NL1005653C2 - Werkwijze voor het fabriceren van een geleidende contactpen. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR HET FABRICEREN VAN EEN GELEIDENDE CONTACTPEN

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vormen van een geleidende contactpen, omvattende de volgende stappen: 5 a) het verschaffen van een halfgeleidersubstraat; b) het vormen van een inrichting die een geleidend gebied op het halfgeleidersubstraat heeft; c) het vormen van een isolerende laag op het halfgeleidersubstraat; d) het etsen van de isolerende laag voor het vormen van een contact- 10 venster dat het geleidende gebied en de rand van het contactvenster blootlegt; e) het vormen van een diffusie-sperlaag op het blootgelegde geleidende gebied en op de rand van het contactvenster; f) het inbrengen van een geleidend materiaal in het contactvenster 15 teneinde de geleidende contactpen te vormen.

Een dergelijke werkwijze is beschreven in het US-A-5-567-987 en zal in het volgende in meer detail worden beschreven met verwijzing naar figuur 1.

Wanneer de dichtheid van geïntegreerde schakelingen toeneemt, is 20 het mogelijk dat het oppervlak van een chip niet voldoende ruimte biedt om onderlinge verbindingen daarop te leggen. Voor de noodzaak van onderlinge verbindingen met gereduceerde grootte van metaal-oxide-halfgelei-dertransistoren worden voor veel geïntegreerde schakelingen meer dan twee metalen lagen de noodzakelijke techniek. Voor sommige gecompliceer-25 de producten, zoals microprocessoren, zijn er zelfs meer metalen lagen nodig om de onderlinge verbinding tussen individuele inrichtingen binnen de microprocessor te voltooien. Verschillende metalen lagen worden verbonden door geleidende contactpennen.

Gewoonlijk wordt een geleidende contactpen gevormd door het etsen 30 van een isolerende laag voor het vormen van een contactgat, en dan het vullen van een geleidend materiaal zoals wolfraam in het contactgat. Omdat de adhesie tussen het geleidende materiaal en de isolerende laag ontoereikend is, moet er een lijm/spermateriaal worden gevormd tussen het geleidende materiaal en de isolerende laag. Gewoonlijk gebruikte 35 lijm/spermaterialen omvatten Ti, TiNx of TiW die worden gevormd door fysische dampdepositie (physical vapor deposition = PVD) of chemische dampdepositie (chemical vapor deposition = CVD).

De geleidende contactpen van een geïntegreerde schakeling die is 1005653 2 gevormd door een conventioneel proces is echter geneigd lege ruimten te genereren. Om de reden beter te begrijpen wordt een voorbeeld gebruikt om het conventionele proces van het fabriceren van de geleidende con-tactpen van een geïntegreerde schakeling uiteen te zetten.

5 Figuur 1 toont een dwarsdoorsnede van een geleidende contactpen van een geïntegreerde schakeling die is gevormd door een conventionele fabricagewerkwijze. Een isolerende laag 12, zoals boorfosforsilicaatglas (BPSG) of oxide, wordt gevormd op het siliciumsubstraat 10 of op een metalen leiding. Daarna wordt een deel van de isolerende laag 12 door 10 middel van etsing verwijderd voor het vormen van een contactvenster 13 dat een gebied 10a van het geleidende materiaal blootlegt door bijvoorbeeld een anisotrope etsing. Een diffusiesperlaag 1*1 wordt gevormd op het gebied 10a van het geleidende materiaal en de periferie van het contactvenster 13, en uitgebreid tot het bovenvlak van de isolerende 15 laag 12. De diffusiesperlaag 14 kan bijvoorbeeld een TiNx-laag zijn die de diffusie verhindert en de adhesie verbetert. Dan wordt een geleidend materiaal 16, bijvoorbeeld van wolfraam, koper of aluminium, in het contactvenster 13 gevuld door PVD of CVD. Aangezien de bedekking van ni-veausprongen slecht is, wordt een lege ruimte 18 hierin gevormd.

20 In de hierboven genoemde fabricagewerkwijze van de geleidende contactpen van de geïntegreerde schakeling wordt een diffusie-sperlaag aangebracht als een lijm/sperlaag voordat het geleidende materiaal in het contactvenster van de isolerende laag wordt gevuld. Daarom wordt het contactvenster smaller, en worden depositieplaatsen op de diffusie-25 sperlaag van uitsparingen voorzien, wat leidt tot het genereren van lege ruimten wanneer het geleidende materiaal wordt aangebracht. Als resultaat beïnvloeden de grote lege ruimten ernstig de karakteristieken van de inrichting zoals weerstandverhoging en kortsluiting.

Het is daarom een doelstelling van de onderhavige uitvinding om een 30 werkwijze te verschaffen voor het vormen van een geleidende contactpen van een geïntegreerde schakeling door plasma-behandeling op een diffusie-sperlaag voordat de geleidende laag wordt aangebracht. Daarom kan het probleem van lege ruimten worden vermeden aangezien het geleidende materiaal later wordt gevuld.

35 Overeenkomstig een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een isolerende laag gevormd op het halfgeleidersubstraat of op een metalen leiding. De isolerende laag wordt geëtst om een contactvenster te vormen dat het geleidende gebied van de inrichting blootlegt. Een 1005653 3 diffusie-sperlaag wordt gevormd op het blootgelegde geleidende gebied en de periferie van het contactvenster. Een waterstofplasma-behandeling wordt uitgevoerd in een reactiekamer, en een geleidend materiaal wordt in het contactvenster gevuld om de geleidende contactpen te vormen.

