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GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Ausbilden integrierter
Schaltkreise und insbesondere auf Damascene-Prozesse zum Ausbilden elektrischer
Verbindungen zwischen Elementen eines integrierten Schaltkreises.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER
TECHNIK
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Integrierte
Schaltkreise umfassen eine große Anzahl
einzelner Schaltkreiselemente wie beispielsweise Transistoren, Kondensatoren
und Widerstände,
die auf einem Substrat ausgebildet sind. Diese Elemente werden mit
Hilfe elektrisch leitfähiger
Leitungen intern miteinander verbunden, um komplexe Schaltkreise
wie Speichervorrichtungen, Logikbausteine und Mikroprozessoren auszubilden.
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Die
Leistung integrierter Schaltkreise kann verbessert werden, indem
die Anzahl funktionaler Elemente pro Schaltkreis erhöht wird,
um den Funktionsumfang der Schaltkreise zu erweitern und/oder indem
die Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltkreiselemente erhöht wird.
Eine Verringerung der Strukturgrößen ermöglicht es,
auf der selben Fläche
eine größere Anzahl
von Schaltkreiselementen auszubilden und ermöglicht auch eine Verbesserung
der Arbeitsgeschwindigkeit der Transistorelemente. In modernen integrierten
Schaltkreisen können
Bemessungsvorschriften von 90 nm oder weniger verwendet werden.
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Wenn
die Strukturgrößen verringert
werden, verringert sich auch die für die elektrisch leitfähigen Leitungen
verfügbare
Grundfläche.
Außerdem
wird zum Verbinden der Schaltkreiselemente eine größere Anzahl
von Leitungen benötigt,
wenn die Anzahl der Schaltkreiselemente erhöht wird. Um die Leitungen im
integrierten Schaltkreis unterzubringen müssen deshalb die Abmessungen
der Leitungen und die Abstände
zwischen den Leitungen verringert werden.
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In
modernen integrierten Schaltkreisen werden die Metallleitungen häufig mit
Hilfe eines sogenannten Damascene-Prozesses ausgebildet. Bei einem
Damascene-Prozess wird auf einem Halbleitersubstrat ein Zwischenschichtdielektrikumsstapel
abgeschieden. In dem Zwischenschichtdielektrikumsstapel werden Kontaktöffnungen
und Gräben
ausgebildet. Anschließend
werden die Kontaktöffnungen und
Gräben
mit einem elektrisch leitfähigen
Material, etwa einem Metall wie beispielsweise Kupfer, gefüllt, um
elektrischen Kontakt zwischen den Schaltkreiselementen herzustellen.
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US 6,573,175 B1 offenbart
einen Reinigungsvorgang, der nach einem Ätzprozeß und einem Fotoresiststrip
durchgeführt
wird. Die Reinigung umfasst einen Naßätzprozess, um selektiv eine DARC-Schicht
und sämtliche
nach dem Ätzprozeß verbleibenden
Polymere zu entfernen. Bei der Reinigung, die nach dem Ätzprozeß durchgeführt wird, kann
der Wafer in ein Bad einer Reinigungslösung eingetaucht werden.
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US 2003/164354 A1 offenbart
einen Naßätzprozess,
bei dem ein Substrat zwischen einem Fotoresiststrip und einem Öffnen einer Ätzstoppschicht
in eine Flußsäurelösung eingetaucht
wird.
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US 6,733,594 B2 offenbart
ein Verfahren, bei dem unerwünschte
Teilchen von der Rückseite
eines Wafers entfernt werden, um zu verhindern, dass sich zwischen
der Rückseite
des Wafers und der Oberfläche
einer Waferhalterung Lücken
bilden. Zum Reinigen der Rückseite
des Wafers beschreibt die
US 6,733,594
B2 einen Trockenreinigungsprozess, einen halbtrocknen Reingiungsprozess
und einen Naßreinigungsprozess.
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US 2003/0172954 A1 offenbart
ein Verfahren zur Naßreinigung
eines Substrats, bei dem die Unterseite eines Wafers Reinigungs-,
Nachspül-
und Trocknungschemikalien ausgesetzt wird. Die Oberseite des Wafers
wird den Chemikalien nicht ausgesetzt.
