DE102008063430A1 - Metallisierungssystem eines Halbleiterbauelements mit zusätzlich verjüngten Übergangskontakten - Google Patents

Metallisierungssystem eines Halbleiterbauelements mit zusätzlich verjüngten Übergangskontakten Download PDF

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Abstract

In einem Metallisierungssystem eines Halbleiterbauelements wird eine Übergangskontaktdurchführung mit einem größeren Grade an Verjüngung vorgesehen, indem eine entsprechende Ätzsequenz modifiziert wird. Beispielsweise wird die Lackmaske zur Herstellung der Kontaktöffnung einmal oder mehrere Male erodiert, um damit die laterale Größe der entsprechenden Maskenöffnung zu vergrößern. Auf Grund des ausgeprägten Grades an Verjüngung werden bessere Abscheidebedingungen während des nachfolgenden elektrochemischen Abscheideprozesses zum gemeinsamen Füllen der Kontaktöffnung und eines breiten damit verbundenen Grabens geschaffen.

Description

  • Gebiet der vorliegenden Offenbarung
  • Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Mikrostrukturen, etwa moderne integrierte Schaltungen, und betrifft insbesondere leitende Strukturen, etwa Metallisierungsschichten auf Kupferbasis mit breiten Metallleitungen, die mit dichtliegenden Metallleitungen durch Übergangskontaktdurchführungen verbunden sind.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Bei der Herstellung moderner Mikrostrukturen, etwa integrierten Schaltungen, gibt es ein ständiges Bestreben, die Strukturgrößen von Mikrostrukturelementen zu verringern, um damit die Funktion dieser Strukturen zu verbessern. Beispielsweise haben in modernen integrierten Schaltungen minimale Strukturgrößen, etwa die Kanallänge von Feldeffekttransistoren, den Bereich deutlich unter 1 μm erreicht, wodurch das Leistungsverhalten dieser Schaltungen im Hinblick auf die Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme und/oder die Funktionsvielfalt verbessert wird. Wenn die Größe der einzelnen Schaltungselemente bei jeder neuen Schaltungsgeneration verringert wird, wodurch beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit der Transistorelemente verbessert wird, wird auch der verfügbare Raum für Verbindungsleitungen, die die einzelnen Schaltungselemente elektrisch miteinander verbinden, ebenfalls reduziert. Daher müssen die Abmessungen dieser Verbindungsleitungen ebenfalls verringert werden, um den geringeren Anteil an verfügbarer Fläche und der größeren Anzahl an Schaltungselementen, die pro Einheitschipfläche vorgesehen sind, Rechnung zu tragen, da typischerweise die Anzahl der benötigten Verbindungen schneller ansteigt als die Anzahl der Schaltungselemente. Daher werden für gewöhnlich eine Vielzahl von gestapelten „Verdrahtungsschichten”, die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden, vorgesehen, wobei einzelne Metallleitungen einer Metallisierungsschicht mit einzelnen Metallleitungen einer darüber liegenden oder darunter liegenden Metallisierungsschicht durch sogenannte Kontaktdurchführungen verbunden sind. Trotz des Vorsehens mehrerer Metallisierungsschichten sind geringere Abmessungen der Verbindungsleitungen erforderlich, um der enormen Komplexität von beispielsweise modernen CPU's, Speicherchips, ASIC's (anwendungsspezifische IC's) und dergleichen Rechnung zu tragen.
  • Moderne integrierte Schaltungen mit Transistorelementen mit einer kritischen Abmessung von 0,05 μm und weniger werden daher typischerweise bei deutlich höheren Stromdichten von bis zu mehreren Kiloampere pro cm2 in den einzelnen Verbindungsstrukturen trotz des Vorsehens einer relativ großen Anzahl an Metallisierungsschichten auf Grund der hohen Anzahl an Schaltungselementen pro Einheitsfläche betrieben. Daher werden gut etablierte Materialien, etwa Aluminium, durch Kupfer und Kupferlegierungen ersetzt, d. h. einem Material mit einem deutlich geringeren elektrischen Widerstand und einem verbesserten Widerstandsverhalten im Hinblick auf Elektromigration selbst bei deutlich höheren Stromdichten im Vergleich zu Aluminium. Das Einführen von Kupfer in den Herstellungsvorgang für Mikrostrukturen und integrierte Schaltungen ist mit einer Vielzahl von schwierigen Problemen behaftet, die in der Eigenschaft des Kupfers begründet liegen, effizient in Siliziumdioxid und einer Vielzahl von dielektrischen Materialien mit kleinem ε zu diffundieren, die typischerweise in Verbindung mit Kupfer verwendet werden, um die parasitäre Kapazität in komplexen Metallisierungsschichten zu verringern. Um die erforderliche Haftung vorzusehen und um eine ungewünschte Diffusion von Kupferatomen in empfindliche Bauteilgebiete zu vermeiden, ist es daher für gewöhnlich erforderlich, eine Barrierenschicht zwischen dem Kupfer und dem dielektrischen Material vorzusehen, in welchem die kupferbasierten Verbindungsstrukturen eingebettet sind. Obwohl Siliziumnitrid ein dielektrisches Material ist, das in effektiver Weise die Diffusion von Kupferatomen verhindert, ist die Auswahl von Siliziumnitrid als ein dielektrische Zwischenschichtmaterial wenig wünschenswert, da Siliziumnitrid eine moderat hohe Permittivität besitzt, wodurch die parasitäre Kapazität zwischen benachbarten Kupferleitungen erhöht wird, was zu einer nicht akzeptablen Signalausbreitungsverzögerung führt. Somit wird eine dünne leitende Barrierenschicht, die auch dem Kupfer die erforderliche mechanische Stabilität verleiht, für gewöhnlich gebildet, um das Volumenmaterial an Kupfer von den umgebenden dielektrischen Material zu trennen, wodurch die Kupferdiffusion in die dielektrische Materialien verringert wird und wodurch auch die Diffusion von unerwünschten Sorten, etwa Sauerstoff, Fluor und dergleichen in das Kupfer unterdrückt wird. Des weiteren können die leitenden Barrierenschichten auch sehr stabile Grenzflächen mit dem Kupfer bilden, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine ausgeprägte Materialwanderung an der Grenzfläche verringert wird, die typischerweise ein kritisches Gebiet im Hinblick auf stärkere Diffusionspfade ist, die die strombewirkte Materialdiffusion erleichtern können. Aktuell werden Tantal, Titan, Wolfram und ihre Verbindungen mit Stickstoff und Silizium und dergleichen als bevorzugte Kandidaten für eine leitende Bar rierenschicht eingesetzt, wobei die Barrierenschicht zwei oder mehr Teilschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen kann, um damit die Erfordernisse im Hinblick auf das Unterdrücken der Diffusion und die Haftungseigenschaften zu erfüllen.
