DE69935401T2

DE69935401T2 - Herstellungsverfahren für ein Zwischenmetalldielektrikum aus Luft in einer integrierten Schaltung

Info

Publication number: DE69935401T2
Application number: DE69935401T
Authority: DE
Inventors: Jerome Alieu; Christophe Lair; Michel Haond
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2019-10-02
Also published as: FR2784230B1; JP2000114364A; EP1014439A1; DE69935401D1; US6812113B1; JP4677068B2; FR2784230A1; EP1014439B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft auf allgemeine Weise die Isolation von metallischen Leiterelementen unterschiedlicher Metallisierungsebenen einer integrierten Schaltung und insbesondere ein Verfahren, eine solche Isolation von metallischen Leiterelementen der integrierten Schaltung aus Luft herzustellen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine integrierte Schaltung, in welcher zumindest ein Teil der metallischen Leiterelemente unterschiedlicher Metallisierungsebenen der Schaltung mittels Luft voneinander isoliert sind.
Die Arbeitsgeschwindigkeit einer integrierten Schaltung hängt von ihrer Gesamtkapazität (C) ab. Diese Gesamtkapazität setzt sich zusammen aus Kapazitäten der Halbleitervorrichtung (Grenzflächenkapazität, Gate-Drain-Kapazität usw.) sowie der Zwischenverbindungskapazität.
Die Zwischenverbindungskapazität weist ihrerseits zwei Kapazitäten auf, nämlich die Kapazität zwischen den metallischen Leiterelementen derselben Metallisierungsebene, allgemein intrametallische Kapazität genannt, und die Kapazität zwischen metallischen Leiterelementen von zwei aufeinanderfolgenden Metallisierungsebenen der integrierten Schaltung, allgemein intermetallische Kapazität genannt.
Die Kapazität der Vorrichtung und die Zwischenverbindungskapazität stellen jeweils 30 und 70% der Gesamtkapazität der integrierten Schaltung dar. Man sieht also sofort, daß es von Nutzen ist, die größte dieser zwei Kapazitäten, das heißt, die Zwischenverbindungskapazität, zu reduzieren. Andererseits ist bei der Zwischenverbindungskapazität die intrametallische Kapazität die größte.
Luft ist das beste bekannte Dielektrikum mit der kleinsten Dielektrizitätskonstanten und folglich wäre es wünschenswert, ioter- und intrametallische Isolationen in den integrierten Schaltungen mit Hilfe von Luft herstellen zu können.
Die US-A-5,461,003 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von isolierenden Luftgräben zwischen Metallbahnen, aufweisend eine Abscheidung einer Polymerschicht in einem Teil der Zwischenräume zwischen den Metallbahnen und eine Beseitigung der Polymerschicht, um mit Luft gefüllte Gräben zu bilden.
Die US-A-5,598,026 beschreibt die Verwendung von Germaniumoxid GeO_x als Material, das selektiv beseitigt werden kann, um eine isolierende poröse Schicht zu bilden.
Der Artikel "Use of Gas as Low-k Interlayer Dielectric in LSI's: Demonstration of Feasibility", M.B. Anand, Masaki Yamada und Hideki Shibata (Verwendung von Gas als Zwischenschicht-Dielektrikum mit kleinem k in den LSIs: Demonstration der Machbarkeit), I.E.E.E. Transaction on Electron Devices, Bd. 44, Nr. 11, November 1997, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer intrametallischen Isolation aus Luft.
Gemäß diesem Verfahren wird mittels Zerstäuben eine Kohlenstoffschicht einer Dicke, die gleich der für die metallischen Zwischenverbindungselemente gewünschten Dicke ist, auf die Isolationsschicht, die zwei benachbarte Metallisierungsebenen trennt, aufgebracht. In der Kohlenstoffschicht werden dann die zur Aufnahme der metallischen Leiterelemente vorgesehenen Aussparungen gebildet, und, um in den Aussparungen die metallischen Zwischenverbindung-Leiterelemente herzustellen, wird anschließend mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung Metall in diesen Aussparungen abgeschieden und wird dann das Ganze einem herkömmlichen mechanisch-chemischen Polieren unterzogen. Eine dünne Schicht aus isolierendem Material einer Dicke allgemein in der Größenordnung von 50 nm, beispielsweise eine mittels Zerstäuben aufgebrachte Siliziumdioxidschicht, wird dann auf die gesamte Oberfläche aufgebracht. Anschließend wird das Ganze einer thermischen Behandlung in einem Ofen mit Sauerstoffatmosphäre typisch bei einer Temperatur von ungefähr 450°C unterzogen. Der Sauerstoff diffundiert durch die dünne isolierende Materialschicht, reagiert mit dem Kohlen stoff, wandelt ihn in Kohlendioxid um, so daß die Zwischenräume zwischen dem metallischen Leiterelement schließlich mit dem Gas gefüllt sind.
