Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Schichtanordnung mit
einer Hilfsschicht bereitzustellen, mit welcher Hilfsschicht ein
vereinfachtes Verfahren zum Herstellen eines integrierten Schaltkreises
ermöglicht
wird.
Das
Problem wird durch die Schichtanordnung und das Verfahren zum Herstellen
einer Schichtanordnung mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Beim
Verfahren zum Herstellen einer Schichtanordnung wird eine erste
leitfähige
Schicht ausgebildet, wird eine Strukturierungs-Hilfsschicht aus
Diamant oberhalb der leitfähigen
Schicht ausgebildet und wird zumindest eine dielektrische Schicht auf
der Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant ausgebildet. Ferner
wird die zumindest eine dielektrische Schicht unter Verwenden der
Strukturierungs-Hilfsschicht
aus Diamant zumindest in Teilbereichen mittels Ätzens und/oder Polierens strukturiert und
wird in den strukturierten Teilbereichen eine zweite leitfähige Schicht
ausgebildet.
Eine
Schichtanordnung weist eine erste leitfähige Schicht und eine auf der
ersten leitfähigen Schicht
angeordnete Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant auf. Ferner
weist die Schichtanordnung eine auf der Strukturierungs-Hilfsschicht
aus Diamant angeordneten strukturierten dielektrischen Schicht und
eine zweite leitfähige
Schicht auf, welche zumindest in Teilbereichen der strukturierten
dielektrischen Schicht ausgebildet ist.
Mit
den Bereitstellen einer Strukturierungs-Hilfsschicht, im Weiteren
auch Hilfsschicht genannt, aus Diamant ist es möglich, die gesamte Dielektrizitätszahl einer
Schichtanordnung gegenüber einer
Schichtanordnung, welche Siliziumnitrid als Strukturierungs-Hilfsschicht
aufweist, zu senken, da Diamant mit 5,7 eine geringere Dielektrizitätskonstante
als Siliziumnitrid mit 7,5 aufweist. Somit kann durch das Verwenden
einer Strukturierungs-Hilfsschicht
aus Diamant in einer Schichtanordnung die parasitäre Kapazität der Schichtanordnung
gesenkt werden, wodurch wiederum eine RC-Zeitkonstante eines elektronischen
Schaltkreises, vorzugsweise eines integrierten Schaltkreises, in
welchem die Schichtanordnung vorgesehen ist, verringert wird. Hierdurch
lassen sich Signallaufzeiten in dem integrierten Schaltkreis verringern.
Vorzugsweise ist das Material der dielektrischen Schicht ein low-k
Material, d.h. ein Material, welches eine kleine Dielektrizitätskonstante
hat, wie beispielsweise Black DiamondTM oder
SiLKTM, wobei SiLKTM und
Black DiamondTM mit Kohlenstoff dotierte
siliziumoxidartige Materialien sind, und vorzugsweise ist das Material
der leitfähigen
Schichten Metall.
Ferner
weist Diamant eine sehr gute Ätzselektivität gegenüber verschiedenen
Materialien auf, welche in der Herstellung von integrierten Schaltkreisen
verwendet werden. Insbesondere ist Diamant unempfindlich gegenüber fluorbasierten Ätzmitteln, welche
verwendet werden können,
um Schichten aus Siliziumoxid zu ätzen. Auch als Polierstoppschicht
ist Diamant sehr gut geeignet, da Diamant das Material mit der größten mechanischen
Härte ist,
wodurch beim Verwenden als Polierstoppschicht in einem Planarisierungsschritt
keine Artefakte wie das so genannte "dishing" oder "Erosion" auftreten. Erfindungsgemäß wird das
Erzeugen von gegenüber
dem Stand der Technik verringert, in welchem häufig zur Senkung der Dielektizitätskonstanten
der dielektrischen Schichten poröse
low-k Materialien verwendet werden, welche beim Polieren sehr anfällig für die Bildung
von Artefakten sind. Ein weiterer Vorteil den Diamant gegenüber Siliziumnitrid
als erfindungsgemäße Hilfsschicht
aufweist, ist eine höhere
Wärmeleitfähigkeit
von Diamant gegenüber
Siliziumnitrid. Dies führt
einerseits zu einer leichteren Abführung von Wärme, welche in einem elektronischen
Schaltkreis auftritt, andererseits können hierdurch thermische Spannungen
innerhalb des elektronischen Schaltkreises verringert werden.
Durch
die sehr gute Ätzselektivität und die sehr
große
Härte von
Diamant ist es möglich,
sehr dünne
Hilfsschichten aus Diamant zu verwenden, wodurch es möglich ist
eine geringe Gesamt-Dielektrizitätszahl
und damit eine geringe Kapazität
der Schichtanordnung zu erzielen, da die sehr dünne Diamantschicht nur im geringen
Masse zur Gesamt-Dielektrizitätszahl beiträgt. Weiterhin
ist es durch die geringe Dicke der Hilfsschicht aus Diamant auch möglich elektronische
Schaltkreise zu verkleinern, in welchen die Schichtanordnung verwendet
wird. Ferner erlaubt die sehr gute Ätzselektivität zwischen
den üblicherweise
verwendeten Dielektrika und Diamant eine Integration von Diamant
in so genannte Damaszenerprozesse.
Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die weiteren
Ausgestaltungen der Erfindung, die im Zusammenhang mit der Schichtanordnung
dargelegt sind, gelten sinngemäß auch für das Verfahren
zum Herstellen der Schichtanordnung und umgekehrt.
Im
Verfahren kann die Strukturierungs-Hilfsschicht als Stoppschicht
verwendet werden.
Bei
dem Strukturieren der zumindest einen dielektrischen Schicht wird
vorzugsweise ein Graben erzeugt, in welchem die zweite leitfähige Schicht
ausgebildet wird.
Beim
Strukturieren der zumindest einen dielektrischen Schicht kann ein
Via erzeugt werden, mittels welchem die erste leitfähige Schicht
und die zweite leitfähige
Schicht elektrisch miteinander koppelbar sind.
In
einem Ausführungsbeispiel
wird vor dem Strukturieren der zumindest einen dielektrischen Schicht
und der Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant eine Photolackschicht
aufgebracht, welche in einem Ätzschritt
entfernt wird, in welchem gleichzeitig auch die Strukturierungs-Hilfsschicht
aus Diamant strukturiert wird.
Durch
das Verwenden einer Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant ist
es möglich
die Photolackschicht, welche üblicherweise
beim Strukturieren einer Schichtanordnung verwendet wird und die
Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant, welche vorzugsweise in
einem vorhergehenden Prozessschritt als Ätzstoppschicht und/oder als
Polierstoppschicht verwendet wurde, in einem einzigen Prozessschritt
zu entfernen. Hierdurch ist es möglich
einen Herstellungsprozess einer Schichtanordnung, beispielsweise
eines elektronischen Schaltkreises, zu vereinfachen. Als Ätzmittel
für eine
selektive Entfernung von Photolack und einer Strukturierungs-Hilfsschicht
aus Diamant wird vorzugsweise ein Sauerstoffplasma verwendet, gegen
welches beispielsweise Siliziumoxid unempfindlich ist.
Vorzugsweise
wird eine zusätzliche
Strukturierungs-Hilfsschicht
aus Diamant auf der zumindest einen dielektrischen Schicht ausgebildet,
welche beim Strukturieren der zumindest einen dielektrischen Schicht
als Hartmaske verwendet wird.
Durch
seine Ätzselektivität kann die
zusätzliche
Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant auf einfache Weise als
Hartmaske in einem Ätzschritt
verwendet werden. Hierdurch kann in einem Herstellungsprozess einer
Schichtanordnung ein Prozessschritt des Aufbringens einer Photolackschicht
für den Ätzschritt
eingespart werden, wodurch sich der Herstellungsprozess weiter vereinfacht.
Die
Stoppschicht kann als Ätzstoppschicht und/oder
Polierstoppschicht verwendet werden.
In
einer Weiterbildung ist zumindest eine der leitfähigen Schichten aus Metall,
vorzugsweise aus Kupfer.
In
Kombination mit einer Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant ist
insbesondere Kupfer ein geeignetes Metall für eine leitfähige Schicht,
da Kupfer im Allgemeinen nicht auf einfache Weise auf einem dielektrischen
Material abgeschieden und nachfolgend mittels Ätzens strukturiert werden kann.
Zum Ausbilden von leitfähigen
Schichten aus Kupfer, beispielweise Leiterbahnen aus Kupfer, in
elektronischen Schaltkreisen werden üblicherweise so genannte Damaszenerprozesse
verwendet, für welche
wiederum Ätzstoppschichten
und Polierstoppschichten notwendig sind. Hierzu ist eine Strukturierungs-Hilfsschicht
aus Diamant sehr gut geeignet.
Vorzugsweise
weist die Schichtanordnung eine Passivierungsschicht aus Diamant
auf.
Eine
Passivierungsschicht aus Diamant ist insbesondere vorteilhaft, wenn
die leitfähige
Schicht aus Kupfer ist, da mittels einer Passivierungsschicht aus
Diamant Diffusion von Kupfer in die Passivierungsschicht reduziert
werden kann. Im Gegensatz zu einer Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid
diffundiert Kupfer kaum in eine Diamantschicht hinein. Durch das
Verringern der Diffusion kann die Anfälligkeit der Schichtanordnung,
d.h. der leitfähigen Schicht
aus Kupfer, gegenüber
Elektromigration gesenkt werden, wodurch die Zuverlässigkeit
eines elektronischen Schaltkreises, in welchen eine solche Schichtanordnung
vorgesehen ist, erhöht
wird. Ferner ist auch die Haftung der Passivierungsschicht verbessert,
wenn die Passivierungsschicht eine Diamantschicht ist.
Die
Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant kann zumindest ein Teil
einer Ätzstoppschicht und/oder
einer Polierstoppschicht sein.
Besonders
bevorzugt weist die Schichtanordnung eine Mehrzahl von Strukturierungs-Hilfsschichten
aus Diamant auf, zwischen welchen jeweils eine Dielektrikumschicht
ausgebildet ist.
