DE19751785A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines Halbleiter-Wafers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines Halbleiter-Wafers

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffüllen von Ausnehmungen in einer Oberflächenschicht eines Werkstückes mit elektrischem Material gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Be­ handeln eines Werkstückes, wie beispielsweise eines Halbleiter-Wafers, und ins­ besondere, aber nicht ausschließlich, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Schicht auf einer Oberfläche eines Werkstückes mit Ausnehmun­ gen.
Aus EP 92 304 633.8 und GB-PA 9 619 461.8 sind Verbesserungen für ein Verfahren zum wenigstens teilweise Auffüllen von Ausnehmungen auf einer Ober­ fläche mittels der Anwendung von Temperatur und Druck bekannt. Andere Verfah­ ren beinhalten Driften von geschmolzenem Metall in die Ausnehmung, beispiels­ weise durch Oberflächendiffusion.
Eine der Hauptanwendungen derartiger Techniken dient zum Ablagern einer ver­ bindenden Schicht, welche typischerweise aus mehreren Elementen besteht, de­ ren Hauptelemente folgende sind:
  • (i) Eine Barriereschicht. Dies ist häufig Titan oder eine Titanlegierung, und ihr Zweck liegt im wesentlichen darin, eine gute Anhaftung an der Oberflächenschicht zur Verfügung zu stellen und eine ungewollte oder unerwünschte Legierung zwi­ schen der Verbindungsschicht und der Oberflächenschicht zu verhindern, insbe­ sondere ein "Spicken" einer Aluminiumlegierung durch eine Kontaktverbindung zu verhindern.
  • (ii) Eine Halbleiterschicht, welche typischerweise aus einer Aluminiumlegierung besteht. Diese Schicht bildet das Hauptvolumen der kombinierten Struktur, und die in den oben erwähnten Anmeldungen offenbarten Verfahren beschreiben, wie die­ se Schicht in Ausnehmungen auf der Oberfläche des Wafers mittels Anwendun­ gen von Wärme und Druck gezwungen wird, um die Ausnehmungen im wesentli­ chen aufzufüllen.
  • (iii) Eine Oberschicht einer Antireflexionsbeschichtung, um nachfolgende lithogra­ phische Verfahrensschritte zu unterstützen.
Einige oder alle diese Elemente können in separaten Anlagenbestandteilen abge­ lagert werden, und der Wafer wird dabei der Atmosphäre ausgesetzt, wenn er von einem Anlagenteil zum nächsten bewegt wird. Die Aussetzung des Werkstücks an die Atmosphäre bedingt jedoch, daß sich die Oberfläche des Wafers, beispiels­ weise die Barriereschicht, verändert, beispielsweise durch Ausbildung von Oxiden. Dies kann beisp. im Fall von TiN erwünscht sein, weil es scheint, daß die "Baine­ re"-Qualitäten dieser Schicht dadurch verbessert werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß das in den o.g. Anmeldungen offenbarte Verfah­ ren zum Ausfüllen von Ausnehmungen solange nicht zuverlässig funktioniert, bis das Aussetzen der TiN-Barriereschicht an die Atmosphäre verhindert oder ausge­ schlossen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der o.g. Art zur Verfügung zu stellen, welches die vorgenannten Nachteile beseitigt.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Auffüllen von Ausnehmungen in einer Oberflächenschicht eines Werkstückes, beisp. eines Halbleiter-Wafers, mit leiten­ dem Material zur Verfügung gestellt, mit folgenden Schritten: Ausbilden einer Bar­ riereschicht auf der Oberfläche; Ablagern einer Schicht aus leitendem Material auf der Barriereschicht und Zwingen und/oder Fließen der leitenden Schicht in die Ausnehmungen, wobei die Barriereschicht Sauerstoff umfaßt oder oxidiert ist und oxidiertes Material in der Oberflächenschicht vor dem Ablagern der leitenden Schicht nitriert wird.
