DE102004036753B4

DE102004036753B4 - Verfahren zur Herstellung einer stickstofffreien ARC-Deckschicht

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Publication number: DE102004036753B4
Application number: DE102004036753A
Authority: DE
Inventors: Kai Frohberg; Sven Mühle; Hartmut Rülke
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: US20060024955A1; US7314824B2; DE102004036753A1

Abstract

Verfahren mit:
Bestimmen einer Abtragsrate für eine auf einem ersten Substrat gebildete, kohlenstoffenthaltende Siliziumdioxidschicht für spezifizierte CMP-Prozessbedingungen, wie sie zum Entfernen von überschüssigem Kupfer und Barrierenmaterial von einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε angewendet werden;
Bestimmen eines Sollwertes für eine minimale Schichtdicke der kohlenstoffenthaltenden Siliziumdioxidschicht nach dem CMP-Prozess;
Bestimmen einer minimalen Anfangsschichtdicke der kohlenstoffenthaltenden Siliziumdioxidschicht auf der Grundlage der Abtragsrate, der spezifizierten CMP-Prozessbedingungen und der minimalen Schichtdicke;
Auswählen eines Kohlenstoffanteils und/oder einer Schichtdicke, um eine vordefinierte antireflektierende Eigenschaft der kohlenstoffenthaltenden Siliziumdioxidschicht für eine vorgegebene Belichtungswellenlänge zu erreichen, wobei die Schichtdicke gleich oder größer als die minimale Anfangsschichtdicke ist;
Bilden einer zweiten kohlenstoffenthaltenden Siliziumdioxidschicht mit der vordefinierten antireflektierenden Eigenschaft auf einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε als stickstofffrei ARC/Deckschicht, die auf einem zweiten Substrat gebildet ist, wobei mindestens ein Prozessparameter so gesteuert wird, dass sich mindestens eine Schichteigenschaft entlang der Dicke der stickstofffreien ARC/Deckschicht graduell...

Description

Gebiet der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere die Strukturierung von Dielektrika mit kleinem ε, die in Metallisierungsschichten verwendet werden, mittels moderner Lithographietechnik mit geeigneten ARC-Schichten.
Beschreibung des Stands der Technik
In modernen integrierten Schaltungen haben die minimalen Strukturgrößen, etwa die Kanallänge von Feldeffekttransistoren, den Bereich deutlich unter 1 μm erreicht, wodurch das Leistungsverhalten dieser Schaltungen im Hinblick auf die Geschwindigkeit und/oder die Leistungsaufnahme ständig verbessert wurde. In dem Maße, wie die Größe der einzelnen Schaltungselemente deutlich reduziert wird, wodurch beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit der Transistorelemente verbessert wird, wird auch der verfügbare Platz für Verbindungsleitungen, die die einzelnen Schaltungselemente elektrisch verbinden, ebenso verringert. Folglich müssen die Abmessungen dieser Verbindungsleitungen verkleinert werden, um den geringeren Anteil an verfügbarem Platz zu kompensieren und um einer größeren Anzahl von Schaltungselementen, die pro Chip vorgesehen sind, Rechnung zu tragen.
In integrierten Schaltungen mit minimalen Abmessungen von ungefähr 0,35 μm und weniger ist ein begrenzender Faktor der Bauteilleistung die Signalausbreitungsverzögerung, die durch die Schaltgeschwindigkeit der Transistorelemente hervorgerufen wird. Nachdem die Kanallänge dieser Transistorelemente weiter reduziert und nunmehr sogar 0,05 μm und weniger erreicht hat, zeigt es sich jedoch, dass die Signalausbreitungsverzögerung nicht mehr durch die Feldeffekttransistoren hervorgerufen wird, sondern dass diese auf Grund der erhöhten Schaltungsdichte durch den geringen Abstand der Verbindungsleitungen hervorgerufen wird, da die Kapazität (C) von Leitung zu Leitung größer wird, ebenso wie der Widerstand (R) der Leitungen auf Grund ihrer geringeren Querschnittsfläche. Die parasitären RC-Zeitkonstanten erfordern daher das Einführen einer neuen Materialart zur Herstellung der Metallisierungsschicht.
Herkömmlicherweise werden Metallisierungsschichten in einem dielektrischen Schichtstapel gebildet, der beispielsweise Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid aufweist, wobei Aluminium das typische Metall repräsentiert. Da Aluminium eine merkliche Elektromigration bei höheren Stromdichten zeigt, die in integrierten Schaltungen mit äußerst größenreduzierten Strukturelementen erforderlich sein können, wird Aluminium zunehmend durch Kupfer oder Kupferlegierungen ersetzt, die einen deutlich geringeren elektrischen Widerstand und eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Elektromigration aufweisen. Für Bauelemente mit Strukturgrößen 0.09 Mikrometer und darunter zeigt es sich, dass das einfache Ersetzen von Aluminium durch Metalle auf Kupferbasis nicht die erforderliche Abnahme der parasitären RC-Zeitkonstanten liefert, und daher werden die gut etablierten und bekannten dielektrischen Materialien Siliziumdioxid (ε ≈ 4,2) und Siliziumnitrid (ε > 5) zunehmend durch sogenannte dielektrische Materialien mit kleinem ε mit einer relativen Permittivität von weniger als 3,1 ersetzt. Der Übergang von der gut bekannten und gut etablierten Aluminium/Siliziumdioxid-Metallisierungsschicht zu einer Metallisierungsschicht auf Basis von Kupfer und einem Dielektrikum mit kleinem ε ist jedoch mit einer Reihe von Problemen verknüpft, die es zu lösen gilt.