Das
Verwenden einer Mehrzahl von Strukturierungs-Hilfsschichten aus Diamant erhöht die Flexibilität der Einsatzfähigkeit
der Schichtanordnung in elektronischen Schaltkreisen und eröffnet für eine weitere
Prozessierung der Schichtanordnung neue Freiheitsgrade, indem jede
der Strukturierungs-Hilfsschichten aus Diamant als Stoppschicht
verwendet werden kann, wobei gleichzeitig die Gesamtdielektrizitätszahl der
Schichtanordnung, gegenüber
einer Schichtanordnung bei der Siliziumnitrid als Material für Stoppschichten
verwendet wird, verringert ist.
In
einer Weiterbildung bildet die Schichtanordnung eine Air-Gap-Struktur und
die Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant eine Tragschicht der Air-Gap-Struktur
aus.
Unter
einer Air-Gap-Struktur wird in dieser Anmeldung eine Schichtanordnung
verstanden, in welcher zum Zwecke des Verringerns der Dielektrizitätskonstante,
und damit der parasitären
Kapazitäten,
der Schichtanordnung in Teilbereichen der Struktur keine Dielektrika
sondern luftgefüllte
oder mit einem geeigneten Gas gefüllte Hohlraumstrukturen, Air-Gaps,
vorgesehen sind. Anders ausgedrückt
sind einige Dielektrikumschichten einer Schichtanordnung durch Hohlräume ersetzt.
Jede einzelne Dielektrikumschicht kann aus einem oder mehreren unterschiedlichen
Dielektrika ausgebildet sein und/oder die Materialen der Dielektrikumschichten
können
für unterschiedliche
Dielektriumschichten unterschiedlichen sein. Hierdurch wird die
Gesamtdielektrizitätszahl
der Air-Gap-Struktur
gesenkt. Die strukturierungs-Hilfsschichten aus Diamant sind für das Herstellen
solcher Air-Gap-Strukturen besonders geeignet, da sie einerseits
eine geringere Dielektrizitätszahl
als Schichten aus Siliziumnitrid aufweisen, andererseits weisen
sie gleichzeitig durch die sehr hohe mechanische Härte des
Diamant verbesserte mechanische Eigenschaften auf.
Vorzugsweise
sind die erste leitfähige Schicht
und die zweite leitfähige
Schicht mittels eines Via elektrisch leitend miteinander gekoppelt,
wobei sich das Via durch die Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant
hindurch erstreckt.
Bei
einem Verfahren zum Herstellen eines integrierten Schaltkreises
kann eine vergrabene Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant eines Startsubstrats
als Stoppschicht verwendet werden.
Ein
Aspekt der Erfindung kann anschaulich darin gesehen werden, dass
eine Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant in Herstellungsprozesse
von elektronischen Schaltkreisen, beispielsweise integrierten Schaltkreisen,
und in die ausgebildeten elektronischen Schaltkreise integriert
ist. Eine solche Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant weist
einerseits eine gute Ätzselektivität gegenüber Dielektrika,
welche in elektronischen Schaltkreisen vorgesehen sind, und andererseits
eine große
mechanische Härte
auf, wodurch Planarisierungsschritte mittels Polierens vereinfacht
werden, da die Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant auf einfache Weise
als Polierstoppschicht verwendet werden kann. Ferner senkt das Integrieren
einer Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant auch die Gesamtdielektrizitätszahl,
wenn mittels ihr eine Schicht aus Siliziumnitrid ersetzt wird, welches
Siliziumnitrid herkömmlich
als Ätzstoppschicht
verwendet wird.
Eine
Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant ist auf einfache Weise
mittels chemischer Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition
= CVD) ausbildbar.
Eine
solche Strukturierungs-Hilfsschicht aus Diamant kann auch in einem
Damaszenerprozess als Ätzstoppschicht
und/oder als Polierstoppschicht verwendet werden. Diamant ist als
Material einer Ätzstoppschicht
geeignet, da es selektiv gegenüber
vielen in herkömmlichen
Damaszenerprozessen verwendeten Materialien ätzbar ist. Beispielsweise kann Diamant
selektiv zu Siliziumoxid und/oder anderen low-k Materialien, d.h.
Materialien, welche eine kleine Dielektrizitätskonstante haben, wie beispielsweise Black
DiamondTM oder SiLKTM,
geätzt
werden. Somit kann Diamant gegenüber
einer Siliziumoxidätzung mittels
fluorbasierter Ätzmittel
als Ätzstoppschicht und/oder
als Maskenschicht verwendet werden. Ferner ist Diamant in einer Ätzung mittels
eines auf Sauerstoff basierenden Ätzmittels selektiv gegenüber Siliziumoxid ätzbar.
Ferner
ist einerseits auch Photolack gegenüber Diamant selektiv ätzbar. Photolack
lässt sich
beispielsweise mittels nasschemischer Ätzung selektiv gegenüber Diamant ätzen. Andererseits
lässt sich Photolack
auch nichtselektiv gegenüber
Diamant ätzen,
d.h. eine Diamantschicht und eine Photolackschicht kann innerhalb
eines einzigen Ätzschrittes entfernt
werden. Als Ätzmittel
für einen
solchen nichtselektiven Ätzschritt
eignen sich alle in herkömmlichen
Trockenätzprozessen
verwendeten Gase, wie beispielsweise Wasserstoff oder Sauerstoff.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren
näher erläutert.
