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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
und Kontaminationen, die in nachfolgenden Bearbeitungen auftreten.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Halbleiterbauelemente
werden typischerweise auf im Wesentlichen scheibenförmigen Substraten,
die aus einem geeigneten Material hergestellt sind, gefertigt. Die
Mehrzahl der Halbleiterbauelemente mit äußerst komplexen elektronischen
Schaltungen werden gegenwärtig
und in der absehbaren Zukunft auf der Grundlage von Silizium hergestellt, wodurch
Siliziumsubstrate und siliziumenthaltende Substrate, etwa SOI-(Silizium-auf-Isolator)Substrate geeignete
Träger
zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, etwa Mikroprozessoren,
SRAM's, ASIC's (anwendungsspezifische
IC's) und dergleichen
sind. Die einzelnen integrierten Schaltungen sind in einer Arrayform
bzw. Feldform angeordnet, wobei die meisten Fertigungsschritte,
die sich auf 500 bis 1000 und mehr einzelne Prozessschritte in modernen
integrierten Schaltungen belaufen können, gleichzeitig an allen
Chipbereichen auf dem Substrat ausgeführt werden, mit Ausnahme von
Photolithographieprozessen, gewissen Messprozessen und dem Einbringen in
das Gehäuse
der einzelnen Bauelemente nach dem Zersägen des Substrats. Somit zwingen ökonomische
Bedingungen die Halbleiterhersteller dazu, die Substratabmessungen
ständig
zu vergrößern, wodurch
auch die verfügbare
Fläche
zur Erzeugung der eigentlichen Halbleiterbauelemente zunimmt.
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Zusätzlich zu
dem Vergrößern der
Substratfläche
ist es auch wichtig, die Ausnutzung der Substratfläche für eine Substratgröße zu optimieren,
um damit möglichst
viel Substratfläche
für Halbleiterbauelemente
und/oder Teststrukturen zu nutzen, die für Steuerungszwecke eingesetzt
werden. In dem Versuch, den nutzbaren Oberflächenbereich für eine vorgegebene
Substratgröße zu maximieren,
werden die Randchips an dem Substratrand so nahe angeordnet, wie
dies mit dem Substrathantierungsprozessen verträglich ist. Im Allgemeinen werden
die meisten Fertigungsprozesse in einer automatisierten Weise ausgeführt, wobei die
Substrathandhabung an der Rückseite
des Substrats und/oder an dem Substratrand durchgeführt wird,
der typischerweise eine Abschrägung
zumindest an der Vorderseite des Substrats aufweist.
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Auf
Grund der ständigen
Anforderung für
die Verringerung der Strukturgrößen in äußerst modernen
Halbleiterbauelementen werden Kupfer und Legierungen davon in Verbindung
mit dielektrischen Materialien mit kleinem ε häufig als Alternative bei der
Herstellung von sogenannten Metallisierungsschichten eingesetzt,
die Metallleitungen und Kontaktdurchführungen enthalten, die die
einzelnen Schaltungselemente miteinander verbinden, um damit die
erforderliche Funktion der integrierten Schaltung bereitzustellen.
Obwohl Kupfer deutlich Vorteile im Vergleich zu Aluminium aufweist,
das das typische Metallisierungsmetall für die jüngere Vergangenheit war, sind
Halbleiterhersteller dennoch etwas zögerlich, Kupfer in die Produktion
einzuführen,
auf Grund der Fähigkeit
des Kupfers, gut in Silizium und Siliziumdioxid zu diffundieren.
Selbst wenn Kupfer in sehr geringen Mengen vorhanden ist, kann es
deutlich die elektrischen Eigenschaften von Silizium und damit das
Verhalten von Schaltungselementen, etwa von Transistoren und dergleichen
modifizieren. Es ist daher wesentlich, das Kupfer auf die Metallleitungen und
Kontaktdurchführungen
durch Anwendung geeigneter isolierender und leitender Barrierenschichten
zu begrenzen, um damit die Diffusion des Kupfers in empfindliche
Bauteilgebiete möglichst
zu unterdrücken.
Des weiteren muss eine Kontamination von Prozessanlagen, etwa von
Transporteinrichtungen, Transportbehältern, Roboterarmen, Scheibenauflagen
und dergleichen effizient unterdrückt werden, da selbst geringe
Mengen an Kupfer, die auf der Rückseite
eines Substrats aufgebracht werden, zur Diffusion des Kupfers in
empfindliche Bauteilbereiche führen
kann.
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Die
Problematik des Kupfers und anderer Bauteil- und Anlagenkontaminationen
wird noch verschärft,
wenn dielektrische Materialien mit kleinem ε in Verbindung mit Kupfer eingesetzt
werden, um Metallisierungsschichten zu bilden, da die Dielektrika
mit kleinem ε eine
geringere mechanische Stabilität
aufweisen. Da zumindest einige der Abscheideprozesse, die bei der
Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden, nicht in
effizienter Weise auf die „aktive" Substratfläche eingeschränkt sind,
können
sich ein Schichtstapel oder Materialreste auch an dem Substratrandgebiet
einschließlich
der Abschrägung
ausbilden, wodurch eine mechanisch instabile Schichtfolge auf Grund
der Prozessungleichförmigkeiten
an dem Substratrand und insbesondere an der Abschrägung des
Substrats ausbilden. Insbesondere Dielektrika mit kleinem ε, die durch
CVD (chemische Dampfabscheidung) gebildet werden, neigen dazu, an
der Abschrägung
am Randgebiet besser zu haften im Vergleich zu dem aktiven Substratgebiet,
wodurch eine erhöhte
Schichtdicke aufgebaut wird, die bis zum Zweifachen der Dicke des
dielektrischen Materials in dem aktiven Gebiet aufweisen kann. Somit kann
während
der Herstellung mehrerer Metallisierungsschichten ein Schichtstapel
an dem Gebiet der Abschrägung
erzeugt werden, der Barrierenmaterial, Kupfer und Dielektrika aufweist,
und damit eine geringere Haftung zueinander besitzt. Während der
weiteren Produktions- und Substrathantierungsprozessen kann Material,
etwa Kupfer, Barrierenmaterial und/oder die Dielektrika abblättern und
deutlich dieses Prozesse beeinflussen, wodurch die Produktionsausbeute
und die Anlagenintegrität
negativ beeinflusst werden.
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Beispielsweise
wird bei der Herstellung einer kupferbasierten Metallisierungsschicht
die sogenannte Einlege- oder Damaszener-Technik gegenwärtig als
bevorzugtes Herstellungsverfahren eingesetzt, um Metallleitungen
und Kontaktdurchführungen
herzustellen. Dazu wird eine dielektrische Schicht, die typischerweise
ein Dielektrikum mit kleinem ε aufweist,
abgeschieden und so strukturiert, dass diese Gräben und Kontaktlöcher gemäß den Entwurfserfordernissen
aufweist. Während
des Strukturierungsprozesses werden Polymermaterialien, die zum
Einstellen der Ätzeigenschaften
des Strukturierungsprozesses verwendet werden, auf Substratbereichen
mit äußerst ungleichförmigen Prozessbedingungen
abgeschieden, etwa dem Substratrand, der Abschrägung und dem benachbarten Rückseitenbereich.
Die Polymermaterialien, die Fluor enthalten, können zusätzlich zu modifizierten Eigenschaften
hinsichtlich der Haftung zu anderen Materialien, die in nachfolgenden
Prozessen abgeschieden werden, beitragen, wodurch eine erhöhte Neigung
hervorgerufen wird, Ablösereignisse
zu bewirken. Daher wird in einigen Vorgehensweisen ein entsprechender
nasschemischer Reinigungsprozess ausgeführt, um zu versuchen, die Polymerreste
zu entfernen. Danach wird eine leitende Barrierenschicht, die beispielsweise
aus Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid, und dergleichen aufgebaut
ist, abgeschieden, wobei die Zusammensetzung der Barrierenschicht
so ausgewählt
ist, dass die Haftung des Kupfers an dem benachbarten Dielektrikum
verbessert wird. Das Abscheiden der Barrierenschicht kann durch
chemische Dampfabscheidung (CVD) oder physikalische Dampfabscheidung
(PVD) bewerkstelligt werden, wobei eine Abscheidung des Barrierenmaterials
durch gegenwärtig
etablierte Abscheideverfahren nicht in effizienter Weise auf den
aktiven Substratbereich beschränkt
werden kann. Somit wird das Barrierenmaterial auch auf der Substratabschrägung und
insbesondere an der Rückseite
des Substrats abgeschieden, wodurch in Verbin dung mit den Resten
des dielektrischen Materials, die nicht effizient in den vorhergehenden Ätzprozessen
zur Strukturierung der dielektrischen Schicht entfernt werden, ein
Schichtstapel mit geringer mechanischer Stabilität erzeugt wird, wobei Polymerreste,
die nicht effizient entfernt wurden auf Grund einer begrenzten Effizienz
des vorhergehenden Nassreinigungsprozesses, zusätzlich zur geringen mechanischen
Stabilität beitragen
können.
