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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Herstellung
integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere das Herstellen
von Kondensatoren in dem Metallisierungssystem, etwa Kondensatoren
für dynamische
Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), Entkopplungskondensatoren und
dergleichen.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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In
modernen integrierten Schaltungen sind eine große Anzahl einzelner Schaltungselemente, etwa
Feldeffekttransistoren in Form von CMOS, NMOS, PMOS-Elementen, Widerständen, Kondensatoren
und dergleichen auf einer einzelnen Chipfläche ausgebildet. Typischerweise
wird die Strukturgröße dieser
Schaltungselemente mit dem Übergang zu
einer neuen Schaltungsgeneration verringert, um damit aktuell verfügbare integrierte
Schaltungen mit einem verbesserten Leistungsverhalten im Hinblick auf
die Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme bereitzustellen.
Eine Verringerung der Größe von Transistoren
ist ein wichtiger Aspekt beim ständigen Verbessern
des Bauteilleistungsverhaltens, komplexer integrierter Schaltungen,
etwa von CPU's.
Die Verringerung der Größe ist typischerweise
mit einer erhöhten
Schaltgeschwindigkeit verknüpft,
wodurch das Signalverarbeitungsverhalten verbessert wird, wobei
jedoch auch die dynamische Leistungsaufnahme der einzelnen Transistoren
ansteigt. D. h., auf Grund der geringeren Schaltzeitdauer sind die Übergangsströme beim
Schalten eines CMOS-Transistorelements von einem logisch tiefen
Pegel in einen logisch hohen Pegel deutlich erhöht.
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Zusätzlich zu
der großen
Anzahl an Transistorelementen werden typischerweise eine Vielzahl passiver
Schaltungselemente, etwa Kondensatoren, in integrierten Schaltungen
hergestellt, die für
eine Reihe von Zwecken eingesetzt werden, etwa für das Entkoppeln. Das Entkoppeln
in integrierten Schaltungen ist ein wichtiger Aspekt, um das durch
das Schalten verursachte Rauschen der schnell schaltenden Transistoren
zu reduzieren, da der Entkopplungskondensator ausreichend Energie
an einem speziellen Punkt der Schaltung speichern kann, beispielsweise in
der Nähe
eines schnell schaltenden Transistors, so dass Span nungsänderungen
verringert werden, die ansonsten den durch den Transistor repräsentierten Logikzustand
unerwünscht
beeinflussen könnten.
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Auf
Grund der reduzierten Abmessungen von Schaltungselementen wird nicht
nur das Leistungsverhalten der einzelnen Transistorelemente verbessert,
sondern es wird auch die Packungsdichte erhöht, wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, immer mehr Funktionen in eine gegebene Chipfläche einzubauen.
Zu diesem Zweck wurden sehr komplexe Schaltungen entwickelt, die
unterschiedliche Schaltungsarten, etwa Analogschaltungen, digitale Schaltungen
und dergleichen enthalten, wodurch vollständige Systeme auf einem einzelnen
Chip (SoC) bereitgestellt werden. Ferner wird in modernen Mikrosteuerungen
eine erhöhte
Kapazität
an Speicherleistung chipintern zusammen mit dem CPU-Kern bereitgestellt,
wodurch das Gesamtleistungsverhalten moderner Computerbauelemente deutlich
verbessert wird. Beispielsweise werden in typischen Mikro-Kontrollerschaltungen
mögliche
Speichereinrichtungen eingebaut, um damit einen akzeptablen Kompromiss
zwischen Chipflächenverbrauch und
Informationsspeicherdichte gegenüber
der Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen. Beispielsweise werden schnelle
Speicher oder Zwischenspeicher, die als Cache-Speicher bezeichnet werden, in der Nähe des CPU-Kerns
vorgesehen, wobei entsprechende Cache-Speicher so gestaltet sind,
dass diese reduzierte Zugriffszeiten im Vergleich zu externen Speichereinrichtungen
ermöglichen.
Da eine geringe Zugriffszeit bei einem Cache-Speicher typischerweise
mit einer geringeren Speicherdichte verknüpft ist, werden die Cache-Speicher
gemäß einer
spezifizierten Speicherhierarchie angeordnet, wobei ein Cache-Speicher
der Ebene 1 den Speicher repräsentiert,
der gemäß der schnellsten
verfügbaren
Speichertechnologie aufgebaut ist. Beispielsweise können statische
RAM-Speicher auf der Grundlage von Register hergestellt werden,
wodurch eine Zugriffszeit ermöglicht
wird, die durch die Schaltgeschwindigkeit der entsprechenden Transistoren
in den Register bestimmt ist. Typischerweise sind mehrere Transistoren
erforderlich, um eine entsprechende statische RAM-Zelle aufzubauen.
In aktuellen Anwendungen werden bis zu 6 Transistoren typischerweise
für eine
einzelne RAM-Speicherzelle eingesetzt, wodurch die Informationsspeicherdichte
im Vergleich zu beispielsweise dynamischen RAM-Speicher, die einen
Speicherkondenstor in Verbindung mit einem einzelnen Durchgangstransistor
aufweisen, deutlich reduziert ist. Somit kann eine höhere Informationsspeicherdichte
mit DRAM's erreicht
werden, wobei sich jedoch eine erhöhte Zugriffszeit im Vergleich
zu statischen RAM's
ergibt, wodurch dynamische RAM's
attraktiv sind für
weniger zeitkritische Anwendungen in komplexen Halbleiterbauelementen.
Beispielsweise werden typischerweise Cache-Speicher der Ebene 3
in Form dynamischer RAM-Speicher eingerichtet, um damit die Informationsdichte
innerhalb der CPU zu erhöhen,
wobei das Gesamtleistungsverhalten lediglich moderat beeinträchtigt wird.
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Häufig werden
die Speicherkondensatoren in der Transistorebene unter Anwendung
vertikaler oder planarer Strukturen hergestellt. Während die planare
Architektur einen wesentlichen Anteil an Siliziumfläche zum
erreichen der erforderlichen Kapazitätswerte erfordert, ist bei
dem vertikalen Aufbau ein komplexes Strukturierungsschema zur Herstellung der
Gräben
der Kondensatoren erforderlich. Folglich müssen die jeweiligen Gräben zum
Aufnehmen eines geeigneten Kondensatordielektrikums und Kondensatorelektrodenmaterials
sich tief in das Halbleitermaterial erstrecken, um damit die gewünschte hohe Kapazität zu erreichen.
Beispielsweise für
moderne Halbleiterbauelemente mit einem eingebetteten DRAM-Bereich ist eine
Tiefe von bis 8 Mikrometer erforderlich, um die benötigte Kapazität zu erreichen. Der Ätzprozess
zur Herstellung der tiefen Gräben
repräsentiert
daher einen äußerst kritischen
Prozessschritt während
der Herstellung eingebetteter DRAM-Bereiche, da die genaue Tiefe,
die Seitenwandneigungswinkel und dergleichen das schließlich erreichte
Leistungsverhalten der jeweiligen Kondensatoren deutlich beeinflussen.
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Folglich
wurden moderne Ätzprozesse
auf der Grundlage geeigneter Plasmaumgebungen für siliziumbasierte Transistoren
mit einer Vollsubstratkonfiguration entwickelt, wobei das aktive
Gebiet des Transistors elektrisch mit dem Substratmaterial verbunden
ist. Während
eines entsprechenden anisotropen Ätzprozesses wird eine geeignete
Plasmaatmosphäre
erzeugt, in der reaktive Ionen erzeugt und in Richtung auf die zu ätzende Oberfläche beschleunigt werden,
um damit eine hohe Richtungsstabilität zu erhalten, um somit eine
moderat hohe physikalische Komponente zu schaffen, im Wesentlichen
senkrecht zur interessierenden Oberfläche gerichtet ist. Ferner werden
entsprechende Polymermaterialien der Ätzumgebung des jeweiligen anisotropen Ätzprozesses hinzugefügt, um in
geeigneter Wiese eine laterale Ätzkomponente
zu reduzieren, ohne dass im Wesentlichen das vertikale Voranschreiten
der entsprechenden Ätzfront
beeinflusst wird. Auf Grund der sehr komplexen Bedingungen innerhalb
der Plasmaätzumgebung,
die sich sogar mit dem Höhenpegel
innerhalb der Öffnung ändern können, sind
sehr stabile Prozessbedingungen erforderlich, um ein gleichmäßiges Prozessergebnis
zu erreichten. Da insbesondere ein hohes Maß an Richtungstreue innerhalb
der Ätzöffnung während des
voranschreitenden Ätzprozesses
beibehalten werden muss, ist die Vorspannung, die zwischen der Plasmaumgebung
und dem Substrat angelegt wird, ein kritischer Prozessparameter,
der die Ätzrate
und auch das Ausmaß der Richtungstreue
beeinflusst, insbesondere wenn tiefe Gräben bis zu 8 μm zu ätzen sind.
Typischerweise wird die entsprechende Vorspannung auf der Grundlage
einer Gleichspannungsquelle oder auf der Grundlage von RF-(Hochfrequenz)Vorspannungsgeneratoren
erzeugt, die mit hoher Genauigkeit gesteuert werden. Jedoch ist
die tatsächliche
wirkende Vorspannung an dem Substrat im Wesentlichen durch die lokalen
Bedingungen des zu ätzenden
Substrats bestimmt, wobei insbesondere leitende Bereiche mit ausgedehnter
Größe deutlich
den Effekt der externen Vorspannungsquellen verringern können, wenn
die jeweiligen Bereiche nicht auf ein definiertes Potential festgelegt
sind. Dies kann in einer Vollsubstratkonfiguration durch Verbinden
des Substrats mit der externen Vorspannungsquelle erreicht werden,
wodurch auch das gleiche Potential in den jeweiligen Gebieten des
Substratmaterials erzeugt wird, in denen der tiefe Graben zu bilden
ist.