Es
zeigen:
1 eine
schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung;
2A eine
schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung, welche
in einem ersten Damaszenerprozess verwendet werden kann;
2B eine
schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Schichtanordnung
aus 2A nach Teilschritten des ersten Damaszenerprozesses;
3A eine
schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung, welche
in einem zweiten Damaszenerprozess verwendet werden kann;
3B eine
schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Schichtanordnung
aus 3A nach Teilschritten des zweiten Damaszenerprozesses;
4A eine
schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung, welche
in einem dritten Damaszenerprozess verwendet werden kann;
4B eine
schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Schichtanordnung
aus 4A nach Teilschritten des dritten Damaszenerprozesses;
5 eine
schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach
ersten Teilschritten eines Damaszenerprozesses zum Herstellen einer
Metallisierung;
6 eine
schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Schichtanordnung
aus 5 nach zusätzlichen
Teilschritten des Damaszenerprozesses zum Herstellen einer Metallisierung;
7 eine
schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Schichtanordnung
aus 6 nach zusätzlichen
Teilschritten des Damaszenerprozesses zum Herstellen einer Metallisierung;
8 eine
schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Schichtanordnung
aus 7 nach zusätzlichen
Teilschritten des Damaszenerprozesses zum Herstellen einer Metallisierung;
9 eine
schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Schichtanordnung
aus 8 nach zusätzlichen
Teilschritten des Damaszenerprozesses zum Herstellen einer Metallisierung;
10 eine
schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Schichtanordnung
aus 9 nach zusätzlichen
Teilschritten des Damaszenerprozesses zum Herstellen einer Metallisierung; und
11 eine
schematische perspektivische Ansicht einer Schichtanordnung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
Bezugnehmend
auf die Figuren werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
erläutert,
in welchen gleiche oder ähnliche
Komponenten in unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen
sind.
1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Schichtanordnung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, welche als Startsubstrat für Damaszenerprozesse, insbesondere
für so
genannte Dual-Damaszenerprozesse, verwendet werden kann. Die Schichtanordnung 100 weist
eine erste dielektrische Schicht 101 auf. Innerhalb der
ersten dielektrischen Schicht 101 ist in 1 schematisch
eine Metallisierungsschicht 102 dargestellt. Auf der ersten dielektrischen
Schicht 101 und der Metallisierungsschicht 102 ist
eine erste Strukturierungs-Hilfsschicht 103 aus
Diamant ausgebildet, im Folgenden auch Hilfsschicht genannt.
Auf
der ersten Hilfsschicht 103 ist eine zweite dielektrische
Schicht 104 ausgebildet, auf welcher eine zweite Hilfsschicht 105 aus
Diamant ausgebildet ist. Auf der zweiten Hilfsschicht 105 aus
Diamant ist eine dritte dielektrische Schicht 106 ausgebildet,
auf welcher eine dritte Hilfsschicht 107 aus Diamant ausgebildet
ist.
Ein
Material der ersten dielektrischen Schicht 101, der zweiten
dielektrischen Schicht 104 und der dritten dielektrischen
Schicht 106 weist vorzugsweise Siliziumoxid, oder so genannte
low-k Materialien, wie beispielsweise SiLKTM oder
so genannten Black DiamondTM, auf, wobei
SiLKTM und Black DiamondTM mit
Kohlenstoff dotierte siliziumoxidartige Materialien sind.
Die
erste Hilfsschicht 103 aus Diamant und/oder die zweite
Hilfsschicht 105 aus Diamant und/oder die dritte Hilfsschicht 107 aus
Diamant können
in einem Damaszenerprozess, für
welchen die Schichtanordnung 100 als Startsubstrat verwendet wird,
als Ätzstoppschicht
und/oder als Polierstoppschicht verwendet werden. Diamant ist als Ätzstoppschicht
geeignet, da es selektiv gegenüber
vielen in herkömmlichen
Prozessen verwendeten Materialien ätzbar ist. Beispielsweise kann
Diamant selektiv zu Siliziumoxid und/oder low-k Materialien wie
beispielsweise Black DiamondTM geätzt werden,
wobei unter low-k Materialien Materialien verstanden werden, welche
eine niedrige Dielektrizitätskonstante
aufweisen. Somit kann Diamant gegenüber einer Siliziumoxidätzung mittels
fluorbasierter Ätzmittel
als Ätzstoppschicht
und/oder als Maskenschicht verwendet werden. Ferner ist Diamant
in einer Ätzung
mittels eines auf Sauerstoff basierenden Ätzmittels selektiv gegenüber Siliziumoxid ätzbar.
Ferner
ist einerseits auch Photolack gegenüber Diamant selektiv ätzbar. Photolack
lässt sich
beispielsweise mittels nasschemischer Ätzung selektiv gegenüber Diamant ätzen. Andererseits
lässt sich Photolack
auch nichtselektiv gegenüber
Diamant ätzen,
d.h. eine Diamantschicht und eine Photolackschicht kann innerhalb
eines einzigen Ätzschrittes entfernt
werden. Als Ätzmittel
in einen solchen nichtselektiven Ätzschritt eignen sich Gase
in Trockenätzprozessen.
