DE10142223C2

DE10142223C2 - Verfahren zum Erzeugen von Hohlräumen mit Submikrometer-Abmessungen in einer Halbleitereinrichtung mittels Polymerisation

Info

Publication number: DE10142223C2
Application number: DE10142223A
Authority: DE
Inventors: Rainer Leuschner; Egon Mergenthaler
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: DE10142223A1; US6696315B2; US20030080430A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von in Sub mikrometer-Abmessungen strukturierten Hohlräumen in einer Hohlraumschicht einer Halbleitereinrichtung durch Polymerisa tion, sowie eine mittels des Verfahrens hergestellte Anord nung mit in Submikrometer-Abmessungen strukturierten Hohlräu men in einer Halbleitereinrichtung.

Innerhalb einer Halbleitereinrichtung sind Leiterbahnen so wohl innerhalb einer Leiterbahnschicht (Intralevel), als auch zwischen verschiedenen Leiterbahnschichten (Interlevel) kapa zitiv miteinander verkoppelt. Eine solche kapazitive Kopplung zwischen Leiterbahnen führt zu Übersprechen und verlängerten Signallaufzeiten.

Um diese störenden Effekte gering zu halten, werden die Lei terbahnen bestmöglich voneinander entkoppelt, indem die Kapa zität zwischen ihnen möglichst gering gehalten wird. Bei ei nem gegebenen Abstand zwischen zwei Leiterbahnen erfordert dies eine möglichst geringe Permittivität des Materials zwi schen den Leiterbahnen. Gasförmige Stoffe, also auch Luft, weisen bei Normaldruck eine beinahe optimale Permittivität von nahezu 1 auf, während die Permittivität von Festkörpern in der Regel deutlich höher ist.

Daher wird allgemein versucht, in Halbleitereinrichtungen die Leiterbahnen durch luftgefüllte Hohlräume kapazitiv voneinan der zu entkoppeln. Im Folgenden werden die bekannten Methoden zur Erzeugung solcher Hohlräume (air gaps) beschrieben. Alle diese Methoden setzen eine bereits durch Stege und Gräben strukturierte Prozessschicht voraus.

Aus den Stegen der Arbeitsschicht können funktional Leiter bahnen werden. Die Gräben der Arbeitsschicht sind noch nicht abgedeckte Hohlräume. Entsprechend ist eine Leiterbahnschicht eine mögliche, aber nicht die einzige Ausführungsform einer aus einer Arbeitsschicht hervorgegangenen Hohlraumschicht.

Nach einer ersten Methode werden die Gräben mit porösen Mate rialien wie Xerogelen oder Aerogelen gefüllt und anschließend mit einer Deckschicht aus einem Dielektrikum abgedeckt. Die in den Poren eingeschlossene Luft verringert die Gesamtper mittivität des Materials zwischen den Leiterbahnen. Solche porösen Materialien befinden sich gegenwärtig in der Evaluie rungsphase. Nachteilig an dieser Methode sind die Wasserauf nahme aufgrund der Kapillarwirkung in offenporösen Struktu ren, sowie die verhältnismäßig langen Prozesszeit. Ferner er höht die Füllung der Hohlräume mit dem Material der Xerogele und Aerogele die Permittivität des Hohlraums gegenüber einer reinen Luftfüllung. Die Verwendung von Aerogelen als Die lektrika niedriger Permittivität ist beispielsweise beschrie ben in "The effect of sol viscosity on the sol-gel derived low-density SiO. sub. 2 xerogel film for intermetal dielectric application", Thin Solid Films, vol. 332, p. 449-454, 1998.

Eine zweite Methode ist das Abdecken von Gräben durch konven tionelle SiO₂-CVD-Prozesse (chemical vapour deposition) mit hoher Depositionsrate.

Eine erste Variante für eine solche Methode ist beschrieben in: B. P. Shieh, et al., "Air-gap Formation During IMD Deposi tion to Lower Interconnect Capacitance", IEEE Electron Device Letters, Vol. 19, No. 1, pp. 16-18, Jan. 1998. Auf diese Wei se erzeugte Hohlräume weisen aber eine Ausdehnung in die ab deckende SiO₂-Schicht auf (Hütchenbildung). Bei nachfolgenden CMP-Prozessen (chemical mechanical polishing) können die dar unter liegenden Hohlräume geöffnet und durch eine anschlie ßende Metallisierung in diesen geöffneten Hohlräumen benach barte Leiterbahnen kurzgeschlossen werden. Wird die SiO₂- Schicht in einer Mächtigkeit abgeschieden, die ein nachträg liches Öffnen der Hohlräume ausschließt, so ergibt sich das Problem, darunterliegende Leiterbahnen über hinreichend tiefe Durchkontaktierungen (Vias) zu kontaktieren.

In einer Variante dieser Methode, beschrieben in T. Ueda, et al., "A Novel Air Gap Integration Scheme for Multi-level In terconnects using Self Aligned Via Plugs", Symp. on VLSI Technology, pp. 46, 47, June 1998, erfolgt das Abdecken der Gräben durch einen zweistufigen Prozess. In einer ersten Stu fe wird mit einem PECVD-Verfahren (plasma enhanced chemical vapor deposition) SiO₂ auf den horizontalen Oberflächen der Stege abgeschieden. Dabei werden schmale Gräben durch das beiderseits der Gräben auf den Oberflächen der Stege anwach sende SiO₂ abgedeckt. In einem anschließenden HDP-CVD-Ver fahren (high density plasma-CVD) werden breitere Gräben mit SiO₂ gefüllt und die schmalen Gräben mit SiO₂ versiegelt.

Nach einer dritten Methode, bei J. G. Fleming, E. Roherty- Osmum, "Use of Air-Gap Structures to Lower Intralevel Capaci tance", Proc. DUMIC, pp. 139-145, 1997 beschrieben, finden Spin-On-Materialien Verwendung, um die Hohlräume zwischen den Leiterbahnen abzudecken. Der Nachteil dieser Methode liegt im Nachfluss der Materialien in die Hohlräume.

Eine vierte Methode ist in der WO 97/39484 A1 (Rosenmayer, Noddin) beschrieben. Dabei wird auf die durch Gräben und Ste ge strukturierte Leiterbahnschicht eine Folie aufgelegt. Eine solche Folie weist eine Mächtigkeit von mindestens mehreren Mikrometern auf, um sicher verarbeitet werden zu können. Da durch ergeben sich, ähnlich wie oben, große Abstände zwischen den Leiterbahnebenen, mit den beschriebenen Nachteilen bei der Ausbildung von Durchkontaktierungen mittels Vias.

Eine in der US 6,165,890 (Kohl et al.) beschriebene, fünfte Methode ist die Retropolymerisation von Polynorbornen, das temporär die Hohlräume zwischen den Leiterbahnen füllt. Bei dieser Methode können unvermeidbare Rückstände der Retropoly merisation zu kurzschlusskritischen Clustern führen. Ferner wird die Wahl des Dielektrikums zwischen Leiterbahnschichten eingeschränkt, da das Material durchlässig für die bei der Retropolymerisation entstehenden flüchtigen Substanzen sein muss.

