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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere einen Prozessablauf zur Herstellung
einer Kontaktschicht mit Kontakthöckern, wobei die Kontaktschicht
ausgebildet ist, Kontaktflächen
auf Kupferbasis bereitzustellen, die mit einer tieferliegenden Metallisierungsschicht
verbunden sind, um ein geeignet geformtes Gehäuse- oder Trägersubstrat
an dem Chip zu befestigen, der ein oder mehrere integrierte Schaltungen
aufweisen kann.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei
der Herstellung integrierter Schaltungen ist es für gewöhnlich notwendig,
einen Chip in ein Gehäuse
einzubringen und Anschlüsse
und Kontakte zur Verbindung der Chipschaltung mit der Peripherie vorzusehen.
In einigen Techniken zum Einbringen in ein Gehäuse werden Chips, Chipgehäuse und
andere geeignete Einheiten mittels Lotkugeln verbunden, die aus
sogenannten Lothöckern
hergestellt werden, die wiederum auf einer entsprechenden Schicht,
die im weiteren auch als eine Kontaktschicht bezeichnet wird, mindestens
einer der Einheiten, beispielsweise auf der einer dielektrischen
Passivierungsschicht des mikroelektronischen Chips, ausgebildet
sind. Um den mikroelektronischen Chip mit dem entsprechenden Träger zu verbinden,
weisen die Oberflächen
zweier entsprechender zu verbindenden Einheiten, d. h. der mikroelektronische
Chip mit beispielsweise mehreren integrierten Schaltungen und ein
entsprechendes Gehäuse,
darauf ausgebildet geeignete Anschlussflächenanordnungen auf, um die
beiden Einheiten nach dem Wiederverflüssigen der Lothöcker, die
zumindest auf einer der Einheiten, beispielsweise auf dem elektronischen
Chip, vorgesehen sind, elektrisch zu verbinden. In anderen Techniken
werden Lothöcker
gebildet, die mit entsprechenden Drähten zu verbinden sind, oder
die Lothöcker
werden mit den entsprechenden Anschlussflächenbereichen eines weiteren
Substrats, das als Wärmesenke
dient, in Kontakt gebracht. Es ist daher unter Umständen notwendig,
eine große
Anzahl an Lothöckern
herzustellen, die über
die gesamte Chipfläche
verteilt sind, um damit beispielsweise die I/O- (Eingabe/Ausgabe)
Kapazität
zu schaffen, die für
moderne mikroelektronische Schaltungen erforderlich ist, die komplexe Schaltungen,
etwa Mikroprozessoren, Speicherschaltungen und dergleichen aufweisen
und/oder mehrere ren, Speicherschaltungen und dergleichen aufweisen
und/oder mehrere integrierte Schaltungen enthalten, die ein vollständiges komplexes
Schaltungssystem bilden.
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In
modernen integrierten Schaltungen werden äußerst leitende Metalle, etwa
Kupfer und Legierungen davon verwendet, um den hohen Stromdichten
Rechnung zu tragen, die während
des Betriebs der Bauelemente anzutreffen sind. Folglich können die
Metallisierungsschichten Metallleitungen und Kontaktdurchführungen
aufweisen, die aus Kupfer oder Kupferlegierungen aufgebaut sind,
wobei die letzte Metallisierungsschicht Kontaktflächen zum Verbinden
der Lothöcker,
die über
den kupferbasierten Kontaktflächen
herzustellen sind, bereitstellt. Das Bearbeiten von Kupfer in dem
nachfolgenden Prozessablauf zur Herstellung der Lothöcker, was
an sich ein äußerst komplexer
Fertigungsvorgang ist, kann auf der Grundlage des gut etablierten
Metalls Aluminium ausgeführt
werden, das in effizienter Weise für die Herstellung von Lothöckerstrukturen
in komplexen Mikroprozessoren auf Aluminiumbasis angewendet wird.
Zu diesem Zweck wird eine geeignete Barrieren- und Haftschicht auf
der Kontaktfläche auf
Kupferbasis hergestellt, woran sich eine Aluminiumschicht anschließt. Nachfolgend
wird die Kontaktschicht mit den Lothöckern auf der Grundlage der
mit Aluminium abgedeckten Kontaktfläche hergestellt.
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Um
Hunderte oder Tausende mechanisch gut befestigte Lothöcker auf
entsprechenden Kontaktflächen
herzustellen, muss das Verfahren zum Anbringen der Lothöcker sorgfältig entworfen
sein, da das gesamte Bauteil funktionsuntüchtig werden kann, wenn lediglich
ein einziger der Lothöcker
einen Fehler aufweist. Aus diesen Gründen werden ein oder mehrere
sorgfältig
ausgewählte
Schichten im Allgemeinen zwischen den Lothöckern und den darunter liegenden
Substraten oder der Scheibe, die die Anschlussflächenanordnung aufweist, vorgesehen. Zusätzlich zu
der wichtigen Rolle, die diese Zwischenschichten, die im Weiteren
auch als Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
bezeichnet werden, zur Bereitstellung einer ausreichenden mechanischen
Haftung des Lothöckers
an der darunter liegenden Anschlussfläche und den umgebenden Passivierungsmaterial
spielt, muss die Lothöckerunterseitenmetallisierung
auch weitere Erfordernisse im Hinblick auf die Diffusionseigenschaften
und die Stromleitfähigkeit
erfüllen.
Im Hinblick auf den zuerst genannten Punkt muss die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
eine adäquate
Diffusionsbarriere bieten, um zu verhindern, dass das Lotmaterial,
das häufig
eine Mischung aus Blei (Pb) und Zinn (Sn) ist, die darunter liegende
Metallisierungsschichten der Chips angreift und damit deren Funktion
stört oder negativ
beeinflusst. Ferner ist das Abwandern von Lotmaterial, etwa von
Blei, zu anderen empfindlichen Bauteilbereichen, beispielsweise
in das Dielektrikum, in dem ein radioaktiver Zerfall in dem Blei
merklich das Bauteilverhalten beeinflussen kann, von der Höckerunterseitenmetallisierung
effizient zu unterdrücken.
Hinsichtlich der Stromleitfähigkeit
muss die Höckerunterseitenmetallisierung,
die als eine Verbindungsschicht zwischen den Lothöckern und
der darunter liegenden Metallisierungsschicht des Chips dient, eine
Dicke und einen spezifischen Widerstand aufweisen, die nicht in
ungeeigneter Weise den Gesamtwiderstand des Systems aus Metallisierungsfläche/Lothöcker erhöhen. Des
weiteren dient die Höckerunterseitenmetallisierung
als eine Stromverteilungsschicht während des Elektroplattierens
des Lothöckermaterials.
