NL8900305A - Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. - Google Patents
Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8900305A NL8900305A NL8900305A NL8900305A NL8900305A NL 8900305 A NL8900305 A NL 8900305A NL 8900305 A NL8900305 A NL 8900305A NL 8900305 A NL8900305 A NL 8900305A NL 8900305 A NL8900305 A NL 8900305A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- silicon
- nickel
- bath
- contact holes
- solution
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 32
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 66
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 42
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 23
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 15
- 230000035784 germination Effects 0.000 claims description 13
- 101150003085 Pdcl gene Proteins 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N Fluoroform Chemical compound FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002666 PdCl2 Inorganic materials 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PKPDMQHIYXYXTQ-UHFFFAOYSA-N [Ni].NN Chemical compound [Ni].NN PKPDMQHIYXYXTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- -1 paladium Chemical compound 0.000 description 2
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N succinic acid Chemical compound OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003953 H3PO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 101100007327 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) COS12 gene Proteins 0.000 description 1
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910008479 TiSi2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)titanium Chemical compound [Si]=[Ti]=[Si] DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 description 1
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- ACVYVLVWPXVTIT-UHFFFAOYSA-M phosphinate Chemical compound [O-][PH2]=O ACVYVLVWPXVTIT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ACVYVLVWPXVTIT-UHFFFAOYSA-N phosphinic acid Chemical compound O[PH2]=O ACVYVLVWPXVTIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 230000000391 smoking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 description 1
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 229940074404 sodium succinate Drugs 0.000 description 1
- ZDQYSKICYIVCPN-UHFFFAOYSA-L sodium succinate (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)CCC([O-])=O ZDQYSKICYIVCPN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000001384 succinic acid Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
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
- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
- H01L21/76879—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material by selective deposition of conductive material in the vias, e.g. selective C.V.D. on semiconductor material, plating
-
- 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 potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table 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
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/288—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting."
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting voorzien van een diëlektrische laag waarin kontaktgaten worden geëtst, waarna door middel van een electroless metalliseringsbad elektrisch geleidende pluggen worden gevormd in de kontaktgaten, welke pluggen in kontakt staan met een silicium bevattend halfgeleidermateriaal.
Halfgeleiderinrichtingen, met name geintegegreerde circuits (IC's), bevatten een groot aantal transistoren en andere componenten (condensatoren, weerstanden) welke elektrisch met elkaar zijn verbonden. Metaaloxide-halfgeleider-veldeffecttransistoren (MOSFET's) worden op grote schaal toegepast in VLSI-(very large scale integration) inrichtingen. Hierbij worden de source- en draingebieden van een siliciumsubstraat voorzien van metalen kontaktpluggen welke worden aangebracht in geëtste kontaktgaten in een dunne SiC^-laag op het siliciumsubstraat. Door middel van een opgedampt of gesputterd aluminium geleiderpatroon worden de metalen pluggen onderling verbonden en daarmee de afzonderlijke transistoren. Met afnemende dimensies (submicron technology) is sputteren of opdampen van bijvoorbeeld aluminium niet geschikt voor het metalliseren van de kontaktgaten, Een geschikte methode is de electroless metallisering, waarbij uit een waterige oplossing van metaalionen en een reductiemiddel metaal selectief wordt afgescheiden in de kontaktgaten.
Een dergelijke werkwijze is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift US 4,692,349. In de daarin beschreven werkwijze worden titaansilicide, tantaalsilicide of cobaltsilicide bevattende substraten bedekt met een diëlektrische laag. In de diëlektrische laag worden gaten geëtst welke vervolgens in een electroless nikkel- of cobaltbad worden gemetalliseerd onder vorming van kontaktpluggen. Zoals in dat octrooischrift staat vermeld is deze methode niet geschikt voor het metalliseren van een siliciumsubstraat vanwege de slechte hechting van het nikkel of cobalt aan het silicium.
