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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung einer Verbindungsstruktur
durch zunächst
strukturieren eines dielektrischen Materials und anschließendes Abscheiden des
Metalls.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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In
einer komplexen integrierten Schaltung werden eine große Anzahl
an Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen
in oder auf einem geeigneten Substrat in einer im Wesentlichen ebenen
Anordnung hergestellt. Auf Grund der großen Anzahl an Schaltungselementen
und der erforderlichen komplexen Schaltungsanordnung der integrierten
Schaltungen üblicherweise
die elektrische Verbindung der einzelnen Schaltungselemente in der
gleichen Ebene verwirklicht werden, auf der die Schaltungselemente
hergestellt werden, sondern es sind eine oder mehrere zusätzliche „Verdrahtungsschichten” erforderlich,
die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese Metallisierungsschichten
enthalten typischerweise Metallleitungen, die die elektrische Verbindung
innerhalb der Ebene herstellen, und enthalten auch eine Vielzahl
von Zwischenebenenverbindungen, die auch als Kontaktdurchführungen
bezeichnet werden, wobei die Metallleitungen und die Kontaktdurchführungen
gemeinsam als Verbindungsstruktur bezeichnet werden.
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Auf
Grund der stetigen Verringerung der Strukturgrößen von Schaltungselementen
in modernen integrierten Schaltungen steigt auch die Anzahl der
Schaltungselemente bei einer vorgegebenen Chipfläche, d. h. die Packungsdichte,
ebenfalls an, wodurch ein noch größerer Anstieg in der Anzahl
der elektrischen Verbindungen erforderlich ist, um die gewünschte Schaltungsfunktion
bereitzustellen. Daher wächst
auch typischerweise die Anzahl der gestapelten Metallisierungsschichten
an, wenn die Anzahl der Schaltungselemente pro Chipfläche größer wird.
Da die Herstellung einer Vielzahl von Metallisierungsschichten große Herausforderungen
mit sich bringt, die es zu lösen
gilt, etwa das Gewährleisten
der mechanischen, thermischen und elektrischen Zuverlässigkeit
der vielen gestapelten Metallisie rungsschichten, die beispielsweise
für moderne
Mikroprozessoren, erforderlich sind, gehen Halbleiterhersteller
zunehmend dazu über,
ein Metall zu verwenden, das höhere
Stromdichten und kleinere Abmessungen der Verbindungsstrukturen
erlaubt. Beispielsweise ist Kupfer ein Metall, das allgemein als
geeigneter Kandidat auf Grund der guten Eigenschaften im Hinblick auf
eine höhere
Widerstandsfähigkeit
gegen Elektromigration und im Hinblick auf einen deutlichen kleineren
elektrischen Widerstrand im Vergleich zu anderen Metallen, etwa
Aluminium, das über
die letzten Jahrzehnte verwendet wurde, betrachtet. Trotz dieser
Vorteile zeigt Kupfer ebenfalls eine Reihe von Nachteilen im Hinblick
auf die Bearbeitung und die Handhabung von Kupfer in einer Halbleiterfertigungsstätte. Beispielsweise
kann Kupfer nicht effizient in größeren Mengen auf ein Substrat
aufgebracht werden mittels gut etablierter Abscheideverfahren, etwa
der chemischen Dampfabscheidung (CVD), und Kupfer kann auch nicht
effizient durch die für
gewöhnlich
angewendeten anisotropen Ätzprozeduren strukturiert
werden auf Grund der Tatsache, dass keine flüchtigen Ätznebenprodukte gebildet werden.
Bei der Herstellung von Metallisierungsschichten mit Kupfer wird
daher die sogenannte Einlege- oder Damaszener-Technik vorzugsweise
eingesetzt, in der eine dielektrische Schicht zunächst aufgebracht
und anschließend
strukturiert wird, um Gräben
und Kontaktöffnungen
zu erhalten, die nachfolgend mit Kupfer gefüllt werden. Ein weiterer wesentlicher
Nachteil des Kupfers besteht in seiner Fähigkeit, rasch in vielen dielektrischen
Materialien mit kleinem ε zu
diffundieren und ebenfalls auch in Silizium und Siliziumdioxid zu
diffundieren, die gut etablierte und bewährte Materialien bei der Herstellung
integrierter Schaltungen repräsentieren.
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Es
ist daher für
gewöhnlich
erforderlich, ein sogenanntes Barrierenmaterial in Verbindung mit
einer kupfergestützten
Metallisierung vorzusehen, um ein Herausdiffundieren von Kupfer
in das benachbarte dielektrische Material möglichst zu vermeiden, da Kupfer
ansonsten zu empfindlichen Halbleiterbereichen wandern kann, wodurch
deren Eigenschaften deutlich geändert
werden. Andererseits soll das Barrierenmaterial auch die Diffusion
von reaktiven Komponenten, etwa von Sauerstoff, Fluor und dergleichen
in das Metallgebiet unterdrücken.
Das Barrierenmaterial, das zwischen dem Kupfer und dem dielektrischen
Material vorgesehen wird, sollte jedoch zusätzlich zu den erforderlichen
Barriereneigenschaften auch eine gute Haftung an das dielektrische Material
sowie an das Kupfer aufweisen und sollte eine möglichst geringen elektrischen
Widerstand aufweisen, um nicht in unerwünschter Weise die elektrischen
Eigenschaften der Verbindungsstruktur zu beeinträchtigen. Des weiteren kann
die Barrierenschicht auch als eine „Schablone” für das nachfolgende Ab scheiden
des Kupfermaterials im Hinblick auf das Erzeugen einer gewünschten
Kristallkonfiguration dienen, da ein gewisses Maß an Information der Oberflächenstruktur
der Barrierenschicht in das Kupfermaterial übertragen werden kann, um damit eine
gewünschte
Korngröße und Konfiguration
zu erhalten. Es zeigt sich jedoch, dass ein einzelnes Material den
Erfordernissen eines gewünschten
Barrierenmaterials nur schwer entsprechen kann. Daher wird eine
Mischung aus Materialien häufig
eingesetzt, um die gewünschten
Barriereneigenschaften zu verwirklichen. Beispielsweise wird häufig eine Doppelschicht
aus Tantal und Tantalnitrid als ein Barrierenmaterial in Verbindung
mit einer Kupfer-Damaszener-Metallisierungsschicht
verwendet. Tantal, das effektiv ein Diffundieren von Kupferatomen
in ein benachbartes Material unterdrückt, selbst wenn es als sehr
dünne Schicht
vorgesehen ist, weist jedoch lediglich eine nur mäßige Haftung
an einer Vielzahl dielektrischer Materialien, etwa siliziumdioxidbasierter
Dielektrika, auf, so dass eine Kupferverbindungsstruktur mit einer
Tantalbarrierenschicht eine geringere mechanische Stabilität aufweist,
insbesondere während
des chemisch-mechanischen Polierens der Metallisierungsschicht,
das zum Entfernen von überschüssigem Kupfer
und zum Einebnen der Oberfläche
für das
Vorsehen einer weiteren Metallisierungsschicht eingesetzt wird.