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In
SOI-Architekturen, die häufig
in modernen Halbleiterbauelementen verwendet werden, ist die aktive
Halbleiterschicht elektrisch von dem Substratbereich isoliert, wodurch
sich deutlich unterschiedliche Ätzbedingungen
ergeben, die zu noch komplexeren Prozessbedingungen Anlass geben.
Somit kann ein hoher Kapazitätswert
in der Transistorebene eine große
Fläche
erfordern und/oder sehr komplexe Fertigungstechniken notwendig machen.
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Aus
diesen Gründen
werden in einigen Vorgehensweise Kondensatoren in der Metallisierungsebene
der Halbleiterbauelemente gebildet, wodurch die komplexe Prozesssequenz
in der Transistorebene, wie sie zuvor beschrieben ist, vermieden
werden kann. In modernen Halbleiterbauelementen, die auf der Grundlage
gut leitender Metalle aufgebaut werden, etwa durch Kupfer, möglicherweise
in Verbindung mit dielektrischen Materialien mit kleinem ε, können die
zusätzlichen
Prozesse und Materialien, die für
den Kondensator verwendet werden, auch andere Komponenten in der
Metallisierungsebene beeinflussen, wodurch möglicherweise das Leistungsverhalten
des Metallisierungssystems beeinträchtigt wird.
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Im
Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation betrifft der hierin
offenbarte Gegenstand Bauelemente und Techniken, um eines oder mehrere
der oben erkannten Probleme zu vermeiden oder deren Auswirkungen
zumindest zu reduzieren.
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Überblick über die
Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Techniken
und Halbleiterbauelemente, in denen Kondensatoren, etwa Entkopplungskondensatoren,
Speicherelemente für
dynamische RAM-Bereiche und dergleichen, in Metallisierungssystemen des
Halbleiterbauelements vorgesehen werden, ohne dass andere Komponenten
der Metallisierungsstruktur unerwünscht beeinflusst werden. Zu
diesem Zweck werden in einigen anschaulichen Aspekten gut etablierte
Strukturierungsschemata für
anspruchsvolle Metallisierungssysteme eingesetzt, beispielsweise
Einlegetechniken, wobei eine Kondensatorelektrode zusammen mit anderen
Metallgebieten, etwa Metallleitungen, in einer Metallisierungsschicht strukturiert
wird, während
eine zweite Kondensatorelektrode entsprechend den Einlegetechniken
mit einem hohen Maß an
Kompatibilität
mit konventionellen Fertigungsprozessen zur Herstellung der Metallisierungsstrukturen
geschaffen wird. Zu diesem Zweck wird ein geeignet gestalteter Ätzstoppschichtstapel
verwendet, um die Herstellung von Kontaktlochöffnungen zu ermöglichen,
die sich in eine tiefere Metallisierungsebene erstrecken, und auch
die Herstellung von Kondensatoröffnungen
ermöglichen,
die von der jeweiligen Kondensatorelektrode in der tieferliegenden
Metallisierungsebene durch ein geeignetes dielektrisches Material
getrennt sind, das als Kondensatordielektrikum dient. In anderen
anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird das dielektrische
Kondensatormaterial während
einer geeigneten Fertigungsphase gebildet, wenn Kontaktlochöffnungen
und Gräben
für Metallleitungen
gebildet werden, wobei auch in diesem Falle das Kondensatordielektrikum
als ein Ätzstoppmaterial
während
der weiteren Bearbeitung für
die Herstellung der Kontaktlochöffnung
zur Verbindung mit dem darunter liegenden Metallgebiet dienen kann.
Folglich kann die Metallisierungsebene effektiv für das Aufnehmen
von Kondensatoren verwendet werden, wobei die Kapazität effizient
durch geeignetes Auswählen
der lateralen Abmessungen der entsprechenden Metallgebiete in Verbindung
mit dem Vorsehen eines geeigneten dielektrischen Materials eingestellt
werden kann, wobei das dielektrische Material einen deutlich höheren Dielektrizitätswert im
Vergleich zu anderen dielektrischen Materialien aufweisen kann,
wie sie typischerweise in modernen Metallisierungsstrukturen verwendet
werden. Folglich kann der Flächenverbrauch, der
durch das Vorsehen einer Vielzahl von Kondensatoren, beispielsweise
zum Bereitstellen von Speicherelementen für ausgedehnte DRAM-Bereiche hervorgerufen
wird, reduziert werden, indem die Kondensatoren innerhalb der Metallisierungsstruktur üblicherweise
von mehreren Metallisierungsebenen hinweg verteilt werden, ohne
dass unerwünscht
zur Gesamtprozesskomplexität
beigetragen wird und ferner auch negative Auswirkungen auf andere
Metallisierungsstrukturelemente deutlich verringert werden.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden eines Ätzstoppschichtstapels über der
ersten Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements, wobei
der Ätzstoppschichtstapel eine
erste Ätzstoppschicht
und eine zweite Ätzstoppschicht
aufweist und wobei die erste Metallisierungsschicht ein erstes Metallgebiet
und ein zweites Metallgebiet aufweist. Das Verfahren umfasst ferner
Bilden eines dielektrischen Zwischenschichtmaterials über dem Ätzstoppschichtstapel
und Bilden einer ersten Öffnung
in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial über dem ersten Metallgebiet,
wobei sich die erste Öffnung
durch die erste und die zweite Ätzstoppschicht
erstreckt. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer zweiten Öffnung in
dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial über dem zweiten Metallgebiet,
wobei sich die zweite Öffnung
zu der ersten Ätzstoppschicht
erstreckt. Ferner umfasst das Verfahren das Füllen der ersten und der zweiten Öffnung mit
einem metallenthaltenden Material in einem gemeinsamen Füllprozess.
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Ein
weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die
Herstellung einer kapazitiven Struktur in eine Metallisierungsstruktur
eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Bilden einer
Kontaktlochöffnung
und einer Kondensatoröffnung
in einer dielektrischen Schicht durch Ausführen eines ersten Ätzprozesses.
Des weiteren umfasst das Verfahren das Steuern mindestens eines
Prozessparameters des ersten Ätzprozesses, um
den Materialabtrag in der Kontaktlochöffnung auf der Grundlage einer Ätzstoppschicht
zu stoppen, während
die Ätzstoppschicht
in der Kondensatoröffnung
im Wesentlichen vollständig
entfernt wird, um eine Kondensatorelektrode freizulegen. Des weiteren umfasst
das Verfahren das Bilden eines dielektrischen Materials auf einer
freigelegten Oberfläche
der Kondensatorelektrode und das Entfernen der Ätzstoppschicht in der Kontaktlochöffnung,
um ein Metallgebiet freizulegen. Des weiteren umfasst das Verfahren
das Füllen
der Kontaktlochöffnung
und der Kondensatoröffnung
mit einem metallenthaltendem Material in einer gemeinsamen Prozesssequenz.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst eine
erste Metallisierungsschicht mit einem ersten dielektrischen Zwischenschichtmaterial
und einem ersten Metallgebiet, das in dem ersten dielektrischen
Zwischenschichtmaterial eingebettet ist, wobei das erste Metallgebiet
eine erste Kondensatorelektrode repräsentiert. Das Halbleiterbauelement
umfasst ferner eine zweite Metallisierungsschicht, die über der
ersten Metallisierungsschicht gebildet ist und ein zweites dielektrisches Zwischenschichtmaterial
auf weist, das über
dem ersten dielektrischen Material ausgebildet ist, wobei die zweite
Metallisierungsschicht ein zweites Metallgebiet besitzt, das über dem
ersten Metallgebiet ausgebildet ist und eine zweite Kondensatorelektrode
repräsentiert.
Ferner ist ein erstes dielektrisches Material vorgesehen und repräsentiert
ein Kondensatordielektrikum, das das erste und das zweite Metallgebiet trennt.