De uitvinding beoogt onder meer een werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting te verschaffen zoals in de aanhef is beschreven, welke geschikt is voor het selectief metalliseren van kontaktgaten op siliciumsubstraten.
Aan deze opgave wordt volgens de uitvinding voldaan door een werkwijze zoals in de aanhef is beschreven, welke werkwijze is gekenmerkt doordat de kontaktgaten worden geëtst door middel van reactief ionen-etsen (RIE) en dat de electroless metallisering wordt voorafgegaan door een behandeling bij een temperatuur tussen 40° en 95°C in een waterige bekiemingsoplossing welke HF en tussen 0,1 en 25 mg PdC^ per liter bevat. De werking van de bekiemingsoplossing is gebaseerd op een uitwisselingsreactie tussen het zeer edele Pd en het onedele Si:
Op het siliciumoppervlak worden Pd-kiemen gevormd welke katalytisch zijn voor de erna volgende electroless metalliseringsstap. De diëlektrische laag waarin de kontaktgaten worden geëtst, bestaat veelal uit SiC^. Ook andere diëlektrische lagen kunnen worden toegepast zoals Si^N^, Spin-on-glass (PTEOS: polytetraethoxysilaan) en kunststoffen zoals polyimide. Met deze diëlektrische materialen wordt Pd niet uitgewisseld, waardoor alleen de bodem van het kontaktgat wordt bedekt met Pd-kiemen. Alleen die oppervlakken welke voorzien zijn van Pd-kiemen worden in het electroless bad gemetalliseerd. Middels de voorgestelde bekiemingsoplossing kunnen aldus de kontaktgaten selectief worden gemetalliseerd. Voor het metalliseren van kontaktgaten met zeer kleine afmetingen (diameter ca. 1 pm; diepte ca. 1 pm) is het noodzakelijk gebleken dat de bezettingsgraad van de Pd-kiemen hoog is en de afmetingen van de Pd-kiemen klein zijn. Bekende bekiemingsoplossingen voldoen niet aan deze eis. In een artikel van L.A. D'Asaro et al in J. Electrochem. Soc. 127 (1980) 1935 - 1940 wordt een bekiemingsoplossing welke 0,33 g PdC^ per liter bevat beschreven, welke op GaAs-substraten kleine Pd-kiemen (50 - 100 8) afzet met een hoge bezettingsgraad (10 * per cm ). Op siliciumsubstraten echter worden relatief weinig en grove Pd-kiemen gevormd (500 - 2000 8; bezettingsgraad 10^ per 9 . , cm ). In een artikel van B.K. Smgh et al in J. Electrochem. Soc. 127 (1980) 2578 - 2580 wordt een bekiemingsmethode beschreven waarbij het te metalliseren silicium achtereenvolgens wordt behandeld met een Sneden een PdC^-oplossing. Uit waarnemingen van Aanvraagster blijkt deze methode voldoende fijne Pd-kiemen op te leveren, echter de methode is niet selectief ten opzichte van diëlektrische materialen zoals SiC^, Si^N^, PTEOS en kunststoffen. Deze methode is dus ongeschikt voor selectieve bekieming van silicium ten opzichte van diëlektrische materialen. Met de methode volgens de uitvinding ontstaan als gevolg van de combinatie van lage concentratie van PdC^ en verhoogde temperatuur van de bekiemingsoplossing snel en veel Pd-kiemen welke vervolgens zeer langzaam aangroeien. Voor een voldoende fijne bekieming is een temperatuur van de bekiemingsoplossing nodig van tenminste 40°C. Een praktische bovengrens is 95°C in verband met de verdampingssnelheid van de oplossing. Indien de concentratie aan PdC^ in de bekiemingsoplossing groter wordt dan 25 mg per liter ontstaan te grove Pd-kiemen. Een praktische ondergrens bedraagt 0,1 mg PdC^ per liter, daai bij lagere concentraties de bekieming te langzaam verloopt. Het HF in de bekiemingsoplossing zorgt voor verwijdering van de natuurlijke (native) oxidehuid op het silicium. De HF concentratie is niet kritisch; een praktisch waarde ligt tussen 0,01 en 10 gew. %. Met te weinig HF wordt de natuurlijke oxidehuid op het silicium onvoldoende verwijderd; te veel HF veroorzaakt nadelige aantasting van de diëlektrische laag van Si02- Indien gewenst kan de bekiemingsstap worden voorafgegaan door een behandeling bij kamertemperatuur in een waterige oplossing van 1 gew. % HF.
