DE102022104908A1 - Herstellen eines dielektrischen films mit hoher verkippbeständigkeit - Google Patents

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Ming-Tsung Lee
Yi-Wen PAN
Tzu-Nung Lu
You-Lan LI
Chung-Chi Ko
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Abstract

Ein Verfahren umfasst ein Abscheiden einer dielektrischen Schicht über einem Substrat; und ein Ätzen der dielektrischen Schicht, um eine Öffnung zu erzeugen und um ein erstes leitfähiges Strukturelement freizulegen, das sich unter der dielektrischen Schicht befindet. Die dielektrische Schicht wird unter Verwendung eines Vorläufers hergestellt, der Stickstoff enthält. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Abscheiden einer Abstandshalter-Opferschicht, die sich in die Öffnung erstreckt; und ein Strukturieren der Abstandshalter-Opferschicht, um einen unteren Teil der Abstandshalter-Opferschicht zu entfernen. Ein vertikaler Teil der Abstandshalter-Opferschicht in der Öffnung und auf Seitenwänden der dielektrischen Schicht wird bestehen gelassen, um einen Ring herzustellen. In der Öffnung wird ein zweites leitfähiges Strukturelement hergestellt. Das zweite leitfähige Strukturelement ist von dem Ring umschlossen und ist über dem ersten leitfähigen Strukturelement und mit diesem elektrisch verbunden angeordnet. Zumindest ein Teil des Rings wird entfernt, um einen Luftabstandshalter herzustellen.

Description

  • Prioritätsanspruch und Querverweis
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 17. November 2021 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 63/264,196 und dem Titel „High Mechanical Strength IMD Layer for Air Gap Process on BEOL“ („IMD-Schicht mit hoher mechanischer Festigkeit für Luftspalt-Prozess bei BEOL“), die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist.
  • Hintergrund
  • Integrierte Schaltungsvorrichtungen wie Transistoren werden auf Halbleiterwafern hergestellt. Die Vorrichtungen werden durch Metallleitungen und Durchkontaktierungen miteinander verbunden, um funktionelle Schaltungen herzustellen, wobei die Metallleitungen und Durchkontaktierungen in BEOL-Prozessen (BEOL: Back End of Line) hergestellt werden. Um die parasitäre Kapazität der Metallleitungen und Durchkontaktierungen zu reduzieren, werden sie in Low-k-Dielektrikum-Schichten hergestellt, die typischerweise k-Werte von weniger als 3,8, weniger als 3,0 oder weniger als 2,5 haben.
  • Bei der Herstellung der Metallleitungen und Durchkontaktierungen in einer Low-k-Dielektrikum-Schicht wird die Low-k- Dielektrikum-Schicht geätzt, um Gräben und Durchkontaktierungsöffnungen zu erzeugen. Die Ätzung der Low-k- Dielektrikum-Schicht kann ein Herstellen einer strukturierten Hartmaskenschicht über dem Low-k-Dielektrikum-Material und ein Erzeugen von Gräben unter Verwendung der strukturierten Hartmaske als eine Ätzmaske umfassen. Außerdem werden Durchkontaktierungsöffnungen erzeugt, die sich unter den Gräben befinden. Dann werden die Gräben und die Durchkontaktierungsöffnungen mit einem metallischen Material gefüllt, das Kupfer enthalten kann. Anschließend wird ein CMP-Prozess (CMP: chemisch-mechanische Polierung, chemical mechanical polish) durchgeführt, um überschüssige Teile des metallischen Materials über der Low-k-Dielektrikum-Schicht zu entfernen.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Strukturelemente nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Strukturelemente zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.
    • Die 1 bis 8, 9A, 9B, 10 bis 14 und 15A zeigen Schnittansichten von Zwischenstufen bei der Herstellung einer Interconnect-Struktur mit Abstandshaltern gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 15B zeigt eine Schnittansicht einer Dual-Damascene-Struktur, die nicht von einem Luftabstandshalter umschlossen ist, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 15C zeigt eine Draufsicht eines Luftabstandshalters gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 16 zeigt einige beispielhafte Vorläufer zum Herstellen einer dielektrischen Schicht gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 17 und 18 zeigen einige beispielhafte Profile von Werten von prozentualen Stickstoff-Atomanteilen gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 19 bis 22 zeigen Schnittansichten von Zwischenstufen bei der Herstellung einer Interconnect-Struktur gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 23 zeigt einen Vorläufer mit einer Si-C-Si-Bindung gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 24 zeigt einige Vorläufer, die keine Si-C-Si-Bindungen enthalten, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 25 zeigt eine schematische Darstellung von Schichten in einem Wafer gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 26 und 27 zeigen Kohlenstoffkonzentrationen in einigen dielektrischen Schichten gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 28 zeigt einen Prozessablauf zum Herstellen von leitfähigen Strukturelementen und Luftabstandshaltern gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 29 zeigt einen Prozessablauf zum Herstellen von leitfähigen Strukturelementen gemäß einigen Ausführungsformen.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die nachstehende Offenbarung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der Erfindung. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht beschränkend sein. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Strukturelements über oder auf einem zweiten Strukturelement in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Strukturelement in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Strukturelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Strukturelement hergestellt werden können, sodass das erste und das zweite Strukturelement nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Offenbarung Bezugszeichen in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und gibt für sich genommen keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
  • Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder eines Strukturelements zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturelementen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der Vorrichtung im Gebrauch oder im Betrieb umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90° gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können entsprechend interpretiert werden.
  • Es werden eine Interconnect-Struktur und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitgestellt. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist die Interconnect-Struktur eine dielektrische Schicht mit verbesserter mechanischer Festigkeit auf, die durch Zugeben von Stickstoff in die dielektrische Schicht hergestellt werden kann. In der dielektrischen Schicht werden leitfähige Strukturelemente hergestellt, und Luftabstandshalter werden hergestellt, die die leitfähigen Strukturelemente umschließen. Mit der dielektrischen Schicht mit verbesserter mechanischer Festigkeit werden das Verkippen und Kollabieren von Teilen der dielektrischen Schicht, die von den Luftabstandshaltern umschlossen sind, reduziert. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist die Interconnect-Struktur eine dielektrische Schicht mit vermehrten Si-C-Si-Bindungen im Vergleich zu herkömmlichen Strukturen auf. Dadurch wird die Verarmung von Kohlenstoff aus der dielektrischen Schicht reduziert. Ausführungsformen, die hier erörtert werden, sollen Beispiele bereitstellen, um eine Herstellung oder Nutzung des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen, und ein Durchschnittsfachmann dürfte ohne Weiteres Modifikationen erkennen, die vorgenommen werden können, ohne von dem beabsichtigten Schutzumfang unterschiedlicher Ausführungsformen abzuweichen. In den verschiedenen Darstellungen und erläuternden Ausführungsformen werden ähnliche Bezugszeichen zum Bezeichnen von ähnlichen Elementen verwendet. Verfahrensausführungsformen können zwar als Ausführungsformen erörtert werden, die in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden, aber andere Verfahrensausführungsformen können in jeder logischen Reihenfolge ausgeführt werden.
  • Die 1 bis 8, 9A, 9B, 10 bis 14 und 15A zeigen Schnittansichten von Zwischenstufen bei der Herstellung von leitfähigen Strukturelementen und Luftabstandshaltern gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die entsprechenden Prozesse sind auch in dem Prozessablauf schematisch wiedergegeben, der in 28 gezeigt ist.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht einer Package-Komponente 20. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Package-Komponente 20 ein Vorrichtungswafer mit aktiven Vorrichtungen und gegebenenfalls passiven Vorrichtungen, die als integrierte Schaltungsvorrichtungen 26 dargestellt sind. Der Vorrichtungswafer 20 kann eine Mehrzahl von Dies 22 aufweisen, wobei nur einer der Dies 22 gezeigt ist. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Package-Komponente 20 ein Interposerwafer, der aktive und/oder passive Vorrichtungen enthalten kann oder auch nicht. In der nachfolgenden Erörterung wird ein Vorrichtungswafer als ein Beispiel für die Package-Komponente 20 erörtert. Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können auch für andere Arten von Package-Komponenten verwendet werden, wie etwa Interposerwafer, Package-Substrate, Packages usw.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist der Wafer 20 ein Halbleitersubstrat 24 und die Strukturelemente auf, die auf einer Oberseite des Halbleitersubstrats 24 hergestellt sind. Das Halbleitersubstrat 24 kann aus kristallinem Silizium, kristallinem Germanium, Siliziumgermanium oder einem III-V-Verbindungshalbleiter, wie etwa GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP, GaInAsP oder dergleichen, hergestellt sein. Das Halbleitersubstrat 24 kann auch ein Bulk-Halbleitersubstrat oder ein Halbleiter-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat, SOI: semiconductor-on-insulator) sein. In dem Halbleitersubstrat 24 können STI-Bereiche (nicht dargestellt, STI: flache Grabenisolation, shallow trench isolation) erzeugt werden, um die aktiven Bereiche in dem Halbleitersubstrat 24 zu isolieren. Es ist zwar nicht dargestellt, aber Durchkontaktierungen können so hergestellt werden (oder auch nicht), dass sie sich in das Halbleitersubstrat 24 erstrecken, wobei die Durchkontaktierungen verwendet werden, um die Strukturelemente auf gegenüberliegenden Seiten des Wafers 20 elektrisch miteinander zu verbinden.
  • Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden integrierte Schaltungsvorrichtungen 26 auf der Oberseite des Halbleitersubstrats 24 hergestellt. Die integrierten Schaltungsvorrichtungen 26 können bei einigen Ausführungsformen CMOS-Transistoren (CMOS: komplementärer Metalloxidhalbleiter, complementary metal-oxide semiconductor), Widerstände, Kondensatoren, Dioden und dergleichen sein. Die Einzelheiten der integrierten Schaltungsvorrichtungen 26 sind in 1 nicht dargestellt. 16 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Transistors gemäß einigen Ausführungsformen, der Gatestapel 110 und Source/Drainbereiche 112 aufweist, die auf der Oberseite des Halbleitersubstrats 24 hergestellt sind. Bei alternativen Ausführungsformen wird der Wafer 20 zum Herstellen von Interposern verwendet, und das Substrat 24 kann ein Halbleitersubstrat oder ein dielektrisches Substrat sein.
