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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Strukturen mit hohem Aspektverhältnis in
integrierten Schaltungsvorrichtungen, sowie ein Verfahren zur Herstellung
solcher Strukturen.
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Strukturen
mit solch hohen Aspektverhältnissen
können
aus einer Schichtöffnung
gebildet werden. Um die Tiefe dieser Öffnung zu erhöhen, während dabei
die Breite im Wesentlichen beibehalten wird, besteht ein Ansatz
darin, die beiden Öffnungen übereinander
anzuordnen. Beim Ausbilden der oberen Öffnungen sollte in den unteren Öffnungen
in der Regel eine Opferfüllung
enthalten sein, welche durch die oberen Öffnungen entfernt werden muss,
was sowohl die Kosten, als auch die Komplexität erhöht.
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Aus
JP 10-261707 AA ist
eine Schaltungsvorrichtung mit einem Substrat und einer ersten Schicht
mit einer Öffnung
bekannt, worauf und worin eine zweite Schicht aus Siliziumnitrit
brückenartig
abgeschieden wird und eine weitere Schicht aus Siliziumoxid darauf
gebildet wird. Weiterhin wird eine Verdrahtung nach dem Dual-Damascene-Verfahren
gebildet, wobei die Schicht beim Ätzen von Gräben als Ätzstopp dient.
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Aus
EP 1120822 A1 ist
ein Dual-Damascene-Verfahren bekannt, um ein Kontaktloch und einen
Leitergraben auszubilden. Dabei wird auf einem Substrat eine erste
Schicht Siliziumoxid mit einer ersten Öffnung gebildet und darauf
dünne Haftschichten aus
Siliziumnitrit und Siliziumkarbid abgeschieden. Anschließend wird
die Öffnung
mit der zweiten Schicht aus CF abgedeckt, worauf eine weitere Schicht
gebildet wird.
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US 2001/0050436 A1 beschreibt
eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat, mit einer
ersten dielektrischen Zwischenschicht, die das Halbleitersubstrat
bedeckt. Es ist eine zweite dielektrische Zwischenschicht vorgesehen,
die die erste dielektrische Zwischenschicht bedeckt. Es ist eine Öffnung vorgesehen,
die die erste und die zweite dielektrische Zwischenschicht durchdringt
und bis zum Halbleitersubstrat reicht. Die Öffnung weist einen in Richtung
auf das Substrat konisch zulaufenden Querschnitt auf. Es ist ein
Leitungsfilm vorgesehen, der in der Öffnung ausgebildet ist und
Seitenwände und
einen Boden der Öffnung
bedeckt.
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Aus
diesen und aus anderen Gründen
besteht ein Bedarf an der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß den Aspekten
der vorliegenden Erfindung sind eine integrierte Schaltung und ein
entsprechendes Verfahren offenbart. Die beispielhafte integrierte
Schaltungsvorrichtung umfasst ein Substrat mit einer ersten Schicht,
die sich auf dem Substrat befindet. Die erste Schicht bestimmt eine
erste Öffnung
mit einer Deckschicht, die auf der ersten Schicht aufgebracht ist
und einen Seitenwandbereich der ersten Öffnung bedeckt. Eine zweite
Schicht befindet sich auf der Deckschicht. Die zweite Schicht bestimmt
eine zweite Öffnung,
die sich durch die zweite Schicht und durch die Deckschicht erstreckt, um
so die ersten und die zweiten Öffnungen
zu verbinden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung werden im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen
näher erläutert. Die
Elemente der Zeichnungen sind zueinander nicht zwingend maßstabsgetreu. Gleiche
Bezugszeichen beschreiben ähnliche
Bauteile.
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1 bis 4 zeigen
verschiedene Bereiche einer integrierten Schaltungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 bis 7 zeigen
Bereiche einer beispielhaften integrierten Schaltungsvorrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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8 bis 10 stellen
Bereiche einer beispielhaften integrierten Schaltungsvorrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, die eine Öffnung mit einer Doppelschicht
als ungleichmäßige Deckschicht
aufweist.
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11 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung von Bereichen einer beispielhaften
integrierten Schaltungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die eine Öffnung mit einer fehlausgerichteten ersten
und zweiten Vertiefung aufweist, wobei die doppelte Vertiefung ein
verengtes Verbindungsloch enthält.
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12 zeigt
Bereiche einer beispielhaften integrierten Schaltungsvorrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, einschließlich Unterschichten.
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Detaillierte Beschreibung
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In
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, die Teil hiervon sind und in denen durch die Darstellung
spezifischer Ausführungsformen
gezeigt ist, auf welche Weise die Erfindung ausgeführt werden
kann. In diesem Zusammenhang werden richtungsanzeigende Begriffe,
wie z. B. „oben", „unten", „vorne", „hinten", „führend", „folgend" usw. in Bezug auf
die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet. Da die Bestandteile
von Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung auf unterschiedliche Weise orientiert
sein können,
werden die richtungsanzeigenden Begriffe im Interesse einer klareren
Darstellung verwendet und sind in keinerlei Weise einschränkend. Es
wird darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können, und
dass strukturelle oder logische Änderungen
durchgeführt
werden können,
ohne dabei den Umfang der vorliegenden Erfindung zu überschreiten.
