Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung von dünnen Metallschichten, das insbesondere im Bereich der Halbleitertechnologie bei der Metallisierung von integrierten Schaltkreisen Verwendung findet.The present invention relates to a method forStructuring of thin metal layers, especially in theArea of semiconductor technology in the metallization ofintegrated circuits is used.
Für die Metallisierung von integrierten Schaltkreisen, insbesondere mit CMOS-Technik, wird derzeit vornehmlich Aluminium oder Aluminium mit geringen Zusätzen von Silizium und Kupfer eingesetzt. Mit zunehmend dichterer Integration mit Strukturgrößen unter 1 µm treten jedoch beim Metall Aluminium aufgrund seiner ungenügenden Leitfähigkeit und der auftretenden Elektromigration Probleme auf.For the metallization of integrated circuits,in particular with CMOS technology, aluminum is currently predominantly usedor aluminum with small additions of silicon and copperused. With increasingly closer integration withHowever, structure sizes below 1 µm occur with the metal aluminumdue to its insufficient conductivity and the occurringElectromigration problems.
Zur Zeit wird weltweit der Einsatz von Kupfer als Metallisierungsmaterial untersucht, da es einen geringeren spezifischen Widerstand und eine höhere Festigkeit bezüglich Elektromigration aufweist (vgl. z. B. Jian Li, "Copper-Based Metallization for ULSI Application", MRS Bulletin June 1993 S. 18). Dies erlaubt höhere Integrationsdichten und schnellere Taktzeiten der gefertigten Schaltkreise. Die Abscheidung dünner Kupferschichten erfolgt mittels CVD oder Sputtern. Allerdings bereitet die Strukturierung dieser Schichten zu Leiterbahnen, Bondpads und Durchkontaktierungen aus den folgenden Gründen Probleme.Currently, copper is used worldwide asMetallization material is being investigated as it has a lowerspecific resistance and a higher strength with respect toHas electromigration (see, for example, Jian Li, "Copper-BasedMetallization for ULSI Application ", MRS Bulletin June 1993P. 18). This allows higher integration densities and fasterCycle times of the manufactured circuits. The deposit thinnerCopper layers are made by means of CVD or sputtering.However, the structuring of these layers preparesConductor tracks, bond pads and vias from the followingReasons problems.
Die bei Aluminium übliche Strukturierung, d. h. Photolithographie und anschließendes Ätzen in Plasma, läßt sich nur bedingt auf Kupfer übertragen. Kupfer als Übergangselement bildet im Gegensatz zu Aluminium keine leichtflüchtigen Verbindungen mit Ätzgasen, die Fluor oder Chlor enthalten (siehe z. B. Y. Igarashi, "High-Reliability Copper Interconnects through Dry Etching Process", Japan. J. Appl. Phys. Vol. 34 (1995), S. 1012-1015). Kupfer muß deshalb bei hohen Temperaturen geätzt werden.The usual structuring of aluminum, i. H. Photolithographyand subsequent etching in plasma, can only be partially resolvedTransfer copper. Copper as a transition element forms imIn contrast to aluminum, it does not contain any volatile compoundsCorrosive gases that contain fluorine or chlorine (see e.g. Y. Igarashi,"High-Reliability Copper Interconnects through Dry EtchingProcess ", Japan. J. Appl. Phys. Vol. 34 (1995) pp. 1012-1015).Copper must therefore be etched at high temperatures.
Weitere Möglichkeiten für das Ätzen von Kupfer bestehen im Einsatz von Cyaniden und der Ausnutzung der Rückreaktion der CVD-Abscheidung, wie besipielsweise in M. Schober, "Low Temperature Dry Etching of Copper using a New Chemical Approach", Proceedings of MAM '97, Materials of Advanced Metallization, S. 30 ausgeführt ist. Diese Chemikalien sind jedoch giftig und deshalb aus Gründen der Arbeitssicherheit und des Umweltschutzes möglichst zu vermeiden.There are other possibilities for etching copper inUse of cyanides and the use of the reverse reaction of the CVDDeposition, as for example in M. Schober, "Low TemperatureDry Etching of Copper Using a New Chemical Approach, "Proceedingsof MAM '97, Materials of Advanced Metallization, p. 30is. However, these chemicals are toxic and therefore for reasonswork safety and environmental protection as much as possibleavoid.