Die geringere mechanische Stabilität während des CMP kann jedoch eine
Reihe ernster Probleme nach sich ziehen im Hinblick auf die geringere
thermische und elektrische Leitfähigkeit der
Verbindungsstruktur. Andererseits weist Tantalnitrid eine ausgezeichnete
Haftung zu siliziumdioxidbasierten Dielektrika auf, besitzt jedoch
eine mäßige Haftung
an Kupfer. Folglich wird in modernen integrierten Schaltungen mit
einem kupferbasierten Metallisierungssystem typischerweise eine
Barrierendoppelschicht aus Tantalnitrid/Tantal eingesetzt. Die Forderung
nach einem geringen Widerstand der Verbindungsstruktur in Kombination
mit der ständigen Verringerung
der Abmessungen der Schaltungselemente und damit verknüpft mit
einer Verringerung der Abmessungen der Metallleitungen und Kontaktdurchführungen
führt dazu,
dass die Dicke der Barrierenschicht zu verringern ist, wobei dennoch
die erforderliche Barrierenwirkung bereitzustellen ist. Es wurde
erkannt, dass Tantalnitrid ausgezeichnete Barriereneigenschaften
aufweist, selbst wenn es mit einer Dicke von lediglich einigen wenigen
Nanometern und darunter aufgebracht wird. Daher wurden aufwendige
Abscheidetechniken entwickelt, um dünne Tantalnitridschichten mit
einem hohen Maß an
konformen Verhalten selbst in Öffnungen
mit großem
Aspektverhältnis
zu bilden, etwa den Kontaktlochöffnungen
moderner Metallisierungsstrukturen, wobei auch die gewünschte Oberflächentextur
im Hinblick auf die weitere Bearbeitung erreicht wird.
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Da
die Abmessungen der Gräben
und Kontaktdurchführungen
gegenwärtig
eine Breite oder einen Durchmesser von ungefähr 0,1 µm und weniger bei einem Aspektverhältnis der
Kontaktdurchführungen
von ungefähr
5 oder höher
erreicht haben, ist das Abscheiden einer Barrierenschicht zuverlässig auf
allen Oberflächen
der Kontaktdurchführungen
und Gräben
und das nachfolgende Füllen
mit Kupfer im Wesentlichen ohne Hohlräume eine äußerst herausfordernde Aufgabe
bei der Herstellung moderner integrierter Schaltungen. Aktuell wird
die Herstellung einer kupferbasierten Metallisierungsschicht dadurch erreicht,
dass eine geeignete dielektrische Schicht strukturiert und die Barrierenschicht,
die beispielsweise aus Tantal (Ta) und/oder Tantalnitrid (TaN) aufgebaut
ist, durch moderne PVD-(physikalische Dampfabscheide-)Techniken
abgeschieden wird, etwa in Form einer Sputter-Abscheidung. Danach wird das Kupfer
in die Kontaktdurchführungen
und Gräben
eingefüllt,
wobei sich das Elektroplattieren als eine zuverlässige Prozesstechnik erwiesen
hat, da diese in der Lage ist, die Kontaktdurchführungen und Gräben mit
einer hohen Abscheiderate im Vergleich zu CVD (chemische Dampfabscheidung)
und PVD-Abscheideraten in einer Weise von unten nach oben zu füllen, wobei
die Öffnungen
beginnend an der Unterseite in einer im Wesentlichen hohlraumfreien
Weise gefüllt
werden. Im Allgemeinen wird beim Elektroplattieren eines Metalls
ein externes elektrisches Feld zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und
der Elektrolytlösung
angelegt. Da Substrate für
die Halbleiterherstellung nur an beschränkten Bereichen kontaktiert
werden können,
d. h. für
gewöhnlich
am Rand des Substrats, muss eine leitende Schicht, die das Substrat
und die Oberflächen,
die das Metall erhalten sollen, bedecken, vorgesehen werden. Obwohl
die Barrierenschicht, die zuvor über dem
strukturierten Dielektrikum abgeschieden wurde, als eine Stromverteilungsschicht
dienen kann, zeigt sich, dass im Hinblick auf die Kristallqualität, die Gleichmäßigkeit
und die Haftungseigenschaften vorzugsweise eine sogenannte Saatschicht
in dem nachfolgenden Elektroplattierungsprozess zu verwenden ist,
um Kupfergräben
und Kontaktdurchführungen
mit den erforderlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften
zu erhalten. Die Saatschicht, die für gewöhnlich aus Kupfer aufgebaut
ist, wird typischerweise durch Sputter-Abscheidung unter Anwendung
im Wesentlichen der gleichen Prozessanlagen aufgebracht, wie sie
typischerweise für das
Abscheiden der Barrierenschicht eingesetzt werden, wobei diese Abscheidetechniken
die gewünschte
Textur der Saatschicht in Verbindung mit dem zuvor abgeschiedenen
Barrierenmaterial schaffen, wodurch geeignete Bedingungen für das nachfolgende Einfüllen des
Großteils
des Metalls geschaffen werden.
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Für Abmessungen
von 0,1 µm
und weniger von Kontaktlöchern
in modernen Halbleiterbauelementen ist die Sputter-Abscheidung sehr
dünner
Metallschichten mit einem hohen Maß an konformen Abscheideverhalten,
wie dies für
die Barrierenschicht und die Saatschicht erforderlich ist, ein kritischer
Prozessschritt, da die Stufenbedeckungseigenschaften der zuvor beschriebenen
modernen Sputter-Techniken von den gesamten Oberflächeneigenschaften des
dielektrischen Materials abhängen,
das wiederum auf der Grundlage äußerst anspruchsvoller
Lithographie- und Ätztechniken
zu strukturieren ist. Selbst wenn andere Prozesstechniken zur Herstellung
geeigneter Barrierenmaterialien eingesetzt werden, beispielsweise
auf Grundlage sehr konformer Abscheideprozesse, etwa ALD (Atomlagenabscheidung),
die eine gut steuerbare selbstbegrenzende CVD-artige Prozesstechnik
ist, müssen
ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften
vor dem Abscheiden des Barrierenmaterials und eines Saatmaterials,
falls dieses erforderlich ist, geschaffen werden. Beispielsweise
bewirken durch die Abscheidung hervorgerufener Unregelmäßigkeiten
bei der Bildung des Barrierenmaterials und des Saatmaterials das
Erzeugen von Hohlräumen
in dem Barrierenmaterial und möglicherweise
in dem nachfolgend abgeschiedenen Kupfermetall, wodurch das elektrische
Leistungsverhalten der sich ergebenden Verbindungsstruktur beeinträchtigt wird,
und wodurch auch in einem geringen Maße an Zuverlässigkeit
beigetragen wird, da ein vorzeitiger Ausfall der Verbindungsstrukturen
auf Grund des geringeren Widerstands im Hinblick auf die Elektromigration
beobachtet werden kann, was durch die Hohlräume und andere Grenzflächenunregelmäßigkeiten in
dem Barrierenmaterial und/oder dem Kupfermaterial hervorgerufen
wird. Aus diesem Grunde werden große Anstrengungen unternommen,
um die Oberfläche
des strukturierten dielektrischen Materials in geeigneter Weise
vor dem Abscheiden des Barrierenmaterials und des Saatmaterials
zu präparieren, wozu
nasschemische und plasmaunterstützte
Reinigungsprozesse gehören.
