DE68914080T2 - Kontaktständerstruktur für Halbleitervorrichtungen. - Google Patents
Kontaktständerstruktur für Halbleitervorrichtungen.Info
- Publication number
- DE68914080T2 DE68914080T2 DE1989614080 DE68914080T DE68914080T2 DE 68914080 T2 DE68914080 T2 DE 68914080T2 DE 1989614080 DE1989614080 DE 1989614080 DE 68914080 T DE68914080 T DE 68914080T DE 68914080 T2 DE68914080 T2 DE 68914080T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- metal
- substrate
- contact
- openings
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 86
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 15
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 9
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 25
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 10
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 6
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910008599 TiW Inorganic materials 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N $l^{3}-silane;platinum Chemical compound [SiH3].[Pt] ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLJQDHDVZJXNQL-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-n-(oxomethylidene)benzenesulfonamide Chemical compound CC1=CC=C(S(=O)(=O)N=C=O)C=C1 VLJQDHDVZJXNQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018182 Al—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015345 MOn Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004823 Reactive adhesive Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021340 platinum monosilicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021339 platinum silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
- H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
- H01L23/53204—Conductive materials
- H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
- H01L23/53257—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being a refractory metal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
- Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Erzeugung koplanarer Metall/Isolator-Mehrebenen-Verbindungsschichten für Hochleistungs-Halbleiterchips und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktstiften zur Verbindung der Metallisierungsschichten auf verschiedenen Ebenen in den Halbleiterchips.
- Ein Halbleiterchip besteht aus einer Anordnung von Bauelementen, deren Kontakte durch Metallverdrahtungsstrukturen miteinander verbunden sind. In VLSI-Chips sind diese Metallstrukturen mehr-Schichtig und durch Schichten aus einem isolierenden Material voneinander getrennt. Verbindungen zwischen den Schichten der Metallverdrahtungsstrukturen werden durch Löcher (oder Durchkontaktlöcher) hergestellt, die durch den Isolator geätzt werden. Typische Chipentwürfe beinhalten eine, zwei oder drei Verdrahtungsebenen.
- Die Bildung eines Verbindungssystems aus einem Metallmaterial für Bauelemente mit integrierten Schaltkreisen wurde üblicherweise durch deckendes Aufbringen einer Metallschicht, Bilden einer Photoresistschicht auf der Metallschicht, Belichten des Resists gemäß der gewünschten Metallmaterialstruktur, Entwickeln des Resists und nachfolgendes Ätzen der belichteten Bereiche der darunterliegenden Metallschicht ausgeführt, um dadurch die Verbindungsverdrahtung zu erzeugen. Die Verdrahtungsstruktur wurde anschließend mit einer isolierenden Schicht überzogen, planarisiert, und dann wurde eine weitere Metallmaterialstruktur auf der isolierenden Schicht gebildet. Eine Kontaktierung zwischen Schichten wurde mittels Durchkontaktlöchern bewerkstelligt, bis das gewünschte Schema der Verbindungsverdrahtung vollständig war.
- Eine Verbindung der Mehrebenen-Verdrahtungsstruktur mit den Bauelementkontakten auf dem Substrat wurde typischerweise durch den Einbau einer Zugangsverdrahtungsschicht hergestellt.
- In dem Bemühen, die Signalverarbeitungszeit des Bauelements weiter zu reduzieren und die Ausdehnung zu verringern, wurden die Zugangsverdrahtungsschichten durch Durchkontaktstifte oder vertikale Drahtstücke ersetzt, auf dem Fachgebiet als Stifte bekannt. Stifte konnten nun direkt auf der Oberseite der Bauelementkontakte angeordnet werden, um die Verbindungen mit dem obigen Mehrebenen-Verdrahtungssystem herzustellen.
