DE102004002464B4 - Method for filling contact holes - Google Patents

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Abstract

Bei dem Verfahren zum Füllen von Kontaktlöchern (2) wird nach dem Vorsehen von Kontaktlöchern (2) in einer Dielektrikumsschicht, unmittelbar vor dem Aufbringen einer Haftschicht (4), ein Temperaturschritt bei einer Temperatur, die höher als die Temperaturen von nachfolgenden Verfahrensschritten ist, angewendet. Dadurch finden alle Ausgasereignisse vor dem Abscheiden der die Kontaktlochfüllung (1) ausbildenden Schicht (5) aus Metall statt. Störende Ausgasereignisse werden vermieden und eine hohlraumfreie Kontaktlochfüllung (1) mit niedrigem Kontaktwiderstand hergestellt.In the method of filling contact holes (2), after providing contact holes (2) in a dielectric layer immediately before applying an adhesive layer (4), a temperature step is applied at a temperature higher than the temperatures of subsequent process steps , As a result, all outgassing events take place before the deposition of the contact hole filling (1) forming layer (5) of metal. Disturbing Ausgasereignisse be avoided and a void-free contact hole filling (1) produced with low contact resistance.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von in einer auf einem Träger vorgesehenen Dielektrikumsschicht eingebrachten Kontaktlöchern mit einem Metall oder einer Metallverbindung.The The invention relates to a method for filling in one on one carrier provided dielectric layer introduced contact holes with a Metal or a metal compound.

Der Bedarf an mikroelektronischen Bausteinen wie zum Beispiel DRAM (Dynamic Random Access Memory)-Speicherzellen, die auf einer immer kleiner werdenden Fläche auf einem Halbleiterwafer ausgebildet werden, fördert die Entwicklung von Verfahren und Materialien, die eine zunehmende Integration von Strukturen ermöglichen und eine Funktionstüchtigkeit der geschrumpften mikroelektronischen Bausteine gewährleisten.Of the Demand for microelectronic devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory cells that are on an ever smaller expectant area be formed on a semiconductor wafer promotes the development of methods and materials, which is an increasing integration of structures enable and a functionality ensure the shrunken microelectronic devices.

Zu den sich ständig verkleinernden Strukturen gehören unter anderem auch Kontaktstrukturen, die eine elektrisch leitende Verbindung zum Halbleitersubstrat oder zwischen zwei durch eine Dielektrikumsschicht voneinander getrennte, metallische Leiterbahnebenen herstellen. Eine Kontaktstruktur besteht im Allgemeinen aus einem in die Dielektrikumsschicht eingebrachten Kontaktloch, das auf einer Leiterbahnebene oder auf dem Halbleitersubstrat endet und einer metallischen Kontaktlochfüllung, die beispielsweise sowohl eine untere als auch eine auf der Dielektrikumsschicht vorgesehene obere Leiterbahnebene elektrisch leitend verbindet.To constantly belonging to shrinking structures including contact structures that have an electrically conductive Connection to the semiconductor substrate or between two by one Dielectric layer separated from each other, metallic interconnect levels produce. A contact structure generally consists of one in the dielectric layer introduced contact hole on a PCB level or on the semiconductor substrate ends and one metallic contact hole filling, for example, both a lower and one on the dielectric layer provided upper interconnect electrically conductively connects.

In einem Standardprozess zum Vorsehen der Kontaktlochfüllung wird zunächst die Dielektrikumsschicht aufgebracht. Die Dielektrikumsschicht besteht im Allgemeinen aus einem Siliziumoxid, dessen Eigenschaften von der Art und Weise, wie es aufgebracht wurde, abhängig sind. Ein gebräuchliches Aufbringungsverfahren ist eine Gasphasenabscheidung CVD (Chemical Vapor Deposition)-Verfahren. In Abhängigkeit davon, wie wählbare Parameter, wie beispielsweise eine Gaskomposition, Tem peratur oder Druck eingestellt werden, können dichte Dielektrikumsschichten oder weniger dichte, poröse Dielektrikumsschichten mit niedriger Dielektrizitätskonstante abgeschieden werden, die beispielsweise als Isolationsschichten zwischen zwei Leiterbahnebenen eingesetzt werden.In a standard process for providing the contact hole filling first applied the dielectric layer. The dielectric layer exists generally made of a silica, whose properties of the way it was applied is dependent. A common application method is a vapor deposition CVD (Chemical Vapor Deposition) method. In dependence of it, how selectable Parameters, such as a gas composition, Tem perature or Pressure can be adjusted dense dielectric layers or less dense, porous dielectric layers with low dielectric constant are deposited, for example, as insulation layers be used between two tracks levels.

Nach der Aufbringung der Dielektrikumsschicht kann optional ein Temperaturschritt oder eine Plasmabehandlung der Dielektrikumsschicht erfolgen. Ein Erhitzen im Temperaturschritt oder eine Plasmabehandlung bewirkt, dass die Dielektrikumsschicht, durch ein Ausgasen von während der Abscheidung in der Dielektrikumsschicht eingelagerten Gasen und Flüssigkeiten, verdichtet wird. Anschließend erfolgt eine Strukturierung der Kontaktlöcher mittels eines Lithographie- und Ätzverfahrens.To the application of the dielectric layer may optionally be a temperature step or a plasma treatment of the dielectric layer take place. One Heating in the temperature step or a plasma treatment causes that the dielectric layer, by outgassing during the Deposition in the dielectric layer embedded gases and Liquids, is compressed. Subsequently structuring of the contact holes by means of a lithography and etching process.

