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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Im
allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand integrierte
Schaltungen und betrifft insbesondere Kontaktstrukturelemente zur
Verbindung von Kontaktbereichen oder Metallgebieten von Halbleiterbauelementen
mit Leitungen oder leitenden Gebieten, etwas Metalleitungen, in
einer höheren
Verdrahtungsebene des Halbleiterbauelements, wobei die Kontaktstrukturelemente
auf der Grundlage modernen Photolithographietechniken hergestellt
werden.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Die
Herstellung von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen,
erfordert, dass kleinste Gebiete mit genau gesteuerter Größe in einer
oder mehreren Materialschichten eines geeigneten Substrats, etwas
eines Siliziumsubstrats, eines SOI-(Silizium-auf-Isolator)Substrats oder anderer geeigneter Trägermaterialien
hergestellt werden. Diese kleinsten Gebiete mit genau gesteuerter
Größe werden
typischerweise hergestellt, indem die Materialschicht oder -schichten
durch Anwendung von Lithographie, Ätzprozessen, Implantationstechniken,
Ablagerungsprozessen und dergleichen strukturiert werden, wobei
typischerweise zumindest in einer gewissen Fertigungsphase des Strukturierungsprozesses
eine Maskenschicht über
der bzw. dem Materialschichten gebildet wird, die zum Definieren
dieser kleinsten Gebiete behandelt werden. Im allgemeinen besteht
eine Maskenschicht aus einer Schicht aus Photolack oder wird aus
dieser hergestellt, die wiederum mittels eines lithographischen
Prozesses, typischerweise eine photolithographischen Prozesse, strukturiert
wird. Während
des photolithographischen Prozesses wird der Lack auf die Substratoberfläche aufgeschleudert und
anschließend
selektiv mittels Ultraviolettstrahlung durch eine entsprechende
Lithographiemaske hindurch, etwa ein Retikel, belichtet, wodurch
das Retikelmuster in die Lackschicht abgebildet wird, um darin ein
latentes Bild zu erzeugen. Nach dem Entwickeln des Photolacks werden,
abhängig
von der Art des Photolacks, sei es Positivlack oder Negativlack, die
belichteten Bereiche oder die nicht belichteten Bereiche entfernt,
um das erforderliche Muster in der Schicht aus Photolack zu bilden.
Auf der Grundlage des Lackmusters werden dann die eigentlichen Bauteilmuster
durch weitere Fer tigungsprozesse, etwa Ätzen, Implantieren, Ausheizen
oder dergleichen, hergestellt. Da die Abmessungen der Strukturmuster in
modernsten Mikrostrukturbauelementen ständig verringert werden, müssen die
Anlagen, die zum Strukturieren der Bauteilstrukturelemente verwendet werden,
sehr strenge Auflagen im Hinblick auf die Auflösung und die Überlagerungsgenauigkeit
der beteiligten Herstellungsprozesse erfüllen. In dieser Hinsicht wird
die Auflösung
als ein Maß betrachtet,
um die konsistente Fähigkeit,
minimale Strukturgrößen der
Abbildungen unter Bedingungen vordefinierter Fertigungstoleranzen
zu drucken, anzugeben. Ein wichtiger Faktor bei der Verbesserung
der Auflösung ist
der lithographische Prozess, in welchem Strukturmuster, die in der
Photomaske oder dem Retikel enthalten sind, optisch auf das Substrats
mittels eines optischen Abbildungssystems übertragen werden. Daher werden
große
Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des lithographischen
Systems weiter zu verbessern, etwa die numerische Apertur, die Fokustiefe
und die Wellenlänge der
verwendeten Lichtquelle.
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Die
Auflösung
des optischen Strukturierungsprozeses kann daher deutlich von der
Abbildungseigenschaften der verwendeten Anlage, den Photolackmaterialien
für die
spezifizierte Belichtungswellenlänge
und den kritischen Sollabmessungen die Bauteilstrukturelemente,
die in der betrachteten Bauteilebene herzustellen sind, abhängen. Beispielsweise
besitzen Gateelektroden von Feldeffekttransistoren, die eine wichtige
Komponente in modernen Logikbauelementen bilden, eine Länge von
50 nm und weniger bei aktuell hergestellten Bauelementen, wobei
deutlich geringere Abmessungen für
Bauteilgenerationen auftreten, die aktuelle entwickelt werden. In ähnlicher
Weise muss die Linienbreite von Metalleitungen, die in den mehreren
Verdrahtungsebenen oder Metallisierungsschichten vorgesehen sind,
ebenfalls an die geringeren Strukturgrößen in der Bauteilschicht angepaßt werden,
um damit der erhöhten
Packungsdichte Rechnung zu tragen. Folglich können die tatsächlichen
Bauteilabmessungen deutlich unterhalb der Wellenlänge von
aktuell eingesetzten Lichtquellen, die in heutigen Lithographiesystemen
vorgesehen sind, liegen. Beispielsweise wird aktuell im kritischen
Lithographieschritt eine Belichtungswellenlänge von 193 nm angewendet,
wodurch daher komplexe Techniken erforderlich sind, um schließlich Lackstrukturelemente
mit Abmessungen deutlichen unter der Belichtungswellenlänge zu erhalten.
Es werden somit sehr nicht lineare Prozesse typischerweise eingesetzt,
um Abmessungen unter der optischen Auflösung zu erhalten. Beispielweise werden äußerst nicht
lineare Photolackmaterialien verwendet, in denen eine gewünschte photochemische
Reaktion auf der Grundlage eines gut definierten Schwellwerts in
Gang gesetzt wird, so dass schwach belichtete Berei che, die sich
im wesentlich nicht ändern,
wohingegen Bereiche mit überschrittenem
Schwellwert, eine deutliche Änderung
ihrer chemischen Stabilität
in Bezug auf einen nachfolgenden Entwicklungsprozess aufweisen.
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Die
Verwendung sehr nicht linearer Abbildungsprozesse kann die Fähigkeit
zur Verbesserung des Auflösungsvermögens in
verfügbaren
Lithographieanlagen und Lackmaterialien deutlich erweitern. Aufgrund
der komplexen Wechselwirkung zwischen dem Abbildungssystem, dem
Lackmaterial und dem entsprechenden Muster, das auf dem Retikel
vorgesehen ist, ist auch in sehr anspruchsvollen Abbildungstechniken,
die möglicherweise
optische Nachbarschaftskorrekturen (OPC) und dergleichen enthalten,
die konsistente Erzeugung latenter Bilder, d. h. von belichteten
Lackbereichen, die zuverlässig
entfernt oder beibehalten werden können, abhängig von der Art des verwendeten
Lacks, falls deutlich von den speziellen Eigenschaften der jeweiligen
abzubildenden Strukturelemente abhängig. Beispielsweise wurde
beobachtet, dass linienartige Strukturelemente mit einer speziellen
Entwurfsbreite und einer Entwurfslänge spezielle Belichtungsrezepte
für ansonsten
vordefinierte Bedingungen erfordern, etwa für eine spezifizierte Lithographieanlage
in Verbindung mit einem speziellen Retikel und einem Lackmaterial, um
die gewünschte
kritischen Bereitenabmessung zuverlässig zu erhalten, während die
Längenabmessung
weniger kritischer ist, mit Ausnahme entsprechender Endbereiche,
sogenannte Endkappen der jeweiligen Leitungen, die auch typischerweise
entsprechende Korrekturen erfordern. Folglich kann für andere
Strukturelemente mit kritischen Abmessungen in zwei lateralen Richtungen,
etwa im Wesentlichen quadratische Strukturelemente, die gleichen Belichtungsrezepte,
wie sie für
linienartige Strukturelemente verwendet werden, möglicherweise
ungeeignet sein, und es können
daher mühsam
zu findende Prozessparameter, beispielsweise im Hinblick auf die
Belichtungsdosis und die OPC und dergleichen erforderlich sein.
