Способ изготовления металлизации интегральных микросхем

ГОСИДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ведомство ссср коспдтвнт ссстлов ВВ Ерема дС. ЗахарчукАвторское свидетельство СССР и 11457729, кл. Н от т 21/28, 1989.-(5 дУ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛПИЗДЦИИИзобретение относится к электрон ной технике И может быть использовано в технологии изготовления широкого УНаиболее близким по технической сущности к изобретению является слот. соб изготовления металлизации интег ральных микросхем, в соответствии скоторым на полупроводниковую подложку со сформированной активной структурой Наносят барьерную пленку вентильного металла (ВЫ). осаждают слой ЭЛЮМИНИН, НаНОСЯТ ВСПОНОГНТГТЬНУЮ пленку вентильного металла, формируют по рисунку дорожек металлизации масч ку из вспомогательной пленки ВМ с помощью операций фотолитографии ирование алюминия или его сплава, форе мируя из нижнего слоя разделительныйДИЭЛЕКТВИК МЕЖДУ ДОВОЖКЗМИ металлиза ции, а из верхнего защитный диэлект рический слой. Изобретение может быть ИСПОЛЬЗОВЭНО ТВХНОПОИИ ИЗГОТОВЛ 8 НИЯ ШИВОКОГО КЛНССЗ ИНТЭГРЭЛЬНЫХ МИКда 5 пеНИдз ФОРНИВУЮТ разделительный ДИЭПЗКТВИК-из оксида алюминия между дорожками металлизации путем лористого электрохимического анодирование 3 дЮНИНИЯ Проводят плотное совместное анодирование барьерной и вопомоы гательнои пленок вентильного металла 9отжигают и доокисляют барьерную пленКУ вентильного металла, после чегонагбсятчпассивирующий дэлекТриес слом дащщмерэ 3102. тгэормирьгют КУ ИЗ фоторезиста, вскрывают кон. тактные окна к ДОРОЖКЭМ металлизации И Удаляют фотореаист затем Ф 0 ррУ ЮТ СледУЮЩИй Уровень металлизации ТОПЩИНа вспомогательной пленки ВН-в 210 Паз превышает толщину барьернор пленки ВМ. ПДНЭКО данный способ можно использовать лишь при изготовлении ИНТЕГ(21) д 860775/257 (57).Использование в электронной тех.(22) 2008 Э 0 нике. Сущность после нанесения вспо(71) Минский радиотехнический инсти- могатепьного вентильного металла до- ТУТ лолнительно наносят слой алюминия или(72) ВА Лабунов В.Ф. Сурганов, его сплаваи через маску из вентильноА.Н. Мозалев АИ. Дударчик Ю.П.По го метаплатпроводят сквозноеанодиполнительного слоя алюминия пассиви 3 ральных микросхем с одноуровневой металлизацией. При создании многоуровневых межсоединений применение способа неэффективно из-за возникающей в ходе его реализации дефектности топологических структур, ухудшающих капЦелью изобретения является повыше-10ние качества многоуровневой металли зации за счет снижения дефектности топологицескикьструктур.Поставленная цель достигается тем что в известном способе изготовления 15 металлизации интегральных микросхем,БКЛЮЦЭЮЩЗМ НЭНЗСЕНИЕ на полупроводниковую подложку со сформированной ак-н тивной структурой барьерной пленки вентильного металла, нанесение слоя алюминия или его сплава, нанесение вспомогательной пленки вентильного металла, формирование по рисунку дорожек металлизации маскииз вспомогательной пленкивентильного металла с помощью операций фотолитографии и травления, формирование разделительного диэлектрика из оксида алюминия между дорожками металлизации путем по ристого электрохимического анодирова ю НИН ЭЛЮМИНИЯ ИЛИ ЕГО