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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung von Metallisierungsschichten
mit äußerst leitfähigen Metallen,
etwa mit Kupfer, die in einem dielektrischen Material eingebettet
sind, das eine geringe Permittivität aufweist, um das Bauteilverhalten
zu verbessern.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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In
einer integrierten Schaltung sind eine große Anzahl von Schaltungselementen,
etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen in oder
auf einem geeigneten Substrat typischerweise in einer im Wesentlichen
ebenen Anordnung ausgebildet. Auf Grund der großen Anzahl von Schaltungselementen
und des erforderlichen komplexen Schaltungsaufbaus der integrierten
Schaltungen werden die elektrischen Verbindungen der einzelnen Schaltungselemente
im Allgemeinen nicht in der gleichen Ebene verwirklicht, auf der
die Schaltungselemente hergestellt sind. Typischerweise werden derartige
elektrische Verbindungen in einer oder mehreren zusätzlichen „Verdrahtungs-"Schichten hergestellt,
die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese Metallisierungsschichten
enthalten im Allgemeinen Leitungen, die die elektrische Verbindung
innerhalb der Ebene herstellen, und enthalten ferner mehrere Verbindungen
zwischen den Ebenen, die auch als Kontaktdurchführungen bezeichnet werden,
die mit einem geeigneten Metall gefüllt sind. Die Kontaktdurchführungen
stellen die elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten gestapelten
Metallisierungsschichten her, wobei die metallenthaltenden Leitungen
und die Kontaktdurchführungen
auch gemeinsam als Zwischenverbindungen bezeichnet werden können.
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Auf
Grund der ständig
fortschreitenden Reduzierung der Strukturgrößen von Schaltungselementen
in modernen integrierten Schaltungen steigt auch die Anzahl der
Schaltungselemente für
eine gegebene Chipfläche,
d. h. die Packungsdichte, an, wodurch ein größerer Anstieg in der Anzahl
elektrischer Zwischenverbindungen erforderlich ist, um die gewünschte Schaltungsfunktion
bereitzustellen. Daher kann die Anzahl der gestapelten Metallisierungsschichten
zunehmen und die Abmessungen der einzelnen Leitungen und Kontaktdurchführungen
nimmt ab, wenn die Anzahl der Schaltungselemente pro Chipfläche größer wird.
Die Herstellung mehrerer Metallisierungsschichten zieht äußerst herausfordernde
Aufgaben nach sich, die es zu lösen
gilt, etwa die mechanische, thermische und elektrische Zuverlässigkeit
für die
mehreren gestapelten Metallisierungsschichten. Da die Komplexität integrierter Schaltungen
zunimmt und Leitungen notwendig macht, die moderat hohe Stromdichten
tolerieren können,
gehen Halbleiterhersteller zunehmend dazu über, das gut bekannte Metallisierungsmetall
Aluminium durch ein Metall zu ersetzen, das höhere Stromdichten und damit
eine Verringerung der Abmessungen der Zwischenverbindungen und damit
der Anzahl der gestapelten Metallisierungsschichten erlaubt. Beispielsweise
ist Kupfer ein Metall, das im Allgemeinen als ein aussichtsreicher
Kandidat für
das Ersetzen von Aluminium betrachtet wird auf Grund der überlegenen
Eigenschaften des Kupfers im Hinblick auf eine höhere Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Elektromigration und im Hinblick auf einen wesentlich geringeren
elektrischen Widerstand im Vergleich zu Aluminium. Trotz dieser
Vorteile weist Kupfer auch eine Reihe von Nachteilen hinsichtlich
der Bearbeitbarkeit und der Handhabung von Kupfer in einer Halbleiterfabrik
auf. Beispielsweise kann Kupfer nicht effizient auf ein Substrat
in größeren Mengen
durch gut etablierte Abscheideverfahren, etwa die chemische Dampfabscheidung
(CVD) aufgebracht werden und kann auch nicht sehr effizient durch üblicherweise
angewendete anisotrope Ätztechniken
strukturiert werden. Daher wird bei der Herstellung von Metallisierungsschichten,
die Kupfer enthalten, die sogenannte Damaszener-Technik (Einzeltechnik
oder Dualtechnik) vorzugsweise angewendet, wobei zunächst eine
dielektrische Schicht aufgebracht und anschließend strukturiert wird, um Gräben und/oder
Kontaktdurchführungen
zu erhalten, die danach mit Kupfer oder Kupferlegierungen gefüllt werden.
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Der
Prozess des Auffüllens
von Kupfer oder Kupferlegierungen in stark größenreduzierte Öffnungen,
etwa Gräben
oder Kontaktdurchführungen
mit einem Aspektverhältnis
(Tiefe/Durchmesser) von ungefähr
5 oder sogar größer bei
modernsten integrierten Schaltungen ist für Prozessingenieure eine äußerst herausfordernde
Aufgabe. Wie zuvor dargelegt ist, können Kupfer und dessen entsprechende
Legierungen nicht in effizienter Weise durch chemische oder physikalische
Dampfabscheidung aufgebracht werden und daher werden Metalle auf
Kupferbasis typischerweise durch elektrochemische Techniken, etwa
das stromlose Plattieren oder das Elektroplattieren aufgebracht.
Obwohl Elektroplattierungstechniken für das Abscheiden von Kupfer
auf dem Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungsplatinen gut etabliert
sind, wurden vollständig
neue Abscheidetechniken für
die Herstellung von Metallisierungsschichten auf Kupferbasis gemäß der Damaszener-Technik
im Hinblick auf das Füllverhalten
während
der Kupferabscheidung entwickelt, wobei Gräben und Kontaktdurchführungen
im Wesentlichen von unten nach oben mit einer minimalen Anzahl an Defekten,
etwa Hohlräumen
innerhalb der Gräben und
Kontaktdurchführungen,
aufgefüllt
werden. Nach dem Abscheiden des Kupfers oder des auf Kupfer basierenden
Metalls wird das überschüssige Material,
das auf Bereichen außerhalb
der Gräben
und Kontaktdurchführungen
aufgebracht wurde, entfernt, was gegenwärtig durch chemisch-mechanisches Polieren
(CMP), möglicherweise
in Verbindung mit elektrochemischen Ätztechniken, bewerkstelligt
wird. In äußerst modernen
Halbleiterbauelementen enthält das
dielektrische Material, in welchem das Metall auf Kupferbasis eingebettet
ist, typischerweise ein sogenanntes Material mit kleinem ε, d. h.,
ein Material mit einer relativen Permittivität, die deutlich kleiner als jene „konventioneller" dielektrischer Materialien
ist, etwa von Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen, so
dass im Allgemeinen die relative Permittivität des Materials mit kleinem ε bei 3,0
oder sogar darunter liegt. Jedoch hat im Allgemeinen die geringere Permittivität eine deutlich
reduzierte mechanische Festigkeit und Stabilität zur Folge. Daher wird in
typischen Damaszener-Techniken zur Herstellung von Metallisierungsschichten
mit kleinem ε in
modernen Halbleiterbauelementen eine Deckschicht vorgesehen, die
die mechanische Integrität
des dielektrischen Materials mit kleinem ε sicherstellt, wobei diese als
Polierstoppschicht während
des Entfernens des überschüssigen Metalls
dient.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1c ist
ein typischer konventioneller Prozessablauf detaillierter beschrieben,
um die bei der Herstellung äußerst größenreduzierter
Kupferleitungen in einem dielektrischen Material mit kleinem ε anzutreffenden
Probleme deutlicher darzulegen.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 mit
einem Substrat 101, das in Form eines Siliziumvollsubstrats,
eines SOI-(Silizium auf Isolator) Substrats und dergleichen bereitgestellt
werden kann, wobei das Substrat 101 auch eine Bauteilschicht
repräsentieren kann,
die darin ausgebildet einzelne Schaltungselemente aufweist, etwa
Transistoren, Kondensatoren, Leitungen, Kontaktbereiche und dergleichen.
