DE10142224A1

DE10142224A1 - Mittels eines Quellvorgangs erzeugte Hohlräume mit Submikrometer-Abmessungen in einer Halbleitereinrichtung

Info

Publication number: DE10142224A1
Application number: DE10142224A
Authority: DE
Inventors: Egon Mergenthaler; Rainer Leuschner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: US20030049914A1; US6645850B2; DE10142224C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von in Submikrometer-Abmessungen strukturierten Hohlräumen (7) in einer Hohlraumschicht (3) einer Halbleitereinrichtung, wobei auf den Stegen (5) einer von Stegen (5) und Gräben strukturierten Arbeitsschicht ein Prozessmaterial aufgebracht wird, das ein Quellagens inkorporiert, sich das dabei aufquellende Prozessmaterial über die Gräben ausdehnt und dadurch aus den Gräben Hohlräume (7) entstehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von in Submikrometer-Abmessungen strukturierten Hohlräumen in einer Hohlraumschicht einer Halbleitereinrichtung durch Inkorporieren eines Quellagens durch ein quellfähiges Prozessmaterial, sowie eine mittels des Verfahrens hergestellte Anordnung mit in Submikrometer-Abmessungen strukturierten Hohlräumen in einer Halbleitereinrichtung.
Innerhalb einer Halbleitereinrichtung sind Leiterbahnen sowohl innerhalb einer Leiterbahnschicht (Intralevel), als auch zwischen verschiedenen Leiterbahnschichten (Interlevel) kapazitiv miteinander verkoppelt. Eine solche kapazitive Kopplung zwischen Leiterbahnen führt zu Übersprechen und verlängerten Signallaufzeiten.
Um diese störenden Effekte gering zu halten, werden die Leiterbahnen bestmöglich voneinander entkoppelt, indem die Kapazität zwischen ihnen möglichst gering gehalten wird. Bei einem gegebenen Abstand zwischen zwei Leiterbahnen erfordert dies eine möglichst geringe Permittivität des Materials zwischen 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 voneinander 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 Arbeitsschicht voraus.
Aus den Stegen der Arbeitsschicht können funktional Leiterbahnen 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 Materialien wie Xerogelen oder Aerogelen gefüllt und anschließend mit einer Deckschicht aus einem Dielektrikum abgedeckt. Die in den Poren eingeschlossene Luft verringert die Gesamt- Permittivität des Materials zwischen den Leiterbahnen. Solche porösen Materialien befinden sich gegenwärtig in der Evaluierungsphase. Nachteilig an dieser Methode ist die Wasseraufnahme aufgrund der Kapillarwirkung in offenporösen Strukturen. Ferner erhöht die Füllung der Hohlräume mit dem Material der Xerogele und Aerogele die Permittivität des Hohlraums gegenüber einer reinen Luftfüllung.
Eine zweite Methode ist das Abdecken von Gräben durch konventionelle SiO₂-CVD-Prozesse (chemical vapour deposition) mit hoher Depositionsrate. Eine solcherart abgeschiedene SiO₂-Schicht neigt jedoch dazu, sich über den Gräben aufzuwölben (Hütchenbildung). Bei nachfolgenden CMP-Prozessen (chemical mechanical polishing) können durch Abtragen solcher Hütchen die darunter liegenden Hohlräume geöffnet und durch eine anschließende Metallisierung in diesen geöffneten Hohlräumen benachbarte Leiterbahnen kurzgeschlossen werden. Wird die SiO₂-Schicht in einer Mächtigkeit abgeschieden, die ein nachträgliches Öffnen der Hohlräume ausschließt, so ergibt sich das Problem, darunter liegende Leiterbahnen über hinreichend tiefe Durchkontaktierungen (Vias) zu kontaktieren.
Nach einer dritten Methode 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 US 96-631391 beschrieben. Dabei wird auf die durch Gräben und Stege strukturierte Leiterbahnschicht eine Folie aufgelegt. Eine solche Folie hat eine Mächtigkeit von mindestens mehreren Mikrometern, um sicher verarbeitet werden zu können. Dadurch ergeben sich wie oben große Abstände zwischen den Leiterbahnebenen, mit den beschriebenen Nachteilen bei der Durchkontaktierung mittels Vias.
Eine fünfte Methode ist die Retropolymerisation von Polynorbornen, das temporär die Hohlräume zwischen den Leiterbahnen füllt. Bei dieser Methode können unvermeidbare Rückstände der Retropolymerisation 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 der sechsten Methode, der thermischen Zersetzung einer temporären Füllung der Hohlräume zwischen den Leiterbahnen. Die bei der Zersetzung entstehenden Substanzen müssen durch die Deckschicht getrieben werden, was die Materialwahl einschränkt. Die unzersetzbaren Rückstände in den Hohlräumen erhöhen die Permittivität bzw. verringern die Kurzschlusssicherheit.
Nach einer siebten Methode wird auf den durch die Leiterbahnen gebildeten Stegen jeweils eine Schicht aus einem Dielektrikum aufgetragen, diese soweit angeschmolzen, dass sich diese Schichten über die Leiterbahn herauswölben und sich Auswölbungen des Dielektrikums eng benachbarter Leiterbahnen schließlich berühren und dazwischenliegende Gräben überbrücken.

