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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung die Herstellung
von Mikrostrukturen, etwa von modernen integrierten Schaltungen,
und betrifft insbesondere die Herstellung von leitenden Strukturen,
etwa von Metallisierungsschichten auf Kupferbasis und Techniken
zur Reduzierung der Elektromigration während des Betriebs.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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US 2005/0001325 A1 offenbart,
auf einer kupferhaltigen, elektrisch leitfähigen Leitung in einem integrierten
Schaltkreis eine Deckschicht auszubilden und auf der Deckschicht
eine Barrierenschicht auszubilden. Die Deckschicht kann eine Legierung aus
Nickel, Wolfram und Phosphor oder eine Legierung aus Nickel, Wolfram
und Bor umfassen.
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Bei
der Herstellung moderner Mikrostrukturen, etwa von integrierten
Schaltungen, gibt es ein ständiges
Bestreben, die Strukturgrößen der
Mikrostrukturelemente zu verringern, um damit die Funktionsweise
dieser Strukturen zu verbessern. Beispielsweise haben in modernen
integrierten Schaltungen die minimalen Strukturgrößen, etwa
die Kanallänge von
Feldeffekttransistoren, den Bereich deutlich unter 1 μm erreicht,
wodurch das Leistungsverhalten dieser Schaltungen im Hinblick auf
die Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme verbessert wird. Wenn
die Größe der einzelnen
Schaltungselemente bei jeder neuen Schaltungsgeneration verringert wird,
wodurch beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit der Transistorelemente
verbessert wird, wird auch der verfügbare Platz für Verbindungsleitungen, die
die einzelnen Schaltungselemente elektrisch miteinander verbinden,
ebenfalls verringert. Folglich müssen
die Abmessungen dieser Verbindungsleitungen ebenfalls reduziert
werden, um den kleineren Anteil an verfügbaren Platz und der größeren Anzahl
an Schaltungselementen, die pro Einheitschipfläche vorgesehen sind, Rechnung
zu tragen, da typischerweise die Anzahl der erforderlichen Verbindungen stärker ansteigt
als die Anzahl der Schaltungselemente. Somit wird für gewöhnlich eine
Vielzahl gestapelter „Verdrahtungsschichten”, die auch
als Metallisierungsschichten bezeichnet werden, vorgesehen, wobei
einzelne Metallleitungen einer einzelnen Metallisierungsschicht
zu einzelnen Metallleitungen einer darüber liegenden oder darunter
liegenden Metallisierungsschicht durch sogenannte Kontaktdurchführungen verbunden
sind. Trotz des Vorsehens einer Vielzahl von Metallisierungsschichten
sind geringere Abmessungen der Verbindungsleitungen notwendig, um
der enormen Komplexität
beispielsweise moderner CPU's,
Speicherchips, ASICS (anwendungsspezifische IC's) und dergleichen Rechnung zu tragen.
Die reduzierte Quer schnittsfläche
der Verbindungsstrukturen möglicherweise
in Verbindung mit einer Zunahme der statischen Leistungsaufnahme stark
größenreduzierter
Transistorelemente führt
zu beträchtlichen
Stromdichten in den Metallleitungen, die bei jeder neuen Bauteilgeneration
noch zunehmen können.
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Moderne
integrierte Schaltungen mit Transistorelementen mit kritischer Abmessung
von 0,05 μm
und weniger werden daher typischerweise bei deutlich höheren Stromdichten
bis zu mehreren Kiloampere pro cm2 in den
einzelnen Verbindungsstrukturen betrieben trotz des Vorsehens einer
relativ großen
Anzahl an Metallisierungsschichten auf Grund der enormen Anzahl
an Schaltungselementen pro Einheitsfläche. Das Betreiben der Verbindungsstrukturen
bei erhöhten
Stromdichten zieht jedoch eine Reihe von Problemen nach sich, die
mit einer belastungsabhängigen
Beeinträchtigung
dieser Leitungen verknüpft
sind, die schließlich
zu einem vorzeitigen Ausfall der integrierten Schaltung führen. Ein
wichtiges Phänomen
in dieser Hinsicht ist der stromhervorgerufene Materialtransport
der Metallleitungen und Kontaktdurchführungen, was auch als „Elektromigration” bezeichnet
wird. Die Elektromigration wird durch den Pulsübertrag von Elektronen auf
die Kernionen hervorgerufen, woraus sich ein Nettoimpuls in der Richtung
der fließenden
Elektronen ergibt. Insbesondere bei hohen Stromdichten tritt eine
merkliche kollektive Bewegung oder die Diffusion von Atomen in dem
Verbindungsmetall auf, wobei das Vorhandensein entsprechender Diffusionspfade
einen wesentlichen Einfluss auf die verschobene Menge an Material,
die sich aus dem Impulsübertrag
ergibt, ausübt.
Somit führt
Elektromigration zur Erzeugung von Hohlräumen innerhalb und von Materialanhäufungen
neben der Metallverbindungsstruktur, woraus sich eine geringere
Leistungsfähigkeit
und eine reduzierte Zuverlässigkeit
oder ein vollständiger
Ausfall des Bauelements ergibt. Beispielsweise werden Aluminiumleitungen,
die in Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid eingebettet sind,
häufig
als Metall für
Metallisierungsschichten verwendet, wobei, wie zuvor erläutert ist,
moderne integrierte Schaltungen mit kritischen Abmessungen von 0,1 μm oder weniger
deutlich kleinere Querschnittsflächen
der Metallleitungen erfordern und damit erhöhte Stromdichten benötigen, wodurch
Aluminium zu einem weniger attraktiven Metall für die Herstellung von Metallisierungsschichten
wird.
