DE2132034A1 - Verfahren zur Herstellung von Zwischenverbindungen fuer elektrische Baueinheiten auf Festkoerpern - Google Patents

Description

Western Electric Company Inc.

New York, N. Y. 10007 / USA

A 32 351

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Die Erfindung betrifft die Herstellung von Zwischenverbindungsmustern, insbesondere "bei mikroelektronischen Anordnungen.

In der Mikroelektronik ist es oftmals notwendig, in einer Baueinheit eine hohe Dichte elektrisch isolierter leitender Wege herzustellen, um verschiedene Bereiche der Baueinheit zu verbinden. Dies erfordert normalerweise die Überkreuzung eines unterschiedlichen leitenden Weges durch einen leitenden Weg. Typisch für dieses Problem ist die Verbindung verschiedener Schaltungselemente in einer monolithischen integrierten Schaltung. Hier umgibt ein einziger Halbleiterwafer mehrere Schaltungselemente, welche innen voneinander durch p-n-Grenzflüchen-Isolierverfahren isoliert sind, wobei eine Zwischenverbindung von außen her durch Bildung mehrerer sich überkreuzender leitender Wege an der Oberfläche des Wafers bewirkt wird. Ähnliche Erfordernisse entstehen bei der Herstellung nikromagnetischer Schaltungen.

Ein allgemeines Verfahren zur Erzielung der gewünschten Zwischen Verbindung umfaßt die Herstellung einer Isolierschicht über dem Wafer und nachfolgenden Niederschlag einer stetigen !eiternden Schicht über der Isolierschicht, v/obei Vorsorge getroffen

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wird, um die Dicke der isolierenden Schicht zu reduzieren^ wo die elektrische Verbindung des Wafers zu der ersten leitenden Schicht gewünscht wird, Alsdann werden !Teile dieser leitenden Schicht auswahlmäßig entfernt, um das erste gewünschte leitende Muster zu hinterlassen. Nach Bildung einer Isolierschicht über dem soeben gebildeten leitenden Muster und Schaffung von Bereichen reduzierter Dicke irgendeiner Isolation an Bereichen, wo das zweite leitende Muster eine elektrische Verbindung mit.dem Wafer herstellen soll, wird eine zweite stetige leitende Schicht niedergeschlagen, wobei Teile dieser Schicht auswahlmäßig entfernt werden, um das zweite gewünschte leitende Muster hinter sich zu lassen, wobei typischerweise Teile umfaßt sind, welche Teile des ersten leitenden Musters überkreuzen .

Bei Verfahren dieser Art erfordern niedrige Kosten und hohe Dichten dringend die Verwendung dünner isolierender Schichten zwischen getrennten leitenden Mustern. Jedoch ergibt sich, daß die Anwendung dünner Isoliorschichten das Bestreben einer hohen Wahrscheinlichkeit des Auftretens fehlerhafter Überkreuzungen zeigt. Einige Fehler sind Kanteneffekten zuzuordnen, wobei die Isolierschicht für Defekte anfällig ist, wo sie sich über die Kanten ein^s darunterliegenden leitenden Musters erstreckt, vermutlich infolge der an solchen Kanten ) erzeugten Diskontinuitäten.

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verbindungsverfahrens, welches diesen Kanteneffekt reduziert und auf diese Weise geringere Defekte ergibt. Das gemäß dem Stande der Technik zugrundeliegende Problem wird erfindungsgemäß gelöst, indem von einem Verfahren zur Herstellung eines Zwischenverbindungsmusters auf einer Unterlage ausgegangen wird, die zumindest zwei Niveaus leitender Muster aufweist und die Überkreuzung des unteren leitenden Musters durch das obere leitende Muster einschließt. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das untere leitende Muster durch

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Niederschlag einer stetigen'Schicht eines leitenden Materials gebildet wird, welches beim Entstehen zu einem Isolator umzuwandeln ist, und daß nach der Maskierung dieser Schicht zur Festlegung des gewünschten ersten leitenden Musters der freiliegende Teil der Schicht in einen Isolator umgewandelt wird.

Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein monokristalliner Siliziumwafer in üblicher Weise hergestellt, welcher mehrere Schaltungselemente aufnehmen soll, die von außen zu verbinden sind. Eine Isolierschicht wird vorgesehen und mit Bereichen reduzierter Dicke versehen, welche der Stelle entsprechen, wo das erste leitende Muster eine elektrische Verbindung mit dem Wafer bewirken soll« Wenn die elektrische Verbindung direkt bzw. galvanisch erfolgen soll, wird die Isolierschicht im wesentlichen völlig entfernt. Wenn die elektrische Verbindung kapazitiv ist, so wird ein gewisses Maß der Schichtdicke belassen. Dort wird alsdann über der Isolierschicht eine nicht mit einem Muster versehene leitende Schicht eines Materials abgesetzt* welches leicht an Ort und Stelle in einen Isolator umgewandelt werden kann, beispielsweise ein ^umbildendes Metall oder ein leitendes Silizium. Alsdann wird über dieser leitenden Schicht eine Maske entsprechend dem ersten gewünschten leitenden Muster vorgesehen. Die nichtmaskierten Teile dieser Schicht werden alsdann beim Entstehen in Isoliermaterial umgewandelt.

Vorzugsweise dient die Maske auch als Isolierschicht, so daß eine zweite leitende Schicht, in welcher das zweite leitende Muster gebildet wird, darüber niedergeschlagen werden kann, so daß die Maske als Isolierung an den Uberkreuzungen dient. Vor dem Absetzen dieser zweiten Schicht aus leitendem Material wird jedoch Vorsorge getroffen, um die Dicke der Isolation an den Bereichen des Wafers zu reduzieren, wo die elektrische Verbindung, sei es galvanisch bzw. direkt oder kapazitiv, angebracht werden soll, wie dies für die erste leitende Schicht durchgeführt wurde. Danach wird ein Teil dieser zweiten lei-

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•tenden Schicht auswahlmäßig entfernt oder umgewandelt, um einen leitenden Teil entsprechend dem gewünschten zweiten leitenden Mustei zu belassen.

Die Erfindung schafft also ein Zwischenverbindungsmuster einschließlich Überkreuzungen leitender Wege nach einem Verfahren, welches folgende Schritte umfaßt ι Ausbildung des ersten leitenden Musters durch Absetzen einer stetigen Schicht aus einem leitenden Material, welches an Ort und Stelle in einen Isolator umzuwandeln ist, und Umwandlung des Restes der Schicht in einen Isolator nach Durchführung einer Maskierung zur Festlegung des gewünschten ersten leitenden Musters, Alsdann wird nach Herstellung einer Isolierschicht über dem ersten leitenden Muster das zweite leitende Muster über dem ersten leitenden Muster hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste stetige Schicht ein polykristallines leitendes Silizium, auf welches eine Siliziumnitridmaske aufgebracht wird, um das erste leitende Muster festzulegen. Nach Umwandlung des unmaskierten Siliziums in Siliziumdioxid dient die Maske zur Isolierung des ersten leitenden Musters gegenüber dem nachfolgend gebildeten zweiten leitenden Muster an den Uberkreuzungen,

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1-3 einen Halbleiterwafer in perspektivischer Schnittdarstellung während verschiedener Herstellungsstufen bei der Schaffung elektrischer Zwisclieiiverbindungen nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Nachfolgend ist die Herstellung eines einfachen, zwei Niveaus umfassenden Zwischenverbindungsmusters für eine integrierte monolithische Siliziumschaltung unter besonderer Berücksichtigung neuartiger Elemente beschrieben.

Es sei angenommen, daß in an sich bekannter Weise eine inte-

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grierte monolithische Siliziumschaltungsbaueinheit hergestellt wurde, welche eine Anzahl von Schaltungselementen umfaßt, die in geeigneter Weise innerhalb des Siliziumwafers durch irgendein bekanntes Verfahren isoliert sind, beispielsweise durch eine p-n-G-renzf lagenisolation. Die Einzelheiten der Schaltungselemente sind nicht veranschaulicht. Wesentlich ist vorliegend die Zwischenverbindung dieser Elemente von außen her durch leitende Muster, die auf der Oberfläche des Siliziumwafers abgesetzt werden.

Typischerweis3 umfaßt die Oberfläche des Wafers, wo Verbindungen herzustellen sind, eine darüber vorgesehene Isolierschicht,. typischerweise aus Siliziumoxid, deren Dicke verändert werden muß, wo die Verbindung herzustellen ist« Irgendeine Einzelverbindung kann entweder galvanisch sein, wobei in diesem Pall die Isolierschicht im wesentlichen völlig entfernt werden muß, wo diese Verbindung erwünscht ist, oder die Verbindung kann kapazitiv sein, wie die Tastelektrode eines isolierten TastfeldeffekttransistoüS, wobei in diesem FaIl die Isolierschicht lediglich entsprechend verdünnt werden muß« Selbst wenn die Verbindung in galvanischer Form hergestellt ist, kann sie ferner entweder eine Ohm'sche oder gleichrichtende Verbindung sein, beispielsweise vom Sehottky-Schrankentyp, Wenn eine Verbindung vom Schottky-Schrankentyp hergestellt werden soll, so wird der Bereich des Wafers, wo die Verbindung herzustellen ist, entsprechend behandelt, bevor das Zwischenverbindungsmuster niedergeschlagen wird. Beispielsweise kann eine lokalisierte Platinsilizid-Schicht in an sich bekannter Weise in einer Öffnung der Oxidschicht gebildet werden.

