DE4202294A1 - Halbleitereinrichtung mit einer mehrschichtverbindungsstruktur und herstellungsverfahren dafuer - Google Patents
Halbleitereinrichtung mit einer mehrschichtverbindungsstruktur und herstellungsverfahren dafuerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitereinrichtung mit
einer Mehrschichtverbindungsstruktur nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 und auf ein Herstellungsverfahren für eine
derartige Halbleitereinrichtung nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 6. Insbesondere bezieht sie sich auf eine
Technik zum Stabilisieren des Kontaktwiderstandes in einem
Kontaktloch einer unteren Schicht einer Aluminiumverbindung und
einer oberen Schicht einer Aluminiumverbindung und zum Erhöhen
der Zuverlässigkeit in dem Kontaktloch.
Verschiedene Arten von Verbindungen sind normalerweise in einer
Halbleitereinrichtung zum elektrischen Verbinden von Elementen
miteinander und zum Verbinden der Elemente mit externen Schal
tungen nach der Bildung der Elemente auf einem Halbleitersub
strat nötig.
Es wird ein polykristalliner Siliziumfilm, ein schwer schmelz
barer Metallfilm, ein Aluminiumfilm oder ein Aluminiumlegie
rungsfilm als Verbindung benutzt.
Es ist nötig, den Drahtwiderstand bei neueren Hochgeschwindigkeits- und
Hochintegrationseinrichtungen zu erniedrigen, und eine aus
Aluminiumfilmen oder Aluminiumlegierungsfilmen gebildete Mehr
schichtverbindungsstruktur mit geringem Widerstand ist nötig.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer
DRAM-(Dynamic Random Access Memory - Dynamischer Speicher mit
Direktzugriff)-Einrichtung als ein Beispiel einer derartigen
Halbleitereinrichtung mit einer Aluminiummehrschichtverbin
dungsstruktur darstellt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält eine Halbleitereinrichtung
ein DRAM-Element (geschichtete Zelle) 2, die auf der Oberfläche
eines Siliziumhalbleitersubstrates 1 gebildet ist, und einen
auf dem DRAM-Element 2 abgeschiedenen Isolierfilm 3. Eine erste
Aluminiumverbindung 4 ist auf dem Isolierfilm 3 gebildet, und
ein Zwischenisolierfilm 5 ist auf der ersten Aluminiumverbind
dung 4 abgeschieden. Eine zweite Aluminiumverbindung 7 ist auf
dem Zwischenisolierfilm 5 gebildet, und ein Kontaktloch 6 ist
in dem Zwischenisolierfilm 5 zum Verbinden der ersten Alumi
niumverbindung 4 und der zweiten Aluminiumverbindung 7 vorge
sehen. Ein Schutzisolierfilm 8 ist auf dem Halbleiterelement
und der Verbindung zum Schützen dieser Teile vor Feuchtigkeit
und ähnlichem abgeschieden, die von außen eindringen.
Bei einer Halbleitereinrichtung mit einer wie in Fig. 1 darge
stellten Aluminiummehrschichtverbindungsstruktur ist die Stabi
lität des Kontaktloches 6, das ein Verbindungsteil der ersten
Schicht der Aluminiumverbindung 4 und der zweiten Schicht der
Aluminiumverbindung 7 ist, ein wichtiger technischer Punkt, der
die Ausbeute oder das Zuverlässigkeitsniveau der Einrichtung
beeinflußt.
Es folgt die allgemeine Beschreibung eines Herstellungsflusses
der in Fig. 1 dargestellten Halbleitereinrichtung, wobei
hauptsächlich der Teil des Schrittes des Bildens des Kontakt
loches 6 gezeigt wird, unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis
2G.
Obwohl eine Kombination einer polykristallinen Siliziumverbin
dung, einer schwer schmelzbaren Metallsilizidverbindung und
einer Aluminiumverbindung allgemein als eine Vielschichtver
bindungsstruktur verwendet wird, wie oben beschrieben wurde,
wird ein Fall einer Zweischichtaluminiumverbindungsstruktur aus
Vereinfachung der Beschreibung beschrieben, bei der die erste
Schicht der Verbindung 4 und die zweite Schicht der Verbindung
7 beides Aluminiumverbindungen sind.
Zuerst wird DRAM-Element (geschichtete Zelle) 2 mit einem Ele
mente trennenden Oxidfilm 301, einer Übertragungsgateelektrode
302, einer diffundierten Fremdatomschicht 303, einer Wortlei
tung 304, einem Speicherknoten 305, einem isolierenden Konden
satorfilm 306 und einer Zellplatte 307 auf der Oberfläche eines
Siliziumhalbleitersubstrates 1 gebildet (Fig. 2A).
Dann wird ein erster Isolierfilm 3 auf der gesamten Oberfläche
des Siliziumhalbleitersubstrates 1 abgeschieden, auf dem das
DRAM-Element (geschichtete Zelle) 2 gebildet ist, und dann wird
ein Kontaktloch 308 in einem gewünschten Teil unter Benutzung
eines photolithographischen Verfahrens oder eines Ätzverfahrens
geöffnet. Dann wird eine erste Schicht einer Aluminiumverbin
dung 4 gebildet, wie es im folgenden beschrieben wird.
Bei kürzlichen Submicroneinrichtungen wird eine Verbindung mit
einer Struktur einer Kombination eines Barrierenmetallfilmes
310, der auf einem Titannitrid (TiN), einem Titanwolfram (TiW)
oder ähnliches als erste Schicht einer Aluminiumverbindung 4
gebildet ist, und ein Aluminiumlegierungsfilm 311, der aus Al-
Si, Al-Si-Cu oder ähnliches gebildet ist, benutzt. Dieses ist
so, da dadurch ein Verbindungslecken verhindert wird, daß durch
eine abnormale Reaktion (Legierungsspike) der ersten Schicht
der Aluminiumverbindung 4 und der diffundierten Fremdatom
schicht des Siliziumhalbleitersubstrates in dem Kontaktloch 308
verursacht wird, und es wird ebenfalls eine Kontaktunterbre
chung verhindert, die durch Silizium in der ersten Schicht der
Aluminiumverbindung 4, die in dem Kontaktloch 308 durch epita
xiales Wachsen aus der festen Phase abgeschieden wird,
verursacht wird, und es wird ebenfalls der Widerstand gegen
"Stress migration" erhöht, bei dem eine Verbindung durch den
Membran-Streß des Zwischenisolierfilmes 5 oder des Schutziso
lierfilmes 8, die auf der ersten Schicht der Aluminiumverbin
dung 4 gebildet sind, unterbrochen wird. Die Filme werden nor
malerweise durch einen Sputter-Prozeß abgeschieden. So abge
schiedene Filme werden so bemustert, daß sie eine erste Schicht
einer Aluminiumverbindung 4 darstellen, wobei ein photolitho
graphisches Verfahren oder ein Ätzverfahren benutzt wird. "Alu
miniumverbindung" bedeutet hier auch, daß eine Mehrschicht
struktur vorgesehen sein kann (Fig. 2B).
Dann wird ein Zwischenisolierfilm 5 auf der gesamten Oberfläche
der ersten Schicht einer Aluminiumverbindung 4 abgeschieden.
