DE3873903T2 - Verfahren, um eine elektrische verbindung auf einer silizium-halbleitervorrichtung herzustellen. - Google Patents
Verfahren, um eine elektrische verbindung auf einer silizium-halbleitervorrichtung herzustellen.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsstruktur auf einer Halbleiteranordnung mit einem Siliziumsubstrat, wobei dieses Verfahren insbesondere die nachfolgenden Verfahrensschritte aufweist:
- - das Herstellen von Kontaktzonen auf der Oberfläche der Anordnung,
- - das Bilden von Kontaktinseln mit mindestens einer die Kontaktzonen bedeckenden Silicidschicht eines hochschmelzenden Metalls, wie Titan oder Kobalt,
- - das Bilden einer Isolierschicht auf dem Gebilde, in der Kontaktöffnungen vorgesehen sind, in denen mindestens Teile der Oberfläche der genannten Kontaktinseln freigelegt sind,
- - das Verwirklichen einer metallischen Konfiguration gegenseitiger Verbindungen, indem zunächst die Kontaktöffnungen durch lokalisierte Elemente eines hochschmelzenden Metalls, wie Wolfram oder Molybdän, mindestens teilweise gefüllt werden, wonach das Ganze mit einer metallischen Schicht bedeckt wird, die danach in eine bestimmte Konfiguration geschnitten wird, wobei Teile dieser metallischen Konfiguration die Kontaktöffnungen bedecken und mit den genannten lokalisierten Elementen in elektrischem Kontakt sind.
- Zur Zeit werden Halbleiteranordnungen und insbesondere Integrierte Schaltungen hergestellt durch Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung als Material für die Kontaktverbindung mit der Siliziumoberfläche und zum Herstellen der Verbindungsstrukturen. Gleichzeitig gibt es eine konstante Neigung der Technik, die Verwickeltheit der integrierten Funktionen und ihre Funktionsgeschwindigkeit zu steigern, was dazu führt, daß die zusammenstellenden Elemente dieser Funktionen immer kleiner bemessen werden.
- In diesem Sinne wurde gefunden, daß Aluminium bestimmte Beschränkungen im Gebrauch bei bestimmten Herstellungsverfahren für Schaltungsanordnungen mit sehr hoher Integrationsdichte aufwies, wenigstens in bezug auf die Kontaktierung der dotierten Halbleiterzonen des Halbleiters mit einer sehr geringen Tiefe und mit reduzierten lateralen Abmessungen.
- Aus diesem Grund wird bei Größtbereichintegration eine Kontaktierungstechnik bevorzugt, wobei ein Silicid eines hochschmelzenden Metalls, beispielsweise Titansilicid, als Material zur Kontaktierung mit der Oberfläche des Halbleiters benutzt wird, insbesondere wegen der Tatsache, daß diese Technik die Herstellung gegenüber den Kontaktzonen auf der Oberfläche der Anordnungen und, im Falle von MOS- Transistoren gewünschtenfalls auch gegenüber den Gates aus polykristallinem Silizium selbstausrichtender Kontaktinseln ermöglicht.
- In bezug auf die Herstellung von Verbindungsstrukturen mit einem Pegel höher als der erste Pegel werden ständig Forschungen angestellt, um zu bestimmen, welche die geeignetsten Techniken sind, insbesondere in bezug auf die Herstellung elektrischer (vertikaler) Verbindungen zwischen den jeweiligen Verbindungspegeln, seien Abmessungen in der Größenordnung von 1 um im Durchmesser oder weniger liegen. Eine solche Verringerung der Abmessungen ist im wesentlichen erwünscht zum Erzielen der angestrebten Höchstintegrationsdichten. In dieser Hinsicht bietet sich eine große Schwierigkeit wegen der Tatsache, daß die Kontaktöffnungen in der isolierenden Trennschicht gegenüber ihrem Durchmesser relativ tief sind (Tiefe: Durchmesser- Verhältnis etwa gleich 1 oder sogar mehr) und daß die herkömmlichen Metallisierungstechniken zum auf befriedigende Art und Weise Füllen der Kontaktöffnungen mit einer derartigen Geometrie nicht länger angewandt werden können.