Gemäß Pig. 1 wird nach entsprechender Verdünnung einer Siliziumoxidschicht 11 sowie nach Vervollständigung irgendeiner Metallisierung freiliegender Bereiche über einem Wafer 12 eine leitende Schicht 13 der beschriebenen Art niedergeschlagen. Vorzugsweise besteht die Schicht aus polykristallinem do tierten Silizium, das durch Verdampfung odor Aufsprühung niedergeschlagen wird. In einigen lallen kvum es vorzuziehen sein, ein film-

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bildendes Metall zu verwenden, beispielsweise Aluminium, Tantal, Titanzirkon oder Niobium, welches zur Bildung eines Isolators leicht oxidierbar ist.

Typiseherweise liegt die Dicke einer Siliziumschicht ziwschen 0,1 bis 1 μ, Nach dem Niederschlagen der Schicht wird eine Maske 14 darüber vorgesehen, um das erste leitende Muster gemäß Pig, 2 zu bilden. Dies kann in üblicher Weise geschehen und umfaßt typischerweise photolithographische Verfahren. In einigen Fällen erweist es sich als vorteilhaft, als Endmaske eine Schicht eines Materials zu¹ verwenden, welches an seinem Platz belassen werden kann und zumindest teilweise als Isola-" tion zwischen dem ersten leitenden Muster und den nachfolgend gebildeten leitenden Mustern dient. Typisch für solche Stoffe sind Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und Aluminiumoxid«

Nachdem sich die Maske an ihrem Platz befindet, wird die Oberfläche des Wafers behandelt, um die freiliegenden Teile der leitenden Schicht in einen Isolator umzuwandeln, wie dies gewünscht wird, und zwar in einer dem besonderen Material angemessenen Weise. Wenn die Schicht aus Silizium besteht, kann eine Umwandlung zum Oxid in irgendeiner geeigneten Weise bewirkt werden, beispielsweise durch Behandlung mit einem Sauerstoffplasma über angemessene Zeitperioden, wie sich dies aus der USA-Patentschrift 3 476 971 ergibt, oder durch Sauerstoffbeschießung. In dem letzteren EaIl ist es wichtig, daß die Maske genügend dick ist, um ein wesentliches Eindringen von Ionen zu vermeiden. Wenn die leitende Schicht aus einem filmbildenden Metall besteht, so kann es vorzuziehen sein, den nicht maskierten Teil in ein isolierendes Oxid durch elektrolytische Verfahren umzuwandeln, wie dies beispielsweise bei der Herstellung fester Elektrolytkondensatoren üblich ist.

Nach diesem Herstellungsverfahren wird das leitende Muster 13 in eine Isoliermatrix 15 gemäß Pig, 3 eingebettet belassen. Die Umwandlung zu einem Isolator umfaßt allgemein eine Massen-

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zunähme mit daraus folgender Steigerung der Hohe des Isolatorteils* Jedoch ist die an den Übergängen von dem leitenden Material zu dem Isoliermaterial dargebotene Diskontinuität typischerweise geringer, als dies der lall wäre, wenn der Isolierteil völlig entfernt würde.

Wenn ferner die Maske aus einem Material besteht, das zur Anwendung als Isolator zwischen dem ersten leitenden Muster und einem zweiten leitenden Muster geeignet ist, das darüber auszubilden ist, wie dies der lall ist, wenn das Muster aus Siliziumnitrid besteht, so kann die Maskendicke mit Vorteil zur weiteren Reduzierung jeglicher Diskontinuität der planaren lorm dienen, welche bei dem Übergang zwischen dem umgewandelten und nicht umgewandelten Material auftritt, wie sich dies aus lig· 3 ergibt.

Wenn die Maske nicht auf diese Weise verwendet werden soll, so kann sie entfernt -werden, und eine neue Schicht zusätzlichen isolierenden Materials kann sowohl in dem umgewandelten als auch dem nicht umgewandelten Material ausgebildet werden. In einigen lallen kann es durchführbar sein, den Oberflächenteil des leitenden Musters zur Bildung des Isolators umzuwandeln, oder es kann wahlweise Isoliermaterial abgesetzt werden. In einigen lallen kann es vorteilhaft sein, sowohl die Maske beizubehalten, als auch eine zusätzliche Isolierschicht über derselben sowie dem umgewandelten Material abzusetzen.

