WO2004053977A1 - Verfahren zum herstellen einer integrierten schaltungsanordnung, die eine metallnitridschicht enthält, und integrierte schaltungsanordnung - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer integrierten schaltungsanordnung, die eine metallnitridschicht enthält, und integrierte schaltungsanordnung Download PDF

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Reinhard GÖLLNER
Herbert Obermeier
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Infineon Technologies AG
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    • H10W20/089—Manufacture or treatment of dielectric parts thereof by forming openings in the dielectric parts using processes for implementing desired shapes or dispositions of the openings, e.g. double patterning

Definitions

  • the invention relates to a method in which the following steps are carried out:
  • a metallization layer or a metallization level contains a large number of conductor tracks, for example made of aluminum or copper.
  • Different metallization layers are electrically insulated from each other by an insulation layer.
  • the insulation layer is penetrated by so-called vias, in which connecting sections are located. In the connection sections, current flows between different metallization layers when the integrated circuit arrangement is operating.
  • the intermediate layer is electrically conductive and serves, for example, as:
  • Diffusion barrier - to increase mechanical adhesion, and / or as an anti-reflective layer.
  • Suitable materials for the intermediate layer are, for example, titanium nitride or tantalum nitride, or double or multiple layers with these materials, e.g. a double layer consisting of a titanium layer and a titanium nitride layer.
  • Typical dry etching processes are: physical dry etching, chemical dry etching or chemical-physical dry etching.
  • insulation layer consists of silicon dioxide, for example, fluorine-containing chemicals can be used for dry etching.
  • An integrated circuit arrangement is also to be specified.
  • the invention is based on the one hand on the consideration that the intermediate layer often has a greater electrical resistance than a metal layer in the metallization layer. Therefore, the intermediate layer should be removed especially at places with high current flow, i.e. especially on the Via floors.
  • a dry etching process to widen the recess enables the recess to be etched in one etching process.
  • a wet chemical etching process is easier, especially in a shorter time. In a wet chemical etching process, no polymers are produced that make the etching process more difficult, as is the case with many dry etching processes.
  • the intermediate layer consists of titanium nitride or the intermediate layer contains titanium nitride.
  • Titanium nitride can be deposited in a simple manner, for example by means of a CVD process (Chemical Vapor Deposition) or by sputtering.
  • titanium nitride is etched in an aqueous, alkaline peroxide-containing system.
  • titanium nitride is oxidized to titanium oxide ions in an alkaline solution: 2 TiN + 4 OH " -> Ti0 2+ + N 2 + H 2 0.
  • titanium cations Ti0 2+ continue to react to titanium dioxide:
  • Titanium dioxide goes into solution by reacting further with hydrogen peroxide to form titanium peroxide:
  • the alkali lye has a temperature of 60 ° C degrees Celsius.
  • a layer containing titanium nitride can also be removed with a base or with the aid of a solution which has a basic effect.
  • ammonia water is used as a solution with a basic effect.
  • the ammonia water is 20% to 35%, preferably 28%. 28% ammonia water is commercially available and is also often used in the manufacture of integrated circuits.
  • the etching solution is aqueous and alkaline and contains an oxidizing agent, for example hydrogen peroxide H 2 0 2 . Choline is also suitable as an alkaline component. Aqueous solutions are easy to dispose of.
  • the original metallization layer contains a metal layer which consists of aluminum or an aluminum alloy.
  • the original metallization layer consists of an aluminum-silicon alloy, an aluminum-silicon-copper alloy or an aluminum-copper alloy.
  • the additional proportions of aluminum are usually below 5% by weight
  • Aluminum has a higher electrical resistance than copper, but it is easier to structure. In particular, there are no contamination problems with aluminum.
  • an oxidizing agent that oxidizes the metal layer is added to a liquid used for wet-chemical etching.
  • this oxidizing agent is hydrogen peroxide H 2 0 2 or an H 2 0 2 solution.
  • the oxidation layer on the metal layer prevents the metal layer from being attacked by the means for removing the intermediate layer and brings oxides of the intermediate layer into solution, for example titanium dioxide.
  • the hydrogen peroxide solution is 30% to 40%. In particular, a 35% hydrogen peroxide solution is commercially available and is often used in the manufacture of integrated circuits.
  • other oxidizing agents can be used, for example liquids containing ozone 0 3 , such as water.
  • the oxide layer that forms during wet chemical etching is removed from a metal layer of the original metallization layer. This measure avoids an increase in the electrical resistance in the area of the vias.
  • the oxide layer is removed with the aid of a back sputtering process before the recess is filled. If the recess is filled using a sputtering process, backsputtering means only a little extra work.
  • the oxide layer can also be removed with the aid of a wet chemical etching process.
  • An aluminum oxide layer Al 2 0 3 can be removed very well, for example, with choline or with a choline solution.
  • Choline is a base with the structural formula: H0-CH 2 -CH 2 -N + - (CH 3 ) 3 , where the nitrogen atom is positively charged and is connected to four carbon atoms.
  • the choline solution is 0.05% to 0.5%. Good results can be achieved with a 0.1% choline solution.
  • the intermediate layer consists of tantalum nitride. Tantalum nitride has similar properties to titanium nitride and can also be removed using similar chemical processes.
  • the original metal layer contains a metal layer which consists of copper or a copper alloy.
  • a so-called damascene or dual damascene process is used to produce the original metallization layer.
  • the further metallization layer contains a metal layer made of aluminum or an aluminum alloy, in particular an aluminum-silicon alloy, an aluminum-silicon-copper alloy or an aluminum-copper alloy.