Beispielsweise kann Kupfer nicht in relativ großen Mengen in effizienter Weise durch gut etablierte Abscheideverfahren, etwa chemische und physikalische Dampfabscheidung aufgebracht werden. Des weiteren kann Kupfer nicht in effizienter Weise durch gut etablierte anisotrope Ätzprozesse strukturiert werden. Daher wird die sogenannte Damaszener-Technik häufig bei der Herstellung von Metallisierungsschichten mit Kupferleitungen eingesetzt. Typischerweise wird in der Damaszener-Technik die dielektrische Schicht abgeschieden und anschließend mit Gräben und Kontaktdurchführungen strukturiert, die nachfolgend mit Kupfer mittels Plattierungsverfahren, etwa Elektroplattierung oder stromloses Plattieren, aufgefüllt werden. Obwohl die Damaszener-Technik gegenwärtig eine gut etablierte Technik zur Herstellung von Metallisierungsschichten auf Kupferbasis in standardmäßigen dielektrischen Materialien, etwa Siliziumdioxid, ist, erfordert die Verwendung von Dielektrika mit kleinem ε jedoch die Entwicklung neuer dielektrischer Diffusionsbarrierenschichten, um eine Kupferkontaminierung benachbarter Materialschichten zu vermeiden, da Kupfer leicht in einer Vielzahl dielektrischer Materialien diffundiert. Obwohl Siliziumnitrid als eine effektive Kupferdiffusionsbarriere bekannt ist, wird Siliziumnitrid vielfach nicht als Option in Schichtstapeln mit Dielektrika mit kleinem ε auf Grund der hohen Permittivität erachtet. Daher wird gegenwärtig Siliziumkarbid als ein vielversprechender Kandidat für eine Kupferdiffusions barriere betrachtet. Es zeigt sich jedoch, dass die Widerstandsfähigkeit des Kupfers gegenüber Elektromigration stark von der Grenzfläche zwischen dem Kupfer und der benachbarten Diffusionsbarrierenschicht abhängt. Daher ist es in modernsten integrierten Schaltungen mit hohen Stromdichten im Allgemeinen vorteilhaft, bis zu 20% Stickstoff in der Siliziumkarbidschicht anzuwenden, um die Elektromigration von Kupfer im Vergleich zu der Elektromigration, die in reinem Siliziumkarbid auftritt, zu verringern.
Ein weiteres Problem bei der Herstellung von Metallisierungsschichten auf Kupferbasis mit kleinem ε wurde in der Vergangenheit häufig unterschätzt und wird nunmehr als eine große Herausforderung bei der Integration von Dielektrika mit kleinem ε betrachtet. Während des Strukturierens des dielektrischen Materials mit kleinem ε wird eine anspruchvolle Photolithographietechnik erforderlich, um die Struktur einschließlich der Kontaktdurchführungen und/oder Gräben in dem Photolack abzubilden, der im tiefen UV-Bereich empfindlich ist. Beim Entwickeln des Photolacks werden jedoch unter Umständen gewisse Bereiche des Lacks, die zuvor belichtet wurden, nicht vollständig in der erforderlichen Weise entfernt, und daher kann die Struktur nicht korrekt in das darunter liegende dielektrische Material mit kleinem ε während des nachfolgenden Ätzprozesses übertragen werden. Die Auswirkung eines nicht ausreichend belichteten und entwickelten Photolacks wird auch als Lackvergiftung bezeichnet. Es wird angenommen, dass eine deutliche Änderung der Lackempfindlichkeit durch eine Wechselwirkung des Stickstoffs und der Stickstoffradikale mit der Lackschicht hervorgerufen wird, wodurch lokal die Generatorwirkung der Photosäure während des Belichtens und dem Ausbacken nach dem Belichten des Photolacks blockiert wird und damit lokal die Lackstruktur nach der Lackentwicklung modifiziert wird (Ablagerungsreste). Das Problem gewinnt noch mehr an Bedeutung, wenn die Wellenlänge in der angewendeten Lithographie als Folge noch anspruchsvollerer Prozesserfordernisse verringert wird. Beispielsweise wird momentan die Strukturierung kritischer Strukturelemente modernster Bauelemente auf der Grundlage einer 193 nm (Nanometer) Lichtquelle durchgeführt, wofür geeignet gestaltete Photolacke erforderlich sind, die in diesem Wellenlängenbereich äußerst empfindlich sind. Es zeigt sich jedoch, dass durch die erhöhte Empfindlichkeit bei kürzeren Wellenlängen die verfügbaren Photolacke auch eine erhöhte Empfindlichkeit für die Mechanismen der Lackvergiftung zeigen. Da die Einführung der 90 nm Technologie auch eine entsprechende fortschrittliche Lithographie bei der Herstellung einer Metallisierungsschicht erforderlich macht, die mit den Schaltungselementen in Kontakt ist, können größere Probleme während des Strukturierens des Dielektrikums mit kleinem ε auftreten, da Stick stoff- und/oder Stickstoffverbindungen in dem Material mit kleinem ε oder anderen Schichten in dem Schichtstapel vorhanden sein können, die dann mit dem Lack, der die erhöhte Empfindlichkeit für die Lackvergiftung besitzt, Wechselwirken können. Mit Bezug zu den 1a bis 1c wird nunmehr ein typischer konventioneller Prozessablauf beschrieben, um die bei der Strukturierung einer Metallisierungsschicht mittels moderner Photolithographie beteiligten Probleme detaillierter zu erläutern.
1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines typischen konventionellen Halbleiterbauelements 100, in welchem eine dielektrische Materialschicht mit kleinem ε 106 mittels einer modernen Photolithographie zu strukturieren ist, in der beispielsweise eine 193 nm Lichtquelle verwendet wird. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst ein Substrat 101, das darauf ein oder mehrere ausgebildete Schaltungselemente aufweisen kann, die in modernsten Bauelementen kritische Abmessungen von 0,1 μm und deutlich darunter aufweisen können. Der Einfachheit halber ist ein entsprechendes Schaltungselement in 1a nicht gezeigt. Über dem Substrat 101 ist ein Zwischenschichtdielektrikum 102 gebildet, das beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen aufweisen kann, und das darin ein metallenthaltendes Gebiet 103 aufweist, das einen elektrischen Kontakt zu einem oder mehreren Schaltungselementen in dem Substrat 101 bereitstellt. Das Gebiet 103 kann Wolfram, Wolframsilizid oder ein anderes geeignetes Kontaktmetall aufweisen, das im Stand der Technik bekannt ist. Eine Ätzstoppschicht 104, die beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, stickstoffangereichertes Siliziumkarbid und dergleichen aufweist, kann auf dem Zwischenschichtdielektrikum 102 gebildet sein. Eine Deckschicht 110 mit Siliziumdioxid ist auf der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 106 gebildet, da das Material mit kleinem ε für gewöhnlich eine geringere Härte und Steifigkeit im Vergleich zu beispielsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid besitzt. Daher wird die Deckschicht 110 vorgesehen, um Einkerbungs- und Erosionseffekte während eines chemisch-mechanischen Polierprozesses zu verringern, der später zum Entfernen von Überschussmetall ausgeführt wird. Eine ARC-(antireflektierende Beschichtung)Schicht 105 ist auf der dielektrischen Schicht 106 angeordnet, wobei die ARC-Schicht 105 Siliziumoxynitrid aufweist. Die optischen Eigenschaften der ARC-Schicht 105 sind entsprechend den Erfordernissen eines nachfolgenden Photolithographieprozesses eingestellt, der so ausgeführt wird, um die ARC-Schicht 105 und die darunter liegende Deckschicht 110 und die dielektrische Schicht 106 zu strukturieren. Beispielsweise wird der Brechungsindex zusammen mit einer Dicke der ARC-Schicht 105 so in Bezug auf die Belichtungswellenlänge der nachfolgenden Photolithographie festgelegt, um eine Rückreflektion von einer unteren Oberfläche 107a einer Lackschicht 107 zu reduzieren, die auf der ARC-Schicht 105 gebildet ist, wobei entsprechend der erforderlichen optischen Auflösung des Lithographieprozesses die Lackschicht 107 für eine spezielle Belichtungswellenlänge ausgewählt ist. Wie zuvor erläutert ist, wird bei anspruchsvollen Anwendungen die 248 nm Lithographie zunehmend durch eine 193 nm Lithographie ersetzt, so dass die Lackschicht 107 eine erhöhte Empfindlichkeit in diesem Wellenlängenbereich – jedoch auf Kosten einer erhöhten Reaktionsfreude mit Stickstoff und Stickstoffverbindungen – aufweist. Die erhöhte Reaktionsfreude der Lackschicht 107 mit Stickstoff und Stickstoffverbindungen kann das Ausbilden einer Öffnung 108, die durch gestrichelte Linien gezeigt ist, beeinträchtigen, die in der Lackschicht 107 zu bilden ist, um einen entsprechenden Graben in der ARC-Schicht 105, der Deckschicht 110 und der dielektrischen Schicht 106 zu bilden.
Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 100, wie es in 1a gezeigt ist, kann die folgenden Prozesse umfassen. Nach dem Bilden von Schaltungselementen in dem Substrat 101 wird das metallenthaltende Gebiet 103, das in das Zwischenschichtdielektrikum 102 eingebettet ist, entsprechend gut etablierter Herstellungsprozesse gebildet. Beispielsweise ist abhängig von den Abmessungen der Schaltungselemente, mit denen das metallenthaltende Gebiet 103 verbunden ist, ein entsprechend gestalteter Lithographieprozess – möglicherweise auf der Grundlage einer Strahlungsquelle mit einer Wellenlänge von 193 nm – anzuwenden. Danach kann die Ätzstoppschicht 104 durch gut etablierte Abscheidetechniken, etwa plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (PECVD) mit einer gewünschten Dicke und Materialzusammensetzung aufgebracht werden. Danach wird die dielektrische Schicht mit kleinem ε 106 mittels Abscheide- und/oder Aufschleudertechniken hergestellt, wie sie durch die Materialzusammensetzung der dielektrischen Schicht 106 erforderlich sind. Beispielsweise ist SiCOH eine häufig verwendete Materialzusammensetzung für Dielektrika mit kleinem ε, das in Abhängigkeit von der Mikrostruktur des Materials durch diverse Prozessrezepte abgeschieden werden kann. In anderen Fällen kann die dielektrische Schicht 106 mittels Aufschleudertechniken gebildet werden, wenn Materialien mit deutlich reduzierter Permittivität erforderlich sind. Danach wird die Deckschicht 110 durch PECVD aus TEOS oder Silan abgeschieden. Dann wird die ARC-Schicht 105 durch gut etablierte PECVD-Techniken gebildet, wobei Prozessparameter so gesteuert werden, dass das gewünschte optische Verhalten der ARC-Schicht 105 erreicht wird. D. h., während der Abscheidung wird das Verhältnis von Stickstoff zu Sauerstoff in der ARC-Schicht 105 so eingestellt, um in Kombination mit einer spezifizierten Schichtdicke eine geringe Rückreflektion von der Oberfläche 107a bei der betrachteten Belichtungswellenlänge zu erreichen. In einigen konventionellen Lösungswegen wird die ARC-Schicht 105 durch Aufschleudertechniken mit stickstoffarmen Materialien hergestellt, wobei jedoch eine schlechte Ätzselektivität zu der Schicht 106 in nachfolgenden Ätzprozessen auftreten kann. Als nächstes wird die Lackschicht 107 durch Aufschleudertechniken und geeignete Nach-Belichtungsprozesse gebildet.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird Stickstoff in eine Vielzahl von Schichten, etwa die Ätzstoppschicht 104 und insbesondere die ARC-Schicht 105 eingebaut, und kann auch in sich ändernden Mengen in Form von Stickstoff, Stickstoffverbindungen und Stickstoffradikalen in der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 106 vorhanden sein, da diese Materialien typischerweise in Prozessen zur Herstellung der Schichten 104 und/oder 106 und/oder 105 vorhanden sind. Der Stickstoff und entsprechende Verbindungen können leicht in die Lackschicht 107 diffundieren, oder Stickstoff kann direkt mit der Lackschicht 107 in Kontakt geraten, da dieser einen beträchtlichen Anteil der stoichiometrischen Zusammensetzung der ARC-Schicht 105 bildet. Somit kann der Stickstoff mit dem Lackmaterial Wechselwirken, wodurch die Empfindlichkeit des Lackes in Bezug auf eine Belichtungswellenlänge, die nachfolgend verwendet wird, beeinträchtigt wird. Insbesondere ein Lack, der für eine 193 nm Belichtungswellenlänge ausgebildet ist, reagiert stark mit Stickstoff und seinen Verbindungen, wodurch das nicht lineare Verhalten des Lackes beim Belichten beeinträchtigt wird. Als Folge davon können unter Umständen die Abmessungen der Öffnung 108, die in der Lackschicht 107 zu bilden ist und die durch das Bezugszeichen 108b bezeichnet ist, nicht so präzise in die Lackschicht 107 abgebildet werden, wie dies für das nachfolgende Strukturieren der dielektrischen Schicht 106 nötig wäre.
1b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Belichten und dem Entwickeln der Lackschicht 107, um die Öffnung 108 tatsächlich darin zu bilden. Auf Grund der beeinträchtigten optischen Eigenschaften der Lackschicht 107 können Lackreste 108a nach dem Entwickeln der Lackschicht 107 verbleiben, wodurch die Kontur und/oder die Abmessungen der Öffnung 108 beeinflusst werden. Da die Lackschicht 107 als eine Ätzmaske in einem nachfolgenden anisotropen Ätzprozess dient, beeinflusst die Fluktuation der Kontur und/oder der Abmessung der Öffnung 108 auch den Ätzprozess in negativer Weise, was schließlich zu einem Metallgraben mit verringerter Zuverlässigkeit führen kann.