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Folglich
wird Aluminium zusehens durch Kupfer und Kupferlegierungen ersetzt,
d. h. ein Material mit deutlich geringerem elektrischen Widerstand und
verbesserter Widerstandsfähigkeit
im Hinblick auf Elektromigration selbst bei deutlich höheren Stromdichten
im Ver gleich zu Aluminium. Das Einführen von Kupfer bei der Herstellung
von Mikrostrukturen und integrierten Schaltungen ist jedoch mit
einigen ernsten Problemen verknüpft,
die in der Eigenschaft des Kupfers begründet liegen, gut im Siliziumdioxid
und einer Vielzahl dielektrischer Materialien mit kleinem zu diffundieren,
die typischerweise in Verbindung mit Kupfer eingesetzt werden, um
die parasitäre
Kapazität
in komplexen Metallisierungsschichten zu verringern. Um die notwendige
Haftung bereitzustellen und um eine unerwünschte Diffusion von Kupferatomen
in empfindliche Bauteilgebiete zu unterdrücken, ist es daher für gewöhnlich erforderlich,
eine Barrierenschicht zwischen dem Kupfer und dem dielektrischen
Material vorzusehen, in welchem die Verbindungsstrukturen auf Kupferbasis
eingebettet sind. Obwohl Siliziumnitrid ein dielektrisches Material
ist, das effizient die Diffusion von Kupferatomen unterdrückt, die
Verwendung von Siliziumnitrid als ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial
wenig wünschenswert,
da Siliziumnitrid eine moderat hohe Permittivität aufweist, wodurch die parasitäre Kapazität zwischen
benachbarten Kupferleitungen anwächst,
was zu einer nicht-akzeptablen Signalausbreitungsverzögerung führt. Daher
wird für
gewöhnlich
eine dünne
leitende Barrierenschicht gebildet, die auch dem Kupfer die erforderliche
mechanische Stabilität
verleiht, um damit dem Hauptanteil des Kupfers von dem umgebenden
dielektrischen Material zu trennen, wodurch die Kupferdiffusion
in das dielektrische Material verringert wird und auch die Diffusion
von unerwünschten
Atomsorten, etwa Sauerstoff, Fluor, und dergleichen in das Kupfermaterial
reduziert wird. Ferner können
die leitenden Barrierenschichten auch eine sehr stabile Grenzfläche mit
dem Kupfer bilden, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit verringert,
dass ein merklicher Materialtransport an der Grenzfläche auftritt,
das typischerweise ein kritisches Gebiet im Hinblick auf verstärkte Diffusionspfade
ist. Aktuell werden Tantal, Titan, Wolfram und ihre Verbindungen
mit Stickstoff und Silizium und dergleichen als bevorzugte Materialien
für eine
leitende Barrierenschicht eingesetzt, wobei die Barrierenschicht zwei
oder mehr Teilschichten unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen
kann, um die Erfordernisse im Hinblick auf die Diffusionsunterdrückung und
die Hafteigenschaften zu erfüllen.
Eine weitere Eigenschaft des Kupfers unterscheidet es deutlich von
Aluminium und ist in der Tatsache begründet, das Kupfer nicht in größeren Mengen
durch chemische und physikalische Dampfabscheideverfahren aufgebracht
werden kann, wozu sich die Tatsache gesellt, dass Kupfer nicht effizient
durch anisotrope Trockenätzprozesse
strukturiert werden kann, wodurch eine Prozessstrategie erforderlich
wird, die üblicherweise
als Damaszener- oder Einlegetechnik bezeichnet wird. In Damaszener-Prozess
wird zunächst
eine dielektrische Schicht gebildet, die anschließend strukturiert
wird, um Gräben
und/oder Kontaktlöcher zu
erhalten, die nachfolgend mit Kup fer gefüllt werden, wobei, wie zuvor
erläutert
ist, vor dem Einfüllen des
Kupfers eine leitende Barrierenschicht an Seitenwänden der
Gräben
und Kontaktdurchführungen
gebildet wird. Das Abscheiden des Kupferhauptmaterials in die Gräben und
Kontaktlöcher
wird üblicherweise
durch nasschemische Prozesse bewerkstelligt, etwa Elektroplattieren
oder stromloses Plattieren, wobei das zuverlässige Auffüllen von Kontaktlöchern mit
einem Aspektverhältnis
von 5 oder höher
bei einem Durchmesser von 0,3 mm und kleiner in Verbindung mit Gräben mit
einer Breite im Bereich von 0,1 μm
bis mehrerer Mikrometer erforderlich ist. Elektrochemische Abscheideprozesse
für Kupfer
sind auf dem Gebiet der elektronischen Leiterplattenherstellung
gut bekannt. Jedoch ist die hohlraumfreie Auffüllung von Kontaktlöchern mit
hohem Aspektverhältnis eine äußerst komplexe
und herausfordernde Aufgabe, wobei die Eigenschaften der schließlich erhaltenen
Verbindungsstruktur auf Kupferbasis stark von den Prozessparametern,
den Materialien und der Geometrie der interessierenden Struktur
abhängen. Da
Geometrie der Verbindungsstrukturen im Wesentlichen durch Entwurfserfordernisse
festgelegt ist und nicht wesentlich für eine gegebene Mikrostruktur
geändert
werden kann, ist es von großer
Bedeutung, den Einfluss von Materialien, etwa von leitenden und nicht
leitenden Barrierenschichten, der Kupfermikrostruktur und ihre wechselseitige
Beeinflussung auf die Eigenschaften der Verbindungsstruktur abzuschätzen und
zu steuern, um sowohl eine hohe Ausbeute als auch die erforderliche
Produktzuverlässigkeit
sicherzustellen. Insbesondere ist es wichtig, Mechanismen für die Beeinträchtigung
und den Ausfall von Verbindungsstrukturen für diverse Konfigurationen zu
erkennen, zu überwachen
und zu reduzieren, um damit die Bauteilzuverlässigkeit für jede neue Schaltungsgeneration
oder Technologiestandard beizubehalten.
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Daher
werden große
Anstrengungen unternommen, um die Beeinträchtigung von Kupferverbindungsstrukturen
insbesondere mit dielektrischen Materialien mit kleinem ε, die eine
relative Permittivität von
3,1 oder weniger aufweisen, zu untersuchen, um neue Materialien
und Prozessstrategien zur Herstellung von kupferbasierten Leitungen
und Kontaktdurchführungen
mit einer insgesamt geringen Permittivität zu finden. Obwohl der exakte
Mechanismus der Elektromigration in Kupferleitungen noch nicht vollständig verstanden
ist, stellt sich dennoch heraus, dass Hohlräume, die in und an Seitenwänden und insbesondere
an Grenzflächen
zu benachbarten Materialien angeordnet sind, einen wesentlichen
Einfluss auf das schließlich
erreichte Leistungsverhalten und die Zuverlässigkeit der Verbindungsstrukturen ausüben.