Diese wahlweise Selektivität
eröffnet
zusätzliche
Freiheitsgrade in der Prozessierung einer Schichtanordnung, welche
eine Hilfsschicht aus Diamant aufweist.
Ferner
ist Diamant ein Material, welches sich besonders als Polierstoppschicht
eignet, da es härter als
alle anderen in Herstellungsprozessen von elektronischen Schaltkreises
verwendeten Materialien ist. Insbesondere lässt sich Diamant auf einfache Weise
als Polierstoppschicht in Polierschritten verwenden, mittels welchem
weiche Dielektrika poliert werden.
Ein
zusätzlicher
Vorteil des Verwendens einer Hilfsschicht aus Diamant gegenüber dem
Verwenden einer Ätzstoppschicht
aus beispielweise Siliziumnitrid ist, dass Diamant mit einer Dielektrizitätskonstante
von 5,7 eine geringere Dielektrizitätskonstante als die von Siliziumnitrid,
welche 7,5 beträgt, hat.
Somit ergibt sich beim Ersetzen von Siliziumnitrid durch Diamant
als Material von Hilfsschichten in einer Schichtanordnung, beispielweise
in elektronischen Schaltkreisen, eine Verringerung der Dielektizitätszahl des
elektronischen Schaltkreises und damit eine Reduktion der RC-Zeitkonstanten einer
Signalübertragung
in elektronischen Schaltkreisen.
Ferner
weist eine Hilfsschicht aus Diamant gegenüber einer Hilfsschicht aus
Siliziumnitrid noch den Vorteil auf, dass Diamant eine höhere Wärmeleitfähigkeit
als Siliziumnitrid aufweist, wodurch beispielweise thermische Spannungen
in einem elektronischen Schaltkreis verringert werden können und
in elektronischen Schaltkreisen entstehende Wärme besser abgeleitet werden
kann.
Die
Hilfsschicht aus Diamant kann ferner in elektronischen Schaltkreisen
als Schutzschicht gegenüber
Diffusion von Kupfer verwendet werden. Bei Damaszenerverfahren werden
häufig
Metallisierungsschichten aus Kupfer ausgebildet, welche gemäß dem Stand
der Technik mittels einer Siliziumnitridschicht passiviert werden.
Insbesondere unter Stress, d.h. wenn Strom durch die Metallisierungsschicht
fließt,
kommt es dann an der Grenzfläche
zwischen Kupfer und Siliziumnitrid zu einer Diffusion von Kupfer
in die Siliziumnitridschicht, welche Diffusion wiederum dazu führt, dass
die Metallisierungsschicht einer verstärkten Elektromigration unterliegt.
Das Ausbilden einer erfindungsgemäßen Diamantschicht als Diffusionsschutzschicht
jedoch verhindert eine Diffusion der Kupferatome aus der Metallisierungsschicht,
wodurch die Elektromigration in einer Metallisierungsschicht gegenüber einer
Metallisierungsschicht gemäß dem Stand
der Technik reduziert werden kann und die Zuverlässigkeit der elektronischen Schaltkreise
erhöht
wird.
Diamant
ist ferner auf einfache Weise als ultradünne Hilfsschicht ausbildbar,
indem sie beispielsweise mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung
(Chemical Vapour Deposition = CVD) gebildet wird.
In
einer Schichtanordnung, welche so genannte Air-Gaps aufweist, können die
erste Hilfsschicht 103 aus Diamant und/oder die zweite
Hilfsschicht 105 aus Diamant und/oder die dritte Hilfsschicht 107 aus
Diamant als Tragschicht verwendet werden. Auch in einer Schichtanordnung
mit Air-Gaps senkt das Verwenden von Diamant anstelle von Siliziumnitrid
die Dielektizitätszahl
der Schichtanordnung. Ferner ist Diamant auch wegen seiner mechanischen
Eigenschaften, wie beispielsweise seiner mechanischen Härte, ein
geeignetes Material für eine
Tragschicht in Schichtanordnungen mit Air-Gaps.
Anhand
der 2 bis 4 werden
schematisch Teilschritte von drei verschiedenen so genannten Dual-Damaszenerprozessen
zum Erzeugen von so genannten Vias, d.h. Kontaktlöchern zwischen
jeweils zwei Metallisierungsschichten, und von Gräben, in
welche nachfolgend Leiterbahnen einer Metallisierungsschicht eingebracht
werden kann, erläutert,
wobei in den dargestellten Dual-Damaszenerprozessen eine erfindungsgemäße Schichtanordnung,
wie sie in 1 schematisch dargestellt ist,
als Startsubstrat verwendet wird.
2A zeigt
eine erfindungsgemäße Schichtanordnung 100,
wie sie schematisch in 1 dargestellt ist, nach ersten
Teilschritten eines ersten so genannten Dual-Damaszenerprozesses, wobei bei dem ersten
Dual-Damaszenerprozess
zuerst eine Via- bzw. Lochätzung
durchgeführt
wird und nachfolgend eine Grabenätzung
durchgeführt
wird.