Nach der Strukturierung werden die Wände der Kontaktlöcher, beispielsweise mit einem nasschemischen Prozesschritt von Verunreinigungen, die während des Ätzprozesses erfolgen können, gereinigt. Nach der Reinigung wird eine Haftschicht abgeschieden, die eine Keimbildung und damit ein Aufwachsen der in einem nachfolgenden Prozesschritt abzuscheidenden Schicht aus Metall befördert. Die Haftschicht kann aus Titannitrid- oder einem Schichtsystem aus Titan und Titannitrid bestehen. Die Haftschicht dient auch einer verbesserten Adhäsion des Metalls mit dem die Kontaktlöcher gefüllt werden, in der Regel Wolfram, das durch eine Gasphasenabscheidung auf die Haftschicht abgeschieden wird.To the structuring will be the walls of the Vias for example, with a wet-chemical process step of impurities, the while the etching process can be done cleaned. After cleaning, an adhesive layer is deposited, the one germination and thus one growing up in a subsequent one Process step to be deposited deposited layer of metal. The adhesive layer can be made of titanium nitride or consist of a layer system of titanium and titanium nitride. The adhesive layer also serves to improve the adhesion of the metal with the vias filled usually, tungsten, by a vapor deposition is deposited on the adhesive layer.

Nach der Wolframabscheidung erfolgt ein Planarisierungsschritt mit Hilfe eines CMP (Chemisches Mechanisches Polieren)-Verfahrens.To the tungsten deposition is carried out by means of a planarization step a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process.

Jede Verunreinigung der Haftschicht, insbesondere wenn organische Reste, Sauerstoff oder Flüssigkeit im Prozess mit einbezogen sind, stört die Keimbildung des Metalls und behindert dadurch ein fehlerfreies Aufwachsen der Metallschicht und da mit eine vollständige Kontaktlochfüllung. Wird die Dielektrikumsschicht, insbesondere wenn es sich um ein poröses Oxid handelt, das besonders viele Einlagerungen aufweist, bei dem Temperaturschritt nicht ausreichend erhitzt, so dass störende Residuen, wie z.B. in der Dielektrikumsschicht eingelagerte Gase und Flüssigkeiten, nicht vollständig ausgegast werden, dann weisen die Kontaktlöcher, aufgrund von Ausgasereignissen, die während der Abscheidung der Haftschicht oder der Metallschicht stattfinden können, eine schlechte Kontaktlochfüllung auf. Eine schlechte Kontaktlochfüllung ist gegeben, wenn die Kontaktlochfüllung im Inneren oder an den Seitenwänden oder am Boden des Kontaktloches Hohlräume aufweist. Bei der schlechten Kontaktlochfüllung ist eine zuverlässige Kontaktierung nicht mehr gegeben und in jedem Fall ein Kontaktwiderstand erhöht.each Contamination of the adhesive layer, especially if organic radicals, Oxygen or liquid involved in the process interferes with the nucleation of the metal and thus hinders a faultless growth of the metal layer and there with a complete Contact hole filling. Will the dielectric layer, especially if it is a porous oxide which has particularly many inclusions, at the temperature step not heated sufficiently so that spurious residuals such as e.g. in the dielectric layer embedded gases and liquids, not completely are outgassed, then the contact holes, due to outgassing events, the while the deposition of the adhesive layer or the metal layer can take place, a bad contact hole filling on. A bad contact hole filling is given if the contact hole filling inside or at the sidewalls or at the bottom of the contact hole has cavities. In the bad Contact hole filling is a reliable one Contacting no longer exists and in any case a contact resistance elevated.

Eine Ursache für die schlechte Kontaktlochfüllung stellen Ausgasereignisse dar, die stattfinden, wenn bei nachfolgenden Prozessschritten Temperaturen angewendet werden, die höher als die Temperatur im Temperaturschritt sind.A Cause for the bad contact hole filling represent outgassing events that take place when subsequent Process steps are applied to temperatures higher than the temperature in the temperature step are.

Bei dem herkömmlichen Verfahren, das einen Temperaturschritt nach Aufbringung der Dielektrikumsschicht, vor der Kontaktlochstrukturierung, vorsieht, werden an den Seitenwänden der Kontaktlöcher adsorbierte Flüssigkeitsmoleküle, die sowohl das Abscheiden der Haftschicht, als auch ein konformes und störungsfreies Wachstum der die Kontaktlochfüllung ausbildenden Schicht aus Metall behindern, nicht mit ausgegast.at the conventional one Method comprising a temperature step after application of the dielectric layer, before the Kontaktloch structuring, provides, on the side walls of the vias adsorbed liquid molecules, the both the deposition of the adhesive layer, and a conformal and trouble-free Growth of the contact hole filling hampering layer of metal, not with outgassing.

All die genannten Ausgas- und Adsorbtionsereignisse verhindern ein gutes und konformes Wachstum der Schicht aus Metall und führen damit zu einer schlechten Kontaktlochfüllung.All these outgassing and adsorption events prevent a good and conformal growth of the layer of metal and thus lead to it to a bad contact hole filling.