Des weiteren müssen
die entsprechenden Prozessparameter in derartigen höchst kritischen
Belichtungsprozessen so gesteuert werden, dass sie innerhalb sehr
eng gesetzter Prozeßtoleranzen
im Vergleich zu einem entsprechenden Belichtungsprozeß bleiben,
der auf Basis von linienartigen Strukturelementen ausgeführt werden,
was zu einer größeren Anzahl
an nicht akzeptablen Substraten beiträgt, insbesondere, wenn Halbleiterbauelemente mit
kleinsten Abmessungen betrachtet werden. Aufgrund der Natur des
Lithographieprozesses kann das entsprechende Prozeßergebnis
durch jeweilige Inspektionstechniken überwacht werden, um damit nicht
akzeptable Substrate zu erkennen, die dann für eine erneute Verarbeitung
markiert werden, d. h. für das
Entfernen der belichteten Lackschicht und das Vorbereiten der jeweiligen
Sub strate für
einen weitere Lithographiedurchlauf. Jedoch sind Lithographieprozesse
für komplexe
integrierte Schaltungen einer der wichtigsten Kostenfaktoren der
gesamten Prozeßsequenz,
wodurch eine sehr effiziente Lithographiestrategie erforderlich
ist, um die Anzahl der wieder zu bearbeitenden Substrate möglichst
gering zu halten. Folglich kann die Situation während der Herstellung modernster
integrierter Schaltungen zunehmend schwierig werden im Hinblick
auf den Gesamtdurchsatz.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1c wird eine
typische Prozeßsequenz
zur Herstellung von Kontaktdurchführungen oder Kontaktelementen
und leitungsartigen Strukturelementen beschrieben, um die im Fertigungsprozeß zur Herstellung
moderner Halbleiterbauelemente beteiligten Probleme deutlicher zu
erläutern.
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1a zeigt
schematisch eine Draufsich eines Halbleiterbauelements 100 in
einer Fertigungsphase nach einem entsprechenden Lithographieprozeß, der einen
entsprechenden Einwicklungsschritt beinhaltet. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst eine
Lackschicht 110, die über
einer entsprechenden Materialschicht ausgebildet ist, wie dies nachfolgen mit
Bezug zu 1b beschrieben ist. Die Lackschicht 110 besitzt
darauf ausgebildet entsprechende Lacköffnungen 110a mit
lateralen Abmessungen in einer Längsrichtung
L und einer Breitenrichtung W, die als 110L, 110W bezeichnet
sind. Die jeweiligen lateralen Abmessungen 110L, 110W sind ähnlich, wenn
beispielsweise ein quadratisches Strukturelement auf der Grundlage
der Lacköffnung 110a herzustellen
ist. Wie zuvor erläutert
ist, sind für äußerst anspruchsvolle
Anwendungen die entsprechenden lateralen Abmessungen 110L, 110W kritische
Abmessungen für
die betrachtete Bauteilschicht, d. h. diese lateralen Abmessungen
repräsentieren
die minimalen Abmessungen, die in der entsprechenden Bauteilebene
zu erzeugen sind. Die jeweiligen Lacköffnungen werden als Ätzmasken
zum Strukturieren der darunterliegenden Materialschicht verwendet,
um darin entsprechende Öffnung
zu bilden, die wiederum zur Herstellung geeigneter Strukturelemente,
etwa Kontaktelemente, Kontaktdurchführungen und dergleichen verwendet
werden, die eine Verbindung zu darunterliegenden oder darüberliegenden
Strukturelementen, etwa Metallgebieten, Metalleitungen und dergleichen,
herstellen. Es sei beispielsweise angenommen, dass eine Verbindung
zu einem entsprechenden Leitungsstrukturelement in einer nachfolgenden
Bauteilebene herzustellen ist, wobei angenommen wird, dass die entsprechenden
Leitungsstrukturelemente, die durch gestrichelte Linien 120a angegeben
sind, im Wesentlichen die gleiche kritische Abmessung in der Breitenrichtung
W aufweisen.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer Querschnittsansicht
entlang der Linie Ib-Ib aus 1a. Da
Halbleiterbauelement 100 enthält in dieser Fertigungsphase
ein Substrat 101, das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial
zu den jeweiligen Materialschichten (nicht gezeigt) repräsentiert,
die Bauteilstrukturelemente, etwa Transistoren, Kondensatoren und
dergleichen, aufweisen können.
Ferner ist eine dielektrische Schicht 102 aus einem geeigneten
dielektrischen Material, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Kombinationen
davon und dergleichen, wird im Substrat 101 ausgebildet
und enthält
eine entsprechende Öffnung 102a mit ähnlichen
lateralen Abmessungen wie die entsprechende Lacköffnung 110a. Ferner
ist eine weitere dielektrische Schicht 103, beispielsweise
eine ARC-Schicht und dergleichen, auf der dielektrischen Schicht 102 ausgebildet,
die bei den jeweiligen Belichtungsprozeß zum Strukturieren der Lackschicht 110 verwendet
wird. Die Schicht 103 ist aus einem beliebigen geeigneten
Material, etwa Siliziumoxinitrid, Siliziumnitrid und dergleichen,
gebildet.
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Das
in 1b gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann
auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach
dem Bereitstellen entsprechender Bauteilstrukturelemente in und über dem
Substrat 101 wird die dielektrische Schicht 102 auf
Basis gut etablierter Fertigungstechniken aufgebracht, die CVD-(chemische
Dampfabscheide-)Prozesse und dergleichen beinhalten. Zum Beispiel
sind aufwendige CVD-Techniken zur Herstellung von Siliziumnitrid,
Siliziumdioxid und dergleichen Stand der Technik gut etabliert,
um beispielsweise eine zuverlässige
Einkapselung entsprechender Bauteilstrukturelemente, etwa Transistoren
und dergleichen, zu ermöglichen.
Nach dem Abscheiden der Schicht 102 wird ein entsprechender
Einebnungsprozeß ausgeführt, falls
dies erforderlich ist, um die Oberflächentopographie vor dem Bilden
der Schicht 103 und der Lackschicht 110 zu verbessern.
In anderen Fällen wird
die entsprechende Oberflächentopographie
beibehalten und wird beim geeigneten Bilden der Lackschicht 110 berücksichtigt.
Die Lackschicht 110 wird für einen nachfolgenden Belichtungsprozeß auf der Grundlage
etablierter Behandlungen, etwa ein dem Belichten vorgeordneter Ausbackprozeß und dergleichen,
vorbereitet, um die Prozeßgleichmäßigkeit
zu verbessern. Danach wird die Lackschicht 110 auf Basis
einer entsprechenden Photomaske oder eines Retikels belichtet, die
entsprechende Maskenstrukturelemente aufweist, die möglicherweise
auf Basis geeigneter Korrekturtechnik erzeugt sind, um damit die
jeweilige Nichtlinearität
des entsprechenden Belichtungsprozesses zu berücksichtigen, wie dies auch
zuvor beschrieben ist. In anderen Fällen werden andere geeignete
Techniken, etwa Phasenschiebemasken und dergleichen, verwendet.