Zum
Ausbilden eines Loches 209 zum Erzeugen eines Via, welches
eine Leiterbahn der Metallisierungsschicht 102 kontaktiert,
wird eine Photolackschicht 208 auf der dritten Hilfsschicht 107 aus Diamant
ausgebildet und so strukturiert, dass die Photolackschicht 208 als Ätzmaske
zum Erzeugen des Via verwendbar ist. Nachfolgend wird unter Verwendung
der strukturierten Photolackschicht 208 die dritte Hilfsschicht 107 aus
Diamant in einem ersten selektiven anisotropen Ätzschritt geätzt, wobei
die dritte dielektrische Schicht 106 als Ätzstoppschicht verwendet
werden kann. In einem zweiten selektiven anisotropen Ätzschritt
wird dann die dritte dielektrische Schicht 106 geätzt, wobei
als Ätzstoppschicht die
zweite Hilfsschicht 105 aus Diamant verwendet wird. Anschließend wird
in einem dritten selektiven anisotropen Ätzschritt die zweite Hilfsschicht 105 aus Diamant
entfernt, wobei die zweite dielektrische Schicht 104 als Ätzstoppschicht
verwendet wird. Nachfolgend wird in einem vierten selektiven anisotropen Ätzschritt
die zweite dielektrische Schicht 104 entfernt, wobei die
erste Hilfsschicht 103 aus Diamant als Ätzstoppschicht verwendet wird.
Nachfolgend
wird unter Bezug auf 2B Teilschritte des ersten Damaszenerprozesses
beschrieben, welche dem Ausbilden eines Grabens dienen.
Ausgehend
von der Schichtanordnung 100, wie sie in 2A dargestellt
ist, wird die Photolackschicht 208 erneut strukturiert,
wobei Teilbereiche der dritten Hilfsschicht 107 aus Diamant
freigelegt werden, in welchen Teilbereichen anschließend der Graben
ausgebildet wird. Zum Ausbilden des Grabens wird ein fünfter selektiver
anisotroper Ätzschritt ausgeführt, mittels
welchem die freigelegten Teilbereiche der dritten Hilfsschicht 107 aus
Diamant entfernt werden.. Beim fünften
selektiven anisotropen Ätzschritt
wird die dritte dielektrische Schicht 106 als Stoppschicht
verwendet. Vorzugsweise weist die dritte Hilfsschicht 107 eine
geringere Dicke als die erste Hilfsschicht 103 auf, wodurch
auf einfache Weise sichergestellt werden kann, dass beim fünften Ätzschritt
die im vierten Ätzschritt
freigelegten Bereiche der ersten Hilfsschicht 103 zumindest
nicht vollständig
entfernt werden. Nachfolgend wird in einem sechsten selektiven anisotropen Ätzschritt
die dritte dielektrische Schicht 106 entfernt, wobei die
zweite Hilfsschicht 105 aus Diamant als Stoppschicht verwendet
wird.
3A zeigt
eine erfindungsgemäße Schichtanordnung 100,
wie sie schematisch in 1 dargestellt ist, nach ersten
Teilschritten eines zweiten so genannten Dual-Damaszenerprozesses, wobei bei dem zweiten
Dual-Damaszenerprozess
zuerst eine Grabenätzung
durchgeführt
wird und nachfolgend eine Via bzw. Lochätzung durchgeführt wird.
Zum
Ausbilden eines Grabens 309 wird eine Photolackschicht 308 auf
der dritten Hilfsschicht 107 aus Diamant ausgebildet und
so strukturiert, dass die Photolackschicht 308 als Ätzmaske
zum Erzeugen des Grabens verwendbar ist. Nachfolgend wird unter Verwendung
der strukturierten Photolackschicht 308 die dritte Hilfsschicht 107 aus
Diamant in einem ersten selektiven anisotropen Ätzschritt geätzt, wobei die
dritte dielektrische Schicht 106 als Ätzstoppschicht verwendet werden
kann. In einem zweiten selektiven anisotropen Ätzschritt wird dann die dritte
dielektrische Schicht 106 geätzt, wobei als Ätzstoppschicht
die zweite Hilfsschicht 105 aus Diamant verwendet wird.
Nachfolgend
werden unter Bezug auf 3B Teilschritte des zweiten
Damaszenerprozesses beschrieben, welche dem Ausbilden eines Via dienen.
Ausgehend
von der Schichtanordnung 100, wie sie in 3A dargestellt
ist, wird in Teilbereichen des ausgebildeten Grabens 309 zum
Erzeugen eines Via, welches eine Leiterbahn der Metallisierungsschicht 102 kontaktiert,
eine zusätzliche
Photolackschicht 310 auf der zweiten Hilfsschicht 105 aus
Diamant ausgebildet und so strukturiert, dass die zusätzliche
Photolackschicht als Ätzmaske
zum Erzeugen des Via verwendbar ist. Nachfolgend wird unter Verwendung
der strukturierten Photolackschicht die zweite Hilfsschicht 105 aus
Diamant in einem dritten selektiven anisotropen Ätzschritt geätzt, wobei die zweite
dielektrische Schicht 104 als Ätzstoppschicht verwendet werden
kann. In einem vierten selektiven anisotropen Ätzschritt wird dann die zweite
dielektrische Schicht 104 geätzt, wobei als Ätzstoppschicht die
erste Hilfsschicht 103 aus Diamant verwendet wird.
