-
GEBIET DER
VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung von Metallleitungen,
die in einem dielektrischen Material mit kleinem ε ausgebildet
sind, wobei die Abmessungen der Metallleitungsgräben durch eine 193 nm-Lithographie-Technik
definiert werden können.
-
BESCHREIBUNG DES STANDS
DER TECHNIK
-
Die
Herstellung einer integrierten Schaltung ist ein äußerst komplexer
Prozess, der bis zu 500 oder mehr einzelne Prozessschritte bei hochentwickelten
Halbleiterbauelementen, etwa Mikroprozessoren, Speicherbausteine,
ASIC's (anwendungsspezifische
integrierte Schaltung) und dergleichen erfordert, wobei einer der
entscheidendsten Prozessschritte die lithographische Abbildung eines
spezifizierten Schaltungsmusters, das auf einer Maske oder einem
Retikel vorliegt, in eine Lackschicht, die auf einem Substrat ausgebildet
ist, und das anschließende Strukturieren
der Lackschicht ist. Die strukturierte Lackschicht wird dann als
eine Maske für
das nachfolgende Strukturieren der darunter liegenden Materialschichten
durch beispielsweise anisotrope Ätzprozesse,
Ionenimplantation, und dergleichen verwendet.
-
Auf
dem Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen gibt es ein
stetiges Bestreben, die Strukturgrößen von Schaltungselementen
ständig
zu verringern, so dass reproduzierbare und robuste Prozesse ständig entwickelt
und/oder angepasst werden müssen
an anspruchsvollere Prozessbedingungen. Gegenwärtig weisen hoch entwickelte
integrierte Schaltungen, die als Massenprodukte erhältlich sind, Schaltungselemente
mit Abmessungen auf, die deutlich unterhalb des optischen Auflösungsvermögens der
Lithographievorrichtungen liegen, die zum Abbilden eines Musters
von dem Retikel in die spezifizierte Materialschicht, die auf dem
Substrat ausgebildet ist, verwendet werden. Die Herstellung von
Schaltungselementen mit Abmessungen, die kleiner als die Wellenlänge der
Belichtungsstrahlung sind, die für
die Lithographie benutzt wird, beruht auf einem äußerst nicht linearen Verhalten
der benutzten Lackmaterialien und auf anderen Prozesstechniken,
etwa Schrumpfätzprozesse
und dergleichen. Trotz dieser nicht optischen Prozesstechniken zur
Verringerung der Abmessungen von Lackstrukturelementen oder zum
Erhalten minimaler Strukturgrößen, ist
es dennoch notwendig, auch die Belichtungswellenlänge entsprechend
den gewünschten
minimalen kritischen Abmessungen zu verringern, um die geforderte
Genauigkeit in diesen nachfolgenden Prozessen beizubehalten. Minimale
Abmessungen von Schaltungselementen in hoch entwickelten Halbleiterbauelementen
betragen gegenwärtig
weniger als 100 nm, wobei die Belichtungswellenlänge gegenwärtig von 248 nm auf 193 nm
reduziert wird, wodurch viele Prozesse, die bei einer Belichtungswellenlänge von
248 nm gut etabliert sind, nicht mehr mit Entwurfs- und Prozesserfordernissen,
beispielsweise in Hinblick auf Zuverlässigkeit und Produktionsausbeute,
kompatibel sind.
-
Wie
zuvor dargelegt ist, ist die Gesamtauflösung des zuverlässigen Übertragens
von Schaltungsmustern von einer Lithographiemaske auf ein Substrat
einerseits durch die intrinsische optische Auflösung der Photolithographievorrichtung,
den Eigenschaften der Materialien, die bei dem photographischen
Strukturierungsprozess beteiligt sind, etwa dem Photolack und antireflektierenden
Beschichtungen (ARC), die vorgesehen sind, um nachteilige Streueffekte
und Effekte von stehenden Wellen in dem Photolack zu minimieren,
bestimmt, und andererseits durch Abscheide- und Ätzprozeduren, die bei der Herstellung
der Lack- und ARC-Schichten
und beim Ätzen
dieser Schichten nach dem Belichten beteiligt sind. Insbesondere
das äußerst nicht
lineare Verhalten des Photolacks in Verbindung mit modernsten ARC-Schichten
und Lithographiemaskentechniken ermöglichen die Herstellung von
Lackmustern mit Abmessungen, die deutlich unterhalb des intrinsischen
optischen Auflösungsvermögens der
photolithographischen Vorrichtung liegen. Da die Vielzahl der Prozessschritte,
die schließlich
zum Herstellen eines Schaltungselements mit spezifizierten Abmessungen
beteiligt sind, sich gegenseitig beeinflussen, kann die Änderung
eines Prozesses oder Materials für
gewöhnlich
große
Anstrengungen bei der Entwicklung einer neuen geeigneten Prozesssequenz erfordern,
die den neuen Entwurfs- und Prozesserfordernissen genügt.
-
Die
Entwicklung integrierter Schaltungen mit erhöhter Funktionalität und verbessertem
Leistungsverhalten erfordert nicht nur die Verringerung der kritischen
Strukturgrößen, sondern
erfordert auch die Einführung
neuer Materialien. Ein wichtiger Aspekt bei der Verbesserung des
Leistungsverhaltens integrierter Schaltungen ist die Verringerung
der parasitären
Kapazitäten,
um damit die durch die intrinsischen Leitungswiderstände und
die parasitäre
Ka pazität
zwischen benachbarten Metallleitungen hervorgerufene Signalausbreitungsverzögerung zu
verringern. Daher werden in modernen integrierten Schaltungen zunehmend
Metallleitungen auf Aluminiumbasis durch Metallleitungen auf Kupferbasis
ersetzt, wobei die Metallleitungen auf Kupferbasis typischerweise
in ein dielektrisches Material eingebettet sind, das eine verringerte
relative Permittivität
im Bereich von beispielsweise kleiner als 3,1 aufweist, das im Weiteren
hierin auch als dielektrische Materialien mit kleinem ε bezeichnet
wird. Die Metallleitungen, die für
die elektrische Verbindung zwischen den Schaltungselementen entsprechend
dem spezifizierten Schaltungsentwurf sorgen, erhalten typischerweise ebenso
geringere Abmessungen, wenn die entsprechenden Strukturgrößen der
Schaltungselemente verringert werden. Die Metallleitungen sind typischerweise
in mehreren Ebenen, die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet
werden, angeordnet, die aufeinander gestapelt sind, wobei die elektrische Verbindung
zwischen einzelnen Metallisierungsschichten durch sogenannte Kontaktdurchführungen hergestellt
wird. Auf Grund der reduzierten Abmessungen der Metallleitungen
und Kontaktdurchführungen
sind moderat hohe Stromdichten typischerweise während des Betriebs moderner
integrierter Schaltungen anzutreffen, die eine präzise Kontrolle
der Metallleitungen und der Kontaktdurchführungen erfordern, um nicht
unnötig
die Bauteilzuverlässigkeit, die
durch einen Leitungsausfall, erhöhte
Leckströme, und
dergleichen hervorgerufen wird, zu beeinträchtigen.