- Es ist bekannt, daß Stifte durch eine als "erweiterbares Maskenverfahren" oder "Lift-off-Verfahren" bezeichnete Vorgehensweise gebildet werden, die zuerst in der US-Patentschrift Nr. 2 559 389 beschrieben und beansprucht wurde. Verbesserungen des grundlegenden Lift-off-Verfahrens wurden zum Beispiel gemäß den gemeinsam übertragenen US-Patentschriften Nr. 3 849 136, eingereicht am 31. August 1973, und Nr. 3 873 361, eingereicht am 29. November 1973, vorgenommen. Die Lift-off-Technik zur Bildung eines Stiftmetallmaterials überwindet jedoch folgende Schwierigkeiten nicht völlig: gleichmäßige Abscheidung des Stifmetallmaterials, mit der Erzielung gleichmäßiger Stifthöhen verknüpfte Planaritätsprobleme, Depositionen von Stiften mit großem Aspekt verhältnis und Elektromigrationstendenzen der bevorzugten Stiftmetallmaterialien.
- Ein Beispiel der mit der Stiftbildung Verknüpften Schwierigkeiten ist aus der Verwendung der Lift-off-Technik mit Aluminium als Stiftmetall ersichtlich. Das Aluminium muß durch Verdampfung abgeschieden werden; es ist jedoch bekannt, daß die Verdampfung von Aluminium Schwierigkeiten bezüglich Hohlräumen und Unregelmäßigkeiten bei seiner Bildung hervorruft.
- Eine weitere, mit der Stiftbildung verknüpfte Schwierigkeit besteht in den strukturellen Unregelmäßigkeiten, von denen man weiß, daß sie durch die Art der Master-Slice-Fertigung erzeugt werden. Zum Beispiel wird, da die Master-Slice-Fertigung eine Variation in der Tiefe von Kontakten verursacht, die Höhe der aufgebrachten Stifte unterschiedlich, so daß die Aluminium-Stifte mit Ionen zurückgeätzt werden müssen, um eine planare Oberfläche zu bilden (siehe zum Beispiel US-Patentschrift Nr. 4 541 169).
- Obwohl viele Techniken zur Erzielung der Planarität von Stiften vorgeschlagen worden sind, basierten diese Techniken alle auf der Verwendung des Zurückätzens mit Ionen zusammen mit der Liftoff-Technik (zum Beispiel US-Patentschriften Nr. 4 410 622; 4 470 874 und 4 541 169), wobei die Ergebnisse keine gleichmäßige Planarität erreicht haben und die Verfahren auf größere Linienbreiten und Stifte beschränkt waren.
- Außerdem gibt es mit Aluminium als Stiftmetall zusätzliche Schwierigkeiten hinsichtlich Legieren/Eindringen an Kontakten, Elektromigration und Siliziumpartikelbildung. Silizium bildet in den Kontaktlöchern Partikel und dünne Filme, was zur Folge hat, daß das Aluminium von der Substratoberfläche isoliert wird. Überdies stößt man bei der immer weitergehenden Verringerung der Abmessungen in dem Mehrebenen-Verbindungssystem von Bauelementen bei Verwendung von Aluminium bezüglich Isolations- und Elektromigrations-Toleranzen an Grenzen.
- Es wurde vorgeschlagen, Elektromigrationsprobleme, die mit auf Substraten vom Siliziumtyp aufgebrachtem Aluminium verknüpft sind, durch Verwendung von Wolframfilmen als Dif£usionsbarrieren zu lösen (M. L. Green und R. A. Levy, Technical Proceedings, SEMICON/EAST 85, Semiconductor Eguipment and Materials Institute Meeting, September 1985, Seiten 57 bis 63). "Wurmlöcher"-Defekte, die an der Wolfram/Silizium-Grenzfläche entstehen, und Schwierigkeiten mit bevorzugter Erosion von n+-implantiertem Silizium gegenüber p&spplus;-implantiertem Silizium aus einer LPCVD-Deposition von Wolfram Sprachen gegen die alleinige Verwendung von LPCVD-Wolfram als Füllmetallmaterial der Kontaktstifte.
