-
Gebiet der vorliegenden Erfindung
-
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung Mikrostrukturen, etwa moderne integrierte Schaltungen, und betrifft insbesondere Materialsysteme mit siliziumoxidbasierten Dielektrika, die eine geringe Dielektrizitätskonstante aufweisen.
-
Beschreibung des Stands der Technik
-
Bei der Herstellung moderner Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen, gibt es ein ständiges Bestreben, das Leistungsverhalten im Hinblick auf das Funktionsverhalten und die Vielfalt der Funktionen, die in einem einzelnen Mikrostrukturbauelement integriert sind, zu verbessern. Zu diesem Zweck gibt es ein ständiges Bestreben, die Strukturgrößen von Strukturelementen zu reduzieren, wodurch die Funktionsweise dieser Strukturen verbessert wird. Beispielsweise haben in modernen integrierten Schaltungen die minimalen Strukturgrößen, etwa die Kanallänge von Feldeffekttransistoren, nunmehr den Bereich deutlich unter 1 μm erreicht, wodurch das Leistungsverhalten dieser Schaltungen im Hinblick auf Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme und/oder auf die Vielfalt der Funktionen verbessert wurde. Wenn die Größe der einzelnen Schaltungselemente mit der Einführung jeder neuen Schaltungsgeneration verringert wird, wodurch beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit der Transistoren verbessert wird, werden häufig auch neue Materialien erforderlich, um nicht in unerwünschter Weise die Vorteile aufzuheben, die durch das Verringern der Strukturgrößen der einzelnen Komponenten von Mikrostrukturbauelementen, etwa der Schaltungselemente und dergleichen, erreicht werden. Bei der Verringerung der kritischen Abmessungen von Transistoren wird beispielsweise auch die verfügbare Fläche für Verbindungsleitungen verringert, die elektrisch die einzelnen Schaltungselemente miteinander verbinden. Folglich 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 zwei oder mehr Verbindungen für jedes einzelne Schaltungselement erforderlich sind. Daher wird für gewöhnlich eine Vielzahl an gestapelten „Verdrahtungsschichten”, die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden, vorgesehen, wobei einzelne Metallleitungen einer Metallisierungsschicht mit den einzelnen Metallleitungen einer darüber liegenden oder darunter liegenden Metallisierungsschicht durch sogenannte Kontaktdurchführungen verbunden sind. Trotz des Vorsehens mehrerer Metallisierungsschichten sind kleinere Abmessungen der Verbindungsleitungen erforderlich, um der enormen Komplexität von beispielsweise modernen CPUs, Speicherbauelementen, ASICS (anwendungsspezifischen ICs) 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 betrieben, obwohl eine relativ große Anzahl an Metallisierungsschichten vorgesehen ist, da eine größere Anzahl an Schaltungselementen pro Einheitsfläche vorgesehen ist. Folglich werden gut etablierte Materialien, etwa Aluminium, zunehmend durch Kupfer und Kupferlegierungen ersetzt, d. h. durch Materialien mit einem deutlich geringeren elektrischen Widerstand und einem höheren Widerstandsvermögen gegenüber Elektromigration selbst bei deutlich höheren Stromdichten im Vergleich zu Aluminium.
-
Das Einführen des Kupfers in den Herstellungsvorgang für Mikrostrukturen und integrierte Schaltungen ist mit einer Reihe von schwierigen Problemen behaftet, die in den Eigenschaften des Kupfers begründet liegen, gut in Siliziumdioxid und anderen dielektrischen Materialien zu diffundieren, sowie in der Eigenschaft, dass Kupfer nicht effizient auf der Grundlage gut etablierter plasmaunterstützter Ätzrezepte strukturiert werden kann. Beispielsweise bildet Kupfer auf der Grundlage konventioneller plasmaunterstützter Ätzprozesse im Wesentlichen keine flüchtigen Ätzprodukte, so dass das Strukturieren einer zusammenhängenden Kupferschicht mit einer Dicke, die für die Herstellung von Metallleitungen geeignet ist, nicht kompatibel ist mit gegenwärtig verfügbaren Ätzstrategien. Daher wird das sogenannte Damaszener-Verfahren oder Einlegeverfahren typischerweise angewendet, in welchem ein dielektrisches Material zunächst hergestellt und nachfolgend strukturiert wird, so dass dieses Gräben und Kontaktlöcher aufweist, die nachfolgend mit dem kupferbasierten Material unter Anwendung von beispielsweise elektrochemischen Abscheidetechniken gefüllt wird.
-
Der kleinere Abstand von Metallleitungen erfordert auch eine neue Art an dielektrischen Material, um die Signalausbreitungsverzögerung, das Übersprechen und dergleichen zu verringern, wie dies typischerweise mit einer moderat hohen kapazitiven Kopplung zwischen benachbarten Metallleitungen verknüpft ist. Aus diesem Grunde werden zunehmend dielektrische Materialien mit kleinem ε eingesetzt, die im Allgemeinen eine Dielektrizitätskonstante von 3,0 oder weniger besitzen, wodurch die parasitären Kapazitätswerte in dem Metallisierungssystem auf einem akzeptablen Niveau bleiben, selbst wenn insgesamt kleinere Abmessungen in komplexen Anwendungen vorzusehen sind.
-
Da Siliziumdioxid weiterhin bei der Herstellung von Mikrostrukturbauelementen von integrierten Schaltungen eingesetzt wird, wurde eine Vielzahl an modifizierten siliziumoxidbasierten Materialien in der jüngeren Vergangenheit entwickelt, um dielektrische Materialien mit einer geringeren Dielektrizitätskonstante auf der Grundlage von Vorstufenmaterialien und Prozesstechniken bereitzustellen, die mit dem gesamten Fertigungsvorgang für Mikrostrukturbauelemente und integrierte Schaltungen verträglich sind. Beispielsweise sind Siliziumoxidmaterialien mit einem moderat großen Anteil an Kohlenstoff und Wasserstoff, die beispielsweise als SiCOH-Materialien bezeichnet werden, ein häufig eingesetztes dielektrisches Material mit kleinem ε, das auf der Grundlage einer Reihe von Vorstufenmaterialien, etwa silanbasierte Materialien in Verbindung mit Ammonium und dergleichen hergestellt werden kann, wobei diese Materialien durch CVD-(chemische Dampfabscheidung-)Techniken und dergleichen aufgebracht werden. In anderen Fällen werden aufgeschleuderte Glas- (SOG) so modifiziert, dass ein gewünschter hoher Anteil an Kohlenstoff und Wasserstoff eingebaut wird, so dass die gewünschte kleine Dielektrizitätskonstante erreicht wird.
