DE19823223A1

DE19823223A1 - 3-Schritt-Ätzverfahren für Kontaktfenster

Info

Publication number: DE19823223A1
Application number: DE19823223A
Authority: DE
Inventors: Fang Wang; Jeng-Pei Chen
Original assignee: Hualon Micro Electronic Corp
Current assignee: Hualon Micro Electronic Corp
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 1999-12-02
Also published as: GB2337850A; CN1237780A; CA2238128A1; GB9811203D0

Abstract

Es wird ein 3-Schritt-Ätzverfahren für Kontaktfenster in integrierten Schaltungen offenbart, wobei der erste Schritt ein anisotroper Ätzschritt ist, der zweite Schritt ein isotroper Ätzschritt ist und der dritte Schritt ein anisotroper Ätzschritt ist, wobei das Verhältnis der durch den dritten Schritt gebildeten Ätztiefe zur durch die drei Schritte gebildeten Gesamtätztiefe weniger als 0,5 beträgt. Das resultierende Kontaktfenster weist eine bessere Aluminiumstufenabdeckung auf und sorgt für zuverlässigere elektrische Verbindungen, ohne die Kosten stark zu erhöhen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf integrierte Schal tungen und insbesondere auf das Ätzen von Kontaktfenstern, um in den integrierten Schaltungen elektrische Verbindungen zu bilden.

Ohne den Bereich der Anmeldung zu beschränken, wird die vorliegende Erfindung anhand von integrierten statischen Direktzugriffsspeicherschal tungen (SRAM; Static Random Access Memory) als Beispielen beschrieben.

Bei einem herkömmlichen 0,6 µm-SRAM-Prozeß, wie in Fig. 1a gezeigt, wird nach der Bildung einer Polysilizium-Gate-Schicht 12 mit einer Dicke von 3250 Angström (3,25×10^-7 m) auf einem aktiven Bereich 11 eine Oxidschicht 13 mit einer Dicke von 7500 Angström (7,5×10^-7 m) auf dem gesamten aktiven Bereich 11 abgelagert. Dann wird, wie in Fig. 1b ge zeigt, die Oxidschicht 14 mittels eines Planarisierungsprozesses mit einer planaren Oberfläche ausgebildet, die 8500 Angström (8,5×10^-7 m) von der Oberfläche der aktiven Schicht 11 entfernt ist. Es kann ein Kontaktfen ster gebildet werden durch Ätzen in die Oxidschicht 14 zwischen den bei den benachbarten Polysilizium-Gate-Schichten 12. Falls ein derartiges Kon taktfenster mittels eines herkömmlichen Submikrometer-Ätzverfahrens her gestellt wird, kann eine schlechte Stufenabdeckung mit Aluminium auftre ten, was unzuverlässige elektrische Verbindungen zur Folge hat.

Fig. 2 zeigt ein in die Oxidschicht 14 der Fig. 1b durch ein herkömm liches Submikrometer-Ätzverfahren gebildetes Kontaktfenster 21. Das Ver fahren umfaßt zwei Schritte:

(1) Der erste Schritt ist ein isotropes Ätzen nach unten und seitlich jeweils mit einer Tiefe von 3500 Angström (3,5 × 10^-7 m), wodurch ein Bereich gebildet wird, dessen Höhe durch "a" markiert ist. (2) Der zweite Schritt ist ein anisotropes Ätzen nach unten mit einer Tiefe von 5000 Angström (5,0×10^-7 m), wodurch ein Bereich gebildet wird, dessen Höhe mit "b" markiert ist. Um Leckströme zwischen dem Kontaktfenster 21 und der Polysili zium-Gate-Schicht 12 zu vermeiden, kann das isotrope Ätzen des ersten Schrit tes nicht zu tief ausgeführt werden. Es verursacht allerdings ein größeres Vertikaltiefenverhältnis (b/a+b) etwa von 59%, wodurch eine schärfere Ecke 22 gebildet wird. Nachfolgende Metall-Abdeckschichten können somit leicht mißlingen bzw. versagen, selbst wenn ein Temperprozeß angewen det wird. Fig. 3 veranschaulicht eine derartige Situation, bei der ein Kon taktfenster 21 mit Titan (Ti) oder Titannitrit (TiN) 31 unten und Aluminium 32 oben metallisiert wurde. Das obere Aluminium 32 weist Brüche nahe dem Titan oder Titannitritmetall 31 auf. Die Aluminiumstufenbedeckung (das Verhältnis der dünnsten Dicke zur dicksten Dicke der Metallabdeck schicht) einer derartigen Zwei-Schritt-Ätzung kann 0% betragen. Folglich kann es passieren, daß die elektrische Verbindung im Kontaktfenster 21 nur durch Titan oder Titannitritmetall 31 aufrecht erhalten wird, so daß die Zuverlässigkeit des Bauteils nachteilig beeinflußt wird.

Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Hochtemperaturaluminiumverfahren verwendet. Obwohl das Hochtemperaturaluminiumverfahren eine bessere Aluminiumstufenabdeckung, etwa 15% bis 20%, erreicht, bringt es viele Nachteile mit sich: (1) Erforderlich ist eine zweistufige Temperatur erhöhung, wodurch Zeit verbraucht wird, der Durchsatz vermindert wird und Energie verbraucht wird. (2) Schlechte Leitungseigenschaften aufgrund von Rissen/Sprüngen in der Aluminiumoberfläche nach dem Kühlen ver ursachen unerwartete Widerstandsänderungen. (3) Die benötigte Ausrü stung ist teurer.

Deshalb besteht ein Bedürfnis für ein Submikrometer-Ätzverfahren für Kon taktfenster mit geringeren Kosten, das Kontaktfenster mit einer praktik ablen Aluminiumstufenabdeckung, einem kleineren Vertikaltiefenverhältnis und sanfteren Ecken erzeugen kann und zuverlässige elektrische Verbin dungen in der integrierten Schaltung mit der gleichen oder einer schmale ren Linienbreite (Leitungsbreite) bildet.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, Kontaktfenster mit einer besseren Aluminiumstufenabdeckung zu bilden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Kontaktfenster mit einem kleineren Vertikaltiefenverhältnis zu bilden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Kontaktfenster mit sanfteren (insbesondere runderen bzw. glatteren) Ecken zu bilden.

Gemäß der Erfindung wird ein dreistufiges Ätzverfahren für Kontaktfenster bereitgestellt. Der erste Schritt ist ein anisotropes Ätzen; der zweite Schritt ist ein isotropes Ätzen; und der dritte Schritt ist ein anisotropes Ätzen, wobei das Verhältnis der durch den dritten Schritt gebildeten Ätztiefe zur durch alle drei Schritte gebildeten Gesamtätztiefe kleiner als 0,5 ist. Das sich ergebende Kontaktfenster weist eine bessere Aluminiumstufenabdec kung auf, wodurch zuverlässigere elektrische Verbindungen erzeugt wer den, ohne die Kosten stark zu vergrößern.

Ein besseres Verständnis des obigen und weiterer Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung kann aus der folgenden detaillierten Beschrei bung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen erhalten werden, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen. In den Figuren zeigen

Fig. 1a und 1b schematische Querschnittsansichten, die sich auf die Kontaktfensterstruktur in einem herkömmlichen 0,6 µm-SRAM-Prozeß beziehen;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht des Kontaktfensters, das in der Struktur der Fig. 1b durch ein herkömmliches Submikrometer-Ätzverfahren gebildet wurde;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht des Kontaktfensters in Fig. 2 nach einem Metallisierungsprozeß;

Fig. 4a eine schematische Querschnittsansicht des Kontaktfensters, das gemäß dem ersten Schritt der bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung gebildet wurde;

Fig. 4b eine schematische Querschnittsansicht des gemäß dem zwei ten Schritt der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildeten Kontaktfensters;

Fig. 4c eine schematische Querschnittsansicht des gemäß dem dritten Schritt der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildeten Kontaktfensters;

Fig. 5 eine Elektronenmikroskopaufnahme, die einen vergrößerten Querschnitt des metallisierten Kontaktfensters zeigt, das in einem 0,6 µm-SRAM gemäß der bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung gebildet wurde.

Es wird nun auf Fig. 4a Bezug genommen, die den ersten Verfahrens schritt der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In diesem Schritt wird durch anisotropes Ätzen über eine Dicke von 1500 Angström (1,5×10^-7 m) nach unten in die Oxidschicht 14 ein Kontaktfen ster 41 gebildet. Nachfolgend wird mit dem zweiten Schritt der bevorzug ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 4b gezeigt, ein Kontaktfenster 42 erzeugt, in dem über eine Dicke von 3500 Angström (3,5×10-⁷m) isotrop geätzt wird. Dann wird der dritte Schritt der bevor zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt (vgl. Fig. 4c). Hierzu wird über eine Dicke von 3500 Angström (3,5×10^-7 m) nach unten geätzt, um ein Kontaktfenster 43 zu bilden. Hiernach kann ein Temperprozeß in einer sauerstoffarmen Atmosphäre Ecken 44 des Kontakt fensters 43 glätten bzw. abrunden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform weist das Kontaktfenster 43, das gemäß dem 3-Schritt-Ätzverfahren der vorliegenden Erfindung gebildet ist, ein kleineres Vertikaltiefenverhältnis (d. h. B/A+B) von etwa 41% auf. Tatsächlich kann das Vertikaltiefenverhältnis nach oben auf weniger als 50% begrenzt sein, während seine unterste Grenze die Dicke der Polysilizium-Gate-Schicht 12 berücksichtigen muß. Dies liegt daran, daß es leicht ist, die Polysilizium-Gate-Schicht 12 zu beschädigen, falls das isotro pe Ätzen NF₃ als Hauptätzgas verwendet. Deshalb muß das isotrope Ätzen vor der Oxidschicht 14 anhalten, die (wie in Fig. 4c gezeigt) die Polysilizium-Gate-Schicht 12 berührt. Als ein Ergebnis ist die unterste Gren ze des Vertikaltiefenverhältnisses auf größer als "die Dicke der Polysili zium-Gate-Schicht 12/die Gesamttiefe des Kontaktfensters" gesetzt.

