DE10142224C2

DE10142224C2 - Verfahren zum Erzeugen von Hohlräumen mit Submikrometer-Abmessungen in einer Halbleitereinrichtung mittels eines Quellvorgangs

Info

Publication number: DE10142224C2
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: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: DE10142224A1; US6645850B2; US20030049914A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von in Sub mikrometer-Abmessungen strukturierten Hohlräumen in einer Hohlraumschicht einer Halbleitereinrichtung durch Inkorporie ren eines Quellagens durch ein quellfähiges Prozessmaterial, sowie eine mittels des Verfahrens hergestellte Anordnung mit in Submikrometer-Abmessungen strukturierten Hohlräumen in ei ner 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 Arbeitsschicht 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 der 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 Realisierung 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 Mitteln und Materialien geschaffen werden können. Dabei sol len 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 quellfähigen Prozess material 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 auf liegende Prozessmaterial aufquillt, so dass zwischen den Stegen liegende Gräben überdeckt und Hohlräume ausgebil det werden, und
6. Austreiben von Prozessrückständen aus den Hohlräumen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also eine zunächst kom pakte Arbeitsschicht auf einer Grundschicht aufgebracht. Da bei besteht die Arbeitsschicht entweder ausschließlich aus dem Arbeitsmaterial (homogene Arbeitsschicht) oder aus dem Arbeitsmaterial und einem Hilfsmaterial (vorstrukturierte Ar beitsschicht).

Die vorstrukturierte Arbeitsschicht wird aus ersten Abschnit ten aus dem Arbeitsmaterial und zwischen den ersten Abschnit ten 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 Pro zessmaterials oder auch aus mehreren Prozessteilschichten aufgebaut sein. Sie weist aber in jedem Fall mindestens eine aus einem quellfähigen Prozessmaterial bestehende aktive Pro zessteilschicht auf. Die aktive Prozessteilschicht liegt be vorzugt 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.

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

Anschließend wird eine Prozessflüssigkeit an das Prozessma terial herangeführt, die ein durch das Prozessmaterial in korporierbares Quellagens enthält.

In der Folge wird ein Quellen des Prozessmaterials gesteu ert. 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 dazwi schenliegende Gräben abgedeckt werden.

Der Quellvorgang wird abgebrochen, sobald das expandierende Prozessmaterial Gräben mit einer Weite kleiner einer maxima len 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 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.

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

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

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.

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 und einer darauf aufgebrachten Pro zessschicht aus. In einem ersten Schritt wird die Prozess schicht strukturiert und in einem zweiten Schritt die Struk tur der Prozessschicht in die Arbeitsschicht abgebildet.

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. In der vorstrukturierten Arbeitsschicht sind bereits erste Abschnitte aus dem Arbeitsmaterial und zwischen den ersten Abschnitten zweite Abschnitte, die aus dem Hilfmate rial 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 bevorzug terweise 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 Prozessteil schicht 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 Hilfsphotore sist in einer durch die vorstrukturierte Arbeitsschicht vor gegebenen Weise strukturiert.

Dabei verbleiben auf Abschnitten der der Arbeitsschicht ge genüberliegenden Oberfläche der Prozessschicht, die den er sten, vom Arbeitsmaterial gebildeten Abschnitten der Ar beitsschicht gegenüberliegen, remanente Abschnitte des Hilfsphotoresists.

Von Abschnitten der der Arbeitsschicht gegenüberliegenden Oberfläche der Prozessschicht, die den zweiten, vom Hilfsma terial gebildeten Abschnitten der Arbeitsfläche gegenüber liegen, wird der Hilfsphotoresist entfernt.

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

Anschließend wird die Struktur des Hilfsphotoresists in die Prozessschicht abgebildet.

Die passive Prozessteilschicht ist ein amorpher Kohlenwas serstoff, der die aktive Prozessteilschicht während des Ent wickelns des aufliegenden Hilfsphotoresists schützt und/oder ein anschließendes Quellen der aktiven Prozessteilschicht in einer vertikalen, zur Grundschicht senkrechten Richtung ver hindert.

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

Andernfalls werden die remanenten Abschnitte des Hilfsphoto resists flutbelichtet und gestrippt.

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 Materialien der Prozessschicht.

Ausgehend von einer solchen auf der Grundschicht befindli chen 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 Inkorpo rieren eines Quellagens im gesamten Volumen des Prozessmate rial, im Unterschied etwa zu einem Aufwachsen von Material an einer Oberfläche. Das Quellen wird abgebrochen, sobald das auf benachbarten Stegen aufliegende, expandierende Pro zessmaterial dazwischenliegende Gräben mit einer Weite klei ner einer maximalen Deckweite überdeckt.