Die folgende detaillierte Beschreibung soll daher nicht einschränkend verstanden
werden, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die anhängenden
Ansprüche
bestimmt.
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1 zeigt
Bereiche einer beispielhaften integrierten Schaltungsvorrichtung
gemäß Aspekten der
vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung umfasst ein Substrat 1 mit
einer ersten Schicht 2. Je nach Ausführungsform kann zwischen der
ersten Schicht 2 und dem Substrat 1 eine weitere
Schicht 3 angeordnet sein. In der ersten Schicht 2 und
in einer weiteren Schicht 3 ist eine erste Öffnung 4 ausgebildet.
Die erste Öffnung 4 kann
beispielsweise ein Loch, ein Graben, ein Durchlass oder eine Vertiefung
sein. Die erste Öffnung 4 kann
durch ein Ätzverfahren
ausgebildet sein. In einer Ausführungsform
wird die erste Öffnung
in einem Trockenätzverfahren
ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform kann das Substrat 1 aus
Silizium bestehen und beispielsweise eine Siliziumscheibe sein.
In weiteren Ausführungsformen kann
das Substrat 1 bereits mehrere Verarbeitungsstufen durchlaufen
haben, so dass bereits bestimmte Strukturen und Schichten auf und
im Substrat 1 vorliegen können. Die dritte Schicht 3 kann
beispielsweise aus Siliziumnitrid bestehen. Die erste Schicht 2 kann
aus undotiertem Silikatglas bestehen. Je nach Ausfüh rungsform
kann auch ein anderes Material für das
Substrat 1, die erste Schicht 2 und die weitere Schicht 3 verwendet
werden. Je nach Material der ersten Schicht 2 und der weiteren
Schicht 3 können unterschiedliche
Abtragungsverfahren zur Ausbildung der ersten Öffnung 4 verwendet
werden. Darüber
hinaus kann sich die erste Öffnung 4 auch
lediglich bis zu einer Oberseite der weiteren Schicht 3 erstrecken.
Die dritte Schicht kann aus SiN bestehen und eine Dicke von 155
nm aufweisen. Die erste Schicht 2 kann aus undotiertem
Silikatglas (USG) mit einer Dicke von 2 μm bestehen.
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In
der dargestellten Ausführungsform
befindet sich eine Oberseite der ersten Schicht 2 zumindest
teilweise im Bereich der Öffnungsfläche der
mit einer Deckschicht 5 bedeckten ersten Öffnung 4.
Die Deckschicht 5 bedeckt die erste Öffnung 4. Die Deckschicht 5 kann
durch ein ungleichmäßiges Abscheideverfahren
aufgebracht werden. Die Deckschicht 5 kann beispielsweise
Siliziumnitrid enthalten. Je nach Ausführungsform können auch
andere Materialien zum Abdecken, d. h. zum Versiegeln der Öffnungsseite
der ersten Öffnung 4 mit
einer Schicht verwendet werden. Dieser Verfahrensschritt ist in 2 gezeigt.
Je nach verwendeter Ausführungsform
kann die Deckschicht 5 einen oberen Bereich der ersten Öffnung 4,
der sich bis zu einer Tiefe D in die erste Öffnung 4 erstreckt,
bedecken. Die Deckschicht 5 kann die Tiefe D der ersten Öffnung 4 auffüllen. In
Abhängigkeit
von dem Verfahren, das zum Aufbringen der Deckschicht 5 eingesetzt
wird, wird nur die Seitenwand des oberen Bereichs der ersten Öffnung 4 von
der Deckschicht 5 in Form einer Hülse bedeckt.
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Wie
in 3 gezeigt ist, wird eine zweite Schicht 6 auf
der Deckschicht 5 abgeschieden. Die zweite Schicht 6 kann
aus demselben Material wie die erste Schicht 2 bestehen.
Je nach Ausführungsform
kann die zweite Schicht 6 auch aus anderen Materialien
als die erste Schicht bestehen, wobei das verwendete Material der
zweiten Schicht 6 zu einer zweiten Öffnung 8 (siehe 4)
in der zweiten Schicht 6 weiterverarbeitet werden kann.
Je nach Ausführungsform
befindet sich eine zweite Hartmaske 9 auf der zweiten Schicht 6.
Die zweite Hartmaske 9 kann beispielsweise aus Kohlenstoff
bestehen.