Der Einfachheit halber sind derartige Schaltungselemente in 1a nicht
gezeigt. Das Bauelement 100 umfasst ferner eine dielektrische
Schicht 102, die über dem
Substrat 101 ausgebildet ist, wobei die Schicht 102 ein
dielektrisches Material repräsentieren
kann, das die einzelnen Schaltungselemente umschließt, oder
die Schicht 102 kann einen Teil einer darunter liegenden
Metallisierungsschicht repräsentieren,
in der metallgefüllte
Kontaktdurchführungen
(nicht gezeigt) eingebettet sein können. Abhängig von der spezifischen Gestaltung
des Bauelements 100 oder der Funktion der Schicht 102 kann
diese aus einem konventionellen dielektrischen Material, etwa Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid und dergleichen, aufgebaut sein, oder diese kann
ein dielektrisches Material mit kleinem ε aufweisen, etwa beispielsweise
wasserstoffangereichertes Siliziumoxykarbid (SiCOH). Über der
Schicht 102 ist eine weitere dielektrische Schicht 103 ausgebildet
und diese weist ein dielektrisches Material mit kleinem ε auf, das
zur Unterdrückung
der parasitären
Kapazität
zwischen benachbarten Metallleitungen, die in der dielektrischen
Schicht 103 mit kleinem ε zu
bilden sind, dient. Wie zuvor dargelegt ist, ist die mechanische
Festigkeit der Schicht 103 typischerweise kleiner im Vergleich
zu Materialien, etwa Siliziumdioxid und Siliziumnitrid, und daher
wird üblicherweise
eine Deckschicht 104 auf der Schicht 103 vorgesehen,
um die Unversehrtheit der dielektrischen Schicht 103 mit
kleinem ε in
nachfolgenden Herstellungsprozessen zu bewahren. Ferner ist eine dielektrische
Schicht 105, die so gestaltet ist, um als eine antireflektierende
Beschichtung (ARC) zu fungieren, auf der Deckschicht 104 ausgebildet,
woran sich eine weitere Deckschicht 106 anschließt, die
im Wesentlichen kein Stickstoff aufweist. Eine Lackmaske 107 ist über der
Schicht 106 gebildet und besitzt darin ausgebildet eine Öffnung,
die im Wesentlichen einem Graben 108 entspricht, der während eines Ätzprozesses 109 in
den Schichten 106, 105, 104 gebildet
wird.
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Typischerweise
kann die ARC-Schicht 105 Stickstoff aufweisen, beispielsweise
in Form von Siliziumoxynitrid, der das Verhalten der Lackmaske 107 nachteilig
beeinflussen kann, da moderne Photolacke durch Stickstoff und Stickstoffverbindungen
stark beeinflusst werden, dahingehend, dass die Empfindlichkeit
bei der Belichtungswellenlänge
auf Grund einer chemischen Reaktion in dem Photolack, die durch
die Anwesenheit von Stickstoff und Stickstoffradikalen hervorgerufen
wird, deutlich verringert wird. Dieser Effekt, der auch als Lackvergiftung
bezeichnet wird, wurde lange Zeit unterschätzt, gewinnt aber bei der zunehmenden
Verringerung der Abmessungen des Grabens 108 zunehmend
an Beachtung. Die Wirkung der Lackvergiftung kann zu unvollständig entfernten
Lackbereichen in der entsprechenden Öffnung in der Lackmaske 107 führen, wodurch
schließlich
Strukturunregelmäßigkeiten
während
des Ätzprozesses
für den
Graben 108 hervorgerufen werden. Daher ist die Deckschicht 106 vorgesehen,
beispielsweise in Form von Siliziumdioxid, um als eine Pufferschicht
zwischen der Lackmaske 107 und der ARC-Schicht 105 zu
dienen.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterelements 100,
wie es in 1a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Nach der Fertigstellung von etwaigen Schaltungselementen
innerhalb des Substrats 101 wird die dielektrische Schicht 102 durch
gut etablierte Abscheiderezepte auf der Grundlage einer plasmaunterstützten CVD abgeschieden.
Beispielsweise kann die Schicht 102 aus Siliziumdioxid
oder fluordotiertem Siliziumdioxid aufgebaut sein und somit können Abscheideprozesse
auf der Grundlage von TEOS für
die Herstellung der Schicht 102 angewendet werden. Es sollte
beachtet werden, dass zusätzliche Ätzstoppschichten und
dergleichen in der Schicht 102 enthalten sein können. Ferner
können
abhängig
von den Prozesserfordernissen dielektrische Ätzstoppschichten oder Barrierenschichten
auf einem unteren Bereich der Schicht 102 ausgebildet sein.
Danach wird das dielektrische Material mit kleinem ε abgeschieden,
um die Schicht 103 zu bilden. Beispielsweise ist SiCOH ein
gut etabliertes Material mit kleinem ε, das durch plasmaunterstützte CVD
auf der Grundlage von Vorstufenmaterialien, etwa 3MS (Trimethylsilan),
4MS und dergleichen abgeschieden werden kann. Es können jedoch
andere Materialien verwendet werden, die auf der Basis von Aufschleuder-Techniken
und dergleichen aufgebracht werden. Danach wird die Deckschicht 104 beispielsweise
in Form von Siliziumdioxid mittels gut etablierter plasmaunterstützter CVD-Techniken
auf der Grundlage von Vorstufenmaterialien, etwa Silan und dergleichen
gebildet. Anschließend
wird die ARC-Schicht 105 auf der Grundlage plasmaunterstützter CVD-Verfahren
abgeschieden, wobei die Dicke und die Materialzusammensetzung so
ausgewählt
werden, um in Kombination mit der Schicht 106 das gewünschte optische
Verhalten als eine antireflektierende Beschichtung bereitzustellen.