Aus Vereinfachungsgründen wird der vorgenannte letzte Schritt, nämlich daß die Barriereschicht Sauerstoff enthält oder oxidiert ist und oxidiertes Material in der Oberflächenschicht vor dem Ablagern der leitenden Schicht nitriert wird, nachfol­ gend mit "Reaktivierung" bezeichnet.
Die Barriereschicht und die leitende Schicht können in jeder geeigneten Weise abgelagert oder ausgebildet werden und können beispielsweise auch als Folien­ flächengebilde aufgelegt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Barriereschicht in einer ersten Vorrichtung ausgebildet und die leitende Schicht in einer zweiten Vorrichtung abgelagert. Die erste Vorrichtung kann eine Vorrichtung zum chemischen Aufdampfen (CVD, chemical vapour deposition) sein, wogegen die zweite Vorrichtung eine Vorrichtung zum physikalischen Aufdampfen (PVD, physical vapour deposition) oder eine Vorrichtung zum galvanischen Behandeln (electroplating) sein kann. Die Fähigkeit, mit Oxidation zurecht zu kommen, wel­ che von jeder Vakuumunterbrechung folgt, bedeutet, daß die am meisten bevor­ zugte Vorrichtung zum Ausbilden oder Ablagern einer jeden Schicht verwendet werden kann. Die leitende Schicht wird beispielsweise bevorzugt aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer oder Silber ausgebildet.
Der Verfahrensschritt der Nitrierung wird bevorzugt mit einem Stickstoff enthalten­ den Plasma ausgeführt. Zusätzlich oder alternativ kann die Barriereschicht plas­ maerzeugtem atomarem Wasserstoff unter Anwesenheit von Stickstoff ausgesetzt werden, um jedwedes oxidierte Material in der Barriereschicht zu nitrieren. Alter­ nativ können der Schritt zum Sauerstoffabstreifen mittels atomarem Wasserstoff und der Nitrierungsschritt nacheinander ausgeführt werden. Mit gegenwärtigen Vorrichtungen ist zumindest die Nitrierung in einer reinen Stickstoffatmosphäre schwierig durchzuführen. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff liegt zwi­ schen etwa 1 : 10 und 3 : 1. Der Wasserstoff kann beispielsweise in Form von NH3 zur Verfügung gestellt werden, wobei das NH3 wenigstens einen Teil des nitrie­ renden Stickstoffs zur Verfügung stellt.
Man nimmt an, daß die Anwesenheit von Sauerstoff die Fähigkeit des Auffüllens von Ausnehmungen negativ beeinflußt, und die Thermodynamik von ähnlicher Kontaminationschemie zeigt geeignete Mechanismen und schlägt Lösungen vor, welche sich als wirksam herausgestellt haben. Die Barriereschicht enthält im we­ sentlichen Atome aus Titan und Stickstoff, wobei jedoch Titan-Nitrid säulenartige Kornstrukturen ausbildet, welche Korngrenzen haben, die von oben bis unten durchlaufen. Da Titan-Nitrid als physikalische Barriere wirkt, ist dies ein inhärenter Fehler, aber es ist wohlbekannt, daß dieser durch Addition von Sauerstoff wäh­ rend der Ausbildung von Titan-Nitrid oder durch Aussetzen des Titan-Nitrids einer Sauerstoffatmosphäre, wie beispielsweise Luft, geheilt werden kann. Man sagt, daß der Sauerstoff die Korngrenzen "ausstopft".
Es ist daher bevorzugt, zum Verbessern der Barrierequalität Sauerstoffzugaben zum Titan-Nitrid zu haben, wobei dies jedoch das Problem beinhaltet, daß die Oberfläche einigen atomaren Sauerstoff enthält. Titan und Stickstoff sind stabil gebunden und bilden ein TiN-Gitter. Der nachfolgende Verfahrensschritt zum Ausfüllen von Ausnehmungen bringt Aluminiumatome in Kontakt mit der TiN- Oberfläche. Unter üblichen Bedingungen bindet sich das Aluminium schlecht an die Oberfläche von Titan und Stickstoff, so daß das Aluminium frei in die Ausneh­ mungen fließen kann. Sauerstoffkontaminationen auf dem TiN haben den Effekt, daß unter üblichen Bedingungen eine oxidierte Oberfläche vorliegt, welche aus Sauerstoffatomen besteht, die an der äußeren Schicht des Titans gebunden sind, welches in engen Kontakt mit dem leitenden Material kommt. Unter üblichen Ver­ fahrensbedingungen, welche zum Fluß des leitenden Materials in die Ausneh­ mungen erforderlich sind, ist es hochwahrscheinlich, daß das leitende Material eine chemische Verbindung mit der Barriereschicht ausbildet und so den Fluß des Materials unterbindet. Je reaktiver das leitende Material ist, desto wahrscheinlicher ist offensichtlich die Ausbildung einer Bindung.