-
In noch anderen komplexen Vorgehensweisen wird die Dielektrizitätskonstante dieser Materialien noch weiter verringert, indem die Gesamtdichte dieser Materialien reduziert wird, was bewerkstelligt werden kann, indem eine Vielzahl an Aussparungen mit Nano-Abmessungen eingebaut wird, die auch als Poren bezeichnet werden, so dass diese gasgefüllte oder luftgefüllte Hohlräume innerhalb des dielektrischen Materials repräsentieren, wodurch eine gewünschte geringe Dielektrizitätskonstante erreicht wird. Obwohl die Permittivität dieser dielektrischen Materialien durch den Einbau von Kohlenstoff und durch das Erzeugen entsprechender poröser Strukturen verringert werden kann, was schließlich zu einem größeren Oberflächenbereich an Grenzflächengebieten führt, die eine Verbindung mit anderen Materialien herstellen, während die gesamte mechanischen und chemischen Eigenschaften dieser Materialien mit kleinem ε oder mit sehr kleinem ε (ULK) ebenfalls signifikant geändert und können zu zusätzlichen Problemen während der Bearbeitung dieser Materialien führen.
-
Wie beispielsweise zuvor erläutert ist, muss das dielektrische Material typischerweise zuerst bereitgestellt werden und dieses wird dann strukturiert, so dass es Gräben und Kontaktlöcher aufweist, wozu die Einwirkung diverser reaktiver Prozessatmosphären auf die empfindlichen dielektrischen Materialien mit kleinem ε erforderlich ist. D. h., das Strukturieren des dielektrischen Materials kann die Ausbildung einer Ätzmaske erfordern, die auf einem Lackmaterial und dergleichen beruhen, woran sich ein plasmaunterstützter Ätzprozess anschließt, um die Gräben und Kontaktlöcher entsprechend den Entwurfsregeln des betrachteten Bauelements zu erzeugen. Daraufhin werden für gewöhnlich Reinigungsprozesse durchgeführt, um Kontaminationsstoffe und andere Ätznebenprodukte vor dem Abscheiden von Materialien, etwa von leitenden Barrierenmaterialien und dergleichen, zu entfernen. Folglich werden zumindest gewisse Oberflächenbereiche der empfindlichen dielektrischen Materialien mit kleinem ε der Einwirkung plasmaunterstützter Prozesse, etwa Lackabtragungsprozesse, die auf der Grundlage eines Sauerstoffplasmas ausgeführt werden, nasschemischen Reaktionsstoffen in Form von Säuren, aggressiven Basen, Alkoholen und dergleichen, ausgesetzt, was somit zu einem gewissen Grad an Oberflächenmodifizierung oder Schädigung führt. Die dielektrischen Materialien mit kleinem ε werden typischerweise mit einer hydrophoben Oberfläche bereitgestellt, um den Einbau von OH-Gruppen und dergleichen zu verhindern, die polarisierbare Gruppen repräsentieren, die daher „in effizienter Weiseε auf ein elektrisches Feld reagieren, wodurch die resultierende Permittivität des Oberflächenbereichs des Materials deutlich erhöht wird.
-
Wenn das empfindliche dielektrische Material mit kleinem ε reaktiven Prozessatmosphären ausgesetzt ist, etwa plasmaunterstützten Ätzprozessen, aggressiven nasschemischen Mitteln und dergleichen, werden die Kohlenwasserstoffgruppen der hydrophoben Oberfläche zum großen Teil entfernt, wodurch eine Vielzahl an nicht gesättigten Bindungen an der Oberfläche und an gewissen Grenzflächenschichten entsteht, die eine Dicke von mehreren Nanometer bis zu 20 nm oder mehr besitzen kann. Nach dem Strukturieren des empfindlichen dielektrischen Materials mit kleinem ε, beispielsweise zur Herstellung von Kontaktlöchern und Gräben darin, weisen folglich freiliegende Oberflächenbereiche und insbesondere die inneren Seitenwandoberflächen der Öffnungen eine gewisse Menge an ungesättigten Siliziumbindungen auf, die „effizient” mit Feuchtigkeit in der Umgebungsatmosphäre nach dem reaktiven Ätzprozess reagieren. Folglich können Silanolgruppen (OH) mit den nicht gesättigten Siliziumbindungen reagieren und können daher eine Oberflächenschicht mit stark polarisierten Molekülen bilden, was wiederum zusätzlich zum Anhaften von Feuchtigkeit und dergleichen führt. Folglich enthält die Grenzflächenschicht des empfindlichen dielektrischen Materials mit kleinem e eine große Menge an polarisierbaren Molekülen, die wiederum zu einer größeren Dielektrizitätskonstante lokal an den Öffnungen führen, so dass eine höhere parasitäre Kapazität von Metallleitungen und Kontaktdurchführungen, die auf der Grundlage der zuvor geätzten Öffnungen herzustellen sind, erhalten wird. Des weiteren können die Silanolgruppen und die zusätzliche Feuchtigkeit, die daran anhaftet, die weitere Bearbeitung beeinflussen, wenn beispielsweise ein Barrierenmaterial und dergleichen hergestellt wird, was zu einer weniger zuverlässigen Elektromigrationseigenschaft und dergleichen führt. Folglich kann die generelle Verringerung der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Materialien komplexen Metallisierungsschichten durch einen höheren