Ein Isolierfilm, der aus einer Kombination eines durch ein CVD-
Verfahren abgeschiedenen Siliziumoxidfilms 321, eines anorgani
schen Anhaftisolierfilmes 322 und eines durch ein CVD-Verfahren
abgeschiedenen Siliziumoxidfilmes 323 gebildet ist, wird z. B.
als Zwischenisolierfilm 5 benutzt (Fig. 2C).
Der Siliziumoxidfilm 321 wird im allgemeinen durch ein CVD-Ver
fahren unter Benutzung von Wärme oder Plasma bei einer Abschei
detemperatur in den Bereich von 300°C bis 450°C unter Be
nutzung von Silan-(SiH4)-Gas, Sauerstoff (O2)-Gas oder Lach-
N2O-Gas abgeschieden. Seit kurzem wird auch ein organisches
Silan enthaltendes Material wie TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-
Silikate) benutzt, das durch eine befriedigende Stufenbedeckung
gekennzeichnet ist.
Ein Material, das Silanol (Si(OH4)) oder ähnliches als Hauptkom
ponente enthält, wird im allgemeinen als Material für den anor
ganischen Anhaftisolierfilm 322 benutzt, der zum Glätten ver
wendet wird. Er wird auf eine Rotationsart aufgebracht, dann
bei einer Temperatur in dem Bereich von 400°C bis 450°C ge
backen und in einen Siliziumoxidfilm verwandelt zum Glätten der
Oberfläche des CVD-Verfahren gebildeten Siliziumoxidfilmes 321.
Der anorganische Anhaftisolierfilm 322 weist jedoch eine starke
Wasserhaltigkeit auf und zeigt schädliche Effekte wie das
Ausgasen, wenn er in einem Kontaktloch 6, das später beschrie
ben wird oder an seinen Seitenwänden offenliegt, so daß er
durch ein Trockenätzverfahren zurückgeätzt wird, indem ein
Fluor enthaltendes Gas oder Argongas verwendet wird, so daß es
nicht in dem Kontaktloch 6 oder seinen Seitenwänden offenliegt.
Der Siliziumoxidfilm 323 wird darauf durch das gleiche
Verfahren abgeschieden, wie es zum Bilden des Siliziumoxid
filmes 321 verwendet worden ist.
Ein Teil des Zwischenisolierfilmes 5 wird dort, wie die elek
trische Verbindung mit der ersten Schicht der Aluminiumverbin
dung herzustellen ist, durch ein photolithographisches Verfah
ren und ein Ätzverfahren zum Öffnen eines Kontaktloches 6 ent
fernt (Fig. 2D).
Insbesondere wird der Bereich mit Ausnahme des Teiles 6, wo das
Kontaktloch zu öffnen ist, mit einem Photoresist 324 durch ein
photolithographisches Verfahren bedeckt, und dann wird der Zwi
schenisolierfilm 5 selektiv durch ein Anschrägen des Ätzverfah
rens entfernt, bei dem Naßätzen unter Benutzung einer Fluorwas
serstoffsäure enthaltenden Lösung und ein reaktives Ionenätz
verfahren unter Benutzung von CHF3, O2 und ähnliches als Haupt
komponenten Gas z. B. kombiniert werden zum Öffnen eines Kon
taktloches 6.
Das Photoresist, die während des Ätzens erzeugten Reaktionspro
dukte und ähnliches werden nach dem Ätzen unter Benutzung eines
Sauerstoff-(O2)-Plasmas oder eines nassen chemischen Behandelns
entfernt.
Die äußerste Oberfläche der ersten Schicht der Aluminiumverbin
dung 4 in dem Kontaktloch 6 ist dem Plasma eines Fluor enthal
tenden Gases wie CH3 oder Sauerstoffgases während des Schrittes
des Bildens des Kontaktloches 6 so ausgesetzt, daß eine
geänderte Schicht aus Aluminium (eine aus Fluorid oder Oxid ge
bildete Schicht mit Isoliereigenschaften) 201 mit einer Dicke
von ungefähr 100 A auf der äußersten Oberfläche der ersten
Schicht der Aluminiumverbindung 4 in dem Kontaktloch 6 gebil
det wird. Damit diese entfernt wird und ein stabiler Kontakt
widerstand erzielt wird, wird zuerst ein Sputter-Ätzen unter
Benutzung von Ar-Ionen 202 ausgeführt, bevor eine zweite
Schicht der Aluminiumverbindung 7 abgeschieden wird, die spä
ter beschrieben wird (Fig. 2E).
Dann wird eine zweite Schicht einer Aluminiumverbindung 7 auf
einanderfolgend in einem Vakuum gebildet. Ein Aluminiumlegie
rungsfilm wie Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Cu oder ähnliches wird als
Material für die zweite Schicht der Aluminiumverbindung 7 ver
wendet. Die Filme werden durch ein Sputterverfahren abge
schieden und so bemustert, daß sie eine Verbindung darstellen,
durch ein photolithographisches Verfahren oder ein Ätzverfah
ren, wie es der Fall bei der ersten Schicht der Aluminiumver
bindung 4 war (Fig. 2F).
Nach dem Bilden der zweiten Schicht der Aluminiumverbindung 7
wird eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur in dem Bereich
von ungefähr 400°C bis ungefähr 450°C zum Herstellen einer
ausreichenden elektrischen Verbindung zwischen der ersten
Schicht der Aluminiumverbindung 4 und der zweiten Schicht der
Aluminiumverbindung 7 in dem Kontaktloch 6 ausgeführt.
Schließlich wird ein Schutzisolierfilm 8 aus einem Silizium
oxidfilm, einem Siliziumnitridfilm oder ähnliches auf der zwei
ten Schicht der Aluminiumverbindung 7 durch ein CVD-Verfahren
zum Schützen des Halbleiterelementes und der Verbindung vor
Feuchtigkeit oder ähnlichem abgeschieden, die von der Außen
welt eindringen können (Fig. 2G).
Da eine Aluminiummehrschichtverbindungsstruktur wie oben be
schrieben gebildet wird, gibt es das Problem der Verschlech
terung der Stabilität und der Zuverlässigkeit der elektrischen
Verbindung zwischen der ersten Schicht der Aluminiumverbindung
4 und der zweiten Schicht der Aluminiumverbindung 7 in dem
Kontaktloch 6 auf einem Submicronniveau wegen der Verringerung
seines Durchmessers aufgrund der Miniaturisierung der Verbin
dung.
Wie oben beschrieben worden ist, wird Sputter-Ätzen unter
Benutzung von Ar-Ionen vor dem Abscheiden der zweiten Schicht
der Aluminiumverbindung 7 ausgeführt. Es wird ausgeführt zum
Entfernen der veränderten Schicht aus Aluminium (Fluorid oder
Oxid) 201, die auf der Oberfläche der ersten Schicht der Alu
miniumverbindung 4 in dem Kontaktloch 6 gebildet ist, in dem
Ar-Ionen 202 benutzt werden, wie in Fig. 2E gezeigt ist.
In dem Fall dieser Anordnungsstruktur, bei der das
Dimensionsverhältnis B/A (A drückt den Durchmesser des Kontakt
loches 6 aus, B drückt die Dicke des Zwischenisolierfilmes 5
aus) des Kontaktloches 6 relativ klein ist, nämlich 1 oder
weniger ist, driften Teilchen 203 aus Aluminium-Fluorid oder
-Oxid, die durch Ar-Ionen 202 gesputtert werden, ausreichend aus
dem Kontaktloch 6 heraus, wie in Fig. 3A gezeigt ist, so daß
es möglich ist, die veränderte Schicht 201 aus Aluminium zu
entfernen und die Oberfläche zu säubern.