Ähnliche Nachteile ergeben sich bei einer sechsten Methode, der thermischen Zersetzung einer temporären Füllung der Hohl räume zwischen den Leiterbahnen. Ein Beispiel für eine ther mische Zersetzung einer temporären Füllung mit einem Photore sist ist in der US 5,668,398 (Havemann et al.) beschrieben. Die Oxidation einer temporären Karbonschicht ist Inhalt von M. B. Anand, M. Yamada, H. Shibata, "NURA: A Feasible, Gas Dielectric Interconnect process", Symp. on VLSI Technology, pp. 82, 83, June 1996 sowie der DE 197 47 559 A1 (Sun). Die bei der Zersetzung entstehenden Substanzen müssen in beiden Fällen durch die Deckschicht getrieben werden, was die Mate rialwahl einschränkt. Die unzersetzbaren Rückstände in den Hohlräumen erhöhen die Permittivität bzw. verringern die Kurzschlusssicherheit. Gemäß einem weiteren aus der WO 00/51177 (Werner, Pellerin) bekannten Beispiel für die Zer setzung einer temporären Füllung wird die Deckschicht vor der Zersetzung der Füllung perforiert, um das Austreiben der Zer setzungsrückstände zu beschleunigen bzw. zu verbessern.

Nach einer siebten, aus der US 5,599,745 (Reinberg) bekannten Methode wird auf den durch die Leiterbahnen gebildeten Stegen ein Dielektrikum aufgetragen, dieses soweit angeschmolzen, dass sich das Dielektrikum über die Leiterbahn herauswölbt, die Auswölbungen der Deckschicht eng benachbarter Leiterbah nen sich schließlich berühren und dadurch die dazwischenlie genden Graben überbrückt werden.

Eine achte Methode zur Erzeugung von Air-Gaps ist in der US 6,251,798 B1 (Soo et al.) beschrieben. Dabei wird in einem ersten Schritt auf eine Struktur aus Metallstegen ein plasma polymerisiertes Methylsilan aufgebracht, das auch die Zwi schenräume zwischen den Metallstegen füllt. Die über den Me tallstegen ausgebildete Schicht des plasmapolymerisierten Me thylsilan wird abschnittsweise durch Belichtung ausgehärtet. Über den Zwischenräumen zwischen den Metallstegen wird das plasmapolymerisierte Methylsilan während der Belichtung teil weise abgedeckt, so dass Kanäle aus nichtausgehärtetem plas mapolymerisiertem Methylsilan von der Oberfläche bis zu den mit nichtgehärtetem plasmapolymerisiertem Methylsilan gefüll ten Zwischenräumen der metallisierten Stege ausgebildet wer den. In einem folgenden Ätzschritt wird das nichtausgehärtete plasmapolymerisierte Methylsilan selektiv gegen das ausgehär tete plasmapolymerisierte Methylsilan geätzt. Dabei wird es über die Kanäle auch aus den Zwischenräumen zwischen den me tallisierten Stegen entfernt.

Nachteilig an diesem Verfahren ist zunächst, dass der Vorgang des Aushärtens auf die Dicke der abgeschiedenen Schicht aus plasmapolymerisiertem Methylsilan justiert werden muss. Fer ner muss die Schicht aus plasmapolymerisiertem Methylsilan mit einer Schichtdicke von etwa mindestens 500 Nanometer vor gesehen werden, um eine ausreichende mechanische Stabilität der Schicht zu erzielen.

Auf ähnliche Weise werden nach einer neunten, aus der US 6,268,277 (Bang) bekannten Methode zwischen metallisierten Stegen befindliche Zwischenräume nachträglich durch in einer Deckschicht vorgesehene Kanäle geätzt. Derartige Methoden setzen aber bereits Deckschichten voraus, die auch im perfo rierten Zustand stabil genug sind. Darüber hinaus müssen die fotolithografischen Prozesse, die zur Ausbildung der Ätzkanä le in der Deckschicht benötigt werden, kleinere Strukturab messungen bewältigen, als sie zur Ausbildung der Stege in der Hohlraumschicht benötigt werden. Da zudem die Deckschicht ei ne Schichtdicke von mehreren 100 Nanometern aufweisen muss, sind auch die Ätzkanäle bei geringem Durchmesser relativ lang, so dass in den gebildeten Hohlräumen Ätzrückstände verbleiben.

Bei einer zehnten Methode zur Bildung von Air-Gaps wird auf einer durch Gräben und Stege strukturierten Schicht ganzflä chig ein Polyimid aufgetragen. In einem folgenden Prozess schritt wird auf das Polyimid ein weiteres Dielektrikum auf gebracht. Dabei erfolgt das Aufbringen des Dielektrikums in einer ersten Stufe bei einer Temperatur, bei der es zu einem signifikanten Ausgasen aus dem Polyimid kommt. Durch das Aus gasen bilden sich zwischen der Polyimidschicht und dem auf liegenden Dielektrikum Zwischenräume. Jedoch lassen sich mit diesem Verfahren, das keine weiteren Strukturierungsmaßnahmen erfordert, Zwischenräume zwischen metallisierten Stegen bei weitem nicht als vollständig geleerte Hohlräume realisieren. Diese Methode ist in der US 5,783,481 (Brennan et al.) be schrieben.

Eine zusammenfassende Beschreibung bekannter Methoden zur Er zeugung von Hohlräumen (air gaps) in einem Halbleitersubstrat ist zusammen mit einer Würdigung der durch sie erzielbaren Resultate in dem Artikel Ben Shieh, Krishna Saraswat, Mike Deal, Jim McVittie "Air gaps lower k of interconnect die lectrics" Solid State Technology, February 1999 beschrieben.

Zusammenfassend liegen die Nachteile der beschriebenen Metho den begründet in:

- Rückständen in den Hohlräumen, die die Permittivität erhö hen und/oder die Kurzschlusssicherheit senken;
- der erforderlichen Mächtigkeit der die Gräben abdeckenden Schicht und die dadurch implizierte erschwerte Realisie rung von Durchkontaktierungen (Vias);
- der Prozessintegration

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfü gung zu stellen, mit dem strukturierte Hohlräume mit Submik rometer-Abmessungen in einer Hohlraumschicht einer Halblei tereinrichtung mit in der Halbleiterprozesstechnik üblichen Verfahren, Mitteln und Materialien geschaffen werden können. Dabei sollen die Hohlräume frei von Rückständen sein und eine die Hohlraumschicht abdeckende Schicht soll eine Stärke von einem Mikrometer nicht übersteigen.

Diese Aufgabe wird mit einem die folgenden Schritte umfassen den Verfahren gelöst:

1. Vorsehen einer zunächst kompakten, zumindest abschnitts weise aus einem Arbeitsmaterial gebildeten Arbeits schicht auf einer Grundschicht,
2. Aufbringen einer Prozessschicht auf die kompakte Ar beitsschicht, wobei eine Doppelschicht aus der Arbeits schicht und der Prozessschicht entsteht und die Prozess schicht mindestens eine aus einem polymerisierbaren Pro zessmaterial bestehende aktive Prozessteilschicht auf weist,
3. Strukturieren der Doppelschicht, wobei mit mindestens dem Prozessmaterial bedeckte Stege mit Submikrometer- Abmessungen aus dem Arbeitsmaterial und zwischen den Stegen Gräben entstehen,
4. Steuern einer Polymerisation des Prozessmaterials, wobei auf das auf benachbarten Stegen aufliegende Prozessmate rial weiteres Material aufwächst, so dass zwischen den Stegen liegende Gräben überdeckt und Hohlräume ausgebil det werden, und
5. Austreiben von Prozessrückständen aus den Hohlräumen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also eine zunächst kompakte Arbeitsschicht auf einer Grundschicht und anschlie ßend eine Prozessschicht auf der Arbeitsschicht aufgebracht, so dass eine Doppelschicht aus der Arbeitsschicht und der Prozessschicht entsteht.

Die Prozessschicht kann aus mehreren Prozessteilschichten aufgebaut sein. Sie weist aber in jedem Fall mindestens eine aus einem polymerisierbaren Prozessmaterial bestehende akti ve Prozessteilschicht auf. Die aktive Prozessteilschicht liegt bevorzugt direkt auf der Arbeitsschicht auf.

