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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,
die äußerst leitfähige Metalle,
etwa Kupfer, aufweisen, die in ein dielektrisches Material mit einer
geringen Permittivität
eingebettet sind, um das Bauteilleistungsverhalten zu verbessern.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER
TECHNIK
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In
einer integrierten Schaltung werden eine große Anzahl von Schaltungselementen,
etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen in oder
auf einem geeigneten Substrat in einer im Wesentlichen üblicherweise
planaren Anordnung aufgebaut. Auf Grund der großen Anzahl von Schaltungselementen und
des erforderlichen komplexen Aufbaus moderner integrierter Schaltungen
werden die elektrischen Verbindungen der einzelnen Schaltungselemente
nicht in der gleichen Ebene verwirklicht, in der die Schaltungselemente
hergestellt werden. Typischerweise werden derartige elektrische
Verbindungen in einer oder mehreren zusätzlichen „Verdrahtungs-”Schichten
ausgebildet, die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese
Metallisierungsschichten enthalten im Allgemeinen metallenthaltende
Leitungen, die die elektrische Verbindung innerhalb der Schicht
herstellen, und enthalten ferner mehrere Zwischenschichtverbindungen,
die auch als Kontaktdurchführungen
bezeichnet werden, die mit einem geeigneten Metall gefüllt sind.
Die Kontaktdurchführungen
liefern die elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten gestapelten
Metallisierungsschichten, wobei die metallenthaltenden Leitungen
und die Kontaktdurchführungen
auch gemeinsam als Verbindungsstrukturen bezeichnet werden.
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Auf
Grund der ständigen
Reduzierung der Strukturgrößen von
Schaltungselementen in modernen integrierten Schaltungen steigt
auch die Anzahl der Schaltungselemente bei einer gegebenen Chipfläche, d.
h. also die Packungsdichte, an, wodurch eine noch höhere Anzahl
an elektrischen Verbindungsstrukturen erforderlich ist, um die gewünschte Schaltungsfunktionalität bereitzustellen.
Daher kann die Anzahl der gestapelten Metallisierungsschichten zunehmen
und die Abmessungen der einzelnen Leitungen und Kontaktdurchführungen müssen gegebenenfalls
verringert werden, wenn die Anzahl der Schaltungselemente pro Chipfläche ansteigt.
Die Herstellung mehrerer Metallisierungsschichten ist mit Herausforderungen
verknüpft,
die es zu lösen gilt,
etwa die mechanische, thermische oder elektrische Zuverlässigkeit
einer Vielzahl gestapelten Metallisierungsschichten. In dem Maße, wie
die Komplexität
integrierter Schaltungen voranschreitet und Leitungen erforderlich
macht, die moderat hohen Stromdichten widerstehen können, gehen
Halbleiterhersteller vermehrt dazu über, das gut bekannte Metallisierungsmetall
Aluminium durch ein Metall zu ersetzen, das höhere Stromdichten ermöglicht und
damit eine Verringerung der Abmessungen von Verbindungsstrukturen
und damit die Anzahl gestapelter Metallisierungsschichten ermöglicht.
Beispielsweise sind Kupfer und dessen Legierungen Materialien, die
zunehmend zum Ersetzen von Aluminium verwendet werden auf Grund
ihrer überlegenen
Eigenschaften im Hinblick auf einen höheren Widerstand gegenüber der
Elektromigration und auf Grund des deutlich geringeren elektrischen
Widerstands im Vergleich zu Aluminium. Trotz dieser Vorteile weisen
Kupfer und Kupferlegierungen eine Reihe von Nachteilen hinsichtlich
der Verarbeitung und der Handhabung in einer Halbleiterfabrik auf.
Beispielsweise kann Kupfer nicht in effizienter Weise in größeren Mengen
durch gut bekannte Abscheideverfahren, etwa die chemische Dampfabscheidung
(CVD) auf ein Substrat aufgebracht werden und kann auch nicht in
effizienter Weise durch typischerweise eingesetzte anisotrope Ätzverfahren
strukturiert werden. Daher wird bei der Herstellung von Metallisierungsschichten
mit Kupfer die sogenannte Damaszener-Technik (Einzel- und Doppel-Technik)
vorzugsweise eingesetzt, wobei eine dielektrische Schicht zunächst aufgebracht
und anschließend
strukturiert wird, um Gräben
und/oder Kontaktdurchführungen
zu erhalten, die dann mit Kupfer und Kupferlegierungen gefüllt werden.
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Der
Prozess des Einfüllens
von Kupfer oder Kupferlegierungen in Öffnungen mit äußerst geringen
Abmessungen, etwa Gräben
oder Kontaktdurchführungen
mit Aspektverhältnissen
(Tiefe/Durchmesser) von ungefähr
5 oder höher
bei modernsten integrierten Schaltungen, ist eine äußerst herausfordernde
Aufgabe für Prozessingenieure.
Wie zuvor angemerkt ist, können
Kupfer und entsprechende Legierungen nicht effizient durch chemische
oder physikalische Dampfabscheideverfahren aufgebracht werden und
daher werden Metalle auf Kupferbasis typischerweise durch elektrochemische
Techniken, etwa das stromlose Plattieren oder Elektroplattieren,
abgeschieden. Obwohl Elektroplattierungstechniken zum Abscheiden
von Kupfer auf dem Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungsplatinen
gut etabliert sind, wurden vollständig neue Abscheideverfahren für das Ausbilden
von Metallisierungsschichten auf Kupferbasis gemäß der Damaszener-Technik im
Hinblick auf das Füllverhalten
während
der Kupferabscheidung entwickelt, wobei Gräben und Kontaktdurchführungen im
Wesentlichen von unten nach oben mit minimaler Anzahl an Defekten,
etwa Hohlräumen
innerhalb der Gräben
und Kontaktdurchführung,
aufgefüllt
werden. Nach dem Abscheiden des Kupfers oder des Metalls auf Kupferbasis
ist das überschüssige Material,
das auf Bereichen außerhalb
der Gräben
und Kontaktdurchführungen
abgeschieden wird, zu entfernen, was gegenwärtig durch chemisch-mechanisches
Polieren (CMP), möglicherweise
in Verbindung mit elektrochemischen Ätztechniken, bewerkstelligt
wird. In äußerst modernen Halbleiterbauelementen
enthält
das dielektrische Material, in das das Metall auf Kupferbasis eingebettet
ist, typischerweise ein sogenanntes Material mit kleinem ε, d. h. ein
Material mit einer relativen Permittivität, die deutlich kleiner als
jene von „konventionellen” dielektrischen
Materialien, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, und dergleichen
ist, so dass im Allgemeinen die relative Permittivität des Materials
mit kleinem ε 3,0
oder weniger beträgt.