Beispielsweise kann der Brechungsindex der ARC-Schicht 105 eingestellt
werden, indem der Anteil an Stickstoff während des Abscheidens des Siliziumdioxids
eingestellt wird. Danach wird die Deckschicht 106 beispielsweise
in Form von Siliziumdioxid durch plasmaunterstütztes CVD abgeschieden. Anschließend wird
die Lackmaske 107 durch Aufbringen einer Photolackschicht,
Belichten der Schicht mit einer spezifizierten Belichtungswellenlänge und
Entwickeln der belichteten Schicht zur Bereitstellung der strukturierten
Maskenschicht 107 gebildet. Danach wird der Ätzprozess 109 ausgeführt, wobei
in einer Anfangsphase die freigelegten Bereiche der Schicht 106,
der Schicht 105 und der Schicht 104 entfernt werden
und in einem nachfolgenden Prozess wird das dielektrische Material
mit kleinem ε entfernt,
um den Graben 108 zu bilden, der moderat steile Seitenwände auf
Grund des äußerst anisotropen
Verhaltens des Ätzprozesses
aufweist. Es sollte beachtet werden, dass die Anfangsphase für das Ätzen durch die
Schichten 106, 105, 104 eine andere Ätzchemie im
Vergleich zum Hauptätzvorgang
zum Entfernen des dielektrischen Materials mit kleinem ε auf Grund von
Unterschieden in der Materialzusammensetzung, der Dichte und dergleichen
erfordern kann. Es sollte ferner beachtet werden, dass während des Ätzprozesses 109 auch
ein Teil der Lackmaske 107 aufgebraucht wird, wobei typischerweise
eine Abtragsrate für
die Lackmaske 107 kleiner ist als für die Materialien der Schichten 103,
..., 106. Ansonsten kann die Lackmaske 107 mit
einer ausreichenden Dicke vorgesehen werden, um den Materialabtrag „mehr als
zu kompensieren" und
um als eine Ätzmaske während des
gesamten Ätzprozesses
zu dienen, wenn die Abtragsraten vergleichbar sind. Anschließend wird
der verbleibende Photolack entfernt und der Herstellungsprozess
wird mit dem Abscheiden leitender Barrierenschichten, einer Saatschicht
und der elektrochemischen Abscheidung des Hauptanteils des Metalls
mittels beispielsweise Elektroplattierens fortgesetzt.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach der oben
beschriebenen Prozesssequenz. Somit weist das Bauteil 100 eine
leitende Barrierenschicht 110 auf, die eine oder mehrere
Teilschichten auf der Grundlage von Materialien aufweisen kann,
die das Herausdiffundieren von Kupfer in das umgebende dielektrische
Material reduzieren und die Haftung des Kupfers in der dielektrischen Schicht 103 mit
kleinem ε verbessern.
Ferner ist eine Kupferschicht oder eine Kupferlegierungsschicht 111 über der
Schicht 110 und in dem Graben 108 gebildet. Während des
Abscheidens der Schicht 111 werden die Zusammensetzung
und die dynamischen Vorgänge
in dem Elektrolytbad so gesteuert, um ein äußerst nicht konformes Abscheideverhalten
zu erreichen, so dass im Prinzip das Kupfer oder die auf Kupferbasis
hergestellte Legierung von unten nach oben innerhalb des Grabens 108 abgeschieden
wird. Für
einen Graben mit einem großen
Aspektverhältnis,
d. h. das Verhältnis
von Grabentiefe zu Grabenbreite, können selbst geringe Überhänge an der
Grabenkante 108a zu der Erzeugung von Defekten, etwa von
Hohlräumen 112 innerhalb
des Grabens 108 führen,
die schließlich
zu Zuverlässigkeitsbeeinträchtigungen
des metallgefüllten
Grabens 108 führen
können.
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1c zeigt
schematisch das Bauteil 100, wobei das überschüssige Material der Schicht 111 und
der Schichten 110 entfernt ist und wobei die Schichten 106 und 105 entfernt
sind, was, wie zuvor erläutert
ist, zumindest teilweise durch chemisch-mechanisches Polieren bewerkstelligt
werden kann, wobei die Schicht 104 auch als eine Stoppschicht
fungiert. Folglich wird auch die Schicht 104 in der Dicke verringert,
was als 104a bezeichnet ist. Auf Grund der Hohlräume 112 wird
die Zuverlässigkeit
der Metallisierungsschichten deutlich beeinflusst, da die entsprechende
Leitung, d. h. der metallgefüllte
Graben 108, eine reduzierte Leitfähigkeit aufweisen kann und ferner
auch einen erhöhten
durch Strom oder Temperatur hervorgerufenen Materialtransport, d.
h. Elektromigration, bei höheren
Stromdichten zeigen kann, wie sie typischerweise in äußerst größenreduzierten Bauteilelementen
anzutreffen sind.
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Die
Patentschrift
US 6
731 006 B1 offenbart ein Verfahren zum Bilden einer Öffnung in
einer dielektrischen Schicht, die eine Deckschicht aufweist, wobei
die Kanten der Deckschicht im Bereich der Öffnung in einem Sputterprozess
abgerundet werden können.
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Die
Patentschrift
US 6
387 798 B1 offenbart ein Verfahren zum Ätzen von Gräben in einer dielektrischen
Schicht, wobei die Breite der Gräben
geringer ist als die Breite der entsprechenden Öffnung in der verwendeten Photolackmaske.
In einer Ausführungsform
wird die Photolackmaske beim Ätzen
des Grabens in die dielektrische Schicht entfernt.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht dennoch ein Bedarf für eine verbesserte Technik,
die es ermöglicht,
eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme zu lösen oder
deren Auswirkungen zumindest zu verringern.
