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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
und betrifft im spezielleren ein Verfahren zum Bilden einer Doppel-Damaszener-Struktur.
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In den letzten Jahren sind Verdrahtungsstrukturen
von Halbleitervorrichtungen mit einem Doppel-Damaszener-Verfahren
gebildet worden, bei dem eine Durchgangsöffnung bzw. ein Kontaktloch (Verbindungsöffnung)
und ein Graben (Verdrahtungsgraben) in integraler Weise gebildet
werden. Wie zum Beispiel in der japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 2002-203898 beschrieben, ist ein zuerst das Kontaktloch bildendes
Verfahren, bei dem das Kontaktloch vor dem Graben gebildet wird,
gegenüber
einem zuerst den Graben bildenden Verfahren dahingehend vorteilhaft,
daß ein
ausreichender Öffnungsrand
bzw. Öffnungszugabe
selbst dann sichergestellt ist, wenn es zu einer Abweichung des
Grabens gegenüber
dem Kontaktloch kommt.
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Bei dem zuerst das Kontaktloch bildenden Verfahren
ist es jedoch zum Verhindern einer Beschädigung einer Cu-Zwischenverbindung
durch das Ätzen
bei der Grabenbildung notwendig, das Kontaktloch mit einem Füllmaterial,
wie zum Beispiel einem Resist oder einer organischen Antireflexions-Beschichtung
oder dergleichen, in der nachfolgend beschriebenen Weise zu füllen.
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Die 5A bis 5G zeigen Schnittdarstellungen
zur Erläuterung
eines herkömmlichen
Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung.
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Wie in 5A gezeigt
ist, wird zuerst eine Zwischenlagen-Isolierschicht 2 derart
gebildet, daß sie
eine Cu-Zwischenverbindung 1 überdeckt. Wie in 5B gezeigt ist, wird dann
ein Kontaktloch 3 durch ein photolithographisches Verfahren
und Ätzen durch die
Zwischenlagen-Isolierschicht 2 hindurch gebildet. Wie in 5C gezeigt ist, wird dann
ein Füllelement auf
der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 einschließlich des
Inneren des Kontaktlochs 3 durch Schleuderbeschichtung
oder dergleichen gebildet.
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Anschließend erfolgt ein Rückätzen des
Füllelements 21,
wie dies in 5D gezeigt
ist. Danach wird eine Resiststruktur 22 auf der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 gebildet,
wie dies in 5E dargestellt
ist. Anschließend
wird in der in 5F dargestellten
Weise ein Graben 23 durch Ätzen gebildet, und zwar unter
Verwendung der Resiststruktur 22 als Maske.
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Anschließend werden die Resiststruktur 22 und
das Füllelement 21 in
der in 5G dargestellten
Weise entfernt. Danach wird ein Verdrahtungsmaterial, wie zum Beispiel
Cu oder dergleichen, in dem Graben 23 und dem Kontaktloch 3 versenkt,
um eine Verdrahtungsstruktur zu bilden.
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Bei dem vorstehend erläuterten
herkömmlichen
Verfahren, bei dem das Füllelement 21 durch Schleuderbeschichtung
gebildet wird, ist ein Rückätzen des
Füllelements 21 erforderlich.
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Es ist jedoch schwierig, eine Dicke
des Füllelements 21 in
einem Rückätzschritt
exakt zu steuern, wobei dies zu einem Problem dahingehend führt, daß die Höhe des Füllelements 21 innerhalb
des Substrats variiert und eine Höhe des Grabenbildungs-Resist 22 entsprechend
variiert, wie dies in 6A dargestellt
ist.
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Wenn in einem derartigen Zustand
ein photolithographisches Verfahren ausgeführt wird, kommt es zu Unterschieden
zwischen den Öffnungsbreiten A
der Resiststruktur 22, wie dies in 6B gezeigt ist, wobei infolgedessen die
Abmessungen einer Grabenzwischenverbindung variieren.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht in der Überwindung
der vorstehend beschriebenen Probleme sowie in der Angabe eines
neuartigen und nützlichen
Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung.
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Im spezielleren besteht ein Ziel
der vorliegenden Erfindung in einer verbesserten Steuerbarkeit einer
Abmessung einer Grabenbildungs-Resiststruktur.
