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Gebiet der
vorliegenden Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung von Metallisierungsschichten
mit reduzierter Permittivität.
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Halbleiterbauelemente
werden typischerweise auf im Wesentlichen scheibenförmigen Substraten ausgebildet,
die aus einem geeigneten Material hergestellt sind. Die Mehrheit
der Halbleiterbauelemente mit komplexen elektronischen Schaltungen
wird gegenwärtig
und in der näheren
Zukunft auf der Basis von Silizium hergestellt, womit Siliziumsubstrate
und siliziumenthaltende Substrate, etwa SOI- (Silizium auf Isolator)
Substrate geeignete Träger
zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, etwa Mikroprozessoren,
SRAMs, ASICs (anwendungsspezifische ICs) und dergleichen sind. Die
einzelnen integrierten Schaltungen sind in Array-Form angeordnet,
wobei die meisten Herstellungsschritte, die sich auf bis zu 500
und mehr einzelne Prozessschritte in modernen integrierten Schaltungen
belaufen können,
gleichzeitig für
alle Chipbereiche auf dem Substrat ausgeführt werden, mit Ausnahme von
Photolithographieprozessen, gewissen messtechnischen Prozessen und
dem Einbringen der einzelnen Bauelemente in ein Gehäuse, nachdem
das Substrat gesägt
wurde. Somit zwingen ökonomische
Rahmenbedingungen die Halbleiterhersteller dazu, die Substratabmessungen
ständig zu
vergrößern, und
damit auch den für
das Herstellen von Halbleiterelementen verfügbaren Platz und damit die
Produktionsausbeute zu erhöhen,
und auch die Bauteilabmessung im Hinblick auf Kriterien des Leistungsverhaltens
zu verringern, da typischerweise geringere Transistorabmessungen
zu einer erhöhten Arbeitsgeschwindigkeit
führen.
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In
modernen integrierten Schaltungen werden die Schaltungselemente
in und auf einer Halbleiterschicht gebildet, wobei die meisten elektrischen Verbindungen
in einer oder mehreren „Verdrahtungs-" Schichten hergestellt
werden, die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden,
wobei die elektrischen Eigenschaften, etwa der Widerstand, die Elekt romigration,
etc. der Metallisierungsschichten merklich das Gesamtverhalten der
integrierten Schaltung beeinflussen. Elektromigration ist eine Erscheinung,
bei der ein durch Temperatur und/oder durch ein elektrisches Feld
hervorgerufener Materialtransport in einer Metallleitung auftritt,
was bei höheren
Stromdichten in einer Metallleitung beobachtbar ist, woraus sich
Beeinträchtigungen
des Bauteils ergeben oder woraus sogar ein vollständiger Ausfall
resultiert.
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Auf
Grund der ständigen
Forderung für
eine Verringerung der Strukturgrößen äußerst moderner Halbleiterbauelemente
ist Kupfer in Verbindung mit dielektrischen Materialien mit kleinem ε zu einer
häufig
angewendeten Alternative bei der Herstellung sogenannter Verbindungsstrukturen
geworden, die Metallisierungsschichten mit Metallleitungsschichten
mit dazwischenliegenden Kontaktdurchführungsschichten aufweisen.
Metallleitungen dienen als Verbindungen innerhalb einer Schicht
und Kontaktdurchführungen
dienen als Verbindungen zwischen den Schichten, die somit gemeinsam
einzelne Schaltungselemente verbinden, um die erforderliche Funktionalität der integrierten
Schaltung sicherzustellen. Typischerweise sind mehrere Metallleitungsschichten
und Kontaktdurchführungsschichten,
die aufeinander gestapelt sind, erforderlich, um die Verbindungen
zwischen allen internen Schaltungselementen und I/O (Eingängen/Ausgängen), Leistungsversorgungs- und
Masseflächen
der betrachteten Schaltungsanordnung zu realisieren. Dabei gewährleisten
die Metallleitungen die elektrischen Verbindungen innerhalb einer
einzelnen Metallisierungsschicht, wohingegen die Kontaktdurchführungen
durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial hindurchgeführt sind,
um zwei Metallleitungen vertikal benachbarter Metallisierungsschichten
zu verbinden.
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Für äußerst größenreduzierte
integrierte Schaltungen ist die Signalausbreitungsverzögerung nicht
mehr nur durch die Feldeffekttransistoren beschränkt, sondern ist auf Grund
der erhöhten
Dichte an Schaltungselementen, was zu einer noch größeren Anzahl
an elektrischen Verbindungen führt,
durch den geringen Abstand der Metallleitungen beschränkt, da
die Kapazität
zwischen den Leitungen erhöht
wird. Diese Tatsache in Kombination mit einer geringeren Leitfähigkeit
der Leitungen auf Grund einer geringeren Querschnittsfläche führt zu größeren RC-Zeitkonstanten.
Aus diesem Grunde werden traditionelle Dielektrika, etwa Siliziumdioxid
(ε > 3,6) und Siliziumnitrid
(ε > 5) in Metallisierungsschichten zunehmen
durch dielektrische Materialien mit kleinerer Permittivität ersetzt,
die daher auch als Dielektrika mit kleinem ε mit einer relativen Permittivität von ungefähr 3 oder
weniger bezeich net werden. Jedoch kann die Dichte und die mechanische
Stabilität
oder Festigkeit der Materialien mit kleinem ε deutlich kleiner sein als von
den bewährten
Dielektrika Siliziumdioxid und Siliziumnitrid. Als Folge davon kann
das elektrische Verhalten der Metallisierungsschichten in Bezug
auf die Zuverlässigkeit
im Vergleich zu Bauteilelementen mit einer konventionellen Metallisierungsschicht
beeinträchtigt
sein, obwohl diese im Hinblick auf das Bauteilleistungsvermögen besser
sein können.
Daher wird häufig
eine Hybrid-Technik angewendet, wobei das dielektrische Material
für die
Kontaktdurchführungsschichten
aus Siliziumdioxid aufgebaut ist, während die Metallleitungsschichten
aus einem Material mit kleinem ε gebildet
sind, wodurch einige der Vorteile im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit,
die durch das Material mit kleinem ε geboten werden, im Hinblick
auf eine verbesserte Zuverlässigkeit,
beispielsweise im Hinblick auf die Elektromigration, im Vergleich
zu einer Metallisierungsschicht aufgegeben werden, die vollständig aus
Material mit kleinem ε hergestellt
ist.