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Je
nach Ausführungsform
wird auf der zweiten Hartmaskenschicht 9 eine weitere Maskenschicht bzw.
eine vierte Schicht 10 aufgebracht. Die vierte Schicht 10 kann
eine erste Unterschicht aus amorphem Silizium, eine zweite Unterschicht
aus Silizium-Oxynitrid und eine als Antireflexionsschicht dienende
dritte Unterschicht aufweisen. Auf der vierten Schicht 10 befindet
sich eine Photoresistschicht 14, die wie in 3 dargestellt
strukturiert ist. In der Photoresistschicht 14 wird eine
weitere Öffnung 15 oberhalb
der ersten Öffnung 4 ausgebildet.
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In
bestimmten Ausführungsformen
wird die Hartmaske 9 mit einer Öffnung 7, die oberhalb
der ersten Öffnung
angeordnet ist, strukturiert. Anschließend wird eine zweite Öffnung 8 in
der zweiten Schicht 6 über
die Öffnung 7 ausgebildet.
Die zweite Öffnung 8 kann
durch ein Ätzverfahren
ausgebildet werden. In einer Ausführungsform wird die zweite Öffnung 8 durch
ein Trockenätzverfahren
hergestellt. Die Verwendung eines hoch anisotropen Ätzverfahrens
mit hoher Ätzselektivität zwischen
der zweiten Schicht 6 und der Hartmaskenschicht 9 ermöglicht es in
der Regel, Öffnungen
mit hohen Aspektverhältnissen
zu erzeugen – Öffnungen
mit großer
Tiefe und kleinem Durchmesser. Über
die zweite Öffnung 8 oberhalb
der ersten Öffnung 4 wird
in der Deckschicht 5 ein Loch ausgebildet. Weiterhin werden
die Hartmaske 9, die vierte Schicht 10 und die
Photoresistschicht 14 entfernt. Dies hat eine weitere Öffnung 16 mit
der ersten und der zweiten Öffnung 4, 8,
die miteinander verbunden sind, zur Folge. Die weitere Öffnung 16 ist
in 4 dargestellt. Die weitere Öffnung 16 kann ein
Loch, ein Graben, ein Durchlass oder eine Vertiefung sein.
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Das
beschriebene Verfahren ermöglicht
die Ausbildung einer weiteren Öffnung 16 mit
einem hohen Aspektverhältnis,
ohne die erste Öffnung 4 mit Opfermaterial
zu füllen,
bevor die zweite Schicht 6 aufgebracht und die zweite Öffnung 8 in
der zweiten Schicht 6 ausgebildet wird.
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5 zeigt
einen weiteren Verfahrensschritt mit einem Substrat 1,
auf dem eine dritte Schicht 3 angeordnet ist. Auf der dritten
Schicht 3 ist eine erste Schicht 2 angeordnet.
In der ersten Schicht 2 und in der dritten Schicht 3 befinden
sich erste Öffnungen 4. Die
ersten Öffnungen 4 sind
mit einer Deckschicht 5 bedeckt. Auf der Deckschicht 5 befindet
sich eine zweite Schicht 6. In der zweiten Schicht 6 sind
zweite Öffnungen 8 angeordnet,
wobei sich die zweiten Öffnungen 8 oberhalb
der ersten Öffnungen 4 befinden. Die
zweiten Öffnungen 8 sind
von den ersten Öffnungen 4 durch
die Deckschicht 5 getrennt. Die ersten Öffnungen 4 und die
zweiten Öffnungen 8 können durch
anisotrope Ätzverfahren
ausgebildet werden. Das anisotrope Ätzverfahren ist jedoch nicht
völlig anisotrop – die ersten
und die zweiten Öffnungen 4, 8 können eine
konische Form mit einer Querschnittsfläche haben, die im oberen Bereich
größer als
im unteren Bereich ist. Dies führt
zu einer unvermeidlichen Auswölbung
in einem oberen Bereich 30 der ersten und der zweiten Öffnungen 4, 8.
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Der
obere Bereich 30 der ersten Öffnung 4 kann an einer
Seitenwand 31 der ersten Öffnung 4 eine Teilschicht 32 der
Deckschicht 5 aufweisen, die sich von der oberen Endfläche der
ersten Schicht 2 bis zu einer Tiefe D in der ersten Öffnung 4 erstreckt. Die
Teilschicht 32 ist Teil der Deckschicht 5 und
besteht aus demselben Material wie die Deckschicht. Die Teilschicht 32 kann
die Form einer Hülse
aufweisen, die sich von der Deckschicht 5 in die erste Öffnung 4 erstreckt.
Aufgrund der Teilschicht 32 wird die ausgewölbte Form
des oberen Bereichs 30 der ersten Öffnung auf einen kleineren
Querschnittsbereich 33 am Ende des oberen Bereichs 30 verengt.
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Je
nach verwendeter Ausführungsform
kann die Querschnittsfläche 33 am
oberen Ende des oberen Bereichs 30 ähnlich, gleich oder kleiner
als die zweite Querschnittsfläche 34 am
unteren Ende der zweiten Öffnung 8 sein.