- In einer Veröffentlichung jüngeren Datums (U. Fritsch, G. Higelin, G. Enders und W. Muller, Technical Proceedings, V-MIC Conference Meeting; 13./14. Juni 1988, Seiten 69 bis 75) schlagen die Autoren eine mögliche Lösung für die mit der Deposition von CVD-Wolfram in CMOS-Bauelementen verknüpften Defekte vor. Darin empfehlen die Autoren, zuerst durch Sputtern eine Titan/Titannitrid-Diffusionsbarriere aufzubringen, gefolgt von einer CVD- Wolframschicht. Diese Struktur erzeugt jedoch keine Kristallkeimschicht, die zu der atomaren Struktur des nachfolgenden hochschmelzenden CVD-Metalls paßt. Daher können Grenzflächenprobleme zwischen dem hochschmelzenden CVD-Füllmetall und der Titannitridschicht, wie mechanische Abtrennung und/oder elektrischer Widerstand, auftreten.
- EP-A-279588 offenbart einen stabilen Kontakt mit niedrigem Widerstand, der in einem durch einen isolierenden Schichtbereich, z. B. SiO&sub2;, eines Siliziumsubstrates führenden Kontaktloch gebildet ist und folgendes umfaßt: (a) eine Haft- und Kontaktschicht aus Ti; (b) eine Barrierenschicht, die über (a) gebildet ist und ein Material enthält, das aus W, Mo, TiW, TiN, TiWN, WN, MoN, Cr, Cr/Cr-Oxid und BN ausgewählt ist; und (c) ein leitendes Material, das aus W oder Mo oder dotiertem Polysilizium ausgewählt ist und das Kontaktloch wenigstens im wesentlichen füllt.
- EP-A-224013 offenbart ein weiteres Verfahren zur Herstellung koplanarer Mehrebenen-Metall/Isolator-Filme auf einem Substrat.
- Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines koplanaren Metall- und Isolator-Mehrebenen-Verbindungssystems für VLSI Halbleiterbauelemente zu schaffen.
- Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Erzeugung planarer Stifte zur Kontaktierung des Substrats mit der ersten Ebene der Verbindungsverdrahtung.
- Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Erzeugung von Verbindungsstiften, die nicht mit Lift-off-Toleranzen hergestellt werden können (d. h. Stiftbreiten von weniger als 1,5 µm).
- Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Erzeugung von Substratkontaktstiften aus einem nicht-reaktiven Metall für eine Abscheidung ohne Hohlräume mit geringen Elektromigrationserscheinungen.
- Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Substratkontaktstift-Struktur, die mit verschiedenen Komponenten-Kontakten verwendbar ist.
- Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Auf ein Substrat, das bis zu dem Punkt hergestellt wurde, an dem es für das Aufbringen des Kontaktstift-Metallmaterials bereit ist, wird deckend ein Isolator aufgebracht. Dieser Isolator wird dann planarisiert und daraufhin werden selektiv an vorgegebenen Stellen Bereiche entfernt, um die Substratoberf läche zur Kontaktierung freizulegen.
- Dann wird eine reaktive Haftschicht deckend über den Isolator und in den Kontaktöffnungen aufgebracht.
- Daraufhin wird eine Kristallkeimschicht über die Haftschicht aufgebracht. Sowohl die Haft- als auch die Kristallkeimschicht werden durch Sputtern abgeschieden. Die Haftschicht besteht vorzugsweise aus einem Übergangsmetall, das in der Lage ist, SiO&sub2; zu reduzieren, und die Kristallkeimschicht besteht aus einem hochschmelzenden Metall. In Abhängigkeit von der speziellen Transistorkomponente, zu welcher der Kontakt herzustellen ist, kann jedoch die Haftschicht entweder aus einem Übergangsmetall oder einer Legierung aus dem reaktiven Metall und einem hochschmelzenden Metall bestehen.
- Ein hochschmelzendes Metall, wie Wolfram, wird dann als Füllschicht durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) aufgebracht, um die Bildung der Kontaktstifte zu vervollständigen. Die Oberfläche wird wiederum planarisiert, so daß der Isolator und die Stifte eine koplanare Oberfläche bilden.