Zur näheren Beschreibung der oben genannten Methoden wird auf die nachstehende Literatur verwiesen:
B. P. Shieh, et al., "Air-gap Formation During IMD Deposition to Lower Interconnect Capacitance", IEEE Electron Device Letters, Vol. 19, No. 1, pp. 16-18, Jan. 1998.
M. B. Anand, M. Yamada, H. Shibata, "NURA: A Feasible, Gas Dielectric Interconnect process", Symp. on VLSI Technology, pp. 82, 83, June 1996.
T. Ueda, et al., "A Novel Air Gap Integration Scheme for Multi-level Interconnects using Self Aligned Via Plugs", Symp. on VLSI Technolgy, pp. 46, 47, June 1998.
L. C. Bassmann, R. P. Vinci, B. P. Shieh, D.-K. Kim, J. P. McVittie, K. C. Saraswat, M. D. Deal; "Simulation of the Effect of Dielectric Air Gaps on Interconnect Reliability", Proc. Mater. Res. Soc. Symp., San Fransisco, pp. 323-328, 1997.
J. G. Fleming, E. Roherty-Osmum, "Use of Air-Gap Structures to Lower Intralevel Capacitance", Proc. DUMIC, pp. 139-145, 1997.
P. A. Kohl, B. F. Goodrich: "Airgaps zwischen Metall-Linien, oben und unten SiO₂ mit DK = 4,0 ergibt eine effektive DK von 2,8. Polynorbornen zwischen den Metallbahnen wird durch Retropolymersation nahezu vollständig entfernt", Mitteilung nach dem Meeting of the Electrochemical Society, San Diego, May 3-8, 1998.
D. B. Noddin, C. T. Rosenmayer; US 96-631391
A. R. Reinberg; US-Patent 5.599.745 "Method to Provide a Void between Adjacent Conducting Lines in a Semiconductor Device"

Zusammenfassend liegen die Nachteile der beschriebenen Methoden begründet in:

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

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem strukturierte Hohlräume mit Submikrometer-Abmessungen in einer Hohlraumschicht einer Halbleitereinrichtung mit in der Halbleiterprozesstechnik übllichen 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 umfassenden Verfahren gelöst:

1. Aufbringen einer zunächst kompakten, zumindest abschnittsweise aus einem Arbeitsmaterial gebildeten Arbeitsschicht auf einer Grundschicht,
2. Aufbringen einer Prozessschicht auf die kompakte Arbeitsschicht, wobei eine Doppelschicht aus der Arbeitsschicht und der Prozessschicht entsteht und die Prozessschicht mindestens eine aus einem quellfähigen Prozessmaterial bestehende aktive Prozessteilschicht aufweist,
3. Strukturieren der Doppelschicht, wobei mit mindestens dem Prozessmaterial bedeckte Stege mit Submikrometer- Abmessungen aus dem Arbeitsmaterial und zwischen den Stegen Gräben entstehen,
4. Aufbringen einer Prozessflüssigkeit, die ein durch das Prozessmaterial inkorporierbares Quellagens enthält,
5. Steuern eines Inkorporierens des Quellagens durch das Prozessmaterial, wobei das auf benachbarten Stegen aufliegende Prozessmaterial aufquillt, so dass zwischen den Stegen liegende Gräben überdeckt und Hohlräume ausgebildet werden, und
6. Austreiben von Prozessrückständen aus den Hohlräumen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also eine zunächst kompakte Arbeitsschicht auf einer Grundschicht aufgebracht. Dabei besteht die Arbeitsschicht entweder ausschließlich aus dem Arbeitsmaterial (homogene Arbeitsschicht) oder aus dem Arbeitsmaterial und einem Hilfsmaterial (vorstrukturierte Arbeitsschicht).

Die vorstrukturierte Arbeitsschicht wird aus ersten Abschnitten aus dem Arbeitsmaterial und zwischen den ersten Abschnitten befindlichen zweiten Abschnitten aus dem Hilfsmaterial gebildet.

Auf der Arbeitsschicht wird eine Prozessschicht aufgebracht, so dass eine Doppelschicht aus der Arbeitsschicht und der Prozessschicht entsteht.

Die Prozessschicht kann aus einer homogenen Schicht des Prozessmaterials oder auch aus mehreren Prozessteilschichten aufgebaut sein. Sie weist aber in jedem Fall mindestens eine aus einem quellfähigen Prozessmaterial bestehende aktive 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 entstehen mit mindestens dem Prozessmaterial bedeckte Stege aus einem Arbeitsmaterial, sowie zwischen den Stegen Gräben. Die Stege und die Gräben weisen Submikrometer-Abmessungen auf.

Bei einer vorstrukturierten Arbeitsschicht gehen die Stege aus den ersten, aus dem Arbeitsmaterial gebildeten Abschnitten und die Gräben aus den zweiten, aus dem Hilfsmaterial gebildeten Abschnitten hervor.

Anschließend wird eine Prozessflüssigkeit an das Prozessmaterial herangeführt, die ein durch das Prozessmaterial inkorporierbares Quellagens enthält.

In der Folge wird ein Quellen des Prozessmaterials gesteuert. Das Prozessmaterial expandiert durch Inkorporieren des Quellagens.

Die Expansion des Prozessmaterials erfolgt auch parallel zur Grundschicht. Auf benachbarten Stegen aufliegende Schichten des Prozessmaterials wachsen aufeinander zu, so dass dazwischenliegende Gräben abgedeckt werden.

Der Quellvorgang wird abgebrochen, sobald das expandierende Prozessmaterial Gräben mit einer Weite kleiner einer maximalen Deckweite frei tragend überdeckt. Gräben mit einer Weite größer der maximalen Deckweite bleiben geöffnet und werden im weiteren Prozessverlauf aufgefüllt.

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

Die Grundschicht wird in bevorzugter Weise als Ätzstopp- Schicht ausgebildet, die robust gegen ein Ätzen der Arbeitsschicht ist. Das Material der Arbeitsschicht kann in zu ätzenden 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.

Das Material der Arbeitsschicht ist bevorzugterweise ein leitfähiges Material, etwa Kupfer, um die Hohlraumschicht als Leiterbahnschicht auszubilden.

Wird dagegen mit der Hohlraumschicht eine kapazitive Entkopplung zweier Leiterbahnschichten bezweckt, dann wird als Material der Stege ein Dielektrikum niedriger Permittivität gewählt.

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

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

Ein erstes Verfahren geht von einer kompakten, homogen ausgeprägten Arbeitsschicht und einer darauf aufgebrachten Prozessschicht aus. In einem ersten Schritt wird die Prozessschicht strukturiert und in einem zweiten Schritt die Struktur der Prozessschicht in die Arbeitsschicht abgebildet.