Die aus der Prozessschicht und der Arbeitsschicht gebildete Doppelschicht wird in der Folge strukturiert. Dabei entste hen mit mindestens dem Prozessmaterial bedeckte Stege aus einem Arbeitsmaterial, sowie zwischen den Stegen Gräben. Die Stege und die Gräben weisen Submikrometer-Abmessungen auf.

Auf den Stegen verbliebene remanente Abschnitte des Prozess materials werden in geeigneter Weise vorbereitet, um eine anschließende Polymerisation bevorzugt in lateraler Richtung parallel zur Grundschicht anzuregen, bei der weiteres Mate rial auf das Prozessmaterial aufwächst.

Eine erste Methode dazu ist das Abdecken der aktiven Pro zessteilschicht in vertikaler Richtung parallel zur Grund schicht durch eine passive Prozessteilschicht.

Die aktive Prozessteilschicht ist also an den zur Grund schicht parallelen Oberflächen abgeschirmt, während Seiten flächen, die an den Flanken der Stege angeordnet sind, frei gestellt bleiben. Es kann daher ein selektives Aufwachsen von weiterem Material erreicht werden.

Eine zweite Methode ist das Verstärken der der Arbeits schicht gegenüberliegenden Oberfläche der aktiven Pro zessteilschicht, so dass an dieser Oberfläche das Anwachsen von Material während einer Polymerisation verhindert wird. In diesem Fall kann dann auch die aktive Prozessteilschicht einzige Prozessteilschicht der Prozessschicht sein.

Die Polymerisation des Prozessmaterials erfolgt gesteuert. Das Prozessmaterial expandiert vorrangig parallel zur Grund schicht. Dadurch wachsen die auf benachbarten Stegen ange ordneten Schichten des Prozessmaterials aufeinander zu, so dass schließlich Gräben abgedeckt werden.

Die Polymerisation wird abgebrochen, sobald das expandieren de Prozessmaterial Gräben mit einer Weite kleiner einer ma ximalen Deckweite frei tragend überdeckt.

Durch das Überdecken der Gräben und das Entfernen von Pro zessrückständen aus den Gräben entstehen Hohlräume.

Die Grundschicht wird in bevorzugter Weise als Ätzstopp- Schicht ausgebildet, die robust gegen ein Ätzen der Arbeits schicht ist. Das Material der Arbeitsschicht kann in zu ät zenden Abschnitten vollständig entfernt werden, ohne dass an eine Prozesssteuerung zusätzliche Anforderungen, etwa zur Steuerung der Ätzdauer, zu stellen sind. Dadurch vereinfacht sich das Strukturieren der Arbeitsschicht.

Ist das Material der Stege der Arbeitsschicht ein leitfähi ges, etwa Kupfer, dann ist eine aus der Arbeitsschicht ent wickelte Hohlraumschicht als Leiterbahnschicht ausgebildet.

Wird dagegen mit der Hohlraumschicht eine kapazitive Ent kopplung zweier Leiterbahnschichten bezweckt, wird als Mate rial der Stege ein Dielektrikum niedriger Permittivität ge wählt.

Die Gräben in der Arbeitsschicht reichen in bevorzugter Wei se bis zur Grundschicht, um eine möglichst hohe Gesamt- Permittivität zwischen benachbarten, als Leiterbahnen ausge führten Stegen, zu erzielen.

Die Polymerisation erfolgt bevorzugterweise als Pfropfpoly merisation.

Das Strukturieren der aus der kompakten Arbeitsschicht und der Prozessschicht gebildeten Doppelschicht kann auf unter schiedliche Weise erfolgen.

Ein erstes Verfahren geht von einer kompakten, homogen aus geprägten Arbeitsschicht aus dem leitfähigen Material und einer darauf aufgebrachten Prozessschicht aus.

Auf der Prozessschicht wird ein Photoresist aufgebracht und strukturiert. Anschließend wird die Struktur des Photore sists auf die Prozessschicht, danach die Struktur der Pro zessschicht auf die Arbeitsschicht abgebildet.

Der Photoresist wird in bevorzugter Weise beim Strukturieren der Arbeitsschicht aufgebraucht. Er kann aber auch in einem eigenen Verfahrensschritt entfernt werden oder auf der Pro zessschicht verbleiben.

Das Material der Prozessschicht ist in bevorzugter Weise ein fluorierter Kohlenwasserstoff (a-C:H(F)).

Die Prozessschicht wird in der Regel mit einem ätzenden Ver fahren strukturiert. Bevorzugt werden deshalb nach dem Strukturieren des Photoresists dessen verbleibende, remanen te Abschnitte in ihrer Ätzresistenz verstärkt.

In bevorzugter Weise erfolgt das Verstärken durch Silylie ren. Dabei werden siliziumhaltige Gruppen in den Photoresist eingeführt. Der Photoresist weist dazu entsprechende reakti ve Gruppen auf.

Ein zweites Verfahren zum Strukturieren der aus der Arbeits- und der Prozessschicht gebildeten Doppelschicht geht von ei ner kompakten, aus dem Arbeitsmaterial und einem Hilfsmate rial in üblicher Technik vorstrukturierten Arbeitsschicht aus. Die vorstrukturierte Arbeitsschicht weist aus dem Ar beitsmaterial bestehende erste Abschnitte und aus dem Hilf material bestehende zweite Abschnitte auf. Dabei werden aus den ersten Abschnitten später die Stege und aus den zweiten Abschnitten die Gräben ausgebildet. An der der Grundschicht gegenüberliegenden Oberfläche der Arbeitsschicht weist die Arbeitsschicht eine Arbeitsfläche auf, die abschnittsweise aus den Oberflächen der aus dem Hilfsmaterial bestehenden ersten Abschnitte und den Oberflächen der aus dem Arbeitsma terial bestehenden zweiten Abschnitte gebildet wird.

In einem ersten Schritt des zweiten Verfahrens zum Struktu rieren der Doppelschicht aus Arbeits- und Prozessschicht wird die Prozessschicht derart strukturiert, dass sie auf den aus dem Arbeitsmaterial gebildeten Abschnitten der Ar beitsfläche verbleibt und von den aus dem Hilfsmaterial ge bildeten Abschnitten der Arbeitsfläche entfernt wird.

In einem zweiten Schritt wird anschließend das Hilfsmaterial entfernt.

In einer ersten Variante des Strukturierens der auf einer vorstrukturierten Arbeitsschicht aufliegenden Prozessschicht im Zuge des Strukturierens einer aus der Prozess- und der Arbeitsschicht gebildeten Doppelschicht ist das Prozessmate rial ein positiver, zur Polymerisation geeigneter Photore sist.

Das Strukturieren der Prozessschicht erfolgt in diesem Fall direkt durch ein lithographisches Verfahren. Dabei können der Arbeitsschicht gegenüber liegende Oberflächen von rema nenten Abschnitten der Prozessschicht verstärkt werden, so dass eine anschließende Polymerisation in bevorzugter Weise lateral, an den nicht verstärkten und durch das Strukturie ren freiwerdenden, zur Grundschicht vertikalen Oberflächen und damit parallel zur Grundschicht erfolgt.

In einer zweiten Variante des Strukturierens der auf einer vorstrukturierten Arbeitsschicht aufliegenden Prozessschicht im Zuge des Strukturierens einer aus der Prozess- und der Arbeitsschicht gebildeten Doppelschicht wird die Prozess schicht in Form einer aktiven Prozessteilschicht aus einem polymerisierbaren Prozessmaterial und einer passiven Pro zessteilschicht vorgesehen. Dabei liegt die aktive Pro zessteilschicht auf der Arbeitsschicht und die passive Pro zessteilschicht auf der aktiven Prozessteilschicht auf. Die passive Prozessteilschicht ist gegenüber einer Polymerisati on inert. Sie besteht beispielsweise aus einer amorphen Koh lenwasserstoffschicht (a-C:H).