Als nächstes werden nach üblichen Verfahren Bereiche reduzierter Dicke gebildet, wie dies vor dem Absetzen des ersten leitenden Musters durchgeführt v/urde, wo eine entweder galvanische oder kapazitive Verbindung mit dem Wafer durch das zweite leitende Muster herzustellen ist.

Alsdann wird gleichförmig über dem Wafer eine zweite Isolierschicht aus einem Material abgesetzt, das zur Verwendung bei dem

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zweiten leitenden Muster geeignet ist. Wenn ein drittes leitendes Muster vorgesehen werden soll, welches über dieses zweite Muster kreuzen soll, und wenn Wert darauf gelegt wird, daß Überkreuzungsprobleme vermieden werden, so besteht das zweite leitende Muster mit Vorteil aus einem Material, das im Hinblick auf die gleichen Überlegungen gewählt wurde, welche die Auswahl der ersten Schicht beeinflussen^ das zweite leitende Muster wird hiervon in analoger Weise wie bei der Bildung des ersten leitenden Musters hergestellt« Wenn man nicht auf folgende Überkreuzungen Rücksicht zu nehmen braucht, kann das Material für das zweite leitende Muster und die Ausbildung des zweiten leitenden Musters hiervon einem bereits bekannten Ver-" fahren folgen. Dies umfaßt typischerweise das Absetzen einer Metallschicht, beispielsweise aus Aluminium, Titan oder einer Zusammensetzung, die darüber erfolgende Ausbildung einer Ätzgrundmaske nach photolithographischen Verfahren, wobei die Maske das gewünschte leitende Muster festlegt, und die auswahlmäßige Entfernung des nichtmaskierten Materials durch Ätzung, um das gewünschte leitende Muster 16 gemäß Pig. 3 zu hinterlassen» Die zusammengesetzten Schichten in der Nähe der Überkreuzung an dem zentralen oberen Teil von Pig. 3 sind im wesentlichen planar, um das Auftreten der vorangehend erwähnten Kantendefekte zu vermindern.

Es ist unnötig, daß die leitende Schicht in ein Oxid umgewandelt wird und daß in einigen Pällen, wenn beispielsweise die leitende Schicht Silizium ist, diese in ein Nitrid umge-' wandelt wird, beispielsweise durch Behandlung in einem Stickstoffplasma, oder in bekannter Weise in ein Karbid. Auch kann es in einigen Fällen möglich sein, den gewünschten Teil der leitenden Schicht durch Bestrahlung mittels eines Lasers, eines Ionen- oder Elektronenstrahls gemäß dem gewünschten Muster umzuwandeln.

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Claims (1)

1. - 3-

   Anspruch·

   Verfahren sur Herstellung einer Zwischenverbindungsschicht auf einer Unterlage alt sumindest zwei Niveaus leitender Muster einschließlich einer Überkreuzung des unteren leitenden Musters durch das obere leitende Muster, dadurch gekennzeichnet, daß das untere leitende Muster (13) durch Absetzen einer stetigen Schicht eines leitenden Materials gebildet wird, welches an Ort und Stelle in einen Isolator umzuwandeln ist, und daß nach Maskierung einer solchen Schicht sur Festlegung des gewünschten ersten leitenden Musters der freiliegende Teil in einen Isolator umgewandelt wird.

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß das untere leitende Muster an gewählten Bereichen sur Herstellung einer elektrischen Verbindung Hit der Unterlage ausgebildet wird und daS das obere leitende Muster an gewühlten, hiervon verschiedenen Bereichen lur Herstellung einer elektrischen Verbindung Bit der Unterlage ausgebildet wird·

   3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnot, dai die stetige leitende Schicht aus einem polykristallinen leitenden Silisium besteht·

   4« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stetige leitende Schicht aus eines filnbildenden Metall besteht· !

   ! j

   5· Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske

   aus Siliciumnitrid besteht.

   r 2 -

   INSPECTED

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumnitridmaske als Isolation zv/ischen dem ersten und zweiten leitenden Muster vorgesehen wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Behandlung der maskierten Schicht mit einer oxidierenden Atmosphäre zur Umwandlung des ungeschützten Bereiches der Schicht zu einem Oxid sowie zur Bildung des in ein solches Oxid eingebetteten unteren leitenden Musters, Absetzung einer leitenden Schicht über das noch maskierte und eingebettete leitende Muster und Bildung des oberen leitenden Musters aus der letzterwähnten Schicht in elektrischer Isolation gegenüber dem ersten leitenden Muster.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Herstellung einer stetigen Isolierschicht über dem eingebetteten leitenden Muster vor der Herstellung des oberen leitenden Musters.

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