In dem Fall jedoch, in dem das Kontaktloch 6 auf einem Submic
ronniveau ist und ein Dimensionsverhältnis aufweist, das 1
überschreitet, wird ein Teil der Teilchen 203 aus Fluorid oder
Oxid des Aluminiums, die durch die Ar-Ionen 202 gesputtert
sind, durch die Seitenwand des Kontaktloches 6 behindert und
kann nicht aus dem Kontaktloch 6 herausdriften, dieser Teil
bleibt wieder an der Innenseite des Kontaktloches 6 haften und
verbleibt als verbleibende Teilchen 204 aus Fluorid oder Oxid,
wie in Fig. 3B gezeigt ist.
Daher gibt es selbst in einem Fall, in dem die zweite Schicht
der Aluminiumverbindung 7 aufeinanderfolgend in einem Vakuum
abgeschieden wird, verbleibende Teilchen 204 an dem Übergang
205 zwischen der ersten Schicht der Aluminiumverbindung 4 und
der zweiten Schicht der Aluminiumverbindung 7 in dem Kontakt
loch 6, wo die elektrische Verbindung herzustellen ist, wie in
Fig. 3C gezeigt ist. Daher wird das Mischen der ersten Schicht
der Aluminiumverbindung 4 und der zweiten Schicht der Alumini
umverbindung 7 an dem Übergang 205 durch die Wärmebehandlung
bei einer Temperatur in dem Bereich von ungefähr 400°C bis
ungefähr 450°C nach Bilden der zweiten Schicht der Alumini
umverbindung 7 nicht ausreichend ausgeführt, wie in dem obigen
Herstellungsfluß beschrieben ist.
Als Resultat wird eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes (im
folgenden als Kontaktlochwiderstand bezeichnet) oder glattes
Versagen des Kontaktes 6 verursacht.
Selbst in dem Fall, in dem der Anfangswert des Kontaktloch
widerstandes durch die oben beschriebene Wärmebehandlung bei
einer Temperatur im Bereich von 400°C bis 450°C normal aus
gebildet wird, wird das Mischen an dem Übergang 205 nicht
ausreichend ausgeführt, so daß es ein Problem der Verschlech
terung in der Zuverlässigkeit des Kontaktloches wie Widerstand
gegen Streßmigration oder Widerstand gegen Streßmigration
gibt.
Ein anderes durch die Zunahme des Dimensionsverhältnisses des
Kontaktloches 6 verursachtes Problem ist die offensichtliche
Verschlechterung des Bedeckungsverhältnisses der zweiten
Schicht der Aluminiumverbindung 7, die durch ein Sputterver
fahren in dem Kontaktloch 6 gebildet ist. Wenn die Bedeckung
des Aluminiums in dem Kontaktloch 6 nicht gut ist, wird die
Zuverlässigkeit in dem Teil des Kontaktloches 6 wie der Wider
stand gegen Elektromigration verschlechtert, ebenfalls wird der
Kontaktlochwiderstand erhöht.
Diese Probleme werden schwerwiegender in dem Fall eines Kon
taktloches im Submicron-Einrichtungen und Halbmicron-
Einrichtungen der Zukunft, bei denen das Dimensionsverhältnis
größer und größer wird.
Es ist daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine
Halbleitereinrichtung der eingangs beschriebenen Art zur
Verfügung zu stellen, bei der die oben beschriebenen Nachteile
vermieden werden, und eine hohe Qualität bei hoher Ausbeute
erhielt wird. Weiterhin ist es die der Erfindung zugrundelie
gende Aufgabe, ein Herstellungsverfahren für eine Halbleiter
einrichtung zur Verfügung zu stellen, bei dem eine schnelle
Durchmischung an der Schnittstelle zwischen einer unteren Alu
miniumverbindungsschicht und einer oberen Aluminiumverbindungs
schicht und einer oberen Aluminiumverbindungsschicht in einem
Kontaktloch durchgeführt wird, daß die Verbindung zwischen der
unteren Aluminiumverbindungsschicht und der oberen Aluminium
verbindungsschicht darstellt, so daß ein stabiler Kontaktwider
stand ohne Defekte oder ähnliches erzielt wird, die durch
Fremdmaterialien verursacht sind, die während der Bildung der
Filme anhaften, und schließlich den Widerstand gegen Elektro
migration, gegen Streßmigration und ähnliches in dem Kontakt
loch zu erhöhen.
Erfindungsgemäß ist eine Halbleitereinrichtung der eingangs
beschriebenen Art zur Lösung der vorliegenden Aufgabe gegeben,
die durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet
ist.
Insbesondere weist die Halbleitereinrichtung eine Mehrschicht
verbindungsstruktur auf. Es ist ein Kontaktloch, dessen Boden
oberfläche die Oberfläche der ersten Aluminiumverbindung ist,
an einer vorbestimmten Position in einem Zwischenisolierfilm
vorgesehen, der die erste Aluminiumverbindungsschicht bedeckt.
Ein Titanfilm ist auf der Oberfläche des Zwischenisolierfilmes
und der inneren Oberfläche des Kontaktloches gebildet. Ein
erster Film aus einer Titanverbindung ist auf dem ersten Titan
film gebildet. Ein Wolframstopfen ist innerhalb des Kontakt
loches vergraben, wobei der erste Titanfilm und der erste Film
aus der Titanverbindung dazwischen vorgesehen sind. Ein zweiter
Titanfilm ist auf dem Wolframstopfen und auf dem ersten Film der
Titanverbindung gebildet. Ein zweiter Film einer Titanverbin
dung ist auf dem zweiten Titanfilm gebildet. Eine zweite Alumi
niumverbindung ist auf dem zweiten Film der Titanverbindung ge
bildet.
Da gemäß dieser Struktur der Halbleitereinrichtung der Titan
film eine starke Verbindungskraft zum Verbinden mit Fluor oder
Sauerstoff aufweist, selbst wenn die Teilchen von Aluminiumflu
orid oder -oxid verbleiben, die während des Ausführens des
Sputterätzens oder ähnlichem wieder an der Oberfläche der ersten
Aluminiumverbindung anhaften, nimmt der erste Titanfilm die
verbleibenden Teilchen als Titanfluorid oder -oxid und versetzt
sie. Zusätzlich reagiert der erste Titanfilm mit der ersten
Aluminiumverbindung zum Bilden von TiAl3, welches eine metalli
sche Verbindung ist, an dem Übergangsbereich, so daß die Durch
mischung an dem Übergangsbereich ausreichend durchgeführt wird.
Der erste- Film der Titanverbindung verhindert, daß der Titan
film, der mit der ersten Aluminiumverbindung in Kontakt steht,
früher mit dem Wolframstopfen reagiert und bewirkt, daß der
erste Titanfilm mit der ersten Aluminiumverbindung bevorzugt
reagiert.
Der Wolframstopfen ist in dem Kontaktloch vergraben, so daß die
Bedeckung des Kontaktloches verbessert wird.