Grad an Einbau von Silanolgruppen und Feuchtigkeit an einer Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Material und den Metallleitungen und Kontaktdurchführungen beeinträchtigt sein. Daher werden große Anstrengungen unternommen, um siliziumbasierte dielektrische Materialien mit kleinem ε bereitzustellen, während die Oberflächenmodifizierungen, die durch das Strukturieren der dielektrischen Materialien und durch die nachfolgende Einwirkung von Feuchtigkeit enthaltender Prozessatmosphären hervorgerufen werden, vermieden oder zumindest verringert werden. In einigen konventionellen Strategien wurde vorgeschlagen, die geschädigte Oberflächenschicht der dielektrischem Materialien mit kleinem ε auf der Grundlage geeigneter Ätzstrategien abzutragen, die insbesondere die polarisierbaren Moleküle entfernt, ohne in unerwünschter Weise die hydrophobe Natur der resultierenden neuen Oberflächenschicht zu schädigen. In diesem Falle sind jedoch geeignete Ätzrezepte anzuwenden, ohne die resultierende Struktur einer weiteren aggressiven Prozessatmosphäre auszusetzen, um damit die hydrophobe Natur der Oberfläche beizubehalten, bis das leitende Barrierenmaterial und dergleichen abgeschieden wird. Dies erfordert einen hohen Aufwand im Herausfinden geeigneter Ätzrezepte, wodurch zu einer höheren Prozesskomplexität beigetragen wird. Des weiteren kann der Materialabtrag zu einer Zunahme der kritischen Abmessungen der Metallleitungen und Kontaktdurchführungen führen, was unerwünscht ist im Hinblick auf eine größere Packungsdichte, da die größeren kritischen Abmessungen berücksichtigt werden müssen, wenn das betrachtete Metallisierungssystem entworfen wird. Andererseits ist eine Verringerung der anfänglichen kritischen Abmessung nicht mit den Strukturierungseigenschaften der betrachteten Metallisierungsschicht verträglich. Folglich werden in anderen alternativen Vorgehensweisen die hydrophobe Natur und somit die dielektrischen Eigenschaften teilweise wieder hergestellt, indem eine sogenannte Reparatur des Materials mit kleinem ε mittels einer Silylation ausgeführt wird. In diesem Falle werden geeignete Chemikalien mit den zuvor erzeugten Silanolgruppen auf der dielektrischen Oberfläche in Reaktion gebracht, wobei die Wasserstoffatome durch eine geeignete funktionale Gruppe ersetzt werden, die Methylgruppen enthält, wodurch eine hydrophobe Oberfläche für die weitere Bearbeitung des Bauelements geschaffen wird, wodurch auch zu einem gewissen Grade die geringe Dielektrizitätskonstante lokal an den Oberflächenbereichen wieder hergestellt wird. Um die Silylationsreaktion in Gang zu setzen ist es jedoch notwendig, das Bauelement einer Prozessatmosphäre nach dem plasmagestützten Strukturierungsprozess auszusetzen, um damit die ungesättigten Siliziumbindungen mit den Silanolgruppen zu sättigen. Obwohl eine Vielzahl der Wasserstoffatome der Silanolgruppen mit geeigneten funktionalen Gruppen, die jedoch Wasserstoff und Kohlenstoff enthalten, ersetzt werden, verbleiben dennoch Sauerstoffatome der Silanolgruppe in dem geschädigten Oberflächenbereich, wodurch generell die dielektrischen und chemischen Eigenschaften des dielektrischen Materials beeinflusst werden. Typischerweise enthalten Silylationschemikalien Moleküle mit großem Volumen, die nicht effizient in die Oberfläche der geschädigten Grenzfläche diffundieren, was somit zu moderat langen Prozesszeiten und/oder zu einem reduzierten Grad an Substitution der Wasserstoffatome durch Methylgruppen enthaltende Substanzen führt. Wie zuvor erläutert ist, können beim Einwirken der Umgebungsatmosphäre auf das geschädigte empfindliche dielektrische Material mit kleinem ε zur Erzeugung der Silanolgruppen auch Wassermoleküle an den polarisierbaren Molekülen haften und entsprechende Wasserstoffbindungen können die Reaktion der Silylationsmoleküle mit den Silanolgruppen stark beeinträchtigen.
-
Obwohl eine Oberflächenbehandlung mit chemischen Mitteln einen gewissen Grad an Wiederherstellung der hydrophoben Oberflächenbedingungen in porösen siliziumdioxidbasierten dielektrischen Materialien erreichen kann, ist dennoch die resultierende Grenzfläche, die zwischen dem wieder hergestellten dielektrischem Material und dem Metallmaterial ausgebildete ist, dennoch mit einer höheren Dielektrizitätskonstante behaftet, und die chemischen Eigenschaften können sich von den Eigenschaften des dielektrischen Materials mit kleinem ε, wie es anfänglich ausgebildet war, unterscheiden.
-
Im Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Fertigungstechniken bereitzustellen, in denen siliziumdioxidbasierte elektrische Materialien mit kleinem ε auf der Grundlage reaktiver Prozesstechniken strukturiert werden, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest ein der Auswirkung reduziert werden.