Ferner umfasst das Halbleiterbauelement ein zweites dielektrisches
Material, das zwischen dem ersten und dem zweiten dielektrischen
Zwischenschichtmaterial angeordnet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung 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 1f schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit einem Metallisierungssystem
während
diverser Fertigungsphasen zeigen, wenn ein Kondensator in der Metallisierungsstruktur
auf der Grundlage zweier unterschiedlicher Ätzstoppschichten gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
gebildet wird;
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2a bis 2c schematisch
Querschnittsansichten während
diverser Fertigungsphasen zeigen, wobei ein Kondensator in einer
Metallisierungsstruktur unter Anwendung eines Ätzstoppschichtstapels hergestellt
wird, der über
einer ersten Metallisierungsschicht gebildet ist und einen unterschiedlichen Aufbau
in unterschiedlichen Bauteilbereichen besitzt, um damit eine Auswirkung
dielektrischer Materialien mit großem ε zu verringern, die als Kondensatordielektrikum
gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
eingesetzt werden;
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2d schematisch
ein Halbleiterbauelement gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zeigt, wobei ein Ätzstoppschichtstapel
mit mehreren unterschiedlichen Materialien gemäß noch weiterer anschaulicher
Ausführungsformen
vorgesehen ist; und
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3a bis 3c schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen bei der Herstellung einer Kontaktlochöffnung und
einer Konden satoröffnung
in einer gemeinsamen Prozesssequenz gemäß noch weiterer anschaulicher
Ausführungsformen
zeigen.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Offenbarung 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 Offenbarung auf die speziellen anschaulichen
offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Offenbarung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen betreffen die hierin offenbarten Verfahren und Halbleiterbauelemente
eine Prozesstechnik, in der Kondensatoren, etwa Entkopplungskondensatoren,
Speicherelemente für Speicherbereiche
in modernen Halbleiterbauelementen und dergleichen in der Metallisierungsebene
des Halbleiterbauelements hergestellt werden, während ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen Fertigungstechniken
bereitgestellt wird und ein Einfluss der Materialien und der Prozessschritte,
die zum Erzeugen der Kondensatorelektrode erforderlich sind, im
Hinblick auf andere Komponenten auf einen geringen Niveau gehalten
wird. Zu diesem Zweck wird in einigen anschaulichen hierin offenbarten
Ausführungsformen
ein geeignet gestalteter Schichtstapel zwischen den dielektrischen
Materialien benachbarter Metallisierungsschichten gebildet, wodurch
die Strukturierung von Kontaktlochöffnungen, die eine Verbindung
zu einem tieferliegenden Metallgebiet herstellen, ermöglicht wird,
während
gleichzeitig ein gewünschtes
dielektrisches Material zwischen einem Metallgebiet der tieferliegenden
Metallisierungsschicht und einem Metallgebiet der benachbarten Metallisierungsschicht
bereitgestellt wird, wodurch ein dielektrisches Material für den Kondensator
vorgesehen wird. Auf Grund des Bereitstellens des Ätzstoppschichtstapels
können
gut etablierte Prozesstechniken, d. h. das Strukturieren von dielektrischen Zwischenschichtmaterialien,
etwa dielektrischen Materialien mit kleinem ε und dergleichen, eingesetzt werden,
ohne dass die Eigenschaften und das Leistungsverhalten anderer Metallstrukturelemente
unerwünscht
beeinflusst wird. D. h., es wird ein geeignetes Kondensatordielektrikum
innerhalb des Ätzstoppschichtstapels
mit einer gut definierten Dicke und Materialzusammenset zung vorgesehen,
um damit den gewünschten
Kapazitätswert
zu erreichen, während die
Gesamtpermittivität
in der Nähe „regulärer" Metallleitungen
nicht wesentlich beeinträchtigt
ist, wobei auch ein hohes Maß an
Gleichmäßigkeit
erreicht wird.
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In
noch anderen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen
wird der Einfluss des dielektrischen Kondensatormaterials mit hoher
Permittivität
auf spezielle Bauteilbereiche, etwa RAM-Bereiche beschränkt oder
auf die unmittelbare Nachbarschaft der entsprechenden Kondensatorelektroden beschränkt, indem
die Ätzstoppmaterialien
vor dem Abscheiden des dielektrischen Zwischenschichtmaterials der
nachfolgenden Metallisierungsschicht geeignet strukturiert werden.
Somit kann das eigentliche Strukturieren der Kontaktlochöffnungen,
der Gräben
und der Kondensatoröffnungen
auf Grundlage einer Prozesssequenz erfolgen, die ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen
Fertigungsprozessen für
Metallleitungen und Kontaktdurchführungen aufweist, wodurch eine
geringere Prozesskomplexität
geschaffen wird, wobei gleichzeitig die Gesamtpermittivität für Metallleitungen
und Kontaktdurchführungen
auf einem kleinen Wert bleibt. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen werden Ätzstoppschichtstapel
mit einer Vielzahl unterschiedlicher Materialschichten verwendet,
um die gesamte Prozesssequenz zum Strukturieren von Schichten und
Gräben
einerseits und das geeignete Dimensionieren der Kondensatoröffnungen
andererseits zu verbessern, wobei auch für ein größeres Maß an Flexibilität bei der
Auswahl dielektrischer Materialien mit großem ε geschaffen wird, da die erforderliche Ätzselektivität auf der
Grundlage anderer Materialschichten in dem Ätzstoppschichtstapel erreicht
werden kann.
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In
noch anderen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird das
Kondensatordielektrikum gebildet, nachdem das untere Elektrodenmaterial freigelegt
ist, was in einigen anschaulichen Ausführungsformen auf der Grundlage
eines gemeinsamen Strukturierungsprozesses zur Herstellung von Kontaktlochöffnungen
in anderen Bauteilbereichen erreicht werden kann, und danach wird
die Strukturierung der Kontaktdurchführungen fortgesetzt, während das
Kondensatordielektrikum als ein effizientes Ätzstoppmaterial dient. Folglich
kann in diesem Falle das Kondensatordielektrikum in lokaler Weise
vorgesehen werden, wodurch negative Einflüsse auf andere Bauteilkomponenten
deutlich verringert werden, während
gleichzeitig eine sehr effiziente Strukturierungssequenz erreicht
wird.
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Folglich
können
die Kondensatoren in die Metallisierungsstruktur in sehr effizienter
Weise eingebaut werden, wobei der „Verbrauch" von wertvoller Chipfläche im Vergleich
zu planaren Kondensatorstrukturen, die in der Bauteilebene vorgesehen
sind, reduziert wird, da die Metallgebiete, die die Kondensatoreleketroden
repräsentieren,
lateral gemäß dem verfügbaren Platz
in den jeweiligen Metallisierungsstrukturen gebildet werden können, wodurch
daher weniger restriktive Rahmenbedingungen im Vergleich zur Positionierung
planarer Kondensatoren in der Bauteilebene geschaffen werden, wobei
auch in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Kondensatoren über mehrere
gestapelte Metallisierungsebenen hinweg verteilt werden, wodurch
eine „dreidimensionale" Anordnung geschaffen
wird, die auch zu einer erhöhten
Speicherdichte oder Informationsdichte entsprechender dynamischer
RAM-Bereiche beiträgt.
Da die hierin offenbarte Fertigungstechnik sehr komptatibel mit
Prozessschemata ist, um konventionelle Metallisierungsstrukturen
moderner Halbleiterbauelemente zu bilden, kann eine verbesserte Funktionsfähigkeit
und/oder besseres Leistungsverhalten erreicht werden, ohne dass
wesentliche Modifizierungen des Gesamtfertigungsablaufs erforderlich sind.
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Mit
Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche
Ausführungsformen
detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100,
der ein beliebiges modernes Halbleiterbauelement repräsentiert,
das mehrere Schaltungselemente enthält, wovon ein Teil in Form
von Kondensatoren vorgesehen ist, die innerhalb einer Metallisierungsstruktur
des Bauelements 100 gebildet werden, wie dies nachfolgend
detaillierter erläutert
ist. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst ein Substrat 101,
das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial
repräsentieren
kann, um darauf eine Bauteilebene 102 zur Bildung von Halbleiterschaltungselementen
bereitzustellen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und
dergleichen, wie sie für
die Schaltungsanordnung des Bauelements 100 erforderlich
sind. Der Einfachheit halber sind derartige Schaltungselemente durch
das Bezugszeichen 103 bezeichnet, wobei die Elemente in
und über
einer geeignet ausgebildeten Halbleiterschicht 102a ausgebildet
sind, die in Verbindung mit einer dielektrischen Schicht 102,
in der zumindest Teile der Schaltungselemente 103 eingebettet
sind, die Bauteilebene 102 definiert. Es sollte beachtet werden,
dass die Bauteilebene 102 eine Vielzahl von Isolationsstrukturen
(nicht gezeigt), etwa flache Grabenisolationen und dergleichen,
aufweisen kann und dass diese auch zwei oder mehr Halbleiterebenen bein halten
kann, wenn dies für
das Bauelement 100 erforderlich ist. Beispielsweise kann
das Substrat 101 in Verbindung mit der Bauteilebene 102 zumindest
lokal eine SOI-Konfiguration
(Silizium-auf-Isolator) bilden, wobei aktive Gebiete für Transistoren
und dergleichen in einer Halbleiterschicht gebildet sind, etwa einer
siliziumenthaltenden Schicht, die wiederum auf einer vergrabenen
isolierenden Schicht (nicht gezeigt), ausgebildet ist. Ferner können weitere Schaltungselemente
oder Bereiche davon in einem kristallinen Bereich unter einer entsprechenden
vergrabenen isolierenden Schicht gebildet sein, wie dies beispielsweise
zuvor erläutert
ist, als auf vertikale Speicherkondensatoren in SOI-Bauelemente verwiesen
würde.
Es sollte beachtet werden, dass die hierin offenbarten Prinzipien
nicht auf eine spezielle Konfiguration der Bauteilebene 102 beschränkt sind.
Vielmehr soll die Bauteilebene 102 einen Bereich bezeichnen,
in welchem halbleiterbasierte Schaltungselemente vorgesehen sind.