- Unter den angestrebten Verfahren zum Auflösen dieses Problems wurde vorgeschlagen, die metallische Verbindungsstruktur in zwei Verfahrensschritten durchzuführen, wobei in dem ersten Schritt die Kontaktöffnungen wenigstens im wesentlichen mit örtlich begrenzten Elementen eines hochschmelzenden Metalls, Wolfram oder Molybdän, gefüllt werden, wobei diese Elemente beispielsweise durch selektives Anwachsen oder durch einen einheitlich bedeckenden Niederschlag mit einer nachfolgenden teilweisen Ätzbehandlung erhalten werden, und wobei in dem zweiten Schritt die Struktur einfach mit einer Metallschicht bedeckt wird, aus der die gewünschte Konfiguration ausgeschnitten wird.
- Testergebnisse in bezug auf verschiedene Kontaktierungsverfahren und insbesondere in bezug auf die Anwendung des Verfahrens der eingangs beschrieben Art sind erschienen in einem Artikel mit dem Titel: "The contact properties to TiSi&sub2; and the adhesion within sub-micron contact holes of etched-back CVDW/adhesion layer films" von R.C. Ellwanger, J.E. Schmitz, R.A. Wolters und A.J. van Dijk, "Proceedings of the workshop on tungsten and other refractory metals for VLSI applications", II, 1986.
- Bei dem betreffenden Verfahren ist der Vorgang, der aus der Verwirklichung von Kontaktöffnungen in der isolierenden Schicht besteht, ziemlich kritisch.
- Im wesentlichen wird die Ätzsperre auf dem Boden der Öffnungen durch die Silicidschicht gebildet, deren Ätzselektivität gegenüber dem Oxid der Isolierschicht nicht sehr hoch ist. Es gibt also eine Gefahr, daß die Silicidschicht beim Ätzen der Kontaktöffnungen beschädigt wird.
- Die vorliegende Erfindung hat nun insbesondere zur Aufgabe, diese Schwierigkeit zu vermeiden und ein Verfahren zu schaffen, bei dem der Vorgang zum Ätzen der Kontaktöffnungen weniger kritisch ist und die Vollständigkeit der Silicidschicht in Kontakt mit dem Halbleitermaterial beibehält.
- Dazu weist ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsstruktur auf einer Halbleiteranordnung mit einem Siliziumsubstrat, wobei dieses Verfahren insbesondere die nachfolgenden Verfahrensschritte aufweist:
- - das Herstellen von Kontaktzonen auf der Oberfläche der Anordnung,
- - das Bilden von Kontaktinseln mit mindestens einer die Kontaktzonen bedeckenden Silicidschicht eines hochschmelzenden Metalls, wie Titan oder Kobalt,
- - das Bilden einer Isolierschicht auf dem Gebilde, in der Kontaktöffnungen vorgesehen sind, in denen mindestens Teile der Oberfläche der genannten Kontaktinseln freigelegt sind,
- - das Verwirklichen einer metallischen Konfiguration gegenseitiger Verbindungen, indem zunächst die Kontaktöffnungen durch lokalisierte Elemente eines hochschmelzenden Metalls, wie Wolfram oder Molybdän, mindestens teilweise gefüllt werden, wonach das Ganze mit einer metallischen Schicht bedeckt wird, die danach in eine bestimmte Konfiguration geschnitten wird, wobei Teile dieser metallischen Konfiguration die Kontaktöffnungen bedecken und mit den genannten lokalisierten Elementen in elektrischem Kontakt sind, das Kennzeichen auf, daß vor dem Freilegen der Isolierschicht diese Kontaktinseln durch eine auf den genannten Inseln vorhandene komplementäre Metallschicht bedeckt werden, die durch selektives Anwachsen von Wolfram oder Molybdän erhalten worden ist.
- Also, beim Ätzen der Kontaktöffnungen in der Isolierschicht wird die zu erhaltene Ätztiefe durch die komplementäre Isolierschicht begrenzt. Die Ätzselektivität des Isoliermaterials - beispielsweise Siliziumdioxid - gegenüber Wolfram oder Molybdän ist ausgezeichnet, so daß das Ätzen fortgesetzt werden kann, ohne Gefahr vor einem wesentlichen Angriff der komplementären Metallschicht am Boden dieser Öffnungen. Dieses Verfahren ermöglicht es, auf äußert zuverlässige Weise Kontaktöffnungen anzubringen, die auf demselben Substrat verschiedene Tiefenbegrenzungen haben, was sich ergibt aus einer sog. Isolierschichtplanierung.
