DE69724980T2 - Leitende schicht mit antireflexionsoberfläche - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitertechnologie, bei der ein leitendes Muster hochreflektierenden Materials durch Photolithographie- und Ätztechniken gebildet wird. Die vorliegende Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Sub-Mikron-Schaltungen, die Metall-Leitungen aufweisen.
  • Technischer Hintergrund
  • Beim Herstellen von IC-Vorrichtungen werden eine oder mehr leitende Schichten, die typischerweise Metall wie z. B. Aluminium oder eine Aluminium-Legierung aufweisen, aufgetragen und anschließend in Form eines Musters ausgebildet, um Kontakte und/oder gegenseitige Verbindungen zwischen verschiedenen Schaltungskomponenten zu bilden. Bei einem derartigen Verarbeitungsvorgang wird typischerweise ein Photoresist auf die Metall-Schicht aufgetragen, das Photoresist einem Licht-Muster ausgesetzt und dann entwickelt, um das Muster zu bilden. Das gemusterte Photoresist wird anschließend als Maske verwendet, durch die hindurch die darunterliegende Metallschicht selektiv geätzt wird, wie z. B. durch Plasma-Ätzen mit hoher Dichte unter Verwendung eines chlorhaltigen Gases. Dann wird das verbleibende Photoresist entfernt, wobei das gewünschte Metall-Muster, das typischerweise mehrere eng beabstandete Metall-Leitungen aufweist, zurückbleibt. Metall wie etwa Aluminium weist eine hohe Reflektivität auf. Deshalb wird bei herkömmlichen Praktiken vor der photolithographischen Bearbeitung eine antireflektierende Beschichtung auf die Metall-Schicht aufgetragen. Diese antireflektierende Beschichtung, die typischerweise Titannitrid aufweist, reduziert Interferenzeffekte und diffuse Streuung. Vgl. beispielsweise Abernathey et al., US-Patent 5,219,788, in dem verschiedene antireflektierende Materialien aufgeführt sind.
  • Ein herkömmliches Verfahren zum Bilden eines leitenden Metall-Musters ist beschrieben von Arnold, III et al. im US-Patent 4,820,611 und umfasst gemäß 1A das Auftragen einer Metallschicht 12, wie z. B. Aluminium oder einer Aluminium-Legierung, auf einen Teil der IC-Schaltung 10, und das Auftragen einer antireflektierenden Beschichtung 16, und zwar Titannitrid, auf die Metallschicht 12. Auf der antireflektierenden Schicht 16 wird eine Photoresist-Schicht 14 ausgebildet. Über der Photoresist-Schicht 14 wird eine Maske 20 positioniert, in der Lichtöffnungen 22 ausgebildet sind. Durch die Öffnungen 22 werden durch Pfeile 18 angedeutete Lichtstrahlen geschickt, wobei gewählte Bereiche der Photoresist-Schicht 14 belichtet werden. Nach der Entwicklung werden die belichteten Bereiche der Photoresist-Schicht 14 und die darunterliegenden Bereiche der antireflektierenden Beschichtung 16 entfernt, wie 1B zeigt. Anschließend wird eine Metallschicht 12 derart geätzt, dass ein leitendes Muster gebildet wird, und die Photoresist-Maske wird gemäß 1C entfernt. Die antireflektierende Beschichtung 16 auf dem verbleibenden Metall-Muster 12 kann belassen oder entfernt werden.
  • Herkömmliche Praktiken umfassen durchgehend das Auftragen einer antireflektierenden Beschichtung, die ein Material aufweist, das dem Material der darunterliegenden leitenden Schicht, auf der die antireflektierenden Beschichtung aufgetragen wird, unähnlich ist. Die Verwendung einer antireflektierenden Beschichtung aus einem sich von dem Material der leitenden Schicht unterscheidenden Material verlangt einen kostenaufwendigen Verarbeitungsvorgang in Hinblick auf zusätzliche Materialien, Handhabungsschritte, Apparaturen und Herstellungszeit. Tatsächlich ist bei einem physikalischen Dampfauftagungssystem der Titannitrid-Aufrag der ratenbegrenzende Schritt.
