DE69326269T2 - Herstellungsverfahren von Kontaktöffnungen in integrierten Schaltungen - Google Patents
Herstellungsverfahren von Kontaktöffnungen in integrierten SchaltungenInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen die Herstellung von integrierten Schaltungen, und insbesondere ein Verfahren zum Ausbilden von Kontaktöffnungen (Vias) in integrierten Schaltungen.
- Mit zunehmender Dichte der Komponenten in einer integrierten Schaltung ist es notwendig geworden, eine Mehrfachniveau-Metallzwischenverbindung und Kontakte zwischen den Schichten herzustellen. Um die Integrität der Schichten einer Metallzwischenverbindung und von Kontakten aufrechtzuerhalten, müssen Isolationsschichten zwischen jeder Metallzwischenverbindungsschicht ausgebildet werden. Die Herstellung von Mehrfachschichten führt jedoch zur Bildung von Erhebungen und Vertiefungen auf der Oberfläche des Bauelements. Der Fachmann weiß, daß es schwierig ist, obere Zwischenverbindungsschichten zu erhalten, welche konstante Querschnitte beibehalten, wenn sie eine unebene Topographie überdecken. Dies kann zu Abschnitten von Metallzwischenverbindungsleitungen führen, welche eine höhere Stromdichte aufweisen, oder zu Hohlräumen in den Leitungen selbst. Diese Defekte können eine Elektromigration oder andere verwandte Bauelementfehlmechanismen verursachen.
- Verschiedene Techniken werden bei dem Herstellungsverfahren eingesetzt, um die Oberfläche der integrierten Schaltung einzuebnen. Eine Methode umfaßt das Abscheiden einer Schicht von aufgeschleudertem Glas bzw. Spin-On-Glas auf einer Isolationsschicht. Das Spin-On-Glas wird sodann zurück geätzt, so daß Abschnitte des Spin-On-Glases in den niedrigen topographischen Regionen der Isolationsschicht verbleiben. Auf diese Weise wird die Oberfläche der integrierten Schaltung planarisiert. Ein Problem tritt jedoch auf, wenn Kontaktöffnungen zwischen Metallzwischenverbindungsleitungen ausgebildet werden. Wenn ein Metallkontakt innerhalb der Kontaktöffnung ausgebildet wird, kann das Spin-On-Glas den Metallkontakt verunreinigen. Dies kann zu Stufenüberdeckungsproblemen oder zu einem erhöhten Widerstand in dem Kontakt führen.
- EP 0388862 betrifft die Herstellung einer Mehrfachniveau- Zwischenverbindungsstruktur. Ein Siliziumoxidfilm wird auf der gesamten Oberfläche des Bauelements abgeschieden, welches eine erste Schicht einer Leiterstruktur aufweist. Eine Schicht aus SOG wird auf dem Siliziumoxidfilm ausgebildet. Die SOG Schicht wird einheitlich durch eine Trockenätzung geätzt, bis der Siliziumoxidfilm freigelegt wird; und die SOG Schicht ist damit planarisiert. Eine PSG Schicht wird auf der planarisierten SOG Schicht ausgebildet. Ein Kontaktloch wird durch die PSG Schicht und dem darunterliegenden Siliziumoxidfilm gebildet, bis die erste Leiterstruktur freigelegt ist. Eine zweite Leiterschicht wird auf der PSG Schicht abgeschieden und füllt das Kontaktloch auf. Die zweite Leiterschicht wird strukturiert, um eine zweite Schicht einer Leiterstruktur zu bilden. Der Zwischenniveau- bzw. Zwischenschichtkontakt weist daher PSG an den Seitenwänden auf.