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Mit
Bezug zu 1 ist ein typisches
konventionelles Halbleiterbauelement beschrieben, das eine Metallisierungsschicht
auf der Grundlage eines Materials mit kleinem ε aufweist. In 1 umfasst ein Halbleiterbauelement 100 ein
Substrat 101, das beliebige Schaltungselemente, etwa Transistorelemente,
Kondensatoren und dergleichen enthalten kann. Der Einfachheit halber
sind diese Schaltungselemente nicht dargestellt. Auf dem Substrat 101,
das ein Siliziumvollsubstrat oder ein SOI- (Silizium auf Isolator) Substrat
repräsentieren
kann, ist eine dielektrische Schicht 102 ausgebildet, die
zumindest teilweise aus einem Material mit kleinem ε, etwa Wasserstoff
enthaltendes Siliziumoxykarbid (SiCOH) oder beliebigen anderen geeigneten
Materialien einschließlich
Polymermaterialien und dergleichen aufgebaut sein kann. Ein Metallgebiet 103 ist
in der dielektrischen Schicht 102 ausgebildet, wobei das
Metallgebiet 103 vorgesehen ist als ein äußerst leitfähiger Bereich
oder diesen repräsentieren
soll, etwa einen Kontaktbereich oder eine Metallleitung einer Metallisierungsschicht. Das
Metallgebiet 103 kann von dem Material der dielektrischen
Schicht 102 durch eine Barrierenschicht 104 getrennt
sein, die typischerweise als eine Schicht zur Verringerung der Diffusion
von Metallatomen in die dielektrische Schicht 102 und ebenso
zur Verringerung der Diffusion von Atomen von der dielektrischen
Schicht 102 in das Metallgebiet 103 vorgesehen
ist. Des weiteren kann die Barrierenschicht 104 auch die
Haftung des Metalls an dem dielektrischen Material verbessern. In
modernen Bauelementen kann das Metallgebiet Kupfer aufweisen und
die Barrierenschicht kann aus einer oder mehreren Schichten mit
Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid und dergleichen aufweisen. Über der dielektrischen
Schicht 102 und dem Metallgebiet 103 ist eine
dielektrische Barrierenschicht oder Deckschicht 105 ausgebildet, die
ein dielektrisches Material aufweist, das im Wesentlichen eine Diffusion
von Metallatomen des Metallgebiets 103 in darüber liegende
Gebiete verhindert. Insbesondere kann das Metallgebiet 103 Kupfer aufweisen,
das in einer Vielzahl dielektrischer Materialien, etwa Siliziumdioxid,
stark diffundiert, d. h. die dielektrische Barrierenschicht 105 kann
Siliziumnitrid oder stickstoffangereichertes Siliziumkarbid aufweisen,
das eine hohe diffusionsblockierende Wirkung aufweist und als eine Ätzstoppschicht
während
nachfolgender Ätzprozesse
dienen kann.
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Auf
der dielektrischen Barrierenschicht 105 ist eine Metallisierungsschicht 113 ausgebildet,
wobei die Metallisierungsschicht 113 eine Kontaktdurchführungsschicht 111 und
eine Metallleitungsschicht 112 aufweist. Die Metallleitungsschicht 112 umfasst eine
dielektrische Schicht 110, die typischerweise aus einem
Material mit kleinem ε,
etwa SiCOH, aufgebaut ist. Des weiteren ist ein metallgefüllter Graben 107,
der ein Metall auf Kupferbasis enthalten kann, in der dielektrischen
Schicht 110 ausgebildet. In ähnlicher Weise umfasst die
Kontaktdurchführungsschicht 111 eine
dielektrische Schicht 109 und eine metallgefüllte Kontaktdurchführung 106.
Der metallgefüllte
Graben 106 und die Kontaktdurchführung 106 sind von
den entsprechenden dielektrischen Materialien durch eine leitende
Barrierenschicht 108 getrennt, die die gleiche Zusammensetzung
wie die Barrierenschicht 105 aufweisen kann. Eine dielektrische
Barrierenschicht oder Deckschicht 114 ist auf der dielektrischen
Schicht 110 und dem metallgefüllten Graben 107 gebildet.
Hinsichtlich der Materialzusammensetzung der Barrierenschicht 114 gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu der Barrierenschicht 105 dargelegt
sind.
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Im
Hinblick auf die ein verbessertes Leistungsverhalten ist es wünschenswert,
die Permittivität
der Metallisierungsschicht 113 so gering wie möglich zu
halten, um die parasitären
Kapazitäten
und damit die Signalausbreitungsverzögerung zu minimieren. Es zeigt
sich jedoch, dass das Ausbilden sowohl der dielektrischen Schicht 109 als
auch der dielektrischen Schicht 110 mit einem Material
mit kleinem ε zu
einer geringeren Zuverlässigkeit
des Halbleiterbauelements 100 führen kann – obwohl die Gesamtpermittivität der Metallisierungsschicht 113 damit
verringert wird – was
durch erhöhte
Elektromigrationswirkungen in dem Metallgebiet 103 und
in dem metallgefüllten
Graben 107 und der Kontaktdurchführung 106 hervorgerufen
wird. Es wird angenommen, dass die Elektromigration merklich durch
den Zustand von Grenzflächen
des Metalls und des umgebenden dielektrschen Materials beeinflusst
wird, etwa beispielsweise die Grenzflächen 103a und 107a,
so dass insbesondere entlang derartiger Grenzflächen ein durch elektrische
Felder und/oder durch Temperatur hervorgerufener Materialtransport auftritt.