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Überblick über die Erfindung
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die das Herstellen einer Öffnung
innerhalb eines Schichtstapels mit einem dielektrischen Material
mit kleinem ε ermöglicht,
die dann mit einem Metall in zuverlässigerer Weise gefüllt werden
kann, indem ein oberer Bereich der Öffnung abgerundet oder nach
oben breiter werdend gemacht wird, indem eine dielektrische Deckschicht, die über dem
Material mit kleinem ε ausgebildet
ist, während
und/oder nach dem Ätzen
durch das dielektrische Material mit kleinem ε freigelegt wird. Durch diese
zusätzliche
Einwirkung eines Ätzmittels
wird die Neigung des oberen Grabenbereichs, zumindest innerhalb
des Bereichs der Deckschicht, deutlich im Vergleich zu dem konventionellen
anisotropen Ätzprozess,
der lediglich eine sehr geringfügige
Eckenrundung liefert, vergrößert. Daher
ist die Dynamik der Abscheidung während eines elektrochemischen
Abscheideprozesses zum Auffüllen
der Öffnung
mit Metall deutlich verbessert, wodurch die Ausbildung von Hohlräumen innerhalb
der metallgefüllten Öffnung geringer
oder vermieden wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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;
es zeigen:
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1a bis 1c schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Herstellungsstadien beim Bilden eines metallgefüllten Grabens in einer dielektrischen
Schicht mit kleinem ε gemäß einer
konventionellen Einzel-Damaszener-Technik;
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2a bis 2g schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit einer Metallisierungsschicht
mit einem Dielektrikum mit kleinem ε während diverser Herstellungsschritte
gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung; und
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3a bis 3d schematisch
einige der Herstellungsprozesse für das zusätzliche Abrunden oberer Grabenbereiche
während
der Herstellung einer Metallleitung in einem dielektrischem Material
mit kleinem ε.
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Detaillierte Beschreibung
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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.
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Im
Allgemeinen beruht die vorliegende Erfindung auf dem Konzept, dass
das Füllvermögen gegenwärtig verwendeter
elektrochemischer Abscheiderezepte und künftiger Abscheiderezepte deutlich verbessert
werden kann, indem die Form der Gräben und Kontaktdurchführungen
modifiziert wird, die in dielektrische Materialien mit kleinem ε ausgebildet sind,
um ein entsprechendes Metall, etwa Kupfer oder Kupferlegierungen
aufzunehmen. Wie zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1c erläutert ist,
ist das dielektrische Material mit kleinem ε typischerweise von einer oder
mehreren Deckschichten bedeckt, die vorteilhaft sein können in
Hinsicht auf die Stabilisierung des dielektrischen Materials mit
kleinem ε,
im Hinblick auf die Bereitstellung verbesserter optischer Eigenschaften
während
der Lithographie und im Hinblick auf das Vermeiden oder Unterdrücken von Lackvergiftungseffekten.
Im konventionellen Prozess wird das anisotrope Ätzen zur Herstellung der Öffnung auf
der Grundlage einer Lackmaske ausgeführt, die während des gesamten Ätzprozesses
zum Bilden des Grabens oder Kontaktdurchführung in dem dielektrischen
Material mit kleinem ε beibehalten wird.
Auf Grund der zusätzlichen
Deckschichten ist das Aspektverhältnis
der mit dem Metall zu füllenden Öffnung sogar
größer im Vergleich
zu den tatsächlichen
Entwurfsabmessungen der metallgefüllten Leitung oder Kontaktdurchführung, die
in dem dielektrischen Material mit kleinem ε zu bilden sind, während lediglich
ein geringer Grad an Eckenrundung (in 1b nicht
gezeigt) auf Grund des anisotropen Verhaltens des Ätzprozesses
erreicht wird. Durch bewusstes Vergrößern eines sich aufweitenden
oder gerundeten Bereichs der Öffnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, was in einigen Ausführungsformen
in Verbindung mit einem Materialabtrag der einen oder mehreren Deckschichten
stattfindet, können
die Anfangsbedingungen für
die nachfolgenden Füllprozesse,
d. h. die Abscheidung leitender Barrierenschichten durch Sputter-Techniken, CVD-Techniken,
Atomlagenabscheidung (ALD)-Techniken und dergleichen, die Abscheidung
einer Saatschicht durch Sputter-Techniken, elektrochemische Techniken
und dergleichen, und die nachfolgende Abscheidung des Hauptanteils
des Metalls durch stromloses Plattieren oder Elektroplattieren deutlich
entschärft werden,
wodurch die Möglichkeit
für die
zuverlässigere
Füllung
von Kontaktdurchführungen
und Gräben äußerst größenreduzierter
Halbleiterbauelemente geschaffen wird, etwa von Bauteilen der 90
nm und 65 nm Technologie. Es sollte jedoch beachtet werden, dass
die hierin gezeigten Prinzipien auch vorteilhaft auf Bauelemente
für weniger
kritische Anwendungen übertragen
werden können,
da auch in diesem Falle die Anforderungen für die Metallabscheidungsprozesse
deutlich entschärft
werden, wodurch sich die Prozesskomplexität verringert. Mit Bezug zu den
begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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2a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 200, das ein Halbleiterbauelement
repräsentieren
soll, das darin mehrere Schaltungselemente (nicht gezeigt) und möglicherweise
eine oder mehrere Metallisierungsschichten aufweist, die zumindest teilweise
ein dielektrisches Material mit kleinem ε enthalten, wobei der Begriff
kleines ε" so zu verstehen ist,
dass damit eine relative Permittivität von ungefähr 3,0 oder weniger bezeichnet
wird. Ferner wird in der folgenden Beschreibung auf einen Graben
Bezug genommen, der in einem dielektrischen Material mit kleinem ε zu bilden
ist, da in modernen Halbleiterbauelementen zumindest die Metallleitungen
in einem dielektrischen Material mit kleinem ε eingebettet sind. Es sollte
jedoch beachtet werden, dass das Prinzip der Eckenrundung auch auf
Kontaktdurchführungen angewendet
werden kann, wenn diese in einem dielektrischen Material mit kleinem ε zu bilden
sind. Das Halbleiterbauelement 200 umfasst ein Substrat 201, das
ein beliebiges geeignetes Substrat repräsentieren kann, etwa ein Siliziumvollsubstrat,
ein SOI-Substrat, oder ein anderes isolierendes Substrat mit einer darauf
ausgebildeten geeigneten Halbleiterschicht, oder ein anderes Halbleitersubstrat,
etwa III-V-Halbleiter oder II-VI-Halbleiter
und dergleichen. In speziellen Ausführungsformen repräsentiert
das Substrat 201 ein Siliziumvollsubstrat oder ein SOI-Substrat. Wie
ferner zuvor mit Bezug zu 1a erläutert ist, soll
das Substrat 201 ein Substrat repräsentieren, das darauf ausgebildet
eine Vielzahl von Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren
und dergleichen aufweist und kann auch eine oder mehrere tiefer
liegende Metallisierungsschichten enthalten. Über dem Substrat 201 ist
eine Schicht 202 ausgebildet, die ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial
repräsentieren
kann, die darin Kontaktbereiche, Kontaktdurchführungen und dergleichen ausgebildet aufweisen kann,
wie sie für
das Bereitstellen der elektrischen Verbindung zu Schaltungselementen, die
in dem Substrat 201 gebildet sind, erforderlich sind. Der
Einfachheit halber ist die Schicht 202 als eine einzelne
Schicht dargestellt, wobei in tatsächlichen Bauteilelementen eine
oder mehrere Teilschichten enthalten sein können, etwa Ätzstoppschichten, dielektrische
Barrierenschichten, und dergleichen. Des weiteren sind Kontaktbereiche,
Kontaktdurchführungen
und dergleichen nicht gezeigt. Über
der Schicht 202 ist eine dielektrische Schicht 203 mit
einem dielektrischen Material mit kleinem ε, etwa wasserstoffangereichertes
Siliziumoxykarbid (SiCOH), HSQ, MSQ, SILK und dergleichen gebildet.