Es wurde herausgefunden, daß die Sauerstoff enthaltenden Barriereschichten für nachfolgende Verfahrensschritte dadurch verbessert werden können, daß wenig­ stens an der Oberfläche vorhandene Sauerstoffatome durch Stickstoff ersetzt werden.
Dies wurde auf mehreren Wegen erzielt, insbesondere unter Verwendung von Stickstoff und Wasserstoff enthaltenden Plasmen. Eine Beschreibung von mögli­ chen Mechanismen ist wie folgt.
Die Verwendung eines Stickstoff enthaltenden Plasmas wird am besten durch mittels Plasma erzeugte Probestücke beschrieben, ggf. unter Ionenmitwirkung, was die oxidierte Barriereoberfläche wirksam nitriert.
TiO2 + N* → TiN + O2
Die Reaktion ist bei Temperaturen über 625°C nur leicht bevorzugt.
Die Verwendung eines plasma- oder ultraviolett erzeugten atomaren Wasser­ stoffs ist chemisch mehr bevorzugt und benötigt keine Ionenunterstützung:
TiO2 + 4H* → 2H2O + Ti - 485KJ.
Wenn diese Reaktion unter Anwesenheit von Stickstoff ausgeführt wird, wird die abschließende Barriereschichtoberfläche gleichzeitig nitriert.
Die Erfindung kann auf verschiedenen Wegen ausgeführt werden, und spezifische Ausführungsformen werden nun beispielhaft beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in welcher eine prozentuale Lochfüllung über einer Vor­ heiztemperatur für Standardfüllverfahren bzw. gemäß der Erfindung aufgetragen ist.
In dem eingangs beschriebenen allgemeinen Verfahren ist chemisches Aufdamp­ fen (CVD, chemical vapour deposition) bevorzugt, weil TiN bessere Eigenschaften hat als TiN, welches mittels physikalischem Aufdampfen (PVD, physical vapour deposition) hergestellt ist. Es kann jedoch zu einer Vakuumunterbrechung kom­ men, wenn die Wafer von der CVD-Vorrichtung zur PVD-Vorrichtung für Metallisa­ tionsprozesse transportiert werden.
Es hat sich herausgestellt, daß Aluminiumlegierungen schlecht in Ausnehmungen über TiN-Materialien fließen, wenn eine Oberflächenoxidation des TiN vorliegt. Eine nachfolgende PVD-TiN-Schicht, der ohne Vakuumunterbrechung die Ablage­ rung der Aluminiumlegierung folgt, ist eine wirksame Lösung, welche jedoch zu vermeiden ist, weil dies dazu führt, daß die nachfolgende Barriereschicht über die Öffnungen der Ausnehmungen überhängt, was ein Auffüllen der Ausnehmungen verhindert. Es hat sich gezeigt, daß ein Plasmaverfahren unter den nachfolgenden Bedingungen die Oberfläche des TiN ausreichend modifiziert, um eine gute Auf­ füllung durch die Aluminiumlegierungen zu erzielen.
H2/N2-Verhältnis: 1 : 2
Zeit: 2 Minuten
typischer Druck: 1100 Millitorr
Plasmaleistung: 300 Watt.
Dieses Verfahren führt zu:
Ausnehmungsdurchmesser 0,5 µm
Prozentanteil von augefüllten Ausnehmungen, wenn die Barriereschicht mit dem oben beschriebenen Plasmaverfahren behandelt ist 100%
ohne Plasmabehandlung 0%.