Der Zustand der Grenzfläche,
etwa der Grenzflächen 103a und 107a bestimmt
u. a. die mechanischen Eigenschaften des umgebenden dielektrischen
Materials und somit ist das Elektromigrationsverhalten konventioneller
Dielektrika, etwa von Siliziumdioxid, besser im Vergleich zu dem
Verhalten von Materialien mit kleinem ε, da typischerweise Materialien
mit kleinem ε eine
geringere mechanische Festigkeit aufweisen. Aus diesem Grunde wird
häufig
die dielektrische Schicht 109, d. h. das Dielektrikum der Kontaktdurchführungsschicht 111,
in Form eines Materials vorgesehen, das eine im Vergleich zu einem Material
mit kleinem ε erhöhte mechanische
Festigkeit aufweist, und daher kann Siliziumdioxid, das typischerweise
mit Fluor dotiert wird, als das dielektrische Material verwendet
werden. Auf diese Weise kann ein verbessertes Verhalten im Hinblick
auf die Elektromigration als Kompromiss in Bezug auf die Gesamtpermittivität der Metallisierungsschicht 113 erreicht
werden.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 100 kann
die folgenden Prozesse umfassen. Nach dem Fertigstellen von Schaltungselementen
werden die dielektrische Schicht 102 und das Metallgebiet 103 mit
der leitenden Barrierenschicht 104 durch eine gut etablierte Prozesssequenz
hergestellt. Es kann beispielsweise angenommen werden, dass die
dielektrische Schicht 103 und das Metallgebiet 103 eine
Metallisierungsschicht repräsentieren,
die im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die Metallisierungsschicht 113 aufweisen
kann. Daher können
im Wesentlichen die gleichen Prozesse, wie sie nachfolgend für die Herstellung
der Metallisierungsschicht 113 beschrieben sind, für die Ausbildung
der dielektrischen Schicht 103 und des Metallgebiets 103 einschließlich der Barrierenschicht 104 angewendet
werden. Danach kann die dielektrische Barrierenschicht 105 durch plasmaunterstützte CVD
(chemische Dampfabscheidung) auf der Grundlage gut etablierter Prozessrezepte
abgeschieden werden, um eine Siliziumnitridschicht oder eine stickstoffangereicherte
Siliziumkarbidschicht zu bilden. Danach wird die dielektrische Schicht 109 beispielsweise
durch plasmaunterstütztes
CVD auf der Basis von TEOS und Sauerstoff und/oder Ozon und einem
Vorstufenmaterial mit Fluor abgeschieden. Danach kann die dielektrische Schicht 110 mit
kleinem ε beispielsweise
durch Abscheiden von SiCOH aus Trimethylsilan (3 MS) oder 4 MS,
und dergleichen gebildet werden. Nach der Abscheidung kann eine
Deckschicht (nicht gezeigt) abgeschieden werden, die beispielsweise
aus Siliziumdioxid aufgebaut ist, um ein mechanisch festeres Oberflächengebiet
für die
die lektrische Schicht 110 mit kleinem ε vorzusehen. Danach kann eine
ARC (antireflektierende Beschichtung), die beispielsweise aus Siliziumoxynitrid
aufgebaut ist, abgeschieden werden, um die folgende Photolithographie
zu unterstützen,
die entsprechend gut etablierter Prozesse ausgeführt wird, um eine Lackmaske
zur Strukturierung der Schichten 110 und 109 durch
anisotrope Ätztechniken
vorzusehen, in denen der Graben 107 vor der Kontaktdurchführung 106 oder
in denen die Kontaktdurchführung 106 vor
dem Graben 107 gebildet werden kann. Danach wird die leitende
Barrierenschicht 108 über
der Struktur und in den Graben 107 und der Kontaktdurchführung 106 gebildet,
wobei typischerweise Sputter-Techniken
angewendet werden, um die Barrierenschicht 108 und auch
eine Saatschicht (nicht gezeigt) für eine nachfolgende elektrochemische
Abscheidung von Metall, etwa von Kupfer, in der Kontaktdurchführung 106 und
dem Graben 107 zu bilden. Häufig wird Kupfer durch Elektroplattieren
abgeschieden. Nach der Metallabscheidung wird überschüssiges Material des Metalls,
der Barrierenschicht 108 und der Saatschicht durch beispielsweise
chemisch-mechanisches Polieren entfernt, während welchem die optionale
Deckschicht zur Festigung der Oberfläche der dielektrischen Schicht 110 als
eine Schicht für
das Anhalten des CMP-Prozesses dienen kann. Schließlich wird
die dielektrische Barrierenschicht 114 beispielsweise in Form
einer Siliziumnitrid- oder stickstoffangereicherten Siliziumkarbidschicht
mittels einer plasmaunterstützten
CVD abgeschieden.
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Wie
aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist ein äußerst komplexer Herstellungsprozess erforderlich,
wobei das elektrische Verhalten des Bauelements 100 weniger
stark verbessert ist im Vergleich zu einem Bauelement mit einer
Metallisierungsschicht 113, die im Wesentlichen vollständig aus
einem Material mit kleinem ε gebildet
ist. Mit der ständig
weitergehenden Verringerung der Strukturgrößen, was auch die Herstellung
von metallgefüllten Gräben 107 und
Kontaktdurchführungen 106 mit
geringem Abstand erfordert, kann die moderat hohe Permittivität der Metallisierungsschicht 113 auf Grund
des Siliziumdioxids in der Kontaktdurchführungsschicht 111 zu
merklichen Signalausbreitungsverzögerungen führen. Andererseits kann das
Vorsehen eines Materials mit kleinem ε in der Kontaktdurchführungsschicht 111 in
der obigen Konfiguration auf Grund der reduzierten Bauteilzuverlässigkeit
eine wenig wünschenswerte
Option sein.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht daher ein Bedarf für eine verbesserte Technik,
die es ermöglicht,
die Auswirkungen eines oder mehrerer dieser Probleme zu vermeiden
oder zumindest zu verringern.
