Способ изготовления многоуровневой разводки интегральных схем

 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении СБИС с двумя уровнями металлизации. В способе, включающем создание нижнего уровня разводки на основе алюминия на полупроводниковой пластине со сформированными активными областями, нанесение слоя межуровневого диэлектрика на основе двуокиси кремния, формирование на его поверхности маски для вскрытия контактных окон, плазменное травление диэлектрика, удаление маски, нанесение слоя металла и создание в нем верхнего уровня разводки, маску для вскрытия контактных окон создают в виде двухслойной системы нанесением ванадия толщиной 0,08 - 0,12 мкм и фоторезиста толщиной 1,5 - 2,2 мкм, а травление диэлектрика проводят в плазме С₃F₈ при давлении 60 - 180 Па, плотности мощности 0,1 - 0,3 Вт/с² в течение времени, выбираемого из соотношения d_max/v_тр ≅ t ≅ 1,75d_min/v_тр, где d_max, d_min - максимальная и минимальная толщины межуровневого диэлектрика; v_тр - скорость травления межуровневого диэлектрика.1 табл. 2 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к микроэлектронике, и может быть использовано при приготовлении СБИС. Целью изобретения является увеличение выхода годных за счет исключения закороток между уровнями разводки, исключения неконтакта между уровнями. Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления многуровневой разводки ИС, включающем создание нижнего уровня разводки на основе алюминия на полупроводниковой пластине со сформированными активными областями, нанесение слоя межуровневого диэлектрика на основе двуокиси кремния, формирование на ее поверхности маски для вскрытия контактных окон, плазменное травление диэлектрика, создание в нем верхнего уровня разводки, для вскрытия контактных окон создают маску в виде двухслойной системы путем нанесения ванадия толщиной 0,08 0,12 мкм и фоторезиста толщиной 1,5 2,2 мкм, а травление диэлектрика проводят в плазме С₃F₈ при давлении 60 180 Па, плотности мощности 0,1 0,3 Вт/см² в течение времени, выбранного из соотношения где d_max, d_min максимальная и минимальная толщины межуровневого диэлектрика; v_тр cкорость травления межуровневого диэлектрика. Сущность заявляемого способа заключается в том, что для исключения закороток между двумя уровнями разводки создают двухслойную систему из ванадия и фоторезиста. Вызвано это тем, что при проведении высокотемпературных операций после создания первого уровня разводки на основе Al на последней создаются бугорки, причем высота отдельных бугорков может достигать порядка 2 мкм. Рельеф бугорков повторяется на неорганическом диэлектрике. Маска для травления контактов создается следующим образом: напыляют ванадий, наносят фоторезист, проводят экспонирование и вскрытие контактных окон в фоторезисте, химическое вскрытие контактов в ванадии. Если толщина фоторезиста окажется меньше 1,5 мкм, бугорок окажется непокрытым фоторезистом и в процессе травления ванадия произойдет протрав последнего, а впоследствии и диэлектрика. Увеличение толщины фоторезистивной маски до значения выше 2,2 мкм нецелесообразно, так как возникают проблемы с вскрытием контактов в фоторезисте из-за его большой толщины. Введение дополнительного подслоя ванадия вызвано тем, что при ПХТ межуровневого диэлектрика в С₃F₈ происходит частичное стравливание маски фоторезиста, так как толщина маски на месте бугорка значительно меньше, чем на плоской поверхности; здесь в первую очередь происходит ее стравливание, а затем, если нет стоп-слоя, последующее травление диэлектрика. Выбор ванадия в качестве стоп-слоя обусловлен тем фактором, что он травится с очень низкой скоростью при ПХТ в C₃F₈. При этом толщины 0,08 мкм достаточно, чтобы протравить окисную пленку толщиной до 2 мкм. Использование пленки ванадия толщиной более 0,12 мкм нецелесообразно, так как это дополнительных преимуществ на дает, более того, с ростом толщины ванадия могут возникнуть затруднения при его химическом травлении. Использование вместо ванадия других металлов, например, на основе алюминия или молибдена невозможно, так как в процессе удаления их происходит подтрав первого уровня разводки. Выбор среды до травления межуровневого диэлектрика обусловлен тем, что в С₃F₈ скорость травления фоторезистивной маски невелика. В противном случае, если, например, использовать СF₄, SF₆, CF₄ + O₂, то стравливание маски фоторезиста произойдет до полного вскрытия контактных окон в межуровневом диэлектрике. При дальнейшем травлении маской будет служить ванадий. Поскольку контактные окна в ванадии вскрывают химическим способом, то в этом случае будет необходимо жестко держать их размер, для чего необходимо предъявлять особые требования к концентрации фосфора и (или) бора на поверхности межуровневого диэлектрика, адгезии к нему ванадия, а также адгезии ванадия к фоторезисту. При отсутствии удовлетворительной адгезии может произойти значительный подтрав металла, а затем смыкание контактных окон. Использование в качестве плазмообразующего газа CHF₃ или CF₄ + H₂ порождает трудности, связанные с низкой скоростью травления диэлектрика и наличием полимерной пленки на дне контактного окна. Нижняя граница времени травления выбрана с учетом необходимости вытравливания максимальной толщины межуровневого диэлектрика. Верхняя граница выбрана с целью