DE3034900A1 - Verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtung

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Description

303490Q
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Im einzelnen betrifft die Erfindung eine Verbesserung eines Verfahrens zur Ausbildung eines aluminiumhaltigen Films auf einem durch eine plasmaverstärkte, chemische Dampfabscheidung ausgebildeten Nitridfilm (Plasma-CVD-Nitridfilm).
Der für die vorliegende Erfindung relevante Stand der Technik wird anhand einer Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für einen Mehrschichten-Leiterbahnenfilm für einen hochintegrierten Schaltkreis (large scale integrated circuit, LSI) beschrieben. Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt, in dem lediglich die Leiterbahnenteile des herkömmlichen LSI nach Ausbildung eines Musters von einer Zweischichten-Leiterbahn dargestellt sind. In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Siliciumsubstrat (Si); 2 bezeichnet einen oxidierten Film (SiO2); J5 bezeichnet eine erste Schicht eines Aluminiumleiterbahnenfilms; 4 bezeichnet einen Plasma-CVD-Nitridfilm; 5 bezeichnet durch ein Durchgangsloch; und 6 bezeichnet eine zweite Schicht eines Aluminiumleiterbahnenfilms .
Nach Ausbildung der ersten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 3 wird der Plasma CVD-Nitridfilm 4 ausgebildet. Dann wird das Durchgangsloch 5 ausgebildet und danach die zweite Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 6 auf dem Plasma-CVD-Nitridfilm 4 und dem Durchgangsloch mittels einer Metallbedampfung oder dergl. ausgebildet. Bei einer derartigen Struktur ist die Möglichkeit für einen Ausfall groß, welcher durch einen Kurzschluß zwischen der ersten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 3 und der zweiten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 6 verursacht wird. Dieser Kurzschluß wird durch lokale Strukturdefekte, wie z.B. Nadellöcher (pin-holes), die in dem Plasma-CVD-Nitridfilm ausgebildet sind, verursacht. Eine
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andere Ursache eines Kurzschlusses zwischen den beiden Aluminiumleiterbahnenfilmen 3 und 6 kann dadurch auftreten, daß der Plasma-CVD-NitridfiIm 4 teilweise mit der zweiten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 6 reagiert, wie es in Fig. 1 durch A dargestellt ist. Diese Tatsache wurde anhand der folgenden Tests festgestellt.
Die erste Schicht des Aluminiumfilms 3 wird auf dem SiIiciumsubstrat 1 ausgebildet. Der Plasma-CVD-Nitridfilm 4 wird auf dem Aluminiumfilm 3 ausgebildet. Die zweite Schicht des Aluminiumfilms 6 wird auf dem Nitridfilm 4 ausgebildet. Auf diese Weise wird eine Probe hergestellt. Die Probe wird in einer Stickstoffatmosphäre bei 50O0C erhitzt. Die Veränderungen der Elementverteilung in der Probe in Richtung der Tiefe werden vor und nach der Hitzebehandlung bestimmt, und zwar mittels einer Auger-Elektronenspektroskopie .
Fig. 2 zeigt die Ergebnisse der Auger-Elektronenspektroskopie. Dabei ist die Tiefe (Abstand) von der Oberfläche der zweiten Schicht des Aluminiumfilms 6 auf der Abszisse aufgetragen und die Auger-Elektronenintensitäten sind als relative Gehalte der Elemente in der jeweiligen Tiefe auf der Ordinate aufgetragen. Die ausgezogene Linie zeigt die Verteilung vor der Hitzebehandlung und die gestrichelte Linie zeigt die Verteilung nach der Hitzebehandlung. In Fig. 2 entspricht das Bezugszeichen a Sauerstoff; b entspricht Aluminium in der zweiten Schicht des Aluminiumfilms 6; c entspricht Stickstoff in dem Plasma CVD-Nitridfilm 4; d entspricht Sauerstoff; e entspricht Aluminium in der ersten Schicht des Aluminiumfilms 3; b1 und e1 bezeichnen jeweils Veränderungen nach der Hitzebehandlung, welche den Kurven b und e entsprechen.