Ein zweites Verfahren zum Strukturieren der aus der Arbeits- und der Prozessschicht gebildeten Doppelschicht geht von einer kompakten, aus dem Arbeitsmaterial und einem Hilfsmaterial in üblicher Technik vorstrukturierten Arbeitsschicht aus. In der vorstrukturierten Arbeitsschicht sind bereits erste Abschnitte aus dem Arbeitsmaterial und zwischen den ersten Abschnitten zweite Abschnitte, die aus dem Hilfmaterial gebildet werden, ausgeprägt. An der der Grundschicht gegenüberliegenden Oberfläche der Arbeitsschicht weist die Arbeitsschicht eine Arbeitsfläche auf, die abschnittsweise aus den Oberflächen der ersten und der zweiten Abschnitte der Arbeitsschicht gebildet wird.

Die Prozessschicht wird dann in einer Weise strukturiert, dass sie in remanenten Abschnitten auf von den Oberflächen der ersten, vom Arbeitsmaterial gebildeten Abschnitten der Arbeitsschicht verbleibt. Von den zweiten, vom Hilfsmaterial gebildeten Abschnitten der Oberfläche der Arbeitsschicht wird die Prozessschicht entfernt.

In beiden Verfahren wird zum Strukturieren der Doppelschicht aus Arbeits- und Prozessschicht die Prozessschicht bevorzugterweise in Form einer aktiven Prozessteilschicht aus einem quellfähigen Prozessmaterial und einer passiven, nicht quellbaren Prozessteilschicht vorgesehen. Dabei liegt die aktive Prozessteilschicht auf der Arbeitsschicht und die passive Prozessteilschicht auf der aktiven Prozessteilschicht auf.

Das Strukturieren erfolgt durch das Aufbringen, bildmäßigen Belichten und Entwickeln eines Hilfsphotoresists.

Im zweiten Verfahren zum Strukturieren der Doppelschicht aus der Arbeits- und der Prozessschicht wird der Hilfsphotoresist in einer durch die vorstrukturierte Arbeitsschicht vorgegebenen Weise strukturiert.

Dabei verbleiben auf Abschnitten der der Arbeitsschicht gegenüberliegenden Oberfläche der Prozessschicht, die den ersten, vom Arbeitsmaterial gebildeten Abschnitten der Arbeitsschicht gegenüberliegen, remanente Abschnitte des Hilfsphotoresists.

Von Abschnitten der der Arbeitsschicht gegenüberliegenden Oberfläche der Prozessschicht, die den zweiten, vom Hilfsmaterial gebildeten Abschnitten der Arbeitsfläche gegenüberliegen, wird der Hilfsphotoresist entfernt.

In bevorzugter Weise werden die remanenten Abschnitte des Hilfsphotoresist vor dem Abbilden der Struktur des Hilfsphotoresists in die Prozessschicht in ihrer Ätzresistenz verstärkt, um nicht vorzeitig aufgebraucht zu werden.

Anschließend wird die Struktur des Hilfsphotoresists in die Prozessschicht abgebildet.

Die passive Prozessteilschicht ist ein amorpher Kohlenwasserstoff, der die aktive Prozessteilschicht während des Entwickelns des aufliegenden Hilfsphotoresists schützt und/oder ein anschließendes Quellen der aktiven Prozessteilschicht in einer vertikalen, zur Grundschicht senkrechten Richtung verhindert.

Die remanenten Abschnitte des Hilfsphotoresists werden in bevorzugter Weise beim Abbilden der Struktur der Prozessschicht in die Arbeitsschicht aufgebraucht.

Andernfalls werden die remanenten Abschnitte des Hilfsphotoresists flutbelichtet und gestrippt.

Mit den oben beschriebenen Verfahren und Verfahrensvarianten wird also in der Arbeitsschicht eine Struktur in Submikrometer-Abmessungen, bestehend aus Stegen und Gräben, erzeugt. Dabei tragen die Stege Kappen aus dem oder den Materialien der Prozessschicht.

Ausgehend von einer solchen auf der Grundschicht befindlichen Struktur aus mindestens doppelschichtigen Stegen wird im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Quellen des Prozessmaterials gesteuert.

Beim Quellen des Prozessmaterials kommt es zu einem Inkorporieren eines Quellagens im gesamten Volumen des Prozessmaterial, im Unterschied etwa zu einem Aufwachsen von Material an einer Oberfläche. Das Quellen wird abgebrochen, sobald das auf benachbarten Stegen aufliegende, expandierende Prozessmaterial dazwischenliegende Gräben mit einer Weite kleiner einer maximalen Deckweite überdeckt.

Gräben mit einer Weite, die größer ist als die maximale Deckweite bleiben geöffnet.

Die kapazitive Kopplung zweier aus Stegen entwickelten Leiterbahnen ist abhängig von der Permittivität des die Leiterbahnen 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 zugelassen werden.

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

Nach Abbruch des eigentlichen Quellens wird der aufgequollene Zustand des Prozessmaterials stabilisiert, d. h. das inkorporierte Quellagens wird im gequollenen Prozessmaterial fixiert.

Die Fixierung kann durch kovalente wie auch durch nicht kovalente Bindungen erfolgen. So kann bereits eine Fixierung durch von der Waals Kräfte ausreichend sein, indem nach der Inkorporation des Quellagens die Temperatur abgesenkt wird.

Die Fixierung des Quellagens kann aber auch über eine chemische Reaktion erfolgen. Dabei kann, beispielsweise in einer Neutralisierungsreaktion, ein Salz ausgebildet werden, so dass das Quellagens durch ionische Wechselwirkungen im Gefüge des Prozessmaterials fixiert wird. In diesem Fall enthält das Prozessmaterial geeignet ein Polymer, das saure oder basische Gruppen aufweist.

Schließlich kann das Quellagens auch durch kovalente Bindungen im Gefüge des Prozessmaterials fixiert werden. Dazu umfasst das Prozessmaterial geeignet ein Polymer, das reaktive Gruppen aufweist, die mit einer entsprechenden reaktiven Gruppe am Quellagens unter Ausbildung einer kovalenten Bindung reagieren können. Beispiele für reaktive Gruppen am Polymer des Prozessmaterials sind Säureanhydridgruppen, insbesondere Carbonsäureanhydridgruppen, Epoxide, Isocyanatgruppe oder auch Halogenide, die als Abgangsgruppen wirken. Am Quellagens sind entsprechende, meist nucleophile Gruppen vorgesehen. Geeignet ist beispielsweise eine Aminogruppe oder eine Hydroxygruppe.