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Ferner
umfasst in der gezeigten Fertigungsphase das Halbleiterbauelement 100 eine
erste Metallisierungsschicht 110, die über der Bauteilebene 102 ausgebildet
ist, wobei zu beachten ist, dass weitere Metallisierungsschichten
(nicht gezeigt) zwischen der Bauteilebene 102 und der ersten
Metallisierungsschicht 110 vorgesehen sein können. In
anderen anschaulichen Ausführungsformen
repräsentiert
die Metallisierungsschicht 110 die erste Metallisierungsebene,
d. h., entsprechende Metallgebiete, die darin enthalten sind, sind
mit den Schaltungselementen 103 mittels einer geeigneten
Kontaktstruktur (nicht gezeigt), verbunden, in dem dielektrischen
Material 102b vorgesehen ist. Die Metallisierungsschicht 110 umfasst
ein dielektrisches Material 111, das auch als dielektrisches
Zwischenschichtmaterial bezeichnet wird und das aus einem beliebigen
geeigneten Material aufgebaut ist, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid,
Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid und dergleichen. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
ist die dielektrische Konstante dieser dielektrischen Materialien
ungeeignet im Hinblick auf die parasitäre Kapazität zwischen benachbarten Metallgebieten
in der Schicht 110, und somit werden sogenannte dielektrische
Materialien mit kleinem ε für die Schicht 111 zumindest
teilweise verwendet, wobei ein dielektrisches Material mit kleinem ε als ein
Material verstanden wird, das eine dielektrische Konstante ε von ungefähr 3,0 oder
weniger aufweist. Andererseits wird ein dielektrisches Material
mit großem ε als ein
dielektrisches Material verstanden, das eine Dielektrizitätskonstante
von ungefähr
10 oder größer aufweist.
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Die
Metallisierungsschicht 110 umfasst ferner ein erstes Metallgebiet 112 und
ein zweites Metallgebiet 113, die ein geeignetes Metall
aufweisen, wobei in modernen Anwendungen gut leitende Materialien,
etwa Kupfer, Kupferlegierungen und dergleichen verwendet werden.
Beispielsweise wird Kupfer häufig
in Verbindung mit geeigneten Barrierenmaterialien (nicht gezeigt),
etwa Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid, und dergleichen verwendet,
wodurch das Kupfermaterial im Hinblick auf die Diffusion in benachbarte
dielektrische Materialien der Schicht 111 eingeschlossen
wird und auch eine Wechselwirkung reaktiver Sorten, die in der Schicht 111 enthalten
sein können,
mit dem Kupfer unterdrückt
wird. In der gezeigten Ausführungsform
repräsentiert
das erste Metallgebiet 112 ein „reguläres" Metallisierungsstrukturelement, d.
h. eine Metallleitung und dergleichen, die verwendet wird, um eine
Verbindung zu mehreren der Schaltungselemente 103 gemäß der Schaltungsanordnung
des Bauelements 100 herzustellen. Andererseits repräsentiert
das Metallgebiet 113 eine Kondensatorelektrode mit geeigneten
lateralen Abmessungen, um damit einen gewünschten Oberflächenbereich
zum Erreichen eines erforderlichen Kapazitätswerts in Verbindung mit einem
Kondensatordielektrikum und einer weiteren Elektrode zu definieren,
wie dies nachfolgend erläutert
ist. Es sollte beachtet werden, dass das Metallgebiet 113 eine
beliebige geeignete laterale Konfiguration aufweisen kann, um damit
einen größeren Oberflächenbereich zu
erreichen, wobei auch den Entwurfsrahmenbedingungen im Hinblick
auf andere Komponenten in der Metallisierungsschicht 110,
etwa dem Metallgebiet 112 oder anderen Kondensatorelektroden
Rechnung getragen wird. In einer anschaulichen Ausführungsform
repräsentiert
das Metallgebiet 113 einen Bauteilbereich 110d,
in welchem eine moderat hohe „Dichte" an Kondensatoren
vorzusehen ist, beispielsweise im Hinblick auf das Bereitstellen
einer hohen Informationsdichte für
dynamische RAM-Bereiche, während
ein weiterer Bauteilbereich 100a einen Bereich repräsentiert,
in welchem eine deutlich geringere Anzahl an Kondensatoren erforderlich
ist, etwa in Logikschaltungsblöcken
und dergleichen. In anderen Fällen
sind die Kondensatorelektroden 113 über die Gesamtmetallisierungsschicht 110 in
einer geeigneten Weise hinweg verteilt, um damit ein Entkopplungswirkungen
zu erzielen, so dass die jeweiligen Elektroden 113 in der
Nähe von
schnell schaltenden Transistoren vorgesehen sind, wie dies zuvor
erläutert
ist. Es sollte beachtet werden, dass die Kondensatorelektroden 113 in
geeigneter Weise mit entsprechenden Schaltungselementen, etwa Durchgangstransistoren
in Speicherzellen, schnell schaltenden Transistoren und dergleichen
mittels einer geeignet gestalteten Kontaktstruktur oder tieferliegenden
Metallisierungsebenen in Abhängigkeit
von der Gesamtbauteilkonfiguration ver bunden sind. Der Einfachheit halber
sind derartige Verbindungen von Schaltungselementen 103 mit
der Kondensatorelektrode 113 nicht gezeigt.
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Das
Halbleiterbauelement 100 umfasst ferner einen Stapel aus
dielektrischen Materialien 120, der in einigen Fallen auch
als ein Ätzstoppschichtstapel
bezeichnet wird, da zwei oder mehr der mehreren einzelnen dielektrischen
Materialien 121, 122 als Ätzstoppmaterialien während der
weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 dienen. In der
gezeigten anschaulichen Ausführungsform
umfasst der Schichtstapel 120 zwei unterschiedliche Materialien
in Form der Schichten 121, 122, die eine unterschiedliche Materialzusammensetzung
aufweisen, um dadurch ein selektives Entfernen zumindest des Materials 122 in
Bezug auf das Material 121 zu ermöglichen. In einer anschaulichen
Ausführungsform
besitzt das erste Material 121 eine Zusammensetzung, um
als ein Kondensatordielektrikumsmaterial zu dienen, wobei vorteilhafterweise
eine moderat hohe dielektrische Konstante oder ein ε-Wert vorgesehen
ist. Andererseits kann das zweite dielektrische Material 122 eine geringere
Permittivität
aufweisen, so dass eine Gesamtpermittivität des Schichtstapels 120 nicht
unerwünscht
das Leistungsverhalten des Metallgebiets 112 in Verbindung
mit anderen Metallstrukturelementen, die noch in einem dielektrischen
Material 121 einer weiteren Metallisierungsschicht 130 zu
bilden sind, beeinflusst. Beispielsweise sind eine Vielzahl von
Materialien mit einem moderat hohen Wert verfügbar, etwa Titanoxid, Tantaloxid,
Perowskit-Oxid in Form von Strontiumtitanat und dergleichen, wobei eine
Vielzahl dielektrischer Materialien mit geeigneten Ätzstoppeigenschaft
und mit einer moderat geringen dielektrischen Konstante verfügbar sind,
etwa Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, stickstoffenthaltendes Siliziumkarbid,
Siliziumdioxid und dergleichen. Somit kann eine Kombination aus
Materialien derart ausgewählt
werden, das das Material 122 in Bezug auf das Material 121 in
einer späteren
Fertigungsphase selektiv entfernt werden kann, wobei auch das Material 122 als
ein effizientes Ätzstoppmaterial
in Bezug auf das dielektrische Zwischenschichtmaterial 131 dienen
kann. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen, wie sie nachfolgend
detailliert erläutert sind,
umfasst der Schichtstapel 120 mehrere unterschiedliche
Materialschichten, um damit die Gesamteigenschaften des Stapels 120 in
Bezug auf die Ätzstoppeigenschaften
und die gewünschte
hohe Permittivität
als ein Kondensatordielektrikum einzustellen. Wenn beispielsweise
die Metallgebiete 112 und 113 einen zuverlässigen Einschluss
erfordern, beispielsweise wenn diese Gebiete einen deutlichen Anteil
an Kupfer aufweisen, können
entsprechende Deckschichten (nicht gezeigt) in einer lokalen Weise an
Oberflächenbereichen
dieser Metallgebiete 112 vorgesehen werden, wodurch ein
höheres
Maß an Flexibilität bei der
Auswahl geeigneter dielektrischer Materialien mit großem ε für die Schicht 121 geschaffen
wird. In anderen Fällen
wird eine dielektrische Deckschicht, beispielsweise in Form von
Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, und dergleichen mit einer geringeren
Dicke von ungefähr
mehreren Nanometern gebildet und anschließend wird die Schicht 121 mit
der gewünschten
hohen dielektrischen Konstante vorgesehen.
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Das
in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann
auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach
der Bildung der Schaltungselemente 103 in der Bauteilebene 102 auf Grundlage
gut etablierter Prozesstechniken wird eine entsprechende Kontaktstruktur
(nicht gezeigt) gebildet, möglicherweise
in Verbindung mit weiteren Metallisierungsschichten, wenn die Schicht 110 nicht
die aller erste Metallisierungsschicht repräsentiert. Danach wird das dielektrische
Zwischenschichtmaterial 111 gebildet, beispielsweise durch
gut etablierte Abscheideverfahren mit einem nachfolgenden Strukturierungsprozess
zum Bilden geeigneter Öffnungen für die Metallgebiete 112 und 113.
