NL194710C - Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. - Google Patents
Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. Download PDFInfo
- Publication number
- NL194710C NL194710C NL9201095A NL9201095A NL194710C NL 194710 C NL194710 C NL 194710C NL 9201095 A NL9201095 A NL 9201095A NL 9201095 A NL9201095 A NL 9201095A NL 194710 C NL194710 C NL 194710C
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- metal layer
- metal
- layer
- forming
- temperature
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- 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
- H01L21/7684—Smoothing; Planarisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- 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
- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
- H01L21/76882—Reflowing or applying of pressure to better fill the contact hole
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
- H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
- H01L23/53204—Conductive materials
- H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
- H01L23/53214—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/301—Electrical effects
- H01L2924/3011—Impedance
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
1 194710
Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting
De uitvinding bestaat ten eerste uit een werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting, omvattende de stappen van: 5 het vormen van een isolerende tussenlaag op een halfgeleidersubstraat; deze isolerende tussenlaag te voorzien van een opening; het vormen van een eerste metaailaag over de isolerende tussenlaag, het warmtebehandelen van de eerste metaailaag gedurende een geschikte tijd en bij een temperatuur van tussen 0,8 Tm en Tm, waarbij Tm de smelttemperatuur van het metaal van de eerste metaailaag is, 10 teneinde daardoor genoemde opening op te vullen met het metaal van de eerste metaailaag, het vormen van een tweede metaailaag op de eerste metaailaag, teneinde daardoor een samengestelde metaailaag te verschaffen, en het warmtebehandelen van de tweede metaailaag gedurende een geschikte tijd en bij een temperatuur voldoende om het resulterende oppervlak van de tweede metaailaag plat te maken.
15 Het gaat daarbij in het bijzonder om een metalliseringsproces, waarbij een geëgaliseerde metaailaag in een halfgeleiderinrichting wordt verkregen, die via de contactopeningen in de isolerende tussenlaag uitstekend contact heeft met het halfgeleidersubstraat.
Het metalliseringsproces wordt door sommigen beschouwd als het meest belangrijke aspect van de productietechnologie van halfgeleiderinrichtingen, aangezien dit in toenemende mate het rendement en het 20 gedrag (bijv. de werkingssnelheid) en betrouwbaarheid van de inrichtingen bepaalt naarmate de technologie voortgaat in de richting van ultra large scale integration (ULSI). Het met metaal bedekken van trappen vormde geen groot probleem bij minder dichte halfgeleiderinrichtingen van de stand der techniek, vanwege hun kenmerkende eigenschappen van grotere geometrieën, contactopeningen met een kleine lengte-breedte-verhouding, en ondiepe trappen. Bij een toegenomen integratiedichtheid in halfgeleiderinrichtingen 25 zijn de contactopeningen echter aanzienlijk kleiner geworden terwijl in het oppervlak van het halfgeleidersubstraat gevormde gedoteerde gebieden veel dunner zijn geworden. Vanwege de resulterende grotere lengtebreedte-verhouding van contactopeningen en grotere diepte van trappen, is het bij deze huidige halfgeleiderinrichtingen met grotere dichtheid noodzaak geworden, teneinde een zeer snelle werking, hoge opbrengst en goede betrouwbaarheid van de halfgeleiderinrichting te verkrijgen, te voorzien in een 30 verbetering ten opzichte van het gangbare aluminium (Al) metalliseringsproces. In het bijzonder heeft de toepassing van het gangbare Al-metalliseringsproces bij de vervaardiging van deze huidige halfgeleiderinrichtingen met hogere dichtheid geleid tot problemen als gedegradeerde betrouwbaarheid en het mislukken van de Al-verbindingen, te wijten aan de grote lengte-breedte-verhouding van de contactopeningen en slechte trapbedekking van het verstoven Al; een vergrote contactweerstand, veroorzaakt door 35 silicium (Si)-neerslag; en degradering van de eigenschappen van de ondiepe verbinding, te wijten aan Al-puntvorming.
Dergelijke problemen worden met de werkwijze volgens de uitvinding doelmatig opgelost door toepassing van speciale warmtebehandelingsstappen voor de eerste en tweede metaailaag.
Daarbij is de eerste warmtebehandelingsstap gericht op het op bevredigende wijze vullen van een 40 contactopening, gevormd in de isolerende tussenlaag, met een metaal, dat een eerste metaailaag vormt, door middel van een atomisch migratieverschijnsel, geïnduceerd door een gradiënt van oppervlakte-energie, aanwezig op de eerste metaailaag. Deze eerste warmtebehandelingsstap wordt uitgevoerd nadat de eerste metaailaag gevormd is in een korrelstructuur zodanig, dat deze de atomaire migratie effectief kan induceren.
De tweede warmtebehandelingsstap is bedoeld voor vlakmaken van het oppervlak van de tweede 45 metaailaag, gevormd op de eerste metaailaag, teneinde daardoor een daarop volgend fotolithografisch proces voor het vormen van de bedrading te vergemakkelijken.