Eine Funktion der Teilschicht 32 besteht darin, die Querschnittsfläche 33 des
oberen Bereichs 30 der ersten Öffnung 4 in einem
Bereich zu verengen, der mindestens ebenso klein wie die zweite
Querschnittsfläche 34 der
zweiten Öffnung 8 oder
kleiner sein kann. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass, wenn
die erste Öffnung 4 und
die zweite Öffnung 8 durch
Entfernen der Deckschicht am Boden der zweiten Öffnung und über die zweite Öffnung 8 verbunden
werden, ein glatter Übergangsbereich 35 mit
kleinen Kanten oder ohne Kanten entsteht.
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Wie
in 5 gezeigt kann die Deckschicht 5 als
Stoppschicht für
das Ätzverfahren,
das zum Ausbilden der zweiten Öffnung 8 eingesetzt
wird, verwendet werden. Nach dem Ätzen der zweiten Öffnungen 8,
wie in 5 dargestellt, kann die Deckschicht 5 zumindest
teilweise von der Bodenfläche
der zweiten Öffnung 8 über die
zweiten Öffnungen 8 entfernt werden,
was eine Verbindung einer zweiten und einer ersten Öffnung 8, 4 zur
Folge hat (6). Die erste und die zweite
Schicht 2, 6 können
beispielsweise aus Siliziumoxid bestehen.
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Je
nach verwendeter Ausführungsform
können
die zweiten Öffnungen 8 mit
einer größeren oder einer
kleineren Querschnittsfläche
am Boden ausgebildet werden als der obere Bereich 30 der
ersten Öffnungen 4.
Die zusätzliche
Erweiterung der zweiten Öffnungen 8,
wie sie als gestrichelte Linie in 5 dargestellt
ist, kann durch ein optionales Nassätzen erreicht werden. Zum Nassätzen kann
eine Ätzflüssigkeit
auf HF-Basis verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Dotierstoffgefälle in einem
oberen Bereich der zweiten Schicht 6 verwendet werden,
um die Erweiterung der ersten und/oder der zweiten Öffnung 4, 8 während des Ätzens der
zweiten Öffnung 8 zu
verringern. Eine höhere
Dotierstoffkonzentration erhöht
die Ätzrate
im Vergleich zu einer niedrigeren Dotierstoffkonzentration.
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6 zeigt
die Vorrichtung nach dem Öffnen der
Deckschicht 5 und der oben beschriebenen optionalen Erweiterung
durch Nassätzen
mit einer zweiten Öffnung 8,
die eine Querschnittsfläche
am Boden aufweist, die kleiner als die Querschnittsfläche des oberen
Bereichs 30 der ersten Öffnung 4 ist.
Die Deckschicht 5 kann geöffnet werden, d. h. von der Bodenfläche der
zweiten Öffnung 8 durch
ein anisotropes Ätzverfahren über die
zweite Öffnung 8 entfernt
werden. In einem weiteren Verfahrensschritt kann verbleibendes Material
der Teilschicht 32 der Deckschicht 5, das sich
im oberen Endbereich der ersten Öffnungen 4 befindet,
abgeätzt
oder durch ein Überätzen oder
durch eine geeignete Nassätzchemie
entfernt werden. Wie bereits gezeigt wurde, führt dies zu einer weiteren Öffnung 16 mit
einer ersten Öffnung 4 und
einer zweiten Öffnung 8 mit
einem glatten Übergangsbereich 35,
der im oberen Bereich 30 der ersten Öffnung 4 angeordnet
ist.
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Der Übergangsbereich 35,
der an der oberen Seite der Deckschicht 5 beginnt und am
unteren Ende der Teilschicht 32 endet, weist eine glatte
Seitenwand 31 auf, da die ausgewölbte Form des oberen Bereichs 30 der
ersten Öffnung 4 durch
die Teilschicht 32 ausgeglichen wird, welche die Seitenwand 31 des
oberen Bereichs 30 bedeckt. Durch das Bereitstellen der
Teilschicht 32 im oberen Bereich 30 der ersten Öffnung 4 wird
ein glatter Übergangsbereich 35 zur
Verfügung
gestellt, der zwischen der ersten und der zweiten Öffnung 4, 8 vorgesehen
ist.
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Wie
in 7 dargestellt ist, wird eine erste Elektrodenschicht 17 in
die Vertiefung 16 eingebracht. Anschließend wird eine dielektrische
Schicht 18 auf der ersten Elektrodenschicht 17 aufgebracht, und
eine zweite Elektrodenschicht 19 wird auf der dielektrischen
Schicht 18 aufgebracht. Die erste Elektrodenschicht 17 ist
von der zweiten Elektrodenschicht 19 durch eine dielektrische
Schicht 18 elektrisch isoliert. Dadurch wird in den weiteren Öffnungen 16 ein
Kondensator 20 ausgebildet, der eine erste Elektrodenschicht 17,
eine die lektrische Schicht 18 und eine zweite Elektrodenschicht 19 aufweist.