Ein Ansatz, um eine schlechte Kontaktlochfüllung, insbesondere für poröse Oxide, zu vermeiden, besteht darin, die Seitenwände der offenen Kontaktlöcher mit Hilfe einer Plasmabehandlung zu verdichten, wie dies in der US 6025264 und der US 6028015 , sowie der 10156554-33 (Deutsche Patentanmeldung, Andreas Klipp, Infineon) beschrieben ist. Ein zusätzlicher Prozessschritt wie eine Plasmabehandlung ist jedoch zeit- und kostenaufwändig.One approach to avoid poor contact hole filling, especially for porous oxides, is to densify the sidewalls of the open contact holes by means of a plasma treatment, as described in US Pat US 6025264 and the US 6028015 , as well as the 10156554-33 (German patent application, Andreas Klipp, Infineon) is described. However, an additional process step such as a plasma treatment is time-consuming and costly.

Im einzelnen ist weiterhin in der US 6093635 ein Verfahren zum Füllen von Kontaktlöchern beschrieben, bei dem nach einer Kontaktlochöffnung unter anderem ein nasschemischer Reinigungsschritt, ein Temperaturschritt bei 300°C bis 450°C zum Ausgasen des Dielektrikums und ein Sputtern einer Barrierenschicht sowie eine Kontaktfüllung erfolgen. Das Ausgasen des Dielektrikums wird dabei bei der erwähnten Temperatur zwischen 300°C und 450°C vorgenommen. Außerdem ist angedeutet, dass nach dem Ausgasschritt des Dielektrikums und vor dem Füllen der Kontaktlöcher keine nassen oder thermischen Verfahrensschritte ausgeführt werden sollten, die zu einem weiteren Ausgasen der Dielektrikumsschicht führen könnten.In detail is still in the US 6093635 describes a method for filling contact holes, in which after a contact hole opening, inter alia, a wet-chemical cleaning step, a temperature step at 300 ° C to 450 ° C for outgassing of the dielectric and a sputtering of a barrier layer and a contact filling done. The outgassing of the dielectric is carried out at the mentioned temperature between 300 ° C and 450 ° C. In addition, it is indicated that after the outgassing step of the dielectric and before filling the contact holes no wet or thermal process steps should be performed, which could lead to a further outgassing of the dielectric layer.

Weiterhin ist in der US 2003/27427 A1 ein Verfahren zum Füllen von Kontaktlöchern beschrieben, bei dem nach einer Kontaktlochätzung ein Reinigungsschritt, ein Ausgasschritt und eine Abscheidung eines Barrierenmetalls erfolgen.Farther US 2003/27427 A1 describes a method for filling contact holes, in the after contact etching a cleaning step, an outgassing step and a deposition of a Barrier metal done.

Aus der US 5432073 ist ein Verfahren bekannt, das nach einer Kontaktlochätzung in eine Schicht aus Spin-On-Glas (SOG) einen trockenchemischen Reinigungsschritt, einen Ausgasschritt bei 300°C bis 500°C und eine Metallschichtabscheidung durch Sputtern vorsieht.From the US 5432073 For example, a method is known which, after contact-hole etching into a spin on glass (SOG) layer, provides a dry chemical cleaning step, an outgassing step at 300 ° C to 500 ° C, and a metal layer deposition by sputtering.

Die US 2002/22365 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Kontaktlöchern, wobei dieses Verfahren einen Ausgasschritt vor dem Auffüllen der Kontaktlöcher vorsieht.The US 2002/22365 A1 relates to a method for producing Vias this process being an outgassing step prior to refilling the vias provides.

In der US 6107182 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes beschrieben, das einen Ausgasschritt nach der Kontaktlochätzung enthält.In the US 6107182 For example, a method of manufacturing a semiconductor device including an outgassing step after contact hole etching will be described.

Aus der US 2002/185671 A1 ist ein Verfahren zur Herstel lung eines Metall-Isolator-Metall-Kondensators bekannt, in dem ein Ausgasschritt und eine Sputter-Reinigung vor der Barriereschichtabscheidung durchgeführt werden.Out US 2002/185671 A1 is a method for the produc- tion of a metal-insulator-metal capacitor in which an outgassing step and a sputtering cleaning ago the barrier layer deposition are performed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem unabhängig vom Material der Dielektrikumsschicht eine hohlraumfreie Kontaktlochfüllung mit niedrigem Widerstand gewährleistet werden kann.task The present invention is a simple and inexpensive Procedure available to ask, in which independent from the material of the dielectric layer with a void-free contact hole filling ensures low resistance can be.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.These Task is solved by a method according to claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent from the respective subclaims.

Bei dem Verfahren zum Füllen von in einer auf einem Träger vorgesehenen Dielektrikumsschicht eingebrachten Kontaktlöchern mit einem Metall oder einer Metallverbindung, werden Verunreinigungen, die durch einen vorangegangenen Ätzprozess zum Einbringen der Kontaktlöcher entstanden sind, entfernt. Dies kann beispielsweise mit einem nasschemischen Prozess geschehen. Erfindungsgemäß wird zum Ausgasen von Residuen die Dielektrikumsschicht einem Temperaturschritt bei höheren Temperaturen, als bei nachfolgenden Verfahrensschritten angewendet werden, unterzogen. Anschließend wird auf eine Oberfläche der Dielektrikumsschicht eine die Kontaktlöcher auskleidende Haftschicht aufgebracht. Die Haftschicht dient einer Keimbildung und damit einem Aufwachsen einer in einem nachfolgenden Prozesschritt abzuscheidenden Schicht aus Metall. Auf die Haftschicht wird die eine Kontaktlochfüllung ausbildende Schicht aus Metall aufgebracht, wobei die Kontaktlöcher vollständig ausgefüllt werden und das Füllen unbeeinträchtigt von aus der Dielektrikumsschicht ausgasenden Residuen erfolgt.at the method of filling from in one on a carrier provided dielectric layer introduced contact holes with a metal or a metal compound, become impurities, through a previous etching process for introducing the contact holes have arisen, removed. This can be done, for example, with a wet chemical Process happen. According to the invention is for Outgassing residuals the dielectric layer a temperature step at higher temperatures, as used in subsequent process steps subjected. Subsequently is on a surface the dielectric layer an adhesive layer lining the contact holes applied. The adhesive layer serves to nucleate and thus a Growing up to be separated in a subsequent process step Layer of metal. On the adhesive layer is forming a contact hole filling Layer of metal applied, wherein the contact holes are completely filled and the filling undisturbed by Residuals outgassing out of the dielectric layer takes place.