De eerste metaailaag wordt gevormd door bij een lage temperatuur een metaal zoals Al of een Al-legering op te dampen in een vacuüm. Geschikte Al-legeringen bevatten bijvoorbeeld AI-0,5 % Cu, AI-1 % Si, AI-1 % Si-0,5 % Cu, enz. De eerste metaailaag wordt bij voorkeur opgedampt bij een tempera-50 tuur onder de 150°C. Hoe lager de temperatuur is, des te gemakkelijker migreren de metaalatomen tot in de opening bij een volgende warmtebehandeling. De dikte van de eerste metaailaag bedraagt bij voorkeur eenderde tot tweederde van de totale (samengestelde) metaailaag (d.w.z. de gecombineerde dikte van de eerste en tweede metaailaag).
Na de vorming van de eerste metaailaag in een vacuüm wordt de metaailaag warmte-behandeld zonder 55 het vacuüm te verbreken. De warmtebehandeling wordt uitgevoerd door het halfgeleidersubstraat te verhitten in een inerte atmosfeer van 10m Torr of minder in een vacuüm 5 x 10-7 Ton of minder, bij een temperatuur variërend van 0,8 Tm tot Tm, bij voorkeur van 500°C tot 550°C, waarbij Tm de smelttempera- 194710 2 tuur is van het metaal onder gebruikmaking van een gasgeleidingsmethode of een RTA (Rapid Thermal Annealing)-methode.
Hierbij bedraagt het smeltpunt van zuiver aluminium 660°C. In het geval van een aluminiumlegering kan het eutectisch punt ervan worden beschouwd als een smeltpunt. De eutectische punten van de AI-1 % 5 Si-legering, AI-0,5 % Cu-legering en AI-0,5 % Cu - 1% Si-legering zijn respectievelijk 577°C, 548°C en 520°C. De warmtebehandeling kan worden uitgevoerd in een atmosfeer van inert gas (bijv. N2, Ar) of een atmosfeer van reducerend gas (bijv. H2).
Wanneer de metaallaag warmte-behandeld wordt, migreren de metaalatomen in de opening, teneinde de vrije energie aan het oppervlak ervan te reduceren. Dientengevolge wordt de opening opgevuld met het 10 metaal. Wanneer de metaalatomen in de opening migreren, wordt het oppervlaktegebied van de metaallaag kleiner.
Bijgevolg verdwijnt een overhangend deel van de metaallaag van het bovendeel van de opening, en wordt het ingangsgebied van de opening groter. Zo kan bij het daarna opdampen van een tweede metaallaag een goede trapbedekking van de metaallaag worden verkregen.
15 Tijdens deze warmtebehandelingsstap mag het vacuüm niet worden verbroken, aangezien anders door oxidatie een Al203 film zou kunnen ontstaan, die verhindert dat de Al-atomen bij bovengenoemde temperatuur naar de opening migreren, waardoor de opening niet volledig zou worden opgevuld met het metaal. De warmtebehandelingsstap wordt bij voorkeur gedurende 1 tot 5 minuten uitgevoerd bij gebruikmaking van een argongasgeleidingsmethode, en wanneer de RTA-methode wordt toegepast, wordt de metaallaag bij 20 voorkeur warmtebehandeld in verschillende cycli van ongeveer 20-30 seconden, of continu gedurende 2 minuten.
Vervolgens wordt een tweede metaallaag gevormd door het opdampen van een metaal op dezelfde wijze als hierboven beschreven in verband met de vorming van de eerste metaallaag, behalve dan dat de metaalopdamping wordt uitgevoerd bij een temperatuur onder de 350°C.
25 Na de vorming van de tweede metaallaag wordt de tweede metaallaag eveneens warmtebehandeld op dezelfde wijze als hierboven beschreven in verband met de warmtebehandeling van de eerste metaallaag.
Alle bovenstaande stappen worden uitgevoerd in een inerte atmosfeer van 10m Torr of minder in een vacuüm van 5 x 10“7 Torr of minder, en zonder het vacuüm te verbreken, wat één van de meest belangrijke kenmerken van deze uitvinding vormt.
30 Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt na het vormen van een opening in het halfgeleider-substraat een diffusiegrenslaag gevormd over het gehele oppervlak van de halfgeleiderschijf, met inbegrip van de opening. De grenslaag bestaat uit een overgangsmetaal of een overgangsmetaalverbinding zoals titaan of titaannitride.
Hierdoor kan worden voorkomen dat bij toepassing van een metaallaag van aluminium of een aluminium-35 legering ten gevolge van de warmtebehandeling het aluminium zou indiffunderen in het met onzuiverheden gedoteerde gebied van het halfgeleidersubstraat, waardoor een bedoelde pn-overgang zou worden gepenetreerd met als gevolg beschadiging van deze overgang.