-
Überblick über die Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung stellt allgemein Fertigungstechniken bereit, in denen siliziumdioxidbasierte dielektrische Materialien mit kleinem ε, die eine poröse Struktur besitzen können, auf der Grundlage reaktiver Prozessatmosphären plasmaunterstützter Ätzprozesse strukturiert werden, während ein negativer Einfluss des Strukturierungsprozesses und nachfolgender Prozessschritte im Hinblick auf die Dielektrizitätskonstante und die chemischen Eigenschaften deutlich verringert werden. Dazu werden nicht gesättigte Siliziumbindungen in einem hohen Grade einer gesteuerten Prozessatmosphäre gesättigt, ohne dass das Halbleiterbauelement der Umgebungsatmosphäre nach dem reaktiven Strukturierungsprozess ausgesetzt wird. Die Sättigung der ungesättigten Siliziumbindungen kann auf der Grundlage geeigneter atomarer oder molekularer Substanzen erreicht werden, die eine effiziente Substitution dieser Substanzen in einer weiteren Prozessphase ermöglichen, wodurch zumindest zu einem gewissen Grade die hydrophobe Natur der Fläche und somit auch die dielektrischen Eigenschaften in ausreichendem Maße wieder hergestellt werden. Die Sättigung der ungesättigten Siliziumbindungen wird erreicht, indem reaktive Sorten in Form von Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Chlor, Brom oder Jod verwendet werden, die dann durch funktionale Gruppen ersetzt werden, die Methylgruppen aufweisen, um damit die dielektrischen Eigenschaften zu einem gewissen Grade wieder herzustellen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird das Ersetzen der reaktiven Sorte bewerkstelligt, ohne dass das Bauelement der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird, so dass selbst Silanolgruppen effizient auf der Grundlage geeigneter Moleküle ersetzt werden können, wobei die OH-Gruppe vollständig durch eine Substanz, die eine Methylgruppe enthält, ersetzt wird. In anderen Fällen werden die reaktiven atomaren Substanzen effizient beispielsweise durch eine einzelne Methylgruppe ersetzt, wodurch der hohe Grad an Wiederherstellung der anfänglichen dielektrischen Eigenschaften des dielektrische Materials mit kleinem ε erreicht wird. Auf Grund der gesteuerten Sättigung der ungesättigten Siliziumbindungen mittels der reaktiven Sorte können somit im Allgemeinen auch Chemikalien mit Molekülen mit geringerer Größe während der Wiederherstellung der Oberflächeneigenschaften verwendet werden, wodurch insgesamt die Diffusionsbedingungen verbessert werden, so dass die „Reparaturmoleküle” effizienter in die geschädigte Oberflächenschicht eindringen können.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen
-
1a schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements zeigt, das ein dielektrisches Material mit kleinem ε aufweist, das auf der Grundlage von Silizium, Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff hergestellt ist, und das eine relativ geringe Dielektrizitätskonstante an einer Oberfläche davon gemäß anschaulicher Ausführungsformen besitzt;
-
1b schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterauelements gemäß anschaulicher Ausführungsformen zeigt, in denen das dielektrische Material mit kleinem ε strukturiert werden soll, um ein Metallisierungssystem des Halbleiterbauelements herzustellen;
-
1c schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements zeigt, wenn es der Einwirkung des reaktiven Strukturierungsprozesses in einer abgeschlossenen Prozessumgebung unterliegt;
-
1d schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements während einer Oberflächenbehandlung zeigt, die in einer geschlossenen Prozessumgebung ausgeführt wird, um ungesättigte Siliziumbindungen gemäß anschaulicher Ausführungsformen zu sättigen;
-
1e und 1f schematisch Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements in weiter fortgeschrittenen Fertigungsphasen zeigen, in denen zumindest ein Teil der reaktiven Sorte, die zuvor zur Sättigung der ungesättigten Siliziumbindungen angewendet wurde, durch eine funktionale Substanz ersetzt ist, die eine oder mehrere Kohlenwasserstoffgruppen aufweist, um die dielektrischen Eigenschaften zu einem gewissen Grade gemäß anschaulicher Ausführungsformen wieder herzustellen; und
-
1g schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase zeigt, in der ein Metallgebiet in dem strukturierten dielektrischen Material mit kleinem ε vorgesehen ist, wobei verbesserte dielektrische und chemische Eigenschaften an einer Grenzflächenschicht gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen erreicht werden.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Obwohl die vorliegende Erfindung 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 Erfindung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
-
Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Prozesstechniken und entsprechende Halbleiterbauelemente bereit, in denen Eigenschaften eines siliziumoxidbasierten dielektrischen Materials mit kleinem ε an einer Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Material und einem Metallgebiet verbessert werden, indem zumindest zu einem gewissen Grade die anfänglichen dielektrischen und chemischen Eigenschaften wieder hergestellt werden. Dazu wird das dielektrische Material mit kleinem ε der Einwirkung einer gesteuerten und abgeschlossenen Prozessatmosphäre unterzogen, um eine Oberflächenbehandlung auszuführen, um damit ungesättigte Siliziumbindungen abzusättigen, die während des vorhergehenden Strukturierungsprozesses erzeugt wurden. Auf der Grundlage der gesteuerten und abgeschlossenen Prozessumgebung können geeignete reaktive Substanzen die ungesättigten Siliziumbindungen sättigen, wodurch gleichmäßige Oberflächenbedingungen in einer geschädigten Oberflächenschicht geschaffen werden, bevor das Halbleiterbauelement einer feuchtigkeitsenthaltenden Umgebung ausgesetzt wird. In einem fortgeschrittenen Prozessstadium können somit gewünschte Oberflächenbedingungen wieder hergestellt werden, zumindest zu einem gewissen Grade, indem die reaktive Substanz durch eine geeignete Substitutionssubstanz ersetzt wird, die eine Kohlenwasserstoffgruppe aufweist, um damit eine kleine Dielektrizitätskonstante innerhalb der Oberflächenschicht zu erhalten, wobei auch im Wesentlichen hydrophobe Oberflächeneigenschaften bereitgestellt werden, um damit eine unerwünschte chemische Reaktion mit beispielsweise Wasser und dergleichen während der weiteren Bearbeitung zu vermeiden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die Substitution der reaktiven Substanz, die an die Siliziumatome gebunden ist, in einer abgeschlossenen Prozessatmosphäre bewerkstelligt, bevor das Bauelement einer feuchtigkeitsenthaltenden Umgebung ausgesetzt wird, wodurch gut steuerbare Prozessbedingungen geschaffen werden, was zu sehr gleichmäßigen Eigenschaften der resultierenden Grenzflächenschicht des dielektrischen Materials mit kleinem ε führt. Die Substitutionssubstanz kann allgemein in Form von Molekülen mit geringerer Größe im Vergleich zu konventionellen komplexen Silylationschemikalien bereitgestellt werden, wodurch die Diffusionseigenschaften verbessert werden, so dass die Substitutionsspezies tiefer in die geschädigte Oberflächenschicht eindringen kann. Folglich kann im Allgemeinen eine größere Menge an Substitutionssubstanzen, die Methylgruppen enthaltenden, in das geschädigte dielektrische Material mit kleinem ε im Vergleich zu konventionellen Vorgehensweisen eingebaut werden, wodurch zu einer höheren Effizienz des „Reparaturmechanismus” beigetragen wird. In anderen Fällen kann die weitere Bearbeitung verbessert werden, da sogar die Einwirkung der Umgebungsatmosphäre weniger kritisch ist bevor der eigentliche Reparaturschritt ausgeführt wird, da die an die Siliziumatome in der geschädigten Oberflächenschicht gebundenen reaktiven Substanzen im Wesentlichen eine unerwünschte Oberflächenreaktion beispielsweise mit Wasser und dergleichen unterdrücken.