Ein drittes Verfahren mit dem Namen Damascene-Technik ist in S. Lakshminarayanan, "Contact and Via Structures with Copper Interconnects Fabricated using Dual Damascene Technology", IEEE Electron Device Letters, Vol. 15, No 8, Aug 1994, S. 307 erläutert. Bei dieser Technik wird das Kupfer in zuvor strukturierte Gräben abgeschieden. Mit CMP (Chemical Mechanical Polishing) wird das überschüssige Kupfer nachfolgend außerhalb der Gräben durch Schleifen entfernt. Nachteile dieser Technik sind der Dishing-Effekt und der hohe Anfall von flüssigem Sondermüll.A third method, called the Damascene technique, is described in p.Lakshminarayanan, "Contact and Via Structures with CopperInterconnects Fabricated using Dual Damascene Technology ", IEEEElectron Device Letters, Vol. 15, No 8, Aug 1994, p. 307explained. In this technique, the copper is in beforehandstructured trenches deposited. With CMP (Chemical MechanicalPolishing) the excess copper is subsequently outsidethe trenches removed by grinding. Disadvantages of this techniqueare the dishing effect and the high buildup of liquidHazardous waste.
Aus US-A-5075200 ist demgegenüber ein Verfahren bekannt, bei dem auf eine vorstrukturierte Schicht ein Supraleiter-Precursor ganzflächig abgeschieden wird und anschließend mittels Ionen-Elektronen- oder Gammastrahlung die Bereiche außerhalb der Strukturen samt Maske abgetragen werden. Desweiteren ist aus JP-A-08-236240 ein Verfahren bekannt, bei dem ein Metall in eine Einkerbung eingebracht wird und die überstehenden Teile durch Polieren entfernt werden. Darüber hinaus offenbart US-A-5266446 ein Verfahren, bei dem überschüssiges metallisches Material durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt wird. In ähnlicher Weise wird in US-A-5130229 überschüssiges metallisches Material durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt.In contrast, from US-A-5075200 a method is known in whicha superconductor precursor on a pre-structured layeris deposited over the entire surface and then by means of ionicElectron or gamma radiation the areas outside theStructures including mask are removed. Furthermore, from JPA-08-236240 a method known in which a metal in aNotch is made and the protruding parts throughPolishing to be removed. In addition, US-A-5266446 a process in which excess metallicMaterial is removed by chemical-mechanical polishing. InSimilarly, in US-A-5130229 excess metallicMaterial removed by chemical-mechanical polishing.
Aus der nachveröffentlichten Druckschrift US-A-5635423 ist ein Damascene-Verfahren bekannt, bei dem eine leitende Verdrahtung mit Hilfe von chemisch-mechanischem Polieren planarisiert wird. Desweiteren ist aus der DE 44 20 347 C2 ein Verfahren zum Abgleich von elektronischen Bauelementen, die aus einem Substrat und mindestens einer auf dem Substrat angeordneten, die elektrischen Parameter des jeweiligen Bauelements bestimmenden Schicht bestehen und bei denen der Parameterabgleich ohne Abtrag von Substratmaterial durch einen die Dicke der Schicht flächig verringernden Materialabtrag erfolgt, bekannt. Bei diesem Verfahren wird der flächige Materialabtrag mit mindestens einem Laserstrahl vorgenommen, dessen Fokus sich in definiertem Abstand über der Oberfläche der abzutragenden Schicht befindet.From the post-published document US-A-5635423 is aDamascene process known in which a conductive wiringis planarized with the aid of chemical-mechanical polishing.Furthermore, from DE 44 20 347 C2 is a Method for the adjustment of electronic components, which are made ofa substrate and at least one on the substratearranged, the electrical parameters of the respectiveComponent-determining layer exist and where theAdjustment of parameters without removing substrate material by athe thickness of the layer reducing the area of material removaltakes place, known. In this process, the flatMaterial is removed with at least one laser beam,whose focus is at a defined distance above the surface of thelayer to be removed is located.