  • Eine weitere Eigenschaft des Kupfers, die es deutlich von Aluminium unterscheidet, ist die Tatsache, dass Kupfer nicht effizient in größeren Mengen durch chemische und physikalische Dampfabscheidetechniken aufgebracht werden kann, wodurch eine Prozessstrategie erforderlich ist, die üblicherweise als Damaszener-Technik oder Einlegetechnik bezeichnet wird. Im Damaszener-Prozess wird zunächst eine dielektrische Schicht gebildet, die dann strukturiert wird, um Gräben und/oder Kontaktlöcher zu erhalten, die nachfolgend mit Kupfer gefüllt werden, wobei, wie zuvor angegeben ist, vor dem Einfüllen des Kupfers eine leitende Barrierenschicht an Seitenwänden der Gräben und Kontaktlöcher gebildet wird. Das Abscheiden des Kupfervolumenmaterials in die Gräben und die Kontaktdurchführungen wird für gewöhnlich durch nasschemische Abscheideprozesse bewerkstelligt, etwa Elektroplattieren oder stromloses Plattieren, wobei das zuverlässige Auffüllen von Kontaktdurchführungen mit einem Aspekteverhältnis von 5 oder größer bei einem Durchmesser von 0,3 μm oder weniger in Verbindung mit dem Auffüllen von Gräben mit einer Breite im Bereich von 0,1 μm bis mehrere Mikrometer erforderlich ist. Elektrochemische Abscheideprozesse für Kupfer sind auf dem Gebiet der Herstellung elektronischer Leiterplatten gut etabliert. Jedoch für die Abmessungen der Metallgebiete in Halbleiterbauelementen ist die hohlraumfreie Auffüllung von Kontaktdurchführungen mit einem großen Aspektverhältnis eine äußerst komplexe und herausfordernde Aufgabe, wobei die Eigenschaften der schließlich erhaltenen kupferbasierten Verbindungsstruktur deutlich von Prozessparametern, Materialien und der Geometrie der interessierenden Struktur abhängen. Da die grundlegende Geometrie der Verbindungsstrukturen mit im Wesentlichen durch Entwurfserfordernisse festgelegt ist und daher nicht wesentlich für eine gegebene Mikrostruktur geändert werden kann, ist es von größter Bedeutung, den Einfluss von Materialien, etwa leitende und nicht leitende Barrierenschichten, der Kupferstruktur und die wechselseitige Einwirkung auf die Eigenschaften der Verbindungsstrukturen abzuschätzen und zu steuern, um sowohl eine hohe Ausbeute als auch die erforderliche Produktzuverlässigkeit sicherzustellen.
  • Zusätzlich zum Erreichen einer hohen Produktausbeute und einer besseren Zuverlässigkeit des Metallisierungssystems ist es auch wichtig, die Produktausbeute und die Zuverlässigkeit auf der Grundlage eines gesamten hohen Durchsatzes des betrachteten Fertigungs prozesses zu erreichen. Beispielsweise wird die sogenannte duale Damaszener-Strategie häufig eingesetzt, in der eine Kontaktdurchführungsöffnung und ein entsprechender Graben in einer gemeinsamen Abscheidesequenz gefüllt werden, wodurch eine bessere Prozesseffizienz erreicht wird. Auf Grund einer komplexen Gestaltung aufwendige Metallisierungssysteme können die Metallleitungen zweier benachbarter Metallisierungsschichten sehr unterschiedliche laterale Größen aufweisen, da Metallleitungen einer Schicht auf die moderat hohe Packungsdichte entsprechender Verbindungsstrukturen anzupassen sind, während die Gräben in der benachbarten Metallisierungsschicht für eine hohe Strombelastung ausgelegt sein können. In diesem Falle muss eine vertikale Verbindung zwischen einer Metallleitung mit einer größeren Breite zu einer Metallleitung mit einer deutlich geringeren Breite auf der Grundlage einer Kontaktdurchführung hergestellt werden, die dem Graben mit der deutlich geringeren Breite entspricht. Ein Fertigungsablauf gemäß der dualen Damaszener-Strategie kann jedoch zu ausgeprägten Unregelmäßigkeiten während des Abscheidens des Kupfermaterials auf Grund des ausgeprägten Unterschieds in der lateralen Breite des entsprechenden Grabens und der Kontaktdurchführung, wie dies nachfolgend detaillierter mit Bezug zu den 1a und 1b erläutert ist.
  • 1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 in einer Fertigungsphase, in der ein komplexes Metallisierungssystem 130 über einem Substrat 101 herzustellen ist. Es sollte beachtet werden, dass das Substrat 101 eine Vielzahl von Schaltungselementen, etwa Transistoren und dergleichen aufweisen kann, die auf Basis von Entwurfsabmessungen von ungefähr 50 nm und weniger hergestellt werden können, wenn anspruchsvolle Anwendungen betrachtet werden. Der Einfachheit halber sind derartige Schaltungselemente in 1a nicht gezeigt. Das Metallisierungssystem 130 umfasst eine Metallisierungsschicht 110, die eine von mehreren Metallisierungsschichten repräsentieren kann, wobei die Anzahl entsprechender Metallisierungsschichten von der Komplexität des Schaltungsaufbaus des Bauelements 100 abhängt. Z. B. umfasst die Metallisierungsschicht 110 ein dielektrisches Material 111, das ein dielektrisches Material mit kleinem ε enthalten kann, um die parasitäre Kapazität zwischen benachbarten Metallleitungen 112 zu verringern, die zumindest in dem in 1a gezeigten Bereich dicht liegender Metallleitungen repräsentieren können, wie sie durch den gesamten Schaltungsaufbau erforderlich sind. Beispielsweise besitzen die Metallleitungen 112 eine Breite 112w von ungefähr 100 nm oder weniger und in ähnlicher Weise ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Metallleitungen 112 von einer ähnlichen Größenordnung. Wie zuvor erläutert ist, können die