-
Folglich kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft im Zusammenhang mit Fertigungsstrategien eingesetzt werden, die in komplexen mikroelektronischen Herstellungstechniken angewendet werden, in denen siliziumbasierte dielektrische Materialien mit kleinem ε, beispielsweise in Form von porösem Material, für ein besseres Leistungsvermögen im Hinblick auf die parasitäre Kapazität und dergleichen sorgen. In diesem Falle können geschädigte Oberflächenbereiche, die während der Strukturierung des dielektrischen Materials mit kleinem ε erzeugt werden, effizient repariert, zumindest zu einem ausgeprägten Maße, durch Anwenden einer Oberflächenbehandlung, wie dies zuvor angegeben ist, die in einigen anschaulichen Ausführungsformen als ein in-situ-Prozess in Verbindung mit dem Strukturierungsprozess ausgeübt wird, wodurch eine höhere Prozesseffizienz erreicht wird, während die Nachteile vieler konventioneller Vorgehensweisen vermieden werden, die das Ersetzen der geschädigten Oberflächenschicht und/oder das Anwenden komplexer Silylationschemikalien erfordern, die allgemein eine geringere Diffusionsfähigkeit und eine ausgeprägte Ungleichmäßigkeit auf Grund der vorhergehenden Einwirkung durch die Umgebungsatmosphäre zeigen.
-
Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „kleines ε”, wie er hierin verwendet wird, eine Dielektrizitätskonstante eines dielektrischen Materials mit einem Wert von 3,0 oder weniger bezeichnet. Im Allgemeinen kann die Dielektrizitätskonstante eines Materials durch diverse gut etablierte Techniken bestimmt werden, etwa die Herstellung einer kapazitiven Struktur mit gut definierter Konfiguration, deren Reaktion auf elektrische Signale bewertet wird, um die Dielektrizitätskonstante zu bestimmen. Derartige Messungen sind im Stand der Technik gut etabliert und liefern Messergebnisse, die im Wesentlichen innerhalb weniger Prozent identisch sind. In dieser Hinsicht ist der Begriff „kleines ε” als ein genau definierter Begriff zu verstehen.
-
Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
-
1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100, das generell als ein Bauteil zu verstehen ist, das auf der Grundlage mikroelektronischer Fertigungstechniken hergestellt und bearbeitet wird. Das Halbleiterbauelement umfasst ein Substrat 101, das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial ist, um darüber eine siliziumnitridbasierte dielektrische Schicht 110 mit einer Dielektrizitätskonstante von ungefähr 3,0 oder weniger im oben definierten Sinne zu erzeugen, so dass in dem oben definierten Sinne die dielektrische Schicht 110 als ein dielektrisches Material mit kleinem ε bezeichnet werden kann. Das Halbleiterbauelement 100 ist ein beliebiges Bauelement, in welchem ein kleiner ε-Wert der Schicht 110 erforderlich ist, beispielsweise im Hinblick auf das elektrische Leistungsverhalten und dergleichen. Es sollte beachtet werden, dass die dielektrische Schicht 110 eine beliebige geeignete Dicke besitzt, etwa einige Nanometer bis mehrere 100 nm oder dicker, wobei dies von dem speziellen Aufbau des Bauelements 100 und der Verwendung der Schicht 110 innerhalb des Bauelements 100 abhängt. Beispielsweise wird das Material der Schicht 110 als ein effizientes Füllmaterial für das elektrische Isolieren leitender Gebiete des Bauelements 100 verwendet. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, kann das dielektrische Material 110 ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial repräsentieren, das beispielsweise in einem Metallisierungssystem des Bauelements 100 vorgesehen ist. Die Schicht 110 enthält Silizium und Sauerstoff in Verbindung mit Kohlenstoff, Wasserstoff, wobei andere Komponenten, etwa Stickstoff und dergleichen eingebaut sein können, wobei dies von den gewünschten Materialeigenschaften und der gewünschten Dielektrizitätskonstante abhängt.
-
Das dielektrische Material 110 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Abscheideprozesstechnik hergestellt werden, etwa durch einen Aufschleuderprozess, einen CVD-(chemischer Dampfabscheide-)Prozess, beispielsweise in Form eines plasmaunterstützten CVD-Prozesses oder eines thermisch aktivierten CVD-Prozesses und dergleichen. Beispielsweise kann eine Vielzahl an thermisch aktivierten CVD-Rezepten angewendet werden, in denen geeignete Vorstufenmaterialien, etwa Tetramethyloxisilan (TMOS) und/oder Tetraethoxysilan (TEOS) und dergleichen bei Aufschleudertechniken und CVD-Prozessen verwendet werden. Ferner können plasmaunterstützte CVD-Techniken bei geringem Druck angewendet werden, in denen das Erzeugen geeigneter Vorstufenionen und Radikale für eine deutlich höhere Flexibilität bei der Auswahl einer geeigneten Materialzusammensetzung sorgt, da wesentlich mehr Reaktionspfade erreicht werden, indem Radikale anstelle von thermisch aktivierten CVD-Rezepten bereitgestellt werden. Wie ferner zuvor angegeben ist, kann eine weitere Verringerung der Materialdichte und somit der Dielektrizitätskonstante erreicht werden, indem geeignete Substanzen oder Lösungsmittel in die Abscheideumgebung eingebracht werden, beispielsweise in die Flüssigkeit, die für Aufschleudertechniken verwendet wird, oder in die Abscheideatmosphäre von CVD-Prozessen. Diese Komponenten werden zumindest teilweise aus dem abgeschiedenen Material durch eine entsprechende Behandlung ausgetrieben, beispielsweise durch Erwärmen der Schicht, durch Ausführen einer Strahlungsbehandlung und dergleichen. Folglich wird eine poröse Struktur in der Schicht 110 bei Bedarf erzeugt, was zu einer noch geringeren Dielektrizitätskonstante führt, was jedoch auch zu einer größeren Oberfläche an einer Oberfläche 110s der Schicht 110 auf Grund der Anwesenheit einer Vielzahl von Aussparungen führt. Abhängig von den speziellen Abscheidebedingungen und möglicherweise abhängig von Behandlungen, die der Abscheidung nachgeordnet sind, besitzt die Schicht 110 ein im Wesentlichen hydrophobes Verhalten an seiner Oberfläche 110s, beispielsweise ist eine Methylgruppe (CH3) an entsprechenden Siliziumatomen an und in der Nähe der Oberfläche 110s gebunden.