Das Elektroplattieren ist gegenwärtig
das bevorzugte Abscheideverfahren, da die physikalische Dampfabscheidung
von Lothöckermaterial, welches
ebenso im Stand der Technik angewendet wird, eine komplexe Maskierungstechnik
erfordert, um Fehljustierungen auf Grund thermischer Ausdehnungen
der Masken zu vermeiden, während
diese sich im Kontakt mit den heißen Metalldämpfen befindet. Des weiteren
ist es äußerst schwierig,
die Metallmaske nach dem Ende des Abscheideprozesses zu entfernen,
ohne die Lotanschlussflächen
zu schädigen,
insbesondere, wenn große
Scheiben prozessiert werden oder wenn der Abstand zwischen benachbarten
Lotflächen
klein ist.
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Obwohl
auch eine Maske in dem Elektroplattierungsabscheideverfahren verwendet
wird, unterscheidet sich diese Technik von den Verdampfungsverfahren
dahingehend, dass die Maske durch Anwendung von Photolithographie
geschaffen wird, um damit die zuvor erkannten Probleme zu vermeiden, die
durch die physikalischen Dampfabscheideverfahren hervorgerufen werden.
Nach der Herstellung der Lothöcker
ist die Höckerunterseitenmetallisierung
zu strukturieren, um damit die einzelnen Lothöcker voneinander elektrisch
zu isolieren.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1c wird nunmehr ein typischer
konventioneller Prozessablauf beschrieben, um damit die Schwierigkeiten
detaillierter zu erläutern,
die bei der Herstellung von Lothöckern auf
Halbleiterbauelementen auf Kupferbasis anzutreffen sind.
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1a zeigt schematisch eine
Querschnittsansicht eines konventionellen Halbleiterbauelements 100 in
einem fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst
ein Substrat 101, das darauf ausgebildet Schaltungselemente und
andere Mikrostrukturelemente aufweisen kann, die der Einfachheit
halber in 1a nicht gezeigt sind.
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Des
weiteren umfasst das Bauelement 100 eine oder mehrere Metallisierungsschichten
mit kupferbasierten Metallleitungen und Kontaktdurchführungen,
wobei der Einfachheit halber die letzte Metalisierungsschicht 107 gezeigt
ist, die ein dielektrisches Material und ein darin ausgebildetes
Metallgebiet 102 aufweisen kann, das im Wesentlichen aus Kupfer
oder einer Kupferlegierung aufgebaut ist. Die Metallisierungsschicht 107 ist
von einer entsprechenden Passivierungsschicht 103 abgedeckt,
mit Ausnahme zumindest eines gewissen Teils des Metallgebiets 102.
Die Passivierungsschicht 103 kann aus einem beliebigen
geeigneten dielektrischen Material aufgebaut sein, etwa Siliziumdioxid,
und dergleichen. Über
dem Metallgebiet 102 auf Kupferbasis ist eine Barrieren-/Haftschicht 104 ausgebildet,
die Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid, Tantalnitrid oder
Verbindungen davon, und dergleichen aufweisen kann, wobei die Barrieren-/Haftschicht 105 die
erforderlichen diffusionsblockierenden Eigenschaften sowie die entsprechende
Haftung zwischen einer darüber
liegenden Aluminiumschicht 105 und dem kupferbasierten Metallgebiet 102 bereitstellt.
Die Aluminiumschicht 105 in Verbindung mit der Barrieren-/Haftschicht 104 kann
als ein Endmetall oder Abschlussmetall bezeichnet werden. Die Aluminiumschicht 105 definiert damit
in Verbindung mit der strukturierten Passivierungsschicht 103,
der Barrieren-/Haftschicht 104 und dem darunter liegenden
kupferbasierten Metallgebiet 102 ein Kontaktgebiet 105a, über welchem
ein Lothöcker
zu bilden ist. Des weiteren ist eine entsprechende Lackmaske 106 auf
dem Bauelement 100 ausgebildet, um damit das Kontaktgebiet 105a zu
schützen, während der
Rest der Schicht 105 einer Ätzumgebung 108 ausgesetzt
ist, die typischerweise auf chlorbasierende Chemikalien zum effzienten
Entfernen von Aluminium enthält.
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Das
in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann
durch die folgenden Prozesse hergestellt werden. Zunächst werden
das Substrat 101 und Schaltungselemente, die darin enthalten
sind, auf der Grundlage gut etablierter Prozessverfahren bearbeitet,
wobei in anspruchsvollen Anwendungen Schaltungselemente mit kritischen
Abmessungen bis zu ungefähr
50 nm und sogar weniger hergestellt werden können, woran sich die Herstellung
der einen oder mehreren Metallisierungsschichten 107 mit
dem kupferbasierten Metallleitungen und Kontaktdurchführungen
anschließt,
wobei typischerweise dielektrische Materialien mit kleinem ε zum Einbetten
zumindest der Metallleitungen verwendet werden. Anschließend wird
die Passivierungsschicht 103 auf der letzten Metallisierungsschicht 107 durch
ein geeignetes Abscheideverfahren, etwa eine plasmauntestützte chemische
Dampfabscheidung (CVD), und dergleichen hergestellt. Danach wird
ein Standardphotolithographieprozess ausgeführt, um eine Photolackmaske
(nicht gezeigt) mit einer Form und Abmessung herzu stellen, die im
Wesentlichen die Form und die Abmessung des Kontaktgebiets 105a und
damit im Wesentlichen in Verbindung mit den Materialeigenschaften
der Schichten 105 und 104 die Stromtreiberfähigkeit
der schließlich
erhaltenen elektrischen Verbindung zwischen der Metallisierungsschicht 107,
d. h. dem kupferbasierten Metallgebiet 102, und einem über dem
Kontaktgebiet 105a zu bildenden Lothöcker bestimmt. Nachfolgend
wird die Passivierungsschicht 103 auf der Grundlage der
Lackmaske geöffnet,
die dann durch gut etablierte Lackabtragsprozesse entfernt wird,
wobei nach Bedarf geeignete Reinigungsschritte enthalten sein können. Danach wir
die Barrieren-/Haftschicht 104 beispielsweise durch Sputter-Abscheidung unter
Anwendung gut etablierter Prozessrezepte für Tantal, Tantalnitrid, Titan,
Titannitrid oder andere ähnliche
Metalle und Verbindungen davon abgeschieden, wie sie typischerweise
in Verbindung mit Kupfermetallisierungen eingesetzt werden, um damit
in effizienter Weise die Kupferdiffusion zu verringern und die Haftung
zu der darüber
liegenden Aluminiumschicht 105 zu verbessern. Als nächstes wird
die Aluminiumschicht beispielsweise durch Sputter-Abscheidung, chemische Dampfabscheidung,
und dergleichen abgeschieden, woran sich ein standardmäßiger Photolithographieprozess
zur Herstellung der Lackmaske 106 anschließt. Als
nächstes
wird die reaktive Ätzumgebung 108 eingerichtet,
die eine komplexe chlorbasierte Ätzchemie
erfordert, wobei die Prozessparameter eine genaue Prozesssteuerung
erfordern, um damit im Wesentlichen einen nicht gewünschten
Ausbeuteverlust zu vermeiden. Der Ätzprozess 108 kann
auch einen separaten Ätzschritt
zum Ätzen
durch die Barrieren-/Haftschicht 104 beinhalten und kann
ferner einen Nassentfernungsprozess zum Entfernen von korrosiven Ätzresten
beinhalten, die während
des komplexen Aluminiumätzschrittes
erzeugt werden.