  • Ferner werden durch den stetig zunehmenden Bedarf an Halbleitervorrichtungen, die leitende Muster mit zunehmend engeren Leitungs-Breiten und zunehmend engeren Abständen zwischen den Leitungen aufweisen, im Zu sammenhang mit derzeitigen photolithographischen Fähigkeiten akute Probleme verursacht. Ein derartiger Bedarf nach stärkerer Miniaturisierung verlangt den Einsatz von Tief-UV-Photoabbildungs- oder Lichtentwicklungsoperationen, die Photoresist-Materialien erfordern, welche mit Titannitrid inkompatibel sind. Beispielsweise ist gemäß Abernathey et al. eine Barriere-Schicht aus Silzium auf einer antireflektierenden Titannitrid-Beschichtung vorgesehen, um die Entstehung von Defekten zu verhindern, die beim Auftragen eines säure-katalysierten Photoresists auf einer antireflektierenden Titannitrid-Beschichtung auftreten können.
  • Somit besteht Bedarf an einer Photolithographie-Technologie, bei der die Verwendung eines antireflektierenden Films eines sich von demjenigen der darunterliegenden leitenden Schicht unterscheidenden Materials vermieden wird, während dennoch das Erfordernis zunehmend engerer Breiten der leitenden Leiterdrähte und zunehmend engerer Abstände erfüllt wird.
  • Zu verweisen ist auf US-5,139,974, in dem eine Anordnung beschrieben ist, bei der die obere Fläche einer Metall-Leitung antireflektierend gemacht wird, indem die Oberfläche mit Ionen beschossen wird, so dass die Oberfläche aufgerauht wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einer Halbleitervorrichtung, die ein Verbindungsmuster aufweist, das unter Verwendung eines antireflektierenden Materials ausgebildet ist, welches dem Material des Verbindungsmusters ähnlich ist.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einem effizienten, kostengünstigen Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, die ein Verbindungsmuster aufweist, für das ein dem Material des Verbindungsmusters ähnliches antireflektierendes Material verwendet wird.
  • Weitere Vorteile und sonstige Merkmale der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung aufgeführt und werden dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bei Kenntnisnahme der Beschreibung ersichtlich oder lassen sich bei der Praktizierung der Erfindung erkennen. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können insbesondere in der Weise, in der sie in den beigefügten Ansprüchen angegeben sind, realisiert und erzielt werden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Halbleitervorrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 5 angegeben.
  • Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, in der nur die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben ist, und zwar lediglich zur Veranschaulichung der besten Art, die zur Ausführung der Erfindung avisiert ist. Wie ersichtlich sein wird, kann die Erfindung auch in Form weiterer und unterschiedlicher Ausführungsformen realisiert werden, und an den zahlreichen Details der Erfindung können Modifikationen in verschiedenen offensichtlichen Zusammenhängen vorgenommen werden, wobei all dies ohne Verlassen des Schutzumfangs der Erfindung möglich ist. Folglich haben die Zeichnungen und die Beschreibung nur illustrativen und keinen einschränkenden Charakter.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1A, 1B und 1C zeigen schematisch aufeinanderfolgende Schritte bei einem herkömmlichen Verfahren zur Bildung eines Metall-Verbindungsmusters.
  • 2A bis 2E zeigen schematisch aufeinanderfolgende Schritte bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt ein Schaubild zur Veranschaulichung der reduzierten Reflektivität eines antireflektierenden oberen Bereichs, der in einer Aluminiumschicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
  • Arten der Ausführung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bietet eine effiziente und höchst kostengünstige Methodik zum Bilden eines leitenden Musters, insbesondere eines leitenden Musters mit mehreren hochreflektierenden Metall-Leitungen, bei denen ein nur minimaler Abstand zwischen den Drähten von z. B. weniger als 1 μm existiert, ohne dass es erforderlich ist, eine antireflektierende Beschichtung aus einem Material aufzutragen, das sich von demjenigen des Metall-Musters unterscheidet. Somit wird bei der vorliegenden Erfindung das zeitaufwändige Auftragen einer antireflektierenden Beschichtung wie z. B. einer Titannitrid- oder Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Schicht vermieden, zusammen mit den einer derartigen Schicht inhärenten Beschränkungen hinsichtlich inkompatibler Photoresist-Materialien und den bei einer derartigen Schicht vorhandenen nachteiligen wirtschaftlichen Folgen in Bezug auf Zeit, Material, Handhabungsschritte und zusätzlicher Apparaturen.
  • Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende breite Konzept umfasst die Bildung einer antireflektierenden oberen Schicht auf einer leitenden Schicht, wobei die antireflektierende obere Schicht die gleichen Materialien wie die leitende Schicht aufweist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Reflektivität der Oberfläche einer leitenden Schicht dahingehend geändert, das ein antireflektierender oberer Bereich gebildet wird, der sich von der Oberfläche in die leitende Schicht erstreckt. Die Reflektivität des oberen Bereichs kann reduziert werden, indem die elektronische Struktur des oberen Bereichs verändert wird. Die elektronische Struktur des oberen Bereichs kann verändert werden, indem eine Spezies von Atomen implantiert wird, die schwerer ist als die Atome der leitenden Schicht. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet kann in Kenntnis der Aufgaben der vorliegenden Erfindung problemlos die geeignete atomische Spezies für die Implantierung und die Implantierungs-Dosis zur Bildung eines antireflektierenden oberen Bereiches der leitenden Schicht wählen. Es hat sich erwiesen, dass die Reflektivität des oberen Bereichs einer Metall-Schicht durch Ionenimplantation auf weniger als 50% der Reflektivität des übrigen Bereichs der Metall-Schicht reduziert werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Metallschicht, die z. B. Aluminium, eine Aluminium-Legierung, Kupfer oder eine Kupfer-Legierung aufweist, aufgetragen, und der obere Bereich der Metallschicht wird durch Ionenimplantation in einen im wesentlichen amorphen oberen Bereich konvertiert. Ein derartiger amorpher oberer Bereich zeigt eine Reflektivität, die signifikant niedriger ist als diejenige des Rests der im wesentlichen kristallinen oberen Schicht, so dass der Bereich als antireflektierender oberer Bereich wirkt. Beispielsweise werden bei der Ausbildung eines Aluminium oder eine Aluminium-Legierung aufweisenden leitenden Verbindungsmusters Verunreinigungs-Ionen, wie z. B. Ge, Si, Ar, Kr oder eine andere Metall-Spezies, vorzugsweise Ge oder Si, in die Oberfläche der Aluminium-Schicht implantiert, um sie amorph zu machen, so dass in situ ein antireflektierender oberer Bereich gebildet wird, der sich von der Oberfläche in die Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Schicht erstreckt. Es hat sich erwiesen, dass ein derartiger amorpher antireflektierender oberer Bereich in einer Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Schicht gebildet werden kann, indem Ge oder Si mit einer Dosierung von mehr als 1 × 1015 Atomen/cm2 implantiert wird.
  • Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung kann ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet die Implantierungs-Dosis leicht optimieren, indem er die Reflektivität der leitenden Schicht auf eine dahingehend hinreichende Tiefe von der Oberfläche reduziert, dass ein antireflektierender oberer Bereich gebildet wird. Generell hat es sich nicht als erforderlich erwiesen, die Tiefe des antireflektierenden oberer Bereich in die leitende Schicht auf mehr als 100 nm zu vergrößern.
  • Ein gemäß der Erfindung ausgelegtes Verfahren zum Bilden und Verwenden eines antireflektierenden oberen Bereichs ist sequentiell in 2A–2D veranschaulicht. Wie bei der herkömmlichen Methodologie wird eine Metallschicht 21, bei der es sich z. B. um Aluminium handeln kann, auf einem geeigneten Substrat aufgetragen, wie z. B. auf der Isolierschicht 20 gemäß 2A. Wahlweise kann eine (nicht gezeigte) herkömmliche Barriere wie z. B. Titan, Titannitrid oder ein Verbundmaterial aus Titan und Titannitrid unter der Metallschicht 21 vorgesehen sein. Die vorliegende Erfindung weicht von herkömmlichen photolithographischen Verfahren ab, indem ein Teil der Aluminium-Schicht 21 in einen antireflektierenden oberer Bereich 21A konvertiert wird, der sich in die leitenden Schicht 21 erstreckt, wie 2B zeigt. Weiterhin gemäß 2B wird die leitende Schicht 21 einer Ionen-Implantierung unterzogen, wie durch die Pfeile 22 angedeutet. Als Ergebnis dieser Ionen-Implantierung wird die Reflektivität des oberen Bereichs der leitenden Schicht 21 signifikant verändert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Si- oder Ge-Atome mit einer Dosierung von mehr als 1 × 1015 Atomen/cm2 in die Aluminium-Schicht implantiert, um einen im wesentlichen amorphen oberen Bereich 21A zu bilden, wobei der übrige Bereich der Aluminium-Schicht 21B im wesentlichen kristallin belassen wird. Der amorphe obere Bereich 21A funktioniert als ein antireflektierender oberer Bereich, der in die Aluminium-Schicht 21 hineinragt. Somit wird mit der vorliegenden Erfindung die zeitaufwendige unökonomische herkömmliche Praxis des Auftragens einer antireflektierenden Beschichtung aus einem sich vom Material der darunterliegenden leitenden Schicht unterscheidenden Material vermieden, z. B. einer aus Titannitrid bestehenden antireflektierenden Beschichtung auf einer aus Aluminium bestehenden leitenden Schicht, indem einfach ein Teil der Aluminium-Schicht in einen antireflektierenden Bereich konvertiert wird.