- BE-A-901 350 offenbart ein Verfahren zum Ausbilden einer Kontaktöffnung zu einer darunterliegenden Halbleiterstruktur. Dabei wird P-Silox auf einer ersten Oxidschicht abgeschieden. Es werden Fenster in der P-Silox Schicht ausgebildet. Das P-Silox wird aufgeschmolzen. Eine zweite Oxidschicht wird auf dem Bauelement abgeschieden. Ein Fenster wird sodann zu der darunterliegenden Halbleiterstruktur geätzt; dieses Fenster ist in dem vorhergehenden Fenster angeordnet.
- EP-A-0488546 ist ein Dokument, welches in die Zeitspanne gemäß Art. 54 (3) EPÜ fällt. Es offenbart ein Verfahren zum Ausbilden eines Kontaktes in einer integrierten Halbleiterschaltung, welches das Ausbilden von dielektrischen Seitenwändenabstandshaltern (Spacers) innerhalb der Öffnung umfaßt.
- Es ist wünschenswert, ein Verfahren zum Herstellen von Kontaktöffnungen in integrierten Schaltungen bereitzustellen, wobei in den Kontaktöffnungen kein Planarisierungsmaterial verbleibt. Es ist ebenfalls wünschenswert, daß ein derartiges Verfahren die Komplexität von Herstellungsprozessen nicht wesentlich erhöht.
- Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von Kontaktöffnungen in integrierten Schaltungen bereitgestellt, welche darin kein Planarisierungsmaterial enthalten. Nachdem eine erste Isolationsschicht auf der integrierten Schaltung abgeschieden wurde, wird eine Planarisierungsschicht auf der ersten Isolationsschicht abgeschieden. Die Planarisierungsschicht wird zurückgeätzt und Abschnitte der Planarisierungsschicht können in den niedrigen topographischen Regionen der ersten Isolationsschicht verbleiben, um die Oberfläche der integrierten Schaltung zu planarisieren. Eine erste Maskierungsschicht wird sodann auf der Oberfläche der integrierten Schaltung ausgebildet. Die Öffnungen, welche in der ersten Maskierungsschicht ausgebildet werden, haben eine Abmessung, welche größer ist als die Abmessung der noch auszubildenden Kontaktöffnungen. Die erste Isolationsschicht wird teilweise geätzt, so daß Abschnitte der Planarisierungsschicht in Nähe der Orte der Kontaktöffnungen entfernt werden. Die erste Maskierungsschicht wird sodann entfernt; und eine zweite Isolationsschicht wird auf der integrierten Schaltung abgeschieden. Eine zweite Maskierungsschicht mit Öffnungen, welche die Orte der zu bildenden Kontaktöffnungen festlegen, wird sodann auf der zweiten Isolationsschicht ausgebildet. Die Abmessung der Öffnungen in der zweiten Maskierungsschicht ist kleiner als die Abmessung der Öffnungen in der ersten Maskierungsschicht. Die Kontaktöffnungen werden sodann durch die erste und zweite Isolationsschicht ausgebildet.
- Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Kontaktöffnung in einer integrierten Schaltung bereitgestellt, welches die Schritte aufweist: Ausbilden einer ersten Isolationsschicht mit einem Planarisierungsmaterial auf deren Oberfläche über einer tieferliegenden Region in der integrierten Schaltung; Ätzen, um das Planarisierungsmaterial auf der ersten Isolationsschicht am Ort der zu bildenden Kontaktöffnung zu entfernen, wobei der Ätzvorgang bis zu einer Tiefe unter der Oberfläche der ersten Isolationsschicht durchgeführt wird, um hierdurch eine Öffnung auszubilden, wobei das Planarisierungsmaterial an den Seiten der Öffnung verbleibt; Ausbilden einer zweiten Isolationsschicht auf der integrierten Schaltung und innerhalb der Öffnung; und Ausbilden der Kontaktöffnung in der ersten und zweiten Isolationsschicht, um einen Abschnitt der tieferliegenden Region freizulegen, ohne das Planarisierungsmaterial freizulegen, wobei die Kontaktöffnung eine geringere Breite als die Öffnung aufweist und innerhalb der Öffnung angeordnet ist.