Dieses Verfahren ist wirksam, wurde jedoch bisher insbesondere für Ausnehmun­ gen mit kleinerem Durchmesser nicht optimiert und ist lediglich beispielhaft ange­ geben. Man nimmt an, daß eine entsprechende Änderung der Ionencharakteristik, des H2/N2-Verhältnisses, der Wasserstoffgasquelle (beispielsweise NH3), des Drucks, der Temperatur und anderer Parameter zu einer 100%-igen Auffüllung aller Ausnehmungen bis zu einer Größe von wenigstens 0,3 µm oder kleiner führt.
Eine erfolgreiche Verfahrensdurchführung wurde auch unter Verwendung folgen­ der Bedingungen erzielt:
Verhältnis von atomarem Wasserstoff zu Stickstoff: 3 : 1
Druck: < 100 Millitorr (beisp. 300-400 Millitorr)
angewandte Plasmaleistung < 500 W, 13,56 MHz (beisp. 1,2 kW)
Substrattemperatur: 400-550° C (beisp. 550°C)
In dem nachfolgenden Auffüllschritt wurde bei Ersetzen der N2/H2-Mischung durch NH3 ein Füllgrad von über 95% von 0,35 µm Kontakten beobachtet. Die oben in Klammern genannten Verfahrensbedingungen haben einen Füllgrad von 100% für 0,35 µm Kontakte erzielt.
Das oxidierte Titan an der Oberfläche wird unter Anwesenheit von atomarem Wasserstoff und atomarem Stickstoff zurücknitriert, wobei auch ein Gasgemisch oder ein einzelnes Gas verwendet werden kann, welches Stickstoff und Wasser­ stoff und ggf. andere Elemente enthält.
Die Rücknitirierung mittels einem Gemisch aus atomarem Wasserstoff und Stick­ stoff erfolgt vorzugsweise durch eine anfängliche Reduktion des Titanoxids durch den Wasserstoff und eine anschließende Reaktion des Titans mit dem Stickstoff.
Mit zunehmender Temperatur erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit dadurch, daß die Geschwindigkeit, mit welcher das Wassernebenprodukt des Reduktions­ prozesses die Substratoberfläche verläßt, erhöht wird und so mögliche Reduktio­ nen oder Reoxidierungen der Oberfläche verhindert sind.
TiN + 2H2O → TiO2 + 1/2N2 + 2H2.
Bei dieser Temperatur bestimmt der atomare Wasserstoff die Reaktion, da dieser Titan zur Reaktion mit dem Stickstoff zur Verfügung stellt. Daher steigt die Umset­ zungsrate von Titanoxid zu Nitrid in einer Stickstoff enthaltenden Umgebungsat­ mosphäre, wenn die Konzentration des atomaren Wasserstoffs erhöht wird.
Es kommt natürlicherweise ein Punkt, wo die Nitrierung des reduzierten Titanoxids der die Umsetzungsrate limitierende Faktor wird, weil es eine vorgegebene Anzahl von Gasmolekülen in jedem vorgegebenen Volumen bei konstanter Temperatur und Druck gibt.
Es gibt ein optimales Gemisch aus atomarem Wasserstoff und Stickstoff für dieses Verfahren, wenn es unterhalb einer Temperatur ausgeführt wird, bei der eine di­ rekte Reaktion von Titanoxid zu Titan-Nitrid unter Anwesenheit von atomarem Stickstoff möglich ist. Die Verwendung von Gasmolekülen, welche sowohl Was­ serstoff als auch Stickstoff enthalten, kann gegenüber einem Gemisch aus den beiden separaten Gasen bevorzugt sein, weil mehr Wasserstoff und Stickstoff­ atome in dem festen Gasvolumen vorhanden sind und mit der Substratoberfläche reagieren können. Beispielsweise ergibt sich eine Anzahl von Wasserstoffatomen und Stickstoffatomen bei vollständiger Dissoziation folgendermaßen:
N2 + H2 → 2N + 2H
NH3 + NH3 → 2N + 6H
Es ist ferner wohlbekannt, daß in einem Plasma ein Stickstoff enthaltendes Gas, wie beispielsweise Ammoniak, eine wesentlich bessere Quelle für atomaren Stick­ stoff sein kann als molekularer Stickstoff. Es wird ebenfalls angenommen, daß NH3 als Dampf stärker am Substrat "anhaftet" als Wasserstoff und Stickstoff, wel­ che von atomarem Stickstoff und Wasserstoff unter energetischem Beschuß frei­ gegeben werden und so die benötigten Oberflächenreaktionen unterstützen.
