DE19653614A1 - Verfahren zur Herstellung von Zwischenanschlüssen in Halbleitereinrichtungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Anschlusses bzw. einer Zwischenverbindung gemäß dem Patentanspruch 1 um einen unteren leitenden Bereich an eine obere Verbindung bzw. Zwischenverbindung anzuschließen.

Als Halbleitereinrichtungen immer höher bzw. dichter integriert wurden, zusammen mit einer steilen Entwicklung der Halbleitertechnologie, wurden feinere Strukturen bzw. Muster, die bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen verwendet wurden, erforder­ lich. Um diese Anforderung zu erfüllen, mußte auch eine Anstrengung zur Minimierung des Verfahrensfreiheitsgrades unternommen werden, wenn ein Layout bzw. ein Schaltplan einer Halbleiterschaltung konstruiert wurde.

Jedoch werden die Ingenieure bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit äußerst feinen Strukturen bzw. Mustern entsprechend der konstruierten Schaltung mit verschiedenen Schwierigkeiten beim Auffinden eines angemessenen Verfahrens zum Ausrichten bzw. Anordnen jeweiliger Kontaktlöcher und Verbindungen bzw. Zwischenverbindungen kon­ frontiert. Insbesondere ist es im Falle einer Belichtungsvorrichtung, die eine der Vor­ richtungen zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit äußerst feinen Strukturen bzw. Mustern ist, sehr schwierig, jeweilige Muster bzw. Strukturen zueinander auszurichten, ohne einen Fehler bei den Abmessungen der Halbleitereinrichtung während des Herstel­ lungsverfahrens zu verursachen.

Die Fig. 2 ist eine vereinfachte querschnittliche Ansicht einer Halbleitereinrichtung mit einer oberen Verbindung bzw. Zwischenanschluß, der elektrisch an eine untere Verbindung bzw. Zwischenanschluß gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik angekoppelt ist. Bezugnehmend auf Fig. 2 wird ein Halbleitersubstrat 1 zur Verfügung gestellt, wobei eine intermetallische isolierende Schicht 2 mit einer ausgewählten Dicke, ein unterer Zwischen­ anschluß 3, eine Oxidschicht 4 zur Planarisierung bzw. Einebnung jeweils darauf ausge­ bildet sind. Um den unteren Zwischenanschluß elektrisch an einen oberen Zwischen­ anschluß bzw. Zwischenverbindung 6 anzuschließen, die ausgebildet wird, werden in ausgewählten Abschnitten der Oxidschicht 4 zur Planarisierung Kontaktlöcher ausgebildet. Danach werden die Kontaktlöcher mit einem Metall, wie etwa Wolfram, gefüllt, wodurch Verschlüsse bzw. Pfropfen 5 ausgebildet werden. Danach wird der obere Zwischenanschluß 6 als der Kontakt zu den Verschlüssen bzw. Pfropfen 5 ausgebildet.

Jedoch weist das herkömmliche Verfahren zur Ausbildung einer Zwischenverbindung bzw. eines Zwischenanschlusses einen Nachteil auf, indem der untere Zwischenanschluß elek­ trisch nicht an den oberen Zwischenanschluß angeschlossen ist, weil der obere Zwischen­ anschluß 6, wenn der Ausrichtungs- bzw. Anordnungsfehler während der Herstellung einer Maske für den oberen Zwischenanschluß auftritt, nicht elektrisch an den Verschluß bzw. Pfropfen 5 angeschlossen wird. Im Ergebnis wird die Ausbeute bei der Herstellung der Einrichtung verringert.

Es ist folglich eine Aufgabe dieser Erfindung, den oben aufgezeigten Nachteilen des Standes der Technik wenigstens teilweise Abhilfe zu verschaffen und insbesondere ein Verfahren zum Ausbilden einer Zwischenverbindung bzw. eines Zwischenanschlusses in einer Halbleitereinrichtung zur Verfügung zu stellen, das dazu in der Lage ist, elektrische Fehler zu vermeiden, wie etwa Kontakt- bzw. Anschlußmängel zwischen Verbindungen bzw. Zwischenverbindungen, indem eine Attrappen- bzw. Dummystruktur oder -muster eingesetzt wird.