Der zweite Titanfilm wird vorgesehen, so daß Fluor, das während
der Bildung des Wolframstopfens erzeugt werden kann, als Titan
fluorid oder-oxid aufgenommen und zersetzt wird. Der zweite
Film der Titanverbindung ist so vorgesehen, daß die zweite Alu
miniumverbindung und der darauf gebildete zweite Titanfilm
daran gehindert werden, miteinander zu reagieren.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Halbleitereinrich
tung enthalten der erste Film der Titanverbindung und der
zweite Film der Titanverbindung jeweils eine Titanverbindung,
die Titannitrid enthält.
Es wird bevorzugt, daß sowohl der erste Titanfilm als auch der
zweite Titanfilm eine Dicke in dem Bereich von 50 Å bis 150 Å
aufweisen.
Es ist bevorzugt, daß der erste Film aus der Titanverbindung
und der zweite Film aus der Titanverbindung eine Dicke in dem
Bereich von 500 Å bis 1000 Å aufweist. Die obere Grenze und die
untere Grenze der bevorzugten Dicke wird so bestimmt, daß die
Bedingung erfüllt wird, daß sie ausreichend ist zum Verhindern,
daß der erste Titanfilm mit dem Wolframstopfen reagiert.
Weiterhin soll sie so gewählt werden, daß der Kontaktwiderstand
so klein ist, daß er kein Problem aufwirft. Weiterhin soll die
Bedingung erfüllt sein, daß die Dicke ausreichend ist zum
Verhindern, daß der zweite Titanfilm mit der zweiten Aluminium
verbindung reagiert. Schließlich soll der Kontaktwiderstand so
gering gehalten werden, daß er kein Problem ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Halbleitereinrichtung
sind in den zugehörigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die oben aufgeführte Aufgabe wird ebenfalls durch ein Herstel
lungsverfahren gelöst, das durch die Merkmale des Patentanspru
ches 5 gekennzeichnet ist.
Insbesondere weist das Herstellungsverfahren die folgenden
Schritte auf: ein Isolierfilm wird auf einer ersten Aluminium
verbindung zum Bilden eines Zwischenisolierfilmes abgeschieden.
Ein Kontaktloch wird an einer vorbestimmten Position in dem
Zwischenisolierfilm gebildet, wobei die Bodenoberfläche des
Kontaktloches die Oberfläche der ersten Aluminiumverbindung
ist. Ein erster Titanfilm wird auf der Oberfläche des Zwischen
isolierfilmes und auf der inneren Oberfläche des Kontaktloches
gebildet. Ein erster Film aus einer Titanverbindung wird darauf
gebildet. Dann wird Wolfram in dem Kontaktloch vergraben, wobei
der erste Titanfilm und der erste Film aus einer Titanverbin
dung dazwischen vorgesehen werden, so daß ein Wolframstopfen
gebildet wird. Dann wird ein zweiter Titanfilm auf dem Wolfram
stopfen und dem ersten Film aus einer Titanverbindung gebildet.
Ein zweiter Film aus einer Titanverbindung wird darauf gebil
det. Eine zweite Aluminiumverbindung wird auf dem zweiten Film
aus einer Titanverbindung gebildet.
Bevorzugt ist die Titanverbindung Titannitrid.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird
nach dem Öffnen des Kontaktloches Sputterätzen unter Benutzung
von Argonionen ausgeführt. Es wird ausgeführt zum Erzielen
eines stabilen Kontaktwiderstandes, in dem eine veränderte
Schicht von Aluminium entfernt wird, die auf der Bodenober
fläche des Kontaktloches erzeugt worden war.
Sputtern wird zum Bilden des ersten Titanfilmes und des zweiten
Titanfilmes benutzt. Ein reaktives Sputterverfahren wird in
einer Atmosphäre aus Argon und Stickstoff ausgeführt, in dem
ein Titantarget benutzt wird. Dadurch wird der erste Film aus
einer Titanverbindung und der zweite Film aus einer Titanver
bindung gebildet.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die die Struktur einer
Halbleitereinrichtung mit einer Vielschichtverbin
dungsstruktur zeigt;
Fig. 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F u. 2G
Schnittansichten, die aufeinaderfolgend ein Her
stellungsverfahren für die Halbleitereinrichtung
nach Fig. 1 zeigen;
Fig. 3A u. 3B Querschnittsansichten zum Erläutern der Probleme,
die während des Sputterätzens durch Argonionen
in dem Teil auftreten, in dem das Dimensionsver
hältnis des Kontaktloches 1 oder mehr ist, wobei
der Fall, in dem das Dimensionsverhältnis 1 oder
kleiner ist (Fig. 3A), mit dem Fall verglichen
wird, in dem das Dimensionsverhältnis 1 oder mehr
ist (Fig. 3B);
Fig. 3G eine Querschnittsansicht, die einen Fall zeigt,
bei dem es verbleibende Teilchen auf der Boden
oberfläche des Kontaktloches gibt und das Dimen
sionsverhältnis des Kontaktloches 1 oder größer
ist;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die eine erfindungsge
mäße Ausführungsform der Halbleitereinrichtung
zeigt;
Fig. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 5H, 5I u. 5J
Querschnittsansichten, die aufeinanderfolgend das
Herstellungsverfahren der in Fig. 4 gezeigten
Halbleitereinrichtung darstellen;
Fig. 6A u. 6B Querschnittsansichten, die vergrößerte Ansichten
der Umgebung des Kontaktloches darstellen zum er
läutern von Effekten einer Wärmebehandlung, die
nach dem Bemustern von dem ersten Titanfilm bis
zu der zweiten Verbindungsschicht in ein Verbin
dungsmuster ausgeführt worden ist;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht, die eine vergrößerte An
sicht der Umgebung des Kontaktloches zum Erläutern
der Funktion des Siliziums zeigt, mit dem die
erste Aluminiumverbindung dotiert ist;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht, die eine Struktur dar
stellt, bei der die Halbleitereinrichtung auf
einen statischen RAM angewendet ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die erfindungsgemäße
Halbleitereinrichtung ein DRAM-Element (geschichtete Zelle) 2,
die auf der Oberfläche eines Siliziumhalbleitersubstrats 1
gebildet ist, und einen auf dem DRAM-Element 2 abgeschiedenen
Isolierfilm 3. Eine erste Aluminiumverbindung bzw. Aluminium
zwischenverbindung 4 ist auf dem Isolierfilm 3 gebildet, und
ein Zwischenisolierfilm 5 ist auf der ersten Aluminiumverbin
dung 4 abgeschieden. Ein Kontaktloch 6 ist in dem Zwischeniso
lierfilm 5 auf der ersten Aluminiumverbindung 4 geöffnet. Ein
erster Titanfilm 101 ist auf der inneren Oberfläche des Kon
taktloches 6 und auf dem Zwischenisolierfilm 5 in dessen Nach
barschaft gebildet. Ein erster Titannitridfilm 102 ist auf dem
ersten Titanfilm 101 abgeschieden. Ein Wolframstopfen 103, der
das Kontaktloch 6 ausfüllt, ist auf dem ersten Titannitridfilm
102 abgeschieden. Ein zweiter Titanfilm 104 ist auf dem ersten
Titannitridfilm 102 und dem vergrabenen Wolframstopfen 103 ab
geschieden. Ein zweiter Titannitridfilm 105 ist auf dem zweiten
Titanfilm 104 abgeschieden. Eine zweite Aluminiumverbindung bzw.
-verbindungsschicht 106, die aus einem Aluminiumlegierungsfilm
gebildet ist, ist auf dem zweiten Titannitridfilm 105 gebildet.
