СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ САМОСОВМЕЩЕННОЙ ВСТРОЕННОЙ МЕДНОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ Российский патент 2004 года по МПК H01L21/283 

Областью применения изобретения является технология получения многоуровневой разводки интегральных схем. Этот способ может быть использован для получения многоуровневой медной металлизации.

В настоящее время для формирования проводников и контактных переходов в многоуровневых системах межсоединений интегральных схем широко используются методы заполнения канавок и контактных окон в слоях диэлектрика алюминием и медью.

Недостатками алюминиевой металлизации являются более низкая, чем у медных проводников, проводимость и возникновение технологических трудностей при заполнении узких канавок.

Медные проводники имеют ряд преимуществ перед алюминиевыми проводниками: меньшее электрическое сопротивление, значительное увеличение устойчивости к электромиграционным отказам, позволяющее повысить надежность микросхем, более простая технология формирования проводников, более надежная технология заполнения узких канавок шириной менее 1 мкм.

В настоящее время известны различные методы получения медной разводки. В патенте США US 5747360A от 05.05.98 показан способ формирования металлического слоя на полупроводниковой пластине. Существенными признаками данного способа являются нанесение на подложку диэлектрической пленки, формирование контактных окон в диэлектрической пленке, нанесение слоя, содержащего медь и сплав другого металла, нанесение на поверхность этого слоя пленки меди до полного заполнения медью объема внутри контактных окон, формирование медных проводников на поверхности диэлектрического слоя. Недостатком данного способа является то, что в этом методе внутри диэлектрического слоя формируют только контактные окна, заполненные медью, и не формируют внутри диэлектрического слоя проводящие дорожки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ создания медных соединительных микропроводников на полупроводниковых подложках, отраженный в патенте США US 5723387A от 03.03.98. Существенными признаками данного способа являются: нанесение на подложку диэлектрической пленки, формирование канавок в диэлектрической пленке, нанесение проводящей барьерной пленки, нанесение на ее поверхность пленки меди до полного заполнения медью объема внутри канавок, формирование внутри диэлектрического слоя медных контактных переходов и проводящих дорожек. Недостатком данного способа является то, что этот метод требует удаления осевшего на поверхности слоя меди. В данном патенте для удаления слоя меди с поверхности используется процесс химико-механической полировки. Это дорогостоящая и дефектообразующая операция.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в уменьшении номенклатуры операций в технологическим цикле получения металлической разводки, в уменьшении дефектности структур с медной металлизацией, в уменьшении расхода меди при формировании медных проводников.

Поставленная задача решается в способе изготовления встраиваемой в канавки медной металлизации, включающем: нанесение на подложку диэлектрической пленки; формирование канавок различной формы в диэлектрической пленке; нанесение проводящей барьерной пленки, состоящей из нескольких проводящих слоев (например, Та/N1, Та/TaN/Ni, Та/TaN/Сu, Ti/TiSiN/Ni, Ti/TiSiN/Сu), подобранных таким образом, что при проведении процесса осаждения слой меди образуется только на поверхности верхнего слоя барьерной пленки, а на вскрытых участках нижележащего слоя барьерной пленки медь не осаждается, нанесение на поверхность полученной структуры планаризующего слоя из жидкой фазы, стравливание планаризующего слоя таким образом, чтобы он оставался только в области канавок до уровня, расположенного ниже уровня поверхности подложки, стравливание верхнего слоя барьерной пленки в открытых от планаризующего слоя областях селективно к нижележащему слою барьерной пленки и к планаризующему слою, удаление планаризующего слоя из канавок селективно к верхнему и нижележащему слоям барьерной пленки, селективное электрохимическое или химическое осаждение меди на поверхность верхнего слоя барьерной пленки до полного заполнения медью объема внутри канавок, избирательное удаление нижней части барьерной пленки в открытых от слоев меди областях селективно к диэлектрической пленке и к слою меди, нанесение второй диэлектрической пленки, повторение перечисленных операций для создания следующего уровня соединительных проводников.