  • the additional proportions of aluminum are usually below 5% by weight (percent by weight).
  • the further metallization layer contains a metallization layer made of copper or a copper alloy.
  • the recess contains tungsten, aluminum, an aluminum alloy, copper or one
  • Copper alloy. Tungsten can be introduced with a good fill ratio.
  • metallization layer performs the following steps in a further development of: depositing a metal layer, Application of the intermediate layer, and
  • the method is used to establish a contact with a contact area larger than 10 ⁇ m 2 (square micrometer), larger than 100 ⁇ m 2 , larger than 1000 ⁇ m 2 or larger than 5000 ⁇ m 2 .
  • Such large contact areas are used in so-called smart power circuits in order to be able to switch very large currents, for example currents which are greater than 1 roA (milliamperes), greater than 10 mA or also greater than 100 mA for the contact area.
  • the technical effects of the method according to the invention are particularly strong in the switching powers associated therewith. For example, motors are controlled with these circuits.
  • the method is also used for contact areas with a contact area smaller than 10 ⁇ m 2 or smaller than 1 ⁇ m 2 .
  • the invention also relates to an integrated circuit arrangement which contains a plurality of metallization layers. Two metallization layers are connected by at least one electrically conductive connection section, which lies in a recess.
  • the recess extends through an insulation layer between the metallization layers and through an intermediate layer. At the boundary between the insulation layer and the intermediate layer, the recess has a projecting edge, which is formed, for example, due to an undercut at the boundary between the intermediate layer and the metal layer. In other words, the cut-out at the border increases by leaps and bounds compared to the rest of its course.
  • Such a circuit arrangement is created when using the method according to the invention or one of its developments. The above-mentioned technical effects also apply to the integrated circuit arrangement.
  • the circuit arrangement is suitable for switching powers greater than 100 W, i.e. it is a power circuit arrangement, which is also referred to as a power device.
  • FIG. 2 process steps of a method in which titanium nitride is removed.
  • an aluminum layer 12 was first applied to an already completed part of the integrated circuit arrangement 10 in order to produce an integrated circuit arrangement 10.
  • the part that has already been completed contains active semiconductor components in a silicon substrate.
  • the titanium nitride layer 14 and the aluminum layer 12 were patterned with the aid of a photolithographic method including an etching method, for example with BC1 3 , whereby a conductor track 16 of a metallization layer 18 was created.
  • a silicon dioxide layer 20 was then applied to the structured metallization layer 18, for example with
  • the rest of the titanium nitride layer 14 has the silicon dioxide layer 20, for example, a thickness of 0.5 ⁇ m to 1.5 ⁇ m.
  • a photoresist layer 22 was then applied to the silicon dioxide layer 20.
  • the photoresist layer 22 was selectively exposed with the aid of a mask, in particular above the remainder of the titanium nitride layer 14, see arrows 24.
  • the photoresist layer 22 was then developed, a recess 26 having been formed in the photoresist layer 22 above the titanium nitride layer 14, the bottom of which was on the silicon dioxide layer 20 lies.
  • a dry etching process was subsequently carried out in which the recess 26 has been expanded to a recess 26a which has the same diameter as the recess 26 but is deeper.
  • the bottom of the recess 26a lies on the titanium nitride layer 14 or in the titanium nitride layer 14.
  • the dry etching is carried out, for example, with tetrafluorocarbon CF 4 .
  • the dry etching process is carried out either with an end point detection or time-controlled.
  • Plasma etching, reactive ion etching or electron beam etching are suitable as dry etching processes.
  • the dry etching process is ended in a time-controlled manner before the silicon dioxide layer 20 has been etched through.
  • the part of the silicon dioxide layer remaining at the bottom of the recess is etched together with the intermediate layer by wet chemistry, i.e. in the exemplary embodiment of the titanium nitride layer 14.
  • a wet chemical etching process is then carried out in order to remove the titanium nitride layer 14 in the region of the recess 26a.
  • a recess 26b is formed from the recess 26a, the bottom of which is approximately at the border of the titanium nitride layer 14 and the aluminum layer 12 lies.
  • a mixture of a 35% aqueous hydrogen peroxide solution and an approximately 28% aqueous ammonia solution is used as the wet chemical etching bath.
  • the volume ratio of hydrogen peroxide solution to ammonia solution is 20: 1.
  • the wet chemical etching is carried out at room temperature.
  • the wet chemical etching is isotropic, so that the silicon dioxide layer 20 is undercut.
  • the width B of the undercut has approximately the same value as the layer thickness D of the titanium nitride layer 14, i.e. In the exemplary embodiment, the width B is approximately 80 nm.
  • the side surfaces of the recess 26b in the region of the titanium nitride layer 14 are inclined, the distance between the side surfaces to the boundary between the titanium nitride layer 14 and the silicon dioxide layer 20 increasing.
  • the diameter in the exemplary embodiment has its original value again, i.e. it is approximately equal to the diameter of the recess 26 or 26a. Instead of inclined side surfaces, rounded side surfaces also occur.
  • the diameter at the bottom of the recess 26b is larger than in the upper region of the recess 26b.
  • the etching time for the wet chemical etching is between 3 minutes (minutes) and 20 minutes.
  • a few nm thick aluminum oxide layer 30 also forms on the rest of the aluminum layer 12, which prevents the aluminum layer 12 from being attacked by the etching bath.
  • FIG. 2 shows method steps in the production of the integrated circuit arrangement 10.
  • the method begins in a method step 100. speaks of the application of the photoresist layer 22 explained above with reference to FIG. 1A and its structuring.