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Ein
Auswahlmechanismus, von dem angenommen wird, dass er deutlich zu
einem vorzeitigen Bauteilausfall beiträgt, ist der durch Elektromigration hervorgerufenen
Materialtransport insbesondere entlang einer Grenzfläche, die
zwischen dem Kupfer und einer dielektrischen Deckschicht gebildet
wird, die nach dem Einfüllen
des Kupfermaterials in die Gräben
und Kontaktlochöffnungen
vorgesehen wird, während
die Seitenwände
durch das leitende Barrierenmaterial beschichtet sind. Zusätzlich zur
Beibehaltung der Kupferintegrität
kann die dielektrische Deckschicht auch als eine Ätzstoppschicht
während der
Herstellung der Kontaktlochöffnungen
in dem Zwischenschichtdielektrikum dienen. Häufig eingesetzt Materialien
sind beispielsweise Siliziumnitrid und stickstoffenthaltendes Siliziumkarbid,
die eine moderat hohe Ätzselektivität für typischerweise
angewendete Zwischenschichtdielektrika, etwa eine Vielzahl von dielektrischen
Materialien mit kleinem ε, zeigen
und auch die Diffusion von Kupfer in das Zwischenschichtdielektrikum
unterdrücken.
Jüngste
Forschungsergebnisse scheinen anzuzeigen, dass jedoch die Grenzfläche, die
zwischen dem Kupfer und der dielektrischen Deckschicht gebildet
ist, ein wesentlicher Diffusionspfad für den Materialtransport während des
Betriebs der Metallverbindungsstruktur ist.
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Folglich
wurden eine Vielzahl von Alternativen in dem Versuch entwickelt,
die Grenzflächeneigenschaften
zwischen dem Kupfer und der Deckschicht, die die Eigenschaft besitzt,
das Kupfer zuverlässig
einzuschließen
und dessen Integrität
beizubehalten, zu verbessern. Beispielsweise wurde vorgeschlagen,
selektiv leitende Materialien auf der Oberseite des kupferenthaltenden
Gebiets abzuscheiden, die ein verbessertes Elektromigrationsverhalten
aufweisen, ohne den Gesamtwiderstand der entsprechenden Metallleitung
unnötig
zu erhöhen.
Beispielsweise hat sich eine Verjüngung aus Kobalt/Wolfram/Phosphor
(CoWP) als aussichtsreicher Kandidat für leitende Deckschichten erwiesen,
die deutlich Elektromigrationswirkungen innerhalb einer entsprechenden
Metallleitung verringern können.
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Obwohl
die Verbindung aus Kobalt/Wolfram/Phosphor für verbesserte Elektromigrationseigenschaften
sorgt und effizient in den Gesamtprozessablauf zur Herstellung komplexer
Metallisierungssysteme integriert werden kann, da diese Verbindung
effizient auf der Grundlage selektiver elektrochemischer Abscheiderezepte
aufgebracht werden kann, zeigt sich dennoch, dass ausgeprägte Defekte
während
der Strukturierung von Kontaktlochöffnungen beobachtet werden
können,
die eine Verbindung zum Metallgebiet herstellen, die darauf ausgebildet
die Kobalt/Wolfram/Phosphor-Deckschicht aufweisen, wie dies nachfolgend
detaillierter mit Bezug zu den 1a und 1b erläutert ist.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 in
einer fortgeschrittenen Fertigungsphase, d. h. während einer Fertigungssequenz
zur Herstellung eines Metallisierungssystems. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst
ein Substrat 101, das Schaltungselemente (nicht gezeigt)
gemäß der spezifizierten
Schaltungskonfiguration des Bauelements 100 aufweist.
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Das
Halbleiterbauelement 100 umfasst ferner eine erste Metallisierungsebene 110 und
eine zweite Metallisierungsebene 120. Wie zuvor dargelegt
ist, enthält
die Metallisierungsschicht 110 ein dielektrisches Material 111,
beispielsweise in Form eines dielektrischen Materials mit kleinem ε, in welchem
eine Metallleitung 112 aus Kupfer in Verbindung mit einer
Barrierenschicht 112a, beispielsweise von Tantalnitrid,
Tantal und dergleichen vorgesehen ist. Des weiteren ist eine obere
Oberfläche 112s des Metallgebiets 112 mit
einer leitenden Deckschicht 113 versehen, die aus der ternären Legierung
Kobalt/Wolfram/Phosphor (CoWP) aufgebaut ist. Des weiteren ist eine
dielektrische Ätzstoppschicht 114, beispielsweise
in Form von Siliziumdioxid, Siliziumkarbid, stickstoffenthaltendem
Siliziumkarbid und dergleichen über
dem dielektrischen Material 111 und teilweise über der
Metallleitung 112 in Kontakt mit der leitenden Deckschicht 113 ausgebildet.
Die weitere Metallisierungsschicht 120 umfasst in der gezeigten
Fertigungsphase ein dielektrisches Material 121 mit einer
geeigneten Zusammensetzung, in der eine Kontaktlochöffnung 121a ausgebildet
ist, wobei das dielektrische Material 121 einen unteren
Teil eines dielektrischen Schichtstapels für die Schicht 120 repräsentiert,
wenn eine Einzel-Damaszener-Technik betrachtet wird, oder es ist
ein Graben (nicht gezeigt) in dem oberen Bereich der dielektrischen
Schicht 121 ausgebildet.
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Das
in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann
auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt werden,
wozu die Ausbildung von Schaltungselementen (nicht gezeigt) gehört, woran
sich das Herstellen einer geeigneten Kontaktstruktur anschließt, über der
Metallisierungsschichten, etwa die Schichten 110, 120 gebildet
werden. Zu diesem Zweck wird das dielektrische Material 111 beispielsweise
durch CVD (chemische Dampfabscheidung) und dergleichen abgeschieden,
woraufhin eine Strukturierungssequenz zur Herstellung eines geeigneten
Grabens in der Schicht 110 folgt, möglicherweise in Verbindung
mit entsprechenden Kontaktöffnungen
(nicht gezeigt), wobei dies von der Gesamtprozessstrategie abhängt. Ein
entsprechender Ätzprozess
zur Herstellung einer Kontaktöff nung wird
mit Bezug zu der Kontaktöffnung 121a beschrieben.