СПЛЭВЭ, ПЛОТНОЭ электрохимическое анодирование барьерной и вспомогательной пленок вентильного металла, отжиг и доокисление барьернойпленки вентильного металла, 35 после формирования маски из вспомо 0дополнительно нзносятслой алюминия или его сплава и защитную лленку вентильного металла, из которой с помощью фотолитографии И травления формируют маску, закрывающую рисунок контактных ОКОН К дорожкам МВТЭЛЛИЗЭЦИИ,проводят сквозное электрохимическое. пористое анодирование обоих слоев алюминия, формируя из нижнего слоя алюминия разделительный диэлектрик между дорожками металлизации и из до 40рующий диэлектрический слой, а после операций плотного электрохимического анодирования, отжига И доокислениябарьерной, вспомогательной и защитной пленок вентильного металла вскрываютконтакты к дорожкам металлизации путем удаления маски из окисленной защитной пленки вентипьного металла сГде - толщина барьерной пленки ВМ,в толщина вспомогательной пленки ЕМ, сд - толщина защитной пленки ВМ, о . Сущность заявляемого способа заклюцается в том, что на подложку 1 наносят поочередно барьерную пленку ЕМ 2,слой алюминия или его сплава 3 и -г вспомогательную пленку ВМ д, формируют маскутиз фоторезиста 5, акрываю- 7 ЩУЮ рисунок дорожек металлизации,травят открытые участки вспомогательной пленки ВМ Ц до Поверхности слоя А 1 3 (Фиг, 2) и снимают фоторезист 5. Дополнительно наносят слой А 1 или его сплава 6 и защитную пленку ВМ 7(Фиг. 3). Формируют маску из фотореаиста 8 по-рисунку переходных контактных столбиков, травят открытые участки защитной пленку ВМ 7 (фиг д) и удаляют фоторезист 8. Проводят сквозное электрохимическое анодирование обоих слоев А 1 или его сплава 3 и 6, получая разделительный диэлектрик из А 12 П 3 9 и пассивирующий диэлектрический слой из А 110310 (фиг. 5) Затем проводят совместное плотное анодирование защитной 7,вспомогательной д ибарьерной 2 пленок ВМ, осуществляют отжиг и доокиспение остатков ВМ (фиг. 6) В результате участки барьерной пленки ВМмежд ду дорожками металлизации преобразуются в оксид НМ 11, часть вспомогательной пленки ВМ расположенная под пассивирующим диэлектрическим слоем А 1203 10 на дорожках металлизации,также превращается в оксид ВМ 12, а маска из защитной пленки ВН полностью трансформируется в оксидную пленкуВМ 13. Вскрыааются контактные окна к дорожкам металлизации путем удаления маски из окисленной защитной пленки ВМ 1 З.(Фиг 7). Затем формируют последующий уровень металлизациид Диапазон указанных значений толщины вспомогательной пленки ЕМ (см форм. 1.1) обусловлен следующим Его нижняя граница равна толщине барьерной пленки 128, ТЭК как ЛЮбОВ УМЕНЬШЕНИЕ ь ПО сравнению с кр приведет к тому, что при плотном анодировании вспомога 5 Т 77751 д - - Бтельная пленка ВМ прокислится раньше, удаления фоторезиста магнетронным расчем барьерная пленка ВМ. В случае Пыдением ФСЭЖЛЭПИ СЛОЙ А 1 ИЛИ Сппапревышения га утроенной величины На А 11 (12) ТОЛЩИНОЙ 0,8 мкм и заЪ 5 при плотном анодировании начина 5 ЩИТНУЮ ПЛЗНКУ Вы ТОЛЩИНОЙ 60 НМ,ют проявляться расширение масок из 130 НМ И 160 НМ ПРИ ПОМОЩИ Ф 0 Т 0 ЛИТ 0вспомогательной пленки ВМ и недопус- графин ФОПМИРОБЭЛИ МЗСКУ ИЗ Фоторетимое возрастание непланарности ме ЗИСТЭ На Участках