De kontaktgaten in de diëlektrische laag dienen te worden geëtst door middel van reactief ionen-etsen (RIE), ook bekend onder de naam plasma-etsen. Hiervoor wordt een argon en fluorhoudend plasma gebruikt, bijvoorbeeld uitgaande van een gasmengsel van CHF3 en
Ar. Met deze etsmethode kunnen kontaktgaten worden geëtst met 'kleine diameter (0,5 a 1 pm) zonder het probleem van onderetsen. De gevormde kontaktgaten hebben rechte, steile wanden waarbij de bodems gevormd door het siliciumsubstraat extra actief worden voor de erna volgende bekiemingsstap. Plasmageëtst silicium vertoont circa 10-100 x meer kiemen dan ongeëtst silicium. Als etsmasker voor het RIE-etsen van de diëlektrische laag kunnen de gebruikelijke fotolakken dienen (resists) welke na belichting via een geschikt schaduwmasker worden ontwikkeld. Met de methode volgens de uitvinding worden selectief kleine Pd-kiemen (ca.
200 8) op het silicium gevormd met een voldoende hoge bezettingsgraad 11 o (ca. 10 per cnr), waarbij het te metalliseren kontaktgat een diameter van ca. 1 pm kan hebben. De hierna volgende metalliseringsstap kan worden uitgevoerd met de gebruikelijke electrolessbaden, zoals die voor nikkel, cobalt, goud, paladium, koper of legeringen van deze metalen met andere metalen zoals wolfraam, waarbij een goed hechtende metaalplug wordt gevormd. In plaats van siliciumsubstraten, zoals n-Si, p-Si en polysilicium en amorf silicium (a-Si:H) kunnen ook silicides, zoals TiSi2 en C0S12 worden gemetalliseerd met de methode volgens de uitvinding. De in VLSI-inrichtingen gebruikelijke barrièrematerialen zoals TiW, W en TiN kunnen met de methode volgens de uitvinding eveneens worden gemetalliseerd. Ofschoon de laatstgenoemde materialen reeds katalytisch zijn voor electroless metallisering, zal de aanwezigheid van Pd-kiemen de betrouwbaarheid van de metallisering sterk verbeteren omdat Pd zeer aktief is voor de initiatie van het proces. Juist bij VLSI-inrichtingen, waarbij miljoenen kontaktgaten gemetalliseerd dienen te worden, is een betrouwbare initiatie en metallisatie van essentieel belang.
Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat een PdC^-concentratie van 5 mg per liter wordt toegepast, waarbij de temperatuur van de bekiemingsoplossing 70°C bedraagt. Bij een dergelijke behandeling ontstaan in 1 minuut Pd-kiemen van ca. 200 £ met een bezettingsgraad van 10' per cm .
Een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat als electroless metalliseringsbad een alkalivrij zuur nikkelbad wordt toegepast. Een voordeel van zure nikkelbaden ten opzichte van basische nikkelbaden is dat de afgescheiden nikkellaag lagere inwendige spanningen vertoont hetgeen o.a. ten goede komt aan de hechting. Alkalivrije nikkelbaden hebben bovendien het voordeel dat het oppervlak van de afgescheiden nikkellaag glad van uiterlijk is. Dit is vooral van voordeel indien zich op een siliciumplek kontaktgaten van ongelijke diepte bevinden.
