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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung, enthaltend einen Schritt zur Bildung
eines Öffnungsteiles
in bzw. auf einem organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilm,
in welchem die relative dielektrische Leitfähigkeit geringer gemacht werden
kann als jene im Falle eines anorganischen Isolationsmaterials,
sowie auf eine Halbleitervorrichtung mit einer Verdrahtungs- bzw.
Leitungsstruktur einer sogenannten Damaszenenstruktur.
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Hintergrund-Technik
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Aufgrund
der Anforderungen an eine Halbleiterschaltung bei einer höheren Geschwindigkeit
mit geringerem Leistungsverbrauch ist Kupfer als Verdrahtungs- bzw.
Leitungsmaterial verwendet worden. Da es schwierig ist, eine Ätzung auf
Kupfer auszuführen,
sind das Doppel-Damaszener- bzw. Doppel-Damaszenen-Verfahren zur
Bildung von Leitergräben und
Durchgangslöcher
in einem Zwischenschicht-Isolationsfilm, sodann das Vergraben von Kupfer
darin zu einer Zeit in weitem Umfang angewandt worden. Das Doppel-Damaszenen-Verfahren wird
grob in einen ersten Durchgangstyp zum Gravieren bzw. Einätzen eines
Durchgangsstiftes zuerst und eines ersten Grabentyps zum Gravieren
bzw. Einätzen
eines Leitungsgrabens zuerst unterteilt.
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Unten
wird ein Verfahren zur Bildung eines ersten Durchgangstyps der Doppel-Damaszenenstruktur
erläutert
werden.
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1 bis 8 sind
Schnittansichten, die ein Verfahren zur Bildung einer konventionellen
Doppel-Damaszenenstruktur vom ersten Durchgangstyp zeigen. Es sei
darauf hingewiesen, dass in diesen Zeichnungen der Fall der weiteren
Bildung eines Durchgangslochs und einer Leiterschicht zusammen auf
einer Leitungs- bzw. Leiterschicht, jedoch der Grundprozess derselbe
ist wie im Falle der Bildung eines Durchgangslochs und einer Leiter-
bzw. Verdrahtungsschicht auf einem Halbleitersubstrat.
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Wie
in 1 gezeigt, sind auf einem ersten Zwischenschicht-Isolationsfilm 101,
der bereits mit einer Leiterschicht 102 gebildet ist, ein Ätz-Stoppfilm 103,
ein zweiter Zwischenschicht-Isolationsfilm 104, ein Ätz-Stoppfilm 105,
ein dritter Zwischenschicht-Isolationsfilm 106 und ein
harter Maskenfilm 107 in der Reihenfolge gestapelt.
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Wie
in 2 dargestellt, sind durch Anwendung einer Lithographietechnik
und einer Trockenätztechnik
der harte Maskenfilm 107, der dritte Zwischenschicht-Isolationsfilm 106,
der Ätz-Stoppfilm 105 und
der zweite Zwischenschicht-Isolationsfilm 104 teilweise
geätzt,
bis der Ätz-Stoppfilm 103 als
unterste Schicht freigelegt ist, so dass ein Durchgangsloch VH gebildet
ist.
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Wie
in 3 gezeigt, überzieht
ein Ätz-Stoppharz 108 die
gesamte Oberfläche
und ist in dem Durchgangsloch VH versenkt bzw. vergraben. Zu diesem
Zeitpunkt sind die Seitenwände
des Durchgangslochs VH gänzlich
mit dem Harz 108 überzogen.
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Wie
in 4 gezeigt, ist eine Abdeckung bzw. ein Abdeckmittel
R aufgebracht, und ein grabenförmiges
Leitungsmuster RP wird darauf durch Anwendung einer Lithographietechnik übertragen.
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Wie
in 5 gezeigt, werden durch Verwendung des Abdeckmittels
R als Maske das auf die obere Fläche
und die Seitenwände
des Durchgangslochs VH dünn
aufgebrachte Harz 108, der harte Maskenfilm 107 und
der dritte Zwischenschicht-Isolationsfilm 106 einer Trockenätzung unterzogen,
so dass ein Leitungsmustergraben CG eingeätzt ist.
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Zu
diesem Zeitpunkt verbleibt ein Harz 108b am Boden des Durchgangslochs
VH und wirkt als Stopper, wenn eine Ätzung in bzw. auf der harten Maske 107 und
dem dritten Zwischenschicht-Isolationsfilm 106 ausgeführt wird,
um so zu verhindern, dass eine untere Leitungsschicht (oder ein
Substrat) des Durchgangslochs VH infolgedessen beschädigt wird,
dass die Ätz-Stoppschicht 103 vergraben
ist. Die Ätz-Stoppschicht 103 ist
normalerweise dünn. Deshalb
ist die Ätz-Stoppschicht 103 unzureichend als
Stopper, wenn ein Ätzen
auf bzw. in der harten Maskenschicht 107 und der dritten
Zwischenschicht-Isolationsschicht 106 ausgeführt wird,
und ein Ätzstopper,
bestehend aus dem Harz 108b, ist erforderlich.
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Anschließend werden,
wie in 6 gezeigt, das Abdeckmittel R und die Harze 108a und 108b durch
Sauerstoff-Verascherung entfernt.
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Wie
in 7 dargestellt, wird eine Gesamt-Trockenätzung ausgeführt, um
freigelegte Bereiche der Ätz-Stoppbereiche 103 und 105 zu
entfernen. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil einer oberen Fläche der
harten Maskenschicht 107 abrasiert bzw. abgetragen, und
eine dünnere
harte Maskenschicht 107' bleibt
zurück.
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An
den Innenwänden
des Durchgangslochs VH und des Leitergrabens CG sind eine Schutz-Metallschicht 109 und
eine Kupferüberzugs-Keimschicht dünn gebildet,
und Kupfer 110 ist durch ein Überzugsverfahren vergraben.
Danach wird überschüssiges Kupfer
auf der oberen Fläche
durch Anwendung des CMP- (chemisch-mechanischen
Polier-)-Verfahrens entfernt. Zu dieser Zeit wirkt die harte Maskenschicht 107' als Polierstopper
beim CMP-Schritt des Kupfers. Die harte Maskenschicht 107' wird schließlich in
einem CMP-Schritt unter einer Bedingung bzw. einem Zustand entfernt,
die bzw. der verschieden ist von jenem im Falle von Kupfer.
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Aus
obigem ist, wie in 8 dargestellt, eine Doppel-Damaszenenstruktur
einer Kupferverdrahtung bzw. -leitung, bestehend aus der Schutz-Metallschicht 109 und
Kupfer 110, abgeschlossen.
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Zum
Zwecke der Verringerung einer Leitungsverzögerung ist eine organisch-basierte
Schicht relativ niedriger Dielektrizitätskonstante für einen Zwischenschicht-Isolationsfilm
vorgeschlagen worden.
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Wenn
eine organisch-basierte Schicht für bzw, als die zweiten und
dritten Zwischenschicht-Isolationsfilme 104 und 106 verwendet
wird, dann ändern
sich jedoch mit Rücksicht
darauf, dass das vergrabene Harz 108 und das Abdeckmittel
bzw. die Abdeckschicht R ebenfalls organisch basierte Schichten
sind, ein Durchgangsloch-Innenwandbereich der organisch-basierten
zweiten und dritten Zwischenschicht-Isolationsfilme 104 und 106 in
der Qualität oder
korrodieren in Schritten des Abschälens des vergrabenen Harzes 108 und
der Abdeckschicht R in 5 und 6. Daher
kann beim Schritt in 8 die Barriere- bzw. Schutz-Metallschicht 109 nicht
vorzugsweise auf dem Durchgangsloch-Innenwandbereich gebildet werden.
Infolgedessen diffundiert das Kupfer 110 in die zweiten
und dritten Zwischenschicht-Isolationsfilme 104 und 106,
wenn das Kupfer 110 vergraben ist, oder es entsteht ein
Leerraum im Kupfer 110, das in dem Durchgangsloch VH vergraben
ist, was zum Absinken der elektrischen Charakteristiken einer Vorrichtung
führt.
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Wenn
eine Korrosionsmenge der Zwischenschicht-Isolationsfilme 104 und 106 groß ist, entsteht außerdem eine
Vielfalt von Problemen, so dass bei dem Lithographieschritt ein
Linienbreiten-Fehler auftritt, ein Abstand zwischen der Leitung
und einer anderen Leitung nicht gewährleistet werden kann und davon
ein Ausrichtungsfehler entsteht.