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1b zeigt schematisch das
Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen
Herstellungsphase, in der eine weitere Passivierungsschicht 109,
die auch als eine letzte Passivierungsschicht bezeichnet wird, über dem
Kontaktgebiet 105a gebildet ist, woran sich eine Lackmaske 110 anschließt, die
so konfiguriert ist, dass diese als eine Ätzmaske in einem nachfolgenden Ätzprozess
zum Öffnen
der letzten Passivierungsschicht 109 dient. Die Schicht 109 kann
auf der Grundlage gut etablierter Aufschleudertechniken oder anderer
Abscheideverfahren hergestellt werden, während die Lackmaske 110 auf
der Grundlage etablierter Photolithographietechniken gebildet wird.
Auf der Grundlage der Lackmaske 110 wird die Passivierungsschicht 109,
die typischerweise aus Polyimid aufgebaut ist, so geätzt, dass
zumindest ein Teil des Kontaktgebiets 105a freigelegt wird.
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Gemäß alternativer
Vorgehensweisen können
die Aluminiumschicht 105 und die Barrieren/Haftschicht 104 auf
der Metallisierungsschicht 107 vor der Herstellung der
Passivierungsschicht 103 abgeschieden werden. Danach kann
die Passivierungsschicht 103 strukturiert werden, woran
sich der äußert komplexe
Aluminiumätzprozess 108 mit entsprechenden Ätz- und
Reinigungsprozessen zur Strukturierung der Barrieren/Haftschicht 104 anschließt. Danach
kann die letzte Passivierungsschicht 109 abgeschieden werden
und die weitere Bearbeitung kann so fortgesetzt werden, wie dies
zuvor mit Bezug zu 1b beschrieben
ist.
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1c zeigt schematisch das
Halbleiterbauelement 100 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium. Hier umfasst das Bauelement 100 eine
Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 111, die
in diesem Beispiel so gezeigt ist, dass sie zumindest aus einer
ersten Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 111a und
einer zweiten Schicht 111b aufgebaut ist, die auf der strukturierten
letzten Passivierungsschicht 109 und auf dem Kontaktgebiet 105a gebildet
sind. Die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 111 kann
aus einer beliebigen geeigneten Schichtkombination aufgebaut sein,
um damit die erforderlichen elektrischen, thermischen und mechanischen
Eigenschaften bereitzustellen, sowie eine Diffusion von Material
eines darüber
liegenden Lothöckers 112 in
tieferliegende Bauteilgebiete zu reduzieren oder zu vermeiden. Des
weiteren ist eine Lackmaske 113 gebildet, die eine Öffnung aufweist,
die im Wesentlichen die Form und die lateralen Abmessungen des Lothöckers 112 definiert.
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Typischerweise
wird das Bauelement 100, wie es in 1c gezeigt ist, durch die folgenden Prozesse
hergestellt. Zunächst
wird die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 111,
beispielsweise die Schicht 111b, durch Sputter-Abscheidung
zur Herstellung einer Titan/Wolfram-Schicht (TiW) gebildet, da diese
Materialzusammensetzung häufig
im Hinblick auf eine bewährte
diffusionsblockierende Wirkung und die Hafteigenschaften angewendet
wird. Danach können
weitere Unterschichten der Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 111 gebildet
werden, etwa die Schicht 111a, die in Form einer Chrom-Kupfer-Schicht
vorgesehen werden kann, woran sich eine weitere im Wesentlichen
reine Kupferschicht anschließen
kann. Die Schicht(en) 111a können durch Sputter-Abscheidung
entsprechend gut etablierter Rezepte gebildet werden. Danach wird ein
weiterer Photolithographieprozess ausgeführt, um die Lackmaske 113 zu
bilden, wodurch eine Abscheidemaske für den nachfolgenden Elektroplattierungsprozess
für die
Abscheidung des Lothöckers 112 bereitgestellt wird.
Danach wird die Lackmaske 113 entfernt und die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 111 wird
strukturiert, wobei der Lothöcker 112 als
eine Ätzmaske
verwendet wird, wodurch elektrische isolierte Lothöcker 112 geschaffen
werden. Abhängig
von den Prozesserfordernissen können
die Lothöcker 112 wiederverflüssigt werden,
um gerundete Lotkugeln (nicht gezeigt) zu schaffen, die dann zur
Kontaktierung eines geeigneten Trägersubstrats verwendet werden
können.
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Wie
aus dem mit Bezug zu den 1a bis 1c beschriebenen Prozessablauf
deutlich wird, ist ein äußerst komplexer
Prozessablauf zur Bereitstellung des Kontaktgebiets 105a erforderlich,
um damit das Herstellen der Höckerstruktur
einschließlich
des Lothöckers 112 und
der darunter liegenden Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 111 zu
ermöglichen. Obwohl
das äußerst leitende
Kupfer für
das Metallgebiet 102 verwendet ist, ist die schließlich erreichte Stromtreiberfähigkeit
der Höckerstruktur
wesentlich durch die Eigenschaften des Kontaktgebiets 105a, d.h.