-
1b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer Querschnittsansicht in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. In der gezeigten Fertigungsform ist ein Metallisierungssystem 150 über dem Substrat 101 in einem mehr oder minder vollständigen Zustand vorgesehen. Beispielsweise ist eine dielektrische Materialschicht 120, die ein dielektrisches Material mit kleinem ε repräsentiert, oder eine andere geeignete Materialschicht, vorgesehen, in der Metallgebiete, etwa Metallleitungen, und dergleichen eingebettet sind. Der Einfachheit halber ist ein einzelnes Metallgebiet 121 in 1b gezeigt. Ferner ist eine Deckschicht oder eine Ätzstoppschicht 122 auf der dielektrischen Materialschicht 120 und dem Metallgebiet 121 ausgebildet, wobei die Schicht 121 Siliziumnitrid, stickstoffenthaltendes Siliziumkarbid und dergleichen enthalten kann. Die Schichten 120 und 122 in Verbindung mit dem Metallgebiet 121 repräsentieren eine Metallisierungsschicht des Systems 150. In der gezeigten Ausführungsform ist die dielektrische Schicht mit kleinem ε 110 über dem dielektrischen Material 120 ausgebildete und repräsentiert das dielektrische Material einer weiteren Metallisierungsschicht des Systems 150. In der gezeigten Fertigungsphase wird das Bauelement 100 der Einwirkung einer reaktiven Prozessatmosphäre 104 unterzogen, beispielsweise in Form eines plasmaunterstützten Ätzprozesses, um das dielektrische Material mit kleinem ε 110 geeignet so zu strukturieren, dass entsprechende Öffnungen 112a, 112b, etwa eine Grabenöffnung in Verbindung mit einer Kontaktlochöffnung, gebildet werden. Der Strukturierungsprozess 104 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Hartmaskenmaterials 103, etwa mit Titannitrid und dergleichen, bewerkstelligt werden. Während des Strukturierungsprozesses 104 werden somit freiliegende Oberflächenbereiche 110s erzeugt, die mit der reaktiven Prozessatmosphäre des Prozesses 104 in Wechselwirkung treten. Folglich wird eine geschädigte Oberflächenschicht 110w erzeugt, in der die Oberflächeneigenschaften wesentlich modifiziert sind, wie dies auch zuvor erläutert ist.
-
Es sollte beachtet werden, dass das in 1b gezeigte Halbleiterbauelement 100 auf der Grundlage einer beliebigen gut etablierten Prozesstechnik hergestellt werden kann, um etwa Schaltungselemente in und über dem Substrat 101 unter Anwendung gut etablierter Prozessstrategien zu erzeugen, wobei, wie zuvor erläutert ist, in komplexen Anwendungen entsprechende Schaltungselemente auf der Grundlage von Entwurfsregeln von 50 nm und weniger hergestellt werden. Daraufhin wird die Schicht 120 beispielsweise auf der Grundlage von Prozesstechniken hergestellt, wie dies zuvor mit Bezug zu den dielektrischen Materialien mit kleinem ε 110 beschrieben ist, woran sich ein Strukturierungsprozess anschließt, der ähnlich ist zu Prozesstechniken, wie sie zuvor im Zusammenhang mit der Schicht 110 beschrieben sind. Daraufhin wird das Metallgebiet 121 hergestellt, indem ein geeignetes Metall aufgebracht wird, beispielsweise in Form eines leitenden Barrierenmaterials in Verbindung mit einem gut leitenden Füllmaterial, etwa Kupfer und dergleichen. Nach dem Entfernen von überschüssigem Material wird die Schicht 122 auf Basis einer geeigneten Abscheidetechnik hergestellt. Als nächstes wird das dielektrische Material mit kleinem ε aufgebracht, wie dies zuvor beschrieben ist, und es kann eine beliebige geeignete Prozessstrategie angewendet werden, um eine Ätzmaske zu erzeugen, um damit etwa die laterale Größe und die Lage der Kontaktlochöffnung 112b festzulegen, woran sich ein weiterer Strukturierungsprozess anschließt, um die während des Prozesses 104 verwendete Hartmaske 103 bereitzustellen.
-
1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 während des Strukturierungsprozesses 104. Wie gezeigt, wird das Bauelement 100 in einer abgeschlossenen Prozessumgebung 105 behandelt, die eine Ätzkammer einer Plasmaätzanlage oder einer anderen geeigneten Prozessanlage repräsentiert, die in der Lage ist, reaktive Prozessatmosphären zum Ausführen des Ätzprozesses 104 bereitzustellen. Während des Prozesses 104 wird, wie gezeigt ist, Material der Schicht 110 abgetragen, wodurch die Öffnungen 112a, 112b (siehe 1b) geschaffen werden, wobei schließlich eine Vielzahl an ungesättigten Bindungen 113 an und in der Nähe der Oberfläche 110s erzeugt wird. Wie zuvor dargestellt ist, sind in diesem Zustand die Oberfläche 110s und tiefer liegende Bereiche, in denen eine ausgeprägte Menge an nicht gesättigten Siliziumbindungen vorhanden ist, sehr reaktiv insbesondere im Hinblick auf Silanolgruppen, die bei Einwirkung einer feuchtigkeitsenthaltenden Prozessumgebung erzeugt werden. In konventionellen Vorgehensweisen ist jedoch eine entsprechende Einwirkung der Umgebungsatmosphäre im Hinblick auf das Anwenden von Silylationschemikalien in einer nachfolgenden Prozessphase erforderlich, um das Wasserstoffatom der Silanolgruppe mit einer geeigneten Sorte, die eine Kohlenwasserstoffgruppe enthält, zu ersetzen. Im Gegensatz zu diesen konventionellen Vorgehensweisen wird in der vorliegenden Erfindung eine Oberflächenbehandlung in einer abgeschlossenen Prozessumgebung ausgeführt, d. h. ohne dass das Bauelement 100 einer Reinraumumgebung ausgesetzt wird, um damit die ungesättigten Bindungen 113 mit geeignet ausgewählten reaktiven Sorten zu sättigen.