-
Mit
Bezug zu den 1a bis 1d wird nun eine konventionelle
Prozesssequenz detaillierter beschrieben, in der die Probleme erläutert sind,
die beim Übergang
von einer gut etablierten Herstellungssequenz auf Basis eines 248
nm-Prozesses zu einem Prozess auf Basis von 193 nm für Metallleitungen
in der ersten Metallisierungsschicht auftreten.
-
In 1a umfasst ein Halbleiterbauelement 100 ein
Substrat 101, auf dem ein Schaltungselement 102 ausgebildet
ist. Eine erste dielektrische Schicht 103 ist über dem
Substrat 101 gebildet und umschließt das Schaltungselement 102.
In der ersten dielektrischen Schicht 103 ist ein Kontaktelement 104 aus
einem elektrisch leitenden Material, das beispielsweise Wolfram,
Wolframsilizid, und dergleichen enthält, gebildet, wobei das Kontaktelement 104 sich durch
die erste dielektrische Schicht 103 so erstreckt, um elektrischen
Kontakt zu dem Schaltungselement 102 oder einem Teil davon
herzustellen. Somit isoliert die erste dielektrische Schicht 103,
die aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid aufgebaut sein kann, elektrisch
das Kontaktelement 104 und das Schaltungselement 102 von
benachbarten Kontaktelementen und Schaltungselementen (nicht gezeigt). Über der
ersten dielektrischen Schicht 103 ist eine dielektrische Ätzstoppschicht 105 angeordnet,
die ein dielektrisches Material mit einer geringen Permittivität aufweist,
wie es erforderlich ist, um die parasitäre Kapazität benachbarter elektrischer
Verbindungsleitungen, die noch herzustellen sind, zu verringern.
Beispielsweise ist häufig
die Ätzstoppschicht 105,
die üblicherweise
auch als BLOK-Schicht (vergrabene Schicht mit kleinem ε bezeichnet
wird), aus Silizium, Kohlenstoff und Stickstoff in Form einer SiCN-Schicht aufgebaut.
Eine zweite dielektrische Schicht 106 mit einem dielektrischen
Material mit kleinem ε,
etwa eine silizium-, kohlenstoff-, sauerstoff- und Wasserstoffenthaltende Schicht
mit der chemischen Formel SiCOH, ist über der Ätzstoppschicht 105 gebildet, woran
sich eine Deckschicht 107 anschließt. Die Deckschicht 107 kann
aus zwei Teilschichten 108 und 109 aufgebaut sein,
wobei die Teilschicht 108 aus Siliziumdioxid gebildet sein
kann, um eine Oberfläche
der mechanischen weniger stabilen dielektrischen Schicht mit kleinem ε 106 zu
verstärken.
Die zweite Teilschicht 109 kann im Wesentlichen als eine ARC-Schicht
während
des später
durchzuführenden Lithographieprozesses
zur Herstellung eines Grabens in der Deckschicht 107, der
dielektrischen Schicht 106 mit kleinem ε und der Ätzstoppschicht 105 dienen.
Somit wird die Zusammensetzung und die Dicke der ARC-Schicht 109 entsprechend
der Belichtungswellenlänge,
die in dem nachfolgenden Lithographieprozess verwendet wird, so
ausgewählt, um
die Rückreflektion
und Effekte stehender Wellen zu minimieren. Wie zuvor erläutert ist,
müssen
bei einer Fortentwicklung zu einer neuen Technologie beispielsweise
beim Übergang
von der 130 nm zu der 90 nm Technologie die Abmessungen von in dem Stapel
aus Schichten 105, 106 und 107 auszubildenden
Metallleitungen ebenso deutlich reduziert werden – beispielsweise
um ungefähr
25% –,
wobei dann auch eine Belichtungswellenlänge von 193 nm anstelle von
248 nm erforderlich sein kann. Aus diesem Grunde sind die entsprechenden
Abmessungen, d. h. die Dicken der Schichten 105, 106, 107 den
neuen Entwurfserfordernissen und der neu verwendeten Belichtungswellenlänge angepasst,
wobei von der gut erprobten Schichtstapelanordnung ausgegangen wird,
die in der 130 nm-Technologie unter Nutzung der 248 nm-Belichtungswellenlänge angewendet wird.
Typische Abmessungen, die beim Übergang von
130 nm-Technologie zu einer 90 nm-Technologie erhalten werden, können ungefähr 50 nm
für eine
Dicke 105a der Ätzstoppschicht 105,
ungefähr
150 nm für
eine Dicke 106a der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 106,
ungefähr
80 nm für
eine Dicke 108a der Schicht 108, wenn diese aus
Siliziumdioxid aufgebaut ist und ungefähr 60 nm für eine Dicke 109a für die ARC-Schicht 109,
wenn diese aus Siliziumoxynitrid aufgebaut ist, betragen.