durch die Aluminiumschicht 105 und die Barrieren/Haftschicht 104,
beeinflusst. Folglich ist in dem konventionellen Verfahren ein äußerst komplexer Prozessablauf
mit der komplexen Aluminiumätzsequenz
beteiligt, wobei nur ein moderat gutes elektrisches Verhalten der
sich ergebenden Höckerstruktur erreicht
wird. Diese Situation kann noch ungünstiger werden, wenn Aluminiumlochfraß und auch
das Abblättern
der Polyimid-Schicht 109 auftritt, was insbesondere durch
offene Kupferbereiche verursacht werden kann, d. h. Bereiche ähnlich zu
dem Gebiet 102, die als offene Bereiche bezeichnet werden,
und die typischerweise an dem Chipgebiet vorgesehen sind, um damit
als eine Chipgrenze zu dienen, oder die in den Schneidelinien der
Scheibe vorgesehen sind, wenn diese Schneidelinien an der Vorderseite vorgesehen
sind. In diesen offenen Bereichen wird die Passivierungsschicht 109 nicht
vorgesehen, wodurch ein Ablösen
der Polyimid-Schicht 109 an Grenzflächen zwischen offenen Bereichen
und regulären
Chipgebieten gefördert
wird. Somit kann der Aluminiumlochfraß und/oder die Ablösung von
Polyimid merklich zu einem Ausbeuteverlust in der oben beschriebenen
Fertigungssequenz führen.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte
Technik, die die Herstellung einer Höckerstruktur, die mit kupferbasiertem
Metallgebieten in Verbindung steht, ermöglicht, wobei ein oder mehrere
der zuvor erkannten Probleme vermieden werden, oder zumindest deren
Auswirkungen reduziert werden.
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ÜERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die die Herstellung einer Höckerstruktur
mit einer Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
und einem Lothöcker
oder anderen Haftmaterialhöcker
direkt auf einem kupferbasierten Metallgebiet ermöglicht,
wobei die äußerst komplexen
Prozesse für
die Abscheidung und Strukturierung der Barrieren/Haftschicht und
der Aluminiumschicht vermieden werden. Somit kann im Vergleich zu
konventionellen Prozessstrategien die Fertigungssequenz effizienter
gestaltetet werden, wodurch Fertigungskosten reduziert werden, wobei
gleichzeitig ein verbessertes Verhalten im Hinblick auf die elektrischen,
mechanischen und thermischen Eigenschaften der sich ergebenden Höckerstruktur
ermöglicht wird.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterbauelement eine
Metallisierungsschicht mit einem Kontaktgebiet auf Kupferbasis,
das seitlich von einer Passivierungsschicht begrenzt ist und das
eine kupferenthaltende Kontaktoberfläche aufweist. Das Halbleiterbauelement
umfasst ferner eine über
der Passivierungsschicht ausgebildete letzte Passivierungsschicht,
die zumindest einen Bereich der kupferenthaltenden Kontaktoberfläche freilegt.
Eine Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
ist auf der kupferenthaltenden Kontaktoberfläche und einem Bereich der letzten
Passivierungsschicht ausgebildet. Schließlich umfasst das Halbleiterbauelement
einen Lothöcker,
der auf der Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
ausgebildet ist.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer
Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
auf einer freiliegenden kupferenthaltenden Oberfläche eines
Kontaktgebiets einer Metallisierungsschicht. Ferner wird ein Höcker auf
der Höckerunterseitenmetallisierungsschicht über der
kupferenthaltenen Oberfläche
gebildet, und die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
wird in Anwesenheit des Höckers
strukturiert.
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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, in denen:
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1a bis 1c schematisch
Querschnittsansichten eines konventionellen Halbleiterbauelements
während
der Herstellung einer Höckerstruktur über einem
kupferbasierten Metallgebiet einer letzten Metallisierungsschicht
zeigen;
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2a bis 2f schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während der Herstellung
einer Höckerstruktur
direkt auf einer kupferenthaltenden Oberfläche gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden zeigen; und
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3a bis 3d schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements zeigen, das eine
Höckerstruktur
gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erhält.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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
offenbarten anschaulichen Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Generell
richtet sich die vorliegende Erfindung an eine verbesserte Technik
zur Herstellung einer Höckerstruktur,
in der das Verhalten einer kupferbasierten Metallisierung verbessert
werden kann, indem die Herstellung einer Endmetallschicht, etwa
einer Barrieren/Haftschicht gefolgt von einer Aluminiumschicht,
auf der Oberseite eines kupferenthaltenden Metallgebiets weggelassen
wird, indem der Prozessablauf zur Herstellung der abschließenden Metallschicht
und der Prozessablauf zur Herstellung einer Höckerstruktur mit einer letzten
Passivierungsschicht geeignet angepasst werden. Durch Vermeiden
des Abscheidens von beispielsweise einer Aluminiumendschicht kann
im Wesentlichen die Komplexität
des Gesamtprozessablaufes deutlich reduziert werden, wodurch Produktionskosten
eingespart werden, während
gleichzeitig die elektrischen und/oder mechanischen und/oder thermischen
Eigenschaften der sich ergebenden Höckerstruktur verbessert werden
können, oder
wobei für
ein gegebenes Leistungsverhalten der Höckerstruktur die Abmessungen
der Höckerstruktur
im Vergleich zu einem konventionellen Halbleiterbauelement entsprechend
reduziert werden können.
Beispielsweise kann ein Halbleiterbauelement mit einer Höckerstruktur
mit Abmessungen, wie sie für
ein konventionelles Bauelement gelten, eine deutlich verbesserte
Stromtreiberfähigkeit
aufweisen und kann auch für
eine verbesserte Wärmeabfuhr
auf Grund der verbesserten thermischen und elektrischen Leitfähigkeit
der resultierenden Höckerstruktur
sorgen, die durch das Weglassen der zusätzlichen und weniger leitenden
Metallendschicht erreicht wird.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2f und 3a bis 3d werden
weitere anschauliche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nunmehr detaillierter beschrieben.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 in
einem fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Das Bauelement 200 umfasst
ein Substrat 201, das ein beliebiges geeignetes Substrat
für die
Herstellung von integrierten Schaltungen repräsentieren kann, etwa ein Siliziumvollsubstrat,
ein SOI- (Silizium-auf-Isolator) Substrat, ein Glassubstrat mit
einer darauf ausgebildeten geeigneten Halbleiterschicht zur Ausbildung von
Schaltungselementen, oder andere Verbindungshalbleitermaterialien
aufweisen kann, etwa II-VI und/oder III-V-Halbleiter und dergleichen.
Somit können
eine Vielzahl von Schaltungselementen (nicht gezeigt), möglicherweise
in Verbindung mit anderen Mikrostrukturelementen, etwa mechanische, optische
Elemente, und dergleichen in und auf dem Substrat 201 ausgebildet
sein. Über
dem Substrat 201 sind eine oder mehrere Metallisierungsschichten 207 gebildet,
wobei der Einfachheit halber die Metallisierungsschicht 207 die
letzte Schicht repräsentieren
soll, die ein geeignetes dielektrisches Material, etwa Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid, fluordotiertes Siliziumoxid, dielektrische Materialien
mit kleinem ε mit einer
relativen Permittivität
von 3,0 oder weniger, oder beliebige Kombinationen davon aufweisen kann.