- Da andererseits die komplementäre Metallschicht unmittelbar in lokalisierter Form erhalten wird, erübrigt sich die Verwendung einer speziellen Ätzmaske. Es sei ebenfalls bemerkt, daß die genannte komplementäre Metallschicht eine Rolle spielt, die keine strenge Kontrolle der Dicke erfordert.
- Zum Schluß hat die durch die Zusammenarbeit der komplementären Metallschicht und der lokalisierten Elemente aus hochschmelzendem Metall gebildete Struktur wegen ihrer Form einen höheren mechanischen Widerstand gegen Belastungen, und insbesondere gegen thermische Belastungen.
- In der Praxis wird die Dicke der komplementären Metallschicht zwischen 20 und 150 nm und vorzugsweise zwischen 50 und 100 nm gewählt.
- In einer ersten speziellen Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren das Kennzeichen auf, daß wenn Titan als hochschmelzendes Metall zur Bildung der genannten Silicidschicht gewählt worden ist, auf der Oberfläche desselben eine Titannitridschicht gebildet wird, die als Basis zum selektiven Anwachsen der komplementären Metallschicht benutzt wird.
- Diese Titannitridschicht wird vorzugsweise durch eine Umwandlungsbehandlung der Oberfläche der Titannitridschicht bei einer Temperatur zwischen 700 und 1000ºC in einer Stickstoffatmosphäre gebildet. Auf diese Weise wird durch eine thermische Behandlung, die gleichzeitig zum Sintern der Titansilicidschicht dient, eine Basis zum Anwachsen der komplementären Metallschicht gebildet.
- Nach dieser Ausführungsform wird die komplementäre Metallschicht vorzugsweise durch das Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase bei reduziertem Druck zwischen 0,05 und 2 Torr (6,6 bis 266 Pa) durchgeführt, wobei die Reduktion durch Wasserstoffverbindung des Wolframhexafluorids (oder des Molybdänfluorids) angewandt wird, bei einer Temperatur zwischen 300 und 500ºC und mit einem Gasflußratenverhältnis von Hexafluorid: Wasserstoff zwischen 1 : 1000 und 1 : 5.
- In einer zweiten speziellen Ausführungsform der Erfindung ist der Schutz der Titansilicidschicht durch eine Titannitridschicht vor dem Niederschlag der komplementären Metallschicht nicht mehr notwendig.
- Dies wird gekennzeichnet durch die Tatsache, daß bei dem obengenannten chemischen Reaktionsverfahren aus der Dampfphase (LPCVD) außerdem ein Silanfluß (SiH&sub2;) eingeführt wird, dessen Wert gegenüber der Flußrate des Wolramhexafluorids (oder des Molybdänhexafluorids) zwischen 1 : 5 und 3 : 1 liegt.
- Die nachfolgende Beschreibung in bezug auf die beiliegende Zeichnung, auf die sich die Erfindung aber nicht beschränkt, soll deutlich machen, wie die Erfindung verwirklicht werden kann.
- Fig. 1 ist ein schematischer und teilweiser Schnitt durch eine Verbindungsstruktur einer integrierten Schaltung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden kann.
- Fig. 2 bis 6 teilweise Schnitte und Ansichten verschiedener Stufen in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden der elektrischen Kontakte auf einer Halbleiteranordnung.
- Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Verbindungsstruktur mit der Verbindung elektrischer Kontakte in einer integrierten Schaltung aus Silizium mit MOS Transistoren. Ein Substrat 10 eines ersten Leitungstyps trägt an der Oberfläche dotierte Source- und Drain-Gebiete 11, 12 eines zweiten dem ersten entgegengesetzten Leitungstyps. Diese dotierte Gebiete 11 und 12 haben einen durch eine örtliche Feldoxidschicht 13 begrenzten Umfang und sind durch einen schmalen Kanal 14 voneinander getrennt, wobei dieser Kanal durch ein Steuer-Gate 15 aus hochdotiertem polykristallinem Silizium überbrückt ist. Das Gate 15 ist gegenüber dem Halbleitermaterial des Kanals 14 durch eine Gate-Oxidschicht 16 isoliert.
