-
Speicherzellen
von Speicheranordnungen wie flüchtigen
oder nicht-flüchtigen
Speicherfeldern verwenden Verbindungsstrukturen zum Verbinden der
Speicherzellen mit Unterstützungsschaltkreisen wie
etwa Leseverstärkern
oder Decodern. Zukünftige Technologien
versuchen kleinere minimale Strukturgrößen zu realisieren, um die
Speicherdichte zu erhöhen
und die Kosten von Speicherprodukten zu senken. Beim Verkleinern
der Speicherzellenfelder über
kleinere minimale Strukturgrößen werden
die Verbindungsstrukturen ebenso verkleinert. Das Verkleinern von
Verbindungsstrukturen wie Bitleitungen und Bitleitungskontakten
mit minimalen Strukturgrößen ist
kritisch und herausfordernd im Hinblick auf die Umsetzbarkeit der
Lithografie, Verjüngung
von Kontaktseitenwänden
(Taper) oder auch des Widerstands von Füllmaterialien.
-
Die
Beschreibung betrifft eine Verbindungsstruktur, die z. B. in einem
Speicherzellenfeld wie einem flüchtigen
oder nicht-flüchtigen
Speicherzellenfeld verwendet werden kann. Die Beschreibung betrifft
zudem eine Speichervorrichtung, eine die Speichervorrichtung enthaltende
Speicherkarte als auch ein elektrisches Gerät, das mit der Speicherkarte
verbunden werden kann. Zusätzlich
betrifft die Beschreibung ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsstruktur.
-
Wie
nachfolgend erläutert
wird, weist eine Verbindungsstruktur zwei versetzte Kontaktreihen gleichmäßig beanstandeter
Kontakte auf, wobei sich jede Kontaktreihe entlang einer ersten
Richtung erstreckt. Die Verbindungsstruktur weist zudem Leiterbahnen
auf, die sich entlang einer die erste Richtung kreuzenden zweiten Richtung
erstrecken, als auch Zwischenkontakte, wobei jeder Zwischenkontakt
in Kontakt mit einem der Kontakte und einer der Leiterbahnen ist.
-
Die
begleitenden Abbildungen dienen dem tieferen Verständnis der
Ausführungsformen
der Erfindung. Die Abbildungen zeigen Ausführungsformen der Erfindung
und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung. Weitere Ausführungsformen
und viele der beabsichtigten Vorteile werden mit Bezug auf die nachfolgende
detaillierte Beschreibung ersichtlich. Die Elemente der Abbildungen
sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu
zueinander dargestellt. Übereinstimmende
Bezugskennzeichen kennzeichnen übereinstimmende
oder ähnliche
Teile.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
weist eine Verbindungsstruktur zwei versetzte Kontaktreihen gleichmäßig beabstandeter
Kontakte auf, wobei sich jede Kontaktreihe entlang einer ersten
Richtung erstreckt. Die Verbindungsstruktur weist zudem Leiterbahnen
auf, die sich entlang einer die erste Richtung kreuzenden zweiten
Richtung erstrecken, als auch Zwischenkontakte, wobei jeder Zwischenkontakt
in Kontakt mit einem der Kontakte und einer der Leiterbahnen ist.
Die Verbindungsstruktur weist zudem eine Isolationsschicht auf,
die an eine Unterseite der Leiterbahnen sowie an eine Seitenwand
der Zwischenkontakte angrenzt.
-
Die
Leiterbahnen, Zwischenkontakte und Kontakte können Bitleitungen und Bitleitungskontakte
ausbilden, die Speicherzellen mit Unterstützungsschaltkreisen verbinden.
Jedoch können
die Leiterbahnen, Zwischenkontakte und Kontakte ebenso zur Verbindung
eines beliebigen funktionellen Gebiets eines integrierten Schaltkreises mit
einem weiteren funktionellen Gebiet des integrierten Schaltkreises dienen.
Die Leiterbahnen, Zwischenkontakte und Kontakte können aus
einem beliebigen leitfähigen Material
wie Metall, Edelmetall, Metalllegierungen oder dotierten Halbleitern
bestehen. Obgleich ein gemeinsames Material zur Umsetzung der Leiterbahnen,
Zwischenkontakte und Kontakte verwendet werden kann, kann die Materialzusammensetzung
dieser Teile ebenso vollständig
oder teilweise differieren. Beispielhafte Materialien schließen W, TiN,
WN, TaN, Cu, Ta, Al, Metallsilizide, dotiertes Silizium und eine beliebige
Kombination hieraus ein. Die Leiterbahnen, Zwischenkontakte und
Kontakte können
beispielsweise von einem Liner umgeben sein. Die Isolationsschicht,
die in direktem Kontakt mit einer Unterseite der Leiterbahnen und
einer Seitenwand der Zwischenkontakte steht, kann aus einem beliebigen
Material gebildet sein, das zur elektrischen Isolation von leitfähigen Gebieten
geeignet ist. Beispielhafte Materialien schließen Oxide und Nitride wie etwa
Siliziumoxid und Siliziumnitrid ein. Die zweite Richtung kann beispielsweise
senkrecht zur ersten Richtung verlaufen.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
sind die Kontakte der beiden versetzten Kotaktreihen um einen halben
Kontaktabstand zueinander versetzt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
sind die Kontakte einer Reihe gleichmäßig um ein Vierfaches einer
minimalen Strukturgröße voneinander
beabstandet, wobei die Kontakte der beiden zueinander versetzten
Kontaktreihen um ein Zweifaches der minimalen Strukturgröße zueinander
versetzt sind.