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Ein
Damascene-Prozess nach dem Stand der Technik wird nun mit Bezug
auf 1a genauer beschrieben.
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Eine
Halbleiterstruktur 100 umfasst ein Substrat 101.
Das Substrat 101 umfasst mindestens ein elektrisches Element 106,
das beispielsweise eine elektrisch leitfähige Leitung sein kann. Auf
einer ersten Oberfläche 111 des
Substrats 101 ist ein Zwischenschichtdielektrikumsstapel 113 ausgebildet. Der
Zwischenschichtdielektrikumsstapel umfasst eine erste Ätzstoppschicht 102,
eine erste Schicht 103 aus einem Zwischenschichtdielektrikum,
eine zweite Ätzstoppschicht 104 und
eine zweite Schicht 105 aus einem Zwischenschichtdielektrikum.
Die erste Ätzstoppschicht 102,
die erste Schicht 103 aus Zwischenschichtdielektrikum,
die zweite Ätzstoppschicht 104 und
die zweite Schicht 105 aus Zwischenschichtdielektrikum
können
nacheinander mit Hilfe den Fachleuten bekannter Verfahren, die eine plasmaverstärkte chemische
Dampfabscheidung, eine chemische Dampfabscheidung und/oder eine Rotationsbeschichtung
umfassen, abgeschieden werden.
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Anschließend wird
in dem Zwischenschichtdielektrikumsstapel 113 mindestens
eine Kontaktöffnung 107 ausgebildet.
Zu diesem Zweck wird auf der Halbleiterstruktur 100 eine
erste Maske (nicht gezeigt) ausgebildet. Die erste Maske kann einen
Fotoresist umfassen und lässt
den Zwischenschichtdielektrikumsstapel 113 an den Stellen
frei, an denen die mindestens eine Kontaktöffnung 107 ausgebildet werden
soll. Wie die Fachleute wissen, kann eine Maske, die einen Fotoresist
umfasst, ausgebildet werden, indem der Fotoresist auf die Halbleiterstruktur 100 aufgebracht
wird, der Fotoresist durch eine Fotomaske belichtet wird und entweder
die bei der Belichtung dem Licht ausgesetzten Bereiche oder die nicht
dem Licht ausgesetzten Bereiche in einem Entwickler aufgelöst werden.
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Anschließend wird
ein Trockenätzprozess durchgeführt. Bei
dem Trockenätzprozess
wird die Halbleiterstruktur einer reaktionsfähigen Teilchensorte, die in
einem Plasma entsteht, das durch eine Glimmentladung in einem Ätzgas erzeugt
wird, ausgesetzt. Eine Vorspannung, die an eine in der Nähe der Halbleiterstruktur 100 angebrachte
Elektrode angelegt wird, beschleunigt Ionen im Plasma auf die ersten
Oberfläche 111 des
Substrats 101 zu. Häufig wird
die Halbleiterstruktur 100 während des Trockenätzprozesses
gekühlt.
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Teile
des Zwischenschichtdielektrikumsstapels 113, die von der
ersten Maske (nicht gezeigt) bedeckt sind, sind davor geschützt, von
der reaktionsfähigen
Teilchensorte angegriffen zu werden, während der freiliegende Teil
des Zwischenschichtdielektrikumsstapels 113 geätzt wird.
Bei dem Ätzprozess werden
Teile der zweiten Schicht 105 aus Zwischenschichtdielektrikum,
der zweiten Ätzstoppschicht 104 und
der ersten Schicht 103 aus Zwischenschichtdielektrikum
entfernt. Die erste Ätzstoppschicht 102 kann
das darunterliegende Schaltkreiselement 106 davor schützen, von
dem Ätzmittel
angegriffen zu werden und/oder anzeigen, wann die Ätzfront
die über
der ersten Ätzstoppschicht 102 bereitgestellten Schichten
passiert.
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Die
Bewegung der Ionen auf die erste Oberfläche 111 des Substrats 101 zu
verursacht eine Anisotropie des Ätzprozesses.