  • Ein Zwischenschichtdielektrikum (ILD, inter-layer dielectric) 28 wird über dem Halbleitersubstrat 24 hergestellt und füllt den Zwischenraum zwischen den Gatestapeln von Transistoren (nicht dargestellt) in den integrierten Schaltungsvorrichtungen 26. Bei einigen Ausführungsformen wird das ILD 28 aus Phosphorsilicatglas (PSG), Borsilicatglas (BSG), Bordotiertem Phosphorsilicatglas (BPSG), Fluor-dotiertem Silicatglas (FSG), Siliziumoxid oder dergleichen hergestellt. Das ILD 28 kann durch Schleuderbeschichtung (spin coating), fließfähige chemische Dampfphasenabscheidung (FCVD, flowable chemical vapor deposition) oder dergleichen hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird das ILD 28 mit einem Abscheidungsverfahren wie plasmaunterstützter chemischer Dampfphasenabscheidung (PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition), chemische Dampfphasenabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD, low pressure chemical vapor deposition) oder dergleichen hergestellt.
  • In dem ILD 28 werden Kontaktstifte 30 hergestellt, die zum elektrischen Verbinden der integrierten Schaltungsvorrichtungen 26 mit darüber befindlichen Metallleitungen und Durchkontaktierungen verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die Kontaktstifte 30 aus einem leitfähigen Material hergestellt, das aus Wolfram, Aluminium, Kupfer, Titan, Tantal, Titannidrid, Tantalnitrid, Legierungen davon und/oder Multischichten davon ausgewählt ist. Die Herstellung der Kontaktstifte 30 kann Folgendes umfassen: Erzeugen von Kontaktöffnungen in dem ILD 28; Füllen eines oder mehrerer leitfähiger Materialien in die Kontaktöffnungen; und Durchführen eines Planarisierungsprozesses, wie etwa eines CMP-Prozesses (CMP: chemisch-mechanische Polierung, chemical mechanical polish) oder eines mechanischen Schleifprozesses, um die Oberseiten der Kontaktstifte 30 auf gleiche Höhe mit der Oberseite des ILD 28 zu bringen.
  • In 2 wird eine Ätzstoppschicht 32 über dem ILD 28 und den Kontaktstiften 30 hergestellt. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 202 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die Ätzstoppschicht 32 in Kontakt mit den Oberseiten des ILD 28 und der Kontaktstifte 30. Bei alternativen Ausführungsformen sind eine oder eine Mehrzahl von Schichten und die entsprechenden Strukturelemente zwischen dem ILD 28 und der Ätzstoppschicht 32 angeordnet. Zwischen dem ILD 28 und der Ätzstoppschicht 32 kann es zum Beispiel eine oder mehrere weitere Ätzstoppschichten, ein weiteres ILD, Low-k-Dielektrikum-Schichten usw. geben. Dementsprechend kann es Kontaktstifte, Durchkontaktierungen, Metallleitungen usw. in den dielektrischen Schichten geben.
  • Die Ätzstoppschicht 32 kann Siliziumnitrid (SiN), Siliziumcarbid (SiC), Siliziumoxidnitrid (SiON), Siliziumoxidcarbid (SiOC), Siliziumcarbonitrid (SiCN) oder dergleichen aufweisen. Die Ätzstoppschicht 32 kann auch ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder dergleichen aufweisen. Die Ätzstoppschicht 32 kann eine einzelne Schicht, die aus einem homogenen Material hergestellt ist, oder eine Verbundschicht sein, die eine Mehrzahl von dielektrischen Teilschichten umfasst, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist die Ätzstoppschicht 32 eine Aluminiumnitridschicht (AlN-Schicht), eine Siliziumoxidcarbidschicht über der Aluminiumnitridschicht und eine Aluminiumoxidschicht über der Siliziumoxidcarbidschicht auf.
  • Weiterhin mit Bezug auf 2 wird eine dielektrische Schicht 34 über der Ätzstoppschicht 32 abgeschieden. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 204 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die dielektrische Schicht 34 ebenfalls eine ILD-Schicht. Bei alternativen Ausführungsformen ist die dielektrische Schicht 34 eine dielektrische Zwischen-Metallschicht (IMD-Schicht) zum Herstellen von Metallleitungen.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 34 so hergestellt, dass sie eine große Härte hat, die zum Beispiel mehr als etwa 10 GPa beträgt und in dem Bereich von etwa 15 GPa bis etwa 35 GPa betragen kann, wobei der Härtewert mit einem Nanometerindentor gemessen werden kann. Wie in späteren Absätzen dargelegt wird, kann durch Herstellen der dielektrischen Schicht 34 mit einem hohen Härtewert die Zuverlässigkeit der Interconnect-Struktur verbessert werden, und die RC-Verzögerung der in der dielektrischen Schicht 34 hergestellten Strukturelemente wird (durch Integrieren von breiten Luftabstandshaltern) reduziert. Die Dielektrizitätskonstante (k-Wert) der dielektrischen Schicht 34 kann etwa 3,0 bis etwa 4,5 betragen. Dementsprechend kann die dielektrische Schicht 34 eine Low-k-Dielektrikum-Schicht oder eine High-k-Dielektrikum-Schicht sein, oder der k-Wert der dielektrischen Schicht 34 kann gleich dem k-Wert von Siliziumoxid sein, dessen k-Wert der Teilungswert von High-k und Low-k ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird zum Erhöhen des Härtewerts der dielektrischen Schicht 34 die dielektrische Schicht 34 aus einem Stickstoff-dotierten Dielektrikum, wie etwa Stickstoff-dotiertem Siliziumoxid (SiON) oder Stickstoff-dotiertem Siliziumcarbid (SiCN), hergestellt oder sie weist dieses auf. Durch Zugeben von Stickstoff zu der dielektrischen Schicht 34 wird ihr Härtewert erhöht, sodass die Zuverlässigkeit und das RC-Verzögerungsverhalten verbessert werden können. Andererseits wird der k-Wert der dielektrischen Schicht 34 durch das Zugeben von Stickstoff nachteilig erhöht. Der Anstieg des k-Werts kann jedoch durch die Herstellung von breiten Luftabstandshaltern kompensiert werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Herstellung der dielektrischen Schicht 34 durch plasma-unterstützte chemische Dampfphasenabscheidung (PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition), chemische Dampfphasenabscheidung bei subatmosphärischem Druck (SACVD, sub atmospheric chemical vapor deposition), Atomlagenabscheidung (ALD, atomic layer deposition) oder dergleichen erfolgen. Die Vorläufer können einen ersten Vorläufer, der keinen Stickstoff enthält, und einen zweiten Vorläufer umfassen, der Stickstoff enthält. Der erste Vorläufer stellt die Hauptelemente und Hauptstrukturen für die dielektrische Schicht 34 bereit. Das Dotieren mit Stickstoff über einen zweiten Vorläufer hat den Vorteil, dass Stickstoff zugeführt wird, und dadurch wird die Härte verbessert, ohne dass es zu einem signifikanten Anstieg des k-Werts kommt. Dies liegt daran, dass es durch das Zugeben von Stickstoff über den zweiten Vorläufer weniger Verbindungen von Stickstoff mit den Elementen der Hauptmaterialien gibt.
  • Einige Beispiele für den ersten Vorläufer sind in 16 angegeben. Bei einigen Ausführungsformen kann der erste Vorläufer ein oder mehrere Si-Atome und zusätzlich zu dem einen oder den mehreren Si-Atomen Kohlenstoffatome und Wasserstoffatome enthalten. Die Kohlenstoffatome und die Wasserstoffatome können in der Form einer oder mehrerer funktioneller Gruppen mit der Bezeichnung „R“ oder „OR“ [hier geht Sauerstoff („O“) eine Bindung mit der funktionellen Gruppe R ein] vorliegen. Die funktionelle Gruppe R kann aus CH3, C2H5 oder dergleichen gewählt sein. Der zweite Vorläufer, der Stickstoff enthält, kann NH3, N2, N2O oder dergleichen oder eine Kombination davon sein. Der zweite Vorläufer kann außerdem zusätzlich zu dem stickstoffhaltigen Vorläufer CO2 enthalten. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Herstellungsprozess eine PECVD, wobei der Durchsatz der Vorläufer etwa 30 Ncm3/min bis etwa 1500 Ncm3/min und/oder etwa 200 mgm bis 2000 mgm betragen kann. Die Abscheidungstemperatur kann etwa 200 °C bis etwa 450 °C betragen. Die Abscheidungsgeschwindigkeit kann etwa 2 Å/s bis etwa 20 Å/s betragen. In der resultierenden dielektrischen Schicht 34 kann der prozentuale Stickstoff-Atomanteil, der mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS, X-ray photoelectron spectroscopy) gemessen werden kann, etwa 0,5 % bis etwa 12 % betragen.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird zum Verbessern der Härte der dielektrischen Schicht 34 bei der Abscheidung der dielektrischen Schicht 34 kein Porogen zugegeben, und daher enthält die resultierende dielektrische Schicht 34 keine Poren. Außerdem tritt das Verkippen und Kollabieren von streifenförmigen Teilen der dielektrischen Schicht 34 bei schmalen und hohen dielektrischen Streifen auf (wie in 9A zu erkennen ist). Um den k-Wert unter Aufrechterhaltung der mechanischen Festigkeit der dielektrischen Schicht 34 zu minimieren, kann ein erster Teil (wie etwa der obere Teil 34B, zum Beispiel die obere Hälfte oder die oberen ¾) der dielektrischen Schicht 34 einen höheren prozentualen Stickstoff-Atomanteil als ein zweiter Teil (wie etwa der untere Teil 34A, zum Beispiel die untere Hälfte oder das untere ¼) haben. Dies kann durch Erhöhen des Durchsatzes des zweiten (stickstoffhaltigen) Vorläufers beim Abscheiden des zweiten Teils erreicht werden. Durch Erhöhen des prozentualen Stickstoff-Atomanteils eines Teils der, jedoch nicht der gesamten dielektrischen Schicht 34 ist es weniger wahrscheinlich, dass die schmalen Streifen verkippen oder kollabieren, wobei die Gesamt-RC-Verzögerung weniger zunimmt.
  • Umgekehrt kann der erste Teil (mit dem erhöhten prozentualen Stickstoff-Atomanteil) ein unterer Teil sein, während der zweite Teil ein oberer Teil sein kann. Bei alternativen Ausführungsformen ist der erste Teil der mittlere Teil, während der zweite Teil einen oberen und einen unteren Teil aufweist.