Das Material der Prozessschicht ist in einer ersten bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Material. das quellfähig, im aufgequollenen Zustand stabilisierbar und unterhalb einer ersten Temperatur pyrolisierbar ist.

Die erste Temperatur ist dabei in bevorzugter Weise eine Temperatur, die während eines folgenden, ohnehin erforderlichen Fertigungsschrittes der Halbleitereinrichtung, etwa dem Auftragen von Kupfer (Cu-Plating), erreicht wird.

Von einer Prozessschicht aus einem pyrolisierbaren Material abgedeckte Hohlräume werden bei einer thermischen Zersetzung der Prozessschicht in eine die Hohlraumschicht abdeckende Schicht hinein erweitert und verbessert das kapazitive Entkoppeln von aus Hohlraumschichten entwickelten Leiterbahnschichten.

In einer zweiten bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Prozessmaterial ein quellfähiges, im aufgequollenen Zustand stabilisierbares und unterhalb einer zweiten Temperatur härtbares Polymer.

Als Prozessmaterialien lassen sich Materialien verwenden, wie sie beispielsweise auch in Photoresists enthalten sind.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens umfasst das Prozessmaterial eine Polyimidvorstufe. Derartige Polymere lassen sich beispielsweise in einem Heizschritt aushärten.

Bevorzugt enthält das Prozessmaterial Verbindungen mit carbon- oder sulfonsäurehaltigen Gruppen. Diese Gruppen können durch ionische Wechselwirkungen beispielsweise Amine in Form von Ammoniumsalzen binden. Eine Polyimidvorstufe mit solchen sauren Gruppen wird beispielsweise von Toray angeboten.

Weiter sind auch Prozessmaterialien geeignet, die phenolische Gruppen umfassen. Die phenolischen Gruppen weisen ein saures Proton auf und besitzen daher ebenfalls eine erhöhte Reaktivität. Sie können beispielsweise mit Silazanen reagieren, wobei eine siliziumhaltige Gruppe über eine Ethergruppe an das Polymer gebunden wird. Geeignete Prozessmaterialien mit phenolischen Gruppen sind beispielsweise Novolake.

Besonders bevorzugt werden als Prozessmaterial anhydridhaltige Resists verwendet. Diese lassen sich aus einem alkoholisch-wässrigen Medium prozessieren. Derartige Resists werden als CARL-Resists kommerziell angeboten. Die Carbonsäureanhydridgruppe kann beispielsweise unter Ausbildung eines Carbonsäureamids mit Aminen reagieren. In einem Heizschritt können diese Carbonsäureamide in Polyimide umgewandelt werden, die gute dielektische Eigenschaften aufweisen.

Das Quellagens ist in besonders bevorzugter Weise ein Silylieragens, wie es beispielsweise in der EP 0395917B1 für die Nachverstärkung von Photoresists verwendet wird. Diese Silylieragentien reagieren rasch mit dem Prozessmaterial und ergeben gute Volumenzuwächse.

Das Austreiben der Prozessrückstände aus den Hohlräumen erfolgt durch Erhitzen der Halbleitereinrichtung auf eine dritte Temperatur, wodurch die Prozessrückstände in gasförmiger Form durch die Prozessschicht getrieben werden.

Bevorzugt erfolgen das Austreiben der Prozessrückstände aus den Hohlräumen und ein mögliches Aushärten eines die Prozessschicht bildenden Polymers gemeinsam bei einer gleichen Temperatur.

Auf die typischerweise nur 20-200 nm starke, polymerisierte Prozessschicht kann im weiteren Prozessverlauf eine Deckschicht aus einem Dielektrikum niedriger Permittivität aufgebracht werden. In bevorzugter Weise handelt es sich um ein organisches Dielektrikum. Ein solches kann etwa Polybenzoxazol, Polyarylether, Hydrogen-Silsesquioxan, 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 Kontaktlöcher ätzen.

Als Material der Deckschicht ist aber auch Siliziumdioxid geeignet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Halbleitereinrichtung erzeugt, die in einer Hohlraumschicht nahezu ideale Hohlräume aufweist. Die Hohlräume weisen eine geringstmögliche Permittivität auf. Aus solche Hohlräume begrenzenden Stegen entwickelte Leiterbahnen sind bestmöglich voneinander entkoppelt.

Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Anordnung in einer Halbleitereinrichtung, umfassend

- eine Grundschicht,
- eine sich darauf befindende Hohlraumschicht mit einer Struktur in Submikrometer-Abmessungen, bestehend aus Stegen aus einem Arbeitsmaterial und Hohlräumen und
- eine polymerisierte Prozessschicht, die auf den Stegen aufliegt, eine Stärke von weniger als 100 nm aufweist und die Hohlräume abdeckt.

In einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Anordnung bestehen die Stege aus einem leitfähigen Material und in wiederum bevorzugter Weise aus Kupfer.

Die Anordnung kann um eine Deckschicht niedriger Permittivität erweitert werden, die auf der polymerisierten Prozessschicht aufliegt. Durch die niedrige Permittivität der Deckschicht wird eine aus der Hohlraumschicht entwickelte erste Leiterbahnschicht von einer zweiten, in der Folge über der Deckschicht angeordneten Leiterbahnschicht entkoppelt.