Beim anisotropen Ätzen ist
eine Ätzrate
im Wesentlichen horizontaler Bereiche der geätzten Oberfläche, gemessen
in einer zur Oberfläche
im Wesentlichen senkrechten Richtung, deutlich größer als
eine Ätzrate
geneigter Bereiche der geätzten
Oberfläche.
Deshalb findet im Wesentlichen kein Ätzen von Teilen des Zwischenschichtdielektrikumsstapels 113,
die sich unter der ersten Maske befinden, statt und die Kontaktöffnung 107 erhält Seitenwände, die
zur Oberfläche
des Zwischenschichtdielektrikumsstapels 113 im Wesentlichen senkrecht
sind.
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Anschließend wird
die erste Maske entfernt und ein Graben 108 in der Halbleiterstruktur 100 ausgebildet.
Der Graben 108 kann ausgebildet werden, indem eine zweite
Maske (nicht gezeigt), die einen Fotoresist enthält, auf der Halbleiterstruktur 100 abgeschieden
wird. Die zweite Maske lässt
die Teile der zweiten Schicht 105 aus Zwischenschichtdielektrikum,
in denen der Graben 108 ausgebildet werden soll, frei und
schützt
den Rest der zweiten Schicht 105 aus Zwischenschichtdielektrikum
davor, von einem Ätzmittel,
das in einem anschließend
durchgeführten
anisotropen Ätzprozess
verwendet wird, an gegriffen zu werden. Reste eines zuvor aufgebrachten
Fotoresists oder irgend ein andres Material verbleiben bzw. verbleibt
auch im Inneren der Kontaktöffnung 107 und
schützen
bzw. schützt
Teile der Halbleiterstruktur 100 unter der Kontaktöffnung davor,
geätzt
zu werden.
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Beim
zweiten Ätzprozess
werden Teile der zweiten Schicht 105 aus Zwischenschichtdielektrikum
entfernt. Die zweite Ätzstoppschicht 104 kann die
erste Schicht 103 aus Zwischenschichtdielektrikum davor
schützen,
von dem Ätzmittel
angegriffen zu werden und/oder anzeigen, wann der Teil des zweiten
Zwischenschichtdielektrikums 105, der nicht von der zweiten
Maske bedeckt ist, entfernt ist. Wegen der Anisotropie des Ätzprozesses
erhält
der Graben 108 Seitenwände,
die zur Oberfläche
des Zwischenschichtdielektrikumsstapels 113 im Wesentlichen
senkrecht sind. Nach dem anisotropen Ätzen wird die zweite Maske
entfernt.
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Anschließend wird über der
Halbleiterstruktur 100 eine Diffusionsbarrierenschicht 114 abgeschieden.
Dies kann mit Hilfe bekannter Verfahren, die eine plasmaverstärkte chemische
Dampfabscheidung, eine chemische Dampfabscheidung oder eine Sputterdeposition
umfassen, geschehen. Daraufhin wird über der Halbleiterstruktur 100 eine
Metallschicht abgeschieden, beispielsweise mit Hilfe der den Fachleuten
wohlbekannten Galvanisierung. Die Metallschicht kann beispielsweise
Kupfer umfassen. Die Metallschicht füllt die Kontaktöffnung 107 und den
Graben 108. Abschließend
wird ein chemisch mechanischer Polierprozess durchgeführt, um
Teile der Metallschicht außerhalb
der Kontaktöffnung 107 und
des Grabens 108 zu entfernen. Dadurch wird eine elektrische
Verbindung 109 ausgebildet.
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Ein
Problem, das bei dem Damascene-Prozess nach dem Stand der Technik
auftritt ist, dass bei Arbeitsgängen
des Herstellungsprozesses, die nach dem Trockenätzprozess, der beim Ausbilden
der Kontaktöffnungen
und Gräben
durchgeführt
wird, durchgeführt
werden, eine Verunreinigung der Halbleiterstruktur 100 und/oder
von Werkzeugen, die beim Herstellungsprozess verwendet werden, auftreten
kann. Eine solche Verunreinigung kann eine Produktausbeute des Prozesses
nachteilig beeinflussen.