  • Außerdem kann unter der Annahme, dass der erste Teil ein unterer Teil ist, bei einigen Ausführungsformen beginnend ab einem bestimmten Punkt der Abscheidung der dielektrischen Schicht 34 der Durchsatz des stickstoffhaltigen Vorläufers kontinuierlich oder schrittweise erhöht werden. Der bestimmte Punkt kann der Beginn der Abscheidung der dielektrischen Schicht 34 sein, oder er kann ein Zwischenpunkt (wie etwa nach dem Abscheiden von ¼ oder einer Hälfte der dielektrischen Schicht 34) sein. Vor dem bestimmten Punkt kann der Durchsatz des stickstoffhaltigen Vorläufers konstant sein. Außerdem kann zum Erhöhen des prozentualen Stickstoff-Atomanteils der oberen Teile der erste Vorläufer (der keinen Stickstoff enthält) reduziert werden, statt den Durchsatz des stickstoffhaltigen Vorläufers zu erhöhen.
  • Bei alternativen Ausführungsformen können nach der Abscheidung der dielektrischen Schicht 34, die einen einheitlichen oder einen uneinheitlichen prozentualen Stickstoff-Atomanteil haben kann, die Stickstoffatome in die dielektrische Schicht 34 implantiert werden. Die implantierten Spezies können außerdem NH3, N2, N2O oder dergleichen oder Kombinationen davon umfassen. Es besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass die implantierten Stickstoffatome eine Bindung mit Atomen wie Silizium oder Kohlenstoff eingehen, und daher wird die Härte der dielektrischen Schicht 34 verbessert, ohne dass ihr k-Wert erheblich steigt. Das Implantieren von Stickstoff in den oberen Teil, den mittleren Teil oder den unteren Teil der dielektrischen Schicht 34 kann durch Einstellen der Implantationsenergie erreicht werden.
  • Dann werden eine Padschicht 36 und eine Hartmaske 38 auf der dielektrischen Schicht 34 hergestellt. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 206 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Die Padschicht 36 kann eine Dünnschicht sein, die aus Siliziumoxid hergestellt ist oder dieses aufweist. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die Padschicht 36 unter Verwendung von Tetraethylorthosilicat (TEOS) als ein Vorläufer hergestellt, und der Abscheidungsprozess kann PECVD, CVD oder dergleichen umfassen. Die Padschicht 36 fungiert als eine Haftschicht zwischen der dielektrischen Schicht 34 und der Hartmaske 38. Die Padschicht 36 kann auch als eine Ätzstoppschicht zum Ätzen der Hartmaske 38 fungieren. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die Hartmaske 38 aus Siliziumnitrid zum Beispiel durch chemische Dampfphasenabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD, low pressure chemical vapor deposition) hergestellt. Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die Hartmaske 38 aus wolframdotiertem Carbid (WDC), Titannidrid, Bornitrid oder dergleichen hergestellt oder sie weist dieses auf, und sie kann zum Beispiel durch PECVD hergestellt werden. Die Hartmaske 38 wird während späterer Fotolithografieprozesse als eine Hartmaske verwendet.
  • Weiterhin mit Bezug auf 2 wird ein Fotoresist 40 auf der Hartmaske 38 hergestellt und anschließend strukturiert, sodass Öffnungen 42 in dem Fotoresist 40 entstehen. In einem nachfolgenden Prozess wird das Fotoresist 40 zum Ätzen der Hartmaske 38 verwendet. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 208 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Die Padschicht 36 kann als die Ätzstoppschicht für den Ätzprozess fungieren. Dadurch wird die Padschicht 36 freigelegt. Nach dem Ätzprozess wird das Fotoresist 40 zum Beispiel in einem Ablösungsprozess entfernt.
  • Kommen wir nun zu 3, in der die Padschicht 36 und die dielektrische Schicht 34 unter Verwendung der Hartmaske 38 als eine Ätzmaske geätzt werden, wobei sich die Öffnungen 42 in die dielektrische Schicht 34 erstrecken. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 210 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Die Padschicht 36 kann mit einem Trockenätzprozess unter Verwendung eines Gemisches aus NF3- und NH3-Gasen, eines Gemisches aus HF- und NH3-Gasen oder dergleichen geätzt werden. Alternativ kann die Padschicht 36 mit einem Nassätzprozess zum Beispiel unter Verwendung einer HF-Lösung geätzt werden. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die Ätzung der dielektrischen Schicht 34 unter Verwendung eines Prozessgases durchgeführt, das Fluor und Kohlenstoff enthält, wobei Fluor zum Ätzen verwendet wird und Kohlenstoff den Effekt hat, die Seitenwände der dielektrischen Schicht 34 zu schützen, wobei die Seitenwände zu den Durchkontaktierungsöffnungen und den Gräben zeigen. Die Prozessgase für die Ätzung umfassen zum Beispiel ein oder mehrere fluor- und kohlenstoffhaltige Gase, wie etwa C4F8, CH2F2, CH4, CH3F und/oder CF4, und ein Trägergas, wie etwa Ar, N2 oder dergleichen. Die Ätzung ist anisotrop.
  • Die Ätzung der dielektrischen Schicht 34 endet auf der Ätzstoppschicht 32. Dann wird die Ätzstoppschicht 32 durchgeätzt, und die Öffnungen 42 durchdringen die Ätzstoppschicht 32 weiter. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 212 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Die Ätzchemikalie wird entsprechend den Materialien und Schichten der Ätzstoppschicht 32 gewählt. Wenn die Ätzstoppschicht 32 zum Beispiel Aluminiumoxid, Siliziumoxidcarbid, Aluminiumnitrid oder dergleichen aufweist, können Ätzgase wie BCl3, Cl2, CF4, CHF3 oder dergleichen verwendet werden, und Sauerstoff (O2) kann zugegeben werden. Nach dem Ätzen der dielektrischen Schicht 34 liegen die darunter befindlichen leitfähigen Strukturelemente frei (wie etwa die Kontaktstifte 30, wenn sich die Ätzstoppschicht 32 direkt über den Kontaktstiften 30 befindet).
  • 4 zeigt die Abscheidung einer Abstandshalter-Opferschicht 44. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 214 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen wird die Abstandshalter-Opferschicht 44 aus einem Halbleiter wie Si oder einem dielektrischen Material, das ein Oxid (wie etwa Titanoxid (TiOx) oder Aluminiumoxid (AlOx)), ein Nitrid (wie etwa Siliziumnitrid) oder dergleichen sein kann, hergestellt oder sie weist diese auf. Durch den höheren Härtewert der dielektrischen Schicht 34 kann die Dicke T1 der Abstandshalter-Opferschicht 44 erhöht werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Dicke T1 größer als etwa 5 Å, und sie kann etwa 5 Å bis etwa 30 Å betragen. Wenn Stickstoff zu der dielektrischen Schicht 34 zugegeben wird, ist die dielektrische Schicht 34 dicker, und die Dicke T1 kann größer als etwa 30Å sein. Die Abscheidung kann mit einem konformen Abscheidungsverfahren wie CVD, ALD, PECVD, physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD, physical vapor deposition) oder dergleichen erfolgen.
  • Es versteht sich außerdem, dass die Dicke T1 in Bezug zu der Position der dielektrischen Schicht 34 steht. Wenn die dielektrische Schicht 34 zum Beispiel eine untere IMD-Schicht ist, wie etwa eine Schicht für eine Metallisierungsschicht M0, M1 usw., kann die Dicke T1 kleiner sein, und wenn die dielektrische Schicht 34 eine höhere IMD-Schicht ist, wie etwa eine Schicht für eine Metallisierungsschicht M8, M9 oder höher, kann die Dicke T1 größer sein.
  • 5 zeigt einen anisotropen Ätzprozess 43 zum Strukturieren der Abstandshalter-Opferschicht 44. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 216 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen wird die Ätzung mit einem Trockenätzprozess durchgeführt, bei dem das Ätzgas in Abhängigkeit von dem Material der Abstandshalter-Opferschicht 44 Cl2, CF4, CHF3, CH4, HBr, O2 oder dergleichen sein kann. Durch den anisotropen Ätzprozess werden die horizontalen Teile der Abstandshalter-Opferschicht 44 entfernt. Außerdem werden an den Unterseiten der Öffnungen 42 die Kontaktstifte 30 freigelegt. Die vertikalen Teile der Abstandshalter-Opferschicht 44 bleiben in den Öffnungen 42 zurück und befinden sich auf den Seitenwänden der Ätzstoppschicht 32, der dielektrischen Schicht 34, der Padschicht 36 und der Hartmaske 38.
  • Die 6 bis 8 zeigen die Herstellung von leitfähigen Strukturelementen 50 (8). In 6 wird eine Sperrschicht 46 hergestellt. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 218 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen wird die Sperrschicht 46 aus Titan, Titannidrid, Tantal, Tantalnitrid oder dergleichen hergestellt, oder sie weist dieses auf. Außerdem kann eine metallische Seedschicht (nicht dargestellt) über der Sperrschicht 46 hergestellt werden. Die Seedschicht kann zum Beispiel mit Mn dotiertes Kupfer mit einem prozentualen Mn-Atomanteil von etwa 0,1 % bis etwa 2 % aufweisen. Die Sperrschicht 46 und die Seedschicht können als konforme Schichten hergestellt werden, die durch PVD, CVD, ALD oder dergleichen hergestellt werden können. Die metallische Seedschicht kann aus Kupfer hergestellt werden oder dieses aufweisen und kann zum Beispiel durch PVD hergestellt werden. Die Dicke der Sperrschicht und die Dicke der metallischen Seedschicht können jeweils etwa 5 Å bis etwa 20 Å betragen.
  • 7 zeigt die Abscheidung eines leitfähigen Materials 48. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 220 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen weist das leitfähige Material 48 Kupfer oder eine Kupferlegierung, Cobalt, Wolfram, Aluminium oder dergleichen oder eine Kombination davon auf. Für den Abscheidungsprozess kann elektrochemische Plattierung (ECP), stromlose Plattierung, CVD, PVD, ALD oder dergleichen verwendet werden. Das leitfähige Material 48 füllt die Öffnungen 42 vollständig.