Die oben aufgeführte Aufgabe wird wenigstens teilweise durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Ausbildung einer Zwischen­ verbindung bzw. Verbindung in einer Halbleitereinrichtung die folgenden Schritte auf:
Ein Halbleitersubstrat wird zur Verfügung gestellt, wo darauf eine Metallzwischenverbin­ dungsschicht ausgebildet wird; eine erste isolierende Schicht wird mit einer ausgewählten Dickte auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet; mehrere zweite isolierende Schichtmuster bzw. -strukturen werden auf der ersten isolierenden Schicht ausgebildet; Räume bzw. Abstände zwischen den mehreren zweiten isolierenden Schichtstrukturen bzw. -mustern werden mit einem ersten Metall wenigstens teilweise gefüllt; die zweiten isolierenden Schichtmuster bzw. -strukturen über jeweiligen Mustern bzw. Strukturen der ersten Metall­ zwischenverbindung und der darunterliegenden ersten isolierenden Schicht werden geätzt, um mehrere Kontaktlöcher auszubilden; die mehreren Kontaktlöcher werden mit einem zweiten Metall gefüllt; und eine zweite Metallzwischenverbindung bzw. ein zweiter Metall­ zwischenanschluß wird ausgebildet, der in Kontakt zu mindestens entweder dem ersten Metall oder dem zweiten Metall steht.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, wobei auf die begleitenden Darstellungen Bezug zu nehmen ist, in denen eine bevorzugte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung deutlich gezeigt wird. In den Darstellungen zeigt:

Fig. 1A-1G vereinfachte querschnittliche Ansichten, um ein Verfahren zur Ausbildung eines Zwischenanschlusses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben; und

Fig. 2 eine vereinfachte querschnittliche Ansicht einer Halbleitereinrichtung gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Darstellungen beschrieben.

Die Fig. 1A bis 1G sind vereinfachte querschnittliche Ansichten einer Halbleiterein­ richtung, um ein Verfahren zur Ausbildung eines Kontaktloches gemäß einer Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.

Bezugnehmend auf Fig. 1A wird ein Halbleitersubstrat 11 eines einkristallinem Siliciums, wo eine zwischen Metall isolierende Schicht 12 mit einer ausgewählten Dicke darauf ausgebildet ist, zur Verfügung gestellt. Eine erste Metallschicht wird bei einer ausgewählten Dicke auf der zwischen Metall isolierenden Schicht 12 ausgebildet und strukturiert, um die erste Metallschicht auszubilden, wodurch eine erste Metallzwischenverbindung bzw. ein erster Zwischenanschluß aus Metall 13 ausgebildet ist. Anschließend wird eine zweite isolierende Schicht 14 auf der ersten Zwischenverbindung 13 aus Metall und der zwischen dem Metall isolierenden Schicht 12 ausgebildet. Die zweite isolierende Schicht 14 ist zur Einebnung bzw. Planarisierung der abgeschiedenen Oberfläche. Eine oder mehrere werden aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Borphosphorsilicatglas (BPSG), Phosphorsilikatglas (PSG), Borsilikatglas (BSG) und aufschleuderbarem Glas (SOG), als die zweite isolierende Schicht ausgewählt.

Danach wird die Nitridschicht bei einer Dicke von 300 bis 800 Å auf der zweiten isolieren­ den Schicht 14 abgeschieden und wird durch ein photolithographisches Verfahren struktu­ riert, wodurch mehrere Nitridschichtmuster bzw. -strukturen 15 und 15′ mit einem Abstand zwischen zwei Strukturen bzw. Mustern ausgebildet werden. Unter den Nitridstrukturen ist die Struktur 15, die jeweils über der ersten Metallzwischenverbindungsstruktur 13 an­ geordnet ist, über einen Abstand von ca. 0,05 bis ungefähr 0,2 µm von der Struktur 15′, die jeweils über Abstände zwischen dem ersten Metallzwischenverbindungsmuster bzw. -struktur 13 angeordnet ist, getrennt.

Bezugnehmend auf Fig. 1B wird ein Metall aus der Gruppe der Übergangsmetalle ausge­ wählt, wie etwa Wolfram (W), Titan (Ti), Tantal (Ta) und Molybdän (Mo). Das ausge­ wählte Metall wird mit einer Dicke von ca. 500 bis 1000 Å in einem Maße ausgebildet, das ausreicht, um die Abstände bzw. Räume zwischen den Nitridschichtstrukturen 15 und 15′ zu füllen.

Bezugnehmend auf Fig. 1C wird das abgeschiedene Übergangsmetall weggeätzt bzw. zurückgeätzt, bis die Oberfläche der Nitridschicht 15 und 15′ freigelegt wird, wodurch ein Attrappen- bzw. Dummymuster 16′ ausgebildet wird. Ein chemisch-mechanisches Polier­ verfahren (CMP-Verfahren) kann ebenfalls verwendet werden, um die Nitridschicht 15 freizulegen.

