleibt .In one development, the contact hole has a diameter of less than 1 μm. The depth of the contact hole is greater than 500 nm. With a diameter of approximately 500 nm and a depth of 1 μm, the aspect ratio is two. But also with As- pect ratios up to about three, the method according to the invention can still be carried out safely, because in particular with a directional sputtering method the difference in thickness of the layers inside and outside a contact hole remains within acceptable limits.
Bei einer nächsten Weiterbildung wird als Material für die Grundschicht und/oder die Deckschicht eines oder mehrere der Materialien Titannitrid oder Tantalnitrid verwendet. Als Material für die Zwischenschicht ist in diesen Fallen Titan, oder Tantal geeignet .In a next development, one or more of the materials titanium nitride or tantalum nitride is used as the material for the base layer and / or the cover layer. In these cases, titanium or tantalum is suitable as the material for the intermediate layer.
Die Erfindung betrifft außerdem eine integrierte Schaltungsanordnung, die das gefüllte Kontaktloch, insbesondere em- schließlich der Grundschicht und der Deckschicht enthalt. Die Schaltungsanordnung wird bei einer Weiterbildung mit dem erfindungsgemaßen Verfahren oder einer seiner Weiterbildungen hergestellt. Damit gelten die oben genannten Wirkungen auch für die Schaltungsanordnung und deren Weiterbildung.The invention also relates to an integrated circuit arrangement which contains the filled contact hole, in particular finally the base layer and the cover layer. In one development, the circuit arrangement is produced using the method according to the invention or one of its developments. The effects mentioned above also apply to the circuit arrangement and its further development.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der beiliegenden Figuren erläutert. Darin zeigen:The invention is explained below with reference to the attached figures. In it show:
Figur 1 eine dielektrische Schicht einer integrierten Schaltungsanordnung,FIG. 1 shows a dielectric layer of an integrated circuit arrangement,
Figur 2 ein in die dielektrische Schicht geatztes Kontaktloch,FIG. 2 shows a contact hole etched into the dielectric layer,
Figur 3 eine in dem Kontaktloch anzuordnende Haftvermitt- lungssch cht gemäß einer Variante,FIG. 3 shows an adhesion-promoting layer to be arranged in the contact hole according to a variant,
Figur 4 Teilschichten einer in das Kontaktloch eingebrachten Haftvermittlungsschicht,FIG. 4 partial layers of an adhesion-promoting layer introduced into the contact hole,
Figur 5 eine zum Einbringen der Haftvermittlungsschicht verwendete Sputterkammer, und Figur 6 beim Erzeugen der Haftvermittlungsschicht durchgeführte Verfahrensschritte.FIG. 5 shows a sputtering chamber used to introduce the adhesive layer, and FIG. 6 method steps carried out when generating the adhesion-promoting layer.
Figur 1 zeigt eine integrierte Schaltungsanordnung 10 wahrend der Herstellung. In einem nicht dargestellten Halbleitersubstrat der integrierten Schaltungsanordnung 10 wurden bereits eine Vielzahl elektrischer Bauelemente wie Transistoren gefertigt, z.B. gemäß CMOS-Technik, gemäß BICMOS-Technik oder gemäß einer Technik für Leistungsschaltelemente (Power Devices) . Danach wurde die Herstellung bis zum Aufbringen einer Metalllage 12 fortgesetzt.Figure 1 shows an integrated circuit arrangement 10 during manufacture. A large number of electrical components such as transistors have already been manufactured in a semiconductor substrate (not shown) of the integrated circuit arrangement 10, e.g. according to CMOS technology, according to BICMOS technology or according to a technology for power switching elements. The production was then continued until a metal layer 12 was applied.
