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Dokumentenidentifikation DE69518506T2 19.04.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0748518
Titel VERFAHREN ZUR STRUKTURIERUNG VON LEITERBAHNEN OHNE UNTERÄTZUNG
Anmelder Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale, Calif., US
Erfinder SHEN, Lewis, Cupertino, US
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Aktenzeichen 69518506
Vertragsstaaten BE, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 03.11.1995
EP-Aktenzeichen 959397126
WO-Anmeldetag 03.11.1995
PCT-Aktenzeichen US9514222
WO-Veröffentlichungsnummer 9621243
WO-Veröffentlichungsdatum 11.07.1996
EP-Offenlegungsdatum 18.12.1996
EP date of grant 23.08.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2001
IPC-Hauptklasse H01L 21/321
IPC-Nebenklasse H01L 21/768   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen, bei dem ein dichtes Array von Leiterbahnen ohne Unterätzen der Leiterbahnen geätzt wird. Die Erfindung wird insbesondere bei der Herstellung von Submikronschaltanordnungen durch Ätzen mit hochdichtem Chlorplasmas eingesetzt.

Stand der Technik

Der steigende Bedarf an hoher Dichte und guter Leistung verbunden mit hoher Integrationsdichte erfordert Veränderungen bei den Leiterstrukturen, die als einer der herausragendsten Aspekte im Bereich der Technologien mit hoher Integrationsdichte angesehen werden. Anforderungen bezüglich hoher Dichte für eine Halbleiterverdrahtung mit hoher Integrationsdichte machen immer dichtere Arrays bei minimalem Platzangebot zwischen den Leiterbahnen erforderlich. Diese Aufgabe ist angesichts des ökonomischen Drucks hinsichtlich Hochgeschwindigkeitsproduktion besonders schwer erfüllbar. Somit stellen die Forderungen nach hoher Geschwindigkeit und hochdichten Verdrahtungsstrukturen eine Herausforderung dar, der bis heute nicht zufriedenstellend begegnet worden ist.

Ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen eines dichten Arrays von Leiterbahnen umfasst die Anwendung eines subtraktiven Hinterätzschritts als primäre Metallstrukturiertechnik. Diese herkömmliche Technik umfasst grundsätzlich das Ausbilden einer Isolierschicht auf einem Substrat, wie monokristallinem Silizium, das Aufbringen einer Metallschicht, z. B. aus Aluminium, Wolfram, Polysilizium, Wolframsilicid oder Titansilicid, das Ausbilden einer Photoresistmaske mit einer Struktur mit einem dichten Array von Leiterbahnen, die an ein offenes Feld angrenzen, in dem die Distanz zwischen den Leiterbahnen beträchtlich größer ist als die Distanz zwischen Leiterbahnen in dem dichten Array, und Ätzen durch die Maske. Typischerweise dient das Ätzen dem Optimieren der Produktionsgeschwindigkeit durch Verwenden einer Ätzeinrichtung, die ein hochdichtes Plasma, z. B. ein hochdichtes Chlorplasma, erzeugt, wobei Chlorgas zusammen mit Bortrichlorid einer Ätzeinrichtung, wie einer Einrichtung in Form einer Transformer Coupled Plasma- (TCP)-Quelle, zugeführt wird. Das Modell 9600, erhältlich bei LAM Research Corp., Fremont, Kalifornien, hat sich als geeignet herausgestellt. Ein hochdichtes Plasma wird mit Cl&supmin; als Ätzmittel hergestellt. Das Ätzen wird durchgeführt, bis das Metall zwischen den Leiterbahnen des dichten Arrays zusammen mit möglichen Resten im wesentlichen entfernt und das darunter liegende Oxid geätzt ist, so dass ein vollständiges Entfernen von zwischen den Leiterbahnen befindlichen Produkten sichergestellt ist. Andere Ätzeinrichtungen, wie Einrichtungen in Form von Quellen für hochdichtes Plasma, können eingesetzt werden. Das Ätzen kann z. B. auch mit einer Electron Cycletron Resonance- (ECR-) Einrichtung oder einer Helicon Resonant Inductive Coupled Plasma Source-Einrichtung durchgeführt werden.