Der Artikel erwähnt noch, daß das Verfahren auch verwendet werden kann, um die intra- und intermetallische Isolation herzustellen.
Ein großer Nachteil des in dem obigen Dokument beschriebenen Verfahrens ist die Verwendung von Kohlenstoff, da Kohlenstoff die für die Herstellung von integrierten Schaltungen verwendeten Fertigungsanlagen beträchtlich kontaminiert.
Ein anderer Nachteil des Verfahrens ist, daß es für die Oxidation des Kohlenstoffs und seine Umwandlung in Kohlendioxid ein Erhitzen in einem Ofen in einer Sauerstoffatmosphäre auf eine so hohe Temperatur wie 450°C erfordert, die die Unversehrtheit der integrierten Schaltung beeinträchtigen könnte. Um die Isolation aus Luft herzustellen, muß ferner das gebildete CO₂ durch die dünne SiO₂-Schicht diffundieren, was offenkundig die Effizienz des Verfahrens beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung hat somit zum Ziel, ein Verfahren zur Herstellung einer intra- und/oder intermetallischen Isolation aus Luft in einer integrierten Schaltung bereitzustellen, das die Nachteile des Stands der Technik heilt.
Insbesondere hat die vorliegende Erfindung ein solches Verfahren zum Ziel, das die Verwendung von Kohlenstoff vermeidet. Die vorliegende Erfindung hat auch noch ein solches Verfahren zum Ziel, das einfach und schnell ist und das nicht Gefahr läuft, die für die Herstellung von integrierten Schaltungen verwendeten Fertigungsanlagen zu kontaminieren.
Die obigen Ziele werden gemäß der Erfindung mit Hilfe eines Verfahrens zur Herstellung einer Intra- und/oder Intermetallisolation aus Luft zwischen mindestens einem Teil der metallischen Leiterelemente von Metallisierungsebenen einer integrierten Schaltung erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist:

a) die Abscheidung von polykristallinem Germanium mindestens in einem Teil der Zwischenräume zwischen den metallischen Leiterelementen; und
b) die Beseitigung des polykristallinen Germaniums, um mit Luft gefüllte Zwischenräume zwischen den metallischen Leiterelementen zu erzeugen.

Polykristallines Germanium ist ein einzigartiges Material in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, da Germanium bei Raumtemperatur stark mit Sauerstoff, beispielsweise Sauerstoff oder einem Oxidationsmittel, reagiert, um leicht eliminierbare Zusammensetzungen zu bilden, nämlich GeO, das flüchtig ist, GeO₂, das sich in Wasser löst, und GeOH₄, das sich in einer verdünnten Säure löst.
Es ist also sehr leicht, polykristallines Germanium beispielsweise mit Hilfe einer angepaßten Oxidationschemie, beispielsweise mittels Auflösen in Wasser, Wasserstoffperoxid, verdünnten Lösungen von H₂SO₄, zu beseitigen, um anstelle des Germaniums nur Luft als Zwischenverbindungsisolation zu lassen.
Dieses Auflösen mit Hilfe einer geeigneten Oxidationschemie hat den Vorteil, daß es bei Raumtemperatur erfolgen kann. Man kann selbstverständlich mit einer Temperatur, die höher als die Raumtemperatur, allgemein nicht höher als 200°C, ist, vorgehen, um den Prozeß zur Beseitigung des Germaniums zu beschleunigen.
Es ist auch möglich, das Beseitigen des Germaniums mit Hilfe eines oxidierenden Plasmas, beispielsweise eines Sauerstoff- oder Ozonplasmas, durchzuführen.
Schließlich ist Germanium kein kritisches chemisches Element bei der Fertigung von integrierten Schaltungen und für die Siliziumtechnologie, da es in bezug auf Silizium kein Kontaminationsmittel darstellt.
