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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung die Herstellung
integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung
von Metallisierungsschichten mit geringer Permittivität unter
Anwendung von dielektrischen Materialien mit kleinem ε.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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In
einer integrierten Schaltung werden eine sehr große Anzahl
an Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und
dergleichen in und auf einem geeigneten Substrat hergestellt, wobei
dies für
gewöhnlich
in einer im Wesentlichen Konfiguration erfolgt. Auf Grund der großen Anzahl
an Schaltungselementen und der erforderlichen komplexen Schaltungsanordnung
moderner integrierter Schaltungen werden die elektrischen Verbindungen
der einzelnen Schaltungselemente im Allgemeinen nicht innerhalb
der gleichen Ebene hergestellt, in der die Schaltungselemente aufgebaut sind.
Typischerweise werden derartige elektrische Verbindungen in einer
oder mehreren zusätzlichen „Verdrahtungsschichten” ausgebildet,
die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese Metallisierungsschichten
enthalten im Allgemeinen metallenthaltende Leitungen, die die schichtinternen elektrischen
Verbindungen bilden, und weisen eine Vielzahl von Zwischenebenenverbindungen
auf, die auch als Kontaktdurchführungen
bezeichnet werden, die die elektrische Verbindung zwischen zwei
benachbarten gestapelten Metallisierungsschichten bereitstellen,
wobei die metallenthaltenden Leitungen und Kontaktdurchführungen
gemeinsam als Verbindungsstruktur bezeichnet werden.
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Auf
Grund der zunehmenden Anforderungen im Hinblick auf die Reduzierung
der Strukturgrößen modernster
Halbleiterbauelemente werden gut leitende Metalle, etwa Kupfer und
Legierungen davon, in Verbindung mit einem dielektrischen Material
mit kleinem ε häufig bei
der Herstellung von Metallisierungsschichten eingesetzt. Typischerweise
ist eine Vielzahl von Metallisierungsschichten, die aufeinander
gestapelt sind, erforderlich, um die Verbindungen zwischen allen
internen Schaltungselementen und I/O-(Eingangs/Ausgangs-)Leistungs-
und Massenanschlussflächen
der betrachteten Schaltung zu verwirklichen. Für integrierte Schaltungen mit äußerst reduzierten
Abmessungen ist die Signalausbreitungsverzögerung und damit die Arbeitsgeschwindigkeit
der integrierten Schaltung nicht mehr durch die Feldeffekttransistoren
beschränkt,
sondern ist auf Grund der erhöhten
Dichte der Schaltungselemente, die eine noch größere Anzahl an elektrischen
Verbindungen erfordern, durch die unmittelbare Nachbarschaft der
Metallleitungen beschränkt,
da die Kapazität
zwischen den Leitungen erhöht
ist, wozu sich noch die Tatsache gesellt, dass die Metallleitungen eine
geringere Leitfähigkeit
auf Grund der reduzierten Querschnittsfläche besitzen. Aus diesem Grund werden übliche Dielektrika,
etwa Siliziumdioxid (ε > 3,6) und Siliziumnitrid
(ε > 5) durch dielektrische
Materialien mit einer geringeren dielektrischen Konstante ε ersetzt,
die daher als dielektrische Materialien mit kleinem ε mit einer
relativen Permittivität
von 3,0 oder weniger bezeichnet werden. Die geringere Permittivität dieser
Materialien mit kleinem ε wird
häufig
erreicht, indem das dielektrische Material in einem porösen Zustand
vorgesehen wird, wodurch ein ε-Wert von
deutlich kleiner als 3,0 erreicht wird. Auf Grund der inneren Eigenschaften,
etwa dem hohen Grad an Porösität, des dielektrischen
Materials ist jedoch dessen Dichte und mechanische Stabilität oder Festigkeit
deutlich kleiner im Vergleich zu gut erprobten Dielektrika, etwa
Siliziumdioxid und Siliziumnitrid.
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Während der
Herstellung von kupferbasierten Metallisierungsschichten wird für gewöhnlich die sogenannte
Damaszener- oder Einlegetechnik angewendet auf Grund der Eigenschaften
des Kupfers, im Wesentlichen keine flüchtigen Ätzprodukte zu bilden, wenn
es der Einwirkung gut etablierter anisotroper Ätzumgebungen ausgesetzt wird.
Des weiteren kann Kupfer auch nicht mit hohen Abscheideraten auf
der Grundlage gut etablierter Abscheidetechniken aufgebracht werden,
wie sie für
gewöhnlich
für Aluminium eingesetzt
werden, etwa in Form von CVD (chemische Dampfabscheidung). Somit
wird in der Einlegetechnik das dielektrische Material strukturiert,
um Gräben
und/oder Kontaktöffnungen
zu erhalten, die nachfolgend mit dem Metallmittel effizienter elektrochemischer
Abscheidetechniken gefüllt
werden. Des weiteren ist eine Barrierenschicht für gewöhnlich an freiliegenden Oberflächenbereichen
des dielektrischen Materials vor dem Einfüllen des Metalls vorzusehen,
das für
die gewünschte
Haftung des Metalls zu dem umgebenden dielektrischen Material sorgt und
auch eine Kupferdiffusion in empfindliche Bauteilbereiche unterdrückt, da
Kupfer in einer Vielzahl dielektrischer Materialien und insbesondere
in porösen
dielektrischen Materialien mit kleinem ε gut diffundiert.
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In
einigen konventionellen Vorgehensweisen wird der Prozess des Einfüllens eines
leitenden Metalls, etwa von Kupfer, in einer sogenannten dualen Damaszenerstrategie
bewerkstelligt, in der die Kontaktlochöffnung, die eine Verbindung
zu einem darunter liegenden Metallgebiet herstellt, und ein entsprechender
Graben in einem gemeinsamen Abscheideprozess gefüllt werden, wodurch die Gesamtprozesseffizienz
erhöht
wird. Aus diesem Grunde werden die Kontaktlochöffnung und der Graben in dem
dielektrischem Material der betrachteten Metallisierungsschicht
erzeugt und nachfolgend wird das Barrierenmaterial und das Kupfermaterial
eingefüllt,
wobei jeder dieser Prozesse gemeinsam für die Kontaktlochöffnung und
den Graben ausgeführt
wird. Nach dem Abscheiden eines geeigneten dielektrischen Materials,
beispielsweise eines dielektrischen Materials mit kleinem ε, wird zwar
eine Strukturierungssequenz ausgeführt, wobei in einigen anschaulichen
Vorgehensweisen die Kontaktlochöffnung
zuerst gebildet wird, zumindest teilweise, woran sich das Strukturieren
eines Grabens in dem oberen Bereich des dielektrischen Materials
anschließt.