Ein herkömmliches Ätzverfahren zum Ausbilden eines dichten Arrays von Leiterbahnen ist in Fig. 1(a) bis 1(d) dargestellt. Wie in Fig. 1(a) gezeigt, wird eine Oxidschicht 10, wie Siliziumdioxid, auf einem (nicht gezeigten) Halbleitersubstrat ausgebildet. Eine Metallschicht wird dann auf der Oxidschicht 10 hergestellt. Bei der dargestellten dem Stand der Technik entsprechenden Ausführungsform wird eine Grenzschicht 11, z. B. aus Titan, Titannitrid oder Titanwolfram, anfangs auf der Oxidschicht 10 ausgebildet. Eine zweite Metallschicht 12, z. B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wird auf der Metallgrenzschicht 11 ausgebildet. Eine Antireflexionsschicht 13, wie Titannitrid, amorphes Silizium oder SiON, wird auf der zweiten Metallschicht 12 ausgebildet. Es sind auch verschiedene für Antireflexionsschichten geeignete organische Materialien im Handel erhältlich. Solche organische Antireflexionsschichten können entweder direkt auf die zweite Metallschicht 12 oder auf eine danach aufgebrachte Photoresistschicht 14 aufgebracht werden. Der Einsatz von Grenzschichten, zweiten Metallschichten und Antireflexionsschichten sind, wie auch die Techniken zum Aufbringen der verschiedenen Schichten, herkömmliche Techniken. Entsprechend werden die Funktion solcher bekannten Komponenten und die Beschreibung der Aufbringtechniken hier nicht im Detail abgehandelt.

Eine Photoresistmaske 14 wird als nächstes auf der Oberfläche der Antireflexionsschicht 13 ausgebildet, wobei die Photoresistmaske eine Struktur 15 mit einem dichten Array von Leiterbahnen aufweist, an die ein (nicht gezeigtes) offenes Feld angrenzt. Fig. 1(b) zeigt, dass das Ätzen mit einem hochdichten Chlorplasma 16 erfolgt, das in einer Ätzeinrichtung erzeugt wird, der Chlorgas mit einer Durchflussrate von ungefähr 50 cc/Min. bis ungefähr 100 cc/Min. zugeführt wird. Wie in Fig. 1(c) dargestellt, wird das Ätzen mit hochdichtem Chlorplasma 16 fortgesetzt, bis das gesamte Metall und sämtliche Reste zwischen den Leiterbahnen entfernt sind. Bei den Resten kann es sich z. B. um Silizium und Kupfer, die normalerweise in typischen Aluminiumlegierungen vorhanden sind, die in der Halbleiterindustrie zum Ausbilden von Leiterbahnen eingesetzt werden, oder um Ti oder TiN aus der Grenzschicht handeln. Das Ätzen wird fortgesetzt, bis ein Teil der darunter liegenden Oxidschicht 10 entfernt ist, wie in Fig. 1(d) dargestellt.

Ein Problem bei herkömmlichen Ätzverfahren ist das Unterätzen der Leiterbahnen in dem dichten Array, wie unter Bezugszeichen 17 in Fig. 1(c) dargestellt. Es hat sich gezeigt; dass das Unterätzen beim Vorhandensein einer Titangrenzschicht oder beim Fehlen einer Grenzschicht stärker ausgeprägt ist als beim Vorhandensein einer Titannitridgrenzschicht. Wenn eine Titannitridgrenzschicht eingesetzt wird, stellt das Unterätzen jedoch trotzdem ein großes Problem dar.