Jedoch geht typischerweise die geringere Permittivität mit einer
deutlich reduzierten mechanischen Festigkeit und Stabilität und unterschiedlichen Ätzeigenschaften
im Vergleich zu den standardmäßigen Materialien
einher. Daher wird in typischen Damaszener-Techniken zur Herstellung
von Metallisierungsschichten mit kleinem ε bei modernen Halbleiterbauelementen
eine Deckschicht vorgesehen, die die mechanische Integrität des dielektrischen
Materials mit kleinem ε sicherstellt,
und dadurch auch als Polierstoppschicht während des Abtrags des überschüssigen Metalls
dient.
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Es
zeigt sich, dass der Prozess des Ätzens von Kontaktdurchführungen
und Gräben
in der dielektrischen Schicht mit kleinem ε merklich den gesamten Damaszener-Prozessablauf
beeinflussen und auch einen Einfluss auf die schließlich erhaltene
Verbindungsstruktur auf Kupferbasis ausübt. Mit Bezug zu den 1a bis 1c wird
nunmehr ein typischer konventioneller Prozessablauf detaillierter
beschrieben, um damit deutlicher die Probleme hervorzuheben, die
beim Bilden von Metallleitungen mit äußerst geringen Abmessungen in
einem dielektrischen Material mit kleinem ε auftreten.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 mit
einem Substrat 101, das in Form eines Siliziumvollsubstrats,
eines SOI-(Silizium auf Isolator)Substrats und dergleichen vorgesehen
werden kann, wobei das Substrat 101 auch eine Bauteilschicht
mit darin einzelnen ausgebildeten Schaltungselementen, etwa Transistoren,
Kondensatoren, Leitungen, Kontaktbereiche, und dergleichen repräsentieren
kann. Der Einfachheit halber sind derartige Schaltungselemente in 1a nicht
gezeigt. Das Bauelement 100 umfasst ferner eine dielektrische
Schicht 102, die über
dem Substrat 101 ausgebildet ist, wobei die Schicht 102 ein
dielektrisches Material repräsentieren
kann, das die einzelnen Schaltungselemente einschließt, oder
die Schicht 102 kann einen Teil einer tieferliegenden Metallisierungsschicht
repräsentieren,
in der metallgefüllte
Kontaktdurchführungen
(nicht gezeigt) eingebettet werden können. Abhängig von der spezifischen Gestaltung
des Bauelements 100 oder der Funktion der Schicht 102 kann
diese aus einem konventionellen dielektrischen Material, etwa Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid aufgebaut sein oder kann ein dielektrisches Material
mit kleinem ε,
beispielsweise mit Wasserstoff angereichertes Siliziumoxykarbid
(SiCOH) aufweisen. Eine Metallleitung 103 ist über dem
Substrat 101 und zumindest teilweise innerhalb der Schicht 102 ausgebildet.
Die Metallleitung 103 kann aus einem kupferenthaltenden
Metall aufgebaut sein, das leitende Barrierenschichten (nicht gezeigt)
aufweist, um damit die Haftung der Metallleitung an dem umgebenden
Material zu erhöhen
und die Diffusion von Kupfer in empfindliche Bauteilgebiete zu reduzieren.
Eine Ätzstoppschicht 104 ist
auf der dielektrischen Schicht 102 und der Metallleitung 103 ausgebildet,
wobei die Ätzstoppschicht
aus einem Material aufgebaut sein kann, das eine hohe Ätzselektivität zu dem
Material einer dielektrischen Schicht 105 mit kleinem ε aufweisen
kann, die auf der Ätzstoppschicht 104 gebildet
ist. Ferner dient die Ätzstoppschicht 104 typischerweise
als eine Diffusionsbarriere zwischen der Metallleitung 103 und
benachbarten Materialien, um das Herausdiffundieren von Metall,
etwa von Kupfer, und das Diffundieren von dielektrischen Material
in die Metallleitung 103 zu verringern. Ferner kann der
Zustand einer Grenzfläche
zwischen der Ätzstoppschicht 104 und
der Metallleitung 103 merklich die elektrischen Eigenschaften
der Metallleitung 103 hinsichtlich der Elektromigration
beeinflussen. Häufig
wird Siliziumnitrid als Material für die Ätzstoppschicht 104 verwendet,
wenn dessen moderat hohe Permittivität als für das Bauelemente 100 geeignet
erachtet wird, wohingegen Siliziumkarbid oder stickstoffangereichertes
Siliziumkarbid häufig
in geschwindigkeitskritischen Anwendungen eingesetzt wird, in denen
eine geringe Gesamtpermittivität
der Schichten 105, 104 und 102 erforderlich ist.
Auf der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 105, die aus einem
beliebigen geeigneten Dielekrikum mit kleinem ε gebildet sein kann, ist eine
ARC-Schicht oder Deckschicht 106 ausgebildet, die aus zwei
oder mehr Teilschichten aufgebaut sein kann, um die gewünschte Funktion
im Hinblick auf das optische Verhalten, die mechanische Festigkeit
und die Maskierungseigenschaften zu erreichen. Beispielsweise kann
die Deckschicht 106 aus einer Siliziumdioxidschicht gebildet
sein, die so wirkt, dass sie der Schicht 105 mit kleinem ε eine erhöhte mechanische
Festigkeit verleiht, woran sich eine Siliziumoxinitridschicht anschließt, um das
optische Verhalten anzupassen, und dann eine dünne Siliziumdioxidschicht folgt,
die als eine Stickstoffbarriere für eine Lackmaske 107 dient,
die auf der Deckschicht 106 gebildet ist.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 100,
wie es in 1a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Nach der Fertigstellung von Schaltungselementen
innerhalb des Substrats 101 wird die dielektrische Schicht 102 durch
gut etablierte Abscheiderezepte auf der Grundlage plasmaunterstützter CVD
abgeschieden. Beispielsweise kann die Schicht 102 aus Siliziumdioxid,
fluordotiertem Siliziumdioxid oder SiCOH aufgebaut sein und daher
können
Abscheiderezepte auf der Basis geeigneter Vorstufenmaterialien eingesetzt
werden, um die Schicht 102 herzustellen. Anschließend wird
die Metallleitung 103 gemäß Prozessen gebildet, wie sie
nachfolgend mit Bezug zu der Schicht 105 beschrieben werden.