4A zeigt
eine erfindungsgemäße Schichtanordnung 100,
wie sie schematisch in 1 dargestellt ist, nach ersten
Teilschritten eines dritten so genannten Dual-Damaszenerprozesses, wobei bei dem dritten
Dual-Damaszenerprozess
zuerst eine vergrabene Hartmaske für eine Via- bzw. Lochätzung erzeugt
und nachfolgend mittels eines Ätzschrittes
ein Graben und ein Via bzw. Loch erzeugt wird.
Zum
Ausbilden einer Hartmaske für
eine Viaätzung
zum Erzeugen eines Via, welches die Metallisierungsschicht 102 kontaktiert,
wird eine Photolackschicht 408 auf der dritten Hilfsschicht 107 aus Diamant
ausgebildet und so strukturiert, dass die Photolackschicht 408 als Ätzmaske
zum Erzeugen einer Hartmaske für
die Viaätzung
verwendbar ist. Nachfolgend wird unter Verwendung der strukturierten
Photolackschicht 408 die dritte Hilfsschicht 107 aus
Diamant in einem ersten selektiven anisotropen Ätzschritt geätzt, wobei
die dritte dielektrische Schicht 106 als Ätzstoppschicht
verwendet werden kann. In einem zweiten selektiven anisotropen Ätzschritt
wird dann die dritte dielektrische Schicht 106 geätzt, wobei
als Ätzstoppschicht
die zweite Hilfsschicht 105 aus Diamant verwendet wird.
Anschließend
wird in einem dritten selektiven anisotropen Ätzschritt die zweite Hilfsschicht 105 aus
Diamant entfernt, wobei die zweite dielektrische Schicht 104 als Ätzstoppschicht
verwendet wird.
Nachfolgend
werden unter Bezug auf 4B Teilschritte des dritten
Damaszenerprozesses beschrieben, welche dem gleichzeitigen Ausbilden
des Via und des Grabens dienen.
Ausgehend
von der Schichtanordnung 100, wie sie in 4A dargestellt
ist, wird die Photolackschicht 408 erneut strukturiert,
wobei Teilbereiche der dritten Hilfsschicht 107 aus Diamant
freigelegt werden, in welchen Teilbereichen anschließend der Graben
ausgebildet wird. Zum Ausbilden des Grabens wird ein vierter selektiver
anisotroper Ätzschritt ausgeführt, mittels
welchem die freigelegten Teilbereichen der dritten Hilfsschicht 107 aus
Diamant entfernt werden. Beim vierten selektiven anisotropen Ätzschritt
wird die dritte dielektrische Schicht 106 als Ätzstoppschicht
verwendet. Nachfolgend wird in einem fünften selektiven anisotropen Ätzschritt
die dritte dielektrische Schicht 106, wobei die strukturierte Photolackschicht 408 als
Maske verwendet wird, und die zweite dielektrische Schicht 104 entfernt,
wobei die zweite Hilfsschicht 105 aus Diamant als Hartmaske
verwendet wird. Für
den fünften
selektiven anisotropen Ätzschritt
wird die erste Hilfsschicht 103 aus Diamant und die zweite
Hilfsschicht 105 aus Diamant als Ätzstoppschicht verwendet.
Ausgehend
von einer Schichtanordnung 100 wie sie in 2B oder 4B dargestellt
ist, wird anhand der 5 bis 10 ein
Dual-Damaszenerprozess zum Herstellen einer Kupfermetallisierung erläutert.
5 zeigt
eine schematische Schichtanordnung 100 wie sie in 2B oder 4B dargestellt
ist.
6 zeigt
die Schichtanordnung 100, wie sie in 5 dargestellt
ist, nach zusätzlichen
Teilschritten zum Ausbilden einer Kupfermetallisierung.
Ausgehend
von 5 werden in einem ersten selektiven Ätzschritt
die Photolackschicht 208 und gleichzeitig die erste Hilfsschicht 103 aus
Diamant und die zweite Hilfsschicht 105 aus Diamant entfernt,
dabei findet der Durchbruch auf die unterhalb der ersten Hilfsschicht 103 aus
Diamant angeordnete Metallisierungsschicht 102 statt. Je
nach Selektivität
zu den Hilfsschichten aus Diamant kann ein Trockenätzschritt,
beispielsweise mittels Sauerstoffplasma, oder ein nasschemischer Ätzschritt,
beispielsweise mittels Aceton zur Photolackentfernung verwendet
werden.
7 zeigt
die Schichtanordnung 100, wie sie in 6 dargestellt
ist, nach zusätzlichen
Teilschritten zum Ausbilden einer Barrierenschicht und einer Keimschicht.