Als Folge des Unterätzens ist es sehr schwierig, die Räume zwischen den Leiterbahnen zu füllen, wodurch Lücken entstehen, in die Feuchtigkeit eindringen kann. Ferner steigt der Leitungswiderstand mit zunehmendem Engerwerden der Leitungen. Durch das Unterätzen besteht eine größere Gefahr des Leitungsbruchs, wodurch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung bei hoher Abweisungsrate verringert wird. Dem Stand der Technik entsprechende Versuche zum Lösen des Problems des Unterätzens beinhalten das Anpassen von Ätzrezepturen, die Ergebnisse haben sich jedoch nicht als zufriedenstellend herausgestellt, insbesondere nicht bei der Herstellung von hochdichten Arrays bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten.

In DE-A-41 30 391 wird ein Plasmaätzverfahren beschrieben, bei dem variable Ätzraten eingesetzt werden und bei dem das Plasmaätzen kontinuierlich durchgeführt wird, selbst bei Veränderung der Ätzparameter.

In US-A-5,207,868 wird ein Ätzverfahren für Aluminiumfolien beschrieben, bei dem ein Unterätzen durch Ausbilden eines Schutzfilms auf den Seitenwänden der geätzten Strukturen verhindert wird.

The Journal of Vacuum Science and Technology Part B, Vol. 10. No. 2, April 1992, Seite 596-600 beschreibt ein Plasmaätzverfahren, bei dem ein mehrstufiges sequentielles Ätzverfahren zum effektiven Eliminieren von Resten, die sich beim Ätzen von Aluminiumlegierungsverbindungen mit hohem Kupfergehalt bilden, angewandt wird.

In US-A-5,350,488 wird ein Verfahren zum Ätzen von Aluminiumfolien mit hohem Kupfergehalt beschrieben, bei dem ungefähr 70% der Aluminiumfolie zuerst mit einem Präkursorgas mit Bortrichlorid und Chlor mit einer ersten Durchflussrate geätzt wird und bei dem die Ätzbedingungen dann geändert werden, so dass das restliche Aluminium mit einer niedrigeren Durchflussrate geätzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einem dichten Array von Leiterbahnen durch Ätzen einer leitenden Schicht bereitzustellen, bei dem Unterätzen der Leiterbahnen vermieden wird.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einem dichten Array von Leiterbahnen vorgesehen, das folgende Schritte umfasst: Herstellen einer Schicht aus leitendem Material auf einer Isolierschicht; Herstellen einer Maske auf der leitenden Schicht, wobei die Maske eine Struktur mit einem dichten Array von Leiterbahnen aufweist, welche um eine Distanz von weniger als 1 Mikrometer voneinander beabstandet sind und an die ein offenes Feld mit Leiterbahnen angrenzt, die um eine Distanz von mindestens 2 Mikrometer voneinander beabstandet sind; Ätzen der leitenden Schicht durch die Maske mit einem hochdichten Chlorplasma; Reduzieren der Durchflussrate des zur Bildung des Chlorplasmas verwendeten Chlorgases von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel; Fortführen des Ätzens bei reduzierter Durchflussrate, bis das leitende Material zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array entfernt ist, und danach weiteres Fortführen des Ätzens zum Entfernen eines Teils der darunter liegenden Isolierschicht und dadurch zum Entfernen von zwischen den Leiterbahnen des dichten Arrays verbleibenden Resten; dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren der Durchflussrate erfolgt, wenn das leitende Material aus dem Bereich zwischen den Leiterbahnen in dem offenen Feld entfernt ist, jedoch leitendes Material zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array verbleibt, wodurch Unterätzen der Leiterbahnen in dem dichten Array verringert oder verhindert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Gasdurchflussrate vom zweiten Pegel zurück auf einen höheren Pegel erhöht, wenn durch weiteres Ätzen ein Teil der darunter liegenden Isolierschicht zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array entfernt wird.

Die Chlorgasdurchflussrate liegt beim ersten Pegel vorzugsweise zwischen 50 und 100 cc/Min. und beim zweiten Pegel vorzugsweise unter 40 cc/Min.

Auf diese Weise wird ein Hochgeschwindigkeits-Chlorplasmaätzen realisiert, bei dem jedoch im wesentlichen kein Unterätzen der Leiterbahnen in dem dichten Array erfolgt.