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Deshalb
besteht ein Bedarf nach einem Damascene-Prozess, der eine Verringerung
von Verunreinigungen und eine verbesserte Produktausbeute ermöglicht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiterstruktur gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Patentansprüchen definiert
und werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung besser
ersichtlich, wenn diese mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verwendet
wird; es zeigen:
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1a eine
schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur nach dem
Stand der Technik;
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1b und 1c Ansichten
der in 1a gezeigten Halbleiterstruktur
in Stadien eines Herstellungsprozesses nach dem Stand der Technik;
und
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2a bis 2c schematische
Querschnittsansichten einer Halbleiterstruktur in Stadien eines
Herstellungsprozesses gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die in der folgenden ausführlichen
Beschreibung und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen
beschrieben wird, sollte verstanden werden, dass die folgende ausführliche
Beschreibung und die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende
Erfindung auf die speziellen offenbarten veranschaulichenden Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern dass vielmehr die beschriebenen veranschaulichenden Ausführungsformen
lediglich Beispiele für die
verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung geben, deren Umfang
durch die beigefügten Patentansprüche definiert
wird.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Verunreinigung,
die bei einem Damascene-Prozess nach dem Stand der Technik auftritt,
durch die Gegenwart einer Verunreinigungsschicht verursacht wird,
die sich während
eines Trockenätzprozesses,
der verwendet wird, um mindestens eine Vertiefung in einer Schicht
aus einem Material, die sich auf einer ersten Oberfläche des
Substrats befindet, auszubilden, auf einer zweiten Oberfläche eines
Substrats bildet.
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1b zeigt
ein Bild der Halbleiterstruktur 100, von der in 1a eine
schematische Querschnittsansicht gezeigt ist, in einem Stadium des
Herstellungsprozesses nach der Ausbildung der Kontaktöffnung 107.
Auf einer zweiten Oberfläche 112 des Substrats 101 hat
sich eine Verunreinigungsschicht 110 gebildet. Die zweite
Oberfläche 112 befindet
sich auf einer Rückseite
des Substrats 101, die der Vorderseite, auf der der Zwischenschichtdielektrikumsstapel 113 und
die Schaltkreiselemente 106 ausgebildet sind, gegenüberliegt.
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Das Ätzgas, das
bei dem Trockenätzprozess,
der beim Ausbilden der Kontaktöffnung 107 verwendet
wird, benutzt wird, umfasst Kohlenstofffluoride wie beispielsweise
Kohlenstofftetrafluorid (CF4). In der Glimmentladung
wird von den Kohlenstofffluoridmole külen Fluor abgespalten und die
Reste der Moleküle
reagieren mit anderen Kohlenstofffluoridmolekülen. Dadurch entstehen Kohlenstofffluoride
höherer
Ordnung. Die Kohlenstofffluoride können weitere chemische Reaktionen
eingehen. Bei diesen chemischen Reaktionen entstehen polymere Kohlenstoff-Fluor-Verbindungen.
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Die
Polymere werden an kalten Stellen in der Ätzkammer, in der der Trockenätzprozess
durchgeführt
wird, abgeschieden. Insbesondere werden die Polymere auf der ersten
Oberfläche 111 und
der zweiten Oberfläche 112 des
Substrats 101 abgeschieden. Während des Trockenätzprozesses
ist jedoch die erste Oberfläche 111 einem
Ionenbombardement ausgesetzt. Dadurch werden die Polymere von der
ersten Oberfläche 111 schnell
entfernt. Die zweite Oberfläche 112 des
Substrats 101 wird von den Ionen wesentlich weniger angegriffen.
Deshalb können
Polymere auf der zweiten Oberfläche 112 des
Substrats 101 bleiben und darauf eine Verunreinigungsschicht 110 ausbilden.
