DE102008006962A1 - Halbleiterbauelement mit einem Kondensator im Metallisierungssystem und ein Verfahren zur Herstellung des Kondensators - Google Patents

Halbleiterbauelement mit einem Kondensator im Metallisierungssystem und ein Verfahren zur Herstellung des Kondensators Download PDF

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Abstract

Durch Herstellen von Metallkondensatoren in den Metallisierungsstrukturen von Halbleiterbauelementen können komplexe Fertigungssequenzen in der Bauteilebene vermieden werden. Der Prozess der Herstellung der Metallkondensatoren kann auf der Grundlage gut etablierter Strukturierungsschemata moderner Metallisierungssysteme durchgeführt werden, indem geeignet ausgewählte Stoppmaterialien verwendet werden, die ein hohes Maß an Kompatibilität mit der Herstellung von Kontaktlochöffnungen in einer Metallisierungsschicht bieten, wobei ein Kondensatordielektrikum mit einer gewünschten hohen Dielektrizitätskonstante im Kondensator bereitgestellt wird.

Description

  • Gebiet der vorliegenden Erfindung
  • 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.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Überblick über die Offenbarung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 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:
  • 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;
  • 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;
  • 2d schematisch ein Halbleiterbauelement gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen zeigt, wobei ein Ätzstoppschichtstapel mit mehreren unterschiedlichen Materialien gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen vorgesehen ist; und
  • 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.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (25)