In den Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1(a) bis 1(d) eine schematische Darstellung eines dem Stand der Technik entsprechenden Ätzverfahrens zum Herstellen eines dichten Arrays;

Fig. 2(a) bis 2(d) eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der Unterätzen vermieden worden ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft das Lösen des Problems des Unterätzens, das auftritt, wenn eine leitende Schicht, wie eine Metallschicht, zwecks Herstellung eines dichten Arrays von Leiterbahnen, die um eine Distanz von weniger als 1,0 Mikrometer, vorzugsweise weniger als 0,7 Mikrometer, voneinander beabstandet sind, geätzt wird, wobei ein herkömmliches Ätzverfahren, wie Ätzen mit hochdichtem Chlorplasma, angewandt wird. Wie in Fig. 1(c) dargestellt, erfolgt ein Unterätzen der leitenden (Metall-) Schicht 12 unter Bezugszeichen 17. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Problem des Unterätzens dadurch vermieden, dass die anfängliche Ätzstärke durch Verändern einer oder mehrerer der anfänglichen Ätzbedingungen an einem strategischen Punkt im Ätzverfahren verringert wird. Fachleute auf dem Gebiet wissen, dass jede der verschiedenen Ätzbedingungen, die die Aggressivität oder Stärke des Ätzverfahrens beeinflussen, zur Erreichung einer zweiten reduzierten Ätzstärke zwecks Vermeidung von Unterätzen der Leiterbahnen in einem dichten Array bei Durchführung der vorliegenden Erfindung angepasst werden können und sind in der Lage, solche Anpassungen auszuführen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der ein Ätzverfahren unter Einsatz eines hochdichten Chlorplasmas angewandt wird, wird die anfängliche Durchflussrate von Chlorgas zur Ätzeinrichtung an einem strategischen Punkt im Ätzverfahren reduziert.

Die vorliegende Erfindung ist auf die Entdeckung zurückzuführen, dass die Ätzrate von leitendem Material, wie Metall, in einem offenen Feld größer ist als die Ätzrate des leitenden Materials in einem dichten Array. Wie in dieser Anmeldung benutzt, bezeichnet der Ausdruck "offenes Feld" einen Bereich, irr dem Leiterbahnen um eine Distanz von mindestens 2 Mikrometern voneinander beabstandet sind, wohingegen der Ausdruck "dichtes Array" eine Struktur von Leiterbahnen bezeichnet, die um eine Distanz von weniger als 1,0 Mikrometer voneinander beabstandet sind.