Bei dem Verfahren zum Füllen von Kontaktlöchern, wird erfindungsgemäß unmittelbar vor dem Aufbringen der Haftschicht ein Temperaturschritt vorgenommen, bei Temperaturen die höher sind, als bei nachfolgenden Verfahrensschritten zum Füllen von Kontaktlöchern angewendet werden. Der wesentliche Vorteil bei dieser Vorgehensweise besteht darin, dass durch den erfindungsgemäßen Temperaturschritt, die hier als Residuen bezeichneten in der Dielektrikumsschicht eingeschlossenen Flüssigkeiten und Gase und an den Wänden der Kontaktlöcher beim Kontaktlochätzen adsorbierte Moleküle ausgegast werden. Die Höhe der Temperatur beim Temperaturschritt wird so gewählt, dass die Temperaturen, die bei nachfolgenden Verfahrensschritten zum Füllen von Kontaktlöchern auftreten, die Temperatur beim Temperaturschritt nicht übersteigen. Dadurch ist gewährleistet, dass während des erfindungsgemäßen Temperaturschrittes ein Ausgasen der Dielektrikumsschicht abgeschlossen ist. Es finden dann keine Ausgasereignisse, die das Aufbringen der Haftschicht und der Schicht aus Metall stören, mehr statt.at the method of filling from contact holes, becomes instant according to the invention made a temperature step before applying the adhesive layer, at temperatures higher are used, as in subsequent steps for filling contact holes become. The main advantage of this approach is in that by the temperature step according to the invention, the herein referred to as residuals trapped in the dielectric layer Liquids and Gases and on the walls the contact holes at contact hole adsorbed molecules be outgassed. The height the temperature at the temperature step is chosen so that the temperatures used in subsequent process steps for To fill from contact holes occur, the temperature during the temperature step does not exceed. This ensures that that while the temperature step according to the invention outgassing of the dielectric layer is completed. Find it then no outgassing events, the application of the adhesive layer and disrupt the layer of metal, more instead.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden qualitativ hochwertige Kontaktlochfüllungen hergestellt, die weder im Inneren der Kontaktlochfüllung noch an den Seitenwänden oder am Boden des Kontaktloches Hohlräume aufweisen. Dadurch wird ein zuverlässiger Kontakt mit niedrigem Kontaktwiderstand gewährleistet. Besonders vorteilhaft wirkt sich das erfindungsgemäße Verfahren für Kontaktlochfüllungen in Dielektrikumsschichten mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante aus, die bevorzugt als Isolationsschichten zwischen zwei Leiterbahnebenen aus Metall angewendet werden. Solche porösen Dielektrikumsschichten enthalten besonders viele eingeschlossene Residuen, die während des erfindungsgemäßen Temperaturschrittes ausgegast werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Kontakte, unabhängig vom Material der Dielektrikumsschicht, zu in einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Bauelementen oder zwischen zwei übereinanderliegenden Leiterbahnebenen zuverlässig hergestellt. Damit lassen sich in einfacher und kostengünstiger Weise eine Produktausbeute erhöhen und Kosten reduzieren.With the method according to the invention High quality contact hole fillings are produced that neither inside the contact hole filling yet on the side walls or have cavities at the bottom of the contact hole. This will a reliable one Contact with low contact resistance guaranteed. Especially advantageous the process of the invention has an effect for contact hole fillings in dielectric layers with a low dielectric constant made, preferably as insulation layers between two interconnect levels be applied from metal. Such porous dielectric layers contain especially many trapped residuals during the temperature step according to the invention be outgassed. With the method according to the invention, contacts, independently from the material of the dielectric layer, to in a semiconductor substrate trained components or between two superposed conductor track levels reliable produced. This can be in a simple and cost-effective manner increase a product yield and reduce costs.

Vorzugsweise werden als Materialien für die Haftschicht Titannitrid, oder eine Schichtfolge bestehend aus Titan und Ti tannitrid und für die Schicht aus Metall Wolfram vorgesehen. Diese Materialien werden beispielsweise für die Kontaktlochfüllung von Kontaktlöchern, die zwei Leiterbahnebenen miteinander verbinden, vorgesehen.Preferably be considered materials for the adhesive layer titanium nitride, or a layer sequence consisting of Titanium and titanium tannitride and for the layer of tungsten metal provided. These materials will be for example the contact hole filling from contact holes, the two interconnect levels connect together, provided.

Als Materialien für die Haftschicht können in vorteilhafter Weise auch Titan oder Titannitrid oder eine Schichtenfolge bestehend aus Titan und Titannitrid und für die Schicht aus Metall Aluminium vorgesehen werden.When Materials for the adhesive layer can in an advantageous manner also titanium or titanium nitride or a layer sequence consisting of titanium and titanium nitride and for the layer of metal aluminum be provided.