- Teile der polykristallinen Siliziumschicht, die zum Bilden des Gates 15 wirksam waren, können über dem Feldoxid 13 zum Bilden bestimmter elektrischer Verbindungen bleiben; dies ist der Fall bei dem durch 17 bezeichneten Verbindungsstreifen. Während der Bildung sind auf der Oberfläche der Anordnung Kontaktzonen hergestellt, die den Hauptteil der Oberfläche der dotierten Gebiete 11 und 12 sowie der Oberfläche der Gates 15 und der Verbindungsstreifen 17 frei legen. Danach sind Kontaktinseln 20a bis 20d gebildet, die mindestens eine Silicidschicht eines hochschmelzenden Metalls, wie Titan oder Kobalt, aufweisen und die durch Selbstausrichtung gegenüber den Kontaktzonen mittels einer dem Fachmann bekannten Technik erhalten worden sind.
- Eine Isolierschicht 22 hat Kontaktöffnungen 23, 24, 25, deren Böden an bestimmten Kontaktinseln 20a, 20b, 20d münden.
- Zum Schluß vervollständigt eine Verbindungsstruktur die Struktur der dargestellten Anordnung, wobei diese Struktur einerseits die örtlichen Elemente 26 aus Wolfram oder Molybdän aufweist, die mindestens teilweise die Kontaktöffnungen 23, 24, 25 füllen, und andererseits Teile 27, 28 einer Metallschicht vom sog. zweiten Pegel, die beispielsweise aus Aluminium hergestellt und in einem bestimmten Muster geschnitten ist und die örtlichen Elemente 26 bedeckt, so daß die gewünschten elektrischen Verbindungen mit den Kontaktinseln 20a, 20b, 20b hergestellt werden.
- Wie untenstehend noch beschrieben wird, hat das erfindungsgemäße Verfahren die Aufgabe, eine Verbindungsstruktur zu schaffen, insbesondere von dem Typ wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, wobei vor der Bildung der Isolierschicht 22 die Kontaktinseln 20a, 20b, 20c, 20d durch eine vollständige Metallschicht bedeckt werden, die durch selektives Anwachsen von Wolfram oder Molybdän erhalten worden ist, und sich deswegen auf den genannten Inseln befindet.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Fig. 2 bis 6 beschrieben. Es sei bemerkt, daß die in diesen Figuren dargestellte Ausführungsform als äußerst allgemein betrachtet werden muß und jede Art von Kontaktverbindung auf einer Halbleiteranordnung bezeichnet, ob es sich um einen Kontakt mit dem Substrat oder mit einem auf dem Substrat vorgesehenen dotierten Gebiet oder aber mit einer Schicht aus einem polykristallinen Material handelt. Fig. 2 zeigt auf schematische Weise und in vereinfachter Form eine Kontaktinsel 20 in einer auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats 10 durch eine dielektrische Schicht 19 begrenzten Kontaktzone 18.
- Die Kontaktinsel 20 wird auf selbstausrichtende Weise mit der Kontaktzone 18 dadurch erhalten, daß eine Schicht aus einem hochschmelzenden Metall, wie Titan, über die ganze Struktur niedergeschlagen wird, wonach eine geeignete thermische Behandlung folgt, damit die Titanschicht reagiert mit denjenigen Silizium- Oberflächenteilen, die nicht von der dielektrischen Schicht 19 bedeckt sind und damit in den Gebieten der Kontaktzonen 18 Titansilicid gebildet wird, und zum Schluß dadurch, daß durch selektives Ätzen der restliche, nicht reagierte Teil der Titanschicht entfernt wird. Es ist bekannt und in dieser Phase des Verfahrens praktisch notwendig, daß zum Stabilisieren der Zusammensetzung der Titansilicidschicht in Kontakt mit dem Material der Kontaktzone eine zweite thermische Behandlung durchgeführt wird, die vorzugsweise in einer Stickstoffatmosphäre erfolgt. Aus diesem Grund besteht die Kontaktinsel 20 letzten Endes aus einer Titansilicidschicht 201, auf der eine dünne Titannitridschicht 202 angebracht wird, die während der genannten Behandlung durch den Stickstoffeinfluß auf das Titansilicid erhalten worden ist.
- Als Beispiel gilt, daß eine Behandlung während 10 Sekunden bei 850ºC in Stickstoffatmosphäre zu der Bildung einer Titannitridschicht 202 mit einer Dicke von 6 bis 8 nm auf der Oberfläche einer Titansilicidschicht 201 mit einer Dicke in der Größenordnung von 20 nm führt.