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Erreicht werden die vorstehend genannten Ziele
der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen einer
Halbleitervorrichtung, wie es im Anspruch 1 angegeben ist.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung wird bei dem Verfahren zuerst ein Kontaktloch gebildet,
das eine darunter liegende Zwischenverbindung durch eine Zwischenlagen-Isolierschicht
hindurch erreicht, die die darunter liegende Zwischenverbindung überdeckt.
Als Nächstes
wird ein leitfähiges
polymeres Element durch Elektrolyse in dem Kontaktloch gebildet.
Anschließend
wird eine Resiststruktur auf der Zwischenlagen-Isolierschicht gebildet.
Schließlich
wird ein mit dem Kontaktloch verbundener Graben durch Ätzen gebildet,
wobei die Resiststruktur als Maske verwendet wird.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung und Weiterbildungen
der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen
mehrerer Ausführungsbeispiele noch
näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen:
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1A bis 1F Schnittansichten zur Erläuterung
eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2A bis 2G Schnittansichten zur Erläuterung
eines Prozesses einer Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels;
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3A bis 3F Schnittansichten zur Erläuterung
eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4A bis 4E Schnittansichten zur Erläuterung
eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5A bis 5G Schnittansichten zur Erläuterung
eines herkömmlichen
Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung; und
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6A und 6B Schnittansichten zur Erläuterung
einer Dimensionsänderung
bei einer Resiststruktur bei einem herkömmlichen Herstellungsverfahren.
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Im folgenden werden Prinzipien und
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen
beschrieben. Dabei sind diejenigen Elemente und Schritte, die mehreren
Zeichnungen gemeinsam sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet,
so daß eine
redundante Beschreibung derselben entfallen kann.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Die 1A bis 1F zeigen Schnittdarstellungen
zur Erläuterung
eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Genauer gesagt, es veranschaulichen
die 1A bis 1F ein Verfahren zum Bilden
einer Doppel-Damaszener-Struktur durch ein zuerst ein Kontaktloch
bildendes Verfahren.
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Wie in 1A gezeigt
ist, wird zuerst eine Cu-Zwischenverbindung als unten liegende Zwischenverbindung
(als untere Lage vorgesehene Zwischenverbindung) auf einem nicht
gezeigten Substrat gebildet, und eine Zwischenlagen-Isolierschicht 2 wird über dem
gesamten Substrat in die Cu-Zwischenverbindung 1 überdeckender
Weise gebildet.
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Wie in 1B gezeigt
ist, wird nach der Bildung einer nicht gezeigten Resiststruktur
auf der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 durch eine photolithographisches
Verfahren ein Durchgangsloch oder Kontaktloch 3 durch die
Zwischenlagen-Isolierschicht 2 hindurch in die obere Oberfläche der
Cu-Zwischenverbindung 1 erreichender Weise durch Ätzen gebildet,
wobei die Resiststruktur als Maske verwendet wird. Die Resiststruktur
wird anschließend
entfernt.
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Wie in 1C gezeigt
ist, wird anschließend ein
leitfähiges
polymeres Element 4 nur in dem Kontaktloch 3 durch
Elektrolyse gebildet. Das Vergraben bzw. Einbetten des leitfähigen polymeren
Elements 4 wird an der oberen Oberfläche der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 durch
Einstellen der Elektrolysezeit gestoppt. Zum Beispiel wird das leitfähige polymere
Element 4 aus einem leitfähigen Polymer gebildet, wie
zum Beispiel einem Anilin-, Pyrrol- oder Thiophen-Polymer. Das Pyrrol-Polymer
wird gebildet durch Elektrolysieren eines Pyrrol-Monomers von 0,14
mol/l und einem p-Toluensulfonat von 0,05 mol/l in einer Propylencarbonatlösung als
Elektrolyt.
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Wie in 1D gezeigt
ist, wird dann eine Grabenbildungs-Resiststruktur 5 durch
ein photolithographisches Verfahren auf der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 gebildet.