Het inbrengen van een grenslaag van titaannitride tussen een bedradingslaag van Al of een Al-legering en het oppervlak van het halfgeleidersubstraat is bekend. In J. Vac. Sci. Technol., A4 (4), 1986, 40 blz. 1850-1854, is de vorming van een titaannitridefilm door middel van een reactieve verstuivingsmethode beschreven. Ook het Amerikaanse octrooischrift 4.897.709 beschrijft het gebruik van een titaannitridefilm als grenslaag, aangebracht op het binnenoppervlak van een uiterst fijne opening met een grote lengte-breedteverhouding.
Bij de uitvinding kan de diffusiegrenslaag gemakkelijk worden gevormd op het binnenoppervlak van de 45 contactopening door gebruik te maken van een van de bovenbeschreven technieken. De grenslaag omvat bij voorkeur een eerste grenslaag, zoals een Ti-metaallaag, en een tweede grenslaag, zoals een titaan-nitridelaag. De dikte van de eerste grenslaag ligt bij voorkeur tussen 100 en 300 A, en de dikte van de tweede grenslaag bij voorkeur tussen 200 en 1500 A.
Volgens een ander aspect van de onderhavige uitvinding wordt een antirefiecterende laag gevormd op 50 de tweede metaallaag ter voorkoming van ongewenste reflecties in volgende fotolithografische stappen, waardoor de betrouwbaarheid van de metalen bedrading wordt verbeterd.
De uitvinding bestaat ten tweede uit een werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting, omvattende de stappen van: het verschaffen van een halfgeleiderschijf met een daarin gevormde opening, 55 het vormen van een eerste metaallaag op de halfgeleiderschijf, het warmtebehandelen van de eerste metaallaag gedurende een geschikte tijd en bij een temperatuur van tussen 0,8 Tm en Tm, waarbij Tm de smelttemperatuur van het metaal van de eerste metaallaag is, 3 194710 teneinde daardoor de opening op te vullen met het metaal van de eerste metaallaag, het vormen van een tweede metaallaag op de eerste metaallaag, teneinde daardoor een samengestelde metaallaag te verschaffen, en het warmtebehandelen van de tweede metaallaag gedurende een geschikte tijd en bij een temperatuur 5 voldoende om het resulterende oppervlak van de tweede metaallaag plat te maken, waarbij het metaal van de eerste metaallaag bestaat uit een metaal, gekozen uit de groep omvattende zuiver Al en aluminiumlegeringen zonder Si-component, en waarbij het metaal van de tweede metaallaag bestaat uit een aluminiumlegering met Si-component.
10 Door op deze wijze te werk te gaan worden de volgende voordelen bereikt. Wanneer de temperatuur na de tweede warmtebehandeling wordt verlaagd, zal het metaal zonder Si-component Si-atomen opnemen uit het metaal met een Si-component. Daardoor wordt vorming van neerslag van Si op het oppervlak van het halfgeleidersubstraat opgeheven.
Bovendien neemt het metaal zonder Si-component makkelijker Si-atomen op uit het metaal met 15 Si-component dan uit het halfgeleidersubstraat.
Hierdoor kan Al-puntvorming in het substraat op voordelige wijze worden voorkomen.
Volledigheidshalve zij nog gewezen op de Europese octrooiaanvrage EP-0.387.835A, waaruit een werkwijze bekend is voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting, volgens welke werkwijze in een isolerende film, aangebracht op een halfgeleidersubstraat, op een vastgestelde plaats een contactopening 20 wordt gevormd, waarna een barrièrefilm gevormd wordt aan de bodem en zijwand van de contactopening, teneinde een wisselwerking vanaf het substraat bij de verdere behandeling te voorkomen. Vervolgens wordt de contactopening opgevuld met een eerste metaalfilm onder verhitten van het halfgeleidersubstraat op een voorbepaalde temperatuur, wordt over het gehele halfgeleideroppervlak een tweede metaalfilm afgezet, teneinde een tussenverbinding te vormen die gaat door de contactopening die opgevuld is met de eerste 25 metaalfilm. In deze tweede metaalfilm wordt tenslotte een geleiderpatroon gevormd.
Uit de Europese octrooiaanvrage EP-0.251.523 is verder nog een werkwijze bekend voor het vóórtbrengen van een halfgeleiderinrichting met uitstekende elektrische geleidingseigenschappen tussen een aantal bedradingslagen. Deze werkwijze omvat het vormen van een contactopening in een isolerende film, die gevormd is op een eerste bedrading, welke uit een Al-film bestaat, het bedekken van het oppervlak van de 30 isolerende film en het oppervlak van de bedrading, blootgesteld via de contactopening, met een tweede Al-film voor het vormen van een tweede bedrading, waarbij laserbundelpulsen worden aangelegd in de tweede Al-filmbedradingslaag vanaf de bovenzijde.