  • Dann wird ein Planarisierungsprozess, wie etwa ein CMP-Prozess oder ein mechanischer Schleifprozess, durchgeführt, um überschüssige Teile des leitfähigen Materials 48 und der Sperrschicht 46 zu entfernen. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 222 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Der Planarisierungsprozess kann auf der Oberseite der dielektrischen Schicht 34 oder auf der Oberseite der Padschicht 36 beendet werden. Der Planarisierungsprozess kann auch zum Entfernen eines oberen Teils der dielektrischen Schicht 34 durchgeführt werden. Die resultierende Struktur ist in 8 gezeigt. In der gesamten Beschreibung werden die verbliebenen Teile des leitfähigen Materials 48 und der Sperrschicht 46 kollektiv als leitfähige Strukturelemente 50 bezeichnet, die Metallleitungen, metallische Durchkontaktierungen, Kontaktstifte usw. sein können. Abstandshalterringe 44 umschließen die entsprechenden leitfähigen Strukturelemente 50.
  • 9A zeigt das Entfernen der Abstandshalter-Opferschicht 44 zum Herstellen von Luftabstandshaltern 52. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 224 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Die Luftabstandshalter 52 haben aufgrund der Konformität der Abstandshalter-Opferschicht 44 eine im Wesentlichen einheitliche Dicke (Querabmessung), wobei die Dicken der meisten Teile eines Luftabstandshalters zum Beispiel eine Abweichung haben, die kleiner als etwa 20 % ist. Bei einigen Ausführungsformen wird die Abstandshalter-Opferschicht 44 mit einem isotropen Ätzprozess geätzt, der einen Trockenätzprozess und/oder einen Nassätzprozess umfassen kann. Wenn zum Beispiel ein Trockenätzprozess durchgeführt wird, kann das Ätzgas in Abhängigkeit von dem Material der Abstandshalter-Opferschicht 44 HF, NF3, O2, H2, NH3, Cl2, CF4, CHF3, CH4, HBr oder dergleichen oder eine Kombination davon sein. Wenn ein Nassätzprozess durchgeführt wird, kann die Ätzchemikalie eine HF-Lösung, Ammoniakwasser (NH4OH) oder dergleichen sein. Die Ätzung kann auch unter Verwendung eines Nassätzprozesses in Kombination mit einem Trockenätzprozess durchgeführt werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird die Abstandshalter-Opferschicht 44 vollständig entfernt, und die Luftabstandshalter 52 erstrecken sich bis zu der Oberseite der darunter befindlichen dielektrischen Schicht (wie etwa des ILD 28, was von der Position der dielektrischen Schicht 34 abhängig ist). Es ist auch möglich, dass die Prozessschwankung und das hohe Seitenverhältnis der Luftabstandshalter 52 dazu führen, dass die Abstandshalter-Opferschicht 44 nur teilweise entfernt wird. Zum Beispiel können die unteren Teile der Abstandshalter-Opferschicht 44 nach dem Entfernungsprozess nicht entfernt worden sein, wobei Strichlinien 44T die Oberseiten des Rests der Abstandshalter-Opferschicht 44 darstellen. Die Restteile der Abstandshalter-Opferschicht 44 können einen vollständigen Ring bilden, der die leitfähigen Strukturelemente 50 umschließt. Aufgrund der Prozessschwankung und der Uneinheitlichkeit beim Entfernen kann die Abstandshalter-Opferschicht 44, die einige der leitfähigen Strukturelemente 50 umschließt, vollständig entfernt werden, während die Abstandshalter-Opferschicht 44, die einige andere leitfähige Strukturelemente 50 umschließt, verbliebene Reste haben kann. Außerdem kann es einige Teile der entsprechenden Abstandshalter-Opferschicht 44 geben, die vollständig entfernt werden, wobei das darunter befindliche ILD 28 freigelegt wird, während einige andere Teile der Abstandshalter-Opferschicht 44, die dasselbe leitfähige Strukturelement 50 umschließen, als Rest-Abstandshalter-Opferschicht bestehen bleiben.
  • In 9A ist ein Beispiel schematisch dargestellt, das zeigt, dass die Rest-Abstandshalter-Opferschicht 44 auf der linken Seite des leitfähigen Strukturelements 50 ganz rechts vorhanden ist, während der Teil der Abstandshalter-Opferschicht 44 auf der rechten Seite des leitfähigen Strukturelements 50 ganz rechts vollständig entfernt wird. Außerdem können die unterschiedlichen Teile der Rest-Abstandshalter-Opferschicht 44, die dasselbe leitfähige Strukturelement 50 oder unterschiedliche leitfähige Strukturelemente 50 umschließen, ihre Oberseiten auf unterschiedlichen Ebenen haben, wie in dem in 9A gezeigten Beispiel angegeben ist. Es versteht sich, dass die Luftabstandshalter 52 und die Rest-Abstandshalter-Opferschicht 44, die vorstehend erörtert worden sind, auf demselben Wafer 20 und ein und demselben Die 22 vorhanden sein können.
  • Es versteht sich, dass die Streifen der dielektrischen Schicht 34 zwischen den Luftabstandshaltern 52 schmal und hoch sein können und daher verkippen oder kollabieren können. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können das Verkippen und Kollabieren durch Erhöhen des Härtewerts der dielektrischen Schicht 34 reduziert und möglicherweise eliminiert werden. Außerdem können, wenn die dielektrische Schicht 34 einen höheren Härtewert hat, die Breiten der Luftabstandshalter 52 ohne Gefahr eines Verkippens und Kollabierens des Dielektrikums erhöht werden, was zu einer weiteren Reduzierung der RC-Verzögerung führt. Bei der resultierenden Struktur kann die RC-Verzögerung gleich der oder kleiner als die RC-Verzögerung von herkömmlichen Strukturen sein, bei denen zwar Low-k-Dielektrikum-Materialien, aber keine Luftabstandshalter verwendet werden.
  • 10 zeigt die Herstellung von Metallkappen 54. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 226 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen werden die Metallkappen 54 mit einem selektiven Abscheidungsverfahren so hergestellt, dass sie selektiv auf den freiliegenden Oberflächen der leitfähigen Strukturelemente 50 und nicht auf den freiliegenden Oberflächen von dielektrischen Materialien, wie etwa der Abstandshalter-Opferschicht 44 und der dielektrischen Schicht 34, abgeschieden werden. Bei einigen Ausführungsformen kann das selektive Abscheidungsverfahren durch ALD oder CVD durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die Metallkappen 54 aus Cobalt (Co), Wolfram (W), CoWP, CoB, Tantal (Ta), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Titan (Ti), Eisen (Fe) oder Kombinationen davon hergestellt, oder sie weisen diese auf. Wenn die Metallkappen 54 abgeschieden werden, kann der Vorläufer ein Metallhalogenid (wie etwa WCl5) oder ein metallorganisches Material und ein Reduktionsmittel wie H2 enthalten. Der Abscheidungsprozess kann ein thermischer Prozess sein, der bei einer erhöhten Temperatur, wie etwa bei etwa 275 °C bis etwa 500 °C, durchgeführt wird. Die Abscheidung kann auch bei eingeschaltetem Plasma durchgeführt werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen sind die Metallkappen 54 auf die Bereiche direkt über den leitfähigen Strukturelementen 50 begrenzt. Die Metallkappen 54 können (oder auch nicht) Verlängerungsteile, die sich geringfügig seitwärts erstrecken, aufweisen, um Überhänge zu erzeugen, insbesondere wenn die Luftabstandshalter 52 breit sind. Die Verlängerungsteile kontaktieren die oberen Teile der zu den Luftabstandshaltern 52 zeigenden Seitenwände der leitfähigen Strukturelemente 50. Zum Beispiel zeigt 10 Strichlinien 54', die die Verlängerungsteile der Metallkappen 54 schematisch darstellen. Die Verlängerungsteile 54' der Metallkappen 54 können sich in die oberen Teile der Luftabstandshalter 52 und unter der Oberseite der dielektrischen Schicht 34 erstrecken, insbesondere wenn die Luftabstandshalter 52 breit sind. Außerdem können die Verlängerungsteile 54' von der dielektrischen Schicht 34 beabstandet sein, oder sie können sich so weit erstrecken, dass sie den nächstgelegenen Teil der dielektrischen Schicht 34 kontaktieren. Dementsprechend können die Metallkappen 54 Luftabstandshalter 52 zurücklassen, die offen sind oder die teilweise oder vollständig die Luftabstandshalter 52 abdichten.
  • Die 9A und 10 offenbaren gemeinsam eine Ausführungsform, bei der zuerst Luftabstandshalter 52 hergestellt werden und dann Metallkappen 54 hergestellt werden. Bei alternativen Ausführungsformen werden zuerst Metallkappen 54 hergestellt, und dann wird die Abstandshalter-Opferschicht 44 entfernt, um Luftabstandshalter 52 herzustellen. Diese Ausführungsform ist in 9B in Kombination mit 10 gezeigt. In 9B werden die Metallkappen 54 abgeschieden. Der Abscheidungsprozess wird zum Beispiel durch Kontrollieren der Dicke der Metallkappen 54 gesteuert, sodass sich die Metallkappen 54 in ihren Querabmessungen nicht zu weit auf der Abstandshalter-Opferschicht 44 erstrecken. Nach der Herstellung der Metallkappen 54 gibt es genug Teile der Oberseite der Abstandshalter-Opferschicht 44, die noch freiliegen. Nach der Herstellung der Metallkappen 54 wird die Abstandshalter-Opferschicht 44 entfernt. Die resultierende Struktur ist ebenfalls in 10 gezeigt. Bei diesen Ausführungsformen ist jedoch die Gesamtheit der Metallkappen 54 höher als die Oberseite der dielektrischen Schicht 34, und die Metallkappen 54 erstrecken sich nicht in die Luftabstandshalter 52.
  • Die Luftabstandshalter 52 haben k-Werte von 1,0, was niedriger als k-Werte anderer dielektrischer Materialien, sogar von Low-k-Dielektrikum-Materialien, ist. Mit der Herstellung von Luftabstandshaltern wird die parasitäre Kapazität zwischen benachbarten leitfähigen Strukturelementen 50 reduziert.
  • 11 zeigt die Herstellung einer Ätzstoppschicht 56. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 228 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Die Ätzstoppschicht 56 kontaktiert die Metallkappen 54 und dichtet die Luftabstandshalter 52 ab (wenn sie nicht bereits abgedichtet worden sind). Bei einigen Ausführungsformen kann die Ätzstoppschicht 56 aus einem Material hergestellt werden, das aus SiN, SiC, SiON, SiOC, SiCN oder Kombinationen davon gewählt wird. Die Ätzstoppschicht 56 kann eine einzelne Schicht sein, die aus einem homogenen dielektrischen Material hergestellt wird, oder sie kann eine Verbundschicht sein, die eine Mehrzahl von dielektrischen Teilschichten aufweist. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist die Ätzstoppschicht 56 eine AlN-Schicht, eine SiOC-Schicht über der AlN-Schicht und eine AlO-Schicht über der SiOC-Schicht auf.