Wenn gewünscht, kann vor dem Aufbringen von polykristallinem Germanium eine isolierende Schicht, beispielsweise aus SiO₂, aufgebracht werden, um die metallischen Elemente vor einem direkten Kontakt mit Germanium zu schützen.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird eine Intrametallisolation aus Luft zwischen metallischen Leiterelementen derselben Metallisierungsebene hergestellt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist:

(1) Abscheidung von polykristallinem Germanium in den Zwischenräumen zwischen den metallischen Elementen;
(2) Abscheidung einer Schicht eines Isolationsmaterials auf den metallischen Elementen und dem polykristallinen Germanium;
(3) Bildung einer Maske aus Photoresist-Harz auf der Isolationsmaterialschicht;
(4) anisotrope Ätzung der Isolationsmaterialschicht, um in dieser Schicht Öffnungen zum polykristallinen Germanium zu bilden; und
(5) Beseitigung des polykristallinen Germaniums, um mit Luft gefüllte Zwischenräume zu erzeugen.

Nachdem das polykristalline Germanium beseitigt worden ist, kann eine Schicht eines isolierenden Einkapselungsmaterials aufgebracht werden, um die mit Luft gefüllten Zwischenräume zu schließen.
Alternativ können gewisse Zwischenräume mit dem isolierenden Einkapselungsmaterial oder einem anderen isolierenden Feststoffmaterial gefüllt werden.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird eine Inter- und Intrametallisolation aus Luft zwischen mindestens einem Teil der metallischen Leiterelemente von Metallisierungsebenen einer integrierten Schaltung hergestellt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist:

(1) Abscheidung von polykristallinem Germanium zwischen und auf den metallischen Leiterelementen einer Metallisierungsebene (i);
(2) Bildung von gewünschten metallischen Durchgängen für diese Metallisierungsebene (i), wobei diese Bildung von Durchgängen zur Folge hat, daß eine isolierende Materialschicht auf der Oberfläche der polykristallinen Germanium-Abscheidung bleibt;
(3) Bildung von metallischen Leiterelementen einer benachbarten Metallisierungsebene (i+1) auf der Oberfläche der die Germanium-Abscheidung bedeckenden, isolierenden Materialschicht;
(4) Ätzen der die Oberfläche der Germanium-Abscheidung bedeckenden, isolierenden Materialschicht, um an gewählten Orten zwischen den metallischen Elementen der benachbarten Metallisierungsebene (i+1) die Germanium-Abscheidung freizulegen;
(5) Wiederholen der Schritte (1) bis (4) bis die gewünschte Anzahl von Metallisierungsebenen erreicht ist, so daß man einen Stapel der gewünschten Anzahl von Metallisierungsebenen erhält, in welchem die Germanium-Abscheidungen eine kontinuierliche Germaniummasse bis zur Oberfläche des Stapels bilden; und
(6) Beseitigung der kontinuierlichen Germaniummasse, um mit Luft gefüllte Zwischenräume zu erzeugen.

In einer dritten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird eine Inter- und Intrametallisolation aus Luft zwischen mindestens einem Teil der metallischen Leiterelemente von Metallisierungsebenen einer integrierten Schaltung hergestellt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist:

(1) Abscheidung von polykristallinem Germanium zwischen und auf den metallischen Leiterelementen einer Metallisierungsebene (i);
(2) Bildung von gewünschten metallischen Durchgängen für diese Metallisierungsebene (i), wobei diese Bildung von Durchgängen zur Folge hat, daß eine isolierende Materialschicht auf der Oberfläche der polykristallinen Germanium-Abscheidung bleibt;
(3) Bildung von metallischen Leiterelementen einer benachbarten Metallisierungsebene (i+1) auf der Oberfläche der die Germanium-Abscheidung bedeckenden, isolierenden Materialschicht;
(4) Ätzen der die Oberfläche der Germanium-Abscheidung bedeckenden, isolierenden Materialschicht, um an gewählten Orten zwischen den metallischen Elementen der benachbarten Metallisierungsebene (i+1) die Germanium-Abscheidung freizulegen;
(5) Beseitigung des Germaniums, um mit Luft gefüllte Zwischenräume in der Metallisierungsebene (i) zu erzeugen;
(6) Abscheidung einer Schicht eines Intermetallisolationsmaterials, um die mit Luft gefüllten Zwischenräume der Metallisierungsebene (i) zu schließen;
(7) Wiederholung der Schritte (1) bis (6) bis ein Stapel der gewünschten Anzahl von Metallisierungsebenen erzielt ist, der mit Luft gefüllte Zwischenräume aufweist.