-
Ein
typischer konventioneller Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 100,
wie es in 1a gezeigt
ist, kann die folgenden Prozesse beinhalten. Zunächst wird das Schaltungselement 102 in
und auf dem Substrat 101 durch bekannte Prozesstechniken
mit modernster Lithographie unter Anwendung einer 193 nm-Belichtungswellenlänge, anspruchsvollen Ätz-, Abscheide-,
Implantations- und Poliersequenzen hergestellt, die nicht detailliert
beschrieben werden. Danach wird die erste dielektrische Schicht 103 durch
gut etablierte plasmaunterstützte
chemische Dampfabscheidungs- (CVD) Techniken, möglicherweise in Kombination
mit chemisch mechanischen Polierprozessen gebildet. Danach wird
das Kontaktelement 104 durch fortschrittliche Photolithographie-, Ätz- und
Abscheidetechniken gebildet, um zunächst eine Kontaktöffnung herzustellen,
die dann mit einem leitenden Material, etwa Wolfram, Wolframsilizid,
und dergleichen gefüllt
wird. Überschüssiges Material
des Kontaktelements 104 wird dann beispielsweise durch
chemisch-mechanisches
Polieren entfernt, wie dies im Stand der Technik gut bekannt ist.
Danach wird die erste Ätzstoppschicht 105 mit
der spezifizierten Dicke 105a entsprechend gut etablierter
Prozessrezepte abgeschieden. Als nächstes wird die dielektrische
Schicht 106 mit kleinem ε gebildet – im vorliegenden
Falle durch Abscheiden von SiCOH aus geeigneten Vorstufenmaterialien
mittels plasmaunterstütztem
CVD, mit einer Dicke, die den Bauteilerfordernissen entspricht.
Danach wird die Siliziumdioxidschicht 108 abgeschieden,
worauf sich das Abscheiden der ARC-Schicht 109 anschließt, die
beide durch gut etablierte plasmaunterstützte CVD-Techniken aufgebracht
werden können.
-
1b zeigt schematisch das
Halbleiterbauelement 100 mit einer darauf ausgebildeten
Lackmaske 110, die eine Öffnung 111 aufweist,
die im Wesentlichen die Abmessungen eines Grabens 112 aufweist,
der in der Deckschicht 107, der dielektrischen Schicht 106 mit
kleinem ε und
in der Ätzstoppschicht 105 in
einem nachfolgenden Ätzprozess
zu bilden ist. Die Lackmaske 110 weist ein Lackmaterial
auf, das äußerst empfindlich
bei einer Belichtungswellenlänge
von 193 nm ist und das ferner eine moderat hohe Ätzselektivität während nachfolgender Ätzprozesse zeigt.
Ferner ist eine Dicke 110a der Lackschicht 110 so
gewählt,
um einen akzeptablen Kompromiss zwischen einer hohen Schichtdicke
für eine
verbesserte Maskierungswirkung in dem nachfolgenden Ätzprozess
zu erreichen, da auch ein deutlicher Materialabtrag in der Lackmaske 110 während des
Verlaufs des Ätzprozesses
stattfindet, und dem optischen Verhalten und dem Entwicklungsverhalten
des Lacks während
des Lithographieprozesses zu erreichen. Somit kann die Dicke 110a zu
ungefähr
320 nm gewählt werden.
Die Lackmaske 110 wird entsprechend bekannter Lithographietechni ken
unter Verwendung einer Vorrichtung mit einer 193 nm Belichtungswellenlänge gebildet,
wobei die Eigenschaften des Lackes in Kombination mit der ARC-Schicht 109 und
der Siliziumdioxidschicht 108 die Ausbildung der Öffnung 111 ermöglichen,
die eine laterale Abmessung aufweist, die deutlich kleiner als 193
nm ist. Es ist ferner darauf hinzuweisen, dass der Belichtung vorgeschaltete
oder nachgeschaltete Behandlungen und dem Entwickeln vorgeschaltete
oder nachgeschaltete Behandlungen gemäß gut etablierter Rezepte ausgeführt werden
können.
Danach wird die Lackmaske 110 verwendet, um den Graben 112 während eines äußerst anisotropen Ätzprozesses
zu bilden.
-
1c zeigt schematisch das
Bauteil 100 in einem fortgeschrittenen Herstellungsstadium
während
eines anisotropen Ätzprozesses,
der als 120 bezeichnet ist, wobei der Graben 112 im
Wesentlichen bis zu der Ätzstoppschicht 105 herabgeätzt wird.
Der konventionelle anisotrope Ätzprozess 120 umfasst drei
Schritte, wobei ein erster Schritt mit einer spezifizierten Ätzchemie
mit CHF3 und Sauerstoff ausgeführt wird,
um den Graben 112 in der Deckschicht 107 zu bilden.
Danach wird die Ätzchemie
für einen zweiten
oder Hauptätzschritt
geändert,
um eine gewünschte
Abtragsrate und einen im Wesentlichen anisotropen Materialabtrag
während
der Ausbildung des Grabens 112 durch die dielektrische
Schicht mit kleinem ε 106 hindurch
zu erreichen. Die während dieses
zweiten Ätzschrittes
verwendete Ätzchemie kann
auf C4F8, Argon
und Stickstoff und einer moderat hohen Plasmaleistung beruhen. Wie
aus 1 ersichtlich ist, wird während des
ersten und des zweiten Ätzschrittes
auch Material der Lackmaske 110 abgetragen, wobei insbesondere
Randgebiete 113 einen erhöhten Materialabtrag erleiden,
so dass die Ränder
der Deckschicht 107 vorzugsweise während des Ätzens freigelegt werden. Der
Hauptätzschritt durch
die dielektrische Schicht 106 mit kleinem ε hält auf oder
in der Ätzstoppschicht 105 an,
wobei der Materialabtrag der Ätzstoppschicht 105 durch
eine charakteristische Änderung
eines Endpunktdetektionssignals überwacht
werden kann, das durch spektroskopische Messungen der gasförmigen Nebenprodukte,
die während
des Ätzprozesses
freigesetzt werden, erhalten werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann
die Ätzchemie
geändert
werden, um in effizienter Weise die Ätzstoppschicht 105 zu öffnen, wodurch
der Graben 112 fertiggestellt wird. Wiederum werden während dieses
letzten Ätzschrittes,
der typischerweise mit einem reduzierten anisotropen Verhalten ausgeführt wird,
die Randgebiete 113 vorzugsweise von dem Ätzmittel
angegriffen. Wie zuvor dargelegt ist, wird, da die Dicke 110a der
Lackmaske 110 auf Grund der lithographischen Bedingungen nicht
beliebig vergrößert werden
kann, um die Erosion der Randgebiete 113 insbesondere während des letzten Ätzschrittes
zur Öffnung
der Ätzstopp schicht 105 zu
verringern, eine hohe Rauhigkeit an dem Grabenrand erhalten, was
schließlich
zu einem erhöhten Leckstrom
und einer verringerten Leitungszuverlässigkeit führen kann, nachdem der Graben 112 mit
einem Barrierenmaterial beschichtet und mit einem Metall, etwa Kupfer,
gefüllt
ist.