контактных окон и таллизации Нижняя граница диапазона Га 3 хМЧеСК Удаляли ОТКРЫТЫЕ к предотвращает при плотном аноди 10 участки защитной пленки ВН. После ровании сквозное электрохимическое снятия ФОТОРЕЗИСТЭ ПРОБОДИПИ-СКВОЗНОВ прокисление защитной пленки ВМ. При ПОВИСТОЕ анодирование Обоих слоев нанесении защитной пленки ВМ толщиной, А 1 нВПП 0 ТЪ до Поверхности барьерной превышающей утроенную сумму сд и св, пленки ВМ. Затем проводили плотное после плотного анодированияостается 15 Энбдирование всех пленок ВМ. Отжиг и неокисленной значительная часть за доокисление остатков ВМ осуществлящитной пленки ВН Разделительный и ли при температуре 723 К в среде пассивирующий диэлектрик формируют влажного кислорода. Контактные переч ЭНОДИПОБЭНИЕМ ЛИБО СЛОЕВ ЭЛЮМИНИЯ, ХОДЫ ВСКРЬЩЗЛИ ПУТЕМ ПЛЭЭМОХИНИЧЕСКСЗР либо сплава алюминия (например, с . 20 го травления окисленной защитной кремнием, титаном или медью). Барьер пленки ВМ. Таким же образом формироная пленка, вспомогательная и защитит вали второй уровень металлизации и ная пленки ВМ могут, например быть нежуровневой изоляции со встроенными из Та, ЫЬ, 2, НЕ. В результате пред контактными стопбиками При изготовлагаемый способ искпючаетппоявление. 25 пении ИМС по известному способу толшипов на поверхности вспомогательп ЩИНа барьерной пленки ВМ.составляла ной пленки ВМ благодаря лежащему на 20 нм, слой А 1 имел толщину 1,0 мкм,ней слою анодного оксида алюминия а вспомогательная пленка 200 нм. Способ позволяет существенно повы- Межуровневый диэлектрик изготовляли ситьпланарность межсоединений при 30 вакуумным осаждением 5102 и вытравлипереходе с первого на второй уровень, ванием в нем контактных окон. В капоскольку отсутствует необходимость л честве ВМ использовали Та и ПЪ. На извытравливания переходных контактных - готовленных пластинах контролировали отверстий в слое межуровневого диэле- процент выхода годных кристаллов,ктрикаМежуровневые столбики имеют 35 пробивное напряжение межуровневого практически заданную геометрию иот диэлектрика Пдр, удельный ток утечки сутствует появление выступов по перин в межуровневом диэлектрике при напряметру масок из вспомогательной плен женин 5 В 1, удельное сопротивлле кн ВМ, возникающих в известном спо- - НИЗ КОНТЭКТНОГО Перехода МЕЖДУ уровсобе после плотного анодирования 40 ННМИ МЕТЭЛПИЗЭЪИИ Ед Была осуществлена практическая ре В таблицеприводятся сравнительные ализация предлагаемого спосособа и результаты статистической обработки для сравненияд-известного, всоответч - измерений, произведенных на каждой дствии с которыми изготовлялисьтес- ПЛаСТИНе.т товые КМПП ИМС с двухуровневой сиси 45 . . темой межсоединенийд По заявляемому Результаты злектронномикроскописпособу на полупроводниковую подложку ЧВСКИХ НабЛЮдеНИЙ СрУКТУП ИЗГ 0 Т 0 В со сформированной активной структу ленных по известному способу, показарой магнетронным распылением последо- т ЛИ наличие на вспомогательной пленке вательно осаждали барьерную пленку 50 ВМШИП 0 В размером до 1 мкм и соот нм толщиной 20 нм, слой А 1 (сплав ветственно выпуклых образований (высА 151 (1 толщиной 1 мкм и вспомога- ТУПОЕ) В СЛОВ МеЖУровневоГ 0 дИЭЛеКТ тельную пленку ВМ толщиной 20 нм, Ц рика На поперечных