  • Bei dem nachfolgenden Behandlungsvorgang wird gemäß 2C eine Photoresist-Schicht 21 auf die Aluminium-Schicht 21 auf dem antireflektierenden oberen Bereich 21A aufgetragen. Durch Vermeiden der Verwendung von Titannitrid ist das wählbare Photoresist-Material nicht auf diejenigen Materialien beschränkt, die mit Titannitrid kompatibel sind. Auf der Photoresist-Schicht 23 wird eine Maske 24 aufgetragen. Die Maske 24 ist mit Öffnungen 25 versehen, durch die hindurch Lichtstrahlen 26 hindurchtreten. Nach dem Entwickeln und Ätzen wird gemäß 2D der freiliegende Teil der Photoresist-Schicht 23 entfernt. In einem nachfolgenden Ätz-Schritt werden auch die freiliegenden Abschnitte des darunterliegenden antireflektierenden oberen Bereichs 21A entfernt.
  • Gemäß 2E wird dann das Ätzen durchgeführt, um ein Muster aus Leiterbahnen auszubilden, das die übrigen Abschnitte der im wesentlichen kristallinen Metallschicht 21B und den amorphen antireflektierenden oberen Bereich 21A aufweist. Dann wird die Photoresist-Schicht 23 entfernt. Der amorphe antireflektierenden oberen Bereich der Aluminium-Schicht kann durch Wärmebehandlung oder in einem nachfolgenden thermischen Verarbeitungsvorgang bei einer Temperatur von ungefähr 400°C oder mehr kristallinisiert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der obere Bereich einer Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Schicht amorph gemacht wird, um als antireflektierenden oberen Bereich zu funktionieren, wird eine besonders präzise photolithographische Verarbeitung dadurch erzielt, dass die Korn-zu-Korn-Reflektivität mittels der amorphen Struktur beträchtlich reduziert oder beseitigt wird.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine besonders vorteilhafte Reduzierung der Herstellungskosten, indem ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Verbindungsmuster durch Implantieren von Verunreinigungs-Ionen in eine Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Schicht dahingehend gebildet wird, dass ein amorpher antireflektierender oberer Bereich gebildet wird. Gemäß 3 wird die Reflektivität einer Aluminium-Schicht signifikant reduziert durch Implantieren (von Silicium-/Germanium-Atomen) in eine Aluminium-Schicht zwecks Bildung eines amorphen antireflektierenden oberen Bereichs. Ferner ist die Reflektivität gegenüber der Wellenlänge bei einer herkömmlichen Titannitrid-Antireflexionsbeschichtung auf Aluminium gezeigt. Die Titannitrid-Antireflexionsbeschichtung zeigt eine niedrigere Reflektivität als der amorphe antireflektierende obere Bereich aus Aluminium. Es wird jedoch als besonders vorteilhaft angesehen, die Notwendigkeit eines separaten Auftrags einer antireflektierenden Titannitrid-Beschichtung zu beseitigen, wodurch die Verarbeitungskosten gesenkt werden, der Durchsatz erhöht wird und die Auswahl geeigneter Photoresist-Materialien erweitert wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Typ von Material für die leitende Schicht beschränkt; vorzugsweise wird jedoch ein Metall wie z. B. Aluminium, Kupfer oder dessen Legierungen gewählt. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet kann in Kenntnis der Aufgaben der vorliegenden Erfindung und der hier gegebenen Anleitung problemlos eine zur Implantierung geeignete atomische Spezies wählen, mit der die atomische Struktur des oberen Teils der Metallschicht so geändert werden kann, dass ihre Reflektivität ausreichend reduziert wird, um während des anschließenden photolithographischen Verarbeitungsvorgangs eine Antireflexions-Funktion zu erfüllen. Die vorliegende Erfindung umfasst in sich verbundene Stapel, die eine Haupt-Leiterschicht, z. B. eine Aluminium oder Aluminiumlegierungs-Schicht, und eine metallische Unterschicht, z. B. eine Barriere-Schicht, umfassen.