Dergelijke diepteverschillen kunnen optreden als gevolg van laagdikteverschillen in de diëlektrische laag of als gevolg van de opbouw van de halfgeleiderinrichting. Wanneer een diep kontaktgat volledig gemetalliseerd wordt, zal de metaallaag in minder diepe kontaktgaten boven de diëlektrische laag uitgroeien. Bij gebruikelijke nikkelbaden vertoont het oppervlak van de nikkellaag een korrelige structuur en groeit de nikkellaag in de vorm van korrels over het oppervlak van de diêlektrische laag. Deze korrels hechten slecht en kunnen gemakkelijk loslaten in de verdere procesbewerkingen en aldaar schadelijke effecten teweegbrengen. Bovendien kunnen kortsluitingen tussen de kontaktpluggen ontstaan. Bij gebruik van alkalivrije nikkelbaden verkrijgt de plug in een ondiep kontaktgat een glad halfbolvormig nikkeloppervlak. Het gevaar voor losraken van nikkeldeeltjes en kortsluiting wordt hierdoor voorkomen.
Een veel gebruikt reductiemiddel in electroless nikkelbaden is hypofosfiet. Uit deze baden wordt naast nikkel tevens fosfor neergeslagen. Indien fosfor ongewenst is vanwege de halfgeleidende eigenschappen van het silicium (door diffusie van P in Si), kan de metallisering eerst uitgevoerd worden met een electroless nikkelbad met hydrazine als reductiemiddel. Dit laatste bad geeft zuiver nikkel, echter met een slechtere morfologie. Na een bepaalde laagdikte, verkregen uit het nikkel-hydrazinebad, wordt verder gemetalliseerd in bovengenoemd alkalivrij electroless nikkelbad, waardoor de pluggen alsnog een glad oppervlak verkrijgen. Op deze wijze worden de gunstige materiaaleigenschappen van het nikkel-hydrazinebad gecombineerd met de uitstekende morfologie van het alkalivrije nikkelbad.
Een geschikte uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat als silicium bevattend halfgeleidermateriaal silicium wordt toegepast. Het silicium kan n- of p-Si zijn of polysilicium. Zoals hierboven vermeld, kan met de bekende bekiemingsmethoden silicium ofwel niet-selectief ofwel niet-doeltreffend bekiemd worden. Met de methode volgens de uitvinding kunnen alle gebruikelijke silicium bevattende halfgeleidermaterialen selectief en hechtend worden gemetalliseerd.
De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden en aan de hand van tekeningen, waarin
Figuur 1a - f schematisch een aantal stappen weergeeft in een werkwijze volgens de uitvinding, en
Figuur 2 schematisch een doorsnede weergeeft van een deel van een halfgeleiderinrichting waarin zich kontaktgaten van ongelijke diepte bevinden.
Uitvoerinqsvoorbeeld 1
In Figuur 1a is met verwijzingscijfer 1 een deel van een p-siliciumsubstraat weergegeven. Met behulp van een gebruikelijk CVD-proces wordt het siliciumsubstraat bedekt met een 0,7 μια dikke laag S1O2, welke is weergegeven met verwijzingscijfer 2. De S^-laag wordt door middel van opspinnen bedekt met een 1,5 pm dikke positieve fotolaklaag 3 (HPR 204 van Hunt). Door belichting via een masker en ontwikkelen wordt een opening 4 (Fig. 1b) gevormd in de fotolaklaag. In de Si02-laag wordt vervolgens een kontaktgat 5 met een diameter van 1 pm (Fig. 1c) geëtst door middel van reactief ionen etsen (RIE). Hiertoe wordt het substraat geplaatst in een Perkin-Elmer Omni-etch 10.000 reactor. De samenstelling van het gasmengsel is hierbij 293 sccm (standaard cm per minuut) Ar, 31 sccm CF4 en 35 seem CHF3. Hierna worden de fotolaklaag 3 en de organische residuen die tijdens het RIE-etsen zijn gevormd verwijderd met een 02“Plasma Barrel reactor. De plakken worden vervolgens chemisch gereinigd in rokend HNO3. Het bekiemen van het siliciumsubstraat vindt plaats in een waterige bekiemingsoplossing van 70°C gedurende 1 minuut. Deze bekiemingsoplossing heeft de volgende samenstelling: 5 mg PdCl2 per liter 175 pl HC1(36 gew. %) per liter 1 gew. % HF.