Danach wird die Ätzstoppschicht 104 beispielsweise
durch gut etablierte plasmagestützte
CVD-Techniken mit einer Dicke abgeschieden, die ausreichend ist,
um zuverlässig
einen Ätzprozess
für die
Kontaktdurchführung,
der später
auszuführen
ist, zu stoppen. Anschließend
wird die dielektrische Schicht 105 mit kleinem ε durch CVD
oder Aufschleudern in Abhängigkeit
des veränderten
Materials gebildet. Danach wird die Deckschicht 106 durch plasmageschützte CVD-Techniken
auf der Grundlage gut etablierter Rezepte so hergestellt, dass die
gewünschten
Eigenschaften bei der weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 erreicht
werden. Schließlich wird
die Lackmaske 107 durch moderne Photolithographie gebildet,
um eine entsprechende Öffnung 107a zu bilden,
die die Abmessungen einer Kontaktdurchführung repräsentiert, die bis hinab zu
der Metallleitung 103 zu bilden ist, oder es wird ein Graben
typischerweise als Grenze eines Chipgebiets gebildet, wie dies detaillierter
in 1c gezeigt ist.
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1b zeigt
schematisch das Bauelement 100 mit einer Öffnung 105a,
die in der Schicht 106, der dielektrischen Schicht 105 mit
kleinem ε und
teilweise in der Ätzstoppschicht 104 gebildet
ist. Für
diesen Zweck wird ein anisotroper Ätzprozess ausgeführt, wobei
in einer Anfangsphase der exponierte Bereich der Schicht 106 entfernt
und in einem nachfolgenden Prozess das dielektrische Material mit
kleinem ε so
entfernt wird, um die Öffnung 105a zu
bilden, die in 1b eine Kontaktdurchführungsöffnung repräsentieren
kann, während die Öffnung 105a am
Rand einen Graben repräsentieren
kann.
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1b zeigt
ferner eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements 100 an
der Grenze eines Chipgebiets, wobei ein Metallgraben zu bilden ist,
der ein inneres Chipgebiet von einem sogenannten offenen Bereich
trennt. Somit repräsentiert
eine Öffnung 105b einen
Graben, der zu einer unteren Metallleitung 103a ausgerichtet
ist.
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Es
sollte beachtet werden, dass der anisotrope Ätzprozess so ausgeführt wird,
dass die Öffnungen 105a und 105b,
die eine Kontaktdurchführungsöffnung bzw.
einen Graben repräsentieren,
gleichzeitig gebildet werden. Während
dieses anisotropen Prozesses kann die Anfangsphase zum Ätzen durch
die Schicht 106 eine andere Ätzchemie im Vergleich zum Hauptätzvorgang
zum Abtragen des dielektrischen Materials mit kleinem ε der Schicht 105 auf
Grund von Unterschieden in der Materialzusammensetzung, der Dichte
und dergleichen erfordern. Typischerweise wird eine Ätzchemie
auf der Grundlage von Kohlenstoff und Fluor während des Hauptätzschrittes
angewendet, wobei typischerweise fluorenthaltende Polymere erzeugt
werden, die sich an den Wänden
einer Ätzkammer,
auf dem Substrat und dergleichen niederschlagen können. Wenn
ferner die Ätzfront
die Ätzstoppschicht 104 erreicht,
wird Material von dieser abgetragen, obwohl dies mit einer deutlich geringeren
Abtragsrate im Vergleich zu dem Material der Schicht 105 stattfindet.
Jedoch erfordern die unterschiedlichen kinetischen Bedingungen innerhalb
der Kontaktdurchführungsöffnung 105a und
der Grabenöffnung 105b sowie
ein gewisses Maß an
Ungleichförmigkeit über das
gesamte Substrat 101 hinweg oder eine Ungleichförmigkeit
zwischen einzelnen Substraten eine äußerst hohe Ätzselektivität zwischen
der Ätzstoppschicht 104 und
der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 105, um zuverlässig den Ätzprozess
zu stoppen, um nicht einige der Metallleitungen 103 und 103a der Ätzatmosphäre auszusetzen,
und um nicht eine zu große Dicke
der Ätzstoppschicht 104 erforderlich
zu machen, die ansonsten die Gesamtpermittivität des Schichtstapels vergrößern könnte. Folglich
ist es sehr schwierig, eine verbleibende Dicke 104a der
Schicht 104 in der Öffnung 105a und
die Dicke 104b der Schicht 104 in der Öffnung 105b während des
anisotropen Ätzprozesses fein
einzustellen, wodurch zu unerwünschten
Prozessschwankungen in einem nachfolgenden Prozess zum Ätzen durch
die verbleibende Ätzstoppschicht 104 mit
der reduzierten Dicke 104a und 104b beigetragen
wird. Anschließend
wird die Lackmaske 107 mittels eines Sauerstoffplasmas
entfernt.
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1c zeigt
schematisch das Bauelement 100 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium an einer Stelle auf dem Substrat 101,
die sich auf die Kontaktdurchführungsöffnung 105a und
die Grabenöffnung 105b bezieht.
Das Bauelement 100 umfasst nunmehr eine Lackmaske 109 mit
einem darin gebildeten Graben 109a über der Öffnung 105a mit Abmessungen,
die den Entwurfsabmessungen eines um die Kontaktdurchführungsöffnung 105a herum
zu bildenden Grabens entsprechen. Die Lackmaske 109 umfasst
ferner einen Graben 109b, der über der Grabenöffnung 105b mit
deren entsprechenden Abmessungen ausgebildet ist. Ferner ist ein
Füllmaterial 108 unter
der Lackmaske 109 ausgebildet, wobei das Füllmaterial 108 auch
in den Öffnungen 105a und 105b vorgesehen
ist. Das Füllmaterial
kann aus Photolackmaterial einer unterschiedlichen Art im Vergleich
zur Lackmaske 109 aufgebaut sein, oder das Füllmaterial 109 kann
ein anderes Polymermaterial repräsentieren,
das in einem Zustand mit geringer Viskosität aufgebracht wird, um die Öffnungen 105a und 105b zu
füllen,
wobei gleichzeitig eine im Wesentlichen planare Oberfläche bereitgestellt
wird. Das Füllmaterial 108 kann
auch als eine ARC-Schicht während
der Strukturierung der Lackmaske 109 dienen.
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Die
Lackmaske 109 kann gebildet werden, indem zunächst das
Füllmaterial 108 durch
beispielsweise Aufschleudern eines Lackes oder eines Polymermaterials
aufgebracht wird, und anschließend
wird ein Photolack durch Aufschleudern aufgebracht und es wird ein
gut etablierter Photolithographieprozess ausgeführt und das Füllmaterial 108 wird
auf der Grundlage der Lackmaske 109 geätzt. Danach wird das Bauelement 100 in eine Ätzatmosphäre 110 auf
der Grundlage von Kohlenstoff und Fluor eingebracht, um durch die
Schicht 106 zu ätzen
und um einen Teil der Schicht 105 zu entfernen, um damit
einen Graben um die Kontaktdurchführungsöffnung 105a herum
zu bilden, wobei die Lackmaske 109 und das Füllmaterial 108 an
der Grabenöffnung 105b einen
wesentlichen Materialabtrag verhindern. Ferner schützt das
Füllmaterial 108 innerhalb
der Öffnungen 105a und 105b die
verbleibende Ätzstoppschicht 104,
obwohl das Material während
des Ätzprozesses 110 teilweise
abgetragen wird, so dass die Metallleitungen 103 und 103a nicht
der Ätzatmosphäre 110 ausgesetzt sind.