Bezugnehmend auf Fig. 1D wird eine Photolack- bzw. Photoresistmaskenstruktur 17 auf den ausgewählten Attrappen- bzw. Dummystrukturen 16′ und den Nitridschichtstrukturen 15 ausgebildet. Das freigelegte Nitridmuster bzw. Nitridstruktur 15′ und die darunterliegen­ de zweite isolierende Schicht werden in der gestapelten Ordnung durch ein anisotropes Ätzverfahren entfernt, wodurch Kontaktlöcher 18 ausgebildet werden, und die erste Metall­ zwischenverbindungsschicht, wie in Fig. 1E gezeigt, freigelegt wird.

Bezugnehmend auf Fig. 1F wird Wolfram auf dem Substrat abgeschieden, wo das Photo­ resist- bzw. Photolackmaskenmuster 17 entfernt worden ist, so daß die Kontaktlöcher ausreichend mit Wolfram gefüllt sind. Danach wird das abgeschiedene Wolfram zurück­ geätzt bzw. weggeätzt, bis die Oberfläche der Nitridschichtstrukturen 15 und 15′ und die Oberfläche der Attrappen- bzw. Dummystrukturen 16′ freigelegt sind, wodurch die Wol­ framverschlüsse bzw. -pfropfen 19 gebildet. Das chemisch-mechanische Polierverfahren (CMP-Verfahren) kann auch zur Ausbildung der Wolframpfropfen bzw. -verschlüsse 19 verwendet werden. Zusätzlich können, um die Haftkraft zu der zweiten isolierenden Schicht 14 zu verstärken und die Erzeugung von Hohlräumen in dem ausgebildeten Wolframpf­ ropfen bzw. -verschluß zu verhindern, drei Schichten, die eine Stapelstruktur, beispiels­ weise eine Titanschicht, eine Titannitridschicht und eine Wolframschicht haben, auch als Ersatz für die einzelnen Wolframverschlüsse bzw. -pfropfen verwendet werden.

Zu dieser Zeit beträgt die Dicke der drei gestapelten Schichten bzw. etwa 200 bis 400 Å, etwa 500 bis 700 Å und etwa 6000 bis 8000 Å. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Dicke der drei gestapelten Schichten 300 Å, 600 Å bzw. 7000 Å betragen kann.

Danach werden mehrere zweite Metallzwischenverbindungsschichtstrukturen auf dem Substrat ausgebildet, wo die Wolframverschlüsse bzw. -pfropfen 19 ausgebildet worden sind.

Obwohl die zweiten Metallzwischenverbindungsschichtstrukturen nicht ausgewählten Positionen durch eine Fehlausrichtung bzw. Fehlanordnung, wie in Fig. 1G gezeigt, ausgebildet werden, gibt es bei dem Betrieb der Einrichtung keine Probleme, weil die erste Metallzwischenverbindung und die zweite Metallzwischenverbindung elektrisch durch die Attrappen- bzw. Dummystrukturen 16′ angeschlossen werden.

Wie zuvor beschrieben, verhindert das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Öffnungsfehler bzw. Verbindungsfehler bei elektrischen Anschlüssen bzw. Kontakten zwischen einer unteren Zwischenverbindung und einer oberen Zwischenverbindung auf­ grund der Fehlausrichtung in dem Attrappen- bzw. Dummystrukturen bzw. -muster um die Kontaktlöcher gebildet werden. Im Ergebnis stellt die vorliegende Erfindung eine Aus­ wirkung zur Verfügung, um die Ausbeute zu erhöhen.

Andere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung, die hier offenbart sind, werden für die Fachleute im Stand der Technik, nachdem sie die voranstehende Offenba­ rung gelesen haben, leicht erkennbar. In dieser Hinsicht können, während spezifische Ausführungsformen der Erfindung ins einzelne gehend beschrieben worden sind, Variatio­ nen und Modifikationen dieser Ausführungsformen ausgeführt werden, ohne das Wesen und den Bereich der Erfindung, wie sie beschrieben und beansprucht worden ist, zu verlassen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung von Zwischenverbindungen bzw. Zwischenanschlüssen in Halbleitereinrichtungen, wobei zunächst ein Halbleitersubstrat 11 vorgesehen wird, auf dem eine erste Metallzwischenverbindung ausgebildet ist. Eine erste isolierende Schicht 12 wird auf dem Halbleitersubstrat 11 ausgebildet. Danach werden mehrere zweite isolierende Schichtstrukturen auf der ersten isolierenden Schicht 12 ausge­ bildet. Danach werden Hohlräume bzw. Räume zwischen den mehreren zweiten isolieren­ den Schichtstrukturen bzw. -mustern mit einem ersten Metall gefüllt. Daraufhin werden die zweiten isolierenden Schichtstrukturen über den jeweiligen Strukturen bzw. Mustern der ersten Metallzwischenverbindung und die überdeckende erste isolierende Schicht geätzt, um mehrere Kontaktlöcher 18 auszubilden. Die mehreren Kontaktlöcher 18 werden mit einem zweiten Metall gefüllt. Zuletzt wird eine zweite Metallzwischenverbindung ausgebildet.