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

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 bei einem größeren Abstand der benachbarten Ste ge Gräben durch expandierendes Prozessmaterial nicht abge deckt 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 aufgequolle ne Zustand des Prozessmaterials stabilisiert, d. h. das in korporierte Quellagens wird im gequollenen Prozessmaterial fixiert.

Die Fixierung kann durch kovalente wie auch durch nicht ko valente 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 chemi sche Reaktion erfolgen. Dabei kann, beispielsweise in einer Neutralisierungsreaktion, ein Salz ausgebildet werden, so dass das Quellagens durch ionische Wechselwirkungen im Gefü ge des Prozessmaterials fixiert wird. In diesem Fall enthält das Prozessmaterial geeignet ein Polymer, das saure oder ba sische Gruppen aufweist.

Schließlich kann das Quellagens auch durch kovalente Bindun gen im Gefüge des Prozessmaterials fixiert werden. Dazu um fasst das Prozessmaterial geeignet ein Polymer, das reaktive Gruppen aufweist, die mit einer entsprechenden reaktiven Gruppe am Quellagens unter Ausbildung einer kovalenten Bin dung reagieren können. Beispiele für reaktive Gruppen am Po lymer des Prozessmaterials sind Säureanhydridgruppen, insbe sondere 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 bevor zugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Materi al. 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 erforderli chen 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 Ent koppeln von aus Hohlraumschichten entwickelten Leiterbahn schichten.

In einer zweiten bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Prozessmaterial ein quellfähiges, im auf gequollenen 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 car bon- 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 phenoli sche Gruppen umfassen. Die phenolischen Gruppen weisen ein saures Proton auf und besitzen daher ebenfalls eine erhöhte Reaktivität. Sie können beispielsweise mit Silazanen reagie ren, 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 anhydridhal tige Resists verwendet. Diese lassen sich aus einem alkoho lisch-wässrigen Medium prozessieren. Derartige Resists wer den als CARL-Resists kommerziell angeboten. Die Carbonsäure anhydridgruppe kann beispielsweise unter Ausbildung eines Carbonsäureamids mit Aminen reagieren. In einem Heizschritt können diese Carbonsäureamide in Polyimide umgewandelt wer den, die gute dielektische Eigenschaften aufweisen.

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

Das Austreiben der Prozessrückstände aus den Hohlräumen er folgt durch Erhitzen der Halbleitereinrichtung auf eine dritte Temperatur, wodurch die Prozessrückstände in gasför miger Form durch die Prozessschicht getrieben werden.

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

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-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 Kontaktlö cher ätzen.

Als Material der Deckschicht ist aber auch Siliziumdioxid geeignet.

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

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

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

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Quellprozesses

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

Fig. 4 eine schematische Darstellung der wesentlichen Verfahrensschritte einer zweiten Ausführungsvari ante des erfindungsgemäßen Verfahrens

Im in Fig. 1 gezeigten Ausschnitt einer erfindungsgemäß hergestellten Anordnung besteht die Struktur der Hohlraumschicht 3 aus drei parallel verlaufenden Stegen 5 aus einem leitfähigen Material und zwei dazwischenliegenden Hohlräumen 7. Die Hohlräume 7 wer den unten von einer Grundschicht 2 und oben von einer poly merisierten Prozessschicht 9 abgeschlossen. In diesem Beispiel 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 darge stellt.

Fig. 2a zeigt eine Prozessschicht 9 aus einem Prozessmateri al auf einer Arbeitsschicht 1. Die Prozessschicht 9 wird zu nächst 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 Mate rial angewachsen sind.

Fig. 2c zeigt die Prozessschicht 9 auf der Arbeitsschicht 1, nachdem in der Prozessschicht 9 durch den das erfindungsge mäße 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 kom pakte, 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 ganz flächig eine aktive Prozessteilschicht 11 aus einem quellfä higen 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 Ver fahren 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 näch sten Verfahrensschritt wird die Struktur des Hilfsphotore sists 14 in die beiden Prozessteilschichten 11, 12 abgebil det. Dazu werden die freiliegenden Abschnitte der Prozess teilschichten 11, 12 beispielsweise mit einem Plasma wegge ätzt.

Fig. 3d zeigt das Schichtsystem nach dem Strukturieren der Prozessteilschichten 11, 12. Die remanenten Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 decken remanente Abschnitte der Pro zessteilschichten 11, 12 ab.