  • a method step 104 was explained in more detail above with reference to FIG. 1B and relates to the dry etching of the silicon dioxide layer 20 with fluorine-containing chemicals, which takes place, for example, according to the following formula:
  • a method step 106 relates to the wet chemical etching of the titanium nitride layer 14.
  • the method step 106 has already been explained above with reference to the figure IC and is carried out, for example, according to the following formulas:
  • the photoresist layer 22 is also removed during wet chemical etching.
  • Method step 106 is followed by a method step
  • the aluminum dioxide layer 30 is removed with the aid of a wet chemical method.
  • a dilute basic aqueous solution is used as the etching bath, e.g. a 0.1% choline solution.
  • the integrated circuit arrangement 10 is immersed in the choline solution for 30 s (seconds) at room temperature.
  • the integrated circuit arrangement 10 is rinsed, e.g. in water, and dried.
  • Process step 112 is followed by process step 114, in which after the remainder of the photoresist layer has been removed 22 begins with the sputtering of a next metallization layer.
  • the recess 26b is also filled with aluminum.
  • the method is ended in a method step 116 after contact areas for the connection of outer connecting wires or for carrying solder balls have been exposed on the integrated circuit arrangement 10.
  • a method step 122 is carried out, in which the aluminum oxide layer 30 is removed by backsputtering in argon, see also arrow 120.
  • step 114 follows again, in which the next aluminum layer is sputtered on, which is used for the production serves the next metallization layer.
  • method step 122 is carried out in addition to method steps 110 and 112, see arrow 130.
  • the aluminum oxide layer 30 must not be completely removed by wet chemical means.
  • a thin oxide layer on the exposed metal that forms during rinsing or drying is also removed again, for example if rinsing with water.
  • the method explained avoids the formation of particles in a plasma etching system when the titanium nitride layer is removed. This results in longer downtimes between chamber cleaning, so that throughput increases and costs decrease.
  • the process speed when wet-chemical removal of the titanium nitride layer is greater than when using a dry etching process.
  • the etching rate during wet chemical removal of the titanium nitride is not dependent on the exposed area of the titanium nitride.
  • the photoresist layer 22 is removed before the wet chemical etching in method step 106, but after the dry etching in method step 104. As a result, the etching solutions are not unnecessarily contaminated.
  • nitric acid HN0 3 and hydrofluoric acid HF in the mixing range between 3: 1 and 1000: 1 can also be used as the wet chemical etching solution, for example nitric acid HN0 3 with a concentration c of 10 mol / 1 and Hydrofluoric acid HF with a concentration c of 3 mol / 1.
  • the wet chemical etching is carried out, for example, with immersion etching, spray etching or rotary etching.

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer integrieten Schaltungsanordnung, die eine Metallnitridschicht enthält, und integrierte Schaltungsanordnung. Im Kontaktbereich zweier Metallisierungsebenen wird eine Titannitridschicht nass-chemisch entfernt. Nach dem Entfernen des Titannitrids werden weitere Metallisierungslagen erzeugt. Es entsteht eine integrierte Schaltungsanordnung mti Verbindungen, die einen geringen elektrischen Widerstand haben. Die Schaltungsanordnung ist insbesondere zum Schalten grosser Leistungen geeignet.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM ENTFERNEN EINER METALLNITRIDSCHICHT IM KONTAKTBEREICH EINER INTEGRIERTEN SCHALTUNG, UND INTEGRIERTE SCHALTUNGSANORDNUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem die folgenden Schritte ausgeführt werden:
Erzeugen einer Ursprungs-Metallisierungslage, die von einer Zwischenschicht bedeckt ist,
Aufbringen einer Isolationsschicht nach dem Erzeugen der Ursprungs-Metallisierungslage, und
Strukturieren der Isolationsschicht unter Bildung mindestens einer Aussparung mit Hilfe eines Trockenätzprozes- ses.
Eine Metallisierungslage bzw. eine Metallisierungsebene enthält eine Vielzahl von Leiterbahnen, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer. Verschiedene Metallisierungslagen sind durch jeweils eine Isolationsschicht voneinander elektrisch isoliert. Die Isolationsschicht wird von sogenannten Vias durchdrungen, in denen sich Verbindungsabschnitte befinden. In den Verbindungsabschnitten fließt beim Betrieb der integrierten Schaltungsanordnung Strom zwischen verschiedenen Metallisierungslagen.
Die Zwischenschicht ist elektrisch leitend und dient beispielsweise als:
Diffusionsbarriere , - zur Erhöhung der mechanischen Haftung, und/oder als Antireflexionsschicht . Geeignete Materialien für die Zwischenschicht sind beispielsweise Titannitrid oder Tantalnitrid, bzw. Doppel oder Mehrfachschichten mit diesen Materialien, z.B. eine Doppelschicht aus einer Titanschicht und einer Titannitridschicht.
Typische Trockenätzprozesse sind: physikalisches Trockenätzen, chemisches Trockenätzen, bzw. chemisch-physikalisches Trockenätzen.
Besteht die Isolationsschicht beispielsweise aus Siliziumdioxid, so lassen sich zur Trockenätzung beispielsweise fluorhaltige Chemikalien verwenden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, zur Herstellung einer integ- rierten Schaltungsanordnung ein einfaches Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe insbesondere elektrische Verbindungen mit einem kleinen elektrischen Widerstand herstellbar sind. Außerdem soll eine integrierte Schaltungsanordnung angegeben werden.
Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung geht einerseits von der Überlegung aus, dass die Zwischenschicht oft einen größeren elektrischen Widerstand hat als eine Metallschicht in der Metallisierungslage. Deshalb sollte die Zwischenschicht insbesondere an Stellen mit großem Stromfluss entfernt werden, d.h. insbesondere an den Via-Böden.
Deshalb werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zu den eingangs genannten Verfahrensschritten die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt:
Erweitern der Aussparung mit Hilfe eines nass-chemischen Ätzprozesses oder mit Hilfe eines Trockenätzprozesses, wobei Material der Zwischenschicht im Bereich der Aussparung entfernt wird, und - Erzeugen mindestens einer weiteren Metallisierungslage nach dem Erweitern der Aussparung, wobei die Aussparung mit einem Metall oder einer Metalllegierung gefüllt wird. Ein Trockenätzprozess zum Erweitern der Aussparung ermöglicht es, die Aussparung in einem Ätzvorgang zu ätzen. Ein nasschemischer Ätzprozess ist dagegen einfacher, insbesondere in kürzerer Zeit durchzuführen. So werden bei einem nasschemischen Ätzprozess keine Polymere erzeugt, die den Ätzvorgang erschweren, wie dies bei vielen Trockenätzprozessen der Fall ist.
Durch das Entfernen der Zwischenschicht, die zwar elektrisch leitfähig ist, jedoch einen größeren elektrischen Widerstand als das Material der Metallisierungslagen hat, entsteht eine Verbindung zwischen den Metallisierungslagen, die einen kleineren elektrischen Widerstand hat als dies unter Beibehaltung der Zwischenschicht der Fall wäre. Insbesondere bei Vias mit einem maximalen Durchmesser kleiner als 1 μm (Mikrometer) und/oder bei Vias, durch die höhere Schaltströme fließen, wirkt sich die Verringerung des elektrischen Widerstandes als erhebliche Reduzierung der Verlustleistung aus. Dies führt wiederum zu geringen Anforderungen an die Kühlung der integrierten Schaltungsanordnung.
Bei einer Weiterbildung besteht die Zwischenschicht aus Titannitrid oder die Zwischenschicht enthält Titannitrid. Ti- tannitrid lässt sich auf einfache Art und Weise abscheiden, beispielsweise durch ein CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) oder durch Sputtern.
Bei einer Weiterbildung mit einer Zwischenschicht, die Titan- nitrid enthält, wird das Material der Zwischenschicht im
Bereich der Aussparung unter Verwendung einer heißen Alkalilauge entfernt.
So wird Titannitrid bspw . in einem wässrigen, alkalischen peroxidhaltigen System geätzt. In einem ersten Schritt wird Titannitrid in einer alkalischen Lösung zu Titanoxidionen oxidiert : 2 TiN + 4 OH" - > Ti02+ + N2 + H20.
Die Titankationen Ti02+ reagieren weiter zu Titandioxid:
Ti0+ + 2 OH" -> Ti02 + H20.
Titandioxid geht in Lösung, indem es mit Wasserstoffperoxid zu Titanperoxid weiter reagiert :
Ti02 + H202 -> [Ti(02)]2+ + H20.
Beispielsweise hat die Alkalilauge eine Temperatur von 60 °C Grad Celsius. Alternativ lässt sich eine Titannitrid enthaltende Schicht auch mit einer Base oder mit Hilfe einer Lösung entfernen, die eine basische Wirkung hat. Bei einer Ausgestaltung wird Ammoniakwasser als Lösung mit basischer Wirkung verwendet. Das Ammoniakwasser ist bei einer nächsten Ausgestaltung 20 %-ig bis 35 %-ig, vorzugsweise 28 %-ig. 28%-iges Ammoniakwasser ist handelsüblich und wird außerdem bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen häufig eingesetzt. Die Ätzlösung ist bei einer Ausgestaltung wässrig und alka- lisch und enthält ein Oxidationsmittel, z.B. Wasserstoffperoxid H202. Auch Cholin ist als alkalischer Anteil geeignet. Wässrige Lösungen lassen sich einfach entsorgen.
Bei einer nächsten Weiterbildung enthält die Ursprungs- Metallisierungslage eine Metallschicht, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Beispielsweise besteht die Ursprungs-Metallisierungslage aus einer Aluminium- Silizium-Legierung, einer Aluminium-Silizium-Kupfer-Legierung oder aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung. Die Zusatzanteile zum Aluminium liegen üblicherweise unterhalb von 5 Gew.-%
(Gewichtsprozent) . Aluminium hat im Vergleich zu Kupfer zwar einen höheren elektrischen Widerstand, lässt sich jedoch leichter strukturieren. Insbesondere treten bei Aluminium keine Kontaminationsprobleme auf .
Bei einer nächsten Weiterbildung mit einer Aluminium enthal tenden Metallschicht in der Ursprungs -Metallisierungslage wird einer zum nass-che ischen Ätzen verwendeten Flüssigkeit ein Oxidationsmittel zugesetzt, das die Metallschicht oxi- diert. Bei einer Ausgestaltung ist dieses Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid H202 bzw. eine H202-Lösung. Die Oxidations- schicht auf der Metallschicht verhindert, dass die Metallschicht durch das Mittel zum Entfernen der Zwischenschicht angegriffen wird und bringt Oxide der Zwischenschicht in Lösung, z.B. Titandioxid. Bei einer Ausgestaltung ist die Wasserstoffperoxid-Lösung 30 %-ig bis 40 %-ig. Insbesondere ist eine 35%-ige Wasserstoffperoxid-Lösung handelsüblich und wird bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen häufig verwendet. Alternativ zum Wasserstoffperoxid lassen sich andere Oxidationsmittel einsetzen, beispielsweise Ozon 03 enthaltende Flüssigkeiten, wie z.B. Wasser.