  • Die vorliegende Erfindung bietet greifbare Vorteile hinsichtlich einer Kostenreduzierung, einer Vereinfachung der Methodik, einer Reduzierung des apparativen Aufwands, eines erhöhten Durchsatzes, einer höheren Effizienz und einer Erweiterung der verfügbaren Photoresist-Materialien, die durch das Entfallen der Notwendigkeit des Auftrags einer ungleichartigen anti reflektierenden Beschichtung, insbesondere einer antireflektierenden Beschichtung aus Titannitrid auf eine Aluminium-Beschichtung, ermöglicht wird. Durch das Entfallen von Titannitrid als antireflektierenden Beschichtung auf Aluminium wird auch das Erfordernis beseitigt, zwischen die Titannitrid-Antireflexionsbeschichtung und das Photoresist-Material eine Barriereschicht anzuordnen, die in nachteiliger Weise mit dem Titannitrid interferiert.
  • In der vorliegenden Offenbarung der Erfindung wurden nur die bevorzugte Ausführungsform und lediglich einige wenige Beispiele ihrer Vielseitigkeit gezeigt und beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch zur Verwendung in zahlreichen anderen Kombinationen und Umgebungen geeignet ist und dass an der Erfindung Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden können.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmten Typ von Halbleitervorrichtung beschränkt, sondern kann bei der Herstellung verschiedener Halbleitervorrichtungen angewandt werden, bei denen ein Metall-Verbindungsmuster gebildet wird, insbesondere ein Metall-Verbindungsmuster, bei dem ein minimaler Abstand, z. B. weniger als 1 μm, zwischen den Drähten besteht.

Claims (9)

  1. Halbleitereinrichtung mit: einem Substrat, einer auf dem Substrat ausgebildeten Isolierschicht (20); und einer leitenden Schicht (21) mit einem antireflektierenden oberen Bereich (21A) und mit einem unteren Bereich (21B) gleichen Materials über der Isolierschicht; dadurch gekennzeichnet, dass der obere Bereich im wesentlichen amorph ist; und der untere Bereich im wesentlichen kristallin ist.
  2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, bei der die leitende Schicht (21) ein Metall aufweist.
  3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, bei der die leitende Schicht (21) Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist.
  4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, bei der die leitende Schicht (21) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist.
  5. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, mit den folgenden Schritten: Bilden einer Isolierschicht (20) auf einem Halbleitersubstrat; und Bilden einer leitenden Schicht (21) mit einem antireflektierenden oberen Bereich und mit einem unteren Bereich gleichen Materials über der Isolierschicht; gekennzeichnet durch: Konvertieren des oberen Bereichs der leitenden Schicht zur Bildung eines im wesentlichen amorphen oberen Bereichs (21A), der sich in die leitende Schicht (21) erstreckt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die leitende Schicht (21) Alumini um, eine Aluminiumlegierung, Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, mit dem Schritt des Konvertierens des oberen Bereichs (21A) aus einem im wesentlichen kristallinen in einen im wesentlichen amorphen Zustand zur Bildung des antireflektierenden oberen Bereichs, wobei der Rest (21B) der leitenden Schicht im wesentlichen kristallin belassen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, mit dem Schritt des Implantierens von Dotierungsmittel-Ionen zum Bilden des im wesentlichen amorphen antireflektierenden oberen Bereichs (21A).
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 8, ferner mit dem Schritt der Wärmebehandlung zum Kristallisieren des im wesentlichen amorphen antireflektierenden oberen Bereichs (21A).
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