- Die neuartigen Merkmale, welche als charakteristisch für die Erfindung angesehen werden, sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben. Die Erfindung als solche sowie ein bevorzugter Verwendungsmodus und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden am besten anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden, wobei:
- Fig. 1 bis 8 Schnittansichten einer integrierten Schaltung sind, welche ein bevorzugtes Verfahren zum Ausbilden von Kontaktöffnungen in einer integrierten Schaltung nach der vorliegenden Erfindung darstellen.
- Die nachfolgend beschriebenen Prozeßschritte und Strukturen bilden nicht einen vollständigen Verfahrensablauf zum Herstellen von integrierten Schaltungen. Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit integrierten Schaltungsherstellungstechniken ausgeführt werden, welche gegenwärtig im Stand der Technik verwendet werden; und es sind nur so viele von den üblicherweise verwendeten Prozeßschritten enthalten, die für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig sind. Die Figuren, welche Querschnitte von Abschnitten einer integrierten Schaltung während der Herstellung darstellen, sind nicht maßstabgetreu gezeichnet, sondern vielmehr so gezeichnet, daß die wichtigen Merkmale der Erfindung dargestellt sind.
- Gemäß Fig. 1 sind Leiterelemente 12, 14 auf einer tiefer- bzw. darunterliegenden Region 10 in einer integrierten Schaltung ausgebildet. Die tieferliegende Region 10 kann entweder ein Halbleitersubstrat oder eine Zwischenniveau- Isolationsschicht sein. Die Leiterelemente sind vorzugsweise Metallzwischenverbindungssignalleiter; sie können aber auch polykristalline Siliziumzwischenverbindungssignalleiter sein. Eine erste Isolationsschicht 16 wird sodann auf der integrierten Schaltung abgeschieden, gefolgt durch eine Planarisierungsschicht 18. Die erste Isolationsschicht 16 ist vorzugsweise aus einem Oxid; und die Planarisierungsschicht 18 ist vorzugsweise aus Spin- On-Glas. Es können aber auch andere Isolations- und Planarisierungsmaterialien verwendet werden.
- Fig. 2 zeigt die integrierte Schaltung, nachdem ein anisotroper Ätzvorgang ausgeführt wurde, welcher Abschnitte der Planarisierungsschicht 18 in den niedrigen topographischen Regionen der ersten Isolationsschicht 16 zurückläßt. Wie es bekannt ist, wird auf diese Weise die Oberfläche der integrierten Schaltung planarisiert.
- Gemäß Fig. 3 wird eine erste Maskierungsschicht 20 abgeschieden und auf der Oberfläche der integrierten Schaltung mit Hilfe bekannter Techniken strukturiert. Die erste Maskierungsschicht 20 ist in der Regel eine Photore sistmaske. Öffnungen 22, 24 in der ersten Maskierungsschicht 20 werden größer ausgebildet als die später auszubildenden Kontaktöffnungen.
- Der Grund für die Tatsache, daß die Abmessung der Öffnungen 22, 24 in der Maskierungsschicht 20 größer gemacht wird, ist in Fig. 4 dargestellt. Diejenigen Abschnitte der ersten Isolationsschicht 16, welche in den Öffnungen 22, 24 freigelegt sind, werden anisotrop an- bzw. teilweise durchgeätzt. Abschnitte der Planarisierungsschicht 18, welche in Nähe der zu bildenden Kontaktöffnungen angeordnet sind, werden ebenfalls entfernt. Dies wird durchgeführt, so daß bei der Bildung der Kontaktöffnungen keinerlei Planasierungsmaterial in der Nähe vorhanden ist, welches die Kontakte verunreinigen könnte.
- Gemäß Fig. 5 wird die erste Maskierungsschicht 20 entfernt, und eine zweite Isolationsschicht 26 wird über der integrierten Schaltung abgeschieden. Die zweite Isolationsschicht 26 ist vorzugsweise aus Oxid, kann aber aus anderen Isolationsmaterialien hergestellt werden.