Bei weiterer Untersuchung stellte sich heraus, dass ein Unterätzen von Leiterbahnen in einem dichten Array ungefähr dann beginnt, wenn das leitende Material zwischen den Leiterbahnen im offenen Feld vollständig entfernt ist und das Ätzen eines Teils des darunter liegenden Oxids im offenen Feld beginnt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Ätzen bei einer ersten Chlorgasdurchflussrate zur einer Einrichtung zum Ätzen mit hochdichtem Chlorplasma, wobei die erste Chlorgasdurchflussrate normalerweise hinsichtlich der Geschwindigkeit optimiert wird. Das Ätzverfahren wird auf herkömmliche Weise überwacht, z. B. Überwachen des optischen Spektrums, bis das leitende Material, vorzugsweise ein Metall, im wesentlichen aus dem offenen Feld zwischen den Leiterbahnen entfernt ist, jedoch leitendes Material zwischen den Leiterbahnen des dichten Arrays verbleibt. Ungefähr an diesem Punkt beginnt das Unterätzen der Leiterbahnen in dem dichten Array. Daher wird die erste Chlorgasdurchflussrate ungefähr an dem Punkt auf eine zweite reduzierte Chlorgasdurchflussrate verringert, an dem das leitende Material im wesentlichen vollständig aus dem offenen Feld zwischen den Leiterbahnen entfernt ist, jedoch leitendes Material in dem dichten Array zwischen den Leiterbahnen verbleibt. Das Ätzen wird dann in einem zweiten Ätzschritt bei der zweiten reduzierten Chlorgasdurchflussrate zum im wesentlichen vollständigen Entfernen des restlichen leitenden Materials zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array durchgeführt, ohne dass ein Unterätzen dieser Leiterbahnen erfolgt. Das Ätzen erfolgt dann in einem dritten Ätzschritt zum vollständigen Entfernen von Resten zwischen den Leiterbahnen des dichten Arrays und zum Entfernen eines Teils des darunter liegenden Oxids in dem dichten Array und dem offenen Feld ohne Unterätzen der Leiterbahnen in dem dichten Array. Durch das Verringern der Chlorgasdurchflussrate zu der Einrichtung zum Ätzen mit hochdichtem Plasma wird die Stärke des Ätzens mit hochdichtem Chlorplasma im zweiten Ätzschritt reduziert, da Chlor das Ätzmittel ist. Das Ätzen im dritten Ätzschritt braucht nicht bei der zweiten verringerten Chlorgasdurchflussrate durchgeführt zu werden, sondern erfolgt vorzugsweise bei der ersten Chlorgasdurchflussrate zwecks Erreichung einer optimalen Produktionseffizienz. Der dritte Ätzschritt kann jedoch auch bei der zweiten verringerten Chlorgasdurchflussrate durchgeführt werden.

Grundsätzlich ähnelt das erfindungsgemäße Verfahren dem herkömmlichen Verfahren zum Ätzen einer leitenden Schicht zur Bildung eines dichten Arrays von Leiterbahnen hinsichtlich der Materialien, Ausrüstung und der grundlegenden Schritte. Die vorliegende Erfindung weicht unter anderem dahingehend von herkömmlichen Vorgehensweisen ab, dass die anfängliche Ätzstärke durch Verändern einer oder mehrerer anfänglicher Ätzbedingungen verringert wird, wenn das leitende Material zwischen den Leiterbahnen im offenen Feld im wesentlichen vollständig entfernt ist, jedoch leitendes Material zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array verbleibt. Bei dem bevorzugten Ätzverfahren mit hochlichtem Chlorplasma wird die anfängliche Chlorgasdurchflussrate zu der Einrichtung zum Ätzen mit hochdichtem Plasma verringert, wenn das leitende Material zwischen den Leiterbahnen im offenen Feld im wesentlichen vollständig entfernt ist, jedoch leitendes Material zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array verbleibt.

Somit dient die vorliegende Erfindung im wesentlichen der Herstellung eines dichten Arrays von Leiterbahnen, die vorzugsweise ein Metall enthalten, auf einer auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Isolierschicht. Die Substrate können herkömmliche Halbleitersubstrate sein, z. B. monokristallines Silizium. Die Isolierschicht kann durch ein herkömmliches Auftragverfahren, wie dem CVD- oder Sputterverfahren, ausgebildet werden und jedes beliebige Isoliermaterial, das typischerweise bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen eingesetzt wird, wie Oxid, vorzugsweise Siliziumdioxid, enthalten. Die leitende Schicht kann durch ein herkömmliches Auftragverfahren, wie dem CVD- oder Sputterverfahren, hergestellt werden und jedes beliebige leitende Material, das normalerweise bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen eingesetzt wird, wie Aluminium oder eine Legierung, vorzugsweise eine Titan, Kupfer und Silizium, Wolfram, Wolframsilicid oder polykristallines Silizium enthaltende Legierung, aufweisen.

Die vorliegende Erfindung ist für jedes herkömmliche Ätzverfahren zum Herstellen eines dichten Arrays von Leiterbahnen, an die ein offenes Feld angrenzt, einsetzbar, wobei die Ätzrate des leitenden Materials im offenen Feld größer ist als die Ätzrate des leitenden Materials in dem dichten Array. Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ätzen mit hochdichtem Chlorplasma mit einer her kömmlichen Einrichtung zum Ätzen mit hochdichtem Chlorplasma, wie dem Modell 9600, das bei LAM Research Corp., Fremont, Kalifornien, erhältlich ist.