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Überblick über die
Erfindung
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die das Herstellen einer Metallisierungsschicht mit reduzierter
Permittivität
ermöglicht,
wobei gleichzeitig eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Elektromigration
im Vergleich zu konventionellen Metallisierungsschichten mit einem
Material mit kleinem ε in
der Metallleitungsschicht und der Kontaktdurchführungsschicht bereitgestellt
wird. Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Konzept, dass das
Verhalten eines dielektrischen Schichtstapels mit kleinem ε merklich
durch das Vorsehen einer dielektrischen, Schicht, die eine Druckspannung
in dem Schichtstapel erzeugt, beeinflusst werden kann. D. h., die
Zuverlässigkeit
der Metallisierungsschicht mit einem Material mit kleinem ε in der Metallisierungsschicht
und der Kontaktdurchführungsschicht
kann verbessert werden, indem eine Druckspannung in der Kontaktdurchführungsschicht erzeugt
wird.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden eines
Metallgebiets in einer dielektrischen Schicht, die über einem
Substrat ausgebildet ist, und das Bilden einer dielektrischen Barrierenschicht
auf dem Metallgebiet. Ferner umfasst das Verfahren das Bilden einer
Spannungsschicht mit einer inneren Druckspannung über der
dielektrischen Barrierenschicht und das Bilden einer dielektrischen Schicht
mit kleinem ε über der
dielektrischen Barrierenschicht.
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Gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterelement ein Substrat
und eine Metallleitungsschicht, die über dem Substrat ausgebildet
ist, wobei die Metallleitungsschicht ein dielektrisches Material
mit kleinem ε mit
mehreren darin ausgebildeten Metallleitungen aufweist. Das Halbleiterelement umfasst
ferner eine dielektrische Barrierenschicht, die über der Metallleitungsschicht
ausgebildet ist, und eine dielektrische Spannungsschicht, die über der
dielektrischen Barrierenschicht gebildet ist, wobei die dielektrische
Spannungsschicht eine innere Druckspannung aufweist. Des weiteren
umfasst das Bauelement eine Kontaktdurchführungsschicht, die über der
dielektrischen Spannungsschicht angeordnet ist, wobei die Kontaktdurchführungsschicht
eine metallenthaltende Kontaktdurchführung aufweist, die in einem
dielektrischen Material, der dielektrischen Barrierenschicht und
der dielektrischen Spannungsschicht gebildet ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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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:
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1 schematisch
ein Halbleiterbauelement mit einer Metallisierungsschicht auf der
Grundlage eines Materials mit kleinem ε in der Metallleitungsschicht
und einem konventionellen dielektrischen Material in der Kontaktdurchführungsschicht
gemäß einer
typischen konventionellen Herstellungstechnik;
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2a bis 2c schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterelements gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, wobei eine Druckspannungsschicht zumindest
in der Kontaktdurchführungsschicht
gebildet ist; und
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3 schematisch
einen Graphen, der Messergebnisse repräsentiert, die einen Vergleich
des elektrischen Verhaltens eines konventionell hergestellten Bauelements
und eines Bauelements gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen.
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Detaillierte
Beschreibung
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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
anschaulichen offenbarten 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.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf dem Konzept, dass eine Verbindungsstruktur
mit kleinem ε,
d. h. eine Metallisierungsschicht, deren dielektrisches Material
im Wesentlichen aus einem Dielektrikum mit kleinem ε aufgebaut
ist, wirksam verstärkt werden
kann, indem eine oder mehrere Materialschichten mit einer Druckspannung
und mit einer höheren
mechanischen Stabilität
oder Festigkeit in die Metallisierungsschicht eingeführt werden.
In speziellen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist die Spannungsschicht mit der inneren
Druckspannung in der Nähe
einer Grenzfläche
angeordnet, die zwischen einer Metallleitung und einem dielektrischen
Barrierenmaterial ausgebildet ist, das als ein dielektrisches Puffermaterial
zwischen dem dielektrischen Material mit kleinem ε und dem
Metall vorgesehen ist. Mit Bezug zu den Zeichnungen werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterelements 200,
das ein beliebiges modernes Bauelement repräsentieren kann, in welchem
eine leistungsfähige
Verbindungsstruktur oder Metallisierungsschicht mit einem dielektrischen Material
mit kleinem ε erforderlich
ist. In dieser Hinsicht sollte beachtet werden, dass der Begriff „dielektrisches
Material mit kleinem ε" ein beliebiges dielektrisches
Material mit einer relativen Permittivität von ungefähr 3,1 und weniger bezeichnet.
Des weiteren sollte der Begriff „Metallisierungsschicht mit
kleinem ε" so verstanden werden,
um eine Metallisierungsschicht mit einem dielektrischen Material
mit kleinem ε als
dem vorherrschenden Anteil an Material des dielektrischen Materials
in der Metallisierungsschicht zu beschreiben, um damit die Signalausbreitungsverzögerungszeit
im Vergleich zu einer äquivalenten Metallisierungsschicht
zu verringern, die ebenso einen wesentlichen Anteil eines „konventionellen" dielektrischen Materials,
etwa Siliziumdioxid, fluordotiertes Siliziumdioxid und dergleichen
aufweist. Da die Auswirkung der Signalausbreitungsverzögerung von Metallisierungsschichten
bei Halbleiterbauelementen mit kritischen Abmessungen von ungefähr 0,18 μm und weniger
signifikant wird, kann die vorliegende Erfindung für Bauteile
mit kritischen Abmessungen von 180 nm und deutlich darunter und
insbesondere für Bauelemente
mit kritischen Abmessungen von 130 nm und darunter angewendet werden.
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Das
Halbleiterelement 200 umfasst ein Substrat 201,
das für
ein beliebiges geeignetes Substrat repräsentativ ist, das darauf oder
darin Schaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, Leitungen,
etc. ausgebildet aufweist, die der Einfachheit halber in 2a nicht
gezeigt sind. Eine dielektrische Schicht 202 ist über dem
Substrat 201 gebildet und enthält ein Metallgebiet 203,
das ein beliebiges Element dieser Schaltungselemente oder Bereiche
davon repräsentieren
kann, oder wobei das Metallgebiet eine Metallleitung einer Metallisierungsschicht repräsentieren
kann. Das Metallgebiet 203 kann an den Seitenwän den und
an einer unteren Oberfläche eine
leitende Barrierenschicht 204 aufweisen, die aus Tantal,
Tantalnitrid, Titan, Titannitrid oder dergleichen aufgebaut sein
kann. Eine erste dielektrische Barrierenschicht oder Deckschicht 205 ist
auf der dielektrischen Schicht 202 und dem Metallgebiet 203 ausgebildet
und weist ein diffusionsblockierendes Material, etwa Siliziumnitrid
oder stickstoffangereichertes Siliziumkarbid auf, wenn das Metallgebiet 203 Kupfer
enthält.