  • Metallleitungen auf der Grundlage eines Kupfermaterials in Verbindung mit einem leitenden Barrierenmaterial 112b hergestellt werden, um den erforderlichen Kupfereinschluss und das gewünschte Elektromigrationsverhalten zu erreichen, wie dies zuvor erläutert ist. Des weiteren ist eine dielektrische Deck- oder Ätzstoppschicht 113 typischerweise auf dem dielektrischen Material 111 und der Metallleitungen 112 vorgesehen, wobei die Deckschicht 113 abhängig von der gesamten Prozessstrategie auch für den Kupfereinfluss und die guten Grenzflächeneigenschaften mit den Metallleitungen 112 sorgen kann. Des weiteren ist eine Metallisierungsschicht 120 über der Schicht 110 ausgebildet und umfasst einen Graben 121t und eine Kontaktöffnung 121a, die in einem entsprechenden dielektrischen Material 121 gebildet sind. Z. B. repräsentiert das dielektrische Material 121 ein dielektrisches Material mit kleinem ε oder ein anderes dielektrisches Material, wobei dies von den Erfordernissen im Hinblick auf die parasitäre Kapazität, und dergleichen abhängt. Der Graben 121t besitzt eine deutlich größere Breite 121w, um eine ausreichende Strombelastbarkeit bereitzustellen, wie dies in der Metallisierungsschicht 120 erforderlich sein kann. Andererseits ist die Kontaktöffnung 121v mit einer der Metallleitungen 112 so verbunden, dass eine entsprechende Breite 121u im Wesentlichen der Breite 121w der Metallleitungen 112 in der Metallisierungsschicht 110 entspricht. Das in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage gut etablierter Fertigungstechniken hergestellt werden. Beispielsweise wird nach dem Vorsehen von Schaltungselementen in de Bauteilebene des Bauelements 100 (nicht gezeigt) eine geeignete Kontaktstruktur bereitgestellt, um eine Verbindung zu Schaltungselementen herzustellen, und um eine Plattform zu schaffen, um darauf das Metallisierungssystem 130 herzustellen. Danach werden ein oder mehrere Metallisierungsschichten auf der Grundlage von Prozesstechniken gebildet, wie sie mit Bezug zu der Metallisierungsschicht 120 beschrieben sind. Nach der Herstellung der Metallisierungsschicht 110 und dem Abscheiden der Deckschicht 113 auf Basis gut etablierter Abscheidetechniken, etwa CVD (chemische Dampfabscheidung) und dergleichen, um ein oder mehrere Materialien, etwa Siliziumkarbid, stickstoffenthaltendes Siliziumkarbid, und dergleichen, vorzusehen, wird das dielektrische Material 121 aufgebracht. Zu diesem Zweck wird eine beliebige geeignete Abscheidetechnik eingesetzt, wobei dies von der Zusammensetzung des Materials 121 abhängt. Daraufhin werden diverse Prozessstrategien typischerweise angewendet, um die Kontaktöffnung 121 und den Graben 121t gemäß den Entwurfsabmessungen zu bilden. Beispielsweise wird ein sogenannter „Kontaktloch zuerst – Graben zuletzt”-Ansatz gewählt, in welchem die Kontaktöffnung 121v durch Vorsehen einer Ätzmaske, etwa einer Lackmaske, und Ätzen des dielektrischen Materials 121 bis hinab zu einer spezifizier ten Tiefe oder bis hinab zu der Ätzstoppschicht 113 gebildet wird. Als nächstes wird eine entsprechende Ätzmaske für den Graben auf der Grundlage anspruchsvoller Lithographietechniken hergestellt, wobei bei Bedarf ein entsprechendes Einebnungsmaterial zunächst abgeschieden werden kann, um zumindest teilweise die Kontaktöffnung 121v zu füllen, wenn diese sich bis hinab zu der Ätzstoppschicht 113 erstreckt. Danach wird ein weiterer Ätzprozess ausgeführt, um den Graben 121t zu erhalten und die Ätzmaske wird entfernt, während auch die Ätzstoppschicht 113 geöffnet wird, so dass die Kontaktöffnung 121v sich in die Metallleitung 112 erstreckt. Daraufhin werden erforderlich Fertigungsprozesse ausgeführt, um das Bauelement 100 für das Abscheiden eines leitenden Barrierenmaterials vorzubereiten. Z. b. wird ein Barrierenmaterial 122b abgeschieden, etwa in Form eines Tantal/Tantalnitridschichtstapels auf der Grundlage einer Sputter-Abscheidung und dergleichen. Ferner wird ein Saatmaterial (nicht gezeigt) abgeschieden, um einen nachfolgenden elektrochemischen Abscheideprozess zum Einfüllen des Kupfermaterials in den Graben 121t und die Kontaktdurchführung 121v zu verbessern. Es sollte beachtet werden, dass auf Grund der aufwendigen Bauteilgeometrien, die durch den Breitengraben 121t und das schmale Kontaktloch 121v hervorgerufen wird, entsprechende Abscheideparameter in geeigneter Weise ausgewählt werden müssen, um in zuverlässiger Weise die freiliegenden Bereiche innerhalb des Grabens 121t und der Kontaktöffnung 121v mit dem Barrierenmaterial 122b zu bedecken.
  • 1b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100, wenn es einem elektrochemischen Abscheideprozess zum Abscheiden von Kupfermaterial unterzogen wird. Wie zuvor erläutert ist, werden im Hinblick auf eine bessere Prozesseffizienz der Graben 121t und das Kontaktloch 121v in einen miteinander in Beziehung stehendem Strukturierungsprozess hergestellt und das Füllen wird auf der Grundlage eines gemeinsamen Abscheideprozesses 102 bewerkstelligt. Die anspruchsvolle Bauteiltopographie, die durch den an sich sehr komplexen elektrochemischen Abscheidungsprozess für das Kupfermaterial hervorgerufen wird, kann zu Abscheideunregelmäßigkeiten, etwa Hohlräumen 122c führen, wodurch zu ausgeprägten Ausbeuteverlusten und einer geringeren Zuverlässigkeit des resultierende Metallisierungssystems 130 beigetragen wird. D. h., die elektrochemische Abscheidung des Kupfermaterials 122a basiert auf sehr komplexen Elektrolytlösungen mit aufwendigen Additiven, um in Verbindung mit einem geeigneten Pulsinversschema in den Elektroplattierungstechniken ein Füllverhalten von unten nach oben zu erreichen. Auf Grund des ausgeprägten Unterschiedes in den lateralen Abmessungen des Grabens 121t und der Kontaktdurch führung 121v kann jedoch ein vorzeitiges „Verschließen” der Kontaktdurchführungsöffnung 121v zu einer entsprechenden Unregelmäßigkeit 122c führen.
  • In einigen konventionellen Strategien wird die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens der abscheideabhängigen Unregelmäßigkeiten 122c verringert, indem die Geometrie der Metallisierungsschicht 110 neu gestaltet wird, so dass größere Bereiche an gewissen Teilen der Metallleitungen 112 vorhanden sind, um damit eine größere laterale Fläche des „Auflagebereichs” der Kontaktdurchführung 121v zu erhalten. Eine entsprechende Neugestaltung kann jedoch im Allgemeinen die Gesamtpackungsdichte in dem Metallisierungssystem 120 verringern.
  • Im Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation betrifft die vorliegende Offenbarung Techniken und Halbleiterbauelemente, in denen Metallleitungen in benachbarten Metallisierungsschichten mit sehr unterschiedlichen Breiten verbunden werden, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert werden.