Darüber hinaus ist die allgemeine Verwendung der Lasertechnik in der Leiterplattenfertigung aus dem Artikel Metalloberfläche 8/1991, Seite 349 bis 358, bekannt.In addition, the general use of laser technology is inthe production of printed circuit boards from the article metal surface8/1991, pages 349 to 358.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Strukturierung von dünnen Metallschichten ohne Einsatz giftiger oder teurer Chemikalien bereitzustellen. Aus Kostengründen sollte das Verfahren mit möglichst wenigen Prozeßschritten auskommen. Für eine hohe Ausbeute soll der Prozeß leicht regelbar und unabhängig von schwer kontrollierbaren Nebeneffekten sein.The object of the present invention is to provide aProcess for structuring thin metal layers withoutProvide use of toxic or expensive chemicals. the endFor reasons of cost, the procedure should be carried out with as few as possibleGet by process steps. For a high yield, the process shouldeasily controllable and independent of those that are difficult to controlBe side effects.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der geltenden Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is with the characteristics of the applicableClaims 1 and 2 solved. Advantageous further training of theInvention are the subject of the subclaims.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird zunächst eine strukturierbare Schicht bereitgestellt. Dies kann beispielsweise durch Abscheidung einer SiO2-Schicht auf einem Substrat erfolgen. In dieser Schicht werden Vertiefungen erzeugt, die die Struktur der späteren Metallschicht festlegen. Die Vertiefungen bestehen in der Regel aus einer Reihe von Gräben und Löchern, die dem Verlauf späterer Leiterbahnen und der Position späterer Durchkontaktierungen (Vias, Kontaktlöcher) entsprechen. Die Erzeugung der Vertiefungen kann zum Beispiel mittels Photolithographietechnik und nachfolgendes Ätzen erfolgen. Danach wird entweder direkt auf diese strukturierte Schicht oder auf eine darauf aufgebrachte dünne Zwischenschicht (oder -schichtfolge) die dünne Metallschicht aufgebracht. Die Strukturierung der dünnen Metallschicht erfolgt, indem diese außerhalb der Vertiefungen durch Laserablation wieder entfernt wird.In the method proposed according to the invention, a structurable layer is first provided. This can be done, for example, by depositing an SiO2 layer on a substrate. In this layer, depressions are created that define the structure of the later metal layer. The depressions usually consist of a series of trenches and holes, which correspond to the course of later conductor tracks and the position of later plated-through holes (vias, contact holes). The depressions can be produced, for example, by means of photolithography technology and subsequent etching. The thin metal layer is then applied either directly to this structured layer or to a thin intermediate layer (or layer sequence) applied to it. The structuring of the thin metal layer takes place in that it is removed again outside the depressions by laser ablation.
Mit Laserablation wird das Verdampfen eines Materials durch energiereiche Laserpulse bezeichnet. Gepulste Laser werden zwar seit langem zur Materialbearbeitung eingesetzt (vgl. z. B. R. F. Haglund, in J. C. Miller "Laser Ablation" Springer Verlag, 1994, Vol 28; S. 11 ff.). In der Halbleiterfertigung ist Laserablation jedoch üblicherweise nicht anwendbar, da die zu erzeugenden Strukturen oft kleiner als die Wellenlänge des Laserlichtes sind, und eine sukzessive schreibende Belichtung zu lange dauert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch in vorteilhafter Weise den Einsatz dieser Technik auch zur Erzeugung von Strukturen unterhalb der Auflösungsgrenze der eingesetzten Laserstrahlung.With laser ablation is the evaporation of a material throughcalled high-energy laser pulses. Pulsed lasers will thoughused for a long time for material processing (cf.e.g. R. F.Haglund, in J. C. Miller "Laser Ablation" Springer Verlag, 1994,Vol 28; P. 11 ff.). Laser ablation is used in semiconductor manufacturinghowever, usually not applicable because the to be generatedStructures are often smaller than the wavelength of the laser light,and a successive writing exposure takes too long. theHowever, the present invention enables in an advantageous mannerthe use of this technology to create structuresbelow the resolution limit of the laser radiation used.