Die erste und die zweite Elektrodenschicht 17, 19 kann Metall,
wie z. B. Wolfram oder Titannitrid, aufweisen. Die dielektrische
Schicht 18 kann ein Dielektrikum mit großem k-Wert
aufweisen. Natürlich
kann die durch das hier offenbarte Verfahren erzeugte Öffnung auch zum
Ausbilden anderer Teile einer integrierten Schaltungsvorrichtung
wie z. B. Kontakte, Durchgangsöffnungen,
freistehende Strukturen usw. verwendet werden. Folglich ist der
Umfang der Erfindung nicht z. B. auf Speichervorrichtungen oder
Kondensatoren beschränkt.
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Der
Kondensator 20 kann für
jede beliebige elektrische oder integrierte Schaltung eingesetzt
werden, die ein Kondensatorelement aufweist. Der Kondensator 20 kann
beispielsweise als Kondensator einer Speicherzelle einer Speicherschaltung
genutzt werden. Eine Speicherschaltung kann beispielsweise als DRAM-Speicher
oder als beliebige andere Speicherschaltung ausgeführt sein.
Der Kondensator 20 kann elektrisch mit einer elektrischen
Schaltung verbunden sein, beispielsweise mit einer integrierten Schaltung 50.
Die zweite Elektrode 19 kann z. B. mit der integrierten
Schaltung 50 verbunden sein. Die elektrische Schaltung
kann als Speicherschaltung oder als Prozessorschaltung oder als
beliebige andere digitale Schaltung ausgeführt sein. Der Kondensator kann
Teil einer Speicherzelle zum Speichern von Daten in einem Kondensator
sein.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform, wobei
in dieser Ausführungsform
eine erste Deckschicht 5 und eine zweite Deckschicht 21 zum
Schließen
der ersten Öffnung 4 verwendet
werden. Die erste Deckschicht 5 kann durch ein ungleichmäßiges Verfahren
aufgebracht werden, welches die Öffnungsseite
auf einen engen Durchlass 25 der ersten Öffnung 4 verengt.
Es wird eine zweite Deckschicht 21 aufgebracht, die den
Durchlass 25 der ersten Deckschicht 5 verschließt. Daher
ist es möglich,
die erste Öffnung
durch eine Doppelschichtstruktur, die eine erste und eine zweite
Deckschicht 5, 21 aufweist, zu schließen.
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Die
Deckstruktur mit der ersten und der zweiten Deckschicht 5, 21 hat
die Funktion, die erste Öffnung 4 abzudecken,
bevor die zweite Schicht 6 aufgebracht und die zweite Öffnung 8 und
eine zweite Schicht 6 ausgebildet werden. Die erste und
die zweite Deckschicht 5, 21 werden auf der Bodenfläche der zweiten Öffnung 8 über die
zweite Öffnung 8,
wie für die
Deckschicht 5 der Ausführungsform
von 6 gezeigt, geöffnet.
Dieser Verfahrensschritt ist in 9 gezeigt.
Anschließend
kann abhängig
von der Ausführungsform
ein Kondensatorelement 20 in die erste und die zweite Öffnung 4, 8,
wie in der Ausführungsform
von 10 gezeigt, eingebracht werden.
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11 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
mit einem Substrat 1, einer dritten Schicht 3,
einer ersten Schicht 2, einer Deckschicht 5 und
einer zweiten Schicht 6. In der ersten Schicht 2 und
in der weiteren Schicht 3 ist eine erste Öffnung 4 eingebracht.
In der zweiten Schicht 6 ist eine zweite Öffnung 8 eingebracht,
wobei eine Achse 24 der zweiten Öffnung 8 nicht mit
einer Achse 23 der ersten Öffnung 4 fluchtet.
Daher ist die zweite Öffnung 8 neben
einem kleinen Abstand d in Bezug auf die erste Öffnung 4 angeordnet.
Der Versatz der Achsen 23, 24 kann die Folge einer
Fehlausrichtung bei der Ausbildung der zweiten Vertiefung 8 bezüglich der
ersten Vertiefung sein. Dies führt
zu einem engen Verbindungsbereich 22, der die erste Öffnung 4 und
die zweite Öffnung 8 verbindet.
Je nach verwendeter Ausführungsform
kann der schmale Verbindungsbereich 22 durch ein isotropes Ätzen erweitert
werden, beispielsweise durch ein Nassätzverfahren.