Das Strukturieren erfolgt durch das Aufbringen, bildmäßige Belichten und Entwickeln eines Hilfsphotoresists gemäß der Struktur der Arbeitsschicht. Dabei verbleiben remanente Ab schnitte des Hilfsphotoresists durch die Prozessschicht ge trennt über den zu Stegen zu entwickelnden und aus dem Ar beitsmaterial gebildeten ersten Abschnitten der vorstruktu rierten Arbeitsschicht.

Die Struktur des Hilfsphotoresists wird anschließend in die Prozessschicht übertragen.

Das Entfernen des Hilfsphotoresists erfolgt in bevorzugter Weise während des Entfernens des Hilfsmaterials aus der Ar beitsschicht. Dazu wird beispielsweise ein Plasma verwendet, das sowohl den Hilfsphotoresist als auch das Hilfsmaterial abträgt.

Der Hilfsphotoresist kann aber auch vor oder nach dem Ent fernen des Hilfsmaterials in einem besonderen Verfahrens schritt entfernt werden. Seine remanenten Abschnitte können auch auf der Prozessschicht verbleiben, wenn das Material des Hilfsphotoresists ein Material niedriger Permittivität ist und sich bei einem späteren Ätzvorgang, etwa zur Erzeu gung von Durchkontaktierungen, in gleicher Weise bearbeiten lässt, wie eine nachträglich aufgebrachte Deckschicht.

In bevorzugter Weise weist die aktive Prozessteilschicht dieser Variante einen Sensibilisator auf. Der Sensibilisator ist bevorzugterweise ein Benzophenon-, Cumann- oder Thi oxanthonderivat.

Die passive Prozessteilschicht ist ein amorpher Kohlenwas serstoff, der die aktive Prozessteilschicht während des Ent wickelns des aufliegenden Hilfsphotoresists schützt und/oder eine anschließende Polymerisation der aktiven Prozessteil schicht in einer vertikalen, zur Grundschicht senkrechten Richtung, verhindert.

Der Hilfsphotoresist kann nach der Entwicklung in seiner Ätzresistenz verstärkt werden.

Mit den oben beschriebenen Verfahren und Verfahrensvarianten wird also in der Arbeitsschicht eine Struktur in Submikrome ter-Abmessungen, bestehend aus Stegen und Gräben, erzeugt. Dabei tragen die Stege Kappen aus dem oder den Materialen der Prozessschicht, die abhängig vom zur Strukturierung der Doppelschicht aus Arbeits- und Prozessschicht angewendeten Verfahren wie folgt beschaffen sein können:

- einschichtige Kappe aus einem polymerisierbaren Materi al. wobei die der Arbeitsschicht gegenüberliegende Oberfläche der Kappe so präpariert ist, dass sie nicht oder wenig polymerisiert.
- zweischichtige Kappe, wobei auf einer unteren polymeri sierbaren Teilschicht eine weitere nicht polymerisier bare Teilschicht aufliegt, die ein Aufwachsen vertikal zur Grundschicht verhindert.

Ausgehend von einer solchen auf der Grundschicht befindli chen Struktur aus mindestens doppelschichtigen Stegen wird im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Polymerisation des Prozessmaterials gesteuert.

Dabei wird in einem ersten Teilschritt die Polymerisation ausgelöst und in einem zweiten Teilschritt fortgeführt.

Die Abfolge aus Auslösung und Fortführung bildet einen Pro zesszyklus, der solange wiederholt wird, bis das sich durch Inkorporieren von Monomeren ausdehnende, auf den Stegen auf liegende Prozessmaterial zwischen benachbarten Stegen be findliche Gräben mit einer Weite an ihrer Oberkante kleiner einer maximalen Deckweite frei tragend überdeckt.

Das Auslösen der Polymerisation erfolgt in einer ersten be vorzugten Weise durch Belichten des Prozessmaterials.

In einer zweiten bevorzugten Weise wird die Polymerisation durch Radikalstarterverbindungen initiiert.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Zufuhr der Monomere in der Gasphase.

Nach einer zweiten Ausführungsform werden die Monomere in einer Lösung an das Prozessmaterial herangeführt.

Die Polymerisation wird durch Erhitzen auf eine erste Tempe ratur abgeschlossen.

Bei der Polymerisation werden in den durch Abdecken der Grä ben entstandenen Hohlräumen Monomere und, für den Fall, dass in Lösung gearbeitet wird, die Lösungsflüssigkeit einge schlossen. Diese Prozessrückstände können durch ein Erhitzen auf eine zweite Temperatur aus den entstandenen Hohlräumen ausgetrieben werden.

Bevorzugterweise sind die erste und die zweite Temperatur gleich, so dass beide Vorgänge in einem Verfahrensschritt erfolgen.

Auf die typischerweise nur 20-200 nm starke, polymerisierte Prozessschicht kann im weiteren Prozessverlauf eine Deck schicht aus einem Dielektrikum niedriger Permittivität auf gebracht werden. In bevorzugter Weise handelt es sich um ein organisches Dielektrikum. Ein solches kann etwa Polybenzoxa zol, Polyarylether, Hydrogen-Silesquioxan, ein fluorierter organischer Silica CVD-Film oder ein fluorierter oder nicht fluorierter Kohlenwasserstoff sein. In die Doppelschicht aus der polymerisierten Prozessschicht und der Deckschicht aus einem organischem Dielektrikum lassen sich im Folgenden in gleicher Weise innerhalb eines Prozessschrittes Kontaktlö cher ätzen.

Als Material der Deckschicht ist aber auch Siliziumdioxid geeignet.

Die kapazitive Kopplung zweier aus Stegen entwickelten Lei terbahnen ist abhängig von der Permittivität des die Leiter bahnen trennenden Materials und dem Abstand der Leiterbahnen zueinander. Bei größerem Abstand der Leiterbahnen kann für eine gleiche kapazitive Kopplung eine höhere Permittivität des zwischen den Leiterbahnen befindlichen Materials zuge lassen werden.

Sofern also die bei einem größeren Abstand der benachbarten Stege Gräben durch anwachsendes Material nicht abgedeckt und mit einem Material niedriger Permittivität gefüllt werden, ergibt sich aus solchen offenen Strukturen kein Nachteil in der Anwendung.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Halbleiterein richtung erzeugt, die in einer Hohlraumschicht nahezu ideale Hohlräume aufweist. Die Hohlräume weisen eine nahezu ge ringstmögliche Permittivität auf. Aus solche Hohlräume be grenzenden Stegen entwickelte Leiterbahnen sind bestmöglich voneinander entkoppelt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Beispiel näher erläutert. In den Zeichnungen werden für einander entsprechende Komponenten die gleichen Bezugszei chen verwendet. Es zeigen und beschreiben:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Aus schnitt einer erfindungsgemäß hergestellten Anordnung

Fig. 2 eine schematische Darstellung der wesentlichen Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsvari ante des erfindungsgemäßen Verfahrens

Fig. 3 eine schematische Darstellung der wesentlichen Verfahrensschritte einer zweiten Ausführungsvari ante des erfindungsgemäßen Verfahrens

Fig. 4 eine schematische Darstellung der wesentlichen Verfahrensschritte einer dritten Ausführungsvari ante des erfindungsgemäßen Verfahrens Im in Fig. 1 gezeigte Ausschritt einer erfindungsgemäß hergestellten Anordnung besteht die Hohlraumschicht 3 aus drei parallel verlaufenden Stegen 5 aus einem leitfä higen Material und zwei dazwischenliegenden Hohlräumen 7. Die Hohlräume 7 werden unten von einer Grundschicht 2 und oben von einer polymerisierten Prozessschicht 9 abgeschlos sen. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich auf der Prozessschicht 9 eine Deckschicht 10 aus einem organischen Dielektrikum. Die Stege 5 und die Hohlräume 7 weisen Submi krometer-Abmessungen auf. Die Deckschicht 10 weist eine Stärke von etwa 40-100 nm auf.

