Способ создания многоуровневых межсоединений интегральных схем

 

Изобретение относится к полупроводниковому производству и может быть использовано в технологии изготовления БИС и СБИС с двумя и более уровнями межсоединений, увеличенной плотностью упаковки и малым шагом межсоединений. Целью изобретения является повышение качества и надежности многоуровневых межсоединений за счет повышения степени планаризации, снижение разнотолщинности диэлектрического покрытия на шинах межсоединений с различной шириной. В способе создания многоуровневых межсоединений интегральных схем формируют топологию первого уровня межсоединений, наносят первое кислородсодержащее диэлектрическое покрытие, наносят органический планиризующий слой, травят органический и диэлектрический слои. Травление указанных слоев осуществляют в плазме на основе смеси, состоящей из 10 - 13% насыщенного фтором углеродгалогена, 8 - 10% ненасыщенного фтором углеродгалогена и 77-82% инертного газа при суммарном давлении 650 - 760 Па и плотности мощности 10 - 15 Вт/см². Затем удаляют остаточный органический слой в плазменном разряде кислорода при давлении 70 - 500 Па и плотности мощности 3 - 6 Вт/см². После чего наносят второе диэлектрическое изолирующее покрытие, вскрывают межуровневые контакты и формируют вышележащий уровень межсоединений.