- Nun können aufeinanderfolgende obere Verbindungs-Metallisierungsschichten auf den Kontaktstiften hergestellt werden. Somit wird auf den Stiften ein Verdrahtungsmetallmaterial aufgebracht, so daß durch den zuvor aufgebrachten Stift ein Kontakt zum Substrat hergestellt ist.
- Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung eines Bereiches eines Halbleiterchips, der bis zur Bildung eines Bauelementkontakts auf dem Chip hergestellt ist.
- Fig. 2 zeigt die Halbleiterstruktur von Fig. 1 mit der Deposition einer Ätzstoppschicht auf der Substratoberf läche.
- Fig. 3 zeigt die Halbleiterstruktur von Fig. 2, wobei ein TsoIator auf den Halbleiterchip aufgebracht wurde.
- Fig. 4 zeigt die Halbleiterstruktur von Fig. 3, wobei der TsoIator planarisiert wurde.
- Fig. 5 zeigt die Halbleiterstruktur von Fig. 4, wobei die Bauelementkontakte freigelegt wurden.
- Fig. 6 zeigt die Halbleiterstruktur von Fig. 5, wobei ein Metall auf die Oberfläche aufgebracht wurde.
- Fig. 7 zeigt die Halbleiterstruktur von Fig. 6, wobei das Kontaktstift-Metallmaterial auf die Diffusionsbarriere aufgebracht wurde.
- Fig. 8 zeigt die Halbleiterstruktur von Fig. 7, wobei das Metall und der Isolator koplanar gearbeitet wurden.
- Fig. 9 zeigt die Halbleiterstruktur von Fig. 8 mit Darstellung der Deposition des Verdrahtungsmetallmaterials.
- Nun bezugnehmend auf Fig. 1 ist dort ein Substrat 1, das typischerweise aus einkristallinem Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial besteht, mit einer darüberliegenden Schicht 3 aus einer dielektrischen Doppelschicht, wie zum Beispiel SiO&sub2;/Si&sub3;N&sub4;, gezeigt. Die dielektrische Schicht besteht vorzugsweise aus einer etwa 1000 Å dicken Schicht aus thermisch aufgewachsenem SiO&sub2;, auf die eine Si&sub3;N&sub4;-Schicht von etwa 1500 Å thermisch aufgewachsen ist.
- In der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung besteht das Substrat 1 aus einem Bauelement mit integrierten Schaltkreisen, das darin hergestellte aktive und passive Bauelemente sowie (nicht gezeigte) Mittel zur elektrischen Isolierung der Bauelemente voneinander aufweist. Bei dieser Anwendung ist die Schicht 3 mit Kontaktöffnungen 5 zur Kontaktherstellung zum Kontaktbereich 7 (z. B. PtSi) versehen.
- Nun bezugnehmend auf Fig. 2 wurde eine Ätzstoppschicht 9 gleichförmig auf der dielektrischen Schicht 3 und dem Substrat 1 aufgebracht. Die Ätzstoppschicht 9 kann aus einem beliebigen, geeigneten anorganischen Material bestehen, das die Oberfläche des Substrats und der dielektrischen Schicht gleichförmig abdeckt und an ihr haftet, während sie außerdem einen merklichen Unterschied im Äztwiderstand gegenüber dem nachfolgenden darüberliegenden Material aufweist.
- Wie in Fig. 3 gezeigt, wird auf die Ätzstoppschicht 9 eine zweite Isolationsschicht 11 aufgebracht. Zum Beispiel kann gesputtertes oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) aufgebrachtes SiO&sub2; oder Borphosporglas (BPSG) oder Phosphorglas (PSG) über der in Fig. 2 gezeigten Struktur angeordnet werden. Dem Fachmann ist ersichtlich, daß die Dicke dieser Schicht 11 die Dicke der Metallisierungsebene bestimmt, die in den Kanälen zu bilden ist, welche in die Schicht 11 zur Erzeugung des Stiftmetallmaterials zu ätzen sind. Als nächstes wird die Schicht 11 durch eine beliebige übliche Planarisierungstechnik einschließlich Zurückätzen mit reaktivem Ionenätzen (RIE), wie in Fig. 4 gezeigt, planarisiert.