Beispielsweise werden während
anspruchsvoller Ätztechniken
zur Herstellung von Kontaktöffnungen
und Gräben
in dem dielektrischen Material eine Vielzahl von Oberflächenkontaminationen
erzeugt, beispielsweise in Form organischer Ätznebenprodukte und dergleichen,
die aufwendige Reinigungsrezepte, etwa auf der Grundlage von nasschemischen
Techniken unter Anwendung geeigneter Chemikalien, etwa wässriger
Flusssäure,
APN (Ammoniak-Wasserstoffperoxid-Mischung) und dergleichen erfordern.
Andere mögliche Quellen
der Kontamination sind die darunter liegenden Metallgebiete, die
durch die vorhergehende Strukturierungssequenz freigelegt werden,
so dass zunehmend Metallatome aus dem darunter liegenden Gebiet
freigesetzt und an unteren Seitenwandbereichen kritischer Kontaktöffnungen
abgelagert werden, wodurch entsprechende sich ansammelnde Metall gebiete
gebildet werden, die auch durch die Abscheidung hervorgerufenen
Unregelmäßigkeiten während der
weiteren Bearbeitung des Halbleiterbauelements führen können. Des weiteren kann das dielektrische
Material selbst eine Vielzahl flüchtiger Komponenten
aufweisen, die zunehmend aus dem Material herausdiffundieren, beispielsweise über die entsprechende Öffnung,
die durch den vorhergehenden Ätzprozess
gebildet wurde. Dieser flüchtigen Komponenten
können
selbst oder in Verbindung mit anderen Komponenten, etwa freigelegter
Metalloberflächen
und dergleichen, zu ungünstigeren
Prozessbedingungen während
des nachfolgenden Abscheidens des Barrieren- und Saatmaterials und
möglicherweise
auch während
eines nachfolgenden nasschemischen Abscheideprozesses zur Herstellung des
Kupfermaterials führen.
Folglich werden die Halbleiterbauelemente zusätzlich zu den komplexen Reinigungsprozessen,
die spezielle Reinigungsanlagen erforderlich machen, auch einer
geeigneten Umgebung ausgesetzt, um das Ausgasen flüchtiger Komponenten
unmittelbar vor dem Abscheiden des Barrierenmaterials zu fördern, um
damit die gesamten Prozessbedingungen zu verbessern und das Erzeugen
von durch Abscheidung hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten zu unterdrücken. Beim
Verringern der Strukturgrößen, etwa
der Gatelänge
von Transistorelementen, müssen
auch die jeweiligen Metallstrukturelemente in der Metallisierungsebene
des Halbleiterbauelements reduziert werden, wobei jedoch zunehmend
Ausfälle
der Verbindungsstrukturen auf Grund des Erzeugens von Hohlräumen an
kritischen Grenzflächen
beobachtet werden, beispielsweise an der Grenzfläche zwischen einem Barrierenmaterial
und einem gut leitendem Metall, etwa Kupfer, obwohl aufwendige Reinigungs-
und Ausgabsprozesse vor dem Abscheiden der Barrieren- und Saatmaterialien
ausgeführt
werden.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung
Techniken zur Herstellung von Metallisierungsschichten moderner Halbleiterbauelemente,
wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder
zumindest verringert werden.
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Überblick über die vorliegende Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Techniken zur Herstellung
von Verbindungsstrukturen in Metallisierungsebenen moderner Halbleiterbauelemente,
wobei die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Hohlräumen oder
anderen Unregelmäßigkeiten
in den Verbindungsstrukturen insbesondere an den Grenzflächen verringert
wird, indem durch Transport hervorgerufene Kontaminationen berücksichtigt
werden, die als Ursache für
eine erhöhte
Hohlraumerzeugung während
der gesamten Prozesssequenz angenommen werden. Ohne die vorliegende
Anmeldung auf die folgende Erläuterung einschränken zu
wollen, so wird dennoch angenommen, dass ein gewisses Maß an Ausgasung
von flüchtigen
Kontaminationsstoffen insbesondere während der Transportaktivität zwischen
den jeweiligen Prozessanlagen in einem gemeinsamen Transportbehälter, etwa
einem vorderseitigen öffnenden
Behälter
(FOUP), deutlich zu den beeinträchtigten
Prozessbedingungen während
des Abscheidens des Barrierenmaterials und des Saatmaterials und
auch danach beiträgt,
wenn das Barrierenmaterial und/oder das Saatmaterial mit anderen
Substraten und dem Transportbehälter
in Kontakt kommen, die durch die vorhergehenden Transportaktivitäten kontaminiert
sein können.
Folglich können
durch das Reduzieren der Ausgasungsrate flüchtiger Kontaminationsstoffe
nach dem Strukturieren des dielektrischen Materials der Metallisierungsebene
verbesserte Bedingungen während
der nachfolgenden Fertigungssequenz verwirklicht werden, wodurch
die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Hohlräumen und anderen durch die
Abscheidung hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten verringert wird.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Zuführen einer
Gruppe von Substraten zu einer ersten Prozessanlage in einem gemeinsamen
Transportbehälter,
wobei jedes der Substrate ein dielektrisches Material einer Metallisierungsschicht
eines Halbleiterbauelements aufweist. Das Verfahren umfasst ferner
das Bilden einer Öffnung
in dem dielektrischen Material unter Anwendung der Prozessanlage
und das Einbringen der Gruppe aus Substraten in eine Ausgasungsumgebung
zur Förderung
des Ausgasens flüchtiger
Komponenten, wobei die Ausgasungsumgebung in der ersten Prozessanlage
eingerichtet wird. Des weiteren wird nach der Einwirkung der Ausgasungsumgebung
die Gruppe aus Substraten zu einer zweiten Prozessanlage unter Anwendung
des gemeinsamen Transportbehälters
transportiert. Schließlich
umfasst das Verfahren das Behandeln der Gruppe aus Substraten in
der zweiten Prozessanlage, um die freigelegten Oberflächenbereiche
des dielektrischen Materials zur Bildung eines leitenden Materials
darauf vorzubereiten.
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Ein
weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das
Zuführen
einer Gruppe aus Substraten zu einer ersten Prozessanlage in einem
ersten Transportbehälter,
wobei jedes der Substrate ein dielektrisches Material einer Metallisierungsschicht
eines Halbleiterbauelements aufweist und wobei das dielektrische
Material darin Öffnungen aufweist,
um Metallstrukturelemente zu bilden. Das Verfahren umfasst ferner
das Ausführen
eines Reini gungsprozesses in der ersten Prozessanlage und das Einbringen
der Gruppe aus Substraten in eine Ausgasungsumgebung zur Förderung
des Ausgasens flüchtiger
Komponenten, wobei die Ausgasungsumgebung in der ersten Prozessanlage
eingerichtet wird. Des weiteren umfasst das Verfahren das Transportieren
der Gruppe aus Substraten zu einer zweiten Prozessanlage unter Anwendung
eines zweiten Transportbehälters,
der nicht der erste Transportbehälter
ist. Des weiteren wird ein leitendes Material auf freigelegten Oberflächenbereichen
des dielektrischen Materials in der zweiten Prozessanlage gebildet.