Таким образом, отличительными признаками данного изобретения является то, что барьерную пленку формируют из нескольких проводящих слоев, подобранных таким образом, что при проведении процесса осаждения меди медь осаждается только на верхний слой барьерной пленки, а на вскрытых участках нижележащего слоя медь не осаждается, затем наносят на поверхность полученной структуры планаризующий слой из жидкой фазы, стравливают планаризующий слой таким образом, чтобы он оставался только в области канавок до уровня, расположенного ниже уровня поверхности подложки, стравливают верхний слой барьерной пленки в открытых от планаризующего слоя областях селективно к нижележащему слою барьерной пленки и к планаризующему слою, удаляют планаризующий слой из канавок селективно к верхнему и нижележащему слоям барьерной пленки, селективно осаждают электрохимическим или химическим способом слой меди на верхний слой барьерной пленки внутри канавок до полного их заполнения, избирательно стравливают нижнюю часть барьерной пленки в открытых от слоев меди областях селективно к диэлектрической пленке и к слою меди.

Использование совокупности перечисленных отличительных признаков изобретения позволяет осаждать на поверхность структуры медной слой, полностью заполняющий пространство внутри канавок и не выходящей выше уровня поверхности подложки, за счет чего исключается операция удаления осевшего на поверхность структуры слоя меди, тем самым уменьшается дефектность получаемых структур и уменьшается расход меди при формировании медных проводников.

Медный слой не выходит выше уровня поверхности подложки, вследствие того, что при травлении планаризующего слоя он остается только в области канавок до уровня, расположенного ниже уровня поверхности подложки. В результате этого после стравливания верхнего слоя барьерной пленки с участков, открытых от планаризующего слоя, верхний слой барьерной пленки, оставшийся в канавках, располагается ниже уровня поверхности подложки на глубине, позволяющей осаждать на него медный слой, полностью заполняющий пространство внутри канавки и не выходящей выше уровня поверхности подложки.

После осаждения слоя меди на ее поверхность может селективно осаждаться электрохимическим или химическим методом защитная проводящая пленка, в качестве которой могут использоваться слои Ni, Au или Pt.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, показывающими маршрут получения самосовмещенной встроенной медной металлизации интегральных схем (фиг. 1-9), где цифрами обозначены следующие структуры: 1 - подложка; 2 - диэлектрический слой; 3 - нижняя часть барьерной пленки; 4 - верхний слой барьерной пленки; 5 - планаризующий слой; 6 - медный слой.

На фиг.1-9 показаны этапы формирования самосовмещенной встроенной медной металлизации интегральных схем следующим образом.

Фиг.1. На подложку наносят диэлектрический слой.

Фиг.2. В диэлектрическом слое методами фотолитографии формируют структуру канавок.

Фиг.3. На поверхность полученных структур напыляют тонкий нижний слой барьерной пленки, после чего напыляют тонкий верхний слой барьерной пленки.

Фиг.4. На поверхность полученных структур наносят планаризующий слой.

Фиг.5. При проведении плазмохимического травления планаризующий слой стравливают с поверхности, оставляя его внутри канавок.

Фиг.6. Верхний слой барьерной пленки удаляют с поверхности, открытой от планаризующего слоя.

Фиг.7. Планаризующий слой удаляют из канавок.

Фиг.8. На поверхность верхнего слоя барьерной пленки, находящейся внутри канавок, электрохимическим или химическим методом осаждают слой меди.

Фиг.9. Нижний слой барьерной пленки удаляют с поверхности диэлектрического слоя.

Далее повторяют перечисленные операции для создания следующего слоя соединительных проводников.