Ein Schutzisolierfilm 8 ist zum Schützen der zweiten Aluminium
verbindung 106 und des offenliegenden Zwischenisolierfilmes 5
vor der äußeren Umgebung abgeschieden. Eine Metallverbindungs-
(TiAl3)-Schicht 206 ist an der Schnittstelle bzw. dem Übergang
zwischen dem ersten Titanfilm 106 und der ersten Aluminium
verbindung 4 durch Reaktion gebildet. Im folgenden wird das
Verfahren zum Bilden der ersten Schicht eines Titanfilmes 101
bis zu der zweiten Aluminiumverbindung 106 in der in Fig. 4
gezeigten Halbleitereinrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 5A
bis 5J im einzelnen beschrieben.
Zuerst wird ein Zwischenisolierfilm 5 vorgesehen. Dann wird ein
Kontaktloch 6 wie in Fig. 2D gezeigt, gebildet. Sputterätzen
wird unter Benutzung von Ar-Ionen zum Entfernen einer veränder
ten Schicht aus Aluminium 201 und zum Erzielen eines stabilen
Kontaktlochwiderstandes ausgeführt (Fig. 5A).
Wenn jedoch nur das Sputterätzen unter Benutzung von Ar-Ionen
202 im Falle eines Kontaktloches 6 auf dem Submicronpegel
durchgeführt wird, bei dem das Dimensionsverhältnis 1 über
schreitet, haften die Partikel eines Fluorids oder Oxids von
Aluminium, die durch die Ar-Ionen gesputtert sind, wieder an
der Oberfläche des Kontaktloches an, wie oben beschrieben
wurde, so daß einige verbleibende Teilchen 204 auf der äußer
sten Oberfläche (Schnittstelle) 205 der ersten Aluminiumver
bindung 4 in dem Kontaktloch 6 verbleiben, wie oben beschrie
ben ist (Fig. 5B).
Somit wird ein erster Titanfilm 101 mit einer Dicke in dem
Bereich von ungefähr 50 Å bis ungefähr 150 Å suczessive auf der
gesamten Oberfläche in einem Vakuum durch ein Sputteringverfah
ren zum Zersetzen verbleibender Teilchen 204 durch eine später
zu beschreibende Funktion abgeschieden und zum Bilden einer
Zwischenmetallverbindung durch Reaktion mit der unteren Schicht
der Aluminiumverbindung 4 (Fig. 5C).
Dann wird ein erster Titannitridfilm 102 mit einer Dicke in dem
Bereich von ungefähr 500 Å bis ungefähr 1000 Å auf dem ersten
Titanfilm 101 abgeschieden (Fig. 5D). Ein reaktives Sputter
verfahren, bei dem Sputtern in einer Ar + N2-Atmosphäre unter
Benutzung eines Ti-Targets ausgeführt wird, wird allgemein als
das Verfahren zum Abscheiden benutzt.
Der erste Titannitridfilm 102 hat die Funktion zu verhindern,
daß der erste Titanfilm 101, der in Kontakt mit der ersten Alu
miniumverbindung 4 steht, mit dem Wolframstopfen 103 reagiert,
wie später beschrieben wird, und zwar vor einer Wärmebehandlung
in dem Kontaktloch 6, wie später beschrieben wird.
Dann wird ein Wolframfilm 500 auf der gesamten Oberfläche des
Wavers durch ein chemisches Dampfabscheideverfahren (im folgen
den als CVD-Verfahren bezeichnet) in einer Atmosphäre bei einer
Temperatur in den Bereich von 300°C bis 500°C gebildet (Fig. 5E).
Ein repräsentatives Bildungsverfahren eines Wolfram
filmes unter Benutzung eines CFVD-Verfahrens wird durch die fol
genden chemischen Formeln bezeichnet:
2WF6+3SiH4→2W+3SiH4↑+6H2 (SiH4-Reduktion),
WF6+3H2→W+6HF (H2-Reduktions-Verfahren).
Das Verfahren zum Bilden eines Wolframfilmes durch ein CVD-Ver
fahren ist durch eine extrem gute Stufenbedeckung im Vergleich
zu dem Sputterverfahren gekennzeichnet. Dadurch wird das Kon
taktloch 6 mit einem kleinen Durchmesser und einem großen Di
mensionsverhältnis vollständig durch den Wolframfilm begraben.
Dann wird die durch das CVD-Verfahren gebildete gesamte Ober
fläche des Wolframfilmes 500 unter Benutzung von SF oder ähnli
chem zum Entfernen des Wolframfilmes zurückgeätzt, wodurch ein
Wolframstopfen 103, der in dem Kontaktloch 6 vergraben ist, zu
rückbleibt (Fig. 5F).
Dann wird wiederum eine zweite Schicht eines Titanfilmes 104
mit einer Dicke in dem Bereich ungefähr 50 Å bis ungefähr 150 Å
über der gesamten Oberfläche durch ein Sputterverfahren abge
schieden (Fig. 5G). Die zweite Schicht aus dem Titanfilm 104
dient dazu, daß verhindert wird, das Fluor, das auf dem
Wolframstopfen 103 verbleiben kann, mit der späteren beschrie
benen zweiten Aluminiumverbindung bei der später beschriebenen
Wärmebehandlung reagiert. Sie trägt weiter dazu bei, eine Er
höhung des Kontaktlochwiderstandes in dem Kontakt zwischen der
ersten Aluminiumverbindung 4 und der zweiten Aluminiumverbin
dung 100 zu verhindern, sie verhindert ebenfalls eine totale
Fehlfunktion.
Dann wird ein zweiter Titannitridfilm 105 mit einer Dicke in
dem Bereich von ungefähr 500 Å bis ungefähr 1000 Å auf dem
zweiten Titanfilm 104 abgeschieden (Fig. 5H). Das Verfahren
zum Abscheiden ist das gleiche, wie es im Falle der ersten
Schicht des Titannitridfilmes 102 verwendet worden ist.
Der zweite Titannitridfilm 105 hat ebenfalls eine Funktion des
Verhinderns, das die zweite Aluminiumverbindung 106 und der
zweite Titanfilm 104 miteinander in dem Kontaktloch 6
reagieren.
Dann wird z. B. ein Al-Si-Cu-Film sukzessiv durch ein Sputter
verfahren abgeschieden, der die zweite Aluminiumverbindung 106
wird. Die leitende Verbindung 100 mit einer Fünfschichtstruktur
einschließlich eines ersten Titanfilmes 101, eines ersten Ti
tannitridfilmes 102, eines zweiten Titanfilmes 104, eines zwei
ten Titannitridfilmes 105 und einer zweiten Aluminiumverbin
dungsschicht 106 wird in das gewünschte Verbindungsmuster durch
ein photolithographisches Verfahren oder ein Ätzverfahren be
mustert wie im Falle der ersten Aluminiumverbindungsschicht 4.
Dann wird eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur in dem Be
reich von 300°C bis 450°C während ungefähr 15 bis ungefähr
60 Minuten ausgeführt, so daß sich die verbleibenden Teilchen
204 an der Übergangsschicht 205 der ersten Aluminiumverbindung
4 in dem Kontaktloch 6 durch die Funktion des ersten Titanfil
mes 101 zersetzen, und zum Bewirken, daß die erste Aluminium
verbindung 4 mit dem ersten Titanfilm 101 zum Bilden einer
intermetallischen Verbindungsschicht TiAl3 206 reagieren und
zum Beschleunigen der Durchmischung an der Übergangsfläche der
ersten Aluminiumverbindung 4 und der zweiten Aluminiumverbin
dung 100. Der zweite Titanfilm 104 entfernt Fluor, das evtl. auf
dem Wolframstopfen 103 gebildet sein kann (Fig. 5I).