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Ein
noch weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst
das Bearbeiten eines Substrats in einer ersten Prozessanlage, um
eine Öffnung
in einer dielektrischen Schicht des Halbleiterbauelements zu bilden,
wobei die Schicht über dem
Substrat ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst ferner das Reduzieren
einer Ausgasungsrate der dielektrischen Schicht zumindest während einer
Transportaktivität
zum Transportieren des Substrats zu einer zweiten Prozessanlage
in einem Transportbehälter.
Schließlich
umfasst das Verfahren das Ausführen einer
Prozesssequenz zum Abscheiden eines Metalls in der Öffnung unter
Anwendung zumindest der zweiten Prozessanlage.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung 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 schematisch
einen Prozessablauf zur Herstellung einer Verbindungsstruktur in
einer Metallisierungsebene eines Halbleiterbauelements zeigt, wobei
mehrere Prozessanlagen und zugehörige
Transportaktivitäten
enthalten sind, und wobei angenommen wird gemäß den hierin offenbarten Prinzipien,
dass eine Kontamination von Substraten und/oder Transportbehältern zu
beeinträchtigten
Prozessbedingungen während
der gesamten Prozesssequenz führt;
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1b schematisch
einen Mechanismus der Rückseiten-
und Transportbehälterkontamination durch
Ausgasen flüchtiger
Kontaminationsstoffe während
der Transportaktivitäten
in konventionellen Strategien darstellt;
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2a schematisch
einen Prozessablauf zur Herstellung einer Verbindungsstruktur auf
der Grundlage verbesserter Prozessbedingungen durch eine reduzierte
Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von durch Abscheidung hervorgerufenen
Unregelmäßigkeiten,
etwa Hohlräumen
und dergleichen, gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zeigt;
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2b schematisch
einen weiteren Prozessablauf zeigt, in welchem die Wahrscheinlichkeit
des Kontaminierens von Substraten und Transportbehältern verringert
wird, wobei eine Ausgasungsumgebung in-situ bzw. Vorort in einer
Reinigungsanlage gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen eingerichtet
wird;
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2c schematisch
einen Prozessablauf zeigt, in welchem das Ausgasen vor oder nach
einem Reinigungsprozess erfolgt, wobei dieser ebenfalls das Reinigen
der Substratrtückseite
gemäß weiterer anschaulicher
Ausführungsformen
beinhaltet; und
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2d schematisch
eine Prozesssequenz zeigt, in der die Wahrscheinlichkeit eines unerwünschten
Ausgasens flüchtiger
Komponenten zumindest während
der Transportaktivitäten
reduziert wird, indem eine geeignete Atmosphäre innerhalb der Transportbehälter gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
erzeugt 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, den hierin offenbarten Gegenstand auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Offenbarung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen stellt der hierin offenbarte Gegenstand Techniken bereit,
in denen verbesserte Prozessbedingungen zur Herstellung aufwendiger Verbindungsstrukturen
in Metallisierungsebenen von Halbleiterbauelementen erreicht werden,
in dem transportabhängige
Kontaminationsereignisse berücksichtigt
werden. Wie nachfolgend mit Bezug zu den 1a bis 1b beschrieben
ist, wird angenommen, dass das Freisetzen flüchtiger Komponenten nach dem Ätzprozess
zu einer Kontamination von Transportbehältern und möglicherweise Rückseiten von
Substraten beiträgt,
was wiederum zu beeinträchtigten
Abscheidebedingungen führt,
wenn ein Barrierenmaterial, eine Saatschicht und ein gut leitendes
Metall, etwa Kupfer, gebildet werden. Wie zuvor erläutert ist,
ist typischerweise eine Sequenz aus sehr komplexen individuellen
Prozessschritten erforderlich, die in speziellen Prozessanlagen
ausgeführt werden,
um damit Verbindungsstrukturen mit kritischen Abmessungen zu schaffen,
die bei ungefähr 0,1 µm und darunter
liegen, wobei jedoch auf Grund der komplexen gegenseitigen Abhängigkeiten
der diversen Prozesse und Materialien selbst substile Defekte das
gesamte Prozessergebnis deutlich beeinflussen können, insbesondere wenn kritische
Bauteilabmessungen weiter verringert werden. Durch Erkenn einer
möglichen
Quelle für
das Erzeugen von Unregelmäßigkeiten,
etwa von Hohlräumen,
kann eine deutliche Verbesserung des Leistungsverhaltens und der
Zuverlässigkeit
der Metallisierungssysteme erreicht werden, indem die gesamte Prozesssequenz
in geeigneter Weise modifiziert wird und/oder in dem zusätzliche
Maßnahmen
eingeführt werden,
um die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens transportabhängiger Kontaminationen
zu verringern. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird
das Ausmaß an
Kontamination durch ausgasende Komponenten verringert, indem aktiv
ein Ausgasungsprozess unmittelbar nach dem Strukturieren des dielektrischen
Materials der betrachteten Metallisierungsschicht und vor dem Ausführen einer
Transportaktivität
in einem gemeinsamen Transportbehälter ausgeführt wird. Folglich kann durch
Ausführen
eines „in-situ”-Ausgasungsprozesses
in einer Ätzanlage
die Kontamination anderer Substrate und des Transportbehälters verringert
werden, wodurch auch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, Defekte
während
der weiteren Prozesssequenz zu erzeugen. In anderen anschaulichen
hierin offenbarten Aspekten wird der Ausgasungsprozess mit dem Reinigen
der Substrate kombiniert und mit dem Bereitstellen eines im Wesentlichen
nicht-kontaminierten Transportbehälters verbunden, nachdem die
Reinigungssequenz mit dem Ausgasungsprozess abgeschlossen ist, wodurch
verbesserte Oberflächenbedingungen
für die Substrate
geschaffen werden, die dann anderen Prozessanlagen auf der Grundlage
einer deutlich geringeren Kontamination zugeführt werden. In noch anderen
anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird die Umgebung in dem
Transportbehälter
so modifiziert, dass die Rate des Ausgasens verringert wird, beispielsweise
indem eine geeignete Umgebung mit Überdruck aufgebaut wird, wodurch
ebenfalls zu einer geringeren Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von
Defekten während
der weiteren Bearbeitung beigetragen wird, wobei jede der zuvor
beschriebenen Techniken auch mitein ander kombiniert werden kann,
um insgesamt weitere verbesserte Prozessbedingungen zu schaffen.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1b wird
ein konventioneller Prozessablauf nunmehr detaillierter beschrieben,
in welchem eine mögliche
Quelle der Oberflächenkontaminationen
gemäß den hierin
offenbarten Prinzipien erkannt wird.