В качестве примера изготовления самосовмещенной встроенной медной металлизации интегральных схем можно предложить следующую технологию. На подложку наносят методом плазмохимического осаждения диэлектрический слой SiO₂ толщиной 1,0 мкм при температуре осаждения 215-225°С. В диэлектрическом слое SiO₂ методами проекционной фотолитографии формируют структуру канавок разной формы с проекционными размерами 0,5-1,0 мкм. На поверхность полученных структур методом магнетронного распыления напыляют слой Та толщиной 0,05-0,1 мкм в качестве нижней части барьерной пленки, после чего методом магнетронного распыления наносят слой Ni толщиной 0,05-0,1 мкм в качестве верхнего слоя барьерной пленки. Напыление проводят при температуре 200-250°С. На поверхность полученных структур наносят планаризующий слой фоторезиста. При проведении плазмохимического травления планаризующий слой стравливают с поверхности, оставляя его внутри канавок. Слой Ni удаляют с поверхности, открытой от планаризующего слоя, химическим травлением. Планаризующий слой удаляют из канавок методом плазмохимического травления. На поверхность никелевого слоя, находящегося внутри канавок, электрохимическим методом осаждают слой меди до полного заполнения канавок. Осаждение проводят из раствора, содержащего сернокислую медь при напряжении на электродах 2 В и при температуре 15-25°С. Слой Та удаляют с поверхности диэлектрического слоя методом химического травления. Далее повторяют перечисленные операции для создания следующего слоя соединительных проводников.

Использование: в технологии получения многоуровневой разводки интегральных схем. Сущность изобретения: в способе изготовления самосовмещенной встроенной медной металлизации интегральных схем на подложку наносят диэлектрическую пленку и формируют в диэлектрической пленке канавки различной формы, наносят проводящую барьерную пленку, состоящую из нескольких проводящих слоев, наносят планаризующий слой из жидкой фазы, стравливают планаризующий слой таким образом, чтобы он оставался только в области канавок, стравливают верхний слой барьерной пленки в открытых от планаризующего слоя областях, удаляют планаризующий слой из канавок, селективно осаждают медь на поверхность верхнего слоя барьерной пленки до полного заполнения медью объема внутри канавок, селективно осаждают на поверхность выращенной пленки меди защитный проводящий слой, избирательно удаляют барьерную пленку в открытых от слоев меди областях, наносят вторую диэлектрическую пленку и повторяют перечисленные операции для создания следующего уровня соединительных проводников. Техническим результатом изобретения является уменьшение номенклатуры операций, уменьшение дефектности получаемых структур и уменьшение расхода меди. 9 ил.

1. Способ изготовления самосовмещенной встроенной медной металлизации интегральных микросхем, включающий нанесение на подложку диэлектрической пленки, формирование канавок различной формы в диэлектрической пленке, нанесение проводящей барьерной пленки, осаждение на ее поверхность пленки меди до полного заполнения медью объема внутри канавок, избирательное удаление открытых участков барьерной пленки, нанесение второй диэлектрической пленки, отличающийся тем, что барьерную пленку формируют из нескольких проводящих слоев, подобранных таким образом, что при проведении процесса осаждения слой меди образуется только на поверхности верхнего слоя барьерной пленки, а на вскрытых участках нижележащего слоя барьерной пленки медь не осаждается, затем наносят на поверхность полученной структуры планаризующий слой из жидкой фазы, стравливают планаризующий слой таким образом, чтобы он оставался только в области канавок до уровня, расположенного ниже уровня поверхности подложки, стравливают верхний слой барьерной пленки в открытых от планаризующего слоя областях селективно к нижележащему слою барьерной пленки и к планаризующему слою, удаляют планаризующий слой из канавок селективно к верхнему и нижележащему слоям барьерной пленки, селективно осаждают электрохимическим или химическим способом слой меди на верхний слой барьерной пленки внутри канавок до полного их заполнения, избирательно стравливают нижнюю часть барьерной пленки в открытых от слоев меди областях селективно к диэлектрической пленке и к слою меди, наносят вторую диэлектрическую пленку.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве слоев многослойной барьерной пленки могут использоваться Та/Ni, или Та/TaN/Ni, или Та/TaN/Cu, или Ti/TiSiN/Ni, или Ti/TiSiN/Cu.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после осаждения электрохимическим или химическим способом слоя меди на поверхность слоя меди также селективным электрохимическим или химическим способом наносят защитную проводящую пленку из никеля, или золота, или платины.