1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach Beendigung des anisotropen Ätzprozesses zum Öffnen der ARC-Schicht 105, der Deckschicht 110, der dielektrischen Schicht 106 und der Ätzstoppschicht 104. Ein Graben 109 mit einer Form und Abmessung, die deutlich von der Sollabmessung abweichen kann, wie dies durch die gestrichelten Linien 108b gezeigt ist, ist in der dielektrischen Schicht 106 gebildet.
1d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Abscheiden einer Barrierenschicht 112, dem Auffüllen von Kupfer 111 in den Graben 109 und nach dem Entfernen von überschüssigem Material. Die obige Prozesssequenz kann durch gut etablierte Damaszener-Prozessabläufe ausgeführt werden, die die Sputter-Abscheidung der Barrierenschicht 112 und einer Saatschicht (nicht gezeigt) gefolgt von einer elektrochemischen Abscheidung des Kupfers 111 enthalten können. Danach wird das überschüssige Material des Kupfers 111 und der Barrierenschicht 112 durch CMP entfernt, wobei auch die ARC-Schicht 105 entfernt wird. Während des CMP-Prozesses verleiht die Deckschicht 110 der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 106 eine ausreichende mechanische Stabilität und dient ferner als eine CMP-Stoppschicht. Da die Breite des Grabens 109 im Bereich von 0,1 μm und sogar deutlich darunter liegen kann für ein Halbleiterbauelement einer 90 nm Technologie, führt die Schwankung in der lateralen Abmessung unter Umständen zu einer Kupferleitung mit geringerer Zuverlässigkeit, wodurch die Produktionsausbeute und damit die Produktionskosten nachteiligerweise beeinflusst werden.
Die Patentanmeldung WO 2004/055881 A1 offenbart eine stickstofffreie dielektrische antireflektierende Beschichtung (ARC) und eine Hartmaske, die jeweils auf einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε gebildet sein können. Die antireflektierende Beschichtung bzw. die Hartmaske können nach einem durchgeführten CMP-Prozess teilweise erhalten bleiben. In einer Ausführungsform kann die ARC-Schicht als eine Doppel-ARC-Schicht ausgebildet sein, die eine obere Phasenschiebeschicht und eine untere Schicht, die einen hohen Absorptionskoeffizienten aufweist, umfasst. Die Doppel-ARC-Schicht kann in-situ abgeschieden werden.
Die Patentanmeldung WO 00/19498 A1 offenbart Abscheidverfahren für Siliziumkarbidschichten mit kleinem ε, die als Barrierenschichten, Ätzstoppschichten oder ARC-Schichten für Damszeneranwendungen eingesetzt werden können. Die Prozessbedingungen können beim Abscheiden graduell geändert werden.
Angesichts der oben erkannten Probleme besteht ein Bedarf für eine verbesserte Technik, die das Strukturieren einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε ohne unnötige Lackvergiftung und eine adäquate mechanische Stabilität für eine moderne Lithographie unter Anwendung von Belichtungswellenlängen von beispielsweise 248 nm oder darunter ermöglicht.
Überblick über die Erfindung
Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik, die die Herstellung einer im Wesentlichen stickstofffreien ARC-Schicht ermöglicht, um damit Lackvergiftungseffekte selbst in äußerst empfindlichen Photolacken deutlich zu reduzieren. Ferner ist die im Wesentlichen stickstofffreie ARC-Schicht mit einer mechanischen Stabilität versehen, die ausreicht, um als eine stabilisierende Deckschicht und eine CMP-Stoppschicht für das Dielektrikum mit kleinem ε zu dienen, wodurch nunmehr keine separate Deckschicht erforderlich ist und damit die Prozesskomplexität verringert wird. In dieser Hinsicht ist der Begriff „stickstofffrei" oder „im Wesentlichen stickstofffrei", wenn dieser im Hinblick auf die Materialzusammensetzung einer Schicht verwendet ist, so gemeint, um eine Schicht zu beschreiben, die eine Zusammensetzung aufweist, die durch eine stoichiometrische Formel repräsentiert ist, in der Stickstoff nicht enthalten ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass geringe Mengen an Stickstoff dennoch innerhalb einer derartigen im Wesentlichen stickstofffreien Schicht auf Grund einer geringfügigen Kontaminierung mit Stickstoff, die durch Prozessanlagen und/oder Diffusionseffekte hervorgerufen wird, vorhanden sein können. Diese Stickstoffverunreinigungen beeinflussen jedoch nicht die optischen, mechanischen, chemischen Eigenschaften der „stickstoffreien" ARC-Schicht. Somit kann eine Schicht mit einem Stickstoffanteil von weniger als 1 Atomprozent oder vorzugsweise von weniger als 0,1 Atomprozent als eine im Wesentlichen stickstofffreie Schicht betrachtet werden. Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Konzept, dass insbesondere die unterhalb einer Lackschicht gebildete ARC-Schicht vorteilhafterweise aus einem Material ohne nennenswerte Anteile an Stickstoff hergestellt werden kann und ähnliche mechanische Eigenschaften wie eine konventionelle Siliziumdioxiddeckschicht liefert, wobei in einigen Ausführungsformen die ARC/Deckschicht durch einen Prozess hergestellt wird, der kein Stickstoff als Prozess- oder Trägergas erfordert, wodurch die Gefahr einer Kontaminierung der im Wesentlichen stickstofffreien ARC-Deckschicht verringert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, wobei:
1a bis 1d schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während dem Strukturieren der Metallisierungsschicht gemäß konventioneller Prozessstrategien zeigen;
2a bis 2d schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Herstellungsphasen zum Strukturieren einer Metallisierungsschicht gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen; und
3a bis 3c schematisch Graphen zeigen, die Ergebnisse von Simulationsberechnungen zum Ermitteln geeigneter Sollwerte für ein Prozessrezept repräsentieren, um eine stickstofffreie ARC-Schicht gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Detaillierte Beschreibung