Als nächstes
ist eine Deckschicht 220 auf der dielektrischen Schicht 203 mit
kleinem ε gebildet,
wobei die Deckschicht 220 aus einem beliebigen geeigneten dielektrischen
Material aufgebaut sein kann, um damit die mechanische Festigkeit
der Schicht 203 in nachfolgenden Prozessen zu verbessern
sowie das erforderliche optische Verhalten während nachfolgender Photolithographieprozesse
bereitzustellen. Des weiteren kann die Deckschicht 220 aus
einer Materialzusammensetzung aufgebaut sein, die die Lackvergiftungseffekte
während
der nachfolgenden Photolithographie verringert oder verhindert.
Beispielsweise kann die Deckschicht 220 aus Silizium, Sauerstoff
und Kohlenstoff aufgebaut sein, wobei die optischen Eigenschaften
der Deckschicht 220 durch den Anteil an Kohlenstoff in
der Schicht auf Siliziumdioxidbasis eingestellt sein können. In
anderen Ausführungsformen
kann die Deckschicht 220 zwei oder mehrere Teilschichten
aufweisen, um damit in Kombination das gewünschte Verhalten im Hinblick
auf die optischen und mechanischen Eigenschaften zu erreichen. In
einer Ausführungsform
kann die Deckschicht 220 eine erste Teilschicht 204,
die Siliziumdioxid aufweist, gefolgt von einer ARC-Schicht 205,
die Siliziumoxynitrid aufweist, und aus einer zweiten Teilschicht 206,
die Siliziumdioxid aufweist, aufgebaut sein. In anderen Fällen kann
die Anzahl der Teilschichten und deren Materialzusammensetzung in Abhängigkeit
von Prozess- und Bauteilerfordernissen verändert werden. Beispielsweise
kann die erste Teilschicht 204 aus Siliziumnitrid aufgebaut
sein, oder die ARC-Schicht 205 kann so modifiziert sein, um
auch als eine CMP-Stoppschicht während
eines CMP-Polierprozesses in einem späteren Fertigungsschritt zu
dienen, wodurch die Teilschicht 204 hinfällig wird.
In ähnlicher
Weise kann die Teilschicht 206 aus anderen stickstofffreien
Materialzusammensetzungen aufgebaut sein, wenn die ARC-Schicht 205 Stickstoff
enthält,
um damit ein Herausdiffundieren von Stickstoff und Stickstoffverbindungen
zu vermeiden. Beispielsweise kann die zweite Teilschicht 206 aus
Siliziumkarbid oder Siliziumoxykarbid und dergleichen aufgebaut
sein.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Bauteils 200,
wie es in 2a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Nach der Herstellung beliebiger Schaltungselemente
in dem Substrat 201 durch gut bewährte Prozesstechniken, die
anspruchsvolle Photolithographietechniken, Implantationstechniken, Ätzprozesse
und Abscheidetechniken für
Schaltungselemente mit kritischen Abmessungen von beispielsweise
50 nm oder sogar darunter enthalten, wird die Schicht 202 gemäß gut erprobter Techniken
hergestellt. Beispielsweise können
ein oder mehrere Abscheideprozesse ausgeführt werden, um die erforderlichen Ätzstoppschichten,
Barrierenschichten und Zwischenschichtdielektrika vorzusehen, wie
sie für
die weitere Bearbeitung erforderlich sind. Während eines oder mehreren der
Abscheidevorgänge
kann ein Einebnungsschritt durch CMP ausgeführt werden, woran sich ein
oder mehrere weitere Abscheideprozesse anschließen können. Danach wird die dielektrische
Schicht 203 mit kleinem ε durch
Abscheiden und/oder Aufschleuder-Techniken – abhängig von der für die dielektrische
Schicht 203 mit kleinem ε verwendeten
Materialart – gebildet.
Beispielsweise kann SiCOH durch plasmaunterstütztes CVD aus Vorstufenmaterialien
wie 3MS, 4MS und dergleichen aufgebracht werden. Anschließend wird die
Deckschicht 220 durch plasmaunterstützte CVD-Techniken hergestellt,
wobei gut etablierte Prozessrezepte in Abhängigkeit der Materialzusammensetzung
der Deckschicht 220 verwendet werden können. Zum Beispiel können die
Schichten 204, 205 und 206 durch plasmaunterstütztes CVD
gebildet werden, wie dies auch mit Bezug zu 1a beschrieben
ist. Wenn die Deckschicht 220 als eine einzelne Schicht
oder als eine Doppelschicht vorgesehen ist, können entsprechende gut etablierte
Rezepte zur Ausbildung einer im Wesentlichen stickstofffreien Einzelschicht
oder Doppelschicht verwendet werden. Zum Beispiel kann die Deckschicht 220 oder
eine Teilschicht davon aus kohlenstoffangereichertem Siliziumdioxid
aufgebaut sein.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 mit einer darauf
ausgebildeten Lackmaske 207. Die Lackmaske 207 umfasst
eine Öffnung 207a mit
spezifizierten Abmessungen, so dass diese einer Öffnung, etwa einem Graben,
entsprechen, die in der Deckschicht 220 und der dielektrischen
Schicht 203 mit kleinem ε zu
bilden ist. Die Lackmaske 207 kann entsprechend gut etablierter Photolithographietechniken
strukturiert werden, wobei die Deckschicht 220 das erforderlich
antireflektierende Verhalten bereitstellt und ferner eine Kontaminierung
des Lackes mit Stickstoff und Stickstoffverbindungen unterdrückt. Beispielsweise
kann in der gezeigten Ausführungsform
die ARC-Schicht 205 in Bezug auf ihre optischen Eigenschaften
und ihre Schichtdicke so gebildet werden, um in Kombination mit
der Teilschicht 206 die Rückreflektion während der
Belichtung des Photolacks zu minimieren, der mit einer speziellen
Belichtungswellenlänge
belichtet wird.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines
ersten Schrittes eines ersten Ätzprozesses 209 zur
Bildung eines oberen Bereichs 208a einer in der Deckschicht 220 und
der dielektrischen Schicht 203 mit kleinem ε zu bildenden Öffnung.