Tijdens het bekiemen wordt de oplossing geroerd. Op het siliciumsubstraat ontstaat een laag van Pd-kiemen 6 (Fig. 1e) met een gemiddelde 11 kiemgrootte van ca. 200 S en een bezettingsgraad van ca. 10 per
O
cm . Op het S^-oppervlak ontstaan geen Pd-kiemen. Vervolgens wordt het kontaktgat vernikkeld, waarbij een nikkelen plug 7 (Fig. 1f) ontstaat, in een bad met de volgende samenstelling per liter water: 20 g Ni Cl 2 6%0 16 g natriumsuccinaat 10 g NaH2P02 2 g natriumacetaat
Het bad wordt met behulp van zoutzuur op een pH van 4.5 gebracht. De temperatuur van het bad bedraagt 70°C. Na 10 minuten is het kontaktgat volledig en hechtend gemetalliseerd. De pluggen hebben een enigszins ruw oppervlak en vertonen bolvormige uitgroeisels zodra het nikkeloppervlak de rand van het S^-oppervlak heeft bereikt.
Uitvoeringsvoorbeeld 2
In Figuur 2 zijn met verwijzingscijfers 27 en 27' gemetalliseerde diepe kontaktgaten (pluggen) en met cijfer 23 een gemetalliseerd kontaktgat (plug) met geringere diepte weergegeven, zoals deze voorkomen in een MOSFET-halfgeleiderinrichting. In deze figuur is met cijfer 21 een p-Si substraat weergegeven, waarop zich een Si02-laag 22 bevindt. In het Si-substraat bevinden zich source- en draingebieden 30 en 31 van n-Si. Op het Si-substraat is een dunne laag 29 Si02 aangebracht door middel van thermische oxidatie. Op deze thermische oxidelaag bevindt zich een gate-elektrode 32 van polysilicium.
Voor de vervaardiging van de pluggen 27, 27' en 23 wordt uitvoeringsvoorbeeld 1 herhaald, echter onder toepassing van een natrium-en chloridevrij electroless nikkelbad met de volgende samenstelling per liter water: 4,3 g nikkelacetaat 15.7 g nikkelsulfaat 11.7 g barnsteenzuur (succinic acid) 15 g H3PO2 (50 gew. % in water).
Met ammonia wordt de pH op 4,5 gebracht. De temperatuur van het bad bedraagt 70°C. De metallisering wordt gestopt wanneer oppervlakken 37 en 37' van de pluggen 27 en 27' het niveau bereikt hebben van oppervlak 35 van de Si02-laag 22. De gevormde plug 23 heeft bij toepassing van genoemd nikkelbad een glad, bolvormig buitenoppervlak 33 zonder enige uitgroeisels aan de plug of losse nikkeldeeltjes langs de rand van de plug. Op deze manier wordt laterale groei van het electroless nikkel langs het oppervlak 35 van de Si02-laag onderdrukt en wordt kortsluiting tussen de pluggen 27, 27'en 23 voorkomen.
Verqeliikinqsvoorbeeld 1
Een silicium substraat wordt RIE-geëtst en bekiemd volgens uitvoeringsvoorbeeld 1, echter de temperatuur van de bekiemingsoplossing bedraagt 20°C. Na dompeling in het electroless nikkelbad treedt geen metallisering van het silicium op. Uit microscopisch onderzoek van het siliciumoppervlak vóór de metalliseringsstap blijkt dat de Pd-kiemen een deeltjesgrootte van ca.
200 8 bezitten, echter de bezettingsgraad is zeer laag (5.10® per cm2).