Folglich muss in dieser Vorgehensweise die Strukturierung der Gräben auf
der Grundlage einer Oberflächentopographie
bewerkstelligt werden, die die zuvor gebildeten Kontaktlochöffnungen
oder Bereiche davon aufweist, was bewerkstelligt werden, indem die Oberflächentopographie
vor der lithographischen Strukturierung einer Ätzmaske für den Grabenätzprozess
eingeebnet wird. Während
der gesamten Strukturierungssequenz müssen somit Lackmasken, möglicherweise
in Verbindung mit geeigneten Einebnungsmaterialien, die häufig in
Form organischer Materialien vorgesehen werden, abgeschieden werden
und über
dem dielektrischen Material gebildet werden, woraufhin sich ein
Lackabtragungsprozess anschließt,
der zunehmend das empfindliche dielektrische Material schädigt, insbesondere
wenn Halbleiterbauelemente mit extrem kleinen Abmessungen betrachtet
werden, die eine sehr kleine dielektrische Konstante erfordern,
was beispielsweise auf Grundlage poröser dielektrischer Materialien
erfolgt, wie dies nachfolgend mit Bezug zu den 1a bis 1d detaillierter
erläutert
ist.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 in
einem fortgeschrittenen Fertigungsstadium, im welchem eine oder
mehrere Metallisierungsschichten über einer Bauteilebene des
Halbleiterbauelements 100 herzustellen sind. In der gezeigten
Fertigungsphase umfasst das Halbleiterbauelement 100 ein
Substrat 101, das der Einfachheit halber als ein beliebiges
geeignetes Trägermaterial
betrachtet wird, auf dem eine oder mehrere Materialschichten zur
Aufnahme von Halbleiterschaltungselement gebildet sind, etwa von
Transistoren, Kondensatoren, Widerständen und dergleichen, die der Einfachheit
halber in 1a nicht gezeigt sind. Beispielsweise
repräsentiert
das Substrat 101 ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein
Siliziummaterial in Verbindung mit einer geeigneten Halbleiterschicht,
etwa einer siliziumbasierten Schicht, in und über der Transistorelementen
hergestellt sind. In anderen Fallen ist eine vergrabene isolierende
Schicht (nicht gezeigt) zwischen dem Substratmaterial und der entsprechenden
Halbleiterschicht vorgesehen, wodurch eine SOI-(Halbleiter-auf-Isolator)Konfiguratin
geschaffen wird. Wie zuvor erläutert ist,
besitzen die Schaltungselemente in der Bauteilebene des Halbleiterbauelements 100 ggf.
kritische Abmessungen von ungefähr
40 nm und weniger, wobei dies von den betrachteten Technologiestand
abhängt.
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Über dem
Substrat 101 mit den Halbleiterschaltungselementen ist
ein Metallisierungssystem vorgesehen, das durch eine erste Metallisierungsschicht 110 repräsentiert
ist, die ein dielektrisches Material 111 aufweist, das
in Form eines konventionellen dielektrischen Materials, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid,
Siliziumoxinitrid, und dergleichen vorgesehen sein kann, wobei dies
von den gesamten Bauteil- und Prozesserfordernissen abhängt. In
anspruchsvollen Anwendungen umfasst das dielektrische Material 111 ein
dielektrisches Material mit kleinem ε, um die parasitäre Gesamtkapazität zwischen benachbarten
Metallgebieten zu verringern. Des weiteren besitzt die Metallisierungsschicht 110 ein
Metallgebiet, beispielsweise in Form einer Metallleitung 112,
die ein gut leitendes Metall, etwa Kupfer, in Verbindung mit einem
Barrierenmaterial 112a aufweist, das wiederum zwei oder
mehr Schichten aufweisen kann, etwa Tantal, Tantalnitrid, und dergleichen,
um damit die gewünschte
Barrierenwirkung und Haftwirkung zu erreichen. Z. B. wird Tantalnitrid
zur besseren Haftung des Kupfers an dem umgebenden dielektrischen
Material vorgesehen, während
Tantal für eine
effiziente Kupferdiffusionsblockierwirkung sorgt, wobei zusätzlich dem
Kupfermaterial in dem Metallgebiet 112 eine verbesserte
mechanische Stabilität verliehen
wird. Des weiteren enthält
die Metallisierungsschicht 110 eine Ätzstoppschicht 113,
die aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, stickstoffenthaltendem Siliziumkarbid
und dergleichen aufgebaut ist, wobei die Ätzstoppschicht 113 nicht
nur als Ätzstoppmaterial
während
der weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 wirkt, sondern
auch eine obere Fläche
der Metallleitung 112 beispielsweise im Hinblick auf eine unerwünschte Kupferdiffusion
und eine Wechselwirkung mit reaktiven Komponenten, etwa mit Sauerstoff,
Fluor in der Metallleitung 112 einschließt.
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Eine
weitere Metallisierungsschicht 120 ist in einer Anfangsphase
vorgesehen, d. h., ein dielektrisches Material 121 ist über der
Metallisierungsschicht 110 ausgebildet und weist ein geeignetes
Material und eine gewünschte
Dicke auf, um damit Kontaktlochöffnungen
und einen Graben gemäß den Gestaltungsregeln
in einer nachfolgenden Fertigungsphase zu erhalten. Beispielsweise
enthält
in anspruchsvollen Anwendungen das dielektrische Material 121 ein
dielektrisches Material mit kleinem ε mit einer reduzierten Dichte,
beispielsweise unter Erzeugung einer porösen Struktur, um damit moderat
geringe Werte für
die Dielektrizitätskonstante
zu erhalten. Somit zeigt das dielektrische Material 121 unter Umständen eine
geringere mechanische Stabilität und
kann ebenfalls empfindlich sein für eine Vielzahl von Ätzchemien,
die häufig
während
der weiteren Bearbeitung des Bauelements eingesetzt werden. Aus diesem
Grunde wird typischerweise eine Deckschicht 122 in dem
Versuch vorgesehen, die Gesamtwiderstandsfähigkeit des dielektrischen
Materials 121 im Hinblick auf die weitere Bearbeitung zu
erhöhen.
Beispielswiese ist die Deckschicht 122 aus einem beliebigen
geeigneten Material aufgebaut, beispielsweise Siliziumdioxid und
dergleichen, oder die Deckschicht 122 repräsentiert
eine Oberflächenbereich
des dielektrischen Materials 121, der eine geeignete Behandlung
erfahren hat, etwa einen Oxidationsprozess und dergleichen. Ferner
ist in der gezeigten Fertigungsphase eine Ätzmaske 130 über der
Deckschicht 122 gebildet und ist aus einem oder mehreren
Lackmaterialien aufgebaut, möglicherweise
in Verbindung mit anderen organischen Materialien oder ARC-(antireflektierenden
Beschichtungs-)Materialien gemäß gut etablierter
Techniken, um eine lithographische Strukturierung der Ätzmaske 130 zu
ermöglichen.
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Typischerweise
wird das in 1a gezeigte Bauelemente 100 auf
der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt. Beispielsweise
werden die Schaltungselemente (nicht gezeigt) unter Anwendung anspruchsvoller
Prozesstechniken entsprechend den Entwurfsregeln gebildet, um damit
die Strukturgröße nach
Erfordernis zu erhalten. Nach dem Bilden einer geeigneten Kontaktstruktur
(nicht gezeigt), d. h. einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial
mit einer eingeebneten Oberflächentopographie
zum Einschließen
und Passivieren der Schaltungselemente einschließlich der geeigneten leitenden
Elemente, die zu Kontaktbereichen der Schaltungselemente eine Verbindung
herstellen, werden die eine oder die mehreren Metallisierungsschichten 110, 120 gebildet.