Bei einer Weiterbildung mit einem Ätzbad aus Ammoniakwasser und Wasserstoffperoxid-Lösung sind diese Bestandteile im Volumenverhältnis zwischen 10:'l und 30:1 gemischt. Gute Ergebnisse lassen sich mit einem Volumenverhältnis von 20:1 erzielen.
Bei einer nächsten Weiterbildung wird die sich beim nasschemischen Ätzen bildende Oxidschicht von einer Metallschicht der Ursprungs-Metallisierungslage entfernt. Durch diese Maß- nähme wird eine Vergrößerung des elektrischen Widerstandes im Bereich des Vias vermieden.
Bei einer nächsten Weiterbildung wird die Oxidschicht mit Hilfe eines Rücksputterprozesses vor dem Füllen der Ausspa- rung entfernt. Wenn die Aussparung mit Hilfe eines Sputter- verfahrens gefüllt wird, bedeutet das Rücksputtern nur einen kleinen Mehraufwand. Zusätzlich oder alternativ zum Rücksputtern lässt sich die Oxidschicht auch mit Hilfe eines nasschemischen Ätzprozesses entfernen. Eine Aluminiumoxidschicht Al203 läa-st sich beispielsweise sehr gut mit Cholin oder mit einer Cholin-Lösung entfernen. Bei Cholin handelt es sich um eine Base mit der Strukturformel : H0-CH2-CH2-N+- (CH3) 3 , wobei das Stickstoffato positiv geladen und mit vier Kohlenstoffato en verbunden ist. Die Cholin-Lösung ist bei einer Ausgestaltung 0,05 %-ig bis 0,5 %-ig. Gute Ergebnisse lassen sich mit einer 0,1%-igen Cholin-Lösung erreichen.
Bei einer nächsten Weiterbildung besteht die Zwischenschicht aus Tantalnitrid. Tantalnitrid hat ähnliche Eigenschaften wie Titannitrid und lässt sich auch mit ähnlichen chemischen Verfahren entfernen.
Bei einer nächsten Weiterbildung enthält die Ursprungs- Metalllage eine Metallschicht, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Beispielsweise wird zum Herstellen der Ursprungs-Metallisierungslage ein sogenanntes Damaszene- bzw. Dual-Damaszene-Verfahren eingesetzt.
Bei einer anderen Weiterbildung enthält die weitere Metallisierungslage eine Metallschicht aus Aluminium oder eine Alu- miniumlegierung, insbesondere eine Aluminium-Silizium- Legierung, eine Aluminium-Silizium-Kupfer-Legierung oder eine Aluminium-Kupfer-Legierung. Die Zusatzanteile zum Aluminium liegen üblicherweise unterhalb von 5 Gew.-% (Gewichtsprozent) .
Alternativ enthält die weitere Metallisierungslage eine Metallisierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Bei einer nächsten Weiterbildung enthält die Aussparung Wolf- ram, Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer oder eine
Kupferlegierung. Wolfram lässt sich mit gutem Füllverhältnis einbringen.
Beim Herstellen der Ursprungs-Metallisierungslage bzw. der weiteren}:Metallisierungslage werden bei einer Weiterbildung die folgenden Schritte ausgeführt: Aufbringen einer Metallschicht, Aufbringen der Zwischenschicht, und
Strukturieren der Metallschicht und der Zwischenschicht, insbesondere mit Hilfe eines lithografischen Verfahrens oder mit Hilfe der Damaszene-Technik.
Bei einer anderen Weiterbildung wird das Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes mit einer Kontaktfläche größer als 10 μm2 (Quadratmikrometer) , größer als 100 μm2, größer als 1000 μm2 oder größer- als 5000 μm2 verwendet. Solche großen Kon- taktflächen werden bei sogenannten smart power Schaltkreisen eingesetzt, um sehr große Ströme schalten zu können, z.B. Ströme, die für die Kontaktfläche größer als 1 roA (Milliampere), größer als 10 mA oder auch größer als 100 mA sind. Insbesondere bei den damit verbundenen Schaltleistungen zeigen sich die technischen Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders stark. Beispielsweise werden Motoren mit diesen Schaltkreisen angesteuert.
Alternativ wird dass Verfahren aber auch bei Kontaktflächen mit einer Kontaktfläche kleiner als 10 μm2 oder kleiner als 1 μm2 eingesetzt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine integrierte Schaltungs- anordnung, die mehrere Metallisierungslagen enthält. Zwei Metallisierungslagen werden durch mindestens einen elektrisch leitenden Verbindungsabschnitt verbunden, der in einer Aussparung liegt. Die Aussparung erstreckt sich durch eine Isolationsschicht zwischen den Metallisierungslagen und durch eine Zwischenschicht. An der Grenze von Isolationsschicht und Zwischenschicht hat die Aussparung eine vorspringende Kante, die sich z.B. auf Grund einer Unterätzung (undercut) an der Grenze von Zwischenschicht und Metallschicht bildet. Mit anderen Worten erweitert sich die Aussparung an der Grenze sprunghaft im Vergleich zu ihrem übrigen Verlauf. Eine solche Schaltungsanordnung entsteht bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner Weiterbildungen. Damit gelten die oben genannten technischen Wirkungen auch für die integrierte Schaltungsanordnung.