Die Fortsetzung der Beschreibung nimmt Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, die folgendes darstellen:
1a bis 1f zeigen schematisch die prinzipiellen Schritte zur Herstellung einer Intrametallisolation aus Luft gemäß dem Verfahren der Erfindung;
2a bis 2d zeigen schematisch die prinzipiellen Schritte zur Herstellung einer gemischten Intrametallisolation aus Luft und mit Hilfe eines herkömmlichen Feststoffmaterials;
3a bis 3i zeigen schematisch die prinzipiellen Schritte zur Herstellung von Durchgängen in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Intra- und Intermetallisolation aus Luft;
4a und 4b zeigen schematisch die prinzipiellen Schritte zur Bildung einer Inter- und Intrametallisolation aus Luft, nach Bildung der Durchgänge, gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5a bis 5d zeigen schematisch die verschiedenen Schritte zur Herstellung einer Inter- und Intrametallisolation aus Luft, nach Bildung der Durchgänge, gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Mit Bezug auf 1a bis 1f wird nun eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Herstellung einer Intrametallisolation aus Luft beschrieben.
Nachdem auf herkömmliche Weise auf einem Substrat 10, das ein mit einer Schicht aus einem strukturierten Isolationsmaterial (Kontakte oder Durchgänge) bedecktes Halbleitersubstrat aus Silizium oder eine mit einer Schicht aus einem strukturierten Isolationsmaterial (Kontakte oder Durchgänge) bedeckte Metallisierungsebene einer integrierten Schaltung sein kann, die metallischen Leiterelemente 11 gebildet worden sind, wird, um die Zwischenräume zwischen den metallischen Elementen 11 mit polykristallinem Germanium 12 zu füllen, eine Schicht Germanium beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung aufgebracht und diese Schicht mechanisch-chemisch poliert, wie in 1a gezeigt ist.
Gegebenenfalls kann vor dem Aufbringen des polykristallinen Germaniums 12 eine dünne Schutzschicht, beispielsweise eine Schicht SiO₂ einer Dicke von 5 bis 50nm, typisch in der Größen ordnung von 20 nm Dicke, auf die metallischen Leiterelemente 11 und die freie Oberfläche des Substrats 10 aufgebracht werden. Das Aufbringen dieser Schutzschicht kann auf eine beliebige herkömmliche Weise erfolgen, beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD). Diese dünne Schutzschicht hat den wesentlichen Zweck, die metallischen Elemente 11 während der nachfolgenden Fertigungsschritte der integrierten Schaltung zu schützen. Die Anwesenheit dieser Schutzoxidschicht erlaubt außerdem, das mechanisch-chemische Polieren des aufgebrachten polykristallinen Germaniums auf herkömmliche Weise mit einem Stopp an der Oxidschicht durchzuführen.
Wie in 1b gezeigt, wird anschließend auf herkömmliche Weise eine dünne Schicht Isolationsmaterial 13, beispielsweise eine mittels chemischer Gasphasenabscheidung aufgebrachte dünne Schicht SiO₂, aufgebracht, um mit dieser Schicht die metallischen Elemente 11, die gegebenenfalls bereits mit einer Schutzoxidschicht beschichtet sind, und das in den Zwischenräumen angeordnete polykristalline Germanium zu bedecken.
Danach wird, immer noch auf herkömmliche Weise, eine Maske aus Photoresist-Harz 14 auf der Isolationsmaterialschicht 13 gebildet (1c). Wie in 1d gezeigt, wird dann die Isolationsschicht 13 geätzt, beispielsweise mit Hilfe einer herkömmlichen anisotropen Ätzung einer SiO₂-Schicht, und wird die Photoresistharz-Maske 14, ebenfalls auf herkömmliche Weise, beseitigt. Das Ätzen der Isolationsschicht 13 führt zur Bildung einer Aussparung, die das polykristalline Germanium 12 zwischen den metallischen Elementen 11 freilegt.
Wie in 1e gezeigt, wird dann beispielsweise mittels Wirkung einer oxidierenden Lösung, beispielsweise Wasser, einer Wasserstoffperoxidlösung, einer verdünnten Lösung Schwefelsäure, oder auch mit Hilfe eines oxidierenden Plasmas, beispielsweise eines Sauerstoff- oder Ozonplasmas, das Germanium beseitigt, um einen mit Luft gefüllten Zwischenraum 15 zu bekommen.