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1a zeigt
schematisch einen Teil einer Fertigungsumgebung 100, die
ein Transportsystem 110 aufweist, das ein automatisches
Transportsystem oder ein halbautomatisches Transportsystem repräsentiert,
wie es typischerweise in komplexen Fertigungsstätten für die Herstellung von Halbleiterbauelementen
eingerichtet ist. Beispielsweise umfasst das Transportsystem 110 ein
geeignet gestaltetes Schienensystem in Verbindung mit entsprechenden Transportfahrzeugen,
die durch ein übergeordnetes Steuersystem
(nicht gezeigt) gesteuert werden, um damit Transportbehälter 111 mit
Prozessanlagen 120 innerhalb der Umgebung 100 gemäß einem
spezifizierten Gesamtablauf auszutauschen. D. h., mittels des Transportsystems 110 werden
Substrate 150 den entsprechenden Prozessanlagen 120 zugeführt und
an diesen aufgenommen, wobei die Transportaktivitäten typischerweise
eine Vielzahl von Substraten betreffen, etwa eine Gruppe, die auch
als ein Los bezeichnet wird, und die in einem entsprechenden der Transportbehälter 111 enthalten
ist. Beispielsweise wird gemäß konventionellen
Transportstrategien eine spezielle Gruppe aus Substraten 150 mit
einem entsprechenden Transportbehälter 111 verknüpft und wird
durch eine Sequenz aus Prozessen unter Anwendung der Prozessanlagen 120 geführt. Folglich wird
die Gruppe aus Substraten 150 einer speziellen Prozessanlage 120 zugeführt und
nach der Bearbeitung darin wird die Gruppe erneut in dem gleichen Transportbehälter 111 bereitgehalten,
so dass dies auf einem Transportsystem 111 aufgenommen
und der nächsten
Prozessanlage zugeführt
werden kann. Beispielsweise umfassen die mehreren Prozessanlagen 120 eine Ätzanlage 120a,
eine Reinigungsanlage 120b und eine Prozessanlage 120c,
die ausgebildet ist, eine Ausgasungsumgebung zu erzeugen und ein
Barrieren- oder Saatmaterial entsprechend einer spezifizierten Abscheidetechnik,
etwa der Sputter-Abscheidung und dergleichen, aufzubringen.
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Während einer
typischen Sequenz zur Herstellung einer Metallisierungsebene eines
Halbleiterbauelements wird die Gruppe aus Substraten 150 der Ätzanlage 120a zugeführt, beispielsweise
nach dem Bereitstellen einer geeigneten Ätzmaske auf der Grundlage von
Li thographieverfahren. Nach dem Ausführen des Ätzprozesses werden die Substrate 150 der
Reinigungsanlage 120b zugeführt, die auf Basis nasschemischer Ätzrezepte,
plasmaunterstützter Ätzrezepte
und dergleichen abhängig
von der gesamten Prozessstrategie betrieben wird. Danach werden
die Substrate 150 mittels des Transportbehälters 111 der
Prozessanlage 120c zugeführt, in der eine geeignete
Prozesskammer vorgesehen ist, in der eine Ausgasungsumgebung eingerichtet wird,
d. h. eine Umgebung, die zum Erhöhen
der Oberflächentemperatur
der Substrate 150 und zum Fördern des Ausgasens flüchtiger
Komponenten geeignet ist, beispielsweise durch Einrichten einer
gewissen Unterdruckumgebung und dergleichen. Danach werden die Substrate 150 einem
weiteren Prozessmodul durch das anlageninterne Transportsystem,
etwa Substratroboter, und dergleichen zugeführt, ohne dass der Transportbehälter 111 verwendet
wird. Nach dem Abscheiden eines geeigneten leitenden Barrierenmaterials
und einer Saatschicht werden die Substrate 150 von dem
Substratbehälter 111 aufgenommen
und einer elektrochemischen Abscheideanlage zugeführt, in
der ein Metall auf der Saatschicht entsprechend gut etablierter
Prozesstechniken aufgebracht wird. Während der diversen Transportaktivitäten in der
Umgebung 100 können entsprechende
flüchtige
Komponenten, etwa reaktive Komponenten in Form von Sauerstoff, Fluor,
und dergleichen, sowie in Form organischer Ätznebenprodukte, metallenthaltender
Sorten und dergleichen aus den strukturierten dielektrischen Material
herausdiffundieren und können
sich auf anderen Substraten und auch auf Oberflächenbereichen des Transportbehälters 111 absetzen.
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1b zeigt
schematisch den Transportbehälter 111 mit
den mehreren Substraten 150 während einer Transportaktivität nach dem
Bearbeiten der Substrate 150 in der Ätzanlage 120a. Wie
schematisch dargestellt ist, werden flüchtige Komponenten 101 in
der Atmosphäre
innerhalb des Transportbehälters 111 freigesetzt
und können
sich an benachbarten Oberflächenbereichen
anlagern. Beispielsweise ist das oberste Substrat in der Nähe eines Oberflächenbereichs
des Transportbehälters 111 angeordnet,
wodurch der entsprechende Oberflächenbereich
kontaminiert wird. Andererseits können Substrate 150,
die in Zwischenpositionen innerhalb des Transportbehälters 111 angeordnet
sind, ebenfalls flüchtige
Komponenten aussenden, die vorzugsweise sich auf den Rückseiten
benachbarter Substrate anlagern. Folglich kann während der diversen Transportaktivitäten von
der Anlage 120a zu der Anlage 120b und von der
Anlage 120b zu der Anlage 120c ein zunehmendes
Maß an
Kontamination an den jeweiligen Rückseiten der Substrate 150 und
an Oberflächenbereichen
des Transportbehälters 111 auftreten.
Abhängig
von der Prozessstrategie führt
die Ausgasungsumgebung, die in der Prozessanlage 120c eingerichtet
wird, zu einer deutlichen Verringerung der flüchtigen Komponenten an der
Vorderseite der Substrate 150, während die Rückseite der Substrate nur zu
einem geringeren Maße
beispielsweise im Hinblick auf die Substrathandhabung während des Ausgasungsprozesses
und dergleichen gereinigt wird. Folglich kann während der entsprechenden Substrathandhabungsaktivitäten innerhalb
der Prozessanlage 120c zum Positionieren der Substrate 150 in
den entsprechenden Abscheidemodulen ein erhöhtes Maß an Kontamination auftreten,
wodurch zu einer erhöhten
Defektrate beigetragen wird. Nach dem Abscheiden des Saatmaterials
werden die Substrate 150 erneut in den Transportbehälter 111 eingeladen,
der die zuvor angesammelten Oberflächenkontaminationen aufweisen
kann, möglicherweise
in Verbindung mit zusätzlichen
Kontaminationsstoffen, die an den Rückseiten der Substrate anhaften,
wodurch weiterhin zu einem erhöhten
Maß an
Kontamination der Saatschicht beigetragen wird, das zu abscheidungsabhängigen Unregelmäßigkeiten
während
des nachfolgenden elektrochemischen Abscheideprozesses führen kann.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2d werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben, in denen die mit Bezug zu den 1a und 1b erläuterte technische
Lehre berücksichtigt
wird, um die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Defekten während einer
Prozesssequenz zur Herstellung von Verbindungsstrukturen in modernsten
Halbleiterbauelementen zu verringern.