5 Andere doelstellingen, eigenschappen en voordelen van de onderha vige uitvinding zullen duidelijk worden door middel van de volgende gedetailleerde beschrijving van de voorkeurs-, maar niet beperkende uitvoeringsvormen. De beschrijving wordt gedaan met verwijzing naar de begeleidende tekeningen.

10 Figuur 1 toont de dwarsdoorsnede-structuur van de geleidende con tactpen van een geïntegreerde schakeling die is gefabriceerd door een conventionele fabricagewerkwijze; en

Figuur 2 toont de dwarsdoorsnede-structuur van de geleidende contactpen van een geïntegreerde schakeling overeenkomstig een voorkeurs-15 uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Met verwijzing naar figuur 2 wordt een isolerende laag 22, bijvoorbeeld een boorfosforsilicaatglas of oxide, gevormd op een silici-umsubstraat of op een metaalleiding-halfgeleider 20. Dan wordt een contactvenster 23 gevormd door de isolerende laag 22 te etsen om een 20 gebied 20a van een geleidend materiaal bloot te leggen, dat bijvoorbeeld een source/drain-gebied, een gate of een metalen leiding kan zijn. Een deel van de isolerende laag 22 wordt verwijderd met gebruikmaking van bijvoorbeeld fotolithografie en anisotrope etsing. Een diffusie-sperlaag 24 wordt gevormd op het gebied 20a van een geleidend materiaal, de 25 periferie van het contactvenster 23 en verder op het bovenvlak van de isolerende laag 22. De diffusie-sperlaag 24 kan een samengestelde laag zijn die is gevormd door fysische dampdepositie of chemische dampdeposi-tie van een Ti-laag en dan een TiNx-laag. Alternatief kan de diffusie-sperlaag 24 een wolfraamnitridelaag of een titaanwolfraamlaag zijn. 30 Daarna wordt een waterstofplasmabehandeling uitgevoerd op de diffusie-sperlaag 24. De waterstofplasmabehandeling wordt gevormd onder de volgende omstandigheden: een vermogen van minder dan 3000 watt, een waterstof invoerdoorstroomsnelheid van minder dan 3000 sccm (sccm = Standard Cubic Centimeter per Minutes), een reactietemperatuur van minder dan 35 1000°C, en een reactie-interval van tussen lOsec en lOmin. Dan wordt een geleidend materiaal 26 zoals wolfraam, koper of aluminium in het contactvenster 23 gevuld door bijvoorbeeld PVD of CVD voor het vormen van een geleidende contactpen met een zeer kleine lege ruimte 28.

1005653 4

In de hierboven genoemde uitvoeringsvorm, tijdens een waterstof-plasmabehandeling, verhogen de hoge-energie-deeltjes de dichtheid van de diffusie-sperlaag, vergroten zij het contactvenster en vormen een klein aantal holten op het oppervlak van de diffusie-sperlaag, die daardoor 5 ruw wordt. Derhalve neemt het aantal depositieplaatsen toe en kan er een gladdere geleidende laag worden verkregen, waardoor het probleem van lege holten enorm wordt verholpen. Een andere verdienste is bovendien dat de waarde van x van TiNx van de diffusie-sperlaag (Ti/TiNx) gereduceerd zal worden, zodat de contactweerstand lager wordt.

10 Terwijl de uitvinding is beschreven bij wijze van voorbeeld en in termen van voorkeursuitvoeringsvorm, zal het duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt hoeft te worden tot de geopenbaarde uitvoeringsvormen. Integendeel, deze is bestemd om verscheidene modificaties en soortgelijke inrichtingen te dekken die zich binnen de geest en reik- 15 wijdte van de bijgevoegde conclusies bevinden, waarbij de reikwijdte in de meest brede zin moet worden geïntepreteerd om zo al dergelijke modificaties en soortgelijke structuren te omvatten.

10 0 5 6 5 3

Claims (2)

1. Werkwijze voor het vormen van een geleidende contactpen, omvattende de volgende stappen: 5 a) het verschaffen van een halfgeleidersubstraat; b) het vormen van een inrichting die een geleidend gebied op het halfgeleidersubstraat heeft; c) het vormen van een isolerende laag op het halfgeleidersubstraat; d) het etsen van de isolerende laag voor het vormen vein een contact- 10 venster dat het geleidende gebied en de rand van het contactvenster blootlegt; e) het vormen van een diffusie-sperlaag op het blootgelegde geleidende gebied en op de rand van het contactvenster; f) het inbrengen van een geleidend materiaal in het contactvenster 15 teneinde de geleidende contactpen te vormen; met het kenmerk, dat tussen de stappen e) en f) de volgende stap wordt uitgevoerd: het uitvoeren van een waterstofplasmabehandeling op de diffusie-sperlaag.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de water stofplasmabehandeling wordt uitgevoerd in een reactiekamer onder de volgende bedrijfsomstandigheden: een vermogen van minder dan 300 watt; een waterstofinvoerstroomsnelheid van minder dan 300 sccm; 25. een reactietemperatuur van minder dan 1000°C; en een reactie-interval van tussen 10 sec. en 10 min.. 1005653