-
Eine
weitere Ausführungsform
gibt eine Verbindungsstruktur an, wobei eine Abmessung der Zwischenkontakte entlang
der ersten Richtung kleiner ist als eine größte Abmessung der Kontakte
entlang der ersten Richtung. Da die Kontakte mit den Leiterbahnen über die
Zwischenkontakte verbunden sind, ist es möglich eine Oberseite der Kontakte
entlang der ersten Richtung größer zu gestalten
als eine Unterseite der Leiterbahnen. Dadurch können die Anforderungen in Bezug
auf eine kritische Dimension an der Oberseite der Kontakte abgeschwächt werden.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform werden
die Zwischenkontakte als verkürzter
Teil der jeweils entlang der ersten Richtung verkürzten Kontakte
ausgebildet. Da der verkürzte
Teil mit einem Ätzprozess
hergestellt werden kann, werden Seitenwände der Zwischenkontakte entlang
der ersten Richtung nicht von einem Liner bedeckt, falls die Kontakte
darunter von einem solchen Liner umgeben sind.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft eine Verbindungsstruktur, wobei die Zwischenkontakte Zwischenkontaktbahnen
sind, die sich entlang der zweiten Richtung erstrecken und wenigstens
Teil einer Anordnung von Bahnen darstellen. Die Anordnung von Bahnen
ermöglicht
Vorteile im Hinblick auf die Umsetzung der Lithografie für Verbindungsstrukturen,
die Komponenten mit minimalen Strukturgrößen einschließen.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Verbindungsstruktur ist jede mit einem entsprechenden Kontakt
einer der beiden versetzten Kontaktreihen in Kontakt stehende Zwischenkontaktbahn
in einem Kreuzungsbereich mit der anderen der beiden versetzten
Kontaktreihen ausgespart. Durch Aussparen der Zwischenkontaktbahn
in dem Kreuzungsbereich werden unerwünschte Kurzschlüsse mit
Kontakten der anderen der beiden versetzten Kontaktreihen vermieden,
die durch Prozessschwankungen verursacht werden können.
-
Die
Anordnung von Bahnen kann zudem Zwischenkontaktbahnen und weitere
Bahnen aufweisen. Die weiteren Bahnen können in geeigneter Weise positioniert
werden, um eine Anordnung von Bahnen zu erzielen, die in vorteilhafter
Weise lithografisch hergestellt werden kann.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft eine Verbindungsstruktur mit zwei versetzten Kontaktreihen
gleichmäßig beabstandeter
Kontakte, wobei sich jede Kontaktreihe entlang einer ersten Richtung
erstreckt. Die Verbindungsstruktur weist zudem Leiterbahnen auf,
die sich entlang einer die erste Richtung kreuzenden zweiten Richtung
erstrecken als auch Zwischenkontakte, wobei jeder Zwischenkontakt
ein gekürzter
oberer Teil eines entsprechenden Kontaktes ist, der an eine der
Leiterbahnen angrenzt.
-
Die
Verbindungsstruktur kann zusätzlich eine
Isolationsschicht umfassen, die an eine Unterseite der Leiterbahnen
und an eine Seitenwand der Zwischenkontakte angrenzt. Die Isolationsschicht kann
beispielsweise eine einzelne Schicht sein.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist
eine Verbindungsstruktur zwei versetzte Kontaktreihen gleichmäßig beabstandeter
Kontakte auf, wobei sich jede Kontaktreihe entlang einer ersten Richtung
erstreckt. Die Verbindungsstruktur weist zudem Leiterbahnen auf,
die sich entlang einer die erste Richtung kreuzenden zweiten Richtung
erstrecken sowie Zwischenkontakte, wobei jeder Zwischenkontakt eine
sich entlang der zweiten Richtung erstreckende Zwischenkontaktbahn
darstellt, und wobei jede Zwischenkontaktbahn im Kontakt mit einem
der Kontakte und einer der Leiterbahnen ist.
-
Die
Verbindungsstruktur kann zudem eine Isolationsschicht aufweisen,
die an eine Unterseite der Leiterbahnen und an eine Seitenwand der
Zwischenkontaktbahnen angrenzt.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft eine Verbindungsstruktur, wobei die Zwischenkontaktbahnen
mindestens Teil einer Anordnung von Bahnen sind.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Verbindungsstruktur ist jede mit einem entsprechenden Kontakt
einer der beiden versetzten Kontaktreihen in Kontakt stehende Zwischenkontaktbahn
in einem Kreuzungsbereich mit der anderen der beiden versetzten
Kontaktreihen ausgespart.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft eine Verbindungsstruktur, wobei eine Abmessung der Zwischenkontaktbahnen
entlang der ersten Richtung kleiner ist als eine größte Abmessung
der Kontakte entlang der ersten Richtung.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist
eine nichtflüchtige
Halbleiterspeichervorrichtung eine Speicherzellenanordnung von nicht-flüchtigen
Speicherzellen auf sowie eine Verbindungsstruktur gemäß einer
der oben beschriebenen Ausführungsformen,
wobei die Leiterbahnen Bitleitungen definieren und die Kontakte
und entsprechende Zwischenkontakte Bitleitungskontakte ausbilden.