Bei einer Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung zum Schalten von Leistungen größer als 100 W geeignet, d.h. es handelt sich um eine Leistungs -Schaltungsanordnung, die auch als power-device bezeichnet wird.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Figuren 1A bis IC
Herstellungsstufen bei der Herstellung einer integrierten Sc aItungsanordnung, und Figur 2 Verfahrensschritte eines Verfahrens, bei dem Titannitrid entfernt wird.
Wie in Figur 1A dargestellt, wurde zur Herstellung einer integrierten Schaltungsanordnung 10 zunächst eine Aluminium- schicht 12 auf einen bereits fertiggestellten Teil der integrierten Schaltungsanordnung 10 aufgebracht. Der bereits fertiggestellte Teil enthält aktive Halbleiterbauelemente in einem Siliziumsubstrat. Auf die Aluminiumschicht 12 wurde .eine Titannitridschicht 14 aufgebracht, die beispielsweise eine Dicke von 45 nm (Nanometer) hat und z.B. als Antirefle- xionsschicht dient.
Nach dem Aufbringen der Titannitridschicht 14 wurden die Titannitridschicht 14 und die Aluminiumschicht 12 mit Hilfe eines fotolithografischen Verfahrens einschließlich eines Ätzverfahrens strukturiert, z.B. mit BC13, wobei eine Leitbahn 16 einer Metallisierungslage 18 entstanden ist.
Auf die strukturierte Metallisierungslage 18 wurde dann eine Siliziumdioxidschicht 20 aufgebracht, beispielsweise mit
Hilfe eines Silan-basierten Verfahrens (SiH4) . Oberhalb des Restes der Titannitridschicht 14 hat die Siliziumdioxidschicht 20 beispielsweise eine Dicke von 0,5 μm bis 1,5 μm.
Auf die Siliziumdioxidschicht 20 wurde anschließend eine Fotolackschicht 22 aufgebracht. Die Fotolackschicht 22 wurde mit Hilfe einer Maske selektiv belichtet, insbesondere oberhalb des Restes der Titannitridschicht 14, siehe Pfeile 24. Anschließend wurde die Fotolackschicht 22 entwickelt, wobei oberhalb der Titannitridschicht 14 in der Fotolackschicht 22 eine Aussparung 26 entstanden ist, deren Boden auf der Siliziumdioxidschicht 20 liegt.
Wie in Figur 1B dargestellt, wurde anschließend ein Trockenätzprozess durchgeführt, bei dem die Aussparung 26 zu einer Aussparung 26a erweitert worden ist, die den gleichen Durchmesser wie die Aussparung 26 hat, jedoch tiefer ist. Der Boden der Aussparung 26a liegt auf der Titannitridschicht 14 oder in der Titannitridschicht 14. Die Trockenätzung wird beispielsweise mit Tetrafluorkohlenstoff CF4 durchgeführt. Der Trockenätzprozess wird entweder mit einer Endpunkterkennung oder zeitgesteuert durchgeführt.
Als Trockenätzverfahren sind Plasmaätzen, reaktives Ionenät- -zen oder Elektronenstrahlätzen geeignet.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Trockenätzprozess zeitgesteuert beendet, bevor die Siliziumdioxidschicht 20 durchgeätzt worden ist. Der am Boden der Aussparung verbliebende Teil der Siliziumdioxidschicht wird nasschemisch gemeinsam mit der Zwischenschicht geätzt, d.h. im Ausführungsbeispiel der Titannitridschicht 14.
Wie in Figur IC dargestellt, wird anschließend ein nasschemischer Ätzprozess durchgeführt, um die Titannitridschicht 14 im Bereich der Aussparung 26a zu entfernen. Dabei entsteht aus der Aussparung 26a eine Aussparung 26b, deren Boden etwa an der Grenze der Titannitridschicht 14 und der Aluminium- schicht 12 liegt. Als nass-chemisches Ätzbad wird eine Mischung aus einer 35%-igen wässrigen Wasserstoffperoxid-Lösung und einer etwa 28%-igen wässrigen Ammoniak-Lösung verwendet. Das Volumenverhältnis von Wasserstoffperoxid-Lösung zu Ammo- niak-Lösung beträgt 20:1. Die nass-chemische Ätzung wird bei Raumtemperatur ausgeführt.
Die nass-chemische Ätzung ist isotrop, so dass es zu einer Unterätzung der Siliziumdioxidschicht 20 kommt. Die Breite B der Unterätzung hat etwa den gleichen Wert, wie die Schichtdicke D der Titannitridschicht 14, d.h. im Ausführungsbeispiel beträgt die Breite B etwa 80 nm. Die Seitenflächen der Aussparung 26b im Bereich der Titannitridschicht 14 sind geneigt, wobei sich der Abstand der Seitenflächen zur Grenze zwischen Titannitridschicht 14 und Siliziumdioxidschicht 20 hin vergrößert. Am Boden der Aussparung 26b hat der Durchmesser im Ausführungsbeispiel wieder seinen ursprünglichen Wert, d.h. er ist etwa gleich dem Durchmesser der Aussparung 26 bzw. 26a. An Stelle von geneigten Seitenflächen treten auch abgerundete Seitenflächen auf.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, insbesondere mit einer starken Überätzung, ist der Durchmesser am Boden der Ausspa- ,-rung 26b größer als im oberen Bereich der Aussparung 26b.
Je nach der Dicke der Titannitridschicht 14 beträgt die Ätzzeit für das nasschemische Ätzen zwischen 3 min (Minuten) und 20 min.