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Dieses Ergebnis verdeutlicht die Tatsache, daß durch die Hitzebehandlung das Aluminium in der zweiten Schicht des Aluminiumfilms 6 leicht in den Plasma-CVD-Nitridf ilm 4 eindiffundiert. Andererseits tritt bei der ersten Schicht des Aluminiumfilms 3 im wesentlichen keine Diffusion in den Plasma-CVD-Nitridfilm 4 ein. Als Grund für diese Tatsache wird angenommen, daß die Aluminiumoxidschicht, die sich auf natürliche Weise in der Oberflächenschicht der ersten Schicht des Aluminiumfilms 3 bildet, den Effekt der Verhinderung der Diffusion bewirkt. Diese Annahme stützt sich darauf, daß an der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht des Aluminiumfilms 3 und dem Plasma-CVD-Nitridfilm 4 ein Spitzenwert für Sauerstoff beobachtet wird. Nach Ausbildung der ersten Schicht des Aluminiumfilms 3 wird die Aluminiumschicht der Atmosphäre ausgesetzt, wobei das Aluminium mit Sauerstoff in der Atmosphäre unter Bildung einer Aluminiumoxidschicht reagiert. Andererseits wird die zweite Schicht des Aluminiumfilms 6 durch eine Vakuum-Metalldampfabscheidung ausgebildet, und zwar im Verlauf des Verfahrens. Daher wird an der Grenzfläche zwischen der zweiten Schicht und dem Plasma-CVD-Nitridfilm kein Sauerstoff einverleibt. Das ist der Grund dafür, daß die Diffusion erfolgt. Die Diffusionsschicht reicht bis an die erste Schicht des Aluminiumfilms 3 heran und verursacht den Kurzschluß.
Die vorliegende Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, und zwar insbesondere zur Herstellung eines Mehrschichten-Leiterbahnenfilms für LSI, zu schaffen, bei dem eine Fehlerquelle für Kurzschlüsse vermieden wird, welche durch Diffusion von Aluminium in einen Plasma-CVD-Nitridfilm verursacht werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Diffusion von Aluminium in den Plasma-CVD-Nitridfilm durch Ausbildung einer Aluminiumoxidschicht an einer Grenzfläche zwischen einem Aluminiumfilm und dem Plasma-CVD-Nitridfilm verhindert, indem man in der Oberflächenschicht des Plasma CVD-Nitridfilms vor Ausbildung des Aluminiumfilms auf demselben Sauerstoff absorbiert oder adsorbiert. Der Nitridfilm wird auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats mittels eines Plasma-chemische Dampfabscheidung-Verfahrens ausgebildet und anschließend wird auf der Oberfläche des Nitridfilms eine sauerstoffhaltige Schicht ausgebildet. Daraufhin wird der aluminiumhaltige Film auf der sauerstoff haltigen Schicht ausgebildet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht, in der nur ein Leiterbahnenteil der Zweischichten-Leiterbahn in dem herkömmlichen LSI nach Ausbildung eines Musters dargestellt ist;
Fig. 2 eine graphische Darstellung, in der Veränderungen der Verteilungen der Elemente in der Probe von Fig. 1 in Richtung der Tiefe dargestellt sind, und zwar vor und nach der Hitzebehandlung; und
Fig. 3a und 3b jeweils Querschnittsansichten bei Verfahrensstufen einer Herstellung der Zwei s chi chten-Leiterbahn der Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3a und b sind jeweils Querschnittsansichten. Darin sind Verfahrensstufen der Herstellung als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Plasma-CVD-Nitridfilm 4 wird auf der ersten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 3 mittels des herkömmlichen Verfahrens ausgebildet. Wie in Fig. 3a durch die Pfeile I angedeutet,
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werden O2-Ionen in die Oberflächenschicht des Plasma-CVD-Nitridfilms 4 zur Ausbildung der Ölhaltigen Schicht 7 dotiert. Wie in Fig. 3b gezeigt, wird in einem Teil des Plasma-CVD-Nitridfilms 4, umfassend die 02-haltige Schicht 7, mittels eines herkömmlichen Photogravierverfahrens ein Durchgangsloch 5 ausgebildet. Dadurch wird ein Teil der ersten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 3 freigelegt. Die zweite Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 6 wird auf der Op-haltigen Schicht 7 ausgebildet. Daher ist die Op-haltige Schicht 7 an der Grenzfläche zwischen der zweiten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 6 und dem Plasma-CVD-Nitridfilm 4 ausgebildet, wodurch sich auf natürliche Weise eine Aluminiumoxidschicht an dieser Grenzfläche bildet. Dadurch tritt der gleiche Effekt auf, wie bei der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 3 und dem Plasma-CVD-Nitridfilm Die Reaktion des Aluminiums in der zweiten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 6 mit dem Plasma-CVD-Nitridfilm 4 tritt nicht auf, und ein Kurzschluß der zweiten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 6 und der ersten Schicht des Aluminiumleiterbahnenfilms 3 wird verhindert.
Das Dotieren der O2-Ionen kann nach Ausbildung der Öffnung für das Durchgangsloch 5 in der Plasma-CVD-Nitridmembran 4 durchgeführt werden.