Danach wird gemäß einem
standardmäßigen Damaszenerprozessablauf
eine dünne Kupfersaatschicht
durch physikalische Dampfabscheidung oder ähnliche geeignete Prozesse
aufgebracht, um einen nachfolgenden elektrochemischen Abscheideprozess
in Gang zu setzen und zu beschleunigen, um damit Gräben und
Kontaktlöcher, die
in dem dielektrischen Material ausgebildet sind, aufzufüllen.
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Obwohl
Reaktorgefäße für die elektrochemische
Abscheidung, etwa Elektroplattierungsreaktoren oder Reaktoren für eine stromlose
Plattierung so gestaltet sein können,
dass im Wesentlichen kein Kupfer an dem Substratrand abgeschieden
wird, kann die vorhergehende Saatschichtabscheidung dennoch zu einer
merklichen Abscheidung von unerwünschtem
Kupfer an dem Substratrandgebiet führen. Nach dem elektrochemischen
Aufbringen des Kupfervolumenmaterials muss überschüssiges Material entfernt werden.
Dies wird häufig
durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) erreicht, wobei Materialstücke, etwa
Kupferstückchen,
auf Grund der reduzierten Stabilität des Metallisierungsschichtstapels
insbesondere an der Substratabschreckung sich „ablösen" können.
Die kupferenthaltenden Materialpartikel und andere Materialpartikel,
die aus dielektrischem Material und/oder Barrierenmaterial aufgebaut
sind und die beispielsweise während
des CMP-Prozesses freigesetzt werden können, können sich dann unerwünschten
Substratgebieten wieder anhaften oder können den CMP-Prozess für nachfolgende
Substrate beeinflussen. Während
der weiteren Bearbeitung der Substrate kann eine Kontamination,
die hauptsächlich
durch das Ablösen
an dem Substratrand hervorgerufen wird, auftreten und kann insbesondere
den sogenannten Endbearbeitungsprozessablauf nachteilig beeinflussen,
in welchem Kontaktflächen
und Lothöcker
hergestellt werden.
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Da
Kontamination, die beispielsweise durch unerwünschtes Kupfer an dem Substratrand
hervorgerufen wird, als eine Hauptkontaminationsquelle erkannt wurde,
werden große
Anstrengungen unternommen, um Kupfer von dem Substratrand und der Abschrägung zu
entfernen, ohne im Wesentlichen den inneren, d. h. aktiven, Substratbereich
zu beeinflussen. Dazu wurden von Herstellern von Halbleiteranlagen,
etwa Semitool, Inc., Novellus, Inc., Ätzmodule entwickelt, die so
aufgebaut sind, dass sie selektiv ein Mittel, das im Wesentlichen
aus Schwefelsäure
und Wasserstoffperoxid aufgebaut ist, an dem Substratrand aufbringen,
um damit unerwünschtes Kupfer
von diesem Gebiet zu entfernen. Obwohl das Abtragen des unerwünschten
Kupfers von dem Substratrand die Wahrscheinlichkeit einer Kupferkontamination
in nachfolgende Prozesse reduziert, zeigt sich dennoch, dass eine
deutliche Reduzierung der Produktionsausbeute vorhanden ist, insbesondere für die Fertigungssequenz
für höhere Metallisierungsschichten
und während
des Endbearbeitungsprozessablaufs (BEoL).
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte
Technik, um damit eines oder mehrere der oben erkannten Probleme
zu vermeiden oder zumindest deren Auswirkungen zu reduzieren.
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Überblick über die Erfindung
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die eine deutliche Reduzierung des Ausbeuteverlusts während der
Herstellung von Metallisierungsschichten von Halbleiterbauelementen
ermöglicht,
die in einigen anschaulichen Ausführungsformen Halbleiterbauelemente
mit gut leitenden Metallen, Kupfer, Kupferlegierungen, und dergleichen,
das in ein dielektrisches Material mit kleinem ε eingebettet ist, repräsentieren.
Zu diesem Zweck wird die Wahrscheinlichkeit für eine Materialablösung oder
eine „Abblätterung" während der Strukturierung
von Metallisierungsschichten deutlich reduziert, indem die Eigenschaften
eines Abschrägungsgebiets
des Substrats im Hinblick auf die Haftung von Polymermaterialien
und andere Materialresten geeignet modifiziert werden, die an dem
Abschrägungsgebiet
abgeschieden werden, und damit eine mögliche Gefahr für eine Materialablösung in
nachfolgenden Prozessen darstellen. Gemäß einem Aspekt können die
Eigenschaften hinsichtlich der Haftung von Polymermaterialien, die
während
anisotroper Ätzprozesse
zum Strukturieren des dielektrischen Schichtstapels eingesetzt werden,
so eingestellt werden, dass eine geringere Wahrscheinlichkeit für die Haftung
des Polymermaterials erreicht wird. In anderen Aspekten wird die
Gesamthaftung von Materialresten verbessert, beispielsweise indem
der Oberflächenbereich
des Abschrägungsgebiets
vergrößert wird,
um damit eine insgesamt erhöhte
mechanische Stabilität
von Ätzresten
zu schaffen, die während
des Strukturierens nachfolgender Metallisierungsschichten erzeugt
werden. In einigen Aspekten wird ein vergrößerter Oberflächenbereich,
der durch ein entsprechend angepasste Oberflächentopographie in dem Abschrägungsgebiet
geschaffen wird, vorteilhafterweise mit einer effizienten Modifizierung
im Hinblick auf die Polymerhaftung kombiniert, wodurch die Wahrscheinlichkeit
für eine
Materialablösung
während
des Prozessablaufs zur Herstellung von Metallisierungsstrukturen
noch effizienter reduziert wird.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das selektive Ausbilden
einer Schutzschicht über einem
Bereich einer Oberfläche
eines Abschrägungsgebiets
eines Substrats, das ein zentrales Gebiet benachbart zu dem Abschrägungsgebiet
zur Aufnahme von Schaltungselementen aufweist. Die Schutzschicht
besitzt eine Oberfläche,
die unterschiedliche Hafteigenschaften im Hinblick auf Polymermaterialien
im Ätzprozess
im Vergleich zu dem Oberflächenbereich
des Abschrägungsgebiets
aufweist. Ferner umfasst das Verfahren das Ausbilden eines dielektrischen
Schichtstapels für
eine Metallisierungsschicht über
dem Substrat und das Strukturieren des dielektrischen Schichtstapels
mit eines anisotropen Ätzprozesses.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden eines
dielektrischen Schichtstapels für
eine Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements über einem
Substrat, wobei das Substrat ein zentrales Gebiet benachbart zu
einem Abschrägungsgebiet
aufweist. Das Abschrägungsgebiet
besitzt eine Oberflächentopographie, die
einen erhöhten
Oberflächenbereich
schafft. Des weiteren wird der dielektrische Schichtstapel auf der Grundlage
eines anisotropen Ätzprozesses
strukturiert.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das selektive Bilden
einer Schutzschicht über
einem Abschrägungsgebiet
eines Substrats, wobei das Abschrägungsgebiet mehrere Vertiefungen
aufweist. Das Verfahren umfasst ferner nach dem selektiven Herstellen
der Schutzschicht das Strukturieren eines dielektrischen Schichtstapels,
der in einem zentralen Gebiet des Substrats ausgebildet ist, wobei
das zentrale Gebiete mehrere Schaltungselemente einer integrierten
Schaltung aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und 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, in denen:
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1a schematisch
eine Draufsicht eines Substrats mit einem „aktiven" oder „zentralen" Gebiet ist, das benachbart zu einem
Abschrägungsgebiet angeordnet
ist;
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1b bis 1f schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen bei der Herstellung einer Metallisierungsschicht
zeigen, wobei eine Schutzschicht selektiv an einem Abschrägungsgebiet
zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeit einer Polymerabscheidung
während
des Strukturierungsprozesses gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird;
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1g bis 1i schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während der Herstellung
einer Schutzschicht selektiv an einem Abschrägungsgebiet gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zeigen; und
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2a bis 2c schematisch
eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements während der
Herstellung einer Metallisierungsschicht zeigen, wobei ein Abschrägungsgebiet
eine modifizierte Oberflächentopographie
gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
aufweist.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben wird,
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
anschaulichen offenbarten 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 richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die die Herstellung von Schaltungselementen in einem zentralen Gebiet
eines Substrats mit einer deutlich reduzierten Wahrscheinlichkeit
einer Bauteil- und Anlagenkontamination ermöglicht, insbesondere, wenn
die entsprechenden Halbleiterbauelemente eine komplexe Metallisierungsstruktur
aufweisen, in der eine oder mehrere Metallisierungsschichten auf
Grundlage eines dielektrischen Materials mit kleinem ε vorgesehen
ist. Es wird angenommen, dass die Ausbildung mechanisch instabiler
Schichtstapel an der Abschrägung
des Substrats deutlich zu der Gesamtkontamination und Defektrate
während
der Herstellung kritischer Metallisierungsschichten beiträgt, wodurch
die Produktionsausbeute deutlich beeinflusst wird. Beispielsweise
kann die Anwesenheit von Polymermaterialien an der Abschrägung, die
sich während
des Strukturierungsprozesses zur Herstellung entsprechender Kontaktlochöffnungen
und Gräben
in dem dielektrischen Material anlagern, zu einer insgesamt erhöhten Wahrscheinlichkeit
für eine
Materialablösung
und nachfolgenden Fertigungsschritten führen. Entsprechende Polymermaterialien
sind erforderlich, um die Ätzeigenschaften
der anspruchsvollen anisotropen Ätzprozesse
einzustellen, die zur Herstellung von Öffnungen mit großem Aspektverhältnis in
dielektrischen Materialien mit kleinem ε verwendet werden. Da Polymermaterialien
an sich eine moderate Affinität
zum Anhaften an einer Vielzahl von für gewöhnlich verwendeten Materialien,
etwa anorganische Dielektrika, und dergleichen aufweisen, kann das
Vorhandensein derartiger Polymermaterialien die Gesamtstabilität deutlich
reduzieren und damit zu einer deutlichen Gefahr für eine Materialablösung beitragen.