Während des
Belichtungsprozesses wird typischerweise ein gut definiertes Belichtungsfeld
mittels eines optischen Strahls beleuchtet, der durch das im Retikel enthaltenen
Muster moduliert ist, um damit das Retikelmuster in die Lackschicht 110 zum
Definieren eines entsprechenden latenten Bildes zu übertragen. D.
h. das latente Bild kann als ein entsprechender Bereich der Lackschicht 110 verstanden
werden, der einen deutlichen Anteil an Strahlungsenergie empfängt, um
damit das photochemische Verhalten des entsprechenden Lackmaterials
zu modifizieren. In dem vorliegenden Fall sei angenommen, dass ein Positivlack
verwendet wird, der bei Belichtung während eines nachfolgenden Entwicklungsschritts
löslich
wird. Folglich wird während
des entsprechenden Belichtungsprozesses das Substrat 101 geeignet ausgerichtet
und danach wird eine gewissen Belichtungsdosis in das jeweilige
betrachtete Belichtungsfeld übertragen,
um damit die entsprechenden latenten Bilder herzustellen, wobei
Maskenstrukturelemente und/oder die Abbildungstechniken so gewählt sind,
dass ein gewisser Schwellwert an Energie zum Erzeugen einer erforderlichen
photochemischen Modifizierung innerhalb spezifizierter Bereiche
gemäß den gewünschten
Entwurfsabmessungen der jeweiligen Strukturelemente erreicht wird.
D. h. in dem zuvor beschrieben Falle ist der Belichtungsprozeß in Verbindung
mit den jeweiligen Maskenstrukturelementen so gestaltet, dass ausreichend
Energie innerhalb eines Bereichs deponiert wird, der den Öffnungen 110a mit
den lateralen Abmessungen 110L, 110W entspricht,
um damit ein im Wesentlichen vollständiges Entfernen des belichteten
Lackmaterials während
des nachfolgenden Entwicklungsschritts zu erreichen. Aufgrund der
minimalen Abmessungen in beiden lateralen Richtungen müssen die
jeweiligen Prozessparameter des Belichtungsprozesses, etwa die Belichtungsdosis
und dergleichen, sowie der der Belichtung vorgeordneten und nachgeordnete
Prozesse innerhalb sehr eng gesetzter Prozeßgrenzen bleiben, um damit
die Lacköffnungen 110a zu
erhalten, da selbst einige nicht vollständig geöffnete Bereiche in der Lacköffnung 110a zu
entsprechenden Unregelmäßigkeiten
während
des nachfolgenden Ätzprozesses
zur Herstellung der Öffnung 102a in
der dielektrischen Schicht 102 führen können. Somit wird nach dem Entwickeln
der belichteten Lackschicht 110, d. h. nach dem Entfernen
belichteter Bereiche des Lackmaterials, eine Inspektion des Substrats 100 ausgeführt, um
Belichtungsfelder zu erkennen, die außerhalb der jeweiligen Spezifikationen
liegen. Aufgrund der sehr eng gewählten Prozeßgrenzen zur Herstellung der
kritischen Öffnungen 110a kann
eine entsprechend große
Anzahl an nicht akzeptablen Belichtungsfeldern auftreten, wovon
jedes auf der Grundlage einer individuell eingestellten Belichtungsdosis
belichtet wurde, insbesondere, wenn Bauelemente mit sehr geringen
Abmessungen betrachtet werden, in denen die jeweiligen lateralen
Abmessungen 110L, 110W ungefähr 100 nm oder weniger betragen.
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1c zeigt
schematisch das Bauelement 100 in einer Querschnittsansicht
gemäß dem Schnitt Ic-Ic
in 1a in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase.
Hier ist die Öffnung 102a mit
einem geeigneten Material gefüllt,
etwa einem Metall, und es ist eine weitere dielektrische Schicht 104 über der
Schicht 102 ausgebildet, die ein weiteres linienartiges
Strukturelement 104a aufweist. Ferner ist eine entsprechende
Lackschicht 120 möglicherweise
in Verbindung mit einer jeweiligen ARC-Schicht 113 über der dielektrischen
Schicht 104, die entsprechende grabenartige Öffnungen 120a mit
der lateralen Abmessung 110W enthält, ausgebildet. In diesem
Fall sei angenommen, dass die Breite der Lacköffnung 120a im Wesentlichen
den kritischen Abmessungen der Lacköffnungen 110a entspricht.
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Ein
entsprechender Prozeßablauf
zur Herstellung und Strukturierung der Schichten 104, 113 und 120 enthält im Wesentlichen
die gleichen Prozeßschritte,
wie sie mit Bezug zu 1b beschrieben sind. Wie jedoch
zuvor erläutert
ist, kommt während
der entsprechenden Lithographiesequenz, die der Belichtung vorgeordneten
und nachgeordneten Prozess enthält,
beobachtet, dass entsprechende Prozeßtoleranzen weniger kritisch
sind im Vergleich zu dem Belichtungsprozeß zur Herstellung der Öffnungen 110a,
wobei diesbezüglich
angenommen wird, dass dies aufgrund des Fehlens entsprechender Grenzbedingungen
in der lateralen Längsrichtung
L hervorgerufen wird. Beispielsweise wird die entsprechende Lacköffnung 120a mit
einer geringeren Belichtungsdosis im Vergleich zu der Öffnung 110a gebildet,
während
auch andere Prozessparameter weniger kritisch sein können, wodurch
ein breiteres Prozeßfenster
für den
entsprechenden Lithographieprozeß zur Herstellung der linienartigen Strukturelemente 120a geschaffen
wird.
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Da
entsprechende Lacköffnungen 110a für Kontaktelemente
und Kontaktdurchführungen
in diversen Fertigungsphasen herzustellen sind, tragen die sehr
eng gesetzten Prozeßtoleranzen,
die zu erfüllen
sind, somit deutlich zu einem insgesamt geringeren Durchsatz der
an sich sehr kostenintensiven Lithographie bei, was daher deutlich
zu den Gesamtproduktionskosten beiträgt. Des weiteren können entsprechende
Belichtungsprozesse lediglich in sehr modernen Lithographieanlagen
durchgeführt
werden, wodurch die Gesamtproduktionskosten noch weiter steigen.
Ferner kann die Herstellung von Kontaktelementen auf der Grundlage
von im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitten zu deutlichen Ausbeuteverlus ten aufgrund von durch
die Strukturierung hervorgerufenen Prozeßschwankung beitragen, wie
dies zuvor beschrieben ist, während
auch der Kontaktwiderstand, beispielsweise zur Verbindung der ersten
Metallisierungsschicht mit dem aktiven Halbleitergebieten, relativ
hoch ist.
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Angesicht
der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung
Halbleiterbauelemente und Techniken zur Herstellung kritischer Kontaktelemente,
wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder
zumindest in der Auswirkung verringert werden.