Nachdem ein Graben mit spezifizierter Tiefe um die Kontaktdurchführungsöffnung 105a herum
gebildet ist, werden die Lackmaske 109 und das Füllmaterial 108 durch
beispielsweise eine Plasmabehandlung auf Sauerstoffbasis entfernt.
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1d zeigt
schematisch das Bauelement nach der obigen Prozesssequenz, wobei
ein Graben 111 in der Schicht 106 und in der dielektrischen
Schicht mit kleinem ε 105 um
die Kontaktdurchführungsöffnung 105a herum
ausgebildet ist. Ferner unterliegt das Bauelement einem weiteren Ätzprozess 112,
um die verbleibende Ätzstoppschicht 104 mit
der reduzierten Dicke 104a und 104b (siehe 1b)
zu entfernen. Während des Ätzprozesses 112,
wobei ein Ätzrezept
auf der Basis von Kohlenstoff und Fluor erforderlich ist, werden obere
Bereiche 111a der Gräben 111 und 105b ständig der Ätzatmosphäre 112 ausgesetzt,
wodurch ein gewisses Maß an
Kantenverrundung erzeugt wird, was in vielen Anwendungen unerwünscht ist
auf Grund des Risikos einer „Brückenbildung” zwischen
dicht angeordneten Gräben 111,
wenn diese mit Metall gefüllt
werden. Wie zuvor erläutert
ist, besitzt die verbleibende Ätzstoppschicht 104 die
reduzierten Dicken 104a und 104b, die sich aus
dem Ätzprozess
ergeben, der zur Bildung der Kontaktdurchführungsöffnung 105a und der Grabenöffnung 105b ausgeführt wird.
Hierbei ist die Steuerbarkeit des Ätzprozesses relativ gering
auf Grund der unterschiedlichen kinematischen Bedingungen in dem
Graben 105b und der Öffnung 105a,
wegen Ungleichförmigkeiten über das
Substrat hinweg, und dergleichen. Somit müssen die reduzierten Dicken 104a und 104b ggf.
ausreichend groß gewählt werden,
um zuverlässig
ein Ätzen
durch die Ätzstoppschicht 104 zu
verhindern, wodurch die darunter liegenden Metallleitungen 103 und 103a geschädigt werden
könnten.
Durch die moderat großen
und nicht sehr gut steuerbaren Dicken 104a und 104b ist
es erforderlich, dass der Ätzprozess 112 ausreichend
lange durchgeführt
wird, um zuverlässig
die Metallleitungen 103 und 103a freizulegen,
wodurch eine unerwünschte
Kantenverrundung an den oberen Grabenbereichen 111a hervorgerufen
wird.
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Die
Druckschrift
US
2004/01270016 A1 beschreibt ein Damaszener-Verfahren zur
Herstellung von Kupferleitern, die auf der Oberseite einer dielektrischen
Materials mit kleinem ε ausgebildet
ist, wobei die Deckschicht Siliziumkarbid und Siliziumnitrid aufweist.
Im Hauptätzschritt
wird zunächst
eine Schicht des dielektrischen Materials mit kleinem ε beibehalten,
so dass die darunter liegende Ätzstoppschicht
nicht freigelegt wird. Die Lackmaske wird später durch konventionelle Verfahren
abgetragen.
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Die
Schrift
US 6 617 232
B2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen
Verdrahtung unter Anwendung eines dualen Damaszener-Prozesses, wobei
eine Ätzstoppschicht
mittels einer Polymerschicht geschützt, die zunehmend während des
Entfernens der Ätzmaske
abgetragen wird, ohne dass dabei die Ätzstoppschicht abgetragen wird.
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Die
Druckschrift
US 6 812
145 B2 betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Schäden beim Ätzen einer Damaszener-Struktur,
ohne dass auf die Problematik der Öffnung der dabei beteiligten Ätzstoppschicht
eingegangen wird.
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Die
Druckschrift
US 6 734
110 B1 beschreibt ein Ätzverfahren
zur Strukturierung einer Damaszener-Struktur unter Verwendung einer
Verbundätzstoppschicht,
deren erste Teilschicht beim Hauptätzschritt abgetragen wird.
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Die
Schrift
US 2004/0067635
A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktpfropfens
auf einer Silizidstruktur, wobei die Lackmaske nach erfolgter Öffnung der
Kontaktätzstoppschicht
abgetragen wird.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte
Technik, die es ermöglicht
ein oder mehrere der zuvor erkannten Probleme zu lösen oder
zumindest deren Wirkungen 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 in einigen anschaulichen Ausführungsformen es ermöglicht,
Kontaktdurchführungen
und Gräben
in einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε mit erhöhter Steuerbarkeit der beteiligten Ätzprozesse
herzustellen, wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, eine Kantenverrundung von oberen Bereichen von
Metallgräben,
die in Dielektrika mit kleinem ε gebildet sind,
zu reduzieren.
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Diese
wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren gemäß dem Anspruch
1 geleistet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
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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1a bis 1d schematisch
ein Halbleiterbauelement während
diverser Herstellungsphasen bei der Herstellung von Gräben und
Kontaktdurchführungen
in einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε gemäß einem typischen konventionellen
Prozessablauf; und
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2a bis 2d schematisch
ein Halbleiterbauelement während
diverser Herstellungsphasen bei der Ausbildung von Gräben und
Kontaktdurchführungen
in einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε, wobei ein Ätzschritt für Kontaktdurchführungen
im Wesentlichen von dem Einstellen einer verbleibenden Dicke einer Ätzstoppschicht
gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung entkoppelt ist.
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DETAILLILERTE BESCHREIBUNG
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben wird,
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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Im
Allgemeinen basiert die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis
der Erfinder, dass die Prozessflexibilität und Prozesstoleranzen bei
der Herstellung von Kontaktdurchführungen und Gräben in Metallisierungsschichten
mit kleinem ε verbessert
werden können,
indem entsprechende Ätzschritte
zur Herstellung einer Kontaktdurchführungsöffnung und/oder von Grabenöffnungen
in einem Dielektrikum mit kleinem ε bis hinunter zu einer Ätzstoppschicht
im Wesentlichen unabhängig
voneinander ausgeführt
werden, anstatt zu versuchen, die Selektivität zwischen dem Material der Ätzstoppschicht
und dem dielektrischen Material mit kleinem ε weiter zu erhöhen. Zu
diesem Zweck wird der Schritt zum Lackentfernen, der nach dem Hauptätzschritt durch
das Dielektrikum mit kleinem ε ausgeführt wird,
geeignet so gestaltet, um damit ebenso Material der Ätzstoppschicht
in äußerst steuerbarer
Weise abzutragen, wodurch das Entfernen eines größeren Anteils der Ätzstoppschicht
im Vergleich zu konventionellen Lösungen möglich ist, ohne eine übermäßige Schädigung des darunter
liegenden Materials zu riskieren. Der äußerst steuerbare Abtrag von
Material der Ätzstoppschicht kann
bewerkstelligt werden, indem die Menge an Fluor in einer Plasmaatmosphäre auf Sauerstoffbasis
gesteuert wird, die auch zum Entfernen der Lackmaske verwendet wird.