Während
des ersten Schrittes des Ätzprozesses 209 wird
die Ätzatmosphäre so ausgewählt, um
effizient durch die Deckschicht 220 zu ätzen, wobei geeignete Ätzrezepte
hierfür
im Stand der Technik für
eine Vielzahl von Materialien bekannt sind. Beispielsweise können etablierte
Plasmaätzrezepte für Siliziumdioxid
verwendet werden, um durch die Teilschicht 206, die ARC-Schicht 205 und
die Teilschicht 204 zu ätzen.
Danach kann ein zweiter Schritt des Ätzprozesses 209 ausgeführt werden,
um durch das dielektrische Material 203 mit kleinem ε zu ätzen, wobei
der zweite Schritt mit dem gleichen oder einem anderen Ätzrezept
ausgeführt
werden kann, abhängig
von der Materialzusammensetzung der Schicht 203, wobei
der Ätzprozess
in dem gleichen Ätzreaktor
ausgeführt
werden kann, oder wobei eine andere Ätzanlage verwendet werden kann.
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2d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach Beendigung
des zweiten Schrittes des Ätzprozesses 209,
wobei eine Öffnung 208 in
der dielektrischen Schicht 203 mit kleinem ε gebildet
ist, die den oberen Bereich 208a in der Deckschicht 220 aufweist.
Es sollte beachtet werden, dass die Schicht 202 eine Ätzstoppschicht,
d. h. ein Material, das eine deutlich geringere Abtragsrate im Vergleich
zu dem dielektrischen Material der Schicht 203 während des zweiten
Schrittes des Ätzprozesses 209 besitzt,
aufweisen kann, so dass die Ätzfront
zuverlässig
in der Schicht 202 angehalten werden kann. Ferner kann während des Ätzprozesses 209 auch
die Lackmaske 207 angegriffen werden, so dass ein wesentlicher Anteil
der Dicke der Lackmaske 207 auch während des Ätzprozesses 209 entfernt
werden kann. Insbesondere kann ein gewisses Maß an Eckenrundung an der Lackschicht
und an dem oberen Bereich 208a (nicht gezeigt) auftreten,
wie dies im konventionellen Prozess der Fall ist. Danach kann die
verbleibende Lackmaske 207a durch gut etablierte Lackabtragungstechniken
entfernt werden.
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2e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines
zweiten Ätzprozesses 219,
der ausgeführt
wird, um zusätzlich
Kanten bzw. Ecken der Öffnung 208 abzurunden,
d. h. zumindest an den oberen Bereich 208a, um damit eine
im Wesentlichen sich nach oben weitende Grabenöffnung zu schaffen. Beispielsweise
kann die Deckschicht eine Dicke von ungefähr 60 nm bis 100 nm aufweisen und
die Aufweitung kann in einigen Ausführungsformen sich im Wesentlichen
bis zu der Schicht 203 erstrecken. Für die obigen Abmessungen kann
ein mittlerer Winkel α des
aufgeweiteten Bereichs des oberen Bereichs 208a im Bereich
von ungefähr
10 bis 50° in
Bezug auf eine Richtung 201a senkrecht zu der Oberfläche des
Substrats 201 liegen. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Ätzprozess 219 als
ein im Wesentlichen anistroper Ätzprozess
auf der Grundlage eines Ätzmittels
ausgeführt
werden, das auch zum Ätzen
durch die Deckschicht 220 während des ersten Schrittes
des Ätzprozesses 209 verwendet
wird. Da typischerweise eine Ätzstoppschicht in
der Schicht 202 vorgesehen ist, die in 2e als 202a bezeichnet
ist, entfernt der zweite Ätzprozess 219 nicht über Gebühr Material
aus der Schicht 202 während
des Ätzprozesses 219 für die zusätzliche Abrundung
der Kanten an dem oberen Bereich 208a. In anderen Ausführungsformen
kann die Ätzatmosphäre für den Prozess 219 so
erstellt werden, dass diese einen geringeren anisotropen Charakter
der Plasmaatmosphäre
im Vergleich zu dem äußerst anisotropen
Prozess 209 aufweist, beispielsweise durch Verringern der
Vorspannungsleistung, die dem Substrat 201 zugeführt wird,
um einen weniger gerichteten Ionenbeschuss zu erreichen und damit
ein isotroperes Verhalten zu erzielen, um damit die Wirkung des
Eckenverrundens des zweiten Ätzprozesses 219 zu
intensivieren. In einer speziellen Ausführungsform kann der zweite Ätzprozess 219 auf
der Grundlage eines Plasmas mit Argon, Sauerstoff und CHF3 ausgeführt
werden. Zusätzlich
zu den Materialarten in den Schichten 203 und 220 können die
Prozessparameter des zweiten Ätzprozesses 219 auch von
strukturellen Eigenheiten des Bauelements 200 abhängen, etwa
dem Aspektverhältnis
der Öffnung 208 vor
dem Beginn des zweiten Ätzprozesses 219, dem
Abstand zwischen benachbarten Öffnungen 208,
und dergleichen. Somit kann das gewünschte Maß an Eckenabrundung oder Aufweitung
aus einer oder mehreren Testmessungen ermittelt werden, die Streumessungsverfahren
und/oder Elektronenmikroskopiemessungen beinhalten können, um
eine Korrelation zwischen zumindest einem Ätzparameter und dem Maß an Eckenrundung
für eine
gegebene Grabengeometrie zu bestimmen. In speziellen Ausführungsformen
können
die Prozessparameter des zweiten Ätzschrittes 219 auf
der Grundlage von Messergebnissen gewonnen werden, die nach der
Beendigung des Metallabscheideprozesses vermittelt werden, so dass
eine entsprechende Korrelation zwischen einem oder mehreren Ätzparametern
und dem resultierenden Füllvermögen bestimmt
werden kann. Dazu werden die Messungen vorteilhafterweise auf der
Grundlage der Elektronenmikroskopie durchgeführt, um in der Lage zu sein,
zuverlässig die
Eigenschaften des Grabens 208 nach dem Auffüllen mit Metall
zu bestimmen. Ferner können
die Messungen und die entsprechende davon ermittelte Korrelation auch
in einigen Ausführungsformen
einen oder mehrere Parameter des elektrochemischen Abscheideprozesses
beinhalten. Beispielsweise können
ein oder mehrere Parameter, etwa die Radzusammensetzung, die elektrische
Pulssequenz im Falle des Elektroplattierens, und dergleichen für einen
vorgegebenen Satz an Ätzparametern
des zweiten Ätzprozesses 219 variiert
werden, um damit eine gewünschte
Kombination an Ätzparametern
für den Prozess 219 und
Abscheideparameter für
die elektrochemische Abscheidung zu bestimmen, wobei dennoch ein
metallgefüllter
Graben mit einer Defektzahl erhalten wird, die mit speziellen Prozesserfordernissen
kompatibel ist. Beispielsweise können
für eine
vorgegebene Technologie die Anforderungen für den nachfolgenden elektrochemischen
Abscheideprozess auf Grund der zusätzlichen Grabenkantenabrundung,
die durch den zweiten Ätzprozess 219 hervorgerufen
wird, deutlich verringert werden, wodurch die Möglichkeit zur Verringerung
der Prozesskomplexität
gegeben ist.