Die nicht-flüchtigen
Speicherzellen können
beispielsweise Speicherzellen einer Floating-Gate NAND-Anordnung darstellen.
Die Verbindungsstruktur kann ebenso in einen NROM (Nitrided Read
Only Memory), einen DRAM (Dynamic Random Access Memory), einen Charge-Trapping-NAND-Speicher, SONGS
(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)-Speicher, SANOS (Silicon-Al2O3-Nitride-Oxide-Silicon)-Speicher
oder TANGS (Oxide-SiN-Al2O3-TaN)-Speicher
eingebunden sein.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft eine elektrische Speicherkarte mit einer wie oben beschriebenen
nichtflüchtigen
Halbleiterspeichervorrichtung.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft ein elektrisches Gerät
mit einer elektrischen Kartenschnittstelle, einem an die elektrische
Kartenschnittstelle angeschlossenen Kartensteckplatz sowie einer wie
oben definierten elektrischen Speicherkarte, wobei die elektrische
Speicherkarte mit dem Kartensteckplatz verbunden und aus diesem
wieder entfernt werden kann. Das elektrische Gerät kann beispielsweise ein Mobiltelefon,
ein Personalcomputer (PC), ein persönlicher digitaler Assistent
(PDA, Personal Digital Assistant), eine Digitalkamera, eine digitale
Videokamera oder auch ein tragbares MP3-Abspielgerät sein.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsstruktur durch
Bereitstellen eines Substrats, Bereitstellen einer ersten Isolationsschicht
auf dem Substrat, Ätzen von
zwei versetzten Reihen gleichmäßig beabstandeter
Kontaktöffnungen
in die erste Isolationsschicht, wobei sich jede Reihe entlang einer
ersten Richtung erstreckt, Füllen
der Kontaktöffnungen
mit einem leitfähigen
Material zum Bereitstellen von Kontakten, Bereitstellen einer zweiten
Isolationsschicht auf der ersten Isolationsschicht und den Kontakten, Ätzen von
Zwischenkontaktöffnungen
in die zweite Isolationsschicht, Bereitstellen von Zwischenkontakten durch
Füllen
der Zwischenkontaktöffnungen
mit einem leitfähigen
Material und Bereitstellen von Leiterbahnen auf der zweiten Isolationsschicht
und den Zwischenkontakten, wobei sich die Leiterbahnen entlang einer
die erste Richtung kreuzenden zweiten Richtung erstrecken.
-
Das
Substrat kann ein Halbleitersubstrat wie ein Siliziumsubstrat sein,
das beispielsweise vorprozessiert sein kann, um darin etwa eine
Halbleiterspeichervorrichtung auszubilden. Die obigen Verfahrensmerkmale
können
in einen Herstellungsprozess für einen
Halbleiterspeicher integriert sein. Somit können oben beschriebene Merkmale
gleichzeitig zur Herstellung weiterer Komponenten außerhalb
der Verbindungsstruktur herangezogen werden.
-
Allgemein
können
fotolithografische Verfahren zum Strukturieren von Materialschichten
durch Ätzung
verwendet werden, bei denen ein geeignetes Fotolackmaterial aufgetragen
wird. Das Fotolackmaterial wird unter Zuhilfenahme einer geeigneten
Fotomaske fotolithografisch strukturiert. Die strukturierte Fotolackschicht
kann als Maske während
nachfolgender Prozessschritte verwendet werden. Beispielsweise wird
in gewöhnlicher
Weise eine Hartmaskenschicht oder eine Schicht aus einem geeigneten
Material wie Siliziumnitrid, Polysilizium oder Kohlenstoff über der
zu strukturierenden Materialschicht aufgetragen. Die Hartmaskenschicht
wird fotolithografisch strukturiert unter Verwendung von z. B. einem Ätzprozess.
Unter Zuhilfenahme der strukturierten Hartmaskenschicht als Ätzmaske
wird die Materialschicht strukturiert. Eine Strukturierung der Mate rialschicht
durch Ätzen
kann auch mit Hilfe des strukturierten Fotolackmaterials als Ätzmaske
erfolgen.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist eine Abmessung von jeder der Zwischenkontaktöffnungen entlang der ersten
Richtung kleiner als eine größte Abmessung
von jedem der Kontakte entlang der ersten Richtung.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsstruktur, wobei
das leitfähige
Material beim Füllen
der Zwischenkontaktöffnungen
zusätzlich
auf die zweite Isolationsschicht aufgetragen wird. Das leitfähige Material
auf der zweiten Isolationsschicht wird dann zur Bereitstellung der
Leiterbahnen geätzt.
Dadurch wird das leitfähige
Material für
die Zwischenkontakte und die Leiterbahnen in einem gemeinsamen Prozessschritt
aufgetragen.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfasst das Merkmal des Bereitstellens der Leiterbahnen ein Bereitstellen
einer leitfähigen
Schicht auf der zweiten Isolationsschicht und den Zwischenkontakten
sowie ein Ätzen
der leitfähigen
Schicht zur Bereitstellung der Leiterbahnen. Diese Ausführungsform verwendet
verschiedene Schritte zum Bereitstellen der Materialien für die Zwischenkontakte
und die Leiterbahnen.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft ein Verfahren zum Herstellen der Verbindungsstruktur, wobei
die Merkmale des Bereitstellens der Zwischenkontakte und der Leiterbahnen
ein Ätzen
der zweiten Isolationsschicht zur Bereitstellung von Gräben für Leiterbahnen
und Füllen
der Zwischenkontaktöffnungen
und der Gräben
für Leiterbahnen
mit einem leitfähigen
Material zur Bereitstellung der Zwischenkontakte und der Leiterbahnen
umfassen.