Die Metalllage 12 enthalt einen Verbindungsabschnitt 14 aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung, die z.B. 0,5 % Kupfer enthalt. Auf die Metalllage 12 wurde eine Antireflexionsschicht 16 aufgesputtert , die beispielsweise aus Titannitrid besteht oder mindestens eine Titannitridschicht enthalt. Die Antire- flexionsschicht 16 wurde zum Strukturieren der Metalllage 12 in einem fotolithografischen Prozess benotigt, bei dem auch der Verbindungsabschnitt 14 strukturiert worden ist.The metal layer 12 contains a connecting section 14 made of an aluminum-copper alloy, e.g. Contains 0.5% copper. An antireflection layer 16, which consists for example of titanium nitride or contains at least one titanium nitride layer, was sputtered onto the metal layer 12. The anti-reflection layer 16 was required for structuring the metal layer 12 in a photolithographic process in which the connecting section 14 was also structured.
Nach dem Ablagern der Antireflexionsschicht 16 wurde eine dielektrische Schicht 18 in einer Dicke von beispielsweise 600 nm abgeschieden, z.B. mit Hilfe eines CVD-VerfahrensAfter the deposition of the anti-reflection layer 16, a dielectric layer 18 was deposited in a thickness of, for example, 600 nm, e.g. with the help of a CVD process
(Chemical Vapor Deposition) . Die dielektrische Schicht besteht beispielsweise aus Siliziumdioxid und dient der elektrischen Isolierung zwischen der Metalllage 12 und einer in der dielektrischen Schicht 18 noch anzuordnenden Metalllage.(Chemical Vapor Deposition). The dielectric layer consists, for example, of silicon dioxide and serves for electrical insulation between the metal layer 12 and a metal layer still to be arranged in the dielectric layer 18.
Figur 2 zeigt die Schaltungsanordnung 10 nach dem Atzen eines Kontaktlochs 20, das sich durch die dielektrische Schicht 18 und die Antireflexionsschicht 16 hindurch bis in den Verbindungsabschnitt 14 hinein erstreckt. Zwischen einer unteren Oberflache 22 und einem Kontaktlochboden 24 des Kontaktlochs 20 liegt ein Abstand AI von beispielsweise 10 nm. Der Kontaktlochdurchmesser betragt beispielsweise 0,5 μm. Der Atzprozess zum Atzen des Kontaktlochs 20 wird so gefuhrt, dass bei einem Großteil von Kontaktlöchern der Schaltungsanordnung 10 der Kontaktlochboden 26 in der Mitte der Antire- flexionsschicht 16 liegt. Zwischen dem Kontaktlochboden 26 und der unteren Oberflache 22 der Antireflexionsschicht 16 liegt dann ein Abstand A2 von einigen Nanometern. Kontaktlocher, bei denen der Kontaktlochboden 28 oberhalb der Antire- flexionsschicht 16 liegt, gibt es bei dieser Prozessfuhrung nicht. Zwischen dem Kontaktlochboden 28 und der unteren Oberfläche 22 wurde dann ein Abstand A3 liegen, der großer als der Abstand A2 und auch größer als die Dicke der Antireflexi- onsschicht 16 ist. Das Kontaktloch 20 hat einen zentralen Bereich 30, der in den Figuren 3 und 4 vergrößert dargestellt ist.FIG. 2 shows the circuit arrangement 10 after the etching of a contact hole 20 which extends through the dielectric layer 18 and the antireflection layer 16 into the connection section 14. There is a distance Al of, for example, 10 nm between a lower surface 22 and a contact hole bottom 24 of the contact hole 20. The contact hole diameter is, for example, 0.5 μm. The etching process for etching the contact hole 20 is carried out in such a way that in the case of a large number of contact holes in the circuit arrangement 10, the contact hole bottom 26 lies in the middle of the anti-reflection layer 16. A distance A2 of a few nanometers then lies between the contact hole bottom 26 and the lower surface 22 of the antireflection layer 16. Contact holes in which the contact hole bottom 28 lies above the anti-reflection layer 16 do not exist in this process control. A distance A3 would then lie between the contact hole bottom 28 and the lower surface 22, which is greater than the distance A2 and also greater than the thickness of the antireflection layer 16. The contact hole 20 has a central region 30, which is shown enlarged in FIGS. 3 and 4.
Nach dem Atzen des Kontaktlochs 20 wird eine Haftvermittlungsschicht 32 abgeschieden, deren Aufbau unten an Hand der Figur 4 naher erläutert wird.After the etching of the contact hole 20, an adhesion-promoting layer 32 is deposited, the structure of which is explained in more detail below with reference to FIG. 4.