- Fig. 6 zeigt die integrierte Schaltung, nachdem eine zweite Maskierungsschicht 28 über der zweiten Isolationsschicht 26 abgeschieden wurde. Die Maskierungsschicht 28 wird mit Hilfe von bekannten Techniken strukturiert, um Öffnungen 30, 32 auszubilden, welche die Orte der noch auszubildenden Kontaktöffnungen definieren. Die Maskierungsschicht 28 ist in der Regel eine Photoresistmaske. Die Größen der Öffnungen 30, 32 sind kleiner der Öffnungen 20, 24, welche in der ersten Maskierungsschicht 20 ausgebildet sind.
- Nach Fig. 7 werden Kontaktöffnungen 34, 36 ausgebildet, in denen ein anisotroper Ätzvorgang durch die erste 16 und zweite 26 Isolationsschicht durchgeführt wird, um die Leiterelemente 12, 14 freizulegen. Die zweite Maskierungsschicht 28 wird sodann entfernt.
- Es ist ersichtlich, daß das Planarisierungsmaterial in der Planarisierungsschicht 18 in den Kontaktöffnungen 34, 36 nicht freigelegt ist. Die Kontaktöffnungen 34, 36 sind durch die Materialien der ersten 16 und zweiten 26 Isolationsschichten umgeben. Dem Fachmann ist klar, daß auf diese Weise verhindert wird, daß das Planarisierungsmaterial in die Kontaktöffnungen 34, 36 wandert und das Metall verunreinigt, welches für die Kontakte verwendet wird, oder später im Laufe des Herstellungsprozesses Stufenüberdeckungsprobleme verursacht.
- Nach Fig. 8 wird eine Leitungsschicht 38 abgeschieden und auf Abschnitten der zweiten Isolationsschicht 26 strukturiert; die Leitungsschicht 38 erstreckt sich in die Kontaktöffnungen 34, 36 hinein, um einen elektrischen Kontakt mit den Leiterelementen 12, 14 zu bilden. Die Leitungsschicht 38 ist bevorzugt aus Aluminium hergestellt, es können aber auch andere leitende Materialien verwendet werden. Die integrierte Schaltung ist nunmehr fertig für weitere Prozeßschritte.
- Wie oben beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Kontaktöffnungen zur Verfügung, welche frei sind Von hochdotierten Planarisierungsmaterialien entlang der Seitenwände. Dies verhindert, daß das Planarisierungsmaterial herausdiffundiert oder die Kontakte verunreinigt oder Stufenüberdeckungsprobleme später im Laufe des Herstellungsprozesses verursacht. Ferner erhöht die vorliegende Erfindung nicht wesentlich die Komplexität des Herstellungsprozesses.
- Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, bei welchem der Schritt zum Ausbilden der zweiten Isolationsschicht eine Abscheidung einer Schicht aus Oxid auf der integrierten Schaltung umfaßt.
- Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, bei welchem eine Zwischenverbindungsschicht eine Metallzwischenverbindung aufweist.
- Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, bei welchem der Schritt zum Ausbilden der ersten Isolationsschicht eine Abscheidung einer Schicht aus Oxid auf der integrierten Schaltung umfaßt.
- Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, bei welchem der Schritt zum Ausbilden der Planarisierungsschicht eine Abscheidung einer Schicht aus aufgeschleudertem Glas bzw. Spin-On-Glas auf der dielektrischen Schicht umfaßt.
- Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, bei welchem der Schritt zum Ausbilden einer ersten Maskierungsschicht eine Abscheidung einer Photoresistschicht auf der integrierten Schaltung umfaßt.
- Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, bei welchem der Schritt zum Ausbilden einer zweiten Maskierungsschicht eine Abscheidung einer Photoresistschicht auf der Isolationsschicht umfaßt.