Die Deckschicht besteht in bevorzugter Weise aus einem organischen Dielektrikum, so dass in der Folge, etwa beim Erzeugen von Durchkontaktierungen die Deckschicht und die Prozessschicht in einem gemeinsamen Arbeitsschritt bearbeitet werden können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Beispielen näher erläutert. In den Zeichnungen werden für einander entsprechende Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Quellprozesses
Fig. 3 eine schematische Darstellung der wesentlichen Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 4 eine schematische Darstellung der wesentlichen Verfahrensschritte einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens
Im in Fig. 1 gezeigten Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels besteht die Struktur der Hohlraumschicht 3 aus drei parallel verlaufenden Stegen 5 aus einem leitfähigen Material und zwei dazwischenliegenden Hohlräumen 7. Die Hohlräume 7 werden unten von einer Grundschicht 2 und oben von einer polymerisierten Prozessschicht 9 abgeschlossen. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich auf der Prozessschicht 9 eine Deckschicht 10 aus einem organischen Dielektrikum. Die Stege 5 und die Hohlräume 7 weisen Submikrometer-Abmessungen auf. Die Prozessschicht 9 weist eine Stärke von etwa 40-100 nm auf.
In Fig. 2 ist der das erfindungsgemäße Verfahren prägende Quellprozess im Gegensatz zu einem Verfahren mit Anwachsen von Material auf einer Schichtoberfläche schematisch dargestellt.
Fig. 2a zeigt eine Prozessschicht 9 aus einem Prozessmaterial auf einer Arbeitsschicht 1. Die Prozessschicht 9 wird zunächst ausschließlich von Abschnitten 15 gebildet.
Fig. 2b zeigt die Prozessschicht 9 auf der Arbeitsschicht 1, nachdem an von Abschnitten 15 gebildeten Oberflächen der Prozessschicht 9 neue Abschnitte 16 aus einem zweiten Material angewachsen sind.
Fig. 2c zeigt die Prozessschicht 9 auf der Arbeitsschicht 1, nachdem in der Prozessschicht 9 durch den das erfindungsgemäße Verfahren prägenden Quellprozess neue Abschnitte 16 im ganzen Volumen der Prozessschicht 9 zwischen die Abschnitte 15 eingebettet (inkorporiert) wurden.
In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Variante dargestellt, wobei eine Arbeitsschicht 1 als kompakte, homogene Arbeitsschicht 1 aus einem Arbeitsmaterial auf einer Grundschicht 2 aufgebracht wird.
Fig. 3a zeigt eine auf einer Grundschicht 2 aufgebrachte, homogene Arbeitsschicht 1.
Auf die Arbeitsschicht 1 werden nacheinander jeweils ganzflächig eine aktive Prozessteilschicht 11 aus einem quellfähigen Prozessmaterial, eine passive Prozessteilschicht 12 aus einem amorphen Kohlenwasserstoff (a-C(H)-Schicht) und ein Hilfsphotoresist 14 aufgebracht.
Es entsteht ein in Fig. 3b dargestelltes Schichtsystem aus Grundschicht 2, Arbeitsschicht 1, aktiver Prozessteilschicht 11, passiver Prozessteilschicht 12 und Hilfsphotoresist 14. Der Hilfsphotoresist 14 wird in einem lithographischen Verfahren strukturiert, wobei remanente Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 auf der passiven Prozessteilschicht 12 verbleiben.
Fig. 3c stellt das Schichtsystem mit einem strukturierten Hilfsphotoresist 14 dar.
Der Hilfsphotoresist 14 wird anschließend gegen den nächsten Verfahrensschritt in seiner Ätzresistenz verstärkt. Im nächsten Verfahrensschritt wird die Struktur des Hilfsphotoresists 14 in die beiden Prozessteilschichten 11, 12 abgebildet. Dazu werden die freiliegenden Abschnitte der Prozessteilschichten 11, 12 beispielsweise mit einem Plasma weggeätzt.
Fig. 3d zeigt das Schichtsystem nach dem Strukturieren der Prozessteilschichten 11, 12. Die remanenten Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 decken remanente Abschnitte der Prozessteilschichten 11, 12 ab.
Anschließend wird die Struktur der Prozessteilschichten 11, 12 in die Arbeitsschicht 1 abgebildet, wodurch unter den remanenten Abschnitten der Prozessteilschichten 11, 12 Stege 5 und zwischen den Stegen 5 Gräben 6 entstehen.
In der Folge werden die remanenten Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 entfernt.
Fig. 3e zeigt das Schichtsystem nach dem Strukturieren der Arbeitsschicht 1 und dem Entfernen des Hilfsphotoresists 14. In der Arbeitsschicht 1 sind Stege 5 und zwischen den Stegen 5 Gräben 6 entstanden.
Die Struktur auf der Grundschicht 2 setzt sich aus mit doppelschichtigen Kappen aus dem quellfähigen Prozessmaterial der aktiven Prozessteilschicht 11 und dem Material der passiven Prozessteilschicht 12 bedeckten Stegen 5 aus dem Arbeitsmaterial und den zwischen den Stegen 5 befindlichen Gräben 6 zusammen.
Das Schichtsystem wird mindestens bis zur Oberkante der aktiven Prozessteilschicht 11 mit einer ein Quellagens enthaltenden Prozessflüssigkeit 8 bedeckt.
Über zur Grundschicht 2 vertikalen und nach dem Strukturieren freiliegenden Oberflächen der aktiven Prozessteilschicht 11 inkorporiert das Prozessmaterial das Quellagens, so dass die aktive Prozessteilschicht 11 bevorzugt dort expandiert.
Wie in Fig. 3f dargestellt, beginnt sich das Prozessmaterial der aktiven Prozessteilschicht 11 parallel zur Grundschicht 2 auszudehnen und beginnend von den Oberflächen der Stege 5 aus angrenzende Gräben 6 zu überdecken. Die aufliegenden remanenten Abschnitte der passiven Prozessteilschicht 12 verhindern dabei zunächst ein Quellen in vertikaler Richtung, also senkrecht zur Grundschicht 2. Das am Quellvorgang beteiligte Quellagens ist in der Prozessflüssigkeit 8 enthalten.