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten anschaulichen Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik zum deutlichen Verringern der Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung von Stickstoff und stickstoffenthaltenden Verbindungen mit einem Photolack in modernsten Lithographietechniken bereit, die das Verwenden einer ARC-Schicht erfordern, die zwischen der Photolackschicht und einer zu strukturierenden Materialschicht gebildet ist, wobei die Prozesskomplexität für das Bereitstellen einer ARC-Schicht, die auch als Deckschicht zum Schutz des Materials mit kleinem ε während des Ätzens und des CMP-Prozesses dient, verringert wird. Da der Effekt der Lackvergiftung im Allgemeinen die Herstellung von Schaltungselementen in Metallisierungsschichten modernster Halbleiterbauelemente beeinflusst, da typischerweise dielektrische Materialien mit kleinem ε in Kombination mit Photolacken verwendet werden, die äußerst empfindlich für Stickstoff und stickstoffenthaltende Verbindungen sind, ist die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft für das Strukturieren von dielektrischen Materialien mit kleinem ε in Verbindung mit kritischen Abmessungen in der Größenordnung von 100 nm oder weniger. Mit Bezug zu den 2a bis 2d und 3a bis 3c werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
2a zeigt schematisch eine Halbleiterstruktur 200 mit einem Substrat 201, das Schaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren und dergleichen enthalten kann. Um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verdunkeln, sind derartige Elemente in den 2a bis 2c nicht gezeigt. In anderen Beispielen kann das Substrat 201 ein beliebiges Substrat zur Aufnahme kleiner Strukturelemente repräsentieren, die in oder auf dem Substrat 201 mittels moderner Photolithographietechniken zu bilden sind. In speziellen Ausführungsformen kann das Substrat 201 ein Substrat repräsentieren, das darauf ausgebildete Schaltungselemente auf Siliziumbasis aufweist, die durch eine Technologie hergestellt sind, die durch eine strukturierende Technologie von 90 nm oder weniger gekennzeichnet ist. Die Halbleiterstruktur 200 umfasst ferner eine dielektrische Schicht mit kleinem ε 206, die eine relative Permittivität von ungefähr 3,1 oder weniger in einer speziellen Ausführungsform von ungefähr 2,8 oder weniger aufweist. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 206 ein Polymermaterial mit einer relativen Permittivität von weniger als 3,1 repräsentieren. In einer speziellen Ausführungsform enthält die dielektrische Schicht 206 Silizium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff, die durch die Formel SiCOH dargestellt sind, mit einer relativen Permittivität von 2,8 oder weniger. Eine ARC/Deckschicht 205 ist auf der dielektrischen Schicht 206 gebildet und kann Siliziumdioxid mit Kohlenstoff aufweisen. Die ARC/Deckschicht 205 repräsentiert eine im Wesentlichen stickstofffreie Schicht in dem Sin ne, dass Stickstoff in der Schicht 205 lediglich in Form von Verunreinigungen vorhanden sein kann, die von der darunter liegenden Schicht 206 oder von Prozessanlagen während der Herstellung der ARC/Deckschicht 205 eingeführt worden sein können. Somit ist im Gegensatz zu der konventionellen ARC-Schicht 105, in der der Stickstoff eine wesentliche Komponente zum Einstellen der optischen Eigenschaften darstellt, die ARC-Deckschicht 205 durch eine chemische Formel auf der Grundlage von Silizium, Kohlenstoff und Sauerstoff charakterisiert, wobei geringste Mengen an Stickstoff die optischen, mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften der Schicht 205 nicht bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann die ARC/Deckschicht 205 auch Wasserstoff in einer Menge von ungefähr 5 Atomprozent oder weniger aufweisen. Im Allgemeinen sind die mechanischen Eigenschaften, d. h. die Härte und Steifheit, vergleichbar mit jenen einer Siliziumdioxidschicht, etwa der Schicht 110 in 1a–1d. Eine Dicke 205a der ARC/Deckschicht 205 ist so festgelegt, um ausreichende CMP-Stoppeigenschaften in einem CMP-Prozess bereitzustellen, der später ausgeführt wird. In einer speziellen Ausführungsform ist die Dicke 205a so festgelegt, um eine minimale Dicke 205b nach dem CMP-Prozess beizubehalten. Die minimale Dicke 205b kann ungefähr 10 nm oder mehr betragen. Ferner wird die Dicke 205a in Übereinstimmung mit optischen Eigenschaften der Schicht 205, etwa dem Brechungsindex n und dem Extinktionskoeffizienten k so ausgewählt, um die Rückreflektion für eine spezielle Belichtungswellenlänge zu minimieren, wie dies später detailliert beschrieben ist.
Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung der Halbleiterstruktur 200, wie sie in 2a gezeigt ist, kann die folgenden Prozesse umfassen. Abhängig von der Art des Substrats und von der Tatsache, ob Schaltungselemente darauf vorgesehen sind oder nicht, können eine Reihe vorhergehender Herstellungsprozesse, möglicherweise auf der Grundlage moderner Photolithographietechniken, durchgeführt worden sein. Danach wird die dielektrische Schicht mit kleinem ε 206 über dem Substrat 201 mittels einer geeigneten Technik, etwa einer CVD-Abscheidung oder Aufschleuderverfahren hergestellt. Da die dielektrische Schicht mit kleinem ε 206 weniger dicht und mechanisch stabil im Vergleich zu Siliziumdioxid ist, diffundieren typischerweise eine Vielzahl von Materialien, etwa Stickstoff bis hinauf zu der ARC/Deckschicht 205, die dann deutlich eine Diffusion durch die Oberfläche der Schicht 206 hindurch verringert und auch die mechanische Integrität dieser Schicht verbessern kann. Das Heraufdiffundieren von Stickstoff beeinflusst die stickstofffreie Schicht 105 nicht wesentlich.