Anschließend wird die Struktur der Prozessteilschichten 11, 12 in die Arbeitsschicht 1 abgebildet, wodurch unter den re manenten Abschnitten der Prozessteilschichten 11, 12 Stege 5 und zwischen den Stegen 5 Gräben 6 entstehen.

In der Folge werden die remanenten Abschnitte des Hilfspho toresists 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 dop pelschichtigen Kappen aus dem quellfähigen Prozessmaterial der aktiven Prozessteilschicht 11 und dem Material der pas siven Prozessteilschicht 12 bedeckten Stegen 5 aus dem Ar beitsmaterial und den zwischen den Stegen 5 befindlichen Gräben 6 zusammen.

Das Schichtsystem wird mindestens bis zur Oberkante der ak tiven Prozessteilschicht 11 mit einer ein Quellagens enthal tenden Prozessflüssigkeit 8 bedeckt.

Über zur Grundschicht 2 vertikalen und nach dem Strukturie ren 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 re manenten Abschnitte der passiven Prozessteilschicht 12 ver hindern dabei zunächst ein Quellen in vertikaler Richtung, also senkrecht zur Grundschicht 2. Das am Quellvorgang be teiligte Quellagens ist in der Prozessflüssigkeit 8 enthal ten.

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 Prozessteil schicht 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 be finden.

Das Austreiben erfolgt bei einem nachfolgenden Heizschritt, bei dem gleichzeitig das expandierte Prozessmaterial aushär tet.

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 ei nem Dielektrikum aufgebracht wird, wie es in Fig. 1 darge stellt ist.

Dabei werden nicht abgedeckte Gräben 6 mit dem Dielektrikum der Deckschicht 10 gefüllt.

In Fig. 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren in einer zwei ten Variante dargestellt, wobei eine Arbeitsschicht 1 als kompakte, vorstrukturierte Arbeitsschicht auf einer Grund schicht 2 aufgebracht und das Aufquellen eines Prozessmate rials 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 Ar beitsmaterial und zwischen den ersten Abschnitten 5 zweite Abschnitte 6b aus einem Hilfsmaterial, jeweils in Submikro meter-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 ganz flächig eine aktive Prozessteilschicht 11 aus einem quellfä higen Prozessmaterial, eine passive Prozessteilschicht 12, beispielsweise aus einem amorphen Kohlenwasserstoff (a-C(H)- Schicht), und ein Hilfsphotoresist 14 aufgebracht. Es ent steht ein in Fig. 4b dargestelltes Schichtsystem.

Der Hilfsphotoresist 14 wird in einem lithographischen Ver fahren strukturiert. Das Strukturieren erfolgt dabei in ei ner Weise, dass remanente Abschnitte des Hilfsphotoresists 14 auf Abschnitten der Oberfläche der Prozessschicht 9 ver bleiben, die den aus den ersten Abschnitten 5 der Arbeits schicht 1 gebildeten Oberflächen 5a gegenüberliegen. Von Ab schnitten der Oberfläche der Prozessschicht 9, die den aus dem Hilfsmaterial gebildeten zweiten Abschnitten 6b der Ar beitsschicht 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 Pro zessteilschichten 11, 12 ab.

Anschließend wird das Hilfsmaterial aus den zweiten Ab schnitten 6b der Arbeitsschicht 1 entfernt, wodurch Stege 5 und Gräben 6 entstehen.

Danach werden die remanenten Abschnitte des Hilfsphotore sists 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 dop pelschichtigen Kappen aus dem quellfähigen Prozessmaterial der aktiven Prozessteilschicht 11 und dem Material der pas siven Prozesstellschicht 12 bedeckten Stegen 5 aus dem Ar beitsmaterial und den zwischen den Stegen 5 befindlichen Gräben 6 zusammen.

Anschließend wird das Schichtsystem mindestens bis zur Ober kante der aktiven Prozessteilschicht 11 mit einer ein Quel lagens 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 remanen te 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 Prozessteil schicht 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 be finden.

Es entsteht ein durch die Grundschicht 2, den Stegen 5 und den nicht abgedeckten Gräben 6, sowie expandierten Abschnit ten der aktiven Prozessschicht 11 gebildetes Relief, auf dem in einem weiteren Verfahrensschritt eine in Fig. 1 darge stellte 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 Grund schicht 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 Prozessmate rial 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 Pro zessteilschicht 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 Hilfsphoto resist aufgebracht. Der Hilfsphotoresist ist ein Elektronen strahlresist, der mittels eines üblichen lithographischen Verfahrens strukturiert wird.