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Überblick über die Offenbarung
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Im
allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Prozeßtechniken
und Halbleiterbauelemente, in denen ein kritischer Belichtungsprozeß, beispielsweise
während
der Herstellung von Kontaktelementen, die eine Verbindung zu Kontaktbereichen
von Transistoren und dergleichen herstellen, durch zwei weniger
kritische Belichtungsprozesse unter Anwendung zweier aufeinanderfolgend
gebildeter Lackmasken ersetzt wird, die durch die zwei weniger kritischen
Belichtungsprozesse erzeugt werden, um damit in geeigneter Weise
eine Hartmaskenschicht zu strukturieren, die dann zum Übertragen der
tatsächlichen
Kontaktöffnung
in das tiefer liegende dielektrische Material verwendet wird. Dazu
weist jede der Lackmasken, die zum Strukturieren der Hartmaskenschicht
verwendet werden, zumindest eine laterale Abmessung auf, die mit
weniger einschränkenden
Rahmenbedingungen im Hinblick auf den Photolithographieprozeß erreicht
werden kann, wie dies zuvor beschrieben ist, wodurch zu einer insgesamt
besseren Prozeßflexibilität beigetragen
wird, da weniger kritische Lithographieanlagen eingesetzt werden
können
oder für
eine gegebene Lithographieanlage die Fehlerrate des gesamten Belichtungsprozesses
und der zugehörigen
Strukturierungssequenz verringert ist. Zum Beispiel kann die Maskenschicht in
einem ersten Schritt auf der Grundlage einer Lackmaske strukturiert
werden, die eine längliche
Form aufweist, wodurch die gesamten von der Belichtung abhängigen Rahmenbedingungen
vereinfacht werden, während
die gewünschte
laterale Abmessung entlang der Längsrichtung
der anfänglichen Öffnung in
der Hartmaskenschicht dann auf der Grundlage einer zweiten Lackmaske
festgelegt wird, die durch einen separaten Belichtungsschritt vorgesehen
wird, wobei auch zumindest eine oder beide unabhängigen lateralen Abmessungen
als ”nicht
kritische” Abmessungen
in Abhängigkeit
von der gewünschten Größe der endgültigen Kon taktöffnung festgelegt werden.
Folglich können
prozeßbezogene
Rahmenbedingungen im Hinblick auf die kritische Kontaktstrukturierungssequenz
deutlich vereinfacht werden, wobei auch die Möglichkeit geschaffen wird,
in geeigneter Weise die Größe der jeweiligen
Kontaktelemente zumindest in einer lateralen Abmessung gemäß den Bauteilerfordernissen
einzustellen, etwa im Hinblick auf das Verringern des gesamten Kontaktwiderstands.
In ähnlicher
Weise können
entsprechende ”Kontakte” oder Kontaktdurchführungen
in den Metallisierungsebenen moderner Halbleiterbauelemente hergestellt
werden, in denen ebenfalls mehr oder weniger kritische Belichtungs-
und Strukturierungsprozeßsequenzen
erforderlich sind.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer
ersten Lackmaske über einer
Hartmaskenschicht, die auf einer Materialschicht eines Halbleiterbauelements
gebildet ist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer ersten Öffnung in
der Hartmaskenschicht auf der Grundlage der ersten Lackmaske, wobei
die erste Öffnung
eine erste Abmessung entlang einer ersten lateralen Richtung und
eine zweite Abmessung entlang einer zweiten lateralen Richtung,
die sich von der ersten lateralen Richtung unterscheidet, aufweist
und wobei die erste Abmessung kleiner ist als die zweite Abmessung.
Des weiteren umfasst das Verfahren das Bilden einer zweiten Lackmaske über der
Hartmaskenschicht, wobei die zweite Lackmaske eine zweite Öffnung besitzt,
die einen Schnittbereich oder gemeinsamen Bereich mit der ersten Öffnung definiert. Schließlich umfasst
das Verfahren das Bilden einer Kontaktöffnung in der Materialschicht
auf der Grundlage des Schnittbereichs.
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Ein
weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das
Bilden einer Hartmaskenschicht über
einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial eines Halbleiterbauelements.
Ferner wird eine Öffnung
in der Hartmaskenschicht gebildet, indem eine erste Lackmaske verwendet
wird, wobei die Öffnung
einen rechteckigen Bereich aufweist. Das Verfahren umfasst ferner
das Bilden einer Maskenöffnung
in dem rechteckigen Bereich unter Anwendung einer zweiten Lackmaske,
wobei die Maskenöffnung sich
durch die Hartmaskenschicht erstreckt. Des weiteren umfasst das
Verfahren das Bilden einer Kontaktöffnung in dem dielektrischen
Zwischenschichtmaterial unter Anwendung der Maskenöffnung,
wobei die Kontaktöffnung
durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial erstreckt.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst mehrere
Schaltungselemente, die in und über
einer Halbleiterschicht ausgebildet sind. Des weiteren ist ein Kontaktgebiet
vorgesehen, das eine Verbindung zumindest zu einem der mehreren
Schaltungselemente herstellt, und ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial
umschließt
die mehreren Schaltungselemente. Ferner umfasst das Halbleiterbauelement
ein Kontaktelement, das sich durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial
erstreckt und eine Verbindung zu dem Kontaktgebiet herstellt, wobei
das Kontaktelement eine rechteckige längliche Grenzfläche mit
dem Kontaktbereich bildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1a schematisch
eine Draufsicht eines Halbleiterbauelements mit Lacköffnungen
mit kritischen Abmessungen in zwei lateralen Richtung zeigt, die
gemäß konventioneller
Belichtungsstrategien hergestellt sind;
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1b und 1c schematisch
Querschnittsansichten des in 1a gezeigten
Halbleiterbauelements zeigen;
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2a schematisch
eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements zeigt, in welchem ein
dielektrisches Zwischenschichtmaterial auf der Grundlage einer Hartmaske
und zweier weniger kritisches Lithographieschritte gemäß anschaulicher Ausführungsformen
zu strukturieren ist;
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2b schematisch
eine Draufsicht darstellt, in der Positionen entsprechender Kontakte
angegeben sind, die noch herzustellen sind;
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2c schematisch
das Halbleiterbauelement in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase
zeigt, in der Position und die Größe einer Kontaktöffnung auf
der Grundlage einer zweiten Lackmaske gemäß anschaulicher Ausführungsformen
definiert sind;
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2d schematisch
eine Draufsicht des Bauelements aus 2c zeigt,
wobei ein Schnittbereich zum Definieren der Größe und Position entsprechender
Kontaktelemente angegeben ist;
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2e und 2f schematisch
Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen zeigen, um die Kontaktöffnung auf der Grundlage einer
Hartmaskenschicht und der Lackmaske gemäße anschaulicher Ausführungsformen
zu bilden;
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2g schematisch
eine Draufsicht nach der Herstellung der Kontaktöffnungen zeigt, so dass diese
sich zu einem Kontaktbereich erstrecken;
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2h schematisch
das Halbleiterbauelement in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase
zeigt, in der Reste der Hartmaskenschicht gemäß anschaulicher Ausführungsformen
entfernt werden;
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2i und 2j schematisch
eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht des Halbleiterbauelements
in diversen Fertigungsphasen zeigen, wobei eine Hartmaskenschicht
mit zwei Teilschichten gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
strukturiert wird; und
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2k bis 2t schematisch
Querschnittsansichten bzw. Draufsichten einer Halbleiterbauelements
während
diverser Fertigungsphasen zeigen, wobei eine Kontaktöffnung auf
der Grundlage einer Hartmaske mit mehreren Teilschichten und unter
Anwendung zweier separat gebildeter Lackmasken gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
hergestellt wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen
beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung
sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollen die detaillierte
Beschreibung und die Zeichnungen die vorliegende Offenbarung auf
die speziellen offenbarten Ausführungsformen
einschränken,
sondern die beschriebenen Ausführungsformen
stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden
Offenbarung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
allgemeinen stellt die vorliegende Offenbarung Techniken und Halbleiterbauelemente
bereit, um die Strukturierung kritischer Kontaktelemente, beispielsweise
von Kontaktelementen, die eine Verbindung zu Kontaktbereichen von
Schaltungselementen, etwa von Transistoren oder Kontaktelemente
in Form von Kontaktdurchführungen,
die eine Verbindung zu einem tiefer liegenden Metallgebiet in dem
Metallisierungssystem moderner Halbleiterbauelemente herstellen,
zu verbessern. Typischerweise besitzen Kontakte und Kontaktdurchführungen
in ähnliche
Abmessungen in den jeweiligen lateralen Abmessungen gemäß konventioneller
Strategien, wodurch eine sehr präzise
Prozeßparametersteuerung
und aufwendige Belichtungsanlagen während des entsprechenden Prozesses
zur Herstellung der zugehörigen
Lackmaske erforderlich sind, wie dies zuvor erläutert ist. Um die jeweiligen
Anforderungen zu vereinfachen, d. h. um weniger einschränkende Prozeßfenster
für die
gesamte Prozeßsequenz
zu schaffen, wird vorteilhaft die Tatsache ausgenützt, das
kritische Abmessungen in einer speziellen lateralen Abmessung auf
Basis weniger kritischer Lithographieanforderungen erhalten werden
können,
solange die entsprechende dazu orthogonale laterale Abmessung deutlich
größer ist.