Aufgrund des kleineren Vertikaltiefenverhältnisses im Kontaktfenster 43 nach der vorliegenden Erfindung weist dessen Ecke 44 einen sanfteren Winkel auf, wodurch eine bessere Aluminiumabdeckung hierauf ohne we sentliche Sprünge oder Brüche, wie in der Aufnahme der Fig. 5 gezeigt, gebildet wird. Die Aluminiumstufenabdeckung der vorliegenden Erfindung kann 15% bis 20% erreichen, wie sich durch tatsächliche Messungen ergab.

Wenn auch die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf integrierte Schaltungen des 0,6 µm-Typs beschrieben wurde, kann sie tatsächlich auch bei integrierten Schaltungen des 0,35 µm-Typs angewendet werden.

Zusammenfassend weist das 3-Schritt-Ätzverfahren für Kontaktfenster nach der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile auf:

1. Es führt zu glatteren bzw. sanfteren Ecken, ohne daß sich leicht Me tall ansammelt;
2. erreicht werden kleinere Vertikaltiefenverhältnisse, die eine leichte Abdeckung mit Metall ermöglichen;
3. es wird eine bessere Aluminiumstufenabdeckung erreicht;
4. es ermöglicht, daß die ursprüngliche Linienbreite (Leitungsbreite) beibehalten wird, ohne daß die Konstruktionen/Konfigurationen und elektrischen Eigenschaften beeinflußt werden; und
5. es ist für integrierte Schaltungen des 0,35 µm- bis 0,6 µm-Typs ein setzbar.

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf die obigen bevor zugten Ausführungsformen im Detail beschrieben wurde, ist es nicht be absichtigt, daß sie einschränkend ausgelegt wird. Für Fachleute im Fach gebiet sind relevante Änderungen und Modifikationen nach Bezugnahme auf die obige Beschreibung naheliegend. Deshalb ist es beabsichtigt, daß alle derartige Änderungen und Modifikationen durch die beigefügten An sprüche erfaßt werden.

Es wird ein 3-Schritt-Ätzverfahren für Kontaktfenster in integrierten Schal tungen offenbart, wobei der erste Schritt ein anisotroper Ätzschritt ist, der zweite Schritt ein isotroper Ätzschritt ist und der dritte Schritt ein anisotro per Ätzschritt ist, wobei das Verhältnis der durch den dritten Schritt ge bildeten Ätztiefe zur durch die drei Schritte gebildeten Gesamtätztiefe weni ger als 0,5 beträgt. Das resultierende Kontaktfenster weist eine bessere Aluminiumstufenabdeckung auf und sorgt für zuverlässigere elektrische Verbindungen, ohne die Kosten stark zu erhöhen.

Claims

1. 3-Schritt-Ätzverfahren für Kontaktfenster in integrierten Schaltun gen, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt

a) anisotropes Ätzen, wodurch eine erste Ätztiefe gebildet wird;
b) isotropes Ätzen, wodurch eine zweite Ätztiefe gebildet wird; und
c) anisotropes Ätzen, wodurch eine dritte Ätztiefe gebildet wird;

wobei das Verhältnis der dritten Ätztiefe zur Gesamtätztiefe aus er ster, zweiter und dritter Ätztiefe weniger als 0,5 beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver hältnis größer als das Verhältnis der Dicke eines Polysilizium-Gates in der integrierten Schaltung zur Gesamtätztiefe ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend den Schritt:

d) Glätten/Abrunden von Ecken des Kontaktfensters durch Tem pern in einer sauerstoffarmen Atmosphäre.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung vom 0,35 µm- bis 0,6 µm-Typ ist.

5. Kontaktfensterstruktur für integrierte Schaltungen, dadurch gekenn zeichnet, daß die Struktur unter Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.

6. Integrierte Schaltung mit einer Kontaktfensterstruktur nach Anspruch 5.