Im Gegensatz zu der äußerst reaktiven Ätzchemie
während
des Hauptätzschrittes
durch das Dielektrikum mit kleinem ε weist die fluorenthaltende
Plasmaatmosphäre,
die zur Entfernung des Lacks verwendet wird, eine geringere Ätzrate für die Ätzstoppschicht und
damit eine deutlich höhere
Steuerbarkeit im Vergleich zu der konventionellen Technik auf, in
der ein weiteres Ätzen,
nachdem im Wesentlichen das Dielektrikum mit kleinem ε entfernt
ist, zu einer Schädigung
des darunter liegenden Materials führen kann, d. h. zu einem unbeabsichtigt
lokalen Ätzen
durch die Ätzstoppschicht
auf Grund des hohen Grades an Ungleichförmigkeiten, d. h. unterschiedliche
Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Ätzfront, die während des
vorhergehenden Ätzens
durch das dicke Dielektrikum mit kleinem ε erzeugt werden. Auf Grund der
reduzierten Ätzrate
und der moderat geringen Fluorkonzentration sind die kinematischen
Unterschiede beim Ätzen
tiefer Gräben
und von Kontaktlöchern
mit großem
Aspektverhältnis
weniger ausgeprägt,
wodurch ebenso zu einer verbesserten Gesamtsteuerbarkeit des Ätzprozesses
beigetragen wird. Somit kann die verbleibende Dicke der Ätzstoppschicht,
die in einem abschließenden Ätzprozess
zu öffnen
ist, im Wesentlichen unabhängig
von Prozesseigenheiten des Hauptätzschrittes
festgelegt werden, um damit zu ermöglichen, dass die Kantenverrundung
während
des abschließenden Ätzschrittes
reduziert wird.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2d werden
weitere anschauliche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nunmehr detaillierter beschrieben.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 während einer Fertigungsphase ähnlich zu
jener des Bauteils 100 aus 1b. Somit
umfasst das Bauelement 200 ein Substrat 201, das
in Form eines Siliziumvollsubstrats, eines SOI-(Silizium auf Isolator)Substrats und
dergleichen vorgesehen werden kann, wobei das Substrat 201 eine
Bauteilschicht repräsentieren
kann, die darauf ausgebildet einzelne Schaltungselemente, etwa Transistoren,
Kondensatoren, Leitungen, Kontaktbereiche und dergleichen aufweisen
kann. Der Einfachheit halber sind derartige Schaltungselemente in 2a nicht
gezeigt. Das Bauelement 200 umfasst ferner eine dielektrische
Schicht 202, die über
dem Substrat 201 ausgebildet ist, wobei die Schicht 202 ein
dielektrisches Material repräsentieren
kann, das die einzelnen Schaltungselemente umschließt, oder
die Schicht 202 kann einen Teil einer darunter liegenden
Metallisierungsschicht repräsentieren,
in der metallgefüllte
Kontaktdurchführungen
(nicht gezeigt) eingebettet sein können. Abhängig von der speziellen Gestaltung
des Bauelements 200 oder der Funktion der Schicht 202 kann
diese aus einem konventionellen dielektrischen Material, etwa Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid aufgebaut sein, oder diese kann ein dielektrisches
Material mit kleinem ε aufweisen,
etwa beispielsweise wasserstoffangereichertes Siliziumoxykarbid (SiCOH),
poröses
Siliziumdioxid, das als SILK bekannt ist, oder Polymermaterialien
mit kleinem ε,
etwa HSQ, MSQ und dergleichen. In dieser Beschreibung sowie in den
Ansprüchen
ist ein dielektrisches Material mit kleinem ε als ein dielektrisches Material
zu verstehen, das eine relative Permittivität von 3,0 oder weniger aufweist.
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Eine
Leitung 203 ist über
dem Substrat 201 und zumindest teilweise innerhalb der
Schicht 202 ausgebildet. Die Leitung kann aus einer Reihe
leitender Materialien, etwa beispielsweise einem kupferenthaltenden Metall
mit leitenden Barrierenschichten (nicht gezeigt) aufgebaut sein,
um damit die Haftung der Leitung 203 an dem umgebenden
Material zu verbessern und um die Diffusion von Kupfer in empfindliche
Bauteilgebiete zu reduzieren. Eine Ätzstoppschicht 204 ist
auf der dielektrischen Schicht 202 und der Leitung 203 gebildet, wobei
die Ätzstoppschicht 204 aus
einem Material aufgebaut sein kann, das eine hohe Ätzselektivität in Bezug auf
das Material einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε 205 aufweist,
die auf der Ätzstoppschicht 204 gebildet
ist. Des weiteren dient die Ätzstoppschicht 204 typischerweise
als eine Diffusionsbarriere zwischen der Leitung 203 und
benachbarten Materialien, um das Herausdiffundieren von Metall,
etwa von Kupfer, und das Diffundieren von dielektrischem Material
in die Metallleitung 203 zu reduzieren. In einigen Ausführungsformen kann
Siliziumnitrid als Material für
die Ätzstoppschicht 204 verwendet
werden, wenn die moderat hohe Permittivität als für das Bauelement 200 geeignet
erachtet wird, wohingegen in anderen Ausführungsformen Siliziumkarbid
oder stickstoffangereichertes Siliziumkarbid in geschwindigkeitskritischen
Anwendungen verwendet werden kann, in denen eine geringe Gesamtpermittivität der Schichten 205, 204 und 202 erforderlich
ist. Auf der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 205, die in einer
anschaulichen Ausführungsform
aus SiCOH aufgebaut ist, während
in anderen Ausführungsformen
SILK, HSQ, MSQ und dergleichen eingesetzt werden, ist eine ARC-Schicht oder Deckschicht 206 gebildet,
die aus zwei oder mehreren Teilschichten aufgebaut sein kann, um
damit die gewünschten
Eigenschaften im Hinblick auf das optische Verhalten, die mechanische
Festigkeit und Maskierungseigenschaften zu erreichen. Beispielsweise
kann die Deckschicht 206 eine Siliziumdioxidschicht aufweisen,
die auf der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 205 gebildet ist und
dazu dient, dieser eine erhöhte
mechanische Festigkeit zu verleihen, woran sich eine Siliziumoxynitridschicht
zur Anpassung des optischen Verhaltens und eine dünne Siliziumdioxidschicht
anschließt,
die als eine Stickstoffbarriere für eine Lackmaske 207 dient,
die auf der Deckschicht 206 gebildet ist. In anderen Ausführungsformen
kann die Deckschicht 206 auf der Grundlage von Siliziumdioxid
und Kohlenstoff so gestaltet sein, dass die gewünschten optischen und mechanischen
Eigenschaften erreicht werden, ohne dass Stickstoff in der Schicht 206 und/oder während der
Herstellung der Schicht 206 verwendet wird, wodurch das
Risiko der Lackvergiftung reduziert wird.