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Offenbarung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, das einen Schritt einschließt, der
imstande ist, einen bereits gebildeten Öffnungsbereich eines organisch-basierten
Zwischenschicht-Isolationsfilms zu schützen, und eine Halbleitervorrichtung
bereitzustellen.
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Ein
Verfahren zur Erzeugung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obige
Aufgabe zu erzielen bzw. das obige Ziel zu erreichen, und es enthält einen
Schritt zur Aufbringung bzw. Niederschlagung von organisch-basierten
Zwischenschicht-Isolationsfilmen, einen Schritt zur Bildung eines Öffnungsbereiches
in den organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilmen und
einen Schritt zur Silylierung, um einen Wandstrukturbereich der
in dem Öffnungsbereich
freiliegenden organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilme
umzugestalten.
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Vorzugsweise
ist ferner ein Schritt zur Bildung von Schutzschichten eingeschlossen,
die ein anorganisch-basiertes Isolationsmaterial auf einer silylierten
Oberfläche
der Öffnungsbereichswandfläche enthalten.
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Außerdem ist
vorzugsweise ein Schritt zur Bildung einer organisch-basierten Substanz
in einem Zustand der Bildung mit dem Öffnungsbereich und der Entfernung
der organisch-basierten Substanz zumindest aus dem Öffnungsbereich
nach der Silylierung eingeschlossen.
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Ferner
wird bzw. ist vorzugsweise eine poröse organische Isolationsschicht
als organisch-basierte Zwischenschicht-Isolationsfilme gebildet.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obigen
Aufgaben bzw. Ziele zu erreichen, und es stellt ein Verfahren zur
Herstellung einer Halbleitervorrichtung dar, die einen Schritt zur
Bildung eines Öffnungsbereiches
in organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilmen umfasst,
einen Schritt zum Aufbringen bzw. Niederschlagen organisch-basierter
Zwischenschicht-Isolationsfilme einschließt, die ein Silylierungsmittel
enthalten, einen Schritt zur Bildung eines Öffnungsbereiches in den organisch-basierten
Zwischenschicht-Isolationsfilmen und einen Schritt zur Bildung von
Schutzschichten umfassen, bestehend aus einem anorganisch-basierten
Zwischenschicht-Isolationsmaterial auf einer inneren Wandfläche des Öffnungsbereiches,
der ein Silylierungsmittel enthält.
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Entsprechend
dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß den ersten und
zweiten Aspekten schreitet sogar in dem Fall, dass nach der Bildung
eines Öffnungsbereiches
in einem organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilm andere
organisch-basierte Materialien in den Öffnungsbereich eindringen und
dabei ein Schritt zur Beseitigung derselben vorhanden ist, die Ätzung eines
organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsmaterials in dem Öffnungsbereich-Innenwandteil nicht
fort, der in der Qualität
durch Silylierung des organisch-basierten Materials verändert ist.
Wenn beispielsweise ein nicht silyliertes Abdeckmittel in einem nachfolgenden
Fotolack- bzw. Fotoresist-Prozess entfernt wird, ist der Öffnungsbereich
durch den silylierten Bereich geschützt, und dessen Form verformt sich
nicht.
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Wenn
eine poröse
organisch-basierte Isolationsschicht bzw. ein poröser organisch-basierter
Isolationsfilm als organisch-basierter
Zwischenschicht-Isolationsfilm verwendet wird, diffundiert ein Silylierungsmittel
leicht. Wenn ein Silylierungsmittel in einem Zwischenschicht-Isolationsfilm
von Anfang an enthalten ist, wird außerdem der Silylierungsschritt
unnötig.
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Nach
einem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann lediglich durch Hinzufügung eines einfachen Silylierungsschrittes
ein Öffnungsbereich,
nachdem dieser in einem organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilm
gebildet ist, in einem Schritt zur Entfernung eines anderen organisch-basierten
Materials geschützt
werden, wie dies oben erläutert
ist. Daher kann die Mustergenauigkeit hoch gehalten werden, wenn
ein organisch-basierter Zwischenschicht-Isolationsfilm verarbeitet wird,
der eine niedrigere relative Dielektrizitätskonstante aufweist als jene
eines anorganisch-basierten Isolationsmaterials.
Wenn ein leitendes Material in dem Öffnungsbereich vergraben ist,
kann außerdem das
leitende Material bevorzugt vergraben werden. Infolgedessen wird
die Einführung
eines organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilms einfach,
und es kann leicht bzw. ohne weiteres eine Halbleitervorrichtung
mit einer höheren
Geschwindigkeit bei geringerem Leistungsverbrauch im Vergleich zu
einer Halbleitervorrichtung realisiert werden, die einen anorganisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilm
aufweist.
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Eine
Halbleitervorrichtung gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obige
Aufgabe bzw. das obige Ziel zu erreichen, und sie umfasst zwei organisch-basierte Zwischenschicht-Isolationsfilme,
die übereinander
gestapelt sind, wobei ein Durchgangsloch in einem Unterschicht-Zwischenschicht-Isolationsfilm
gebildet ist und wobei ein Leitungsgraben, der mit dem Durchgangsloch
verbunden ist, in einem Oberschicht-Zwischenschicht-Isolationsfilm
der bei den organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilme gebildet
ist, und sie weist eine Leitungskonfiguration auf, bei der ein leitendes
Material in dem Leitungsgraben und dem Durchgangsloch vergraben
ist, wobei ein Innenwandbereich des Durchgangslochs eines Unterschicht-Zwischenschicht-Isolationsfilms
der beiden Zwischenschicht-Isolationsfilme mit einer ein silyliertes
Molekül
enthaltenden Schicht und einer Schutzschicht versehen ist, die aus
einer anorganisch-basierten Isolationssubstanz besteht, welche in
bzw. an einem Durchgangsloch-Innenwand-Flächenbereich der das silylierte
Molekül
enthaltenden Schicht gebildet ist.
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In
dieser Halbleitervorrichtung wird die Form nicht deformiert, da
eine ein silyliertes Molekül
enthaltende Schicht und eine Schutzschicht auf einem Durchgangsloch-Innenwandbereich
des Unterschicht-Zwischenschicht-Isolationsfilms gebildet sind.
Infolgedessen ist ein leitendes Material bevorzugt vergraben, und
eine Lücke
bzw. Leerstelle, etc. tritt nicht auf. Wenn eine Vielzahl einer
derartigen Leitungsstruktur vorhanden ist, dann wird außerdem zwischen
Leitungen oder ein gegenseitiger Abstand zwischen den Leitungen
und einem Durchgangslochbereich konstant gehalten.
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Kurze Beschreibung
von Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht nach Bildung einer harten Maskenschicht bei
der Bildung einer konventionellen Doppel-Damaszenenstruktur eines
ersten Durchgangstyps.
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2 ist
eine Schnittansicht nach Bildung eines Durchgangslochs bei der Bildung
einer konventionellen Doppel-Damaszenenstruktur eines ersten Durchgangstyps.
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3 ist
eine Schnittansicht nach Vergraben einer organisch-basierten Substanz
bei der Bildung einer konventionellen Doppel-Damaszenenstruktur eines
ersten Durchgangstyps.
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4 ist
eine Schnittansicht nach Bildung eines Abdeckmittels mit einem Leitungsgrabenmuster bei
der Bildung einer konventionellen Doppel-Damaszenenstruktur eines
ersten Durchgangstyps.
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5 ist
eine Schnittansicht nach Bildung eines Leitungsgrabens bei der Bildung
einer konventionellen Doppel-Damaszenenstruktur eines ersten Durchgangstyps.
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6 ist
eine Schnittansicht nach Entfernen eines Abdeckmittels bzw. einer
Abdeckschicht und eines Harzes bei der Bildung einer konventionellen Doppel-Damaszenenstruktur
eines ersten Durchgangstyps.
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7 ist
eine Schnittansicht nach Entfernen eines Teiles einer Ätz-Stoppschicht
bei der Bildung einer konventionellen Doppel-Damaszenenstruktur eines
ersten Durchgangstyps.
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8 ist
eine Schnittansicht nach Ausführen des
CMP-Prozesses von
Kupfer bei der Bildung einer konventionellen Doppel-Damaszenenstruktur
eines ersten Durchgangstyps.
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9 ist
eine Schnittansicht einer Leitungsstruktur einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
gemäß der Erfindung.