In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Ausführungsvariante dargestellt, wobei die Arbeitsschicht 1 als kompakte, vorstrukturierte Arbeitsschicht auf einer Grundschicht 2 aufgebracht wird und während der Polymerisa tion die Monomere als Prozessgas zugeführt werden.

Fig. 2a zeigt eine auf einer Grundschicht 2 aufgebrachte, zunächst noch kompakte, vorstrukturierte Arbeitsschicht 1. In der Arbeitsschicht sind bereits erste Abschnitte 5 aus dem Arbeitsmaterial in Submikrometer-Abmessungen vorgesehen, aus denen im weiteren Verlauf Stege 5 entwickelt werden. Aus zwischen den ersten Abschnitten 5 befindlichen, mit einem Hilfsmaterial gefüllten zweiten Abschnitten 6b werden im weiteren Verlauf Gräben 6 und später Hohlräume 7 gebildet. Auf der der Grundschicht 2 gegenüberliegenden Oberfläche der Arbeitsschicht ist eine Arbeitsfläche 13 ausgebildet, die abschnittsweise aus den Oberflächen 5a der ersten Abschnitte 5 und den Oberflächen 6a der zweiten Abschnitte 6b gebildet wird.

Auf der Arbeitsfläche 13 wird eine Prozessschicht 9 aus ei nem Prozessmaterial aufgebracht. Das Ergebnis dieses Verfah rensschrittes ist in Fig. 2b dargestellt.

Das Prozessmaterial ist bei der ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ein polymerisierbarer, po sitiver Photoresist, der im nächsten Verfahrensschritt in einem lithographischen Verfahren strukturiert, also bildmä ßig belichtet und entwickelt wird. Dabei erfolgt das Struk turieren in einer Weise, bei der das Prozessmaterial nach dem Entwickeln auf den von den Oberflächen 5a der ersten Ab schnitte 5 gebildeten Abschnitten der Arbeitsfläche 13 ver bleibt und von den aus den Oberflächen 6a der zweiten Ab schnitte 6b entfernt wird.

Das Ergebnis dieses Verfahrensschrittes ist in Fig. 2c dar gestellt.

Anschließend wird das Hilfsmaterial aus den sich zwischen den Stegen 5 befindenden Bereichen entfernt, wodurch Gräben 6 entstehen.

Fig. 2d zeigt die auf der Grundschicht 2 verbleibenden, mit Kappen aus dem Prozessmaterial der Prozessschicht 9 bedeck ten Stege 5 aus dem Arbeitsmaterial.

Im nächsten Verfahrensschritt wird die Polymerisation ausge löst, etwa durch das Erzeugen von Radikalen im Prozessmate rial. Anschließend werden in geeigneter Weise Monomere zuge führt.

Das sich durch die Polymerisation ausdehnende Prozessmateri al der Prozessschicht 9 beginnt ausgehend von den Stegen 5 die Gräben 6 zu überdecken. Die Polymerisation wird abgebro chen, sobald das Prozessmaterial Gräben 6 mit einer Weite kleiner einer maximalen Deckweite frei tragend überspannt. Aus den überdeckten Gräben werden eingeschlossene Monomere ausgetrieben.

In Fig. 2e ist der Zustand nach dem Austreiben der Monomere festgehalten. Der rechte, als Hohlraum 7 gekennzeichnete ehemalige Graben mit einer Weite unterhalb der maximalen Deckweite ist komplett abgedeckt.

Der linke Graben mit einer Weite größer als der maximalen Deckweite ist nicht abgedeckt.

Solche offenen Gräben werden in einem weiteren Verfahrens schritt, typischerweise beim Aufbringen einer die polymeri sierte Prozessschicht verstärkenden Deckschicht, verfüllt.

Die kapazitive Kopplung zweier aus Stegen 5 entwickelten Leiterbahnen ist abhängig von der Permittivität des die Lei terbahnen trennenden Materials und dem Abstand der Leiter bahnen zueinander. Bei größerem Abstand der Leiterbahnen kann für eine gleiche kapazitive Kopplung eine höhere Per mittivität des zwischen den Leiterbahnen befindlichen Mate rials zugelassen werden.

Sofern also die bei einem größeren Abstand der benachbarten Stege 5 offen bleibenden Gräben mit einem Material niedriger Permittivität gefüllt werden, ergibt sich aus solchen offe nen Strukturen kein Nachteil in der Anwendung.

In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren in einer zwei ten Variante dargestellt, wobei auf einer Grundschicht 2 ei ne kompakte, homogene Arbeitsschicht 1 aus einem Arbeitsma terial aufgebracht wird und während der Polymerisation die Monomere in gasförmiger Form zugeführt werden.

Fig. 3a zeigt die auf der Grundschicht 2 aufgebrachte, homo gene Arbeitsschicht 1, auf der anschließend eine Prozess schicht 9 aus dem Prozessmaterial aufgebracht wird.

Das Ergebnis dieses Verfahrensschrittes ist in Fig. 3b dar gestellt. Auf der Prozessschicht 9 wird im nächsten Verfah rensschritt ein Photoresist 4 aufgebracht und strukturiert, also bildmäßig belichtet und entwickelt.

Der Zustand nach dem Strukturieren des Photoresists 4 ist in Fig. 3c dargestellt. Vor dem nächsten Verfahrensschritt, dem Abbilden der Struktur des Photoresists 4 in die Prozess schicht 9, wird der Photoresist 4 bei Bedarf verstärkt.

Fig. 3d zeigt die auf der noch unstrukturierten Arbeits schicht 1 befindliche, jetzt strukturierte Prozessschicht 9 mit remanenten Abschnitten des Photoresists 4. In der Folge wird die Struktur weiter in die Arbeitsschicht 1 abgebildet, wobei bevorzugterweise gleichzeitig der Photoresist 4 aufge braucht wird. Das Entfernen des Photoresist 4 kann aber auch in einem eigenen Verfahrensschritt vor oder nach dem Struk turieren der Arbeitsschicht 1 erfolgen.

Fig. 3e zeigt sich auf der Grundschicht 2 befindende Stege 5 aus einem Arbeitsmaterial, bedeckt mit remanenten Abschnit ten der Prozessschicht 9. Die aus den Stegen 5 und zwischen den Stegen 5 befindlichen Gräben 6 gebildeten Strukturen weisen dabei in vertikaler und horizontaler Richtung Submi krometer-Abmessungen auf.

Im Folgenden wird durch Erzeugen von Radikalen eine Polyme risation des Prozessmaterials ausgelöst und durch Zuführen von Monomeren in gasförmiger Form fortgeführt. Durch die Aufnahme der Monomere dehnt sich das auf den Stegen 5 auf liegende Prozessmaterial der Prozessschicht 9 aus und be ginnt, ausgehend von den Stegen 5, die dazwischenliegenden Gräben 6 zu überdecken. Die Polymerisation wird abgebrochen, sobald das Prozessmaterial Gräben 6 mit einer Weite unter halb einer maximalen Deckweite frei tragend überdeckt. An schließend werden in den überdeckten Gräben eingeschlossene Prozessrückstände ausgetrieben.

Das Ergebnis der so gesteuerten Polymerisation ist in Fig. 3f dargestellt.

