INTEGRATED SEMICONDUCTOR CIRCUIT HAVING AN ALUMINIUM OR ALUMINIUM ALLOY MULTILAYER WIRING, AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE

Abstract: 1. A process for the production of an integrated a semiconductor circuit having contact conductor paths (2, 3) consisting of aluminium or an aluminium alloy and arranged in at least two planes (multi-layer wiring), which are separated by insulating layers (4) and which are electrically connected to one another by way of contact holes (5) (via holes) introduced into the insulating layers (4), characterized in that a) after the etching of the contact holes (5) into the first insulating layer (4) which covers the first conductor path plane (2), a non-aluminium metal (6), whose thickness is equal to that of the frist insulating layer (4), is applied in the contact holes (5) by selective deposition from the gas phase, b) that the aluminium or aluminium-alloy layer which forms the second conductor path plane is then deposited onto the entire surface, and c) the second conductor path plane (3) is structured using a wet-chemical etching process to which the non-aluminium metal (6) is largely resistant.

Description: Integrierte Halbleiterschaltung mit einer aus Aluminium oder aus einer Aluminium-Legierunq bestehenden Mehrlaqenverdrahtung und Verfahren zu ihrer Herstellunq. Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung mit aus Aluminium oder aus einer Aluminium-Legierung bestehenden, in mindestens zwei Ebenen liegenden Kontaktleiterbahnen (2, 3) (Mehrlagenverdrahtung), die durch Isolationsschichten (4) getrennt und durch in die Isolationsschichten (4) eingebrachte Kontaktlöcher (5) (via holes) elektrisch miteinander verbunden sind, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die minimal möglichen Metallraster bei Zwei-Lagen-Verdrahtung sind abgesehen von Foto- und Ätztechnik durch die nötigen Sicherheitsabstände a und b in lateraler Richtung beim Kontaktloch (via hole) bestimmt. Mit fortschreitender Verkleinerung dieser via holes wird ausserdem die ausreichende Kantenbedeckung der zweiten Metall ebene im Kontaktloch problematisch (es ergeben sich Einschnürungen c der Metallbahn im Kontaktloch). Wie aus der DE-OS 26 42 471 zu entnehmen ist, kann der Sicherheitsabstand b bei geeigneter Wahl der ersten und zweiten Isolationsschichten sowie des Ätzverfahrens für die Einbringung der via holes dadurch entfallen, dass die via holes überlappend ausgebildet werden. Voraussetzung dafür ist ein guter Ätzstop der via hole-Ätzung auf der zweiten Isolationsschicht. In diesem Fall kann das die erste Kontaktleiterbahnebene bildende Aluminium-I-R2ster bei gleicher Foto- und Ätztechnik um den Sicherheitsab stand 2b reduziert werden. Der Sicherheitsabstand a muss aber nach wie vor eingehalten werden, da sonst beim vermeidlichen Überziehen der Ätzung für das Aluminium-II Raster eine Schwächung des Aluminium-I-Querschnittes auftritt, die zu Aluminium-I-Unterbrechungen führen kann. Aus einem Aufsatz von L. B. Rothman im Journ. of Electrochem. Soc., Vol 130, Nr. 5 (1983), Seiten 1131 bis 1136 ist zu entnehmen, dass das Kantenbedeckungsproblem durch Auffüllen von via holes mit Aluminium oder Aluminium-Legierungen in den Kontakten verringert werden kann. Diese Technologie ist aber wegen der Verwendung von Abhebetechniken sehr aufwendig und verwendet Polyimide, deren MOS Kompatibilität nicht gesichert ist Der Erfindung liegt die Aufqabe zuqrunde, bei einer integrierten Halbleiterschaltung mit einem auf Aluminium basierenden Metallisierungssystem neben dem Problem der Kantenbedeckung der zweiten Metallebene im Kontakt auch das Problem der Sicherheitsabstände im Bereich des Kon taktloches bei fortschreitender Miniaturisierung in der VLSI-Technik zu lösen. Diese Lösung erfolgt erfindungsgemäss bei einer integrierten Halbleiterschaltung der eingangs genannten Art dadurch, dass die Kontaktlöcher in der Dicke der sie enthaltenden Isolationsschicht ein derartiges Nicht-Aluminium-Metall enthalten, dass Aluminium oder eine Al-Legierung darauf selektiv geätzt werden kann. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das als Kontaktlochfüller verwendete Nicht-Aluminium-Metall aus einem hochschmelzenden Metall, vorzugsweise Wolfram oder aus einem Silizid eines hochschmelzenden Metalles, vorzuqsweise Tantalsilizid besteht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemässen Mehr lagenverdrahtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im folgenden wird anhand der in der Zeichnung befindlichen Figuren 1 bis 6 die Erfindung noch näher erläutert. Dabei zeiqen die Figuren 1 und 2 anhand eines Schnittbildes und einer Draufsicht einer bekannten Struktur die Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden, die Figuren 3 und 4 im Schnittbild erfindungswesentliche Schritte zur Herstellung einer Zweilagen verdrahtung, die Figuren 5 und 6 die Figur 4 in Draufsicht. Für gleiche Teile gelten in allen Figuren gleiche Bezugszeichen. Die Figuren 1 und 2 zeigen wie die minimal möglichen Metallraster bei Zweilagenverdrahtung (2, 3) durch die notwendigen Sicherheitsabstände a und b beim via hole (5) bestimmt sind. Mit dem Bezugszeichen 1 ist die unter der ersten Aluminium-Leiterbahnebene 2 befindliche Isolationsschicht, mit 3 die zweite Aluminium-Leiterbahnebene und mit 4 die erste Isolationsschicht bezeichnet. Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, wird durch die Einschnürung c eine ausreichende Kantenbedeckung der zweiten Aluminium Leiterbahnebene 3 im Kontaktloch 5 problematisch. Beim erfindungsgemässen Verfahren, bei dem einerseits die via holes 5 aufgefüllt werden und gleichzeitig der Sicherheitsabstand a entfallen kann, wird wie folgt vorgegangen: Figur 3 und 4: Nach der in bekannter Weise durchgeführten Kontaktlochätzung wird in den Kontaktlöchern 5 durch selektive Abscheidung aus der Gasphase (CVD-Verfahren) Tantalsilizid 6 in der Dicke der ersten Isolationsachicht 4 selektiv aufgebracht. Dies geschieht beispielsweise durch thermische Zersetzung eines Gasgemisches, bestehend aus Tantalchlorid, Wasserstoff und Dichlorsilan (SiH2Cl2) im Verhältnis 1:10:2 bei einem Druck von 133 Pa und einer Abscheidetemperatur von 850 C. Durch Einstellung dieser Werte wird erreicht, dass sich genügend Chlorwasserstoff abspaltet, um die Keimbildung für eine Tantalsilizid-Abscheidung auf den nicht aus Aluminium bestehenden Bereichen zu unterdrücken. Damit ist das via hole gefüllt und das Kantenbedeckungsproblem für die nachfolgende Abscheidung der zweiten Aluminium-Leiterbahnebene 3 eliminiert. Die Verwendung eines Nicht-Aluminium-Metalles 6 wie Wolfram oder Tantalsilizid gewährleistet bei der Strukturierung der zweiten Aluminium-Leiterbahnebene 3, welche zum Beispiel durch nasschemische Ätzung in einem Gemisch von Phosphorsäure, Salpetersäure und Wasser im Verhältnis 20:1:4 bei 400C vorgenommen wird, einen guten Ätzstop (siehe Pfeil 7 in Figur 4), so dass auf den Sicherheitsabstand a verzichtet werden kann. Wie aus Figur 5 zu entnehmen ist, kann daher das Raster der zweiten Aluminium-Kontaktleiterbahnebene 3 um den Betrag 2a reduziert werden. Die Figur 6 zeigt in einem Ausschnitt aus Figur 5 wie trotz einer Verjustierung der zweiten