Claims (15)

1. Verfahren zur Ausbildung einer Verbindung bzw. Zwischenverbindung in einer Halbleitereinrichtung mit den folgenden Schritten:
ein Halbleitersubstrat (11) wird vorgesehen, wobei eine erste Metallzwischen­ verbindung darauf ausgebildet ist;
eine erste isolierende Schicht (12) wird mit einer ausgewählten Dicke auf dem Halbleitersubstrat (12) ausgebildet;
mehrere zweite isolierende Schichtstrukturen bzw. -muster werden auf der ersten isolierenden Schicht ausgebildet, wobei die zweiten isolierenden Schichtstrukturen bzw. -muster eine unterschiedliche Ätzrate haben, als die erste isolierende Schicht (12);
Räume bzw. Zwischen- oder Hohlräume zwischen den mehreren der zweiten isolie­ renden Schichtstrukturen bzw. -muster (14) werden mit einem ersten Metall gefüllt; die zweiten isolierenden Schichtstrukturen bzw. -muster werden über jeweiligen Strukturen bzw. -mustern der ersten Metallzwischenverbindung und der darunterlie­ genden ersten isolierenden Schicht (12) geätzt, um mehrere Kontaktlöcher (18) auszubilden;
die mehreren Kontaktlöcher (18) werden mit einem zweiten Metall gefüllt, und eine zweite Metallzwischenverbindung wird ausgebildet, die einen Kontakt zu zumindest entweder dem ersten Metall oder dem zweiten Metall herstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste isolierende Schicht (12) eine Schicht ist, die bei einem Planarisierungs- bzw. Einebnungsschritt verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eines oder mehrere der Materialien als die Schicht für den Einebnungsschritt aus der Gruppe verwendet werden die BPSG, PSG, BSG und SOG umfaßt, bzw. daraus besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zweite isolierende Schicht (14) eine Nitridschicht ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei der die Nitridschicht (14) mit einer Dicke von etwa 300 bis ungefähr 800 Å ausgebildet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die erste Isolierschicht (12) eine Schicht zur Einebnung ist, und die zweite isolierende Schicht (14) ein Nitrid ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Abstand zwischen mehre­ ren der zweiten isolierenden Schichtstrukturen bzw. -muster in etwa 0,05 bis ca. 0,2 µm beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das erste Metall aus einer Gruppe von Übergangsmetallen ausgewählt wird, die Wolfram, Titan, Tantal und Molybdän umfaßt bzw. daraus besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das erste Metall mit einer Dicke von ungefähr 500 bis 3000 Å ausgebildet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Schritt zum Ausfüllen mit dem ersten Metall folgende Schritte umfaßt:
das erste Metall wird mit einer ausgewählten Dicke auf dem Substrat abgeschieden, wo die erste isolierende Schicht (12) ausgebildet worden ist, und
das abgeschiedene erste Metall wird geätzt, bis die Oberfläche der ersten isolieren­ den Schicht freigelegt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das erste Metall aus einer Gruppe von Übergangsmetallen ausgewählt wird, die Wolfram, Titan, Tantal und Molybdän aufweist bzw. daraus besteht.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem das erste Metall durch ein chemisch-mechanisches Polierverfahren geätzt bzw. abgetragen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das zweite Metall Wolfram ist bzw. daraus im wesentlichen besteht.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das zweite Metall bzw. das erste Metall eine gestapelte Struktur mit drei Schichten hat, insbesondere eine Titanschicht, eine Titannitridschicht und eine Wolframschicht, deren Dicken ca. 200 bis etwa 400 Å, ungefähr 500 bis etwa 700 Å bzw. etwa 6000 bis ungefähr 8000 Å betragen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das zweite Metall bzw. das erste Metall eine Schichtstruktur bzw. Stapelstruktur mit drei Schichten haben, insbesondere mit einer Titanschicht, einer Titannitridschicht und einer Wolfram­ schicht, die Dicken von bevorzugt 300 Å, 600 Å bzw. 7000 Å haben.