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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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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.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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Überblick über die Offenbarung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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:
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1a und 1b schematisch
Querschnittsansichten eines komplexen Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen bei der Herstellung eines Metallisierungssystems
auf der Grundlage konventioneller Prozessstrategien zeigen;
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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
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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.
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Detaillierte Beschreibung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.