Wie zuvor erläutert ist,
wird anders als in konventionellen Schemata ein entsprechender Strukturierungsprozess
auf der Grundlage einer geeigneten Lithographiemaske ausgeführt, die
für die
gewünschte
laterale Form des Metallgebiets 113 in Verbindung mit dem
regulären
Metallgebiet 112 sorgt. Danach wird ein geeignetes metallenthaltendes
Material, etwa Kupfer und dergleichen, in die Öffnungen eingefüllt, wobei
entsprechende Barrieren- und Saatmaterialien bei Bedarf vorgesehen
werden. Beispielsweise wird gemäß gut etablierter
Einlegetechniken für
moderne Halbleiterbauelemente ein geeignetes Barrierenmaterial,
etwa Tantal, Tantalnitrid oder eine Kombination davon und dergleichen
abgeschieden, woran sich ein optionales Abscheiden eines Saatmaterials
anschließt.
Als nächstes
wird Kupfermaterial in die Öffnungen
eingeführt
auf der Grundlage elektrochemischer Abscheideverfahren, woraufhin überschüssiges Material durch
Einebnungsverfahren, etwa Ätzen,
elektrochemisches Ätzen,
CMP (chemisch-mechanisches Polieren), Elektro-CMP und dergleichen
entfernt wird. Wie zuvor erläutert
ist, kann eine leitende Deckschicht auf der Oberseite der Metallgebiete 112, 113 beispielsweise
durch selektive elektrochemische Abscheideverfahren gebildet werden,
während
in anderen Fällen
der Schichtstapel 120 für
den erforderlichen Einschluss des Kupfermaterials in den Gebieten 112, 113 sorgt.
Zu diesem Zweck wird das Material 121 so ausgewählt, dass
ein gewünschtes
Einschließen
und auch die dielektrischen Eigenschaften zu den gewünschten
Verhalten eines noch zu bildenden Kondensators führen. In anderen Fällen, wie
dies nachfolgend detailliert erläutert
ist, wird eine geeignete Deckschicht mit einer reduzierten Dicke
vorgesehen, woran sich das Abscheiden des Materials 121 in
Form eines Materials mit großem ε anschließt. Als nächstes wird
das Material 122 als ein Material abgeschieden, das entsprechende Ätzstoppeigenschaften aufweist,
wie sie für
das Strukturieren der Schicht 121 erforderlich sind. Zu
diesem Zweck können
gut etablierte Materialien, wie sie zuvor genannt sind, verwendet
werden. Danach wird das dielektrische Zwischenschichtmaterial der
Metallisierungsschicht 130 abgeschieden, das ebenfalls
ein dielektrisches Material mit kleinem ε aufweisen kann.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einem weiteren
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Wie gezeigt, ist eine erste Öffnung 132 in
dem Material 131 ausgebildet, während in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
auch ein Graben 134 in einen oberen Bereich des Materials 131 gebildet
ist, so dass eine Verbindung mit der Öffnung 132 besteht,
die auch als Kontaktlochöffnung bezeichnet
wird. Typischerweise besitzt die Öffnung 132 laterale
Abmessungen derart, dass eine Verbindung mit dem Metallgebiet 132 entsteht,
während
der Graben 133 eine laterale Abmessung in der Breitenrichtung,
d. h. in 1b die horizontale Richtung, aufweist,
die größer ist
als die entsprechende Abmessung der Öffnung 132 und auch
eine deutlich größere Abmessung
in einer Längenrichtung
besitzt, d. h. die Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 1b im
Vergleich zur Kontaktlochöffnung 132.
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Die Öffnungen 132, 133 können gemäß gut etablierter
Einlegetechniken hergestellt werden, wobei beispielsweise eine Ätzmaske
durch Photolithographie strukturiert und verwendet wird, um zunächst die Öffnung 132 zu
bilden, wobei das Material 122 als ein Ätzstoppmaterial zum Steuern
des entsprechenden Ätzprozesses
dient. Danach wird eine weitere Ätzmaske
hergestellt und der Graben 133 wird geätzt, beispielsweise auf Grundlage
eines zeitgesteuerten Ätzprozesses.
In anderen Fallen wird der Graben 133 zuerst gebildet und
danach wird die Öffnung 132 auf
Grundlage einer geeignet gestalteten Ätzmaske strukturiert, wobei
ebenfalls das Material 122 als ein Ätzstoppmaterial dient. In noch
anderen Fällen
wird ein oberer Bereich der Öffnung 132 auf Grundlage
einer ersten Ätzmaske
gebildet und der Graben 133 und ein zweiter Bereich der Öffnung 132 werden
in einem gemeinsamen Ätzprozess
unter Anwendung einer zweiten Ätzmaske
gebildet. Folglich wird durch das Vorsehen des Ätzstoppmaterials 122 ein
hohes Maß an
Kompatibilität
mit gut etablierten Strukturierungsschemata für moderne Metallisierungsstrukturen
gesorgt. Danach wird ein weiterer Ätzschritt ausgeführt, um
das Material 122 in der Öffnung 122 zu entfernen,
was auf Grundlage geeignet ausgewählter Ätzchemien bewerkstelligt werden kann,
die ein gewisses Maß an
Selektivität
in Bezug auf das Material 121 besitzen. Beispielsweise
sind etablierte Ätzchemien
auf der Grundlage eines Sauerstoffplasmas und Fluors anwendbar,
um das Material 122 zu entfernen, wobei das Material 121 für die entsprechende Ätzstoppeigenschaften
sorgt. Wenn beispielsweise die dielektrische Komponente mit großem ε in dem Material 121 nicht
für die
gewünschte Ätzselektivität sorgt,
kann die Schicht 121 ein geeignetes dielektrisches Material
aufweisen, etwa Siliziumdioxid und dergleichen, das den Ätzprozess
zum Entfernen des Materials 122 stoppt und das entfernt werden
kann, ohne dass eigentliche dielektrische Materialien mit großem ε wesentlich
zu beeinflussen.
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1c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit einer weiteren Ätzmaske 104,
die so gestaltet ist, dass die laterale Größe einer zweiten Kondensatorelektrode
definiert wird, die noch in der Metallisierungsschicht 130 zu
bilden ist, während
die Öffnungen 122, 133 bedeckt
sind. Des weiteren unterliegt das Bauelement 100 einem
anisotropen Ätzprozess 105,
der auf Grundlage von Prozessparametern ausgeführt werden kann, die ähnlich oder
identisch zu den Parametern sind, wie sie zuvor zum Bilden der Öffnungen 132 und/oder 133 in
der Metallisierungsschicht 110 verwendet wurden. Folglich
können
auch in diesem Falle gut etablierte Strukturierungsstrategien eingesetzt
werden, wodurch eine effiziente Fertigungssequenz gewährleistet
ist.
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1d zeigt
schematisch das Bauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen
Fertigungsphase, in der eine Öffnung 133,
die ebenfalls als Kondensatoröffnung
bezeichnet wird, in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 121 ausgebildet
ist, die sich zu und möglicherweise
in das dielektrische Material 122 erstreckt, das als ein Ätzstoppmaterial
während des
vorhergehend durchgeführten Ätzprozesses 105 diente.
Ferner kann die Ätzmaske 104 entfernt
werden, das auf Grundlage gut etablierter Prozesstechniken bewerkstelligt
werden kann, wozu Sauerstoffplasma gestützte Ätzprozesse und dergleichen
gehören.
Während
der entsprechenden Prozesse kann das Metallgebiet 112 durch
den verbleibenden Bereich des Schichtstapels 120, d. h.
in der gezeigten Ausführungsform
durch die Schicht 121, geschützt werden.
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1e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter
fortgeschrittenen Herstellungsphase, in der die Öffnung 132 sich in
das Metallgebiet 112 erstreckt, während die Öffnung 124 sich zu
oder in das dielektrische Material 121 erstreckt, das ein
Kondensatordielektrikum repräsentiert,
wie dies zuvor erläutert
ist. Zu diesem Zweck wird in einer anschaulichen Ausführungsform
ein im Wesentlichen nicht-selektiver Ätzprozess ausgeführt, um
das Material der Schicht 121 in der ersten Öffnung 132 zu
entfernen und gleichzeitig der Material der Schicht 122 in
der Öffnung 134 zu
entfernen. Da die Gesamtdicke des dielektrischen Materials in der Öffnung 132 deutlich
geringer ist im Vergleich zur Gesamtdicke des dielektrischen Materials
in der Öffnung 134,
wir das Metallgebiet 112 freigelegt, während andererseits eine gewünschte Menge
an Material der Schicht 121 zuverlässig in der Öffnung 134 beibehalten
wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird das Material 121 in
der Öffnung 132 auf
der Grundlage einer selektiven Ätzchemie
entfernt, die Material der Schicht 122 in der Öffnung 134 mit
einer deutlich geringeren Effizienz abträgt, wodurch eine Materialentfernung
der Schicht 121 in der Öffnung 124 zuverlässig verhindert
wird. Als nächstes
wird ein weiterer selektiver Ätzprozess
ausgeführt,
um das Material 122 selektiv zum Material 121 in
der Öffnung 134 zu
entfernen, wodurch eine gut definierte Dicke des Materials 121 über dem
Metallgebiet 113 beibehalten wird. Nach dem Freilegen des
Metallgebiets 112 und dem Entfernen von unerwünschtem
dielektrischen Material in der Öffnung 134,
wodurch eine gewünschte
Dicke des Materials mit großem ε 121 erreicht
wird, wird die weitere Bearbeitung auf der Grundlage gut etablierter
Fertigungsschemata fortgesetzt. D. h., die Öffnungen 132 und 134 und
auch die Öffnung 133 werden
mit einem geeigneten metallenthaltendem Material, etwa Kupfer und
dergleichen, gefüllt,
wobei bei Bedarf leitende Barrierenmaterialien abgeschieden werden,
möglicherweise
mit einer nachfolgenden Abscheidung eines Saatmaterials. Zu diesem Zweck
können
gut etablierte Abscheidetechniken, etwa Sputter-Abscheidung, CVD,
Atomlagenabscheidung (ALD), elektrochemische Abscheidung und dergleichen
eingesetzt werden. Danach wird überschüssiges Material
auf Grundlage von CMP, Ätzen,
Elektro-Ätzen,
Elektro-CMP und dergleichen entfernt.