Folglich kann durch Verwenden zweier separat gebildeter Lackmasken
auf Basis weniger kritischer Maskenöffnungen ein entsprechender
Schnittbereich oder Kreuzungsbereich in der Hartmaskenschicht hergestellt
werden, der die gewünschten
Entwurfsabmessungen in beiden lateralen Richtungen besitzt, ohne
dass sehr komplexe und kritische Belichtungsprozeßtechniken
erforderlich sind. D. h. an dem entsprechenden Kreuzungsbereich,
der durch die zwei unabhängig
vorgesehenen Lackmasken in Verbindung mit der Hartmaske erzeugt
wird, werden die gewünschten
lateralen Abmessungen der zu bildenden Kontaktöffnung so definiert, wie dies
durch die Entwurfsregelung vorgegeben ist, ohne dass ein einzelner
jedoch sehr kritischer Lithograhieschritt auszuführen ist. Wenn etwa kritische
Abmessungen in beiden lateralen Richtungen erforderlich sind, wird
jede der entsprechenden Lackmasken dennoch auf der Grundlage weniger
kritischer Lithographieparameter erzeugt, während andererseits eine erhöhte Flexibilität im geeigneten
Anpassen zumindest einer lateralen Abmessung der schließlich erhaltenen
Kontaktöffnung
erreicht wird, wobei zumindest eine der Lackmasken auf der Grundlage
eines nicht kritischen Lithographieprozesses hergestellt werden
kann, da beide lateralen Abmessungen der entsprechenden Maskenöffnung so festgelegt
werden können,
dass sie deutlich unterhalb einer kritischen Hülse bleiben. Entsprechende Kontaktausfälle können damit
deutlich verringert werden und kann auch die Prozeßflexibilität erhöht werden,
beispielsweise im Hinblick auf die Möglichkeit, weniger aufwendige
Lithographieanlagen und dergleichen zu verwenden.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2t werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben, wobei auch bei Bedarf auf die 1a bis 1c verwiesen
wird.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit
einem Substrat 201 über
welchem einer Halbleiterschicht 220 gebildet ist. Das Substrat 201 kann
ein beliebiges geeignetes Trägermaterial
repräsentieren,
um darüber
die Halbleiterschicht zu bilden, die in Form einer siliziumbasierten
Schicht, einer Germaniumschicht oder in Form eines anderen geeigneten
Halbleitermaterials vorgesehen ist, das für die Herstellung entsprechender
Schaltungselemente 221 darin und darüber verwendbar ist. Die Schaltungselemente 221 repräsentieren
Transistoren, Kondensatoren und dergleichen, wie dies im Hinblick
auf die gesamte Schaltungskonfiguration des Bauelements 200 erforderlich
ist. In der gezeigten Ausführungsform
repräsentiert
das Schaltungselement 221 einen Feldeffekttransistor, wobei
zu beachten ist, dass auch andere Schaltungselemente, etwa Bipolartransistoren und
dergleichen, verwendet werden können,
wie dies für
das Bauelement 200 erforderlich ist. In anspruchsvollen
Anwendungen werden die Schaltungselemente 221 auf der Grundlage
kritischer Bauteilabmessungen hergestellt, etwa einer Länge 222l einer Gateelektrode 222,
die ungefähr
50 nm beträgt
oder weniger beträgt,
wobei dies von dem betrachteten Technologiestandard abhängt. Folglich
müssen
auch kritische Abmessungen in anderen Bauteilebenen, etwa einer
Kontaktstruktur 230 oder einer Metallisierungsebene (nicht
gezeigt) auf der Grundlage entsprechender Entwurfsabmessungen erzeugt
werden, die an die kritischen Abmessungen der Bauteilebene 220 angepaßt sind.
Die Schaltungselemente 221 können ferner entsprechende Kontaktbereiche 223 aufweisen,
die auf oder in der Halbleiterschicht 220 und/oder in der
Gateelektrode 222 hergestellt sind und die ein Metall enthaltendes
Material, etwa ein Metallsilizid oder dergleichen, aufweisen können. Aufgrund
der reduzierten Strukturgrößen in der
Bauteilebene 220 sind auch entsprechende laterale Abmessungen
der Kontaktbereiche 223 reduziert, wodurch sehr aufwendige
und sehr kritische Strukturierungsschemata zur Herstellung entsprechender
Kontaktelemente in der Kontaktebene 230 erforderlich sind.
In der gezeigten Ausführungsform
umfasst die Kontaktebene 230 ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial 232,
etwa in Form von Siliziumdioxid und dergleichen, möglicherweise
in Verbindung mit einem Ätzstoppmaterial 231,
etwa Siliziumnitrid und dergleichen, oder einem anderem geeigneten Ätzstoppmaterial.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Materialzusammensetzung
der dielektrischen Komponenten der Kontaktebene 230 in
einer beliebigen geeigneten Weise festgelegt werden kann, um damit
den Bauprozeßerfordernissen
für das
Bauelement 200 Rechnung zu tragen. Beispielsweise wird
häufig
die Kontaktätzstoppschicht 231 als ein
stark verspanntes dielektrisches Material vorgesehen, um das Leistungsverhalten
von Feldeffekttransistoren aufgrund einer entsprechenden Verformung,
die in der Halbleiterschicht 220 unter Gateelektrode 222 hervorgerufen
wird, zu verbessern. Andererseits kann die Materialzusammensetzung
des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 232 so festgelegt
werden, dass die gewünschten
chemischen und mechanischen Eigenschaften zur Beibehaltung der Integrität des Schaltungselements 221 erreicht werden,
und dass eine geeignete Plattform für die Herstellung weiterer
Metallisierungsschichten über der
Kontaktebene 230 geschaffen wird. In der gezeigten Ausführungsform
umfasst die Kontaktebene 230 des weiteren ein Hartmaskenmaterial 233,
beispielsweise in Form von Siliziumnitrid, wenn gut etablierte dielektrische
Materialien im dem Halbleiterprozeß im Hinblick auf das Bereitstellen
eines hohen Maßes
an Kompatibilität
mit konventionellen Prozeßtechniken
verwendet werden. In anderen Fällen
wird ein anderes Material eingesetzt, das eine gewünschte hohe Ätzselektivität in Bezug
auf zumindest das dielektrische Zwischenschichtmaterial 232 liefert.