Es können
jedoch andere Materialien für
die dielektrische Barrierenschicht 205, etwa Siliziumdioxid
und dergleichen verwendet werden, wenn beispielsweise das Metallgebiet 203 einen Kontaktbereich
repräsentiert,
der direkt mit einem Schaltungselement verbunden ist. In einigen
Ausführungsformen
weist die dielektrische Barrierenschicht 205 eine innere
Druckspannung im Bereich von ungefähr 200 bis 500 MPa (Megapascal)
auf. Im Folgenden wird auf Ausführungsformen
Bezug genommen, in denen das Metallgebiet 203 eine kupferenthaltende
Metallleitung repräsentiert.
In diesen Ausführungsformen
kann es vorteilhaft sein, dass die dielektrische Barrierenschicht 205 so
vorgesehen wird, um die diffusionsblockierende Wirkung zu optimieren,
ohne dass die Spannungseigenschaften der Schicht 205 berücksichtigt
werden. Daher kann in einer speziellen Ausführungsform eine dielektrische Spannungsschicht 215 über der
dielektrischen Barrierenschicht 205 gebildet werden, wobei
die Spannungsschicht 215 eine innere Druckspannung mit
einer Größe aufweist,
wie sie zuvor spezifiziert ist. In einer speziellen Ausführungsform
ist die Spannungsschicht 215 auf der Barrierenschicht 205 gebildet, wohingegen
in anderen Ausführungsformen
die Spannungsschicht 215 an einer zwischenliegenden Stelle
in einer dielektrischen Schicht 210 mit kleinem ε positioniert
ist, die das dielektrische Material mit kleinem ε einer Metallisierungsschicht 213 mit
kleinem ε repräsentiert,
die über
der dielektrischen Schicht 202 und dem Metallgebiet 203 gebildet
ist. In einer anschaulichen Ausführungsform
kann die dielektrische Schicht 210 aus wasserstoffenthaltendem Siliziumoxykarbid
(SiCOH) aufgebaut sein, während in
anderen Ausführungsformen
andere Materialien verwendet werden können, etwa MSQ, HSQ, SILK, poröses SiCOH
und dergleichen. Ein metallenthaltender Graben 207 und
eine metallenthaltende Kontaktdurchführung 206 sind in
der dielektrischen Schicht 210 so ausgebildet, dass ein
oberer Bereich der Metallisierungsschicht 213 als eine
Metallleitungsschicht 212 betrachtet werden kann, während ein
unterer Bereich davon eine Kontaktdurchführungsschicht 211 repräsentieren
kann. Das Metall in dem Graben 207 und der Kontaktdurchführung 206 kann
Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen und kann von dem umgebenden
dielektrischen Material durch eine leitende Barrierenschicht 208 getrennt sein,
die aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut sein kann, die Materialien
enthalten können,
wie sie zuvor mit Bezug zu der leitenden Barrierenschicht 204 spezifiziert sind.
Die Metallisierungsschicht 213 kann ferner eine dielektrische
Barrierenschicht oder Deckschicht 214 gefolgt von einer
weiteren dielektrischen Spannungsschicht 220 aufweisen.
Die Barrierenschicht 214 kann aus stickstoffangereichertem
Siliziumkarbid (SiCN) aufgebaut sein, um damit die gesamte Permittivität auf einem
kleinem Wert zu halten, wohingegen für weniger kritische Anwendungen
Siliziumnitrid angemessen sein kann. Ähnlich zu der dielektrischen
Barrierenschicht 215 kann die Barrierenschicht 220 eine
innere Druckspannung aufweisen, wie sie zuvor spezifiziert ist,
und kann in einer speziellen Ausführungsform aus Siliziumdioxid
oder fluordotiertem Siliziumdioxid, das aus TEOS hergestellt ist,
aufgebaut sein.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterelements 200,
wie es in 2a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Nach der Bildung des Metallgebiets 203 und
etwaiger Schaltungselemente in und auf dem Substrat 201 wird
die dielektrische Barrierenschicht 205 mittels einer beliebigen
geeigneten gut bekannten Abscheidetechnik, etwa plasmaunterstütztes CVD,
abgeschieden. Abhängig
von der Materialzusammensetzung können die Abscheideparameter
so gesteuert werden, um eine gewünschte
Druckspannung zu erzeugen, falls dies mit den Prozessbedingungen
verträglich
ist, wie dies im Zusammenhang mit der Schicht 215 nachfolgend
beschrieben ist. Danach wird die dielektrische Spannungsschicht 215 durch
plasmaunterstütztes CVD
aus TEOS abgeschieden, wenn die Schicht Siliziumdioxid aufweist.
Während
des Abscheidens kann auch eine gewisse Menge von fluorenthaltenden
Vorstufengasen hinzugefügt
werden, um fluordotiertes Siliziumdioxid mit einer im Vergleich
zu Siliziumdioxid geringeren Permittivität zu erhalten. Während dieses
Abscheideprozesses wird zumindest ein Prozessparameter so gesteuert,
um die Schicht 215 mit einem spezifizierten Betrag an Druckspannung herzustellen.
Beispielsweise hängt
der Betrag des während
des Abscheidens der Schicht 215 erzeugten Spannung von
der Gasmischung, der Abscheidetemperatur und der Größe der Vorspannung,
die beispielsweise durch die Niederfrequenzvorspannungsleistung
erzeugt wird, ab, die für
gewöhnlich
in modernen CVD-Anlagen verfügbar
ist, in der ein Betrieb mit zwei Frequenzen möglich ist.