- Nun bezugnehmend auf Fig. 5 werden, sobald die Isolatoroberfläche planarisiert wurde, Durchkontaktlöcher oder Stiftlöcher 13 unter Verwendung einer Standard-Photolithographie und RIE-Technik in der Schicht 11 erzeugt. Die gewünschte Stiftstruktur wird dann durch Naßätz- oder RIE-Ätztechniken, wenngleich die letzteren bevorzugt sind, besonders wenn feine Abmessungen erforderlich sind, auf die Ätzstoppschicht 9 übertragen. Weitere mögliche Techniken zur Erzeugung der Durchkontaktlöcher oder Metallmaterial-Verbindungsstruktur beinhalten gerichtetes laserunterstütztes Ätzen, Sputtertechniken oder Ätzen mit einem reaktiven Ionenstrahl. Beide Schichten 9 und 3 werden durchbrochen, um den Substratkontakt 7 freizulegen. Es ist zu erwähnen, daß, wenngleich Figur 5 die Kontaktfläche mit der gleichen Breite wie das Kontaktloch 5 zeigt, der Stift breiter als die Fläche 7 sein kann und/oder sogar zwei oder mehr Löcher verbinden kann.
- Nachdem die Kontaktlöcher festgelegt sind, wird eine reaktive Haftschicht 15 auf die Struktur von Fig. 5 aufgesputtert oder aufgedampft, wie in Fig. 6 gezeigt. Das Haftmetall wird so abgeschieden, daß es ungefähr 200 Ä bis 1000 Ä dick ist. In der bevorzugten Ausführungsform wird Titan als Haftmetall für Emitterkontakte verwendet, wobei diese Kontakte direkt zum Silizium hergestellt werden. Der Fachmann wird erkennen, daß ein reaktives Metall, wie es hier verwendet wird, die Fähigkeit einbringt, SiO2 zu reduzieren und/oder einen ohmschen oder Schottkybarrierenkontakt ohne Erzeugung von Siliziden zu bilden. Andere Metalle, einschließlich jedes beliebigen Übergangsmetalls, sind ebenso zur Verwendung als reaktives Haftmetall gut geeignet. Es sei jedoch erwähnt, daß die genaue, zu verwendende Haftmetallschicht mit dem speziellen, zu strukturierenden Komponentenkonakt variiert.
- Zum Beispiel ist es notwendig, wenn die Komponente des integrierten Schaltkreises aus einer Schottkybarrierendiode mit niedriger Barrierenhöhe (LSBD) besteht, entweder ein reines reaktives Metall (z. B. Titan) oder eine Legierung aus einem reaktiven Metall und einem hochschmelzenden Metall (z. B. eine TiW-Legierung mit 10 % Ti und 90 % W) zu verwenden. Dieser Schicht folgt dann eine Kristallkeimschicht aus einem reinen hochschmelzenden Metall (z. B. gesputtertem Wolfram).
- Für andere Kontakte, wie jene für Schottkybarrierendioden mit großer Barrierenhöhe (HSBD), Basis, Kollektor und Widerstände, können die Kontaktflächen 7 darin abgeschiedenes Platin enthalten, das Platinsilizid bildet. Bei diesen Kontakten ist lediglich die gesputterte hochschmelzende Kristallkeimschicht erforderlich.
- Nun wiederum bezugnehmend auf Fig. 6 wird auf die reaktive Haftschicht 15 eine Metallkeimschicht 21 aufgesputtert oder aufgedampft. Diese Kristallkeimschicht 21 ist typischerweise etwa 1000 Å dick, dies ist aber ein Näherungswert, und die tatsächliche Dicke kann in Abhängigkeit von der Fähigkeit der Kristallkeimschicht, ein Eindringen von Silizium in die nachfolgende Füllschicht zu verhindern, variieren.