Des weiteren weist die Metallisierungsschicht 207 ein kupferbasiertes
Kontaktgebiet 202 auf, d. h. ein Metallgebiet, das einen
merklichen Anteil an Kupfer enthält,
um damit eine bessere thermische und elektrische Leitfähigkeit
bereitzustellen. Es sollte beachtet werden, dass das Kontaktgebiet 202 andere Metalle
oder leitende Materialien aufweisen kann, beispielsweise Barrieren-/Haftschichten,
die an einer Grenzfläche
zu dem umgebenden dielektrischen Material der Metallisierungsschicht 207 gebildet
sind. Das Kontaktgebiet 202 umfasst eine kupferenthaltende
Kontaktoberfläche 202a,
auf der eine Höckerstruktur
direkt auszubilden ist, um damit eine verbesserte thermische und
elektrische Leitfähigkeit zwischen
der noch zu bildenden Höckerstruktur
und der Metallisierungsschicht 207 bereitzustellen. Die
Metallisierungsschicht 207 kann von einer Passivierungsschicht 203 bedeckt
sein, mit Ausnahme der kupferenthaltenden Oberfläche 202a, wobei die
Passivierungsschicht 203 aus einem beliebigen geeigneten
dielektrischen Material aufgebaut sein kann, etwa Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, stickstoffangereichertem Siliziumkarbid,
einem dielektrischen Material mit kleinem ε und geeigneten Kombinationen
dieser Materialien. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht 203 aus
zwei oder mehreren Teilschichten gebildet sein, wobei die unterste
Teilschicht die diffusionsblockierende Wirkung liefern kann, um
im Wesentlichen ein Herausdiffundieren von Kupfer in benachbarte
Bauteilgebiete zu unterdrücken.
Des weiteren kann das Bauelement 200 eine Kupferschutzschicht 215 aufweisen,
die in einer anschaulichen Ausführungsform
auf der Passivierungsschicht 203 und auf der kupferenthaltenden Oberfläche 202a gebildet
ist. Die Kupferschutzschicht 215 ist aus einem beliebigen
geeigneten dielektrischen Material aufgebaut, etwa Siliziumnitrid, Siliziumkarbid,
stickstoffangereichertem Siliziumkarbid, und dergleichen und schützt merklich
die Oberfläche 202a während der
weiteren Bearbeitung und Handhabung des Halbleiterbauelements 200.
Die Kupferschutzschicht 215 kann eine Dicke im Bereich von
ungefähr
5 bis 50 nm abhängig
von Prozesserfordernissen aufweisen.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 200,
wie es in 2a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Nach der Herstellung von Schaltungselementen
und möglicherweise
anderer Mikrostrukturelementen in und auf dem Substrat 201 gemäß vordefinierter
Prozessrezepte und Entwurfsregeln, werden die eine oder die mehreren
Metallisierungsschichten 207 auf der Grundlage gut etablierter
Damaszener-Verfahren zur
Herstellung von kupferbasierten Metallleitungen und Kontaktdurchführungen
hergestellt. Während der
Ausbildung der Metallisierungsschichten 207 wird auch das
kupferbasierte Kontaktgebiet 202 mit der Oberfläche 202a gebildet.
Danach wird die Passivierungsschicht 203 mittels einer
geeigneten Abscheidetechnik, etwa plasmaunterstützter CVD (chemische Dampfabscheidung)
hergestellt, um in zuverlässiger
Weise die Metallisierungsschicht 207 abzudecken. Wie zuvor
erläutert
ist, kann die Passivierungsschicht 203 ein Material aufweisen,
das im Wesentlichen ein Herausdiffundieren von Kupferatomen in benachbarte
Bauteilgebiete verhindert. Danach wird die Passivierungsschicht 203 auf
der Grundlage gut etablierter Photolithographie- und Ätzverfahren strukturiert,
wobei die Abmessungen einer Öffnung 203a zum
Freilegen der Oberfläche 202a gemäß den Bauteil- und Prozesserfordernissen
eingestellt werden können.
Wie zuvor erläutert
ist, werden auf Grund der besseren thermischen und elektrischen Leitfähigkeit
der noch zu bildenden Höckerstruktur die
Abmessung 203a kleiner als in konventionellen Bauelementen
mit einer vergleichbaren thermischen und elektrischen Leitfähigkeit
gewählt.
Daher können deutliche
Materialeinsparungen in nachfolgenden Prozessen für die Herstellung
von Lothöckern
und dergleichen erreicht werden. Andererseits kann für eine vordefinierte
Abmessung 203a die schließlich erreichte thermische
und elektrische Leitfähigkeit
im Vergleich zu einem konventionellen Bauelement deutlich erhöht sein.
Nach dem Strukturieren der Passivierungsschicht 203 wird
die Kupferschutzschicht 215 auf der Grundlage gut etablierter
Abscheiderezepte, etwa einer plasmaunterstützten CVD, und dergleichen
gebildet, wobei Prozessparameter so eingestellt werden können, um
die gewünschte
Materialzusammensetzung und Schichtdicke zu erhalten.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß einer
alternativen Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform
wird die Kupferschutzschicht 215 auf der Metallisierungsschicht 207 gebildet,
woran sich die Passivierungsschicht 203 anschließt. Dadurch
weist die Kupferschutzschicht 215, die aus Siliziumnitrid,
Siliziumkarbid, stickstoffangereichertem Siliziumkarbid, Siliziumdioxid,
und dergleichen aufgebaut sein kann, eine moderat hohe Ätzselektivität in Bezug
auf das Material der Passivierungsschicht 203 auf, so dass
diese als eine Ätzstoppschicht
während
des Strukturierens der Passivierungsschicht 203 dienen
kann. Somit kann nach der Herstellung einer geeigneten Lackmaske
durch Photolithographie (nicht gezeigt), wie dies zuvor auch mit
Bezug zu 2a beschrieben ist, der Ätzprozess
so gestaltet werden, dass dieser die erforderliche Ätzselektivität besitzt,
um in zuverlässiger Weise
die Ätzfront
auf oder in der Kupferschutzschicht 215 anzuhalten. Hinsichtlich
der Abmessungen 203a der Öffnung in der Passivierungsschicht 203 gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor erläutert sind.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, wobei der Einfachheit halber
das Bauelement 200 auf der Grundlage des Bauelements 200 aus 2a gezeigt
ist, wobei jedoch beachtet werden sollte, dass die weitere Fertigungssequenz für das Bauelement 200 auch
auf der Grundlage des Bauelements 200, wie es in 2b gezeigt
ist, fortgesetzt werden kann. Das Bauelement 200 umfasst eine
weitere Passivierungsschicht 209, die auch als die letzte
Passivierungsschicht bezeichnet wird, und die aus einem beliebigen
geeigneten Material, etwa Polyimid, und dergleichen hergestellt
ist. Die letzte Passivierungsschicht 209 soll in Verbindung
mit der Passivierungsschicht 203 und der Kupferschutzschicht 215 die
auf der Oberfläche 202a herzustellende
Höckerstruktur
zumindest teilweise seitlich begrenzen. Dazu wird die letzte Passivierungsschicht 209 mittels
einer Photolithographie- und Ätztechnik strukturiert,
wobei eine entsprechende Lackmaske 210 durch Lithographie
gebildet ist, woran sich ein geeigneter gut etablierter Ätzprozess 216 anschließt. Der Ätzprozess 216 kann
sich auf gut etablierte isotrope Ätzverfahren stützen, wie
sie auch in konventionellen Prozessabläufen eingesetzt werden. Auf Grund
des Vorsehens der Kupferschutzschicht 215 wird die Unversehrtheit
der Oberfäche 202a im
Wesentlichen während
des Ätzprozesses 216 und
auch während
des Abscheidens der letzten Passivierungsschicht 209, was
durch gut etablierte Aufschleudertechniken, plasmaunterstützte Abscheidetechniken, und
dergleichen erreicht werden kann, beibehalten.