Folglich wird in konventionellen Lösungen häufig ein geeignet gestalteter
nasschemischer oder trockenchemischer Ätzprozess an dem Abschrägungsgebiet
durchgeführt,
um die sich an dem Abschrägungsgebiet
während
des vorhergehenden Ätzprozesses
zur Strukturierung des dielektrischen Materials mit kleinem ε angesammelten
Polymerreste zu entfernen. Jedoch können die entsprechenden nasschemischen Ätzprozesse
eine große
Menge an entsprechenden Chemikalien erfordern, die deutliche Kosten
für die
Beschaffung und für
das Entsorgen der Chemikalien hervorrufen, während eine effiziente Entfernung
der Polymermaterialien innerhalb des gesamten Abschrägungsgebiets
dennoch schwierig ist. Andererseits erzeugen plasmagestützte Ätzprozesse eine
erhöhte
Wahrscheinlichkeit für
das Abscheiden von Teilchen innerhalb des zentralen Gebiets des Substrats,
wodurch diese Lösung
zum Entfernen von Polymermaterialien aus dem Abschrägungsgebiet wenig
attraktiv ist. Durch geeignetes Modifizieren des Oberflächenbereichs
des Abschrägungsgebiets,
um damit unterschiedliche Eigenschaften im Hinblick auf die Polymerhaftung
an anderen dielektrischen und metallischen Materialien zu schaffen,
was in einigen Aspekten durch ein selektives Bereitstellen einer Schutzschicht
bewerkstelligt wird, die dem Abschrägungsgebiet eine modifizierte
Polymerhaftungseigenschaft verleiht, und durch Bereitstellen einer
geeigneten Oberflächentopographie
in dem Abschrägungsgebiet,
kann das Abscheiden von Polymermaterialien deutlich reduziert werden
und/oder abgeschiedenes Polymermaterial kann von anderen Materialien „eingekapselt" werden, die eine
erhöhte
Haftung auf Grund der modifizierten Oberflächentopographie besitzen. Folglich
kann die Gefahr des „Ablösens" von dielektrischem
Material und metallischem Material während der weiteren Bearbeitung
des Substrats deutlich reduziert werden. Es sollte beachtet werden,
dass die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft im Zusammenhang
mit Metallisierungsschichten ist, die Kupfer und Kupferlegierungen
in Verbindung mit dielektrischen Materialien mit kleinem ε enthalten,
da, wie zuvor erläutert
wurde, während des
Abscheidens des dielektrischen Materials mit kleinem ε, das an
sich eine reduzierte mechanische Stabilität und Haftung im Vergleich
zu konventionellen dielektrischen Materialien, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid,
und dergleichen aufweist, eine nicht gleichförmige Schichtdicke, beispielsweise
eine größere Schichtdicke,
an dem Abschrägungsgebiet
erzeugt werden kann, wodurch die Gefahr einer Materialablösung während nachfolgender
Substrathantierungs- und Fertigungsprozesse noch weiter erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch in Verbindung mit anderen
Fertigungs- und Metallisierungsschemata eingesetzt werden, da die
selektive Modifizierung von Haftungseigenschaften während eines
beliebigen geeigneten Fertigungszustands ausgeführt werden kann, wodurch die
Produktionsausbeute auf Grund einer deutlichen Reduzierung von Teilchen
erreicht wird, die durch Substrathantierungsprozesse, CMP-(chemisch-mechanische
Polier-)Prozesse und dergleichen hervorgerufen werden. Wenn somit
nicht explizit in der Beschreibung oder den angefügten Patentansprüchen eine
andere Lehre dargestellt ist, sollte die vorliegende Erfindung nicht
auf eine spezielle Materialzusammensetzung der dielektrischen Materialien
und der leitenden Materialien, wie sie die Hersteller der Metallisierungsschichten
verwendet werden, beschränkt
gesehen werden.
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Mit
Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch ein Substrat 100 mit einer Vorderseite 101,
auf der Schaltungselemente, etwa Transistoren und dergleichen, hergestellt werden
können
und mit einer Rückseite 102,
die häufig
mit jeglicher Art an Substrathaltern während des Transports und der
Bearbeitung des Substrats 100 in Kontakt ist. Die Vorderseite 101 des
Substrats 100 kann in ein „aktives" oder „zentrales" Gebiet 104, in welchem die
Vielzahl der einzelnen Chips angeordnet sind, und in ein Rand- oder
Abschrägungsgebiet 103 unterteilt
werden, das nicht für
die Herstellung von Schaltungselementen auf Grund von Prozessungleichförmigkeiten,
Substrathantierungserfordernissen und dergleichen benutzt wird,
wobei insbesondere Ungleichförmigkeiten
bei der Abscheidung in der Nähe
des Substratrands, d. h. in dem Abschrägungsgebiet 103, auftreten,
das typischerweise eine Abschrägung 105 enthält. Die
Größe des Abschrägungsgebiets 103 und
damit des zentralen Gebiets 104 hängen von der Steuerbarkeit
der bei der Herstellung von Schaltungselementen beteiligten Prozesse
in und auf dem zentralen Gebiet 104, den Eigenschaften
der zum Halten und Transportieren des Substrats 100 zwischen
aufeinander folgenden Prozessen eingesetzten Transportmittel, und
dergleichen ab. Wünschenswerterweise
wird die Größe des Abschrägungsgebiets 103 möglichst
klein gehalten, um eine möglichst
große
Substratfläche
für die
Herstellung integrierten Schaltungschips in dem zentralen Gebiet 104 verfügbar zu
haben. Gegenwärtig
sind 200 mm und 300 mm typische Durchmesser von Substraten, die
modernen Halbleiterfertigungsstätten eingesetzt
werden, wobei eine Breite D des Abschrägungsgebiets 103 im
Bereich von 1 bis 5 mm liegen kann.
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1b zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 150 mit
einem Teil des Substrats 100, wobei ein Abschrägungsgebiet 103 die
Abschrägung 105 umfasst.
Es sollte beachtet werden, dass in einigen anschaulichen Ausführungsformen
in dieser Fertigungsphase das Substrat 100 darin und darauf
ausgebildet eine Vielzahl von Schaltungselementen aufweisen kann,
die in dem zentralen Gebiet 104 angeordnet sind, wobei der
Einfachheit halber derartige Schaltungselemente nicht gezeigt sind.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
kann das Bauelement 150 in dieser Fertigungsphase keine
darin ausgebildeten Schaltungselemente in dem zentralen Gebiet 104 aufweisen.