Anschließend
wird die Barrierenschicht 112a gebildet und nachfolgend
wird das Kupfermaterial eingefüllt,
beispielsweise durch Elektroplattieren, wobei möglicherweise das Abscheiden
einer geeigneten Saatschicht erforderlich ist. Danach wird überschüssiges Material
des Kupfers und der Barrierenschicht 112a entfernt, etwa
durch elektrochemische Ätztechniken,
CMP (chemisch-mechanisches
Polieren) und dergleichen. Nachfolgend wird die freigelegte Oberfläche 112s „passiviert”, indem
die leitende Deckschicht 113 abgeschieden wird, wodurch
ebenfalls für
die gewünschte „starke” Grenzfläche an der Oberfläche 121s im
Hinblick auf ein verbessertes Elektromigrationsverhalten gesorgt
wird, wie dies zuvor erläutert
ist. Das Abscheiden der CoWP-Legierung wird bewerkstelligt durch
stromloses Plattieren, während
welchem die freigelegte Oberfläche 112s als
ein Katalysatormaterial dient, um die elektrochemische Reaktion
in Gang zu setzen, wenn eine geeignete Elektrolytlösung einwirkt.
Somit kann ein selbstjustierter Abscheidemechanismus erreicht werden,
da das Abscheiden im Wesentlichen auch die freigelegte Kupferoberfläche 112s beschränkt ist. Nach
dem Abscheiden einer gewünschten
Dicke, beispielsweise von ungefähr
10 bis 50 nm, wird die dielektrische Ätzstoppschicht 114 abgeschieden, etwa
durch CVD, woran sich die Abscheidung des dielektrischen Materials 121 anschließt. Als
nächstes wird
eine komplexe Strukturierungssequenz ausgeführt, die schließlich zu
der Kontaktöffnung 121a führt, die
sich dann bis hinab und in die dielektrische Ätzstoppschicht 114 erstreckt,
die schließlich
auf Grundlage gut etablierter Ätzrezepte
geöffnet
wird.
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Bekanntlich
werden während
komplexer plasmaunterstützter Ätzprozesse
eine Vielzahl von Ätznebenprodukten
erzeugt, wovon zumindest einige sich auch auf freigelegten Oberflächenbereichen
abscheiden und die somit vor der nachfolgenden Abscheidung eines
Materials zu entfernen sind, etwa eines leitenden Barrierenmaterials
in der Öffnung 121a.
Folglich werden entsprechende nasschemische Ätzrezepte 115 angewendet,
etwa mit verdünnter
Flusssäure,
einer Ammoniakwasserstoffperoxidmischung und dergleichen, die sich
als effiziente Rezepte zum Aufbereiten von freigelegten Oberflächenbereichen
vor der weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 erwiesen
haben. Folglich gerät
während des
Prozesses 115 auch ein freigelegter Bereich der leitenden
Deckschicht 113 mit dem nasschemischen Ätzmittel in Kontakt, was jedoch
zu einem unerwünschten
Materialabtrag führt,
wodurch der freigelegte Bereich der Deckschicht 113 im
Wesentlichen vollständig
entfernt wird und auch ein merklicher unterätzter Bereich benachbart zu
der Kontaktöffnung 121a hervorgerufen
wird.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem nasschemischen
Reinigungsprozess 115. Wie gezeigt, kann eine merkliche
Unterätzung 113a auftreten,
wodurch entsprechende Hohlräume
in dem Schichtstapel des Metallisierungssystems 120 hervorgerufen
werden, die zu Prozessungleichmäßigkeiten
während
der weiteren Bearbeitung führen
können,
wodurch auch das Gesamtverhalten der Kontaktöffnung nach dem Füllen mit
einem Barrierenmaterial und Kupfer beeinträchtigt wird. Folglich werden
Anstrengungen unternommen, um das Erzeugen der unterätzten Bereiche 113a im
Wesentlichen zu vermeiden, indem beispielsweise nach nasschemischen Ätzchemien
gesucht wird, um die Struktur effizient nach einem plasmaunterstützten Ätzprozess
zu reinigen, ohne dass im Wesentlichen die Kobalt/Wolfram/Phosphor-Legierung
angegriffen wird. Jedoch besitzen entsprechende nasschemische Ätzchemien
eine geringere Effektivität.
In anderen Lösungsvorschlägen wird
ein weiterer Abscheideprozess zur Herstellung der CoWP-Legierung in den
unterätzten
Bereichen 113a eingesetzt, wodurch jedoch deutlich zu einer
längeren
Durchlaufzeit auf Grund eines weiteren nasschemischen Abscheideprozesses
beigetragen wird.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung
Halbleiterbauelemente und Verfahren zur Herstellung eines Metallisierungssystems
moderner Halbleiterbauelement, wobei die Auswirkungen eines oder
mehrerer der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest reduziert
werden.
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Überblick über die Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Techniken
und entsprechende Halbleiterbauelemente, in denen gewünschte Eigenschaften
einer Legierung, etwa einer ternären
Legierung, im Hinblick auf Elektromigration und Kupfereinschluss
beibehalten werden, während
dennoch die Legierung mit einer erhöhten Ätzwiderstandsfähigkeit
im Hinblick auf gut etablierte nasschemische Ätzrezepte versehen wird. Dazu
wird der Einfluss der standardmäßigen Elektrodenpotentiale
einer oder mehrerer der Sorten der Legierung berücksichtigt, um das Gesamtwiderstandsverhalten
zu erhöhen, wobei
dennoch für
die gewünschten
Deckschichteigenschaften gesorgt wird. Somit kann durch Auswahl geeigneter
Legierungen, etwa ternärer
Legierungen, beispielsweise einer CoWP-Legierung und Ersetzen mindestens
einer Sorte davon durch ein nobleres Material, d. h. durch ein Material mit
einem weniger negativen Standardelektrodenpotential, die Widerstandsfähigkeit
gegenüber Ätzangriffen
gut etablierter ätzchemischer
Rezepte deutlich erhöht
werden, wobei dennoch für
das gewünschte
Elektromigrationsverhalten gesorgt wird.
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Ein
erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement
umfasst die in Anspruch 1 definierten Merkmale.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
umfasst die in Anspruch 9 definierten Merkmale.
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Ein
weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst
die in Anspruch 17 definierten Merkmale.