Es ist ein experimentelles Ergebnis, daß mit Steigerung der Konzentration von molekularem Stickstoff und Wasserstoffgas bis zu 10 : 1 die Nitrierungsrate steigt, obwohl diese Rate immer noch unterhalb derer liegt, welche bei Verwendung von Ammoniak mit einem Gehalt von atomarem Stickstoff zu atomarem Wasserstoff von 1 : 3 erzielt wird. Dies ist ein Problem, weil der von dem molekularen Stickstoff erzeugte atomare Stickstoff der die Umsetzungsrate limitierende Faktor ist.
Es wurde ebenfalls beobachtet, daß bei Erhöhung der Konzentration von moleku­ larem Stickstoff in Wasserstoff bis über einen vorbestimmten Punkt hinaus die Umsetzungsrate der Nitrierung vermindert wird, wobei an diesem Punkt immer noch nicht dieselbe Rate erreicht ist, wie sie sich bei einer Verbindung von Stick­ stoff und Wasserstoff, wie beispielsweise Ammoniak, ergibt. Eine mögliche Erklä­ rung ist, daß die Reduktion des Titanoxids nunmehr der limitierende Faktor ist. Möglicherweise wurde der molekulare Wasserstoff im molekularen Stickstoff der­ art verdünnt, daß bei der Bildung von atomarem Wasserstoff dieser physikalisch von der Reaktion mit der Substratoberfläche ausgeschlossen ist, weil er sich auf­ grund der Anwesenheit der großen Anzahl von unreagierten Stickstoffmolekülen nicht in genügenden engem Kontakt mit dieser befindet.
Zusätzlich zu dem vorbestimmten Zweck, zu dem die Nitrierung in dem oben be­ schriebenen Verfahren verwendet wird, nimmt man an, daß Nitrieren einer zuvor oxidierten Barriereschicht, beispielsweise TiN, beisp. in der oben beschriebenen Weise, die Barriereeigenschaften der Schicht weiter verbessert.
Ein weiterer überraschender Vorteil der Behandlung der Barriere liegt darin, daß der Wafer nicht so heiß vorgeheizt werden muß.
Das Anordnen eines Werkstückes in einem Vakuum oder einer anderen gasförmi­ gen Umgebung, wobei das Werkstück zuvor einer ersten Gasumgebung, beisp. der Atmosphäre, ausgesetzt war, führt dazu, daß das Werkstück "ausgast", weil Gas und Dampf die Oberfläche verlassen und in das Vakuum oder die neue Ga­ sumgebung übergehen.
Dieses Ausgasen ist insbesondere in Plasmaverfahren unerwünscht, weil diese in einem Teilvakuum mit einer Gasumgebung mit reduziertem Druck ausgeführt wer­ den, wobei die Gasumgebung derart ausgewählt ist, daß sie in einer bestimmten Weise reaktiv oder nichtreaktiv ist.
Je niedriger der Druck des Verfahrensschrittes ist, desto mehr potentiell schädlich ist das Ausgasen für das Verfahren, weil das Ausgasen zu einem größeren pro­ portionalen Anteil des enthaltenen Gesamtgases führt oder weil der niedrige Druck ohne erhöhte Vakuumpumpgeschwindigkeit nicht erreichbar ist oder weil eine hö­ here Pumpgeschwindigkeit und damit erhöhte Kosten notwendig sind.