  • Die 12 bis 14 zeigen die Herstellung einer Dual-Damascene-Struktur gemäß einigen Ausführungsformen. In 12 wird eine dielektrische Schicht 58 abgeschieden. Der entsprechende Prozess ist ebenfalls als der Prozess 228 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Die dielektrische Schicht 58 kann aus einem Material hergestellt werden, das aus derselben Gruppe von in Frage kommenden Materialien wie zum Herstellen der dielektrischen Schicht 34 gewählt wird, und die Strukturen und Materialien zum Herstellen der dielektrischen Schicht 34 können auch für die dielektrische Schicht 58 verwendet werden. Daher werden die Einzelheiten hier nicht wiederholt. Die dielektrische Schicht 58 kann zum Beispiel einen oberen Teil und einen unteren Teil mit unterschiedlichen Werten für den prozentualen Stickstoff-Atomanteil aufweisen.
  • In der dielektrischen Schicht 58 werden ein Graben 62 und eine Durchkontaktierungsöffnung 60 erzeugt. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 230 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird eine metallische Hartmaske (nicht dargestellt) hergestellt und anschließend strukturiert, um die Strukturen des Grabens 62 zu definieren. Ein Fotolithografieprozess wird durchgeführt, um die dielektrische Schicht 58 zu ätzen, um eine Durchkontaktierungsöffnung zu erzeugen. Die Durchkontaktierungsöffnung erstreckt sich von der Oberseite der dielektrischen Schicht 58 bis zu einer Zwischenebene zwischen der Oberseite und der Unterseite der dielektrischen Schicht 58. Dann wird eine anisotrope Ätzung durchgeführt, um die dielektrische Schicht 58 zu ätzen und den Graben 62 unter Verwendung der metallischen Hartmaske als eine Ätzmaske zu erzeugen. Gleichzeitig mit dem Erzeugen des Grabens 62 wird die Durchkontaktierungsöffnung nach unten bis zu der Metallkappe 54 verlängert, sodass die Durchkontaktierungsöffnung 60 entsteht. Die Ätzung zum Erzeugen des Grabens 62 kann mit einem Zeitsteuermodus durchgeführt werden. Bei alternativen Ausführungsformen werden die Durchkontaktierungsöffnungen 60 und die Gräben 62 in getrennten Fotolithografieprozessen erzeugt. Zum Beispiel werden in einem ersten Fotolithografieprozess die Durchkontaktierungsöffnungen 60 so erzeugt, dass sie sich nach unten bis zu der Metallkappe 54 erstrecken. In einem zweiten Fotolithografieprozess wird der Graben 62 erzeugt. Die Metallkappe 54 wird dann zu der Durchkontaktierungsöffnung 60 freigelegt.
  • In 13 wird eine strukturierte Abstandshalter-Opferschicht 64 hergestellt. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 232 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Der Herstellungsprozess für die Abstandshalter-Opferschicht 64 umfasst ein Abscheiden einer konformen Schicht und ein anschließendes Durchführen eines anisotropen Ätzprozesses zum Entfernen von horizontalen Teilen der konformen Schicht. Die Materialien und die Prozesseinzelheiten sind denen ähnlich, die unter Bezugnahme auf die 4 und 5 erörtert worden sind, und sie werden hier nicht wiederholt. Die Abstandshalter-Opferschicht 64 weist erste vertikale Teile in dem Graben 62 zum Herstellen eines ersten Rings und zweite vertikale Teile in der Durchkontaktierungsöffnung 60 zum Herstellen eines zweiten Rings auf. Der erste Ring ist größer als der zweite Ring, und er ist von dem zweiten Ring getrennt.
  • Dann werden in 14 eine Diffusionsbarriere 66 und ein metallisches Material 68 abgeschieden. Die Materialien und die Herstellungsprozesse sind denen ähnlich, die unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 erörtert worden sind, und die Einzelheiten werden hier nicht wiederholt. Nach der Abscheidung der Diffusionsbarriere 66 und des metallischen Materials 68 wird ein Planarisierungsprozess durchgeführt, sodass eine Durchkontaktierung 70 und eine Metallleitung 72 entstehen. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 234 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Die Durchkontaktierung 70 und die Metallleitung 72 sind jeweils von einem Abstandshalterring umschlossen, der aus einem Teil der Abstandshalter-Opferschicht 64 besteht.
  • 15A zeigt das Entfernen der Abstandshalter-Opferschicht 64 von der Seitenwand der Metallleitung 72, sodass Luftabstandshalter 74 entstehen, die bei Betrachtung von der Oberseite des Wafers 20 einen Ring bilden. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 236 in dem Prozessablauf 200 dargestellt, der in 28 gezeigt ist. Das Entfernen kann ebenfalls mit einem isotropen Ätzprozess durchgeführt werden. Die resultierenden Luftabstandshalter 74 können sich bis zu der Oberseite des darunter befindlichen Teils der dielektrischen Schicht 58 erstrecken und zu dieser freigelegt werden. Es kann eine Rest-Abstandshalter-Opferschicht 64 zurückbleiben oder auch nicht, wobei die Oberseiten der beispielhaften Rest-Abstandshalter-Opferschicht 64 als 64T gezeigt sind. Außerdem kann aufgrund von Prozessschwankungen und Aufladungseffekten die Rest-Abstandshalter-Opferschicht 64 ähnliche Gegebenheiten wie die Rest-Abstandshalter-Opferschicht 44 haben, die in vorhergehenden Absätzen erörtert worden ist. Zum Beispiel können einige Teile der Abstandshalter-Opferschicht 64 mehr verbliebene Reste als andere Teile haben, und einige Teile der Abstandshalter-Opferschicht 64 haben möglicherweise keinen verbliebenen Rest. Die möglichen Szenarien sind bei der Erörterung der Luftabstandshalter 52 zu finden.
  • Da der Teil der Abstandshalter-Opferschicht 64, der die Durchkontaktierung 70 umschließt, nicht entfernt werden kann, bleiben diese Teile der Abstandshalter-Opferschicht 64 in der Endstruktur zurück. Es versteht sich, dass diese Teile der Abstandshalter-Opferschicht 64 zu einer erhöhten parasitären Kapazität im Vergleich zu Luftabstandshaltern und Low-k-Dielektrikum-Materialien führen. Die Durchkontaktierungen 70 sind jedoch seitlich kurz, und sie haben höchstwahrscheinlich einen größeren Abstand von benachbarten Durchkontaktierungen. Dementsprechend ist der nachteilige Anstieg der parasitären Kapazität im Vergleich zu der Reduzierung der parasitären Kapazität aufgrund der Herstellung der Luftabstandshalter 74 gering. Anders ausgedrückt, durch die Reduzierung der parasitären Kapazität wird der Anstieg der parasitären Kapazität mehr als kompensiert.
  • 15A zeigt außerdem die Herstellung einer Metallkappe 76, die aus einem Material und mit einem Verfahren hergestellt werden kann, die aus derselben Gruppe von Materialien und Verfahren gewählt werden, die zum Herstellen der Metallkappen 54 in Frage kommen. Die Metallkappe 76 kann vor oder nach der Herstellung der Luftabstandshalter 74 hergestellt werden, was den Ausführungsformen ähnlich ist, die in den 9A und 9B gezeigt sind. Außerdem können, wenn die Metallkappe 76 nach der Herstellung der Luftabstandshalter 74 hergestellt wird, Verlängerungsteile 76' so hergestellt werden, dass sie sich unter der Oberseite der dielektrischen Schicht 58 erstrecken. Wenn alternativ die Metallkappe 76 vor der Herstellung der Luftabstandshalter 74 hergestellt wird, erstreckt sich die gesamte Abstandshalter-Opferschicht 64, einschließlich der Verlängerungsteile 76', die sich direkt über den Luftabstandshaltern 74 befindet, nicht unter der Oberseite der dielektrischen Schicht 58. Dann kann eine Ätzstoppschicht 78 abgeschieden werden.
  • 15B zeigt die Herstellung einer Luftspalt-freien Durchkontaktierung 70' und einer Luftspalt-freien Metallleitung 72' gemäß alternativen Ausführungsformen. Diese Ausführungsformen sind den in 15A gezeigten Ausführungsformen ähnlich, mit der Ausnahme, dass keine Abstandshalter-Opferschicht hergestellt wird und dementsprechend keine Luftabstandshalter hergestellt werden. Somit kann die dielektrische Schicht 58 einen niedrigeren k-Wert haben, da hier keine Gefahr eines Verkippens und Kollabierens des Dielektrikums besteht. Zum Beispiel kann die dielektrische Schicht 58 einen k-Wert haben, der niedriger als etwa 3,5 oder niedriger als etwa 3,0 ist und zum Beispiel etwa 2,5 bis etwa 3,0 beträgt. Die dielektrische Schicht 58 kann außerdem Poren enthalten, was durch Verwenden eines Porogens beim Abscheiden der dielektrischen Schicht 58 und Entfernen des Porogens durch Tempern erreicht werden kann.
  • Bei den in 15B gezeigten Ausführungsformen sind die Durchkontaktierung 70' und die Metallleitung 72' in physischem Kontakt mit den Seitenwänden der umschließenden dielektrischen Schicht 58. Es versteht sich, dass obwohl 15B zeigt, dass die Luftspalt-freie Durchkontaktierung 70' und die Luftspalt-freie Metallleitung 72' direkt über leitfähigen Strukturelementen hergestellt werden, bei alternativen Ausführungsformen der in 15A gezeigte Luftabstandshalter 74 in einer dielektrischen Schicht direkt über der dielektrischen Schicht 34 hergestellt werden kann, während die Luftspalt-freie Durchkontaktierung 70' und die Luftspalt-freie Metallleitung 72' in Schichten über der Schicht hergestellt werden, in denen der Luftabstandshalter 74 hergestellt wird, da das Problem der parasitären Kapazität in oberen Metallschichten weniger ernst als in unteren Metallschichten ist.