Schließlich wird ein Schutzisolierfilm 8 aus einem Silizium
oxidfilm, einem Siliziumnitridfilm oder ähnlichem auf der zwei
ten Aluminiumverbindung 106 durch ein CVD-Verfahren zum Schüt
zen der Halbleiterelemente und der Verbindungen vor Feuchtig
keit oder ähnlichem abgeschieden, die von außen eindringen
könnten (Fig. 5J).
Im folgenden werden die Effekte der Wärmebehandlung nach dem
oben beschriebenen Bemustern unter Bezugnahme auf die Fig. 6A,
6B im einzelnen beschrieben.
Der erste Titanfilm 101 weist eine starke Bindungskraft zum
Binden von Fluor oder Sauerstoff auf, die in der veränderten
Schicht aus Aluminium 201 enthalten sind (siehe Fig. 5A) und
bildet Fluorid oder Oxid des Titans leicht bei einer Wärmebe
handlung bei einer Temperatur in dem Bereich von 300°C bis
450°C. Wenn daher die Wärmebehandlung unter den oben
beschriebenen Bedingungen ausgeführt wird, werden die verblei
benden Teilchen 204 unter dem ersten Titanfilm 101, wie in
Fig. 6A ist, als Oxid oder Fluorid des Titans aufgenommen und
zersetzt. Wenn weiterhin, wie in Fig. 6B gezeigt ist, die
erste Aluminiumverbindung und der erste Titanfilm 101 mitein
ander reagieren durch die Wärmebehandlung zum Bilden einer in
termetallischen Verbindungsschicht 206 aus Ti-Al3, weist diese
eine Funktion zur Beschleunigung der Durchmischung an der Über
gangsschicht 205 auf. Fluor auf dem Wolframstopfen 103 wird
ebenfalls durch den zweiten Titanfilm 104 auf die gleiche Weise
entfernt.
Es gibt einen optimalen Wert der Dicke des ersten Titanfilms
105, wie im folgenden beschrieben wird. Wie in Fig. 7 gezeigt
ist, ist die erste Aluminiumverbindung 4 normalerweise mit Si
lizium 207 mit ungefähr einem Gewichtsprozent bis ungefähr zwei
Gewichtsprozent dotiert. Sie ist zum Verhindern des Übergangs
leckens in einem Teil 308 des Kontaktloches mit dem Silizium
halbleitersubstrat dotiert, da ihre Funktion als eine Barriere
gegen Silizium oder Aluminium nicht vollständig ist, selbst
wenn ein Titannitridfilm mit einem hohen Widerstand in dem Be
reich von ungefähr 400 µΩ·cm bis 2000 µΩ·cm als Barrieren
metallfilm 310 der ersten Aluminiumverbindung 4 benutzt wird.
Wenn die oben beschriebene Wärmebehandlung dann ausgeführt
wird, reagiert der erste Titanfilm 101 mit der ersten Alumi
niumverbindung 4 zum Bilden der intermetallischen Verbindungs
schicht 206 aus TiAl3 oder ähnliches, wie oben beschrieben
wurde, und der erste Titanfilm 101 reagiert ebenfalls mit Si
lizium 207 zum Bilden von TiSi2 208.
Wenn daher die Dicke des ersten Titanfilmes 101 zu groß ist,
wird verursacht, daß die Konzentration des Siliziums 207 in der
ersten Aluminiumverbindung gesenkt wird, und ein Leckstrom an
dem Übergang wird in dem Kontaktteil 308 erzeugt.
Wenn auf der anderen Seite die Dicke des ersten Titanfilmes 101
zu klein ist, wird die Funktion des Zersetzens der verbleibenden
Teilchen 204 an dem Übergang 205 und des Bildens der interme
tallischen Verbindungsschicht 206 aus TiAl3 an dem Übergang 205
zum Beschleunigen des Durchmischens, wie es in Fig. 3A gezeigt
ist, unzureichend.
Aus diesen Gründen wurde gefunden, daß es eine obere Grenze und
eine untere Grenze für die Dicke des ersten Titanfilmes 101
gibt, und gemäß Experimenten wurde eine wünschenswerte Dicke in
dem Bereich von ungefähr 50 Å bis ungefähr 150 Å abgeleitet.
Als nächstes werden die Funktionen des ersten Titannitridfilmes
102 beschrieben. Wenn es keinen ersten Titannitridfilm 102
gibt, reagiert der erste Titanfilm 101 mit der oberen Schicht
des Wolframstopfens 103, bevor er mit der ersten Aluminiumver
bindung 4 reagiert. Daher dient der erste Titanfilm 104 nicht
zum Zersetzen verbleibender Teilchen 204 ausreichend an dem
Übergang 205 oder zum Reagieren mit der unteren Schicht der
Aluminiumverbindung 4 zum Bilden einer intermetallischen Ver
bindung.
Wenn andererseits der erste Titannitridfilm 102 mit einer klei
nen Reaktivität zum Reagieren mit Wolfram auf dem ersten Titan
film 101 vorgesehen ist, wird der erste Titanfilm 101 darin ge
hindert, mit dem Wolframstopfen 103 zu reagieren, so daß es
möglich ist, die verbleibenden Teilchen 204 zu zersetzen und
das Durchmischen an dem Übergang 205 ausreichend durch die Wär
mebehandlung zum Bilden des Wolframstopfens 103 auszuführen.
Folglich ist es bevorzugt, daß die Reaktivität des ersten
Titannitridfilmes 102 zum Reagieren mit dem Wolframstopfen 103
klein ist, so daß ein Titannitridfilm mit einem kleinen Wider
stand in dem Bereich von ungefähr 250 µΩ·cm bis ungefähr
400 µΩ·cm zum Verhindern des Ansteigens des Kontaktlochwider
standes soweit wie möglich benutzt wird. Die Bedingungen zum
Bilden eines Filmes zum Erzielen eines Filmes mit einem
derartigen Widerstand verringern fremde Materialien, die
während der Bildung des Filmes daran anhaften.
Im allgemeinen ist es für den Titannitridfilm 310, der als
Barrierenmetallfilm in dem Kontaktteil mit dem Si-Substrat be
nutzt wird, nötig, eine Funktion einer Barriere gegen Silizium
und Aluminium aufzuweisen, so daß ein Film mit einem hohen Wi
derstand in dem Bereich von ungefähr 400 µΩ·cm bis ungefähr
2000 µΩ·cm benutzt wird. Wenn jedoch ein solcher Film in dem
Kontaktloch 6 benutzt wird, wird der Kontaktlochwiderstand um
einige Faktoren höher als der Kontaktlochwiderstand zuvor war.
