DE102008016424A1

DE102008016424A1 - Verringern der Strukturierungsschwankung von Gräben in Metallisierungsschichtstapeln mit einem Material mit kleinem ε durch Verringerung der Kontamination der Grabendielektrika

Info

Publication number: DE102008016424A1
Application number: DE102008016424A
Authority: DE
Inventors: Frank Feustel; Thomas Werner; Michael Grillberger; Kai Frohberg
Original assignee: AMD Fab 36 LLC and Co KG; Advanced Micro Devices Inc; AMD Fab 36 LLC
Current assignee: GlobalFoundries Dresden Module One LLC and Co KG; GlobalFoundries Inc
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-04-01
Also published as: US20130130498A1; US20090243116A1; DE102008016424B4; US8357610B2

Abstract

Durch Bilden einer Schutzschicht vor dem Aufbringen der Planarisierungsschicht während einer dualen Damaszenerstrategie, in der zunächst Kontaktlöcher und dann Gräben strukturiert werden, kann eine verbesserte Ätzgenauigkeit erreicht werden. In anderen offenbarten Aspekten werden die Kontaktlochöffnung und Gräben in separaten Schritten strukturiert, was durch ein unterschiedliches Ätzverhalten entsprechender dielektrischer Materialien und/oder durch das Vorsehen einer geeigneten Ätzstoppschicht bewerkstelligt werden kann, wobei das Füllen der Kontaktlochöffnung und des Grabens mit einem Barrierematerial und einem gut leitenden Metall in einer gemeinsamen Füllsequenz erreicht wird. Somit kann die Kontaktlochöffnung auf der Grundlage eines kleineren Aspektverhältnisses hergestellt werden, wobei dennoch eine sehr effiziente Gesamtprozessfolge geschaffen wird.

Description

GEBIET DER VORLIEGENDEN OFFENBARUNG
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung das Gebiet der integrierten Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung von Metallisierungsschichten mit reduzierter Permittivität und Anwendung dielektrischer Materialien mit kleinem ε.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
In einer integrierten Schaltung werden eine große Anzahl an Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen in oder auf einem geeigneten Substrat hergestellt, wobei dies für gewöhnlich in einer im Wesentlichen planaren Konfiguration stattfindet. Aufgrund der großen Anzahl an Schaltungselementen und der erforderlichen komplexen Schaltungsanordnung in modernen integrierten Schaltungen werden die elektrischen Verbindungen der einzelnen Schaltungselemente im Allgemeinen nicht in der gleichen Ebene hergestellt, in der die Schaltungselemente ausgebildet sind. Typischerweise werden derartige elektrische Verbindungen in einer oder mehreren zusätzlichen ”Verdrahtungsschichten” gebildet, die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese Metallisierungsschichten enthalten im Wesentlichen Metall enthaltende Leitungen, die die elektrische Verbindung innerhalb der Ebene schaffen, und mehrere Zwischenebenenverbindungen, die auch als Kontaktdurchführungen bezeichnet werden, die die elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten gestapelten Metallisierungsschichten herstellen, wobei die Metall enthaltenden Leitungen und Kontaktdurchführungen gemeinsam als Verbindungsstruktur bezeichnet werden.
Aufgrund der ständigen Forderung nach einer Verringerung der Strukturgrößen moderner Halbleiterbauelemente werden sehr gut leitende Metalle, etwa Kupfer und Legierungen davon, in Verbindung mit einem dielektrischen Material mit kleinem ε häufig als Alternative bei der Herstellung von Metallisierungsschichten eingesetzt. Typischerweise sind mehrere Metallisierungsschichten, die aufeinander gestapelt sind, zur Realisierung der Verbindungen zwischen allen internen Schaltungselementen und zur Realisierung von I/O-(Eingabe/Ausgabe)-Anschlüssen, Versorgungs- und Masseanschlüssen des betrachteten Schaltungsaufbaus erforderlich. Für kleinste integrierte Schaltungen ist die Signalausbreitungsverzö gerung und damit die Arbeitsgeschwindigkeit der integrierten Schaltung nicht mehr durch die Feldeffekttransistoren beschränkt, sondern diese ist aufgrund der großen Dichte an Schaltungselementen, die wiederum eine noch größere Anzahl an elektrischen Verbindungen erfordern, durch den geringen Abstand der Metallleitungen beschränkt, da die Kapazität zwischen Leitungen vergrößert wird, wozu sich die Tatsache gesellt, dass die Metallleitungen eine geringere Leitfähigkeit aufgrund der reduzierten Querschnittsfläche besitzen. Aus diesem Grunde werden traditionelle Dielektrika, etwa Siliziumdioxid (ε > 3,6) und Siliziumnitrid (ε > 5) durch dielektrische Materialien mit einer kleineren Dielektrizitätskonstante ε ersetzt, die daher auch als Dielektrika mit kleinem ε mit einer relativen Permittivität von 3,0 oder weniger bezeichnet werden. Die kleine Permittivität dieser Materialien mit kleinem ε wird häufig erreicht, indem das dielektrische Material in einem porösen Zustand bereitgestellt wird, wodurch ein ε-Wert von deutlich kleiner als 3,0 erreicht wird. Aufgrund der inneren Eigenschaften, etwa einem hohen Maß an Porosität, des dielektrischen Materials kann jedoch die Dichte und die mechanische Stabilität oder Festigkeit deutlich kleiner sein im Vergleich zu den gut bewährten Dielektrikasiliziumdioxid und Siliziumnitrid.
Während zur Herstellung von Kupfer-basierten Metallisierungsschichten wird eine sogenannte Damaszener- oder Einwegetechnik für gewöhnlich eingesetzt aufgrund der Eigenschaften des Kupfers, keine flüchtige Ätzprodukte zu bilden, wenn es der Einwirkung gut etablierter anisotroper Ätzumgebungen ausgesetzt wird. Des Weiteren kann Kupfer auch nicht mit hohen Abscheideraten auf der Grundlage gut etablierter Abscheidetechniken aufgebracht werden, wie sie für gewöhnlich für Aluminium eingesetzt werden, etwa CVD (chemische Dampfabscheidung). Somit wird in der Einlegetechnik daher das dielektrische Material strukturiert, so dass es Gräben und/oder Kontaktöffnungen erhält, die nachfolgend mit dem Metall mittels einer effizienten elektrochemischen Abscheidetechnik gefüllt werden. Des Weiteren wird eine Barrierenschicht typischerweise auf freiliegenden Oberflächenbereichen des dielektrischen Materials vor dem Einführen des Metalls aufgebracht, das für die gewünschte Haftung des Metalls an dem umgebenden dielektrischen Material sorgt und auch die Kupferdiffusion in empfindliche Bauteilbereiche unterdrückt, da Kupfer in einer Vielzahl von dielektrischen Materialien und insbesondere in porösen Dielektrika mit kleinem ε diffundiert.
In einigen konventionellen Lösungen wird der Vorgang des Auffüllens eines leitenden Metalls, etwa von Kupfer, in einer sogenannten dualen Damaszenerstrategie verwirklicht, in der die Kontaktlochöffnung, die eine Verbindung zu einem darunterliegenden Metallgebiet herstellt, und ein entsprechender Graben in einem gemeinsamen Abscheideprozess gefüllt werden, wodurch die Gesamtprozesseffizienz verbessert wird. Zu diesem Zweck werden im Gegensatz zu Einzel-Damaszenerprozesstechniken, in denen ein erster Teil des dielektrischen Materials abgeschieden und strukturiert wird, um eine Kontaktöffnung zu erhalten, die dann mit den Metallmaterial gefüllt wird, woran sich das Abscheiden einer weiteren Schicht anschließt, die die Metallleitung erhält, die Kontaktlochöffnung und der Graben in dem dielektrischen Material der entsprechenden Metallisierungsschicht gebildet und nachfolgend werden das Barrierematerial und das Kupfermaterial in einer gemeinsamen Prozesssequenz eingefüllt. Beispielsweise wird nach dem Abscheiden eines geeigneten dielektrischen Materials, beispielsweise eines dielektrischen Materials mit kleinem ε, das zumindest teilweise als ein poröses dielektrisches Material ε vorgesehen wird, eine Strukturierungssequenz ausgeführt, wobei in einigen anschaulichen Vorgehensweisen die Kontaktlochöffnung zuerst gebildet wird, woran sich eine Strukturierung eines Grabens in dem oberen Bereich des dielektrischen Materials anschließt. Folglich wird in dieser Vorgehensweise die Strukturierung der Gräben auf Grundlage einer Oberflächentopografie bewerkstelligt, die die zuvor ausgebildeten Kontaktlochöffnung aufweist, was bewerkstelligt wird, indem die Oberflächentopografie vor der lithografischen Strukturierung einer Ätzmaske für den Grabenätzprozess eingeebnet wird. Bei einer weitergehenden Verringerung der gesamten Strukturgrößen modernster Halbleiterbauelemente zeigt sich jedoch, dass die Ätzgenauigkeit während der Strukturierung von Gräben insbesondere an Stellen um die zuvor gebildeten Kontaktlochöffnungen herum verringert ist, woraus sich auch eine geringere Leistungsfähigkeit des schließlich erhaltenen Metallisierungssystem ergibt, wie dies nachfolgend mit Bezug zu den 1A bis 1D detaillierter beschrieben ist.