Insbesondere Sputterverfahren werden unter Verwendung einer Edelgasumge­ bung bei niedrigem Druck, beispielsweise mit Argon, ausgeführt. Das Argongas wird in einer Durchflußentladung im wesentlichen durch Anwendung einer geeig­ neten negativen Spannung an einer Elektrode ionisiert, wodurch ein "Rohstoff" bzw. ein "Ausgangsmaterial" an Ionen zur Verfügung gestellt wird, welche unter dem Einfluß des negativen Potentials auf die Oberfläche der Elektrode treffen, auf der ein Target-Werkstoff angeordnet ist. Der Target-Werkstoff wird durch den Io­ nenbeschuß durch die Argonplasma-Atmosphäre hindurch und auf das Werkstück gesputtert, welches in geeigneter Weise nahebei angeordnet ist.
Argon wird deswegen verwendet, weil es ein kommerziell beliebtes Edelgas mit einer relativ hohen Ionenmasse ist.
Wenn jedoch irgendwelche potentiell reaktive Gase oder Dämpfe in der Argonum­ gebung vorhanden sind, werden auch diese durch die Glühentladung ionisiert so­ wie reaktiv und reagieren mit dem gesputterten Material, entweder auf der Target- Oberfläche, während des Fluges durch die Gasumgebung, oder auf anderen Oberflächen.
Wenn die vorgenannten Bedingungen absichtlich gewählt werden, ist dieses Ver­ fahren als "reaktives Sputtern" bekannt und wird zum Sputtern derartiger Materia­ lien, wie beispielsweise Titan-Nitrid, verwendet, wobei Stickstoff dem inerten Sputtering-Rohstoff zugegeben wird. Wenn dies jedoch in einer unkontrollierten Weise auftritt, werden unerwünschte Oxide, Nitride und andere Materialien durch die Anwesenheit von Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff und anderen Bestand­ teilen der Atmosphäre auf dem Werkstück durch Reaktion mit dem Target-Material abgelagert oder ausgebildet.
Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Aluminium und dessen Legierun­ gen unerwünscht, weil es den spezifischen Widerstand erhöht und weil ferner jed­ wede Einschlüsse von Sauerstoff in dem Aluminiumfilm die Flußeigenschaften des Aluminiums in die Löcher während der Anwendung von Druck verringern.
Daher ist für Sputter-Verfahren ein Ausgasen unerwünscht.
Die Hauptquelle der Ausgasung ist das Werkstück selbst, weil es vor dem Einfüh­ ren in die Prozeßkammer in der Atmosphäre oder einer anderen Gasumgebung, beispielsweise trockenem Stickstoff, angeordnet war. Ausgasen ist ein zeitrau­ bendes Verfahren, und jede Beschleunigung dieses Verfahrens ist wünschens­ wert. Wohlbekannte Wege zum Beschleunigen dieses Verfahrens sind Hitze und UV, wobei Hitze praktisch universell angewendet wird. Je größer die Hitze, desto schneller erfolgt das Ausgasen.
Wafer haben jedoch einen thermischen Haushalt, und dessen Verwendung beim Vorheizen kann in vorteilhafter Weise vermieden werden.
Es hat sich herausgestellt, daß Wafer, welche in der vorgenannten Art und Weise behandelt wurden, eine niedrigere Vorheiztemperatur benötigen, um dieselben Resultate beim Auffüllen von Löchern bzw. Ausnehmungen zu erzielen. Die bisher durchgeführten Experimente wenden ein Ammoniak-Plasma an.
Es ist bisher nicht genau bekannt, warum diese Resultate erzielt werden, aber es kann nicht einfach aus einer Plasma-"Konditionierung", einer Aufheizung oder ei­ nem energetischen Beschuß der Waferoberfläche resultieren, weil in all diesen Fällen die Wafer einem inerten Argonplasma als Teil des "Sputter-Ätz"-Verfahrens nach dem Vorheizen und vor dem Sputtern ausgesetzt werden. Das Ammoniak-Plasma­ verfahren erfolgt zusätzlich zum und vor dem Sputter-Ätz-Verfahren.