Bevorzugt wird die Schicht aus Metall mit einem CVD (chemical vapor deposition)-Verfahren abgeschieden. Das CVD-Verfahren ist eine Gasphasenabscheidung, bei dem ausgewählte Gase über aufgeheizte Substrate, auf denen eine gewünschte Schicht abgeschieden werden soll, geführt werden. Auf einer heißen Substratoberfläche kommt es zur Reaktion der Prozessgase, so dass als Reaktionsprodukte die gewünschte Schicht sowie Gase entstehen, die aus der Prozesskammer wieder abgeführt werden. Die Temperaturen liegen bei den CVD-Verfahren typischerweise zwischen 370° bis 450° Celsius.Prefers the layer is made of metal with a CVD (chemical vapor deposition) method deposited. The CVD process is a vapor deposition at the selected one Gases over heated Substrates on which a desired layer should be separated, led become. On a hot substrate surface it comes to the reaction of the process gases, so that as reaction products the desired Layer and gases are formed, which are discharged from the process chamber again. Temperatures are typically intermediate in the CVD processes 370 ° to 450 ° Celsius.

Vorzugsweise wird der Temperaturschritt bei einer Temperatur zwischen 450° bis 600° Celsius durchgeführt. Dies ist der Bereich, der oberhalb der Temperaturen von nachfolgenden Verfahrensschritten zum Füllen von Kontaktlöchern liegt.Preferably The temperature step is carried out at a temperature between 450 ° to 600 ° Celsius. This is the range that is above the temperatures of subsequent ones Process steps for filling from contact holes lies.

Die Haftschicht wird vorzugsweise mit einem ALD (atomic layer deposition)- oder einem ANP (advanced nucleation process) – oder einem PNL (pulsed nucleation layer) – Verfahren abgeschieden. ANP- und PNL-Verfahren werden nachfolgend auch als ALD-artige Verfahren bezeichnet. Bei dem ALD-Verfahren werden in einer Prozesskammer, die das zu beschichtende Substrat enthält, in zeitlicher Abfolge unterschiedliche Gase eingelassen. Durch eine besondere Auswahl der Gase lassen sich Schichten atomlagenweise aufwachsen. Die Chemie der Abscheidung ist bei dem ALD-Verfahren weniger aggressiv, als bei den anderen Verfahren, so dass die Kontaktlochfüllung störende Residuen an den Seitenwänden der Kontaktlöcher nicht mit entfernt werden. Wird die Haftschicht also mit dem ALD-Verfahren aufgebracht, dann wirkt sich der erfindungsgemäße Temperaturschritt zum Ausgasen von Residuen besonders vorteilhaft aus.The Adhesive layer is preferably provided with an ALD (atomic layer deposition) or an ANP (advanced nucleation process) or a PNL (pulsed nucleation layer) method deposited. ANP and PNL methods are also referred to as ALD-like procedures designated. In the ALD process, in a process chamber, containing the substrate to be coated, different in time sequence Gases taken in. By a special selection of the gases can be layers grow up in atomic terms. The chemistry of deposition is at ALD method less aggressive than the other methods, so that the contact hole filling disturbing residuals on the side walls the contact holes not to be removed. If the adhesive layer so with the ALD method applied, then the temperature step according to the invention for outgassing affects Of Residuen particularly advantageous.

Vorzugsweise wird auf die Haftschicht eine Nukleationsschicht mit dem ALD (atomic layer deposition)-Verfahren oder mit einem ALD-artigen Verfahren aufgebracht. ALD-artige Verfahren sind ANP (advanced nucleation process) und PNL (pulsed nucleation layer)-Verfahren. Die Abscheidung der die Kontaktlochfüllung ausbildenden Schicht aus Metall, beispielsweise Wolfram, kann in zwei Schritten erfolgen. Im ersten Schritt wird die im Vergleich zu einer restlichen Schicht aus Metall dünne Nukleationsschicht aus Metall, in der eine Keimbildung erfolgt, abgeschieden. In einem zweiten Abscheideschritt erfolgt dann das Füllen des Kontaktloches mit der restlichen Schicht aus Metall. Die Nukleationsschicht kann auch mit dem CVD-Verfahren abgeschieden werden. Ein besonderer Vorteil wird durch den erfindungsgemäßen Temperaturschritt jedoch erzielt, wenn die Nukleationsschicht mit dem chemisch schonenderen ALD-Verfahren aufgebracht wird. Nach Aufbringung der Nukleationsschicht kann die Abscheidung der restlichen Schicht aus Wolfram beipielsweise mit dem CVD-Verfahren durchgeführt werden.Preferably is applied to the adhesive layer a nucleation layer with the ALD (atomic layer deposition) method or with an ALD-like method applied. ALD-type processes are ANP (advanced nucleation Process) and PNL (pulsed nucleation layer) method. The deposition the contact hole filling forming layer of metal, such as tungsten, in two steps. In the first step is compared to a remaining layer of metal thin nucleation layer Metal, in which a nucleation occurs, deposited. In one second deposition step then takes place with the filling of the contact hole the remaining layer of metal. The nucleation layer can also be deposited by the CVD method. A special advantage is due to the temperature step according to the invention however achieved when the nucleation layer with the chemically gentler ALD process is applied. After application of the nucleation layer, the Deposition of the remaining layer of tungsten, for example, with the CVD method performed become.