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10 ist
eine Schnittansicht nach Bildung einer harten Maskenschicht bei
der Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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11 ist
eine Schnittansicht nach Bildung eines Durchgangslochs bei der Herstellung
einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
eine Schnittansicht nach Silylierung bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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13 ist
eine Schnittansicht nach Bildung einer Schutzschicht bei der Herstellung
einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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14 ist
eine Schnittansicht nach Bildung einer Abdeckschicht mit einem Leitungs-Grabenmuster
bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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15 ist
eine Schnittansicht nach Entfernen eines Teiles einer organisch-basierten
Antireflexionsschicht bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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16 ist
eine Schnittansicht nach Entfernen eines Teiles einer harten Maskenschicht
bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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17 ist
eine Schnittansicht nach Bildung eines Leitungsgrabens bei der Herstellung
einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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18 ist
eine Schnittansicht nach Entfernen einer Ätz-Stoppschicht bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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19 ist
eine Schnittansicht nach Bildung einer Schutzschicht bei der Herstellung
einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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20 ist
eine Schnittansicht nach Bildung eines Leitungsgrabens bei der Herstellung
einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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21 ist
eine Schnittansicht nach Ausführen
des CMP-Prozesses
bezüglich
Kupfer bei der Herstellung ei ner Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Beste Ausführungsform
zur Ausführung
der Erfindung
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[Erste Ausführungsform]
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9 ist
eine Schnittansicht einer Leitungsstruktur einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Hier wird der Fall der weiteren Bildung
eines Leitungsmusters einer Doppel-Damaszenenstruktur auf einer
Leitungsschicht als Beispiel beschrieben, bei dem ein Durchgangsloch
und eine Leitungsschicht integriert sind.
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Ein
leitendes Material ist in einem ersten Zwischenschicht-Isolationsfilm 1 vergraben,
und eine Leitungsschicht 2 einer unteren Ebene ist gebildet. Auf
dem ersten Zwischenschicht-Isolationsfilm 1 sind der
Reihe nach ein Ätz-Stoppfilm 3,
ein zweiter Zwischenschicht-Isolationsfilm 4, ein Ätz-Stoppfilm 5,
ein dritter Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 und ein harter Maskenfilm
bzw. eine harte Maskenschicht 7 gestapelt.
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In
dem Ätz-Stoppfilm 3 und
dem zweiten Zwischenschicht-Isolationsfilm 4 wird bzw.
ist ein Durchgangsloch gebildet. Das Durchgangsloch besitzt ein Muster
einer isolierten, angenäherten
Kreisform oder eine kurze Grabenform von oben her betrachtet, und es
ist zweckmäßigerweise
in einem geforderten Bereich der langen Leitungsschicht 2 der
unteren Ebene vorgesehen.
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Ein
Leitungsgraben, der eine Breite aufweist, die ein wenig breiter
ist als das Durchgangsloch, ist auf dem Ätz-Stoppfilm bzw. der Ätz-Stoppschicht 5 und
dem dritten Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 gebildet.
Der Leitungsgraben ist so gebildet, dass er ein bestimmtes Muster
ist, welches über
das Durchgangsloch verläuft.
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Eine
Trenn-Metallschicht 9 ist auf einer Innenwand des Leitungsgrabens
und des Durchgangslochs gebildet, und Kupfer 10 ist in
dem Leitungsgraben und dem Durchgangsloch über der Trenn-Metallschicht 9 vergraben.
Infolgedessen ist eine Doppel-Damaszenenstruktur gebildet.
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In
der Doppel-Damaszenenstruktur der vorliegenden Ausführungsform
bestehen insbesondere der zweite Zwischenschicht-Isolationsfilm 4 und der dritte
Zwischenschicht-Isolationsfilm beide aus einem organisch-basierten
Zwischenschicht-Isolationsmaterial,
vorzugsweise aus einem organisch-basiertem Isolationsmaterial, welches
eine niedrigere relative Dielektrizitätskonstante aufweist als jene
eines normalen anorganischen Zwischenschicht-Isolationsmaterials,
wie Siliziumdioxid.
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Ferner
werden als charakteristischer Punkt der vorliegenden Erfindung insbesondere
eine silylierte Schicht oder eine Silylierungsmittel-Diffusionsschicht 4a und
eine Schutzschicht 4b, die aus einem anorganisch-basierten
Isolationsmaterial besteht, welches durch Reaktion einer Oberfläche der
silylierten Schicht erhalten wird, auf einem Durchgangsloch-Seitenflächenteil
des zweiten Zwischenschicht-Isolationsfilmes 4 als untere
Schicht gebildet. Als Material der Schutzschicht 4b kann
Siliziumoxid, das durch Reaktion der silylierten Schicht oder der Silylierungsmittel-Diffusionsschicht 4a mit
Sauerstoff erzeugt wird, als Beispiel erwähnt werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass gemäß einem
später
erläuterten
Beispiel eines Herstellungsverfahrens eine silylierte Schicht oder
eine Silylierungsmittel-Diffusionsschicht und eine Schutzschicht ebenfalls
in einem Loch gebildet werden, wenn ein in dem dritten Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 gebildetes
Durchgangsloch in derselben Weise gebildet wird wie im Falle der
Innenwände,
wobei sie jedoch entfernt werden, wenn ein Leitungsgraben gebildet
wird, und in einer vervollständigten
Doppel-Damaszenenstruktur nicht erscheinen.
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Der
Grund für
die Bereitstellung der Schutzschicht 4b wird bei einem
später
erläuterten
Herstellungsverfahren erläutert
werden.
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Anschließend wird
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Verfahren zur Bildung der
Doppel-Damaszenenstruktur erläutert
werden.
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10 bis 18 sind
Schnittansichten im Hinblick auf die Herstellung einer Halbleitervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform.
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Auf
einem (nicht dargestellten) Halbleitersubstrat, welches mit einem
Element gebildet ist, ist eine in einem ersten Zwischenschicht-Isolationsfilm 1 vergrabene
Leitungsschicht 2 unterer Ebene entsprechend einer Förderung
gebildet. Die Leitungsschicht 2 der unteren Ebene kann
durch einen unten zu erläuternden
Doppel-Damaszenenprozess gebildet werden; hier wird jedoch eine
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung auf einer darauf gebildeten Leitungsschicht
erläutert
werden.
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Auf
dem ersten Zwischenschicht-Isolationsfilm 1 sind ein Ätz-Stoppfilm 3,
ein zweiter Zwischenschicht-Isolationsfilm 4, ein Ätz-Stoppfilm 5,
ein dritter Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 und ein harter Maskenfilm 7 in
der Reihenfolge durch das CVD-(chemische Dampfniederschlagungs-)-Verfahren
oder durch das Spin-Überzugsverfahren
gebildet.
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Als
zweite und dritte Zwischenschicht-Isolationsfilme 4 und 6 ist
ein organisch-basierter Zwischenschicht-Isolationsfilm mit einer
niedrigen relativen Dielektrizitätskonstante
vorzuziehen.
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Als
organisch-basierter Zwischenschicht-Isolationsfilm mit einer niedrigen
relativen Dielektrizitätskonstante
wird irgendein eine Methylgruppe enthaltender SiO2-Film,
ein Poly imid-basierter Polymerfilm, ein Parylen-basierter Polymerfilm, ein
Teflon-(registrierte Marke)-basierter Polymerfilm, ein Polyarylether-basierter
Polymerfilm und ein amorpher Kohlenstofffilm, der mit Fluor dotiert
ist, verwendet. Genauer gesagt kann als eine Methylgruppe enthaltendes
SiO2 "LKD-T400" (Produktname), hergestellt
von der JSR Corporation, verwendet werden. Als ein Polyarylether-basiertes
Polymermaterial kann beispielsweise "SiLK" (Marke),
hergestellt von der Dow Chemical Company, oder "FLARE" (Marke), hergestellt von Honeywell
Electronic Materials, verwendet werden.
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Als
Material für
die Ätz-Stoppfilme 3 und 5 und
den harten Masken- bzw. Maskierungsfilm 7 wird ein Material,
welches eine hohe Ätz-Selektivität aufweist
für ein
Zwischenschicht-Isolationsfilmmaterial, verwendet.
Außerdem
besitzt insbesondere der harte Maskenfilm 7 eine Rolle
als Stopper des CMP-Prozesses
(chemisch-mechanisches Polieren) von Kupfer, und ein Material davon
wird außerdem
durch Berücksichtigung
des betreffenden Punktes ausgewählt.