Es ist nicht notwendig, die Photoresistharz-Maske 14 vor dem Beseitigen des polykristallinen Germaniums 12 zu beseitigen, sondern dieses Beseitigen der Phototresistharz-Maske könnte genauso gut nach dem Beseitigen des polykristallinen Germa niums oder gleichzeitig damit erfolgen. Dieses Beseitigen des Harzes kann auf herkömmliche Weise beispielsweise mit Hilfe eines Sauerstoff- oder Ozonplasmas erfolgen.
Anschließend wird auf herkömmliche Weise eine Isolationsschicht 16, beispielsweise eine dünne Schicht SiO₂, SiOF oder Silsesquioxanhydrid (HSQ) aufgebracht und geglüht, wie in 1f gezeigt ist.
Daraufhin kann man auf herkömmliche Weise mit der Fertigung der integrierten Schaltung fortfahren, zum Beispiel mit dem Aufbringen und dem mechanisch-chemischen Polieren einer Einkapselungsschicht, wie beispielsweise einer ausgehend von Tetraethylorthosilicat (TEOS) gebildeten Schicht, dann mit den Standardschritten fortfahren.
Um zu vermeiden, daß die Zwischenräume 15 mit dem Material der dünnen Isolationsschicht 16 und der Einkapselungsschicht gefüllt werden, kann man entweder die Viskosität der aufgebrachten Zusammensetzungen steuern oder auch die Abmessung der geätzten Öffnungen steuern. So vermeidet man mit geätzten Öffnungen einer Abmessung von höchstens gleich 0,2μm das Füllen der Zwischenräume mit den Materialien der nachfolgenden Schichten.
Es wird nun mit Bezug auf 2a bis 2d die Herstellung einer gemischten Isolation aus Luft und mit Hilfe eines isolierenden Feststoffmaterials gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, beginnt das Verfahren gegebenenfalls mit dem Aufbringen einer dünnen Schutzschicht, beispielsweise aus Siliziumoxid, auf den metallischen Elementen 11, dann wird, um die Zwischenräume zwischen den metallischen Elementen 11 mit dem polykristallinen Germanium zu füllen, eine Schicht polykristallines Germanium aufgebracht und diese Schicht mechanisch-chemisch poliert, gegebenenfalls mit einem Stopp an dem Oxid, wenn die Silziumoxidschutzschicht vorhanden ist. Ebenso wie vorstehend, wird nacheinander, wie in 2a gezeigt, eine dünne Schicht aus isolierendem Material 13, beispielsweise eine dünne Siliziumoxidschicht, dann eine Photoresistharz-Maske 14, die unterschiedlich große Öffnungen 14a, 14b aufweist, gebildet.
Wie vorstehend, wird dann die dünne Siliziumoxidschicht 13 geätzt und die Photoresistharz-Maske 14 beseitigt, um so in der dünnen Silziumoxidschicht 13 unterschiedlich große Öffnungen 13a und 13b zu dem zwischen den metallischen Leiterelementen 11 aufgebrachten polykristallinen Germanium zu bilden (2b).
So kann zum Beispiel die Öffnung 13a eine sehr kleine Abmessung (≤ 0,2 μm) und die Öffnung 13b eine große Abmessung (>> 0,2 μm) haben.
Wie in 2c gezeigt, wird dann wie vorstehend das polykristalline Germanium beseitigt.
Die Photoresistharz-Maske könnte ebenso gut nach dem Beseitigen des polykristallinen Germaniums oder gleichzeitig damit beseitigt werden.
Schließlich wird auf eine herkömmliche Weise eine Schicht 16 aus isolierendem Material aufgebracht und geglüht, beispielsweise eine Schicht aus Siliziumoxid, SiOF oder Silsesquioxanhydrid (HSQ), die, wie 2d zeigt, aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen der Öffnungen 13a und 13b nicht durch die kleinere Öffnung 13a eindringt, wodurch der Zwischenraum geschlossen wird und eine Isolation aus Luft realisiert wird, wohingegen sie durch die größere Öffnung 13b eindringt und eine Isolation des anderen Zwischenraums aus einem Feststoffmaterial hergestellt wird, wie in 2d zu sehen ist.
Dann wird allgemein auf herkömmliche Weise eine Einkapselungsschicht, beispielsweise aus Tetraorthoethylsilicat, aufgebracht und diese Schicht mechanisch-chemisch poliert, danach wird die integrierte Schaltung auf Standardweise fertiggestellt.