-
Hierbei
werden die Zwischenkontakte und die Leiterbahnen in einem Doppel-Damaszen-Prozess
(Dual-Damascene Process) ausgebildet.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des Verfahrens zum Herstellen der Verbindungsstruktur weist das
Merkmal des Bereitstellens der Leiterbahnen ein Bereitstellen einer
dritten Isolationsschicht auf der zweiten Isolationsschicht und
den Zwischenkontakten auf, Ätzen
der dritten Isolationsschicht zum Bereitstellen von Leiterbahnöffnungen
und Füllen
der Leiterbahnöffnungen
mit einem leitfähigen Material
zum Bereitstellen der Leiterbahnen. Diese Ausführungsform betrifft einen Damaszen-Prozess
in Bezug auf die Leiterbahnen, wobei der Prozess in das Verfahren
zum Herstellen der Verbindungsstruktur eingebunden ist.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsstruktur durch
Bereitstellen eines Substrats, Bereitstellen einer ersten Isolationsschicht
auf dem Substrat, Ätzen von
zwei versetzten Kontaktreihen gleichmäßig beabstandeter Kontaktöffnungen
in die erste Isolationsschicht, wobei sich jede Kontaktreihe entlang
einer ersten Richtung erstreckt, Füllen der Kontaktöffnungen
mit einem leitfähigen
Material zum Bereitstellen von Kontakten, Bereitstellen einer Maskenstruktur auf
der ersten Isolationsschicht und den Kontakten, wobei die Maskenstruktur
die Kontakte teilweise bedeckt, Ätzen
nicht bedeckter Bereiche der Kontakte, wodurch Aussparungen erzeugt
werden und die Kontakte entlang der ersten Richtung in oberen Kontaktgebieten
zur Definition von Zwischenkontakten gekürzt werden und untere Kontaktgebiete
unverändert verbleiben,
Füllen
der Aussparungen mit einer zweiten Isolationsschicht und Bereitstellen von
Leiterbahnen auf der ersten Isolationsschicht und den Zwischenkontakten,
wobei sich die Leiterbahnen entlang einer die erste Richtung kreuzenden
zweiten Richtung erstrecken.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
eines Verfahrens zum Herstellen einer Verbindungsstruktur wird die
zweite Isolationsschicht beim Füllen der
Aussparungen ebenso auf die erste Isolationsschicht und die Zwischenkontakte
aufgetragen. Das Merkmal des Bereitstellens der Leiterbahnen umfasst
ein Ätzen
der zweiten Isolationsschicht zum Bereitstellen von Leiterbahnöffnungen
und Füllen
der Leiterbahnöffnungen
mit einem leitfähigen
Material zum Bereitstellen der Leiterbahnen. Diese Ausführungsform
gibt einen Damaszen-Prozess zur Herstellung der Leiterbahnen an.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrifft ein Verfahren zum Herstellen der Verbindungsstruktur, wobei
das Merkmal des Bereitstellens der Leiterbahnen ein Bereitstellen
einer leitfähigen
Schicht auf der ersten Isolationsschicht, der zweiten Isolationsschicht
und den Zwischenkontakten und ein Ätzen der leitfähigen Schicht
zum Bereitstellen der Leiterbahnen umfasst.
-
1A bis 3B zeigen
Aufsichten und Querschnittsansichten eines Substratausschnitts während der
Herstellung einer Verbindungsstruktur gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
-
4A und 4B zeigen
Aufsichten eines Substratausschnitts während der Herstellung der Verbindungsstruktur
im Zusammenhang mit weiteren Ausführungsformen der Erfindung;
-
5A bis 8C zeigen
Querschnittsansichten eines Substratausschnitts während der
Herstellung einer Verbindungsstruktur gemäß weiteren Ausführungsformen
der Erfindung;
-
9A bis 11 zeigen
Aufsichten und Querschnittsansichten eines Substratausschnitts während der
Herstellung einer Verbindungsstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
-
12 bis 13B zeigen Querschnittansichten eines Substratausschnitts
während
der Herstellung einer Verbindungsstruktur gemäß weiteren Ausführungsformen
der Erfindung;
-
14 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung
einer Ausführungsform
eines Verfahrens zur Herstellung einer Verbindungsstruktur; und
-
15 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens
zum Herstellen einer Verbindungsstruktur.
-
1 bis 3B zeigen
Aufsichten und Querschnittsansichten eines Substratausschnitts während der
Herstellung einer Verbindungsstruktur gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. In 1A ist eine Aufsicht auf eine
erste Isolationsschicht 1 gezeigt, wobei zwei versetzte Kontaktreihen
gleichmäßig beabstandeter
Kontakte 2, die sich entlang einer ersten Richtung 3 erstrecken,
innerhalb der ersten Isolationsschicht 1 ausgebildet sind.
Die erste Isolationsschicht 1 kann auf einem Halbleitersubstrat
ausgebildet sein.