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2f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach Abschluss
des elektrochemischen Abscheidens eines Metalls, etwa von Kupfer
oder einer Kupferlegierung. Somit weist das Halbleiterbauelement 200 eine
Metallschicht 211 auf, die über einer Barrierenschicht 210 ausgebildet
ist, die wiederum aus beliebigen geeigneten Materialien aufgebaut sein
kann, um damit für
die erforderliche Haftung und die diffusionsblockierenden Eigenschaften
zu sorgen.
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Die
Barrierenschicht 210 kann durch Sputter-Abscheidung, chemische
Dampfabscheidung, Atomlagenabscheidung (ALD) in Abhängigkeit
von den Prozesserfordernissen gebildet werden. Typischerweise weist
die Barrierenschicht 210 zwei oder mehrere Teilschichten,
etwa in Form einer Tantalschicht, einer Tantalnitridschicht, und
dergleichen auf, um damit das Gesamtverhalten der Barrierenschicht 210 zu
verbessern. Während
des Abscheidens der Barrierenschicht 210 kann die Eckenabrundung
an dem oberen Bereich 208a ebenso zu einem verbesserten
Abscheideverhalten beitragen, da Überhangbereiche weniger kritisch
sind. Danach wird typischerweise eine Saatschicht (nicht gezeigt) abgeschieden,
beispielsweise durch Sputter-Abscheidung oder durch stromloses Plattieren,
wobei der sich aufweitende obere Bereich 208a ebenso das Füllvermögen verbessern
kann. Danach wird der Hauptanteil des Metalls durch Elektroplattieren
oder stromloses Plattieren abgeschieden, wobei das Füllverhalten
von „unten
nach oben" deutlich
im Vergleich zu dem konventionellen Prozessablauf verbessert ist,
so dass damit das Auftreten von Hohlräumen deutlich unterdrückt oder
möglicherweise
vollständig
vermieden werden kann. Wie zuvor erläutert ist, ist das elektrochemische
Abscheiden des Hauptanteils des Metalls ein äußerst komplexer Prozess und
somit kann eine Verbesserung auf Grund einer Umgestaltung des oberen
Bereichs 208a für
den Füllvorgang
deutlich die entsprechenden Anforderungen verringern, während dennoch
ein verbessertes Füllverhalten
erreicht wird. Wie zuvor mit Bezug zu 2e erläutert ist,
können
ein oder mehrere Halbleiterbauelemente 200, wie es in 2f gezeigt
ist, einer elektronenmikroskopischen Untersuchung unterzogen werden,
um damit die Qualität
des metallgefüllten
Grabens 208 zu bestimmen, und, wie zuvor erwähnt ist,
in einigen Ausführungsformen
geeignete Prozessparameter für
den zweiten Ätzprozess 219 und/oder
den elektrochemischen Abscheideprozess und/oder die Abscheideprozesse
zur Herstellung der Barrierenschicht 210 und der Saatschichten
zu bestimmen.
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Danach
kann der Herstellungsprozess fortgesetzt werden, indem das überschüssige Material der
Schicht 211 und 210 durch chemisch-mechanisches
Polieren abgetragen wird, das möglicherweise mittels
eines vorhergehenden elektrochemischen Entfernens von Material der
Schicht 211 unterstützt werden
kann. Wie zuvor erläutert
ist, wird während des
CMP-Prozesses auch ein Teil der Deckschicht 220 entfernt,
um die Gesamtpermittivität
auf einem geringen Wert zu halten, wobei in der gezeigten Ausführungsform
ein Teil der Teilschicht 204 als eine CMP-Stoppschicht
fungiert, um damit für
die erforderliche mechanische Stabilität der Schicht 203 während des
CMP-Prozesses zu
sorgen. Somit weist nach dem Materialabtrag das Halbleiterbauelement 200 einen
mit Metall gefüllten
Graben 208 auf, wobei die Defektrate deutlich kleiner im
Vergleich zu dem konventionellen Prozessablauf ist, und wobei eine
reduzierte Schicht 204a die dielektrische Schicht 203 mit
kleinem ε bedeckt.
Folglich ist auf Grund der deutlichen Reduzierung der Unregelmäßigkeiten
in dem metallgefüllten
Graben 208 in Folge der Eliminierung von Hohlräumen oder
auf Grund zumindest der deutlichen Reduzierung der Größe und/oder
der Anzahl der Hohlräume
das elektrische Verhalten des metallgefüllten Grabens 208 merklich
verbessert, wobei der zuvor beschriebene Prozessablauf die Möglichkeit
einer weiteren Bauteilgrößenreduzierung
ohne Verlust an Leistung bietet.
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Mit
Bezug zu den 3a bis 3d werden nunmehr
Beispiele beschrieben.
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3a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 300 mit einem Substrat 301,
einer darauf gebildeten Schicht 302, an die sich eine dielektrische Schicht 303 mit
kleinem ε anschließt. Ferner
ist eine Deckschicht 320 auf der dielektrischen Schicht 303 mit
kleinem ε gebildet,
die darin einen oberen Bereich 308a einer Öffnung aufweist,
die in der dielektrischen Schicht 303 mit kleinem ε zu bilden
ist. Eine Lackmaske 307 ist über der Deckschicht 320 ausgebildet und
besitzt eine Öffnung,
die dem oberen Bereich 308 entspricht. Hinsichtlich den
Eigenheiten des Substrats 301 und der Schichten 302, 303, 320 gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu den entsprechenden
Komponenten des Halbleiterbauelements 200 oder 100 erläutert sind.