1A zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine oder mehrere Metallisierungsschichten über einer Bauteilebene des Halbleiterbauelements 100 zu bilden sind. In der gezeigten Fertigungsphase umfasst das Halbleiterbauelement 100 ein Substrat 101, das der Einfachheit halber als ein geeignetes Trägermaterial betrachtet wird, auf dem eine oder mehrere Materialschichten ausgebildet sind, um Halbleiterschaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen auszunehmen, die der Einfachheit halber in 1A nicht gezeigt sind. Beispielsweise repräsentiert das Substrat 101 ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein Siliziummaterial in Verbindung mit einer geeigneten Siliziumbasierten Schicht, in und über der Transistorelemente hergestellt sein können. in anderen Fällen ist eine vergrabene isolierende Schicht (nicht gezeigt) zwischen dem Substratmate rial und dem entsprechenden ”aktiven” Silizium-basierten Material vorgesehen, wodurch eine SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration bereitgestellt wird. Wie zuvor erläutert ist, können die Schaltungselemente, die in der Bauteilebene des Halbleiterbauelements 100 vorgesehen sind, kritische Abmessungen von ungefähr 50 Nanometer oder weniger aufweisen, wobei dies von den Bauteilerfordernissen abhängt. Über dem Substrat 101 mit den Halbleiterschaltungselementen ist ein Metallisierungssystem vorgesehen, das durch eine erste Metallisierungsschicht 110 aus einem dielektrischen Material 111, das in Form eines konventionellen dielektrischen Materials, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid und dergleichen vorgesehen sein kann abhängig von den gesamten Bauteil- und Prozesserfordernissen, repräsentiert ist. In modernsten Anwendungen enthält das dielektrische Material 111 ein dielektrisches Material mit kleinem ε, um damit die gesamte parasitäre Kapazität zwischen benachbarten Metallgebieten zu verringern. Des Weiteren umfasst die Metallisierungsschicht 110 ein Metallgebiet, beispielsweise in Form einer Metallleitung 112, die ein gut leitendes Metall aufweist, etwa Kupfer, in Verbindung mit einem Barierematerial 112A, das wiederum zwei oder mehr Schichten aufweisen kann, etwa Tantal, Tantalnitrid und dergleichen, um damit die gewünschte Barrierenwirkung und Haftwirkung zu erreichen. Beispielweise bietet Tantalnitrid eine verbesserte Haftung zu dem umgebenden dielektrischem Material, während Tantal eine verbesserte Kupferdiffusionsblockierwirkung besitzt, wodurch dem Kupfermaterial des Metallgebiets 112 auch verbesserte mechanische Stabilität verliehen wird. Die Metallisierungsschicht 110 umfasst ferner eine Deckschicht 113, die aus Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Stickstoff enthaltendem Siliziumcarbid und dergleichen aufgebaut ist, wobei die Deckschicht 113 während der weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 als eine Ätzstoppschicht dient und auch die Metallleitung 112 beispielsweise im Hinblick auf eine unerwünschte Kupferdiffusion und eine Wechselwirkung von reaktiven Komponenten, etwa von Sauerstoff, Fluor, mit dem reaktiven Kupfermaterial in der Metallleitung 112 einzuschließen.
Ferner ist in der gezeigten Fertigungsphase eine weitere Metallisierungsschicht 120 in einem Anfangszustand vorgesehen, d. h. ein dielektrischen Material 121 ist mit geeigneten Materialeigenschaften und einer gewünschten Dicke vorgesehen, um eine Kontaktlochöffnung und einen Graben in einer nachfolgenden Fertigungsphase zu erhalten. Beispielsweise enthält in anspruchsvollen Anwendungen das dielektrische Material 121 ein dielektrisches Material mit kleinem ε mit einer reduzierten Dichte, die etwa durch eine poröse Struktur geschaffen wird, um damit moderat geringe Werte für die Dielektrizitätskonstante zu erhalten, wie dies für die weitere Verringerung der gesamten Signalausbreitungsverzögerung in dem Metallisierungssystem des Bauelements 100 erforderlich ist.
Typischerweise wird das in 1A gezeigte Bauelement 100 auf der Grundlage gut etablierten Prozesstechniken hergestellt. Beispielsweise werden die Schaltungselemente (nicht gezeigt) auf der Grundlage gut etablierter anspruchsvoller Prozesstechniken gebildet, um damit die Schaltungselemente mit Strukturgrößen zu schaffen, wie sie durch die Entwurfsregeln des betrachteten Technologiestandards vorgegeben sind. Nach der Herstellung einer geeigneten Kontaktstruktur (nicht gezeigt), d. h. einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial mit einer eingeebneter Oberflächentopografie zum Einschließen und Passivierung der Schaltungselemente einschließlich der geeigneten leitenden Elemente, die zu Kontaktbereichen der Schaltungselemente eine Verbindung herstellen, werden die eine oder die mehreren Metallisierungsschichten 110, 120 gebildet. Zu diesem Zweck wird das dielektrische Material 111 abgeschieden und nachfolgend strukturiert, um Kontaktlochöffnungen und/oder Gräben zu erhalten, woran sich das Abscheiden des Barierematerials 112A anschließt, das durch Sputter-Abscheidung, CVD (chemische Dampfabscheidung) und dergleichen bewerkstelligt werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die Metallisierungsschicht 110 durch ähnliche Prozesstechniken hergestellt werden kann, wie sie mit Bezug zur Metallisierungsschicht 120 beschrieben sind, wobei dies von der gesamten Prozessstrategie abhängt. Danach wird das Metall, etwa Kupfer, durch etwa Elektroplattieren eingeführt, wobei vor dem elektrochemischen Abscheideprozess ein leitende Saatschicht, etwa ein Kupferschicht, durch geeignete Abscheideverfahren, etwa Sputter-Abscheidung, stromloses Plattieren, und dergleichen aufgebracht wird. Nach dem Einfüllen des Kupfermaterials wird überschüssiges Material entfernt, etwa durch elektrochemisches Ätzen, CMP (chemisch mechanisches Polieren) und dergleichen. Als Nächstes wird die Deckschicht 113 durch Abscheiden eines oder mehrerer geeigneter Materialien, etwa die zuvor genannten Materialien, auf der Grundlage gut etablierter plasmaunterstützter CVD-Techniken gebildet. Anschließend wird das dielektrische Material 121 durch eine beliebige geeignete Abscheidetechnik hergestellt, etwa CVD, Aufschleuderprozesse und dergleichen, wobei dies von einer weiteren Verringerung der relativen Permittivität des Materials 121 durch eine nachwirkende Behandlung begleitet sein kann, um eine erhöhte Porosität zu schaffen, beispielsweise durch Einbau eines geeigneten Materials, eines sogenannten Porogens, das zu einer verstärkten Porosität nach dem Behandeln des Materials 121 durch beispielsweise Wärme, Strahlung und dergleichen führt. Für diesen Zweck sind gut etablierte Prozessrezepte verfügbar.
Folglich kann aufgrund der deutlich geringeren relativen Permittivität, die typischerweise auch mit einer reduzierten Dichte des betrachteten dielektrischen Materials einhergeht, und die noch weiter verringert werden kann durch ein gewünschtes hohes Maß an Porosität, zeigt das Material 121 folglich eine erhöhte Diffusion von mehr oder weniger flüchtigen Komponenten, die mit dem Material 121 während nachfolgender Prozessphasen in Kontakt kommen.
1B zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weite fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine Kontaktlochöffnung 121A auf dem dielektrischen Material 121 gebildet ist. Für diesen Zweck werden anspruchsvolle Strukturierungsschemata typischerweise angewendet, die das Abscheiden geeigneter Materialien beinhalten, etwa von ARC-(antireflektierende)Materialien, Lackmaterialien und dergleichen beinhalten, die dann lithografisch strukturiert werden, um eine geeignete Ätzmaske für einen nachfolgenden anisotropen Ätzprozess zu bilden. Das heißt, während des eigentlichen Ätzprozesses sind anspruchsvolle Bedingungen vorhanden, wobei das Aspektverhältnis der Öffnung 121A im Wesentlichen durch die Dicke der Schicht 121 in Verbindung mit der Dicke eines Maskenmaterials, etwa des ARC-Materials, bestimmt ist, das als eine Hartmaske dient, und das Aspektverhältnis auf einem Lackmaterial abhängt, wobei das von der gesamten Prozessstrategie abhängig ist. Beispielsweise beträgt für eine laterale Abmessung der Öffnung 121A von ungefähr 200 Nanometer oder weniger und für eine Dicke der Schicht 121 in Verbindung mit der Dicke des Maskenmaterials, das im Bereich von einigen 100 Nanometer oder mehr liegt, das Aspektverhältnis, d. h. das Verhältnis der Tiefe der Öffnung 121A zu deren lateralen Abmessung, 5 oder mehr, abhängig von den gesamten Prozesserfordernissen. Folglich erfordert der Ätzprozess, der auf Grundlage der Deckschicht 113 gesteuert werden kann, eine insgesamt verbesserte Prozesssteuerung, um die Öffnungen 121A entsprechend den Entwurfsregeln zu erhalten. Nach dem Entfernen der Ätzmaske weist die Oberflächentopografie der Metallisierungsschicht 120 eine Vielzahl von Öffnungen mit großen Aspektverhältnis auf, etwa die Öffnungen 121A, die ebenfalls eine Schwierigkeit für nachfolgende kritische Strukturierungsprozesse zur Herstellung von Gräben in einem oberen Bereich des dielektrischen Materials 121 repräsentieren.