Abhängig
von der Ätzzeit,
die beim Ausbilden der Kontaktöffnung 107,
die sich durch den gesamten Zwischenschichtdielektrikumsstapel 113 hindurch
erstreckt, besonders lang ist, kann die Verunreinigungsschicht 110 eine
Dicke von bis zu mehreren hundert Angström haben. Eine weitere Abscheidung
von Polymeren auf der zweiten Oberfläche 112 des Substrats 101 kann
beim Ausbilden des Grabens 108 stattfinden. Dadurch kann
die Dicke der Verunreinigungsschicht 110 weiter zunehmen.
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Die
Haftung zwischen dem Substrat 101 und der Verunreinigungsschicht 110 ist
relativ gering. 1c zeigt ein Bild der Halbleiterstruktur 100 in
einem späteren
Stadium des Herstellungsprozesses nach dem Abscheiden der Barrierenschicht 108.
Man sieht, dass sich wegen der relativ geringen Haftung zwischen
der Verunreinigungsschicht 110 und dem Substrat 101 Polymerflocken
von der Verunreinigungsschicht 110 abgespalten haben.
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Diese
Polymerflocken können
für die
Verunreinigung der Halbleiterstruktur 100 und der Werkzeuge
in späteren
Stadien des Herstellungsprozesses, die die Produktausbeute des Prozesses
nachteilig beeinflussen kann, verantwortlich sein.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich allgemein auf Verfahren zum Ausbilden
einer Halbleiterstruktur, bei denen von einer zweiten Oberfläche eines
Substrats eine Verunreinigungsschicht entfernt wird, die während eines
Trockenätzprozesses,
der beim Aus bilden mindestens einer Vertiefung in einer Schicht
aus einem Material, die auf einer ersten Oberfläche des Substrats bereitgestellt
ist, gebildet wurde. Die erste Oberfläche befindet sich auf einer Vorderseite
des Subrats auf der Schaltkreiselemente ausgebildet sind. Die zweite
Oberfläche
befindet sich auf einer Rückseite
und/oder einer Schrägfläche des Substrats.
Durch das Entfernen der Verunreinigungsschicht können vorteilhafterweise eine
Abspaltung von Polymerflocken und Verunreinigungen, die durch die
Polymerflocken verursacht werden, vermieden werden. Die Verunreinigungsschicht 110 kann
sich während
einem oder allen der oben diskutierten anisotropen Ätzprozesse
bilden.
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die 2a bis 2c beschrieben.
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2a zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur 200 in
einem ersten Stadium eines Herstellungsprozesses gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Halbleiterstruktur 200 umfasst ein Substrat 201.
Das Substrat 201 hat eine erste Oberfläche 211 und eine zweite
Oberfläche 212.
Ein elektrisches Element 206, das eine elektrisch leitfähige Leitung umfassen
kann, befindet sich unter der ersten Oberfläche. Die zweite Oberfläche 212 kann
sich zumindest teilweise auf einer Seite des Substrats 201,
die der ersten Oberfläche 211 gegenüberliegt,
befinden.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das Substrat 201 einen
Halbleiterwafer. Auf einer Vorderseite des Halbleiterwafers sind
das elektrische Element 206 und optional mehrere weitere
elektrische Elemente ausgebildet. Die zweite Oberfläche 212 befindet
sich zumindest teilweise über
der Rückseite
des Halbleiterwafers. Zusätzlich
kann die zweite Oberfläche 212 Teile,
die sich über
einer Schrägfläche am Rand
des Halbleiterwafers befinden, umfassen.
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Auf
der ersten Oberfläche 211 des
Substrats 201 ist ein Zwischenschichtdielektrikumsstapel 213 ausgebildet.
Der Zwischenschichtdielektrikumsstapel 213 kann eine erste Ätzstoppschicht 202,
eine erste Schicht 203 aus einem Zwischenschichtdielektrikum,
eine zweite Ätzstoppschicht 204 und
eine zweite Schicht 205 aus einem Zwischenschichtdielektrikum
umfassen. Die Schichten 202, 203, 204 und 205 des
Zwischen schichtdielektrikumsstapels 213 können mit
Hilfe den Fachleuten bekannter Verfahren wie beispielsweise der
plasmaverstärkten
chemischen Dampfabscheidung, der chemischen Dampfabscheidung und/oder
der Rotationsbeschichtung ausgebildet werden.