-
1d zeigt schematisch eine
Draufsicht mehrerer Gräben 112 mit
Randgebieten 113, die eine ausgeprägte Rauhigkeit aufweisen, wodurch
die zuvor dargelegten Nachteile hervorgerufen werden.
-
Auf
Grund der durch die ausgeprägte
Rauhigkeit der Randgebiete von Metallleitungen hervorgerufenen Leitungsbeeinträchtigung
besteht ein Bedarf für
eine verbesserte Technik, die die Herstellung von Gräben mit
geringerer Randrauhigkeit selbst für Herstellungstechnologien
unter Anwendung einer Belichtungswellenlänge von weniger als 248 nm
ermöglicht.
-
ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
-
Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die das Verringern nachteiliger Auswirkungen eines anisotropen Ätzprozesses
ermöglicht,
selbst wenn eine moderat dünne Lackmaske
verwendet wird. Zu diesem Zwecke wird ein dielektrischer Schichtstapel
mit kleinem ε so
vorgesehen, dass in Verbindung mit einem geeignet gestalteten Ätzrezept
Gräben
mit geringeren Abmessungen ausgebildet werden können, wobei die Randrauhigkeit
des Grabens deutlich kleiner im Vergleich zu dem konventionellen
Vorgehen ist.
-
Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer
dielektrischen Schicht mit kleinem ε auf einer Kontaktschicht, wobei
die Kontaktschicht ein dielektrisches Material und ein metallenthaltendes
Kontaktelement enthält,
das mit einem Schaltungselement verbunden ist. Ferner wird eine antireflektierende
Schicht über
der dielektrischen Schicht mit kleinem ε gebildet und eine Lackschicht wird
auf der antireflektierenden Schicht ausgebildet. Des weiteren wird
die Lackschicht strukturiert und ein Graben wird in die antireflektierende
Schicht und die dielektrische Schicht mit kleinem ε geätzt, während die
strukturierte Lackschicht als eine Ätzmaske verwendet wird.
-
Gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterbauelement eine
erste Bauteilschicht mit einem darin ausgebildeten Schaltungselement,
wobei die erste Bauteilschicht über
einem Substrat angeordnet ist. Das Halbleiterbauelement umfasst
ferner eine zweite Bauteilschicht mit einem darin ausgebildeten
leitenden Kontakt, der sich durch die zweite Bauteilschicht erstreckt
und mit dem Schaltungselement verbunden ist. Das Halbleiterbauelement
umfasst ferner eine erste Metallisierungsschicht, die auf der zweiten
Bauteilschicht ausgebildet ist, wobei die erste Metallisierungsschicht
eine Metallleitung mit einer Breite, einer Länge und einer Tiefe aufweist
und sich in einer Tiefenrichtung zu der zweiten Bauteilschicht so
erstreckt, dass sie mit dieser in Kontakt ist. Des weiteren umfasst
die erste Metallisierungsschicht ferner eine dielektrische Deckschicht
mit einer ersten Dicke und eine dielektrische Schicht mit kleinem ε mit einer
zweiten Dicke, die größer als
die erste Dicke ist, wobei die Deckschicht mit der dielektrischen
Materialschicht mit kleinem ε,
die sich kontinuierlich entlang der Tiefenrichtung zu der zweiten Bauteilschicht
erstreckt, in Kontakt ist. Ferner umfasst das Halbleiterbauelement
eine zweite Metallisierungsschicht, die über der ersten Metallisierungsschicht
gebildet ist.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird; es zeigen:
-
1a bis 1c schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Herstellungsphasen zur Bildung eines Grabens in einer ersten Metallisierungsschicht
auf der Grundlage einer 193 nm-Photolithographie;
-
1d schematisch
eine Draufsicht, wobei mehrere Gräben dargestellt sind, die entsprechend dem
mit Bezug zu den 1a bis 1c beschriebenen
Prozessablauf hergestellt sind, wobei die entsprechenden Gräben eine
deutliche Randrauhigkeit aufweisen;
-
2a bis 2d schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Phasen bei der Herstellung eines Grabens einer ersten Metallisierungsschicht
mit einer reduzierten Grabenrandrauhigkeit gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung;
-
2e eine
Draufsicht mehrerer dicht gepackter Gräben für eine erste Metallisierungsschicht mit
einer verbesserten Grabenrandrauhigkeit; und
-
2f schematisch
eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements mit einer ersten Metallisierungsschicht
und mindestens einer weiteren Metallisierungsschicht gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei der Leckstrom und die Leitungszuverlässigkeit im
Vergleich zu dem konventionellen Prozessablauf verbessert sind.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
offenbarten anschaulichen Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
-
Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Überlegung, dass der Schichtstapel
mit einem dielektrischen Material mit kleinem ε für eine erste Metallisierungsschicht
umgestaltet werden kann – und
dabei den Entwurfserfordernissen entspricht -, um die Zeitdauer
zu verringern, für
die eine äußerst empfindliche
Lackmaske einer reaktiven Ätzumgebung
ausgesetzt ist, um zumindest einige der nachteiligen Auswirkungen
des Ätzprozesses
auf die schließlich erhaltene
Metallleitung zu verringern. Auf diese Weise können selbst für moderat
dünne Lackmasken, wie
sei für
eine Photolithographie mit einer Belichtungswellenlänge von
193 nm erforderlich sind, zuverlässige
Metallleitungen mit reduzierten Abmessungen hergestellt werden.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung äußerst vorteilhaft
in Verbindung mit Halbleiterbauelementen ist, die eine 193 nm Lithographie
erfordern, da konventionelle Lösungen,
wie sie mit Bezug zu den 1a bis 1d zuvor
be schrieben sind, unter Umständen nicht
zu akzeptablen Ergebnissen führen
können. Die
vorliegende Erfindung kann jedoch auch bei weniger kritischen Anwendungen
eingesetzt werden, etwa bei Halbleiterbauelementen, die auf der
Grundlage einer 248 nm Lithographie hergestellt werden, wobei einige
der anschaulichen Ausführungsformen, die
noch zu beschreiben sind, für
geringere Herstellungskosten und/oder eine erhöhte Produktionsausbeute sorgen.