1C zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit einer Planarisierungsschicht 102, die in der Kontaktlochöffnung 121A und auf dem dielektrischen Material 121 gebildet ist. Gemäß gut etablierter Prozesstechniken ist die Planarisierungsschicht 102 aus einem organischen Material aufgebaut, etwa einem Polymermaterial und dergleichen, das auf Ba sis äußerst nicht-konformer Abscheidetechniken, etwa Aufschleudern, möglicherweise in Verbindung mit weiteren Einebnungsschritten, etwa CMP, aufgebracht werden kann, um die Öffnung 121A zu füllen und auch um verbesserte Oberflächenbedingungen während des nachfolgenden Topografieprozesses zu schaffen, in welchem ein Lackmaterial vorgesehen wird, um eine Maske für einen Graben zu bilden, der in dem oberen Bereich des dielektrischen Materials 121 zu ätzen ist. Die Planarisierungsschicht 102, die auch als ein ARC-Material dienen kann, ist in direktem Kontakt mit dem dielektrischen Material 121. Es wird angenommen, dass bei der Wechselwirkung dieser Materialien Komponenten, etwa das Lösungsmittel der organischen Planarisierungsschicht, in das dielektrische Material 121 diffundieren, insbesondere, wenn eine mehr oder weniger ausgeprägte poröse Struktur eine geringere Diffusionsblockierwirkung herruft.
1D zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine Ätzmaske 103 zum Strukturieren der Planarisierungsschicht 102 und des darunter liegenden dielektrischen Materials 121 während eines Ätzprozesses 104 verwendet wird. Wie zuvor erläutert ist, ist in modernen Bauelementen eine Breite eines Grabens 121C in der Größenordnung von einigen 100 Nanometern bis ungefähr 100 Nanometer oder weniger, wobei dies von der Bauteilebene und der betrachteten Technologie abhängt. Da die laterale Breite und die Tiefe des Grabens 121C wichtige Aspekte zum Einstellen des Gesamtleistungsverhaltens der in den Graben 121C zu bildenden Metallleitung repräsentieren, ist eine gute Prozesssteuerung erforderlich, um gleichmäßige Metallisierungseigenschaften zu erhalten. Das heißt, die Breite und die Tiefe des Grabens 121C bestimmen im Wesentlichen den Querschnitt einer entsprechenden Metallleitung, deren Leistungsverhalten deutlich die Eigenschaften des einzuführenden Metalls, das Elektromigrationsverhalten entsprechender Grenzflächen und die für den Stromfluss in der entsprechenden Metallleitung verfügbaren Querschnitt bestimmt sind. Wie zuvor dargelegt ist, kann sich eine verstärkte Diffusion von Komponenten des Planarisierungsmaterials 102 in die Tiefe des dielektrischen Materials 121 insbesondere in der Nähe der Kontaktlochöffnung 121A ergeben, wie dies durch den Bereich 121B dargestellt ist, woraus sich ein ungleichmäßiges Ätzverhalten ergibt, das zu einer weniger vorhersagbaren Ätzgenauigkeit während des Ätzprozesses 104 führt, und dieses schließlich zu einem geringeren Leistungsverhalten der jeweiligen Metallisierungssysteme führt, insbesondere wenn modernste Halbleiterbauelemente betrachtet werden, die auf der Grundlage dielektrischer Materialien mit kleinem ε mit einem erhöhten Maß an Porosität hergestellt werden, wobei auch Metallleitungen und Kontaktdurchführungen mit kleinen lateralen Abmessungen erforderlich sind.
Nach dem Ende des Ätzprozesses 104 und dem Entfernen der Ätzmaske 103 und des Planarisierungsmaterials 102 und nach dem Öffnen der Deckschicht 113 im Innern der Kontaktlochöffnung 121A wird ein geeignetes Barrierematerial, etwa Tantalnitrid in Verbindung mit Tantal abgeschieden und nachfolgend wird Kupfer in einer gemeinsamen Prozesssequenz eingefüllt, wodurch in effizienter Weise eine Kontaktdurchführung und eine Metallleitung auf der Grundlage der Öffnung 121A und des Grabens 121C gebildet werden. Wie jedoch zuvor angegeben ist, ergibt sich trotz des effizienten Prozessablaufs unter Anwendung der oben beschriebenen Sequenz eine erhöhte Variabilität der Metallleitungseigenschaften, insbesondere in Verbindung mit dielektrischen Materialien mit ε, die eine poröse Struktur besitzen, wodurch diese Techniken mit einem gemeinsamen Metallfüllprozess weniger attraktiv sind im Hinblick auf eine weitere Größenverringerung von Bauelementen.
Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung Techniken und Halbleiterbauelemente, in denen ein oder mehrere der oben genannten Probleme vermieden oder zumindest deren Auswirkungen teilweise reduziert werden.
ÜBERBLICK ÜBER DIE OFFENBARUNG
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung eine Technik zur Herstellung von Metallisierungssystemen in einer sehr effizienten Weise, indem Kontaktlochöffnungen und Gräben in einem gemeinsamen Füllprozess gefüllt werden, wobei negative Auswirkungen während des Strukturierens der Kontaktlochöffnung und der Gräben verringert werden. Zu diesem Zweck wird eine Wechselwirkung eines Planarisierungsmaterials mit einem darunter liegenden dielektrischen Material mit kleinem ε, möglicherweise ein poröses dielektrisches Material mit kleinem ε, verringert oder im Wesentlichen vollständig vermieden, um damit den Strukturierungsprozess zur Herstellung entsprechender Gräben zu verbessern. Ohne die vorliegende Offenbarung auf die folgende Erläuterung einschränken zu wollen, so wird dennoch angenommen, dass eine deutliche Wechselwirkung, d. h. eine Diffusion von Komponenten des organischen Planarisierungsmaterials in das dielektrische Material mit kleinem ε, das die geringe Dichte aufweist, zu Ungleichmäßigkeiten während des Ätzprozesses zum Strukturieren der Gräben führt, was wiederum deutliche Schwankungen von Eigenschaften des schließlich erhaltenen Metallisierungssystems hervorrufen kann. Aus diesem Grunde wird in einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten eine Wechselwirkung des organischen Planarisierungsmaterials mit dem dielektrischen Material mit kleinem ε verringert oder im Wesentlichen vollständig vermieden, indem zumindest zeitweilig eine Schutzschicht mit erhöhter Dichte vor dem eigentlichen Aufbringen des Planarisierungsmaterials vorgesehen wird. Folglich wird der nachfolgende Grabenstrukturierungsprozess auf der Grundlage einer besseren Ätzgleichmäßigkeit ausgeführt, wodurch bessere Eigenschaften der Metallleitungen erreicht werden. In anderen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird ein Kontakt eines Planarisierungsmaterials mit dem dielektrischen Material mit kleinem ε vermieden, indem zuerst die Grabenöffnung wie in einer ersten Teilschicht des dielektrischen Materials strukturiert wird und der Graben in einer zweiten Teilschicht hergestellt wird, wobei die Kontaktlochöffnung und der Graben dann gemeinsam in einem gemeinsamen Füllprozess aufgefüllt werden. Somit kann zusätzlich zum Vermeiden einer Wechselwirkung eines Planarisierungsmaterials und des dielektrischen Materials mit kleinem ε eine Entschärfung der Bedingungen während des Strukturierens der Kontaktlochöffnung aufgrund der geringeren Dicke der ersten Teilschicht erreicht werden, wodurch die gesamte Strukturierungseffizienz weiter verbessert wird, wobei dennoch ein sehr effizienter Prozess beibehalten wird, da die Kontaktlochöffnung und der Graben in einem gemeinsamen Abscheideprozess gefüllt werden können.
Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer Kontaktlochöffnung in einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε, die über einem Substrat eines Halbleiterbauelements ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer Deckschicht auf freigelegten Oberflächenbereichen der dielektrischen Schicht mit kleinem ε und der Kontaktlochöffnung. Es wird eine Planarisierungsschicht auf der Deckschicht hergestellt und ein Graben wird in der dielektrischen Schicht mit kleinem ε auf Grundlage der Planarisierungsschicht gebildet.
Ein weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer Kontaktlochöffnung in einem ersten dielektrischen Material einer Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements. Es wird ein zweites dielektrisches Material über dem ersten dielektrischen Material gebildet, wobei das zweite dielektrische Material die Kontaktlochöffnung füllt. Ferner umfasst das Verfahren das Bilden eines Grabens in dem zweiten dielektrischen Material, so dass dieser mit der Kontaktlochöffnung verbunden ist, und es werden der Graben und die Kontaktlochöffnung in einem gemeinsamen Füllprozess mit einem Metall gefüllt.