- Danach erfolgt ein selektives Anwachsen von Wolfram, damit die Kontaktinseln 20 durch eine relativ dünne komplementäre Metallschicht bedeckt werden.
- Während dieses Vorgangs ist die Titannitridschicht 202 als Keimbildungsbasis zum Anwachsen von Wolfram wirksam, während die dielektrische Schicht 19 dieses Wachsen verhindert. Folglich befindet sich die komplementäre Metallschicht 30 auf den Kontaktinseln 20, wie in Fig. 3 dargestellt, ohne daß ein Photomaskierungsvorgang notwendig ist. Das Verfahren des selektiven Anwachsens ist an sich bekannt. Dabei wird vorzugsweise das Verfahren der Abscheidung aus der Dampfphase unter Anwendung der chemischen Reaktion der Reduktion von Wolframfluorid (WF&sub6;) durch Wasserstoff (H&sub2;) bei einer Temperatur zwischen 300ºC und 500ºC und bei einem reduzierten Druck in der Größenordnung von 6,6 bis 266 Pa (0,05 bis 2 Torr) angewandt. Die Gasflußrate von WF&sub6; und H&sub2;, eingeführt während der Reaktion ist derart gewählt worden, daß das Verhältnis zwischen 1 : 1000 und 1 : 5 liegt.
- Die komplementäre Metallschicht 30 kann gewünschtenfalls weiterhin gebildet werden, und zwar durch selektives Anwachsen von Molybdän unter Betriebsverhältnissen, die denen für Wolfram sehr nahe liegen. Während der betreffenden Reaktion der Reduktion von Wolframhexafluorid oder Molybdänhaxafluorid durch Wasserstoff würde die Titansilicidschicht 201 angegriffen werden, wenn sie nicht durch eine Titannitridschicht 202 geschützt würde. Aber dieser Schutz ist nicht länger mehr notwendig und in einer Abwandlung des Verfahrens der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase, nach dem die Reduktion von Hexafluorid durch die Einführung eines Silanflusses (SiH&sub4;) mit einem gegenüber der Flußrate von Hexafluorid ausreichend niedrigen Wert, damit die Selektivität des Anwachsens beibehalten wird, in die Reaktionsgase vervollständigt wird, könnte man auf die Titannitridschicht 202 verzichten.
- Wenn das Verhältnis der Silan-Flußrate zu der Hexafluorid-Flußrate im Bereich von 1 : 5 bis 3 : 1 gewählt wird, wobei ein Verhältnis in der Größenordnung van 1 : 1 besonders günstig ist, wird die Selektivität des Niederschlags auf befriedigende Weise beibehalten; der Angriff durch das Titansilicid (oder das Silizium) wird vermieden, während der Einschluß von Silizium in dem niedergeschlagenen Metall so gering bleibt, daß er nur schwer meßbar ist und in der Praxis als Null betrachtet werden kann.
- Obschon in Wirklichkeit die Dicke der komplementären Metallschicht 30 nicht äußerst kritisch ist, wird diese Dicke im allgemeinen zwischen 20 und 150 nm, vorzugsweise zwischen 50 und 100 nm gewählt.
- Über einer Dicke von 150 nm wird an der Oberfläche der Anordnung ein unerwünschtes Relief der Topographie eingeführt, wodurch die Dauer des Ätzvorgangs unnötig verlängert wird. Unterhalb einer Dicke von 20 nm erfüllt die komplementäre Metallschicht 30 nicht länger mehr völlig ihre Aufgabe als Ätzsperre und kann Unregelmäßigkeiten aufweisen, was aus der Anfangsphase des Wachstums hervorgeht.
- Wie in Fig. 4 dargestellt, wird danach auf der ganzen Struktur eine Isolierschicht 32 aus beispielsweise Siliziumdioxid gebildet, und zwar durch Anwendung jedes geeigneten Verfahrens, beispielsweise des Verfahrens der Abscheidung aus der Dampfphase unter Anwendung des Oxidation einer Siliziumverbindung.
- Es kann vorteilhaft sein in dieser Phase des Prozesses die Isolierschicht 32 einem sog. Planiervorgang auszusetzen, mit dem beabsichtigt wird, die Außenfläche nahezu flach zu halten, während die genannte Isolierschicht auf einer Struktur mit einem ausgeprägten Relief liegt.