Beispielsweise können
zum diesem Zweck Siliziumcarbid, Siliziumoxinitrid, gewisse dielektrische
Materialien mit großem ε, beispielsweise
Hafnumoxid und dergleichen, verwendet werden. Es sollte beachtet werden,
dass häufig
in modernen Halbleiterbauelementen dielektrische Materialien mit
großem ε zunehmend
eingesetzt werden, um das gesamte Leistungsverhalten entsprechender
Transistorelemente zu verbessern. Einige dieser dielektrischen Materialien
mit großem ε weisen auch
eine hohe Ätzselektivität in Bezug
auf eine Vielzahl gut etablierter Materialien, die in dem Halbleiterherstellungsprozeß verwendet
werden, auf und können
somit effizient als ein Hartmaskenmaterial verwendet werden. Des
weiteren ist eine Lackmaske 210 über der Hartmaskenschicht 233 gebildet
und weist entsprechende Öffnungen 210a auf,
die laterale Abmessungen zumindest in einer lateralen Richtung aufweisen,
die als nicht kritische Abmessungen zu verstehen sind. D. h. in
einigen anschaulichen Ausführungsformen
ist eine Breite 210w der Öffnungen 210a so festgelegt,
dass sie größer ist
als eine entsprechende laterale Abmessung einer Kontaktöffnung,
die in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 232 herzustellen
ist. In ähnlicher
Weise wird eine Längsrichtung
(in 2a nicht gezeigt, so ausgewählt, dass diese einer kritischen Abmessung
entspricht oder sie wird so ausgewählt, dass sie größer als
eine entsprechende kritische Abmessung ist, d. h. eine laterale
Abmessung von Kontaktelementen, die durch die entsprechenden Entwurfsregeln
festgelegt ist. In der in 2a gezeigten Ausführungsform
sei angenommen, dass die Breite 210w im Wesentlichen der
Entwurfsbreite eines entsprechenden in der Kontaktebene 230 herzustellenden
Kontaktelements entspricht, während
eine entsprechende Längenabmessung
deutlich größer ist als
die Abmessung 210w.
-
2b zeigt
schematisch eine Draufsicht des Halbleiterbauelements 200,
in der ein anschauliches Beispiel für eine Konfiguration der Öffnungen 210a gezeigt
ist. In diesem Beispiel besitzen die Öffnungen 210a eine
Längsabmessung 210l,
die deutlich größer ist
als die entsprechende Breite 210w, die festgelegt ist,
um den gesamten lateralen Abmessungen der Schaltungselemente 221 zu
entsprechen, so dass entsprechende Kontaktelemente mit einem erforderlichen
lateralen Abstand zueinander positioniert werden. Beispielsweise
entsprechen jeweilige Positionen 234a, 234b den
Positionen und der lateralen Größe von Kontaktelementen,
die noch herzustellen sind, so dass diese eine Verbindung zu den Kontaktbereichen 233a und 233b herstellen.
Somit werden die Größe und die
Position der Kontakte 234a, 234b durch die Position
und die Breite 210w der Öffnungen 210a festgelegt,
während
jedoch in der Längsrichtung 210l eine
entsprechende Einschränkung
der Positionen und Größen der
Kontaktelemente 234a, 234b auf der Grundlage einer
weiteren Lackmaske erreicht wird, die in einer späteren Fertigungsphase
vorgesehen wird.
-
Das
in den 2a und 2b gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann
auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach dem
Bilden der jeweiligen Schaltungselemente 221 unter Anwendung
gut etablierter Prozesstechniken wird die Kontaktebene 230 gebildet.
Zu diesem Zweck werden die Materialien 231 und 232 gemäß gut etablierter
Prozesstechniken bereitgestellt, d. h. durch plasmaunterstützte Abscheideprozesse
oder thermisch aktivierte Abscheidetechniken, woran sich ein entsprechender
Einebnungsschritt zum Einebnen der resultierenden Oberflächentopographie
anschließt.
Danach wird die Hartmaskenschicht 233 etwa durch plasmaunterstützte CVD
(chemische Dampfabscheidung), thermisch aktivierte CVD, Aufschleudertechniken,
physikalische Dampfabscheidung und dergleichen abhängig von
den Eigenschaften des Hartmaskenmaterials 233 aufgebracht.
Daraufhin wird die Lackmaske 210 unter Anwendung einer
geeigneten Lithographiemaske hergestellt, um damit das Lackmaterial
so zu belichten, das latente Bilder entsprechend den Öffnungen 210a erhalten werden.
Wie zuvor erläutert
ist, kann ein entsprechender Belichtungsprozess auf Grundlage weniger kritische
Prozessbedingungen durchgeführt
werden, da zumindest eine der lateralen Abmessungen 210w, 210l deutlich
größer ist
im Vergleich zu einer entsprechenden kritischen Entwurfsabmessung.
Es sollte beachten werden, dass bei Bedarf die Schicht 233 oder
ein Teil davon als ein ARC(antireflektierendes Beschichtungs-)Material
dienen kann.
-
Nach
dem Bilden der Lackmaske 210 wird ein selektiver Ätzprozess
ausgeführt,
in welchem die entsprechenden Öffnung 210a in
das Maskenmaterial 233 übertragen
werden, so dass diese sich im Wesentlichen vollständig durch
die Maskenschicht 233 erstrecken, während in anderen Ausführungsformen die
jeweiligen Öffnungen
in das Maskenmaterial 233 erstrecken, ohne dieses vollständig zu
durchstoßen, wie
dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Entsprechende anisotrope
plasmaunterstützte Ätztechniken
sind für
eine Vielzahl von Materialien gut etabliert und entsprechende Rezepte
können
zum Strukturieren des Hartmaskenmaterials 233 eingesetzt
werden. Beispielswiese sind eine Vielzahl von Prozessrezepten zum Ätzen von
Siliziumnitrid in Anwesenheit eines Lackmaterials verfügbar, wobei auch
eine Ätzselektivität in Bezug
auf das dielektrische Zwischenschichtmaterial 232 erreicht
wird. Somit kann in einem entsprechenden Ätzprozess das Material 232 als
ein effizientes Ätzstoppmaterial
dienen.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, sind Öffnungen 233a in dem
Hartmaskenmaterial 233 so vorgesehen, dass diese sich zu
dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 232 erstrecken,
wobei die jeweiligen lateralen Abmessungen im Wesentlichen den Abmessungen 210w, 210l (siehe 2b)
entsprechen. Ferner ist eine zweite Lackmaske 211 über der
Hartmaskenschicht 233 gebildet und weist eine entsprechende Öffnung 211a mit
geeigneten lateralen Abmessungen auf, um damit in Verbindung mit
der Hartmaske 233 einen Schnittbereich bzw. Kreuzungsbereich 234 zu
definieren, der laterale Abmessungen besitzt, die im Wesentlichen
den lateralen Abmessungen eines zu bildenden Kontaktelements entsprechen,
das eine Verbindung zu dem Kontaktbereich 223a herstellt.
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2d zeigt
schematisch eine Draufsicht des Halbleiterbauelements 200 aus 2c.