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2a zeigt
schematisch eine Fertigungsumgebung 200 mit einem Transportsystem 210 und mehreren
Prozessanlagen 220. Im Hinblick auf das Transportsystem 210 und
zumindest einige der Prozessanlagen 220 gelten die gleichen
Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu der Fertigungsumgebung 100 angegeben
sind. Somit ist die Fertigungsumgebung 200, wie sie in 2a gezeigt
ist, in geeigneter Weise ausgebildet, Substrate 250 zu
bearbeiten, in und über
welchem entsprechende Halbleiterbauelemente vorgesehen sind, und
welche Verbindungsstrukturen erhalten, wie sie typischerweise für Metallisierungsebenen
moderner Halbleiterbauelemente erforderlich sind. Die Substrate 250 werden
durch das Transportsystem 210 auf Grundlage geeigneter
Transportbehälter 211 gehandhabt,
etwa in Form von FOUP's, wie
dies zuvor erläutert
ist. Folglich werden die Substrate 250 durch die mehreren
Prozessanlagen 220 gemäß einem
spezifizierten Ablauf und einer Prozessstrategie geführt, wobei
jedoch im Gegensatz zu der Fertigungsumgebung 100, die
in 1a gezeigt ist, transportabhängige Kontaminationen von Transportbehältern und/oder
anderen Sub straten berücksichtigt
werden. In der gezeigten Ausführungsform umfasst
die Fertigungsumgebung 200 eine Ätzanlage 220a in der
ein oder mehrere Ätzmodule
vorgesehen sind, um eine dielektrisches Material zu strukturieren,
und wobei die Substrate individuell oder gemeinsam durch anlageninterne
Substrattransportsysteme, etwa Substratroboter befördert werden,
um die Substrate 250 einem weiteren Prozessmodul 221 zuzuführen, das
ausgebildet ist, eine Ausgasungsumgebung zur Förderung des Ausgasens flüchtiger Komponenten
einzurichten, wie dies zuvor erläutert ist.
Folglich werden die Substrate 250 in der Prozessanlage 220a so
bearbeitet, dass zunächst
ein Ätzprozess
ausgeführt
wird und nachfolgend die Substrate 250 behandelt werden,
um damit das Ausgasen flüchtiger
Komponenten zu fördern,
ohne dass eine dazwischenliegende Transportaktivität auf der Grundlage
des Transportbehälters 211 erforderlich ist.
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Auf
der rechten Seite der 2a sind die Prozessschritte,
die in der Prozessanlage 220a ausgeführt werden, in beispielhafter
Weise für
eines der Substrate 250 dargestellt. Wie gezeigt, umfasst
das Substrat 250 ein Basismaterial 251, das ein
beliebiges geeignetes Trägermaterial
repräsentiert,
etwa ein Siliziummaterial und dergleichen, in und über welchem
Schaltungselemente vorgesehen sind, beispielsweise in Form von Transistoren,
Kondensatoren und dergleichen, wie dies durch die Entwurfsregeln
des betrachteten Halbleiterbauelements erforderlich ist. Beispielsweise
in dem Basismaterial 251 ein geeignetes Halbleitermaterial
vorgesehen, in und über
welchem Transistorelemente gebildet sind, die eine Gatelänge von
ungefähr
50 nm oder weniger aufweisen, wenn modernste Schaltungen betrachtet werden,
die auf der Grundlage von Feldeffekttransistoren hergestellt werden.
Des weiteren ist eine Metallisierungsschicht 252 über den
Basismaterial 251 gebildet, die in der frühen Fertigungsphase
der Metallisierungsschicht 252 ein geeignetes dielektrisches Material 253 aufweist,
beispielsweise in Form eines dielektrischen Materials mit kleinem ε in Form
von Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder einem anderen geeigneten
Material. Des weiteren ist in dieser Fertigungsphase eine Ätzmaske 255 über dem
dielektrischen Material 253 vorgesehen, wobei entsprechende Öffnungen
gemäß den Entwurfsregeln
enthalten sind.
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Das
in 2a gezeigte Substrat 250 in der Prozessanlage 220a kann
auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt werden.
In einem Prozessschritt in der Anlage 220a wird eine Ätzumgebung 222 eingerichtet,
für die
gut etablierte Prozessrezepte eingesetzt werden, um das dielektrische
Material 253 auf der Grundlage der Ätzmaske 255 anisotrop
zu ätzen,
wodurch eine Öffnung 254 gebildet
wird, beispielsweise in Form eines Grabens, möglicherweise in Verbindung
mit einer Kontaktlochöffnung,
wie sie zur Bereitstellung einer entsprechenden Verbindungsstruktur
in der Metallisierungsebene 252 erforderlich sind. Nach
dem Ätzprozess 222 wird das
Substrat 250 in dem Prozessmodul 221 angeordnet,
in welchem eine Ausgasungsumgebung 233 eingerichtet wird,
beispielsweise durch Erwärmen
des Substrats 250 und durch Erzeugen einer geeigneten Gasumgebung,
beispielsweise einer inerten Gasumgebung mit reduziertem Druck und
dergleichen. Folglich können
flüchtige
Komponenten 201 in der Umgebung 223 freigesetzt
und entfernt werden. Nach dem Einwirken der Ausgasungsumgebung 223 auf
die Substrate 250 werden diese erneut in den Transportbehälter 211 angeordnet
und werden von dem automatisierten Transportsystem 210 aufgenommen,
wobei im Gegensatz zur konventionellen Strategie die Ausgasungsrate
der flüchtigen
Komponenten 201 während
der Transportaktivitäten
mit dem Transportbehälter 211 verringert
ist.