- Mittels einer Photomaskierung werden in die Isolierschicht 32 vorzugsweise unter Anwendung einer sog. Ionenätztechnik Kontaktöffnungen 33 geätzt, wodurch Öffnungen äußerst geringer Abmessungen mit nahezu vertikalen Wänden vorgesehen werden können. Das Gebiet der Kontaktöffnungen 33 ist derart, daß diese Öffnungen einen Oberflächenteil der die Kontaktinseln bedeckenden komplementären Metallschicht 30 freilegen. Für die Ionenätzbehandlung der Isolierschicht 32 wird vorzugsweise das ionisierte Gasgemisch CF&sub4; + O&sub2; als chemisches Angriffsmedium verwendet.
- In diesem Prozeß übersteigt die Ätzselektivität von Siliziumoxid gegenüber Wolfram oder Molybdän ein Verhältnis von 30 : 1, so daß die komplementäre Metallschicht 30 eine äußerst effektive Ätzsperre bildet.
- In dem bisher bekannten Verfahren wird die Ätzbehandlung der Isolierschicht 32 auf einer durch eine doppelte Titannitrid - Titansilicidschicht gebildete Kontaktinsel beendet. Die Ätzselektivität von Siliziumoxid gegenüber der dieser Materialien hat nur ein Verhältnis von etwa 10 : 1. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es deswegen- den Ätzvorgang der Kontaktöffnungen 33 zu beenden ohne die Gefahr vor einer zu aßen Unterätzung und einer Degeneration des Titansilicids. Dieser Vorteil ist von besonderer Bedeutung wenn auf demselben Substrat Kontaktöffnungen unterschiedlicher Tiefen gleichzeitig geätzt werden müssen, wie dies in Fig. 1 für die Kontaktöffnungen 23 und 25 dargestellt ist. Die Photoresistmaske, die zum Definieren der (in der Figur nicht dargestellten) Kontaktöffnungen 33 benutzt wurde, wird entfernt, beispielsweise mit Hilfe eines Sauerstoff-Plasmaätzvorgangs.
- Die Struktur in der in Fig. 4 dargestellten Phase wird danach einem komplementären Reinigungsvorgang ausgesetzt, wobei die Oberfläche gereinigt wird unter Verwendung der in dieser Technik üblichen chemischen Bäder, wie beispielsweise Eintauchen in Salpetersäure und danach in verdünnte Fluorwasserstoffsäure mit einem nachfolgenden vorsichtigen Spülvorgang in entionisiertem Wasser und einem folgenden Trockenschleudervorgang.
- Der nachfolgende Vorgang beabsichtigt, die Kontaktöffnungen 33 wenigstens zu einem wesentlichen Teil ihres Volumens durch lokalisierte Elemente eines hochschmelzenden Metalls, wie Wolfram oder Molybdän.
- Lokalisierte Elemente 26, wie diese in Fig. 5 dargestellt sind, lassen sich erhalten durch eine Verfahren zum selektiven Anwachsen von Wolfram oder Molybdän unter Betriebsverhältnissen, die denen zum Bilden der komplementären Metallschicht 30 nahezu entsprechen.
- Zum Bilden der komplementären Metallschicht 30 und der lokalisierten Elemente 26 wird vorzugsweise dasselbe Metall, beispielsweise Wolfram, benutzt, insbesondere aus Gründen geringer Material- und Kostenaufwand.
- Dies ist aber nicht unbedingt notwendig und die komplementäre Metallschicht 30 könnte auch aus Molybdän hergestellt werden und man könnte dann lokalisierte Elemente 26 von Wolfram anwachsen lassen oder gewünschtenfalls umgekehrt, je nach den spezifischen Umständen. Auf allen Fällen ist die Metallfläche der komplementären Schicht 30, die durch die Kontaktöffnungen 33 freigelegt worden ist, als Keimbildungsbasis zum selektiven Anwachsen der lokalisierten Elemente 26 wirksam, während das Anwachsen auf der freien Fläche 34 der Isolierschicht 32 nicht stattfindet.
- In einem typischen Anwendungsbereich von Großschaltkreisen haben die Kontaktöffnungen 33 einen Durchmesser von 0,8 um und eine Tiefe zwischen 0,5 und 0,9 um je nach der Lage der genannten Öffnungen.