Figur 3 zeigt eine Titannitridschicht 40, die man in dem Kontaktloch 20 als Haftvermittlungsschicht abscheiden konnte. Wurde man dies unter einer reaktiven Stickstoffatmosphare tun, so wurde sich dabei zwischen der Titannitridschicht 40 und dem Verbindungsabschnitt 14 eine Aluminiumnitridschicht 42 bilden, die den Kontaktwiderstand erheblich erhöht.FIG. 3 shows a titanium nitride layer 40 which could be deposited in the contact hole 20 as an adhesion promoting layer. If this were done under a reactive nitrogen atmosphere, an aluminum nitride layer 42 would form between the titanium nitride layer 40 and the connecting section 14, which would considerably increase the contact resistance.
Figur 4 zeigt dagegen den Aufbau der tatsächlich in dem Kontaktloch 20 abgelagerten Haftvermittlungsschicht 32, die eine Grundschicht 50 aus Titannitrid, eine Zwischenschicht 52 und eine Deckschicht 54 aus Titannitrid enthalt. Die Grundschicht 50, die Zwischenschicht 52 und die Deckschicht 54 sind in der genannten Reihenfolge mit einem Verfahren aufgesputtert worden, das unten an Hand der Figur 6 naher erläutert wird.FIG. 4, on the other hand, shows the structure of the adhesion-promoting layer 32 actually deposited in the contact hole 20, which contains a base layer 50 made of titanium nitride, an intermediate layer 52 and a cover layer 54 made of titanium nitride. The base layer 50, the intermediate layer 52 and the cover layer 54 have been sputtered on in the order mentioned using a method which is explained in more detail below with reference to FIG. 6.
Die Zwischenschicht 52 besteht in unteren Bereichen Bl und B2 aus einem Gemisch aus Titannitrid und Titan, wobei der Anteil des Titans in den Bereichen Bl und B2 beginnend von der Grundschicht 50 her zunimmt und in einem sich an den Bereich B3 anschließenden Bereich B3 100 % erreicht. Gleichermaßen verringert sich der Titannitridanteil von 100 % auf 0 %. Der Titananteil in der Mitte des Bereiches Bl bzw. des Bereiches B2 liegt bei beispielsweise 60 % bzw. 90 %. Auch in einem über dem Bereich B3 liegenden Bereich B4 liegt der Titananteil bei 100 %. Die Bereiche Bl bis B2 haben gleiche Dicken Dl von beispielsweise 0,5 nm, so dass eine Gesamtdicke D2 der Zwischenschicht 52 bei 2 nm liegt. Eine Dicke D3 der Grundschicht 50 betragt im Ausfuhrungsbeispiel 3 nm. Eine Dicke D4 der Deckschicht betragt 10 nm. Die Dicken Dl bis D4 beziehen sich auf die Ausdehnung der Schichten m einer Stapelrichtung R, in welcher die Schichten 50 bis 54 ubereinandergestapelt sind bzw. welche rechtwinklig zur Oberflache des Halbleitersubstrats liegt.In the lower regions B1 and B2, the intermediate layer 52 consists of a mixture of titanium nitride and titanium, the proportion of titanium increases in the areas B1 and B2 starting from the base layer 50 and reaches 100% in an area B3 adjoining the area B3. Similarly, the titanium nitride content decreases from 100% to 0%. The titanium content in the middle of the area B1 or the area B2 is, for example, 60% or 90%. The titanium content is also 100% in an area B4 lying above the area B3. The areas B1 to B2 have the same thickness D1 of, for example, 0.5 nm, so that a total thickness D2 of the intermediate layer 52 is 2 nm. A thickness D3 of the base layer 50 is 3 nm in the exemplary embodiment. A thickness D4 of the cover layer is 10 nm. The thicknesses D1 to D4 relate to the extent of the layers in a stacking direction R, in which the layers 50 to 54 are stacked one on top of the other or which is perpendicular to the surface of the semiconductor substrate.