Eine weitere Möglichkeit der Strukturierung dünner Metallschichten besteht gemäß der vorliegenden Erfindung darin, zunächst die dünne Metallschicht auf ein Substrat aufzubringen. Auf diese Schicht wird dann eine strukturierbare Schicht aufgebracht und derart strukturiert, daß die darunterliegende Metallschicht in bestimmten Bereichen freigelegt wird. Die dünne Metallschicht wird schließlich aus den freigelegten Bereichen durch Laserablation entfernt. Auch in diesem Fall verbleibt somit eine strukturierte dünne Metallschicht.Another way of structuring thinnerAccording to the present invention, metal layers consist infirst of all to apply the thin metal layer to a substrate.A structurable layer is then placed on top of this layerapplied and structured in such a way that the underlyingMetal layer is exposed in certain areas. The thin oneMetal layer is eventually made from the exposed areasremoved by laser ablation. In this case, too, remainsa structured thin metal layer.
Unter Substrat ist in beiden obigen Fällen jede Art von Träger zu verstehen, so auch beispielsweise ein Wafer mit einer bereits aufgebrachten Schichtfolge.In both of the above cases, any type of carrier is to be considered under substrateunderstand, for example a wafer with an alreadyapplied layer sequence.
Das Verfahren bietet den Vorteil, daß keine giftigen oder teuren Chemikalien für die Strukturierung von dünnen Metallschichten notwendig sind. Das Verfahren ist mit wenigen Prozeßschritten und daher kostengünstig durchführbar und weist keine schwer kontrollierbaren Nebeneffekte auf.The method has the advantage that it is not toxic or expensiveChemicals for structuring thin metal layersare necessary. The procedure is with a few process steps and therefore inexpensive to carry out and has no difficultcontrollable side effects.
Mit dem Verfahren können in vorteilhafter Weise Leiterbahnen und Durchkontaktierungen in Kupfer ohne giftige oder teure Chemikalien hergestellt werden.The method can be used in an advantageous manner, conductor tracks andVias in copper without toxic or expensiveChemicals are produced.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigenThe invention is explained below on the basis of exemplary embodimentsexplained in more detail in connection with the drawings. Show it
Fig. 1 ein Beispiel für das Verfahren gemäß Anspruch 1 anhand einzelner Verfahrensstufen; hierbeiFig. 1 shows an example for the process according to claim 1 based on individual process steps; here
Fig. 1a einen Siliziumwafer (1) mit einer strukturierbaren Schicht (2) nach der Erzeugung von Vertiefungen (3) und dem Aufbringen einer Haftschicht (4);Figure 1a shows a silicon wafer(1) with a patternable layer(2) after the generation of recesses(3) and the applying an adhesive layer(4).
Fig. 1b den Siliziumwafer ausFig. 1a nach dem ganzflächigen Abscheiden einer dünnen Kupferschicht (5);FIG. 1b shows the silicon wafer fromFIG. 1a after a thin copper layer (5 ) has been deposited over the entire surface;
Fig. 1c den Siliziumwafer ausFig. 1b mit der fertigen Leiterbahn (6) nach dem Entfernen der Kupferschicht mittels Laserablation außerhalb der Vertiefungen;1cshows the silicon wafer ofFigure 1b with the finished conductor track(6) after the removal of the copper layer by means of laser ablation outside thewells..;
Fig. 2 ein Beispiel für das Verfahren gemäß Anspruch 2 anhand einzelner Verfahrensstufen; hierbeiFIG. 2shows an example of the method according to claim 2 based on individual process steps; here
Fig. 2a einen Siliziumwafer (1) mit einer Oxid- (2) und einer Haftschicht (4), auf dem eine dünne Kupferschicht (7) und eine strukturierbare Reflexionsschicht (8) abgeschieden sind;2a shows a silicon wafer(1) with an oxide(2) and an adhesive layer(4) on which a thin copper layer(7) and a structurable reflection layer(8) aredeposited.
Fig. 2b das Substrat ausFig. 2a nach dem Strukturieren der Reflexionsschicht (8); undFIG. 2b shows the substrate fromFIG. 2a after structuring the reflective layer (8 ); FIG. and
Fig. 2c das Substrat ausFig. 2b mit der fertigen Leiterbahn (10) nach dem Entfernen der Kupferschicht (7) mittels Laserablation aus den freigelegten Bereichen (9).Fig. 2c, the substrate ofFig. 2b with the finished conductor(10) after removal of the copper layer(7) by laser ablation of the exposed portions(9).