Ein rechter, als Hohlraum 7 gekennzeichneter, ehemaliger Graben mit einer Weite kleiner der maximalen Deckweite ist komplett abgedeckt. Ein linker Graben 6 mit einer Weite grö ßer der maximalen Deckweite wird dagegen nicht vollständig abgedeckt.

Offene Gräben 6 werden beim anschließenden Aufbringen einer die polymerisierte Prozessschicht verstärkenden Deckschicht gefüllt.

In Fig. 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren in einer drit ten Variante dargestellt, wobei die Arbeitsschicht 1 als kompakte, vorstrukturierte Arbeitsschicht auf einer Grund schicht 2 aufgebracht und die Polymerisation in einer Lösung gesteuert wird.

Fig. 4a zeigt eine auf eine Grundschicht 2 aufgebrachte, zu nächst noch kompakte, vorstrukturierte Arbeitsschicht 1. In der Arbeitsschicht sind erste Abschnitte 5 aus dem Arbeits material in Submikrometer-Abmessungen vorgesehen, aus denen im weiteren Verlauf Stege 5 entwickelt werden. Zwischen den ersten Abschnitten 5 befindliche zweite Abschnitte 6b sind mit einem Hilfsmaterial gefüllt. Auf der der Grundschicht 2 gegenüberliegenden Oberfläche der Arbeitsschicht 1 ist eine Arbeitsfläche 13 ausgebildet, die abschnittsweise aus den Oberflächen 5a der ersten Abschnitte 5 und den Oberflächen 6a der zweiten Abschnitte 6b gebildet wird.

Auf die Arbeitsfläche werden nacheinander jeweils ganzflä chig eine aktive Prozessteilschicht 11 aus einem polymeri sierbaren Prozessmaterial, eine passive Prozessteilschicht 12 aus einem amorphen Kohlenwasserstoff (a-C(H)-Schicht) und ein Hilfsphotoresist 14 aufgebracht.

Es entsteht ein in Fig. 4b dargestelltes Schichtsystem. Der Hilfsphotoresist 14 wird in einem lithographischen Verfahren strukturiert. Das Strukturieren erfolgt dabei in einer Wei se, dass remanente Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 über von den Oberflächen 5a der ersten Abschnitte 5 gebildeten Abschnitten der Arbeitsfläche 13 und durch die beiden Pro zessteilschichten 11, 12 von der Arbeitsfläche 13 getrennt, verbleiben.

Das Schichtsystem mit einem auf diese Weise strukturierten Hilfsphotoresist 14 ist in Fig. 4c dargestellt.

Der Hilfsphotoresist 14 wird anschließend gegen den nächsten Verfahrensschritt verstärkt. Im nächsten Verfahrensschritt werden die beiden Prozessteilschichten 11, 12 gemäß der auf liegenden Struktur des Hilfsphotoresists 14 strukturiert.

Fig. 4d zeigt das Schichtsystem nach dem Strukturieren der Prozessteilschichten 11, 12. Auf remanenten Abschnitten der Prozessteilschichten 11, 12 liegen remanente Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 auf.

Die remanenten Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 werden im nächsten Verfahrensschritt entfernt.

Fig. 4e zeigt das Schichtsystem nach dem Entfernen des Hilfsphotoresists 14.

Anschließend wird das Hilfsmaterial der zweiten Abschnitte 6b entfernt, wodurch Gräben 6 und Stege 5 entstehen.

Fig. 4f zeigt die auf der Grundschicht 2 verbleibenden, mit doppelschichtigen Kappen aus dem polymerisierbaren Prozess material der aktiven Prozessteilschichten 11 und dem Materi al der passiven Prozessteilschicht 12 bedeckten Stege 5 aus dem Arbeitsmaterial und die zwischen den Stegen 5 befindli chen Gräben 6.

Das in Fig. 4f dargestellte Schichtsystem wird mindestens bis zur Oberkante der aktiven Prozessteilschicht 11 mit ei ner ein Monomer enthaltende Prozessflüssigkeit 8 bedeckt und mit Licht einer eine Polymerisation auslösende Wellenlänge bestrahlt.

Durch die Belichtung wird an zur Grundschicht 2 vertikalen und nach dem Strukturieren frei liegenden Oberflächen der aktiven Prozessteilschicht 11 eine Polymerisation ausgelöst.

Wie in Fig. 4g dargestellt, beginnt sich das polymerisieren de Prozessmaterial der aktiven Prozessteilschicht 11 paral lel zur Grundschicht 2 auszudehnen und beginnend von der Oberfläche der Stege 5 aus angrenzende Gräben 6 zu überdec ken. Die aufliegenden remanenten Abschnitte der passiven Prozessteilschicht 12 verhindern dabei zunächst eine Polyme risation in vertikaler Richtung, also senkrecht zur Grund schicht 2. Die an der Polymerisation beteiligten Monomere sind in der Prozessflüssigkeit 8 enthalten.

Gräben mit einer Weite kleiner der maximalen Deckweite wer den, wie in Fig. 4h (rechts) dargestellt, abgedeckt. Aus den durch Abdecken von Gräben 6 entstandenen Hohlräume 7 wird die Prozessflüssigkeit 8 entfernt, indem sie gasförmig durch die polymerisierte Prozessschicht 11 getrieben wird.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Deckschicht aus einem Dielektrikum aufgebracht, wobei nicht abgedeckte Gräben mit dem Dielektrikum der Deckschicht gefüllt werden. Man erhält einen in Fig. 1 schematisch dargestellten Aufbau mit einer Deckschicht 10.

Beispiel 1 (zu Fig. 2)

Auf der Oberfläche eine Siliziumwafers wird eine Siliziumni tridschicht als Grundschicht aufgebracht. Auf der Silizium nitridschicht wird weiter eine 200 nm starke Siliziumdioxid schicht abgeschieden und mittels Elektronenstrahllithogra phie strukturiert. Dabei entstehen in der Siliziumdioxid schicht 100 nm breite und 200 nm tiefe, bis zur Siliziumni tridschicht reichende Hilfsgräben.

Auf die so erzeugten Strukturen wird Kupfer gesputtert bis mindestens die Hilfsgräben vollständig mit Kupfer gefüllt sind. Danach wird über die Hilfsgräben hinausstehendes Kup fer bis zur Oberkante der Hilfsgräben abgeschliffen.

Es entsteht eine kompakte, vorstrukturierte Arbeitsschicht, in der die späteren Stege aus Kupfer fertig ausgeprägt sind, und sich zwischen den Stegen Siliziumdioxid als Hilfsmateri al befindet. Auf der der Siliziumnitridschicht gegenüberlie genden Oberfläche der Arbeitsschicht ist eine Arbeitsfläche ausgebildet, die sich abschnittsweise aus den Oberflächen der Stege aus Kupfer und den Oberflächen der mit Siliziumdi oxid gefüllten Gräben zusammensetzt.

Die Arbeitsfläche wird mit einem positiv strukturierbaren Polybenzoxazol mit Hexafluorisopropylgruppen belackt. Mit einem lithographischen Verfahren wird das Polybenzoxazol von den aus den Oberflächen der mit Siliziumdioxid gefüllten Gräben gebildeten Abschnitten der Arbeitsfläche entfernt.

Danach wird das zwischen den Kupferstegen befindliche Sili ziumdioxid mit einer gepufferten Fluorwasserstofflösung her ausgeätzt, so dass auf der Siliziumnitridschicht mit dem Po lybenzoxazol bedeckte, freistehende Kupferstege entstehen.

Die Polymerisation läuft in einer Reaktorkammer einer PECVD- Anlage mit bei einem Flächenverhältnis von 1 : 1 paralleler Plattenanordnung als Pfropfpolymerisation ab.