Danach kann die Halbleiterstruktur 200 in einer Ausführungsform in eine Abscheideatmosphäre 250 eingebracht werden, die in einer geeigneten Abscheideanlage erzeugt wird und die so ausgebildet ist, um auch ein Plasma in der Abscheideatmosphäre 250 bereitzustellen. Entsprechende PECVD-Abscheideanlagen sind gut verfügbar und können in effizienter Weise zusammen mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. In einer speziellen Ausführungsform kann vorteilhafter Weise eine PECVD-Abscheideanlage von Applied Materials, die unter dem Handelsnamen Producer erhältlich ist, verwendet werden. Wie zuvor erläutert ist, kann zum Erzielen einer geringen Stickstoffverunreinigungsrate in der Schicht 205 eine entsprechende Prozessanlage zum Errichten der Abscheideatmosphäre 250 durch Verwendung von Prozessgasen ohne stickstoffenthaltende Vorstufengase und Trägergase gereinigt werden. Nach einem entsprechenden Reinigungsprozess oder durch Verwendung einer Prozessanlage, die stickstofffreien Prozessen zugeordnet ist, wird in einer speziellen Ausführungsform die Abscheideatmosphäre 250 auf der Grundlage von Kohlendioxid (CO₂) oder Kohlenmonoxid (CO) und Silan (SiH₄) als Vorstufenmaterialien erzeugt. In einigen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, Helium als ein Trägergas zu verwenden, wohingegen in anderen Ausführungsformen andere Gase, etwa Argon, verwendet werden können. Durch Zuführen einer Hochfrequenzleistung kann ein Plasma in der Abscheideatmosphäre 250 angeregt werden, wobei abhängig von der Kammergeometrie der verwendeten Prozessanlage die Leistung der Hochfrequenz sowie ein Abstand der Abscheideatmosphäre 250 von dem Substrat 201 so eingestellt werden können, um die erforderliche Abscheiderate zu erreichen. Beispielsweise kann für das oben genannte Producer-System die Hochfrequenzleistung auf ungefähr 70 bis 110 Watt mit einem Abstand eines entsprechenden Sprühkopfes zu dem Substrat 201 im Bereich von ungefähr 450 Mil bis 550 Mil eingestellt werden. Ein Druck in der Abscheideatmosphäre 250 kann in einer Ausführungsform auf einen Bereich von ungefähr 731 bis 904 Pa oder, in anderen Ausführungsformen, auf ungefähr 840 ± 67 Pa eingestellt werden.
Mit den oben spezifizierten Parametern kann die Dicke 205a der ARC-Deckschicht 205 in einem weiten Bereich von ungefähr 40 nm bis 170 nm und in speziellen Ausführungsformen in dem Bereich von ungefähr 50 bis 150 nm variiert werden, wobei die Dicke vorteilhafterweise durch die Abscheidezeit gesteuert wird. Auf der Grundlage der obigen Parameter kann eine Abscheiderate von ungefähr 100 nm bis 140 nm pro Minute erreicht werden. In einer anschaulichen Ausführungform kann die Dickenschwankung der ARC-Schicht 205 über das Substrat hinweg bei 1,5% oder weniger gehalten werden.
Für die oben spezifizierten Parameter kann die ARC-Schicht 205 eine Dicke von ungefähr 60 bis 120 nm mit einer Dickenschwankung über das Substrat hinweg von weniger als ungefähr 1,5% aufweisen, was mit einer Abscheiderate von ungefähr 120 ± 12 nm/Minute erreicht wird. Der Brechungsindex beträgt ungefähr 1,92 ± 0,3, während der Extinktionskoeffizient ungefähr 0,65 ± 0,3 bei einer Wellenlänge von 193 nm beträgt. Es sollte beachtet werden, dass die das optische Verhalten er ARC/Deckschicht 205 bestimmenden Eigenschaften, d. h. die Dicke 205a, der Brechungsindex und der Extinktionskoeffizient, durch entsprechendes Steuern der Abscheideparameter variiert werden können. Beispielsweise können das Verhältnis von Silizium und Kohlendioxid in einem Bereich von ungefähr 0,012 bis 0.02 variiert werden, um damit den Brechungsindex auf einen gewünschten Sollwert einzustellen. Jedoch können auch andere Parameter, etwa Temperatur und Druck, entsprechend eingestellt werden, um den gewünschten Sollwert zu erreichen. Es können ein oder mehrere Sollwerte für eine oder mehrere optische Eigenschaften der ARC-Schicht 205 im Voraus auf der Grundlage einer gewünschten Anfangsdicke 205a bestimmt werden, wie dies detaillierter mit Bezug zu den 3a bis 3c erläutert ist.
In anderen Ausführungsformen kann die ARC/Deckschicht 205 durch PECVD auf der Grundlage von TEOS, Sauerstoff und/oder Ozon und Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid gebildet werden. Z. B. können gut etablierte Rezepte für das Abscheiden von Siliziumdioxid in der Weise modifiziert werden, dass Kohlendioxid in der Abscheideatmosphäre vorgesehen wird, um die Kohlenstoffkonzentration in der Schicht 205 einzustellen. In ähnlicher Weise können andere Prozessparameter, etwa die Plasmaleistung, Temperatur und Druck und dergleichen variiert werden, und die entsprechend erhaltenen Testschichten können in Bezug auf Ihre optischen Eigenschaften bewertet werden, um ein spezielles Prozessrezept mit dem optischen Verhalten der Schicht 205 in Beziehung zu setzen. Aus diesen Ergebnissen kann die geeignete Dicke 205a für einen gegebenen Brechungsindex und Extinktionskoeffizienten ausgewählt werden, die mit einem speziellen Prozessrezept in Beziehung stehen.
In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration des Kohlenstoffs in der Schicht 205 entlang der Dicke 205a so variieren, um die optischen und/oder mechanischen Eigenschaften in gradueller oder schrittweiser Art zu ändern. Beispielsweise kann der Abscheideprozess so ausgeführt werden, dass dieser mit einer im Wesentlichen geringen Kohlenstoffkonzentration beginnt, d. h. einer Siliziumdioxidschicht, und dass die Kohlenstoffkonzentra tion dann ansteigt. In ähnlicher Weise kann eine im Wesentlichen „reine" Siliziumkarbidschicht anfänglich mit einem dann zunehmenden Anteil an Sauerstoff abgeschieden werden, um damit die optischen und/oder mechanischen Eigenschaften einzustellen. Es können mehrere unterschiedliche Prozessrezepte zur Herstellung der ARC/Deckschicht 205 mit entsprechenden optischen Eigenschaften korreliert werden, d. h. dem Brechungsindex und dem Extinktionskoeffizienten, indem mehrere Testdurchläufe mit variierten Prozessbedingungen und nachfolgenden Messungen durchgeführt werden.