- Zusätzlich zur Bereitstellung einer Diffusionsbarriere für das Silizium wirkt die Kristallkeimschicht auch als Nukleationsschicht für die Abscheidung der Füllschicht 17. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Kristallkeimschicht aus einem Metall der Gruppe der hochschmelzenden Metalle (d. h. Wolfram, Molybdän, Tantal etc.).
- Auf die Kristallkeimschicht 21 wird dann durch chemische Gasphasenabscheidung das Kontaktstift-Füllmetallmaterial 17 aufgebracht. Das Kontaktstift-Metallmaterial wird so aufgebracht, daß es, wie in Fig. 7 gezeigt, über der Oberfläche liegt. Die Dicke des Kontaktstift-Metallmaterials ist wenigstens so groß wie das Stiftkontaktloch. In ähnlicher Weise wie bei dem Metallmaterial der Kristallkeimschicht sind die hochschmelzenden Metalle (z. B. Wolfram, Molybdän etc.) die bevorzugten Metalle für die Kontaktstifte.
- Wie aus Fig. 8 ersichtlich, kann, sobald das Füllmetall 17 aufgebracht wurde, die Kontaktstiftstruktur dann planarisiert werden. Es existiert eine Anzahl von Techniken zur Planarisierung von Strukturen aus ungleichartigen Schichten mit hohen Abtragungsratenverhältnissen für eine Kombination von Metallen und dielektrischen Materialien. Mögliche Techniken schließen RIE- Ätzen etc. ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Durch diese Techniken werden die übereinanderliegenden Haft-, Kristallkeim- und Füllschichten entfernt, so daß die Oberflächen des Isolators und des Kontaktmetallmaterials koplanar sind.
- Als nächstes werden durch Standard-Photolithographie Verbindungskanäle in einer (nicht gezeigten) darüberliegenden Resistschicht festgelegt. An Stellen, an denen eine Stiftdurchkontakt-Verbindung zur darüberliegenden Metallisierung gewünscht ist, muß die jeweilige Kanalöffnung in der darüberliegenden Schicht zu einem Kontaktstift ausgerichtet werden und sich wenigstens teilweise mit ihm decken.
- Wie in Fig. 9 gezeigt, wird in einem speziellen Typ von Ausführungsform nach der Festlegung der Kanäle in dem Photoresist die darüberliegende Metallisierungsebene 19 auf die Struktur aufgebracht. Das Photoresist und das überschüssige Metall werden entfernt, wodurch das Verbindungsmetallmaterial 19 zurückbleibt.
- Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, daß es, während ein additiver Lift-off-Prozeß beschrieben wurde, auch möglich ist, diesen Schritt des Prozesses mit einem subtraktiven Prozeß (d. h. RIE oder Naßätzen) durchzuführen.
- Auf das Verbindungsmetallmaterial wird dann eine Schicht aus einem isolierenden Material, zum Beispiel gesputtertem SiO&sub2; oder CVD-Oxid, aufgebracht. Mit der SiO&sub2;-Isolierung können Durchkontaktöf fnungen darin geätzt werden, um das Verbindungsmetallmaterial zu kontaktieren. Dann wird ein Stiftmetallmaterial durch Sputtern in den Durchkontaktöf fnungen und über der Isolierung liegend abgeschieden. Auf dieser Ebene besteht die Stiftmetallmaterialbasis bevorzugt aus demselben Metallmaterial wie das Verbindungsmetallmaterial Dies ist bevorzugt eine Legierung, die auf Al-Cu basiert..
- Das darüberliegende Metallmaterial wird dann bis zu der Isolatoroberf läche als Vorbereitung für die nächsten Personalisierungsebenen planarisiert. Die vorhergehenden Verdrahtungsprozeßschritte können dann wiederholt werden, um nachfolgende Schichten auf dem Substrat zu bilden.