De werkwijze volgens de uitvinding onderscheidt zich ten opzichte van deze beide standen der techniek in het bijzonder daarin, dat volgens de uitvinding eerste en tweede warmtebehandelingsstappen worden 35 toegepast, waarbij de eerste warmtebehandelingsstap gericht is op het op bevredigende wijze opvullen van een opening, gevormd in een isolerende tussenlaag, met een metaal, dat de eerste metaallaag vormt, door middel van een atomisch migratieverschijnsel, geïnduceerd door een gradiënt van oppervlakte-energie, aanwezig op de eerste metaallaag. Er zij opgemerkt, dat bekend is dat het effect van atomische migratie evenredig is aan de graad van korreligheid van een metaallaag, behandeld door een warmtebehandeling.
40 Daarom wordt de eerste warmtebehandelingsstap bedoeld uitgevoerd, nadat de eerste metaallaag gevormd is in een korrelstructuur zodanig, dat deze de atomaire migratie op meer effectieve wijze kan induceren dan het geval is bij de werkwijze volgens EP-0.387.835 A2.
De tweede warmtebehandelingsstap van de uitvinding is gericht op het platmaken van het oppervlak van de tweede metaallaag, gevormd op de eerste metaallaag, teneinde daardoor een volgend fotolithografisch 45 proces te vergemakkelijken.
Volgens de Europese octrooiaanvrage EP-0.387.835 wordt geen warmtebehandelingsstap uitgevoerd na het vormen van de eerste metaallaag. Genoemde Europese octrooiaanvrage onthult op geen enkele wijze een eerste warmte-behandelingsstap, die wordt uitgevoerd na het vormen van de eerste metaallaag aan de bodem en zijwand van de contactopening in voorbepaalde dikte. Verder wordt volgens genoemde Europese 50 aanvrage geen warmtebehandelingsstap uitgevoerd na het vormen van de tweede metaalfilm.
Ook in de Europese octrooiaanvrage EP-0.251.523 A1 worden de beide warmtebehandelingsstappen volgens de uitvinding niet aangetroffen. Bij de Europese aanvrage wordt in plaats van een warmtebehandeling een laserbundel-planariseringstechnologie toegepast voor het verkrijgen van een goede stapsgewijze afdekking.
55
De voorgaande doeleinden van de onderhavige uitvinding zullen duidelijker worden na het lezen van de volgende gedetailleerde beschrijving van de uitvinding met verwijzing naar de tekening, waarvan: 194710 4 figuren 1A tot en met 1D één uitvoeringsvorm van een werkwijze voor het vormen van een metalen bedradingslaag volgens de onderhavige uitvinding tonen, figuren 2A tot en met 2D een andere uitvoeringsvorm tonen van een werkwijze voor het vormen van een metalen bedradingslaag volgens de onderhavige uitvinding, 5 figuur 3 een SEM-foto is, die een opening toont die geheel opgevuld is met een metaal dat is gevormd op een halfgeleidersubstraat, verkregen volgens een werkwijze van de onderhavige uitvinding, en figuur 4 het resulterende zuivere oppervlak toont van het halfgeleidersubstraat, verkregen volgens een werkwijze van de onderhavige uitvinding.
10 Uitvoeringsvorm 1
De figuren 1A tot en met 1D tonen één uitvoeringsvorm voor het vormen van een metalen bedradings-structuur volgens de onderhavige uitvinding.
Figuur 1A toont een stap van het vormen van een eerste metaallaag. In het bijzonder wordt een opening (23) met een diameter van 0,8pm en met een getrapt deel erop, gevormd op een halfgeleidersubstraat (21), 15 voorzien van een isolerende tussenlaag (22), en wordt het substraat (21) daarna gereinigd.
Vervolgens wordt een grenslaag (24), bestaande uit een metaalverbinding met een hoog smeltpunt, zoals TiN, opgedampt over het gehele oppervlak van de isolerende tussenlaag (22) en blootgestelde delen van het halfgeleidersubstraat (21). De dikte van de grenslaag (24) ligt bij voorkeur tussen de 200 en 1500A. Het substraat (21) wordt daarna in een verstuivingsreactiekamer (niet afgebeeld) gebracht, waarin een eerste 20 metaallaag (25) wordt gevormd door een metaal, bijv. aluminium of een aluminiumlegering zonder
Si-component, op te dampen tot een dikte van twee derde van de gewenste dikte van de totale (samengestelde) metaallaag (4000A wanneer de gewenste dikte van de totale metaallaag 6000A bedraagt), bij een temperatuur van rond de 150°C, onder een vooraf bepaalde mate van vacuüm. De aldus gevormde eerste metaallaag (25) heeft een kleine aluminiumkorrel en een hoge vrije energie aan het oppervlak.
25 Figuur 1B toont een stap van het vullen van de openingen 23. In het bijzonder wordt de halfgeleiderschijf in een andere verstuivingsreactiekamer (niet afgebeeld) gebracht zonder het vacuüm te verbreken, waarin de eerste metaallaag (25) warmtebehandeld wordt, bij voorkeur bij een temperatuur van 550°C gedurende 3 minuten, waardoor de aluminiumkorrels in de opening (23) migreren. De migratie van de aluminiumkorrels zorgt dat de vrije energie aan het oppervlak wordt gereduceerd, en het oppervlakgebied daardoor wordt 30 verkleind en een volledige opvulling van de openingen met aluminium vergemakkelijkt wordt, als weergegeven in figuur 1B.