In einer anschaulichen Ausführungsform
ist eine Maskenschicht 106 so gebildet, dass diese im Wesentlichen
das zentrale Gebiet 104 abdeckt, während das Abschrägungsgebiet 103 im
Wesentlichen frei liegt. Beispielsweise ist die Maskenschicht 106 aus
einem geeigneten Material, etwa einem Photolack, einem Polymermaterial,
und dergleichen aufgebaut, das effizient durch geeignete Verfahren,
zu der moderat hohe Temperaturen, und dergleichen, gehören, entfernt
werden kann. Des weiteren ist eine Schutzschicht 107 auf
der Maskenschicht 106 und auf und über freiliegenden Substratbereichen 103s des
Abschrägungsgebiets 103 ausgebildet,
wobei die Schutzschicht 107 aus einem geeigneten Material aufgebaut
ist, um damit unterschiedliche Eigenschaften im Hinblick auf das
Anhaften eines fluor enthaltenden Polymermaterials aufzuweisen, wie
es typischerweise während
eines anisotropen Ätzprozesses
zum Strukturieren dielektrischer Materialien von Metallisierungsstrukturen
verwendet oder erzeugt wird, wie dies nachfolgend detaillierte beschrieben
ist. D. h., typischerweise weist der Oberflächenbereich 106s des Abschrägungsgebiets 103 Materialien
auf, die typischerweise für
die Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden, etwa
Silizium, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, und dergleichen. Somit
ist abhängig
von der Prozessstrategie und dem Prozessverlauf des Halbleiterbauelements 150 das
Oberflächengebiet 103s typischerweise
aus einem anorganischen Material mit einer im Wesentlichen ebenen Oberflächentopographie
versehen, wobei dies so zu verstehen ist, dass eine Rauhigkeit von
weniger als ungefähr
1 μm enthalten
ist. Die Schutzschicht 107 kann jedoch andere Oberflächeneigenschaften
im Hinblick auf eine Wechselwirkung mit Polymermaterialien aufweisen,
wobei in einer anschaulichen Ausführungsform der entsprechende
Oberflächenbereich 107s eine
geringere Haftung für
mit Ätzprozess verknüpften Polymeren,
wie dies zuvor spezifiziert ist, im Vergleich zu dem Oberflächenbereich 103s aufweisen
kann. Es sollte beachtet werden, dass ein entsprechendes Maß für die Haftung
eines Materials an einem anderen einfach auf der Grundlage einer Messung
bestimmt werden kann, in der eine Kraft pro Flächeneinheit bestimmt wird,
die erforderlich ist, um einen entsprechend definierten Oberflächenbereich auf
einem Material, das auf einem darunter liegenden Material gebildet
ist, erforderlich ist, oder indem ein anderer Parameter verwendet
wird, der eine Quantifizierung der Differenz der Haftung ermöglicht.
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Beispielsweise
kann eine Schicht eines betrachteten Polymermaterials auf einer
Materialschicht, etwa einem Testsubstrat und dergleichen hergestellt
werden, und es kann eine entsprechende Kraft, etwa eine Scherungskraft,
zum Entfernen der entsprechenden Polymerschicht bestimmt werden.
In ähnlicher
Weise kann die Schutzschicht 107 auf einem geeigneten Trägermaterial
gebildet werden und Polymermaterial kann darauf abgeschieden und nachfolgend
wird die entsprechende Kraft zum Entfernen eines Bereichs des Polymermaterials
bestimmt und mit dem vorhergehenden Messergebnis verglichen. In
anderen Fällen
werden die Oberflächeneigenschaften
in Bezug auf die Haftung von Polymermaterial auf der Grundlage optischer
Inspektionsverfahren und dergleichen abgeschätzt, wobei die Menge an Polymermaterial
bestimmt wird, wenn ein entsprechendes Substrat mit und ohne der Schutzschicht 107 speziellen
Bedingungen ausgesetzt wird, etwa einer speziellen Ätzumgebung,
und dergleichen. Folglich können
unterschiedliche Hafteigenschaften in Bezug auf ätzabhängige Polymermaterialien als
eine Differenz eines geeigneten Parameters ver standen werden, etwa
der Kraft, die zum Entfernen des entsprechenden Polymermaterials
von dem Oberflächenbereich 107s im
Vergleich zu den Oberflächenbereich 103s erforderlich
ist oder als die Differenz der Menge an Polymermaterial, das auf
einer Oberfläche äquivalent
zur Oberfläche 107s im Vergleich
zu einer Oberfläche äquivalent
zur Oberfläche 103s ohne
der Schutzschicht abgeschieden wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen werden
die entsprechenden Oberflächenbereiche 107s, 103s als
unterschiedlich Bezug auf ihre Haftungseigenschaften für ein ätzbezogenes
Polymermaterial betrachtet, wenn die entsprechenden Testergebnisse
für eine
beliebige der zuvor beschriebenen Testprozeduren einen numerischen
Unterschied von mindestens 30% zwischen einer Oberfläche, die die
Schutzschicht 107 repräsentiert,
und einer Oberfläche,
die die nicht geschützte
Oberfläche 103s repräsentiert,
ergibt. D. h., wenn ein entsprechender Messwert, der für eine Oberfläche äquivalent
zu der Oberfläche 107s sich
auf ungefähr
70% oder weniger des Wertes beläuft,
der für
eine Oberfläche äquivalent
zu den Oberflächenbereich 103s erhalten
wird, so besitzt die entsprechende Schutzschicht 107 eine reduzierte
Hafteigenschaft im Vergleich zu der Oberfläche 103s des Abschrägungsgebiets 103 in
den oben definierten Sinne. Wenn in ähnlicher Weise ein entsprechender
Messwert für
eine Oberfläche äquivalent
zu der Oberfläche 107s ungefähr 1,3 mal
den entsprechenden Messwert oder höher für eine Oberfläche äquivalent
zu dem nicht geschützten
Oberflächenbereich 103s ergibt,
ist die entsprechende Hafteigenschaft für das Polymermaterial der Schutzschicht 107 höher im Vergleich
zu dem Abschrägungsgebiet 103.
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In
einer anschaulichen Ausführungsform
ist die Schutzschicht 107 aus einem Polymermaterial aufgebaut,
das eine reduzierte Hafteigenschaft in dem oben definierten Sinne
in Bezug auf ätzbezogene
fluormodifizierte Polymermaterialien aufweist. Ferner kann die Schutzschicht 107 auch
einen gewissen Betrag an Ätzwiderstand
in Bezug auf ein Ätzrezept
aufweisen, das in einer späteren
Fertigungsphase zum Strukturieren eines entsprechenden dielektrischen
Schichtstapels ausgeführt
wird. Eine Dicke der Schutzschicht 107 kann, abhängig von
den sonstigen Materialeigenschaften, auf einen Bereich von ungefähr 10 bis
100 nm festgelegt werden.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 150,
wie es in 1b gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Nach der Herstellung von Schaltungselementen
innerhalb des Bauteilgebiets 104 auf der Grundlage gut etablierter
Rezepte wird die Maskenschicht 106 auf der Grundlage einer
geeigneten Abscheidetechnik, etwa der chemischen Dampfabscheidung
(CVD), Aufschleuderverfahren, und dergleichen hergestellt. Es sollte
beachtet werden, dass abhängig
von der eingesetzten Abscheidetechnik eine gewisse Menge des Materials
der Schicht 106 auch innerhalb des Abschrägungsgebiets 103 abgeschieden
werden kann. In diesem Falle kann ein geeignet gestalteter Strukturierungsprozess,
beispielsweise ein selektives Aushärten von Polymermaterial, eine
selektive Belichtung mit geeigneter Strahlung, und dergleichen ausgeführt werden,
um in geeigneter Weise die Eigenschaften der Maskenschicht 106 in
dem zentralen Gebiet 104 zu modifizieren, um damit ein
effizientes Abtragen von Materialresten innerhalb des Abschrägungsgebiets 103 zu
ermöglichen.
Danach wird die Schutzschicht 107 auf der Grundlage geeigneter Verfahren,
etwa CVD, abgeschieden, wobei die entsprechenden Prozessbedingungen
in geeigneter Weise eingestellt werden, um nicht in unerwünschter Weise
die Maskenschicht 106 zu schädigen. Beispielsweise wird
eine Prozesstemperatur unterhalb einer kritischen Temperatur gehalten,
bei der die thermische Stabilität
der Maskenschicht 106 deutlich kleiner werden kann. Als
nächstes
wird das Halbleiterbauelement 150 einem Abtragungsprozess 108 unterzogen,
der eine geeignete Behandlung, etwa eine Wärmebehandlung über einer
kritischen Temperatur und dergleichen beinhalten kann, um damit
gemeinsam die Maskenschicht 106 und den entsprechenden
Bereich der Schutzschicht 107, der darauf ausgebildet ist,
zu entfernen. Der Abtragungsprozess 108 kann auch Reinigungsprozesse
aufweisen, um in effizienter Weise Materialreste von der Maskenschicht 106 und
der Schutzschicht 107 in dem zentralen Gebiet 104 zu
entfernen.