-
1d zeigt schematisch das Bauelement 100 während eines Oberflächenbehandlungsprozesses 107, der in einer abgeschlossenen Prozessumgebung 106 ausgeführt wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen repräsentiert die abgeschlossene Prozessumgebung 106 die Umgebung 105, wie sie für einen Strukturierungsprozess 104 angewendet wird, der mit Bezug zu den 1b und 1c beschrieben ist. In diesem Falle können der Strukturierungsprozess und die nachfolgende Oberflächenbehandlung 107 als ein in-situ-Prozess betrachtet werden, da eine zwischenzeitliche Einwirkung durch die Umgebungsatmosphäre vermieden wird. Zu beachten ist, dass die abgeschlossene Prozessumgebung 106 auch in einer anderen Prozesskammer im Vergleich zu der zuvor verwendeten Ätzkammer eingerichtet werden kann, möglicherweise in der gleichen Cluster-Anlage, solange eine Einwirkung der Umgebungsatmosphäre während der entsprechenden Transportaktivitäten vermieden wird. Während der Oberflächenbehandlung 107 werden geeignete Prozessparameter eingerichtet, beispielsweise durch Auswählen eines geeigneten Druckes und einer Temperatur, um eine chemische Reaktion so in Gang zu setzen, dass reaktive Sorten 114 mit den nicht gesättigten Siliziumatomen eine Bindung eingehen. Beispielsweise werden geeignete Prozessgase in die Umgebung 106 innerhalb eines Temperaturbereichs von Raumtemperatur bis ungefähr 400 Grad C mit einem Druck von mehreren Millitorr bis mehreren Torr eingeleitet. Auf diese Weise kann eine Vielzahl an reaktiven Sorten 114 mit den Siliziumatomen in Verbindung treten. Die reaktive Sorte 114 ist Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Chlor, Brom oder Jod. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die Oberflächenbehandlung 107 in Anwesenheit eines Plasmas ausgeführt, wodurch entsprechende Radikale effizient erzeugt werden, was eine Bearbeitung mit kleineren Temperaturen und/bei geringeren Drücken ermöglicht. Es sollte beachtet werden, dass geeignete Prozessparameter effizient durch Ausführen von Experimenten ermittelt werden können, in denen der Grad der Fertigung für eine Vielzahl unterschiedlicher Parametereinstellungen ermittelt wird. Dazu können geeignete Messtechniken, etwa die Fourier-transformierte Infrarotspektroskopie (FTIR) und dergleichen angewendet werden, da diese Techniken sehr empfindlich für chemische Bindungen in einem Basismaterial sind. Auf Grund der Sättigung der Siliziumbindungen mittels der reaktiven Sorte 114, die in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine einzelatomare Sorte darstellt, können bessere Oberflächenbedingungen geschaffen werden, wodurch auch ein gewisser Grad an Unempfindlichkeit der Oberfläche 110s während der weiteren Bearbeitung erreicht wird. Folglich wird eine relativ gleichmäßige Oberflächenschicht in dem dielektrischen Material 110 erzeugt, d. h. in den freiliegenden Oberflächenbereichen, die während des vorhergehenden Strukturierungsprozesses geschädigt wurden, wie dies auch zuvor mit Bezug zu 1b erläutert ist, wenn auf die Oberflächenschicht 110b Bezug genommen wurde. Folglich kann ein nachfolgender Reparaturprozess zum Wiederherstellen, zumindest zu einem gewissen Grade, der anfänglichen hydrophoben Oberflächenkonfiguration mit besserer Effizienz im Vergleich zu konventionellen Strategien ausgeführt werden. D. h., es kann eine geeignete Molekularsorte effizient in die Oberfläche 110s eindringen und kann somit die reaktive Sorte 114 effizient ersetzen, um damit die gewünschten Oberflächeneigenschaften zu erreichen. Selbst wenn die Einwirkung durch die Umgebungsatmosphäre erfolgt, kann beispielsweise das Anhaften von Feuchtigkeit auf Grund der Anwesenheit der reaktiven Sorte 114 deutlich verringert werden, wobei diese in einigen anschaulichen Ausführungsformen durch eine einzelatomare Sorte repräsentiert ist.
-
1e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen eine weitere Oberflächenbehandlung 109 ausgeführt wird, um zumindest einige der reaktiven Sorten 114 durch eine Substitutionssorte 115 zu ersetzen, die eine Kohlenwasserstoffgruppe, etwa Methylgruppen, aufweist, um die hydrophobe Natur der Oberfläche 110s zu einem gewissen Grade wieder herzustellen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die Oberflächenbehandlung 109 in einer geeigneten abgeschlossenen Prozessumgebung 108 ausgeführt, ohne dass das Bauelement 100 der Einwirkung der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird. In diesem Falle können auch Silanolgruppen effizient als die reaktive Sorte 114 verwendet werden, da in diesem Falle das Anhaften zusätzlicher Feuchtigkeit vor der Oberflächenbehandlung 109 vermieden wird. Die Oberflächenbehandlung 109 wird auf der Grundlage geeigneter Ausführungen oder Gase ausgeführt, in denen die Substitutionssorte 115 in Form geeigneter Moleküle bereitgestellt wird. Wie zuvor erläutert ist, ermöglicht die Anwesenheit der reaktiven Sorte 114 das Bereitstellen von Molekülen mit geringerer Größe im Vergleich zu vielen konventionellen Silylationschemikalien, um damit die Substitutionssorte 115 bereitzustellen, die in der in 1e gezeigten Ausführungsform durch eine geeignete atomare Sorte oder Molekül F repräsentiert ist, das mehrere Methylgruppen daran gebunden aufweist. Bei Verwendung von Molekülen mit geringer Größe ist die Diffusion in die Oberfläche 110s verbessert, wie dies zuvor erläutert ist, wodurch ein sehr effizienter Substitutionsmechanismus selbst in tieferen Bereichen des geschädigten Teils der dielektrischen Schicht 110 bereitgestellt wird.