Figur 5 zeigt eine zum Einbringen der Haftvermittlungsschicht 32 verwendete Sputterkammer 100. Ein Rezipient 102 hat einen Gasemlass 104 und einen Gasauslass 106. Der Rezipient enthalt außerdem ein als Kathode 107 dienendes Sputtertarget 108 aus Titan und einen als Anode 109 dienenden Waferhalter 110. Der Waferhalter 110 tragt einen Wafer 112, z.B. einen 8-Zoll- Wafer (1 Zoll = 25,4 mm) . Das Sputtertarget 108 hat bspw. den gleichen Durchmesser wie der Wafer.FIG. 5 shows a sputtering chamber 100 used for introducing the adhesion-promoting layer 32. A recipient 102 has a gas outlet 104 and a gas outlet 106. The recipient also contains a sputtering target 108 made of titanium, which serves as cathode 107, and a wafer holder 110, which serves as anode 109. The wafer holder 110 carries a wafer 112, e.g. an 8 inch wafer (1 inch = 25.4 mm). The sputtering target 108 has, for example, the same diameter as the wafer.
Die Sputterkammer 100 ist zum gerichteten Sputtern geeignet, weil ein Abstand A zwischen Sputtertarget 108 und Wafer 112 im Vergleich zu einer Sputterkammer für das ungerichtete Sputtern erheblich vergrößert worden ist, beispielsweise um den Faktor vier bis fünf. So betragt der Abstand A im Ausfuhrungsbeispiel etwa 25 cm. Zwischen der Verbindungslinie von einem Punkt P m der Mitte des Wafers 112 zum Rand des Sput- tertargets 108 hm und der Normalen N zur Hauptoberflache des Wafers 112 liegt ein Winkel W, der beim gerichteten Sputtern kleiner als 45°, insbesondere kleiner als 30° ist. Ein gerichtetes Sputtern kann aber auch durch andere Maßnahmen als einen großen Abstand A erreicht bzw. verstärkt werden, z.B. durch eine Verringerung des Drucks innerhalb der Sputterkammer 100, z.B. auf nur 1 bis 2 Millitorr oder durch geeignete Vorspannungen beim Sputtern. Auch andere Verfahren fuhren zu einem gerichteten Sputtern, z.B.:The sputtering chamber 100 is suitable for directional sputtering because a distance A between the sputtering target 108 and the wafer 112 has been considerably increased, for example by a factor of four to five, compared to a sputtering chamber for the non-directional sputtering. The distance A in the exemplary embodiment is approximately 25 cm. Between the connecting line from a point P m the center of the wafer 112 to the edge of the sputtering target 108 hm and the normal N to the main surface of the wafer 112 there is an angle W which is less than 45 °, in particular less than 30 °, in the directional sputtering , However, directional sputtering can also be achieved or increased by measures other than a large distance A, for example by reducing the pressure within the sputtering chamber 100, for example to only 1 to 2 millitorr, or by suitable pretensioning during sputtering. Other methods also lead to directional sputtering, for example:
- die Verwendung eines IMP-Verfahrens (Ionized Metal Plasma) der Firma Applied Materials,the use of an IMP process (Ionized Metal Plasma) from Applied Materials,
- die Verwendung eines SIP-Verfahrens (Seif Ionized Plasma) der Firma Applied Materials,the use of a SIP process (Seif Ionized Plasma) from Applied Materials,
- die Verwendung des Advanced-High-Fill -Verfahrens der Firma Trikon,- the use of the advanced high fill process from Trikon,
- die Verwendung des Ultra-High-Fill-Verfahrens der Firma Trikon, - oder die Verwendung des alteren Sputterns mit Kollimator.- the use of the ultra-high-fill process from Trikon, - or the use of older sputtering with a collimator.