Claims (21)
1. Verfahren zum Ausbilden einer Kontaktöffnung (34) in
einer integrierten Schaltung, welches die Schritte
aufweist:
Ausbilden einer ersten Isolationsschicht (16)
mit einem Planarisierungsmaterial (18) auf deren
Oberfläche über einer tieferliegenden Region (10,
12) in der integrierten Schaltung;
Ätzen, um das Planarisierungsmaterial auf der
ersten Isolationsschicht (16) am Ort der zu
bildenden Kontaktöffnung zu entfernen, wobei der
Ätzvorgang bis zu einer Tiefe unter der Oberfläche der
ersten Isolationsschicht (16) durchgeführt wird, um
hierdurch eine Öffnung auszubilden, wobei das
Planarisierungsmaterial (18) an den Seiten der Öffnung
verbleibt;
Ausbilden einer zweiten Isolationsschicht (26)
auf der integrierten Schaltung und innerhalb der
Öffnung; und
Ausbilden der Kontaktöffnung (34) in der ersten
(16) und zweiten (26) Isolationsschicht, um einen
Abschnitt (12) der tieferliegenden Region (10, 12)
freizulegen, ohne das Planarisierungsmaterial (18)
freizulegen, wobei die Kontaktöffnung eine geringere
Breite als die Öffnung aufweist und innerhalb der
Öffnung angeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner die
Schritte umfaßt: Abscheiden und Strukturieren einer
Leitungsschicht (38) auf Abschnitten der zweiten
Isolationsschicht (26), wobei die Leitungsschicht
sich in die Kontaktöffnung (34) hinein erstreckt, um
einen elektrischen Kontakt mit einem Abschnitt der
tieferliegenden Region (12) zu bilden.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Schritt des Ausbildens der ersten
Isolationsschicht (16) mit einem Planarisierungsmaterial
(18) die Schritte umfaßt:
Abscheiden einer Schicht aus Oxid (16) auf der
integrierten Schaltung;
Abscheiden einer Schicht aus Spin-On-Glas (18)
auf der Schicht aus Oxid; und
anisotropes Ätzen des Spin-On-Glases (18).
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Ätzschritt in der ersten Isolationsschicht
(16) einen anisotropen Ätzvorgang der Schicht
umfaßt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei
welchem der Schritt des Ausbildens der
Kontaktöffnung (34) einen anisotropen Ätzvorgang durch die
erste (16) und zweite (26) Isolationsschicht umfaßt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei
welchem die tieferliegende Region eine
Zwischenverbindungsschicht (12) aufweist, welche auf einem
Halbleitersubstrat (10) ausgebildet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den
Schritt umfaßt:
Ausbilden von Leiterelementen (12, 14) auf einer
tieferliegenden Region in der integrierten
Schaltung, vor dem Schritt des Ausbildens der ersten
Isolationsschicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Schritt
des Ausbildens einer ersten Isolationsschicht mit
einem Planarisierungsmaterial auf deren Oberfläche
umfaßt:
Ausbilden einer ersten Isolationsschicht (16)
auf der integrierten Schaltung; und
Ausbilden einer Planarisierungsschicht (18) auf
der ersten Isolationsschicht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der partielle
Ätzvorgang in der ersten Isolationsschicht umfaßt:
Ausbilden einer ersten Maskierungsschicht (20)
auf der integrierten Schaltung;
Strukturieren der ersten Maskierungsschicht, um
eine Öffnung festzulegen, wobei die Abmessung der
Öffnung größer ist als die Abmessung der zu
bildenden Kontaktöffnung (34);
Entfernen von allen verbleibenden Abschnitten
der Planarisierungsschicht innerhalb der Öffnung und
eines Abschnittes der ersten Isolationsschicht; und
Entfernen der ersten Maskierungsschicht (20).