Vergeli ikingsvoorbeeld 2
Vergelijkingsvoorbeeld 1 wordt herhaald met een bekiemingsoplossing welke (i.p.v. 5) 50 mg PdC^ per liter water bevat, waarbij de temperatuur van de bekiemingsoplossing 20°C bedraagt. Na dompeling in het electroless nikkelbad treedt geen metallisering van het silicium op. Uit microscopisch onderzoek van het siliciumoppervlak vóór de metalliseringsstap blijkt dat de Pd-kiemen een deeltjesgrootte van ca. 400 8. bezitten, waarbij de bezettingsgraad Q Λ ca. 2.10 per cm bedraagt.
Vergelijkingsvoorbeeld 3
Vergelijkingsvoorbeeld 1 wordt herhaald met een bekiemingsoplossing welke (i.p.v. 5) 50 mg PdClj per liter water bevat, waarbij de temperatuur van de bekiemingsoplossing 70°C bedraagt.
Hierbij wordt het silicium geheel bedekt met een poreus Pd-neerslag.
De deeltjesgrootte bedraagt ca. 2000 8. In dit geval is het substraat "overgeactiveerd".
Veraelijkingsvoorbeeld 4
Een siliciumsubstraat (monitor wafer) wordt bekiemd in een bekiemingsoplossing volgens uitvoeringsvoorbeeld 1. De bekiemingsstap wordt niet voorafgegaan door een RIE-etsbehandeling. Na dompeling in het electroless nikkelbad treedt geen metallisering op. Uit microscopisch onderzoek van het siliciumoppervlak blijkt dat de Pd-kiemen een deeltjesgrootte van circa 400 8 bezitten, waarbij de bezettingsgraad circa 5.10 per cm bedraagt.
Vergelijkingsvoorbeeld 5
Een siliciumsubstraat (monitor wafer) wordt onderworpen aan een RIE-etsbehandeling. Vervolgens wordt het behandelde oppervlak geëtst in een HF/CrOj-oplossing waarbij circa 0,5 pm silicium wordt verwijderd. Vervolgens wordt het oppervlak bekiemd in een bekiemingsoplossing volgens uitvoeringsvoorbeeld 1. Na dompeling in het electroless nikkelbad treedt geen metallisering op. Uit microscopisch onderzoek van het siliciumoppervlak blijkt dat de Pd-kiemen een deeltjesgrootte van circa 400 8 bezitten, waarbij de bezettingsgraad ο η circa 5.10 per cm . Blijkbaar wordt het door een RIE-etsbehandeling verkregen geactiveerde siliciumoppervlak door een chemische etsbehandeling te niet gedaan.
Ofschoon in deze aanvrage het metalliseren van kontaktgaten onder vorming van elektrisch geleidende pluggen in één enkele diëlektrische laag wordt beschreven, zal het aan de vakman duidelijk zijn dat de beschreven methode ook kan worden toegepast voor het aanbrengen van elektrisch geleidende pluggen in multilaagssystemen ter verkrijging van interconnecties tussen boven elkaar liggende geleiderpatronen.
Claims (4)
1. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting voorzien van een diëlektrische laag waarin kontaktgaten worden geëtst, waarna door middel van een electroless metalliseringsbad elektrisch geleidende pluggen worden gevormd in de kontaktgaten, welke pluggen in kontakt staan met een silicium bevattend halfgeleidermateriaal, met het kenmerk, dat de kontaktgaten worden geëtst door middel van reactief ionen-etsen (RIE) en dat de electroless metallisering wordt voorafgegaan door een behandeling bij een temperatuur tussen 40° en 95°C in een waterige bekiemingsoplossing welke HF en tussen 0,1 en 25 mg PdC^ per liter bevat.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een PdCl2-concentratie van 5 mg per liter wordt toegepast, waarbij de temperatuur van de bekiemingsoplossing 70°C bedraagt.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat als electroless metalliseringsbad een alkalivrij zuur nikkelbad wordt toegepast.