Bei einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden eine leitende Grenzschicht anfangs auf die darunter liegende Isolierschicht und ein zweites leitendes Material, vorzugsweise ein Metall, wie Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, auf die Grenzschicht aufgebracht. Die Grenzschicht kann unter Anwendung eines herkömmlichen Verfahrens, wie dem CVD- oder PVD-Verfahren, aufgebracht werden und jedes beliebige Material enthalten, das herkömmlicherweise zu diesem Zweck verwendet wird, z. B. Titan.

Bei einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Antireflexionsschicht auf dem zweite Metall hergestellt. Die Antireflexionsschicht kann mittels eines beliebigen herkömmlichen Verfahrens, wie dem CVD- oder PVD-Verfahren; aufgebracht werden und jedes beliebige Material sein, das herkömmlicherweise zu diesem Zweck verwendet wird, z. B. Titannitrid.

Bei Durchführung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der ersten Chlorgasdurchflussrate um diejenige, die herkömmlicherweise zum Ätzen leitender Strukturen bei optimaler Geschwindigkeit, typischerweise ungefähr 50 cc/Min. bis ungefähr 100 cc/Min., angewandt wird. Das Ätzen der leitenden Schicht erfolgt mit durch Zuführen von Chlorgas und normalerweise Bortrichlorid mit der ersten Chlorgasdurchflussrate zur Ätzeinrichtung erzeugtem hochdichten Chlorplasma, bis das leitende Material zwischen den Leiterbahnen im offenen Feld im wesentlichen vollständig entfernt ist, jedoch leitendes Material zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array verbleibt, und an diesem Punkt wird die erste Chlorgasdurchflussrate auf eine zweite Chlorgasdurchflussrate reduziert. Ätzen mit hochdichtem Chlorplasma wird dann in einem zweiten Ätzschritt bei der zweiten Chlorgasdurchflussrate durchgeführt, bis das leitende Material zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array im wesentlichen vollständig entfernt ist. Das Ätzen erfolgt dann in einem dritten Ätzschritt, vorzugsweise bei der anfänglichen Chlorgasdurchflussrate, zum vollständigen Entfernen von Resten zwischen den Leiterbahnen des dichten Arrays und zum Entfernen eines Teils der darunter liegenden Isolierschicht in dem dichten Array und dem offenen Feld. Die optimale reduzierte zweite Chlorgasdurchflussrate wird derart gewählt, dass ein Unterätzen von Leiterbahnen in dem dichten Array beim Entfernen des gewünschten Materials mit einer wünschenswerten Rate vermieden wird. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer reduzierten zweiten Chlorgasdurchflussrate von weniger als ungefähr 50 cc/Min., vorzugsweise zwischen ungefähr 10 und ungefähr 40 cc/Min., optimalerweise ungefähr 30 cc/Min., dieses Ziel erreichbar ist.

Typischerweise weist die Antireflexionsschicht eine Dicke bis ungefähr 110 nm (ungefähr 1100 Å) auf, die Grenzschicht eine Dicke von ungefähr 25 bis ungefähr 100 nm (ungefähr 250 bis ungefähr 1000 Å) und die zweite Metallschicht, z. B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, eine Dicke von ungefähr 0,4 bis ungefähr 1,5 Mikrometer (ungefähr 4000 bis ungefähr 15000 Å).

Es fällt in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine aus Titan und Titannitrid zusammengesetzte Grenzschicht zu verwenden. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Grenzschicht aus Titan eine Dicke von ungefähr 25 nm (ungefähr 250 Å) und die Titannitridschicht eine Dicke von ungefähr 60 nm (ungefähr 600 Ä) aufweisen.