Ausgehend
von 6 wird auf der Schichtanordnung 100 eine
Diffusionsbarrierenschicht, vorzugsweise mittels Sputterns von Tantal
oder Tantalnitrid (TaN), ausgebildet, auf welcher Barrierenschicht nachfolgend
eine Keimschicht ausgebildet wird. Die Keimschicht ist vorzugsweise
aus Kupfer, insbesondere wenn die nachfolgend ausgebildete Metallisierungsschicht
auch aus Kupfer ausgebildet wird. In 7 sind zum
Zwecke der Übersichtlichkeit
die Barrierenschicht und die Keimschicht als eine einzige Schicht 711 dargestellt.
8 zeigt
die Schichtanordnung 100, wie sie in 7 dargestellt
ist, nach zusätzlichen
Teilschritten zum Ausbilden einer zusätzlichen Metallisierungsschicht 812 auf
der Barrieren- und Keimschicht 711.
Zum
Ausbilden der zusätzlichen
Metallisierungsschicht 812 wird auf der Barrieren- und
Keimschicht der Schichtanordnung 100, wie sie in 7 dargestellt
ist, ein Abscheideprozess von Kupfer ausgeführt. Das Abscheiden wird vorzugsweise
mittels elektroplatierten Abscheidens durchgeführt und dient einer Füllung des
Grabens und des Via.
Nach
dem erfolgten Abscheiden der Kupfermetallisierungsschicht 812 wird überflüssiges Kupfer, d.h.
Kupfer, welches sich auf der dritten Hilfsschicht 107 aus
Diamant befindet und sich außerhalb
des Bereiches befindet, in welchem die Kupfermetallisierungsschicht
ausgebildet werden soll, mittels chemisch mechanischen Polierens
entfernt, wodurch eine Planare Oberfläche der Schichtanordnung 100 ausgebildet
wird, wie es in 9 dargestellt ist. Als Stoppschicht
für das
chemisch mechanische Polieren wird die dritte Hilfsschicht 107 aus
Diamant verwendet, welche hierfür
wegen ihrer mechanischen Härte
gut geeignet ist.
Vorzugsweise
wird die planarisierte Oberfläche
passiviert, indem eine Passivierungsschicht 1013 ausgebildet
wird, wie es in 10 schematisch dargestellt ist.
Die Passivierungsschicht 1013 ist vorzugsweise eine Diamantschicht,
welche mittels CVD ausgebildet werden kann. Diamant als Material
der Passivierungsschicht 1013 hat gegenüber Siliziumnitrid den Vorteil,
dass eine Diffusion von Kupferatomen in eine Diamantschicht hinein
geringer ist als eine Diffusion von Kupferatomen in eine Siliziumnitridschicht
hinein. Hierdurch können
beim Verwenden einer Diamantschicht als Passivierungsschicht Auswirkungen
von Elektromigration in der Kupfermetallisierungsschicht verringert
werden.
Eine
andere Anwendung, für
welche eine Hilfsschicht aus Diamant geeignet ist, ist schematisch
in 11 dargestellt und betrifft eine Verwendung einer
Hilfsschicht aus Diamant in einer so genannten Air-Gap-Struktur.
Unter
einer Air-Gap-Struktur wird in dieser Anmeldung eine Schichtanordnung
verstanden, in welcher zum Zwecke des Verringerns der Dielektrizitätskonstante,
und damit der parasitären
Kapazitäten,
der Schichtanordnung in Teilbereichen der Struktur keine Dielektrika
sondern mit Gas, beispielsweise Luft, gefüllte Hohlraumstrukturen, so
genannte Air-Gaps, vorgesehen sind. Hierdurch wird die Gesamtdielektrizitätszahl der
Air-Gap-Struktur gesenkt. Die Hilfsschichten aus Diamant sind für das Herstellen
solcher Air-Gap-Strukturen besonders geeignet, da sie einerseits
eine geringere Dielektrizitätszahl
als Schichten aus Siliziumnitrid aufweisen, andererseits weisen
sie gleichzeitig durch die sehr hohe mechanische Härte des
Diamant verbesserte mechanische Eigenschaften auf.
Eine
solche Air-Gap-Struktur 1100 ist in 11 schematisch
dargestellt. Eine Air-Gap-Struktur 1100 weist auf einer
Mehrzahl von Ebenen Air-Gaps 1101 oder Hohlräume 1101 auf,
welche durch eine Mehrzahl von Hilfsschichten oder Tragschichten 1102 gebildet
werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel,
welches im Zusammenhang mit 11 erläutert wird,
ist zumindest eine der Hilfsschichten aus Diamant ausgebildet. In 11 sind schematisch
zwei der Hohlräume
mit einer Schicht 1103 gefüllt. Die Schicht 1103 ist
nur schematisch dargestellt und kann beispielsweise eine Metallisierungsschicht,
eine Halbleiterschicht oder eine beliebige Schicht sein, welche
in integrierten elektronischen Schaltkreisen ausgebildet ist. Zum
Beispiel kann die Schicht 1103 eine Leiterbahn, ein Teil
eines Transistors oder ein Teil eines sonstiges elektronischen Schaltkreises
sein.
Zusammenfassend
kann ein Aspekt der Erfindung anschaulich darin gesehen werden,
dass eine Hilfsschicht aus Diamant in Herstellungsprozesse von elektronischen
Schaltkreisen, beispielsweise integrierten Schaltkreisen, und in
die ausgebildeten elektronischen Schaltkreise integriert ist.