4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat als silicium bevattend halfgeleidermateriaal silicium wordt toegepast.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8900305A NL8900305A (nl) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. |
| EP90200241A EP0382298B1 (en) | 1989-02-08 | 1990-02-02 | Method of manufacturing a semiconductor device using electroless metallisation |
| DE69012360T DE69012360T2 (de) | 1989-02-08 | 1990-02-02 | Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung beim stromlosen Abscheiden von Metall. |
| US07/475,616 US5017516A (en) | 1989-02-08 | 1990-02-02 | Method of manufacturing a semiconductor device |
| JP2029359A JPH02246324A (ja) | 1989-02-08 | 1990-02-08 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8900305A NL8900305A (nl) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. |
| NL8900305 | 1989-02-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8900305A true NL8900305A (nl) | 1990-09-03 |
Family
ID=19854095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8900305A NL8900305A (nl) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5017516A (nl) |
| EP (1) | EP0382298B1 (nl) |
| JP (1) | JPH02246324A (nl) |
| DE (1) | DE69012360T2 (nl) |
| NL (1) | NL8900305A (nl) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL9002163A (nl) * | 1990-10-05 | 1992-05-06 | Philips Nv | Werkwijze voor de vervaardiging van een halfgeleiderinrichting. |
| NL9100039A (nl) * | 1991-01-11 | 1992-08-03 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting en werkwijze voor het vervaardigen van de halfgeleiderinrichting. |
| JP2731040B2 (ja) * | 1991-02-05 | 1998-03-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| NL9100241A (nl) * | 1991-02-12 | 1991-08-01 | Koninkl Philips Electronics Nv | Werkwijze voor de vervaardiging van een halfgeleiderinrichting. |
| US5246732A (en) * | 1991-07-16 | 1993-09-21 | U.S. Philips Corporation | Method of providing a copper pattern on a dielectric substrate |
| US5515604A (en) * | 1992-10-07 | 1996-05-14 | Fujitsu Limited | Methods for making high-density/long-via laminated connectors |
| US5462897A (en) * | 1993-02-01 | 1995-10-31 | International Business Machines Corporation | Method for forming a thin film layer |
| US5405794A (en) * | 1994-06-14 | 1995-04-11 | Philips Electronics North America Corporation | Method of producing VDMOS device of increased power density |
| US5595943A (en) * | 1994-06-30 | 1997-01-21 | Hitachi, Ltd. | Method for formation of conductor using electroless plating |
| DE19705745C2 (de) * | 1997-02-14 | 2002-02-07 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zum Bilden einer strukturierten Metallisierung auf einem Halbleiterwafer |
| US6136693A (en) * | 1997-10-27 | 2000-10-24 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method for planarized interconnect vias using electroless plating and CMP |
| KR100559032B1 (ko) * | 1998-12-30 | 2006-06-19 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법 |
| US6083834A (en) * | 1999-01-19 | 2000-07-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Zincate catalysis electroless metal deposition for via metal interconnection |
| KR100387257B1 (ko) * | 1999-12-28 | 2003-06-11 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 |
| JP2004064039A (ja) * | 2002-06-07 | 2004-02-26 | Fuji Photo Film Co Ltd | パターン形成方法及びパターン形成装置 |
| US7005379B2 (en) * | 2004-04-08 | 2006-02-28 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor processing methods for forming electrical contacts |
| US7087972B1 (en) * | 2005-01-31 | 2006-08-08 | Freescale Semiconductor, Inc. | Magnetoelectronic devices utilizing protective capping layers and methods of fabricating the same |
| US20060188659A1 (en) * | 2005-02-23 | 2006-08-24 | Enthone Inc. | Cobalt self-initiated electroless via fill for stacked memory cells |
| FR2909802A1 (fr) * | 2006-12-07 | 2008-06-13 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'une couche de siliciure ou de germano-siliciure sur des zones conductrices en silicium ou alliage silicium-germanium d'un substrat |