Vorstehend wurde die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Mehrschichten-Leiterbahnen der LSI erläutert. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf andere Halbleitervorrichtungen angewendet werden, die den Plasma-CVD-Nitridfilm aufweisen, auf dem ein elektrisch leitfähiger Film vom Aluminiumtyp ausgebildet wird. Auf diese Weise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren wirkungsvoll dazu, die Isolierung des Plasma-CVD-Nitridfilms gegenüber der tieferen Schicht aufrechtzuerhalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur auf den elektrisch leitfähigen Film angewendet werden, der aus Aluminium besteht, sondern auch auf andere Filme, die aus einer Aluminiumlegierung mit Silicium, Kupfer, Mangan oder Antimon bestehen, z.B. solche wie Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, Al-Mn oder Al-Sb. Es kann ein aluminiumhaltiger Film verwendet werden.
Das Ionen-Dotierungsverfahren kann zum Dotieren von Og in die Oberflächenschicht des Plasma-CVD-Nitridfilms angewendet werden. Es ist ebenfalls möglich, andere Verfahren, wie eine Hitzebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre; ein Verfahren des Eintauchens in ein Oxidationsmittel, wie Wasser und Wasserstoffperoxid,oder dergl. anzuwenden. Zur Ausbildung der sauerstoffhaltigen Schicht der Oberfläche des Plasma-CVD-Nitridfilms eignet sich jedes beliebige Verfahren, mittels dessen irgendeine Adsorption oder Absorption von Sauerstoff erreicht wird.
Gemäß der obigen Beschreibung wird erfindungsgemäß bei der Bildung des Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Films auf dem Plasma-CVD-Nitridfilm die sauerstoffhaltige Schicht auf der Oberfläche des Plasma-CVD-Nitridfilms ausgebildet, und zwar mittels einer Absorption oder Adsorption von 02· Dadurch bildet sich eine Aluminiumoxidschicht an der Grenzfläche zwischen dem Aluminiumfilm oder dem Aluminiumlegierungsfilm und dem Plasma-CVD-Nitridfilm aus und die Reaktion des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung mit dem Plasma-CVD-Nitridfilm wird verhindert. Auf diese Weise wird die Isolation des Substrats unter dem Plasma-CVD-Nitridfilm aufrechterhalten.
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Claims (7)

  1. 3034300
    1A-3343
    ME-506
    (F-1921)
    MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo, Japan
    Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
    Patentansprüche
    Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Verfahrensschritt der Ausbildung eines Nitridfilms auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats durch chemische Dampfabscheidung; eine Verfahrensstufe des Ausbildens einer sauerstoffhaltigen Schicht auf der Oberfläche des Nitridfilms; und eine Verfahrensstufe der Ausbildung eines aluminiumhaltigen Films auf der sauerstoffhaltigen Schicht umfaßt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Verfahrensstufe der Ausbildung einer elektrisch
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    leitenden Schicht auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats; eine Verfahrensstufe der Ausbildung eines Nitridfilms auf der elektrisch leitenden Schicht durch chemische Dampfabscheidung; eine Verfahrensstufe der Ausbildung einer sauerstoffhaltigen Schicht auf der Oberfläche des Nitridfilms; und eine Verfahrensstufe der Ausbildung eines aluminiumhaltigen Films auf der sauerstoff haltigen Schicht umfaßt.
  3. 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Verfahrensschritt der Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Schicht auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats; eine Verfahrensstufe der Ausbildung eines Nitridfilms auf der elektrisch leitfähigen Schicht durch eine chemische Dampfabscheidung; eine Verfahrensstufe der Ausbildung einer sauerstoffhaltigen Schicht auf der Oberfläche des Nitridfilms; eine Verfahrensstufe des Freilegens eines Teils des elektrisch leitfähigen Films im Bereich des Nitridfilms und der sauerstoffhaltigen Schicht; und einen Verfahrensschritt des Ausbildens eines aluminiumhaltigen Films auf der restlichen, sauerstoffhaltigen Schicht und dem freigelegten, elektrisch leitfähigen Film umfaßt.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Film ein erster Leiterbahnfilm ist und der aluminiumhaltige Film ein zweiter Leiterbahnfilm ist.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Film ein aluminiumhaltiger Film ist.
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  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aluminiumhaltige Film aus Aluminium besteht.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche Ibis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der sauerstoffhaltige Film durch Dotieren von Sauerstoffionen gebildet wird.
    130015/0840
DE3034900A 1979-09-17 1980-09-16 Verfahren zur Herstellung einer aluminiumhaltigen Leiterschicht Expired DE3034900C2 (de)

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