Experiment A
Zum Testen der Verfahrensgrenzen wurde eine große Kette von Gitternetzen ver­ wendet. Die Gitternetzabstände betrugen in der Breite 0,4 µm und in der Tiefe 1 µm. Die verschiedenen Teile des Experiments wurden auf engen Waferproben ausgeführt, welche auf thermischen Oxidträger-Wafern behandelt wurden. Die Proben wurden dann mittels des Gitternetzes unterteilt und in einem REM (Ra­ sterelektronenmikroskop, surface electron microscop, SEM) untersucht. Durch Zählen der Gesamtzahl von Löchern, welche komplett aufgefüllt waren und welche nicht aufgefüllt waren, wurde die Füllfähigkeit eines jeden Prozesses bestimmt. Im Durchschnitt wurden 80-100 Gitterübergänge pro Probe untersucht. Für jede Probe wurde der Füllprozentanteil errechnet.
Resultate und Schlußfolgerungen
Die Vorheiztemperatur kann von 550°C auf 350°C reduziert werden, wenn nach dem Ablagern von Ti/TiN ein Nitrierungsschritt eingefügt wird. Diese Temperatu­ ren sind die minimal benötigten zum Erreichen einer 100%-igen Lochfüllung ohne und mit dem Nitrierungsschritt. Die Zeichnung zeigt, wie die Füllfähigkeit mit stei­ gender Vorheiztemperatur steigt und wie der Nitrierungsprozeß in signifikanter Weise die Mindesttemperatur für eine komplette Füllung reduziert. Die niedrigere Vorheiztemperatur ist für die oben beschriebene Übergangsbehandlung bzw. Be­ handlung von Gitternetzabständen mehr geeignet. Die Reduzierung der Prozeß­ zeit von 4 Minuten Kontaktzeit auf 2 Minuten verbessert ebenfalls den Durchsatz und reduziert die Zeitspanne, während derer der Wafer einer hohen Temperatur ausgesetzt ist.
Vergleich der minimalen Verfahrenserfordernisse, welche für Ti Übergangsstrukturen erforderlich sind.

Claims (13)

1. Verfahren zum Auffüllen von Ausnehmungen in einer Oberflächenschicht eines Werkstückes mit leitendem Material, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ausbilden einer Barriereschicht auf der Oberfläche,
Ablagern einer Schicht aus leitendem Material auf der Barriereschicht, und
Zwingen, Fließen oder Driften des leitenden Materials in die Ausnehmun­ gen, wobei die Barriereschicht Sauerstoff umfaßt oder oxidiert ist und oxi­ diertes Material in der Oberfläche der Schicht vor dem Ablagern des leiten­ den Materials nitriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere­ schicht in einer ersten Vorrichtung ausgebildet und die leitende Schicht in einer zweiten Vorrichtung abgelagert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vor­ richtung eine Vorrichtung zum chemischen Aufdampfen (CVD) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung eine Vorrichtung zum physikalischen Aufdampfen (PVD) oder eine Vorrichtung zum galvanischen Behandeln ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Nitrierungsschritt mit einem Stickstoff enthaltenden Plas­ ma ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Barriereschicht vor oder gleichzeitig mit dem Nitrierungs­ schritt mit atomarem Wasserstoff in Kontakt gebracht wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Barriereschicht plasma- oder U.V.-erzeugtem atomarem Wasserstoff in der Anwesenheit von Stickstoff ausgesetzt wird, um jegliches oxidierte Material in der Barriereschicht zu nitrieren.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ hältnis von Wasserstoff zu Stickstoff zwischen 1 : 20 und 3 : 1 liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff in Form von NH3 zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das NH3 wenig­ stens einen Teil des nitrierenden Stickstoffs zuführt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberflächenschicht nach dem Ausbilden der Barriere­ schicht vorgeheizt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheiz­ temperatur des Wafers 350°C oder weniger beträgt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das leitende Material aus der Gruppe Aluminium, Alumini­ umlegierung, Kupfer oder Silber ausgewählt wird.
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