Es wird nun mit Bezug auf 3a bis 3i, 4a, 4b und 5a bis 5d die Herstellung einer Intra- und Intermetallisolation aus Luft beschrieben.
Wie bekannt, erfolgt die notwendige elektrische Verbindung zwischen metallischen Leiterelementen unterschiedlicher Metallisierungsebenen der integrierten Schaltung mit Hilfe von "Vias", das heißt, mit Hilfe von mit Metall gefüllten Durchgängen, die metallische Elemente einer Metallisierungsebene mit den entsprechenden einer benachbarten Metallisierungsebene verbinden.
Es wird nun mit Bezug auf 3a bis 3i die Herstellung solcher Vias in einem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
Die Herstellung von Vias gemäß der Erfindung beginnt mit dem Aufbringen einer Schicht 32i aus polykristallinem Germanium auf die Oberfläche eines Substrats 30, das entweder ein mit einer strukturierten Isolationsschicht (Kontakte oder Vias) beschichtetes Halbleitersubstrat aus Silizium oder eine untere Metallisierungsebene sein kann und metallische Leiterelemente 31i aufweist (3a). Das Aufbringen von polykristallinem Germanium 32i kann auf herkömmliche Weise mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung erfolgen, auf welche im allgemeinen ein mechanisch-chemisches Polieren folgt. Jedoch soll die aufgebrachte Schicht aus polykristallinem Germanium ausreichend dick sein, um die Herstellung von Vias zwischen zwei aufeinanderfolgenden Metallisierungsebenen zu erlauben. Das heißt, daß die Schicht aus polykristallinem Germanium nicht nur die Zwischenräume füllt, sondern daß sie auch die metallischen Elemente 31i mit einer ausreichenden Dicke bedeckt, um dort Vias, typisch in einer Größenordnung von 1 μm, herstellen zu können.
Wie in 3b gezeigt, wird dann eine Stoppschicht 33i, beispielsweise eine Siliziumnitridschicht (Si₃N₄) aufgebracht, die beispielsweise mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung aufgebracht werden kann, dann wird auf herkömmliche Weise eine Schicht 34i, beispielsweise eine Siliziumoxidschicht, aufgebracht, die zur Herstellung einer Hartmaske dient.
Wie in 3c gezeigt, wird dann auf der Schicht 34i eine Photoresistharz-Maske 35i hergestellt.
Auf herkömmliche Weise wird dann, wie in 3d gezeigt, die Schicht 34i geätzt, mit einem Stopp an der Stoppschicht 33i, und wird die Harzmaske beseitigt, um eine Hartmaske herzustellen.
Anschließend wird, wie in 3e gezeigt, die Stoppschicht 33i und die Germaniumschicht 32i geätzt, um den Durchgang oder Via 36i bis zum metallischen Leiterelement 31i zu bilden.
Dann wird auf herkömmliche Weise eine Schutzschicht 37i des Via 36i, beispielsweise eine dünne Siliziumoxidschicht, aufge bracht, dann werden nacheinander Schutzschichten des Via, beispielsweise eine Titanschicht 38i, mit einem Angreifen des Oxids am Boden des Via, und eine Titannitridschicht 39i aufgebracht und schließlich wird der Via mit dem Metall, beispielsweise Wolfram 40i, gefüllt (3f und 3g).
Wie in 3h gezeigt, wird in diesem Stadium ein mechanisch-chemisches Polieren mit einem Stopp an der Stoppschicht 33i durchgeführt, um so den mit Metall gefüllten Via 40i freizulegen.
Die vorstehend beschriebene Herstellung von Vias ist herkömmlich, mit der Ausnahme der Verwendung von Schichten aus polykristallinem Germanium.
Selbstverständlich muß das verwendete Verfahren des Ätzens der Vias die anisotrope Ätzung des polykristallinen Germaniums erlauben. Ein Verfahren des Ätzens des polykristallinen Germaniums weist die Verwendung eines hoch dichten Gasplasmas eines Gemisches aus Cl₂-Gas und entweder N₂ oder NH₃, oder einem N₂/NH₃-Gemisch auf.
Wie in 3i gezeigt, werden dann auf herkömmliche Weise metallische Leiterelemente 31i+1 der unmittelbar höheren Metallisierungsebene i+1 hergestellt.
Zwei Vorgehensweisen bieten sich an, um die nachfolgenden Metallisierungsebenen und die erfindungsgemäße Isolation aus Luft herzustellen.
