NL1003373C2

NL1003373C2 - Werkwijze voor het reinigen van een opening.

Info

Publication number: NL1003373C2
Application number: NL1003373A
Authority: NL
Inventors: Guido Cornelis Antoniu Janssen
Original assignee: Univ Delft Tech
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 1997-12-23
Also published as: WO1997049122A1

Description

Werkwijze voor het reinigen van een opening

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het aanbrengen van een geleidende verbinding tussen twee op 5 afstand gelegen eerste en tweede geleidende lagen in een halfgelei-dersubstraat, waarbij tussen die lagen tenminste een diëlektrikum is aangebracht, omvattende het in tenminste dat diëlektrikum tot de eerste metallische laag aanbrengen van een verbindingsopening (via) en het vullen van die opening met een metaal, waarbij die opening 10 voor het inbrengen van dat metaal gereinigd wordt.

Een dergelijke werkwijze is in de stand der techniek bekend. Bij het streven naar steeds verdere miniaturisatie worden thans tot zeven metaallagen in een halfgeleidersubstraat op elkaar gestapeld gebruikt, en in de toekomst zal dit aantal nog verder toenemen.

15 Daartussen dienen geleidende structuren aangebracht te worden. Deze worden verwezenlijkt door het eerst met behulp van etsen aanbrengen van gaten. Dergelijke gaten worden steeds kleiner en liggen thans in de orde van grootte van 0,3 μη. Door het vergroten van het aantal metaallagen wordt de maximale hoogte steeds groter.

20 Na het verwezenlijken van de openingen worden deze gevuld en daartoe worden met name materialen op wolfram- en aluminiumbasis gebruikt. De tweede metallische laag kan voor het aanbrengen van de via aanwezig zijn maar wordt doorgaans met het vullen van de via of daarna aangebracht.

25 Het is echter wezenlijk dat voor het vullen van de openingen met name de bodem van het gat, d.w.z. de bovenzijde van de onderste of eerste metaallaag, gereinigd wordt. Immers na het etsen van de opening blijven restanten achter en in het geval van de aanwezigheid van aluminium bevatten deze het niet-geleidende aluminiumoxyde.

30 Een eerste methode om dergelijke openingen te reinigen is met gebruik van een vloeistof. Echter bij diameters van de openingen liggend in de orde van grootte van 0,3 m en een hoogte vanaf 1 μη is het niet meer mogelijk gebleken vloeistof te gebruiken.

Een ander voorstel is het gebruik van een ionenbombardement.

35 Daarmee zal aluminiumoxyde weggeschoten kunnen worden. Door echter de afnemende diameter en de toenemende hoogte is de kans dat het aluminiumoxydemateriaal wegschiet door de opening klein, zodat een langdurig en intensief bombardement noodzakelijk is. Hiermee hangen 1003373 2 aanzienlijke kosten samen.

Het doel van de onderhavige uitvinding is in een werkwijze voor het reinigen te voorzien, die goedkoop is, eenvoudig toegepast kan worden en zelfs bij kleine verhoudingsgewijs diepe openingen geen 5 belemmering ondervindt.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven werkwijze verwezenlijkt doordat het reinigen omvat, het in die opening brengen van een germaan bevattend gas en waarbij die andere metallische laag aluminium bevat.

10 Verrassenderwijs is gebleken dat indien een voldoende stroming van germaan toegepast wordt, door de ligging van de verschillende evenwichten aluminiumoxyde gereduceerd wordt resp. het oxyde verwijderd wordt. Hoewel germaan een instabiel en giftig gas is, wordt dit in de stand der techniek algemeen gebruikt en is voldoende ervaring 15 aanwezig om dit gebruik weinig kostbaar en veilig te doen zijn.

De hierboven beschreven werkwijze moet onderscheiden worden van hetgeen beschreven is in de publikatie 'Low Temperature, Low resti-vity sub-half Micron Via/lnterconnect Structure Using Reaction of Al-alloys and Germane' van R.V. Joshi, and M. Tejwani in I EDM 95-20 257/258. Daarin wordt toepassing van germaan genoemd na en tijdens het inbrengen van een vulling op basis van aluminium-koper. Verondersteld wordt dat door gebruik van germaan een Al-Cu-Ge-legering ontstaat. Daardoor wordt het vullen mogelijkerwijs vergemakkelijkt en verbeterd.

25 Volgens een van voordeel zijnde uitvoering van de werkwijze ligt de temperatuur van het substraat tijdens het reinigen tussen 200 en 400°C en meer in het bijzonder tussen 300 en 400°C.