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Wenn
beispielsweise ein Polyarylether-basiertes Harz als organisch-basiertes
Isolationsmaterial niedriger relativer Dielektrizitätskonstante
ausgewählt
wird, wird Siliziumnitrid als Material der Ätz-Stoppfilme 3 und 5 und
des harten Maskenfilms 7 vorgezogen.
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Ein
spezifisches Beispiel der Bildung der gestapelten Filme bzw. Schichten
ist beispielsweise so, wie unten.
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Zunächst wird
ein SiN-Film mit um 50 nm oder so durch das CVD-Verfahren als ein Ätz-Stoppfilm 3 gebildet.
Als zweiter Zwischenschicht-Isolationsfilm 4 wird ein Polyarylether-basiertes Harz, welches
eine relative Dielektrizitätskonstante
von 2,6 aufweist, durch Spin-Überziehen
aufgebracht, und ein Lösungsmittel
wird durch Erwärmen
des Substrats auf 130°C
für 90
Sekunden abgeführt,
um eine End-Filmdicke von 350 nm zu erzielen. Außerdem wird das Substrat auf
300°C eine
Stunde lang erwärmt,
um den zweiten Zwischenschicht-Isolationsfilm 4 auszuhärten. Anschließend wird
als Ätz-Stoppfilm 5 ein
SiN-Film durch das
CVD-Verfahren gebildet, um 50 nm oder so zu sein. Als dritter Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 wird
ein Polyarylether-basiertes Harz mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von
2,6 in einem Spin-Überzug
aufgebracht, und ein Lösungsmittel
wird durch Erwärmen
des Substrats auf 130°C
für 90
Sekunden abgeführt,
um die End-Filmdicke von 250 nm zu erzielen. Außerdem wird das Substrat auf
300°C für eine Stunde
erwärmt, um
den dritten Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 auszuhärten. Schließlich wird
als harter Maskenfilm 7 ein SiN-Film durch das CVD-Verfahren
gebildet, um 120 nm oder so zu sein. Da bei diesem Beispiel der
harte Maskenfilm 7 und der Ätz-Stoppfilm 5 dasselbe
Material (SiN) sind, wird eine Dicke des harten Maskenfilms 7 so
festgelegt, dass sie ein wenig dick ist, so dass eine hinreichende
Filmdicke als Maske verbleibt, wenn ein Durchgangsloch gebildet
wird, oder als harte Maske, wenn der CMP-Prozess von Kupfer sogar
dann ausgeführt
wird, wenn eine Ätz-Stoppfilmdicke
abgezogen bzw. vermindert wird. Wenn die Dicke des Ätz-Stoppers 5 gegeben
ist mit 50 nm, genügen
120 nm oder so für
den harten Maskenfilm 7.
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Wie
in 11 veranschaulicht, ist in den gestapelten Filmen
bzw. Schichten 3 bis 7 ein Durchgangsloch VH durch
Anwendung einer Lithographietechnik und einer Trockenätztechnik
gebildet.
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Ein
spezifisches Beispiel der Bildung des Durchgangslochs ist beispielsweise
so, wie unten.
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Ein
organisch-basierter Antireflexionsfilm wird bzw. ist auf dem harten
Maskenfilm 7 gebildet, und eine Azetal-basierte chemisch
verstärkte
Abdeckschicht wird darauf aufgebracht. So wird beispielsweise durch
Anwendung einer KrF-Excimer-Laserbelichtungsvorrichtung ein Durchgangslochmuster
auf die Abdeckschicht übertragen
und für die
Musterbildung entwickelt.
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Wenn
beispielsweise eine KrF-Excimer-Laserbelichtung angewandt wird,
kann ein Loch mit einem Durchmesser von 180 nm bei Minimalabständen von
360 nm gebildet werden.
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Danach
werden durch reaktive Ionenätzung (RIE)
unter Heranziehung des Abdeckschichtmusters als Maske der harte
Maskenfilm 7, der dritte Zwischenschicht-Isolationsfilm 6,
der Ätz-Stoppfilm 5 und
der zweite Zwischenschicht-Isolationsfilm 4 kontinuierlich
durch aufeinanderfolgendes Umschalten eines Ätzgases geätzt. So kann beispielsweise
ein Mischgas aus CHF3, Ar und O2 verwendet
werden, wenn eine Ätzung
auf dem harten Maskenfilm 7 ausgeführt wird; ein Mischgas auf
NH3 und H2 kann
verwendet werden, wenn eine Ätzung
auf dem dritten Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 ausgeführt wird;
ein Mischgas aus C5F8,
CH2F2, Ar und O2 kann verwendet werden, wenn eine Ätzung auf
dem Ätz-Stoppfilm 5 ausgeführt wird;
und ein Mischgas auf NH3 und H2 kann
verwendet werden, wenn eine Ätzung
auf dem zweiten Zwischenschicht-Isolationsfilm 4 ausgeführt wird.
Obwohl von einem Abdeckmittelmaterial und einer Überzugsbedingung abhängig, wenn
eine Ätzung eines
feinen Loches mit dem obigen Durchmesser und Abständen erfolgt,
werden das Abdeckmittel und der organisch-basierte Antireflexionsfilm
ebenfalls weggeätzt,
wenn eine Ätzung
auf dem dritten Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 ausgeführt wird.
Beim Ätzen
nach dem Wegätzen
der Abdeckschicht, etc. wirkt der harte Maskierungsfilm 7 als
oberste Schicht als Ätzmaske.
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Als
Ergebnis wird ein Durchgangsloch VH gebildet.
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Bei
einem in 12 veranschaulichten Schritt
wird eine silylierte Schicht oder eine silylierte Diffusionsschicht 4a auf
einer freigelegten Oberfläche
der zweiten und dritten Zwischenschicht-Isolationsfilme 4 und 6 gebildet.
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Als
Verfahren zur Silylierung gibt es einen Dampf-Silylierungs-Abdeckmittelprozess,
durch den das Substrat, in dem das Durchgangsloch VH auf bzw. in
dem organisch-basierten Zwi schenschicht-Isolationsfilmen 4 und 6 gebildet
ist, dem Dampf eines Silylierungsmittels und einem Verfahren zur
Dotierung desselben in einer Lösung
ausgesetzt wird, die ein Silylierungsmittel enthält.
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Bei
dem Dampf-Silylierungs-Abdeckschichtprozess kann Dampf aus einem
Silylierungsmittel von Hexamethyldisilazen (HMDS), Dimethylsylildimethylamine
(DMSDMA), Trimethyldisilyzan (TMDS), Trimethyldimethylamin (TMSDMA),
Dimethylaminotrimethylsilan (TMSDEA), Heptamethyldisilazan (HeptaMDS),
Aryltrimethylsilan (ATMS), Hexamethyldisilan (HMD-Silan), bis[dimethylamino]dimethylsilan
(B[DMA]MS), bis[dimethylamino]dimethylsilan (B[DMA]DS), Hexamethylcyclotrisilazan (HMCTS)
oder Diaminosiloxan, etc. verwendet werden.
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Außerdem kann
als Lösung,
die ein Silylierungsmittel enthält,
beispielsweise eine Lösung
verwendet werden, die dadurch erhalten wird, dass irgendeines der
obigen Silylierungsmittel in einem Xylol, etc. gelöst wird
und dass 2-Metyhlpyrrolidon als Reaktionskatalysator hinzugefügt wird.
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Die
organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilme 4 und 6 werden
normalerweise auf eine hohe Temperatur erhitzt, um nicht Feuchtigkeit
zu absorbieren, und sie werden einer Verarbeitung zur soweit wie
möglichen
Entfernung einer OH-Gruppe unterzogen. Aufgrund eines Erhitzungswiderstandsproblems
kann die Wärmeverarbeitung jedoch
nicht bei einer sehr hohen Temperatur durchgeführt werden, und eine OH-Gruppe
wird normalerweise nicht vollständig
entfernt. Da die Innenwände nach
Bildung des Durchgangslochs VH einer Reinigungslösung nach dem Ätzen oder
Luft ausgesetzt sind, wird bzw. ist eine OH-Gruppe häufig mit bzw. an einem Ende
einer Polymerverbindung gebunden. Bei dem obigen Silylierungsprozess
werden die OH-Gruppe
und das Silylierungsmittel zur Reaktion und zur Bildung einer silylierten
Schicht auf den Lochinnenwänden
gebracht. Anders als die OH-Gruppe wird die silylierte Schicht in
einigen Fällen
auch durch Reaktion mit nicht gebundenen Seiten -O- von Sauerstoff
auf der Oberfläche
gebildet.