  • Überblick über die Offenbarung
  • Im Allgemeinen stellt die vorliegende Offenbarung Techniken und Halbleiterbauelemente bereit, in denen die Oberflächentopographie eines breiten Grabens und einer Kontaktöffnung, die mit einer Metallleitung mit geringerer lateraler Größe verbunden ist, „vereinfacht” wird, indem ein ausgeprägter Grad an Verjüngung bzw. Seitenwandneigung so erzeugt wird, dass eine gewünschte geringere laterale Breite der Kontaktöffnung in der Nähe der Metallleitung mit den kleineren lateralen Abmessungen erreicht wird, während die Breite der Öffnung nach oben hin zunimmt. Folglich sind jegliche Beschränkungen, die einem gemeinsamen Abscheideprozess zum Füllen der Kontaktöffnung mit der ausgeprägten Verjüngung und dem breiten Graben verlegt werden, deutlich verringert, ohne dass spezielle Entwurfsstrategien erforderlich sind, die konventioneller Weise zu einer geringeren Packungsdichte führen. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird die ausgeprägte Verjüngung oder Seitenwandneigung der Kontaktöffnung erreicht, indem die Ätzsequenz zur Herstellung der Kontaktöffnung in dem dielektrischen Material modifiziert wird, indem eine entsprechende Maskenöffnung in einer Lackmaske zumindest ein mal während der Strukturierungssequenz vergrößert wird. Beispielsweise wird das Lackmaterial nach dem Ausführen eines ersten Ätzschrittes „erodiert” und danach wird ein weiterer Ätzschritt ausgeführt auf der Grundlage einer größeren lateralen Breite der Maskenöffnung. Bei Bedarf können weitere Ätzschritte mit vorhergehenden Maskenerosionsprozessen ausgeführt werden, um damit eine im Wesentlichen graduelle Verjüngung der resultierenden Kontaktöffnung zu erhalten. In anderen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird der Ätzprozess zur Herstellung der Kontaktöffnung auf der Grundlage einer geeignet gestalteten anfänglichen Ätzmaske zur Herstellung eines ersten Bereichs der Kontaktöffnung ausgeführt, während eine verbleibende Tiefe der Kontaktöffnung auf der Grundlage eines Abstandshalterelements erhalten wird, was zu einer ausgeprägten Verjüngung der schließlich erreichten Kontaktöffnung führt.
  • Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer Ätzmaske über einem dielektrischen Material einer ersten Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements, wobei die Ätzmaske eine Maskenöffnung mit einer ersten lateralen Größe aufweist, die einer lateralen Sollgröße an der Unterseite einer Kontaktdurchführung entspricht, die in dem dielektrischen Material zu bilden ist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer Kontaktöffnung auf der Grundlage der Maskenöffnung mit der ersten lateralen Größe, um die Kontaktöffnung so zu bilden, dass diese sich zu einer ersten Tiefe in dem dielektrischem Material erstreckt. Danach wird die Maskenöffnung vergrößert, um eine zweite laterale Größe zu erlangen und die Kontaktöffnung wird auf der Grundlage der Maskenöffnung mit der zweiten lateralen Größe vergrößert, so dass diese sich zu einer zweiten Tiefe erstreckt. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines Grabens über der Kontaktöffnung in dem dielektrischen Material, so dass dieser mit der Kontaktöffnung verbunden ist. Schließlich umfasst das Verfahren das gemeinsame Füllen der Kontaktöffnung und des Grabens mit einem metallenthaltenden Material, wobei die Kontaktöffnung sich bis zu einem Metallgebiet einer zweiten Metallisierungsschicht erstreckt, die unter der ersten Metallisierungsschicht angeordnet ist.
  • Ein weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer Kontaktöffnung in einem dielektrischen Material einer ersten Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements, wobei die Kontaktöffnung sich zu einer ersten Tiefe erstreckt und eine erste laterale Größe besitzt. Des weiteren wird ein Abstandshalterelement an Seitenwänden der Kontaktöffnung gebildet und eine Tiefe der Kontaktöffnung wird vergrößert, so dass diese sich zu einem Metallgebiet einer zweiten Metallisierungsschicht erstreckt, die unter der ersten Metallisierungsschicht gebildet ist.
  • Ein anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst eine erste Metallisierungsschicht, die über einem Substrat gebildet ist, wobei die erste Metallisierungsschicht eine Metallleitung mit einer ersten Breite aufweist. Das Hableiterbauelement umfasst ferner eine zweite Metallisierungsschicht, die unter der ersten Metallisierungsschicht gebildet ist und eine zweite Metallleitung mit einer zweiten Breite aufweist, die kleiner ist als die erste Breite. Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement eine Kontaktdurchführung, die sich von der ersten Metallleitung zu der zweiten Metallleitung erstreckt, wobei die Kontaktdurchführung eine erste laterale Abmessung an der ersten Metallleitung besitzt und eine zweite laterale Abmessung einer zweiten Metallleitung besitzt, und wobei die zweite laterale Abmessung ungefähr 60% oder weniger an der ersten lateralen Abmessung beträgt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
  • 1a und 1b schematisch Querschnittsansichten eines komplexen Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung eines Metallisierungssystems auf der Grundlage konventioneller Prozessstrategien zeigen;
  • 2a bis 2f schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung eines Metallisierungssystems zeigen, in welchem eine Kontaktdurchführung mit einer ausgeprägten Verjüngung eine schmale Metallleitung mit einer breiten Metallleitung gemäß anschaulicher Ausführungsformen verbindet; und
  • 2g bis 2i schematisch Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, in denen eine ausgeprägte Verjüngung bzw. Seitenwandneigung einer Kontaktöffnung erreicht wird, indem ein zusätzliches Abstandshalterelement in der Strukturierungssequenz gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen vorgesehen wird.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Obwohl der hierin offenbarte Gegenstand 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.
  • Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Fertigungstechniken und entsprechende Halbleiterbauelemente, in denen Verbindungen zwischen schmalen Metallleitungen und breiten Metallleitungen benachbarter Metallisierungsschichten auf der Grundlage von Kontaktdurchführungen hergestellt werden, die eine ausgeprägte Verjüngung bzw. Seitenwandneigung besitzen, so dass eine untere Breite an eine Entwurfsbreite der schmalen Metallleitung angepasst ist, während die Oberseite der Kontaktdurchführung eine deutlich größere laterale Abmessung besitzt, um damit eine bessere Bauteilgeometrie während eines gemeinsamen Abscheideprozesses zur Füllung der Kontaktlochöffnung und des entsprechenden Grabens der Metallleitung mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit des Erzeugens durch die Abscheidung hervorgerufener Unregelmäßigkeiten zu schaffen. Folglich können entsprechende Kontaktdurchführungen mit einer ausgeprägten Verjüngung, die auch als Übergangskontaktdurchführungen bezeichnet werden, vorgesehen werden, ohne dass speziell bereitgestellte vergrößerte „Kontaktbereiche”, die mit den schmalen Metallleitungen verbunden sind, erforderlich sind, wodurch eine größere Packungsdichte und eine höhere Entwurfflexibilität bei der Bereitstellung komplexer Metallisierungssysteme geschaffen werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die ausgeprägte Verjüngung der Übergangskontaktdurchführungen erreicht, indem die Ätzsequenz zum Strukturieren der Kontaktlochöffnung auf der Grundlage einer Lackmaske ausgeführt wird, die zwischenzeitlich modifiziert wird, beispielsweise durch Ausführen eines oder mehrerer Materialabtragungsprozesse, so dass eine anfängliche laterale Größe einer Maskenöffnung während des weiteren Fortschreitens der gesamten Ätzsequenz vergrößert wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird die Ätzsequenz zur Herstellung der Kontaktlochöffnung in dem dielektrischen Material mit einer gewünschten lateralen Größe an der Oberseite der Kontaktöffnung begonnen und es wird eine gewünschte geringere Sollabmessung für die Unterseite der Kontaktdurchführung auf der Grundlage eines Abstandshalterelements erreicht, das in einer Zwischenphase der gesamten Strukturierungssequenz gebildet wird. Während des weiteren Strukturierungsprozesses kann somit das Abstandshalterelement auch entfernt werden, so dass eine entsprechende Konfiguration der Abstandshalter in das dielektrische Material übertragen wird, was zu einer entsprechenden verjüngten bzw. geneigten Konfiguration führt. Folglich wird eine bessere Bauteilgeometrie vor dem gemeinsamen Abscheideprozess geschaffen, wodurch nicht in unerwünschter Weise zu einer größeren Prozesskomplexität beigetragen wird, wobei auch speziell gestaltete Kontaktbereiche mit größeren lateralen Abmessungen für die schmalen Metallleitungen vermieden werden. Somit können Metallleitungen mit einer Breite von mehreren 100 nm oder mehr zuverlässig mit Metallleitungen einer darunter liegenden Metallisierungsschicht mit einer Breite von ungefähr 100 nm oder deutlich weniger anspruchsvollen Anwendungen auf der Grundlage eines elektrochemischen Abscheideprozesses verbunden werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass obwohl die vorliegende Offenbarung besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit aufwendigen Metallisierungssystemen mit Metallleitungen mit Abmessungen in dem oben genannten Bereich ist, die hierin offenbarten Prinzipien dennoch auf andere weniger kritische Metallisierungssysteme angewendet werden können. Folglich sollte die vorliegende Offenbarung nicht als auf spezielle Bauteilabmessungen eingeschränkt erachtet werden, sofern derartige Einschränkungen nicht explizit in der Beschreibung oder den angefügten Patentansprüchen angegeben sind.