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1c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 150 nach dem Abtragungsprozess 108.
Somit umfasst das Halbleiterbauelement 150 den verbleibenden
Bereich der Schutzschicht 107, der ebenso als 107 bezeichnet
ist, und der über
dem Abschrägungsgebiet 103 ausgebildet
ist, wodurch dem Abschrägungsgebiet 103 unterschiedliche
Hafteigenschaften im Hinblick auf das Anhaften von Polymermaterialien
während
eines nachfolgenden Strukturierungsprozesses verliehen werden.
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1d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 150 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Das Halbleiterbauelement 150 weist
einen dielektrischen Schichtstapel 110 auf, der im Wesentlichen
innerhalb des zentralen Gebiets 104 ausgebildet ist, wobei
auch gewisse Materialreste 110r innerhalb des Abschrägungsgebiets 103 ausgebildet
sein können.
Der dielektrische Schichtstapel 110 kann eine oder mehrere
Materialschichten aufweisen, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen
ein Dielektrikum mit kleinem ε in
dem Schichtstapel 110 vorgesehen ist. Es sollte beachtet werden,
dass ein dielektrisches Material mit kleinem ε als ein dielektrisches Material
verstanden wird, das eine relative Permittivität von 3,0 und deutlich weniger,
etwa 2,5 und weniger aufweist. Das entsprechende dielektrische Material
mit kleinem ε wird
in Form einer Unterschicht in dem Stapel 110 bereitgestellt
oder kann im Wesentlichen über
den gesamten Stapel 110 vorgesehen sein, mit Ausnahme von Ätzstoppschichten
oder Deckschichten, die zum Steuern entsprechender Ätzprozesse
und/oder zum zuverlässigen
Einschließen
eines Metalls und/oder zum Erhöhen
der mechanischen Stabilität
des Schichtstapels 110 erforderlich sind. Ferner ist eine
Maske 109, etwa eine Lackmaske, über dem Schichtstapel 110 ausgebildet
und in geeigneter Weise so strukturiert, dass mehrere Öffnungen 109a enthalten
sind, um damit entsprechende Öffnungen
innerhalb des dielektrischen Schichtstapels 110 zu bilden.
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Der
dielektrische Schichtstapel 110 kann auf der Grundlage
gut etablierter Abscheideverfahren, die beispielsweise CVD, Aufschleudertechniken
und dergleichen enthalten, hergestellt werden. Danach wird ein geeignetes
Maskierungsmaterial, etwa ein Photolackmaterial mit geeigneten ARC-Schichten (antireflektierende
Beschichtung), wenn ein optischer Lithographieprozess zur Herstellung
der Öffnung 109a auf
der Grundlage gut etablierter Lithographieverfahren eingesetzt wird,
aufgebracht. In anderen Beispielen repräsentiert die Maskenschicht 109 ein anderes
geeignetes Maskenmaterial, das auf der Grundlage optischer Lithographie,
Einprägeverfahren,
und dergleichen strukturiert wurde. Beispielsweise kann die Schicht 109 ein
verformbares Material repräsentieren,
in das eine geeignete Einprägeform oder
ein Stempel in einem äußerst deformierbaren Zustand
des Materials 109 eingedrückt wird. Nachfolgend kann
das Material 109 in einen äußerst nicht deformierbaren
Zustand überführt werden,
um die entsprechende Einprägeform
zu entfernen, um damit die Öffnung 109a zu
bilden. Unabhängig
von der Technik zur Herstellung der Maskenschicht 109 wird nachfolgend
ein entsprechend anisotroper Ätzprozess 111 ausgeführt, um
damit die Öffnung 109a in den
dielektrischen Schichtstapel 110 zu übertragen. Während des
anisotropen Ätzprozesses 111 hängen die
entsprechenden Ätzeigenschaften,
etwa das Maß an
Isotropie und dergleichen, deutlich von der entsprechenden Gasumgebung
und den Plasmabedingungen ab. Beispielsweise werden Gase, etwa Argon,
Stickstoff, Sauerstoff und Fluor in Verbindung mit Kohlenwasserstoffverbindungen,
d. h. Polymeren, verwendet, wobei der Anteil an Polymeren in Verbindung
mit den spezifizierten Plasmaparametern, etwa der Vorspannung, dem
Druck, und dergleichen, die Richtungsstabilität der Ätzfront des Prozesses 111 bestimmen.
Beispielsweise kann in äußerst komplexen
Halbleiterbau elementen es erforderlich sein, die entsprechenden
in dem dielektrischen Schichtstapel 110 herzustellenden Öffnungen
mit einem hohen Aspektverhältnis
bereitzustellen, wodurch ebenso entsprechende Bedingungen im Hinblick
auf das anisotrope Verhalten des Ätzprozesses 111 erforderlich
sind. Folglich können
erhöhte
Mengen an Polymermaterialien erforderlich sein, wobei die Haftung
des Polymermaterials an horizontalen Bereichen der Maskenschicht 109 und
dem dielektrischen Schichtstapel 110 durch den ständigen Ionenbeschuss
deutlich unterdrückt
wird, während
andererseits das entsprechende Polymermaterial mit freiliegenden
Bereichen des Abschrägungsgebiets 103 in
Kontakt kommt, wobei ein deutlich reduzierter Ionenbeschuss in konventionellen
Fällen,
in denen die Schutzschicht 107 nicht vorgesehen ist, eine
moderate Abscheidung der fluorenthaltenden Polymere möglich ist,
obwohl im Prinzip die Haftung derartiger Polymermaterialien an anorganischen
Dielektrika relativ gering ist. Gemäß der in 1d gezeigten
Ausführungsform
wird während
des voranschreitenden Ätzprozesses 111 der
Stapel 110 geätzt,
während ebenso
zunehmend Reste entfernt werden. Auf Grund der modifizierten Haftungseigenschaften
der Schutzschicht 107, die in einigen Ausführungsformen auch
einen erhöhten Ätzwiderstand
im Vergleich zu dem Material der Schicht 110 aufweist,
kann die Haftung von Polymermaterial deutlich reduziert werden im
Vergleich zu einer Situation, in der das Abschrägungsgebiet 103 nicht
von der Schutzschicht 107 bedeckt ist. Beispielsweise kann,
wie zuvor erläutert
ist, Polyimidmaterial eine deutliche geringere Neigung zur Ausbildung
entsprechender Verbindungen mit fluorenthaltenden Polymermaterialien
aufweisen, wodurch die Menge des angesammelten Polymermaterials
in dem Abschrägungsgebiet 103 reduziert
wird. Insbesondere in Bereichen in der Nähe der Rückseite des Substrats 100,
die als 103b bezeichnet sind, kann in konventionellen Verfahren
eine moderat große
Menge von Polymermaterialien beobachtet werden, selbst nach einem
entsprechenden Nassreinigungsprozess, während in der gezeigten Ausführungsform
eine deutlich reduzierte Polymeransammlung erreicht wird. Daher
kann in einigen anschaulichen Ausführungsformen nach dem Ätzprozess 111, der
optional einen Vorortlackentfernungsprozess enthalten kann, wenn
die Maskenschicht in Form einer Lackmaske bereitgestellt wird, ein
entsprechender zusätzlicher
relativer Nassreinigungsprozess für das Abschrägungsgebiet 103 weggelassen
werden, und der Prozessablauf kann zum Abscheiden eines geeigneten
leitenden Materials weitergehen. In diesem Falle können deutliche
Einsparungen im Hinblick auf teure Chemikalien erreicht werden,
insbesondere, wenn Substrate mit großen Durchmessern, etwa 300 mm
Substrate betrachtet werden, da hier eine deutliche Menge an Chemikalien
für entsprechendes
Reinigen des Abschrägungsgebiets 103 im
Vergleich zu einem 200 mm Substrat mit einer ähnlichen Breite D des Abschrägungsgebiets 103 erforderlich
sind. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird ein entsprechender
Nassreinigungsprozess auf der Grundlage einer geringen Prozesszeit
und weniger effizienter und damit weniger teurer Chemikalien durchgeführt, da
die Abscheidung von Polymeren auf Grund des Bereitstellens der Schutzschicht 107 deutlich
reduziert wurde.