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In
diesem Sinne können
zur Förderung
der Silylierung die organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilme 4 und 6 auf
eine niedrigere Temperatur erhitzt werden als die normale Temperatur,
um ein Maß der
Nicht-Verschlechterung der Leistung zu erreichen, oder es erfolgt
eine Erhitzung bzw. eine Erwärmung
lediglich während
einer kürzeren Zeit
als der normalen Zeit, um eine Rest-OH-Gruppe zu steigern.
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Anders
als die oben gebildete silylierte Schicht wird in einigen Fällen eine
Silylierungsmittel-Diffusionsschicht erzeugt, die dadurch erhalten wird,
dass ein Silylierungsmittel von der Silylierungsschicht oder eine
ein silyliertes Polymer und ein diffundiertes Silylierungsmittel
enthaltende Schicht diffundiert werden. In diesem Falle gibt eine
in 12 mit den Bezugszeichen 4a und 6a bezeichnete Schicht
insgesamt irgendeine der Schichten oder eine Schicht in einem unterschiedlichen
Zustand an.
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Ein
spezifisches Beispiel einer Silylierung ist beispielsweise so, wie
unten.
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In
einer Silylierungs-Verarbeitungskammer wird das Substrat, während es
auf einer Heizplatte platziert und auf 250° erwärmt bzw. erhitzt wird, dem Dampf
eines Silylierungsmittels, beispielsweise DMSDMA bei in die Kammer
eingeführtem
75 Torr während
120 Sekunden ausgesetzt. Unter dieser Bedingung werden, wie in 12 veranschaulicht,
gemischte Schichten 4a und 6a aus einem silylierten Polymer
und einem diffundierten Silylierungsmittel mit einer Dicke von etwa
30 nm auf den freigelegten Loch-Innenwänden der organisch basierten
zweiten und dritten Zwischenschicht-Isolationsfilme 4 und 6 gebildet.
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Bei
dem Verfahren, gemäß dem das
Substrat dem Dampf eines Silylierungsmittels, wie oben, ausgesetzt
wird, kann dieselbe Kammer wie jene, die bei der HMDS-Verarbeitung
genutzt wird, zur Verbesserung des Haftvermögens vor Aufbringen der Abdeckschicht
benutzt werden. Demgemäß kann die
Silylierung ohne weiteres durch die Vorrichtungskonfiguration eines
konventionellen Überzieh-Entwicklers, etc.,
wie sie ist, oder durch Verwendung von einer Einrichtung realisiert
werden, die dadurch erhalten wird, dass eine Einheit einem Teil
davon hinzugefügt wird.
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Außerdem kann
bei dem Verfahren zur Dotierung des Substrats in einer silylierten
Lösung
eine allgemein verwendete Stapel- oder
eine einzige bzw. einzelne chemische Wafer-Verarbeitungsvorrichtung verwendet
werden. Demgemäß kann die
Silylierung ohne weiteres durch Ableitung von einer konventionellen
Vorrichtung realisiert werden.
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Bei
einem in 13 veranschaulichten Schritt
werden Oberflächenbereiche
bzw. -teile der silylierten Schicht oder der mit einem Silylierungsmittel
diffundierten Schichten 4a und 6a beispielsweise in
Siliziumoxid umgewandelt, um Schutzschichten 4b und 6b zu
bilden. Wenn die Schutzschichten 4b und 6b aus
Siliziumoxid bestehen, genügt
es, wenn lediglich das Substrat dem Oxidplasma ausgesetzt wird, und
eine normalerweise benutzte Trockenveraschungsvorrichtung und Trocken-Ätzvorrichtung können verwendet
werden. Wenn das Substrat einem Oxidplasma ausgesetzt wird, ist
es vorzuziehen, eine Verarbeitung dadurch auszuführen, dass die Oxidplasmaenergie
niedrig auf ein gewisses Maß festgelegt
wird, so dass Flächen
der silylierten Schicht oder der Silylierungsmittel-Diffusionsschichten 4a und 6a nicht
spratzen bzw. zerstäuben.
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Ein
spezifisches Beispiel zur Bildung der Schutzschicht ist beispielsweise
so, wie unten.
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Durch
Anwendung einer transfergekoppelten Plasma-Ätzvorrichtung als Trockenätzvorrichtung wird
eine Sauerstoff-Plasmaverarbeitung auf dem Substrat ausgeführt. Eine
Bedingung zu diesem Zeitpunkt ist beispielsweise, dass das Substrat
bei –10°C während 20
Sekunden einem Sauerstoff-Plasma, welches unter einer O2-Gasströmungsmenge
von 30 cm3/min (sccm-Standard – Kubikzentimeter
pro Minute; übliche
Einheit einer Gasströmung
in einer Halbleitervorrichtung; 1 cm3 Gas
pro Minute bei 0°C und
bei atmosphärischem
Druck) erzeugt wird, einem Druck von 5 mTorr, der oberen HF-Leistung
von 20 W und der unteren HF-Leistung von 5W ausgesetzt wird. Infolgedessen
reagieren silylierte Moleküle
oder ein Silylierungsmittel mit Sauerstoff, und Siliziumoxidschichten 4b und 6b werden
in einer Dicke von etwa 8 nm auf den Lochinnenwandflächen der zweiten
und dritten Zwischenschicht-Isolationsfilme 4 und 6 gebildet,
wie in 13 veranschaulicht. Bei einem
in 14 dargestellten Schritt wird bzw. ist ein organischer
Film bzw. eine organische Schicht 8 für einen Ätzschutz eines Durchgangsloch-Bodenbereiches
zuerst gebildet.
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Als
organischer Film 8 kann ein organisch-basierter Antireflexionsfilm
verwendet werden. In diesem Falle genügt es, wenn eine Vergrabungshöhe in dem
Durchgangsloch-Bodenbereich zur Zeit eines Spin-Überziehens des organisch-basierten
Antireflexionsfilmes 8 geringer ist als eine Höhe des Ätz-Stoppfilms 5 in
der Mitte, und die Seitenwände des
Durchgangslochs im oberen Bereich sind vorzugsweise leicht bzw.
dünn mit
dem organisch-basierten Antireflexionsfilm 8 überzogen.
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Ein
Abdeckmittelmuster R für
einen Leitungsgraben wird kontinuierlich gebildet.
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Ein
spezifisches Beispiel zur Bildung eines Abdeckmittels ist beispielsweise
so, wie unten.
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Ein
chemisch verstärkter
Negativlack R wird in einer Dicke von 530 nm oder so auf dem organisch-basierten
Antireflexionsfilm 8 aufgebracht, und ein Leitungs-Grabenmuster
wird durch eine KrF-Eximer-Laserbelichtungsvorrichtung übertragen
und entwickelt. Infolgedessen wird auf einem oberen Bereich des
harten Maskenfilms 7 ein Abdeckmittel R aus einem Leitungs-Grabenmuster
mit derselben Breite oder ein wenig breiter als ein Durchgangslochdurchmesser
gebildet. Hier beträgt
eine minimale Breite des Leitungs-Grabenmusters 180 nm, was dasselbe
ist wie der Durchgangsloch-Durchmesser, und die Minimalabstände sind
360 nm.
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Wenn
von dem Leitungsbreitenstandard und dem Ausrichtungsstandard in
einem Lithographieschritt eines Leitungsgrabens abgewichen wird, werden
der organisch-basierte Antireflexionsfilm 8 und das Abdeckmittel
R abgeschält,
und ein organisch-basierter Antireflexionsfilm und das Abdeckmittel
werden erneut überzogen.
Wenn der organisch-basierte Antireflexionsfilm 8 und das
Abdeckmittel R abgeschält
werden, erfolgt eine Reinigung mit einer Reinigungslösung nach
einer Sauerstoffplasma-Veraschung.
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Bei
der Sauerstoffplasma-Veraschung wird beispielsweise eine Abwärtsströmungs-Veraschungsvorrichtung
verwendet, O2 (eine Strömungsmenge: 1700 cm3/min) und ein Mischgas (eine Strömungsmenge:
400 cm3/min) aus H2 und
N2 als Puffergas werden in eine Kammer unter
einem Gasdruck von 1,5 Torr eingeströmt, um eine Verarbeitung mit einer
HF-Leistung von 1700 W bei einer Substrattemperatur von 200°C während 90
Sekunden auszuführen.