Der Einfachheit halber sind die Öffnungen 211a,
die durch die Lackmaske 211 definiert sind als gestrichelte
Linien dargestellt und der entsprechende Schnittbereich 234,
der durch die zuvor gebildeten Öffnungen 233a und
die Öffnungen 211a definiert
ist, ist als gestrichelter Bereich dargestellt. Wie aus 2d hervorgeht, können entsprechende
laterale Abmessungen der Öffnungen 211a so
festgelegt werden, dass eine Längenabmessung 234l des
Schnittbereichs 234 gemäß den Entwurfserfordernissen
für die
entsprechenden Kontaktelemente eingestellt wird. Wenn etwa ein geringerer
Gesamtkontaktwiderstand gewünscht
ist, wird die Längenabmessung 234l moderat
groß gewählt, wie
dies mit dem gesamten Bauteilaufbau verträglich ist, während in
anderen Fällen
die Abmessung 234 im Wesentlichen einer kritischen Abmessung
entspricht, wenn eine nahe zu quadratische Konfiguration der entsprechenden
Kontaktelemente gewünscht
ist. Andererseits ist die Breitenabmessung des Schnittbereichs 234 durch
die Breite 210w festgelegt, während jedoch die Öffnung 211a deutlich über die Öffnung 233a hinausragt,
wodurch ebenfalls moderat entspannte Prozessbedingungen während eines
entsprechenden Lithographieprozesses zur Herstellung der Lackmaske 211 geschaffen
werden. Es sollte beachtet werden, dass in den zuvor beschriebenen
Ausführungsformen
die Öffnung 211a in Form
der Lackmaske 211 vorgesehen ist, während die Öffnungen 233a in der
Maskenschicht 233 in der vorhergehenden Fertigungssequenz
hergestellt werden. In anderen Fällen
können
die Öffnungen 233a so
gebildet werden, dass sie den Öffnungen 211a entsprechen,
während
die Lackmaske 211 so gebildet wird, das die entsprechenden
darin ausgebildeten Öffnungen
den lateralen Abmessungen der Öffnungen 233a entsprechen,
wie dies in 2d gezeigt ist. In jedem Falle
werden die jeweiligen Lithographieprozesse zum Definieren der Öffnungen 233a und 211a auf
der Grundlage weniger einschränkender
Lithographieparameter im Vergleich zu einer Prozesssequenz ausgeführt, in
denen beide laterale Abmessungen eines entsprechenden Kontaktelements auf
Grundlage eines einzelnen Lithographieschritts zu definieren sind.
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Weder
verweisend auf 2c ist zu beachten, dass die
Lackmaske 211 in einigen anschaulichen Ausführungsformen
auf der Grundlage eines zusätzlichen
Einebnungsmaterials (nicht gezeigt) gebildet werden kann, das so
vorgesehen wird, dass eine eingeebnete Oberflächentopographie erreicht wird,
wodurch die Öffnungen 233a,
die zuvor in der Maskenschicht 233 hergestellt werden,
aufgefüllt werden.
Z. B. wird ein geeignetes Polymermaterial durch Aufschleuderverfahren
aufgebracht und wird als ein Einebnungsmaterial und möglicherweise
bei Bedarf als ein ARC-Material verwendet. Danach wird das Lackmaterial
vorgesehen und auf der Grundlage eines entsprechenden Lithographieprozesses
strukturiert, wie dies zuvor beschrieben ist. Bei Bedarf wird das
entsprechende Einebnungsmaterial von innerhalb der Öffnung 211a entfernt,
etwa auf der Grundlage eines speziell gestalteten Ätzprozesses,
während
in anderen Fallen das entsprechende Material während eines Ätzprozesses 213 entfernt
wird, der so gestaltet ist, dass das dielektrische Zwischenschichtmaterial 232 geätzt wird,
wobei anfänglich
das entsprechende Einebnungsmaterial abgetragen wird. Der Ätzprozess 213 kann
auf der Grundlage gut etablierter anisotroper Ätztechniken ausgeführt werden, wenn
beispielsweise Siliziumdioxid als das dielektrische Zwischenschichtmaterial 232 in
Verbindung mit Siliziumnitridmaterial für die Maskenschicht 233 verwendet
wird. Wie zuvor erläutert
ist, können
auch andere Materialien verwendet werden, solange eine ausgeprägte Ätzselektivität zwischen
dem Material 233 und dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 232 erreicht
wird. In der in 2c gezeigten anschaulichen Ausführungsform
wird die Lackmaske 211 möglicherweise in Verbindung
mit einem entsprechenden Einebnungsmaterial vorgesehen, um eine
zuverlässige
Bedeckung von Bereichen der Öffnungen 233a außerhalb
der Öffnung 211a zu
erreichen.
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2e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine Kontaktöffnung 235 in
dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 232 gebildet ist,
wobei diese laterale Abmessungen aufweist, wie sie durch den Schnittbereich 234 (siehe 2d)
definiert sind. Abhängig
von dem angewendeten Ätzrezept
kann auch ein deutlicher Teil der Lackmaske 211 während des
vorhergehenden Ätzprozesses
aufgebracht worden sein, während
in anderen Fällen,
wie dies zuvor erläutert
ist, ein entsprechendes Einebnungsmaterial, wie dies durch 212 angedeutet
ist, optional für
zusätzliche Ätzstoppeigenschaften
sorgt. In weiteren Fällen
weist die äußerste Schicht 233 zwei oder
mehr Teilschichten auf, wie dies nachfolgend detaillierter erläutert ist,
wenn ein entsprechendes Lackmaterial möglicherweise in Verbindung
mit dem Füllmaterial 212 nicht
für die
erforderlichen Ätzstoppeigenschaften
sorgen kann.
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2f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn es der Einwirkung
einer weiteren Ätzumgebung 214 ausgesetzt
ist, die gestaltet ist, Material der Ätzstoppschicht 231 selektiv
zu dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 232 abzutragen.
Beispielsweise sind gut etablierte und sehr selektive anisotrope Ätztechniken
verfügbar,
um Siliziumnitridmaterial selektiv zu Siliziumdioxidmaterial zu ätzen. In
der gezeigten Ausführungsform
sei angenommen, dass das Hartmaskenmaterial 233 ebenfalls
aus Siliziumnitrid aufgebaut ist, das somit ebenfalls zumindest
innerhalb der Öffnung 211 (siehe 2e)
entfernt werden kann und das auch in anderen Bereichen entfernt
wird, wenn schließlich
die Lackmaske 211 (siehe 2e) schließlich vollständig aufgebracht
ist. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird vor dem Ausführen des Ätzprozesses 214 die
verbleibende Lackmaske 211 mittels eines geeigneten Lackentfernungsprozesses
entfernt und die freigelegte Maskenschicht 233 wird zusammen
mit der Ätzstoppschicht 231 geätzt, wobei eine
Dicke der Maskenschicht 233 geeignet so eingestellt ist,
dass sie während
des Ätzprozesses 214 im Wesentlichen
vollständig
abgetragen wird.
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2g zeigt
schematisch eine Draufsicht des Bauelements aus 2f.
Wie gezeigt, sind die Kontaktbereiche 223a, 223b durch
die entsprechenden Kontaktöffnungen 235 freigelegt,
die laterale Abmessungen aufweisen, die im Wesentlichen den Abmessungen
des Schnittbereichs 234 (siehe 2d) entsprechen.
Ferner sei in 2g angenommen, dass Bereiche
der anfänglichen
Hartmaskenschicht 233 noch außerhalb eines Bereichs vorhanden
sind, der der Öffnung 211a (siehe 2e)
entspricht und auch außerhalb
der Öffnungen 233a (siehe 2d) vorhanden
sind. In anderen Fällen
kann, wie zuvor erläutert
ist, die Schicht 233 im Wesentlichen vollständig während des Ätzprozesses 214 abgetragen werden.