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1f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz. Somit umfasst die Metallisierungsschicht 130 eine
Kontaktdurchführung 132a, die
mit einer Metallleitung 134a verbunden ist, wobei die Kontaktdurchführung 132a eine
elektrische Verbindung zwischen dem Metallgebiet 112 und
der Metallleitung 134a herstellt. In ähnlicher Weise ist ein Metallgebiet 133a vorgesehen,
das von dem Metallgebiet 113 in der tieferliegenden Metallisierungsschicht 110 durch
das Kondensatordielektrikum 121 getrennt ist. Somit repräsentieren
die Elektrode 133a, das Kondensatordielektrikum 121 und
das Metallgebiet 113 einen Kondensator 135, dessen
Kapazität
durch den Oberflächenbereich
des Metallgebiets 113 oder 133a, die Dielektrizitätskonstan te
des Materials 121 und dessen Dicke bestimmt ist. Somit sorgt
die moderat hohe Dielektrizitätskonstante
des Materials 121 für
eine moderat hohe Kapazität
in Verbindung mit einer geringen Dicke 121t, die im Bereich von
mehreren Nanometern bis 20 oder mehr Nanometer liegen kann, wohingegen
der Einfluss des Materials 121 in der Nähe des Metallgebiets 112 und
der Kontaktdurchführung 132a auf
Grund des größeren Abstands
zwischen dem Metallgebiet 112 und der Metallleitung 134a weniger
ausgeprägt
ist, wobei das Material im Wesentlichen in Form eines dielektrischen
Materials mit kleinem ε der
Schicht 131 vorgesehen ist. Somit kann auf der Grundlage
von Prozesstechniken, die ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen
Strategien aufweisen, der Kondensator 135 mit einer moderat
hohen Kapazität
pro Einheitsfläche
geschaffen werden, wodurch eine moderat hohe Informationsdichte
für dynamische RAM-Bereiche
ermöglicht
wird und wobei ferner das Bereitstellen von Entkopplungskondensatoren
mit hoher Kapazität
bei reduzierten lateralen Abmessungen möglich ist. Somit können entsprechende
Entkopplungskondensatoren, etwa der Kondensator 135, effizient
an jeweiligen Schaltungsknoten angeordnet werden, wobei auch den
Entwurfserfordernissen kritischer Bauteilbereiche Rechnung getragen werden
kann, etwa komplexer Logikschaltungen, die eine Vielzahl von schnell
schaltenden Transistorelementen aufweisen.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2c werden weitere
anschauliche Ausführungsformen
nunmehr detaillierter beschrieben, in denen ein dielektrischer Schichtstapel
mit mehreren Ätzstoppschichten
so strukturiert wird, dass das Kondensatordielektrikumsmaterial
eine moderat hohe Permittivität
aufweist und in der Nähe
des Kondensators positioniert wird, um damit einen Einfluss auf
andere Bauteilbereiche zu reduzieren, in denen eine moderat geringe
Gesamtpermittivität
des dielektrischen Materials, das Metallstrukturelemente enthält, gewünscht ist.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit
einem Substrat 201, über
dem eine Metallisierungsschicht 210 gebildet ist. Es sollte
beachtet werden, dass das Bauelement 200 ebenfalls eine
Bauteilebene aufweisen kann, die über dem Substrat 201 gebildet
ist, die eine Konfiguration aufweist, wie sie zuvor mit Bezug zu
dem Bauelement 100 erläutert
ist. Der Einfachheit halber sind derartige halbleiterbasierte Schaltungselemente
in 2a nicht gezeigt. Die Metallisierungsschicht 210 kann
einen ähnlichen
Aufbau aufweisen, wie dies zuvor erläutert ist. D. h., ein dielektrisches Material 211,
beispielsweise in Form eines dielektrischen Materials mit kleinem ε, enthält eine
Viel zahl von Metallstrukturelementen, etwa ein Metallgebiet 212,
das beispielsweise eine Metallleitung zur Verbindung diverser Schaltungselemente
repräsentieren kann,
wie dies zuvor erläutert
ist. Ferner ist ein Metallgebiet 213 vorgesehen, das eine
erste Elektrode eines noch zu bildenden Kondensators repräsentieren
kann. Beispielsweise enthalten die Metallgebiete 212 und 213 ein
gut leitendes Metall, etwa Kupfer und dergleichen, möglicherweise
in Verbindung mit einem Barrierenmaterial, wie dies zuvor auch erklärt ist.
Ferner sind in der gezeigten Fertigungsphase ein oder mehrere dielektrische
Materialien 221 auf dem dielektrischen Material 211 und
den Metallgebieten 212, 213 gebildet. Wie zuvor
ausgeführt
ist, erfordern in manchen Fällen
die Metallgebiete 212, 213 einen Einschluss an
einer oberen Oberfläche,
was in Form eines leitenden Deckmaterials bewerkstelligt werden kann,
während
in anderen Fallen eine dielektrische Deckschicht vorgesehen wird,
beispielsweise in Form eines geeigneten Materials 221a,
das einen Teil eines dielektrischen Materials 221 repräsentieren kann.
Beispielsweise können
Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, stickstoffangereichertes Siliziumkarbid
und dergleichen für
diesen Zweck verwendet werden. Des weiteren ist mindestens ein weiteres
dielektrisches Material 221b vorgesehen, das eine gewünschte große Dielektrizitätskonstante
aufweist, um damit eine größere Kapazität des noch
zu bildenden Kondensators zu ermöglichen.
Zu diesem Zweck können
geeignete dielektrische Materialien mit großem ε eingesetzt werden, wie sie
mit der weiteren Bearbeitung des Bauelements 200 kompatibel
sind. Beispielsweise können
eine Vielzahl dielektrischer Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante auf
der Grundlage geeigneter Abscheidetechniken bei moderat geringen
Temperaturen, d. h., bei Temperaturen von ungefähr 500 Grad C und weniger,
gebildet werden, wodurch die Eigenschaften des Bauelements 200 nicht
unerwünscht
beeinflusst werden. In an deren Fallen, wenn das dielektrische Material mit
großem ε selbst für ausreichende
Eigenschaften im Hinblick auf das Einschließen des Metalls sorgt oder
wenn die Metallgebiete 212 und 213 geeignet gestaltete
leitende Deckschichten aufweisen, kann das Material 211a weggelassen
werden und das dielektrische Material 221b kann direkt
auf dem dielektrischen Material 211 und den Metallgebieten 212 und 213 gebildet
werden.
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Ferner
ist in der gezeigten Fertigungsphase eine Ätzmaske 206 ausgebildet,
um damit die laterale Größe und Position
des dielektrischen Materials 221 zu definieren. D. h.,
die Ätzmaske 206 kann
einen Bereich geeignet ausgewählter
Größe in der
Nähe des
Metallgebiets 213 abdecken, um damit das Vorhandensein
des dielektrischen Materials mit großem ε auf die unmittelbare Nähe des Metallsgebiets 213 zu
beschränken.
Es sollte beachtet werden, dass die Ätzmaske 206, die in
Form eines Lackmaterials unter dergleichen vorgesehen sein kann,
gewisse Bauteilbereiche, etwa dynamische RAM-Bereiche bedecken kann,
wenn eine Vielzahl von Kondensatorelektroden 213 in dem
betrachteten Bauteilbereich vorhanden sind. In anderen Fallen wird
jede Kondensatorelektrode 213 und die unmittelbare Nachbarschaft
davon durch eine entsprechende Ätzmaske 206 abgedeckt, wobei
eine gewisse „Überschussbreite" der Ätzmaske
für weniger
restriktive Bedingungen im Hinblick auf die Überlagerungsgenauigkeit während des Strukturierungsprozesses
zur Herstellung der Ätzmaske 206 sorgt.
Somit wird das Vorhandensein eines dielektrischen Materials mit
großem ε im Wesentlichen
auf die Nachbarschaft des Metallgebiets 213 beschränkt, selbst
wenn die Kondensatorelektrode 213 von einer Vielzahl anderer
Metallkomponenten, etwa dem Metallgebiet 212 umgeben ist.