2b zeigt schematisch die Halbleiterstruktur 200 mit einer Lackschicht 207, die auf der ARC/Deckschicht 205 gebildet ist. In Ausführungsformen, die modernste Halbleiterbauelemente betreffen, kann die Lackschicht 207 einen Photolack repräsentieren, der für eine 193 nm Belichtungswellenlänge ausgelegt ist. In einer speziellen Ausführungsform werden die optischen Eigenschaften und die Dicke 205a der ARC/Deckschicht 205 so festgelegt, um eine Rückreflektion der Belichtungsstrahlung 210 von einer unteren Fläche 207a der Lackschicht 207 bei ungefähr 3% oder weniger zu halten. Ferner können der Extinktionskoeffizient und die Schichtdicke 205a so gewählt werden, dass ein Einfluss von Dickenschwankungen der dielektrischen Schicht 206 auf die Lithographie, in der die Belichtungsstrahlung 210 eingesetzt wird, deutlich verringert wird. D. h., die optischen Eigenschaften der ARC/Deckschicht 205 werden so eingestellt, um eine Rückreflektion unter einem spezifizierten Pegel, beispielsweise ungefähr 3%, zu halten, selbst wenn die Dicke der Schicht 206 variiert, wodurch in effizienter Weise die Lackschicht 207 und die ARC/Deckschicht 205 von darunter liegenden Materialschichten optisch „entkoppelt" werden. Anzumerken ist, dass das Verringern der Dicke 205a der ARC/Deckschicht 205 zu einer geringeren Reflektivität führen kann, wobei aber das gewünschte Maß an Entkopplung nicht erreicht wird. Die erhöhte optische Entkopplung kann erreicht werden, indem der Extinktionskoeffizient und die Schichtdicke 205a der ARC/Deckschicht 205 moderat hoch gewählt werden, wie dies auch mit Bezug den 3a bis 3c erläutert ist.
2c zeigt schematisch die Halbleiterstruktur 200 in einem weiter fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Eine Öffnung oder Graben 208 ist in der ARC-Deckschicht 205 und der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 206 ausgebildet, wobei eine Barrierenschicht 212 und eine Saatschicht 213 auf der Schicht 205 und in dem Graben 208 ausgebildet sind.
Die in 2c gezeigte Halbeiterstruktur 200 kann durch die folgenden Prozesse hergestellt werden.
Auf der Grundlage der verbesserten Eigenschaften der ARC/Deckschicht 205, die als eine ARC-Schicht und eine äußerst selektive Ätzmaske dient, kann die Lackschicht 207 strukturiert und die entsprechende Lackmaske dann zur Bildung der Öffnung oder des Grabens 208 entsprechend den Prozessspezifikationen verwendet werden, wobei die Auswirkungen der Lackvergiftung deutlich reduziert werden können. Während eines entsprechenden Ätzprozesses zur Bildung der Öffnung 208 kann die ARC/Deckschicht 205 als eine Ätzmaske dienen, nachdem der Lack von dem Ätzprozess „aufgebraucht" wurde, wobei die ARC/Deckschicht 205 auch eine erhöhte Ätzselektivität im Vergleich zu stickstoffarmen konventionellen ARC-Schichten liefert, die durch Aufschleudertechniken gebildet werden. Danach können die Barrierenschicht 212 und die Saatschicht 213 durch gut etablierte Sputter-Abscheidetechniken oder andere Prozesse, etwa Atomlagenabscheidung (ALD), elektrochemische Abscheidung und dergleichen gebildet werden. Nachfolgend kann Kupfer oder ein Metall auf Kupferbasis abgeschieden werden, um den Graben 208 aufzufüllen.
2d zeigt schematisch die Halbleiterstruktur 200, wobei der Graben 208 mit einem Metall, etwa Kupfer 214, gefüllt ist. Ferner ist die ARC/Deckschicht 205 auf die Dicke 205b reduziert und wird als Schicht 205c bezeichnet. Das Kupfer 214 kann durch Elektroplattieren oder stromloses Plattieren abgeschieden werden, und das überschüssige Metall oder Teile davon können durch CMP entfernt werden, wodurch auch die Schichten 212, 213 auf freigelegten Oberflächenbereichen abgetragen werden. Auf Grund des Festlegens der Anfangsdicke 205a derart, dass zumindest die minimale Dicke 205b am Ende des CMP-Prozesses verbleibt, können die Schichten 212, 213 zuverlässig entfernt werden, ohne dass die Integrität der dielektrischen Schicht mit kleinem ε 206 beeinträchtigt wird. Zu diesem Zwecke kann die Abtragsrate für ein spezielles anzuwendendes CMP-Rezept für mehrere Testschichten 205 ermittelt werden. Aus diesen Abtragsraten kann eine „sichere" Schichtdicke 205a ermittelt werden, so dass sich die minimale Dicke 205b für eine gegebene CMP-Prozesszeit ergibt, die als erforderlich erachtet wird, sobald die Schicht 213 während des CMP-Prozesss freigelegt wird. Während der Bestimmung der sicheren Dicke 205a kann auch der mögliche Materialabtrag der Schicht 205 während des Prozesses zum Ätzen durch die Schicht 206, nachdem die Lackmaske verbraucht ist, ebenso in Betracht gezogen werden. Auf Grundlage der festgelegten sicheren Dicke 205a kann ein entsprechendes Prozessrezept, d. h. entsprechende optische Eigenschaften der Schicht 205, auf der Grundlage von Simulationen und den Ergebnissen der Testmessungen in Bezug auf die Korrelation optischer Eigenschaften und Abscheideparameter, wie dies zuvor erläutert ist, bestimmt werden.
Somit können auf der Grundlage der Dicke 205a die optischen Eigenschaften der ARC/Deckschicht 205 im Voraus für ein gewünschtes optisches Verhalten während eines anspruchsvollen Photolithographieprozesses so ausgewählt werden, dass entsprechende Prozessparameter, d. h. ein geeignetes Prozessrezept, zur Bildung der Schicht 205 entsprechend bestimmt werden kann.
3a repräsentiert einen Graphen, der die Abhängigkeit zwischen dem Extinktionskoeffizienten k (vertikale Achse) und dem Brechungsindex n (horizontale Achse) für ein unterschiedliches Maß an Reflektion R (Graustufen) von der unteren Fläche 207a der Lackschicht 207 zeigt. Die gezeigten Ergebnisse beruhen auf einer entsprechenden Simulationsberechnung. Die Berechnungen basieren auf einem Wert von 45 nm für die Dicke 205a der ARC/Deckschicht 205. Es wird ein relativ großer Wert für den Extinktionskoeffizienten ausgewählt, um das optische Verhalten der ARC-Schicht 205 und der Lackschicht 207 von dem darunter liegenden Substrat zu entkoppeln. Wie jedoch für einen Wert von 0,6 für den Extinktionskoeffizienten gezeigt ist, beträgt die Reflektivität dennoch ungefähr 5%.