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In
einer veranschaulichenden Ausführungsform
können
die erste Schicht 203 aus Zwischenschichtdielektrikum und/oder
die zweite Schicht 205 aus Zwischenschichtdielektrikum
ein Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von ungefähr 3,1 oder
weniger enthalten. In speziellen Ausführungsformen können die
Schichten 203, 205 hydriertes Siliciumoxycarbid
(SiCOH) oder hydriertes Silsesquioxan enthalten. Vorteilhafterweise
verringert eine vergleichsweise niedrige relative Dielektrizitätskonstante
der Schichten 203, 205 aus Zwischenschichtdielektrikum
Signalausbreitungszeiten in elektrisch leitfähigen Leitungen, die im Zwischenschichtdielektrikumsstapel 213 gebildet
werden. Die erste Ätzstoppschicht 202 und
die zweite Ätzstoppschicht 204 können ein
Material enthalten, das eine mittelgradig geringere Ätzrate aufweist,
wenn es einer Ätzchemie, die
dafür ausgelegt
ist, das Material der Schichten 203, 205 zu ätzen, ausgesetzt
wird, beispielsweise Siliciumcarbid (SiC).
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Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Ausführungsformen beschränkt, in
denen Zwischenschichtdielektrika mit einer kleinen relativen Dielektrizitätskonstante
verwendet werden. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können die
Schichten 203, 205 Siliciumdioxid enthalten, während die Ätzstoppschichten 202, 204 Siliciumnitrid enthalten.
Alternativ können
die Schichten 203, 205 Siliciumnitrid enthalten,
während
die Ätzstoppschichten 202, 204 Siliciumdioxid
enthalten.
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Im
Zwischenschichtdielektrikumsstapel 213 wird über dem
elektrischen Element 206 eine Kontaktöffnung 207 ausgebildet. Ähnlich wie
bei dem oben mit Bezug auf die 1a bis 1c beschriebenen Damascene-Prozess
nach dem Stand der Technik kann dies durch Ausbilden einer Maske
(nicht gezeigt), die diejenigen Teile des Zwischenschichtdielektrikumsstapels,
in denen die Kontaktöffnung 207 gebildet
werden soll, frei Isst und anschließendes Durchführen eines
Trockenätzprozesses
geschehen. Neben der Kontaktöffnung 207 können während der beim
Ausbilden der Kontaktöffnung 207 angewendeten
Verfahrensschritte mehrere weitere Kontaktöffnungen (nicht gezeigt) ausgebildet
werden.
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Bei
den Trockenätzprozessen
kann ein gasförmiges Ätzmittel,
das Kohlenstofffluoride enthält, verwendet
werden, z. B. eine Mischung, die Kohlenstofftetrafluorid (CF4) enthält.
In einer Ätzkammer,
in der das Ätzmittel
bereitgestellt wird, wird aus dem Ätzmittel mit Hilfe einer Glimmentladung
eine reaktionsfähige
Teilchensorte erzeugt. Die Halbleiterstruktur 200 kann
während
des Trockenätzprozesses
gekühlt
werden. Bei der Glimmentladung können
chemische Reaktionen, bei denen Nebenprodukte entstehen, die auf
der Halbleiterstruktur 200 kondensieren können, stattfinden.
In einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können ähnlich wie bei
dem oben beschriebenen Verfahren nach dem Stand der Technik aus
Kohlenstofffluoriden, die im Ätzmittel
vorhanden sind, Polymere, beispielsweise Kohlenstofffluoridpolymere,
erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Ausführungsformen,
in denen das verwendete Ätzmittel
Kohlenstofffluoride enthält,
beschränkt.
Statt dessen können Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung immer dann angewendet werden, wenn bei
einem Ätzprozess
Nebenprodukte, die auf der zu ätzenden Halbleiterstruktur
kondensieren können,
erzeugt werden.
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Die
Nebenprodukte lagern sich auf der Halbleiterstruktur 200 ab.