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Das
Halbleiterbauelement 200, wie es in 2a gezeigt
ist, kann auf der Grundlage ähnlicher Prozesstechniken
hergestellt werden, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben
sind. D. h., nach dem Herstellen entsprechender Schaltungselemente
(nicht gezeigt) und dem Ausbilden der Metallisierungsschicht 210 einschließlich der
Metallgebiete 212 und 213 wird das dielektrische
Material 221 auf Grundlage einer geeigneten Abscheidetechnik,
etwa CVD, Sputter-Abscheidung, ALD (Atomlagenabscheidung) und dergleichen
gebildet. Anschließend
wird die Ätzmaske 206 mittels
Lithographieverfahren bereitgestellt und das Bauelement 200 wird
einem geeignet gestalteten Ätzprozess
unterzogen, um den freiliegenden Teil des dielektrischen Materials 221 oder
zumindest den freigelegten Bereich des Materials 221 zu
entfernen, wenn ein freiliegendes Metallgebiet 212 nicht
gewünscht
ist. Beispielsweise können
nasschemische Ätzrezepte oder
plasmagestützte Ätzprozesse
eingesetzt werden, um zumindest den freigelegten Teil des dielektrischen
Materials 212 zu entfernen, während das Material 221a,
falls dieses vorgesehen ist, als ein Ätzstoppmaterial dienen kann.
Beispielsweise besitzt Siliziumkarbid eine hohe Ätzwiderstandsfähigkeit
im Hinblick auf eine Vielzahl von nasschemischen Ätzrezepten
und daher können
geeignete Linien eingesetzt werden, um den Bereich 221b selektiv
zu entfernen.
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2b zeigt
schematisch das Bauelement 200 mit einem weiteren dielektrischen
Material 222, das ein Ätzstoppmaterial
zum Strukturieren des dielektrischen Materials einer noch zu bildenden
Metallisierungsschicht repräsentiert.
Zu diesem Zweck wird ein beliebiges geeignetes Material, etwa Siliziumdioxid,
Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, stickstoff enthaltendes
Siliziumkarbid und dergleichen verwendet. Wenn das optionale dielektrische
Material 212a vorgesehen wurde, sorgen das Material 222 und
das optionale Material 212 zusammen für die gewünschten Eigenschaften zum Bereitstellen
der Ätzstoppeigenschaften,
möglicherweise
in Verbindung mit Hafteigenschaften und einer insgesamt moderat
geringeren Permittivität
im Hinblick auf das Metallgebiet 212. D. h. wie zuvor erläutert ist, kann
das Material 212a, falls es vorgesehen ist, als eine effiziente
Deckschicht dienen und kann somit das Gesamtverhalten des Metallgebiets 212 beispielsweise
in Bezug auf die Elektromigration und dergleichen bestimmen. Das
Material 222 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten
Abscheidetechnik hergestellt werden, beispielsweise unter Anwendung
gut etablierter Rezepte.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement in einer weiter fortgeschrittenen
Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein dielektrisches Material 213 einer
weiteren Materialisierungsschicht 230 über der Metallisierungsschicht 210 ausgebildet
und enthält
eine erste Öffnung
oder eine Kontaktlochöffnung 232 und
eine zweite oder Kondensatoröffnung 233. In
einigen anschaulichen Ausführungsformen
werden die Öffnungen 232, 233 in
einem gemeinsamen Ätzprozess
hergestellt, in welchem das Material 222 als ein effizientes Ätzstoppmaterial
dient. In noch anderen Fällen
wird ein Graben 234 in einer gemeinsamen Prozesssequenz
mit den Öffnungen 232, 233 hergestellt,
wie dies zuvor erläutert
ist. Zu diesem Zweck werden gut etablierte Einwegestrukturierungsschemata
eingesetzt, wodurch ein effizienter Prozessablauf ermöglicht wird.
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2d zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen
Fertigungsphase, in der der Graben 234 vorgesehen ist,
um eine Verbindung mit der Kontaktlochöffnung 232 herzustellen,
wobei auch das Ätzstoppmaterial 222 in
den Öffnungen 232 und 232 entfernt
ist. Dies kann auf der Grundlage eines selektiven Ätzprozesses
bewerkstelligt werden, in welchem das Material 222 selektiv in
Bezug auf das Material 221 entfernt wird. Es sollte beachtet
werden, dass in einigen anschaulichen Ausführungsformen, wie dies zuvor
verläutert
ist, das Material 222 zusätzlich eine Beschichtung aufweist, die
auf dem Material 221 ausgebildet ist, woran sich der Hauptanteil
des Materials der Schicht 222 anschließt, wenn der Bereich mit großem ε 221 nicht
für die
gewünschte
hohe Ätzselektivität sorgt.
Somit kann in einer entsprechenden Ätzsequenz der Hauptanteil des
Materials 221 selektiv zu dem Beschichtungsmaterial entfernt
werden, das dann in einem kurzen nasschemischen Ätzprozess oder trockenchemischen Ätzprozess
entfernt wird, wodurch das darunter liegende dielektrische Material
mit großem ε in der Öffnung 233 nicht
unnötig
beeinflusst wird. Beispielsweise kann eine dünne Siliziumdioxidbeschichtung
in Verbindung mit einem Siliziumkarbidmaterial oder Siliziumnitridmaterial
in der Schicht 222 verwendet werden. Als nächstes wird
die weitere Bearbeitung fortgesetzt, wie dies zuvor mit Bezug zu dem
Bauelement 100 beschrieben ist, d. h. die Öffnungen 232, 234 und 233 werden
mit einem metallenthaltendem Material gemäß gut etablierten Doppel-Damaszener-Strategien
gefüllt,
wodurch eine entsprechende Kondensatorelektrode in der Öffnung 233 hergestellt
wird, die in Verbindung mit dem Material 221 und der Elektrode 213 einen
entsprechenden Kondensator bildet, wie dies zuvor erläutert ist.
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Mit
Bezug zu den 3a bis 3c werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben,
in denen ein selbstjustiertes Kondendielektrikum gebildet wird,
ohne dass zusätzliche
Photolithographieschritte erforderlich sind.
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3a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 300 in einer fortgeschrittenen
Fertigungsphase. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 300 ein Substrat 301, über welchem
eine erste Metallisierungsschicht 310 ausgebildet ist,
wobei weitere Metallisierungsschichten zwischen dem Substrat 301 und
der Metallisierungsschicht 310 angeordnet sein können, wie
dies auch zuvor beschrieben ist. Ferner ist eine Bauteilschicht
(nicht gezeigt) vorgesehen und kann entsprechende Schaltungselemente
aufweisen, wie dies auch mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben
ist. Die Metallisierungsschicht 310 umfasst ein dielektrisches
Material 311, beispielsweise in Form eines dielektrischen
Materials mit kleinem ε, und
weist Metallgebiete 312, 313 mit Eigenschaften auf,
wie sie zuvor mit Bezug zu den Bauelementen 100 und 200 beschrieben
sind. Des weiteren ist eine Ätzstoppschicht 322 auf
der Metallisierungsschicht 310 ausgebildet, wobei das Ätzstoppmaterial 322 in Form
eines beliebigen geeigneten Materials vorgesehen sein kann, etwa
Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, und dergleichen. Eine weitere Metallisierungsschicht 330 ist
in einem anfänglichen
Fertigungsstadium über
der ersten Metallisierungsschicht 310 ausgebildet und enthält eine
erste Öffnung 332,
d. h. eine Kontaktlochöffnung,
und eine zweite Öffnung 333. Die
Kontaktlochöffnung 332 besitzt
laterale Abmessungen in beiden lateralen Richtungen, d. h. in der horizontalen
Richtung und einer Richtung senkrecht zu Zeichenebene der 3a,
die deutlich kleiner sind im Vergleich zu den lateralen Abmessungen
der Öffnung 333,
die die lateralen Abmessungen einer Kondensatorelektrode repräsentieren
soll. Beispielsweise können
die lateralen Abmessungen in beiden Richtungen der Kontaktlochöffnung 332 im Bereich von
100 nm oder weniger bis zu einigen 100 nm liegen, wohingegen die Öffnung 333 Abmessungen
von mehreren 100 nm bis einige Mikrometer aufweist, zumindest in
einer Längenrichtung,
d. h. einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene, wobei auch eine
Breite 333w der Öffnung 333 größer als
eine Breite 332w der Öffnung 332 ist.
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Des
weiteren umfasst das Bauelement eine Ätzmaske 304, beispielsweise
aus Lackmaterial, einem Hartmaskenmaterial und dergleichen, um damit die Öffnungen 332 und 333 während eines
anisotropen Ätzprozesses 305 zu
definieren. Das Halbleiterbauelement 300 kann gemäß Prozessverfahren
hergestellt werden, wie sie zuvor beschrieben sind. D. h., nach
dem Herstellen der Metallisierungsschicht 310 wird das
dielektrische Material 332 mit einer geeigneten Dicke 322t so
gebildete, dass es als ein effizientes Ätzstoppmaterial für die Öffnung 332 dient, wobei
ein deutlicher Materialabtrag in der Öffnung 333 auf Grund
der größeren Abtragsrate
möglich
ist, die durch die unterschiedlichen lateralen Abmessungen und damit
durch die unterschiedlichen lokalen Ätzbedingungen im Vergleich
zu der Öffnung 332 hervorgerufen
wird. Danach wird das dielektrische Material 331 auf der
Grundlage gut etablierter Techniken hergestellt und nachfolgend
wird die Ätzmaske 304,
die die Öffnungen 332, 333 definiert,
auf der Grundlage gut etablierter Prozessverfahren gebildet. Als
nächstes
wird die Ätzumgebung 305 eingerichtet, beispielsweise
unter Anwendung anisotroper Ätzrezepte,
wie sie typischerweise in modernen Strukturierungsschemata für anspruchsvolle
Metallisierungsstrukturen eingesetzt werden. Während des anisotropen Ätzprozesses
werden die Ätzbedingungen
typischerweise auf der Grundlage der Art der reaktiven Gaskomponenten,
der Trägergase,
des Druckes, der Temperatur, der Menge an Polymerkomponenten, die
zum Einstellen eines Maßes
an anistropen Verhalten gemäß einer
physikalischen Komponente in Form eines Teilchenbeschusses, der
durch eine entsprechende Vorspannung hervorgerufen wird, die zwischen
der Ätzumgebung
und dem Substrat 201 angelegt wird, und dergleichen eingestellt.