Die Polymerisation wird gestartet, indem bei einem Druck von 0,2 mbar für 30 Sekunden ein Wasserstoffplasma mit einer Leistung von 200 W gezündet wird.

Die Polymerisation wird fortgeführt, indem anschließend Sty rol als Monomergas zugeführt und für zwei Minuten der Druck in der Reaktorkammer auf 200 mbar erhöht wird. Bei diesem Verfahrensschritt wird kein Plasma gezündet.

Der Zyklus aus Starten und Fortführen der Polymerisation wird fünfmal wiederholt. Das polymerisierende Polybenzoxazol überdeckt, ausgehend von der Oberfläche der Kupferstege an grenzende Gräben.

Danach wird der Siliziumwafer im Vakuum 20 Minuten lang auf 200 Grad Celsius geheizt, um die Polymerisation abzuschlie ßen und um eingeschlossenes Monomergas abzupumpen.

Eine Inspektion mit dem REM (Röntgen-Elektronenstrahl- Mikroskop) ergibt, dass die 100 nm weiten Gräben durch das Polymer der Prozessschicht abgedeckt, und damit aus den Grä ben Hohlräume entstanden sind.

Über die polymerisierte Prozessschicht wird ein weiteres Po lybenzoxazol als Deckschicht abgeschieden. In der Folge kön nen mit einem weiteren lithographischen Verfahren in übli cher Technik Kontaktlöcher zu den Kupferstegen geätzt wer den, da das Material der polymerisierten Prozessschicht und das Material der Deckschicht in gleicher Weise ätzbar sind.

Nach einem Auffüllen der Kontaktlöcher mit einem Metall ist auf dem Siliziumwafer eine funktionale Ebene, bestehend aus der Grundschicht, der Arbeitsschicht, die funktional eine Leiterbahnschicht ist, und einer Dielektrikumschicht, beste hend aus der polymerisierten Prozessschicht und der Deck schicht, abgeschlossen.

Auf einer funktionalen Ebene des Siliziumwafers werden in gleicher Weise weitere funktionale Ebenen angeordnet.

Beispiel 2 (zu Fig. 3)

Auf der Oberfläche eines Siliziumwafers wird eine Grund schicht aus Siliziumnitrid aufgebracht. Anschließend wird auf die Siliziumnitridschicht ganzflächig eine 200 nm starke Kupferschicht gesputtert. Die Kupferschicht entspricht einer kompakten, homogenen Arbeitsschicht.

In einer Reaktorkammer einer PECVD-Anlage wird in einem PECVD-Verfahren mit den Prozessgasen Ethen und Octafluorcy clobutan auf der Kupferschicht eine Prozessschicht abge schieden. Das Material der Prozessschicht ist ein amorpher, teilweise fluorierter Kohlenwasserstoff ((a-C:H(F)) mit ei nem Bandabstand größer 2 eV.

Die Prozessschicht wird mit einem CARL Elektronenstrahlre sist belackt. In der Folge wird der CARL Elektronenstrahlre sist in einem lithographischen Verfahren strukturiert und anschließend silyliert. Durch das Silylieren wird der CARL Elektronenstrahlresist gegen den folgenden Verfahrens schritt, einem Sauerstoff-Ätzen der Prozessschicht ver stärkt.

Durch das Ätzen im Sauerstoff-Plasma wird die Prozessschicht gemäß der Struktur des CARL Elektronenstrahlresists struktu riert.

Schließlich wird die Struktur der Prozessschicht durch Ion- Beam-Etching in die Kupferschicht übertragen. Dabei werden remanente Abschnitte des CARL Elektronenstrahlresists aufge braucht. In der Kupferschicht entstehen 100 nm weite Gräben.

Die Polymerisation wird in der Reaktorkammer der PECVD- Anlage als Pfropfpolymerisation gesteuert.

Dabei wird die Polymerisation gestartet, indem bei einem Druck von 0,2 mbar für 30 Sekunden ein Wasserstoffplasma mit einer Leistung von 200 W gezündet wird. Dabei entstehen durch Anätzen der Oberfläche der Prozessschicht Radikale.

Die Polymerisation wird fortgeführt, indem anschließend Sty rol als Monomergas eingeleitet und für zwei Minuten der Druck in der Reaktorkammer auf 200 mbar erhöht wird.

Der Zyklus aus Starten und Fortführen der Polymerisation wird fünfmal wiederholt.

Eine Inspektion an einem REM zeigt, dass die 100 nm weiten Gräben durch die polymerisierte Prozessschicht abgedeckt sind.

Über die polymerisierte Prozessschicht wird eine Deckschicht aus einem Dielektrikum abgeschieden.

In der Folge kann in gleicher Weise wie im Beispiel 1 be schrieben eine funktionale Ebene des Siliziumwafers erzeugt werden.

Beispiel 3 (zu Fig. 4)

Auf der Oberfläche eines Siliziumwafers wird eine Silizium nitridschicht als Grundschicht aufgebracht. Auf der Silizi umnitridschicht wird weiter eine 200 nm starke Siliziumdi oxidschicht abgeschieden und mittels Elektronenstrahllitho graphie strukturiert. Dabei entstehen in der Siliziumdioxid schicht 100 nm breite und 200 nm tiefe, bis zur Siliziumni tridschicht reichende Hilfsgräben.

Auf die so erzeugten Strukturen wird Kupfer gesputtert bis mindestens die Hilfsgräben vollständig mit Kupfer gefüllt sind. Danach wird über die Hilfsgräben hinausstehende Kupfer bis zur Oberkante der Hilfsgräben abgeschliffen.

Es entsteht eine kompakte, vorstrukturierte Arbeitsschicht, in der die späteren Stege aus Kupfer fertig ausgeprägt sind, und sich zwischen den Stegen Siliziumdioxid als Hilfsmittel befindet. Auf der der Siliziumnitridschicht gegenüberliegen den Oberfläche der Arbeitsschicht ist eine Arbeitsfläche ausgebildet, die sich abschnittsweise aus den Oberflächen der Stege aus Kupfer und den Oberflächen der mit Siliziumdi oxid gefüllten Gräben zusammensetzt.

Die Arbeitsfläche wird mit einem polymerisierbaren Prozess material belackt. Das polymerisierbare Prozessmaterial bil det eine 100 nm starke aktive Prozessteilschicht. Das Pro zessmaterial besteht aus einem Lösungsmittel mit einem 10%igen Anteil an Isopropylstyrol und einem 1%igen Anteil an einem Benzophenonderivat als Sensibilisator.

Auf der aktiven Prozessteilschicht wird eine etwa 50 nm dün ne passive Prozessteilschicht aus einem amorphen Kohlenwas serstoff (a-C:H) aufgebracht und auf dieser ein Hilfsphoto resist aufgebracht.

Der Hilfsphotoresist ist ein CARL Elektronenstrahlresist, der mittels eines lithographischen Verfahrens strukturiert und anschließend silyliert wird.

Das Strukturieren des CARL Elektronenstralresists erfolgt in einer Weise, dass remanente Abschnitte des CARL Elektronen strahlresists über von den Oberflächen der Kupferstege ge bildeten Abschnitten der Arbeitsfläche und durch die beiden Prozessteilschichten von der Arbeitsfläche getrennt, erzeugt werden.

Durch Ätzen im Sauerstoffplasma werden die Strukturen des CARL Elektronenstrahlresists in die a-C:H-Schicht und die aktive Prozessteilschicht übertragen.

Anschließend werden die remanenten Abschnitte des CARL Elek tronenstrahlresists flutbelichtet und im alkalischen Ent wickler gestrippt.

Danach wird das zwischen den Kupferstegen befindliche Sili ziumdioxid mit einer gepufferten Fluorwasserstofflösung her ausgeätzt, so dass auf der Siliziumnitridschicht mit doppel schichtigen Kappen aus dem Prozessmaterial und der a-C:H- Schicht bedeckte, freistehende Kupferstege entstehen.