  • Mit Bezug zu den 2a bis 2i werden nunmehr weiter anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei auch Bezug genommen wird auf die 1a und 1b, falls dies erforderlich ist.
  • 2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit einem Substrat 201, über welchem ein Metallisierungssystem 230 gebildet ist. Das Metallisierungssystem 230 umfasst eine beliebige Anzahl an Metallisierungsschichten, wobei der Einfachheit halber eine erste Metallisierungsschicht 220 und eine zweite Metallisierungsschicht 210 in 2a dargestellt sind. Z. B. repräsentiert in einigen anschaulichen Ausfüh rungsformen das Metallisierungssystem 230 eine Verbindungsstruktur eines komplexen Halbleiterbauelements, in welchem Schaltungselemente (nicht gezeigt) kritische Abmessungen von ungefähr 50 nm und weniger besitzen. Wie zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist, können entsprechende Schaltungselemente in und über einem geeigneten Halbleitermaterial hergestellt werden, das unter dem Metallisierungssystem 230 angeordnet ist. Des weiteren können die Metallisierungsschichten 210, 220 ähnliche Strukturen besitzen, wie dies zuvor mit Bezug zu den Schichten 110, 120 des Bauelements 100 erläutert ist, das mit Bezug zu den 1a und 1b beschrieben ist. Z. B. umfasst die Metallisierungsschicht 210 ein dielektrisches Material 211, etwa ein dielektrisches Material mit kleinem ε und dergleichen, in welchem Metallleitungen 212 eingebettet sind, die zumindest in 2a dargestellten Bauteilbereichen Metallleitungen mit einem „kleinen Abstand” repräsentieren. D. h., die Metallleitungen 212 besitzen eine Breite 212w, die eine kritische Abmessung der Metallisierungsschicht 210 repräsentiert, die ungefähr 100 nm oder weniger in anspruchsvollen Anwendungen betragen kann. Es sollte jedoch beachtet werden, dass in anderen anschaulichen Ausführungsformen die Metallleitungen 212 eine größere Breite aufweisen können, wobei dies von dem gesamten Entwurfsregeln und der betrachteten Metallisierungsebene abhängt. Ferner kann eine Ätzstoppschicht 213, etwa eine Siliziumnitridschicht, ein Siliziumkarbidmaterial, eine stickstoffangereicherte Siliziumkarbidschicht oder ein anderes geeignetes Material mit geeigneten Ätzstoppeigenschaften und bei Bedarf entsprechenden Kupfereinschlusseigenschaften vorgesehen sein, wie dies zuvor erläutert ist. In der gezeigten Fertigungsphase ist die Metallisierungsschicht 220 in Form eines nicht-strukturierten dielektrischen Materials 221 vorgesehen, das eine geeignete Zusammensetzung aufweist, wie dies für das Herstellen einer breiten Metallleitung darin, zumindest über den dicht liegenden Metallleitungen 212, erforderlich ist. Des weiteren ist in der gezeigten Fertigungsphase eine Ätzmaske 230, beispielsweise in Form einer Lackmaske, über dem dielektrischen Material 221 vorgesehen und umfasst eine Maskenöffnung 203a mit einer lateralen Abmessung 203w, die einer lateralen Sollabmessung einer Kontaktöffnung entspricht, die in dem dielektrischen Material 221 zu bilden ist. D. h., die Breite 203w entspricht im Wesentlichen der Breite einer entsprechenden Kontaktöffnung an deren Unterseite, um in zuverlässiger Weise eine Verbindung zu einer der Metallleitungen 212 herzustellen, wie dies durch die gestrichelten Linien angegeben ist, ohne dass eine Störung benachbarter Metallleitungen 212 erfolgt. Beispielsweise ist die Breite 203w im Wesentlichen gleich oder kleiner als die entsprechende 202w der Metallleitung 212.
  • Das in 2a gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann auf der Grundlage von Prozesstechniken hergestellt werden, wie sie auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben sind. Somit wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen ein hohes Maß an Kompatibilität zu konventionellen Prozesstechniken erreicht. Z. B. wird die Ätzmaske 203 auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt, wobei die Maskenöffnung 203 jedoch so gestaltet ist, dass diese der Breite 212w entspricht, ohne dass zusätzliche Schichten mit erhöhter lateraler Größe erforderlich sind, die häufig eingesetzt werden, um durch Abscheidung verursachte Unregelmäßigkeiten, etwa die in 1b gezeigten Unregelmäßigkeiten 122c, zu vermeiden.
  • 2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn es der Einwirkung einer Ätzumgebung 204 ausgesetzt ist, die eine Ätzumgebung repräsentieren kann, die auf der Grundlage gut etablierter Ätzrezepte eingerichtet wird. Während des Ätzprozesses 204 wird folglich Material der Schicht 212 in einer äußerst anisotropen Weise abgetragen, wodurch die Kontaktöffnung 212v mit einer lateralen Größe erhalten wird, die im Wesentlichen der lateralen Größe 203w der Maskenöffnung 203a entspricht. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird der Ätzprozess 204 so gesteuert, dass die Tiefe 212d der Kontaktöffnung 221 ungefähr 1/3 oder weniger einer endgültigen Tiefe der Kontaktöffnung 221 entspricht, d. h. einer Dicke des dielektrischen Materials 221. Eine entsprechende Steuerung des Ätzprozesses 204 kann effizient bewerkstelligt werden, indem eine Abtragsrate für das Material 221 bestimmt und die Prozesszeit des Ätzprozesses 204 in geeigneter Weise eingestellt wird.