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1e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 150 mit einer leitenden
Schicht 112, die in einer entsprechenden Öffnung 110a ausgebildet
ist, die in dem dielektrischen Schichtstapel 110 vorgesehen
ist, wobei, wie zuvor erläutert
wurde, das Abscheiden der leitenden Schicht 112 nicht in
effizienter Weise auf das zentrale Gebiet 104 beschränkt werden
kann, und damit die entsprechende Schicht 112 auch innerhalb
des Abschrägungsgebiets 103 ausgebildet
sein kann. Beispielsweise kann die leitende Schicht 112 ein
geeignetes Barrierenmaterial und bei Bedarf ein geeignetes Saatmaterial
aufweisen, um damit den nachfolgenden elektrochemischen Abscheideprozess
eines gut leitenden Metalls, etwa Kupfer, Kupferlegierung, Silber,
Silberlegierung, und dergleichen zu ermöglichen. Die leitende Schicht 112 kann
auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Abscheidetechnik,
etwa der Sputter-Abscheidung, CVD, ALD (Atomlagenabscheidung), stromloses Plattieren,
oder Kombinationen davon, und dergleichen ausgeführt werden. Es sollte beachtet
werden, dass obwohl die Schicht 112 auch unerwünschterweise
auf dem Abschrägungsgebiet 103 gebildet wird,
die deutlich reduzierte Menge an Polymermaterial zu einer moderat
hohen Haftung des Barrierenmaterials 112 führt, wodurch
zu einer geringeren Wahrscheinlichkeit für eine Materialablösung in nachfolgenden
Prozessschritten beigetragen wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen,
wie dies nachfolgend detaillierte beschrieben ist, kann die Schutzschicht 107 auf
der Grundlage eines räumlich beschränkten Ätzprozesses
entfernt werden, wenn die Eigenschaften der Schutzschicht 107 als
ungeeignet zur Ausbildung weiterer Materialschichten darauf, etwa
der Schicht 112, betrachtet wird. Nach dem Abscheiden der
Schicht 112 wird der Hauptanteil des Materials zur Herstellung
eines entsprechenden Metallgebiets in der Öffnung 110a auf der
Grundlage elektrochemischer Abscheideverfahren, etwa stromlosen
Abscheidens, Elektroplattierens, oder einer Kombination davon aufgebracht.
Als nächstes
wird überschüssiges Material
der Schicht 112 und des Hauptanteils des Materials auf
der Grundlage von Elektropolierverfahren, CMP, und dergleichen entfernt,
wobei die erhöhte
Haftung des in dem Abschrägungsgebiets 103 abgeschiedenen
Materials auf Grund der reduzierten Menge an Polymermaterial daher
deutlich die Materialablösung
und damit die Substrat- und Anlagenkontamination verringern kann.
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1f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 150 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz. Somit ist ein Metallgebiet 113 in
der Öffnung 110a gebildet.
Des weiteren ist ein moderat stabiler Stapel aus Materialien 114 in
dem Abschrägungsgebiet 103 mit
einer reduzierten Wahrscheinlichkeit für das Ablösen während der vorhergehenden und
nachfolgenden Prozessschritte ausgebildet. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen wird
der Materialstapel 114 selektiv durch geeignete Ätzverfahren
abgetragen, um damit die Schutzschicht 107 freizulegen,
abhängig
von der Ätzselektivität des Materials
der Schicht 107 und des Metallmaterials, das während der
Herstellung der Schichten 112 des Metallgebiets 113 abgeschieden
werden, oder um das Abschrägungsgebiet 103 freizulegen.
In einer anschaulichen Ausführungsform
wird die Schutzschicht 107 so bereitgestellt, dass diese
einen hohen Ätzwiderstand
in Bezug auf die Ätzchemie zeigt,
die während
des Abtragens unerwünschter Materials
aus dem Abschrägungsgebiet 103 verwendet
wird. Beispielsweise kann die Schutzschicht 107 Siliziumkarbid
aufweisen, das einen hohen Ätzwiderstand
in Bezug auf eine Vielzahl von nasschemischen Ätzprozesse aufweist, wodurch
diese als eine effiziente Ätzstoppschicht
für nasschemische Ätzprozesse
zum Entfernen unerwünschter
metallischer und dielektrischer Materialien aus dem Abschrägungsgebiet 103 dient.
Zusätzlich
kann eine entsprechende Oberflächenschicht
(nicht gezeigt) in Verbindung mit dem Siliziumkarbidmaterial vorgesehen werden,
um damit der Schutzschicht 107 die gewünschten Hafteigenschaften im
Hinblick auf das Polymermaterial zu verleihen. Somit kann das entsprechende
Material, etwa Polymid, für
die reduzierte Polymerabscheidung während des Ätzprozesses 111 sorgen,
während
das Siliziumkarbidmaterial für
einen zuverlässigen Ätzstopp
sorgt, und das entsprechende Oberflächenmaterial mit den gewünschten
Hafteigenschaften wird zunehmend während nachfolgender Prozessschritte
verbraucht. Folglich kann ein unerwünschtes Material in effizienter
Weise von dem Abschrägungsgebiet 103 auf
der Grundlage der Ätzstoppeigenschaften
abgetargen werden und danach, wenn die die Haftung reduzierende
Oberfläche
verbraucht ist, kann eine weitere Oberflächenschutzschicht, die jedoch
kein Ätzstoppmaterial
enthalten muss, auf dem Siliziumkarbidmaterial wieder hergestellt
werden, um damit die verbesserte Eigenschaften für die Polymerabweisung während des
Ausbildens einer nachfolgenden Metallisierungsschicht bereitzustellen.
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Mit
Bezug zu den 1g bis 1j werden weitere
anschauliche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nunmehr detailliert beschrieben, wobei
das Halbleiterbauelement 150 die Schutzschicht 107 in
selektiver Weise auf der Grundlage entsprechender Maskenschichten
erhält,
die nach dem Abscheiden der Schutzschicht 107 gebildet
werden.
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1g zeigt
schematisch das Bauelement 150 mit einer darauf ausgebildeten
Schichtstapel 130 mit der Schutzschicht 107 und
einer Maskenschicht 131. In einer anschaulichen Ausführungsform
ist die Maskenschicht 131 aus einem dielektrischen Material
mit kleinem ε aufgebaut,
das die Eigenschaft aufweist, ein ungleichförmiges Abscheideverhalten in Bezug
auf das zentrale Gebiet 104 und das Abschrägungsgebiet 103 zu
besitzen, wenn das Material durch CVD-Verfahren aufgebracht wird.
In einer Ausführungsform
weist die Maskenschicht 131 ein Material mit Silizium,
Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff auf, das als SiCOH bezeichnet
wird, dessen Abscheidung zu einer erhöhten Dicke 131a in
dem Abschrägungsgebiet 103 führt, während in
anderen Ausführungsformen
der Bereich 131a zusätzlich
oder alternativ zu der erhöhten
Dicke eine modifizierte Struktur im Bereich zu dem zentralen Gebiet 104 besitzt,
wobei die modifizierte Struktur in dem Bereich 131a zu
einer geringeren Ätzrate
in Bezug auf ein spezifiziertes Ätzrezept
führt.
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Das
Abscheiden der Schutzschicht 107 kann auf der Grundlage
gut etablierter plasmaunterstützter CVD-Techniken
bewerkstelligt werden, wobei üblicherweise
auch Material in dem Abschrägungsgebiet 103 abgeschieden
wird. Danach wird die Maskenschicht 131 durch eine beliebige
geeignete Abscheidetechnik aufgebracht, wobei es sich zeigt, dass
insbesondere während
der plasmaunterstützten
Abscheidung von dielektrischen Materialien mit kleinem ε eine erhöhte Abscheiderate
an dem Abschrägungsgebiet 103 erreicht
wird, wodurch automatisch der Bereich 131a mit erhöhter Schichtdicke
im Vergleich zu der Dicke der Schicht 131 in dem zentralen
Gebiet 104 erzeugt wird. Nach dem Abscheiden der Maskenschicht 131 wird
ein Ätzprozess 131 ausgeführt, um
die Maskenschicht 131 in dem zentralen Gebiet 104 zu
entfernen, wobei ein deutlicher Anteil des Bereichs 131a über dem
Abschrägungsgebiet 103 bewahrt
wird. Der Ätzprozess 133 kann
als ein beliebiger geeigneter Prozess gestaltet sein, etwa ein nasschemischer
Prozess oder ein Trockenätzprozess mit
einer hohen Selektivität
zwischen der Schutzschicht 107 und der Maskenschicht 131.