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Aufgrund
der Deckschicht 5, die sich mit der Teilschicht 32 auf
eine vorbestimmte Tiefe D in der ersten Öffnung 4 erstreckt,
kann eine wie in 11 dargestellte Fehlausrichtung
ausgeglichen werden, indem eine glatte Seitenwand im oberen Bereich 30 zwischen
der ersten Öffnung 4 und
der zweiten Öffnung 8 zur
Verfügung
gestellt wird. Daher ist es mög lich,
eine Überlagerung
von Prozessfenstern zum Einführen
der ersten Öffnung 4 und
zum Einführen der
zweiten Öffnung 8 auszuweiten.
Dasselbe ist mithilfe einer Deckstruktur möglich, die eine erste und eine
zweite Deckschicht 5, 21 aufweist, wie in den 8 bis 10 gezeigt
ist.
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Eine
raue Fläche
oder Kanten im Übergangsbereich 35 können vor
allem dann von Nachteil sein, wenn sich eine erste Elektrodenschicht 17 auf den
Seitenwänden
der ersten Öffnung 4,
der zweiten Öffnung 8 und
des Übergangsbereichs 35 befindet.
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12 zeigt
eine weitere Ausführungsform mit
einem Substrat 1, auf dem eine dritte Schicht 3 aufgebracht
ist. Auf der dritten Schicht 3 ist eine erste Schicht 2 angeordnet,
die eine erste Unterschicht 40 aufweist, die sich auf der
dritten Schicht 3 und einer zweiten Unterschicht 41,
die auf der ersten Unterschicht 40 angeordnet ist, befindet.
Die erste Unterschicht 40 kann zumindest teilweise aus
Siliziumoxid bestehen. Die zweite Unterschicht 41 kann
ebenfalls mindestens teilweise aus Siliziumoxid bestehen, wobei
sich die erste und die zweite Unterschicht 40, 41 bei
einer Nassätzrate
unterscheiden. Die Ätzrate kann
aufgrund unterschiedlicher Dotierstoffkonzentrationen, z. B. Bor
oder Phosphor, variieren. Darüber hinaus
kann die Nassätzrate
ebenfalls aufgrund einer unterschiedlichen Konzentration von Stickstoff,
Kohlenstoff oder Wasserstoff in den beiden Siliziumoxidschichten
variieren. Je nach verwendeter Ausführungsform können auch
andere Materialien verwendet werden, um die Unterschichten mit unterschiedlichen
Nassätzraten
zu versehen.
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Die
erste Unterschicht 40 weist eine größere Nassätzrate als die zweite Unterschicht 41 auf.
Die erste Öffnung 4 wird
in der ersten und zweiten Unterschicht 40, 41 durch
ein Trockenätzverfahren
ausgebildet, wobei die Querschnittsfläche der ersten Öffnung 4 an
einem oberen Ende der ersten Unterschicht 40 größer ist
als die Querschnittsfläche
der ersten Öffnung 4 an
einem oberen Ende der zweiten Schicht 41. Die erste Öff nung 4 wird
auch in die weitere Schicht 3 durch ein Trockenätzverfahren
eingeführt.
Sodann wird eine Ätzmaske
entfernt, die zur Positionierung der ersten Öffnung 4 verwendet
wird. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Deckschicht 5 auf
der zweiten Unterschicht 41 aufgebracht, wobei die erste Öffnung 4 mit
der Deckschicht 5 bedeckt ist. Darüber hinaus wird die Deckschicht 5 bis
zu einer vorgegebenen Tiefe D in die erste Öffnung der zweiten Unterschicht 41 eingebracht,
wie in 5 dargestellt.
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Die
zweite Schicht 6 wird aufgebracht, wobei die zweite Schicht 6 eine
dritte Unterschicht und eine vierte Unterschicht 43 aufweist.
Die dritte und die vierte Unterschicht 42, 43 unterscheiden
sich durch eine Nassätzrate,
wobei die dritte Unterschicht 42, die sich auf der Deckschicht 5 befindet,
eine größere Nassätzrate aufweist
als die vierte Unterschicht 43, die auf der dritten Unterschicht 42 aufgebracht
ist. Die Nassätzraten
können
aufgrund einer unterschiedlichen Dotierstoffkonzentration, beispielsweise Bor
oder Phosphor, variieren. Darüber
hinaus kann die Nassätzrate
aufgrund einer unterschiedlichen Stickstoff-, Kohlenstoff- oder
Wasserstoffkonzentration in der dritten und der vierten Unterschicht 42, 43 variieren.
In einer Ausführungsform
können
die dritte und die vierte Unterschicht 42, 43 aus
Siliziumoxid bestehen.
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In
bestimmten Ausführungsformen
wird die zweite Öffnung 8 durch
ein Trockenätzverfahren
in die dritte und die vierte Unterschicht 42, 43 eingebracht.
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Die
Deckschicht 5 wird durch ein Ätzverfahren am Boden der zweiten Öffnung 8 über die
zweite Öffnung 8 geöffnet. Dies
führt zu
einer wie in 12 dargestellten Ausführungsform.