Bei dem nass-chemischen Ätzprozess bildet sich auf dem Rest der Aluminiumschicht 12 außerdem eine wenige nm dicke Aluminiumoxidschicht 30, die verhindert, dass die Aluminiumschicht 12 durch das Ätzbad angegriffen wird.
Figur 2 zeigt Verfahrensschritte bei der Herstellung der integrierten Schaltungsanordnung 10. Das Verfahren beginnt in einem Verfahrensschritt 100. Ein Verfahrensschritt 102 ent- spricht der oben an Hand der Figur 1A erläuterten Aufbringung der Fotolackschicht 22 und deren Strukturierung.
Ein Verfahrensschritt 104 wurde oben an Hand der Figur 1B näher erläutert und betrifft das Trockenätzen der Siliziumdioxidschicht 20 mit fluorhaltigen Chemikalien, das bspw. gemäß der folgenden Formel abläuft:
Si + 4 F -> SiF4.
Ein Verfahrensschritt 106 betrifft das nass-chemische Ätzen der Titannitridschicht 14. Der Verfahrensschritt 106 wurde oben bereits an Hand der Figur IC erläutert und läuft bspw. gemäß der folgenden Formeln ab:
2 TiN + 4 OH" -> Ti02+ + N2 + H20 4 AI + 3 H202 -> 2 Al203 + 3 H2.
Beim nasschemischen Ätzen wird auch die Fotolackschicht 22 entfernt .
Nach dem Verfahrensschritt 106 folgt ein Verfahrensschritt
108, in dem die integrierte Schaltungsanordnung 10 mit Wasser gespült und anschließend getrocknet wird.
In einem folgenden Verfahrensschritt 110 wird die Aluminium- dioxidschicht 30 mit Hilfe eines nass-chemischen Verfahrens entfernt. Als Ätzbad wird diesmal eine verdünnte basische wässrige Lösung verwendet, z.B. eine 0,1%-ige Cholin-Lösung. Beispielsweise wird die integrierte Schaltungsanordnung 10 für 30 s (Sekunden) bei Raumtemperatur in die Cholin-Lösung getaucht.
In einem folgenden Verfahrensschritt 112 wird die integrierte Schaltungsanordnung 10 gespült, z.B. in Wasser, und getrocknet .
Nach dem Verf hrensschritt 112 folgt ein Verfahrensschritt 114 , in dem nach dem Entfernen der Reste der Fotolackschicht 22 mit dem Aufsputtern einer nächsten Metallisierungslage begonnen wird. Dabei wird auch die Aussparung 26b mit Aluminium gefüllt.
Das Verfahren wird in einem Verfahrensschritt 116 beendet, nachdem auf der integrierten Schaltungsanordnung 10 Kontakt- flächen für den Anschluss äußerer Verbindungsdrähte oder zum Tragen von Lötkugeln freigelegt worden sind.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird an Stelle der
Verfahrensschritte 110 und 112 nach dem Verfahrensschritt 108 ein Verfahrensschritt 122 ausgeführt, in welchem die Aluminiumoxidschicht 30 durch Rücksputtern in Argon entfernt wird, siehe auch Pfeil 120. Nach dem Rücksputtern folgt wieder der Verfahrensschritt 114, in dem die nächste Aluminiumschicht aufgesputtert wird, die zur Herstellung der nächsten Metallisierungslage dient.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zu den Verfahrensschritten 110 und 112 der Verfahrensschritt 122 durchgeführt, siehe Pfeil 130. Bei dieser Variante uss die Aluminiumoxidschicht 30 nicht vollständig nass-chemisch entfernt werden. Andererseits wird auch eine sich beim Spülen bzw. Trocknen bildende dünne Oxidschicht auf dem freigelegten Metall wieder entfernt, bspw. falls mit Wasser gespült wird.
Durch das erläuterte Verfahren wird die Partikelbildung einer Plasmaätzanlage beim Entfernen der Titannitridschicht vermieden. Dies hat verlängerte Standzeiten zwischen Kammerreini- gungen zur Folge, so dass der Durchsatz steigt und die Kosten sinken. Außerdem ist die Prozessgeschwindigkeit beim nass- chemischen Entfernen der Titannitridschicht größer als beim Verwenden eines Trockenätzverfahrens. Weiterhin ist die Ätzrate beim nass-chemischen Entfernen des Titannitrids nicht abhängigi-rvon der offenliegenden Fläche des Titannitrids. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Fotolackschicht 22 vor dem nasschemischen Ätzen im Verfahrensschritt 106 jedoch nach dem Trockenätzen im Verfahrensschritt 104 entfernt. Dadurch werden die Ätzlösungen nicht unnötig verun- reinigt .
Insbesondere bei einer Kupferschicht an Stelle der Aluminiumschicht 12 kann als nasschemische Ätzlösung auch eine Lösung aus Salpetersäure HN03 und Flusssäure HF im Mischungsbereich zwischen 3:1 bis 1000:1 verwendet werden, z.B. Salpetersäure HN03 mit einer Konzentration c von 10 mol/1 und Flusssäure HF mit einer Konzentration c von 3 mol/1.