Vorzugsweise wird der Temperaturschritt in einer für eine Abscheidung der Haftschicht vorgesehenen Anlage durchgeführt. Bei diesem insitu-Temperaturschritt wird ein Vakuum in der Anlage nicht unterbrochen, wodurch sowohl mögliche Kontaminationen, die durch eine Unterbrechung des Vakuums entstehen können, vermieden werden, als auch Zeit eingespart wird.Preferably the temperature step becomes one for a deposition of the adhesive layer planned facility. This in-situ temperature step creates a vacuum in the system not interrupted, causing both possible contamination, the can be avoided by interrupting the vacuum avoided also time is saved.

Es konnte gezeigt werden, dass bei einer vielfach angewendeten dichten Dielektrikumsschicht, die mit einem plasmaunterstützten CVD-Verfahren als ein dichtes Oxid abgeschieden wird (HDP high density plasma-Oxid), die Qualität der Kontaktlochfüllung bei einer insitu Temperatur von 550° Celsius für den Temperaturschritt gegenüber herkömmlichen Verfahren verbessert wird.It could be shown that in a widely used dense Dielectric layer, which with a plasma-enhanced CVD method as a dense oxide is deposited (HDP high density plasma oxide), the quality the contact hole filling at an insitu temperature of 550 ° Celsius for the temperature step over conventional methods is improved.

In vorteilhafter Weise wird nach dem Temperaturschritt und vor dem Abscheiden der Haftschicht der die Dielektrikumsschicht aufweisende Träger abgekühlt. Zur Verbesserung der Qualität der Haftschicht ist es hilfreich, den Träger und damit auch die Dielektrikumsschicht abzukühlen, um dadurch die Ausgasereignisse abzuschliessen. Vorteilhaft ist dieses Abkühlen auch, um eine mögliche Kontamination der Haftschicht durch Verunreinigungen direkt nach dem Ausgasen zu minimieren.Advantageously, after the Tempe temperature step and cooled before the deposition of the adhesive layer of the dielectric layer having carrier. In order to improve the quality of the adhesive layer, it is helpful to cool the carrier and thus also the dielectric layer, thereby completing the outgassing events. This cooling is also advantageous in order to minimize possible contamination of the adhesive layer by impurities directly after outgassing.

Vorzugsweise wird der Temperaturschritt in einer von der Anlage getrennten Umgebung durchgeführt. Der Temperaturschritt lässt sich auch als exsitu-Temperaturschritt mit Vakuumunterbrechung durchführen.Preferably the temperature step is in a separate environment from the plant carried out. The temperature step leaves also perform as exsitu temperature step with vacuum interruption.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 näher erläutert. Es zeigt:The invention will be described below with reference to FIG 1 explained in more detail. It shows:

1 einen Querschnitt durch ein Kontaktloch, dass mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde. 1 a cross section through a contact hole that has been produced with an embodiment of the method according to the invention.

Um eine Leiterbahnebene 6 mit einer oberhalb dieser Leiterbahnebene angeordneten zweiten Leiterbahnebene, die durch eine Dielektrikumsschicht 3 voneinander isoliert sind, elektrisch leitend zu verbinden, wird in die Dielektrikumsschicht 3 ein Kontaktloch 2 geätzt. Das Material der Dielektrikumsschicht kann ein Siliziumoxid sein, das je nachdem welches Verfahren angewendet wurde, um die Dielektrikumsschicht 3 aufzubringen, unterschiedliche Eigenschaften aufweisen kann. Nach dem Aufbringen der Dielektrikumsschicht 3 erfolgt ein erster Temperaturschritt bei Temperaturen von ungefähr 370° Celsius. Bei dem ersten Temperaturschritt wird die Dielektri kumsschicht verdichtet. Die Erfindung ist vorteilhaft anwendbar auf alle Arten von Dielektrikumsschichten 3.Around a ladder level 6 with a second interconnect level arranged above this interconnect level and through a dielectric layer 3 are insulated from each other, electrically conductively connected, is in the dielectric layer 3 a contact hole 2 etched. The material of the dielectric layer may be a silicon oxide which, depending on which method has been applied, around the dielectric layer 3 to apply, may have different properties. After application of the dielectric layer 3 a first temperature step takes place at temperatures of about 370 ° Celsius. In the first temperature step, the dielectric layer is densified. The invention is advantageously applicable to all types of dielectric layers 3 ,

Nach dem Einbringen des Kontaktloches 2 in die Dielektrikumsschicht 3 erfolgt ein Reinigungsschritt, der beispielsweise ein nasschemischer Prozessschritt sein kann und dazu dient, Wände des Kontaktloches 2 von Verunreinigungen, die durch einen vorangegangenen Ätzprozess zur Strukturierung der Kontaktlöcher 2 entstehen können, zu befreien.After the introduction of the contact hole 2 in the dielectric layer 3 a cleaning step takes place, which can be, for example, a wet-chemical process step and serves the purpose of walls of the contact hole 2 contaminants caused by a previous etching process for structuring the contact holes 2 can arise, to liberate.

Nach der Reinigung wird die strukturierte Dielektrikumsschicht 3 einem Temperaturschritt unterzogen. Die angewendeten Temperaturen können zwischen 450° bis 600° Celsius liegen. Die Temperatur ist so gewählt, dass sie alle in nachfolgenden Verfahrensschritten zum Füllen von Kontaktlöchern auftretenden Temperaturen übersteigt.After cleaning, the structured dielectric layer 3 subjected to a temperature step. The applied temperatures can be between 450 ° C and 600 ° Celsius. The temperature is chosen so that it exceeds all occurring in subsequent steps for filling contact holes temperatures.