  1. Verfahren mit: Bilden eines Ätzstoppschichtstapels über einer 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; Bilden eines dielektrischen Zwischenschichtmaterials über dem Ätzstoppschichtstapel; Bilden einer ersten Öffnung in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial über dem ersten Metallgebiet, wobei die erste Öffnung sich durch die erste und die zweite Ätzstoppschicht erstreckt; Bilden einer zweiten Öffnung in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial über dem zweiten Metallgebiet, wobei sich die zweite Öffnung durch die zweite Ätzstoppschicht zu der ersten Ätzstoppschicht erstreckt; und Füllen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung mit einem metallenthaltendem Material in einem gemeinsamen Füllprozess.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bilden der ersten und der zweiten Öffnung umfasst: Ätzen der ersten Öffnung durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial und die zweite Ätzstoppschicht unter Anwendung der ersten Ätzstoppschicht als einen Ätzstopp; und nachfolgend Ätzen der zweiten Öffnung durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial unter Anwendung der zweiten Ätzstoppschicht als einen Ätzstopp.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Bilden der ersten und der zweiten Öffnung ferner umfasst: Entfernen der ersten Ätzstoppschicht in der ersten Öffnung und der zweiten Ätzstoppschicht in der zweiten Öffnung in einem gemeinsamen Ätzprozess.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Bilden der ersten und der zweiten Öffnung ferner umfasst: Entfernen der ersten Ätzstoppschicht in der ersten Öffnung in einem ersten Ätzpro zess und Entfernen der zweiten Ätzstoppschicht selektiv zu der ersten Ätzstoppschicht in der zweiten Öffnung in einem zweiten Ätzprozess.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bilden des Ätzstoppschichtstapels umfasst: Bilden der ersten Ätzstoppschicht als ein erstes dielektrisches Material mit einer ersten Permittivität und Bilden der zweiten Ätzstoppschicht als ein zweites dielektrisches Material mit einer zweiten Permittivität über der ersten Ätzstoppschicht.
  6. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zweite Permittivität kleiner ist als die erste Permittivität.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bilden des Ätzstoppschichtstapels umfasst: Bilden mindestens einer weiteren dielektrischen Schicht mit einer Permittivität die größer ist als eine Permittivität der ersten und der zweiten Ätzstoppschicht.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bilden des Ätzstoppschichtstapels umfasst: Bilden der ersten Ätzstoppschicht, selektives Entfernen der ersten Ätzstoppschicht von oberhalb des ersten Metallgebiets und Bilden der zweiten Ätzstoppschicht über dem ersten und dem zweiten Metallgebiet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste und die zweite Öffnung in einem gemeinsamen Prozess hergestellt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei Bilden der ersten und der zweiten Öffnung umfasst: Ausführen eines ersten Ätzprozesses zum Ätzen durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial, wobei die zweite Ätzstoppschicht als ein Ätzstopp verwendet wird, und Ausführen eines zweiten Ätzprozesses zum Entfernen der zweiten Ätzstoppschicht in der ersten und der zweiten Öffnung, wobei die erste Ätzstoppschicht als ein Ätzstopp in der zweiten Öffnung verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bilden eines Grabens in einem oberen Bereich des dielektrischen Zwischenschichtmaterials, wobei der Graben eine Verbindung zu der ersten Öffnung herstellt.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens eine laterale Abmessung des zweiten Metallgebiets größer als mindestens eine laterale Abmessung des ersten Metallgebiets ist.
  13. Verfahren zur Herstellung einer kapazitiven Struktur in einer Metallisierungsstruktur eines Halbleiterbauelements, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Kontaktlochöffnung und einer Kondensatoröffnung in einer dielektrischen Schicht durch Ausführen eines ersten Ätzprozesses; Steuern mindestens eines Prozessparameters des ersten Ätzprozesses derart, dass der Materialabtrag in der Kontaktlochöffnung auf der Grundlage einer Ätzstoppschicht gestoppt wird, während die Ätzstoppschicht in der Kondensatoröffnung im Wesentlichen vollständig entfernt wird, um eine Kondensatorelektrode freizulegen; Bilden eines dielektrischen Materials auf einer freigelegten Oberfläche der Kondensatorelektrode; Entfernen der Ätzstoppschicht in der Kontaktlochöffnung, um ein Metallgebiet freizulegen; und Füllen der Kontaktlochöffnung und der Kondensatoröffnung mit einem metallenthaltenden Material in einer gemeinsamen Prozesssequenz.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Bilden des dielektrischen Materials umfasst: Ausführen einer Oberflächenbehandlung, um einen Oberflächenbereich der Kondensatorelektrode in das dielektrische Material umzuwandeln.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Oberflächenbehandlung Ausführen eines Oxidationsprozesses umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst: Bilden eines Grabens in einem oberen Bereich der dielektrischen Schicht, wobei der Graben eine Verbindung mit der Kontaktlochöffnung herstellt.
  17. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die freigelegte Kondensatorelektrode Kupfer aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine laterale Abmessung der Kondensatoröffnung größer ist als eine laterale Abmessung der Kontaktlochöffnung.
  19. Halbleiterbauelement mit: einer ersten 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; einer zweiten Metallisierungsschicht, die über der ersten Metallisierungsschicht ausgebildet ist und ein zweites dielektrisches Zwischenschichtmaterial aufweist, das über dem ersten dielektrischen Zwischenschichtmaterial gebildet ist, wobei die zweite Metallisierungsschicht ein zweites Metallgebiet aufweist, das über dem ersten Metallgebiet angeordnet ist und eine zweite Kondensatorelektrode repräsentiert; einem ersten dielektrischen Material, das ein Kondensatordielektrikum repräsentiert und das erste und das zweite Metallgebiet trennt; und einem zweiten dielektrischen Material, das zwischen dem ersten und dem zweiten dielektrischen Zwischenschichtmaterial angeordnet ist.
  20. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, wobei das erste dielektrische Material zwischen dem ersten und dem zweiten dielektrischen Zwischenschichtmaterial zumindest in einem Bereich angeordnet ist, der benachbart zu dem ersten und dem zweiten Metallgebiet liegt.
  21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, das ferner eine Metallleitung in der ersten Metallisierungsschicht und eine Kontaktdurchführung aufweist, die in der zweiten Metallisierungsschicht angeordnet ist, wobei die Kontaktdurchführung mit der Metallleitung verbunden ist und wobei das erste und das zweite dielektrische Material mit der Kontaktdurchführung in Verbindung stehen.
  22. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, das ferner eine Metallleitung in der ersten Metallisierungsschicht und eine Kontaktdurchführung, die in der zweiten Metallisierungsschicht angeordnet ist, aufweist, wobei das erste und das zweite dielektrische Zwischenschichtmaterial durch das zweite dielektrische Material nur in der Nähe der Kontaktdurchführung getrennt sind.
  23. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, wobei eine Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Materials größer ist als eine Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Materials.
  24. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, wobei das erste und/oder das zweite dielektrische Zwischenschichtmaterial ein dielektrisches Material mit kleinem ε ist.
  25. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, wobei das erste dielektrische Material eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 10 oder größer aufweist.
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