Zu diesem Zweck wird das dielektrische Material 111 abgeschieden
und nachfolgend strukturiert, um Kontaktöffnungen und/oder Gräben zu erhalten,
woran sich das Abscheiden des Barrierenmaterials 112a anschließt, was
durch Sputter-Abscheidung, CVD (chemische Dampfabscheidung) und
der gleichen bewerkstelligt werden kann. Es sollte beachtet werden,
dass die Metallisierungsschicht 110 durch ähnliche
Prozesstechniken hergestellt werden kann, wie sie mit Bezug zu der
Metallisierungsschicht 120 beschrieben sind, wobei dies
von der Gesamtprozess- und Bauteilbeschaffenheit abhängt. Danach
wird das Metall, etwa Kupfer, etwa durch Elektroplattieren eingefügt, wobei
vor dem elektrochemischen Abscheideprozess ein leitende Saatschicht,
etwa Kupfer und dergleichen, durch geeignete Abscheidetechniken,
etwa Sputter-Abscheidung, stromloses Plattieren und dergleichen
gebildet wird. Nach dem Einfüllen
des Kupfermaterials wird überschüssiges Material
davon entfernt, etwa durch elektrochemisches Ätzen, CMP (chemisch-mechanisches
Polieren), und dergleichen. Als nächstes wird die Ätzstoppschicht 113 gebildet,
indem ein oder mehrere Materialien auf der Grundlage gut etablierter CVD-Techniken
abgeschieden werden. Daraufhin wird das dielektrische Material 121 durch
eine geeignete Abscheidetechnik gebildet, etwa CVD, Aufschleuderprozesse
und dergleichen. Danach wird die Deckschicht 122 hergestellt,
beispielsweise durch Oxidieren eines Oberflächenbereichs des dielektrischen
Materials 121, wenn das Material 121 eine geeignete
Materialzusammensetzung aufweist, oder durch Abscheiden einer geeigneten
dünnen
Materialschicht, um nicht in unerwünschter Weise die Gesamtpermittivität des dielektrischen
Materials 121 zu beeinflussen. Schließlich wird die Ätzmaske 130 gebildet,
indem ein Lackmaterial abgeschieden wird, möglicherweise in Verbindung
mit geeigneten ARC-Materialien und dergleichen, und indem Lithographieprozess
ausgeführt
wird, um eine Öffnung 130a zu
bilden, die im Wesentlichen einer Kontaktlochöffnung entspricht, die in dem
dielektrischen Material 121 zu bilden ist. Auf der Grundlage
der Ätzmaske 130 wird
ein Ätzprozess 131 ausgeführt, um durch
das Material 121 zu ätzen,
wobei der entsprechende Ätzprozess
auf und in der Ätzstoppschicht 113 angehalten
wird. Nachfolgend wird die Ätzmaske 130 entfernt,
beispielsweise durch Lackabtragungsprozesse mit Prozessrezepten
auf der Basis von Sauerstoffplasma, möglicherweise in Verbindung
mit reaktiven Komponenten, etwa Fluor, das in der Ätzkammer
auf Grund der zuvor ausgeführten Ätzschritte
vorhanden sein kann, woraus sich ein mehr oder weniger ausgeprägter Materialabtrag
der Deckschicht 122 und möglicherweise des empfindlichen dielektrischen
Materials 121 ergibt.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach der oben
beschriebenen Prozesssequenz. Somit zeigt die Deckschicht 122 und
möglicherweise
ein Oberflächenbereich
des dielektrischen Materials 121 ein gewisses Maß an Ätzschädigung 122a,
die durch die vorhergehenden Ätzprozesse zum
Entfernen der Ätzmaske 130 hervorgerufen wird.
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1c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem ein Einebnungsmaterial 132,
beispielsweise in Form eines organischen Materials, in der Kontaktlochöffnung 121a und über dem
dielektrischen Material 121 und der Deckschicht 122 gebildet
ist. Wie zuvor erläutert
ist, sorgt das Einebnungsmaterial 132 für eine im Wesentlichen eingeebnete
Oberflächentopographie
und dient auch als ein ARC-Material während des Lithographieprozesses
zur Strukturierung einer weiteren Ätzmaske 133, die in
Form eines Lackmaterials und dergleichen vorgesehen ist. Die Einebnungsschicht 132 wird
gebildet, indem ein geeignetes Material in einem Zustand geringer
Viskosität
durch Aufschleuderverfahren aufgebracht und nachfolgend das Material 132 gehärtet wird.
Anschließend
wird ein geeignetes Lackmaterial abgeschieden und strukturiert,
um eine Grabenöffnung 133a zu
bilden, die als eine Ätzmaske
während eines Ätzprozesses 134 verwendet
wird. Während des Ätzprozesses 134 wird
die Einebnungsschicht 132 zuerst strukturiert und nachfolgend
wird Material der Schicht 121 entfernt, um damit einen
Graben in dieser Schicht zu bilden. Anschließend werden die Maske 133 und
das Einebnungsmaterial 132 entfernt, beispielsweise durch
gut etablierte Plasmaabtragungsrezepte, während welchem jedoch das dielektrische
Material 121 und die Deckschicht 122 ebenfalls
der Einwirkung der entsprechenden reaktiven Umgebung ausgesetzt
werden.
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1d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach der oben
beschriebenen Prozesssequenz, wobei ein Graben 121t in
einem oberen Bereich des dielektrischen Materials 121 gebildet
ist, das jedoch deutliche Schäden 121d an
einer Oberfläche
davon auf Grund der vorhergehenden plasmabasierten Prozesse zum
Entfernen der Ätzmaske 133 und
der Einebnungsschicht 132 aufweist. Folglich können insbesondere
in Halbleiterbauelementen mit extrem kleinen Abmessungen deutlich
Oberflächenunregelmäßigkeiten
in den dielektrischen Materialien jeweiliger Metallisierungsschichten
hervorgerufen werden, wodurch ungleichmäßige Prozessbedingungen während der
weiteren Bearbeitung der Bauelemente, etwa im Hinblick auf die nachfolgenden
Abscheidetechniken zur Herstellung eines Barrierenmaterials und
eines gut leitenden Metalls in Verbindung mit darauffolgenden Einebnungsprozessen hervorgerufen
werden, wobei der sehr unregelmäßige Oberflächenzustand
des dielektrischen Materials 121 einen negativen Einfluss
auf die schließlich
erreichten Bauteileigenschaften ausüben kann.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung
Techniken zum Strukturieren eines dielektrischen Materials, wobei
die Auswirkungen eines oder mehrerer der oben erkannten Probleme
vermieden oder zumindest verringert werden.