BEISPIEL

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2(a) bis 2(d) dargestellt, wobei Fig. 2(a) Fig. 1(a) ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass das offene Feld 26 dargestellt ist. Eine Siliziumdioxidschicht 20 wird auf einem (nicht gezeigten) Halbleitersubstrat und eine Titangrenzschicht 21 auf der Siliziumdioxidschicht 20 ausgebildet. Eine Schicht 22 aus Aluminiumlegierung wird auf der Titangrenzschicht 21 und eine Antireflexionsschicht 23 aus Titannitrid auf der Schicht 22 aus Aluminiumlegierung ausgebildet. Eine Photoresistmaske 24 wird auf der Antireflexionsschicht ausgebildet, die eine Struktur mit einem dichten Array von Leiterbahnen aufweist. Das dichte Array erstreckt sich in der von Pfeil A angezeigten Richtung; wohingegen sich das offene Feld in der von Pfeil B angezeigten Richtung erstreckt und generell mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet ist. Die Titanschicht 20 hat eine Dicke von ungefähr 30 nm (ungefähr 300 Å) und die Aluminiumschicht 22 eine Dicke von ungefähr 650 nm (ungefähr 6500 Å). Die Aluminiumlegierung ist eine herkömmliche Kupfer und Silizium enthaltende Legierung, die herkömmlicherweise zum Herstellen von Leiterbahnen verwendet wird. Die Antireflexionsschicht aus Titannitrid weist eine Dicke von ungefähr 350 Å auf.

Wie beim herkömmlichen Ätzverfahren mit hochdichtem Chlorplasma erfolgt das Ätzen anfangs durch Zuführen von Chlorgas zur Einrichtung für hochdichtes Chlorplasma mit einer ersten Chlorgasdurchflussrate von ungefähr 60 cc/Min., wie in Fig. 2(b) unter Bezugszeichen 27 dargestellt.

Wie in Fig. 2(b) gezeigt, ist die Ätzrate des leitenden Materials im offenen Feld höher als die Ätzrate des leitenden Materials in dem dichten Array. Erfindungsgemäß wird die erste Chlorgasdurchflussrate zur Einrichtung zum Ätzen mit hochdichtem Plasma auf ungefähr 30 cc/Min. reduziert, wenn das leitende Material zwischen den Leiterbahnen im offenen Feld im wesentlichen vollständig entfernt ist, wie unter Bezugszeichen 28 dargestellt, jedoch leitendes Material zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array verbleibt. Wie in Fig. 2(c) dargestellt, erfolgt das Ätzen mit hochdichtem Chlorplasma in einem zweiten Ätzschritt bei der zweiten reduzierten Chlorgasdurchflussrate zum im wesentlichen vollständigen Entfernen des leitenden Materials zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array, wie unter Bezugszeichen 30 dargestellt. Das Ätzen wird dann zum vollständigen Entfernen von Resten zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array und zum Entfernen eines Teils des darunter liegenden Oxids zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array 25, wie in Fig. 2(d) unter Bezugszeichen 31 dargestellt, und im offenen Feld 26, wie unter Bezugszeichen 32 dargestellt, in einem dritten Ätzschritt mit der ersten Chlorgasdurchflussrate von 60 cc/Min. durchgeführt.

Bei mikroskopischer Untersuchung des geätzten dichten Arrays hat sich herausgestellt, dass die Leiterbahnen im wesentlichen frei von Unterätzungen waren. Somit wird durch Anwendung der vorliegenden Erfindung ein Unterätzen von um eine Distanz von weniger als 1,0 Mikrometer voneinander beabstandeten Leiter bahnen in einem dichten Array, an die ein offenes Feld angrenzt, in dem die Leiterbahnen um eine Distanz von mindestens 2 Mikrometern voneinander beabstandet sind, beim Hochgeschwindigkeits-Ätzen mit hochdichtem Chlorplasma durch Reduzieren der Chlorgasdurchflussrate zu einer Einrichtung zum Ätzen mit hochdichtem Plasma vermieden, wenn das leitende Material zwischen den Leiterbahnen im offenen Feld im wesentlichen vollständig entfernt ist, jedoch leitendes Material zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array verbleibt.