Die Anordnung von 12 zeigt eine weitere Öffnung 16 mit
einer verbundenen ersten und zweiten Öffnung 4, 8.
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Die
Querschnittsfläche
der zweiten Öffnung 8 ist
in der vierten Unterschicht 43 größer als in der dritten Unterschicht 42,
wie als gestrichelte Linie in 12 dargestellt
ist. Um die Unterschiede zu verringern, wird ein Nassätzverfahren
durchgeführt.
Aufgrund der unterschiedlichen Nassätzraten wird die zweite Öffnung 8 in
einem oberen Bereich der dritten Unterschicht 32 mehr aufgeweitet,
als dies in einem Bereich der vierten Unterschicht 43 durch
einen nachfolgenden Nassätzvorgang
der Fall ist. Daher ist die Querschnittsfläche der zweiten Öffnung zumindest
teilweise ausgeglichen.
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In
einer Ausführungsform
werden die erste und/oder die zweite Öffnung 4, 8 durch
ein Nassätzverfahren
nach dem Ausbilden der ersten Öffnung 4 und/oder
der ersten und der zweiten Öffnung 4, 8, wie
oben dargestellt, ausgewölbt.
Die Auswölbevorgänge dienen
zum Auswölben
von einer oder von beiden unteren Unterschichten 40, 42,
so dass sie ebenso breit oder breiter als die entsprechenden oberen
Unterschichten 41, 43 sind.
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Die
dritte Öffnung 16 kann,
wie in 12 dargestellt, zum Ausbilden
eines Kondensators 20 dienen, wie in 10 gezeigt
ist.
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Je
nach verwendeter Ausführungsform
kann die erste Schicht 2 mehr als zwei Unterschichten aufweisen,
die sich durch eine Nassätzrate
unterscheiden, wobei die untere der Unterschichten eine größere Nassätzrate als
die obere der Unterschichten aufweist. Daher ist es möglich, das
Auswölben
der oberen Unterschicht zu verringern, indem in einem ersten Schritt
die erste und/oder die zweite Öffnung 4, 8 in
der ersten und/oder der zweiten Unterschicht 2, 6 durch
ein Trockenätzverfahren
ausgebildet wird. In einem nachfolgenden Nassätzverfahren werden die erste
und/oder die zweite Vertiefung in der unteren Unterschicht mehr
erweitert als in der oberen Unterschicht. Daher besteht die Möglichkeit
einer Verringerung der Kegelform der ersten und/oder der zweiten
Vertiefung 4, 8, die durch das Trockenätzen verursacht
wird, nachdem ein oberer Bereich der ersten und der zweiten Vertiefung
eine größere Querschnittsfläche als
ein unterer Bereich der ersten und der zweiten Vertiefung aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform
kann die Querschnittsfläche
der ersten und/oder der zweiten Vertiefung durch das Nassätzverfahren
um mehr als 5 nm in der unteren Unterschicht im Vergleich zur oberen
Unterschicht erweitert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann
die Querschnittsfläche
der ersten und/oder der zweiten Vertiefung um mehr als 10 nm oder
um mehr als 15 nm in der Unterschicht im Vergleich zur oberen Unterschicht
der ersten und/oder der zweiten Schicht 2, 6 erweitert
werden.
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Zum Ätzen der
ersten Öffnung 4 und
der ersten Schicht 2 und/oder der zweiten Öffnung 8 und
der zweite Schicht 6 wird ein erstes Trockenätzverfahren verwendet,
das bei einer Temperatur zwischen 10°C und 60°C und einem Druck zwischen 1,33
und 6,66 Pa (10 und 50 mTorr) durchgeführt werden kann, wobei für eine Hochfrequenz-Spannungsquelle
zwischen 1500 und 3000 Watt Leistung und für eine Niederfrequenz-Spannungsquelle
zwischen 1500 und 4000 Watt Leistung eingesetzt werden, mit einer Gasmischung
aus Sauerstoff, Fluor-Kohlenstoff und Argon (O2/Cx/Fy/Hz/Ar).
Dieser erste Ätzvorgang
hält an
der Deckschicht (5) an, wenn beispielsweise die Deckschicht 5 aus
Siliziumnitrid besteht. Zum Öffnen der
Deckschicht 5 am Boden der zweiten Öffnung 8, kann ein
zweites Trockenätzverfahren
verwendet werden. Beispielsweise wird das zweite Trockenätzverfahren
bei einer Temperatur von 10°C
bis 60°C und
einem Druck zwischen 1,33 und 5,33 Pa (10 und 40 mTorr), einer ersten
Leistung von 800 bis 2000 W und einer zweiten Leistung von 100 bis
800 W mit einer Gasmischung aus Sauerstoff und Kohlenwasserstoff
und Fluor (O2/CHx/Fy) durchgeführt, wobei die erste Leistung
die Leistung für
die Niederfrequenz-Spannungsquelle und die zweite Leistung die Leistung
für die
Hochfrequenz-Spannungsquelle der Plasmaätzvorrichtung ist.