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Überblick über die Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand eine Technik
zur Herstellung von Metallisierungssystemen gemäß einem Strukturierungsschema,
in welchem die Einwirkung der reaktiven Ätzumgebungen, etwa von sauerstoffbasierten
Plasmaabtragungsprozessen, auf empfindliche dielektrische Materialien
deutlich verringert werden kann, um eine verbesserte Oberflächenintegrität des dielektrischen
Materials zu schaffen. Zu diesem Zweck wird eine Hartmaskenschicht über dem
dielektrischen Material gebildet und wird zur Herstellung eines
Grabens in dem dielektrischen Material verwendet, wobei die strukturierende
Hartmaskenschicht so bewerkstelligt wird, dass ein unerwünschtes
Einwirken einer plasmabasierten reaktiven Ätzumgebung auf das Hartmaskenmaterial
ebenfalls verringert wird. Folglich kann die Integrität der Hartmaske
bis zu einem Zeitpunkt beibehalten werden, in welchem der entsprechende
Graben in einem oberen Bereich des dielektrischen Materials zu strukturieren
ist. Während der
Strukturierung einer Kontaktlochöffnung
und während
der Ausbildung des Grabens kann folglich die Hartmaskenschicht das
empfindliche dielektrische Material einschließen, woraus sich insgesamt eine
verbesserte Oberflächenintegrität des dielektrischen
Materials ergibt. In einigen anschaulichen Aspekten wird ein direkter
Kontakt des dielektrischen Materials mit einem Lackmaterial unterdrückt, indem eine
geeignete Deckschicht vor dem Bilden der Grabenöffnung in dem dielektrischen
Material vorgesehen wird.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden eines
Stapels aus Schichten auf einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε, die über einem
Substrat eines Halbleiterbauelements ausgebildet ist, wobei der
Schichtstapel eine Hartmaskenschicht aufweist, die über der
dielektrischen Schicht mit kleinem ε ausgebildet ist und wobei ferner eine
erste Deckschicht vorgesehen ist, die auf der Hartmaskenschicht
gebildet ist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer ersten Öffnung in
dem Schichtstapel und das Bilden einer zweiten Öffnung in der ersten Deckschicht
unter Anwendung der Hartmaskenschicht als Ätzstoppmaterial. Des weiteren umfasst
das Verfahren das Bilden eines ersten Bereichs einer Kontaktlochöffnung in
der dielektrischen Schicht mit kleinem ε unter Anwendung der Hartmaske
als eine erste Ätzmaske.
Weiterhin wird eine Grabenmaske gebildet, indem ein Teil der Hartmaskenschicht
entfernt wird, der von der zweiten Öffnung freigelegt wird, indem
die erste Deckschicht als eine zweite Ätzmaske verwendet wird. Des
weiteren umfasst das Verfahren das Bilden eines zweiten Bereichs
der Kontaktlochöffnung
und eines Grabens in der dielektrischen Schicht mit kleinem ε auf der Grundlage
der Grabenätzmaske.
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Ein
weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das
Bilden einer Hartmaskenschicht über
einem dielektrischen Material einer Metallisierungsschicht eines
Halbleiterbauelements, wobei die Hartmaskenschicht eine erste Materialschicht aufweist,
die über
dem dielektrischen Material gebildet ist, und eine zweite Materialschicht
aufweist, die auf der ersten Materialschicht ausgebildet ist. Das Verfahren
umfasst ferner das Bilden einer ersten Öffnung in der Hartmaskenschicht,
die einer Kontaktlochöffnung
entspricht, die in dem dielektrischen Material zu bilden ist. Ferner
umfasst das Verfahren das Bilden der Kontaktlochöffnung in den dielektrischen Material
unter Anwendung zumindest der ersten Materialschicht der Hartmaske
als eine Ätzmaske,
und Bilden einer Deckschicht über
der Hartmaskenschicht und in der ersten Öffnung. ferner wird eine zweite Öffnung in
der Hartmaskenschicht gebildet, die einem in dem dielektrischen
Material zu bildenden Graben entspricht. Des weiteren umfasst das Verfahren
das Bilden des Grabens in dem dielektrischen Material unter Anwendung
zumindest der ersten Materialschicht als eine Ätzmaske.
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Ein
weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft das
Strukturieren eines dielektrischen Materials einer Metallisierungsschicht
eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Bilden einer
ersten Hartmaskenschicht über
dem dielektrischen Material und das Bilden einer zweiten Hartmaskenschicht
auf der ersten Hartmaskenschicht. Des weiteren wird eine erste Öffnung in
der ersten und der zweiten Hartmaskenschicht gebildet, wobei die
erste Öffnung
einer Kontaktlochöffnung entspricht,
die in dem dielektrischen Material herzustellen ist. Ferner umfasst
das Verfahren das Bilden einer zweiten Öffnung in der zweiten Hartmaskenschicht
und das Bilden eines ersten Bereichs der Kontaktlochöffnung in
dem dielektrischen Material, wobei die zweite Öffnung einem in dem dielektrischen
Material zu bildenden Graben entspricht. Ferner wird eine zweite Öffnung in
der ersten Hartmaskenschicht gebildet und der Graben und ein zweiter Bereich
der Kontaktlochöffnung
werden unter Anwendung der ersten Hartmaskenschicht als eine Ätzmaske
hergestellt.
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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 1d schematisch
Querschnittsansichten eines konventionellen Halbleiterbauelements
während
diverser Fertigungsphasen zum Strukturieren des dielektrischen Materials
einer Metallisierungsschicht gemäß konventioneller
Strategien zeigen;
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2a bis 2k schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen bei der Herstellung einer Metallisierungsschicht
mit einer deutlich geringeren Einwirkung einer reaktiven Ätzumgebung
auf empfindliche dielektrische Materialien auf der Grundlage eines
gestalteten Hartmaskenschichtstapels gemäß anschaulicher Ausführungsformen
zeigen;
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2l schematisch
das Halbleiterbauelement in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase zeigt,
wobei das Hartmaskenmaterial gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
entfernt wird;
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2m und 2n schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zeigen, in denen in der zusätzlichen
Deckschicht in dem Hartmaskenschichtstapel vorgesehen wird, die
als eine Steuerschicht während
des Entfernens eines oberen Bereichs des Hartmaskenschichtstapels
verwendet wird; und
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2o und 2p schematisch
Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zeigen, in denen eine Kontaktlochöffnung zuerst auf der Grundlage
einer Hartmaske hergestellt wird, wobei eine unerwünschte Einwirkung
auf eine freigelegte Oberfläche
der Kontaktlochöffnung
durch Vorsehen einer Deckschicht verringert wird.
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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 beachtet werden,
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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Die
vorliegende Offenbarung betrifft Techniken zur Herstellung von Metallisierungsschichten
von modernen Halbleiterbauelementen, die typischerweise empfindliche
dielektrische Materialien enthalten, etwa Dielektrika mit kleinem ε, poröse Dielektrika
mit kleinem ε und
dergleichen, um damit das Gesamtleistungsverhalten der Halbleiterbauelemente
zu verbessern. Die vorliegende Offenbarung führt zu einer deutlichen Verringerung
des Ausmaßes
an Einwirkung auf empfindliche dielektrische Materialien durch reaktive Ätzatmosphären, deren
Anwendung während
eines Strukturierungsschemas zur Herstellung von Kontaktlochöffnungen
und Gräben
in den dielektrischen Materialien erforderlich ist, um damit einen gemeinsamen
Füllprozess
einer insgesamt hohen Prozesseffizienz zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wird
ein geeignet gestalteter Stapel aus Materialschichten, die als Hartmaskenschichten
oder Deckschichten bezeichnet werden, so vorgesehen, dass die Kontaktlochöffnung auf
der Grundlage dieser Schichten strukturiert werden kann, während der Graben
auf der Grundlage dieser Schichten strukturiert werden kann, während der
Graben auf der Grundlage kleiner oder mehrerer Schichten in einem Zustand
strukturiert wird, in welchem eine unerwünschte Einwirkung einer reaktiven Ätzatmosphäre im Wesentlichen
vermieden wird, um damit eine im Wesentlichen intakte Ätzmaske
während
des Grabenstrukturierungsprozesses bereitzustellen, wodurch eine
unerwünschte
Freilegung des darunter liegenden dielektrischen Materials im Hinblick
auf reaktive Ätzumgebungen
vermieden wird, wie dies ansonsten typischerweise in konventionellen
Strukturierungsschemata der Fall ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen
werden eine oder mehrere der Materialschichten in dem Schichtstapel
während
der weiteren Bearbeitung des Bauelements beibehalten, wodurch eine
erhöhte
Stabilität
dem dielektrischen Material, beispielsweise während des Abscheidens geeigneter
Barrierenmaterialien, dem Einfüllen
von gut leitenden Metallen, etwa Kupfer, und dem nachfolgenden Entfernen
von überschüssigem Material, verliehen
werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird das Hartmaskenmaterial
zumindest teilweise während
oder nach dem Entfernen von überschüssi gem Material,
beispielsweise durch CMP, abgetragen, wodurch ebenfalls eine Einwirkung
einer reaktiven Ätzumgebung
auf empfindliche dielektrische Materialien vermieden wird. In diesem Falle
kann ein unerwünschter
Einfluss des Hartmaskenmaterials im Hinblick auf die Bauteileigenschaften,
etwa die Gesamtpermittivität
des dielektrischen Materials, und dergleichen verringert werden.