Bei einem Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wird entsprechend der Damascene-Technik die Struktur für die Leiterbahnen und Durchkontaktierungen in einem Intermetall dielektrikum (2), üblicherweise SiO2, zunächst mit Photolithograhpie und nachfolgendem Ätzen erzeugt. Die erzeugten Vertiefungen (3) werden danach mit einer Haftschicht (4), die auch als Diffusionsbarriere wirkt, beschichtet. Die Haftschicht besteht üblicherweise aus TiN.In an exemplary embodiment of the method according to the invention, the structure for the conductor tracks and vias in an intermetallic dielectric (2 ), usually SiO2 , is initially produced with photo lithography and subsequent etching in accordance with the Damascene technique. The created depressions (3 ) are then coated with an adhesive layer (4 ), which also acts as a diffusion barrier. The adhesive layer usually consists of TiN.
Fig. 1a zeigt einen Siliziumwafer (1), auf dem eine Oxidschicht (2) aufgebracht ist. Aus der Oxidschicht (2) wurde ein mittels Photolithographie definierter Graben (3) herausgeätzt und danach eine Haftschicht (4) aufgebracht.Fig. 1a shows a silicon wafer (1 ) on which an oxide layer (2 ) is applied.A trench (3 ) defined by means of photolithography was etched out of the oxide layer (2 ) and an adhesive layer (4 ) was then applied.
Anschließend wird ganzflächig Kupfer (5) mit einer typischen Dicke von 0,2 bis 2 µm abgeschieden, wie inFig. 1b gezeigt. Als Abscheidemethode kommen CVD (Chemical Vapour Deposition) aus metallorganischen Precursoren (z. B. CupraSelect®), PVD (Physical Vapour Deposition) wie Sputtern und Aufdampfen, stromlose Abscheidung oder galvanische Abscheidung in Frage. Nach dem Verkupfern erfolgt die Ablation, der wesentliche Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Wafer wird hierfür in einer geschlossenen Prozeßkammer auf eine Grundtemperatur im Bereich von ca. 200°C bis 500°C erwärmt. Die untere Temperaturgrenze wird hierbei durch eine zunehmend höhere Schwellenergie der Ablation, die obere Grenze durch eine mögliche Schädigung von bereits fertiggestellten Schichten im Wafer (1) definiert. Die Prozeßkammer muß evakuiert oder mit einer inerten Atmosphäre gefüllt sein, um eine Oxidation des Kupfers am Sauerstoff der Luft zu verhindern. Alternativ kann sie auch ein reaktives Prozeßgas enthalten.Subsequently, copper (5 ) is deposited over the entire surface with a typical thickness of 0.2 to 2 μm, as shown inFIG. 1b. Possible deposition methods are CVD (Chemical Vapor Deposition) from organometallic precursors (e.g. CupraSelect®), PVD (Physical Vapor Deposition) such as sputtering and vapor deposition, electroless deposition or galvanic deposition. After the copper plating, the ablation takes place, the essential step of the method according to the invention. For this purpose, the wafer is heated to a basic temperature in the range of approx. 200 ° C to 500 ° C in a closed process chamber. The lower temperature limit is defined here by an increasingly higher threshold energy of the ablation, the upper limit by possible damage to already finished layers in the wafer (1 ). The process chamber must be evacuated or filled with an inert atmosphere in order to prevent oxidation of the copper by the oxygen in the air. Alternatively, it can also contain a reactive process gas.