Gemäß einer in 4a und 4b gezeigten ersten Vorgehensweise wird mit einem Ätzschritt der Stoppschicht 33i der Metallisierungsebene i fortgefahren, um das darunter liegende polykristalline Germanium 32i freizulegen (4a), dann wird wie vorstehend mittels chemischer Gasphasenabscheidung eine neue Schicht aus polykristallinem Germanium 32i+1 für die neue Metallisierungsebene i+1 aufgebracht, analog zu der Germaniumschicht 32i der Metallisierungsebene i, dann werden die Vias für die höhere Ebene i+2 gebildet, wie oben angegeben ist. Dieser Vorgang wird so viele Male wiederholt, wie notwendig ist, um die gewünschte Anzahl von Metallisierungsebenen zu erzielen.
Nachdem alle Metallisierungsebenen hergestellt worden sind, bildet das aufgebrachte polykristalline Germanium aller Metallisierungsebenen eine einzige Masse bis zur obersten Ebene und es wird ein einziges Mal die gesamte Masse Germanium beseitigt. Dieses Beseitigen kann wie vorstehend mittels Oxidationschemie erfolgen.
Anschließend wird die integrierte Schaltung fertiggestellt, beispielsweise mittels Aufbringen einer Einkapselungsschicht auf die letzte Metallisierungsebene, wodurch eine Inter- und Intrametallisolation aus Luft gebildet wird.
Wie in 5a bis 5d gezeigt, kann alternativ nach dem Ätzen der Stoppschicht 33i eine dünne Isolationsschicht, beispielsweise eine Siliziumoxidschicht, 41i+1 aufgebracht werden (5a), dann auf dieser Isolationsschicht eine Harzmaske 42i+1 gebildet werden und auf herkömmliche Weise die Isolationsschicht geätzt werden (5b).
In diesem Stadium, wie in 5c gezeigt, wird die Harzmaske weggenommen und das Germanium beseitigt.
Dann wird, wie in 5d gezeigt, eine Schutzschicht, beispielsweise Oxidschicht 43i+1, aufgebracht, um die Zwischenräume zu schließen und die Isolation aus Luft zu realisieren.
Dann kann die Metallisierungsebene i+2 hergestellt werden, indem die in 3a bis 3i gezeigten Schritte der Herstellung der Vias und die in 5a bis 5d gezeigten Schritte der Herstellung der Isolation aus Luft wiederholt werden. In diesem Fall wird die Isolation aus Luft Metallisierungsebene für Metallisierungsebene hergestellt.
Selbstverständlich kann in der Ausführungsform des in 5a bis 5d gezeigten Verfahrens eine gemischte Isolation aus Luft und aus isolierendem Material erzielt werden, wie vorstehend beschrieben ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Inter- und/oder Intrametallisolation aus Luft zwischen mindestens einem Teil der metallischen Leiterelemente (11) von Metallisierungsebenen einer integrierten Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß es die Abscheidung von polykristallinem Germanium (12) mindestens in einem Teil der Zwischenräume zwischen den metallischen Leiterelementen und die Beseitigung des Germaniums aufweist, um mit Luft gefüllte Zwischenräume (15) zwischen den metallischen Leiterelementen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es vor der Abscheidung von polykristallinem Germanium eine Abscheidung einer isolierenden Schicht aufweist, um die metallischen Elemente (11) vor einem direkten Kontakt mit dem polykristallinen Germanium zu schützen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung einer Intrametallisolation aus Luft zwischen den metallischen Leiterelementen (11) derselben Metallisierungsebene, dadurch gekennzeichnet, daß es aufweist: (1) Abscheidung von polykristallinem Germanium (12) in den Zwischenräumen zwischen den metallischen Elementen (11); (2) Abscheidung einer Schicht (13) eines Isolationsmaterials auf den metallischen Elementen (11) und dem polykristallinen Germanium (12); (3) Bildung einer Maske (14) aus Photoresist-Harz (14) auf der Isolationsmaterialschicht (13); (4) anisotrope Ätzung der Isolationsmaterialschicht (13), um in dieser Schicht (13) Öffnungen zum polykristallinen Germanium (12) zu bilden; und (5) Beseitigung des polykristallinen Germaniums (12), um mit Luft gefüllte Zwischenräume (15) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner das Abnehmen der Harzmaske (14) vor oder nach oder gleichzeitig mit der Beseitigung des polykristallinen Germaniums (12) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es die Abscheidung einer