Ferner können
gut etablierte Materialien für
die Hartmaske verwendet werden, wobei in einigen Fallen eine oder mehrere
der Materialschichten des Stapels zur Herstellung der Hartmaske
ein Metall, etwa Tantal, Titan, beispielsweise in Form von Tantalnitrid,
Titannitrid, und dergleichen aufweist, während auch andere gut etablierte
Materialien, etwa Siliziumdioxid, Kohlenstoff und dergleichen eingesetzt
werden können.
Daher wird ein hohes Maß an
Kompatibilität
mit dem konventionellen Gesamtprozessablauf erreicht, ohne dass
zusätzliche
Ressourcen im Hinblick auf Materialien und Prozessanlagen erforderlich
sind, während gleichzeitig
eine erhöhte
Integrität
empfindlicher dielektrischer Materialien erreicht wird.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2p werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit
einem Substrat 201, über
welchem eine oder mehrere Metallisierungsschichten 210, 220 gebildet
sind. Das Substrat 201 umfasst ein oder mehrere Bauteilebenen,
d. h. Ebenen in und über
denen entsprechende Schaltungselemente in Form von Halbleiterschaltungselementen,
etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen ausgebildet
sind, wie dies auch unter Bezugnahme zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist.
In ähnlicher
Weise umfasst die Metallisierungsschicht 210 ein dielektrisches
Material 211, in welchem ein Kontaktgebiet oder Metallgebiet 212 eingebettet
ist, das ein geeignetes leitendes Material aufweist. Das dielektrische
Material 211 enthält
ggf. ein dielektrisches Material mit kleinem ε, während ein Teil des Metallgebiets 212 in
Form eines gut leitenden Metalls vorgesehen ist, etwa in Form von
Kupfer, Silber, und dergleichen, möglicherweise in Verbindung
mit geeigneten Barrierenmaterialien (nicht gezeigt). Des weiteren
ist eine Ätzstoppschicht 213 auf
dem dielektrischen Material 211 und dem Kontakt- oder Metallgebiet 212 gebildet.
Es sollte beachtet werden, dass die Metallisierungsschicht 210 in ähnlicher
Weise ausgebildet ist, wie dies auch mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben
ist.
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In
der gezeigten Fertigungsphase umfasst das Halbleiterbauelement 200 eine
weitere Metallisierungsschicht 220 mit einem dielektrischen
Material 221, das ein beliebiges geeignetes Material repräsentiert,
um darin die Leitungen und Kontaktdurchführungen zu bilden. Es sollte
beachtet werden, dass das dielektrische Material 221 eine
Konfiguration aufweisen kann, wie dies mit Bezug zu dem dielektrischen
Material 212 des Bauelements 100 beschrieben ist.
Somit repräsentiert
das Material 221 ein dielektrisches Material mit einer
Dielektrizitätskonstante von
3,0 und deutlich kleiner, wobei auch ein mehr oder minder ausgeprägter Grad
an Porosität
abhängig
von den gesamten Bauteilerfordemissen vorhanden sein kann. Des weiteren
ist ein Stapel aus Materialschichten 230 über dem
dielektrischen Material 221 gebildet, wobei in einer anschaulichen
Ausführungsform
der Stapel 230 eine erste Materialschicht 231 aufweist,
die auch als eine Hartmaskenschicht oder eine erste Hartmaskenschicht
bezeichnet wird, und wobei eine zweite Materialschicht 232 vorgesehen
ist, die auch als Deckschicht oder als eine zweite Hartmaskenschicht
bezeichnet wird. Die erste Materialschicht 231 und die
zweite Materialschicht 232 werden so vorgesehen, dass diese
eine ausgeprägte Ätzselektivität in Bezug
auf eine geeignet gestaltete Ätzumgebung
aufweisen, wie dies nachfolgend detaillierter erläutert ist.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
ist die erste Materialschicht 231 aus einer Materialzusammensetzung
aufgebaut, die ein Metall enthält,
etwa Tantal, Titan und dergleichen, wobei entsprechende Materialzusammensetzungen gut
etablierte Materialien in konventionellen Halbleiterherstellungsprozessen
repräsentieren,
so dass entsprechendes Fachwissen und Ressourcen zum Abscheiden
und Strukturieren derartiger Materialien verfügbar sind. Beispielsweise werden
Titannitrid, Tantalnitrid und dergleichen häufig als Barrierenmaterialien
während
diverser Phasen des gesamten Fertigungsablaufs eingesetzt und können auch
vorteilhaft als ein Hartmaskenmaterial während der Strukturierung des
dielektrischen Materials 221 verwendet werden. In anderen
anschaulichen Ausführungsformen
werden andere Materialien eingesetzt, etwa Siliziumdioxid, Polysilizium
und dergleichen. Die zweite Materialschicht 232 ist aus
einem geeigneten Material aufgebaut, das eine gewünschte Ätzselektivität besitzt,
wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen Siliziumdioxid,
Kohlenstoff, Siliziumkarbid und dergleichen verwendet wird. Das
erste Material 231 wird etwa in Form eines Metallnitrids vorgesehen,
während
die zweite Materialschicht 232 in Form von Siliziumdioxid,
amorphen Kohlenstoff und dergleichen bereitgestellt wird. In anderen
Fällen werden
gut etablierte Materialzusammensetzungen, etwa Polysilizium und
Siliziumdioxid, als die erste und die zweite Materialschicht 231, 232 vorgesehen.
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Ferner
ist in der gezeigten Fertigungsphase ein Lackmaterial 235 auf
dem Stapel 230 vorgesehen und besitzt eine geeignete Zusammensetzung
für einen
nachfolgenden Lithographieprozess zur Strukturierung des Stapels 230.