Ein anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst ein Metallgebiet, das in einem ersten dielektrischen Material einer Metallisierungsstruktur gebildet ist. Das Halblei terbauelement umfasst ferner eine Kontaktdurchführung, die zumindest teilweise in einem zweiten dielektrischen Material ausgebildet ist und mit dem Metallgebiet verbunden ist, wobei die Kontaktdurchführung zumindest an einem Teil von Seitenwänden eine dielektrische Beschichtung aufweist, die aus einem dielektrischen Material aufgebaut ist, das sich von dem ersten und dem zweiten dielektrischen Material unterscheidet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in den eingefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
1A bis 1D schematisch Querschnittsansichten eines konventionellen Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, um ein dielektrisches Material einer Metallisierungsschicht gemäß gut etablierter Dual-Damaszenerstrategien zu strukturieren, in denen die Kontaktlochöffnung vor dem Graben gebildet wird;
2A bis 2E schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während der Fertigungssequenz zur Herstellung einer Metallisierungsschicht zeigen, indem die Wechselwirkung eines Planarisierungsmaterials mit einem dielektrischen Material mit kleinem ε auf der Grundlage einer Schutzschicht gemäß anschaulicher Ausführungsformen verringert wird;
2F bis 2K schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, in denen eine Kontaktlochöffnung bis hinab zu einem darunter liegenden Metallgebiet strukturiert wird, bevor eine Schutzschicht gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen abgeschieden wird;
3A bis 3E schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung einer Metallisierungsschicht zeigen, wobei zuerst eine Kontaktdurchführung in einer ersten Teilschicht gebildet wird, und nachfolgend eine zweite dielektrische Teilschicht gebildet wird und Grabenöffnungen darin hergestellt werden, und indem anschließend beide Öffnungen in einem gemeinsamen Prozess gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen gefüllt werden; und
3F bis 3J schematisch Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, in denen zusätzlich eine Ätzstopschicht vor dem Bilden der zweiten Teilschicht für die Grabenstrukturierungssequenz gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen gebildet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Offenbarung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Offenbarung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
Im Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Techniken und entsprechende Halbleiterbauelemente, wobei die Strukturierungssequenz zur Herstellung von Metallisierungsschichten verbessert wird, indem negative Einflüsse eines Planarisierungsmaterials auf das dielektrische Material und insbesondere auf ein poröses dielektrisches Material mit kleinem ε vermieden oder zumindest reduziert wird, wobei dennoch ein äußerst effizienter Gesamtprozessablauf beibehalten wird, indem die Kontaktlochöffnung und der Graben in einer gemeinsamen Abscheidesequenz gefüllt werden. Zu diesem Zweck wird der direkte Kontakt eines Planarisierungsmaterials und des dielektrischen Materials mit kleinem ε vermieden, indem eine Zwischenschutzschicht mit erhöhter Dichte und damit mit einem größeren Diffusionsblockiervermögen im Hinblick auf die Komponenten des Planarisierungsmaterials bereitgestellt wird, während in anderen Fallen die Verwendung eines Planarisierungsmaterials gänzlich vermieden wird, indem das dielektrische Material der betrachteten Metallisierungsschicht in Form entsprechender Teilschichten bereitgestellt wird, die separat strukturiert werden, wobei dennoch ein gemeinsamer Füllprozess beibehalten wird. Während in dem erstgenannten Aspekt ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen Prozesstechniken beibehalten wird, wobei dennoch für eine verbesserte Ätzgenauigkeit während des Grabenstrukturierungsprozesses gesorgt ist, kann gemäß dem zuletzt genannten Aspekt zusätzlich eine höhere Effizienz während des Kontaktlochstrukturierungsprozesses erreicht werden, da die Kontaktlochöffnung mit einem kleineren Aspektverhältnis im Vergleich zu konventionellen Strategien hergestellt wird, wodurch strukturierungsrelevante Beschränkungen deutlich entspannt werden. Die separate Strukturierung der Kontaktlochöffnung und des Grabens kann bewerkstelligt werden, indem dielektrische Materia lien mit kleinem ε mit unterschiedlichem Ätzverhalten verwendet werden und/oder indem eine Zwischenätzstopschicht vorgesehen wird, die auch die Gesamtprozessgleichmäßigkeit, etwa im Hinblick auf das Erreichen einer gewünschten Tiefe der betrachteten Metallleitungen, verbessern kann.
Wie ferner nachfolgend detaillierter beschrieben ist, bietet das Vorsehen einer Schutzschicht oder einer Ätzstopschicht eine größere Flexibilität bei der Gestaltung des gesamten Strukturierungsschemas und bei der Einstellung von Eigenschaften des Metallisierungssystems, indem beispielsweise die Schutzschicht in Form eines leitenden Materials oder einer dielektrischen Materials mit gut definierter Dicke bereitgestellt wird, was zu einer verbesserten Integrität der Gräben zur Anbindung an ein Metallgebiet führen kann, da nach dem Bilden der Kontaktlochöffnung und des Grabens der letzte Ätzschritt zum Entfernen des unteren Teils der Kontaktlochöffnung auf Grundlage einer relativ dünnen und gut definierten Schichtdicke der Schutzschicht ausgeführt wird, wodurch der Graben und die Kontaktdurchführungen nicht unnötig einer reaktiven Ätzumgebung ausgesetzt werden. In anderen Fällen wird die Kontaktlochöffnung vollständig vor dem Bilden der jeweiligen Gräben geöffnet, und nachfolgend wird eine leitende Schutzschicht gebildet, die somit eine exponierte Metalloberfläche passiviert und während der weiteren Bearbeitung beibehalten werden kann.
Folglich bieten die hierin offenbarten Prinzipien eine erhöhte Prozessflexibilität in Verbindung mit besserer Prozess- und Bauteilgleichmäßigkeit, wobei dennoch eine sehr effiziente Gesamtprozesssequenz erreicht wird, indem die Kontaktlochöffnungen und die Gräben während eines gemeinsamen Füllprozesses gefüllt werden.
Mit Bezug zu den 2A bis 2K und den 3A bis 3J werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
2A zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200, das ein Substrat 201 aufweist, das ein beliebiges geeignetes Substrat für die Herstellung von Schaltungselementen darin und darauf repräsentiert. Beispielsweise repräsentiert das Substrat 201 ein Siliziumvollsubstrat, ein SOI(Halbleiter-auf-Isolator-)Substrat, oder ein beliebiges anderes geeignetes Trägermaterial, auf welchem eine Halbleiterschicht (nicht gezeigt) ausgebildet ist, die zur Herstellung von Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerständen und dergleichen geeignet ist. Wie zuvor in Zusammenhang mit dem Bauelement 100 erläutert ist, besitzen entsprechende Schaltungselemente, etwa Feldeffekttransistoren, Strukturgrößen von ungefähr 50 Nanometer und weniger in an spruchsvollen Anwendungen, wodurch geringe Strukturgrößen auch in einem Metallisierungssystem des Bauelements 200 erforderlich sind. In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauelement 200 ein Kontaktgebiet 212, beispielsweise in Form eines Metallgebiets, etwa einer Metallleitung und dergleichen, das mit einer Metallisierungsschicht 220 zu verbinden ist. Beispielsweise wird das Kontaktgebiet 212 in ein dielektrisches Material 211 einer Bauteilschicht oder einer Metallisierungsschicht 210, abhängig von der gesamten Bauteilkonfiguration, eingebettet. Beispielsweise repräsentiert das Kontaktgebiet 212 ein Kontaktgebiet eines Halbleiterelements oder repräsentiert ein Metall enthaltendes Gebiet, das mit einem Kontaktelement verbunden ist, während in anderen Fallen das Kontaktgebiet 212 eine Metallleitung der ersten Metallisierungsschicht oder einer zwischenliegenden Metallisierungsschicht und dergleichen repräsentiert. So kann das dielektrische Material 211 in Form eines konventionellen dielektrischen Materials vorgesehen werden, etwa als Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen, während in anderen Fallen zumindest teilweise ein dielektrisches Material mit kleinem ε vorgesehen wird, insbesondere wenn die Schicht 210 eine Metallisierungsschicht repräsentiert. Das Metallgebiet 212 besitzt einen Aufbau, wie er zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist, d. h., bei Bedarf ist ein Barrierematerial vorgesehen, um ein entsprechendes gut leitendes Metall, etwa Kupfer, Kupferlegierungen, Silber, Silberlegierungen und dergleichen einzuschließen. Eine Ätzstopschicht 213 ist vorgesehen, die auch als eine Deckschicht zum Einschluss des Metallgebiets 212 dient, während andere Diffusionsblockiermechanismen zumindest an der oberen Schicht des Metallgebiets 212 nicht vorgesehen sind. Wie zuvor erläutert ist, sind Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Stickstoff enthaltendes Siliziumkarbid, Siliziumdioxyd und Kombinationen davon und dergleichen geeignete Materialien für die Schicht 213, die tatsächlich zwei oder mehr Teilschichten in Abhängigkeit der gesamten Erfordernisse enthalten kann.
Die Metallisierungsschicht 220 weist ein dielektrisches Material 221 auf, das in einer anschaulichen Ausführungsform in Form eines porösen Materials mit kleinem ε mit einer Dielektrizitätskonstante von ungefähr 2,8 oder weniger vorgesehen ist. Beispielsweise sind eine Vielzahl von dielektrischen Materialien mit kleinem ε verfügbar, wovon einige auf organischen Materialien beruhen, während andere Materialien auf der Grundlage von Silizium, Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und dergleichen hergestellt sind, wobei eine mehr oder weniger poröse Struktur des Materials zu einer gewünschten geringeren relativen Permittivität führt. Des Weiteren ist eine Kontaktlochöffnung 221A in dem dielektrischen Material 221 ausgebildet, die sich zu der Ätzstopschicht 213 erstreckt, wobei eine laterale Abmes sung der Kontaktlochöffnung 221A entsprechend den Entwurfsregeln für das Bauelement 200 eingestellt ist. Eine Tiefe der Öffnung 221A ist im Wesentlichen durch die Dicke der dielektrischen Schicht 221 in Verbindung mit der Ätzstopschicht 213 bestimmt. Wie zuvor dargestellt ist, beträgt in anspruchsvollen Anwendungen ein Aspektverhältnis der Öffnung 221A ungefähr 5 oder mehr.