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Das
Trockenätzverfahren
kann mit einer Plasmaätzvorrichtung
mit Zweifachfrequenz und Kapazitätskopplung
durchgeführt
werden.
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Das
Trockenätzen
zum Ausbilden der ersten und/oder der zweiten Öffnung 4, 8 in
einer ersten und/oder zweiten Schicht 2, 6 aus
Siliziumoxid kann mithilfe der folgenden Verfahren durchgeführt werden:
- Verfahren 1: erster Oxidätzschritt:
Ox1: Zeit:
1:00 min/Druck: 6 Pa (45 mTorr)/Hochfrequenzleistung: 2700 Whf/Niederfrequenzleistung:
3600 Wlf/Gasfluss: 46 sccm O2/40 sccm C4F6/1200 sccm Ar/24 sccm
C3F8/12 sccm CH2F2;/mittleres Flussverhältnis (CFR) 60/Helium Gegendruck
(HeBS) 45/20;
- Verfahren 2: zweiter Oxidätzschritt:
Ox2:
Zeit: 2:00 min/Druck: 6 Pa (45 mTorr),/Hochfrequenzleistung: 2700
W/Niederfrequenzleistung: 3600 W/;Gasfluss: 50 sccm O2/44 sccm C4F6/1200
sccm Ar/22 sccm C3F8/10 sccm CH2F2/;CFR 60/HeBS 45/20
- Verfahren 3: dritter Oxidätzschritt:
Ox3:
Zeit: 2:30 min/Druck: 4 Pa (30 mTorr)/Hochfrequenzleistung: 2700
W/Niederfrequenzleistung: 3600 W; Gasfluss: 53 sccm O2/46 sccm C4F6/1000
sccm Ar/20 sccm C3F8; mittleres Flussverhältnis (CFR) 60/Helium Gegendruck HeBS
45/20;
-
Jeder Ätzschritt
wird zum Ausbilden der ersten und/oder der zweiten Öffnung 4, 8 im
Oxid der ersten und/oder zweiten Schicht 2, 6 bis
zu einer Tiefe von 600–1000
nm verwendet.
-
Ein
Sauerstoff-Flash-Verfahrensschritt kann mit den folgenden Parametern
durchgeführt
werden:
O2FL: Zeit: 0:15 min/Druck: 6 Pa (45 mTorr)/ Hochfrequenzleistung:
1500 Whf/Niederfrequenzleistung: 500 Wlf; Gasfluss: 80 sccm O2/500
sccm Ar/mittleres Flussverhältnis
(CFR) 60/Helium Gegendruck HeBS 45/20 (Entfernung von Polymer während des
Prozesses);
-
Die
Deckschicht 5 aus Siliziumnitrid kann von der Bodenfläche der
zweiten Öffnung 8 mit
dem folgenden Verfahren entfernt werden:
Zeit: 2:00 min/Druck:
2,66 Pa (20 mTorr)/ Hochfrequenzleistung: 1500 W/Niederfrequenzleistung:
500 Wlf/Gasfluss: 20 sccm O2/30 sccm CH3F/200 sccm CO/mittleres
Flussverhältnis
(CFR) 70/HeBS 45/20.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
werden die erste und/oder die zweite Öffnung 4, 8 in
einer ersten und/oder einer zweiten Schicht aus Siliziumoxid mithilfe
der folgenden Parameter ausgeführt:
Temperatur:
10°C–60°C; Zeit:
3–10min/Druck: 1,33–6,66 Pa
(10–50
mTorr)/Hochfrequenzleistung: 1500–3000 Whf/Niederfrequenzleistung: 1500–4000Wlf/Gasfluss:
10–70
sccm O2/10–70 sccm
C4F6/600–1500
sccm Ar/0–35
sccm C3F8/0–35sccm
CH2F2.
-
In
einem weiteren Sauerstoff-Flash-Verfahrensschritt:
O2FL: Zeit:
0:10–0:30
min/Druck: 6 Pa (45 mTorr)/Hochfrequenzleistung: 500–1500Whf/Niederfrequenzleistung:
0–500Wlf/Gasfluss:
20–400
sccm O2/0–800
sccm Ar (Entfernung von Polymer während des Prozesses).
-
In
einer weiteren Ausführungsform
kann die aus Siliziumnitrid bestehende Deckschicht 5 unter Verwendung
der nachfolgenden Parameter geätzt werden:
Temperatur:
10–60°C; time:
1–3 min/Druck: 1,33–5,33 Pa
(0–40
mTorr)/Hochfrequenzleistung: 800–2000 W/Niederfrequenzleistung:
100–800 W/;Gasfluss:
10–60
sccm O2/10–60
sccm CH3F/0–400
sccm CO.