Im Gegensatz zu dem herkömmlichen
Fall ist es zu diesem Zeitpunkt nicht notwendig, ein Rückätzen des
leitfähigen
polymeren Elements 4 durchzuführen, da die obere Oberfläche des
leitfähigen
polymeren Elements 4 bündig
mit der oberen Oberfläche
der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 ist, d.h. mehrere leitfähige polymere
Elemente 4 haben innerhalb des Substrats die gleiche Höhe.
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Dieses Herstellungsverfahren ist
somit frei von den Problemen, daß die Dicke der Resistschicht auf
Grund der Schwierigkeit des Steuerns der Höhe des leitfähigen polymeren
Elements 4 variiert und daß die Abmessungen der Resiststruktur 5 variieren.
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Wie in 1E gezeigt
ist, wird dann ein Graben 6 für eine eine obere Lage bildende
Zwischenverbindung durch Ätzen
der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 und des leitfähigen polymeren
Elements 4 unter Verwendung der Resiststruktur 5 als
Maske gebildet.
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Anschließend werden die Resiststruktur 5 und
das leitfähige
polymere Element 4 in der in 1F dargestellten
Weise entfernt. Danach wird ein Verdrahtungsmaterial, wie zum Beispiel
Cu oder dergleichen, in dem Graben 6 und dem Kontaktloch 3 versenkt,
so daß eine
Doppel-Damaszener-Struktur vervollständigt wird.
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Wie vorstehend beschrieben, wird
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
nach der Bildung eines Kontaktlochs 3 ein leitfähiges polymeres
Element 4 durch Elektrolyse in dem Kontaktloch 3 eingebettet. Da
das leitfähige
polymere Element 4 nur in dem Kontaktloch 3 gebildet
wird, d.h. nicht auf der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 gebildet
wird, ist ein Rückätzen des
Füllelements
wie im herkömmlichen Fall
nicht notwendig. Die Anzahl der Herstellungsschritte läßt sich
somit vermindern, und die Herstellungskosten für eine Halbleitervorrichtung
lassen sich im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall reduzieren.
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Da ein Steuern des Rückätzbetrages
des leitfähigen
polymeren Elements 4 nicht notwendig ist, kann die dimensionsmäßige Schwankung
der Grabenbildungs-Resiststruktur 5 auf Grund von Ungleichmäßigkeiten
in dem Rückätzbetrag
reduziert werden. Das heißt,
die Steuerbarkeit der Dimensionen der Grabenbildungs-Resiststruktur 5 wird
erhöht. Im
vorliegenden Fall wurde festgestellt, daß es möglich geworden ist, die dimensionsmäßigen Schwankungen
der Linie einer 0,14-μm-Linien-/Raum-Struktur
von 0,14 ± 0,02 μm auf 0,14 ± 0,01 μm zu verringern.
Die Verwendung der Resiststruktur 5, die mit einer solchen
verbesserten dimensionsmäßigen Steuerbarkeit
ausgebildet ist, ermöglicht
die Bildung des Grabens 6 und somit einer Doppel-Damaszener-Struktur
mit hoher Genauigkeit.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel
wird das leitfähige
polymere Element 4 in dem Kontaktloch 3 derart
eingebettet oder versenkt, daß die
obere Oberfläche
des leitfähigen
polymeren Elements 4 mit der oberen Oberfläche der
Zwischenlagen-Isolierschicht 2 bündig ist.
Die Position der oberen Oberfläche
des leitfähigen
polymeren Elements 4 (d.h. die Höhe des leitfähigen polymeren
Elements 4) läßt sich jedoch
durch Steuern der Bedingungen, wie zum Beispiel der Zeit oder dergleichen,
des Elektrolysevorgangs in einfacher Weise steuern.
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Es ist auch möglich, die Höhe des in
dem Kontaktloch 3 versenkten leitfähigen polymeren Elements 4 durch
Rückätzen des
durch Elektrolyse gebildeten. leitfähigen polymeren Elements 4 zu
vermindern.
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Eine Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels
wird im folgenden beschrieben. Die 2A bis 2G zeigen Schnittdarstellungen
zur Erläuterung eines
Prozesses für
eine Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels.
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Diese Modifizierung ist im wesentlichen
mit dem ersten Ausführungsbeispiel
identisch und unterscheidet sich von diesem in folgenden Punkten.