Der verkupferte Wafer wird nun ganzflächig oder abschnittsweise mit sich nacheinander überlappenden Feldern vom Laser belichtet. Als Beleuchtungsquelle dient ein Laser mit kurzzeitigen, energiereichen Pulsen. Die kurzen Pulse mit einer typischen Dauer von 1-100 ns sind notwendig, um ein kleines Volumen des Metalls schlagartig zu verdampfen, ohne die Umgebung durch Wärmeableitung zu erwärmen. Hierfür ist bevorzugt ein Excimerlaser geeignet. Auch ein Nd:YAG-Laser oder ein Diodenlaser, möglichst mit Frequenzverdopplung oder -vervierfachung, können eingesetzt werden. Die Absorption der Laserstrahlung ist von der Wellenlänge abhängig. So reflektiert beispielsweise Kupfer im sichtbaren Spektralbereich mit λ < 500 nm sehr gut, während im ultravioletten Spektralbereich, z. B. bei der Linie des KrF mit λ = 248 nm, die Absorption von Kupfer gut ist. Es versteht sich von selbst, daß der Fachmann für eine erfolgreiche Ablation jeweils eine Laserwellenlänge wählen wird, bei der das zu entfernende Metall nennenswerte Absorption aufweist.The copper-plated wafer is now all over or in sectionsexposed with successively overlapping fields from the laser.A laser with short-term,high-energy pulses. The short pulses with a typical durationfrom 1-100 ns are necessary to a small volume of the metalto evaporate suddenly without the environment by heat dissipationto warm up. An excimer laser is preferably suitable for this.Also an Nd: YAG laser or a diode laser, if possible withFrequency doubling or quadrupling can be usedwill. The absorption of the laser radiation depends on the wavelengthaddicted. For example, copper reflects in the visibleSpectral range with λ <500 nm is very good, while in theultraviolet spectral range, e.g. B. at the line of the KrF with λ= 248 nm, the absorption of copper is good. It goes without saying even that of those skilled in the art for successful ablation in each casewill choose a laser wavelength at which the to be removedMetal has significant absorption.
Entscheidend für eine erfolgreiche Ablation ist das Überschreiten einer Energiedichteschwelle, welche in der Größenordnung von 0,5 J/cm2 liegt. Bei kleinerer Energiedichte erfolgt nur eine Modifikation der Metalloberfläche. Bei zu hoher Energiedichte wird die darunterliegende Schicht beschädigt. Es ist deshalb bei der Auswahl der Haftschicht zu beachten, daß die Schwelle der Energiedichte der Zerstörung der Haftschicht deutlich über der eingesetzten Energiedichte liegt.Exceeding an energy density threshold, which is in the order of magnitude of 0.5 J / cm2, is decisive for successful ablation. With a lower energy density, only a modification of the metal surface takes place. If the energy density is too high, the underlying layer will be damaged. When selecting the adhesive layer, it must therefore be ensured that the threshold of the energy density of the destruction of the adhesive layer is well above the energy density used.
Gute Ergebnisse werden beispielsweise bei der Ablation dünner Kupferschichten unter folgenden Bedingungen erzielt:For example, good results get thinner with ablationCopper layers obtained under the following conditions:
Um die notwendige Energiedichte zu erreichen, muß der Laserstrahl mit einem optischen Element (eine oder mehrere Linsen oder Spiegel) in seinem Querschnitt verkleinert, d. h. fokussiert werden. Die Energiedichte wird durch eine Steuerung der Intensität des Lasers, durch eine Variation der Fokussierung, oder durch einen einstellbaren Strahlabschwächer justiert. Bei jedem Laserblitz wird auf der senkrecht beleuchteten Fläche das Kupfer verdampft, während das Kupfer in den Gräben und Löchern erhalten bleibt.Fig. 1c zeigt einen auf diese Weise erzeugten, mit Metall gefüllten Graben, d. h. eine fertige Leiterbahn (6). Damit ist bereits die gewünschte Strukturierung erfolgt.In order to achieve the necessary energy density, the laser beam has to be reduced in its cross-section with an optical element (one or more lenses or mirrors), ie it has to be focused. The energy density is adjusted by controlling the intensity of the laser, by varying the focus, or by using an adjustable beam attenuator. With each laser flash, the copper is evaporated on the vertically illuminated surface, while the copper remains in the trenches and holes.Fig. 1c shows a trench produced in this manner, filled with metal, ie a complete conductor track(6). The desired structuring has thus already taken place.
Die Prozeßkammer verläßt ein Aerosol aus Kupferstaub, der sich leicht ausfiltern läßt, beziehungsweise eine dampfförmige Verbindung bei Verwendung eines reaktiven Prozeßgases. Es entstehen keine giftigen Abfälle oder Nebenprodukte. Als weitere Prozeßschritte folgen bei Bedarf eine Reinigung, eine Abscheidung einer oberen Diffusionsbarriere (TiN) und ein weiteres Intermetalldielektrikum.The process chamber leaves an aerosol of copper dust, whichcan be easily filtered out, or a vaporous oneConnection when using a reactive process gas. Itthere is no toxic waste or by-products. As another If necessary, process steps are followed by cleaning and separationan upper diffusion barrier (TiN) and anotherIntermetallic dielectric.