- Die Anwachsdauer wird derart bestimmt, daß die Kontaktöffnungen mit der geringsten Tiefe übermäßig gefüllt werden und lokalisierte Elemente 26 aufweisen, deren oberer Pegel einen gewissen Auswuchs bildet, der einigermaßen über den Pegel der benachbarten Isolierschicht hinausragt und seitlich sich verbreitert, aber ohne daß dies die Wirkung der Anordnung beeinträchtigt.
- Die Situation einer übermäßig gefüllten Kontaktöffnung ist in Fig. 1 für die Kontaktöffnung 25 dargestellt. Andererseits werden die tiefsten Kontaktöffnungen während desselben Niederschlagvorgangs nicht vollständig durch lokalisierte Elemente 26 gefüllt, wie dies in Fig. 1 für die Kontaktöffnungen 23 und 24 dargestellt ist.
- Dies bedeutet nicht einen großen Nachteil, weil der nicht gefüllte Teil einer derartigen Kontaktöffnungen ein Tiefe-Durchmesserverhältnis hat, das nun viel niedriger ist als 1, wodurch das nachfolgende Füllen mit Hilfe herkömmlicher Metallisierungsverfahren auf einfache Weise durchgeführt werden kann.
- Die Bildung lokalisierter Elemente 26 wird unmittelbar und auf wirtschaftliche Weise durch das oben genannte Verfahren des selektiven Anwachsens erhalten. Aber, dies ist für die Erfindung nicht wesentlich, die im wesentlichen basiert auf der Bedeckung der Kontaktinseln durch eine komplementäre Schicht 30 aus Wolfram oder Molybdän.
- Die lokalisierten Elemente 26 können ebenfalls indirekt erhalten werden, beispielsweise durch einen Prozeß, der untenstehend anhand der Fig. 5B und 5C näher beschrieben wird.
- Wie in Fig. 5B dargestellt, wird über die ganze Oberfläche, einschließlich der Innenfläche der Kontaktöffnungen 33 eine Klebschicht 40 vorgesehen, die gegenüber den Abmessungen der Kontaktöffnungen dünn ist, beispielsweise 100 nm, bestehend aus einer Titan-Wolframlegierung (10 Gew.% Ti, 90 Gew.% W).
- Dabei ist es wichtig, ein Niederschlagverfahren anzuwenden, wie z. B. das Kathodenzerstäubungsverfahren, durch das gewährleistet ist, daß eine einheitliche Bedeckung der Oberfläche erhalten wird, unabhängig von dem Relief, deren Dicke nahezu konstant ist, sogar innerhalb der Kontaktöffnungen.
- Danach wird eine Füllschicht 41 aus Wolfram auf der Klebschicht 40 zum Wachsen gebracht, dies ebenfalls unter Anwendung eines Niederschlagverfahrens mit den Eigenschaften einer einheitlichen Bedeckung, wie des Verfahrens der Abscheidung aus der Dampfphase bei reduziertem Druck. Die Dicke der Füllschicht 41 ist in diesem Fall derart gewählt worden, daß diese Schicht die Kontaktöffnungen völlig füllt, d. h. daß die Dicke einen Wert hat, der der Hälfte des Durchmessers der genannten Öffnungen wenigstens entspricht.
- Die Klebschicht und die Füllschicht werden danach von der Oberfläche der Isolierschicht 32 entfernt, damit nur diejenigen Teile dieser Schichten, die innerhalb der Kontaktöffnungen 33 liegen und folglich lokalisierte Metallelemente 26 bilden, übrigbleiben, wie dies in Fig. 5C dargestellt ist. Dieser Vorgang kann durch Ätzung in einem SF&sub6;-Plasma durchgeführt werden, das den Wolfram und die Titan-Wolframlegierung schneller angreift als das Siliziumoxid.
- Das lokalisierte Element 26 bildet einen Teil einer metallischen Verbindungsstruktur. Wie in Fig. 6 dargestellt, wird der andere komplementäre Teil durch Bedeckung der Oberfläche 34 der Anordnung mit einer Metallschicht 35 gebildet, deren Teile anders als die der gewünschten Konfiguration durch selektives Ätzen entfernt, das beispielsweise mittels einer Photoresistmaske lokalisiert wird.