Schicht (17) eines isolierenden Einkapselungsmaterials aufweist, um die Zwischenräume (15) zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der Schicht (16) des isolierenden Einkapselungsmaterials auf eine Weise erfolgt, daß gewisse Zwischenräume (15) mit dem isolierenden Einkapselungsmaterial gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Inter- und Intrametallisolation aus Luft zwischen mindestens einem Teil der metallischen Leiterelemente von Metallisierungsebenen einer integrierten Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß es aufweist: (1) Abscheidung von polykristallinem Germanium (32i) zwischen und auf den metallischen Leiterelementen (31i) einer Metallisierungsebene (i); (2) Bildung von gewünschten metallischen Durchgängen (40i) für diese Metallisierungsebene (i), wobei diese Bildung von Durchgängen zur Folge hat, daß eine isolierende Materialschicht (33i) auf der Oberfläche der polykristallinen Germanium-Abscheidung (32i) bleibt; (3) Bildung von metallischen Leiterelementen (31i+1) einer benachbarten Metallisierungsebene (i+1) auf der Oberfläche der die Germanium-Abscheidung (32i) bedeckenden, isolierenden Materialschicht (33i); (4) Ätzen der die Oberfläche der Germanium-Abscheidung (32i) bedeckenden, isolierenden Materialschicht (33i), um an gewählten Orten zwischen den metallischen Elementen (31i+1) der benachbarten Metallisierungsebene (i+1) die Germanium-Abscheidung (32i) freizulegen; (5) Wiederholen der Schritte (1) bis (4) bis die gewünschte Anzahl von Metallisierungsebenen erreicht ist, so daß man einen Stapel der gewünschten Anzahl von Metallisierungsebenen erhält, in welchem die Germanium-Abscheidungen eine kontinuierliche Germaniummasse bis zur Oberfläche des Stapels bilden; und (6) Beseitigung der kontinuierlichen Germaniummasse, um mit Luft gefüllte Zwischenräume zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es die Abscheidung einer Schicht eines isolierenden Einkapselungsmaterials an der Oberfläche der äußersten Metallisierungsebene aufweist, um die Zwischenräume zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Inter- und Intrametallisolation aus Luft zwischen mindestens einem Teil der metallischen Leiterelemente von Metallisierungsebenen einer integrierten Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß es aufweist: (1) Abscheidung von polykristallinem Germanium (32i) zwischen und auf den metallischen Leiterelementen (31i) einer Metallisierungsebene (i); (2) Herstellung von gewünschten Metallvias (40i) für diese Metallisierungsebene (i), wobei diese Herstellung von Vias zur Folge hat, daß eine isolierende Materialschicht (33i) auf der Oberfläche der polykristallinen Germanium-Abscheidung (32i) bleibt; (3) Herstellung von metallischen Leiterelementen (31i+1) einer benachbarten Metallisierungsebene (i+1) auf der Oberfläche der die Germanium-Abscheidüng (32i) bedeckenden, isolierenden Materialschicht (33i); (4) Ätzen der die Oberfläche der Germanium-Abscheidung (32i) bedeckenden, isolierenden Materialschicht (33i), um an gewählten Orten zwischen den metallischen Elementen (31i+1) der benachbarten Metallisierungsebene (i+1) die Germanium-Abscheidung (32i) freizulegen; (5) Beseitigung des Germaniums, um mit Luft gefüllte Zwischenräume (i) in der Metallisierungsebene (i) zu erzeugen; (6) Abscheidung einer Schicht eines Intermetallisolationsmaterials (42i+1), um die mit Luft. gefüllten Zwischenräume der Metallisierungsebene (i) zu schließen; (7) Wiederholung der Schritte (1) bis (6) bis ein Stapel der gewünschten Anzahl von Metallisierungsebenen erzielt ist, der mit Luft gefüllte Zwischenräume aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beseitigung des polykristallinen Germaniums das Inkontaktbringen des Germaniums mit einer oxidierenden Lösung bei einer Temperatur, die zwischen der Umgebungstemperatur und 200°C liegt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidierende Lösung Wasser, eine wäßrige Lösung von Wasserstoffperoxid oder eine verdünnte wäßrige Lösung von H₂SO₄ ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beseitigung des polykristallinen Germaniums mit Hilfe eines Sauerstoff- oder Ozonplasmas erfolgt.