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Eine
Kontaktdurchführungsöffnung 205a ist
in der Deckschicht 206 und der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 205 ausgebildet,
wobei sich die Kontaktdurchführungsöffnung 205a bis
hinab und geringfügig
in die Ätzstoppschicht 204 hineinerstreckt,
woraus sich eine Dicke 204a ergibt. Es sollte beachtet
werden, dass die Dicke 204a größer ist als die Dicke 104a des
konventionellen Bauelements 100 (siehe 1b),
da ein Ätzprozess
zum Ätzen
durch die dielektrische Schicht mit kleinem ε 205 gestoppt werden
kann, wenn die Ätzstoppschicht
zuverlässig über das
gesamte Substrat 201 hinweg erreicht ist, wie dies nachfolgend
beschrieben ist, da kein weiteres Ätzen für einen weiteren Materialabtrag
der Ätzstoppschicht 204 erforderlich
ist, anders als dies in der konventionellen Technik der Fall ist.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Bauelements 200,
wie es in 2a gezeigt ist, kann im Wesentlichen
die gleichen Prozesse aufweisen, wie sie zuvor mit Bezug zu dem
Bauelement 100 in den 1a und 1b beschrieben
sind. Insbesondere ein anisotroper Ätzprozess 213 zum Ätzen durch
die dielektrische Schicht mit kleinem ε 205 wird auf der Grundlage
gut bekannter Rezepte mit Fluor und Kohlenstoff oder Fluor-, Kohlenstoff-
und Wasserstoffverbindungen ausgeführt, wobei im Gegensatz zu
dem konventionellen Vorgehen der Ätzprozess 213 beim
Erreichen der Ätzstoppschicht 204 oder
nach der Entfernung lediglich eines geringen Teils davon angehalten
wird. Ein entsprechendes gesteuertes Ende des Ätzprozesses 213 kann
auf der Grundlage einer Endpunkterfassung erreicht werden, wobei
spezielle flüchtige
Komponenten in der Ätzatmosphäre optisch
detektiert werden, wenn das Material der Ätzstoppschicht 204 entfernt
wird. Es sollte beachtet werden, dass das Freilegen der Ätzstoppschicht 204 in
allen Kontaktdurchführungsöffnungen 205a über das
Substrat 201 hinweg, oder in tiefen Gräben in einem Chipgrenzgebiet
(nicht gezeigt), etwa die Grabenöffnung 105b in 1b,
weniger kritisch ist, da ein weiterer Ätzschritt danach ausgeführt wird,
der so gestaltet ist, dass sowohl die Lackmaske 207 als
auch weiteres Material der Ätzstoppschicht 204 abgetragen wird.
Während
dieses Ätzschrittes
können
auch Reste der Schicht 205, die noch nicht geätzt worden
sind, zuverlässig
in dem nachfolgenden Prozess zum Entfernen der Lackmaske 207 und
zum Verringern der Ätzstoppschicht 204 abgetragen
werden. Somit kann im Gegensatz zu konventionellen Prozessen der Ätzprozess 213 auf
der Grundlage von Prozesserfordernissen des Prozesses 213 selbst
eingestellt werden, ohne dass übermäßige Überätzzeiten
als Kompromiss zwischen einer zuverlässigen Materialabtragung der
Schicht 205, der Ätzstoppschichtverringerung
und der Vermeidung von Schäden
der darunter liegenden Metallleitung 203 erforderlich sind.
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Wie
zuvor erläutert
ist, können
während
des Ätzprozesses 213 die
flüchtigen
Reaktionsprodukte fluorenthaltende Polymere bilden, die sich auf
Prozesskammeroberflächen
und der Rückseite
des Substrats 201 abscheiden können, wobei eine Abscheidung
des Polymermaterials auf der Lackmaske 207 im Wesentlichen durch
den ständigen
Teilchenbeschuss des Ätzprozesses 213 vermieden
wird.
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2b zeigt
schematisch das Bauelement
200 in einer weiteren Phase
nach der Beendigung des Ätzprozesses
213.
In einer speziellen Ausführungsformen
wird das Substrat
201 in einer Ätzkammer
214 gehalten,
die zuvor für
den Ätzprozess
213 verwendet
wurde. Somit können
exponierte Kammeroberflächen
215 ein darauf
ausgebildetes fluorenthaltendes Polymermaterial
216 aufweisen.
Eine Plasmaumgebung
210 ist in der Kammer
214 ausgebildet,
wobei die Plasmaumgebung Sauerstoff aufweist, der typischerweise
für die
Veraschung des Lacks verwendet wird, dessen flüchtige Reaktionsprodukte dann
entfernt werden. Während
des Ätzprozesses
210 wird
auch das Polymermaterial
216 angegriffen und gelöst, wodurch
Fluor freigesetzt wird, das in die Plasmaumgebung eintritt, um eine Ätzchemie
zu erzeugen, die auch das Abtragen des Materials der Ätzstoppschicht
204 ermöglicht.