Der Temperaturschritt wird eingesetzt um die Dielektrikumsschicht 3 und Seitenwände des Kontaktloches 2 auszugasen. Dadurch wird gewährleistet, dass es bei den nachfolgenden Verfahrensschritten, wie eine Abscheidung einer Haftschicht 4 und einer eine Kontaktlochfüllung 1 ausbildenden Schicht 5 aus Metall zu keinen weiteren Ausgasereignissen mehr kommt. Durch ein Ausgasen von in der Dielektrikumsschicht 3 eingeschlossenen Flüssigkeiten, wie Kristallwasser oder Gasen, während der Abscheideprozesse kann es zu einer Kontamination der Haftschicht 4 und damit zu einer Behinderung des Aufwachsens der Schicht 5 aus Metall kommen. Alle beschriebenen Nachteile werden vermieden durch das Erhitzen der Dielektrikumsschicht 3 unmittelbar vor der Abscheidung der Haftschicht 4. Der Temperaturschritt kann beispielsweise in derselben Anlage durchgeführt werden, in der auch die Haftschicht 4 abgeschieden wird. Eine Unterbrechung des Vakuums und dadurch auftretende Kontaminationen können so vermieden werden.The temperature step is used around the dielectric layer 3 and side walls of the contact hole 2 outgas. This ensures that it is in subsequent process steps, such as deposition of an adhesive layer 4 and a contact hole filling 1 training layer 5 made of metal to no more Ausgasereignissen more comes. By outgassing in the dielectric layer 3 entrapped liquids, such as water of crystallization or gases, during the deposition processes may lead to contamination of the adhesive layer 4 and thus a hindrance to the growth of the layer 5 come from metal. All the disadvantages described are avoided by heating the dielectric layer 3 immediately before the deposition of the adhesive layer 4 , The temperature step can be carried out, for example, in the same system in which the adhesive layer 4 is deposited. A break in the vacuum and the resulting contamination can be avoided.

An den Temperaturschritt schließt sich die Abscheidung der Haftschicht 4 an. Dies kann eine ALD- oder eine ALD-artige Abscheidung sein. Da die ALD-Verfahren bei niedrigeren Temperaturen, als beispielsweise bei einem PVD-Verfahren durchgeführt werden, werden die an den Seitenwänden des Kontaktloches 2 adsorbierten Moleküle bei der Abscheidung der Haftschicht nicht mit ausgegast und können dann ein nachfolgendes Aufwachsen der Schicht 5 aus Metall stören. Bei ALD-artigen Haftschichten 4 ist es also besonders sinnvoll, einen Temperaturschritt vor der Abscheidung der Haftschicht 4 durchzuführen, um eine spätere Metallabscheidung durch Ausgasereignisse nicht zu behindern. Nachdem die Haftschicht 4, die in diesem Beispiel aus einem Titannitrid besteht, aufgebracht wurde, erfolgt die Abscheidung der Schicht 5 aus Metall. In diesem Ausführungsbeispiel wird für die Schicht 5 Wolfram mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden. Bei dem CVD-Verfahren können typischerweise Temperaturen zwischen 370° bis 450° Celsius auftreten. Da jedoch der Temperaturschritt bei höheren Temperaturen stattgefunden hat, in diesem Beispiel bei 550° Celsius, können während der Metallabscheidung keine weiteren Ausgasereignisse mehr auftreten. Dadurch wächst das Wolfram ungestört auf und es bildet sich eine das Kontaktloch 2 vollständig ausfüllende Kontaktlochfüllung 5 aus. Nach der Metallabscheidung erfolgt noch ein Planarisierungsschritt, der ein CMP (chemisches mechanisches Polieren)-Schritt sein kann.The temperature step is followed by the deposition of the adhesive layer 4 at. This can be an ALD or an ALD-type deposition. Since the ALD processes are performed at lower temperatures than, for example, a PVD process, those at the sidewalls of the contact hole become 2 adsorbed molecules are not outgassed in the deposition of the adhesive layer with and then a subsequent growth of the layer 5 of metal disturb. For ALD-like adhesive layers 4 So it is particularly useful, a temperature step before the deposition of the adhesive layer 4 be carried out in order not to hinder a subsequent metal deposition by Ausgasereignisse. After the adhesive layer 4 , which in this example consists of a titanium nitride, was applied, the deposition of the layer takes place 5 made of metal. In this embodiment, tungsten is deposited for the layer 5 by a CVD method. In the CVD process typically temperatures between 370 ° to 450 ° C can occur. However, since the temperature step has taken place at higher temperatures, in this example at 550 ° C, no further outgassing events can occur during metal deposition. As a result, the tungsten grows undisturbed and it forms a contact hole 2 completely filling contact hole filling 5 out. After metal deposition, a planarization step, which may be a CMP (Chemical Mechanical Polishing) step, is also performed.