-
1B zeigt
eine schematische Querschnittsansicht des Substratausschnitts entlang
einer Schnittlinie A-A' in 1A.
Hierbei ist ein Halbleitersubstrat 40 wie etwa ein Siliziumsubstrat
bereitgestellt. Wie in 1B gezeigt ist, kann das Substrat 40 STI
(Shallow Trench Isolation, flache Grabenisolation)-Gebiete 5 aufweisen,
die benachbarte aktive Gebiete 6 voneinander isolieren.
Die aktiven Gebiete 6 sind in Oberflächengebieten des Substrats 40 ausgebildet.
Innerhalb der aktiven Gebiete 6 können beispielsweise Speicherzellentransistoren
(nicht dargestellt) ausgebildet werden. Jedoch ist es einem Fachmann
offensichtlich, dass ein beliebiger Substrataufbau verwendet werden
kann. Das Substrat 40 kann ebenso bereits einen darauf
ausgebildeten Schichtstapel aufweisen. Anders ausgedrückt kann
das Substrat 40 auf eine beliebige Weise bis zu einem Prozessstadium
zur Ausbildung einer Verbindungsstruktur vorprozessiert sein.
-
Die
auszubildende Verbindungsstruktur kann beispielsweise Bitleitungen
und Bitleitungskontakte einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung
bereitstellen. Die erste Isolationsschicht 1 wird auf eine
Oberfläche
des Substrats 40 aufgetragen, gefolgt von einem Ätzen von
Kontaktöffnungen
in die Isolationsschicht 1 hinunter zu den aktiven Gebieten 6.
Die Kontaktöffnungen
werden dann mit einem leitfähigen Material
zum Bereitstellen der Kontakte 2 gefüllt. Beispielsweise können die
Kontaktöffnungen
mit Wolfram-CVD (Tungsten Chemical Vapor Deposition) gefüllt werden,
gefolgt von CMP (Chemical Mechanical Polishing, chemisch-mechanisches
Polieren) zum Entfernen von Wolframmaterial, das auf die Oberfläche der
Isolationsschicht 1 aufgetragen wurde. Wie der 1B entnommen
werden kann, entspricht ein Abstand der Kontakte 2 in der
ersten Richtung 3 dem doppelten Abstand der aktiven Gebiete 6 innerhalb des
Halbleitersubstrats 4. Jedes zweite aktive Gebiet 6 entlang
der ersten Richtung 3, welches noch nicht mit einem Kontakt 2 der
gezeigten Kontaktreihe kontaktiert ist, wird mit Hilfe weiterer
Kontakte 2 der anderen der beiden zueinander versetzten
Kontaktreihen (nicht dargestellt) kontaktiert.
-
In 2A ist
eine zweite Isolationsschicht 7 auf die erste Isolationsschicht 1 aufgebracht,
wobei Zwischenkontaktbahnen 8, die sich entlang einer zweiten
Richtung 4 erstrecken, innerhalb der zweiten Isolationsschicht 7 vorgesehen
sind. Jede der Zwischenkontaktbahnen 8 ist in Kontakt mit
einem der Kontakte 2 der beiden zueinander versetzten Kontaktreihen.
Der Veranschaulichung halber sind die Kontakte 2, obwohl
diese von der zweiten Isolationsschicht 7 bedeckt sind,
in der schematischen Aufsicht von 2A kenntlich
gemacht. Ebenso der Veranschaulichung und einem tieferen Verständnis der
jeweiligen Ausführungsformen
dienend ist zu beachten, dass auch nachfolgende Aufsichten bedeckte Elemente
darstellen können.
Eine Abmessung der Zwischenkontaktbahnen 8 entlang der
ersten Richtung 3 ist kleiner als eine obere Abmessung
der Kontakte 2 entlang der ersten Richtung 3.
Die Abmessungen und ebenso der Abstand der Zwischenkontaktbahnen 8 entlang
der ersten Richtung 3 können
mit entsprechenden Größen der
in späteren
Prozessschritten auszubildenden Leiterbahnen übereinstimmen. Die Zwischenkontaktbahnen 8 zusammen
mit weiteren Bahnen 9, welche sich ebenso entlang der zweiten
Richtung 4 erstrecken, bilden eine Anordnung von Bahnen
aus, die vorteilhaft hinsichtlich der Umsetzung der Lithografie,
z. B. einer Überlagerungskontrolle
der auszubildenden Leiterbahnen ist. Jede Bahn der Anordnung von
Bahnen in 2A weist eine der Zwischenkontaktbahnen 8 und
eine der weiteren Bahnen 9 auf, wobei jede mit einem entsprechenden
Kontakt einer der beiden versetzten Kotaktreihen in Kontakt stehende
Zwischenkontaktbahn in einem Kreuzungsbereich 10 mit der
anderen der beiden versetzten Kontaktreihen ausgespart ist. Mit
anderen Worten ist jede Bahn der Anordnung von Bahnen in dem jeweiligen
Kreuzungsgebiet 10 unterbrochen, um Kurzschlüsse zwischen
den Kontakten der beiden versetzten Kontaktreihen zu vermeiden, welche
aufgrund einer unzureichenden Überlagerungskontrolle
während
der Lithografie von Zwischenkontakten und Leiterbahnen mit minimalen Strukturgrößen auftreten
können.