Damit lasst sich das gerichtete Sputtern vom ungerichteten Sputtern durch einen Winkel W kleiner 45° oder kleiner 30° oder aber durch andere Maßnahmen unterscheiden, die zur glei- chen Wirkung wie ein kleiner Winkel W hinsichtlich des Verhältnisses der Schichtdicken innerhalb und außerhalb eines Kontaktlochs 20 fuhren.Directional sputtering can thus be distinguished from non-directional sputtering by an angle W of less than 45 ° or less than 30 ° or by other measures which lead to the same effect as a small angle W with regard to the ratio of the layer thicknesses inside and outside a contact hole 20 ,
Figur 6 zeigt beim Erzeugen der Haftvermittlungsschicht 32 durchgeführte Verfahrensschritte. Das Verfahren beginnt in einem Verfahrensschritt 150. In einem Verfahrensschritt 152 wird das Sputtertarget 108 in die Sputterkammer 100 eingesetzt, um es für eine Vielzahl von Sputterprozessen zu nutzen. Das Sputtertarget 108 enthalt eine Titanschicht 153 aus reinem Titan.FIG. 6 shows method steps carried out when the adhesion-promoting layer 32 is produced. The method begins in a method step 150. In a method step 152, the sputtering target 108 is inserted into the sputtering chamber 100 in order to use it for a large number of sputtering processes. The sputtering target 108 contains a titanium layer 153 made of pure titanium.
In einem folgenden Verfahrensschritt 154 wird Stickstoffgas in die Sputterkammer 100 eingeleitet. Der Stickstoff bewirkt ein Nitridieren der reaktiven Titanschicht 153. An der Ober- flache der Titanschicht 153 entsteht deshalb eine dünne Titannitridschicht 157. Nach dem Nitridieren wird in einem Verfahrensschritt 158 die Stickstoffzufuhr unterbrochen und der in der Sputterkammer 100 enthaltene Stickstoff abgesaugt. In einem nächsten Verfahrensschritt 160 wird der Wafer 112 in der Sputterkammer auf dem Waferhalter 110 befestigt.In a subsequent method step 154, nitrogen gas is introduced into the sputtering chamber 100. The nitrogen causes the reactive titanium layer 153 to nitride. A thin titanium nitride layer 157 is therefore formed on the surface of the titanium layer 153. After nitriding, the nitrogen supply is interrupted in a method step 158 and the nitrogen contained in the sputtering chamber 100 is suctioned off. In a next method step 160, the wafer 112 is fastened on the wafer holder 110 in the sputtering chamber.
In einem Verfahrensschritt 162 wird ein Schutzgas, beispielsweise Argon, in die Sputterkammer 100 eingelassen. Unter der sich bildenden Argonatmosphäre wird in einem Verfahrens- schritt 164 mit dem Sputtern begonnen, wobei sich die Grundschicht 50 auf dem Wafer 112 ablagert. Werden die letzten Teile der Titannitridschicht 157 und dann Teile der Titanschicht 153 abgesputtert , so bildet sich ebenfalls unter der Argonatmosphäre die Zwischenschicht 52.In a method step 162, a protective gas, for example argon, is admitted into the sputtering chamber 100. Sputtering is started in a process step 164 under the argon atmosphere that forms, the base layer 50 being deposited on the wafer 112. If the last parts of the titanium nitride layer 157 and then parts of the titanium layer 153 are sputtered, the intermediate layer 52 likewise forms under the argon atmosphere.
Nach der Ablagerung der Zwischenschicht 52 wird in einem Verfahrensschritt 166 Stickstoff in die Sputterkammer 100 zusätzlich zu dem Schutzgas oder an Stelle des Schutzgases eingelassen. Das Sputtern lässt sich dabei unterbrechen um reproduzierbare Schichten zu erzeugen. In einem Verfahrensschritt 168 wird das Sputtern durch neu zünden des Plasmas fortgesetzt, wobei sich die Deckschicht 54 bildet. In einem Verfahrensschritt 170 wird das Verfahren beendet, wenn die Deckschicht 54 und damit auch die Haftvermittlungsschicht 32 ihre vorgegebene Dicke erreicht hat.After the intermediate layer 52 has been deposited, nitrogen is admitted into the sputtering chamber 100 in addition to the protective gas or instead of the protective gas in a method step 166. The sputtering can be interrupted to produce reproducible layers. In a method step 168, the sputtering is continued by reigniting the plasma, the cover layer 54 being formed. In a method step 170, the method is ended when the cover layer 54 and thus also the adhesion-promoting layer 32 have reached their predetermined thickness.