In der 1 ist die Leiterbahnebene 6 auf der die Dielektrikumsschicht 3 angeordnet ist, dargestellt. In der Dielektrikumsschicht 3 befindet sich das Kontaktloch 2, das auf der Leiterbahnebene 6 endet. Elektrisch leitend verbunden werden durch das Kontaktloch 2 zwei Leiterbahnebenen. Die Leiterbahnebene 6 mit einer oberen Leiterbahnebene, die in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt ist. Eine Oberfläche der Dielektrikumsschicht 3 ist innerhalb und außerhalb des Kontaktloches 2 mit der Haftschicht 4 bedeckt. Auf der Haftschicht 4 ist die Metallschicht 5, mit der die Kontaktlochfüllung 1 ausgebildet wird, aufgewachsen. Wie der Figur zu entnehmen ist, zeichnet sich die Kontaktlochfüllung 1 dadurch aus, dass sie weder an den Seitenwänden des Kontaktloches 2, noch am Boden des Kontaktloches 2, noch im Inneren Hohlräume aufweist. Dadurch wird ein zuverlässiger Kontakt mit einem niedrigen Widerstand gewährleistet.In the 1 is the ladder level 6 on the dielectric layer 3 is arranged, shown. In the dielectric layer 3 there is the contact hole 2 on the ladder level 6 ends. To be electrically connected through the contact hole 2 two tracks. The track level 6 with an upper track plane, which is not shown in the drawing. A surface surface of the dielectric layer 3 is inside and outside the contact hole 2 with the adhesive layer 4 covered. On the adhesive layer 4 is the metal layer 5 with which the contact hole filling 1 is trained, grew up. As the figure can be seen, the contact hole filling is characterized 1 characterized in that they neither on the side walls of the contact hole 2 , still at the bottom of the contact hole 2 , still has cavities inside. This ensures reliable contact with a low resistance.

11
KontaktlochfüllungContact hole filling
22
Kontaktlochcontact hole
33
DieelektrikumsschichtDieelektrikumsschicht
44
Haftschichtadhesive layer
55
Schichtlayer
66
LeiterbahnebeneInterconnect level

Claims (9)

Verfahren zum Füllen von in einer auf einem Träger vorgesehenen Dielektrikumsschicht (3) eingebrachten Kontaktlöchern (2) mit einem Metall oder einer Metallverbindung, bei dem: – Verunreinigungen an Wänden der Kontaktlöcher (2) entfernt werden, – zum Ausgasen von Residuen die Dielektrikumsschicht (3) einem Temperaturschritt bei höheren Temperaturen, als bei nachfolgenden Verfahrensschritten angewendet werden, unterzogen wird, – auf eine Oberfläche der Dielektrikumsschicht (3) eine die Kontaktlöcher (2) auskleidende Haftschicht (4) mit einem ALD-Verfahren oder einem ANP-Verfahren oder einem PNL-Verfahren aufgebracht wird und – auf die Haftschicht (4) eine eine Kontaktlochfüllung (1) ausbildende Schicht (5) aus Metall oder einer Metallverbindung aufgebracht wird, wobei die Kontaktlöcher (2) vollständig ausgefüllt werden und das Füllen unbeeinträchtigt von aus der Dielektrikumsschicht (3) ausgasenden Residuen erfolgt.Method for filling in a dielectric layer provided on a support ( 3 ) introduced contact holes ( 2 ) with a metal or a metal compound, in which: - impurities on walls of the contact holes ( 2 ), - for degassing residuals, the dielectric layer ( 3 ) is subjected to a temperature step at higher temperatures than are used in subsequent method steps, - is applied to a surface of the dielectric layer ( 3 ) one the contact holes ( 2 ) lining adhesive layer ( 4 ) is applied by an ALD process or an ANP process or a PNL process and is applied to the adhesion layer ( 4 ) a contact hole filling ( 1 ) forming layer ( 5 ) is applied from metal or a metal compound, wherein the contact holes ( 2 ) and the filling is unaffected by the dielectric layer ( 3 ) outgassing residuals takes place. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – als Materialien für die Haftschicht (4) TiN, oder Ti/TiN und – für die Schicht (5) Wolfram vorgesehen werden.Method according to claim 1, characterized in that - as materials for the adhesive layer ( 4 ) TiN, or Ti / TiN and - for the layer ( 5 ) Tungsten are provided. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – als Materialien für die Haftschicht (4) Ti, oder TiN, oder Ti/TiN und – für die Schicht (5) Aluminium vorgesehen werden.Method according to claim 1, characterized in that - as materials for the adhesive layer ( 4 ) Ti, or TiN, or Ti / TiN and - for the layer ( 5 ) Aluminum are provided. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (5) aus Metall mit einem CVD-Verfahren abgeschieden wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the layer ( 5 ) is deposited from metal using a CVD method. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturschritt bei einer Temperatur zwischen 450° bis 600° Celsius durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the temperature step is carried out at a temperature between 450 ° to 600 ° Celsius. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Haftschicht (4) eine Nukleationsschicht mit einem ALD-Verfahren oder einem ANP-Verfahren oder einem PNL-Verfahren aufgebracht wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the adhesive layer ( 4 ) a nucleation layer with an ALD method or an ANP method or a PNL method is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturschritt in einer für eine Abscheidung der Haftschicht (4) vorgesehenen Anlage durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the temperature step in a for a deposition of the adhesive layer ( 4 ) plant is carried out. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Temperaturschritt und vor dem Abscheiden der Haftschicht (4) der die Dielektrikumsschicht (3) aufweisende Träger abgekühlt wird.A method according to claim 7, characterized in that after the temperature step and before the deposition of the adhesive layer ( 4 ) the dielectric layer ( 3 ) is cooled down. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturschritt in einer von der Anlage getrennten Umgebung durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that the temperature step in an environment separate from the plant carried out becomes.
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