-
Mit
Bezug zu den 2a bis 2f werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
-
2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit
einem Substrat 201 mit einem Schaltungselement 202,
das darin und/oder darauf ausgebildet ist. Eine dielektrische Schicht 203 ist über dem
Substrat 201 so ausgebildet, um das Schaltungselement 202 zu
umschließen.
Die dielektrische Schicht 203 kann aus einem beliebigen
geeigneten dielektrischen Material, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid,
Siliziumkarbid, Siliziumkarbid mit Stickstoff und dergleichen hergestellt sein.
Ein elektrisch leitendes Kontaktelement 204 ist in der
dielektrischen Schicht 203 so ausgebildet, dass das Kontaktelement 204 sich
durch die dielektrische Schicht 203 erstreckt, um eine
Verbindung zu dem Schaltungselement 202 oder einen Teil
davon herzustellen. Da die dielektrische Schicht 203 das Kontaktelement 204 aufnimmt,
kann die dielektrische Schicht 203 auch als eine Kontaktschicht
bezeichnet werden und das darin enthaltene dielektrische Material
kann als ein Kontaktzwischenschichtdielektrikum bezeichnet werden.
Da ein Teil des Substrats 201 oder darauf gebildete Materialschichten,
die zumindest teilweise das Schaltungselement 202 und die
dielektrische Schicht 203 mit dem Kontaktelement 204 aufnehmen,
direkt mit den einzelnen Schaltungsbauelementen in Beziehung stehen,
können
die entsprechenden Ebenen oder Schichten im Weiteren hierin auch
als Bauteilschichten im Gegensatz zu „Verdrahtungs-" Schichten oder Metallisierungsschichten
bezeichnet werden, die über
der Schicht 203 zu bilden sind.
-
Eine
dielektrische Schicht 206 mit kleinem ε ist auf der dielektrischen
Schicht 203 gebildet und ist in einer speziellen Ausführungsform
aus Silizium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff (SiCOH) mit einer
im Wesentlichen homogenen Materialzusammensetzung entlang einer
Tiefe oder Dicke 206a aufgebaut. D. h., die Materialzusammensetzung
der dielektrischen Schicht 206 mit kleinem ε ist im Wesentlichen über die
gesamte Dicke 206a hinweg bis hinab zu der dielektrischen
Schicht 203 die gleiche. Das Vorsehen der dielektrischen
Schicht 206 mit kleinem ε in
Form einer SiCOH-Schicht bietet ein hohes Maß an Kompatibilität zu dem
mit Bezug zu den 1a bis 1c beschriebenen
konventionellen Prozessablauf, wodurch im Wesentlichen mühsame und
teuere Modifizierungen von Prozessrezepten und Prozessanlagen, die
zur Herstellung der dielektrischen Schicht 206 mit kleinem ε eingesetzt
werden, im Wesentlichen vermieden werden können. Ferner ist SiCOH ein
gut bekanntes dielektrisches Material mit kleinem ε, das durch
relativ kostengünstige CVD-Techniken
hergestellt werden kann. In anderen Ausführungsformen kann es geeignet
sein, andere dielektrische Materialien mit kleinem ε zu verwenden, die
fortschrittliche Aufschleudertechniken und dergleichen erfordern.
Die Dicke 206a der Schicht 206 wird entsprechend
den Entwurfserfordernissen ausgewählt. D.h., für ein vorgegebenes
Metallisierungsmetall, etwa Kupfer oder einer Kupferlegierung in Verbindung
mit einem Barrierenmaterial und für eine vorgegebene minimale
laterale Abmessung der Schaltungselemente 202 und deren
erwarteten Leistungsaufnahme, ist die Breite der Metallleitungen,
die in der dielektrischen Schicht 206 mit kleinem ε zu bilden
sind, im Wesentlichen durch einen minimalen Abstand zu einer benachbarten
Metallleitung bestimmt, wodurch somit in Verbindung mit der Dicke 206a die
verfügbare
Querschnittsfläche
der entsprechenden Metallleitung bestimmt ist. Somit wird die Dicke 206a,
d. h. die Tiefe oder die Dicke der Metallleitungen, die herzustellen
sind, so ausgewählt,
um eine Leitfähigkeit
zu erreichen, die für
ein geeignetes Einstellen einer Stromdichte, die während des
Betriebs des Halbleiterbauelements 200 vorherrscht, erforderlich
ist. Beispielsweise bei einem Mikroprozessor der 90 nm-Technologie
mit im Wesentlichen den gleichen elektrischen Verhalten wie das
Halbleiterbauelement 100, das zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1d beschrieben
ist, kann die Dicke 206a auf ungefähr 200 nm festgelegt werden,
was der kombinierten Dicke der Schichten 106 und 105 des
Halbleiterbauelements 100 entspricht. Es können jedoch andere
Werte in Übereinstimmung
mit den Entwurtserfordernissen angewendet werden, und insbesondere
kann die Dicke 206a kleiner als 200 nm für künftig größenreduzierte
Bauteilgenerationen sein.
-
Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 200,
wie es in 2a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse aufweisen. Hinsichtlich der Herstellung des Schaltungselements 202 in
und auf dem Substrat 201 gelten die gleichen Kriterien,
wie sie zuvor mit Bezug zu 1a erläutert sind.
Danach wird die dielektrische Schicht 203 durch einen geeigneten
Herstellungsprozess, etwa plasmaunterstütztes CVD hergestellt, woran
sich optional ein Einebnungsprozess, etwa ein chemisch-mechanisches
Polieren an schließt,
um eine eingeebnete Oberfläche
der Schicht 203 zu erreichen, die dann in effizienter Weise
zur Herstellung des Kontaktelements 204 strukturiert wird.
Die Herstellung des Kontaktelements 204 kann in der gleichen
Weise erreicht werden, wie dies mit Bezug zu 1a beschrieben ist.