Das Halbleiterbauelement 200 umfasst ferner eine Schutzschicht 223, die aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet ist, das eine erhöhte Dichte und damit eine höhere Diffusionsblockierwirkung im Vergleich zu dem dielektrischen Material 221 im Hinblick auf ein Planarisierungsmaterial besitzt, das noch über dem Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase zu bilden ist. Die Schutzschicht 223 ist in einigen anschaulichen Ausführungsformen aus einem dielektrischen Material, etwa Siliziumnitrid, Siliziumdioxyd, Siliziumoxynitrid, Siliziumkarbid, Stickstoff enthaltendem Siliziumkarbid und dergleichen aufgebaut mit einer Dicke von mehreren Nanometern bis ungefähr 10 Nanometer oder mehr, wobei dies von den gesamten Bauteilerfordernissen abhängt. Folglich können freiliegende Oberflächenbereiche des Materials 221 durch die Schutzschicht 223 vor dem Abscheiden eines Planarisierungsmaterials ”versiegelt” werden.
Das in 2A gezeigte Halbleiterbauelement 200 wird auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt. Nach der Herstellung von Schaltungselementen, das für gut etablierte Techniken bewerkstelligt werden kann, die die Herstellung der Schicht 210 beinhalten, wenn diese einen Teil einer entsprechenden Bauteilschicht repräsentiert, wird ein Metallisierungssystem gebildet. Wenn beispielsweise die Schicht 210 eine Schicht repräsentiert, die mit Metallgebieten oder Kontaktbereichen verbunden ist, können im Wesentlichen die gleichen Prozesstechniken eingesetzt werden, wie sie für die Metallisierungsschicht 220 beschrieben werden. Das heißt, nach dem Bilden des Kontaktgebiets 212 in dem dielektrischen Material 211 und nach dem Abscheiden der Ätzstopschicht 213 durch gut etablierte Rezepte, wie dies zuvor beschrieben ist, wird das dielektrische Material 221 beispielsweise durch CVD, Aufschleudern, einer Kombination davon und dergleichen hergestellt. Als nächstes erhält das dielektrische Material 221 eine Ätzmaske, beispielsweise auf Grundlage eines Lackmaterials in Verbindung mit einem ARC-Material und dergleichen, indem moderne Lithografietechniken eingesetzt werden. Schließlich wird die Öffnung 221A auf Grundlage gut etablierter anisotroper Ätzrezepte hergestellt, in denen die Ätzstopschicht 213 zuverlässig den Ätzprozess anhält. Danach wird das Bauelement 200 einer Abscheideumgebung 224 ausgesetzt, die eine Sputter-Abscheideumgebung, eine CVD- Abscheideumgebung, eine ALD (Atomlagenabscheidung), d. h. eine CVD-artige Abscheidung, in der sehr dünne Materialschichten in selbst begrenzender Weise gebildet werden, stromlose Abscheidetechniken, und dergleichen repräsentieren kann. Beispielsweise wird die Abscheideumgebung 224 auf Basis von Vorstufenmaterialien errichtet, um die Schicht 223 in Form eines dielektrischen Materials abzuscheiden, das eine größere dielektrische Konstante und damit eine größere Dichte aufweist, um damit die Integrität des dielektrischen Materials 221 während der weiteren Bearbeitung zu verbessern oder im Wesentlichen beizubehalten. Wie zuvor erläutert ist, kann das Material 221 in Form eines porösen Materials mit kleinem ε vorgesehen werden, da durch Abscheiden des Materials 221 als eine an sich im Wesentlichen poröses Material oder durch Behandeln des Materials 221 nach dem Abscheiden mittels Strahlung und/oder Wärme bewerkstelligt werden kann, um das Herausdiffundieren entsprechender Porogene zu bewirken, wodurch der gewünschte Grad an Porosität geschaffen wird. In diesem Falle kann die unregelmäßige Oberfläche des dielektrischen Materials 221 durch die Schutzschicht 223 geglättet und versiegelt werden, wodurch im Wesentlichen eine Wechselwirkung zwischen dem dielektrischen Material 221 und einem nachfolgend gebildeten Planarisierungsmaterial vermieden wird.
2B zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der ein Planarisierungsmaterial 202 in der Öffnung 221A über dem dielektrischen Material 221 gebildet ist, wobei die Schutzschicht 223 einen direkten Kontakt der Materialien 221 und 202 verhindert, wie dies zuvor erläutert ist. Folglich kann die Planarisierungsschicht, die in Form eines organischen Materials vorgesehen werden kann, auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken aufgebracht werden, wobei ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen Strategien beibehalten wird, wie dies zuvor beschrieben ist.
2C zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine Ätzmaske 203 über dem Planarisierungsmaterial 202 gebildet ist, das auf der Grundlage der Maske 203 strukturiert werden kann, um eine entsprechende Grabenöffnung darin zu bilden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen enthält ein entsprechender Ätzprozess einen zusätzlichen Ätzschritt, um durch die Schutzschicht 223 zu ätzen, wenn die für die Strukturierung der Planarisierungsschicht 202 verwendete Ätzchemie eine reduzierte Abtragsrate in Bezug auf das Material der Schutzschicht 223 aufweist. In anderen Fallen können entsprechende Ätzstopeigenschaften der Schutzschicht 223 angewendet werden, um eine bessere Gleichmäßigkeit zu schaffen, da der eigentliche Grabenstrukturierungsprozess mit einem hohen Maß an Gleichmäßigkeit über das Substrat 202 hinweg ausgeführt werden kann, wenn die Schutzschicht 223 als ein Ätzstoppmaterial verwendet wird, das dann separat mit einem hohen Maß an Steuerbarkeit geöffnet wird.
2D zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Ende des Strukturierungsprozesses 204 und entsprechender Prozesse zum Entfernen von Bereichen der Masken(...?) 203 und des Planarisierungsmaterials 202, was durch gut etablierte Rezepte bewerkstelligt werden kann, wodurch ein Graben 221C, der mit der Kontaktlochöffnung 221A verbunden ist, gebildet wird. Es sollte beachtet werden, dass in einigen anschaulichen Ausführungsformen der Prozess zum Entfernen der Ätzmaske 203 in Verbindung mit dem Material 202 mit dem Prozess zum Vertiefen der Kontaktlochöffnung 221A kombiniert werden kann, um schließlich durch die Deckschicht 213 an der Unterseite der Kontaktlochöffnung 221A zu ätzen. Beispielsweise kann während einem Sauerstoffplasma-Tragungs(?)prozess eine definierte Menge an Fluor der Plasmaumgebung hinzugefügt werden, um durch die Stopschicht 213 in gut steuerbarer Weise zu ätzen. Während des entsprechenden Ätzprozesses kann auch die Schutzschicht 223 von der Unterseite der Kontaktlochöffnung 221A entfernt werden, während eine verbesserte Integrität der Seitenwände der Kontaktlochöffnung 221A aufgrund des Vorhandenseins der Schutzschicht 223 erreicht wird. In anderen Fällen wird nach dem Entfernen der Ätzmaske 203 und des Materials 202 die Schutzschicht 223 auf Basis einer speziell gestalteten Ätzumgebung, beispielsweise einer nasschemischen Behandlung, und dergleichen entfernt, um damit alle Oberflächenbereiche des dielektrischen Materials 221 und der Ätzstopschicht 213 an der Unterseite der Kontaktlochöffnung 221A freizulegen. Beispielsweise sind eine Vielzahl sehr selektiver Ätzrezepte für eine Vielzahl konventioneller Dielektrika, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen verfügbar. In anderen Fällen wird die Schutzschicht 223 zumindest von horizontalen Bereichen auf der Grundlage einer Plasmaumgebung mit einem mehr oder weniger ausgeprägten Grade an Richtungstreue entfernt, wobei die Schutzschicht 223 teilweise an Seitenwänden der Kontaktlochöffnung 221A beibehalten wird. Somit wird ein erhöhtes Maß an Flexibilität in dem gesamten Prozessablauf während der weiteren Bearbeitung erreicht, da die Schutzschicht 223 vollständig entfernt werden kann, wenn ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen Prozessstrategien erwünscht ist, während in anderen Fällen eine verbesserte Integrität zumindest der Seitenwandbereiche der Kompaktdurchführungen bei Bedarf erreicht wird. Abhängig von der Art des für die Schutzschicht 223 verwendeten Materials kann eine geringere Dicke für ein Barrierematerial ausreichend sein, wobei auch verbesserte Abscheidebedingungen zumindest in der Kontaktlochöffnung 221A erreicht werden, da die Schutzschicht 223 die Oberflächenbedingungen im Vergleich zu dem dielektrischen Material 221 verbessert, insbesondere wenn ein poröses Material mit kleinem ε betrachtet wird.