Gräben mit einer Weite kleiner einer maximalen Deckweite werden, wie in Fig. 3g (rechts) dargestellt, abgedeckt. Aus den durch Abdecken von Gräben 6 entstandenen Hohlräume 7 wird die Prozessflüssigkeit 8 entfernt, indem sie gasförmig durch die expandierten Abschnitte der aktiven Prozessteilschicht 11 getrieben wird. Auf den expandierten Abschnitten der aktiven Prozessteilschicht können sich, wie in Fig. 3g durch die gestrichelte Umrandung angedeutet, noch Reste der remanenten Abschnitte der passiven Prozessteilschicht 12 befinden.
Das Austreiben erfolgt bei einem nachfolgenden Heizschritt, bei dem gleichzeitig das expandierte Prozessmaterial aushärtet.
Es entsteht ein durch die Grundschicht 2, die Stege 5 und nicht abgedeckten Gräben 6, sowie expandierten Abschnitten der aktiven Prozessschicht 11 gebildetes Relief, auf dem in einem weiteren Verfahrensschritt eine Deckschicht 10 aus einem Dielektrikum aufgebracht wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.
Dabei werden nicht abgedeckte Gräben 6 mit dem Dielektrikum der Deckschicht 10 gefüllt.
In Fig. 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren in einer zweiten Variante dargestellt, wobei eine Arbeitsschicht 1 als kompakte, vorstrukturierte Arbeitsschicht auf einer Grundschicht 2 aufgebracht und das Aufquellen eines Prozessmaterials in einer Lösung gesteuert wird.
Fig. 4a zeigt eine auf einer Grundschicht 2 aufgebrachte, zunächst noch kompakte, vorstrukturierte Arbeitsschicht 1. In der Arbeitsschicht 1 sind erste Abschnitte 5 aus dem Arbeitsmaterial und zwischen den ersten Abschnitten 5 zweite Abschnitte 6b aus einem Hilfsmaterial, jeweils in Submikrometer-Abmessungen, vorgesehen. 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 13 werden nacheinander jeweils ganzflächig eine aktive Prozessteilschicht 11 aus einem quellfähigen Prozessmaterial, eine passive Prozessteilschicht 12, beispielsweise 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 Weise, dass remanente Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 auf Abschnitten der Oberfläche der Prozessschicht 9 verbleiben, die den aus den ersten Abschnitten 5 der Arbeitsschicht 1 gebildeten Oberflächen 5a gegenüberliegen. Von Abschnitten der Oberfläche der Prozessschicht 9, die den aus dem Hilfsmaterial gebildeten zweiten Abschnitten 6b der Arbeitsschicht 1 gegenüberliegen, wird der Hilfsphotoresist 14 entfernt.
In Fig. 4c ist das Schichtsystem mit einem auf diese Weise strukturierten Hilfsphotoresist 14 dargestellt.
Der Hilfsphotoresist 14 wird anschließend gegen den nächsten Verfahrensschritt in seiner Ätzresistenz verstärkt und die Struktur des Hilfsphotoresists 14 durch Ätzen auf die beiden Prozessteilschichten 11, 12 abgebildet.
Fig. 4d zeigt das Schichtsystem nach dem Strukturieren der Prozessteilschichten 11, 12. Die remanenten Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 decken remanente Abschnitte der Prozessteilschichten 11, 12 ab.
Anschließend wird das Hilfsmaterial aus den zweiten Abschnitten 6b der Arbeitsschicht 1 entfernt, wodurch Stege 5 und Gräben 6 entstehen.
Danach werden die remanenten Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 entfernt.
Fig. 4e zeigt das Schichtsystem nach dem Entfernen des Hilfsmaterials und des Hilfsphotoresists 14.
Die Struktur auf der Grundschicht 2 setzt sich aus mit doppelschichtigen Kappen aus dem quellfähigen Prozessmaterial der aktiven Prozessteilschicht 11 und dem Material der passiven Prozessteilschicht 12 bedeckten Stegen 5 aus dem Arbeitsmaterial und den zwischen den Stegen 5 befindlichen Gräben 6 zusammen.
Anschließend wird das Schichtsystem mindestens bis zur Oberkante der aktiven Prozessteilschicht 11 mit einer ein Quellagens enthaltenden Prozessflüssigkeit 8 bedeckt.
An zur Grundschicht 2 vertikalen und nach dem Strukturieren frei liegenden Oberflächen der aktiven Prozessteilschicht 11 inkorporiert das Prozessmaterial das Quellagens.
Wie in Fig. 4f dargestellt, beginnt sich das Prozessmaterial der aktiven Prozessteilschicht 11 parallel zur Grundschicht 2 auszudehnen und beginnend von den Oberflächen der Stege 5 aus angrenzende Gräben 6 zu überdecken. Aufliegende remanente Abschnitte der passiven Prozessteilschicht 12 verhindern dabei ein Quellen in vertikaler Richtung, also senkrecht zur Grundschicht 2. Das am Quellvorgang beteiligte Quellagens ist in der Prozessflüssigkeit 8 enthalten.
Gräben mit einer Weite kleiner einer maximalen Deckweite werden, wie in Fig. 4g (rechts) dargestellt, abgedeckt. Aus den durch Abdecken von Gräben 6 entstandenen Hohlräume 7 wird die Prozessflüssigkeit 8 entfernt, indem sie gasförmig durch die expandierten Abschnitte der aktiven Prozessteilschicht 11 getrieben wird. Auf den expandierten Abschnitten der aktiven Prozessteilschicht können sich, wie in Fig. 4g durch die gestrichelte Umrandung angedeutet, noch Reste der remanenten Abschnitte der passiven Prozessteilschicht 12 befinden.
Das Austreiben erfolgt bei einem nachfolgenden Heizschritt, bei dem gleichzeitig das expandierte Prozessmaterial aushärtet.
Es entsteht ein durch die Grundschicht 2, den Stegen 5 und den nicht abgedeckten Gräben 6, sowie expandierten Abschnitten der aktiven Prozessschicht 11 gebildetes Relief, auf dem in einem weiteren Verfahrensschritt eine in Fig. 1 dargestellte Deckschicht 10 aus einem Dielektrikum aufgebracht wird.
Dabei werden nicht abgedeckte Gräben 6 mit dem Dielektrikum der in Fig. 1 dargestellten Deckschicht 10 gefüllt.