  • 15C zeigt eine Draufsicht des Luftabstandshalters 52 oder 74 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie in 15C gezeigt ist, kann jeder Luftabstandshalter 52 und 74 einen vollständigen Ring um das entsprechende Strukturelement 50 bzw. 72 bilden. Jeder der Luftabstandshalter 52 kann eine im Wesentlichen einheitliche Breite W1 haben (zum Beispiel mit einer Abweichung, die kleiner als etwa 10 % ist). Die Breite W1 kann auf der mittleren Höhe der entsprechenden Luftabstandshalter 52 und 74 gemessen werden. Die Breite W1 des Luftabstandshalters 52 kann gleich der Breite W1 des Luftabstandshalters 74 sein, oder sie kann von dieser verschieden sein. Außerdem hat bei Betrachtung in einer Schnittansicht der Luftabstandshalter 52 eine im Wesentlichen einheitliche Breite (zum Beispiel mit einer Abweichung, die kleiner als etwa 20 % oder kleiner als etwa 10 % ist) von oben nach unten, und der Luftabstandshalter 74 hat ebenfalls eine im Wesentlichen einheitliche Breite (zum Beispiel mit einer Abweichung, die kleiner als etwa 20 % oder kleiner als etwa 10 % ist) von oben nach unten.
  • Die 17 und 18 zeigen einige beispielhafte Stickstoffprofile in der dielektrischen Schicht 34 gemäß einigen Ausführungsformen. Es wird angenommen, dass die Ätzstoppschichten 28 und 56 hohe Werte für den prozentualen Stickstoff-Atomanteil haben. In 17 hat die dielektrische Schicht 34 zunehmend höhere Werte für den prozentualen Stickstoff-Atomanteil von unten nach oben. In 18 hat ein unterer Teil der dielektrischen Schicht 34 einen konstanten prozentualen Stickstoff-Atomanteil, während ein oberer Teil der dielektrischen Schicht 34 zunehmend höhere Werte für den prozentualen Stickstoff-Atomanteil hat. Die 17 und 18 können außerdem die Durchsätze des stickstoffhaltigen Vorläufers schematisch darstellen, der zum Abscheiden der dielektrischen Schicht 34 verwendet wird.
  • Die 19 bis 22 zeigen Schnittansichten von Zwischenstufen bei der Herstellung einer Interconnect-Struktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wenn nicht anders angegeben, sind die Materialien und die Herstellungsprozesse für die Komponenten bei diesen Ausführungsformen im Wesentlichen dieselben wie für die ähnlichen Komponenten, die mit ähnlichen Bezugszahlen in den vorhergehenden Ausführungsformen bezeichnet sind, die in den 1 bis 14 und 15A bis 15C gezeigt sind. Die Einzelheiten zu den Herstellungsprozessen und den Materialien für die Komponenten, die in den 19 bis 22 gezeigt sind, sind daher bei der Erörterung der vorhergehenden Ausführungsformen zu finden. Die ersten Schritte dieser Ausführungsformen sind im Wesentlichen dieselben wie die, die in den vorhergehenden Ausführungsformen angegeben sind.
  • 19 zeigt die Herstellung einer Anfangsstruktur. Diese Struktur ist im Wesentlichen dieselbe wie die in 2 gezeigte Struktur, mit der Ausnahme, dass die dielektrische Schicht 34 anders als bei den vorhergehenden Ausführungsformen hergestellt wird und kein Luftabstandshalter hergestellt wird. Zunächst wird eine Ätzstoppschicht 32 abgeschieden. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 302 in dem Prozessablauf 300 dargestellt, der in 29 gezeigt ist. Dann wird eine dielektrische Schicht 34 abgeschieden, Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 304 in dem Prozessablauf 300 dargestellt, der in 29 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 34 so hergestellt, dass sie eine hohe Konzentration von Si-C-Si-Bindungen hat. Wie in späteren Absätzen dargelegt wird, kann durch Herstellen einer dielektrischen Schicht 34 mit einer hohen Konzentration von Si-C-Si-Bindungen das Problem der Kohlenstoffverarmung verringert werden, die eine Verschlechterung des TDDB-Verhaltens und einen Anstieg der RC-Verzögerung zur Folge haben kann. Die Dielektrizitätskonstante (k-Wert) der dielektrischen Schicht 34 kann niedriger als etwa 3,5 sein und kann etwa 3,0 bis etwa 3,5 betragen. Dementsprechend kann die dielektrische Schicht 34 eine Low-k-Dielektrikum-Schicht sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Herstellung der dielektrischen Schicht 34 durch PECVD, SACVD, ALD oder dergleichen erfolgen. Die Vorläufer können einen ersten Vorläufer, der Si-C-Si-Bindungen enthält, und einen zweiten Vorläufer umfassen, der Kohlenstoff liefert. 23 zeigt einen beispielhaften Vorläufer, der Si-C-Si-Bindungen enthält, aber es können auch andere Vorläufer, die Si-C-Si-Bindungen enthalten, verwendet werden. Die funktionelle Gruppe „R“ in 23 und der später erörterten 24 kann CH3, C2H5 oder dergleichen sein. Der zweite Vorläufer kann einen kohlenstoffhaltigen Vorläufer, wie etwa CO2, CO oder dergleichen, enthalten, und er kann Sauerstoff (O2) enthalten oder auch nicht. Durch Verwenden des Vorläufers mit Si-C-Si-Bindungen hat die resultierende dielektrische Schicht 34 eine höhere Konzentration von Si-C-Si-Bindungen, was durch Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR, Fourier transform infrared spectroscopy) ermittelt werden kann, wobei der Peak der Si-C-Si-Bindungen bei etwa 1342/cm bis etwa 1381/cm liegt. Andernfalls ist die Konzentration von Si-C-Si-Bindungen in der dielektrischen Schicht 34 niedrig, obwohl Si-C-Si-Bindungen auch aus Vorläufern erzeugt werden können, die nicht direkt Si-C-Si-Bindungen enthalten. Si-C-Si-Bindungen können die Beständigkeit der dielektrischen Schicht 34 gegen Kohlenstoffverarmung verbessern, und sie können das TDDB-Verhalten verbessern und die RC-Verzögerung reduzieren.
  • Die Vorläufer zum Herstellen einer dielektrischen Schicht können (oder auch nicht) einen dritten Vorläufer umfassen, der keine Si-C-Si-Bindungen enthält. 24 zeigt einige Beispiele für den dritten Vorläufer. Der dritte Vorläufer kann Silizium- und Kohlenstoffatome und gegebenenfalls Wasserstoffatome enthalten. Die Silizium- und Kohlenstoffatome können außerdem funktionelle Gruppen wie CH3, C2H5 oder dergleichen bilden.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Abscheidung der dielektrischen Schicht 34 eine PECVD, bei der die Flussrate der Vorläufer in dem Bereich von etwa 30 sccm bis etwa 1500 sccm und/oder in dem Bereich von etwa 200 mgm bis etwa 2000 mgm betragen kann. Die Temperatur des Wafers 20 während des Abscheidungsprozesses darf nicht zu hoch oder zu niedrig sein. Wenn die Temperatur zu hoch ist, sinkt die Abscheidungsgeschwindigkeit und die Abscheidungsdauer verlängert sich, was zu einem zu hohen Wärmebudget führt. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, entstehen zu viele OH-Bindungen, was zu einem hohen k-Wert führt, was wiederum eine hohe RC-Verzögerung zur Folge hat. Daher kann die Abscheidungstemperatur etwa 200 °C bis etwa 420 °C betragen. In der resultierenden dielektrischen Schicht 34 kann der prozentuale Kohlenstoff-Atomanteil etwa 10 % bis etwa 30 % betragen. Die Abscheidungsdauer kann etwa 30 s bis etwa 100 s betragen. Die resultierende dielektrische Schicht 34 kann SiOCH, SiOC oder dergleichen aufweisen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann beim Abscheiden der dielektrischen Schicht 34 Porogen zugegeben werden (oder auch nicht), und daher kann die dielektrische Schicht 34 Poren enthalten oder auch nicht. Da das Problem der Kohlenstoffverarmung in oberen Teilen der dielektrischen Schicht 34 ernster ist, können zum Minimieren dieses Problems die oberen Teile (wie etwa die obere Hälfte oder die oberen ¾) der dielektrischen Schicht 34 von den unteren Teil verschieden sein, wobei zum Beispiel die oberen Teile höhere Konzentrationen von Si-C-Si-Bindungen als die jeweiligen unteren Teile (wie etwa die untere Hälfte und das untere ¼) haben. Dies kann durch Erhöhen des Durchsatzes des Si-C-Si-haltigen Vorläufers beim Abscheiden der oberen Teile erreicht werden. Der untere Teil kann unter Verwendung eines Vorläufers hergestellt werden, der aus 24 gewählt wird, ohne einen Si-C-Si-haltigen Vorläufer zu verwenden. Alternativ kann der untere Teil unter Verwendung eines ersten Vorläufers, der aus 24 gewählt wird, und eines zweiten Vorläufers, der Si-C-Si-Bindungen enthält, hergestellt werden, wobei der zweite Vorläufer einen niedrigeren Durchsatz als zum Herstellen der oberen Teile hat. Wenn die oberen Teile hergestellt werden, kann der Si-C-Si-haltige Vorläufer zugegeben werden, und/oder der Durchsatz kann erhöht werden.
  • Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen beginnend ab einem bestimmten Punkt der Abscheidung der dielektrischen Schicht 34 der Durchsatz des Si-C-Si-haltigen Vorläufers kontinuierlich oder schrittweise erhöht werden. Der bestimmte Punkt kann der Beginn der Abscheidung der dielektrischen Schicht 34 sein, oder er kann ein Zwischenpunkt (wie etwa nach dem Abscheiden von ¼ oder einer Hälfte der dielektrischen Schicht 34) sein. Vor dem bestimmten Punkt kann es einen Si-C-Si-haltigen Vorläufer geben (oder auch nicht), wobei der Durchsatz des Vorläufers, der keine Si-C-Si-Bindungen enthält, unverändert bleiben kann. Alternativ kann zum Erhöhen der Si-C-Si-Konzentration in den oberen Teilen derjenige Vorläufer, der kein Si-C-Si enthält, reduziert werden, statt den Durchsatz des Si-C-Si-haltigen Vorläufers zu erhöhen.