  • 2c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines Materialabtragungsprozesses 205a, der so gestaltet ist, das Material der Ätzmaske 203 abgetragen wird. Z. B. wird der Prozess 205a als ein plasmaunterstützter Prozess unter Anwendung einer Sauerstoffsorte ausgeführt, während in anderen Fallen eine geeignete plasmunterstützte Ätzumgebung eingesetzt wird, in welcher organisches Material entfernt wird, ohne dass wesentliche Bereiche des dielektrischen Materials 221 abgetragen werden. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen beinhaltet der Prozess 205a einen nasschemischen Lackabtragungsprozess, der auf der Grundlage gut etablierter selektiver Ätzchemien ausgeführt wird. Während des Prozesses 205a wird somit die anfängliche Ätzmaske 203 erodiert, wodurch die laterale Größe der Öffnung 203a erhöht wird, wie die durch die Breite 203e angedeutet ist. Es sollte beachtet werden, dass die größere laterale Breite 203e effi zieht eingestellt werden kann, indem die Abtragsrate des Materials der Ätzmaske 203 in der Ätzumgebung des Prozesses 205a bestimmt wird und die Ätzzeit gesteuert wird. Auf Grund der Selektivität des Ätzprozesses 205a im Hinblick auf das dielektrische Material 221 wird die anfängliche laterale Breite der Kontaktöffnung 221v zumindest an der Unterseite im Wesentlichen beibehalten.
  • 2d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines weiteren Ätzschrittes 204b, der auf der Grundlage des gleichen Ätzrezepts ausgeführt werden kann, wie der Prozess 204a (siehe 2b), so dass Material der Schicht 221 selektiv zur Ätzmaske 203 abgetragen wird. Auf Grund der größeren Breite 203e wird auch die Breite der Kontaktöffnung 221v an der Oberseite vergrößert, wobei auch eine Tiefe vergrößert wird, wie dies durch 221e angedeutet ist, wobei jedoch eine Breite an der Unterseite im Wesentlichen der Anfangsbreite 203w (siehe 2c) entspricht. In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist die anisotrope Natur des Ätzprozesses 204 weniger ausgeprägt im Vergleich zu dem Prozess 204a, wodurch eine deutliche „Verrundung” einer Ecke oder eines Absatzes, der durch die unterschiedlichen lateralen Breiten 203w und 203e (siehe 2c) bewirkt wird, erreicht, wodurch eine mehr oder weniger verjüngte oder geneigte Konfiguration geschaffen wird, wie dies in 2d gezeigt ist.
  • 2e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen ein noch ausgeprägtere Verjüngung oder Seitenwandneigung erreicht wird, indem die Prozessor 205a, 204b der 2c und 2d ein oder mehrere Male wiederholt werden, wobei dies von dem Grad der Abstufung und dem Grad der erforderlichen Verjüngung abhängt. Beispielsweise wird, wie gezeigt ist, das Bauelement 200 einem weiteren Lackerosionsprozess 205b unterzogen, wodurch eine noch größere laterale Größe 203f der Maskenöffnung 203a erreicht wird. Zu diesem Zweck kann das gleiche oder ein ähnliches Prozessrezept angewendet werden, wie dies zuvor für den Prozess 205a beschrieben ist (siehe 2c).
  • 2f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn eines einem weiteren Ätzprozess 204c unterliegt, um damit die Tiefe der Kontaktöffnung 221v weiter zu vergrößern, wobei in der gezeigten Ausführungsform die Kontaktöffnung 221v sich bis hinab zu der Ätzstoppschicht 213 erstreckt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine beliebige andere Tiefe der Kontaktöffnung 221v abhängig von der gesamten Prozessstrategie ausgewählt werden kann. Wenn beispielsweise ein Graben in einem oberen Bereich des dielektrischen Materials 221 zu bilden ist, kann der abschließende Ätzschritt zur Herstellung der Kontaktöffnung 221v gemeinsam mit einem entsprechenden Ätzschritt zum Erzeugen des entsprechenden Grabens ausgeführt werden. Nach dem Ausführen einer gewünschten Anzahl an Erosions/Ätzzyklen und dem Erreichen der gewünschten Tiefe der Kontaktöffnung 221v wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem die Ätzmaske 203 entfernt wird, was durch gut etablierte Rezepte bewerkstelligt werden kann, und danach wird eine weitere Ätzmaske gebildet, um damit die laterale Größe eines breiten Grabens zu definieren, der über der Kontaktöffnung 221v zu bilden ist. Zu diesem Zweck kann in einigen Fällen ein entsprechendes Füllmaterial abgeschieden werden, um die Oberflächentopographie einzuebnen und es wird eine entsprechende Ätzmaske auf der Grundlage der eingeebneten Oberflächentopographie unter Anwendung gut etablierter Lithographietechniken hergestellt. Daraufhin werden die Kontaktöffnung 221v und der entsprechende breite Graben in einer gemeinsamen Abscheidesequenz gefüllt, wie dies beispielsweise auch mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist.
  • 2g zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen eine ausgeprägte Verjüngung bzw. Seitenwandneigung einer Kontaktöffnung auf der Grundlage von Abstandshalterelementen erreicht wird. Wie gezeigt, ist die Kontaktöffnung 221v in dem dielektrischen Material 221 so gebildet, dass diese eine anfängliche Breite 221l und eine erste Tiefe 221d besitzt, die beispielsweise ungefähr 40% bis 60% der endgültigen Tiefe der Kontaktöffnung 221v repräsentieren kann. Des weiteren sind in der gezeigten Fertigungsphase Abstandshalterelemente 206a an Seitenwänden der Kontaktöffnung 221v ausgebildet, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen das Abstandshalterelement 206a aus einem Material mit einem ähnlichen Ätzverhalten wie das dielektrische Material 221 aufgebaut ist. D. h. die Abtragsrate während eines Ätzprozesses, der zum Entfernen von Material der Schicht 221 gestaltet ist, innerhalb von ±10% für das Material der Abstandshalterelemente 206 im Vergleich zu dem dielektrischen Material 221 liegen. In einer anschaulichen Ausführungsform ist das Abstandshalterelement 206 auf der Grundlage im Wesentlichen der gleichen Materialzusammensetzung aufgebaut, wie das dielektrische Material 221. Auf diese Weise kann ein im Wesentlichen identisches Ätzverhalten während der weiteren Strukturierung der Kontaktöffnung 221v erreicht werden. In der gezeigten Ausführungsform ist ferner eine Ätzstoppbeschichtung 206b, etwa ein Siliziumdioxidmaterial, ein Siliziumnitridmaterial und dergleichen vorgesehen, falls dies erforderlich ist, wobei eine Dicke von mehreren Nanometern bis ungefähr 10 nm oder mehr angewendet wird, wobei dies von den gesamten Prozesserfordernissen abhängt.