Die vorliegende Erfindung ist in verschiedenen Phasen der Herstellung von Halbleitervorrichtungen anwendbar, wobei die Phasen das Ausbilden von Arrays von um eine Distanz von weniger als 1,0 Mikrometer, vorzugsweise weniger als 0,7 Mikrometer, voneinander beabstandeten Leiterbahnen, an die ein offenes Feld mit um eine Distanz von mindestens ungefähr 2 Mikrometern voneinander beabstandeten Leiterbahnen angrenzt, umfassen. Die vorliegende Erfindung findet auf jedes beliebige Ätzverfahren zum Herstellen eines dichten Arrays von Leiterbahnen, an die ein offenes Feld angrenzt, Anwendung, wobei die Ätzrate des leitenden Materials im offenen Feld größer ist als die Ätzrate des leitenden Materials in dem dichten Array. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung der oben genannten oder beschriebenen spezifischen Materialien beschränkt, sondern ist auf die Herstellung jeder beliebigen Art von dichtem Array mit Leiterbahnen anwendbar.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung mit einem dichten Array von Leiterbahnen, mit folgenden Schritten:

Herstellen einer Schicht aus leitendem Material (22) auf einer Isolierschicht (20);

Herstellen einer Maske (24) auf der leitenden Schicht, wobei die Maske eine Struktur (25) mit einem dichten Array von Leiterbahnen aufweist,

welche um eine Distanz von weniger als 1 Mikrometer voneinander beabstandet sind und an die ein offenes Feld (26) mit Leiterbahnen angrenzt, die um eine Distanz von mindestens 2 Mikrometer voneinander beabstandet sind;

Ätzen der leitenden Schicht (22) durch die Maske (24) mit einem hochdichten Chlorplasma (27);

Reduzieren der Durchflussrate des zur Bildung des Chlorplasmas verwendeten Chlorgases von einem ersten Pegel auf einen zweiten niedrigeren Pegel;

Fortführen des Ätzens bei reduzierter Durchflussrate, bis das leitende Material zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array entfernt ist, und danach weiteres Fortführen des Ätzens zum Entfernen eines Teils der darunter liegenden Isolierschicht (20) und dadurch zum Entfernen von zwischen den Leiterbahnen des dichten Arrays verbleibenden Resten;

dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren der Durchflussrate erfolgt, wenn das leitende Material aus dem Bereich zwischen den Leiterbahnen in dem offenen Feld (26) entfernt ist, jedoch leitendes Material zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array verbleibt, wodurch Unterätzen der Leiterbahnen in dem dichten Array verringert oder verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gasdurchflussrate von dem zweiten Pegel zurück auf einen höheren Pegel erhöht wird, wenn durch weiteres Ätzen der Teil der darunter liegenden Isolierschicht (20) zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Isolierschicht (20) eine Oxidschicht ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das leitende Material ein Metall aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Metall ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die leitende Schicht eine erste Metallgrenzschicht (21) auf der Isolierschicht (20) und eine zweite Metallschicht (22) auf der Grenzschicht aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das erste Metall Titan ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das zweite Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das zweite Metall eine Titan, Kupfer und Silizium aufweisende Aluminiumlegierung ist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit folgendem Schritt: Herstellen einer Antireflexionsschicht (23) auf der zweiten Metallschicht (22).

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Antireflexionsschicht (23) Titannitrid ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Chlorgasdurchflussrate beim zweiten Pegel weniger als 40 cc/Min. beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Chlorgasdurchflussrate beim zweiten Pegel zwischen 10 und 40 cc/Min. beträgt

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Chlorgasdurchflussrate beim zweiten Pegel ungefähr 30 cc/Min. beträgt.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Pegel der Gasdurchflussrate zwischen 50 und 100 cc/Min. liegt.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Distanz zwischen den Leiterbahnen in dem dichten Array weniger als 0,7 Mikrometer beträgt.







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