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Ausführungsformen
des hierin offenbarten Gegenstands sind in den Ansprüchen definiert und
gehen deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor,
wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird,
in denen:
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1a und 1b schematisch
Querschnittansichten eines Halbleiterbauelements während der Strukturierung
eines dielektrischen Materials zur Herstellung einer Kontaktöffnung zeigen,
die eine Verbindung zu einem Kupfer enthaltenden Metallgebiet herstellt,
das darauf ausgebildet eine CoWP-Deckschicht gemäß konventionellen Prozessstrategien ausweist;
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2a und 2b schematisch
Querschnittsansichten von Testsubstraten zur Bestimmung einer Ätzrate mehrerer
ternärer
Legierungen während
gut retardierter naßchemischer
Reinigungsprozesse zeigen, um die Abhängigkeit der Ätzrate im Hinblick
auf Standardelektrodenpotentiale spezieller Sorten gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zu studieren;
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2c bis 2e schematische
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen bei der Herstellung einer leitenden Deckschicht
als eine ternäre
Legierung zeigen, die Wolfram und mindestens ein Metall mit einem
nobleren Verhalten im Vergleich zu Kobalt gemäß anschaulicher Ausführungsformen
enthält; und
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2f bis 2h schematische
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während der
weiteren Bearbeitung zum Strukturieren einer nachfolgenden Metallisierungsebene
auf der Grundlage plasmaunterstützter Ätzprozesse
in Verbindung mit einem naßchemischen
Reinigungsprozess unter Anwendung gut etablierter Rezepte gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zeigen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Obwohl
der hierin offenbarte Gegenstand mit Bezug zu den Ausführungsformen
beschrieben wird, wie sie in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
sowie 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
beispielsweise die diversen Aspekte der vorliegenden Offenbarung
dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert.
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Im
allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Techniken,
in denen gut etablierte naßchemische Ätzrezepte
während
der Strukturierung modernster Metallisierungssysteme eingesetzt
werden, in dem der Effekt des mehr oder weniger noblen Verhaltens
entsprechenden Metallsorten in leitenden Deckschichtmaterialien,
die aus Legierungen aufgebaut sind, etwa ternären Legierungen, berücksichtigt wird,
die für
ein verbessertes Elektromigrationsverhalten sorgen kann. Gemäß den hierin
offenbarten Prinzipien kann somit ein deutlicher Anstieg des Ätzwiderstands
im Hinblick auf standardmäßige naßchemische
Reinigungslösungen
erreicht werden, indem eine oder mehrere der Sorten einer entsprechenden Legierung
ersetzt werden, wobei in anschaulichen Ausführungsformen eine ternäre Legierung
auf der Grundlage von Wolfram und Phosphor in geeigneter Weise repariert
wird, beispielsweise indem eine weitere Metallsorte mit einem weniger
negativen Standardelektrodenpotential im Vergleich zu dem gewöhnlicherweise
verwendeten Kobalt hinzugefügt wird.
Bekanntlich ist ein Standardelektrodenpotential einer speziellen
Sorte als die Spannung zu verstehen, die über eine Elektrode auftritt,
die in einer Lösung
mit Ionen des entsprechenden Elektrodenmaterials bei einer Konzentration
von 1 Mol/l eingetaucht wird, wobei die Messung unter Standardbedingungen
ausgeführt
wird. Dieses Standardelektrodenpotential ist ein Indikator des Redox-Potentials,
was wiederum ein Maß für die Fähigkeit
von Ionen einer entsprechenden Sorte ist, um Elektronen aufzunehmen,
oder wodurch diese Fähigkeit
quantitativ beschrieben wird. Beispielsweise nehmen die Ionen von
noblen Metallen Elektronen leichter auf im Vergleich zum weniger
noblen Metallen, was quantitativ durch einen positiveren Wert des
entsprechenden Standardelektrodenpotentials angegeben wird. D. h. wenn
ein spezifiziertes Metall, etwa Kobalt, ein negatives Standardelektrodenpotential
besitzt, beispielsweise hat Kobalt ein Standardelektrodenpotential von –2,13 V,
kann ein Metall, das einen weniger negativen Wert als sein Standardelektrodenpotential besitzt,
als ein nobleres Metall betrachtet werden, das in Kombination mit
anderen Metallen zu einem deutlich unterschiedlichen Ätzverhalten
im Hinblick auf naßchemische Ätzrezepte
führt.
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Beispielsweise
können
eine Vielzahl von ternären
Legierungen als leitende Deckschichten für Kupfer gestützte Metallgebiete
eingesetzt werden, wodurch ein verbessertes Elektromigrationsverhalten
erreicht wird, wobei gemäß der vorliegenden
Offenbarung der Ätzwiderstand
verbessert werden kann, wobei jedoch die gewünschten Elektromigrationseigenschaften
im wesentlichen beibehalten werden können oder das Gesamtverhalten
verbessert werden kann, wenn eine der Sorten durch ein Metall mit
einer nobleren Eigenschaft ersetzt wird. In einer anschaulichen
hierin offenbarten Ausführungsform wird
die gut etablierte ternäre
Legierung CoWP als eine Basis zum Ersetzen einer oder mehrerer der Sorten,
die daran enthalten sind, durch eine Metallsorte verwendet, die
deutlich nobler ist im Vergleich zu Kobalt. Beispielsweise wird
die Kobaltsorte durch Nickel ersetzt, das ein Standardelektrodenpotential von –0,257 V
aufweist, wodurch die Gesamteigenschaften der resultierenden Nickel-/Wolfram-/Phosphorlegierung
im Hinblick auf den Ätzwiderstand deutlich
verbessert wird, wobei dennoch gute elektrische Eigenschaften beibehalten
werden. Folglich kann ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen
Strategien beibehalten werden, da gut etablierte naßchemische Ätzchemien
verwendet werden können,
während
auch die gesamte Prozesskomplexität auf einem geringeren Niveau
im Vergleich zu konventionellen Lösungen gehalten wird, in denen ein
zusätzlicher
Abscheideschritt zum erneuten Auffüllen unterätzten Bereichen angewendet
wird.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2h werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Substrats 201,
das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial
repräsentiert,
um darauf eine oder mehrere Materialschichten 213a, 213b, 213c zu
Bilden, die geeignete Materialien repräsentieren, um als eine leitende
Deckschicht für
ein kupferbasiertes Metallgebiet zu dienen, dies zuvor erläutert ist.