предотвращения образования полимерной пленки на дне контактного окна. Экспериментально установлено, что при перетраве диэлектрика, находящегося на поверхности пленки на основе алюминия, в течение времени более 75% от времени травления пленки происходит образование полимера на дне контактных окон, для удаления которого требуются спецобработки. Выбор давления и плотности мощности обусловлен следующими факторами. При давлении в реакторе менее 60 Па и при плотности мощности менее 0,1 Вт/см² скорость травления окисной пленки низкая. При давлении более 180 Па происходит интенсивный рост полимера. Допустимое время перетрава значительно снижается, что с учетом неравномерности толщины диэлектрической пленки не позволяет предотвратить образование полимера на дне контактного окна. При плотности мощности более 0,3 Вт/см₂ наблюдается деградация фоторезистивной маски. Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2. На фиг.2 показан бугорок на поверхности Al после нанесения НТФСС толщиной 0,8 мкм; на фиг.2 структура после снятия верхнего уровня Al + 1% Si в смеси серной кислоты и перекиси водорода. Верхний уровень металла снят, на месте бугорка видна пора, что приводит к закоротке между первым и вторым уровнем металла. Структура готовилась по маршруту прототипа. П р и м е р. На кремниевые пластины КЭФ-4,5 со сформированными активными областями, поликремниевым затвором и вскрытыми контактными окнами в первом межуровневом диэлектрике наносили слой Al + 1% Si толщиной 0,55 мкм. После создания маски фоторезиста проводили травление Al + 1% Si в плазме CCl₄ + N₂, затем проводили термообработку ("вжигание контактов") в N₂ при 450^oC в течение 10 мин. Далее осуществляли осаждение слоя НИФСС на установке дРМ3.221.001 при атмосферном давлении, при 450^oC путем окисления газовой смеси фосфина и моносилана. Толщина пленки НТФСС 0,8 мкм, концентрация Р₂O₅ 3 5 мол. После нанесения разбавленного фоторезиста ФП-04 марки А, планаризации поверхности обработкой в плазме SF₆ + C₃F₈, удаления фоторезиста в плазме кислорода проводили повторное осаждение пленки НТФСС толщиной 0,8 мкм с концентраций Р₂O₅ 3- 5 мол. и измеряли суммарную толщину НТФСС на измерителе толщины МPV-SP. Затем наносили пленку ванадия на установке "Магна-2М". Толщину измеряли на установке ALPHA-STEP-200 на контрольной пластине после предварительного стравливания ванадия, после чего создавали маску из фоторезиста ФП-051 для вскрытия контактных окон, проводили травление ванадия в смеси H₂О и Н₂O₂ (3:1) в течение 120 с. Изменение толщины ванадия регулировали изменением времени осаждения, а толщины пленки фоторезиста изменением скорости вращения центрифуги. Контроль толщины фоторезиста проводили после полного цикла обработки, включающего экспонирование, проявление и дубление, на измерителе толщин пленок MPV-SP. Затем проводили травление диэлектрика на установке 08 РХО 100Т 004 (скорость травления НТФСС определяли по контрольной пластине) в среде С₃F₈ в различных режимах, удаляли в плазме О₂ фоторезист, в смеси Н₂О и H₂O₂ ванадий, напыляли второй уровень металла (Al + 1% Si) толщиной 1,1 мкм и создавали верхний уровень разводки. После снятия фоторезиста проводили вжигание контактов в N₂ при 450^oC в течение 10 мин. На установке AИК -"Тест-2" производили электрические измерения: величину контактного сопротивления между двумя уровняли алюминия и наличие короткого замыкания между верхним и нижним уровнем. В исследованиях использовали микросхему серии 1843. Для каждого режима обрабатывали 3 пластины по 64 кристалла на каждой. В случае неконтакта (R_к > 0,5 Ом на контакт размером 1,6х1,6 мкм) или наличия короткого замыкания кристалл считали бракованным. Выход годных считали как увеличенное в 100 раз отношение количества годных кристаллов к количеству измеренных для данного типа обработки. Данные сведены в таблицу. Таким образом, использование заявляемого технического решения по сравнению с прототипом позволит увеличить выход годных за счет исключения закороток между уровнями разводки и исключения неконтакта между уровнями. Оптимальные режимы: Толщина ванадия,мкм 0,1 Толщина фоторезиста,мкм 2,0 Давление С₃F₈,Па 100 Плотность мощности, Вт/см² 0,2

Формула изобретения

Способ изготовления многоуровневой разводки интегральных схем, включающий создание нижнего уровня разводки на основе алюминия на полупроводниковой пластине со сформированными активными областями, нанесение слоя межуровневого диэлектрика на основе двуокиси кремния, формирование на его поверхности маски для вскрытия контактных окон, плазменное травление диэлектрика, удаление маски, нанесение слоя металла и создание в нем верхнего уровня разводки, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годных за счет исключения закороток между уровнями разводки, исключения неконтакта между уровнями, маску для вскрытия контактных окон создают в виде двухслойной системы нанесением ванадия толщиной 0,08 0,12 мкм и фоторезиста толщиной 1,5 2,2 мкм, а травление диэлектрика проводят в плазме С₃F₈ при давлении 60 180 Па, плотности мощности 0,1 0,3 Вт/см² в течение времени, выбираемого из соотношения
где d_max, d_min максимальная и минимальная толщины межуровневого диэлектрика;
v_тр скорость травления межуровневого диэлектрика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3