  • Wie in 19 gezeigt ist, werden dann eine Padschicht 36 und eine Hartmaske 38 hergestellt. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 306 in dem Prozessablauf 300 dargestellt, der in 29 gezeigt ist. Die Hartmaske 38 wird strukturiert, um Öffnungen 42 zu erzeugen. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 308 in dem Prozessablauf 300 dargestellt, der in 29 gezeigt ist. In einem nachfolgenden Prozess, der in 20 gezeigt ist, werden die Öffnungen 42 mit Ätzprozessen nach unten verlängert, bis die Öffnungen 42 die dielektrische Schicht 34 und die Ätzstoppschicht 32 durchdringen. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 310 in dem Prozessablauf 300 dargestellt, der in 29 gezeigt ist. 21 zeigt die Herstellung von leitfähigen Strukturelementen 50. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 312 in dem Prozessablauf 300 dargestellt, der in 29 gezeigt ist. Die Einzelheiten der leitfähigen Strukturelemente 50 sind in vorhergehenden Ausführungsformen erörtert worden und werden hier nicht wiederholt.
  • 22 zeigt die Herstellung von Metallkappen 54, einer Ätzstoppschicht 52, einer dielektrischen Schicht 58 und einer Ätzstoppschicht 78. Außerdem werden eine Durchkontaktierung 70, eine Metallleitung 72 und eine Metallkappe 76 hergestellt. Der entsprechende Prozess ist als ein Prozess 314 in dem Prozessablauf 300 dargestellt, der in 29 gezeigt ist. Die Einzelheiten sind in vorhergehenden Ausführungsformen erörtert worden und werden hier nicht wiederholt.
  • Bei einigen Ausführungsformen sind die Metallleitungen und die Durchkontaktierungen in der dielektrischen Schicht 58 weiter voneinander beabstandet als die leitfähigen Strukturelemente 50 in der dielektrischen Schicht 34. Daher ist das Problem der Kohlenstoffverarmung in der dielektrischen Schicht 58 weniger ernst als in der dielektrischen Schicht 34. Die dielektrische Schicht 58 kann somit unter Verwendung von Vorläufern hergestellt werden, die keine Si-C-Si-Bindungen enthalten. Zum Beispiel kann die dielektrische Schicht 58 unter Verwendung von Vorläufern hergestellt werden, die in 24 gezeigt sind. Alternativ kann die dielektrische Schicht 58 unter Verwendung eines niedrigeren Durchsatzes für den Si-C-Si-haltigen Vorläufer als zum Herstellen der dielektrischen Schicht 34 hergestellt werden. Dadurch hat die dielektrische Schicht 58 eine niedrigere Si-C-Si-Konzentration als die dielektrische Schicht 34.
  • 25 zeigt ein Schema von möglichen Schichten von leitfähigen Strukturelementen in dem Wafer 20 (Die 22). Auf der Oberseite des Halbleitersubstrats 24 wird ein Transistor 114 hergestellt, wobei der Transistor 114 die integrierten Schaltungsvorrichtungen 26 darstellt, die in 15A, 15B oder 22 gezeigt sind. Der Transistor 114 weist Gatestapel 110 und Source/Drainbereiche 112 auf. Über dem Transistor 114 ist eine Kontaktschicht (CT-Schicht) angeordnet, in der Kontaktstifte 30 (15A, 15B und 22) hergestellt sind. Eine Metallschicht M0, die Metallleitungen enthalten kann, ist über der Kontaktschicht hergestellt. Außerdem werden eine Mehrzahl von Metallschichten, wie etwa M1 bis M14, und Durchkontaktierungsschichten, wie etwa V1 bis V13, hergestellt. Diese Schichten können mit Single- oder Dual-Damascene-Prozessen hergestellt werden.
  • Außer den metallischen Strukturelementen können Luftabstandshalter in einer dieser Schichten in jeder Kombination hergestellt werden. Wenn Luftabstandshalter in den Schichten hergestellt werden, die mit Single-Damascene-Prozessen hergestellt werden, können die in den 4 bis 8, 9A, 9B, 10 und 11 gezeigten Prozesse verwendet werden. Wenn Luftabstandshalter in den Schichten hergestellt werden, die mit Dual-Damascene-Prozessen hergestellt werden, können die in den 12 bis 15A gezeigten Prozesse verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen können die dielektrischen Schichten von unteren Schichten, wie etwa M0, M1, M2 usw., einen höheren prozentualen Stickstoff-Atomanteil als die dielektrischen Schichten der oberen Metallschichten haben. Außerdem kann die Konzentration von Si-C-Si-Bindungen in den dielektrischen Schichten der unteren Metallschichten höher als in den dielektrischen Schichten der oberen Metallschichten sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen gibt es eine Grenzmetallschicht (wie etwa M3, M4 oder M5), und die dielektrischen Schichten der unteren Metallschichten, die sich auf und unter der Ebene der Grenzmetallschicht befinden, haben höhere prozentuale Stickstoff-Atomanteile als die dielektrischen Schichten der oberen Metallschichten, die höher als die Grenzmetallschicht sind. Es werden möglicherweise keine Luftabstandshalter in einer der oberen Metallschichten hergestellt. Außerdem können die dielektrischen Schichten der unteren Metallschichten mit Vorläufern hergestellt werden, die Si-C-Si-Bindungen enthalten, während die dielektrischen Schichten der oberen Metallschichten mit Vorläufern hergestellt werden können, die keine Si-C-Si-Bindungen enthalten.
  • Die 26 und 27 zeigen das Profil der Werte des prozentualen Kohlenstoff-Atomanteils gemäß einigen Ausführungsformen. Die x-Achse stellt die Tiefe dar, die von der Oberseite der dielektrischen Schicht bis zu der Unterseite der Ätzstoppschicht an der Position gemessen wird, die in 22 mit einem Pfeil 80 gekennzeichnet ist. Die y-Achse stellt die relativen Werte des prozentualen Kohlenstoff-Atomanteils dar. 26 zeigt die Werte des prozentualen Kohlenstoff-Atomanteils in einer dielektrischen Schicht 34, in der keine Si-C-Si-haltigen Vorläufer verwendet werden. 27 zeigt die Werte des prozentualen Kohlenstoff-Atomanteils in einer dielektrischen Schicht 34, in der Si-C-Si-haltige Vorläufer verwendet werden. Die 26 und 27 zeigen, dass die Kohlenstoffverarmung hauptsächlich dicht an den oberen Teilen der dielektrischen Schicht 34 auftritt, da die dielektrischen Streifen 34 schmaler als die unteren Teile sind. Es ist zu beobachten, dass ein Kohlenstoffverarmungsbereich 84 in 27 viel schmaler als ein Kohlenstoffverarmungsbereich 82 in 26 ist, was darauf hinweist, dass mehr Si-C-Si-Bindungen die Kohlenstoffverarmung effektiv reduzieren können.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung haben einige vorteilhafte Merkmale. Ein Aspekt ist, dass durch Herstellen von Luftabstandshaltern in einer dielektrischen Schicht die dielektrische Schicht als eine Schicht mit verbesserter mechanischer Festigkeit (durch Verwenden von mehr Stickstoff) hergestellt wird. Dadurch können das Verkippen und Kollabieren der schmalen Teile der dielektrischen Schicht reduziert werden. Ein weiterer Aspekt ist, dass die Interconnect-Struktur eine dielektrische Schicht aufweist, die mehr Si-C-Si-Bindungen als herkömmliche Strukturen enthält. Dadurch wird die Verarmung von Kohlenstoff aus der dielektrischen Schicht reduziert.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren die folgenden Schritte: Abscheiden einer dielektrischen Schicht über einem Substrat; Ätzen der dielektrischen Schicht, um eine Öffnung zu erzeugen, wobei ein erstes leitfähiges Strukturelement, das sich unter der dielektrischen Schicht befindet, zu der Öffnung freigelegt wird und die dielektrische Schicht unter Verwendung eines Vorläufers, der Stickstoff enthält, hergestellt wird; Abscheiden einer Abstandshalter-Opferschicht, die sich in die Öffnung erstreckt; Strukturieren der Abstandshalter-Opferschicht, wobei ein unterer Teil der Abstandshalter-Opferschicht an einer Unterseite der Öffnung entfernt wird, um das erste leitfähige Strukturelement freizulegen, und ein erster vertikaler Teil der Abstandshalter-Opferschicht in der Öffnung und auf Seitenwänden der dielektrischen Schicht bestehen gelassen wird, um einen ersten Ring herzustellen; Herstellen eines zweiten leitfähigen Strukturelements in der Öffnung, wobei das zweite leitfähige Strukturelement von dem ersten Ring umschlossen ist und über dem ersten leitfähigen Strukturelement und mit diesem elektrisch verbunden angeordnet ist; und Entfernen zumindest eines Teils des ersten Rings, um einen Luftabstandshalter herzustellen. Bei einer Ausführungsform umfasst das Abscheiden der dielektrischen Schicht ein Abscheiden eines High-k-Dielektrikum-Materials.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Herstellen einer metallischen Verkappungsschicht über dem zweiten leitfähigen Strukturelement, wobei die metallische Verkappungsschicht einen Verlängerungsteil aufweist, der sich in den Luftabstandshalter erstreckt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Herstellen einer metallischen Verkappungsschicht über dem zweiten leitfähigen Strukturelement, wobei der erste Ring entfernt wird, nachdem die metallische Verkappungsschicht hergestellt worden ist. Bei einer Ausführungsform wird das Abscheiden der dielektrischen Schicht unter Verwendung eines ersten Vorläufers, der Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, und eines zweiten Vorläufers durchgeführt, der Stickstoff enthält. Bei einer Ausführungsform wird das Abscheiden der dielektrischen Schicht ohne Verwendung eines Porogens durchgeführt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Abscheiden der dielektrischen Schicht ein Abscheiden eines unteren Teils, der einen ersten prozentualen Stickstoff-Atomanteil hat; und ein Abscheiden eines oberen Teils über dem unteren Teil, wobei der obere Teil einen zweiten prozentualen Stickstoff-Atomanteil hat, der von dem ersten prozentualen Stickstoff-Atomanteil verschieden ist.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Öffnung einen Graben und eine Durchkontaktierungsöffnung, die sich unter dem Graben befindet, und der erste Ring in dem Graben angeordnet ist, und durch das Strukturieren der Abstandshalter-Opferschicht bleibt ein zweiter Ring zurück, der in der Durchkontaktierungsöffnung verbleibt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Abscheiden einer Ätzstoppschicht über dem zweiten leitfähigen Strukturelement, wobei zu einem Zeitpunkt nach dem Abscheiden der Ätzstoppschicht der zweite Ring verbleibt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Herstellen einer weiteren dielektrischen Schicht über der Abstandshalter-Opferschicht und ein Abdichten des Luftabstandshalters, wobei ein Restteil des ersten Rings verbleibt, der sich unter der weiteren dielektrischen Schicht befindet. Bei einer Ausführungsform wird der erste Ring vollständig entfernt.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist eine Struktur Folgendes auf: ein Substrat; ein erstes leitfähiges Strukturelement über dem Substrat; eine erste Ätzstoppschicht über dem ersten leitfähigen Strukturelement; eine dielektrische Schicht über der ersten Ätzstoppschicht, wobei die dielektrische Schicht Stickstoff enthält und ein High-k-Dielektrikum-Material aufweist; ein zweites leitfähiges Strukturelement in der dielektrischen Schicht und der ersten Ätzstoppschicht, wobei das zweite leitfähige Strukturelement über und in Kontakt mit dem ersten leitfähigen Strukturelement angeordnet ist; einen Luftabstandshalter, der das zweite leitfähige Strukturelement umschließt, wobei Seitenwände des zweiten leitfähigen Strukturelements zu dem Luftabstandshalter freiliegen; und eine zweite Ätzstoppschicht über und in Kontakt mit der dielektrischen Schicht, wobei die zweite Ätzstoppschicht außerdem über dem zweiten leitfähigen Strukturelement angeordnet ist.