Beispielsweise repräsentieren
die eine oder die mehreren leitenden Deckschichtmaterialien 213a ... 213c Legierungen,
und in einer speziellen Ausführungsform
ternäre
Legierungen, deren Eigenschaften im Hinblick auf den Ätzwiderstand
gegenüber
gut etablierten naßchemischen Ätzrezepten
während
eines entsprechenden Ätzprozesses 215 untersucht
wird. Beispielsweise werden für
einen spezifizierten standardmäßigen naßchemischen Ätzpro zess 215 mehrere
unterschiedliche Materialzusammensetzungen in Form von beispielsweise
ternären
Legierungen 213b, 213c über dem Substrat 201 vorgesehen
oder werden auf einzelnen Substraten angeordnet, um damit den Materialabtrag
unter spezifizierten Prozessbedingungen zu bestimmen. Beispielsweise
wird die Abtragsrate bestimmt, indem eine spezifizierte Schichtdicke
für jedes
des Materialien 213b ... 213c vorgesehen wird
und indem eine entsprechende Schichtdicke nach einer spezifizierten Ätzzeit bestimmt
wird. Im Hinblick auf die Bearbeitung von tatsächliche Produkten, d. h. im
Hinblick auf das Ausführen
eines naßchemischen
Reinigungsprozesses auf Grundlage des Prozessrezepts 215 werden
der Strukturierung einer dielektrischen Schicht eines Metallisierungssystems,
wird eine maximal zulässige Materialabtragsrate
festgelegt, die als Schwellwert betrachtet wird, um zu entscheiden,
ob eines oder mehrere ätzenden
Deckschichtmaterialien 213b ... 213c geeignete
Kandidaten für
tatsächliche
Produkte repräsentieren.
In 2a ist ein entsprechender Schwellwert der Abtragsrate
in Bezug auf die verbleibende Schichtdicke durch die gestrichelte
Linie 215t angegeben. Folglich werden nach dem naßchemischen
Prozess 215 entsprechende Dickenwerte auf der Grundlage
gut etablierter Techniken bestimmt und somit werden entsprechende
Materialien 213b, 213c erkannt, die die gewünschte geringe Ätzrate während des
Prozesses 215 besitzen. Wenn beispielsweise eines oder
mehrere der Materialien bestimmt werden, dass diese eine zu hohe Ätzrate aufweisen,
etwa CoWP, d. h., wenn die Abtragsrate zu hoch ist, werden eine
oder mehrere der darin enthaltenen Sorten durch ein mit einem nobleren
Charakter ersetzt, um damit das Gesamtätzverhalten zu ändern. Beispielsweise
repräsentiert
für das
spezifizierte Rezept 215 das Material 213b die
gut etablierte CoWP-Legierung, die wiederum eine nicht akzeptabel
hohe Ätzrate
aufweist, wie dies auch mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist,
wenn auf tatsächliche
Produktsubstrate verwiesen wird. In diesem Falle wird in einer anschaulichen
Ausführungsform
eine ternäre
Legierung verwendet, in der Wolfram und Phosphor beibehalten werden,
während eine
noblere Metallsorte anstelle von Kobalt verwendet wird. In einer
anschaulichen Ausführungsform wird
eine Nickel-/Wolfram-/Phosphorlegierung eingesetzt, während in
anderen Fällen
andere noblere Metalle verwendet werden können, um Kobalt oder eine oder
mehrere der anderen Sorten zu ersetzen, etwa durch Aluminium, Titan,
Gold, Silber, Platin und dergleichen.
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2b zeigt
schematisch das Substrat 201, in welchem ein Material 213a nunmehr
in Form einer ternären
Legierung vorgesehen ist, die mindestens eine Metallsorte aufweist,
die ein weniger negatives Standardelektrodenpotential als Kobalt
aufweist, wobei in eine anschau lichen Ausführungsform die anderen Komponenten,
d. h. Wolfram und Phosphor, beibehalten werden. Wie gezeigt, besitzen
nach dem Ausführen
des Prozessen 215 die Materialien 213b, 213c,
die ungeeignete leitende Deckschichtmaterialien repräsentieren,
eine deutlich reduzierte verbleibende Schichtdicke, wodurch angezeigt
wird, dass die entsprechende Abtragsrate über dem Schwellwert liegt,
der durch die Schichtdicke 215t angezeigt ist. Andererseits
besitzt die Legierung 213a mit der Metallsorte mit verbessertem
noblen Verhalten eine verbleibende Schichtdicke, die über der
Schichtdicke 215t liegt, wodurch angezeigt wird, dass die
Abtragsrate unter dem vorbestimmten erforderlichen Schwellwert liegt
und somit das Material 213a als ein geeignetes leitendes
Deckschichtmaterial gewählt werden
kann.
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Es
sollte beachtet werden, dass andere Eigenschaften, etwa die Gesamtleitfähigkeit,
die Kristallstruktur, die Kupferdiffusionsblockierung und dergleichen
untersucht werden können,
bevor das Material 213a als ein geeigneter Kandidat ausgewählt wird.
Beispielsweise zeigt eine Nickel-/Wolfram-/Phosphorlegierung verbesserte
Eigenschaften, etwa ein hohes Maß an Grenzflächenstabilität in Verbindung
mit Kupfer und eine Vielzahl leitender Barrierenmaterialien, etwa
Tantalnitrid, Tantal und dergleichen. D. h. bei einem direkten Kontakt
der NiWP-Legierung mit Kupfer oder einem leitenden Barrierenmaterial
wird eine gegenseitige Diffusion ausreichend unterdrückt, selbst
bei moderat hohen Temperaturen bis zu einigen Hundert Grad, wodurch
eine starke Grenzfläche
beibehalten wird, die zu einem verbesserten Elektromigrationsverhalten
führt,
wie dies zuvor erläutert
ist. Somit kann die NiWP-Legierung
als ein effizientes Barrierenmaterial dienen, wobei die im Wesentlichen
amorphe Struktur nach dem Abscheiden in eine nano-kristalline Oberflächenstruktur
beim Ausheizen von Temperaturen bis zu 400°C übergeht, was zu einer erhöhten Leitfähigkeit der
NiWP-Legierung führt.
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Es
sollte beachtet werden, dass entsprechende Prüfungen ebenfalls mit anderen
möglichen leitenden
Deckschichtmaterialien durchgeführt
werden können,
nachdem ein Ätzwiderstand
für eines oder
mehrere der gewünschten
naßchemischen Ätzrezepte
erkannt wurde.
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Mit
Bezug zu den 2c bis 2h werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsform
beschrieben, in denen ein leitendes Deckschichtmaterial mit einem
verbesserten Ätzwiderstand
verwendet wird, das beispielsweise auf der Grundlage der Techniken
ermittelt wird, wie sie zuvor beschrieben sind, um damit das erforderliche
Elektromigrationsverhalten und ein hohes Maß an Kompatibilität mit gut
etablierten naßchemischen
Reinigungsrezepten zu erreichen.