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Beispielsweise
kann mit einem Producer-System von Applied Materials, Inc. eine
Siliziumdioxidschicht mit einer Druckspannung im Bereich von 300
bis 400 MPa auf der Grundlage der folgenden Prozessparameter erhalten
werden. Der Druck während
des Abscheidens kann auf ungefähr
3 bis 6 Torr eingestellt werden, während die Hochfrequenzleistung
zum Erzeugen einer Plasmaumgebung auf ungefähr 70 bis 150 Watt eingestellt
werden kann, woraus sich eine geeignete Leistungsdichte innerhalb
der Plasmaatmosphäre
einstellt, die auch durch die spezielle geometrische Konfiguration
der Reaktionskammer bestimmt ist. Die in Form von Niederfrequenzenergie
zugeführte
Leistung wird auf ungefähr 250
bis 350 Watt festgelegt. Die Abscheidetemperatur wird auf ungefähr 350 bis
450° C,
beispielsweise auf ungefähr
400°C eingestellt,
und die Gasdurchflussrate für
das Trägergas
Helium wird auf ungefähr 1000
sccm bis 4000 sccm (Standardkubikzentimeter pro Minute), beispielsweise
auf ungefähr
3000 sccm festgelegt, während
Sauerstoff mit einer Durchflussrate von ungefähr 1000 bis 1400 sccm zugeführt wird.
TEOS wird mit einer Menge von ungefähr 1800 bis 2000 mg pro Minute
zugeführt.
Mit der oben genannten Abscheideanlage und den Prozessparameter,
wie sie zuvor beschrieben sind, kann eine Abscheiderate von ungefähr 5 bis
8 nm pro Sekunde mit einer Rate für die Ungleichmäßigkeit über ein
200 mm Substrat hinweg von ungefähr
1 bis 2% erreicht werden. Der Brechungsindex liegt bei ungefähr 1,46 bis
1,50. Eine Dicke der Siliziumdioxidschicht kann im Bereich von ungefähr 10 nm
bis 100 nm oder sogar darüber
liegen, abhängig
von Prozess- und Bauteilerfordernissen.
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Zu
beachten ist, dass andere Prozessparameter auf der Grundlage der
obigen Lehre ermittelt werden können,
wenn andere Abscheideanlagen und/oder Substratdurchmesser verwendet
werden. In einigen Ausführungsformen
kann die dielektrische Barrierenschicht 205 auch in Form
einer Schicht vorgesehen werden, die eine Druckspannung aufweist, wobei
die Schicht 205 gemäß gut etablierter
Rezepte für
plasmaverstärkte
CVD gebildet werden können, wobei
ein oder mehrere Prozessparameter so eingestellt werden können, um
die gewünschte
Druckspannung zu erhalten. Beispielsweise kann der Ionenbeschuss
während
des Abscheidens des Siliziumnitrids auf einen geringen Wert durch
entsprechendes Verringern oder Abschalten einer Niederfrequenz-Vorspannungsleistung
eingestellt werden, um damit eine Druckspannung in der Schicht 205 zu
erzeugen.
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Danach
kann die dielektrische Schicht 210 mit kleinem ε gebildet
werden, beispielsweise in einer speziellen Ausführungsform durch Abscheiden
von wasserstoffenthaltendem Siliziumoxykarbid aus Sauerstoff und
Trimethylsilan (3 MS) gemäß gut etablierter
Prozessrezepte. In anderen Ausführungsformen kann
das SiCOH aus vier 4 MS, OMCTS oder anderen geeigneten Vorstufenmaterialien
abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen können die Spannungsschicht 215 und
die dielektrische Schicht 210 mit kleinem ε mittels
eines in-situ-Prozesses aufgebracht werden, d. h. die Schichten 215 und 210 können in
der gleichen Prozesskammer abgeschieden werden, ohne das Vakuum
während
der Abscheidung der Schicht 215 und der Schicht 210 zu brechen.
In einer anschaulichen Ausführungsform kann
die Schicht 215 an einer beliebigen Zwischenstelle in der
dielektrischen Schicht 210 mit kleinem ε angeordnet werden, was sich
durch entsprechendes Ändern
der Prozessparameter in der Prozesskammer erreichen lässt derart,
dass zwischenzeitlich Siliziumdioxid mit einer spezifizierten inneren
Spannung an einer gewünschten
Position abgeschieden wird. In einer speziellen Ausführungsform
wird die Spannungsschicht auf der Schicht 205 gebildet.
In noch weiteren Ausführungsformen
können
zwei oder mehrere Schicht 215 mit beispielsweise einer
Dicke von ungefähr
40 nm bis 80 nm in dem dielektrischen Material mit kleinem ε abgeschieden
werden, indem der Abscheideprozess für die Schicht 210 entsprechend modifiziert
wird.
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In
noch weiteren Ausführungsformen
kann nach dem Abscheiden der Spannungsschicht 215 die dielektrische
Schicht 210 mit kleinem ε mittels
Aufschleuder-Techniken hergestellt werden, wenn viskose Materialien
als Dielektrika mit kleinem ε verwendet werden,
etwa MSQ, HSQ und dergleichen. Nach der Herstellung der dielektrischen
Schicht 210 mit kleinem ε kann
eine Kontaktdurchführungsöffnung durch die
dielektrische Schicht 210 und die Spannungsschicht 215 und
die Barrierenschicht 205 mittels moderner Photolithographie
und anisotropen Ätztechniken
gebildet werden. Danach kann ein weiterer Photolithographieprozess
so ausgeführt
werden, um eine Lackmaske (nicht gezeigt) zur Herstellung des Grabens
in einer weiteren anisotropen Ätzung
vorzusehen. Der Einfachheit halber ist die Ausbildung von Deckschichten
zur Festigung der dielektrischen Schicht 210 mit kleinem ε an deren
oberen Fläche und
das Vorsehen von ARC-Schichten, die für moderne Photolithographietechniken
erforderlich sind, nicht gezeigt. Danach kann die leitende Barrierenschicht 208 in
dem Graben 207 und der Kontaktdurchführung 206 gebildet
werden, woran sich das Abscheiden einer Saatschicht (nicht gezeigt)
anschließt,
die während
eines nachfolgenden elektrochemischen Füllprozesses verwendet wird.
Nach Beendigung des Füllprozesses,
der als ein Elektroplattierungsprozess zum Füllen von Kupfer oder einer Kupferlegierung
ausgeführt
werden kann, wird überschüssiges Material
beispielsweise durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) entfernt,
wodurch auch die resultierende Oberfläche eingeebnet wird. Danach
wird die dielektrische Barrierenschicht 214 über der
dielektrischen Schicht 210 und dem metallgefüllten Graben 207 gebildet,
woran sich das Abscheiden der dielektrischen Spannungsschicht 220 anschließt. Hinsichtlich
der Schichten 214 und 220 gelten die gleichen
Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu den Schichten 205 und 215 erläutert sind.