Die Selektivität der Ablation zwischen dem zu entfernenden Metall auf der ebenen Fläche und dem zu erhaltenden Metall im Graben beruht im einfachsten Falle auf der Abhängigkeit der Energiedichteschwelle von der Schichtdicke des Metalls (hier: Kupfer). Um diesen Effekt nutzen zu können, muß der Abscheideprozeß in den Vertiefungen für die Leiterbahnen und Kontaktlöcher eine dickere Schicht erzeugen als außerhalb. Bei nichtselektiver Abscheidung und oberflächenkontrolliertem Prozeß ist dies bei Vertiefungen mit einem Aspektverhältnis (Tiefe/Breite) von größer als 1 der Fall. Ein selektiver Abscheideprozeß oder ein zwischen Abscheidung und Ablation eingefügter Temperschritt mit einem Verfließen der Kupferschicht kann die Schichtdicke in den Gräben ebenfalls bzw. zusätzlich erhöhen.The selectivity of the ablation between the metal to be removedon the flat surface and the metal to be preserved in the trenchis based in the simplest case on the dependence ofEnergy density threshold from the layer thickness of the metal (here:Copper). To be able to use this effect, theDeposition process in the depressions for the conductor tracks andContact holes create a thicker layer than outside. atnon-selective deposition and surface-controlled processthis is for depressions with an aspect ratio (depth / width)greater than 1 is the case. A selective deposition processor one inserted between deposition and ablationTempering step with a flowing of the copper layer canIncrease the layer thickness in the trenches as well or additionally.
Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, mit dem gleichförmig dicke und lateral große Flächen aus Kupfer strukturiert werden können. Hier erfolgt die Strukturierung durch Abscheidung einer zusätzlichen (strukturierbaren) Schicht (8) (z. B. SiO2 oder TiN) auf dem Kupfer (7). Dies ist inFig. 2a gezeigt, in der ein Siliziumwafer (1) mit einer Oxidschicht (2), einer Haftschicht (TiN) (4), der Kupferschicht (7) und der zusätzlichen Schicht (8) dargestellt ist. Die Dicke und der Brechungsindex dieser Schicht (8) sind so gewählt, daß das Licht nicht in das darunterliegende Kupfer einkoppeln kann (Reflexionsschicht). Diese Schicht wird mit normalen Lithographieschritten so strukturiert, daß die Kupferschicht (7) in bestimmten Bereichen (9) freigelegt wird (vgl.Fig. 2b). Die bedeckten Bereiche definieren hierbei die spätere Struktur der Metallschicht. Nachfolgend wird das Kupfer aus den geöffneten Bereichen (9) ablatiert (Fig. 2c). Die gewünschten Leiterbahnen bzw. Flächen (10) bleiben stehen. Die auf den Leiterbahnen (10) verbleibenden Reste der Hilfsschicht (8) können danach entfernt werden.In the following, a further embodiment of the invention is explained, with which surfaces of copper of uniform thickness and laterally large can be structured. Here the structuring takes place by depositing an additional (structurable) layer (8 ) (e.g. SiO2 or TiN) on the copper (7 ). This is shown inFig. 2a, in which a silicon wafer (1 ) with an oxide layer (2 ), an adhesive layer (TiN) (4 ), the copper layer (7 ) and the additional layer (8 ) is shown. The thickness and the refractive index of this layer (8 ) are chosen so that the light cannot couple into the underlying copper (reflective layer). This layer is structured with normal lithography steps in such a way that the copper layer (7 ) is exposed in certain areas (9) (cf. FIG. 2b). The covered areas define the later structure of the metal layer. The copper is then ablated from the opened areas (9 ) (FIG. 2c). The desired conductor tracks or areas (10 ) remain. The residues of the auxiliary layer (8 ) remaining on the conductor tracks (10 ) can then be removed.
In beiden Ausführungsbeispielen ist es günstig, auch die verwendete Haftschicht (4) unter der Kupferschicht als Refexionsschicht auszuführen. Damit wird das durch die dünne Kupferschicht transmittierte Licht wieder in das Kupfer zurückreflektiert und somit die Effektivität des Laserpulses erhöht beziehungsweise die notwendige Energiedichte veringert.In both exemplary embodiments, it is advantageous to also design the adhesive layer (4 ) used under the copper layer as a reflection layer. In this way, the light transmitted through the thin copper layer is reflected back into the copper, increasing the effectiveness of the laser pulse and reducing the necessary energy density.