Aluminium-Leiterbahnebene 3, bezüglich der via hole-Ebene (5), bedingt durch den guten Ätzstop 7, das Aluminium der ersten Leiterbahnebene geschützt bleibt. Sinngemäss lässt sich das erfindungsvermässe Verfahren mit den gleichen Vorzügen auch auf Mehrlagen-Verdrahtungen und andere Verdrahtungsebenen-Kombinationen wie zum Beispiel Verbindungen von Aluminium-Leiterbahnen zu Polysiliziumbereichen und Diffusionsgebieten aus einkristalli nem Silizium anwenden. Hierbei ist vorteilhaft, dass neben den niedrigen Übergangswiderständen zu Aluminium Tantalsilizid oder Wolfram gleichzeitig als Barriere gegen Kontaktreaktionen zwischen Aluminium und Silizium (zum Beispiel "spiking") wirkt. 9 Patentansprüche 6 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Integrierte Halbleiterschaltung mit aus Aluminium oder aus einer Aluminium-Legierung bestehenden, in mindestens zwei Ebenen liegenden Kontaktleiterbahnen (2, 3) (Mehrlagenverdrahtung), die durch Isolationsschichten (4) getrennt und durch in die Isolationsschichten (4) eingebrachte Kontaktlöcher (5) (via holes) elektrisch miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontaktlöcher (5) in der Dicke der sie enthaltenden Isolationsschicht (4) ein derartiges Nicht-Aluminium-Metall (6) enthalten, dass darauf Aluminium oder eine Aluminium-Legierung selektiv geätzt werden kann. 2. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Nicht-Aluminium-Metall (6) aus einem hochschmelzenden Metall oder einem Silizid eines hochschmelzenden Metalles besteht. 3. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die Kontaktlöcher (5) mit Wolfram (6) oder Tantalsilizid (6) aufgefüllt sind. 4. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit einer aus Aluminium oder aus einer Aluminium-Legierung bestehenden Zweilagenverdrahtung (2, 3) nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass a) im Anschluss an die Ätzung der Kontaktlöcher (5) in die die erste Leiterbahnebene (2) bedeckende erste Isolationsschicht (4) in den Kontaktlöchern (5) durch selektive Abscheidung aus der Gasphase ein Nicht-Alu minium-Metall (6) in der Dicke der ersten Isolations schicht (4) aufqebracht wird, b) dass dann ganzflächig die die zweite Leiterbahnebene (3) bildende Aluminium- oder Aluminium-Legierungs schicht abgeschieden wird und c) die zweite Leiterbahnebene (3) unter Verwendung eines nasschemischen Ätzprozesses, in welchem sich das Nicht Aluminium-Metall (6) weitgehend resistent verhält, strukturiert wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Ätzmittel nach Verfahrensschritt c) ein Gemisch aus Phosphorsäure (85 %zig), Salpetersäure (65 %ig) und Wasser im Verhältnis 20:1:4 verwendet wird und der Ätzprozess bei 400C durchgeführt wird. 6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Nicht-Aluminium Metall (6) hochschmelzende Metalle, vorzugsweise Wolfram verwendet wird. 7. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Nicht-Aluminium Metall (6) Silizide hochschmelzender Metalle, vorzugsweise Tantalsilizid, verwendet wird. 8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die selektive Abscheidung (6) nach Verfahrensschritt a) unter Verwendung eines bei der Reaktion Halogenwasserstoff abspaltenden Reaktionsgases durchgeführt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne et , dass als Reaktionsgas ein Ge- misch aus Tantalchlorid (TaCl5), Wasserstoff und einer halogenierten Silanverbindung bzw. Wolframfluorid (WF6) und Wasserstoff verwendet wird.

Inventors: NEPPL, FRANZ, DR. RER. NAT., SCHWABE, ULRICH, DR.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: H01L23
IPC codes: H01L23, H01L21