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2c zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit
einem Substrat 201, über
welche eine Bauteilebene 203 ausgebildet ist. Das Substrat 201 kann
ein beliebiges geeignetes Trägermaterial
repräsentieren,
um darauf und darüber
die Bauteilschicht 203 zu bilden, die ein Halbleitermaterial
repräsentiert,
etwa eine siliziumbasiertes Material und dergleichen, in und über welchem
mehrer Schaltungselemente, etwa Transistoren 202, in Übereinstimmung
mit den Entwurfsregeln gebildet werden. Beispielsweise besitzen,
wie zuvor erläutert
ist, in modernsten Anwendungen die Transistorelemente 202 kritische
Abmessungen von ungefähr
50 nm oder weniger. Es sollte beachtet werden, dass eine kritische
Abmessung als eine minimale Abmessung zu verstehen ist, die zuverlässig in
der betrachtete Bauteilebene hergestellt werden kann, um damit ein
spezielles Leistungsverhalten zu erreichen. Beispielsweise repräsentiert
die Länge
einer Gateelektrodenstruktur eine kritische Abmessung der Transistoren 202. Über der
Bauteilebene 203 können
weitere geeignete Ebenen vorgesehen sein, beispielsweise eine Kontaktstruktur
(nicht gezeigt), die gestaltet ist, um entsprechende Kontaktbereiche der
Schaltungselemente 202 mit einer oder mehreren Metallisierungsschichten 210 gemäß dem spezifizierten
Schaltungsaufbau zu verbinden. Die Metallisierungsschicht 210 umfasst
ein dielektrisches Material 211, möglicherweise in Verbindung
mit geeignete Deckschichten oder Ätzstoppmaterialien 211a.
Eine geeignete Materialzusammensetzung für das dielektrische Material 211 und
die Deckschicht 211a kann gemäß ähnlicher Kriterien ausgewählt werden,
wie sie auch zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert sind.
Ferner ist ein Metallgebiet 212 mit Kupfer in dem dielektrischen
Material 211 eingebettet, möglicherweise in Verbindung
mit einem geeigneten Barrierenmaterial 212a, wie dies auch
zuvor erläutert
ist.
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Das
in 2c gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann
auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken gemäß den spezifizierten
Entwurfsregeln hergestellt werden. Des weiteren wird die Metallisierungsschicht 210 durch
Prozesstechniken hergestellt, wie sie auch zuvor beschrieben wurden,
als auch die Metallisierungsschicht 110 des Bauelements 100 Bezug
genommen wurde. Nach dem Herstellen des Kupfer enthaltenden Metallgebiets 212 wird
eine freigelegte Oberfläche
davon 212s sowie andere freigelegte Oberflächenbereiche
des dielektrischen Materials 211 einem Reinigungsprozess 230 im
Hinblick auf Kontaminationsstoffe unterzogen, die während der
vorhergehenden Bearbeitung erzeugt werden, ins besondere während eines
CMP-Prozesses, der für
gewöhnlich
zum Entfernen von überschüssigem Material
und zum Einebenen der resultierenden Oberflächentopographie angewendet
wird. Beispielsweise wurde entsprechende Kontaminationsstoffe 231 gebildet.
Der Reinigungsprozess kann auf der Grundlage gut etablierter Rezepte
ausgeführt werden,
wodurch auch die Oberfläche 212s für eine nachfolgende
elektrochemische Abscheidung vorbereitet wird.
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2d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Reinigungsprozess 230 und während eines
elektrochemischen Abscheideprozesses 232, der auf der Grundlage
einer geeigneten Elektrolytlösung
mit Ionen der gewünschten
Sorte ausgeführt
wird, wobei in einer anschaulichen Ausführungsform eine ternäre Legierung
in Form von Nickel/Wolfram/Phosphor abgeschieden wird. Es sollte beachtet
werden, dass elektrochemische Abscheideprozesse gut etabliert sind
und für
den Prozess 232 eingesetzt werden können, insbesondere, da Wolfram,
Phosphor und Nickel häufig
eingesetzte Materialien sind, wovon einige auch durch stromloses
Plattieren aufgebracht werden, so dass entsprechende Abscheidereaktoren
und dergleichen verfügbar
sind, ohne dass zusätzliche
Ressourcen erforderlich sind. Während
des Prozesses 232 wird eine selektive Abscheidung der Materialschicht 213a in
einer gewünschten
Dicke erreicht, um damit den gesamten Bauteilerfordernissen Rechnung
zu tragen. Wie gezeigt, können
während
des Prozesses 232 Kontaminationsstoffe 233 an
freigelegten Oberflächenbereichen
auftreten, beispielsweise auf dem dielektrischen Material 211,
die während
eines nachfolgenden Reinigungsprozesses entfernt werden.
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2e zeigt
schematische das Halbleiterbauelement 200 während eines
entsprechenden Reinigungsprozesses 234, der als ein geeigneter
naßchemischer
Reinigungsprozess ausgeführt
und das Spülen
mit reinem Wasser und dergleichen beinhaltet. Es sollte auch beachtet
werden, dass aufgrund des erhöhten Ätzwiderstands
der Reinigungsprozess 234 auch standardmäßige Reinigungschemien
enthalten kann, ohne dass die Deckschicht 213a deutlich
geschädigt
wird.
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2f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Wie gezeigt, ist ein dielektrisches Material 221 in
einer weiteren Metallisierungsschicht 220 über der
Metallisierungsschicht 210 gebildet. Ferner ist eine Kontaktöffnung 221a in
dem Material 211 ausgebildet, die abhängig von der gesamten Pro zessstrategie
sich bis zu einer Ätzstoppschicht 214 erstreckt,
die aus einem geeigneten Material aufgebaut sein kann, wie dies
auch zuvor mit Bezug zu der Ätzstoppschicht 114 erläutert ist.
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Das
in 2f gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann
auf der Grundlage von im Wesentlichen den gleichen Prozesstechniken
hergestellt werden, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert sind.
D. h. die Ätzstoppschicht 214 wird
auf der Grundlage einer geeigneten Technik hergestellt, woran sich
das Abscheiden des Materials 221 und ein entsprechendes
Strukturierungsschema anschließt,
wozu plasmaunterstützte Ätzprozesse
gehören.