  • Das in 2g gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach dem Abscheiden des dielektrischen Materials 221 wird eine geeignete Ätzmaske, etwa eine Lackmaske, hergestellt, die eine Öffnung mit lateralen Abmessungen aufweist, die der Anfangsbreite 221l der Kontaktöffnung 221v entsprechen. Als nächstes wird ein anisotroper Ätzprozess auf der Grundlage gut etablierter Rezepte ausgeführt, wie dies auch zuvor erläutert ist, um damit die Kontaktöffnung 221v zu erhalten, die sich zu der ersten Tiefe 221d erstreckt. Daraufhin wird die Lackmaske entfernt und eine Abstandshalterschicht (nicht gezeigt) wird abgeschieden, möglicherweise in Verbindung mit der Ätzstoppbeschichtung 206b, was durch gut etablierte Abscheidetechniken erfolgen kann. Als nächstes wird das Abstandshaltermaterial auf Grundlage von beispielsweise ähnlichen Ätzrezepten geätzt, wie sie auch zur Herstellung der Kontaktöffnung 221v auf Grund der Ähnlichkeit des Ätzverhaltens des Abstandshaltermaterials im Vergleich zu dem dielektrischen Material 221 eingesetzt werden. Daher wird das Material der Abstandshalterschicht von horizontalen Bauteilbereichen und von der Mitte der Kontaktöffnung 221v entfernt, wobei das Voranschreiten der Ätzfront zuverlässig an oder innerhalb der Ätzstoppbeschichtung 206b, falls diese vorgesehen ist, angehalten werden kann. In diesem Falle kann auch ein gewisses Maß an „Nachätzen” angewendet werden, um die ausgeprägte Verrundung der Abstandshalterelemente 206a an der Oberseite der Kontaktöffnung 221v zu erreichen. Danach werden in einigen anschaulichen Ausführungsformen freiliegende Bereiche der Ätzstoppbeschichtung 206b entfernt, beispielsweise durch geeignete nasschemische Ätzrezepte, plasmaunterstützte Ätzprozesse und dergleichen. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird die Ätzstoppbeschichtung 206 beibehalten und eine entsprechende Grabenätzmaske wird auf der Beschichtung 206 hergestellt.
  • 2h zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Wie gezeigt, ist eine Ätzmaske 207 über dem dielektrischen Material 221 gebildet und enthält eine Öffnung 207a, um damit die Position und die laterale Größe eines Grabens 221t zu definieren, der in einem oberen Bereich des dielektrischen Materials 221 gebildet ist. Z. B. repräsentiert der Graben 221t eine breite Metallleitung mit einer Breite 221w, die deutlich größer ist als die Breite 212w der Metallleitungen 212. In einigen anschaulichen Ausführungsformen beträgt die Breite 221w das zweifache oder mehr der Brei te 212w, wodurch die größere Strombelastbarkeit geschaffen wird, wie dies zuvor erläutert ist.
  • Die Ätzmaske 207 kann auf de Grundlage gut etablierter Prozessstrategien hergestellt werden, in denen die Oberflächentopographie bei Bedarf eingeebnet wird mittels eines geeigneten Füllmaterials und indem ein Lithographieprozess zum Strukturieren eines Lackmaterials gemäß der lateralen Position und der Größe des Grabens 221t ausgeführt wird. Es sollte beachtet werden, dass die Kontaktöffnung 221v (2e) nicht notwendiger Weise in der Mitte des Grabens 221t angeordnet sein muss, so dass eine beliebige Konfiguration, d. h. eine räumliche Beziehung zwischen der Kontaktöffnung 221v und dem Graben 221t, hergestellt werden kann. Daraufhin wird das Halbleiterbauelement 200 einer Ätzsequenz unterzogen, beispielsweise zum Entfernen eines freiliegenden Bereichs eines Einebnungsmaterials, falls dieses vorgesehen ist, und auch zum Ätzen durch freigelegte Bereiche der Ätzstoppbeschichtung 206b (siehe 2g). Danach wird ein weiterer anisotroper Ätzprozess 204d ausgeführt, um Material der Schicht 221 auf der Grundlage der Ätzmaske 207 abzutragen, wobei auch die Kontaktöffnung 221v in den unteren Bereich des dielektrischen Materials 221 „übertragen” wird. Auf Grund der Anwesenheit der Abstandshalterelemente 206a wird eine ausgeprägte Verjüngung der Kontaktöffnung 221v erreicht, so dass eine reduzierte Breite 221b an der Unterseite der Kontaktöffnung 221v an die Breite 212w der Metallleitung 212 angepasst ist. Andererseits mündet die Kontaktöffnung 221v in dem Graben 221t mit einer deutlich größeren Breite, die anfänglich durch die Breite 221i definiert ist, wobei zu beachten ist, dass eine zusätzliche Eckenverrundung während des Ätzprozesses 204d auftreten kann, wodurch die schließlich erreichte Breite an Oberseite der Kontaktöffnung 221v noch weiter vergrößert wird. Es sollte auch beachtet werden, dass während des Ätzprozesses 204d auch die Ätzstoppbeschichtung 206b abgetragen werden kann, da während des Ätzprozesses 204d das Ätzstoppmaterial 206b von beiden Seiten aus angegriffen wird, d. h. das Material wird durch das zunehmende Abtragen des Abstandshalters 206a freigelegt und durch weiteres Entfernen des freigelegten Bereichs des Materials 221 an der gegenüberliegenden Seite der Schicht 206b. Nach dem Ätzprozess 204d wird die Maske 207 entfernt und auch die Ätzstoppschicht 213 wird in der Kontaktöffnung 221v abgetragen, um damit einen Oberflächenbereich der Metallleitung 212 freizulegen.
  • Folglich wird auch in diesem Falle eine ausgeprägte Verjüngung bzw. Seitenwandneigung der Kontaktöffnung 221v, wodurch eine deutlich besser Oberflächentopographie für die nachfolgende Prozesssequenz zur Herstellung einer leitenden Barrierenschicht und zum Einfüllen von Kupfer oder eines anderen gut leitenden Materials auf der Grundlage eines elektrochemischen Abscheideprozesses geschaffen wird.
  • 2i zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt ist eine breite Metallleitung 222l über sich verjüngenden Kontaktdurchführung 222v gebildet, die die breite Metallleitung 222l mit einer der Metallleitungen 212 der tieferliegenden Metallisierungsschicht 210 verbindet. Wie zuvor gezeigt ist, ist eine Breite 222w der breiten Metallleitung 222l deutlich größer als die Breite 212w, wodurch für eine hohe Strombelastbarkeit der Metallleitung 222l gesorgt wird. In ähnlicher Weise entspricht eine Breite 222d der Kontaktdurchführung 222v der Breite 212w der Metallleitung 212, wodurch eine zuverlässige elektrische Verbindung möglich ist, ohne dass zusätzliche Kontaktbereiche mit größerer lateraler Größe erforderlich sind. Andererseits kann die Breite 222t an der Oberseite der Kontaktdurchführung 222v deutlich größer sein als die untere Breite 222, wodurch für bessere Oberflächenbedingungen während des Füllprozess gesorgt wird, wie dies zuvor erläutert ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen beträgt die untere Breite 222b ungefähr 60% oder weniger der oberen Breite 222t.