Die Fluor-„erzeugungs”-Rate kann
durch Prozessparameter zum Steuern der Plasmaumgebung
210 gesteuert
werden. D. h. die Menge des der Kammer
214 zugeführten Sauerstoffs und/oder
die Anregungsenergie zum Erzeugen eines Plasmas und/oder der Druck
und/oder die Substrattemperatur und/oder die Vorspannungsleistung
können
so gesteuert werden, dass eine gewünschte Fluorerzeugungsrate
und damit eine gewünschte
Abtragsrate für
die Ätzstoppschicht
204 erreicht
wird. In einigen Ausführungsformen
kann ein konventionelles Rezept für die Lackentfernung verwendet
werden, wobei, anders als in dem konventionellen Prozess, die Plasmaumgebung
210 nach
dem Entfernen der Lackmaske
207 aufrecht erhalten wird,
bis eine gewünschte
Menge an Material abgetragen ist, um die reduzierte Dicke
204r entsprechend
einem Sollwert zu erreichen. Hierbei kann eine geeignete „Überätzungs”-Zeit auf
der Grundlage von Testläufen
abgeschätzt
werden, in denen beispielsweise die Abtragsrate der Ätzstoppschicht
für ein
spezifiziertes Ätzrezept
für den
Prozess
210 im Voraus bestimmt wird. In diesem Falle kann
in einigen Ausführungsformen
die Teststruktur ähnliche
oder identische Kontaktdurchführungsöffnungen
und/oder Grabenöffnungen aufweisen,
so dass musterabhängige
Einflüsse
berücksichtigt
werden. In anderen Ausführungsformen
kann zumindest einer der zuvor spezifizierten Prozessparameter so
gesteuert werden, dass die Dauer des Abtragens der Lackmaske
207 vergleichbar
ist zu der Dauer des Entfernens eines gewünschten Anteils der Ätzstoppschicht
204.
Beispielsweise kann das Plasma der Umgebung
210 so eingestellt
werden, dass ein ausreichender Ionenbeschuss zum Freisetzen einer
moderat hohen Menge an Fluor erzeugt wird. Auf diese Weise kann
die Abtragsrate für
die Ätzstoppschicht
204 so
erhöht
werden, dass keine verlängerte Ätzzeit nach
dem vollständigen
Entfernen der Lackmaske erforderlich ist, wodurch die Zeitdauer
der Einwirkung der fluorenthaltenden Ätzchemie auf die Schicht
206 reduziert
wird, wenn die Lackmaske vollständig
entfernt ist. Folglich kann eine Kantenverrundung an oberen Bereichen
eines tiefen Grabens, etwa dem Graben
105b gering gehalten
werden. Geeignete Prozessparameter können auch auf der Grundlage
geeigneter Teststrukturen ermittelt werden, die unter variierten
Bedingungen für
den Ätzprozess
210 prozessiert
werden. In einer Ausführungsform
kann eine typische kommerziell verfügbare Plasmaätzanlage
verwendet werden, wobei die folgenden Parameter verwendet werden
können,
um die reduzierte Dicke
204r in einem Bereich von ungefähr 5 bis 20
nm mit einer Gesamtprozesszeit des Prozesses
210 zum Entfernen
des Lacks und des erforderlichen Bereichs der Ätzstoppschicht
204 zu
erreichen:
| RF-Leistung: | ungefähr 150 bis
500 Watt; |
| Vorspannungsleistung: | ungefähr 50 bis
200 Watt; |
| Sauerstoffdurchflussrate: | ungefähr 200 bis
800 sccm; |
| Druck: | ungefähr 10 Millitorr
bis 100 Millitorr; |
| Substrattemperatur: | ungefähr 0°C bis 100°C. |
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Es
sollte beachtet werden, dass die obigen Parameter deutlich von den
Gegebenheiten der verwendeten Ätzanlage
abhängen.
Beispielsweise können
spezielle „Abscheide-Oberflächen” in der
Kammer 214 vorgesehen werden, um ein gewisses Maß an Steuerung
des Abscheidens von fluorenthaltenden Polymeren und des Freisetzens
des Fluors während
des Prozesses 210 zu erreichen. Dazu können gekühlte Oberflächenbereiche an geeigneten
Positionen angeordnet werden, um damit eine Polymerabscheidung darauf
zu fördern, während gleichzeitig
eine lokal erhöhte
Fluorkonzentration in der Nähe
des Substrats 201 erreicht wird. Geeignete Parameter für den Ätzprozess
für eine
andere Plasmaätzanlage
und andere Kammerkonfigurationen können jedoch auf der Grundlage
der oben spezifizierten Parameterbereiche ermittelt werden, und/oder
entsprechende Testdurchläufe
können
ausgeführt
werden, um zumindest einen Ätzparameter
mit einer schließlich
gewünschten
reduzierten Dicke 204r in Beziehung zu setzen. Durch das
Entfernen des wesentlichen Anteil, beispielsweise ungefähr 50 bis
90% an Material der Ätzstoppschicht
während
des Ätzprozesses 210 anstatt
während
des Hauptätzschrittes
durch die dielektrische Schicht 205 ist das Einstellen
der reduzierten Dicke 204r im Wesentlichen von dem Hauptätzprozess „entkoppelt”, so dass
bewährte
Rezepte angewendet werden können, ohne
dass ständig
Versuche erforderlich sind, um eine noch bessere Ätzselektivität zu erhalten,
um damit die Gesamtsteuerbarkeit zu verbessern. Ferner kann der
Hauptätzprozess
zur Herstellung der Kontaktdurchführungsöffnung 205a und von
Gräben
an der Chipgrenze an Prozess- und Bauteilerfordernisse angepasst
werden, etwa die Verwendung unterschiedlicher Materialzusammensetzungen
der Schicht 205, ohne dass der Prozess 210 wesentlich
beeinflusst wird.
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2c zeigt
schematisch das Bauelement 200 während des Ätzprozesses 210 gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen.
Das Bauelement 200 kann in der Ätzkammer 214 positioniert
werden, wobei die Ätzkammer 214 im
Wesentlichen kein auf exponierten Oberflächen abgeschiedenes Polymermaterial 216 aufweist.
Beispielsweise kann der Hauptätzprozess
zur Herstellung der Kontaktdurchführungsöffnung 205a in einer
separaten Kammer ausgeführt
worden sein, oder die Kammer 214 kann vor dem Prozess 210 gereinigt werden,
um damit gut definierte Prozessbedingungen in Bezug auf den Fluorgehalt
während
des Ätzprozesses 210 bereitzustellen.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
kann die Prozesskammer 214 in einem ähnlichen Zustand sein, wie
es in 2c gezeigt ist, d. h., die fluorenthaltende
Polymerschicht 216 kann auf exponierten Oberflächen ausgebildet
sein. Ferner umfasst die Kammer 214 eine Gaszufuhr 217,
die ausgebildet ist, eine gesteuerte Zufuhr von fluorenthaltenden
Gasen, etwa CF4, CHF3,
CHF2, F2, und dergleichen
zu ermöglichen.