3b zeigt schematisch die Abhängigkeit des Extinktionskoeffizienten k (vertikale Achse) von der Schichtdicke (horizontale Achse) auf der Grundlage der von der Lackunterseite 207a (Graustufen) reflektierten Intensität. Wie durch 3b angedeutet wird, kann das Vergrößern der Schichtdicke auf ungefähr 60 nm zu einer geringen Reflektivität von ungefähr 3% bei einem wünschenswert hohen Extinktionskoeffizienten von ungefähr 0,6 führen.
Es wird nunmehr angenommen, dass für einen spezifizierten Prozessablauf die sichere Dicke 205a auf ungefähr 45 nm festgelegt wurde, so dass ein größerer Wert, etwa 60 nm, in zuverlässiger Weise eine ausreichende Toleranz liefert. Es kann jedoch eine ähnliche Prozedur für andere Werte der Dicke 205a ausgeführt werden.
3c zeigt einen Graphen, der die Abhängigkeit des Brechungsindex n (vertikale Achse) von der Schichtdicke (horizontale Achse) und der resultierenden reflektierten Intensität (Graustufen) zeigt. Wie man erkennen kann, kann ein Brechungsindex von ungefähr 1,8 bei der Schichtdicke von ungefähr 60 nm ausgewählt werden, um damit eine Reflektivität von ungefähr 2 bis 3% zu erhalten. Somit können die Sollwerte für den Brechungsindex, den Extinktionskoeffizienten und die Schichtdicke zu ungefähr 1,8, 0,6 und 60 nm für einen Lithographieprozess auf der Grundlage einer 193 nm Belichtungswellenlänge ausgewählt werden.
Da entsprechende Prozessbedingungen zur Herstellung der Schicht 205 mit den Sollwerten 1,8 und 0,6 für den Brechungsindex bzw. den Extinktionskoeffizienten zuvor festgelegt worden sein können, kann eine geeignete Abscheidezeit ausgewählt werden, um damit die gewünschte Dicke 205a zu erreichen. Wenn die Prozessbedingungen zur Bildung der Schicht 205 bestimmt sind, kann dieser Prozess auf mehrere Produktsubstrate angewendet werden.
Es sollte beachtet werden, dass die vorhergehenden Berechnungen auch für eine Schicht 205 mit optischen Eigenschaften ausgeführt werden können, die sich entlang der Dicke 205 ändern.
Es gilt also: die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Technik für eine im Wesentlichen stickstofffreie ARC/Deckschicht bereit, die insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit einer 193 nm Lithographie ist. Zusätzlich zu einer deutlich reduzierten Lackvergiftungswirkung weist die im Wesentlichen stickstofffreie ARC-Schicht eine verbesserte Ätzselektivität in Bezug auf ein darunter liegendes dielektrisches Material im Vergleich zu aufgeschleuderten ARC-Schichten auf, wie sie häufig in konventionellen Prozessen verwendet werden. Ferner liefert die hierin beschriebene Technik ein höheres Maß an Flexibilität beim Anpassen der mechanischen Eigenschaften der im Wesentlichen stickstofffreien ARC/Deckschicht an die CMP-, Ätz- und andere Prozesserfordernisse, während die Herstellungskosten auf einem geringen Niveau gehalten werden. Insbesondere kann ein einzelner Abscheideprozess ausreichend sein, um die antireflektierenden Eigenschaften bereitzustellen und um die mechanische Integrität des Materials mit kleinem ε während des CMP sicherzustellen. Vorteilhafterweise ist die ARC/Deckschicht aus Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff aufgebaut, wobei die mechanischen Eigenschaften jene einer Siliziumdioxidschicht oder einer Siliziumkarbidschicht sein können.

Claims

Verfahren mit: Bestimmen einer Abtragsrate für eine auf einem ersten Substrat gebildete, kohlenstoffenthaltende Siliziumdioxidschicht für spezifizierte CMP-Prozessbedingungen, wie sie zum Entfernen von überschüssigem Kupfer und Barrierenmaterial von einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε angewendet werden; Bestimmen eines Sollwertes für eine minimale Schichtdicke der kohlenstoffenthaltenden Siliziumdioxidschicht nach dem CMP-Prozess; Bestimmen einer minimalen Anfangsschichtdicke der kohlenstoffenthaltenden Siliziumdioxidschicht auf der Grundlage der Abtragsrate, der spezifizierten CMP-Prozessbedingungen und der minimalen Schichtdicke; Auswählen eines Kohlenstoffanteils und/oder einer Schichtdicke, um eine vordefinierte antireflektierende Eigenschaft der kohlenstoffenthaltenden Siliziumdioxidschicht für eine vorgegebene Belichtungswellenlänge zu erreichen, wobei die Schichtdicke gleich oder größer als die minimale Anfangsschichtdicke ist; Bilden einer zweiten kohlenstoffenthaltenden Siliziumdioxidschicht mit der vordefinierten antireflektierenden Eigenschaft auf einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε als stickstofffrei ARC/Deckschicht, die auf einem zweiten Substrat gebildet ist, wobei mindestens ein Prozessparameter so gesteuert wird, dass sich mindestens eine Schichteigenschaft entlang der Dicke der stickstofffreien ARC/Deckschicht graduell ändert; Bilden einer Metallisierungsschicht auf dem zweiten Substrat unter Anwendung der zweiten kohlenstoffenthaltenden Siliziumdioxidschicht als eine antireflektierende Beschichtung und als Deckschicht für die dielektrische Schicht mit kleinem ε; und Entfernen der ARC/Deckschicht durch CMP derart, dass zumindest die minimale Schichtdicke nach dem CMP-Prozess verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die minimale Anfangsschichtdicke ungefähr 60 nm oder mehr beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die kohlenstoffenthaltende Siliziumdioxidschicht durch plasmaunterstütztes CVD auf der Grundlage von Kohlenstoffoxid, Silan und einem Edelgas gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die kohlenstoffenthaltende Siliziumdioxidschicht durch plasmaunterstütztes CVD auf der Grundlage von TEOS, Sauerstoff und Kohlenoxid gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen einer Ätzrate für die kohlenstoffenthaltende Siliziumdioxidschicht für spezifizierte Ätzprozessbedingungen, wie sie zur Herstellung eines Grabens in der dielektrischen Schicht mit kleinem ε verwendet werden, und Bestimmen der minimalen Anfangsschichtdicke auf der Grundlage der Ätzrate.