2E zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist ein leitendes Barrierematerial 224, beispielsweise in Form von Tantal, Tantalnitrid und dergleichen, in der Kontaktlochöffnung 221A und dem Graben 221C ausgebildet, und eine Metallschicht 225 ist in den Öffnungen 221A, 221C und über dem dielektrischen Material 221 aufgebracht. Beispielsweise ist die Metallschicht 225 aus Kupfer, Kupferlegierungen, Silber und dergleichen aufgebaut. Das Barrierematerial 224 kann auf Basis gut etablierter Techniken hergestellt werden, etwa Sputter-Abscheidung, CVD, stromloses Plattieren und dergleichen, wobei dies von den Prozesserfordernissen abhängt. In ähnlicher Weise kann die Metallschicht 225 auf Basis einer beliebigen gewünschten Abscheidetechnik hergestellt werden, wobei die Kontaktlochöffnung 221A und der Graben 221C in einer gemeinsamen Prozesssequenz gefüllt werden können. Zum Beispiel werden Elektroplattiertechniken eingesetzt, wobei bei Bedarf eine Saatschicht auf dem Barrierematerial 224 vor dem eigentlichen Abscheiden der Schicht 225 durch elektrochemische Abscheideverfahren gebildet werden kann. Wie zuvor erläutert ist, kann an Seitenwandbereichen der Kontaktlochöffnung 221A ein Rest der Schutzschicht 223, der als 223s bezeichnet ist, weiterhin vorhanden sein, wobei dies von der Gesamtprozessstrategie abhängt. Die Restschicht 223s kann etwa als Seitenwandabstandshalter betrachtet werden, der für bessere Abscheidebedingungen, insbesondere an den kritischen Seitenwandbereichen der Kontaktlochöffnung 221A sorgt. Somit kann im Allgemeinen eine geringere Dicke des Barrierematerials 224 aufgrund der besseren Oberflächenbedingungen, die durch die Abstandshalter 223S geschaffen werden, eingesetzt werden. Des Weiteren bieten in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Abstandshalter 223S selbst eine Metall einschließende Wirkung, wodurch die Vorgaben im Hinblick auf eine Dicke der Barriereschicht 224 an den Seitenwänden der Kontaktlochöffnung 221A entschärft werden. Beispielsweise können Siliziumkarbid, Stickstoff enthaltendes Siliziumkarbid, Siliziumnitrid und dergleichen als effiziente Kupfereinschlussmaterialien verwendet werden, wodurch die abscheidende Schicht 224 mit geringerer Dicke möglich ist, da eine zuverlässige Abdeckung der Seitenwandbereiche weniger kritisch ist. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird die Schutzschicht 223 in Form eines leitenden Barrierematerials vorgesehen, etwa als Tantal, Tantalnitrid und dergleichen, wodurch ebenfalls für die gewünschte Kupfer einschließende Wirkung gesorgt ist, ohne dass in unerwünschter Weise die Gesamtleitfähigkeit der Metall enthaltenden Kontaktdurchführung 221A verringert wird.
Nach der Prozesssequenz zum gemeinsamen Füllen der Kontaktlochöffnung 221A und des Grabens 221C wird überschüssiges Material der Schicht 225 und der Barriereschicht 224 etwa auf der Grundlage gut etablierter Techniken, etwa CMP und dergleichen enffernt, wodurch eine Metallleitung in dem Graben 221C und die Kontaktdurchführung 221A geschaffen werden. Danach können weitere Metallisierungsebenen hergestellt werden, beispielsweise auf der Grundlage der Prozesstechniken, wie sie mit Bezug zu der Metallisierungsschicht 220 erläutert sind, wobei ebenfalls der Vorteil einer geringeren Wechselwirkung des dielektrischen Materials mit einem Planarisierungsmaterial geboten wird, wobei dennoch ein sehr effizienter Prozessablauf im Hinblick auf das gemeinsame Auffüllen der Kontaktlochöffnung und des Grabens geschaffen wird, wie dies zuvor erläutert ist.
Mit Bezug zu den 2F bis 2K werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, in denen die Strukturierung der Kontaktlochöffnung 221A so modifiziert wird, dass diese sich bis zu dem Kontaktgebiet 212 erstreckt, bevor der Graben in dem oberen Bereich des dielektrischen Materials 221 strukturiert wird.
2F zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach der Strukturierung der Kontaktlochöffnung 221A in dem Material 221 auf der Grundlage einer geeigneten Maske 205, wobei der Strukturierungsprozess auf Basis der Ätzstopschicht 213 gesteuert oder gestoppt werden kann. Des Weiteren unterliegt das Bauelement 200 einem weiteren Ätzschritt 206 zum Ätzen durch die Ätzstopschicht 213, etwa gleichzeitig zum Entfernen der Ätzmaske 205 auf Grundlage eines Sauerstoffplasmas mit einer Fluorkomponente, und dergleichen. Währen des Entfernens der Ätzmaske 205 ist eine spezielle Menge an Fluor in der Ätzumgebung 206 vorhanden, wodurch das Ätzen durch die Schicht 213 in sehr gut steuerbarer Weise möglich ist, während in anderen Fallen die Ätzmaske 205 vor oder nach dem Ätzprozess 206 zur Öffnung der Schicht 213 entfernt wird.
2G zeigt schematisch das Bauelement 200 nach dem Ätzprozess 206 und während des Abscheideprozesses 224, um die Schutzschicht 223 mit einer gewünschten Materialzusammensetzung und Dicke bereitzustellen. In einer anschaulichen Ausführungsform wird die Schutzschicht 223 in Form eines geeigneten dielektrischen Materials mit geringerer Dicke von ungefähr 5 bis 50 Nanometer vorgesehen, wodurch ebenfalls ein Deckmaterial auf den freigelegten Bereich des Kontaktgebiets 212 geschaffen wird, wodurch eine geringere und gut gesteuerte Dicke an der Unterseite der Öffnung 221A in einer späteren Fertigungsphase erreicht wird. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen wird die Schutzschicht 223 als ein leitendes Barrierematerial gebildet, wodurch die Seitenwände der Kontaktlochöffnung 221A und auch der freigelegte Bereich des Kontaktgebiets 212 passiviert werden. Beispielsweise umfasst der Abscheideprozess 224 eine Sputter-Abscheidung, einen stromlosen Abscheideprozess und dergleichen, um die Schutzschicht 223 aus einem geeigneten leitenden Barrierematerial zu bilden, etwa aus Tantal, Tantalnitrid und dergleichen. Anschließend wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem beispielsweise eine Ätzmaske mit einer Grabenöffnung gebildet wird, wie dies zuvor beschrieben ist, und anschließend ein Strukturierungsprozess in der zuvor beschriebenen Weise ausgeführt wird.
2H zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 mit dem Graben 221C, der in dem oberen Bereich des dielektrischen Materials 221 gebildet ist, und mit der Kontaktlochöffnung 221A, deren Oberflächenbereiche weiterhin von der Schutzschicht 223 bedeckt sind.
2I zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß anschaulicher Ausführungsformen, in denen das verbleibende Material der Schutzschicht 223 durch einen Ätzprozess 207 entfernt wird, wenn die Anwesenheit der Schutzschicht 223 für die weitere Bearbeitung des Bauelements 200 als ungeeignet erachtet wird. Beispielsweise wird bei einem dielektrischen Material die Unterseite der Kontaktlochöffnung 221A während des Prozesses 207 entfernt, wodurch eine Verbindung der Kontaktlochöffnung 221A mit dem Kontaktgebiet 212 hergestellt wird, wobei auch die Bereiche an den Seitenwänden der Kontaktlochöffnung 221A und auch den horizontalen Bereichen des Materials 221 entfernt werden. Aufgrund der geringeren Dicke der Schutzschicht 223 kann der entsprechende Vorgang des Freilegens des Kontaktgebiets 212 mit einem hohen Maß an Gleichmäßigkeit erreicht werden, wobei ebenfalls der Grad an Einwirkung einer reaktiven Umgebung auf den Graben 221, d. h. durch die Ätzumgebung 207, verringert werden kann. Danach wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem ein Barrierematerial und ein gut leitendes Metall gemeinsam für die Öffnungen 221A und 221C aufgebracht werden, wie dies zuvor beschrieben ist. Es sollte beachtet werden, dass in anderen anschaulichen Ausführungsformen der Ätzprozess 207 auf Basis eines im Wesentlichen anisotropen Ätzrezepts bewerkstelligt wird, wodurch das Entfernen von Bereichen der Schicht 223 von horizontalen Bereichen, d. h. von der Unterseite der Kontaktlochöffnung 221A und den horizontalen Bereichen des dielektrischen Materials 221 erreicht wird, während ”Seitenwandabstandshalter” an den Seitenwänden der Kontaktlochöffnung 221A im Wesentlichen bewahrt werden. Auch in diesem Fall wird eine verbesserte Integrität des Grabens 221C in Verbindung mit weniger kritischen Einschränkungen für den nachfolgenden Abscheidungsprozess eines Barrierematerials erreicht, wie dies auch zuvor erläutert ist.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen ist die Schutzschicht 223 aus einem leitenden Barrierematerial aufgebaut und die weitere Bearbeitung des Bauelements 200, wie es in 2H gezeigt ist, kann auf Basis einer Abscheidung des Barrierematerials mit nachfolgender Abscheidung eines gut leitenden Metalls fortgesetzt werden.
2J zeigt schematisch das Bauelement 200 während eines Abscheideprozesses 224A zur Herstellung der Barriereschicht 224, wobei deren Dicke im Vergleich zu konventionellen Strategien geringer ist, da die Barriereschicht 224 im Wesentlichen in dem Graben 221C gebildet wird, in welchem weniger kritische Abscheidebedingungen (??) in Vergleich zur Kontaktlochöffnung 221A vorherrschen, in der eine zuverlässige Bedeckung bereits durch die Schutzschicht 223 erreicht ist.