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Danach
werden die Substrate 250 einer Reinigungsanlage 220b zugeführt, in
der eine geeignete Reinigungsumgebung 224 eingerichtet
wird, wie dies auf der rechten Seite der 2a gezeigt
ist. Die Reinigungsumgebung kann auf der Grundlage moderner nasschemischer
Rezepte eingerichtet werden, beispielsweise auf der Grundlage von
Flusssäure
(HF), APM und dergleichen. In anderen Fällen werden plasmaunterstützte Reinigungsprozesse
abhängig von
der gesamten Prozessstrategie eingesetzt. Nach dem Behandeln der
Substrate 250 in der Anlage 220b auf der Grundlage
der Umgebung 224 werden die Substrate 250 in dem
Transportbehälter 211 angeordnet
und werden einer weiteren Prozessanlage 220c zugeführt, wobei
auch während
dieser Transportaktivität
eine geringere Rate des Ausgasens der flüchtigen Komponenten 201 erreicht
wird. In der Prozessanlage 220c wird ein leitendes Material 256,
beispielsweise in Form eines Barrierenmaterials, möglicherweise
in Verbindung mit einem Saatmaterial, abgeschieden, wobei dies von
der gesamten Prozessstrategie abhängt. Beispielsweise können Tantal
und Tantalnitrid als effiziente Barrierenmaterialien eingesetzt
werden, wie dies zuvor erläutert
ist, während
ein effizientes Saatmaterial in Form von Kupfer vorgesehen werden
kann. Es sollte beachtet werden, dass in anderen Prozessstrategien
Kupfer direkt auf einem Barrierenmaterial, etwa tantalbasierten
Materialien, Materialien auf Rutheniumbasis, und dergleichen, abgeschieden
werden kann, ohne dass ein Saatmaterial erforderlich ist. Auch in
diesem Falle sind jedoch bessere Oberflächenbedingungen des Barrierenmaterials
erforderlich, so dass eine merkliche Kontamination durch die flüchtigen
Komponenten 201 während
der vorhergehenden Prozesse und Transportaktivitäten zu verringern ist. Wie
zuvor angegeben ist, kann, selbst wenn ein empfindliches Kupfermaterial
als eine Saatschicht in dem Material 256 vorgesehen wird,
eine Kontamination davon auf Grund der geringeren Wahrscheinlichkeit
des Freisetzens der flüchtigen
Komponenten 201 reduziert werden. Nach dem Abscheiden des
leitenden Materials 256 werden die Substrate 250 einer
weiteren Prozessanlage 220d zugeführt, die eine elektrochemische
Abscheideanlage, etwa einem Plattierungsreaktor und dergleichen
repräsentieren
kann, in welchem eine Schicht aus leitendem Metall 257,
etwa Kupfer, während
eines Prozesses 225 aufgebracht wird, wie dies auch auf
der rechten Seite der 2a gezeigt ist. Danach wir die
weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem überschüssiges Material entfernt und die
Oberflächentopographie
der Metallisierungsebene 252 beispielsweise auf der Grundlage
von CMP (chemisch-mechanisches Polieren) und dergleichen eingeebnet
wird.
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Folglich
wird die Öffnung 254 der
Substrate 250 mit einem leitenden Material gefüllt, etwa
einem Barrierenmaterial, einem Saatmaterial und dem Material der
Schicht 257, wobei eine geringere Wahrscheinlichkeit des
Erzeugens von durch Abscheidung hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten,
etwa von Hohlräumen,
besteht, wodurch das elektrische Leistungsverhalten der jeweiligen
Metallstrukturelemente der Metallisierungsebene 252 verbessert
wird, und wodurch auch die Zuverlässigkeit im Hinblick auf die
Lebensdauer erhöht
wird, da durch Elektromigration hervorgerufene Verbindungsstrukturausfälle verringert
werden.
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2b zeigt
schematisch die Fertigungsumgebung 200 gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen,
in denen zusätzlich
oder alternativ das Ausgasungsmodul 221 in der Prozessanlage 220b vorgesehen
wird, um eine in-situ-Reinigung und einen Ausgasungsprozess zu ermöglichen.
In der gezeigten Ausführungsform
ist die Ätzanlage 220a in ähnlicher
Weise ausgebildet, wie dies auch in der konventionellen Fertigungsumgebung 100 der
Fall ist, wie sie in 1a gezeigt ist. Folglich werden
die Substrate 250 in der Anlage 220a auf Grundlage
gut etablierter Ätzrezepte
bearbeitet und diese werden nachfolgend mittels des Behälters 211 zur
Anlage 220b transportiert, wobei jedoch, wie zuvor beschrieben
ist, ein gewisses Maß an
Kontamination des Behälters 211 und
möglicherweise
andere Substrate auftreten kann. In der Prozessanlage 220b werden
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
die Substrate 250 zunächst
der Einwirkung der Ausgasungsumgebung 223 unterzogen um
die Menge an flüchtigen
Komponenten 201 deutlich zu verringern und nachfolgend
die Substrate 250 dem Reinigungsprozess 224 unterzogen.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
wird der Reinigungsprozess 224 vor dem Ausgasungsprozess
ausge führt,
während
in anderen Fällen
die Reinigungsumgebung 224 und die Ausgasungsumgebung 223 in
der gleichen Prozesskammer eingerichtet werden, wobei dies von den
Eigenschaften der Reinigungsumgebung 224 abhängt. Des
weiteren wird der Ablauf der Transportaktivitäten an der Prozessanlage 220b in
geeigneter Weise so gesteuert, dass eine im Wesentlichen nicht kontaminierter
Substratbehälter 211a der
Prozessanlage 220b zugeführt wird, so dass dieser die
Substrate 250 aufnehmen kann, die aktuell in der Anlage 220b bearbeitet
werden. Des weiteren kann der Substratbehälter 211 an der Anlage 220b entfernt
werden, nachdem das letzte darin enthaltene Substrat 250 entladen
ist, und der Behälter
kann einem Reinigungsprozess in einer geeigneten Prozessanlage innerhalb
der Umgebung 200 zugeführt
werden. Folglich werden nach dem Prozess 220 die Substrate 250 mittels
des Behälters 211a mit
reduzierter Kontamination transportiert, während gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit
des Erzeugens weiterer Kontaminationen in dem Behälter 211a auf
Grund des zuvor ausgeführten
Entgasungsprozesses 223 reduziert ist. Somit können die
Substrate 250 den weiteren Prozessanlagen 220c, 220d (siehe 2a)
zugeführt werden,
um die weitere Bearbeitung mit einem geringeren Risiko des Erzeugens
von durch Abscheidung hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten auszuführen. Das
Vorsehen des Ausgasungsmoduls 221 in der Anlage 220b kann
eine effiziente Gesamtprozessstrategie ermöglichen, da abhängig von
dem angewendeten Reinigungsrezept die Wechselwirkung der Reinigungsumgebung 224 mit
den freigelegten Oberflächenbereichen
der Substrate 250 zu einer Wechselwirkung der Quellen des
Ausgasens der Komponenten 201, so dass nach dem Ende der
Bearbeitung in der Prozessanlage 220b im Allgemeinen ein
sehr geringer Grad an Kontamination des Transportbehälters 211a erreicht
werden kann.
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2c zeigt
schematisch weitere Prozessablaufvarianten gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen.
Wie gezeigt umfasst in einer anschaulichen Ausführungsform die Bearbeitung
in der Anlage 220b einen Reinigungsprozess, etwa dem Prozess 224 zum
Entfernen von ätzabhängigen Nebenprodukten
von der Vorderseite des Substrats 250 und auch von Kontaminationsstoffen
von der Rückseite
des Substrats 250, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens
von Kontaminationen während
der weiteren Bearbeitung der Substrate 250 weiter verringert
wird. Das Reinigen der Rückseite der
Substrate 250 kann auf der Grundlage spezieller Prozessmodule
erreicht werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Danach wird
die Ausgasungsumgebung 223 eingerichtet, wie dies zuvor
beschrieben ist.