Wie oben beschrieben worden ist, wird der erste Titannitridfilm
102 in dem Kontaktloch 6 dafür benutzt, daß der erste Titanfilm
101 daran gehindert wird, mit dem Wolframstopfen 103 zu
reagieren, und seine Funktion als Barriere gegen das Aluminium
ist nicht so notwendig. Daher ist es möglich, einen Film mit
einem kleinen Widerstand in dem Bereich von ungefähr 250 µΩ·cm
bis ungefähr 400 µΩ·cm zu benutzen und als Resultat die Steige
rung des Kontaktlochwiderstandes auf 50% oder weniger zu be
grenzen, wobei diese Steigerung in der Praxis keine Probleme
aufwirft. Aus den gleichen Gründen wird ebenfalls ein Film mit
einem kleinen Widerstand in dem Bereich von 250 µΩ·cm bis unge
fähr 400 µΩ·cm als zweiter Titannitridfilm 104 benutzt.
Es ist wünschenswert, daß die Dicke des ersten Titannitridfil
mes 102 in dem Bereich von ungefähr 500 ΩA bis ungefähr 1000 Å
ist, damit verhindert wird, daß der erste Titanfilm 101 mit dem
Wolframstopfen 103 reagiert, und damit ebenfalls verhindert
wird, daß der Anstieg des Kontaktlochwiderstandes zu groß wird,
so daß in der Praxis keine Probleme auftreten. Es ist ebenfalls
wünschenswert, daß die Dicke des zweiten Titannitridfilmes 105
in dem Bereich von ungefähr 500 Å bis 1000 Å liegt, damit ver
hindert wird, daß der zweite Titanfilm 104 mit der zweiten Alu
miniumverbindung 106 in dem oberen Teil reagiert, und damit
ebenfalls der Anstieg des Kontaktlochwiderstandes auf eine Höhe
begrenzt wird, die in der Praxis keine Probleme aufwirft.
Während die Beschreibung für einen Fall angegeben worden ist,
in dem der zweite Titannitridfilm 105 auf dem zweiten Titanfilm
104 vorgesehen ist, damit verhindert wird, daß der zweite
Titanfilm 104 mit dem Aluminiumlegierungsfilm 106 in der zwei
ten Aluminiumverbindung 100 in der obigen Ausführungsform rea
giert, können die gleichen Effekte auch erzielt werden, wenn es
sich um einen anderen Titanverbindungsfilm wie ein Titanoxid
film oder ein Titanoxinitridfilm oder ähnliches handelt, der
die gleiche Funktion des Verhinderns aufweist, daß der zweite
Titanfilm 104 mit dem Aluminiumlegierungsfilm 106 in der zwei
ten Aluminiumverbindung 100 reagiert.
Diese Filme können durch ein reaktives Sputterverfahren im
Falle dieser Ausführungsform abgeschieden werden. Insbesondere
kann der Film durch Sputtern abgeschieden werden, indem ein
Titan-Target in einer Ar+O2-Atmosphäre benutzt wird, wenn ein
Titanoxidfilm abzuscheiden ist, und er kann in einer Ar+O2+N2-
Atmosphäre für den Fall benutzt werden, in dem ein Titanoxini
tridfilm abzuscheiden ist.
Während die Beschreibung für den Fall angegeben worden ist, in
dem ein Wolframstopfen bzw. eine Wolframfüllung durch ein CVD-
Verfahren zu bilden ist, damit die Bedeckung des Aluminiums in
dem Kontaktloch verbessert wird, können die gleichen Effekte
auch erzielt werden, indem durch das CVD-Verfahren ein
anderes Metall abgeschieden wird, nämlich Wolframsilizid,
Molybden, Aluminium oder ähnliches.
Während eine Zweischichtaluminiumverbindungsstruktur in der
oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben worden ist, kön
nen die gleiche Effekte auch erzielt werden, wenn eine Viel
schichtaluminiumverbindungsstruktur mit 3 Schichten oder mehr
für die Halbleitereinrichtung eingesetzt werden.
Während in der obigen Ausführungsform ein Fall beschrieben
worden ist, bei dem die Erfindung auf eine Halbleitereinrich
tung mit einem DRAM-Element angewendet worden ist, das auf der
Oberfläche eines Halbleitersubstrates gebildet ist, können die
gleichen Effekte auch erzielt werden, wenn sie auf eine andere
Halbleitereinrichtung mit einer Vielschichtaluminiumstruktur
angewendet wird.
Zum Beispiel ist eine Ausführungsform in Fig. 8 dargestellt,
bei der eine Vielschichtaluminiumverbindungsstruktur auf eine
Halbleitereinrichtung mit einem SRAM-(Static Random Access
Memory - statischer Direktzugriffsspeicher) Element angewendet
wird, der auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrates gebil
det ist.
Die Halbleitereinrichtung der in Fig. 8 gezeigten Ausführungs
form weist ein SRAM-Element 410 auf (Doppelwannen-CMOS-(komple
mentärer Metalloxidhalbleiter)Struktur), das auf der Oberfläche
eines Siliziumhalbleitersubstrates 1 gebildet ist. Das SRAM-
Element enthält einen p-Wannenbereich 411, einen n-Wannenbe
reich 412, einen Elementtrennoxidfilm 413, eine Gateelektrode
414, eine diffundierte n-Dotierstoffschicht 415, eine diffun
dierte p-Dotierstoffschicht 416, eine polykristalline Silizium
verbindung 417 und ein Kontaktloch 418. Ein Isolierfilm 3 ist
auf dem SRAM-Element 410 abgeschieden. Eine erste Aluminium
verbindung 4 ist auf dem Isolierfilm 3 gebildet. Ein Zwischen
isolierfilm 5 ist auf der ersten Aluminiumverbindung 4 abge
schieden. Ein Kontaktloch 6 ist in dem Zwischenisolierfilm 5
auf der ersten Aluminiumverbindung 4 geöffnet. Ein erster
Titanfilm 101 ist auf dem Zwischenisolierfilm 5 so gebildet,
daß er in Kontakt mit der ersten Aluminiumverbindung 4 steht.
Ein erster Titannitridfilm 102 ist darauf abgeschieden. Ein
Wolframstopfen 103 ist in dem Kontaktloch 6 vergraben, so daß
er auf dem ersten Titannitridfilm 102 ist. Ein zweiter Titan
film 104 ist über dem Wolframstopfen 103 und dem ersten Titan
nitridfilm 102 abgeschieden. Ein zweiter Titannitridfilm 105
ist weiter darauf abgeschieden. Eine zweite Aluminiumverbindung 106
eines Aluminiumfilmes oder eines Aluminiumlegierungs
filmes ist auf dem zweiten Titannitridfilm 105 gebildet. Ein
Schutzisolierfilm 8 ist auf der zweiten Aluminiumverbindung 106
und auf dem offenliegenden Zwischenisolierfilm 5 zum Schützen
derselben vor der äußeren Umgebung abgeschieden. Eine Metall
verbindungsschicht (TiAl3) 206 wird gebildet, indem eine Reak
tion an dem Übergang zwischen dem ersten Titanfilm 101 und der
ersten Aluminiumverbindung 4 verursacht wird.
Das auf der Oberfläche des Siliziumhalbleitersubstrates 1 ge
bildete Element kann auch ein anderes Element als ein DRAM-
Element oder SRAM-Element sein, daß eine andere Struktur auf
weist. Es kann z. B. ein EPROM-(Erasable Programmable Read Only
Memory) - löschbarer programmierbarer Nurlesespeicher)Element,
ein EEPROM-(Electical Erasable Programmable ROM) - elektrisch
löschbarer programmierbarer ROM) Element, ein Mikrocomputer
schaltungselement, ein CMOS-Logik-Schaltungselement, ein Bi
polartransistorelement oder ähnliches sein.