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2d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem die Lackmaske 210 entfernt
ist, was durch gut etablierte Lackabstreif- oder Lackveraschungsprozesse
erreicht wird, woran sich Reinigungsprozesse anschließen, wobei
die Oberfläche 202a weiterhin
zuverlässig
von der Kupferschutzschicht 215 bedeckt ist. Ferner ist
das gezeigte Bauelement 200 so dargestellt, dass es einem geeignet
gestalteten Oberflächenbehandlungsprozess 217 unterzogen
wird, um damit die Oberfläche 202a freizulegen.
In einer anschaulichen Ausführungsform
ist der Prozess 217 als ein Vorreinigungsprozess eingerichtet,
wie er typischerweise vor der Sputter-Abscheidung eines geeigneten
Metalls auf eine freigelegte Kupferoberfläche angewendet wird. Somit
kann der Prozess 217 als ein Vor-Sputter-Prozess mit geeignet
ausgewählten
Parametern eingerichtet sein, um damit einen ausreichenden Beschuss
mit einer inerten Gattung, etwa Argon, und dergleichen bereitzustellen,
um damit das Material der Kupferschutzschicht 215, die
beispielsweise aus Siliziumnitrid aufgebaut sein kann, zu entfernen. Folglich
wird während
des Prozesses 217 die Oberfläche 202a zunehmend
freigelegt, während
gleichzeitig der fortgesetzte Ionenbeschuss im Wesentlichen die
Ausbildung unerwünschter
Verfärbungen und
oxidierter Bereiche auf der Oberfläche 202a unterdrückt. In
einer speziellen Ausführungsform
können
die Prozessparameter, d. h. die Zufuhr von Vorstufenmaterialien,
des Prozesses 217 zum Entfernen des freigelegten Bereichs
der Kupferschutzschicht 215 in-situ modifiziert werden, um damit im
Wesentlichen eine Sputter-Abscheideatmosphäre zu errichten, um damit eine
leitende Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
auf freiliegenden Bereichen der letzten Passivierungsschicht 209,
der Kupferschutzschicht 215, der Passivierungsschicht 203 und
der freiliegenden kupferenthaltenden Oberfläche 202a zu bilden.
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2e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während der
Herstellung einer Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 211,
oder zumindest einer Teilschicht 211b davon, mittels eines Sputter-Abscheideprozesses 219.
In anschaulichen Ausführungsformen
kann der Sputter-Abscheideprozess 219 so gestaltet sein,
um ein beliebiges geeignetes Metall oder eine Metallverbindung,
etwa Titan/Wolfram, Tantal, Titan, Titannitrid, Tantalnitrid, Wolfram,
Wolframsilizid, Titansilizid, Tantalsilizid, oder stickstoffangereichertes
Wolfram, Tantal und Tantalsilizide und dergleichen zu bilden. In
diesen Ausführungsformen
kann der Prozess 217 (siehe 2d) in-situ
als ein Vorreinigungsprozess ausgeführt worden sein, wobei nach
dem Entfernen der Kupferschutzschicht 215 von der Oberfläche 202a das
Verhältnis
von Argonionen und Metallionen und anderer Vorstufenmaterialien,
etwa Stickstoff und Silizium, wenn diese erforderlich sind, so geändert werden
können,
dass eine effiziente Abscheidung der Schicht 211b erreicht
wird. Folglich wird die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 211,
d. h. die erste Teilschicht 211b davon, direkt auf der
freiliegenden Oberfläche 202a abgeschieden,
ohne dass das Vorsehen eines zwischenliegenden Endmetalls erforderlich
ist, wie es in der konventionellen Technik verwendet wird. Nach
der Herstellung der Teilschicht 211b können eine oder mehrere Teilschichten
aus einer geeigneten Materialzusammensetzung abgeschieden werden,
beispielsweise mittels Sputter-Abscheidung, elektrochemischer Abscheidung,
CVD, und dergleichen, um damit die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 211 entsprechend
den Bauteilerfordernissen zu vervollständigen. Beispielsweise werden
Chrom und Kupfer häufig
für weitere
Höckerunterseitenmetallisierungsschichten
verwendet, um damit einen Schichtstapel zu bilden, der zusätzlich zu der
Schicht 211b eine weitere Chrom-Kupfer-Schicht aufweist,
an die sich eine im Wesentlichen reine Kupferschicht anschließt. Es sollte
jedoch beachtet werden, dass eine beliebige andere Schichtfolge
und Materialzusammensetzung auf der Schicht 211b vorgesehen
werden kann.
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2f zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium. Hier ist mindestens eine weitere Teilschicht 211a auf
der Schicht 211b gebildet, um die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 211 zu
vervollständigen.