Beispiel 1 (zu Fig. 3)

Auf der Oberfläche eines Siliziumwafers wird eine Grundschicht aus Siliziumnitrid aufgebracht. Anschließend wird auf die Siliziumnitridschicht ganzflächig eine 200 nm starke Kupferschicht gesputtert. Die Kupferschicht entspricht einer kompakten, homogenen Arbeitsschicht.
Die Arbeitsschicht wird mit einem quellfähigen Prozessmaterial belackt. Das quellfähige Prozessmaterial bildet eine weniger als 100 nm starke aktive Prozessteilschicht. Das Prozessmaterial ist ein maleinanhydridreicher CARL-Lack (Clariant SZ594-K1).
Auf der aktiven Prozessteilschicht wird eine passive Prozessteilschicht aus einem amorphen Kohlenwasserstoff (a-C:H) aufgebracht. Die aktive und die passive Prozessteilschicht weisen zusammen eine Stärke von etwa 100 nm auf.
Auf der Prozessteilschicht wird ganzflächig ein Hilfsphotoresist aufgebracht. Der Hilfsphotoresist ist ein Elektronenstrahlresist, der mittels eines üblichen lithographischen Verfahrens strukturiert wird.
Während des Entwickelns des Hilfsphotoresists ist der maleinanhydridreiche Photolack der aktiven Prozessteilschicht durch die zwischen dem Hilfsphotoresist und der aktiven Prozessteilschicht befindliche passive Prozessteilschicht aus amorphen Kohlenwasserstoff geschützt.
Nach dem Entwickeln des Hilfsphotoresists werden die Strukturen des Hilfsphotoresists durch Ätzen im Sauerstoffplasma in die passive und die aktive Prozessteilschicht übertragen.
Danach wird das zwischen den Kupferstegen befindliche Siliziumdioxid mit einer gepufferten Fluorwasserstofflösung herausgeätzt, so dass auf der Siliziumnitridschicht mit dreischichtigen Kappen aus dem Prozessmaterial, der a-C:H- Schicht und dem Elektronenstrahlresist bedeckte, freistehende Kupferstege und zwischen den Kupferstegen Gräben entstehen.
Anschließend werden die remanenten Abschnitte des Elektronenstrahlresists flutbelichtet und im alkalischen Entwickler gestrippt.
Der Quellvorgang erfolgt als Silyliervorgang. Dazu wird der Siliziumwafer mindestens bis zur Oberkante der aktiven Prozessteilschicht mit einer Silylierlösung als Prozessflüssigkeit bedeckt.
An den durch das Ätzen im Sauerstoffplasma freigestellten, den Gräben zugewandten Oberflächen der aktiven Prozessteilschicht wird das Quellagens durch den maleinanhydridreichen Lack inkorporiert.
Dabei dehnt sich die aktive Prozessteilschicht aus und überdeckt die angrenzende Gräben.
Im Anschluss wird der Siliziumwafer mit Cyclohexan gespült und für 20 Minuten im Vakuum auf 200 Grad Celsius geheizt.
Durch das Heizen wird eine Polymerisation des maleinanhydridreichen Lacks abgeschlossen. Zugleich werden Rückstände der Silylierlösung aus durch Abdecken der Gräben entstandenen Hohlräumen entfernt.
Eine Inspektion mit dem REM (Röntgen-Elektronenstrahl- Mikroskop) ergibt, dass die 100 nm weiten Gräben durch die ausgehärtete aktive Prozessteilschicht abgedeckt, und damit aus den Gräben Hohlräume entstanden sind.
Über die polymerisierte Prozessschicht wird ein Polybenzoxazol als Deckschicht abgeschieden. In der Folge können mit einem weiteren lithographischen Verfahren in üblicher Technik Kontaktlöcher zu den Kupferstegen geätzt werden, da das Material der ausgehärteten 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, bestehend aus der polymerisierten Prozessschicht und der Deckschicht, abgeschlossen.
Auf einer funktionalen Ebene des Siliziumwafers werden in gleicher Weise weitere funktionale Ebenen angeordnet.

Beispiel 2 (zu Fig. 4)

Auf der Oberfläche eines Siliziumwafers wird eine Siliziumnitridschicht als Grundschicht aufgebracht. Auf der Siliziumnitridschicht wird weiter eine 200 nm starke Siliziumdioxidschicht abgeschieden und mittels Elektronenstrahllithographie strukturiert. Dabei entstehen in der Siliziumdioxidschicht 100 nm breite und 200 nm tiefe, bis zur Siliziumnitridschicht 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 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 gegenüberliegenden Oberfläche der Arbeitsschicht ist eine Arbeitsfläche ausgebildet, die sich abschnittsweise aus den Oberflächen der Stege aus Kupfer und den Oberflächen der mit Siliziumdioxid gefüllten Gräben zusammensetzt.
Die Arbeitsschicht wird mit einem quellfähigen Prozessmaterial belackt. Das quellfähige Prozessmaterial bildet eine aktive Prozessteilschicht. Das Prozessmaterial ist ein maleinanhydridreicher CARL-Lack (Clariant SZ594-K1).
Auf der aktiven Prozessteilschicht wird eine passive Prozessteilschicht aus einem amorphen Kohlenwasserstoff (a-C:H) aufgebracht. Die aktive und die passive Prozessteilschicht weisen zusammen eine Stärke von etwa 100 nm auf.
Auf der Prozessteilschicht wird ganzflächig ein Hilfsphotoresist aufgebracht. Der Hilfsphotoresist ist ein Elektronenstrahlresist, der mittels eines lithographischen Verfahrens strukturiert wird.
Während des Entwickelns und eines gegebenfalls durchgeführten Silylierens und/oder Verstärkens des Hilfsphotoresists ist der maleinanhydridreiche Photolack der aktiven Prozessteilschicht durch die zwischen dem Hilfsphotoresist und der aktiven Prozessteilschicht befindliche passive Prozessteilschicht aus amorphen Kohlenwasserstoff geschützt.
Nach dem Entwickeln des Hilfsphotoresists werden die Strukturen des Hilfsphotoresists durch Ätzen im Sauerstoffplasma in die passive und die aktive Prozessteilschicht übertragen.
Danach wird das zwischen den Kupferstegen befindliche Siliziumdioxid mit einer gepufferten Fluorwasserstofflösung herausgeätzt, so dass auf der Siliziumnitridschicht mit dreischichtigen Kappen aus dem Prozessmaterial, der a-C:H- Schicht und dem Elektronenstrahlresist bedeckte, freistehende Kupferstege und zwischen den Kupferstegen Gräben entstehen.
Anschließend werden die remanenten Abschnitte des Elektronenstrahlresists flutbelichtet und im alkalischen Entwickler gestrippt.
Der Quellvorgang erfolgt als Silyliervorgang. Dazu wird der Siliziumwafer mindestens bis zur Oberkante der aktiven Prozessteilschicht mit einer Silylierlösung als Prozessflüssigkeit bedeckt.
An den durch das Ätzen im Sauerstoffplasma freigestellten, den Gräben zugewandten Oberflächen der aktiven Prozessteilschicht wird das Quellagens durch den maleinanhydridreichen Lack inkorporiert.
Dabei dehnt sich die aktive Prozessteilschicht aus und überdeckt die angrenzende Gräben.
Im Anschluss wird der Siliziumwafer mit Cyclohexan gespült und im Vakuum für 20 Minuten auf 200 Grad Celsius geheizt.
Durch das Heizen wird eine Polymerisation des maleinanhydridreichen Lacks abgeschlossen. Zugleich werden Rückstände der Silylierlösung aus durch Abdecken der Gräben entstandenen Hohlräumen entfernt. Bezugszeichenliste 1 Arbeitsschicht
2 Grundschicht
3 Hohlraumschicht
4 Photoresist
5 Steg, erster Abschnitt der Arbeitsschicht 1
5a durch die Oberfläche eines ersten Abschnitts der Arbeitsschicht 1 gebildeter Abschnitt der Arbeitsfläche 13
6a durch die Oberfläche eines zweiten Abschnitts der Arbeitsschicht 1 gebildeter Abschnitt der Arbeitsfläche 13
6b 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
15 Erster Abschnitte der Prozessschicht
16 Zweiter Abschnitte der Prozessschicht