2K zeigt schematisch das Halbleiterbauelement in einem weiter fortgeschrittenen Stadium, d. h. nach dem Abscheiden eines gut leitenden Metalls und dem Entfernen von überschüssigem Material und von überschüssigem Material der Barriereschicht in 224 und der Schutzschicht 223, wenn diese in Form eines leitenden Materials vorgesehen ist. Wie gezeigt, ist eine Metallleitung, die der Einfachheit halber ebenfalls mit dem Bezugszeichen 221C bezeichnet ist, in einem oberen Bereich des dielektrischen Materials 221 vorgesehen, während eine Kontaktdurchführung, die ebenfalls mit dem Bezugszeichen 221A bezeichnet ist, in einem unteren Teil ausgebildet ist, so dass diese eine Verbindung der Metallleitung 221C mit dem Kontaktgebiet 212 herstellt. Des Weiteren weist die Kontaktdurchführung 221A Bereiche der Schutzschicht 223 und der Barriereschicht 224 auf, die bei Bedarf mit einer geringeren Dicke im Vergleich zu konventionellen Strategien vorgesehen werden kann, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben sind.
Folglich kann ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen Prozesslösungen beibehalten werden, wobei dennoch bessere Bedingungen während des Strukturierens der Graben für modernste Metallisierungsschichten erreicht werden, indem die Schutzschicht 223 vorgesehen wird, die entfernt werden kann oder die teilweise während der weiteren Bearbeitung beibehalten werden kann, wodurch die Gesamtprozesssequenz noch weiter verbessert werden kann.
Mit Bezug zu den 3A bis 3J werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, in denen das Bereitstellen eines konventionellen Planarisierungsmaterials vermieden wird, indem die Strukturierungssequenz zur Herstellung der Kontaktlochöffnung und des Grabens in separaten Schritten ausgeführt wird, wobei dennoch diese Öffnungen in einer gemeinsamen Füllsequenz gefüllt werden.
3A zeigt schematisch ein Halbleiterbauelement 300 mit einem Substrat 301, über welchem eine Bauteilschicht oder Metallisierungsschicht 310 ausgebildet ist, die ein Kontaktgebiet oder Metallgebiet 313 aufweist, das in einem dielektrischen Material 311 eingebettet ist. Ferner ist eine Ätzstopschicht 313 über dem dielektrischen Material 311 und dem Kontaktgebiet 312 vorgesehen. Im Hinblick auf die bislang beschriebenen Komponenten gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu den Bauelementen 100 und 200 beschrieben sind. Ferner ist ein dielektrisches Material 321L, das einen unteren Bereich einer dielektrischen Schicht einer Metallisierungsschicht 320 repräsentiert, auf der Ätzstopschicht 313 gebildet. Zum Beispiel wird das dielektrische Material 321L in Form eines beliebigen geeigneten dielektrischen Materials bereitgestellt, etwa in Form eines konventionellen Dielektrikums in Form von Siliziumdioxyd und dergleichen, während in anderen Fällen ein Material mit geringerer Permettivität eingesetzt wird, das jedoch ein unterschiedliches Ätzverhalten in Bezug auf ein weiteres dielektrisches Material besitzt, das noch auf oder über der Schicht 321L herzustellen ist. Beispielsweise wird das Material 321L in Form eines fluordotierten Siliziumdioxydmaterials, in Form eines Silizium, Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Materials und dergleichen bereitgestellt.
Das in 3A gezeigte Halbleiterbauelement 300 kann durch gut interpretierte Prozesstechniken hergestellt werden, wie sie zuvor beschrieben sind, wobei das dielektrische Material 321L mit einer Dicke hergestellt wird, die im Wesentlichen, in Verbindung mit der Ätzstopschicht 313, der Tiefe einer entsprechenden Kontaktdurchführung entspricht, die in dem Material 321L zu bilden ist.
3B zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 300 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, d. h. während des Strukturierens der dielektrischen Schicht 321L, um damit eine Kontaktlochöffnung 321A zu schaffen. Die Strukturierung kann auf der Grundlage gut etablierter Techniken bewerkstelligt werden, wobei jedoch im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Lösungen ein deutlich geringeres Aspektverhältnis aufgrund der reduzierten Dicke der Schicht 321L im Vergleich zu den zuvor beschriebenen dielektrischen Schichten 121 und 221 zu berücksichtigen ist. Somit kann eine verbesserte Prozessgleichmäßigkeit und/oder geringere Komplexität im Hinblick auf die Prozesssteuerung während der Strukturierung der Kontaktlochöffnung 321A erreicht werden.
3C zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 300 mit einem weiteren dielektrischen Material 321U, das einen oberen Bereich des dielektrischen Materials der Metallisierungsschicht 320 repräsentiert, in der ein Graben zu bilden ist. Das dielektrische Material 321U wird in Form eines dielektrischen Materials mit kleinem ε vorgesehen, etwa geeignete Materialien mit einer Dielektrizitätskonstante von 2,8 und deutlich weniger, wobei dieses Material mittels geeigneter Abscheidetechniken aufgebracht wird, beispielsweise durch Aufschleudern und dergleichen. Während des Abscheidens des dielektrischen Materials 321U mit kleinem ε wird auch die Kontaktlochöffnung 321A gefüllt, wodurch die gesamte Oberflächentopografie eingeebnet wird, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen zusätzliche Einebnungsschritte auf der Grundlage geeignet gestalteter Ätzschritte, CMP-Schritte und dergleichen ausgeführt werden. Wie zuvor angegeben ist, besitzen die Materialien 321L und 321U deutlich unterschiedliche Materialeigenschaften, zumindest im Hinblick auf ein spezifiziertes Ätzrezept, das zur Bildung eines Grabens zumindest in dem Material 321U gestaltet ist. Beispielsweise besitzt ein fluordotiertes Siliziumdioxyd eine deutlich geringere Abtragsrate im Vergleich zu einer Vielzahl von Dielektrika mit sehr kleinem ε, wodurch ein gewünschtes hohes Maß an Ätzselektivität bereitgestellt wird.
3D zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 300 während eines Ätzprozesses 304, der auf Basis einer Ätzmaske 303 ausgeführt wird, um damit einen Graben 321C zumindest in dem Bereich 321U zu bilden. Aufgrund der deutlich unterschiedlichen Abtragsraten der Materialien 321U, 321L während des Ätzprozesses 304 wird Material der Schicht 321U in der Kontaktlochöffnung 321A zunehmend entfernt, wenn die Ätzfront die Grenzfläche zwischen den Schichten 321U, 321L erreicht, wobei das weitere Fortschreiten der Ätzfront in der Schicht 321L deutlich verringert wird. Somit wird die Kontaktlochöffnung 321A ”erneut geöffnet”, während lediglich ein moderat geringes Eindringen des Grabens 321C in die Schicht 321L erfolgt. Nach dem Ätzprozess 304 wird die Ätzmaske 303 auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken entfernt, wobei auch die Unterseite der Kontaktlochöffnung 321A geöffnet werden kann. Anschließend wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem ein Barrierematerial abgeschieden wird, woran sich das Abscheiden eines gut leitenden Metalls anschließt, um die Kontaktlochöffnung 321A und den Graben 321C gemeinsam zu füllen.
3E zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem Ende der zuvor beschriebenen Prozesssequenz. Eine Barrierenschicht 324 bedeckt freigelegte Bereiche des Grabens 321C und der Kontaktlochöffnung 321A und eine Metallschicht 325, etwa eine Kupferschicht, füllt zuverlässig die Öffnungen 321A, 321C. Danach wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem überschüssiges Material der Schichten 325 und 324 entfernt wird, wie dies auch zuvor erläutert ist.
3F zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach der Strukturierung der Kontaktlochöffnung 321A in dem dielektrischen Material 321L, beispielsweise auf Basis von Prozesstechniken, wie sie zuvor beschrieben sind. Ferner wird eine Ätzstopschicht 323 auf freigelegten Bereichen des Materials 321L und in der Kontaktlochöffnung 321A gebildet. Die Ätzstopschicht 323 wird in Form eines beliebigen geeigneten dielektrischen Materials vorgesehen, das eine gewünschte hohe Ätzselektivität in Bezug auf das dielektrische Material der Schicht 321U besitzt, die noch zu bilden ist. Beispielsweise ist die Ätzstopschicht 323 aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Stickstoff enthaltendem Siliziumkarbid, Siliziumdioxyd, Siliziumoxynitrid in Abhängigkeit von den gesamten Prozess- und Bauteilerfordernissen aufgebaut. Die Ätzstopschicht 323 kann auf Grundlage beliebiger geeigneter Abscheidetechniken, etwa CVD, gebildet werden, wobei eine oder mehrere Materialschichten abgeschieden werden können, um die gewünschten Ätzstopeigenschaften zu erhalten.
3G zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem Abscheiden der Schicht 321U, was durch eine beliebige geeignete Abscheidetechnik bewerkstelligt werden kann, wie dies zuvor beschrieben ist. Es sollte beachtet werden, dass aufgrund der Anwesenheit der Ätzstopschicht 323 ein hohes Maß an Flexibilität in Bezug auf die Auswahl geeigneter Materialeigenschaften für die Schichten 321L, 321U gegeben ist. Das heißt, da eine ausgeprägte Ätzselektivität zwischen den Schichten 321L, 321U nicht mehr erforderlich ist, kann die Materialzusammensetzung im Hinblick auf andere Bauteilkriterien ausgewählt werden, etwa auf die Gesamtpermittivität, die Kompatibilität mit der weiteren Bearbeitung und dergleichen. Beispielsweise werden in diesem Falle die Schichten 321L, 321U als im Wesentlichen das gleiche Material vorgesehen, wodurch insgesamt eine geringe Gesamtpermittivität erreicht wird, während in anderen Fallen eine andere Kombination der Materialien unabhängig von deren Ätzverhalten verwendet werden kann.