Danach kann die dielektrische Schicht mit kleinem ε 206 beispielsweise
durch plasmaunterstütztes CVD
oder durch Aufschleudertechniken hergestellt werden, wobei Prozessparameter
gesteuert werden, um die spezifizierte Dicke 206a zu erhalten.
In einigen Ausführungsformen
werden die Unterschiede der Materialien der Schicht 206 und
der Schicht 203 als ausreichend erachtet, um eine genügende Sensitivität und/oder
eine Indikation zu erhalten, um eine abschließende Phase eines anisotropen Ätzprozesses
zu stoppen oder anzuzeigen, der beim Strukturieren der dielektrischen
Schicht mit kleinem ε 206 ausgeführt wird,
um einen Graben zu erzeugen. Wenn beispielsweise die dielektrische
Schicht 203 Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid aufweist,
ist die Ätzselektivität typischerweise
ausreichend, um einen entsprechenden Ätzprozess zuverlässig zu
stoppen. Somit kann eine weitere Ätzstoppschicht, die zwischen
der dielektrischen Schicht 203 und der dielektrischen Schicht 206 mit
kleinem ε ausgebildet
ist, weggelassen werden, wodurch die Prozesskomplexität beim Herstellen
einer ersten Metallisierungsschicht über der dielektrischen Schicht 203 geringer
wird. In anderen Ausführungsformen
kann eine speziell gestaltete Ätzstoppschicht
in die dielektrische Schicht 203 eingebaut werden, beispielsweise
indem ein oberer Bereich ersetzt wird, und diese kann z. B. in Form
einer BLOK-Schicht vorgesehen werden, ähnlich wie dies in den 1a bis 1c gezeigt
ist, wobei im Gegensatz zu dem konventionellen Bauteil die BLOK-Schicht
ein Teil der dielektrischen Schicht 203 ist und während der
Herstellung des Kontaktelements 204 strukturiert wird.
Eine entsprechende Ausführungsform
ist in 2c gezeigt und wird später detaillierter
beschrieben.
-
2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 mit einer Deckschicht 207,
die auf der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 206 ausgebildet ist,
und mit einer Lackmaske 210, die über der Deckschicht 207 gebildet
ist. Die Lackmaske 210 enthält eine Öffnung 211, die im
Wesentlichen die Abmessungen und die Form eines Grabens 212 repräsentiert,
der in der Deckschicht 207 und in der dielektrischen Schicht
mit kleinem ε 206 zu
bilden ist. Die Deckschicht 207 ist in Hinblick auf die
Materialzusammensetzung und die Dicke so gestaltet, um als eine
mechanische Stabilisierungsschicht für die Schicht 206 und
als eine antireflektierende Schicht für eine Lithographie bei der
Strukturierung der Lackmaske 210 zu dienen. Somit wird
eine Dicke der Deckschicht 207, die typischerweise deutlich
geringer im Vergleich zu der Dicke 206a in Hinblick auf
die üblicherweise
größere Permittivität der Deckschicht 207 ist,
auf der Grundlage der verwendeten Materialien und der Belichtungswellenlänge der
zugehörigen Lithographietechnik
ausgewählt.
In einer speziellen Ausführungsform,
die sich auf eine 193 nm-Lithographie bezieht, kann die Deckschicht 207 aus
einer ersten Teilschicht 208, die im Wesentlichen als eine
Stabilisierungsschicht und aus Siliziumdioxid aufgebaut sein kann,
und aus einer zweiten Teilschicht 209, die im Wesentlichen
als eine antireflektierende Schicht und beispielsweise aus Siliziumoxynitrid
aufgebaut ist, aufweisen. Entsprechende Dicken 208a, 209a können mit
ungefähr
70 bis 90 nm bzw. 40 bis 60 nm ausgewählt werden. Somit kann in hoch
entwickelten Halbleiterbauelementen die Dicke der Deckschicht 207 ungefähr 150 nm
betragen und für
künftige
Bauteilgenerationen deutlich geringer sein. In ähnlicher Weise kann die Dicke 210a der
Lackmaske 210 für ein
Bauteil der 90 nm-Technologie ungefähr 330 nm oder weniger betragen
und kann noch deutlich geringer sein für künftige Bauteilgenerationen.
-
Die
Deckschicht 207 und die Lackmaske 210 können entsprechend
der gleichen Prozessstrategie hergestellt werden, wie sie auch mit
Bezug zu 1a in Bezug zu der Deckschicht 107 und
die Lackmaske 110 beschrieben ist.
-
2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform,
wobei die dielektrische Schicht 203 eine zusätzliche Ätzstoppschicht 205 aufweist, die
aus einem beliebigen geeigneten Material, etwa einem Material mit
kleinem ε in
Form von Siliziumkarbid oder stickstoffenthaltenden Siliziumkarbid
gebildet sein kann. Die zusätzliche Ätzstoppschicht 205 in der
dielektrischen Schicht 203 kann gebildet werden, wenn verbesserte
Eigenschaften in Hinblick auf die Ätzstoppqualitäten und/oder
die Eigenschaften hinsichtlich der Endpunktanzeige und/oder der
diffusionsblockierenden Wirkungen wünschenswert sind. Beispielsweise
wird in Metallisierungsschichten auf Kupferbasis typischerweise
eine leitende Barrierenschicht an freigelegten Oberflächen eines
Grabens und einer Kontaktdurchführung
vorgesehen, um die Diffusion von Kupferatomen in das Dielekrikum
zu reduzieren und um die Diffusion des dielektrischen Materials
in das Kupfer zu verringern, da Kupfer in einer Vielzahl von Materialien,
etwa Siliziumdioxid, gut diffundiert. Eine entsprechende Barrierenschicht
ist jedoch unter Umständen
an der Unterseite des Grabens 212 nicht wünschenswert,
um nicht unnötig
den Übergangswiderstand
zu dem darunter liegenden Kontaktelement 204 zu vergrößern. In
diesem Falle kann die zusätzliche Ätzstoppschicht 205 wirksam eine
Kupferdiffusion in das benachbarte dielektrische Material verhindern,
wenn eine Barrierenschicht mit reduzierter Dicke an der Unterseite
des Grabens 202 vorgesehen wird. Wenn in ähnlicher
Weise bessere Qualitäten
hinsichtlich der Funktion als Ätzindikator oder Ätzstopp
erforderlich sind, kann eine speziell gestaltete Ätzstoppschicht 205 in
der dielektrischen Schicht 203 vorgesehen werden. Während der
Herstellung der dielektrischen Schicht 203 wird ihre Dicke
geringer gewählt,
um der zusätzlichen Ätzstoppschicht 205 Rechnung
zu tragen, die dann so gebildet wird, dass die Gesamtdicke der Schicht 203 den Entwurfserfordernissen
entspricht. Während
der Herstellung des Kontaktelements 204 kann eine geringfügige Modifizierung
des entsprechenden anisotropen Ätzprozesses
erforderlich sein, um zunächst
die zusätzliche Ätzstoppschicht 205 zu öffnen und
danach den Rest der Schicht 203 in ähnlicher Weise zu strukturieren,
wie dies in dem Prozess mit Bezug zu den 2a und 1a beschrieben
ist. Danach kann der weitere Prozessablauf fortgesetzt werden, wie
dies mit Bezug zu 2b beschrieben ist.