Bei dieser Modifizierung wird nach der Bildung eines leitfähigen polymeren
Elements 4 in einem Kontaktloch 3 durch Elektrolyse
in der in 2C gezeigten
Weise eine organische Antireflexions-Beschichtung 8 auf der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 und
dem leitfähigen
polymeren Element 4 gebildet, wie dies in 2D gezeigt ist. Danach wird eine Grabenbildungs-Resiststruktur 5 auf
der organischen Antireflexions-Beschichtung gebildet, wie dies in 2E dargestellt ist.
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Dabei kann die organische Antireflexions-Beschichtung 8 bei
der Bildung der Resiststruktur 5 durch ein photolithographisches
Verfahren als Antireflexions-Beschichtung verwendet werden. Die Steuerbarkeit
der Abmessungen der Resiststruktur 5 läßt sich somit verbessern, und
der Graben 6 läßt sich
somit mit noch höherer
Genauigkeit als bei dem ersten Ausführungsbeispiel herstellen.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Die 3A bis 3F zeigen Schnittdarstellungen
eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Ähnlich
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
wird zuerst eine Zwischenlagen-Isolierschicht 2 in
die Cu-Zwischenverbindung 1 überdeckender Weise gebildet,
und ein Kontaktloch 3 wird durch die Zwischenlagen-Isolierschicht 2 hindurch
gebildet, wie dies in den 3A und 3B zu sehen ist.
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Wie in 3C zu
sehen ist, wird dann ein leitfähiges
polymeres Element 9, das eine Funktion einer Antireflexions-Beschichtung
hat, in dem Kontaktloch 3 und auf der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 durch
Elektrolyse gebildet. Das leitfähige
polymere Element 9 ist aus einem Material hergestellt,
das KrF-Excimerlaser-Licht absorbiert, wie zum Beispiel ein Anthrazen-Derivat.
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Wie in 3D gezeigt
ist, wird anschließend eine
Resiststruktur 5 auf dem leitfähigen polymeren Element 9 durch
ein photolithographisches Verfahren gebildet, wobei zum Beispiel
ein KrF-Excimerlaser als Lichtquelle verwendet wird. Während des
photolithographischen Verfahrens ist das leitfähige polymere Element 9,
das die Funktion einer Antireflexions-Schicht aufweist, unter der
Resiststruktur 5 vorhanden, so daß sich die Steuerbarkeit der
Abmessungen der Resiststruktur 5 verbessern läßt. Da das leitfähige polymere
Element 9 auf Grund seiner Bildung durch Elektrolyse eine
bessere ebene Ausbildung zeigt, ist ein Rückätzen desselben im Gegensatz
zu dem herkömmlichen
Fall nicht erforderlich.
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Wie in 3E gezeigt
ist, wird dann ein Graben 6 für eine eine obere Lage bildende
Zwischenverbindung durch Ätzen
der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 und des leitfähigen polymeren
Elements 9 unter Verwendung der Resiststruktur 5 als
Maske gebildet.
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Wie in 3F gezeigt
ist, werden die Resiststruktur 5 und das leitfähige polymere
Element 9 anschließend
entfernt. Danach wird ein Verdrahtungsmaterial, wie zum Beispiel
Cu oder dergleichen, in dem Graben 6 und dem Kontaktloch 3 versenkt,
so daß eine
Doppel-Damaszener-Struktur vervollständigt wird.
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Wie vorstehend beschrieben, wird
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
das leitfähige
polymere Element 9 in dem Kontaktloch 3 und auf
der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 unter Steuerung der Elektrolysezeit
oder dergleichen gebildet, wobei das leitfähige polymere Element 9 ferner
die Funktion einer Antireflexions-Beschichtung aufweist. Dadurch kann
das leitfähige
polymere Element 9 als Antireflexions-Beschichtung verwendet
werden, wenn die Grabenbildungs-Resiststruktur 5 gebildet
wird.