Figuur 1C toont een stap van het vormen van een tweede metaallaag (26) op de eerste metaallaag (25). In het bijzonder wordt de tweede metaallaag (26) gevormd door de rest van de vereiste totale dikte van de totale metaallaag op te dampen bij een temperatuur beneden de 350DC, en daardoor de opmaak van de 35 totale metaallaag te voltooien. De tweede metaallaag (26) wordt gevormd door gebruik te maken van een aluminiumlegering met een Si-component, zoals Al-Si of Al-Cu-Si.
Figuur 1D toont een metalen bedradingspatroon (27), verkregen door vooraf bepaalde delen van de tweede metaallaag (26), de eerste metaallaag (25) en de grenslaag (24) te verwijderen door een gangbaar lithografieproces, zoals alom bekend is in de techniek van halfgeleiderbewerking.
40
Uitvoeringsvorm 2
De figuren 2A tot en met 2D tonen een andere uitvoeringsvorm van een werkwijze voor het vormen van een metalen bedradingspatroon volgens de onderhavige uitvinding.
Figuur 2A toont een stap van het vormen van een eerste metaallaag (41). In het bijzonder wordt een 45 opening (35) met een diameter van 0,8pm en een trap aan het bovendeel ervan, gevormd op een halfgeleidersubstraat (31) voorzien van een isolatielaag (33) bestaande uit Si02, en wordt het substraat (31) daarna gereinigd. Daarna wordt ter voorkoming van een reactie tussen de bedradingslaag en het halfgeleidersubstraat (31) of een isolatielaag (33), een eerste diffusiegrenslaag (37) bestaande uit Ti (bij voorkeur tot een dikte tussen de 100 en 50θΑ) gevormd over het gehele oppervlak van de isolatielaag (33) 50 en blootgestelde delen van het halfgeleidersubstraat (31), met inbegrip van de opening (35), en wordt een tweede diffusiegrenslaag (39) bestaande uit TiN (bij voorkeur tot een dikte tussen 200-150θΑ) gevormd op de eerste diffusiegrenslaag (37).
Vervolgens wordt de gehele halfgeleiderschijf warmtebehandeld bij een temperatuur van rond de 450°C gedurende een half uur in een atmosfeer van N2. Daarna wordt een eerste metaallaag (41) opgedampt op 55 de tweede diffusielaag (39), bij voorkeur tot een dikte tussen de 2000 en 4000A, onder gebruikmaking van bijvoorbeeld een legering van AI-0,5%Cu, AI-1%Si of AI-0,5% Cu-1% Si, verhit tot een temperatuur van 150°C of minder, en onder toepassing van ofwel een verstuivingswerkwijze, of een vacuümopdampings-
Claims (38)
1. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting, omvattende de stappen van: het vormen van een isolerende tussenlaag (33) op een halfgeleidersubstraat (31); deze isolerende tussenlaag (33) te voorzien van een opening (35); het vormen van een eerste metaallaag (41) over de isolerende tussenlaag, het warmtebehandelen van de eerste metaallaag (41) gedurende een geschikte tijd en bij een tempera-45 tuur van tussen 0,8 Tm en Tm, waarbij Tm de smelttemperatuur van het metaal van de eerste metaallaag is, teneinde daardoor genoemde opening op te vullen met het metaal van de eerste metaallaag, het vormen van een tweede metaallaag (43) op de eerste metaallaag, teneinde daardoor een samengestelde metaallaag te verschaffen, en het warmtebehandelen van de tweede metaallaag (43) gedurende een geschikte tijd en bij een 50 temperatuur voldoende om hef resulterende oppervlak van de tweede metaallaag plat te maken.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij genoemde opening (35) zich uitstrekt naar een oppervlak van genoemd halfgeleidersubstraat (31), waardoor een deel van het oppervlak van genoemd halfgeleidersubstraat (31) wordt blootgelegd; en genoemde stap van vorming van de eerste metaallaag bestaat uit het vormen van genoemde eerste 55 metaallaag (41) over genoemde isolerende tussenlaag (33) en genoemd blootgelegd oppervlakdeel van genoemd halfgeleidersubstraat (31).
3. Werkwijze volgens conclusie 2, verder omvattende de stap van het vormen van een diffusiegrenslaag 194710 6 (37, 39) op de oppervlakken van genoemde isolerende tussenlaag (33) en genoemd halfgeleidersubstraat. (31) die genoemde opening (35) begrenzen.
4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij genoemde diffusiegrenslaag (37,39) een metaal omvat dat is gekozen uit de groep die bestaat uit overgangsmetalen en overgangsmetaalverbindingen.
5. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij genoemde diffusiegrenslaag (37,39) een materiaal omvat dat is gekozen uit de groep die bestaat uit titanium en titaniumnitride.