Auf Grund der sehr unterschiedlichen lateralen Abmessungen sind
die Ätzraten
in den Öffnungen 332 und 333 unterschiedlich,
insbesondere mit zunehmender Ätztiefe
auf Grund von Mikro-Beladungseffekten, wie dies auf dem technischen
Gebiet bekannt ist. Folglich ist die Ätztiefe in einer abschließenden Phase
des Ätzprozesses 305 unterschiedlich,
so dass in der gezeigten Phase der Ätzprozess 205 zunehmend
den freigelegten Bereich des Ätzstoppmaterials 322 angreift,
während
die Ätzfront
in der Öffnung 332 das Material 322 noch
nicht erreicht hat. Folglich tritt ein signifikanter Materialabtrag
der Öffnung 333 auf,
wodurch die Dicke 332t reduziert wird oder wodurch das Metallgebiet 313 vollständig freigelegt
wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen umfasst der Ätzprozess 305 einen
weiteren Ätzschritt,
nachdem die Öffnung 332 bis
zu und in die Ätzstoppschicht 322 geätzt ist,
was auf der Grundlage einer Ätzchemie
für eine
weitere Materialreduzierung der Ätzstoppschicht 322 bewerkstelligt
werden kann, wodurch das Material 313 freigelegt wird,
während
das Metallgebiet 312 weiterhin bedeckt ist.
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In
noch anderen anschaulichen Ausführungsformen
wird nach dem Ätzprozess 305 eine weitere Ätzmaske
gebildet, um damit eine Grabenöffnung
gemäß gut etablierter
Damaszener-Strategien zu schaffen, wobei die Öffnungen 332, 333 mit
einem geeigneten Material, etwa einem Lackmaterial, Polymermaterial
und dergleichen gefüllt
werden. Danach wird eine Grabenöffnung
gebildet und das Polymermaterial oder Lackmaterial wird aus den Öffnungen 332, 333 entfernt.
Während
eines entsprechenden Ätzprozesses
findet auch eine Verringerung der Dicke des Ätzstoppmaterials 332 in
der Öffnung 332 statt,
beispielsweise auf der Grundlage eines sauerstoffplasmagestützten Ätzprozesses
möglicherweise in
Verbindung mit einer gewissen Menge an Fluor als eine weitere reaktive
Komponente. Während
dieses Ätzprozesses
wird das Material 322 im Wesentlichen vollständig über dem
Metallgebiet 313 entfernt, das daher freigelegt wird, während das
Gebiet 312 weiterhin durch eine gewisse Menge des Ätzstoppmaterials 322 bedeckt
ist.
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3b zeigt
schematisch das Bauelement 300 in einer weitere fortgeschrittenen
Fertigungsphase, in der die Öffnung 322 möglicherweise
in Verbindung mit einem Graben 334, so gebildet sind, dass das
Metallgebiet 312 noch durch das Material der Schicht 322 bedeckt
ist, während
die Metallgebiete 313 freigelegt sind, wie dies zuvor erläutert ist.
Des weiteren wird das Bauelement 300 einer Behandlung 307 zum
lokalen Bilden eines dielektrischen Materials 321 auf dem
freigelegten Bereich des Metallgebiets 313 unterzogen.
In einer anschaulichen Ausführungsform
umfasst die Behandlung 307 einen Oxidationsprozess, der
bei geeigneten Temperaturen ausgeführt wird und/oder auf der Grundlage
einer geeignet ausgewählten
oxidierenden Umgebung ausgeführt
wird, was eine nasschemische Umgebung zum Ausführen einer nasschemischen Oxidation,
eine plasmaunterstützte
Umgebung und dergleichen sein kann. Beispielsweise ist das Metallgebiet 313 aus Kupfer
aufgebaut, das effizient in Kupferoxid auf Grundlage einer Vielzahl
von nasschemischen und trockenchemischen Oxidationsbedingungen umgewandelt
werden kann, wodurch eine kontinuierliche Kupferoxidschicht mit
einer spezifizierten Dicke von beispielsweise 50 bis 20 nm in Abhängigkeit
von den Prozessparametern der Behandlung 307 gebildet wird.
Folglich kann ein dielektrisches Material in Form von Kupferoxid
vorgesehen werden, das eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 18 aufweist.
Andererseits verhindert das verbleibende Material 322 in
der Öffnung 323 effizient
eine unerwünschte
Reaktion der Umgebung 307 mit dem Metallgebiet 312.
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In
noch anderen anschaulichen Ausführungsformen
umfasst die Behandlung 307 einen ausgeprägt „anisotropen" Abscheideprozess
für ein
dielektrisches Material, wobei die Abscheiderate auf horizontalen
Bereichen deutlich größer ist
im Vergleich zur Abscheiderate für
im Wesentlichen vertikale Seitenwandbereiche in den Öffnungen 333 und 332. Ferner
kann die Gesamtabscheiderate in der Öffnung 332 mit den
geringeren lateralen Abmessungen im Vergleich zu der Öffnung 333 insgesamt
kleiner sein als in der Öffnung 333.
Da das Vorhandensein eines dielektrischen Materials mit großem ε an Seitenwänden der Öffnungen 332 und 333 wenig
wünschenswert
ist, kann ein nachfolgender Ätzprozess
ausgeführt
werden, um Material des zuvor abgeschiedenen dielektrischen Materials
abzutragen, um damit das dielektrische Material mit großem ε nahezu vollständig von
Seitenwandbereichen der Öffnungen 333 und 332 zu
entfernen, wobei dennoch auf Grund der größeren Dicke an der Unterseite
der Öffnung 333 das Material 321 beibehalten
wird. Andererseits kann das Material 321 im Wesentlichen
vollständig
aus der Öffnung 332 entfernt
werden.
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3c zeigt
schematisch das Bauelement 300 in einer weiter fortgeschrittenen
Fertigungsphase, in der ein weiterer Ätzprozess 308 ausgeführt wird,
beispielsweise nach dem Bilden der Grabenöffnung 334 und dem
Entfernen von Lackmaterial über Polymermaterial
das verwendet worden ist, um die Öffnungen 332 und 333 während des
Herstellens des Grabens 334 auf der Grundlage einer entsprechenden Ätzmaske
zu füllen.
Beispielsweise enthält
der Ätzprozess 308 einen
plasmagestützten Ätzprozess unter
Anwendung eines Sauerstoffplasmas möglicherweise in Verbindung
mit einer Fluorkomponente, um das Metallgebiet 312 in der Öffnung 322 freizulegen,
während
das Material 321 als ein effizientes Ätzstoppmaterial dient, wobei
eine Dicke des Materials 321 so gewählt ist, dass eine gewünschte verbleibende
Dicke weiterhin erreicht wird, selbst wenn ein Materialabtrag während des
Prozesses 308 auftritt. Danach kann die weitere Bearbeitung
auf der Grundlage gut etablierter Techniken fortgesetzt werden,
d. h. dem Abscheiden von Barrierenmaterialien falls dies erforderlich
ist, eines Saatmaterials und der elektrochemischen Abscheidung eines
Kupfermaterials oder eines anderen gut leitenden Metalls. Somit
wird auch in diesem Falle ein Kondensator gebildet, wie dies zuvor
erläutert
ist, wobei dessen Kapazität
im We sentlichen durch die laterale Größe der Öffnung 333 und die
Art und Dicke des dielektrischen Materials 321 bestimmt
ist. Auf Grund der selbstjustierenden Natur des dielektrischen Materials 321 kann
der Kondensator auf der Grundlage eines Fertigungsablaufs mit einem
hohen Maß an
Kompatibilität
mit konventionellen Strategien gebildet werden, ohne dass weitere
Photolithographieschritte erforderlich sind.
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Es
gilt also: Die hierin offenbarten Prinzipien stellen Halbleiterbauelemente
und Fertigungstechniken bereit, um Metallkondensatoren in der Metallisierungsstruktur
eines Halbleiterbauelements auf Grundlage von geeignet ausgewählten Ätzstoppmaterialien
zu bilden, wovon eines als ein Kondensatordielektrikum verwendet
wird. Folglich kann die Kondensatorelektroden auf der Grundlage
gut etablierter Fertigungsprozesse gebildet werden, ohne dass unnötig zur
Prozesskomplexität
beigetragen wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen werden zusätzliche
Photolithographieschritte vermieden, wodurch die Gesamtprozesseffizienz
verbessert wird. Somit können
Speicherelemente für
dynamische RAM-Bereiche, Entkopplungskondensatoren, Kondensatoren
für analoge
Schaltungen und dergleichen effizient in dem Metallisierungssystems
des Halbleiterbauelements positioniert werden, wodurch komplexe
Fertigungssequenzen in der Bauteilebene vermieden werden, wobei
auch zu einem geringeren Verbrauch an Fläche beigetragen wird.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung 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 Erfindungen zu erläutern. Selbstverständlich sind
die hierin gezeigten unbeschriebenen Formen der Erfindung als die
gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen zu
betrachten.