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Es
sollte beachtet werden, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Strukturierungsschemata
eingesetzt werden können,
um Metalleitungen und Kontaktdurchführungen in dem dielektrischen
Material 221 zu bilden. Wenn beispielsweise das dielektrische Material 221 einen
unteren Bereich der Metallisierungsschicht 220 repräsentiert,
kann die Kontaktöffnung 221a so
gebildet werden, dass dieses durch die Schicht 214 erstreckt,
wodurch die Deckschicht 213a freigelegt wird, wie dies
gezeigt ist. In anderen Fällen ist
in der gezeigten Fertigungsphase bereits ein Graben in einem obere
Bereich des dielektrischen Materials 221 gebildet, und
die Kontaktöffnung 221a,
d. h. ein unterer Bereich davon, wird gemeinsam mit einem Graben
gebildet. In einem Beispiel sei angenommen, dass ein Graben nach
dem Bilden der Kontaktöffnung 221a herzustellen
ist, wie dies in 2f gezeigt ist, ohne jedoch
zu beabsichtigen, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung
auf ein spezielles Strukturierungsschema einzuschränken.
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2g zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach einem weiteren
plasmaunterstützten Ätzprozess,
um eine Graben 221t zu bilden, was erreicht werden kann
durch beispielsweise Vorsehen eines Einebnungsmaterials und Bilden
einer geraden Ätzmaske
durch gut etablierte Lithographietechniken. Wie zuvor erläutert ist,
werde in anderen Fällen der
Graben 221t und die Kontaktöffnung 221a zumindest
ein unterer Bereich davon in einem gemeinsamen plasmaunterstütztem Ätzprozess
hergestellt. Nach dem Bilden des Grabens 221 wird die Ätzstoppschicht 214 innerhalb
der Kontaktöffnung 221a auf Grundlage
gut etablierter Ätztechniken
geöffnet.
Somit wird in der gezeigten Fertigungsphase ein naßchemischer
Reinigungsprozess, etwa der Prozess 215, ausgeführt, um
mit der Ätzung
in Verbindung stehende Kontaminationsstoffe zu entfernen, wie dies
auch zuvor erläutert ist.
Aufgrund des verbesserten Ätzwiderstands
der leitenden Deckschicht 213a, die in einer anschaulichen
Ausführungsform
aus Nickel, Wolfram, Phosphor aufgebaut ist, wird ein deutlicher
Materialabtrag vermieden und es wird auch eine merkliche Unterätzung der Ätzstoppschicht 214 in
der Nähe
der Kontaktöffnung 221 unterdrückt.
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2h zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer fortgeschrittenen
Fertigungsphase, in der eine leitende Barrierenschicht 223,
beispielsweise aus Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid, oder
Kombination zwei oder mehrerer dieser Materialien, in dem Graben 221t und
in der Kontaktöffnung 221 gebildet
ist. Somit bildet das Barrierenmaterial 223 eine Grenzfläche mit
der Deckschicht 213a, wie sie durch 213s bezeichnet
ist, wobei, wie zuvor erläutert
ist, ein hohes Maß an
Stabilität
erreicht wird, wenn beispielsweise Nickel, Wolfram, Phosphor zur Herstellung
der Deckschicht 213a verwendet werden.
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Danach
wird die Weiterbearbeitung fortgesetzt, indem beispielsweise Kupfer
eingeführt
wird auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken und überschüssiges Material
davon entfernt wird. Danach wird bei Bedarf eine weitere leitende
Deckschicht gebildet, die beispielsweise aus dem gleichen Material
wie die Schicht 213a aufgebaut ist.
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Es
gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Halbleiterbauelemente
und entsprechende Verfahren bereit, um den Ätzwiderstand von leitenden Deckschichtmaterialien
in Form von Legierungen im Hinblick auf gut etablierte naßchemische Ätzrezepte zu
erhöhen,
indem das Standardelektrodenpotential eines oder mehrerer der entsprechenden
Sorten berücksichtigt
wird. Durch Ermitteln eines geeigneten Kandidaten für ein leitendes
Deckmaterial können beispielsweise
die Ätzeigenschaften
davon abgeschätzt
werden und können
verbessert werden, indem mindestens eine Sorte durch ein Metall
ersetzt wird, das nobler ist. Beispielsweise wird in einer anschaulichen
Ausführungsform
in einer ternären
Legierung mit Wolfram und Phosphor die dritte Komponente in Form
eines Metalls vorgesehen, das ein weniger negatives Standardelektrodenpotential
im Vergleich zu Kobalt aufweist, wodurch die Ätzeigenschaften deutlich verbessert
werden. Andererseits kann das Elektromigrationsverhalten auf einem
gewünschten
hohen Niveau gehalten werden, wodurch das gesamte Bauteilleistungsverhalten
verbessert wird, ohne dass im Wesentlichen zur Prozesskomplexität beigetragen
wird, oder wodurch die gesamte Prozesskomplexität im Vergleich zu konventionellen Lösungen sogar
verringert wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird der Reinigungsprozess 215 unter
weniger anspruchsvollen Bedingungen auf Grund der erhöhten Ätzwiderstands
des Materials 213a ausgeführt. D. h. in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
wird der Prozess 215 in einer Standardreinraumatmosphäre ausgeführt, ohne dass
das Einrichten einer im Wesentlichen sauerstoffreien Prozessumgebung
erforderlich ist. Somit können
entsprechende Prozesskammern einen insgesamt einfacheren Aufbau
besitzen, wodurch ebenfalls zu einer geringeren Prozesskomplexität beigetragen
wird. In anderen Fällen
können
weniger kritische Prozessbedingungen während des Bearbeitens und der
Handhabung des Bauelements 200 vor dem Reinigungsprozess 215 angewendet
werden, da selbst eine erhöhte
Defektrate während
dieser Prozessschritt effizient kompensiert werden kann, indem angepasste
Prozessbedingungen während
des Prozesses 215 angewendet werden, beispielsweise indem
die Gesamtprozesszeit erhöht
wird, indem die Konzentration reaktiver Komponenten erhöht, und dergleichen.
Somit kann die Gesamtkomplexität
weiter verringert werden. Das gleiche gilt für das Vorbereiten, das Beibehalten
und das Zuführen
der Reinigungslösung
für den
Prozess 215, was in einigen konventionellen Lösungen eine
im Wesentlichen sauerstoffreie Umgebung während der gesamten Sequenz
zur Handhabung der entsprechenden naßchemischen Ätzchemie
erfordert.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der hierin offenbarten Prinzipen
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebene Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.