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Dies verbessert die Steuerbarkeit
der Abmessungen der Resiststruktur 5. Da ferner im Gegensatz
zu dem herkömmlichen
Fall kein Rückätzen des
Füllelements
erforderlich ist, läßt sich
die Anzahl der Herstellungsschritte vermindern, und die Herstellungskosten
für eine
Halbleitervorrichtung lassen sich senken.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Die 4A bis 4E zeigen Schnittdarstellungen
zur Erläuterung
eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Wie in 4A gezeigt
ist, wird zuerst eine Vielzahl von Cu-Zwischenverbindungen 11 und 12 auf
einem Substrat gebildet, und eine Zwischenlagen-Isolierschicht 2 wird über der
gesamten Oberfläche
in einer die Cu-Zwischenverbindungen 11 und 12 überdeckenden
Weise gebildet. Anschließend
werden Kontaktlöcher 13 und 14 durch
ein photolithographisches Verfahren und Ätzen durch die Zwischenlagen-Isolierschicht 2 derart
gebildet, daß sie
die jeweilige Cu-Zwischenverbindung 11 und 12 erreichen.
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Anschließend wird eine Resiststruktur
als Maske 15 ausgebildet, die einen Bereich einschließlich des
Inneren des Kontaktlochs 13 bedeckt, in dem keine Doppel-Damaszener-Struktur
gebildet wird und der auch keinen Bereich bedeckt, in dem die Doppel-Damaszener-Struktur
zu bilden ist.
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Wie in 4B gezeigt
ist, wird ein leitfähiges polymeres
Element 16 dann durch Elektrolyse nur in dem Kontaktloch 14 gebildet,
das nicht von der Resistschicht 15 bedeckt ist.
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Anschließend wird in der in 4C dargestellten Weise die
Resiststruktur 15 unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels
entfernt. Da das leitfähige
polymere Element 16 in dem organischen Lösungsmittel
nicht löslich
ist, wird nur die Resiststruktur 15 selektiv entfernt.
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Wie in 4D gezeigt
ist, wird dann eine Grabenbildungs-Resiststruktur 17 durch
ein photolithographisches Verfahren auf der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 einschließlich des
Inneren des Kontaktlochs 13 gebildet.
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Wie in 4E gezeigt
ist, wird dann ein Graben 18 für eine eine obere Lage bildende
Zwischenverbindung durch Ätzen
der Zwischenlagen-Isolierschicht 2 und des leit fähigen polymeren
Elements 16 unter Verwendung der Resiststruktur 17 als
Maske gebildet. Die Resiststruktur 17 und das leitfähige polymere
Element 16 werden dann entfernt. Anschließend wird
ein Verdrahtungsmaterial, wie zum Beispiel Cu, in dem Kontaktloch 13,
dem Graben 18 und dem Kontaktloch 14 versenkt,
so daß die
Verdrahtungsstrukturen abgeschlossen sind.
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Wie vorstehend beschrieben, wird
bei dem dritten Ausführungsbeispiel
nach dem Bedecken von demjenigen Kontaktloch 13 der Vielzahl
von Kontaktlöchern 13 und 14 mit
der Resiststruktur 15, für das kein Graben gebildet
wird, das leitfähige
polymere Element 16 durch Elektrolyse in dem Kontaktloch 14 gebildet,
das nicht von der Resiststruktur 15 bedeckt ist. Auf diese
Weise kann ein leitfähiges
polymeres Element unter Verwendung einer Maske in einem Kontaktloch
von einer Vielzahl von Kontaktlöchern, das
mit einem Füllelement
gefüllt
werden muß,
selektiv vergraben bzw. versenkt werden.
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Das dritte Ausführungsbeispiel ist zwar auf einen
Fall gerichtet, in dem zwei Kontaktlöcher gebildet werden, jedoch
können
auch drei oder mehr Kontaktlöcher
gebildet werden.
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Wenn die vorliegende Erfindung in
der vorstehend erläuterten
Weise ausgeführt
wird, schafft sie folgende Haupteffekte:
Gemäß der Erfindung
läßt sich
die Steuerbarkeit der Abmessungen einer Grabenbildungs-Resiststruktur verbessern.
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- 1;
11, 12
- Cu-Zwischenverbindung
- 2
- Zwischenlagen-Isolierschicht
- 3;
13, 14
- Kontaktlöcher
- 4;
9; 16
- polymeres
Element
- 5;
17
- Grabenbildungs-Resiststruktur
- 6
- Graben
- 8
- organische
Antireflexions-Beschichtung
- 15
- Resiststruktur