Het reinigen vindt bij voorkeur onder een verlaagde druk plaats. De hoeveelheid doorgevoerd germaan hangt af van de omstan-30 digheden maar in een gebruikelijk vat is een 'flow' van ten minste 10 standaard cm3 per minuut wenselijk. Het substraat kan aangebracht zijn in een clusterinrichting waarin een aantal bewerkingsstations aangebracht is. Daarbij kan het substraat van station tot station geplaatst worden onder omstandigheden met verlaagde druk.

35 De openingen die gereinigd en daarna gevuld worden, kunnen, zoals hierboven aangegeven, met etsen vervaardigd worden.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van een in de tekening niet op schaal afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden.

1003373 3

Daarbij tonen:

Fig. 1 schematisch een dwarsdoorsnede van een halfgeleidersub-straat na het etsen van een opening.

Fig. 2 de stap van het reinigen volgens de uitvinding; 5 Fig. 3 het eerste stadium van het vullen en

Fig. 4 het halfgeleidersubstraat na het aanbrengen van de vulling van de via en de tweede geleidende laag.

In fig. 1 is een halfgeleidersubstraat in zijn geheel met 1 aangegeven. Dit bestaat uit een eerste metallische laag 2 waarop een 10 halfgeleiderlaag 4 geplaatst is.

Beoogd wordt de lagen 2 en met een later aan te brengen tweede metallische laag 3 te verbinden (fig.4) en daartoe wordt een opening 5 geëtst, die zich uitstrekt zowel door de halfgeleiderlaag 4. Bij het etsen ontstaan produkten, welke niet alle afgevoerd worden en 15 het resterend deel dat op geleidende laag 2 achterblijft, en bij toepassing van aluminium voor de geleidende laag aluminiumoxyde kan omvatten is met 6 aangegeven.

In fig. 2 is met pijlen 7 en 8 het effekt van een reinigende stroom germaan door diffusie weergegeven. Germaan (GeH4) wordt bij 20 een temperatuur van ongeveer 350°C en een druk van ongeveer 1 Torr gedurende enkele minuten met een 'flow' van 10 sccm3 doorgevoerd.

Gebleken is dat door voldoende 'flow' van Germaan de reactie waarbij aluminiumoxyde in aluminium omgezet wordt, voldoende naar rechts geschoven te worden om volledige reiniging van het oppervlak 25 van laag 2 mogelijk te maken.

Vervolgens wordt opening 5 na het verwijderen van afzetting 6 gevuld met een aluminium (en mogelijkerwijs koper) bevattende laag. Daarbij of daarna wordt de tweede metallische laag 3 aangebracht (fig. 4). Verschillende stadia daarvan zijn in fig. 3 en 4 weergege-30 ven. De wijze van vullen is voor de onderhavige uitvinding niet belangrijk en kan elke bekende werkwijze omvatten, zoals toepassing van CVD en het gebruik van 'force fill'. 'Force fill' is een werkwijze waarbij een sluitende aluminiumlaag boven opening 5 aangebracht wordt en met behulp van (vloeistof)druk het aluminium onder 35 verhoogde temperatuur (tot 400°C) in opening 5 geperst wordt.

Hoewel de uitvinding hierboven aan de hand van een voorkeursuitvoering beschreven wordt, zal begrepen worden dat daaraan talrijke wijzigingen aangebracht kunnen worden. Zo is het mogelijk dat 1003373 4 . laag 2 uit een ander metaal dan aluminium bevattend materiaal be staat, zoals wolfraam. Deze en andere wijzigingen liggen binnen het bereik van de bijgevoegde conclusies ****** 1003373

Claims

1. Werkwijze voor het aanbrengen van een geleidende verbinding tussen twee op afstand gelegen eerste en tweede geleidende lagen in 5 een halfgeleidersubstraat, waarbij tussen die lagen tenminste een diëlektrikum is aangebracht, omvattende het in tenminste dat diëlek-trikum tot de eerste metallische laag aanbrengen van een verbin-dingsopening (via) en het vullen van die opening met een metaal, waarbij die opening voor het inbrengen van dat metaal gereinigd 10 wordt, met het kenmerk, dat het reinigen omvat, het in die opening brengen van een Germaan bevattend gas en waarbij die andere metallische laag aluminium bevat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de temperatuur ligt tussen 200 en 400°C.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij de temperatuur ligt tussen 300 en 400°C.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het reinigen onder een verlaagde druk van 0,2-10 Torr plaats vindt.

5. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij 20 het germaan gedurende ten hoogste 10 minuten met een flow van ten minste 10 sccm3 doorgeleid wordt.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het verplaatsen van het substraat van het reinigingsstation en het station voor het vullen van die opening onder verlaagde druk plaats- 25 vindt.

7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de opening door etsen vervaardigd wordt. ****** 30 1003373