-
1f zeigt schematisch das Bauelement 100 während der Oberflächenbehandlung 109 gemäß anschaulicher Ausführungsformen, in denen einige der reaktiven Sorten 114 direkt durch eine funktionale Kohlenwasserstoffgruppe, etwa eine Methylgruppe ersetzt sind. Auf diese Weise kann ein wesentlicher Teil des geschädigten Bereichs der Schicht 110 den Zustand zurückversetzt werden, wie er nach dem Abscheiden erreicht wird. Es sollte beachtet werden, dass geeignete Vorstufengase für die Behandlung 109 in Form von kohlenstoff- und wasserstoffenthaltenden Gasen oder entsprechende Lösungen bereitgestellt werden können, die während der Behandlung 109 verdampft werden. Geeignete Materialien und Prozessbedingungen können eingerichtet werden, indem entsprechende Experimente unter Anwendung verschiedener Materialien und Parametereinstellungen ausgeführt werden und indem das Prozessergebnis auf der Grundlage einer geeigneten Untersuchungstechnik bestimmt wird, etwa mittels FTIR, wobei entsprechende Spektren effizient im Hinblick auf die chemischen Bindungen, die in dem betrachteten Material vorhanden sind, analysiert werden.
-
Nach der Oberflächenbehandlung 109 wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem das Bauelement für das Abscheiden leitender Materialien, etwa eines Barrierenmaterials und dergleichen, vorbereitet wird. Auf Grund der Oberflächenbehandlung 109 werden zumindest ähnliche Materialeigenschaften im Vergleich zu den verbleibenden Bereich der Schicht 110 wieder hergestellt, wodurch die weitere Bearbeitung verbessert wird, beispielsweise im Hinblick auf das Ausführen weiterer Reinigungsprozesse, das Abscheiden von Materialien und dergleichen.
-
1g zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Bauelements 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein Metallgebiet 111 in der dielektrischen Schicht 110 ausgebildet und weist ein geeignetes Material oder Materialsystem auf, etwa leitende Barrierenschichten (nicht gezeigt) in Verbindung mit einem geeigneten Füllmetall, etwa Kupfer, und dergleichen. Ferner bildet, wie gezeigt ist, das Metallgebiet 111 eine Grenzfläche mit der dielektrischen Schicht 110, die der Oberfläche 110s (siehe 1b) entspricht, die eine ausgeprägte Schädigung während der Strukturierung der Schicht 110 erfahren hat. Auf Grund der nachfolgenden Oberflächenbehandlungen wird ein effizienter Reparaturmechanismus eingerichtet, wodurch eine Grenzflächenschicht 110r erzeugt wird, die im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die geschädigte Schicht 110d aus 1b besitzen kann. D. h., wie zuvor erläutert ist, führt die Oberflächenbehandlung 108 (siehe 1c) zu einer effizienten Sättigung von ungesättigten Siliziumbindungen innerhalb des geschädigten dielektrischen Materials, wodurch auch bessere Oberflächenbedingungen für den Einbau der eigentlichen „Reparaturmoleküle” geschaffen werden, wie dies zuvor erläutert ist. Folglich wird insgesamt eine größere Eindringtiefe für die Reparaturmoleküle in die geschädigten Materialbereiche der Schicht 110 erreicht. Daher besitzt die Grenzflächenschicht 110r, die das wieder hergestellte dielektrische Material repräsentiert, eine ähnliche Dicke im Vergleich zu der anfänglich geschädigten Oberflächenschicht. Folglich enthält die Grenzflächenschicht 110r zumindest eine gewisse Menge an speziellen Sorten, die an Siliziumatome gebunden sind, die nicht innerhalb von Bereichen der dielektrischen Schicht 110 außerhalb der Grenzflächenschicht 110r vorhanden sind. Die Grenzflächenschicht 110r enthält eine gewisse Konzentration an Siliziumatomen, die an Methylgruppen gebunden sind, wobei eine Konzentration von Siliziumatomen, die an reaktive Sorten in Form von Chlor, Brom, Jod, Stickstoff, Kohlenstoff oder Wasserstoff, gebunden sind, deutlich größer ist und in der vergleichbaren Größenordnung ist im Vergleich zu der Konzentration der Silizium-Methyl-Gruppen-Bindungen. Die Konzentration der reaktiven Sorte beträgt 5% oder mehr einer Konzentration von Methylgruppen in der Grenzflächenschicht 110r, wobei die Konzentration als die Anzahl an reaktiven Sorten im Verhältnis zu der Anzahl der Methylgruppen in einem Einheitsvolumen zu verstehen ist. Obwohl eine ausgeprägte Schädigung in der Grenzflächenschicht beim Strukturieren des dielektrischen Materials mit kleinem ε 110 aufgetreten sein kann, kann eine reduzierte Gesamtdielektrizitätskonstante wieder hergestellt werden und es können auch gewünschte hydrophobe Oberflächeneigenschaften auf Grund der zuvor beschriebenen Prozessstrategie bereitgestellt werden. Somit ist das Metallgebiet 111 in der Grenzflächenschicht 110r eingebettet, die eine vergleichbare Dielektrizitätskonstante im Vergleich zu dem verbleibenden Teil der dielektrischen Schicht 110 besitzt.
-
Im Hinblick auf die Herstellung des Metallgebiets 111 kann jede geeignete Fertigungstechnik angewendet werden, wie dies auch zuvor beschrieben ist.
-
Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Fertigungstechniken und entsprechende Halbleiterbauelemente bereit, in denen geschädigte Oberflächenbereiche von dielektrischen Materialien mit kleinem ε zu einem gewissen Grade auf der Grundlage einer Oberflächenbehandlung wieder hergestellt werden, die nach dem reaktiven Strukturierungsprozess ausgeführt wird, ohne dass das Bauelement der Einwirkung der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird. Dazu werden geeignete reaktive Sorten verwendet, um die ungesättigten Siliziumbindungen abzusättigen, die nachfolgend mit einer geeigneten „Reparaturchemie” behandelt wird, um eine große Menge der reaktiven Sorten zu substituieren. Im Gegensatz zu konventionellen Silylationsstrategien kann eine breite Klasse von Chemikalien verwendet werden, beispielsweise Chemikalien mit Molekülen mit deutlich geringerem Volumen im Vergleich zu konventionellen Silylationschemikalien, wodurch die Diffusionsverhältnisse verbessert werden. Ferner kann die reaktive Sorte direkt durch geeignete Kohlenwasserstoffgruppen ersetzt werden, wodurch beispielsweise der Einbau zusätzlichen Sauerstoffs vermieden wird, wie dies in vielen konventionellen Silylationsstrategien der Fall ist.
-
Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher dient diese Beschreibung lediglich anschaulichen Zwecken und soll dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der hierin offenbarten Prinzipien vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.