Das nasschemische Ätzen wird bspw. mit Tauchätzen, Sprühätzen oder Rotationsätzen durchgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsanordnung (10) , bei dem die folgenden Schritte ausgeführt werden:
Erzeugen einer Ursprungs-Metallisierungslage (12, 18) , die von einer Zwischenschicht (12) bedeckt ist,
Aufbringen einer Isolationsschicht (20) nach dem Erzeugen der Ursprungs-Metallisierungslage (18) , Strukturieren der Isolationsschicht (20) unter Bildung mindestens einer Aussparung (26a) mit Hilfe eines Trockenätzprozesses,
Erweitern der Aussparung (26a)' mit Hilfe eines nass- chemischen Ätzprozesses oder mit Hilfe eines Trockenätzpro- zesses, wobei Material der Zwischenschicht (14) im Bereich der Aussparung (26a) entfernt wird,
Erzeugen mindestens einer weiteren Metallisierungslage nach dem Erweitern der Aussparung (26a) , wobei die Aussparung (26a) mit einem Metall oder einer Metalllegierung gefüllt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze i chne t , dass die Zwischenschicht (14) aus einer
•nichtoxidischen MetallVerbindung besteht, insbesondere aus Titannitrid oder aus Tantalnitrid, oder eine nichtoxidische Metallverbindung enthält, insbesondere Titannitrid oder Tantalnitrid.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn - zei chnet , dass das Material der Zwischenschicht (14) unter Verwendung einer Alkalilauge und/oder einer Base und/oder einer vorzugsweise wässrigen Lösung mit basischer Wirkung entfernt wird, insbesondere unter Verwendung von Ammoniakwasser, vorzugsweise unter Verwendung von 20 %-igem bis und 3-5 %-igem Ammoniakwasser.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet , dass die Ursprungs- Metallisierungslage (18) eine Metallschicht (12) enthält, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht .
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzei chnet , dass einer zum nass-chemischen Ätzen verwendeten Flüssigkeit ein Oxidationsmittel zugesetzt wird, das die Metallschicht (12) oxidiert, vorzugsweise Wasserstoffpe- roxid oder eine Wasserstoffperoxid-Lösung, insbesondere eine 30 %-ige bis 40 %-ige wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung, oder eine Ozon enthaltende Flüssigkeit.
6. Verfahren nach Anspruch 3 und 5, dadurch g e - kennzeichnet , dass das Ammoniakwasser und die Wasserstoffperoxid-Lösung im Volumenverhältnis zwischen 10:1 und 30:1 gemischt werden, vorzugsweise im Verhältnis 20:1.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e - kennzeichnet durch den Schritt :
Entfernen einer sich beim nass-chemischen Ätzen bildenden Oxidschicht (30) von einer Metallschicht (12) der Ursprungs- Metallisierungslage (18) .
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Oxidschicht (30) mit Hilfe eines Rücksputterprozesses (122) vor dem Füllen (114) der Aussparung (26a) entfernt wird, und/oder dass die Oxidschicht (30) mit Hilfe eines nass- chemischen Ätzprozesses (110), vorzugsweise unter Verwendung einer Base oder einer verdünnten basischen wässrigen Lösung, insbesondere einer vorzugsweise wässrigen Cholin-Lösung entfernt wird, wobei die Cholin-Lösung vorzugsweise 0,05 %-ig bis 0,5 %-ig ist . •
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet , dass die Zwischenschicht
(14) als Ätzstoppschicht beim Trockenätzprozess dient,
oder dass der Trockenätzprozess in der Isolierschicht (20) gestoppt wird und dass ein Teil der Isolierschicht (20) beim nass-chemischen Ätzprozess entfernt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - durch gekennzeichnet , dass die Ursprungs- Metallisierungslage (18) eine Metallschicht (12) enthält, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - durch gekennzeichnet , dass die weitere Metallisierungslage eine Metallschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung enthält, oder dass die weitere Metallisierungslage eine Metallschicht aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung enthält.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet , dass die Aussparung (26a) mit Wolfram oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Kupfer oder einer Kupferlegierung gefüllt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet , dass die Ursprungs- Metallisierungslage (18) und/oder die weitere Metallisierungslage hergestellt wird durch: Aufbringen einer Metallschicht (12) , die aus einem Metall oder aus einer Legierung besteht,
Aufbringen einer Zwischenschicht (14), die aus einem Metallnitrid besteht oder die ein Metallnitrid enthält, nach dem Aufbringen der Metallschicht, und durch Strukturieren (102) der Metallschicht (12) und der Zwischenschicht (14) .
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekenn z e i chne t , dass das Trockenätzen mit Hilfe eines chemisch-physikalischen Verfahrens, insbesondere mit einem reaktiven Ionenätzverfahren oder einem Plas a- ätzprozess durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekenn z e i chne t , dass das Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes mit einer Kontaktfläche größer als 10 μm2, größer als 100 μm2, größer als 1000 μm2 oder größer als 5000 μm2 verwendet wird,
oder dass das Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes mit einer Kontaktfläche kleiner als 10 μm2 oder 1 μm2 verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ge kennz e ichne t durch die Schritte :
Aufbringen (102) eines Resists (22) vor dem Trockenätzprozess (104) , und Entfernen des Resists (22) vor dem nass-chemischen Ätzprozess (106) .
17. Integrierte Schaltungsanordnung (10), insbesondere mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellte Schaltungsanordnung (10) , mit mehreren Metallisierungslagen (18) , und mit mindestens einer Aussparung (26b) , die sich durch eine Isolationsschicht (20) und eine Zwischenschicht (14) erstreckt, wobei die Aussparung (26b) an der Grenze von Isolations- schicht (20) und Zwischenschicht (14) eine vorspringende Kante hat, die einen Vorsprung von mindestens 5 nm oder von mindestens 10 nm hat.
18. SchaLtungsanordnung (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennze i chnet , dass sie zum Schalten von Leistun- gen größer als 1 W oder größer als 10 W oder größer als 100 W geeignet ist.
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