Zu diesem Zeitpunkt werden bzw. sind die Endflächen im Loch der zweiten und
dritten Zwischenschicht-Isolationsfilme 4 und 6 durch
die Schutzschichten 4b und 6b geschützt.
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Ein
allgemein angewandtes RCA-Reinigungsverfahren wird bei dem Reinigungsprozess
danach angewandt, und es werden beispielsweise eine SC-1-Reinigungslösung (eine
Mischlösung
aus NH4OH, H2O2 und H2O) und eine
SC-2-Reinigungslösung
(eine Mischlösung
aus HCl, H2O2 und
H2O) verwendet.
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Bei
einem in 15 veranschaulichten Schritt
wird eine Ätzung
auf bzw. in dem organisch-basierten Antireflexionsfilm 8 unter
Heranziehung der gebildeten Abdeckschicht R als Maske ausgeführt. Zu
diesem Zeitpunkt wird ein organisch-basierter Antireflexionsfilmbereich,
der von der Mitte bis zum oberen Bereich der Innenwände der
Durchgangslöcher
VH dünn
aufgebracht ist, entfernt, und der organisch-basierte Antireflexionsfilm 8 wird
in einen Bereich 8a unmittelbar unterhalb der Abdeckschicht
R und in einem Bereich 8b am Durchgangsloch-Bodenbereich aufgeteilt.
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Bei
einem anschließenden,
in 16 veranschaulichten Schritt wird eine Trockenätzung unter Heranziehung
der Abdeckschicht R ausgeführt,
um einen Teil des harten Maskenfilms 7 zu entfernen, der zu
dem Leitungsgrabenmuster freiliegt. Wenn der harte Maskenfilm 7 aus
Siliziumnitrid besteht, wird bei der Trockenätzung ein Mischgas aus CHF3, Ar und O2 verwendet.
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In
diesem Zustand wird eine Trockenätzung zur
Bildung eines Leitungsgrabens durch Einschalten eines Ätzgases
ausgeführt.
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Ein
spezifisches Beispiel der Ätzung
ist beispielsweise so, wie unten.
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Zunächst wird
eine Ätzung
durch Anwendung eines Mischgases aus C5F8, Ar und O2 ausgeführt, um
die Schutzschicht (Siliziumoxidfilm) 6b auf bzw. an dem
Lochinnenwandbereich des dritten Zwischenschicht-Isolationsfilms 6 und
einer Mischschicht 6a aus silyliertem Polymer und einem
diffundierten Silylierungsmittel zu ätzen. Durch Umschalten auf
ein Ätzgas
aus einem organisch-basierten Isolationsmaterial wird fortwährend eine Ätzung durch
Nutzung der Abdeckschicht R als Maske ausgeführt, um das Leitungsgrabenmuster
auf den dritten Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 zu übertragen. Die
Abdeckschicht bzw, das Abdeckmittel R und der organisch-basierte
Antireflexionsfilm 8a bestehen aus demselben organisch-basierten Material
wie der dritte Zwischenschicht-Isolationsfilm 6, so dass,
obwohl eine Abhängigkeit
von einer Filmdicke der Abdeckschicht und einer Tiefe des Leitungsgrabens vorhan den
ist, diese Schichten bzw. Filme R und 8a normalerweise
entfernt werden, wenn eine Ätzung auf
dem dritten Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 ausgeführt wird.
Nach Entfernen des Abdeckmittels R wirkt der Ätz-Stoppfilm 5 in
der Mitte als Schutzschicht des Durchgangslochs VH. Ein Abschnitt
nach dem Ätzen
ist in 17 veranschaulicht.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn das Abdeckmittel R nicht
weggeätzt
wird, wenn das Ätzen
auf dem dritten Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 ausgeführt wird,
oder in dem Fall, dass die Steuerbarkeit eines Ätzendpunktes so hoch ist, dass
eine Form des Durchgangslochs VH sich während des Ätzens oder des vorherigen Ätzens der
Schutzschicht 6b, etc. nicht verformt, der Ätz-Stopper 5 in
der Mitte unnötig
wird bzw. ist, und ein Bildungsschritt davon beim Schritt in 10 weggelassen
werden kann. Wenn der organisch-basierte Antireflexionsfilmbereich 8b in
dem Durchgangsloch-Bodenbereich sogar ein wenig beim Ätzendpunkt
verbleibt, wie in 17 veranschaulicht, kann außerdem der Ätz-Stoppfilm 3 der
untersten Schicht ebenfalls weggelassen werden. Umgekehrt kann dann,
wenn der unterste Ätz-Stoppfilm 3 hinreichend
dick ist, ein Schritt zum Vergraben einer organischen Substanz eines
Antireflexionsfilmes, etc. weggelassen werden.
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Bei
dem dargestellten Beispiel mit den Ätz-Stoppfilmen 3 und 5 ist
ein in 18 dargestellter Schritt erforderlich.
Es werden nämlich
ein Teil bzw. Bereich des Ätz-Stoppfilmes 3 an
der Durchgangsloch-Bodenfläche
und ein Teil des Ätz-Stoppfilmes 5 an
der Leitungsgraben-Bodenfläche
durch die Gesamtätzung
entfernt.
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Ein
spezifisches Beispiel der Gesamtätzung ist
so, wie beispielsweise unten.
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Wenn
die Ätz-Stoppfilme 3 und 5 aus
Siliziumnitrid bestehen, wird eine Gesamtätzung (Rückätzung) durch Verwendung eines
Mischgases aus C5F8,
CH2F2, Ar und O2 ausgeführt,
um die Ätz- Stoppfilme 3 und 5 in
dem Durchgangsloch oder in dem Leitungsgraben zu entfernen. Zu diesem
Zeitpunkt vermindert sich eine Dicke des harten Maskenfilms 7, der
aus demselben Material besteht, und er wird zu einem dünneren Film 7' als der ursprüngliche
Film.
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Sodann
werden nach Reinigen des Substrats eine Barrieren- bzw. Trenn-Metallschicht
und ein Kupferplattierungs-Keimfilm auf den Innenwänden des
Durchgangslochs und des Leitungsgrabens gebildet, und Kupfer wird
in dem Durchgangsloch und in dem Leitungsgraben zu einem Zeitpunkt
durch Anwendung einer Überziehtechnik
vergraben. Sodann wird durch Anwendung der CMP-Technik bzw. des CMP-Verfahrens überschüssiges Kupfer
auf der oberen Oberfläche
entfernt. Zu diesem Zeitpunkt wirkt der harte Maskenfilm 7' als Endpunktstopper
des CPM. Danach ist durch Entfernen des harten Maskenfilms 7' die Doppel-Damaszenen-Kupferleitungsstruktur,
die in 9 veranschaulicht ist, fertig gestellt.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass in dem Fall, dass die Steuerbarkeit
des CPM-Endpunkts von Kupfer hoch ist, sogar ohne dass der harte
Maskenfilm 7' und
die Abdeckschicht nicht weggeätzt
werden bzw. sind, wenn ein Ätzen
des in 11 gezeigten Durchgangslochs
ausgeführt
wird und ein Ätzen
des in 17 dargestellten Leitungsgrabens
ausgeführt wird,
der harte Maskenfilm 7' von
Anfang an weggelassen werden kann.
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Da
bei der vorliegenden Ausführungsform die
Durchgangsloch-Innenwandbereiche
der zweiten und dritten Zwischenschicht-Isolationsfilme 4 und 6 silyliert
sind, um die Schutzschichten 4b und 6b zu bilden,
werden sogar in dem Fall, dass die zweiten und dritten Zwischenschicht-Isolationsfilme 4 und 6 aus
einem organisch-basierten Isolationsmaterial mit einer niedrigen
relativen Dielektrizitätskonstante
bestehen, die Durchgangsloch-Innenwände bei einem Schritt des Abschälens einer
Abdeckschicht oder eines andere organisch-basierten Materials und
dem Ätzen
eines anderen organisch basierten Iso lationsmaterials nicht angegriffen.