Beispielsweise enthält
das Lackmaterial 235 eine oder mehrere Lackmaterialien,
die für
das Erreichen der gewünschten
optischen Eigenschaften geeignet sind. Zu diesem Zweck wird die
Dicke der Lackschicht 235 und von einer oder mehreren der
Schichten des Stapels 230 so eingestellt, dass die gewünschte antireflektierende
Eigenschaft während
eines nachfolgenden Lithographieprozesses erreicht wird. In anderen
Fällen
umfasst das System 235 zusätzlich ARC-Materialien, um
damit eine Rückreflektion
in das Schichtsystem 235 während des Lithographieprozesses
zu verringern.
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Das
in 2a gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann
auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Das
Substrat 201 und mögliche
darin enthaltene Schaltungselemente sowie die erste Metallisierungsschicht 210 und
das dielektrische Material 221 können auf der Grundlage ähnlicher
Prozesstechniken hergestellt werden, wie sie auch zuvor mit Bezug
zu dem Bauelement 100 erläutert sind. Zu beachten ist,
dass abhängig
von den gesamten Bauteil- und Prozesserfordernissen beim Abscheiden
des dielektrischen Materials 221 eine entsprechende Deckschicht
(nicht gezeigt) gebildet werden kann, um damit die gesamte mechanische
Integrität
der Schicht 221 weiter zu verbessern, wie dies zuvor erläutert ist.
In anderen Fällen
wird eine zusätzliche
Deckschicht auf Grund der Anwesenheit des Schichtstapels 230 weggelassen,
während
in wieder anderen Fällen
eine entsprechende Deckschicht in den Stapel 230 eingebaut
wird, wie dies nachfolgend detaillierter erläutert ist. Nach dem Abscheiden
des dielektrischen Materials 221, das eine geeignete Oberflächenschicht
bei Bedarf aufweist, wird somit der Stapel 230 gebildet,
indem beispielsweise zunächst
die Materialschicht 231 auf der dielektrischen Schicht 221 auf
der Grundlage einer beliebigen geeigneten Abscheidetechnik aufgebracht wird,
wozu beispielsweise CVD-Techniken, physikalische Dampfabscheidung,
in Form von Sputter-Abscheidung,
elektrochemische Abscheidung und dergleichen gehören. Wie zuvor erläutert ist,
sind eine Vielzahl gut etablierter Abscheiderezepte verfügbar und
können
zur Herstellung der Schicht 231 verwendet werden, da in
einigen anschaulichen Ausführungsformen
gut etablierte Materialien eingesetzt werden. Als nächstes wird
die Schicht 232 durch eine beliebige geeignete Abscheidetechnik
gebildet, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine Dicke der
Schicht 232 entsprechend den optischen Eigenschaften so
eingestellt wird, dass ein im Wesentlichen antireflektierendes Verhalten
in Verbindung mit dem System 235 erreicht wird, wie dies
zuvor angegeben ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen
wird eine im Wesentlichen stickstofffreie Materialzusammensetzung
für die
Schicht 232 verwendet, um damit eine unerwünschte Stickstoffdiffusion
in das Lacksystem 235 zu unterdrücken, was ansonsten die photochemische
Reaktion des Materials 235 ändern könnte. Als nächstes wird das Lackmaterial 235 abgeschieden
und nachfolgend auf Grundlage moderner Lithographietechniken belichtet,
wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Nach dem Entwickeln des
belichteten Lacksystems 235 wird eine entsprechende Ätzmaske
bereitgestellt, um den Schichtstapel 230 zu strukturieren.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines Ätzprozesses 236,
der auf der Grundlage eines Ätzrezepts
zum Ätzen
durch den Stapel 230 ausgeführt wird, d. h. die Schichten 232 und 231.
Bei Bedarf kann der Ätzprozess 236 zwei
unterschiedliche Ätzschritte
auf der Grundlage geeigneter Ätzchemien
zum Ätzen
durch die unterschiedlichen Materialien 232 und 231 aufweisen, während in
anderen Fällen
eine im Wesentlichen nicht-selektive Ätzchemie verwendet wird. Somit
wird eine Öffnung 230a in
dem Stapel 230 gebildet, wobei die Öffnung 230a im Wesentlichen
einer Kontaktöffnung
entspricht, die in dem dielektrischen Material 221 zu bilden
ist. Im Allgemeinen ist der Ätzprozess 236 weniger
kritisch, da eine moderate Dicke für die Schichten 231 und 232 vorgesehen
ist, etwa eine Dicke von ungefähr
20 nm oder weniger kann sowohl für
die erste als auch die zweite Materialschicht 231, 232 angewendet
werden, so dass eine moderat geringe Dicke des Lacksystems 235 ausreichend
ist, um die Öffnung 230a bereitzustellen.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines
weiteren Ätzprozesses 237,
d. h. eines plasmabasierten Ätzprozesses
zum Entfernen des Lacksystems 235, was auf der Grundlage
eines Sauerstoffplasmas und dergleichen ausgeführt werden kann. Während des
Lackabtragungsprozesses 237 kann der Stapel 230 zuverlässig eine unerwünschte Einwirkung
auf Oberflächenbereiche des
dielektrischen Materials 221 verhindern, mit Ausnahme innerhalb
der Öffnung 230a,
in der eine Schädigung
des Materials 221 die gesamte Verarbeitung nicht weiter
beeinflusst, da dieser Bereich in einer späteren Phase entfernt wird.
Während
des Ätzprozesses 237 wird
die erste Materialschicht 231, die als eine Hartmaske zum
Strukturieren eines Grabens in dem oberen Teil des dielektrischen
Materials 221 dient, zuverlässig von dem zweiten Material 232 geschützt, wobei
entsprechendes Material in der Schicht 232 keine Auswirkung
auf die weitere Bearbeitung ausübt.
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2d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform,
in der eine verbesserte Gesamtprozessrobustheit erreicht wird, indem
eine zusätzliche Deckschicht 234 über dem
Schichtstapel 230 und innerhalb der Öffnung 230a vorgesehen
wird. Die Deckschicht 234 wird als ein Puffermaterial vorgesehen,
um damit eine Kontamination während
des nachfolgenden Lithographieprozesses zu verringern, da entsprechende
Kontaminationsstoffe in dem dielektrischen Material 221 enthalten
sein können
und möglicherweise
in ein Lackmaterial diffundieren können, wenn dieses direkt mit
dem Material 221 in Kontakt kommt. Beispielsweise kann
Stickstoff in dem dielektrischen Material 221 vorhanden
sein, wodurch eine Modifizierung des Lackmaterials hervorgerufen werden
kann, insbesondere, wenn Lackmaterialien für kurze Belichtungswellenlängen betrachtet
werden. Somit wird die Schicht 234 als ein im Wesentlichen
stickstofffreies Material in einer ausreichenden Dichte vorgesehen,
um damit eine Diffusionsaktivität mehr
oder weniger flüchtiger
Materialien in dem dielektrischen Material 221 deutlich
zu verringern. Beispielsweise können
Siliziumdioxid, Kohlenstoff, Siliziumkarbid und dergleichen verwendet
werden. Es sollte beachtet werden, dass in anderen anschaulichen
Ausführungsformen
die zusätzliche
Deckschicht 234 weggelassen wird, wenn ein direkter Kontakt
mit einem Lackmaterial akzeptabel ist.