сколах структур д 0 нм и 60 нм. В качестве вентильно- отчетливо видно возникновение рельефа го металла использовали Та и ЫЪ. При 55 по краю масок из вспомогательной помощи Фотодитографии и химицесксдго пленки ВН, ухудшающего планаризовандтравления незащищенных участков вспон ностьмежУровневого дизлектрика ПереМОГЭТЕЛЬНОЙ ПЛЕНКИФООМИПОЕЭЛИ ЧИСЛЕННЫХ ДВФЭКТОВ МЕТЭЛЛИЗЭЦИИ, ИЗГОмаску по рисунку проводников. После товленной по заявляемому способу, необнаружено. Таким образом, преимущества предлагаемого технического решения заключаются в следующем увеличивается напряжение пробоя и снижаются токи утечки в межуровневом диэлектрике за счет устранения роста шипов на масках из вспомогательной пленки ВМ уменьшается контактное сопротивление между дорожками метализации В разных уровнях за счет улучшения гео 10НЕБОМ диэлектрике УЛУЧШЭЕТСЯ планаризованность слоев металлизации И межуровнеаой изоляции за счет отсутствия 15 рельефа по краям масок.иа вспомога- тельной пленки ВН И отсутствия травленных отверстий в межуровневом див электрике. Заявляемый способ изготовления 20 металлизации интегральных микросхем пиПОЗВОЛЯЕТ УЛУЧШИТЬ КЭЧЕСТВО МНОГОУРОВНевой металлизации за счет снижения дефектности топологических структури в реэультате.повысить процент выхода годных изделий. 25Ф о.р м у л а и з об р е т е н И я 1. Способ изготовления металлиза ции интегральных микросхем, включаю щий нанесение на полупроводниковуюПОдЛОЖКУ СО СФОРМИПОБЭННОЙ ЭКТИВНОЙструктуройбарьерН 0 й пленки вентильного металла, нанесение слоя алюминия или его сплава, нанесение вспомогательной пленки аентильного металла,формирование по рисунку дорожек металлизации маски из вспомогательнойпленки вентильного металла с помощьюФОПМИВОВЭНИВ ЦЭЗДЕЛИТВЛЬНЭГО ДИЭЛВКТЧ ВИНЭ ИЗ ОКСИДЭ алюминия МЕЖДУ ДОПОЖками металлизации путем порИсТ 0 Г 0электрохимического анодирования алюминия или его сплава, плотное рохимическое анодирование барьернойМЕТЭПЛЭ, ОТЖИГ И ДООКИСЛЕНИВ барьерной пленки вентипъного металла, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цеЛЪЮ ПОВЫШЕНИЯ КЭЧЕСТВЭ МНОГОУРОВНЭ вой металлизации за счет снижения дефектности топологических структур,после формирования маскииз вспомога-ь тельной пленки вентильного металла дополнительно наносят слой алюминия или его сплава и защитную пленку вентильного металла, из которой с помощью операций фотолитографии и травления формируют маску, закрывающую рисунок контактных окон нсдорожкам металлизации, проводят сквозное электрохимическое пористое анодирование обоих слоев алюминия, формируя из.нижнего слоя алюминия разделительный ди электрик между дорожками металлизаЦИИ И ИЗ ДОПОЛНИТЗЛЬНОГО СЛОЯ алюминия пассивирующий диэлектрик, а после операций плотного электрохимичес КОГО ЭНОДИРОБЭНИЯ, ОТЖИГЭ И ДООКИСЛЭ ния барьерной,.вспомогательной и защИНОЙ ПЛЕНОК БЕНТИЛЬНОГО МВТОЛЛЭ осуществляют вскрытие контактов к дорожкам металлизации путем удаления й маски из окисленной защитной пленки вентильного металла участков кон ТЭКТНЫХ ОКОН.ТИЛЬНОГО МБТЭЛПВ наносятс ТОЛЩИНЭМИ,ОПВЕДЕЛЯЭМЫМИ СООТНОШЕНИЯМИГде Е - толщина барьерной пленки вен тильного металлаЕе толщина вспомогательной пленки вентильного металлаЕ - толщина защитной пленки вентильного металла