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2c zeigt
weiter eine Ausführungsform,
in der die Ausgasungsumgebung 223 vor dem Ausführen einer
Reinigungssequenz eingerichtet wird, die das Reinigen der Vorderseite
und der Rückseite
der Substrate 250 beinhaltet. In diesem Falle wird eine mögliche Kontamination
der Substrate 250, die durch die flüchtigen Komponenten 201 hervorgerufen
werden kann, die während
der Einwirkung der Ausgasungsumgebung 223 freigesetzt werden,
effizient während
des Reinigungsprozesses in der Anlage 220b entfernt, und
danach werden die Substrate 250 in dem Behälter 211a transportiert,
wie dies zuvor beschrieben ist.
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Es
sollte beachtet werden, dass der Rückseitenreinigungsprozess auch
in dem Prozessablauf ausgeführt
werden, wie er mit Bezug zu 2a beschrieben
ist, so dass eine mögliche
Kontamination, die durch das Ausgasen in der Umgebung 223 in
der Anlage 220a hervorgerufen wird, ebenfalls effizient entfernt
werden kann. Des weiteren kann eine weitere Ausgasungsumgebung während einer
beliebigen geeigneten Phase der Fertigungssequenz in der Umgebung 200 zusätzlich zur
Umgebung 223 eingerichtet werden. Beispielsweise kann ein
entsprechender Ausgasungsprozess vor dem Abscheiden des leitenden
Materials 256 in der Prozessanlage 220c ausgeführt werden,
wie dies auch in der in 1a gezeigten
konventionellen Strategie der Fall ist.
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Mit
Bezug zu 2d werden weitere anschauliche
Ausführungsformen
beschrieben, in denen Rate des Ausgasens der flüchtigen Komponenten 201 zumindest
während
jeder Transportaktivität reduziert
wird.
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2d zeigt
schematisch die Umgebung 200, wobei die Substrate 250 der
Anlage 220a mittels des Transportbehälters 211 zugeführt werden.
In der Anlage 220a wird der Ätzprozess ausgeführt, wie dies
zuvor beschrieben ist, möglicherweise
in Verbindung mit einem Ausgasungsprozess, falls dies erforderlich
ist. Danach werden die Substrate 250 in dem Behälter 211 angeordnet,
in welchem zusätzlich
eine Umgebung 212 eingerichtet wird, um damit das Ausgasen
flüchtiger
Komponenten 201 zu reduzieren. Beispielsweise wird eine
inerte Gasumgebung eingerichtet, etwa mit einem gewissen Betrag
an Überdruck
im Vergleich zu konventionellen Strategien, um damit das Freisetzen
und das Wiederabscheiden von flüchtigen
Komponenten 201 zu unterdrücken. Auf der Grundlage der
Umgebung 212 werden die Substrate 250 der Anlage 220b zugeführt und
werden nach der Bearbeitung darin zu der Anlage 220c auf
Grundlage der Umgebung 212 transportiert. In ähnlicher Weise
werden die Substrate 250 in der Anlage 220c bearbeitet,
beispielsweise durch Ausfüh ren
eines Entgasungsprozesses und danach werden die Substrate 250 weiteren
Prozessanlagen zugeführt,
etwa der elektrochemischen Abscheideanlage 220d (siehe 2h), wobei dies auf der Grundlage der
Umgebung 212 erfolgt. Folglich wird die Wahrscheinlichkeit der
Kontamination anderer Substrate und/oder von Oberflächenbereichen
des Transportbehälters 211 verringert,
indem die Umgebung 212 während jeder Transportaktivität in der
Umgebung 200 eingerichtet wird. Des weiteren kann die Transportaktivität auf der Grundlage
der Umgebung 212 mit jeglicher mit Bezug zu den 2a bis 2c beschriebenen
Prozessstrategien kombiniert werden, um damit die Prozessbedingungen
während
des Abscheidens des leitenden Materials 256 und der Schicht 257 weiter
zu verbessern.
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Es
gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Techniken bereit,
um die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Hohlräumen oder
anderen Unregelmäßigkeiten
während
der Herstellung von Verbindungsstrukturen auf Kupferbasis zu verringern,
indem das Ausgasen während
der diversen Prozesse und der zugehörigen Transportaktivitäten berücksichtigt
wird. Folglich können
gut etablierte Ätzrezepte
und andere Prozesstechniken eingesetzt werden, wodurch für ein hohes
Maß an
Kompatibilität
mit gut etablierten Rezepten beigetragen wird, während gleichzeitig ein verbessertes
Leistungsverhalten und eine höhere
Zuverlässigkeit
der resultierenden Verbindungsstrukturen erreicht wird. In einigen
anschaulichen Ausführungsformen
wird dies erreicht, indem ein Ausgasungsmodul in die Ätzanlage
integriert wird, wodurch für
eine in-situ-Verringerung des Ausgasens flüchtiger Komponenten gesorgt
wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird das Disponieren
des Transportsystems in geeigneter Weise so gesteuert, dass der
Transportbehälter
zumindest ein mal vor dem kritischen Abscheideprozessen ausgetauscht
wird, um damit eine Kontamination kritischer Oberflächenbereiche
zu verringern. Zu diesem Zweck wird vor dem Abscheiden des Barrierenmaterials
oder vor dem Abscheiden des Kupfermaterials der Transportbehälter durch
einen im Wesentlichen nicht kontaminierten Behälter ersetzt, beispielsweise
wenn zugelassen wird, dass die entsprechenden Prozessanlagen die
bearbeiteten Substrate von einem anderen Transportbehälter zuführen, wodurch
die Gesamtwahrscheinlichkeit der Kontamination verringert wird,
die durch flüchtige
Komponenten hervorgerufen wird, die an den Oberflächenbereichen
des Transportbehälters
anhaften. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird das Ausführen eines
Entgasungsprozesses mit dem Bereitstellen eines im Wesentlichen
nicht-kontaminierten Transportbehälters kombiniert, nachdem beispielsweise
die Bearbeitung in einer Reinigungsprozessanlage abgeschlossen ist,
die ebenfalls ein entsprechendes Modul zum Einrichten einer Ausgasungsumgebung
aufweisen kann, so dass insgesamt verbesserte Oberflächenbedingungen
vor dem Abscheiden eines Barrierenmaterials geschaffen werden. In
noch anderen anschaulichen Ausführungsformen
wird zusätzlich
oder alternativ die Wahrscheinlichkeit des Ausgasens während der
Transportaktivitäten
reduziert, indem beispielsweise geeignete atmosphärische Bedingungen
innerhalb des Transportbehälters
eingerichtet werden. Die hierin offenbarten Prinzipien können vorteilhaft
auch auf andere Ätzprozesse
angewendet werden, die während
der Herstellung von Metallisierungsebenen auszuführen sind. Beispielsweise kann
durch das Einbinden eines entsprechenden Moduls oder das Erzeugen
einer Ausgasungsumgebung in einer Ätzanlage ein beliebiger Ätzprozess,
der während
der Herstellung einer Metallisierungsebene auszuführen ist,
mit einem Ausgasungsprozess kombiniert werden, ohne dass wesentlich
zu einer zusätzlichen
Prozesskomplexität
beigetragen wird.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen des hierin offenbarten Gegenstandes
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 vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
zu betrachten.