5 194710 werkwijze. Figuur 2B toont een eerste stap van het met warmte behandelen van de metaallaag (41). In het bijzonder wordt de metaallaag (41) warmtebehandeld bij een temperatuur van 0,8Tm gedurende 1 tot 5 minuten, in een inerte atmosfeer van 10'2 Torr of minder, of in een vacuüm van 5x10'7 Torr of minder, zonder het 5 vacuüm te verbreken, onder gebruikmaking van een gasgeleidingswerkwijze. Figuur 2C toont een stap van het vormen van een tweede metaallaag (43), bij voorkeur tot een dikte tussen de 2000 en 4000A, over het gehele oppervlak van de eerste metaallaag (41), bij een temperatuur onder de 350°C, zonder het vacuüm te verbreken. Figuur 2D toont een tweede stap van het warmtebehandelen van de tweede metaallaag (43), om 10 daardoor het oppervlak van de metaallaag plat te maken. Deze stap wordt op dezelfde wijze ten uitvoer gebracht als de eerste warmtebehandelingsstap, zonder het vacuüm te verbreken. Daarna wordt een anti-reflecterende laag (45) bestaande uit een overgangsmetaalverbinding zoals TiN gevormd, bij voorkeur tot een dikte tussen de 200 en 500A, op het oppervlak van de tweede metaallaag (43). Vervolgens kan een metalen bedradingspatroon (niet afgebeeld) worden verkregen volgens een gangbaar lithografiebewerking. 15 In overeenstemming met de principes van de onderhavige uitvinding migreren bij een warmtebehandeling van de metaallaag de metaalatomen van de op de halfgeleiderschijf gevormde metaallaag in de openingen. Wanneer de metaallaag bij een lagere temperatuur is opgedampt, migreren de metaalatomen gemakkelijker in de opening bij een volgende warmtebehandeling. Bovendien wordt na de warmtebehandeling van de eerst opgedampte metaallaag een tweede metaallaag bij een lage temperatuur opgedampt, en vervolgens 20 warmtebehandeld. Op deze wijze kan een platgemaakte metaallaag worden verkregen, en kunnen daarop volgende lithografische stappen gemakkelijker en effectiever ten uitvoer gebracht worden. Eveneens in overeenstemming met de onderhavige uitvinding kan door een geschikte behandeling van de als tweede opgedampte metaallaag een opening worden gerealiseerd die op voordelige wijze volledig is opgevuld met metaal. Dit resultaat is weergegeven in de fotomicrograaf van figuur 3.
6. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij genoemde stap van vorming van de diffusiegrenslaag (37,39) de stappen omvat van: het vormen van een eerste diffusiegrenslaag (37) op de oppervlakken van genoemde isolerende 10 tussenlaag (33) en genoemd halfgeleidersubstraat (31) die genoemde opening (35) begrenzen; en het vormen van een tweede diffusiegrenslaag (39) over genoemde eerste diffusiegrenslaag (37).
7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij genoemde eerste grenslaag (37) uit Ti bestaat en genoemde tweede grenslaag (39) bestaat uit titaniumnitride.
8. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij genoemde eerste grenslaag (37) een dikte heeft tussen 100 en 15 500 A en genoemde tweede grenslaag (39) een dikte heeft tussen 200 en 1500 A.
9. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij genoemde stap van vorming van de eerste metaallaag bestaat uit het opdampen van een metaal, in een vacuüm en bij een lage temperatuur, op genoemde isolerende tussenlaag (33) en genoemd blootgelegd oppervlakdeel van genoemd halfgeleidersubstraat (31).
10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij genoemde lage temperatuur onder de 150°C ligt.
11. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij genoemde warmtebehandelingsstap van de eerste metaallaag ten uitvoer wordt gebracht zonder genoemd vacuüm te verbreken.
12. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij genoemde eerste metaallaag (41) een dikte heeft van eenderde tot tweederde van een vooraf bepaalde dikte van genoemde samengestelde laag.
13. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij genoemde stap van vorming van de tweede metaallaag bestaat 25 uit het opdampen van een metaal op genoemde eerste metaallaag bij een temperatuur onder de 350°C.
14. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij genoemde tweede metaallaag (43) een dikte heeft van eenderde tot tweederde van een vooraf bepaalde dikte van genoemde samengestelde laag.
15. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij genoemde stap van warmtebehandeling van de tweede metaallaag ten uitvoer wordt gebracht bij een temperatuur die varieert van 0,8 Tm tot Tm, waarbij Tm de 30 smelttemperatuur van het metaal is.
16. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij alle stappen ten uitvoer gebracht worden in een vacuüm, zonder het vacuüm te verbreken.
17. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij alle stappen ten uitvoer gebracht worden in een inerte atmosfeer.
18. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij alle stappen ten uitvoer gebracht worden in een atmosfeer van reductiegas.
19. Werkwijze volgens conclusie 17, waarbij alle stappen ten uitvoer gebracht worden in een inerte atmosfeer van 10m Torr, of minder.