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2e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der ein Lackmaterial 238,
möglicherweise
in Verbindung mit anderen organischen Komponenten zur Verbesserung
der Oberflächentopographie
und/oder optischen Eigenschaften, über den Stapel 230 gebildet
ist, während
in der gezeigten Ausführungsform
das Material 238 auf der zusätzlichen Deckschicht 234 gebildet
ist. Des weiteren wird ein Lithographieprozess ausgeführt, um
die lateralen Abmessungen eines Grabens zu definieren, der in dem
dielektrischen Material 221 zu bilden ist, wie dies durch
die gestrichelten Linien angezeigt ist. Somit wird in der gezeigten
Ausführungsform
das Lacksystem 238 auf der Grundlage weniger kritischer Oberflächenbedingungen
im Vergleich zur konventionellen Lösung, wie sie zuvor beschrieben
ist, gebildet werden.
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2f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Strukturieren
des Lacksystems 238 und während eines Ätzprozesses 239, während welchem
ein oberer Bereich 221 einer Kontaktlochöffnung in
dem Material 221 gebildet wird. Zu diesem Zweck können gut
etablierte Ätzprozesse eingesetzt
werden während
des Prozesses 231, um zunächst die Deckschicht 234 zu
entfernen und nachfolgend in das Material 221 zu ätzen, wobei konventionelle Ätzrezepte
eingesetzt werden, wie sie auch in der konventionellen Strategie
beschrieben sind. Während
des Ätzprozesses 239 wird
auch ein freigelegter Bereich der zweiten Materialschicht 232 entfernt,
wobei dies von den gesamten Ätzeigenschaften
abhängt.
Auf Grund der Ätzselektivität der ersten
Schicht 231 in Bezug auf die zweite Schicht 232 im
Hinblick auf den Ätzprozess 239 dient
die Schicht 231 als eine Ätzmaske zur Bildung des oberen
Bereichs 221u, wodurch die gewünschte Ätzspürtreue bereitgestellt wird.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
ist der Ätzprozess 239 als ein
im Wesentlichen nicht-selektiver Ätzprozess im Hinblick auf die
Materialien der Deckschichten 234, 232 und das
dielektrische Material 221 ausgelegt, wobei die Schicht 231 als
eine Hartmaske zur Bildung der Öffnung 221u dient.
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2g zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während einer
weiteren Ätzsequenz 240,
die so gestaltet ist, dass ein freigelegter Bereich der ersten Materialschicht 231 entfernt
wird, wodurch eine zweite Öffnung 230b gebildet
wird, deren lateralen Abmessungen einem Graben entsprechen, der
in dem Material 221 zu bilden ist. Zu diesem Zweck wird eine
geeignete Ätzchemie
eingesetzt, die das Ätzen von
Material der Schicht 331 ermöglicht, wobei eine Selektivität im Hinblick
auf das Material 221 wenig kritisch ist, da freigelegte
Bereiche davon ohnehin in einer späteren Fertigungsphase entfernt
werden. Es sollte beachtet werden, dass das Lacksystem 238 weiterhin
als eine Ätzmaske
während
der Sequenz 240 dienen kann, während in anderen Fällen das Lacksystem 238 entfernt
wird, während
die Deckschichten 232 und 234 zuverlässig die
bedeckten Bereiche der Schicht 231 schützen, während eine Schädigung der
freigelegten Bereiche der Schicht 231 innerhalb der Öffnung 230b vorteilhaft
sein kann, um damit die Gesamtverarbeitungszeit zum Entfernen des
freigelegten Bereichs innerhalb der Öffnung 230b zu verringern,
während
die Deckschichten 232 und 234 als entsprechende Ätzmasken
dienen. Somit wird eine unerwünschte
Freilegung der abgedeckten Bereiche der Schicht 231 im
Hinblick auf die Ätzumgebung
des Prozessors 240 unterdrückt, wodurch die Integrität der Schicht 231 beibehalten
wird, die als eine effiziente Grabenätzmaske während der weiteren Bearbeitung
dient.
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2h zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem ein Ätzprozess 241 auf der
Grundlage der Hartmaske 231 ausgeführt wird, wodurch die Öffnung 221u vertieft
wird, um damit eine Kontaktlochöffnung 221a zu
bilden, wobei auch ein Graben 221c in einem oberen Bereich
der dielektrischen Schicht 221 gebildet wird. Es sollte
beachtet werden, dass der Ätzprozess 241 einen
Pro zessschritt enthält,
der die Deckschichten 232, 234 selektiv in Bezug
auf das Material 221 entfernt, während in anderen anschaulichen
Ausführungsformen
die Ätzchemie
des Prozessors 241 keine ausgeprägte Selektivität in Bezug
auf die Materialien der Deckschichten 232, 234 einerseits
und auf das dielektrische Material 221 andererseits aufweist.
Während
des Ätzprozesses 241 wird
eine Tiefe des Grabens 221t auf der Grundlage einer gesteuerten
Echtzeit eingestellt, während
ein zuverlässiger
Stopp des Ätzprozesses in
der Kontaktlochöffnung 221a mittels
der Ätzstoppschicht 213 erreicht
wird. Danach wird ein geeignet gestalteter Ätzschritt ausgeführt, um
durch die Ätzstoppschicht 213 zu ätzen.
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2i zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach der zuvor
beschriebenen Prozesssequenz, so dass die Kontaktlochöffnung 221a einen Teil
des Metallgebiets 212 freilegt. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem eine Barrierenschicht bei
Bedarf abgeschieden wird und nachfolgend der Graben 221t und
die Kontaktlochöffnung 221a mit
einem geeigneten Metall, etwa Kupfer und dergleichen gefüllt werden,
wobei bei Bedarf ein zusätzlicher
Abscheideprozess ausgeführt
werden kann, um eine Saatschicht vorzusehen. Zu diesem Zweck können gut
etablierte Prozesstechniken angewendet werden.
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2j zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach der zuvor
beschriebenen Prozesssequenz. Somit wird eine Barrierenschicht auf
der Hartmaskenschicht 231 und innerhalb des Grabens 221t und
in der Kontaktlochöffnung 221a gebildet und
eine Metallschicht 224 wird vorgesehen, um zuverlässig den
Graben 221t und die Kontaktlochöffnung 221a zu füllen.
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2k zeigt
schematisch das Bauelement 200 während eines Abtragungsprozesses 225,
der eine beliebige geeignete Prozesstechnik enthält, beispielsweise elektrochemisches Ätzen, CMP
und dergleichen. In einer anschaulichen Ausführungsform wird die Hartmaskenschicht 231 ebenfalls
als eine Stoppschicht für
den Prozess 225 verwendet, beispielsweise während eines
abschließenden CMP-Schritts,
wodurch die Integrität
des empfindlichen dielektrischen Materials 221 bewahrt
wird. Somit werden, wie gezeigt ist, eine Metallleitung 224a und
eine Kontaktdurchführung 224b nach
dem Abtragungsprozess 225 gebildet, wobei der verbleibende Bereich
der Schicht 231 als eine Deckschicht für das Material 221 dient.
In diesem Falle wird die Schicht 231 als ein dielektrisches
Material vorgesehen, das nicht in unerwünschter Weise die elektrischen
Gesamteigenschaften der Metallisierungs schicht 220 beeinflusst.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
umfasst die Schicht 231 ein Metall und besitzt eine gewisse
Leitfähigkeit,
die das Entfernen der Schicht 231 notwendig macht. Dies
kann in einer beliebigen geeigneten Fertigungsphase nach der Herstellung
des Grabens 221t und der Kontaktlochöffnung 221 bewerkstelligt
werden, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Schicht 231 während oder
nach dem Abtragungsprozess 225 entfernt wird.