Die Prozeßkammer kann während der Ablation entweder mit Vakuum betrieben werden (ein Vakuum von 0,1 Pa(1 . 10-3mbar)ist ausreichend), oder ein Prozeßgas enthalten. Das zusätzliche Gas kann ein inertes Gas (Stickstoff oder Edelgas), das durch seine Strömung das verdampfte Kupfer aus dem Reaktionsraum entfernt, oder ein reaktives Gas sein, welches sich mit den heißen und angeregten Atomen oder Clustern aus Kupfer verbindet und eine Verbindung mit höherem Dampfdruck bildet, welche nicht an benachbarten Oberflächen kondensiert.The process chamber can either be operated with a vacuum during the ablation (a vacuum of 0.1 Pa (1. 10-3 mbar) is sufficient) or contain a process gas. The additional gas can be an inert gas (nitrogen or noble gas), which removes the evaporated copper from the reaction space through its flow, or a reactive gas, which combines with the hot and excited atoms or clusters of copper and a compound with a higher vapor pressure which does not condense on adjacent surfaces.
Für eine verbesserte Einkopplung der Laserstrahlung in das teilweise reflektierende Metall kann bei Bedarf auf die zu entfernenden Bereiche eine Antireflexionsschicht (z. B. SiO2) geeigneter Dicke aufgebracht werden. Diese Hilfsschicht wird dann gemeinsam mit dem Kupfer ablatiert.For improved coupling of the laser radiation into the partially reflective metal, an antireflectionlayer (e.g. SiO 2 ) of suitable thickness can be applied to the areas to be removed, if necessary. This auxiliary layer is then ablated together with the copper.
Um den Effekt der Ablation zu verstärken, kann dem Kupfer während der Abscheidung eine geringe Menge von Fremdstoffen beigemischt werden oder als Trennschicht zwischen Metall und Haftschicht zuvor abgeschieden werden. Diese Fremdstoffe werden bei Bestrahlung mit dem Laser schlagartig verdampft und unterstützen das rückstandsfreie Abtragen des Metalls. Für eine gute Haftung und dauerhafte Stabilität des Kupfers im fertigen Bauelement muß dieser Femdstoff allerdings mit einem Temperschritt (längere Zeit bei erhöhter Temperatur, eventuell in Formiergas) restlos zu entfernen sein. Als Fremdstoffe kommen hierbei z. B. Kohlenwasserstoffe in Betracht.To increase the effect of the ablation, the copper can be used duringa small amount of foreign matter is added to the depositor as a separating layer between the metal and the adhesive layerbe deposited beforehand. These foreign substances are involved inIrradiation with the laser suddenly evaporates and supportsthe residue-free removal of the metal. For good adhesionand permanent stability of the copper in the finished componentthis foreign substance, however, with a tempering step (longer timeat elevated temperature, possibly in forming gas) completelyremove his. As foreign substances come here z. B.Hydrocarbons into consideration.
Entsprechend der derzeitigen technischen Entwicklung wurde im Ausführungsbeispiel Kupfer als Metall zur Metallisierung beschrieben. In Spezialbauelementen werden auch andere Edelmetalle wie Gold, Silber, Platin, Palladium und deren Legierungen eingesetzt, welche bei der Strukturierung durch chemisches Ätzen Probleme bereiten. Auch für diese Metalle ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet.In line with current technical developments, theEmbodiment copper as metal for metallization described. Others are also used in special componentsPrecious metals like gold, silver, platinum, palladium and theirsAlloys used, which in the structuring bychemical etching cause problems. Also for these metals isthe method according to the invention suitable.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19715501ADE19715501C1 (en) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | Method for structuring thin metal layers. |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE19715501ADE19715501C1 (en) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | Method for structuring thin metal layers. |
| Publication Number | Publication Date |
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| DE19715501C1true DE19715501C1 (en) | 1998-06-25 |
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| DE (1) | DE19715501C1 (en) |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
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| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | Effective date:20141101 |