Während
des Ätzprozesses treffen
Ionen auf der ersten Oberfläche 211 auf. Durch
das Ionenbombardement werden Nebenprodukte, die sich auf der ersten
Oberfläche 211 abgelagert
haben, schnell entfernt. Im Gegensatz dazu bilden die Nebenprodukte
jedoch auf der zweiten Oberfläche 212 eine
Verunreinigungsschicht 210 ähnlich der Verunreinigungsschicht 110,
die sich bei dem oben mit Bezug auf die 1a bis 1c beschriebenen
Verfahren nach dem Stand der Technik ausbildet.
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Nach
dem Ätzprozess
wird die erste Maske entfernt.
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Ein
weiteres Stadium des Damascene-Prozesses ist in 2b gezeigt.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verunreinigungsschicht 210 von
der zweiten Oberfläche 212 des
Substrats 201 entfernt. Dies geschieht dadurch, dass die
Halbleiterstruktur 200 teilweise in eine Reinigungslösung eingetaucht wird.
Die Reinigungslösung
kann Chemikalien umfassen, die dafür ausgelegt sind, die Nebenprodukte aufzulösen und/oder
abzubauen, während
die Materialien des Substrats 201 im Wesentlichen unversehrt bleiben.
In veranschaulichenden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung, in denen die Verunreinigungsschicht 210 ein
Polymer, beispielsweise ein Kohlenstofffluoridpolymer, enthält, kann
die Reinigungslösung
ACT970, das bei Zeon Chemicals L. P., 4111 Bells Lane, Louisville,
KY 40211 USA erhältlich ist,
oder andere Naßätzchemien,
die dafür
ausgelegt sind, Polymere zu entfernen, enthalten.
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Da
sich die erste Oberfläche 211 über einer Vorderseite
eines Halbleiterwafers befindet und sich die zweite Oberfläche 212 über einer
Rückseite
eines Halbleiterwafers befindet, ist es möglich, nur die zweite Oberfläche 212 in
die Reinigungslösung
zu tauchen. Zu diesem Zweck wird die Halbleiterstruktur 200 auf
eine Oberfläche
der Reinigungslösung
zu bewegt, wobei die Rückseite
des Halbleiterwafers zur Reinigungslösung hin gerichtet ist. Die
Bewegung der Halbleiterstruktur 200 wird angehalten, sobald die
Halbleiterstruktur 200 die Oberfläche der Reinigungslösung berührt, was
beispielsweise optisch oder anhand eines Anstiegs des Pegels der
Reinigungslösung
ermittelt werden kann. Dadurch wird die erste Oberfläche der
Halbleiterstruktur 200, auf der sich die Kontaktöffnung 207 und
das elektrische Element 206 befinden, nicht der Reinigungslösung ausgesetzt.
So können
mögliche
nachteilige Folgen eines Kontakts zwischen der Reinigungslösung und dem
elektrischen Element 206 vorteilhafterweise vermieden werden.
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Da
die Verunreinigungsschicht 210 entfernt wurde, spalten
sich in späteren
Stadien des Herstellungsprozesses im Wesentlichen keine Polymerflocken,
die von den vorangegangenen Ätzprozessen stammen,
von der Halbleiterstruktur 200 ab. Dadurch kann vorteilhafterweise
im Vergleich zu dem oben beschriebenen Verfahren nach dem Stand
der Technik eine Verunreinigung der Halbleiterstruktur 200 und der
Werkzeuge deutlich verringert und eine Ausbeute des Herstellungsprozesses
erhöht
werden.
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Ein
weiteres Stadium des Herstellungsprozesses ist in 2c gezeigt.
In der zweiten Schicht 205 aus Zwischenschichtdielektrikum
wird ein Graben 208 ausgebildet. Ähnlich wie das Ausbilden des Grabens 108 in
dem oben mit Bezug auf die 1a bis 1c beschriebenen
Verfahren nach dem Stand der Technik kann dies dadurch geschehen, dass
eine zweite Maske aus einem Fotoresist, die diejenigen Teile der zweiten
Schicht 205, in denen der Graben 208 ausgebildet
werden soll, freilässt, über der
ersten Oberfläche 211 des
Substrats 201 abgeschieden wird und ein Trockenätzprozess durchgeführt wird.