-
In 2B ist
die zweite Isolationsschicht 7 auf die erste Isolationsschicht 1 aufgebracht,
gefolgt von einer Ätzung
von Öffnungen
für Zwischenkontaktbahnen 8 und
weitere Bahnen 9 (die weiteren Bahnen 9 sind nicht
dargestellt), welche dann mit einem leitfähigen Material zur Bereitstellung
der Zwischenkontaktbahnen 8 und der weiteren Bahnen 9 aufgefüllt werden
(die weiteren Bahnen 9 sind nicht gezeigt).
-
Dann
wird, wie in 3A gezeigt ist, eine dritte
Isolationsschicht 11 auf die zweite Isolationsschicht 7,
die Zwischenkontaktbahnen 8 und die weiteren Bahnen 9 aufgetragen,
wobei die sich entlang der zweiten Richtung 4 erstreckenden
Leiterbahnen 12 innerhalb der dritten Isolationsschicht 11 ausgebildet
werden.
-
Eine
Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A' von 3A ist
in 3B gezeigt. Nach dem Ausbilden der dritten Isolationsschicht 11 auf
der zweiten Isolationsschicht 7, den Zwischenkontakten 8 und
den weiteren Bahnen 9 werden Leiterbahnöffnungen in die dritte Isolationsschicht 11 geätzt, gefolgt
von einem Auffüllen
der Öffnungen
mit einem leitfähigen
Material zum Bereitstellen der Leiterbahnen 12. Die Zwischenkontaktbahnen 8 verbinden
einen der Kontakte 2 mit einer der Leiterbahnen 12.
Wie der Querschnittsansicht von 3B entnommen
werden kann, entspricht ein Abstand der Zwischenkontaktbahnen 8 entlang
der Kontaktreihe der Schnittlinie A-A' dem doppelten Abstand der Leiterbahnen 12.
Da zwei versetzte Kontaktreihen vorgesehen sind, ist jede der Leiterbahnen 12 mit
einem Kontakt von einer der beiden Kontaktreihen verbunden.
-
In 4A und 4B sind
Anordnungen von Bahnen gemäß weiteren
Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt. Die Anordnung von Bahnen in 4A weist
lediglich Zwischenkontaktbahnen 8 auf, die sich entlang
der zweiten Richtung 4 erstrecken, wobei jede der Zwischenkontaktbahnen
im jeweiligen Kreuzungsgebiet 10 nicht ausgebildet ist.
-
In 4B weist
jede Bahn der Anordnung von Bahnen erneut eine Zwischenkontaktbahn 8 und eine
weitere Kontaktbahn 9 auf, wobei diese innerhalb des jeweiligen
Kreuzungsgebiets 10 ausgespart sind. Wie schon im Layout
von 4A gezeigt ist, ist der Abstand zwischen beiden
Kontaktreihen in 4B größer gewählt als im Layout der 2A. Wie
einem Fachmann jedoch ersichtlich ist, kann eine Vielzahl von geeigneten
Layouts zur Realisierung der Lithografie unter Berücksichtigung
der Unterbrechung jeder Bahn im Kreuzungs gebiet 10 gewählt werden.
-
5A bis 8C stellen
weitere Merkmale hinsichtlich weiterer Ausführungsformen zur Ausbildung
der Zwischenkontaktbahnen 8 und der Leiterbahnen 12 dar.
-
In 5A sind
die Zwischenkontaktbahnen 8 innerhalb der zweiten Isolationsschicht 7 ausgebildet,
worauf bereits bei der Querschnittsansicht von 2B eingegangen
wurde. Dann wird ein leitfähiges
Material 13 auf die Oberseite der zweiten Isolationsschicht 7 und
der Zwischenkontaktbahnen 8 aufgetragen.
-
Mit
Bezug auf die Querschnittsansicht von 5B wird
das leitfähige
Material 13 zur Bereitstellung der Leiterbahnen 12 geätzt. Nach
dem Ätzen des
leitfähigen
Materials 13 kann die dritte Isolationsschicht 11 zwischen
den Leiterbahnen 12 bereitgestellt werden, so dass ein
wie in 3B gezeigter Aufbau erzielt
wird.
-
Mit
Bezug auf 6A bis 6C wird
eine weitere Ausführungsform
hinsichtlich der Herstellung von Zwischenkontaktbahnen 8 und
Leiterbahnen 12 detaillierter erläutert. Ausgehend von einem
Prozessstadium, in dem die zweite Isolationsschicht 7 zur
Bereitstellung von Zwischenkontaktbahnöffnungen geätzt wurde, wird das leitfähige Material 130 in
die Zwischenkontaktbahnöffnungen
gefüllt
und dieses bedeckt ebenso die Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 7.
-
Mit
Bezug auf die Querschnittsansicht von 6B wird
das leitfähige
Material 130 geätzt,
um die Leiterbahnen 12 anzugeben.
-
In 6C wird
die dritte Isolationsschicht 11 zwi schen benachbarten Leiterbahnen 12 bereitgestellt.
Somit ist das leitfähige
Material 130 den Zwischenkontaktbahnen 8 und den
Leiterbahnen 12 gemein.