Die Polymerisation erfolgt als Pfropfpolymerisation in einer mit Argon gespülten Glovebox.

Dazu wird der Siliziumwafer mit einer sauerstoffreien Lösung von 10% Styrol in Benzol bedeckt und mit Licht einer Wellen länge von 365 nm belichtet.

Durch die Belichtung entstehen an den freiliegenden, den Gräben zugewandten Oberflächen der aktiven Prozessteil schicht Radikale.

Durch die Radikale wird eine Polymerisation der Styrollösung an der aktiven Prozessteilschicht ausgelöst. Dabei dehnt sich die aktive Prozessteilschicht aus und überdeckt die an grenzende Gräben.

Im Anschluss wird der Siliziumwafer mit Cyclohexan gespült und im Vakuum für 20 Minuten auf 200 Grad Celsius geheizt.

Durch das Heizen wird die Polymerisation abgeschlossen. Zu gleich werden Rückstände der Styrollösung aus durch Abdecken der Gräben entstandenen Hohlräumen entfernt.

Bezugszeichenliste

1

Arbeitsschicht

2

Grundschicht

3

Hohlraumschicht

4

Photoresist

5

Steg, erster Abschnitt der Arbeitsschicht

1

5

a durch die Oberfläche eines ersten Abschnitts der Ar beitsschicht

1

gebildeter Abschnitt der Arbeitsfläche

13

6

a durch die Oberfläche eines zweiten Abschnitts der Arbeits schicht

1

gebildeter Abschnitt der Arbeitsfläche

13

6

b zweiter Abschnitt der Arbeitsschicht

1

6

Graben

7

Hohlraum

8

Prozessflüssigkeit

9

Prozessschicht

10

Deckschicht

11

Aktive Prozessteilschicht

12

Passive Prozessteilschicht

13

Arbeitsfläche

14

Hilfsphotoresist

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen strukturierter Hohlräume (7) in Submikrometer-Abmessungen in einer Hohlraumschicht (3) einer Halbleitereinrichtung, umfassend die Schritte:

1. Vorsehen einer zunächst kompakten, zumindest abschnitts weise aus einem Arbeitsmaterial gebildeten Arbeits schicht (1) auf einer Grundschicht (2),
2. Aufbringen einer Prozessschicht (9) auf die kompakte Ar beitsschicht (1), wobei eine Doppelschicht aus der Ar beitsschicht (1) und der Prozessschicht (9) entsteht und die Prozessschicht (9) mindestens eine aus einem polyme risierbaren Prozessmaterial bestehende aktive Prozess teilschicht (11) aufweist,
3. Strukturieren der Doppelschicht, wobei mit mindestens dem Prozessmaterial bedeckte Stege (5) mit Submikrome ter-Abmessungen aus dem Arbeitsmaterial und zwischen den Stegen (5) Gräben (6) entstehen,
4. Steuern einer Polymerisation des Prozessmaterials, wobei auf das auf benachbarten Stegen (5) aufliegende Prozess material weiteres Material aufwächst, so dass zwischen den Stegen (5) liegende Gräben (6) überdeckt und Hohl räume (7) ausgebildet werden, und
5. Austreiben von Prozessrückständen aus den Hohlräumen (7).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grundschicht (2) als Ätzstopp-Schicht ausgebildet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Arbeitsmaterial ein leitfähiges Material ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gräben (6) bis zur Grundschicht (2) ausgebildet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Polymerisation als Pfropfpolymerisation gesteuert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die kompakte Arbeitsschicht (1) als homogene Schicht aus dem Arbeitsmaterial aufgebracht wird und das Strukturie ren der aus der Arbeits- und der Prozesschicht (1), (9) gebil deten Doppelschicht folgende Schritte umfasst:

1. Aufbringen eines Photoresists (4) auf der Prozessschicht (9),
2. Strukturieren des Photoresists (4),
3. Abbilden der Struktur des Photoresists (4) auf die Pro zessschicht (9) und
4. Abbilden der Struktur der Prozessschicht (9) auf die Arbeitsschicht (1).

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Photoresist (4) beim Strukturieren der Arbeits schicht (1) aufgebraucht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei das Prozessmaterial der Prozessschicht (9) ein amorpher Kohlenwasserstoff mit einem Bandabstand größer 2 eV ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Photoresist (4) nach dem Strukturieren des Photore sists (4) in seiner Ätzresistenz verstärkt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die kompakte Arbeitsschicht (1) erste Abschnitte (5) umfasst, die aus dem Arbeitsmaterial gebildet sind, sowie zwischen den ersten Abschnitten (5) angeordnete zweite Ab schnitte (6b), die aus einem Hilfsmaterial aufgebaut sind und das Strukturieren der aus der Arbeits- und der Prozessschicht (1), (9) gebildeten Doppelschicht folgende Schritte umfasst:

1. Strukturieren der Prozessschicht (9), wobei remanente Abschnitte des Prozessmaterials ausschließlich auf den von den Strukturen des Arbeitsmaterials gebildeten Ab schnitten (5a) der Oberfläche der Arbeitsschicht (1) verbleiben.
2. Entfernen des Hilfsmaterials

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Prozessmaterial ein positiver Polybenzoxazol- Photoresist ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Prozessschicht (9) als Prozessdoppelschicht aus ei ner aktiven Prozessteilschicht (11) aus einem polymerisierba ren Material und einer auf der aktiven Prozessteilschicht (11) aufliegenden passiven Prozessteilschicht (12) ausgeführt wird und das Strukturieren der aus Arbeits- und Prozess schicht (1), (9) bestehenden Doppelschicht folgende Schritte umfasst:

1. Aufbringen eines Hilfsphotoresists (14),
2. Strukturieren des Hilfsphotoresists (14) und
3. Abbilden der Struktur des Hilfsphotoresists (14) auf die Prozessschicht (9).

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Hilfsphotoresist (14) nach dem Strukturieren der Prozessschicht (9) entfernt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei die aktive Prozessteilschicht (11) einen Sensibilisator aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die passive Prozessteilschicht (12) eine Schicht aus amorphem Kohlenwasserstoff ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Hilfsphotoresist (14) nach seinem Strukturieren in seiner Ätzresistenz verstärkt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Steuern der Polymerisation folgende Schritte um fasst:

1. Auslösen der Polymerisation und
2. Fortführen der Polymerisation

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Auslösen und das Fortführen der Polymerisation so lange wiederholt wird, bis das sich durch die Polymerisation ausdehnende und auf benachbarten Stegen (5) der Arbeits schicht (1) aufliegende Prozessmaterial zwischen den Stegen (5) liegende Gräben (6) mit einer Weite kleiner als eine ma ximale Deckweite frei tragend überdeckt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei die Polymerisation durch Belichtung ausgelöst wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei die Polymerisation durch Radikalstarterverbindungen ausgelöst wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei zur Polymerisation beitragende Monomere in einer Lösung zugeführt werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei zur Polymerisation beitragende Monomere gasförmig zuge führt werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Austreiben von Prozessrückständen aus durch Polyme risation entstandenen Hohlräumen (7) bei einer ersten Tempe ratur erfolgt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die Polymerisation bei einer zweiten Temperatur abge schlossen wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 24, wobei die erste und die zweite Temperatur gleich sind.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei auf die polymerisierte Prozessschicht eine Deckschicht (10) aus einem Dielektrikum abgeschieden wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei als Dielektrikum ein Material vorgesehen wird, das ge meinsam mit dem Material der Prozessschicht (9) oder der Pro zessteilschichten (11, 12) entfernt werden kann.