-
2d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während einer
abschließenden
Phase eines anisotropen Ätzprozesses 220,
um den Graben 212 durch die Deckschicht 207 und
die dielektrische Schicht mit kleinem ε 206 hindurch zu bilden.
Im Gegensatz zu dem konventionellen Vorgehen wird der anisotrope Ätzprozess 220 als
ein zweistufiger Prozess durchgeführt, wobei in einer ersten
Stufe die Deckschicht 207 durchgeätzt wird und wobei in einer zweiten
Stufe oder einem Hauptätzschritt
durch die dielektrische Schicht mit kleinem ε 206 geätzt wird. Wenn
die Ätzfront
des Prozesses 220 die dielektrische Schicht 203 erreicht – unabhängig davon,
ob sie die zusätzliche Ätzstoppschicht 205 enthält oder nicht – kann der Ätzprozess 220 zuverlässig an
der Schicht 203 gestoppt werden, wobei die Ätzparameter
so gewählt
werden können,
um die Gesamtätzzeit des
Hauptätzschrittes
im Vergleich zu dem konventionellen Prozess für den zweiten und den dritten Schritt,
d. h. für
das Ätzen
durch die dielektrische Schicht 106 und die Ätzstoppschicht 105,
zu verringern. Somit sind die Randgebiete 213 in geringerem Maße einem
reaktiven Angriff des Ätzprozesses 220 ausgesetzt
und damit wird die Ausbildung einer Randrauhigkeit deutlich verringert.
Beim Eintreffen von gasförmigen Ätznebenprodukten 221,
die während
der Wechselwirkung der Ätzfront
mit der Schicht 203 freigesetzt werden, können diese
durch das Lichtsignal 222, das von den Nebenprodukten 221 ausgesandt
wird, überwacht
werden. Somit kann der Endpunkt des Hauptätzschrittes durch die Schicht 206 zuverlässig detektiert
werden und der Ätzprozess
kann auf der Grundlage des Lichtsignals 222, möglicherweise
mit Anwendung einer spezifizierten Überätzzeit, angehalten werden.
-
Der Ätzprozess 220 kann
mit einer beliebigen geeigneten anisotropen Ätzanlage mit einem dazugehörigen entsprechenden
Endpunkterfassungssystem ausgeführt
werden. Entsprechende Ätzanlagen
sind im Stand der Technik gut bekannt und sind problemlos auf dem
Markt erhältlich.
In einer speziellen Ausführungsform
kann eine Grabenätzanlage, die
unter dem Handelsnamen UNITY 2E von TEL (Tokio Electron LTD) erhältlich ist,
verwendet werden. In einer speziellen Ausführungsform kann der erste Ätzschritt
zum Durchbrechen durch die Deckschicht 207 mit einem reduzierten
Sauerstoffpegel mit einem Ätzmittel
auf der Grundlage von CHF3 ausgeführt werden,
um somit eine moderat hohe Ätzrate
zu erreichen, während
der Hauptätzschritt
auf der Grundlage einer C4F8,
Argon, Stickstoffchemie bei der moderaten Plasmaleistung durchgeführt werden
kann, um die Ätzrate
zu verlangsamen, wodurch die Wechselwirkung der reaktiven Umgebung
mit den Randgebieten 213 verringert wird und wodurch ferner
die Möglichkeit
für eine
zuverlässige
Erkennung des Endpunkts des Ätzprozesses 220 möglich ist.
Auf Grund der erhöhten Ätzrate während des
ersten Ätzschrittes
und auf Grund des Fehlens einer weiteren Ätzstoppschicht zwischen der
dielektrischen Schicht 203 und der dielektrischen Schicht
mit kleinem ε 206 kann
die Gesamtätzzeit
deutlich kleiner sein im Vergleich zu dem konventionellen Vorgehen
mit drei Schritten. In einer Ausführungsform, wobei die zuvor benannte
TEL UNITY 2E-Ätzanlage
verwendet wird, kann der erste Schritt zum Durchbrechen durch die Deckschicht 207 für ungefähr 40 Sekunden
lang oder weniger bei einer Dicke der Deckschicht, wie sie zuvor
spezifiziert ist, ausgeführt
werden. Der Hauptätzschritt
für die
dielektrische Schicht mit kleinem ε 206 mit einer Dicke
von ungefähr
200 nm oder weniger kann ungefähr
für 55
Sekunden oder weniger ausgeführt
werden. In einer anschaulichen Ausführungsform kann der Durchbruchschritt
mit der oben spezifizierten Ätzanlage
auf der Grundlage von CHF3 und Sauerstoff
bei ungefähr
15 Millitorr mit Durchflussraten von ungefähr 30 bzw. 8 sccm ausgeführt werden, wobei
ungefähr
500 Watt an Plasmaleistung aufgewendet wird. Der Hauptätzschritt
kann auf der Grundlage von C4F8,
Argon, Stickstoff bei Durchflussraten von ungefähr 5 bzw. 740 bzw. 110 sccm
ausgeführt werden,
wobei ein Druck bei ungefähr
70 Millitorr gehalten wird und eine Plasmaleistung von ungefähr 1200
Watt aufgewendet wird. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die
vorhergehenden Prozessparameter lediglich anschaulicher Natur sind
und leicht an andere Prozesse und Ätzanlagen angepasst werden können, wobei
auf der Grundlage der hierin dargebotenen technischen Lehre geeignete
Prozessparameter auf der Grundlage von Testläufen ermittelt werden können, wobei
Halbleiterbauelemente 200 verwendet werden, wie sie in
den 2a bis 2d gezeigt sind, oder
wobei geeignet festgestellte Testsubstrate verwendet werden können, die
darauf zumindest einen Schichtstapel, der die Schichten 203, 206 und 207 enthält, aufweisen.