Ferner ist eine Lackmaske 213 vorgesehen, die die lateralen
Abmessungen eines Lothöckers 212 definiert,
der in einer Öffnung
einer Lackmaske 213 gebildet ist. Der Lothöcker 212 kann
aus einer beliebigen geeigneten Materialzusammensetzung aufgebaut
sein, etwa Blei und Zinn oder anderen Komponenten entsprechend den
Bauteilerfordernissen. Wie zuvor erläu tert ist, können die
Schicht bzw. Schichten 211a durch eine geeignete Abscheidetechnik
hergestellt werden, woran sich gut etablierte Photolithographieverfahren
zur Herstellung und Strukturierung der Lackmaske 213 anschließen. Danach
kann der Lothöcker 212 durch
Elektroplattieren gebildet werden, wobei die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 211 als
eine Stromverteilungsschicht verwendet wird, während die Lackmaske 213 die
lateralen Abmessungen des Lothöckers 212 definiert. Somit
weist das Bauelement 200 eine Höckerstruktur mit dem Lothöcker 212 und
der Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 211 auf,
die direkt auf dem Kontaktgebiet 202 ausgebildet ist, d.
h. auf der kupferenthaltenden Oberfläche 202a, wodurch
die thermische und elektrische Leitfähigkeit von dem Kontaktgebiet 202 zu
dem Lothöcker 212 deutlich
verbessert wird.
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Danach
kann der weitere Fertigungsprozess fortgesetzt werden, indem die
Lackmaske 213 auf der Grundlage gut etablierter Lackabtragstechniken entfernt
wird und danach wird die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 211 in
Anwesenheit des Lothöckers 212 strukturiert,
um damit elektrisch isolierte Lothöcker 212 zu bilden.
Der Strukturierungsprozess für
die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 211 kann
nasschemische und/oder elektrochemische und/oder plasmabasierte Ätztechniken
beinhalten. Danach wird der Lothöcker 212 gegebenenfalls
in eine Lotkugel durch geeignetes Wiederverflüssigen des Lotmaterials umgewandelt.
In anderen Ausführungsformen
werden die Lothöcker 212 für das Kontaktieren
eines geeigneten Trägersubstrats
verwendet, ohne dass ein vorhergehender Wiederverflüssigungsprozess
stattfindet.
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Mit
Bezug zu den 3a bis 3d werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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3a zeigt
ein Halbleiterbauelement 300 mit einem Substrat 301, über welchem
ein oder mehrere Metallisierungsschichten 307 gebildet
sind. Die Metallisierungsschicht 307 weist ein geeignetes
dielektrisches Material und ein kupferbasiertes Kontaktgebiet 302 auf,
das eine kupferenthaltende Oberfläche 302a besitzt.
Hinsichtlich des Substrats 301 und den weiteren Eigenschaften
der Metallisierungsschicht 307 gelten die gleichen Kriterien,
wie sie zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 200 erläutert sind.
Des weiteren umfasst das Bauelement 300 eine Passivierungsschicht 303,
die auf der Metallisierungsschicht 307 gebildet ist, um
damit dielektrisches und metallisches Material der Schicht 307 abzudecken. Über der
Passivierungsschicht 303 ist eine weitere Passivierungsschicht 309 gebildet,
die auch als die letzte Passivierungsschicht bezeichnet wird, die
den gleichen Zweck dient wie die Passivierungsschichten 109 und 209,
die zuvor mit Bezug zu den 1b, 1c und 2c bis 2f erläutert sind.
Eine Lackmaske 310 ist über
der letzten Passivierungsschicht 309 gebildet und umfasst
eine Öffnung 310a mit
Abmessungen entsprechend den Entwurfserfordernissen, um damit schließlich einen
Bereich der Oberfläche 302a entsprechend
den Erfordernissen der Entwurfsregeln freizulegen.
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Das
Halbleiterbauelement 300, wie es in 3a gezeigt
ist, kann entsprechend der folgenden Prozesssequenz hergestellt
werden. Nach der Ausbildung von Schaltungselementen und anderen
mikrostrukturellen Elementen in und auf dem Substrat 301 und
nach der Fertigstellung der einen oder der mehreren Metallisierungsschichten 307 mit
dem Kontaktgebiet 302, was durch im Wesentlichen die gleichen
Prozesse bewerkstelligt werden kann, die zuvor mit Bezug zu dem
Halbleiterbauelement 200 und 100 beschrieben sind,
wird die Passivierungsschicht 303 durch eine beliebige
geeignete Abscheidetechnik, etwa plasmaunterstützte CVD, Aufschleudertechniken
und dergleichen gebildet. Hinsichtlich der Materialzusammensetzung
der Passivierungsschicht 303 gelten die gleichen Kriterien,
wie sie zuvor mit Bezug zu den Passivierungsschichten 103 und 203 beschrieben
sind. Danach wird die letzte Passivierungsschicht 309 entsprechend
gut etablierter Techniken abgeschieden und nachfolgend wird ein
Photolithographieprozess zur Bereitstellung der Lackmaske 310 ausgeführt. Wie
zuvor erläutert
ist, kann die Lithographiemaske (nicht gezeigt), die zur Herstellung
der Lackmaske 310 verwendet wird, so gestaltet sein, dass
die Öffnung 310a entsprechend den
Entwurfserfordernissen bereitgestellt wird, die so gewählt sind,
um schließlich
einen gewünschten
Teil der Oberfläche 302a freizulegen.
In einer anschaulichen Ausführungsform
kann die Lackmaske 310 so gestaltet sein, dass diese als
eine Ätzmaske
für ein gemeinsames
Strukturieren der letzten Passivierungsschicht 309 und
der Passivierungsschicht 303 in einem gemeinsamen Ätzprozess
dient. Somit kann eine Dicke der Lackmaske 310 entsprechend
so gestaltet werden, dass der erforderliche Ätzwiderstand für das zuverlässige Strukturieren
beider Passivierungsschichten 303, 309 sichergestellt
ist.
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In
einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist die letzte Passivierungsschicht 309 mit einer
erhöhten
Dicke im Vergleich zu einer Solldicke entsprechend den Bauteilspezifizierungen
vorgesehen, wodurch ein Materialabtrag während eines Ätzprozesses
zum Strukturieren der Passivierungsschicht 303 berücksichtigt
wird, sobald die Passivierungsschicht 309 auf der Grundlage
der Lackmaske 310 strukturiert ist, die dann nach dem Ende des Strukturierungsprozesses
für die
Schicht 309 entfernt worden sein kann. Da Abtragsraten
für dielektrische Materialien
für eine
Vielzahl isotroper und anisotroper Ätzchemikalien gut bekannt sind
oder auf der Grundlage entsprechend gestalteter Testdurchläufe ermittelt
werden können,
kann der entsprechende Materialverlust der Passivierungsschicht 309 effizient
im Voraus bestimmt werden und somit kann der Abscheideprozess zur
Herstellung der Schicht 309 entsprechend umgestaltet werden,
um damit eine Zusatzdicke für
das nachfolgende Strukturieren der Passivierungsschicht 303 vorzusehen.