Die zweite Ätzstoppschicht 204 kann
die erste Schicht 203 aus Zwischenschichtdielektrikum dafür schützen, von
dem Ätzmittel
angegriffen zu werden oder anzeigen, wann die Ätzfront die zweite Schicht 205 aus
Zwischenschichtdielektrikum passiert hat. In anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann der Ätzprozess ohne Bereitstellen
der Ätzstoppschicht 204 durchgeführt werden.
Ein Teil des Fotoresists kann sich in der Kontaktöffnung 207 befinden
und das elektrische Element 206 davor schützen, von
dem Ätzmittel
angegriffen zu werden. Neben dem Graben 208 können gleichzeitig
ein oder mehrere weitere Gräben
ausgebildet werden, indem weitere nicht von der zweiten Maske bedeckte
Teile der zweiten Schicht 205 aus Zwischenschichtdielektrikum
bereitgestellt werden.
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Ähnlich wie
bei dem Trockenätzen,
das beim Ausbilden der Kontaktöffnung 207 durchgeführt wird, kann
sich während
des Trockenätzprozesses,
der beim Ausbilden des Grabens 208 durchgeführt wird, ein
Beiprodukt chemischer Reaktionen, die im Plasma stattfinden, beispielsweise
ein Polymer, das ein Kohlenstofffluoridpolymer enthält, auf
der Halbleiterstruktur 200 ablagern und auf der zweiten
Oberfläche 212 des
Substrats 201 eine Verunreinigungsschicht (nicht gezeigt) ähnlich der
Verunreinigungsschicht 210 bilden.
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Diese
Verunreinigungsschicht kann entfernt werden, beispielsweise indem
die Halbleiterstruktur 200 zumindest teilweise in eine
Reinigungslösung eingetaucht
wird. Dadurch können
vorteilhafterweise eine Abspaltung von Polymerflocken in nachfolgenden
Schritten des Herstellungsprozesses und eine Verunreinigung der
Halbleiterstruktur 200 und der Werkzeuge sowie eine dadurch
verursachte Verringerung der Produktausbeute deutlich reduziert
werden.
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Nach
dem Ausbilden des Grabens können eine
Diffusionsbarrierenschicht 214 und eine Metallschicht abgeschieden
werden und ein chemisch mechanischer Polierprozess kann durchgeführt werden, um
Teile der Diffusionsbarrierenschicht 214 und der Metallschicht 209 außerhalb
der Kontaktöffnung 207 und
des Grabens 208 zu entfernen. Dadurch kann eine Metallverbindung 209 ausgebildet
werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf Ausführungsformen, in denen wie
oben beschrieben zuerst mindestens eine Kontaktöffnung ausgebildet wird und
anschließend
mindestens ein Graben ausgebildet wird, beschränkt. In anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird zuerst mindestens ein Graben in
der zweiten Schicht 205 aus Zwischenschichtdielektrikum
ausgebildet. Das Ausbilden des mindestens einen Grabens umfasst
einen Trockenätzprozess.
Während
des Trockenätzprozesses
bildet sich eine Verunreinigungsschicht ähnlich der Verunreinigungsschicht 210 auf
der zweiten Oberfläche 212 der
Halbleiterstruktur 201. Die Verunreinigungsschicht wird
wie oben beschrieben entfernt. Anschließend wird auf einem Boden des
mindestens einen Grabens eine Kontaktöffnung ausgebildet, was mit
Hilfe eines Trockenätzprozesses
geschehen kann. Anschließend
kann eine weitere Verunreinigungsschicht von der zweiten Oberfläche 212 des
Substrats 201 entfernt werden.
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Das
Entfernen der Verunreinigungsschicht muss nicht, wie in den oben
beschriebenen Ausführungsformen,
zweimal durchgeführt
werden. In weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, nur einmal eine Verunreinigungsschicht
zu ent fernen. Dies kann nach dem Ausbilden der mindestens einen
Kontaktöffnung
oder nach dem Ausbilden des Grabens geschehen.