-
In
Ausführungsformen,
in denen die zusätzliche Ätzstoppschicht 205 in
der Schicht 203 vorgesehen ist, können gut etablierte konventionelle Ätzparameter
verwendet werden, wie sie in dem zweiten Schritt angewendet werden,
der mit Bezug zu 1c beschrieben ist, d. h. eine
erhöhte Ätzrate während des
Hauptätzschrittes,
da hier der Ätzprozess
zuverlässig
an oder in der zusätzlichen Ätzstoppschicht 205 angehalten
werden kann. Somit kann die Gesamtprozesszeit für das Strukturieren des Grabens 212 weiter
verringert werden, wodurch der Durchsatz erhöht und damit die Herstellungskosten
verringert werden.
-
2e zeigt
schematisch eine Draufsicht des Halbleiterbauelements 200 mit
mehreren benachbarten Gräben 212,
wobei die Abmessungen der Gräben 212,
die in Übereinstimmung
mit einem Bauteilentwurf für
eine 90 nm Technologie gebildet sind, identisch zu dem Graben sind,
der mit Bezug zu den 1a bis 1d beschrieben
ist. Wie aus 2e ersichtlich wird, ist die
Randrauhigkeit an den Randgebieten 213 deutlich geringer
ausgeprägt,
im Vergleich zu den Randgebieten 113 in 1b.
Somit sind nachteilige Wirkungen, die durch einen Grabenätzprozess
hervorgerufen werden, etwa ein Leckstrom zwischen benachbarten Metallleitungen,
die in den Gräben 212 gebildet
sind, deutlich verringert.
-
2f zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Das Halbleiterbauelement 200 enthält ein Metall 215,
das in den Graben 212 eingefüllt ist, wobei eine Barrierenschicht 214 ausgebildet
sein kann, die das Metall 215 von dem dielektrischen Material
der Schicht 206 trennt. In modernen integrierten Schaltungen
kann das Metall 215 Kupfer aufweisen und das Barrierenmaterial
kann Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid und dergleichen aufweisen.
Wie zuvor mit Bezug zu 2c erläutert ist, kann eine Dicke der
Barrierenschicht 204 an der Unterseite 212a des Grabens 212 geringer
sein, wenn die dielektrische Schicht 213 eine zusätzliche Ätzstoppschicht
aufweist, die kupferdiffusionsblockierende Eigenschaften aufweist.
Die Deckschicht 207 und die dielektrische Schicht mit kleinem ε 206 in
Verbindung mit dem metallgefüllten
Graben 212 repräsentieren
eine erste Metallisierungsschicht 230. Über der ersten Metallisierungsschicht 230 ist
eine zweite Metallisierungsschicht 240 ausgebildet, die
eine Ätzstoppschicht 241,
eine dielektrische Schicht mit kleinem ε 242 mit einer darin
ausgebildeten Metallleitung 243 und einer Kontaktdurchführung 245,
die mit einem der metallgefüllten
Gräben 212 in
Kontakt ist, aufweisen kann.
-
Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 200,
wie es in 2f gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Zunächst
wird die Barrierenschicht 214 in dem Graben 212 durch
beispielsweise moderne Sputterabscheidetechniken, durch Atomlagenabscheidung
und dergleichen gebildet, worauf sich die Herstellung einer Saatschicht
anschließt,
die durch Sputter-Abscheidung, stromloses nass-chemisches Abscheiden,
und dergleichen aufgebracht werden kann. Auf Grund der reduzierten
Rauhigkeit der Randgebiete 213 ist die Bedeckung der Grabenoberflächen an
den Gebieten 213 während
der Herstellung der Barrierenschicht 214 und der Saatschicht
(nicht gezeigt) deutlich verbessert, was einen Beitrag zu der erhöhten Zuverlässigkeit
der Metallleitung 215 leistet. Danach wird das Metallvolumenmaterial,
etwa Kupfer, eingefüllt
durch beispielsweise Elekroplattieren und nachfolgend wird das überschüssige Metall
durch beispielsweise chemisch-mechanisches Polieren abgetragen,
wobei die Deckschicht 207 als eine Stoppschicht für den Polierprozess
dienen kann. Danach wird die Ätzstoppschicht 241 abgeschieden
gefolgt von der dielektrischen Schicht 242 und die Metallleitung 243 und
die Kontaktdurchführung 245 können in Übereinstimmung
mit gut etablierten Dual-Damaszener-Prozessen oder einem anderen geeigneten
Herstellungsschema gebildet werden.
-
Es
gilt also: die vorliegende Erfindung stellt einen vereinfachten
dielektrischen Schichtstapel mit einem dielektrischen Material mit
kleinem ε bereit, der
für die
Herstellung einer ersten Metallisierungsschicht verwendet wird.
Auf Grund des vereinfachten Aufbaus des Schichtstapels, in welchem
eine konventioneller Weise verwendete Ätzstoppschicht mit kleinem ε weggelassen
wird, kann die Grabenqualitätsbeeinträchtigung
deutlich reduziert werden, selbst für einen Strukturierungsprozess
auf der Grundlage einer 193 nm Lithographie. Ferner kann in Verbindung
mit einem verbesserten Ätzprozess
die Wirksamkeit des vereinfachten Schichtstapels noch weiter erhöht werden.
In einigen Ausführungsformen kann
der vereinfachte Schichtstapel die Prozesskomplexität verringern,
Rohmaterialien einsparen und den Durchsatz erhöhen, da ein Ätzschritt
weggelassen werden kann. Im Vergleich zu konventionellen Lösungen zeigen
die daraus resultierenden Halbleiterbauelemente ein verbessertes
Leistungsverhalten in Hinblick auf Leckströme und die Bauteilzuverlässigkeit.
-
Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
zu betrachten.