Ohne Wechsel des Sputtertargets 108 wird das erläuterte Verfahren mehrmals hintereinander durchführen.Without changing the sputtering target 108, the method explained will be carried out several times in succession.
In das bereits mit der Haftvermittlungsschicht 32 ausgekleidete Kontaktloch wird später in einer anderen Kammer Wolfram eingebracht . Danach werden noch weiter Metalllagen der integrierten Schaltungsanordnung 10 hergestellt. Tungsten is introduced later in another chamber into the contact hole already lined with the adhesion-promoting layer 32. After that, metal layers of the integrated circuit arrangement 10 are still produced.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Füllen eines Kontaktlochs (20),1. Method for filling a contact hole (20),
bei dem in mindestens einem Kontaktloch (20) unter einem Schutzgas eine Grundschicht (50) abgelagert wird, die als Hauptbestandteil ein Nitrid enthalt und gasformigen Stickstoff vom Boden (24) des Kontaktlochs (20) fernhalt,in which a base layer (50) is deposited in at least one contact hole (20) under a protective gas, which contains a nitride as the main component and keeps gaseous nitrogen away from the bottom (24) of the contact hole (20),
und bei dem in dem Kontaktloch (20) nach der Ablagerung der Grundschicht (50) unter gasformigem Stickstoff eine Deckschicht (54) abgelagert wird, die als Hauptbestandteil einand in which a cover layer (54) is deposited in the contact hole (20) after the deposition of the base layer (50) under gaseous nitrogen, which is a main component
Nitrid enthalt.Contains nitride.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn z e i chne t , dass die Grundschicht (50) und/oder die Deckschicht (54) durch gerichtetes Sputtern abgelagert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the base layer (50) and / or the cover layer (54) is deposited by directional sputtering.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadur c h g e - kenn z e i chne t , dass in dem Kontaktloch (20) nach der Ablagerung der Grundschicht (50) und vor der Ablagerung der Deckschicht (54) vorzugsweise durch gerichtetes Sputtern eine Zwischenschicht (52) abgelagert wird, die einen nitridfreien Hauptbestandteil enthalt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that an intermediate layer (52) in the contact hole (20) after the base layer (50) has been deposited and before the cover layer (54) has been deposited, preferably by directional sputtering. is deposited, which contains a nitride-free main component.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge kenn z e i chne t , dass mindestens ein Bereich (B3 , B4 ) der Zwischenschicht (52) von einer nitridfreien Oberflache eines Sputtertargets (108) unter einem Schutzgas abgelagert wird.4. The method according to claim 3, characterized in that at least one region (B3, B4) of the intermediate layer (52) is deposited from a nitride-free surface of a sputtering target (108) under a protective gas.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge kenn z e i chne t , dass die Oberflache (157) des Sputtertargets zum Sputtern der Grundschicht (50) vor dem Ablagern der Grundschicht (50) unter Stickstoff nitridiert wird.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the surface (157) of the sputtering target for sputtering the base layer (50) is nitrided under nitrogen before depositing the base layer (50).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennze ichne t , dass die Grundschicht (50) und die Deckschicht (54) und vorzugsweise auch die Zwischenschicht (52) mit demselben Sputtertarget (108) erzeugt werden.6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the base layer (50) and the Cover layer (54) and preferably also the intermediate layer (52) with the same sputtering target (108).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - durch ge kennz e i c hne t , dass das Kontaktloch (20) in eine dielektrische Schicht (18) bis zu einem elektrisch leitenden Verbindungsabschnitt (14) eingebracht wird,7. The method according to any one of the preceding claims, d a - by ge characteristic that the contact hole (20) is introduced into a dielectric layer (18) up to an electrically conductive connecting section (14),