20. Werkwijze volgens conclusie 2, verder omvattende de stap van het vormen van een antireflecterende 40 laag (45) op genoemde tweede metaallaag.
21. Werkwijze volgens conclusie 20, waarbij genoemde antireflecterende laag (45) bestaat uit een overgangsmetaalverbinding.
22. Werkwijze volgens conclusie 21, waarbij genoemde overgangsmetaalverbinding titaniumnitride is.
23. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij genoemde eerste en tweede laag (41,43) een metaal omvatten 45 dat is gekozen uit de groep die bestaat uit Al en Al-legeringen.
24. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij genoemde opening (35) een contactopening is met een trap aan een bovendeel ervan.
25. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij genoemde eerste metaallaag (41) een metaal omvat dat is gekozen uit de groep die bestaat uit Al en Al-legeringen zonder Si-component, en genoemde tweede 50 metaallaag (43) een metaal omvat dat is gekozen uit de groep die bestaat uit Al en Al-legeringen met een Si-component.
25 Verder worden volgens de onderhavige uitvinding een metaal met een Si-component en een metaal zonder Si-component successievelijk of gelijktijdig opgedampt voor het vormen van een samengestelde metaallaag. Een metaallaag zonder Si-component absorbeert Si-atomen van het metaal met de Si-component, wanneer de temperatuur van het halfgeleidersubstraat wordt verlaagd. Bijgevolg wordt er na de vorming van het bedradingspatroon geen Si-neerslag gevormd op het oppervlak van de halfgeleider-30 inrichting, en wordt de Al-puntvorming volledig geëlimineerd. Zoals te zien is in figuur 4, is een zuiver halfgeleidersubstraat-oppervlak gerealiseerd. Derhalve kan een betrouwbaar metalen bedradingspatroon worden verkregen. Hoewel de uitvinding is beschreven met verwijzing naar specifieke uitvoeringsvormen, zullen deskundigen in de techniek in staat zijn om verscheidene wijzigingen aan te brengen zonder af te wijken van het 35 karakter en gebied van de onderhavige uitvinding zoals omschreven in de conclusies.
26. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij genoemde eerste metaallaag (41) een metaal omvat dat is gekozen uit de groep die bestaat uit Al en Al-legeringen met een Si-component, en genoemde tweede metaallaag (43) een metaal omvat dat is gekozen uit de groep die bestaat uit Al en Al-legeringen zonder
55 Si-component.
27. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting, omvattende de stappen van: j 7 194710 het verschaffen van een halfgeleiderschijf met een daarin gevormde opening (23), het vormen van een eerste metaallaag (25) op de halfgeleiderschijf, het warmtebehandelen van de eerste metaallaag (25) gedurende een geschikte tijd en bij een temperatuur van tussen 0,8 Tm en Tm, waarbij Tm de smelttemperatuur van het metaal van de eerste metaal-5 laag is, teneinde daardoor de opening (23) op te vullen met het metaal van de eerste metaallaag, het vormen van een tweede metaallaag (26) op de eerste metaallaag (25), teneinde daardoor een samengestelde metaallaag te verschaffen, en het warmtebehandelen van de tweede metaallaag (26) gedurende een geschikte tijd en bij een temperatuur voldoende om het resulterende oppervlak van de tweede metaallaag plat te maken, 10 waarbij het metaal van de eerste metaallaag (25) bestaat uit een metaal, gekozen uit de groep omvattende zuiver Al en aluminiumlegeringen zonder Si-component, en waarbij het metaal van de tweede metaallaag (26) bestaat uit een aluminiumlegering met Si-component.
28. Werkwijze volgens conclusie 27, verder bestaande uit de stap van het vormen van een grenslaag (24) op het gehele oppervlak van genoemde halfgeleiderschijf, met inbegrip van delen van genoemd oppervlak 15 die genoemde opening (23) begrenzen.
29. Werkwijze volgens conclusie 27, waarbij genoemde aluminiumlegeringen Al-Cu-legeringen en Al-Ti-legeringen zijn.
30. Werkwijze volgens conclusie 27, waarbij genoemde opening (23) een contactopening met een daarop gevormd getrapt deel omvat.
31. Werkwijze volgens conclusie 27, waarbij genoemde stap van vorming van de eerste metaallaag ten uitvoer gebracht wordt door een metaal op te dampen op de halfgeleiderschijf in een vacuüm onder gebruikmaking van een verstuivingsproces.
32. Werkwijze volgens conclusie 31, waarbij genoemde stap van vorming van de eerste metaallaag ten uitvoer gebracht wordt bij een temperatuur van 150°C of minder.
33. Werkwijze volgens conclusie 27, waarbij genoemde opening (23) een lengte-breedte-verhouding heeft die groter is dan 1.0.
34. Werkwijze volgens conclusie 27, waarbij genoemde warmtebehandelingsstap van de eerste metaallaag ten uitvoer gebracht wordt in een verstuivingskamer onder vacuüm en zonder het vacuüm te verbreken.