Folglich kann die sauerstoffenthaltende Plasmaumgebung, die zum
Entfernen der Lackmaske 207 erforderlich ist, eine präzise gesteuerte
Menge an Fluor mittels der Zufuhr 217 empfangen, wobei
eine höhere
Flexibilität
hinsichtlich des Ätzprozesses 210 erreicht
wird. D. h., durch alternatives oder zusätzliches Zuführen eines
fluorenthaltenden Gases mittels der Zufuhr 217 kann der
Prozess 210 noch effizienter im Vergleich zu den Ausführungsformen,
wie sie mit Bezug zu 2b beschrieben sind, gesteuert
werden, da das Ätzverhalten
im Hinblick auf die Ätzstoppschicht 204 zu
einem gewissen Grade von dem Ätzverhalten
für die Lackmaske 207 entkoppelt
werden kann. Beispielsweise kann die Fluormenge erhöht werden
im Vergleich zu dem Falle, wenn das Fluor lediglich durch das Sauerstoffplasma
erzeugt wird, und/oder das Gas kann in einer zeitabhängigen Weise
zugeführt
werden. Wenn beispielsweise der Lackabtragsprozess gemäß gut bekannter Parameter
ausgeführt
wird, die eine spezifizierte Zeitdauer erfordern, wohingegen ein
höherer
Materialabtrag für
das Material der Ätzstoppschicht 204 für eine spezifizierte
gut steuerbare Durchflussrate ermittelt wurde, kann das fluorenthaltende
Gas nach einer Anfangsphase des Ätzprozesses 210 so
zugeführt
werden, dass die reduzierte Dicke 204r innerhalb einer
gewünschten
Zeitdauer erreicht wird, beispielsweise ungefähr zu der Zeit, wenn die Lackmaske
im Wesentlichen vollständig
entfernt ist. In anderen Fällen
kann die Dickenreduzierung der Ätzstoppschicht
während
einer ersten Periode des Prozesses 210 durchgeführt werden,
und danach kann die Zufuhr an fluorenthaltendem Gas abgestellt werden,
während
die Lackentfernung noch weitergeht. In anderen Ausführungsformen
können
andere Steuerungsstrategien verwendet werden, etwa das Bereitstellen des
fluorenthaltenden Gases nach einer Anfangsphase und das Beenden
der Zufuhr vor einer abschließenden Phase
des Prozesses 210, wiederholtes Zuführen des fluorenthaltendes
Gases, um eine gewünschte
gemittelte Konzentration zu erreichen, und dergleichen. In jeder
der obigen Prozeduren wird zumindest ein Prozessparameter gesteuert,
um die reduzierte Dicke entsprechend einem vordefinierten Sollwert
zu erhalten. Hinsichtlich des Ermittelns eines geeigneten Wertes
für den
mindestens einen Prozessparameter gelten die gleichen Kriterien,
wie sie zuvor mit Bezug zu 2b erläutert sind.
Beispielsweise kann die Abtragsrate für die Ätzstoppschicht 204 auf
der Grundlage eines oder mehrerer vorbestimmter Lackabtragsrezepte
experimentell für
diverse Durchflussraten und Prozesszeiten für das fluorenthaltende Gas
bestimmt werden. Aus diesen Ergebnissen kann eine geeignete Durchflussrate
und eine entsprechende Dauer für
die Zufuhr des fluorenthaltenden Gases festgelegt werden. In diesen
Messungen können
auch die kammerspezifischen und musterspezifischen Eigenschaften
berücksichtigt
werden, indem ähnliche
Teststrukturen verwendet und eine Kammer eingesetzt wird, die im
Wesentlichen die gleiche Prozess-„Geschichte” wie die
Kammer 214 in dem tatsächlichen Ätzprozess 210 erfahren
hat. In einem typischen Beispiel wird mit einer Durchflussrate von
ungefähr
10 bis 50 sccm an CF4 für die oben genannte Ätzanlage
mit ähnlichen
Prozessparametern, wie sie zuvor gegeben sind, die Ätzstoppschicht 204,
die aus Siliziumkarbid mit einer Anfangsdicke von ungefähr 50 nm
aufgebaut ist, um ungefähr
5 bis 20 nm in ungefähr
5 bis 15 Sekunden an Gaszufuhr reduziert.
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Es
sollte beachtet werden, dass andere Parameterwerte bei Bedarf auf
der Grundlage der obigen Parameter und der Erkenntnis, dass der Ätzprozess 210 so
gestaltet werden kann, um die Lackmaske 207 zu entfernen
und auch die gewünschte
Dicke 204r zu erreichen, ermittelt werden können, wobei
zusätzliche
oder alternative Zufuhr eines fluorenthaltenden Gases ebenso eine
effiziente Entkopplung der Lackentfernung und der Dickenreduzierung
ermöglicht.
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2d zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium. Ein Graben 211 ist um die Kontaktdurchführungsöffnung 205a herum
ausgebildet, wobei obere Bereiche 211a des Grabens 211 eine
deutlich reduzierte Kantenverrundung im Vergleich zu dem konventionell
hergestellten Bauelement 100 aus 1d aufweisen
können.
Der Prozess zur Herstellung des Grabens 211 kann in ähnlicher
Weise ausgeführt
werden, wie dies auch mit Bezug zu 1d beschrieben
ist. Im Gegensatz zu dem konventionellen Prozess wird jedoch das
Abtragen der restlichen Ätzstoppschicht 204 mit
der reduzierten Dicke 204r während eines Ätzprozesses 212 ausgeführt, was
zu einer deutlich reduzierten Einwirkung der Ätzumgebung auf die Schicht 206 führt auf
Grund der effizient gesteuerten reduzierten Dicke 204r,
die deutlich kleiner sein kann als in dem konventionellen Falle.
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Es
gilt also: die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit,
die eine verbesserte Prozessflexibilität und günstigere Prozesstoleranzen
bei der Herstellung von Kontaktdurchführungsöffnungen und Gräben in einer
dielektrischen Schicht mit kleinem ε ermöglicht, indem der Hauptätzprozess
durch das Dielektrikum mit kleinem ε von einem Prozess zum Anpassen
der Dicke der Ätzstoppschicht
für nachfolgende
Prozesse im Wesentlichen entkoppelt wird. Dazu wird der Lackabtragsprozess,
der nach dem Ätzen
durch das Dielektrikum mit kleinem ε ausgeführt wird, so gestaltet, um
damit auch im Wesentlichen die erforderliche Materialmenge der Ätzstoppschicht
zu entfernen, wodurch die Steuerbarkeit verbessert und damit das
Abtragen eines größeren Bereichs
der Ätzstoppschicht,
d. h. ungefähr
30 bis 90%, im Vergleich zu konventionellen Prozessen möglich ist.
Hierbei kann Fluor, das an Kammerwänden abgeschiedenen Polymeren
enthalten ist, und/oder das extern zugeführte fluorenthaltende Gas verwendet
werden, um eine Ätzchemie
zum Reduzieren der Dicke der Ätzstoppschicht
zu schaffen. Wenn ein externes fluorenthaltendes Gas zugeführt wird,
kann ein hohes Maß an Entkopplung
zwischen dem Lackabtragsprozess und dem Abtragen der Ätzstoppschicht
erreicht werden, wodurch eine noch bessere Steuerbarkeit des Prozesses
erreicht wird.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu
vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.