Claims

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

1. Aufbringen einer zunächst kompakten, zumindest abschnittsweise aus einem Arbeitsmaterial gebildeten Arbeitsschicht (1) auf einer Grundschicht (2),

2. Aufbringen einer Prozessschicht (9) auf die kompakte Arbeitsschicht (1), wobei eine Doppelschicht aus der Arbeitsschicht (1) und der Prozessschicht (9) entsteht und die Prozessschicht (9) mindestens eine aus einem quellfähigen Prozessmaterial bestehende aktive Prozessteilschicht aufweist,

3. Strukturieren der Doppelschicht, wobei mit mindestens dem Prozessmaterial bedeckte Stege (5) mit Submikrometer-Abmessungen aus dem Arbeitsmaterial und zwischen den Stegen (5) Gräben (6) entstehen,

4. Aufbringen einer Prozessflüssigkeit (8), die ein durch das Prozessmaterial inkorporierbares Quellagens enthält,

5. Steuern eines Inkorporierens des Quellagens durch das Prozessmaterial, wobei das auf benachbarten Stegen (5) aufliegende Prozessmaterial aufquillt, so dass zwischen den Stegen (5) liegende Gräben (6) überdeckt und Hohlräume (7) ausgebildet werden, und

6. 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 kompakte Arbeitsschicht (1) als homogene Schicht aus dem Arbeitsmaterial aufgebracht wird und das Strukturieren der aus der Arbeits- und der Prozesschicht (1), (9) gebildeten Doppelschicht folgende Schritte umfasst:

1. Strukturieren der Prozessschicht (9) und

2. Abbilden der Struktur der Prozessschicht (9) auf die Arbeitsschicht (1).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die kompakte Arbeitsschicht (1) erste, aus dem Arbeitsmaterial gebildete Abschnitte (5) aufweist und zwischen den ersten Abschnitten (5) zweite, aus einem Hilfsmaterial gebildete Abschnitte (6b) aufweist 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 ersten Abschnitten (5) der Arbeitsschicht (1) gebildeten Abschnitten (5a) der Oberfläche der Arbeitsschicht (1) verbleiben.

2. Entfernen des Hilfsmaterials

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Prozessschicht (9) als Prozessdoppelschicht aus einer aktiven Prozessteilschicht (11) aus einem quellfähigen Material und einer auf der aktiven Prozessteilschicht (11) aufliegenden passiven Prozessteilschicht (12) vorgesehen wird und das Strukturieren der aus Arbeits- und Prozessschicht (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).

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die passive Prozessteilschicht (12) eine Schicht aus amorphen Kohlenwasserstoff ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei nach dem Strukturieren des Hilfsphotoresists (14) verbleibende remanente Abschnitte des Hilfsphotoresists (14) beim Strukturieren der Arbeitsschicht (1) entfernt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Prozessmaterial ein pyrolisierbares Material ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das pyrolisierbare Material bei einer ersten Temperatur pyrolisiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Prozessmaterial ein härtbares Polymer ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das härtbare Polymer bei einer zweiten Temperatur ausgehärtet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Prozessmaterial eine Polyimidvorstufe ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Prozessmaterial Carbonsäureanhydridgruppen aufweist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Quellagens ein Silylieragens ist.

17. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Austreiben von Prozessrückständen aus den Hohlräumen (7) bei einer dritten Temperatur erfolgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 17, wobei die zweite und die dritte Temperatur gleich sind.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei nach dem Austreiben der Prozessrückstände auf die Prozessschicht (9) eine Deckschicht (10) aus einem Dielektrikum abgeschieden wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Dielektrikum aus einem Material vorgesehen wird, das gemeinsam mit dem Material der Prozessschicht (9) oder der Prozessteilschichten (11, 12) entfernt werden kann.

21. Anordnung in einer Halbleitereinrichtung, umfassend

1. eine Grundschicht (2),

2. eine sich darauf befindende Hohlraumschicht (3) mit einer Struktur in Submikrometer-Abmessungen, bestehend aus Stegen (5) aus einem Arbeitsmaterial und Hohlräumen (7) und

3. einer weniger als 100 Nanometer starken Prozessschicht (9) aus einem ausgehärteten Polymer, die auf den Stegen (5) aufliegt und die Hohlräume (7) abdeckt.

22. Anordnung nach Anspruch 21, wobei das Arbeitsmaterial Kupfer ist.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei das Material einer die Prozessschicht (9) abdeckenden Deckschicht (10) ein Dielektrikum niedriger Permittivität ist.

24. Anordnung nach Anspruch 23, wobei das Dielektrikum ein organisches Dielektrikum ist.