Wie oben beschrieben worden ist, übernimmt bei den Halbleiter
einrichtungen der obigen Ausführungsformen der erste Titanfilm
101 die Teilchen des Fluorids oder Oxids von Aluminium auf, die
während des Sputterätzens als Fluorid oder Oxid von Titan
wieder anhaften, und zersetzt sie und bildet eine Metallver
bindung TiAl3 zwischen der ersten Aluminiumverbindung 4 und
sich selber, so daß der Übergang ausreichend reagiert zum
Durchführen eines Durchmischens, und der erste Film 102 einer
Titanverbindung unterstützt dies. Zusätzlich füllt der Wolfram
stopfen 103 das Kontaktloch 6 so auf, daß die Bedeckung der
zweiten Aluminiumverbindung 106, die darauf gebildet ist, ver
bessert wird. Der zweite Titanfilm 104 entfernt Fluor, das
während der Bildung des Wolframstopfens 103 erzeugt werden
kann, auf die gleiche Weise wie in dem Fall des ersten Titanfilmes
103, und der zweite Film 102 aus einer Titanverbindung unter
stützt dieses so, daß der Kontaktlochwiderstand stabil wird,
selbst in dem Fall, indem das Kontaktloch 6 auf einem Submi
cronniveau gebildet ist. Es ist möglich, daß Zuverlässigkeits
niveau des Kontaktloches wie den Widerstand wie Elektromigra
tion, den Widerstand gegen Streßmigration und ähnliches zu
erhöhen und eine Halbleitereinrichtung hoher Qualität mit hoher
Ausbeute zu erzielen.
Claims (16)
1. Halbleitereinrichtung mit einer Vielschichtverbindungs
struktur mit:
- - einer ersten Aluminiumverbindungsschicht (4);
- - einem die erste Aluminiumverbindungsschicht (4) bedec kenden Zwischenisolierfilmen (5), der ein Kontaktloch (6) aufweist, dessen Bodenoberfläche und die Oberfläche der ersten Alu miniumverbindungsschicht (4) ist;
gekennzeichnet durch:
- - einen auf den Zwischenisolierfilmen (5) und der inneren Oberfläche des Kontaktloches (6) gebildeten ersten Titan film (101);
- - einen auf dem ersten Titanfilm (101) gebildeten ersten Film (102) einer Titanverbindung,
- - einen in dem Kontaktloch (6) vergrabenen Wolframstopfen (103), wobei der erste Titanfilm (101) und der erste Film (102) einer Titanverbindung zwischen dem Wolframstopfen (103) und dem Kontaktloch (6) vorgesehen sind;
- - einen auf dem Wolframstopfen (103) und dem ersten Film (102) einer Titanverbindung gebildeten zweiten Titanfilm (104);
- - einen auf dem zweiten Titanfilmen (104) gebildeten zweiten Film (105) einer Titanverbindung und
- - eine auf dem zweiten Film (5) einer Titanverbindung ge bildeten zweiten Aluminiumverbindungsschicht (106).
2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der erste Titanfilm (102) einer Titanverbindung
Titannitrid enthält.
3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der zweite Film (105) einer Titanverbin
dung Titannitrid enthält.
4. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Dicke des ersten Titanfilmes
(101) bzw. die Dicke des zweiten Titanfilmes (104) in dem
Bereich von 50 Å bis 150 Å liegen.
5. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Dicke des ersten Filmes (102)
bzw. die Dicke des zweiten Filmes (104) in dem Bereich von
500 Å bis 1000 Å liegen.
6. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung mit
einer Vielschichtverbindungsstruktur, mit den Schritten:
- - Bilden einer ersten Aluminiumverbindungsschicht (4);
- - Abscheiden eines Isolierfilmes zum Bedecken der ersten Aluminiumverbindungsschicht (4) zum Bilden eines Zwischenisolierfilmes (5);
- - Öffnen eines Kontaktloches (6), dessen Bodenoberfläche die Oberfläche der ersten Aluminiumverbindungsschicht (4) darstellt, an einer vorbestimmten Position in dem Zwischenschichtisolierfilm (5);
gekennzeichnet durch die Schritte:
- - Bilden eines ersten Titanfilmes (101) auf der Oberfläche des Zwischenisolierfilmes (5) und auf der inneren Ober fläche des Kontaktloches (6);
- - Bilden eines ersten Filmes (102) einer Titanverbindung auf der Oberfläche des ersten Titanfilmes (101);
- - Vergraben von Wolfram in dem Kontaktlocher (6), wobei der erste Titanfilm (101) und der erste Film einer Titanverbindung (102) dazwischen vorgesehen sind, so daß ein Wolframstopfen (103) gebildet wird;
- - Bilden eines zweiten Titanfilmes (104) auf dem Wolframsto pfen (103) und dem ersten Film (102) einer Titanverbin dung;
- - Bilden eines zweiten Filmes (105) einer Titanverbindung auf dem zweiten Titanfilm (104) und
- - Bilden einer zweiten Aluminiumverbindungsschicht (106) auf dem zweiten Film (105) einer Titanverbindung.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach
dem Schritt des Öffnens des Kontaktloches (6) und vor dem
Schritt des Bildens des ersten Titanfilmes (101) der
Schritt des Sputterätzens der inneren Oberfläche des
Kontaktloches (6) unter Benutzung von Argonionen (202)
ausgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Bildens des ersten Titanfilmes (101)
dadurch ausgeführt wird, indem Titan durch Sputtern
abgeschieden wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt des Bildens des ersten Filmes
(102) durch ein reaktives Sputterverfahren in einer Atmos
phäre von Argon und Stickstoff ausgeführt wird, indem ein
Titantarget benutzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt des Vergrabens des Wolframsto
pfens (103) folgende Schritte aufweist:
- - Abscheiden eines Wolframfilmes (500) auf der gesamten Oberfläche des ersten Filmes (102) durch ein CVD-Verfah ren und
- - Zurückätzen der gesamten Oberfläche des Wolframfilmes (500), so daß der Wolframstopfen (103) in dem Kontakt loch (6) vergraben belassen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Schritt des Bildens des zweiten Ti
tanfilmes (104) durch Sputtern ausgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Schritt des Bildens des zweiten Fil
mes (105) durch ein reaktives Sputterverfahren in einer
Atmosphäre aus Argon und Stickstoff ausgeführt wird, wo
bei ein Titantarget benutzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Schritt des Bildens der zweiten Alu
miniumverbindungsschicht (106) durch Abscheiden eines Al-
Si-Cu-Filmes durch Sputtern ausgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, mit dem
Schritt:
Bemustern des ersten Titanfilmes (101), des ersten Filmes
(102), des zweiten Titanfilmes (104), des zweiten Filmes
(105) und der zweiten Aluminiumverbindungsschicht (106)
durch Photolithographie und Ätzen zum Bilden des ge
wünschten Verbindungsmusters.
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- 1991-01-30 JP JP3009547A patent/JP2660359B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-01-21 US US07/822,284 patent/US5202579A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-01-24 KR KR1019920001022A patent/KR960011863B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1992-01-28 DE DE4202294A patent/DE4202294C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-01-26 US US08/009,180 patent/US5312775A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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DE4202294C2 (de) | 1994-06-16 |
JPH04271144A (ja) | 1992-09-28 |
JP2660359B2 (ja) | 1997-10-08 |
KR920015527A (ko) | 1992-08-27 |
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