-
In 7 wird
eine weitere Ausführungsform zur
Herstellung der Leiterbahnen 12 detaillierter erläutert. Nach
dem Bereitstellen der Zwischenkontaktbahnen 8 innerhalb
der zweiten Isolationsschicht 7, wie mit Bezug auf die
Querschnittsansicht von 2B erläutert wurde,
wird die dritte Isolationsschicht 11 auf die zweite Isolationsschicht 7 und
die Zwischenkontaktbahnen 8 aufgetragen. Dann wird die
dritte Isolationsschicht 11 geätzt, um darin Leiterbahnöffnungen
auszubilden. Danach werden die Leiterbahnöffnungen mit einem leitfähigen Material
gefüllt,
um den in der Querschnittsansicht von 3B gezeigten
Aufbau zu erzielen. Beim Füllen
der Leiterbahnöffnungen
mit dem leitfähigen
Material kann dieses ebenso auf die dritte Isolationsschicht 11 aufgetragen
werden, gefolgt von einem chemisch-mechanischen Polieren zum Entfernen
des nicht benötigten leitfähigen Materials
von der Oberfläche
der dritten Isolationsschicht 11. Die Leiterbahnen 12 werden
somit über
einen Damaszen-Prozess hergestellt.
-
Mit
Bezug auf 8A bis 8C wird
eine weitere die Herstellung der Zwischenkotaktbahnen 8 und
der Leiterbahnen 12 betreffende Ausführungsform detaillierter erläutert. Nach
dem Ausbilden der Kontakte 2 innerhalb der Isolationsschicht 1 wird
die zweite Isolationsschicht 70 auf die Oberfläche der ersten
Isolationsschicht 1 und der Kontakte 2 aufgetragen.
Die zweite Isolationsschicht 70 dieser Ausführungsform
ist dicker als die Isolationsschicht 7 in 7.
Diese kann eine mit der vertikalen Ausdehnung der Zwischenkontaktbahnen 8 zuzüglich der Leiterbahnen 12,
die in späteren
Pro zessschritten ausgebildet werden, übereinstimmende Dicke aufweisen.
Zunächst
wird die zweite Isolationsschicht 70 zur Bereitstellung
von Zwischenkontaktbahnöffnungen
geätzt.
-
Danach
wird, wie in der Querschnittsansicht von 8B gezeigt
ist, eine weitere Ätzung
in der zweiten Isolationsschicht 70 durchgeführt, um
darin Leiterbahngräben 14 auszubilden.
-
In 8C werden
die Leiterbahngräben
und die Zwischenkontaktbahnöffnungen
mit dem leitfähigen
Material 131 gefüllt,
um Zwischenkontaktbahnen 8 und die Leiterbahnen 12 bereitzustellen.
Somit wird ein Dual-Damaszen-Prozess durchgeführt. Es sei angemerkt, dass
ein oberer Teil der Zwischenkontaktbahnöffnungen, der auf einem selben
Niveau mit den Leiterbahngräben 14 ist,
später
als Teil der Leiterbahnen 12 genutzt wird.
-
In 9A bis 11 wird
eine weitere Ausführungsform
zum Herstellen einer Verbindungsstruktur erläutert. Ausgehend von der Aufsicht
in 9A werden zwei versetzte Reihen mit Kontakten 2 in
der ersten Isolationsschicht 1 ausgebildet.
-
Eine
Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A' ist in 9B gezeigt.
Wiederum weist das Substrat 40 aktive Gebiete 6 auf,
die in einem Oberflächenbereich
ausgebildet sind, wobei die aktiven Gebiete 6 voneinander über STI-Gebiete
isoliert sind. Wie bereits oben ausgeführt wurde, kann ein beliebiges
vorprozessiertes Substrat 40 einschließlich an die Verbindungsstruktur
anzuschließenden
Oberflächenbereichen
verwendet werden.
-
In 10 sind
die Kontakte 2 entlang der ersten Rich tung 3 in
einem oberen Kontaktbereich zur Definition der Zwischenkontakte 81 gekürzt, wobei
ein unterer Kontaktbereich unverändert
verbleibt. Das Kürzen
der Kontakte 2 kann durch Bereitstellen einer geeigneten
Maskenstruktur auf der ersten Isolationsschicht 1 und den
Kontakten 2 erfolgen, wobei die Maskenstruktur die Kontakte 2 lediglich
teilweise bedeckt (nicht gezeigt). Nach dem Kürzen der Kontakte 2 verbleiben
Lücken 15 in
der ersten Isolationsschicht 1.
-
Mit
Bezug auf 11 werden Leiterbahnen 12 auf
den Zwischenkontakten 81 und der Isolationsschicht 1 bereitgestellt,
wobei benachbarte Leiterbahnen 12 voneinander durch die
zweite Isolationsschicht 70 isoliert sind. Die zweite Isolationsschicht füllt ebenso
die Lücken 15.
-
12 bis 13B zeigen weitere Ausführungsformen in Zusammenhang
mit der Herstellung der Leiterbahnen 12.
-
In 12 wird
die zweite Isolationsschicht 70 innerhalb der Lücken 50 ausgebildet
und ebenso auf die Oberfläche
der ersten Isolationsschicht 1 aufgebracht. Dann werden
in die zweite Isolationsschicht 70 Leiterbahnöffnungen
geätzt,
gefolgt von einem Füllen
der Leiterbahnöffnungen
mit dem leitfähigen
Material zur Bereitstellung der Leiterbahnen 12. Eine Querschnittsansicht
der resultierenden Struktur ist in 11 gezeigt.
In dieser Ausführungsform
werden die Leiterbahnen über
einen Damaszen-Prozess hergestellt.