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen eines Kontaktstifts auf einem
Halbleitersubstrat (1) mit einer darauf gebildeten,
strukturierten dielektrischen Schicht (3), die einen Satz von
ersten Öffnungen (5) aufweist, die vorbestimmte Bereiche
des Substrats freilegen, an denen ein Kontakt herzustellen
ist, das die folgenden Schritte beinhaltet:
a) Aufbringen einer Atzstoppschicht (9) aus einem ersten
Tsolatormaterial mit hinsichtlich der nachfolgend darauf
auf zubringenden dielektrischen Schicht selektiven
Ätzeigenschaften;
b) Aufbringen einer Planarisierungsschicht (11) aus einem
zweiten Isolatormaterial auf die Ätzstoppschicht, die im
wesentlichen die Höhe des nachfolgend zu bildenden Stiftes
bestimmt;
c) Bilden eines Satzes von zweiten Öffnungen (13) in der
Planarisierungsschicht und der Ätzstoppschicht an der
Stelle eines freigelegten Bereiches, um die vorbestimmten
Bereiche des Substrats freizulegen;
d) Aufbringen einer Haftschicht (15) aus einem ersten
Metall in den zweiten Öffnungen, wobei das erste Metall daran
haftet und die zweiten Öffnungen auskleidet;
e) gleichmäßiges Aufbringen einer Kristallkeimschicht (21)
aus einem zweiten Metall auf die erste Metallschicht;
f) gleichmäßiges Aufbringen einer Füllschicht (17) aus
einem dritten Metall auf die zweite Metallschicht sowie
Füllen der Öffnung in der Isolatorschicht und dadurch Bilden
des Kontaktstifts und
g) Planarisieren der Struktur, damit die Metallstifte
koplanar zu der Oberseite der Planarisierungsschicht sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Metall aus der
Gruppe der Übergangsmetalle und das zweite und dritte
Metall aus der Gruppe ausgewählt werden, die hochschmelzende
Metalle beinhaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Planarisierungsschicht vor der Durchführung des Schritts c)
planarisiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Metall
gegenüber dem Substrat reaktiv ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei vor dem Schritt a)
in den ersten Öffnungen Pt-Si-Kontakte gebildet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Substrat aus Silizium besteht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die strukturierte dielektrische Schicht aus einer unteren
Schicht aus SiO&sub2; und einer oberen Schicht aus Si&sub3;N&sub4; besteht.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US25283688A | 1988-10-03 | 1988-10-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE68914080D1 DE68914080D1 (de) | 1994-04-28 |
| DE68914080T2 true DE68914080T2 (de) | 1994-10-20 |
Family
ID=22957752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1989614080 Expired - Lifetime DE68914080T2 (de) | 1988-10-03 | 1989-07-26 | Kontaktständerstruktur für Halbleitervorrichtungen. |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0363297B1 (de) |
| JP (1) | JPH031570A (de) |
| DE (1) | DE68914080T2 (de) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9015820D0 (en) * | 1990-07-18 | 1990-09-05 | Raychem Ltd | Processing microchips |
| US5216282A (en) * | 1991-10-29 | 1993-06-01 | International Business Machines Corporation | Self-aligned contact studs for semiconductor structures |
| JP2755360B2 (ja) * | 1991-12-17 | 1998-05-20 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | アルファ粒子遮蔽機能を有する半導体モジュール |
| JPH0730095A (ja) * | 1993-06-25 | 1995-01-31 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| US5712193A (en) * | 1994-12-30 | 1998-01-27 | Lucent Technologies, Inc. | Method of treating metal nitride films to reduce silicon migration therein |
| WO2014115699A1 (ja) | 2013-01-28 | 2014-07-31 | ニホンハンダ株式会社 | ダイボンド接合用はんだ合金 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4789648A (en) * | 1985-10-28 | 1988-12-06 | International Business Machines Corporation | Method for producing coplanar multi-level metal/insulator films on a substrate and for forming patterned conductive lines simultaneously with stud vias |