und dass der Verbindungsabschnitt (14) als Hauptbestandteil vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthalt.and that the connecting section (14) preferably contains aluminum or an aluminum alloy as the main component.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadur ch ge kenn z e i chne t , dass eine Vielzahl von Kontaktlochern (20) gleichzeitig in die dielektrische Schicht (18) geatzt werden,8. The method according to claim 7, characterized in that a plurality of contact holes (20) are simultaneously etched into the dielectric layer (18),
dass zwischen dem dielektrischen Tragermaterial (18) und dem Verbindungsabschnitt (14) eine elektrisch leitende Hilfs- schicht (16), vorzugsweise eine Antireflexionsschicht angeordnet wird,that an electrically conductive auxiliary layer (16), preferably an antireflection layer, is arranged between the dielectric carrier material (18) and the connecting section (14),
und dass die Hilfsschicht (16) als Stoppschicht beim Atzen verwendet wird, wobei jedoch ein Durchdringen der Hilfs- schicht (16) an dünnen Stellen der dielektrischen Schicht und/oder an Stellen mit höherer Atzgeschwindigkeit h genom- men wird.and that the auxiliary layer (16) is used as a stop layer during etching, but penetration of the auxiliary layer (16) is taken at thin locations on the dielectric layer and / or at locations with a higher etching speed h.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch ge kennz e i c hne t , dass in dem Kontaktloch (20) nach der Ablagerung der Deckschicht (54) vorzugsweise unter Wolframhexafluorid eine Kontaktlochfullung abgelagert wird, die als Hauptbestandteil Wolfram enthalt.9. The method according to any one of the preceding claims, because by ge marked that in the contact hole (20) after the deposition of the cover layer (54), a contact hole filling is preferably deposited under tungsten hexafluoride, which contains tungsten as the main component.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da dur ch ge kennz e i c hne t , dass die Grundschicht (50) gemeinsam mit der Zwischenschicht (52) am Kontaktlochboden (24) eine Dicke (D2, D3 ) kleiner 5 nm insbesondere kleiner 3 nm hat, und/oder dass die Deckschicht (54) am Kontaktlochboden (24) eine Dicke (D4) kleiner 20 nm, vorzugsweise kleiner 10 nm hat .10. The method according to any one of the preceding claims, since the base layer (50) together with the intermediate layer (52) on the contact hole bottom (24) has a thickness (D2, D3) of less than 5 nm, in particular less than 3 nm Has, and / or that the cover layer (54) on the contact hole base (24) has a thickness (D4) of less than 20 nm, preferably less than 10 nm.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennz e i c hne t , dass das Kontaktloch (20) einen Durchmesser kleiner 1 μm hat, vorzugsweise von etwa 0,5 μm,11. The method according to any one of the preceding claims, since it is characterized by the fact that the contact hole (20) has a diameter of less than 1 μm, preferably of about 0.5 μm,
und/oder dass das Kontaktloch (20) eine Tiefe großer 500 nm, vorzugsweise großer 1 μm hat.and / or that the contact hole (20) has a depth greater than 500 nm, preferably greater than 1 μm.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - durch ge kenn z e ichne t , dass die Grundschicht12. The method according to any one of the preceding claims, d a - by ge characterize that the base layer
(50) und/oder Deckschicht (54) als Hauptbestandteil Titannitrid oder Tantalnitrid enthalt,(50) and / or cover layer (54) contains titanium nitride or tantalum nitride as the main constituent,
und/oder dass die Zwischenschicht (52) als Hauptbestandteil Titan oder Tantal enthalt.and / or that the intermediate layer (52) contains titanium or tantalum as the main component.
13. Integrierte Schaltungsanordnung (10),13. Integrated circuit arrangement (10),
mit mindestens einem Kontaktloch (20), in dem eine Grund- schicht (50) und eine Deckschicht (54) angeordnet sind,with at least one contact hole (20) in which a base layer (50) and a cover layer (54) are arranged,
wobei die Grundschicht (50) als Hauptbestandteil ein Nitrid enthalt, das unter einem Schutzgas abgelagert worden ist,the main layer (50) containing a nitride which has been deposited under a protective gas,
und wobei die Deckschicht (54) als Hauptbestandteil ein Nitrid enthalt, das unter gasformigem Stickstoff abgelagert worden ist.and wherein the top layer (54) contains as a main component a nitride which has been deposited under gaseous nitrogen.
14. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 13, gekenn - z e i chne t durch eine zwischen der Grundschicht (50) und der Deckschicht (54) angeordnete Zwischenschicht (52), die einen nitridfreien Hauptbestandteil enthalt. 14. Circuit arrangement (10) according to claim 13, characterized by an intermediate layer (52) arranged between the base layer (50) and the cover layer (54) and containing a nitride-free main component.
15. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 13 oder 14, da durch gekennzeichnet , dass die Schaltungsanordnung (10) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt worden ist . 15. Circuit arrangement (10) according to claim 13 or 14, characterized in that the circuit arrangement (10) has been produced by a method according to one of claims 1 to 12.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007004860B4 (en) * 2007-01-31 2008-11-06 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale A method of making a copper-based metallization layer having a conductive overcoat by an improved integration scheme
US10975464B2 (en) * 2018-04-09 2021-04-13 International Business Machines Corporation Hard mask films with graded vertical concentration formed using reactive sputtering in a radio frequency deposition chamber

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19522660A1 (en) * 1994-10-06 1996-04-11 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor isolated contact hole for submicron applications, e.g. DRAM

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4121572C1 (en) * 1991-06-29 1992-12-03 Fa. Ernst Siegling, 3000 Hannover, De
EP0598422B1 (en) * 1992-10-15 2000-09-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of forming a Ti and a TiN layer on a semiconductor body by a sputtering process, comprising an additional step of cleaning the target
US5358901A (en) * 1993-03-01 1994-10-25 Motorola, Inc. Process for forming an intermetallic layer
JP3216345B2 (en) * 1993-04-06 2001-10-09 ソニー株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3401843B2 (en) * 1993-06-21 2003-04-28 ソニー株式会社 Method for forming multilayer wiring in semiconductor device
KR950015602A (en) * 1993-11-22 1995-06-17 모리시다 요이치 Manufacturing Method of Semiconductor Device
IL113882A0 (en) * 1994-06-03 1995-08-31 Varian Associates Tin deposition method
JPH08191104A (en) * 1995-01-11 1996-07-23 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof
KR100425655B1 (en) * 1995-03-28 2004-06-26 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드 Diffusion Prevention Triple Layer and Manufacturing Method to Minimize Reaction Between Metallized Layers of Integrated Circuits
US5962923A (en) * 1995-08-07 1999-10-05 Applied Materials, Inc. Semiconductor device having a low thermal budget metal filling and planarization of contacts, vias and trenches
KR970063509A (en) * 1996-02-26 1997-09-12 제랄드 에프. 테일러 Improved Titanium Nitride Barrier Layer
JPH10125627A (en) * 1996-10-24 1998-05-15 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device and method of forming high melting point meal nitride film
US6028003A (en) * 1997-07-03 2000-02-22 Motorola, Inc. Method of forming an interconnect structure with a graded composition using a nitrided target
US5893752A (en) * 1997-12-22 1999-04-13 Motorola, Inc. Process for forming a semiconductor device
US5985759A (en) * 1998-02-24 1999-11-16 Applied Materials, Inc. Oxygen enhancement of ion metal plasma (IMP) sputter deposited barrier layers
WO1999053114A1 (en) 1998-04-10 1999-10-21 Applied Materials, Inc. Continuous process for sputtering tantalum nitride films
KR100331545B1 (en) * 1998-07-22 2002-04-06 윤종용 Method of forming multi-layered titanium nitride film by multi-step chemical vapor deposition process and method of manufacturing semiconductor device using the same
US6410986B1 (en) * 1998-12-22 2002-06-25 Agere Systems Guardian Corp. Multi-layered titanium nitride barrier structure
US6316132B1 (en) 1999-09-02 2001-11-13 Xilinx, Inc. Structure and method for preventing barrier failure
US6569751B1 (en) * 2000-07-17 2003-05-27 Lsi Logic Corporation Low via resistance system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19522660A1 (en) * 1994-10-06 1996-04-11 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor isolated contact hole for submicron applications, e.g. DRAM

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