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Schritt
des Ausbildens einer Kontaktöffnung durch die ersten
und zweite Isolationsschicht umfaßt:
Ausbilden einer ersten Maskierungsschicht (28)
auf der zweiten Isolationsschicht (26);
Strukturieren der zweiten Maskierungsschicht, um
eine Öffnung (30) auszubilden, welche den Ort der zu
bildenden Öffnung festlegt, wobei die Abmessung der
Öffnung (30) in der zweiten Maskierungsschicht
kleiner ist als die Abmessung der Öffnung (22), die in
der ersten Maskierungsschicht (20) ausgebildet ist;
und
Ausbilden einer Kontaktöffnung (34) durch die
erste (16) und zweite (26) Isolationsschicht, um
einen Abschnitt der Leiterelemente (12, 14)
freizulegen.
11. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem der
vorstehenden und von Anspruch 7 abhängigen Ansprüche, wobei
der Schritt des Ausbildens der Leiterelemente auf
der tieferliegenden Region die Abscheidung einer
Schicht aus Metall und die Strukturierung derselben
umfaßt, um eine Metallzwischenverbindung
auszubilden.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder einem der
vorstehenden und von Anspruch 9 abhängigen Ansprüche, wobei
vor dem Ausbilden der ersten Maskierungsschicht (20)
die Planarisierungsschicht (18) geätzt wird, um die
Planarisierungsschicht dünner zu machen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die
Planarisierungsschicht (18) anisotrop geätzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 9 oder einem der
vorstehenden und von Anspruch 9 abhängigen Ansprüche, wobei
der Schritt des Entfernens eines Abschnittes der
ersten Isolationsschicht (16) und jeder verbleibenden
Abschnitte der Planarisierungsschicht (18) einen
anisotropen Ätzvorgang der Schichten (16, 18)
umfaßt.
15. Verfahren nach Anspruch 10 oder einem der
vorstehenden und von Anspruch 10 abhängigen Ansprüchen, wobei
der Schritt des Ausbildens der Kontaktöffnung einen
anisotropen Ätzvorgang der ersten (16) und zweiten
(26) Isolationsschicht umfaßt, um einen Abschnitt
der Leiterelemente freizulegen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, welches
ferner die Schritte aufweist:
Entfernen der zweiten Maskierungsschicht (28);
und
Abscheiden und Strukturieren einer
Leitungsschicht (38) auf einem Abschnitt der zweiten
Isolationsschicht (26), wobei sich die Leitungsschicht in
die Kontaktöffnung (34) erstreckt, um einen
elektrischen Kontakt mit einem Abschnitt (12) der
Leiterelemente zu bilden.
17. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der
vorstehenden und von Anspruch 8 abhängigen Ansprüche, wobei
der Schritt des Ausbildens der ersten
Isolationsschicht (16) die Abscheidung einer Schicht aus Oxid
auf der integrierten Schaltung umfaßt.
18. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der
vorstehenden und von Anspruch 8 abhängigen Ansprüche, bei
welchem der Schritt des Ausbildens der
Planarisierungsschicht (26) die Abscheidung einer Schicht aus
Spin-On-Glas auf der ersten Isolationsschicht
umfaßt.
19. Verfahren nach Anspruch 9 oder einem der
vorstehenden und von Anspruch 9 abhängigen Ansprüche, wobei
der Schritt des Ausbildens einer ersten
Maskierungsschicht (20) die Abscheidung einer
Photoresistschicht auf der integrierten Schaltung umfaßt.
20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Schritt des Ausbildens der zweiten
Isolationsschicht (26) die Abscheidung einer Schicht aus
Oxid auf der integrierten Schaltung umfaßt.
21. Verfahren nach Anspruch 10 oder einem der
vorstehenden und von Anspruch 10 abhängigen Ansprüche, wobei
der Schritt des Ausbildens einer zweiten
Maskierungsschicht (28) die Abscheidung einer
Photoresistschicht auf der integrierten Schaltung umfaßt.
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