| JPS63172463A (ja) * | 1987-01-09 | 1988-07-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| US4884123A (en) * | 1987-02-19 | 1989-11-28 | Advanced Micro Devices, Inc. | Contact plug and interconnect employing a barrier lining and a backfilled conductor material |
-
1989
- 1989-07-26 DE DE1989614080 patent/DE68914080T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-07-26 EP EP89480113A patent/EP0363297B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-08-11 JP JP20710589A patent/JPH031570A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0363297B1 (de) | 1994-03-23 |
| DE68914080D1 (de) | 1994-04-28 |
| EP0363297A1 (de) | 1990-04-11 |
| JPH031570A (ja) | 1991-01-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69531244T2 (de) | Vereinfachter doppel-damaszenen prozess für die herstellung einer mehrlagen-metallisierung und einer verbindungsstruktur | |
| DE3339957C2 (de) | ||
| DE69616081T2 (de) | Verbindungsschema für integrierte schaltungen | |
| DE69333604T2 (de) | Durch PVD und DVD gebildete, mit hochschmelzendem Metall abgedeckte Metallleiterbahnen und Durchgangslöcher mit niedrigem spezifischen Widerstand | |
| DE10194958B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Sperr-/ Haftschicht und einer Kristallkeimschicht in einer integrierten Schaltkreisanordnung und zugehörige integrierte Schaltkreisanordnung | |
| DE69625975T2 (de) | Halbleiteranordnung mit in selbstjustierter Weise gebildeter Leiternut und Kontaktloch und deren Herstellungsverfahren | |
| DE69226133T2 (de) | Verbindungsstruktur einer Halbleiteranordnung und ein Herstellungsverfahren dafür | |
| DE10256346B4 (de) | Halbleiterbauelement mit MIM-Kondensator und Zwischenverbindung und Herstellungsverfahren dafür | |
| DE102005034182B4 (de) | Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür | |
| DE19834917A1 (de) | Verfahren zum Bilden von selbstausrichtenden Durchgängen in integrierten Schaltungen mit mehreren Metallebenen | |
| DE69015564T2 (de) | Vollverdiefte verbindungsstruktur mit titanium/wolfram und selektivem cvd-wolfram. | |
| DE69228099T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Sacklöchern und hergestellte Struktur | |
| DE112013007166B4 (de) | Bewahrung von Umverteilungsleitungen feiner Teilung | |
| DE102005057076A1 (de) | Technik zum Verbessern der Haftung von Metallisierungsschichten durch Vorsehen von Platzhalterkontaktdurchführungen | |
| DE102016100323B4 (de) | Verringern der Dual-Damascene-Verwerfung in integrierten Schaltkreisstrukturen | |
| DE60132152T2 (de) | Herstellungsverfahren von einem randlosen Kontakt auf Bitleitungskontaktstutzen mit einer Ätzstopschicht | |
| DE69327600T2 (de) | Herstellungsverfahren von Submikronkontakten | |
| DE69220399T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von einer Verbindung über einer Halbleitervorrichtung | |
| DE112019002455T5 (de) | Dünnfilmwiderstand in einer integrierten schaltung und herstellungsverfahren | |
| DE4239457C2 (de) | Halbleiterwaferstruktur und Herstellungsverfahren dafür | |
| DE112021000239T5 (de) | Verbindungsstrukturen mit rutheniumauskleidung mit kobaltinfusion und einer kobaltabdeckung | |
| DE3414781A1 (de) | Vielschicht-verbindungsstruktur einer halbleitereinrichtung | |
| DE19614164A1 (de) | Verfahren zum Bilden einer Mehrschichtverbindung | |
| EP0698293B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements mit stromanschlüssen für hohe integrationsdichte | |
| EP0373258B1 (de) | Verfahren zur selbstjustierten Herstellung von Kontakten zwischen in übereinander angeordneten Verdrahtungsebenen einer integrierten Schaltung enthaltenen Leiterbahnen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8364 | No opposition during term of opposition |