Изобретение относится к полупроводниковому производству и может быть использовано в технологии изготовления БИС и СБИС с двумя и более уровнями межсоединений, увеличенной плотностью упаковки и малым шагом межсоединений. Целью изобретения являются повышение качества и надежности многоуровневых межсоединений за счет повышения степени планаризации, снижение разнотолщинности диэлектрического покрытия над шинами межсоединений с различной шириной. В предлагаемом способе планаризации многоуровневых межсоединений интегральных схем, включающем формирование топологии первого уровня межсоединений, нанесение первого диэлектрического покрытия, нанесение органического планаризующего слоя, травление органического и диэлектрического слоев, удаление остаточного органического слоя, нанесение второго диэлектрического изолирующего покрытия, травление органического и первого диэлектрического слоев осуществляют в газовой смеси, состоящей из 10-13% насыщенного углеродгалогена, 8-10% ненасыщенного углеродгалогена и 77-82% инертного газа при суммарном их давлении 650-750 Па и плотности мощности 10-15 Вт/см², а удаление остаточного органического слоя осуществляют в плазменном разряде кислорода при давлении 70-500 Па и плотности мощности 3-6 Вт/см². После нанесения планаризующего органического слоя на рельеф, созданный первым уровнем межсоединений и диэлектрическим слоем, наблюдается изменение толщины органического слоя в зависимости от ширины и частоты шин межсоединений. Минимальная толщина органического слоя наблюдается на одиночных шинах, имеющих минимальную ширину 5-3 мкм вследствие стекания с них органического слоя, а максимальная толщина наблюдается на широких шинах межсоединений (более 30 мкм), где она становится сравнимой с толщиной органического слоя между шинами межсоединений. В процессе травления органического и диэлектрического слоев, скорости травления которых приблизительно одинаковы, сначала начинают вскрываться более узкие одиночные шины межсоединений, тогда как над широкими шинами присутствует слой диэлектрика, стравленный лишь на 50-60% от его исходной толщины, и эффект планаризации практически отсутствует. Кроме того, возникают проблемы со вскрытием межуровневых контактов и запылением ступени в местах межуровневых контактов, обусловленные разнотолщинностью диэлектрического слоя над шинами межсоединений с различными шириной и периодичностью. Если продолжать травление до полного стравливания диэлектрического слоя над широкими шинами межсоединений, то происходит дотравливание органического слоя и диэлектрика вокруг узких шин межсоединений вплоть до полного стравливания, что восстанавливает исходный микрорельеф. Кроме того, существует опасность затравливания основного термического оксида и деградации параметров активных структур. Данные режимы травления органического и первого диэлектрического слоев позволяют исключить разнотолщинность диэлектрического слоя над шинами межсоединений различной ширины и добиться почти идеальной планаризации поверхностного рельефа. Использование высокого рабочего давления и плотности мощности в сочетании с требуемой рецептурой травящей смеси приводит к полимеризации компонентов травящей смеси с образованием соединений (CHF₂) (CH₂) которые после стравливания органического слоя над узкими шинами межсоединений уменьшают скорость травления диэлектрического слоя над ними. По мере увеличения площади вскрытия диэлектрического слоя начинает увеличиваться скорость травления последнего, что обусловлено, вероятно, выделением в процессе травления оксида кремния атомарного кислорода, который взаимодействует с макрорадикалами плазмы с образованием легколетучих низкомолекулярных соединений SiF₄, SiH₄, SiO₂F₂, CO₂, удаляющихся из реакционного объема откачными средствами, тем самым замедляет или даже прекращает процесс конденсации полимера на поверхности диэлектрического слоя. Кроме того, реакция травления диэлектрического слоя является экзотермической, что вызывает локальный разогрев и увеличение скорости травления. С другой стороны, увеличивается скорость конденсации полимера на органическом слое, что приводит к уменьшению скорости травления последнего. Таким образом, предлагаемый способ позволяет реализовать процесс травления органического и диэлектрического слоев с переменными скоростями, обусловленный полимеризацией компонентов травящей газовой смеси на органическом слое и отсутствием полимеризации на диэлектрическом слое, что улучшает степень планаризации. Наряду с этим, точный режим емкостного плазменного разряда с планарными электродами позволяет увеличить плотность омического тока в цепи разряда и в 3-4 раза повысить скорость травления (0,7-0,6 мкм/мин) органического и диэлектрического слоев по сравнению с максимально достигаемыми ранее значениями. Достижение положительного эффекта и эффективность предлагаемого механизма травления органического и диэлектрического слоев достигаются только в предлагаемых режимах. Режимы травления органического и диэлектрического слоев выбраны исходя из следующих факторов. Концентрация насыщенного углеродгалогена, в качестве которого можно использовать СF₄, C₂F₈, в основном влияет на скорость травления органического слоя. При содержании насыщенного углеродгалогена менее 10% в газовой смеси снижается скорость травления органического слоя и происходит активизация процесса полимеризации компонентов травящей смеси, в результате чего увеличивается разнотолщинность диэлектрического покрытия над шинами межсоединений с различной шириной и резко снижается производительность. При содержании насыщенного углеродгалогена в газовой смеси свыше 13% происходят возрастание скорости травления органического слоя и уменьшение скорости конденсации полимера, что вызывает затравливание органического слоя и ухудшает степень планаризации. Использование газовой смеси с содержанием ненасыщенного углеродгалогена (например, C₂F₆, C₃F₈, CHF₃) менее 8% уменьшает скорость травления диэлектрического слоя, подавляет процесс полимеризации, в результате чего ухудшается степень планаризации. В случае, когда ненасыщенного углеродгалогена в газовой смеси содержится более 10% увеличивается скорость травления диэлектрического слоя, в большей степени выражен процесс пассивации полимером последнего, что приводит к увеличению разнотолщинности диэлектрического слоя над шинами межсоединений с различной шириной. Присутствие более 82% или менее 77% инертного газа в газовой смеси, что равнозначно использованию этой смеси при суммарном давлении более 750 Па или менее 650 Па, ухудшает равномерность распределения плазменного разряда по площади пластины, что ухудшает равномерность травления органического и диэлектрического слоев. Травление органического и диэлектрического слоев при плотности мощности менее 10 Вт/см² приводит к уменьшенным скоростям и большой невоспроизводимости, а при плотности мощности более 15 Вт/см² происходит резкое увеличение скорости травления, возрастает температура поверхности пластин, что приводит