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Wie
zuvor erläutert
ist, erfordern moderne integrierte Schaltungen typischerweise mehrere
Metallisierungsschichten, etwa in Form der Schicht 213, um
die große
Anzahl elektrischer Verbindungen entsprechend dem komplexen Schaltungsentwurf
bereitzustellen. Mit Bezug zu 2b wird
die Herstellung einer weiteren Metallisierungsschicht beschrieben
und sollte als repräsentativ
für die
Herstellung beliebiger weiterer Metallisierungsschichten betrachtet
werden, wobei die Anzahl der Metallisierungsschichten von der Komplexität der betrachteten
integrierten Schaltung abhängt.
Beispielsweise können aktuell
erhältliche
Mikroprozessoren bis zu 8 Metallisierungsschichten auf Kupferbasis
mit einem Material mit kleinem ε aufweisen.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterelement 200, das ferner eine
zweite Metallisierungsschicht 240 aufweist, die eine dielektrische
Schicht 230 mit kleinem ε mit
einer dazwischenliegenden dielektrischen Schicht 235 enthält, die
als eine Ätzstoppschicht,
eine Ätzindikatorschicht
oder in einer speziellen Ausführungsform
als eine Spannungsschicht dienen kann, die an einer Position vorgesehen
ist, die mit einer Tiefe eines Grabens korreliert ist, der noch
in einem oberen Bereich der dielektrischen Schicht 230 mit
kleinem ε zu
bilden ist. Ferner ist eine Kontaktdurchführung 231 durch die
Schichten 230, 235, 220 und 214 hindurch
gebildet.
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Die
Metallisierungsschicht 240 kann gemäß Prozessen gebildet werden,
wie sie zuvor mit Bezug zu der Metallisierungsschicht 213 beschrieben
sind. Beispielsweise kann das Material mit kleinem ε für die Schicht 230 aus
3MS, 4MS und dergleichen abgeschieden werden, wenn die Schicht 230 im
Wesentlichen aus SiCOH aufgebaut ist. In anderen Ausführungsformen
können
Aufschleuder-Techniken verwendet werden, um ein Polymermaterial
entsprechend den Prozesserfordernissen aufzubringen. Nachdem das
Material mit kleinem ε für die Schicht 230 mit
einer speziellen ersten Dicke abgeschieden wurde, kann die Schicht 235 aufgebracht
werden, was in einer speziellen Ausführungsform durch Abscheiden
einer Siliziumdioxidschicht aus TEOS mit hoher Druckspannung erreicht
wird. Danach kann die Herstellung der Schicht 230 so fortgesetzt
werden, um die schließlich
gewünschte
Dicke und Zusammensetzung der Schicht 230 zu erhalten.
Wiederum ist das Abscheiden beliebiger Deckschichten zur Festigung
der Oberfläche
des dielektrischen Materials mit kleinem ε nicht gezeigt. Ferner ist,
wie zuvor dargelegt ist, das Herstellen beliebiger ARC-Schichten,
die für
die nachfolgende Lithographie erforderlich sind, in 2b nicht
gezeigt. Ferner sollte beachtet werden, dass hinsichtlich der Herstellung
der Schicht 235 und der Schicht 230 die gleichen
Kriterien gelten, wie sie zuvor mit Bezug zu den Schichten 210 und 215 erläutert sind.
D. h., in einigen Ausführungsformen
kann die Herstellung der Schichten 230 und 235 in
einem in-situ-Prozess ausgeführt
werden, wodurch die Prozesskomplexität deutlich verringert wird.
Da ferner die Schicht 235 als eine Ätzindikatorschicht verwendet
werden kann, selbst wenn diese als eine Spannungsschicht mit einer
inneren Druckspannung vorgesehen ist, kann die Lage der Schicht 235 in
der Schicht 230 so gesteuert werden, dass diese mit einer
Tiefe korreliert ist, die in den oberen Bereich der Schicht 230 beim
Ausbilden eines Grabens gemäß einer
Dual-Damaszener-Technik zu ätzen
ist. Beispielsweise kann die Position der Schicht 235 im
Wesentlichen der Unterseite des herzustellenden Grabens entsprechen.
In anderen Ausführungsformen
kann die Schicht 235 eine Ätzstoppschicht mit Siliziumnitrid
oder stickstoffangereichertem Siliziumkarbid und dergleichen repräsentieren, um
damit zuverlässig
den Grabenätzprozess
anzuhalten. In einigen Ausführungsformen
kann die Schicht 235, wenn diese als eine Ätzstoppschicht vorgesehen
ist, auch so gebildet werden, dass diese eine spezifizierte innere
Druckspannung aufweist. Wie zuvor erläutert ist, kann der Abscheidevorgang während des
plasmaunterstützten
CVD entsprechend so eingestellt werden, um die spezifizierte Druckspannung
zu erhalten. Ferner kann anstelle der Kontaktdurchführung 231 zuerst
ein entsprechender Graben und anschließend die Kontaktdurchführung 231 geätzt werden.
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Nach
der Herstellung der Schicht 230 und etwaiger ARC-Schichten
wird eine entsprechende Lackmaske durch Photolithographie hergestellt,
die dann verwendet wird, die Kontaktdurchführung 231 mittels
eines anistropen Ätzprozesses
herzustellen, wobei der Prozess zuverlässig auf oder in der Schicht 214 angehalten
wird.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines
anistropen Ätzprozesses,
der durch 260 bezeichnet ist, um einen Graben 232 in
der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 230 zu bilden, d.