35. Werkwijze volgens conclusie 27, waarbij genoemde warmtebehandelingsstap van de eerste metaallaag 30 ten uitvoer gebracht wordt bij een temperatuur gelegen tussen 80% van het smeltpunt en het smeltpunt van genoemd metaal. i
36. Werkwijze volgens conclusie 28, waarbij genoemde grenslaag (24) bestaat uit een metaalverbinding met een hoge smelttemperatuur.
37. Werkwijze volgens conclusie 36, waarbij genoemde metaalverbinding titaniumnitride is.
38. Werkwijze volgens conclusie 27, de tweede metaallaag (26) gevormd wordt door een verstuivings- techniek. ! Hierbij 3 bladen tekening i
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR910010766 | 1991-06-27 | ||
| KR910010766 | 1991-06-27 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL9201095A NL9201095A (nl) | 1993-01-18 |
| NL194710B NL194710B (nl) | 2002-08-01 |
| NL194710C true NL194710C (nl) | 2002-12-03 |
Family
ID=19316392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL9201095A NL194710C (nl) | 1991-06-27 | 1992-06-19 | Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR950010042B1 (nl) |
| CN (1) | CN1032285C (nl) |
| NL (1) | NL194710C (nl) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW402778B (en) * | 1996-07-12 | 2000-08-21 | Applied Materials Inc | Aluminum hole filling using ionized metal adhesion layer |
| KR100244432B1 (ko) * | 1996-11-19 | 2000-03-02 | 김영환 | 반도체 소자의 알루미늄막 형성방법 |
| KR100414746B1 (ko) * | 1996-12-31 | 2004-03-31 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의금속배선형성방법 |
| KR100649972B1 (ko) * | 2005-06-10 | 2006-11-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의 금속배선 제조 방법 |
| CN101694835A (zh) * | 2009-10-13 | 2010-04-14 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 金属层的制造方法 |
| CN104409325B (zh) * | 2014-11-17 | 2017-05-10 | 福建福顺微电子有限公司 | 一种改善集成电路厚铝蒸发镀膜工艺铝条缺口的方法 |
| KR102034394B1 (ko) * | 2018-09-17 | 2019-10-18 | 주식회사 코윈디에스티 | 레이저 화학기상증착을 이용한 미세 배선 형성 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62293740A (ja) * | 1986-06-13 | 1987-12-21 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH0727879B2 (ja) * | 1989-03-14 | 1995-03-29 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-05-06 KR KR1019920007671A patent/KR950010042B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1992-06-19 NL NL9201095A patent/NL194710C/nl not_active IP Right Cessation
- 1992-06-25 CN CN92105037A patent/CN1032285C/zh not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950010042B1 (ko) | 1995-09-06 |
| CN1032285C (zh) | 1996-07-10 |
| NL194710B (nl) | 2002-08-01 |
| CN1068681A (zh) | 1993-02-03 |
| KR930001311A (ko) | 1993-01-16 |
| NL9201095A (nl) | 1993-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5290731A (en) | Aluminum metallization method | |
| US5266521A (en) | Method for forming a planarized composite metal layer in a semiconductor device | |
| US5032233A (en) | Method for improving step coverage of a metallization layer on an integrated circuit by use of a high melting point metal as an anti-reflective coating during laser planarization | |
| EP0552968B1 (en) | Semiconductor device including a wiring layer | |
| US5552341A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| US5843843A (en) | Method for forming a wiring layer a semiconductor device | |
| KR970001883B1 (ko) | 반도체장치 및 그 제조방법 | |
| US5094977A (en) | Stress reduction in metal films by laser annealing | |
| US5380678A (en) | Bilayer barrier metal method for obtaining 100% step-coverage in contact vias without junction degradation | |
| GB2257564A (en) | Metal contacts in semiconductor devices | |
| JP3296708B2 (ja) | 金属導電体用多層Ａｌ合金構造 | |
| JPH0653163A (ja) | 集積回路障壁構造体とその製法 | |
| JPH08506935A (ja) | アルミニウム・ゲルマニウム合金を用いる行路および接点の充填 | |
| NL194710C (nl) | Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. | |
| US4680854A (en) | Forming low resistivity hillock free conductors in VLSI devices | |
| JPH0963992A (ja) | 金属層形成方法及び配線形成方法 | |
| JPH08330427A (ja) | 半導体素子の配線形成方法 | |
| JPH07201859A (ja) | 配線形成方法および半導体装置 | |
| KR19990015715A (ko) | 금속배선층 형성방법 | |
| US5888899A (en) | Method for copper doping of aluminum films | |
| JPH05102154A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH05291560A (ja) | 半導体デバイスのバリアメタル | |
| KR940002766B1 (ko) | 평탄한 금속 배선의 형성 방법 | |
| JPH04298029A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPS63129662A (ja) | 半導体装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA | A request for search or an international-type search has been filed | ||
| BB | A search report has been drawn up | ||
| BC | A request for examination has been filed | ||
| V4 | Lapsed because of reaching the maximum lifetime of a patent |
Effective date: 20120619 |