к рекристаллизации материала межсоединений, ухудшает равномерность травления. Удаление остаточного органического слоя, пассивированного слоем полимера при давлениях менее 70 Па или плотности мощности менее 3 Вт/см², не гарантирует полного снятия этих слоев с поверхности пластин, особенно в местах максимального рельефа. При использовании режимов с давлением кислородного разряда более 500 Па или с плотностью мощности более 6 Вт/см² наблюдается деградация параметров активных структур, обусловленная наведением положительного заряда в термическом оксиде кремния. Ниже рассмотрены примеры на серединные и граничные значения предлагаемых режимов травления органических и диэлектрических слоев и удаления остаточного органического слоя. Качество планаризации оценивали по наличию обрывов второго уровня межсоединений на рельефе первого уровня "закороток" между шинами второго уровня металлизации по степени планаризации, определяемой как разница между нулевой отметкой (плоская зона без рисунка) и полубесконечной ступенькой. П р и м е р 1. Плазмохимическое травление первого уровня межсоединений, нанесение плазмохимического оксида кремния и фоторезистивного слоев проводят в газовой смеси, содержащей, CF₄ 11,5; C₃F₈ 9, азот 79,5. Суммарное давление смеси 700 Па. Плотность мощности плазменного разряда 12,5 Вт/см². После удаления фоторезиста наносят второй уровень межсоединений, топологию по которому создают также плазмохимическим травлением. В данном случае не наблюдается обрывов второго уровня межсоединений и "закороток" между соседними шинами. Степень планаризации 0,14-0,16 мкм. П р и м е р 2. Травление диэлектрического и фоторезистивного слоев проводят при содержании в газовой смеси, CF₄ 10; C₃F₈ 8; азот 82. Суммарное давление газовой смеси 750 Па. Брак по обрывам второго уровня 0% брак по "закороткам" 0% степень планаризации 0,2-0,18 мкм при плотности мощности 10 и 15 Вт/см². П р и м е р 3. Травление оксида и фоторезиста проводят при содержании в газовой смеси, CF₄ 13; C₃F₈ 10; азот 77. Суммарное давление 650 Па. Отсутствует брак по обрывам и "закороткам" второго уровня металлизации, степень планаризации 0,14-0,18 мкм при плотности мощности 10 и 15 Вт/см². П р и м е р 4. Состав газовой смеси при травлении оксида и фоторезиста, CF₄ 10; C₃F₈ 10; азот 80. Суммарное давление газовой смеси 710 Па. Брак по обрывам и "закороткам" второго уровня металла не обнаружен, степень планаризации 0,14-0,17 мкм при плотности мощности 10 и 18 Вт/см². П р и м е р 5. Состав газовой смеси, CF₄ 13; C₃F₈ 8; азот 79. Суммарное давление 690 Па. Степень планаризации 0,15-0,19 мкм при плотности мощности 10 и 15 Вт/см². Качество удаления остаточного органического слоя в плазменном разряде кислорода, формируемом в индуктивном объемном реакторе, оценивают визуально под микроскопом и по наличию отслаиваний шин второго уровня межсоединений, наблюдавшихся в случае недоснятия органического слоя, и по деградации параметров активных структур вследствие наведения положительного заряда в термическом оксиде кремния. После травления органического и диэлектрического слоев удаляют остатки органического слоя в плазменном разряде кислорода при давлении 280 Па и плотности мощности 4,5 Вт/см². В этом случае не наблюдают остатков недоснятого органического слоя, отслаивания шин второго уровня металлизации и деградации параметров структур. Удаление остатков органического слоя проводят в кислородной плазме при давлении 70 Па и плотности мощности 3 Вт/см². Не наблюдают остатков недоснятого органического слоя, отслаиваний шин второго уровня металлизации и деградации параметров активных структур. Удаление остатков органического слоя проводят в кислородной плазме при давлении 500 Па и плотности мощности 6 Вт/см². Не наблюдают остатков недоснятого органического слоя, отслаиваний шин второго уровня металлизации и деградации параметров активных структур. В исходной кремниевой подложке КДБ-10 (111) методом фотолитографических обработок, окисления, диффузии и ионной имплантации формируют активные элементы. Топологию первого уровня межсоединений формируют путем плазмохимического травления слоев алюминия, легированного кремнием, толщиной 0,9 мкм и титана вольфрама толщиной 0,1 мкм в установке "Плазма-125 ПМ" в смеси газов CCl₄ и N₂ с суммарным давлением 20 Па (травление алюминия) и в смеси СF₄ давлением 60-70 Па с кислородом при давлении 30 Па. После гидромеханической обработки наносят оксид кремния, полученный плазмохимическим разложением гексаметилдисилоксана в среде кислорода толщиной 1 мкм. В качестве органического слоя используют фоторезист марки ФП-051 МК, задубленный при 180^оС. После чего проводят процесс планаризации путем травления фоторезистивного и оксидного слоев в установке "Плазма-125 ПМ" в газовой смеси, содержащей, CF₄ 12; C₃F₈ 9 и азот 79 при суммарном давлении 700 Па и плотности мощности 12 Вт/см². Затем удаляют остаточный фоторезистивный слой, пассивированный полимером, в установке "Плазма-125И" в плазменном разряде кислорода при давлении 350 Па и плотности мощности 5 Вт/см². После гидромеханической обработки наносят изолирующий диэлектрический слой, в котором вскрывают межуровневые контакты и напыляют последующий уровень межсоединений из алюминия, легированного кремнием, толщиной 1,2 мкм. Предлагаемый способ планаризации многоуровневых межсоединений позволяет получать близкую к идеальной планаризацию рельефа металлизации увеличенной толщины (до 1,5 мкм), имеющей вертикальный профиль ступеньки и минимальный шаг (5 мкм), что дает возможность изготавливать БИС и СБИС с двумя и более уровнями межсоединений с увеличенной плотностью упаковки, с использованием сухих методов формирования межсоединений и с повышенными качеством и надежностью.

Формула изобретения

СПОСОБ СОЗДАНИЯ МНОГОУРОВНЕВЫХ МЕЖСОЕДИНЕНИЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающий формирование топологии первого уровня межсоединений, нанесение первого кислородсодержащего диэлектрического покрытия, нанесение органического планаризующего слоя, травление органического и диэлектрического слоев, удаление остаточного органического слоя, нанесение второго диэлектрического изолирующего покрытия, вскрытие межуровневых контактов и формирование вышележащего уровня межсоединений, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и надежности многоуровневых межсоединений за счет повышения степени планаризации, снижения разнотолщинности диэлектрического покрытия на шинах межсоединений с различной шириной, травление органического и первого диэлектрического слоев осуществляют в плазме на основе смеси, состоящей из 10 - 13% насыщенного фтором углеродгалогена, 8 - 10% ненасыщенного фтором углеродгалогена и 77 - 82% инертного газа при суммарном давлении 650 - 750 Па и плотности мощности 10 - 15 Вт/см², а удаление остаточного органического слоя осуществляют в плазменном разряде кислорода при давлении 70 - 500 Па и плотности мощности 3 - 6 Вт/см².

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---