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1h zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 150 nach dem Ende
des zuvor beschriebenen Ätzprozesses 133.
Somit ist ein Rest 131r der Maskenschicht 131 in
dem Abschrägungsgebiet 103 ausgebildet.
Folglich kann der Rest 131r als eine Ätzmaske in einem nachfolgenden Ätzprozess 134 dienen,
um die Schutzschicht 107 von dem zentralen Ge biet 104 zu
entfernen. Der Ätzprozess 134 ist
entsprechend den Eigenschaften des Materials des Rests 131r und
der Schutzschicht 107 ausgewählt, um damit den zentralen
Bereich zu entfernen, während
zumindest ein Teil der Schutzschicht 107 innerhalb des
Abschrägungsgebiets 103 zuverlässig beibehalten
wird. Wenn beispielsweise die Schutzschicht 107 Siliziumkarbid
aufweist, das durch ein geeignetes Oberflächenmaterial ergänzt sein
kann, etwa Polymid und dergleichen, sind effiziente anisotrope Ätzrezepte
im Stand der Technik verfügbar,
wobei Prozessparameter so eingestellt werden, dass das Entfernen
des freiliegenden Bereichs der Schutzschicht 107 über dem
zentralen Gebiet 104 beendet ist, bevor ein deutlicher
Materialabtrag der Schicht 107 über dem Abschrägungsgebiet 103 einsetzt.
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1i zeigt
schematisch das Bauelement 150 nach dem Endes des zuvor
beschriebenen Ätzprozesses 134.
Somit ist das Abschrägungsgebiet 103 durch
die Schutzschicht 107 bedeckt, um damit dem Abschrägungsgebiet 103 die
erforderlichen Hafteigenschaften zu verleihen, wie dies zuvor erläutert ist.
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1j zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 150 gemäß weiterer
Ausführungsformen,
in denen zusätzlich
oder alternativ die Maskenschicht 131 so behandelt ist,
dass ihre Ätzrate
in dem zentralen Gebiet 104 im Vergleich zu dem Abschrägungsgebiet 103 erhöht ist.
In der gezeigten Ausführungsform
wird die Maskenschicht 131 einem Ionenimplantationsprozess 135 auf
der Grundlage geeigneter Ionensorten unterzogen, etwa Xenon und
dergleichen, um damit in deutlicher Weise die innere Struktur der Maskenschicht 131 zu ändern. In
einer Ausführungsform
kann das im Wesentlichen „selbstjustierende" Verhalten des Implantationsprozesses 135 die
Maskenschicht 131 in horizontalen Substratbereichen effizienter
als in geneigten Substratbereichen verändern, etwa in dem Abschrägungsgebiet 103,
da die mittlere Dicke der Maskenschicht 131, die von den eintreffenden
Ionen „gesehen" wird, größer ist
im Vergleich zu horizontalen Substratbereichen. Folglich erstreckt
sich ein geschädigter
Bereich der Schichtstruktur im Wesentlichen bis zu der Schutzschicht 107 innerhalb
des zentralen Gebiets 104, während ein merklicher Anteil
der Maskenschicht 131 eine im Wesentlichen nicht geschädigte Struktur aufweist.
Folglich tritt in einem nachfolgenden Ätzprozess, etwa dem Prozess 133,
der zuvor beschrieben ist, ein Materialabtrag in dem zentralen Gebiet 104 stärker auf,
zumindest wenn die Ätzfront
den im Wesentlichen ungeschädigten
Bereich in dem Abschrägungsgebiet 103 erreicht.
Folglich können
die entsprechenden Reste 131r in dem Abschrägungsgebiet 103 effizient
ausgebildet werden, und die weitere Bearbeitung kann fortgesetzt
werden, wie dies zuvor mit Bezug zu 1h erläu tert ist.
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform wird die räumliche
Selektivität
des Ionenimplantationsprozesses 135 vergrößert, indem
der Ionenbeschuss der Implantation 135 im Wesentlichen
auf das zentrale Gebiet 104 beschränkt wird, was durch entsprechendes Steuern
des Abtastprozesses und/oder durch Bereitstellen einer entsprechenden
Abschattungsmaske 136 bewerkstelligt werden kann, die geeignet
positioniert ist, um die Anzahl der an dem Abschrägungsgebiet 103 eintreffenden
Ionen deutlich zu verringern.
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1f zeigt
schematisch das Bauelement 150 gemäß einer weiteren anschaulichen
Ausführungsform,
in der die Maskenschicht 131 oder die Schutzschicht 107 in
dem Abschrägungsgebiet 103 selektiv
ausgebildet sind, indem selektiv ein viskoses Material, etwa Photolack,
Polymermaterialien, und dergleichen mittels einer geeigneten Prozessanlage aufgebracht
werden, wie sie auch für
das räumlich selektive
Reinigen oder Ätzen
des Abschrägungsgebiets 103 eingesetzt
wird. D. h., wenn die Schutzschicht 107 geeignete Materialeigenschaften
aufweist, um damit das Abscheiden mittels Aufschleudern zu ermöglichen,
beispielsweise durch eine entsprechende Anlage 120 mit
einer geeigneten Ausgabedüse 123,
kann eine äußerst effiziente
Technik bereitgestellt werden. In anderen Fällen, wenn die Schutzschicht 107 auf
der Grundlage räumlich
nicht selektiver Abscheideverfahren hergestellt wird, wird die Maskenschicht 131 innerhalb
des Abschrägungsgebiets
durch Aufschleudern ausgebildet und nachfolgend wird die Schutzschicht 107 strukturiert,
wie dies zuvor beschrieben ist.
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Danach
kann die weitere Bearbeitung fortgesetzt werden, wie dies zuvor
mit Bezug zu den 1d bis 1f erläutert ist,
um die entsprechenden Materialisierungsstruktur mit dem dielektrischen Schichtstapel 110 und
dem Metallgebiet 113 zu bilden. Wie zuvor dargestellt ist,
kann unerwünschtes Material
dann selektiv auf der Grundlage der Anlage 120 entfernt
werden, um eine geeignete Ätzchemikalie
aufzubringen, wobei die Schutzschicht 107 ein entsprechendes Ätzstoppmaterial
enthalten kann, um im Wesentlichen eine unerwünschte Schädigung des Substrats 100 zu
vermeiden. Folglich wird eine äußerst effiziente
Technik erreicht, in der die Wahrscheinlichkeit einer Materialablösung während des Ausbildens
komplexer Metallisierungsstrukturen deutlich reduziert werden kann,
indem das Maß an Polymerhaftung
verringert und damit das Ansammeln während des Prozesses der Strukturierung
dielektrischer Materialien, etwa dielektrischer Materialien mit
kleinem ε verringert
wird, wodurch die mechanische Stabilität von Materialresten innerhalb
des Abschrägungsgebiets 103 erhöht wird.
Des weiteren können
Materialreste entfernt werden, wobei die Schutzschicht 107 zusätzlich eine Ätzstoppkomponente,
etwa eine Silizumkarbidteilschicht aufweisen kann, um damit im Wesentlichen
eine Ätzschädigung in
dem Substrat 101 auf Grund des erhöhten Ätzwiderstandes von Siliziumkarbid
in Bezug auf eine Vielzahl von nasschemischen Reinigungsrezepten
im Wesentlichen zu verhindern.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2c werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei zusätzlich oder alternativ die
Oberflächentopographie des
Abschrägungsgebiets
des Substrats so modifiziert wird, dass ein vergrößerter Oberflächenbereich entsteht,
wodurch die Haftung eines Materials, das in dem Abschrägungsgebiet
abgeschieden wird, verbessert wird.
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2a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 250 mit einem Substrat 200 mit
einem zentralen Gebiet 204 und einem Abschrägungsgebiet 203.
Ferner ist ein dielektrischer Schichtstapel 210 in dem
zentralen Gebiet 204 gebildet, wobei gewisse Materialreste 210r auch
in dem Abschrägungsgebiet 203 ausgebildet
sind. Des weiteren ist eine Maskenschicht 209 mit einer
entsprechenden Öffnung 209a über dem
dielektrischen Schichtstapel 210 gebildet. In Bezug auf
die Komponenten des Halbleiterbauelements 250 gelten im
Wesentlichen die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu
den entsprechenden Komponenten des Bauelements 150 dargestellt
sind. Ferner besitzt in der gezeigten Ausführungsform das Abschrägungsgebiet 203 eine
modifizierte Oberflächentopographie,
wobei beispielsweise eine oder mehrere Vertiefungen 203r vorgesehen
sind, um damit deutlich die Gesamtoberfläche des Abschrägungsgebiets 203 zu
vergrößern. Es
sollte beachtet werden, dass die Vertiefungen 203r an sich
auch entsprechende Erhebungen 203p definieren. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
sind die eine oder die mehreren Vertiefungen 203r in Form
von rillenähnlichen
Vertiefungen vorgesehen, die sich über ausgedehnte Bereiche erstrecken
und in einigen Ausführungsformen
sich am Rand über
das gesamte Substrat 200 hinweg erstrecken.