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2l zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines
weiteren CMP-Schritts, in
welchem die Schicht 231 entfernt wird. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
sind die Barrierenschicht 230 und die Hartmaskenschicht 231 aus Materialien
mit ähnlichen
Eigenschaften im Hinblick auf einen CMP-Prozess aufgebaut oder diese
Materialschichten besitzen im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung,
so dass das Entfernen der Schicht 231 während des Prozesses 225 bewerkstelligt
werden kann.
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Folglich
kann das zuvor beschriebene Strukturierungsschema für eine verbesserte
Integrität
des dielektrischen Materials 221 sorgen, da die Einwirkung
reaktiver Ätzatmosphären im Wesentlichen
vermieden wird, wobei auch die Integrität zumindest einer Materialschicht
des Stapels 230 beibehalten wird, wodurch für eine verbesserte Ätzspurtreue während der
entsprechenden Strukturierungssequenzen zur Herstellung der Kontaktlochöffnung 221a und
des Grabens 221t gesorgt wird. In den obigen Ausführungsformen
enthält
der Schichtstapel 230 zwei Schichten, wovon eine, d. h.
die Schicht 231, die eigentliche Hartmaskenschicht repräsentiert,
während
die Schicht 232 für
die gewünschte verbesserte
Integrität
der Hartmaskenschicht vor dem eigentlichen Grabenätzprozess
sorgt. In anderen anschaulichen Ausführungsformen umfasst der Schichtstapel 230 ein
oder mehrere weitere Schichten, beispielsweise zur Verbesserung
der Integrität des
dielektrischen Materials 221 insbesondere im Hinblick auf
das Entfernen der eigentlichen Hartmaskenschicht 231.
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2m zeigt
schematisch das Bauelement 200 gemäß noch weiteren anschaulichen
Ausführungsformen,
in denen eine zusätzliche
Deckschicht 233 vorgesehen ist, beispielsweise in Form
von Siliziumdioxid, Kohlenstoff, Siliziumkarbid und dergleichen,
wie dies mit den gesamten Bauteilerfordernissen kompatibel ist.
Beispielsweise wird die zusätzliche
Deckschicht 233 als ein Teil des anfänglichen Schichtstapels 230 vor
dem Abscheiden der eigentlichen Hartmaskenschicht 231 gebildet.
Die weitere Bearbeitung, d. h. das Strukturieren des Stapels 230 mit
der zusätzlichen
Deckschicht 233, kann in ähnlicher Weise ausge führt werden,
wie dies zuvor beschrieben ist, wobei das Vorsehen der Schicht 233 zu einer
erhöhten
Flexibilität
bei der Auswahl geeigneter Materialien für die Schicht 231 führt, da
ein direkter Kontakt mit dem Material 221 durch die Schicht 233 unterdrückt wird.
In der gezeigten Fertigungsphase wird der Abtragungsprozess 225 so
ausgeführt,
dass überschüssiges Material
der Metallschicht 224 entfernt wird, wie dies zuvor beschrieben
ist, und der Prozess 225 umfasst ferner einen weiteren
Abtragungsprozess, etwa einen CMP-Schritt, um auch die Barrierenschicht 223 und
die Schicht 231 zu entfernen, wobei die zusätzliche
Deckschicht 233 für
eine verbesserte Unversehrtheit des empfindlichen dielektrischen
Materials 221 sorgt.
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2n zeigt
schematisch das Bauelement 200 nach dem Abtragungsprozess 225,
wobei die Hartmaskenschicht 231 entfernt sein kann, während die
Schicht 233 oder zumindest ein Teil davon weiterhin die
Oberfläche
des dielektrischen Materials 221 bedeckt.
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Mit
Bezug zu den 2o und 2p werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, in
denen die Kontaktlochöffnung 221a vor
dem eigentlichen Ausführen
des Grabenätzprozesses
gebildet wird, wodurch ein hohes Maß an Kompatibilität mit der
konventionellen Prozesssequenz geschaffen wird, wie sie zuvor mit
Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben ist.
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2o zeigt
schematisch das Bauelement 200 mit dem Materialschichtstapel 230,
der strukturiert ist, wie dies beispielsweise zuvor beschrieben ist,
um damit die erste Öffnung 230a darin
zu bilden. Danach wird das Lackmaterial entfernt, wie dies zuvor
beschrieben ist, wobei die Deckschicht 232 die Maskenschicht 231 abdeckt,
um damit eine unerwünschte
Wechselwirkung mit der reaktiven Umgebung während des Lackabtragungsprozesses
zu vermeiden. Anschließend
wird ein anisotroper Ätzprozess
ausgeführt
auf der Grundlage der Schichten 232, 231, während in
anderen Fällen
die Schicht 232 ebenfalls während des entsprechenden Ätzprozesses
entfernt wird, wenn eine ausgeprägte Ätzselektivität des Ätzrezepts
im Hinblick auf die Schichten 221 und 232 nicht
vorgesehen ist. In diesem Falle dient die Hartmaske 231 als
eine Ätzmaske
zum Bilden der Kontaktlochöffnung 221a.
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2p zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium, in welchem ein Einebnungsmaterial 203 in der Öffnung 221 und über der
Schicht 231 ausgebildet ist, wie dies zuvor im Zusammenhang
mit dem Bauelement 100 beschrieben ist, um eine im Wesentlichen
ebene Oberflächentopographie
zu schaffen und ebenfalls die gewünschten optischen Eigenschaften
bereitzustellen. Des weiteren ist in einigen anschaulichen Ausführungsformen
die Deckschicht 234 in der Öffnung 221a so gebildet,
dass ein direkter Kontakt mit dem dielektrischen Material 221 vermieden
wird, was vorteilhaft sein kann im Hinblick auf den Einbau kontaminierender
Sorten aus dem Einebnungsmaterial 203 in das dielektrische
Material 221. Zu diesem Zweck kann ein beliebiges geeignetes Material,
etwa Siliziumdioxid, Kohlenstoff, und dergleichen verwendet werden,
wie dies auch zuvor erläutert
ist. Danach wird die weitere Bearbeitung in ähnlicher Weise fortgesetzt,
wie dies mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben ist,
wobei jedoch die Hartmaskenschicht 231 während des
Grabenstrukturierungsprozesses verwendet wird und auch für die Integrität des Materials 221 während des
Entfernens der Lackmaske einschließlich des Einebnungsmaterials 234 sorgt.
Auch in diesem Falle wird ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen Strategien
beibehalten, wobei dennoch für
eine verbesserte Prozessgleichmäßigkeit
gesorgt ist.
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Es
gilt also: Die hierin offenbarten Techniken stellen ein verbessertes
Strukturierungsschema zur Bildung von Gräben und Kontaktlochöffnungen
in einem dielektrischen Material modemster Halbleiterbauelemente
bereit, indem die Einwirkung von reaktiven Lackabtragungsprozessen
auf empfindliche dielektrische Materialien deutlich verringert wird,
wodurch die Gesamtprozessgleichmäßigkeit
verbessert wird.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden
angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung
als lediglich anschaulich und für
die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des
Ausführens
der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind
die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
zu betrachten.