Somit besteht ein Vorteil darin, dass eine bevorzugte Lochform bis
zum Ende aufrechterhalten werden kann. Daher kann die Trenn-Metallschicht 9 vorzugsweise
gebildet werden; das Kupfer 10 diffundiert nicht in die
Zwischenschicht-Isolationsfilme 4 und 6, wenn
das Kupfer 10 vergraben ist, und eine Leerstelle des Kupfers 10 tritt in
dem Durchgangslochbereich nicht auf. Ferner wird zwischen den Leitungen
oder ein gegenseitiger Abstand zwischen der Leitung und dem Durchgangslochbereich
konstant gehalten. Infolgedessen werden die elektrischen Charakteristiken
einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der Mehrschicht-Leitungsstruktur
bevorzugt.
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Da
der Silylierungsschritt lediglich das Substrat gegenüber dem
Dampf oder eine Lösung
eines Silylierungsmittels freilegt, kann eine konventionelle Verarbeitungsvorrichtung
so, wie sie ist, oder durch teilweises Verändern angewandt werden, so
dass dies keine starke Steigerung von Kosten im Prozess hervorruft.
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Durch
Kombinieren der Doppel-Damaszenen-Kupferleitungsstruktur und eines
organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilms mit einer niedrigen
relativen Dielektrizitätskonstante
kann ohne weiteres eine hochintegrierte Halbleitervorrichtung, die
bei einer hohen Geschwindigkeit mit niedrigem Leistungsverbrauch
arbeitet, unter niedrigen Kosten hergestellt werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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Als
ein modifiziertes Beispiel einer ersten Ausführungsform kann der mit einem
Durchgangsloch ausgebildete zweite Zwischenschicht-Isolationsfilm 4 aus
einem organisch-basierten Isolationsmaterial gebildet sein.
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Bei
dem in 10 veranschaulichten Schritt ist
anstatt des zweiten Zwischenschicht-Isolationsfilms 4,
der aus einem or ganisch-basierten Isolationsmaterial gebildet ist,
ein zweiter Zwischenschicht-Isolationsfilm gebildet, der aus einem
anorganisch-basierten Isolationsmaterial, beispielsweise aus Siliziumoxid
besteht. Der anorganisch-basierte zweite Zwischenschicht-Isolationsfilm
wird in der nachstehenden Erläuterung
und in den Zeichnungen mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet.
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Ein
Durchgangsloch VH wird bzw. ist dadurch gebildet, dass von einem
organisch-basierten Ätzzustand
in einen anorganisch-basierten Ätzzustand
in derselben Weise wie in 11 umgeschaltet wird
und dass eine Silylierung des organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilmes
und die Bildung einer Schutzschicht in nachfolgenden Schritten ausgeführt werden,
wie in 12 und 13 veranschaulicht.
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19 ist
eine Schnittansicht nach der Bildung einer Schutzschicht bei der
zweiten Ausführungsform.
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Da
der zweite Zwischenschicht-Isolationsfilm 40 anorganisch
basiert ist, ist er nicht silyliert, so dass auch keine Schutzschicht
gebildet ist. Da ein Material des zweiten Zwischenschicht-Isolationsfilmes 40 selbst
ein anorganisch basiertes Material ist, welches kaum korrodiert
wird bzw. ist, wenn eine Ätzung
auf einem organisch basierten Material ausgeführt wird, ist die Bildung eines
Schutzfilmes bzw. einer Schutzschicht nicht erforderlich. Andererseits
werden auf den Durchgangsloch-Innenwänden des organisch basierten
dritten Zwischenschicht-Isolationsfilmes 6 eine silylierte
Schicht oder eine silylierte Agens-Diffusionsschicht 6a und
eine Schutzschicht 6b in derselben Weise gebildet wie bei
der ersten Ausführungsform.
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Nachstehend
werden in derselben Weise wie bei der ersten Ausführungsform
ein Schritt des Vergrabens des Durchgangsloches aus einem organischen
Material (beispielsweise eines organisch-basierten Antireflexionsfilms)
und ein Schritt zur Bil dung eines Leitungsgrabens ausgeführt, und
Kupfer wird in dem Durchgangsloch und dem Leitungsgraben zu einer
Zeit vergraben, um die Kupferleitungsstruktur zu vervollständigen.
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20 ist
eine Schnittansicht nach der Bildung des Leitungsgrabens. 21 ist
eine Schnittansicht der vervollständigten Kupferleitungsstruktur.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
werden bzw. sind die silylierte Schicht oder die Silylierungsmittel-Diffusionsschicht 6a und
die Schutzschicht 6b lediglich auf der Seite des dritten
Zwischenschicht-Isolationsfilms 6 als obere Schicht gebildet; sie
werden jedoch entfernt, wenn ein Ätzen in dem Leitungsgraben
(20) ausgeführt
wird, und sie erscheinen nicht auf der kompletten bzw. vervollständigten
Leitungsstruktur (21).
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Da
die Lochseitenwände
auf der Seite des dritten Zwischenschicht-Isolationsfilmes 6 als
einer oberen Schicht teilweise bei der vorliegenden Ausführungsform
geschützt
sind, liegt jedoch ein Vorteil darin, dass eine Form eines Loch-Oberbereiches sich
sogar dann nicht verformt, wenn die Bildung einer Abdeckschicht
zur Zeit der Lithographie eines Leitungsgrabens in irgendeiner Anzahl
von Malen wiederholt wird. Insbesondere im Falle der Aufbringung
einer randlosen Kontaktstruktur, bei der eine Leitungsgrabenmusterbreite
und ein Durchgangslochdurchmesser darunter nahezu gleich sind, wenn eine
Form eines Loch-Oberteiles durch Abschälen einer Abdeckschicht, etc.
verformt wird, führt
dies unmittelbar zu einer Leitungsmusterverformung. Bei der vorliegenden
Erfindung kann jedoch mit Rücksicht darauf,
dass die Lochinnenwände
des dritten Zwischenschicht-Isolationsfilmes 6 durch die
Schutzschicht 6b bis zu einem geforderten Punkt geschützt sind,
ein Problem einer Musterverformung als solche effektiv verhindert
werden.
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Insbesonders
die Verhinderung einer Musterverformung in einem Durchgangslochbereich
ist wirksam zur Steuerung von Schwankungen zwischen den Endverdrahtungen
oder einem gegenseitigen Abstand zwischen der Verdrahtung bzw. Leitung
und dem Durchgangsloch, und eine Leerstelle beim Vergraben von Kupfer
wird ein Problem in einem Durchgangslochbereich mit einem kleinen Durchmesser.
Daher können
dieselben Wirkungen bzw. Effekte wie bei der ersten Ausführungsform
lediglich dadurch erzielt werden, dass die Durchgangsloch-Innenwände des
Zwischenschicht-Isolationsfilmes 4 als einer unteren Schicht
wie bei der vorliegenden Ausführungsform
geschützt
werden.
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Andererseits
besteht hinsichtlich der Verringerung einer Kapazität zwischen
Leitungen der dritte Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 aus
einem organisch-basierten Isolationsmaterial mit einer niedrigen relativen
Dielektrizitätskonstante
bei der vorliegenden Ausführungsform;
dabei gibt es Vorteile, dass zumindest eine Koppelkapazität zwischen
Leitungen verringert werden kann und dass eine Halbleitervorrichtung
mit einer hohen Geschwindigkeit bei niedrigem Leistungsverbrauch
im Vergleich zu dem Fall der Verwendung lediglich eines anorganischen
Zwischenschicht-Isolationsfilms bevorzugt hergestellt werden kann.
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[Dritte Ausführungsform]
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Wenn
bei den obigen ersten und zweiten Ausführungsformen die organisch-basierten
Zwischenschicht-Isolationsfilme aus einem porösen Film bestehen, wird die
Diffusion eine Silylierungsmittels beschleunigt, und eine silylierte
Schicht oder eine Silylierungsmittel-Diffusionsschicht kann ohne
weiteres gebildet werden.
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Ein
spezifisches Beispiel zur Bildung des porösen Filmes ist so, wie unten.
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Als
dritter Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 (und zweiter Zwischenschicht-Isolationsfilm 4)
wird, wie in 10 veranschaulicht, ein Polyarylether-basiertes
Harz eines porösen
Typs verwendet. Da dort eine Anzahl von Leerstellen vorhanden ist,
diffundiert ein Silylierungsmittel leicht beim Silylierungsschritt, wie
in 12 veranschaulicht, und an den Lochinnenwänden werden
eine stabilere Silylierungsmittel-Diffusionsschicht, eine silylierte
Schicht und ein Siliziumoxidfilm (Schutzschicht) gebildet.