| US7501345B1 (en) * | 2008-03-28 | 2009-03-10 | International Business Machines Corporation | Selective silicide formation by electrodeposit displacement reaction |
| US9570571B1 (en) * | 2015-11-18 | 2017-02-14 | International Business Machines Corporation | Gate stack integrated metal resistors |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3415679A (en) * | 1965-07-09 | 1968-12-10 | Western Electric Co | Metallization of selected regions of surfaces and products so formed |
| DE1299769B (de) * | 1966-08-26 | 1969-07-24 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Kontaktierung einer Halbleiteranordnung |
| NL7200437A (nl) * | 1972-01-12 | 1973-07-16 | ||
| US3993799A (en) * | 1974-10-04 | 1976-11-23 | Surface Technology, Inc. | Electroless plating process employing non-noble metal hydrous oxide catalyst |
| US4419390A (en) * | 1977-06-06 | 1983-12-06 | Nathan Feldstein | Method for rendering non-platable semiconductor substrates platable |
| US4321283A (en) * | 1979-10-26 | 1982-03-23 | Mobil Tyco Solar Energy Corporation | Nickel plating method |
| US4297393A (en) * | 1980-02-28 | 1981-10-27 | Rca Corporation | Method of applying thin metal deposits to a substrate |
| US4634468A (en) * | 1984-05-07 | 1987-01-06 | Shipley Company Inc. | Catalytic metal of reduced particle size |
| US4692349A (en) * | 1986-03-03 | 1987-09-08 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Selective electroless plating of vias in VLSI devices |
| DE3790128C2 (de) * | 1986-03-04 | 1995-07-27 | Ishihara Chemical Co Ltd | Wässrige Lösung zur stromlosen Beschichtung auf Palladium-Basis |
-
1989
- 1989-02-08 NL NL8900305A patent/NL8900305A/nl not_active Application Discontinuation
-
1990
- 1990-02-02 DE DE69012360T patent/DE69012360T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-02-02 EP EP90200241A patent/EP0382298B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-02-02 US US07/475,616 patent/US5017516A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-02-08 JP JP2029359A patent/JPH02246324A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0382298A1 (en) | 1990-08-16 |
| JPH02246324A (ja) | 1990-10-02 |
| DE69012360D1 (de) | 1994-10-20 |
| DE69012360T2 (de) | 1995-04-20 |
| US5017516A (en) | 1991-05-21 |
| EP0382298B1 (en) | 1994-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL8900305A (nl) | Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. | |
| US7205228B2 (en) | Selective metal encapsulation schemes | |
| US6436816B1 (en) | Method of electroless plating copper on nitride barrier | |
| US6495200B1 (en) | Method to deposit a seeding layer for electroless copper plating | |
| US6479384B2 (en) | Process for fabricating a semiconductor device | |
| US6180523B1 (en) | Copper metallization of USLI by electroless process | |
| US5169680A (en) | Electroless deposition for IC fabrication | |
| US6326303B1 (en) | Copper electroless deposition on a titanium-containing surface | |
| US7446415B2 (en) | Method for filling electrically different features | |
| US7407605B2 (en) | Manufacturable CoWP metal cap process for copper interconnects | |
| JPS62271454A (ja) | Ｖｌｓｉデバイス中の開口の選択無電界メツキ方法 | |
| US5198389A (en) | Method of metallizing contact holes in a semiconductor device | |
| US7064065B2 (en) | Silver under-layers for electroless cobalt alloys | |
| US6875260B2 (en) | Copper activator solution and method for semiconductor seed layer enhancement | |
| JP2005536628A (ja) | 無電解堆積法 | |
| JPH02113530A (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| TW512185B (en) | Method of electroless plating metal lines on nitride barrier | |
| TW411569B (en) | Method of using the electroless plating technology to fabricate the copper/gold connections in integrated circuits | |
| JPH0370129A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2001023987A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1B | A search report has been drawn up | ||
| BV | The patent application has lapsed |