  • Bei einer Ausführungsform weist die dielektrische Schicht einen oberen Teil und einen unteren Teil auf, wobei der obere Teil einen höheren prozentualen Stickstoff-Atomanteil als der untere Teil hat. Bei einer Ausführungsform erstreckt sich der Luftabstandshalter von einer Oberseite der dielektrischen Schicht bis zu einer Unterseite der ersten Ätzstoppschicht. Bei einer Ausführungsform hat die dielektrische Schicht eine Härte in einem Bereich von etwa 15 GPa bis etwa 35 GPa. Bei einer Ausführungsform weist die Struktur weiterhin ein dielektrisches Material auf, das eine Seitenwand eines unteren Teils des zweiten leitfähigen Strukturelements kontaktiert, wobei ein oberer Teil des zweiten leitfähigen Strukturelements zu dem Luftabstandshalter freiliegt und das dielektrische Material und die dielektrische Schicht aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Bei einer Ausführungsform befindet sich kein dielektrisches Material zwischen dem zweiten leitfähigen Strukturelement und dem Luftabstandshalter.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist eine Struktur Folgendes auf: ein erstes leitfähiges Strukturelement; ein zweites leitfähiges Strukturelement über und in elektrischer Verbindung mit dem ersten leitfähigen Strukturelement, wobei das zweite leitfähige Strukturelement eine Diffusionsbarriere und ein metallisches Material in einer Mulde aufweist, die von der Diffusionsbarriere gebildet wird; einen Luftabstandshalter, der einen oberen Teil des zweiten leitfähigen Strukturelements umschließt; und eine dielektrische Schicht, die den Luftabstandshalter umschließt, wobei die dielektrische Schicht ein High-k-Dielektrikum-Material aufweist, das Stickstoff enthält. Bei einer Ausführungsform weist die Struktur weiterhin ein dielektrisches Material auf, das einen unteren Teil des zweiten leitfähigen Strukturelements von der dielektrischen Schicht trennt, wobei das dielektrische Material direkt unter dem Luftabstandshalter und zu diesem freiliegend angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform hat die dielektrische Schicht eine Härte in einem Bereich von etwa 15 GPa bis etwa 35 GPa.
  • Vorstehend sind Merkmale verschiedener Ausführungsformen beschrieben worden, sodass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Dem Fachmann dürfte klar sein, dass er die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als eine Grundlage zum Gestalten oder Modifizieren anderer Verfahren und Strukturen zum Erreichen der gleichen Ziele und/oder zum Erzielen der gleichen Vorzüge wie bei den hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Der Fachmann dürfte ebenfalls erkennen, dass solche äquivalenten Ausgestaltungen nicht von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass er hierbei verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vornehmen kann, ohne von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims (20)

  1. Verfahren mit den folgenden Schritten: Abscheiden einer dielektrischen Schicht über einem Substrat; Ätzen der dielektrischen Schicht, um eine Öffnung zu erzeugen, wobei ein erstes leitfähiges Strukturelement, das sich unter der dielektrischen Schicht befindet, zu der Öffnung freigelegt wird, wobei die dielektrische Schicht unter Verwendung eines Vorläufers, der Stickstoff enthält, hergestellt wird; Abscheiden einer Abstandshalter-Opferschicht, die sich in die Öffnung erstreckt; Strukturieren der Abstandshalter-Opferschicht, wobei ein unterer Teil der Abstandshalter-Opferschicht an einer Unterseite der Öffnung entfernt wird, um das erste leitfähige Strukturelement freizulegen, und ein erster vertikaler Teil der Abstandshalter-Opferschicht in der Öffnung und auf Seitenwänden der dielektrischen Schicht bestehen gelassen wird, um einen ersten Ring herzustellen; Herstellen eines zweiten leitfähigen Strukturelements in der Öffnung, wobei das zweite leitfähige Strukturelement von dem ersten Ring umschlossen ist und über dem ersten leitfähigen Strukturelement und mit diesem elektrisch verbunden angeordnet ist; und Entfernen zumindest eines Teils des ersten Rings, um einen Luftabstandshalter herzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abscheiden der dielektrischen Schicht ein Abscheiden eines High-k-Dielektrikum-Materials umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin ein Herstellen einer metallischen Verkappungsschicht über dem zweiten leitfähigen Strukturelement umfasst, wobei die metallische Verkappungsschicht einen Verlängerungsteil aufweist, der sich in den Luftabstandshalter erstreckt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin ein Herstellen einer metallischen Verkappungsschicht über dem zweiten leitfähigen Strukturelement umfasst, wobei der erste Ring entfernt wird, nachdem die metallische Verkappungsschicht hergestellt worden ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abscheiden der dielektrischen Schicht unter Verwendung eines ersten Vorläufers, der Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, und eines zweiten Vorläufers, der Stickstoff enthält, durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abscheiden der dielektrischen Schicht ohne Verwendung eines Porogens durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abscheiden der dielektrischen Schicht Folgendes umfasst: Abscheiden eines unteren Teils, der einen ersten prozentualen Stickstoff-Atomanteil hat; und Abscheiden eines oberen Teils über dem unteren Teil, wobei der obere Teil einen zweiten prozentualen Stickstoff-Atomanteil hat, der von dem ersten prozentualen Stickstoff-Atomanteil verschieden ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung einen Graben und eine Durchkontaktierungsöffnung, die sich unter dem Graben befindet, aufweist und der erste Ring in dem Graben angeordnet ist, und durch das Strukturieren der Abstandshalter-Opferschicht ein zweiter Ring zurückbleibt, der in der Durchkontaktierungsöffnung verbleibt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin ein Abscheiden einer Ätzstoppschicht über dem zweiten leitfähigen Strukturelement umfasst, wobei zu einem Zeitpunkt nach dem Abscheiden der Ätzstoppschicht der zweite Ring verbleibt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin ein Herstellen einer weiteren dielektrischen Schicht über der Abstandshalter-Opferschicht und ein Abdichten des Luftabstandshalters umfasst, wobei ein Restteil des ersten Rings verbleibt, der sich unter der weiteren dielektrischen Schicht befindet.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Ring vollständig entfernt wird.
  12. Struktur mit: einem Substrat; einem ersten leitfähigen Strukturelement über dem Substrat; einer ersten Ätzstoppschicht über dem ersten leitfähigen Strukturelement; einer dielektrischen Schicht über der ersten Ätzstoppschicht, wobei die dielektrische Schicht Stickstoff enthält, wobei die dielektrische Schicht ein High-k-Dielektrikum-Material aufweist; einem zweiten leitfähigen Strukturelement in der dielektrischen Schicht und der ersten Ätzstoppschicht, wobei das zweite leitfähige Strukturelement über und in Kontakt mit dem ersten leitfähigen Strukturelement angeordnet ist; einem Luftabstandshalter, der das zweite leitfähige Strukturelement umschließt, wobei Seitenwände des zweiten leitfähigen Strukturelements zu dem Luftabstandshalter freiliegen; und einer zweiten Ätzstoppschicht über und in Kontakt mit der dielektrischen Schicht, wobei die zweite Ätzstoppschicht außerdem über dem zweiten leitfähigen Strukturelement angeordnet ist.
  13. Struktur nach Anspruch 12, wobei die dielektrische Schicht einen oberen Teil und einen unteren Teil aufweist, wobei der obere Teil einen höheren prozentualen Stickstoff-Atomanteil als der untere Teil hat.
  14. Struktur nach Anspruch 12 oder 13, wobei sich der Luftabstandshalter von einer Oberseite der dielektrischen Schicht bis zu einer Unterseite der ersten Ätzstoppschicht erstreckt.
  15. Struktur nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die dielektrische Schicht eine Härte in einem Bereich von etwa 15 GPa bis etwa 35 GPa hat.
  16. Struktur nach einem der Ansprüche 12 bis 15, die weiterhin ein dielektrisches Material aufweist, das eine Seitenwand eines unteren Teils des zweiten leitfähigen Strukturelements kontaktiert, wobei ein oberer Teil des zweiten leitfähigen Strukturelements zu dem Luftabstandshalter freiliegt und das dielektrische Material und die dielektrische Schicht aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
  17. Struktur nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei sich kein dielektrisches Material zwischen dem zweiten leitfähigen Strukturelement und dem Luftabstandshalter befindet.
  18. Struktur mit: einem ersten leitfähigen Strukturelement; einem zweiten leitfähigen Strukturelement über und in elektrischer Verbindung mit dem ersten leitfähigen Strukturelement, wobei das zweite leitfähige Strukturelement Folgendes aufweist: eine Diffusionsbarriere, und ein metallisches Material in einer Mulde, die von der Diffusionsbarriere gebildet wird; einem Luftabstandshalter, der einen oberen Teil des zweiten leitfähigen Strukturelements umschließt; und einer dielektrischen Schicht, die den Luftabstandshalter umschließt, wobei die dielektrische Schicht ein High-k-Dielektrikum-Material aufweist, das Stickstoff enthält.
  19. Struktur nach Anspruch 18, die weiterhin ein dielektrisches Material aufweist, das einen unteren Teil des zweiten leitfähigen Strukturelements von der dielektrischen Schicht trennt, wobei das dielektrische Material direkt unter dem Luftabstandshalter und zu diesem freiliegend angeordnet ist.
  20. Struktur nach Anspruch 18 oder 19, wobei die dielektrische Schicht eine Härte in einem Bereich von etwa 15 GPa bis etwa 35 GPa hat.
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