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Das
Halbleiterbauelement 250, wie es in 2a gezeigt
ist, kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
werden die Substrate 200 so bearbeitet, dass diese eine
oder mehrere Vertiefungen 203r in einer frühen Fertigungsphase erhalten,
beispielsweise vor der Herstellung von Schaltungselementen innerhalb
des zentralen Gebiets 204. Beispielsweise können entsprechende
Rillen oder Gräben
eingeschliffen oder in entsprechende Bereiche des Abschrägungsge biets 203 geschnitten
werden. Beispielsweise sind entsprechende Prozessanlagen zur Herstellung
der Abschrägung 205 in dem
Abschrägungsgebiet 203 im
Stand der Technik gut etabliert und ähnliche Anlagen können auch
zur Herstellung der entsprechenden Vertiefungen 203r eingesetzt
werden. In anderen Fällen
kann die entsprechende modifizierte Oberflächentopographie des Abschrägungsgebiets 203 in
einer späteren
Phase hergestellt werden, abhängig
von den Prozesserfordernissen. Danach werden Schaltungselemente sowie
der dielektrische Schichtstapel 210 und die Maskenschicht 209 auf
der Grundlage von Prozessverfahren hergestellt, wie sie zuvor mit
Bezug zu dem Bauelement 150 beschrieben sind. Danach wird
ein anisotroper Ätzprozess 211 ausgeführt, um
die Öffnung 209a in
den dielektrischen Schichtstapel 210 zu übertragen,
wobei entsprechende Polymermaterialien sich auf dem Abschrägungsgebiet 203 mit
der erhöhten
Oberflächentopographie,
beispielsweise basierend auf den Vertiefungen 203r abscheiden
können.
Somit können
sich entsprechende Polymerreste 211r in dem Abschrägungsgebiet 203 bilden,
wobei jedoch im Gegensatz zu konventionellen Verfahren eine erhöhte Haftung
auf Grund des erhöhten
Oberflächenbereichs
und der komplexen Oberflächentopographie
erreicht wird. Nach dem Ende des Ätzprozesses 211 kann
ein entsprechender räumlich
selektiver Ätzprozess
ausgeführt
werden, um zumindest einen Teil der Polymerreste 211r zu
entfernen. Anschließend
wird ein metallenthaltendes Material abgeschieden, wie dies auch
mit Bezug zu dem Bauelement 150 beschrieben ist.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 250 nach dem Abscheiden
einer entsprechenden metallenthaltenden Schicht 212, die
als eine Barrierenschicht und/oder eine Saatschicht für einen
nachfolgenden Prozessschritt dienen kann. Wie zuvor erläutert ist,
kann die Materialschicht 212 auch in dem Abschrägungsgebiet 203 abgeschieden werden,
wobei die reduzierten Polymerreste 211r von dem Material
der Schicht 212 bedeckt werden können. Im Gegensatz zur konventionellen
Vorgehensweise können
die entsprechenden Polymerreste 211r jedoch effizient in
das Material der Schicht 212 „eingebettet" werden, das jedoch
eine moderat hohe Haftung an dem Abschrägungsgebiet 203 auf
Grund der vergrößerten verfügbaren Oberfläche und
der komplexen Oberflächentopographie
besitzt. Folglich kann das Halbleiterbauelement 250, wie
es in 2b gezeigt ist, eine deutlich
geringerer Wahrscheinlichkeit für
das Hervorrufen von Ablöseereignissen
in nachfolgenden Prozessschritten aufweisen. Danach kann der Prozess
fortgesetzt werden, indem der Hauptanteil des Metalls, etwa Kupfer,
Kupferlegierung, und dergleichen abgeschieden wird, und indem überschüssiges Material
abgetragen wird, um damit ein Metallgebiet innerhalb der Öffnung 210a des
dielektrischen Schichtstapels 210 zu schaffen.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 250 gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform,
in der die modifizierte Oberflächentopographie,
die beispielsweise durch die Vertiefungen 203r erzeugt
wird, mit dem Vorsehen einer Schutzschicht 207 kombiniert
wird, die im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften aufweisen kann,
wie sie zuvor für
die Schicht 107 beschrieben sind. Somit umfasst die Schutzschicht 207 zumindest einen
Oberflächenbereich 207s mit
reduzierter Hafteigenschaft im Hinblick auf ätzabhängige Polymermaterialien, im
Vergleich zu dem Abschrägungsgebiet 203 ohne
die Schutzschicht 207, und die Schutzschicht 207 sorgt
zusätzlich
für eine
deutlich reduzierte Menge an Polymerresten 211r während des Ätzprozesses 211.
Ferner kann die Schutzschicht 207 selbst eine hohe Haftung
an dem Abschrägungsgebiet 203 auf
Grund des vergrößerten Oberflächenbereichs
besitzen, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Materialablösung in
nachfolgenden Prozessschritten weiter reduziert wird. Folglich trifft
während der
weiteren Bearbeitung ein zusätzlich
abgeschiedenes Material auf eine geringere Menge an Polymerresten 211r in
Verbindung mit einer insgesamt erhöhten Haftung, da jedes weitere
Material sich mit dem Abschrägungsgebiet 203 mittels
der Schutzschicht 207 „verzahnt", die ein deutlich besseres Haftvermögen aufweist.
In anderen Ausführungsformen
kann die vergrößerte Oberfläche des
Abschrägungsgebiets 203 auf
der Grundlage räumlich
beschränkter Ätzprozesse
erreicht werden, indem ein geeignetes Ätzmittel selektiv dem Abschrägungsgebiet
in einer äußerst ungleichförmigen Weise
zugeführt
werden, indem beispielsweise die Anlage 120, wie sie zuvor
beschrieben wurde, verwendet wird, um damit ein gewisses Maß an „Lochfraß" in der Oberfläche des
Abschrägungsgebiets
bereitzustellen, wodurch der Oberflächenanteil deutlich erhöht wird.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine effiziente Technik
zum Reduzieren der Wahrscheinlichkeit einer Materialablösung und
damit einer Bauteil- und Anlagenkontamination während der Herstellung komplexer
Metallisierungsstrukturen bereit, die in einigen anschaulichen Ausführungsformen
ein dielektrisches Material mit kleinem ε aufweisen. In einem Aspekt
wird die Abscheidung von Polymermaterialien während eines anisotropen Ätzprozesses
zum Strukturieren des dielektrischen Schichtstapels einer Metallisierungsschicht
deutlich reduziert, indem die Oberflächeneigenschaften des Abschrägungsgebiets
so modifiziert werden, dass dieses ein deutlich geringes Maß an Haftung
im Hinblick auf die Poly mermaterialien zeigt. Dies kann auf der
Grundlage einer geeignet gestalteten Schutzschicht bewerkstelligt werden,
die selektiv in dem Abschrägungsgebiet
hergestellt wird, um damit eine geringere Anzahl an chemischen Verbindungen
bereitzustellen, an denen sich die entsprechenden Polymermaterialien
anhaften können.
Auf Grund der reduzierten Akkumulationsrate des Polymermaterials
in dem Abschrägungsgebiet
kann ein entsprechender nasschemischer oder trockenchemischer Reinigungsprozess
zum Entfernen von Polymerresten weggelassen werden oder kann zumindest
mit deutlich entschärften
Prozessbedingungen durchgeführt
werden. In einem weiteren Aspekt wird die Oberflächentopographie des Abschrägungsgebiets
so modifiziert, dass dieses eine deutlich vergrößerte Oberfläche aufweist,
um damit die Haftung von Materialien, die während der Herstellung einer
Metallisierungsstruktur abgeschieden werden, zu verbessern, wodurch
die Wirkung von Polymermaterial effizient kompensiert oder zumindest
reduziert wird, das auf der modifizierten Oberflächentopographie abgeschieden
wird. Die Effizienz der modifizierten Oberflächentopographie kann deutlich
verbessert werden, indem eine Schutzschicht mit einer hohen Fähigkeit
für die
Zurückweisung
von Polymermaterialien während
des entsprechenden Strukturierungsprozesses zur Herstellung der
Metallisierungsstruktur bereitgestellt wird.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
zu betrachten.