- Die Oberfläche 34, auf der sich die Metallschicht 35 befindet, ist vorzugsweise flach geblieben, so daß diese Metallschicht 35 auf einfache Weise durch übliche Techniken erhalten werden kann. Es sind viele Metalle geeignet zum Durchführen dieses Vorgangs und die Wahl wird bestimmt durch die Anforderungen der mechanischen Adhäsion zu der Oberfläche der isolierenden Schicht 32 und durch das Bestreben eine minimale elektrische Leitfähigkeit und einen hohen Widerstand zu dem Phänomen der Elektromigration zu erzielen. So ist beispielsweise eine Aluminiumschicht oder eine Schicht aus einer Aluminium-Kupferlegierung mit einer Dicke von 0,8 bis 2 um besonders geeignet. Selbstverständlich bedecken Teile der Metallschicht 35 die Kontaktöffnungen 33, damit gewährleistet wird, daß darin die elektrische Verbindung mit den lokalisierten Elementen 26 hergestellt wird.
- Obschon in den Figuren nicht dargestellt, kann die Anordnung gewünschtenfalls und als Funktion der Komplexität durch mindestens eine zusätzliche auf einem höheren Pegel gebildete metallische Verbindungsstruktur vervollständigt werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich nicht auf die Herstellung einer Verbindungsstruktur auf einer integrierten Schaltung mit MOS- Transistoren. Es dient im allgemeinen zum Bilden der Kontaktverbindungen bei jeder beliebigen Halbleiteranordnung mit einem Siliziumsubstrat und vorzugsweise wenn Kontaktzonen äußerst geringer Abmessungen benutzt werden sollen und wenn Kontaktinseln aus einem Silicid eines hochschmelzenden Metalls darauf angebracht werden sollen, die zu den genannten Kontaktzonen selbstausrichtend sind.
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindungsstruktur auf
einer Halbleiteranordnung mit einem Siliziumsubstrat, wobei dieses Verfahren
insbesondere die nachfolgenden Verfahrensschritte aufweist:
- das Herstellen von Kontaktzonen auf der Oberfläche der Anordnung,
- das Bilden von Kontaktinseln mit mindestens einer die Kontaktzonen bedeckenden
Silicidschicht eines hochschmelzenden Metalls, wie Titan oder Kobalt,
- das Bilden einer Isolierschicht auf dem Gebilde, in der Kontaktöffnungen vorgesehen
sind, in denen mindestens Teile der Oberfläche der genannten Kontaktinseln freigelegt
sind,
- das Verwirklichen einer metallischen Konfiguration gegenseitiger Verbindungen,
indem zunächst die Kontaktöffnungen durch lokalisierte Elemente eines
hochschmelzenden Metalls, wie Wolfram oder Molybdän, mindestens teilweise gefüllt werden, wonach
das-Ganze mit einer metallischen Schicht bedeckt wird, die danach in eine bestimmte
Konfiguration geschnitten wird, wobei Teile dieser metallischen Konfiguration die
Kontaktöffnungen bedecken und mit den genannten lokalisierten Elementen in
elektrischem Kontakt sind, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Freilegen der
Isolierschicht diese Kontaktinseln durch eine auf den genannten Inseln vorhandene
komplementäre Metallschicht bedeckt werden, die durch selektives Anwachsen von Wolfram
oder Molybdän erhalten worden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der
genannten komplementären Metallschicht zwischen 20 und 150 nm und vorzugsweise
zwischen 50 und 100 nm gewählt worden ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß wenn Titan als hochschmelzendes Metall zur Bildung der genannten Silicidschicht
gewählt worden ist, auf der Oberfläche desselben eine Titannitridschicht gebildet wird,
die als Basis zum selektiven Anwachsen der komplementären Metallschicht benutzt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte
Titannitridschicht durch eine Umwandlungsbehandlung der Oberfläche der
Titansilicidschicht bei einer Temperatur zwischen 700 und 1000ºC in einer Stickstoffatmosphäre
erhalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die komplementäre Metallschicht nach dem Verfahren der chemischen Abscheidung
aus der Dampfphase bei einem verringerten Druck zwischen 6,6 und 266 Pa gebildet
wird, wobei Gebrauch gemacht wird von der Reduktion des Wolframhexafluorids (oder
des Molybdänhexafluorids) durch Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 300 und
500ºC und bei einem Gasflußratenverhältnis von Hexafluorid: Wasserstoff zwischen
1 : 1000 und 1 : 5.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den
Reaktionsgasen der obengenannten chemischen Abscheidung außerdem eine Silan-Flußrate,
deren Verhältnis zu der Hexafluorid-Flußrate zwischen 1 : 5 und 3 : 1 liegt.
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