-
Mit
Bezug auf die Querschnittsansichten von 13A und 13B wird eine weitere Ausführungsform detaillierter erläutert. Nach
dem Kürzen der
Kontakte 2 wird, wie in 13A gezeigt
ist, die zweite Isolationsschicht 71 in die Lücken 15 gefüllt. Das
Füllen
der Lücken 15 kann
dadurch erfolgen, dass zunächst
ein Isolationsmaterial in die Lücken 15 als
auch auf die erste Isolationsschicht 1 aufgebracht wird,
gefolgt von einem chemisch-mechanischen
Polieren zum Entfernen des Isolationsmaterials von der Oberfläche der
ersten Isolationsschicht 1, wodurch die zweite Isolationsschicht 71 in
den Lücken 15 verbleibt.
Danach wird das leitfähige
Material 131 auf die erste Isolationsschicht 1,
die zweite Isolationsschicht 71 und die Zwischenkontakte 81 aufgebracht.
-
In 13B wird das leitfähige Material 131 zur
Bereitstellung der Leiterbahnen 12 geätzt, gefolgt von einem Aufbringen
der dritten Isolationsschicht 11 zwischen benachbarte Leiterbahnen 12.
Die Verfahrensschritte zum Ausbilden der Leiterbahnen 12 ähneln denjenigen
der in 5A und 5B gezeigten Ausführungsform.
-
Nachfolgend
werden Ausführungsformen
eines Verfahrens zum Herstellen einer Verbindungsstruktur mit Bezug
auf die in 14 und 15 gezeigten
Ablaufdiagramme kurz erläutert.
Wie in 14 dargestellt ist, wird zunächst ein
Substrat zum Herstellen der Verbindungsstruktur bereitgestellt (S10).
Das Substrat kann beispielsweise ein beschichtetes Substrat sein,
z. B. ein Halbleitersubstrat mit einer oder mehrerer auf die Oberfläche des
Halbleitersubstrats aufgetragener Schichten. Dann wird eine erste
Isolationsschicht auf das Substrat aufgebracht (S11). Die erste
Isolationsschicht kann etwa aus einem dielektrischen Material wie
Siliziumoxid oder Siliziumnitrid bestehen. Danach erfolgt ein Ätzschritt
zur Definition zweier versetzter Reihen gleichmäßig beabstandeter Kontaktöffnungen,
wo bei sich jede Reihe entlang einer ersten Richtung erstreckt (S12).
Dieser Ätzschritt
kann beispielsweise ein konisch zulaufender, d. h. getaperter Ätzschritt
sein. Danach werden die Kontaktöffnungen
mit einem leitfähigen
Material zum Bereitstellen von Kontakten gefüllt (13). Danach wird
eine zweite Isolationsschicht auf die erste Isolationsschicht und
die Kontakte aufgebracht (S14). Die zweite Isolationsschicht kann aus
einem Material bestehen, das vom Material der ersten Isolationsschicht
verschieden ist oder auch mit diesem übereinstimmt. Dann werden Zwischenkontaktöffnungen
in die zweite Isolationsschicht geätzt (S15). Danach werden Zwischenkontakte
durch Füllen
der Zwischenkontaktöffnungen
mit dem leitfähigen
Material definiert (S16). Nun werden Leiterbahnen auf der zweiten
Isolationsschicht und den Zwischenkontakten bereitgestellt, wobei
die Leiterbahnen sich entlang einer die erste Richtung kreuzenden zweiten
Richtung erstrecken (S17).
-
Mit
Bezug auf 15 wird eine weitere Ausführungsform
eines Verfahrens zum Herstellen einer Verbindungsstruktur kurz erläutert. Beispiele
von Materialien in Bezug auf die Elemente des Ablaufdiagramms von 14,
z. B. Materialien für
das Substrat oder die Isolationsschichten, dienen im Folgenden auch
für entsprechende
oder ähnliche
Elemente. Wie in 15 gezeigt ist, wird zunächst ein
Substrat bereitgestellt (S20). Dann wird eine erste Isolationsschicht
auf dem Substrat vorgesehen (S21). Danach werden zwei versetzte
Reihen gleichmäßig beabstandeter
Kontaktöffnungen
in die erste Isolationsschicht geätzt, wobei sich jede Reihe
entlang einer ersten Richtung erstreckt (S22). Danach werden die Kontaktöffnungen
mit einem leitfähigen
Material zum Bereitstellen von Kontakten gefüllt (S23). Dann wird eine Maskenstruktur
auf der ersten Isolationsschicht und den Kontakten bereitgestellt,
wobei die Maskenstruktur die Kontakte teilweise bedeckt (S24). Danach
werden nicht bedeckte Bereiche der Kontakte geätzt, wodurch Aussparungen erzeugt
werden und die Kontakte entlang der ersten Richtung in den die Zwischenkontakte
definierenden oberen Kontaktgebieten gekürzt werden, wobei ein unteres
Kontaktgebiet unverändert
verbleibt (S25). Danach werden die Aussparungen mit einer zweiten
Isolationsschicht (S26) gefüllt.
Nun werden Leiterbahnen auf der ersten Isolationsschicht und den
Zwischenkontakten bereitgestellt, wobei sich die Leiterbahnen entlang
einer die erste Richtung kreuzenden zweiten Richtung erstrecken
(S27).