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3b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem Ende
des Strukturierens der letzten Passivierungsschicht 309 unter
Anwendung der Lackmaske 310, die in 3b bereits
entfernt ist. Ferner ist eine Entwurfssolldicke 309a als
gestrichelte Linie angezeigt, wobei eine Differenz der Dicke zwischen
der Schicht 309 und der Solldicke 309a im Wesentlichen
einem Materialverlust entspricht, der in einem nachfolgenden Ätzprozess 320 zum
Strukturieren der Passivierungsschicht 303 erwartet wird. Entsprechende Ätzrezepte
für den Ätzprozess 320 sind
im Stand der Technik gut etabliert und können in diesem Falle verwendet
werden, wobei abhängig
von der Materialzusammensetzung der letzten Passivierungsschicht 309 und
der Passivierungsschicht 303 eine ähnliche oder eine unterschiedliche Ätzrate für die beiden
Materialien erhalten werden kann.
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3c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem Ende
des Strukturierungsprozesses 320. Folglich ist die Oberfläche 302a oder
zumindest ein Teil davon, abhängig
von den Entwurfskriterien freigelegt, so dass das Bauelement 300 nunmehr
für die
Aufnahme einer Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
direkt auf der freigelegten Oberfläche 302a vorbereitet
ist. In noch anderen Ausführungsformen,
wie es durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, kann eine Kupferschutzschicht 315 vor
dem Abscheiden der Passivierungsschicht 303 gebildet worden
sein, wobei die Schicht 315 während des Strukturierungsprozesses 320 als
eine Ätzstoppschicht
dienen kann, wobei die Oberfläche 302a während des Ätzprozesses 320 und
der nachfolgenden Handhabung des Bauelements 300 passiviert
ist. Beispielsweise kann die Kupferschutzschicht 315 aus
Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, stickstoffangereicherten Siliziumkarbid
und dergleichen aufgebaut sein und kann eine Dicke von ungefähr 5 bis
50 nm aufweisen, so dass der freigelegte Bereich der Schicht 315 während einer
Vorreinigungsphase in einem nachfolgenden Sputter-Abscheideprozess
zur Herstellung mindestens einer der Teilschichten einer auf der
Oberfläche 302a zu
bildenden Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
leicht entfernt werden kann. Zu diesem Zweck kann eine ähnliche
Prozesstechnik angewendet werden, wie sie zuvor mit Bezug zu den 2d und 2e und
den Prozessen 217 und 219 beschrieben ist. Somit
kann vor dem eigentlichen Abscheiden einer ersten Teilschicht die
Kupferschutzschicht 315 effizient entfernt werden. In den Ausführungsformen,
in denen die Kupferschutzschicht 315 nicht vorgesehen ist,
kann eine typische Vorreinigungsphase vor dem eigentlichen Sputter-Abscheideprozess
ausgeführt
werden, um Verfärbungen
und oxidierte Bereiche von der Oberfläche 302a zu entfernen.
Danach kann der eigentliche Abscheideprozess, etwa der Prozess 219 (siehe 2e)
ausgeführt
werden, woran sich weitere Abscheideprozesse bei Bedarf anschließen können, um eine
Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
direkt auf der Oberfläche 302a zu
bilden. Danach kann die weitere Bearbeitung ähnlich zu dem Prozessschema fortgesetzt
werden, wie dies zuvor erläutert
ist, d. h., ein Höckermaterial
kann auf der Grundlage eines elektrochemischen Abscheideprozesses
unter Anwendung einer entsprechend gestalteten Lackmaske abgeschieden
werden.
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3d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz. Somit umfasst das Bauelement 300 eine
Lackmaske 313 mit einem Höcker, etwa einem darin gebildeten
Lothöcker 312,
wobei der Höcker 312 auf
einer Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 311 gebildet
ist, die zwei oder mehrere Teilschichten 311a, 311b aufweisen
kann, die die erforderlichen Eigenschaften/Barriereneigenschaften,
thermischen Eigenschaften und elektrischen Eigenschaften liefern.
Danach kann die weitere Bearbeitung fortgesetzt werden, indem die
Höckerunterseitenmetallisierungsschicht 311 strukturiert
wird, wie dies auch mit Bezug zu den 2f oder
dem Bauelement 209 erläutert
ist.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Technik
zur Herstellung einer Höckerstruktur
bereit, die einen Höcker
und eine Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
direkt auf einem kupferbasierten Kontaktgebiet aufweist, so dass
die Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
direkt eine kupferenthaltende Oberfäche des Kontaktgebiets berührt. In
diesem Zusammenhang ist der Begriff Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
als eine Schicht zu verstehen, die nicht nur die erforderlichen
thermischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften zum Erreichen
einer guten Haftung und eines guten Leistungsverhaltens eines über dem kupferbasierten
Kontaktgebiet ausgebildeten Höckers
liefert, sondern die auch in ihrer Gesamtheit als eine Stromverteilungsschicht
während
des elektrochemischen Herstellens von Höckern, etwa von Lothöckern dient.
Da die durch die vor liegende Erfindung bereitgestellte Höckerstruktur
keine Endmetallschichten aufweist, etwa eine Aluminiumschicht und eine
entsprechende Haft-/Barrierenschicht, können somit die Stromtreiberfähigkeit
sowie die thermische Leitfähigkeit
deutlich verbessert werden, wodurch die Möglichkeit einer weiteren Reduzierung
der lateralen Abmessung der Höckerstruktur
und/oder das Betreiben des Bauteils unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen
auf Grund der erhöhten
Wärmeableitungs-
und Stromtreiberfähigkeiten
geschaffen wird. Des weiteren können
nachteilige Auswirkungen, etwa der Aluminiumlochfraß und das
Ablösen
von Passivierungsschichten, die insbesondere von offenen Gebieten
und Scheibenschneidelinien hervorgerufen werden, auf Grund der verbesserten
Haftung der letzten Passivierungsschicht an dem darunter liegenden
Metallisierungsschichtstapel verringert werden. Ferner weist der
Gesamtprozessablauf zur Herstellung einer äußerst effizienten Höckerstruktur
eine deutliche Verbesserung hinsichtlich der Komplexität und der
Materialien auf, so dass merkliche Kosteneinsparungen erreicht werden
können.
Zusätzlich kann
die Möglichkeit
des allgemeinen Verringerns der Größe von Lothöckern, deren Herstellung in
anspruchsvollen Anwendungen das Vorsehen äußerst teuren strahlungsarmen
Bleis erfordern kann, auch zu einer merklichen Verringerung der
Produktionskosten beitragen. Des weiteren kann die Vermeidung komplexer
Aluminiumabscheide- und Strukturierungsprozesse zu einer geringeren
Durchlaufzeit beitragen.
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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.