Während des Entwickelns des Hilfsphotoresists ist der mal einanhydridreiche Photolack der aktiven Prozessteilschicht durch die zwischen dem Hilfsphotoresist und der aktiven Pro zessteilschicht befindliche passive Prozessteilschicht aus amorphen Kohlenwasserstoff geschützt.

Nach dem Entwickeln des Hilfsphotoresists werden die Struk turen des Hilfsphotoresists durch Ätzen im Sauerstoffplasma in die passive und die aktive Prozessteilschicht übertragen.

Danach wird das zwischen den Kupferstegen befindliche Sili ziumdioxid mit einer gepufferten Fluorwasserstofflösung her ausgeätzt, so dass auf der Siliziumnitridschicht mit drei schichtigen Kappen aus dem Prozessmaterial, der a-C:H- Schicht und dem Elektronenstrahlresist bedeckte, freistehen de Kupferstege und zwischen den Kupferstegen Gräben entste hen.

Anschließend werden die remanenten Abschnitte des Elektro nenstrahlresists flutbelichtet und im alkalischen Entwickler gestrippt.

Der Quellvorgang erfolgt als Silyliervorgang. Dazu wird der Siliziumwafer mindestens bis zur Oberkante der aktiven Pro zessteilschicht mit einer Silylierlösung als Prozessflüssig keit bedeckt.

An den durch das Ätzen im Sauerstoffplasma freigestellten, den Gräben zugewandten Oberflächen der aktiven Prozessteil schicht wird das Quellagens durch den maleinanhydridreichen Lack inkorporiert.

Dabei dehnt sich die aktive Prozessteilschicht aus und über deckt 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 maleinanhy dridreichen Lacks abgeschlossen. Zugleich werden Rückstände der Silylierlösung aus durch Abdecken der Gräben entstande nen 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 Polybenzoxa zol als Deckschicht abgeschieden. In der Folge können mit einem weiteren lithographischen Verfahren in üblicher Tech nik 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, 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. 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 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 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 Arbeitsschicht wird mit einem quellfähigen Prozessmate rial belackt. Das quellfähige Prozessmaterial bildet eine aktive Prozessteilschicht. Das Prozessmaterial ist ein mal einanhydridreicher CARL-Lack (Clariant SZ594-K1).

Auf der Prozessteilschicht wird ganzflächig ein Hilfsphoto resist aufgebracht. Der Hilfsphotoresist ist ein Elektronen strahlresist, der mittels eines lithographischen Verfahrens strukturiert wird.

Während des Entwickelns und eines gegebenfalls durchgeführ ten Silylierens und/oder Verstärkens des Hilfsphotoresists ist der maleinanhydridreiche Photolack der aktiven Pro zessteilschicht durch die zwischen dem Hilfsphotoresist und der aktiven Prozessteilschicht befindliche passive Pro zessteilschicht aus amorphen Kohlenwasserstoff geschützt.

Danach wird das zwischen den Kupferstegen befindliche Sili ziumdioxid mit einer gepufferten Fluorwasserstofflösung her ausgeätzt, so dass auf der Siliziumnitridschicht mit dreischichtigen Kappen aus dem Prozessmaterial, der a-C:H- Schicht und dem Elektronenstrahlresist bedeckte, freistehen de Kupferstege und zwischen den Kupferstegen Gräben entste hen.

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

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

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. 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 quell fähigen Prozessmaterial bestehende aktive Prozessteil schicht (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. 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 Hohl räume (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 Strukturie ren der aus der Arbeits- und der Prozesschicht (1), (9) ge bildeten Doppelschicht folgende Schritte umfasst:

1. Strukturieren der Prozessschicht (9) und
2. Abbilden der Struktur der Prozessschicht (9) auf die Ar beitsschicht (1).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die kompakte Arbeitsschicht (1) erste, aus dem Arbeits material gebildete Abschnitte (5) aufweist und zwischen den ersten Abschnitten (5) zweite, aus einem Hilfsmaterial gebil dete Abschnitte (6b) aufweist und das Strukturieren der aus der Arbeits- und der Prozessschicht (1), (9) gebildeten Dop pelschicht 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 Arbeits schicht (1) verbleiben.
2. Entfernen des Hilfsmaterials

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Prozessschicht (9) als Prozessdoppelschicht aus ei ner 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) ver bleibende remanente Abschnitte des Hilfsphotoresists (14) beim Abbilden der Struktur der Prozessschicht (9) in die Ar beitsschicht (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 aus gehärtet 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 auf weist.

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 Hohlräu men (7) bei einer dritten Temperatur erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 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 Pro zessschicht (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.