h. vielmehr in einem oberen Bereich davon. Dazu wird eine Lackmaske 250 über der
dielektrischen Schicht mit kleinem ε 230 gebildet, wobei
wiederum der Einfachheit halber zusätzliche Deckschichten und/oder
antireflektierende Beschichtungen, die in der dielektrischen Schicht
mit kleinem ε 230 ausgebildet
sind, nicht dargestellt sind. Die Lackmaske 250 und möglicherweise
zusätzliche
Deckschichten und antireflektie rende Beschichtungen werden in Übereinstimmung
mit gut etablierten Abscheide- und Photolithographietechniken hergestellt. Anschließend wird
der anisotrope Ätzprozess 260 ausgeführt, wobei
während
einer abschließenden Phase
des Prozesse gasförmige
Nebenprodukte 261 freigesetzt werden können, wenn die Ätzfront
die dielektrische Schicht 235 erreicht, die eine unterschiedliche
Zusammensetzung aufweist, da diese aus Siliziumdioxid oder fluordotiertem
Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen aufgebaut sein kann. Insbesondere
können
angeregte Zyanid- (CN) Moleküle
und angeregte Kohlenmonoxid (CO) Moleküle erzeugt werden, wenn die Ätzfront
auf die Schicht 235 trifft, wenn diese aus Siliziumdioxid
aufgebaut ist, wodurch das Aussenden entsprechender Lichtwellenlängen 262 bewirkt
wird, die effizient mittels eines entsprechenden Endpunkterfassungssystems
(nicht gezeigt) erkannt werden können,
das typischerweise in gut verfügbaren Ätzanlagen
vorgesehen ist. Somit kann durch das Erkennen ausgeprägter Linien
in den ausgesandten Lichtwellenlängen 262 der Ätzprozess 262 mit
hoher Genauigkeit beendet werden. Obwohl daher die Ätzselektivität zwischen
der Schicht 235, wenn diese in Form einer Siliziumdioxidschicht
mit Druckspannung vorgesehen ist, und dem SiCOH mit kleinem ε relativ
gering sein kann, so kann dennoch eine erhöhte Zuverlässigkeit bei der Ätzung des
Grabens 232 erreicht werden, während die Druckspannung der
Schicht 235 weiterhin für
eine erhöhte
mechanische Stabilität
und damit bessere elektrische Eigenschaften der Metallisierungsschicht 240 sorgt. In
anderen Ausführungsformen,
wenn die Problematik hinsichtlich parasitärer Kapazitäten weniger kritisch ist, kann
die Schicht 235 in Form einer Ätzstoppschicht vorgesehen werden,
wodurch die Zuverlässigkeit
des Grabenätzprozesses 260 noch
weiter verbessert wird. Danach kann der Prozess so fortgesetzt werden,
wie dies bereit mit Bezug auf die Metallisierungsschicht 213 beschrieben
ist, d. h. entsprechende leitende Barrierenschichten können abgeschieden
werden und danach können
der Graben 232 und die Kontaktdurchführung 231 mit einem
Metall auf Kupferbasis gefüllt
werden.
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Es
gilt also: die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit,
die die Herstellung von Metallisierungsschichten mit kleinem ε ermöglicht,
wobei das Material mit kleinem ε auch
innerhalb der Ebene der Kontaktdurchführungen vorgesehen ist, während dennoch
ein verbessertes elektrisches Verhalten auf Grund der Bereitstellung
der Spannungsschichten 205, 215 und/oder 235 beibehalten
wird. Hierbei wird für
spezielle Materialien mit kleinem ε eine geringere Komplexität des Abscheideprozesses
erreicht, indem das Abscheiden der Spannungsschichten 205, 215 und 235 als
ein in-situ-Prozess zusammen mit dem Abscheiden des Materials mit
kleinem ε ausgeführt werden
kann.
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3 zeigt
schematisch Messergebnisse eines Elektromigrationstests für ein Halbleiterbauelement
mit zwei Metallisierungsschichten, etwa der Schicht 213 und 240,
die aufeinandergeschichtet sind, für mehrere Bauteile, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt sind und für
mehrere Vergleichsbauteile. Während
des Elektromigrationstests wurden die Bauteile mit Stromdichten
betrieben, die auch während
des normalen Betriebs anzutreffen sind, während die Temperatur deutlich
im Vergleich zu normalen Betriebsbedingungen erhöht war. Insbesondere wurde
die Temperatur auf ungefähr
325°C angehoben,
um durch Stromfluss hervorgerufene Elektromigrationseffekte zu fördern. In 3 repräsentiert
die Kurve A eine berechnete Kurve, die an die Messergebnisse angepasst
ist, die einen gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Halbleiterbauelement entsprechen, wobei
insbesondere eine Siliziumdioxidschicht mit Druckspannung auf der
entsprechenden dielektrischen Barrierenschicht (d. h. beispielsweise
die Schichten 215 und 220 in den 2b und 2c)
ausgebildet ist. Die Kurve B in 3 repräsentiert
ein konventionelles Bauelement, d. h. eines, das eine Hybridmetallisierungsschicht aufweist,
wie sie in 1 gezeigt ist. Des weiteren repräsentiert
die Kurve C ein Bauteil mit einer Struktur ähnlich zu dem Bauteil, das
durch die Kurve A repräsentiert
ist, mit Ausnahme der Tatsache, dass die entsprechenden Schichten 215 und 220 ohne
innere Druckspannung vorgesehen sind. Schließlich repräsentiert die Kurve D in 3 das
Halbleiterbauelement aus 1, wobei die gesamte Metallisierungsschicht
im Wesentlichen aus SiCOH mit kleinem ε aufgebaut ist. Die horizontale
Achse gibt die Anzahl der Fehlerereignisse in willkürlichen
Einheiten an, während
die vertikale Achse die Zeit bis zum Auftreten des Fehlers in Stunden
darstellt. Wie aus 3 hervorgeht, sind die Anzahl
der Fehlerereignisse der erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemente,
die durch die Kurve A repräsentiert
sind, deutlich weniger für
eine gegebene Zeitdauer bis zum Auftreten von Fehlern, oder die
Zeitdauer bis zum Auftreten von Fehlern ist deutlich höher für eine vorgegebene
Anzahl an Fehlerereignissen während
des Elektromigrationstests. Insbesondere der Vergleich mit der Kurve
D, die ein Bauteil repräsentiert,
das eine dielektrische Schicht vollständig aus Material mit kleinem ε aufweist,
zeigt deutlich die verbesserte Zuverlässigkeit, während das elektrische Verhalten
im Wesentlichen gleich bleibt, da die gesamte Permittivität der entsprechenden
Metallisierungsschichten im Wesentlichen gleich ist.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindungen 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 Erfindung zu vermitteln.
Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.