Hinsichtlich der Lackmaske 307 gilt, dass in einigen Beispielen diese
ein Lackmaterial repräsentieren
kann, das für eine
kurze Belichtungswellenlänge
ausgelegt ist, etwa 193 nm, wobei in anderen Beispielen die Lackmaske 307 für größere Belichtungswellenlängen ausgelegt
sein kann, etwa für
248 nm und dergleichen. Beim Übergang
zu kleineren Belichtungswellenlängen
für moderne
Photolithographietechniken kann typischerweise die Dicke der Lackmaske 307 nicht
auf einen Wert festgelegt werden, wie er für das Bereitstellen eines Schutzes
während
des gesamten Ätzprozesses
durch die Schichten 320 und 303 erforderlich ist.
Somit kann in einigen Beispielen der Lackmaske 307 so gestaltet
sein, um zumindest einen zuverlässigen
anisotropen Ätzprozess
der Deckschicht 320 zu gewährleisten, um den oberen Bereich 308a zu
bilden. Danach kann in einem Beispiel die Lackmaske 307 entfernt
werden, während
in anderen Beispielen der Rest der Lackmaske 307 während des nachfolgenden Ätzschrittes
zum Ätzen
durch die dielektrische Schicht 303 mit kleinem ε entfernt
wird.
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3b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem Entfernen
der Lackmaske 307 und während
eines anisotropen Ätzprozesses 309 zur
Bildung einer Öffnung
in der dielektrischen Schicht 303 mit kleinem ε. Die Plasmaatmosphäre des Ätzprozesses 309 kann
so gestaltet sein, um ein gewisses Maß an Selektivität zwischen
dem Material der Deckschicht 320 und dem Material der dielektrischen
Schicht 303 mit kleinem ε aufzuweisen.
Hierbei können
gut etablierte Prozessrezepte zum Ätzen von dielektrischen Materialien
mit kleinem ε angewendet
werden, da die Deckschicht 320 typischerweise eine deutlich
höhere
Dichte und damit eine geringere Abtragsrate für eine Vielzahl von Ätzrezepten aufweist.
Während
des anisotropen Ätzprozesses 309 tritt
eine erhöhte
Kantenrundung an dem oberen Bereich 308a auf, da eine Oberfläche 320a der
Deckschicht 320 der Einwirkung der Plasmaatmosphäre zumindest
während
einer vorbestimmten Zeitdauer während
des Ätzprozesses 309 unterliegt.
In dem gezeigten Beispiel kann die Oberfläche 320a während des
gesamten Ätzprozesses
freigelegt sein, während in
anderen Beispielen die Lackmaske nicht nach dem Ausbilden des oberen
Bereichs 308a entfernt wird und während des Ätzprozesses 309 verbraucht
werden kann, um damit die Oberfläche 320a zumindest während einer
abschließenden
Phase des Ätzprozesses
freizulegen.
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3c zeigt
schematisch das Bauelement 300 nach dem Ende des Ätzprozesses 309,
wobei eine Öffnung 308 in
der dielektrischen Schicht 303 mit kleinem ε gebildet
ist. Ferner kann während
des Prozesses 309 Material der Deckschicht 320 abgetragen
worden sein, um damit eine Deckschicht 320b mit geringer
Dicke zu bilden, wobei der obere Bereich 308a der Öffnung 308 deutlich
stärker
gerundet ist im Vergleich zu einem Ätzprozess mit einer Lackmaske, die
beibehalten wird, wie dies mit Bezug zu 1a beschrieben
ist. In einigen Beispielen kann die durch den Ätzprozess 309 erreichte
Kantenrundung ausreichend sein, um das Füllvermögen des nachfolgenden elektrochemischen
Metallabscheideprozesses zu verbessern und damit kann der Herstellungsprozess
durch Ausbilden einer Barrierenschicht, einer Saatschicht und dem
Abscheiden des Hauptanteils des Metalls fortgesetzt werden. Hinsichtlich
der Prozessparameter für
den Ätzprozess 309,
beispielsweise die Ätzzeit,
die Zusammensetzung der Plasmaatmosphäre und dergleichen, gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu 2e erläutert sind. D.
h., entsprechende Messungen können
ausgeführt werden,
um die Eigenschaften der Kantenrundung des oberen Bereichs 308a in
Abhängigkeit
einer entsprechenden Variierung eines oder mehrerer Prozessparameter
des Ätzprozesses 309 abzuschätzen. Ebenso
können
die schließlich
erhaltenen metallgefüllten
Gräben
durch Elektronenmikroskopie untersucht werden, um den Einfluss eines
oder mehrerer Ätzparameter
und möglicherweise
eines oder mehrerer Abscheideparameter auf die Qualität der schließlich erhaltenen
Metallgräben
zu bewerten.
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In
einem weiteren anschaulichen Beispiel kann die Kantenrundung oder
die Aufweitung an dem oberen Bereich 308a durch einen zusätzlichen Ätzprozess
vergrößert werden.
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3d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 während eines
zweiten Ätzprozesses 319,
der zum Erzeugen einer größeren Neigung
oder einer verbesserten Kantenrundung an dem oberen Bereich 308a ausgeführt wird.
Beispielsweise kann ein Winkel α in
Bezug auf eine Richtung 351, die senkrecht zur Oberfläche des
Substrats 301 liegt, im Bereich von ungefähr 30 bis
60° liegen.
Der zweite Ätzprozess 319 kann
als ein im Wesentlichen anisotroper Prozess mit einer geeigneten
Plasmaatmosphäre
ausgeführt
werden, um eine erhöhte
Abtragsrate für
die Deckschicht 320b bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen
kann der Ätzprozess 319 als
ein im Wesentlichen isotroper Prozess auf der Grundlage einer geeigneten
Plasmaatmosphäre
gestaltet sein, wobei die Dauer des Ätzprozesses 319 so
gewählt
wird, um die Öffnung 308 nicht
unnötig
zu beeinflussen. In einem speziellen Beispiel kann der Ätzprozess 319 auf
der Grundlage eines Plasmas mit Argon, Sauerstoff und CHF3 ausgeführt
werden. Danach kann die weitere Bearbeitung so fortgesetzt werden,
wie dies mit Bezug zu 2f beschrieben ist.
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Es
gilt also: die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit,
die das Herstellen von Metallleitungen mit verbesserter Zuverlässigkeit
ermöglicht, da
das Abscheiden von Metall in einen entsprechenden Graben gemäß einem
Einzel-Damaszener-Verfahren deutlich verbessert ist, da ein oberer
Bereich des Grabens mit einer Aufweitung versehen wird.