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Ein
Zwischenschicht-Isolationsfilm aus einem Polyarylether-basierten Harz eines
porösen Typs
wird durch Ausführen
eines Spin-Überziehens eines
flüssigen
Materials, welches durch Auflösen
eines Polyarylether-basierten Polymers und eines organischen Olygomers
in einem Lösungsmittel
erhalten wird, auf einem Substrat erzielt, wobei das Abführen des
Lösungsmittels
durch Erwärmen
des Substrats auf 130°C
während
90 Sekunden erfolgt, und wobei sodann die Erwärmung des Substrats bei 300°C während einer
Stunde oder so zum Aushärten erfolgt.
Wenn eine Erwärmung
zum Aushärten
erfolgt, wird das organische Olygomer pyrolysiert, und es wird eine
große
Anzahl von feinen Leerstellen gebildet.
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Bei
der anschließenden
Silylierungsverarbeitung wird das Substrat, während es auf einer Heizplatte
in der Kammer platziert und auf 250°C erwärmt wird, dem Dampf eines Silylierungsmittels
DMSDMA ausgesetzt, welches in die Kammer durch eine bzw. in einer
Strömungsmenge
von 50 Torr während
genau 90 Sekunden einströmt.
Infolgedessen wird eine gemischte Schicht aus silylierten Molekülen und
einem diffundierten Silylierungsmittel, die dicker ist als jene
in der ersten Ausführungsform,
beispielsweise 30 nm, auf einem Lochinnenwandbereich eines organisch-basierten
Zwischenschicht-Isolationsfilmes gebildet.
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Danach
wird in derselben Weise wie bei der ersten Ausführungsform eine Schutzschicht,
die aus Siliziumoxid besteht, durch eine Oxid-Plasmaverarbeitung
gebildet.
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[Vierte Ausführungsform]
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Bei
den oben erläuterten
ersten und zweiten Ausführungsformen
können
jene, denen ein Silylierungsmittel gänzlich in dem organisch-basierten
Zwischenschicht-Isolationsfilm zuerst hinzugefügt sind, verwendet werden.
Aufgrund dieses Umstandes wird der Silylierungsschritt, der in 12 veranschaulicht ist,
unnötig.
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Ein
spezifisches Beispiel zur Bildung eines ein Silylierungsmittel enthaltenden
organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilms ist so, wie
unten.
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Wenn
der dritte Zwischenschicht-Isolationsfilm 6 (und der zweite
Zwischenschicht-Isolationsfilm 4), wie in 10 veranschaulicht,
gebildet werden, wird ein flüssiges
Material, welches durch Auflösen eines
Polyarylether-basierten Polymers und DMSDMA als Silylierungsmittel
mit 10 Gewichtsprozent oder so in einem Lösungsmittel durch einen Spin-Überzug auf
eine Oberfläche
aufgebracht, um mit einem organischen Isolationsfilm gestapelt zu werden;
das Substrat wird bei 130°C
während
90 Sekunden erwärmt,
um das Lösungsmittels
abzuführen, und
sodann wird das Substrat bei 300°C
während
einer Stunde zur Aushärtung
erwärmt.
Als Ergebnis wird ohne weiteres ein organisch-basierter Zwischenschicht-Isolationsfilm
gebildet, der ein Silylierungsmittel enthält. Ein Gehalt des Silylierungsmittels wird
bestimmt, so dass die relative Dielektrizitätskonstante des organisch-basierten
Isolationsmaterials nicht sehr hoch wird.
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Der
organisch-basierte Zwischenschicht-Isolationsfilm enthält ein Silylierungsmittel
oder er ist teilweise silyliert, so dass eine Silylierungsverarbeitung weggelassen
werden kann.
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Danach
kann ohne weiteres in derselben Weise wie bei der ersten Ausführungsform
allein dadurch, dass das Substrat einem Sauerstoffplasma ausgesetzt
wird, eine Schutzschicht, bestehend aus Siliziumoxid, auf den Lochinnenwänden gebildet
werden.
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Bei
den obigen ersten bis vierten Ausführungsformen ist der Fall der
Bildung einer Doppel-Damaszenenstruktur-Leitungsschicht auf einer
Leitungsschicht mittels der Zeichnungen erläutert; die betreffenden Ausführungsformen
können
jedoch in derselben Weise auf den Fall der Bildung einer Doppel-Damaszenenstruktur-Leitungsschicht
auf dem Substrat angewandt werden.
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Auch
die Ätz-Stoppfilme 3 und 5 und
die harten Maskenfilme 7 und 7' können in Abhängigkeit von dem Fall, wie
oben erläutert,
weggelassen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Ätz-Stoppfilm 5 in
der Mitte vorzugsweise so weit wie möglich hinsichtlich einer leichten
Steuerbarkeit eines Trocken-Ätzens bereitgestellt
wird.
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Überdies
ist ein in der Durchgangsloch-Bodenfläche zu vergrabendes organisches
Material nicht auf ein Antireflexionsmaterial beschränkt. So kann
beispielsweise im Falle der Anwendung eines Mehrschicht-Abdeckmittelprozesses
unter Verwendung eines unteren Schichtfilmes und einer Si enthaltenen
Abdeckschicht oder des unteren Schichtfilmes, eines SOG (Spin auf
Glas) und eines oberen Schichtabdeckmittels beim Fotolithographieschritt zur
Bildung eines Leitungsgrabens der untere Schichtfilm auf dem Durchgangsloch-Bodenbereich belassen
werden. Wenn eine Trockenätzung
auf dem unteren Schichtfilm ausgeführt wird, kann nämlich ein
Teil des unteren Films auf dem Loch-Unterbereich belassen und als
Trocken-Ätzstopper
genutzt werden.
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Außerdem wurde
bei den obigen vier Ausführungsformen
eine aus Siliziumoxid bestehende Schutzschicht dadurch gebildet,
dass beim Silylierungsschritt einem Sauerstoffplasma ausgesetzt wurde;
dies ist jedoch lediglich ein Beispiel, und eine Schutzschicht,
die beispielsweise aus Siliziumnitrid besteht, kann dadurch gebildet
werden, das sie einem Nitridplasma oder einem Nitridradikal ausgesetzt
wird.
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Anders
als oben kann eine Vielfalt von Modifikationen im Rahmen der vorliegenden
Erfindung vorgenommen werden.
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Zusammenfassung
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem verhindert
ist, dass eine bereits gebildete Öffnungsbereich-Innenwand eines
organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilmes sich in der Qualität ändert oder
korrodiert, wenn eine Ätzung
auf einem anderen organischen Material ausgeführt wird. Das Herstellungsverfahren
umfasst einen Schritt zur Niederschlagung bzw. Ablagerung von organisch-basierten
Zwischenschicht-Isolationsfilmen (4, 6), einen
Schritt zur Bildung einer Öffnung in
den organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilmen (4, 6)
und einen Schritt der Silylierung eines Wandflächenbereiches der organisch-basierten Zwischenschicht-Isolationsfilme
(4, 6), die in dem Öffnungsbereich zur Umbildung
freigelegt sind (die Bildung von umgebildeten Schichten (4a, 6a)
durch Silylierung). Ein bevorzugteres Herstellungsverfahren umfasst
ferner einen Schritt zur Bildung von Schutzschichten (4b, 6b),
die ein anorganisch-basiertes
Isolationsmaterial auf einer Oberfläche der silylierten Öffnungsbereichs-Wandfläche enthalten.
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- 1
- erster
Zwischenschicht-Isolationsfilm
- 2
- Leitungsschicht
untere Ebene
- 3,
5
- Ätz-Stoppfilm
- 4
- zweiter
Zwischenschicht-Isolationsfilm
- 4a
- silylierte
Schicht, silylierte Diffusionsschicht
-
- oder
gemischte Schicht
- 4b
- Siliziumoxidschicht
(Schutzschicht)
- 6
- dritter
Zwischenschicht-Isolationsfilm
- 6a
- silylierte
Schicht, silylierte Diffusionsschicht
-
- oder
gemischte Schicht
- 6b
- Siliziumoxidschicht
(Schutzschicht)
- 7,
7'
- harter
Maskenfilm
- 8,
8a, 8b
- organisch-basierter
Antireflexionsfilm (organischer
-
- Film)
- 9
- Trenn-Metallschicht
- 10
- Kupfer
- 40
- zweiter
Zwischenschicht-Isolationsfilm
- R
- Abdeckschicht
- VH
- Durchgangsloch