  • Das in 2i gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt werden, um ein leitendes Barrierenmaterial 222a zu bilden, wobei auch die verbesserte Oberflächentopographie auf Grund der ausgeprägten Verjüngung der entsprechenden Kontaktöffnung die gesamte Prozessgleichmäßigkeit und Zuverlässigkeit verbessert. Daraufhin wird Kupfermaterial oder ein anderes gut leitendes Metall durch elektrochemische Abscheidung eingefüllt, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist, wobei ein zuverlässiges Füllverhalten von unten nach oben unabhängig von der deutlich größeren lateralen Abmessung 222w im Vergleich zur unteren Breite 222b erreicht wird. Daraufhin wird überschüssiges Material entfernt, beispielsweise durch CMP, und die weitere Bearbeitung wird fortgesetzt, indem ein Deckmaterial auf der Metallleitung 222l und dem dielektrischen Material 221 gebildet wird. Nachfolgend können weitere Metallisierungsschichten bei Bedarf hergestellt werden.
  • Es gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Techniken und Halbleiterbauelemente bereit, in denen eine ausgeprägte Verjüngung von Übergangskontaktdurchführungen erreicht wird, indem eine Ätzsequenz modifiziert wird, beispielsweise indem zwischenzeitlich eine Lackmaske erodiert wird, um zwei oder mehr Ätzschritte auf der Grundlage einer unterschiedlichen lateralen Größe einer entsprechenden Maskenöffnung auszuführen. In anderen Fällen beginnt der Ätzprozess mit der „maximalen” lateralen Größe der Kontaktöffnung, die während des weiteren Voranschreitens des Ätzprozesses auf der Grundlage der eigens dimensionierter Abstandshalterelemente verringert wird.
  • Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung lediglich anschaulicher Natur und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise dese Ausführens der hierin offenbarten Prinzipien zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims (21)

  1. Verfahren mit: Bilden einer Ätzmaske über einem dielektrischen Material einer ersten Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements, wobei die Ätzmaske eine Maskenöffnung mit einer ersten lateralen Größe aufweist, die einer lateralen Sollgröße an einer Unterseite einer Kontaktdurchführung entspricht, die in dem dielektrischen Material zu bilden ist, Bilden einer Kontaktöffnung auf der Grundlage der Maskenöffnung mit der ersten lateralen Größe, so dass die Kontaktöffnung sich zu einer ersten Tiefe in dem dielektrischen Material erstreckt; Vergrößern der Maskenöffnung derart, dass die Maskenöffnung eine zweite laterale Größe besitzt; Vergrößern der Kontaktöffnung auf der Grundlage der Maskenöffnung mit der zweiten lateralen Größe, so dass die Kontaktöffnung sich zu einer zweiten Tiefe erstreckt; Bilden eines Grabens über der Kontaktöffnung in dem dielektrischen Material, so dass dieser mit der Kontaktöffnung verbunden ist; und gemeinsames Füllen der Kontaktöffnung und des Grabens mit einem metallenthaltenden Material, wobei die Kontaktöffnung sich zu einem Metallgebiet einer zweiten Metallisierungsschicht erstreckt, die unter der ersten Metallisierungsschicht angeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Vergrößern der Maskenöffnung derart, dass die Maskenöffnung eine dritte laterale Größe besitzt, und Vergrößern der Kontaktöffnung auf der Grundlage der Maskenöffnung mit der dritten lateralen Größe, so dass die Kontaktöffnung sich zu einer dritten Tiefe erstreckt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Vergrößern der lateralen Größe der Maskenöffnung umfasst: Vorsehen der Ätzmaske als eine Lackmaske und Ausführen eines Lackabtragungsprozesses.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bilden des Grabens umfasst: Bilden einer Grabenätzmaske über dem dielektrischen Material und der Kontaktöffnung, die sich zumindest zu der zweiten Tiefe erstreckt, und Ausführen eines Ätzprozesses, um den Graben zu erhalten und um eine Tiefe der Kontaktöffnung zu vergrößern.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Vergrößern der Kontaktöffnung ferner umfasst: Ausführen eines Ätzprozesses auf der Grundlage der Ätzmaske und Steuern des Ätzprozesses unter Anwendung einer Ätzstoppschicht, die unter dem dielektrischen Material gebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die laterale Sollgröße ungefähr gleich oder kleiner ist als eine Breite des Metallgebiets.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kontaktöffnung, die sich zu der ersten Tiefe erstreckt, vor dem Bilden des Grabens hergestellt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Graben vor dem Bilden der Kontaktöffnung hergestellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Tiefe ungefähr 30% einer endgültigen Tiefe der Kontaktöffnung entspricht.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die laterale Sollgröße ungefähr 100 nm oder weniger beträgt.
  11. Verfahren mit: Bilden einer Kontaktöffnung in einem dielektrischen Material einer ersten Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements, wobei sich die Kontaktöffnung zu einer ersten Tiefe erstreckt und eine erste laterale Größe besitzt; Bilden eines Abstandshalterelements an Seitenwänden der Kontaktöffnung; und Vergrößern einer Tiefe der Kontaktöffnung derart, dass diese sich zu einem Metallgebiet einer zweiten Metallisierungsschicht erstreckt, die unter der ersten Metallisierungsschicht angeordnet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei Bilden der Kontaktöffnung umfasst: Bilden einer Ätzmaske mit einer Maskenöffnung, Ätzen der Kontaktöffnung in das dielektrische Material auf der Grundlage der Ätzmaske und Entfernen der Ätzmaske.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei Bilden des Abstandshalterelements umfasst: Abscheiden einer Abstandshalterschicht und Ätzen der Abstandshalterschicht, um eine Sollbreite einer Unterseite der Kontaktöffnung zu definieren.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst: Bilden einer Ätzstoppschicht vor dem Abscheiden der Abstandshalterschicht.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei Vergrößern der Tiefe der Kontaktöffnung umfasst: Entfernen von Material des Abstandshalterelements und des dielektrischen Materials mit einer ähnlichen Abtragsrate.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Bilden eines Grabens in dem dielektrischen Material über der Kontaktöffnung, wobei die Kontaktöffnung mit dem Graben verbunden ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Graben gebildet wird, während die Tiefe der Kontaktöffnung vergrößert wird.
  18. Halbleiterbauelement mit: einer ersten Metallisierungsschicht, die über einem Substrat gebildet ist, wobei die erste Metallisierungsschicht eine Metallleitung mit einer ersten Breite aufweist; einer zweiten Metallisierungsschicht, die unter der ersten Metallisierungsschicht gebildet ist und eine zweite Metallleitung mit einer zweiten Breite, die kleiner als die erste Breite ist, aufweist; und einer Kontaktdurchführung, die sich von der ersten Metallleitung zu der zweiten Metallleitung erstreckt, wobei die Kontaktdurchführung eine erste laterale Abmessung an der ersten Metallleitung und eine zweite laterale Abmessung an der zweiten Metallleitung aufweist und wobei die zweite laterale Abmessung ungefähr 60% oder weniger der ersten lateralen Abmessung beträgt.
  19. Halbleiterbauelement nach Anspruch 18, wobei die zweite laterale Abmessung ungefähr 100 Nanometer (nm) oder weniger beträgt.
  20. Halbleiterbauelement nach Anspruch 18, wobei die zweite laterale Abmessung ungefähr 40% oder weniger der ersten lateralen Abmessung beträgt.
  21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 18, wobei die erste Breite mindestens doppelt so groß ist wie die zweite Breite.
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