3H zeigt schematisch das Bauelement 300 nach der Strukturierung des Grabens 321C, was auf der Grundlage eines geeigneten anisotropen Ätzrezepts erreicht wird, wobei die Ätzstopschicht 323 im Wesentlichen einen unerwünschten Materialabtrag in der Schicht 321L verhindert, während die Kontaktlochöffnung 321A ”wieder geöffnet wird”. Anschließend wird ein weiterer Ätzschritt 307 ausgeführt, um das dielektrische Material an der Unterseite der Kontaktlochöffnung 321A zu entfernen, wobei auch Material 323 von der Unterseite des Grabens 321C entfernt wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird der Prozess 307 als ein im Wesentlichen anisotroper Ätzprozess ausgeführt, wodurch entsprechende Seitenwandabstandshalter 323S im Wesentlichen bewahrt werden, wodurch ebenfalls bessere Abscheidebedingungen zur Herstellung einer Barriereschicht geschaffen werden, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 200 beschrieben ist. In anderen anschaulichen Ausführungsformen umfasst der Ätzprozess 307 einen im Wesentlichen isotropen Ätzschritt, wodurch ebenfalls das Material der Schicht 323 an den Seitenwänden der Kontaktlochöffnung 321A entfernt wird oder zumindest deutlich verringert wird.
3I zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 300 in einem weiter fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Wie gezeigt, ist eine Metallleitung, die ebenfalls mit dem Bezugszeichen 321C bezeichnet ist, in der Schicht 321U ausgebildet, während die Kontaktdurchführung, die ebenfalls durch das Bezugszeichen 321A bezeichnet ist, in den Schichten 321L, 313 hergestellt ist, wobei in der gezeigten Ausführungsform die Seitenrandabstandshalter 323S in der Kontaktdurchführung 321A gebildet sind. Des Weiteren trennt die Ätzstopschicht 323 die dielektrischen Materialien der Schichten 321L, 321U. Das in 3I gezeigte Bauelement 300 kann auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt werden, d. h. das Barrierematerial 324 wird in einer gemeinsamen Fertigungssequenz für die Metallleitung 321C und die Kontaktdurchführung 321A gebildet und in ähnlicher Weise wird das gut leitende Metall 325 ebenfalls in einer gemeinsamen Füllsequenz für die Metallleitung 321C und die Kontaktöffnung 321A aufgebracht.
3J zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 300 gemäß weiteren anschaulichen Ausführungsformen, in denen die Kontaktlochöffnung 321A in der Schicht 321L gebildet wird, dass die Öffnung sich bis zu dem Kontaktgebiet oder Metallgebiet 312 erstreckt, woran sich das Abscheiden der Ätzstopschicht 323 anschließt, um einen freigelegten Bereich des Kontaktgebiets 312 abzudecken. Wie zuvor erläutert ist, wird auch in diesem Falle das Öffnen der Ätzstopschicht 313 in einer frühen Fertigungsphase auf der Grundlage weniger kritischer Prozessbedingungen durchgeführt, während die nachfolgende Abscheidung mit der Ätzstopschicht 323 für eine geringere aber gut gesteuerte Dicke sorgt, die somit die Gesamtintegrität des Grabens 321C (siehe 3H) während des Ätzprozesses 307 zum Freilegen des Kontaktgebiets 312 verbessert. Das heißt, während des Ätzprozesses 307 muss lediglich die geringere Dicke der Ätzstopschicht 323 an der Unterseite der Kontaktdurchführung 321A geöffnet werden, wodurch die Zeitdauer einer Einwirkung auf den Graben 321C durch die Ätzumgebung des Prozesses 307 verringert wird. Danach wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, wie dies zuvor erläutert ist.
Es gilt also: die Anwendung konventioneller Planarisierungsmaterialien während der Strukturierung der Gräben kann vermieden werden, indem die Strukturierungssequenz für eine Kontaktlochöffnung und für einen Graben in separaten Schritten ausgeführt werden, wobei dennoch ein gemeinsamer Füllprozess beibehalten wird, wodurch die Beschränkungen im Hinblick auf die Strukturierung der Kontaktlochöffnung aufgrund des reduzierten Aspektverhältnisses abgeschwächt werden, wobei dennoch für eine größere Effizienz des gesamten Prozessablaufs gesorgt ist. Auch kann eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen einem dielektrischen Material mit kleinem ε zwischen organischen Komponenten, etwa einem Lösungsmittel konventioneller Planarisierungsmaterialien, gemäß der mit Bezug zu den 3A bis 3J beschriebenen Prozessstrategie vermieden werden. In anderen Fällen wird eine deutliche Verringerung oder ein im Wesentlichen vollständiges Vermeiden einer Wechselwirkung eines konventionellen Planarisierungsmaterials mit einem dielektrischen Material mit kleinem ε und insbesondere mit einem porösen Material mit kleinem ε erreicht, indem eine Schutzschicht vor dem Aufbringen des Planarisierungsmaterials vorgesehen wird.
Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung 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 gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims

Verfahren mit: Bilden einer Kontaktlochöffnung in einer dielektrischen Schicht mit kleinem ε, die über einem Substrat eines Halbleiterbauelements ausgebildet ist; Bilden einer Deckschicht auf freigelegten Oberflächenbereichen der dielektrischen Schicht mit kleinem ε und der Kontaktlochöffnung; Bilden einer Planarisierungsschicht auf der Deckschicht; und Bilden eines Grabens in der dielektrischen Schicht mit kleinem ε auf der Grundlage der Planarisierungsschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bilden der Deckschicht umfasst: Bilden eines dielektrischen Materials auf den freigelegten Oberflächenbereichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bilden der Deckschicht umfasst: Bilden eines leitenden Materials auf den freigelegten Oberflächenbereichen und Entfernen eines Teils des leitenden Materials außerhalb der Kontaktlochöffnung nach dem Bilden des Grabens.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Entfernen der Deckschicht in der Kontaktlochöffnung nach dem Bilden des Grabens.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Füllen der Kontaktlochöffnung und des Grabens mit einem Metall in einem gemeinsamen Füllprozess.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst: Bilden einer leitenden Barriereschicht zumindest in dem Graben vor dem Füllen der Kontaktlochöffnung und des Grabens mit einem Metall.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Entfernen der Planarisierungsschicht nach dem Bilden des Grabens und Vertiefen der Kontaktlochöffnung derart, dass diese sich zu einem Metallgebiet erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kontaktlochöffnung so gebildet wird, dass diese sich zu einem Metallgebiet erstreckt, das unter der dielektrischen Schicht mit kleinem ε angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst: Bilden einer leitenden Barriereschicht auf einem Teil des Metallgebiets, der durch die Kontaktlochöffnung freigelegt ist.
Verfahren mit: Bilden einer Kontaktlochöffnung in einem ersten dielektrischen Material einer Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements, Bilden eines zweiten dielektrischen Materials über dem ersten dielektrischen Material, wobei das zweite dielektrische Material die Kontaktlochöffnung ausfüllt; Bilden eines Grabens in dem zweiten dielektrischen Material, so dass dieser mit der Kontaktlochöffnung in Verbindung steht; und Füllen des Grabens und der Kontaktlochöffnung mit einem Metall in einem gemeinsamen Füllprozess.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Bilden des Grabens umfasst: Ätzen des zweiten dielektrischen Materials und Verwenden des ersten dielektrischen Materials als Ätzstop.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Bilden einer leitenden Barriereschicht in der Kontaktlochöffnung und der Grabenöffnung vor dem Ausführen des gemeinsamen Füllprozesses.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Bilden der zweiten dielektrischen Schicht umfasst: Aufbringen eines dielektrischen Materials mit kleinem ε durch Ausführen eines Aufschleuderprozesses.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst: Bilden einer Ätzstopschicht auf dem ersten dielektrischen Material und in der Kontaktlochöffnung vor dem Bilden des zweiten dielektrischen Materials.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst: Entfernen der Ätzstopschicht von einer Unterseite der Kontaktlochöffnung nach dem Bilden des Grabens.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Kontaktlochöffnung so gebildet wird, dass diese sich bis zu einer Oberfläche eines Metallgebiets erstreckt, das unter dem ersten dielektrischen Material angeordnet wird, bevor die Ätzstopschicht gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst: Entfernen der Ätzstopschicht von der Oberfläche vor dem Ausführen des gemeinsamen Füllprozesses.
Halbleiterbauelement mit: einem Metallgebiet, das in einem ersten dielektrischen Material einer Metallisierungsstruktur gebildet ist; und einer Kontaktdurchführung, die zumindest teilweise in einem zweiten dielektrischen Material ausgebildet ist und mit dem Metallgebiet in Verbindung steht, wobei die Kontaktdurchführung zumindest in einem Teil von Seitenwänden eine dielektrische Beschichtung aufweist, die aus einem dielektrischen Material aufgebaut ist, das sich von dem ersten und dem zweiten dielektrischen Material unterscheidet.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 18, wobei das erste und das zweite dielektrische Material die gleiche Zusammensetzung besitzen.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 18, wobei das erste und das zweite dielektrische Material durch die dielektrische Beschichtung getrennt sind.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, wobei eine Unterseite des Metallgebiets durch das zweite dielektrische Material gebildet ist.