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2h zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement in einer weiter fortgeschrittenen
Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist die Kontaktöffnung 235 mit einem
metallenthaltenden Material 236, etwa Wolfram, Kupfer,
Aluminium und dergleichen, möglicherweise in
Verbindung mit einem entsprechenden Barrierenmaterial 237,
etwa Titannitrid, Titan, Tantal, Tantalnitrid und dergleichen abhängig von
den gesamten Bauteilerfordernissen gefüllt. Die Materialien 237, 236 können auf
der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken abgeschieden werden,
etwa CVD, Sputter-Abscheidung, stromlose Abscheidung, Elektroplattieren
und dergleichen, wobei dies von den verwendeten Materialien abhängt. Des
weiteren unterliegt das Halbleiterbauelement 200 einem
Abtragungsprozess 215, beispielsweise in Form eines CMP-Prozesses
(chemisch-mechanisches Polieren), um überschüssiges Material der Schichten 237, 236 zu
entfernen, während
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
auch Reste der Hartmaskenschicht 233 während des Prozesses 215 abgetragen
werden.
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2i zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements 200 nach
dem Abtragungsprozess 215 aus 2h. Wie
gezeigt, ist ein Kontaktelement 238 gebildet, das eine
Grenzfläche 238s mit
dem Kontaktbereich 223a bildet, dessen laterale Abmessung
auf der Grundlage weniger kritischer Lithographieprozesse definiert
ist, um den Schnittbereich 234 (siehe 2d)
zu erzeugen.
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2j zeigt
schematisch eine Draufsicht der Grenzfläche 238s, die eine
im Wesentliche rechteckige Konfiguration mit einer Breite 283w und
einer Länge 238l besitzt,
wobei dies durch die entsprechenden lateralen Abmessungen des Schnittsbereichs 234 und
die entsprechenden Ätzparameter
des Prozesses 214 (siehe 2f) festgelegt
ist, da eine entsprechende Neigung entsprechender Seitenwände der Kontaktöffnung 235 (siehe 2f)
erhalten werden kann. Wie zuvor erläutert ist, kann zumindest der
lateralen Abmessungen 238w, 238l mit besserer
Flexibilität
variiert werden, um damit die gesamten Eigenschaften des Kontaktelements 238 den
Bauteilerfordernissen anzupassen. Wenn etwa die laterale Abmessung 238w im
Wesentlichen durch die Entwurfsregeln festgelegt ist, etwa im Hinblick
auf dichtliegende benachbarte Schaltungselemente und dergleichen,
wird die Länge 238l ausreichend
groß gewählt, um
damit den gesamten Kontaktwiderstand des Kotaktelements 238 zu
verringern. in diesem Falle können
gut etablierte „konventionelle” metallenthaltende Materialien,
etwa Wolfram, auf Grundlage weniger kritischer Lithographietechniken
eingesetzt werden, selbst für
Halbleiterbauelemente mit kleinsten Abmessungen, da eine höhere Gesamtfläche der Grenzfläche 238s eine
geringere Leitfähigkeit
des Wolframmaterials im Vergleich zu gut leitenden Metallen, etwa
Kupfer und dergleichen, kompensiert, wobei dennoch kritische Abmessungen
in der Breitenrichtung eingehalten werden.
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2k zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen,
in denen die Hartmaskenschicht 233 zumindest zwei unterschiedliche
Teilschichten 233a, 233b aufweist. Wie somit zuvor
erläutert
ist wird, wenn eine Lackmaske im Hinblick auf den Ätzwiderstand
für eine Ätzumgebung
zum Ätzen
durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial 232 als
ungeeignet erachtet wird, die Öffnung 233a,
die durch gestrichelte Linien angegeben ist, in der oberen Teilschicht 233c gebildet,
was auf der Grundlage einer entsprechenden Lackmaske, etwa der Maske 210 (siehe 2a)
erreicht werden kann. Während
des entsprechenden Strukturierungsprozesses dient die Schicht 233b als
eine Ätzstoppschicht.
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2l zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen
Fertigungsphase, in der die Ätzmaske 211 die Öffnung 211a definiert,
die dann zur Vertiefung der Öffnung 233a verwendet
wird, so dass diese sich durch die Schicht 233b erstreckt.
Während
des entsprechenden Strukturierungsprozesses dient die Schicht 233c als
eine Maske in Verbindung mit der Lackmaske 211, was beispielsweise
durch Vorsehen des Materials 233c in Form eines Siliziumdioxidmaterials
und des Materials 233b als ein Siliziumnitridmaterial bewerkstelligt
werden kann Wenn somit die Öffnungen 233a gebildet werden,
können
gut etablierte Ätztechniken
eingesetzt werden, um Siliziumdioxid selektiv zu Siliziumnitrid
zu ätzen,
und anschließend
wird ein weiterer selektiver Ätzprozess
angewendet, um selektiv Siliziumnitrid in Bezug auf Siliziumdioxidmaterial
zu ätzen, wodurch
die Öffnung 233a so
erhalten wird, dass diese sich innerhalb der Öffnung 211a durch
die Schicht 233b erstreckt. Anschließend wird die Lackmaske 211 entfernt
und die weitere Bearbeitung kann fortgesetzt werden, wie dies zuvor
erläutert
ist, wobei die Schicht 233b effizient als Maskenmaterial
verwendet wird, während
die Schicht 233c während
des entsprechenden Prozesses zum Ätzen durch das dielektrische
Zwischenschichtmaterial 232 verbraucht wird. D. h., während des Ätzens des
Materials 232, das aus Siliziumdioxid aufgebaut sein kann,
wird auch das Material der Schicht 233c abgetragen. Somit kann
auch in diesem Falle ein effizientes Strukturierungsschema auf der
Grundlage weniger kritischer Lithographieschritte erhalten werden,
während
eine ausgeprägte Ätzwiderstandsfähigkeit
der Lackmaske 211 nicht erforderlich ist.
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Mit
Bezug zu den 2m bis 2t werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben,
in denen die Hartmaskenschicht mehr als zwei Teilschichten aufweist.
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2m zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200, wobei die Hartmaskenschicht 233 die
erste Teilschicht 233b, die zweite Teilschicht 233c und
eine dritte Teilschicht 233d aufweist. Beispielsweise sind
die Teilschichten 233b, 233d aus Siliziumnitrid
aufgebaut, während
die Schicht 233c aus Siliziumdioxid gebildet ist. Es sollte
jedoch beachtet werden, dass auch andere Materialien verwendet werden
können,
solange die gewünschte Ätzselektivität der Schicht 233d in
Bezug auf die Schicht 233c und die Schicht 232 erreicht
wird.
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2n zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn die Lackmaske 210 in
den Öffnungen 210a gebildet
ist, wie dies auch zuvor erläutert
ist, um die Öffnungen 210a in
die Schicht 233d auf der Grundlage eines entsprechenden
selektiven Ätzprozesses 217 zu übertragen.
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2o zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Ätzprozess 217 und
dem Abtragen der Lackmaske 210 (siehe 2n).
Somit sind die Öffnungen 233a in
der Schicht 233c gemäß den Entwurfserfordernissen
hergestellt, wie dies zuvor erläutert
ist.
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2p zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200, wobei die Lackmaske 211 so
gebildet ist, dass diese entsprechende Öffnungen 211a besitzt,
wodurch der Schnittbereich 234 definiert wird.
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2q zeigt
schematisch eine Draufsicht des Halbleiterbauelements 200 aus 2p.
Wie dargestellt legen die Öffnungen 233a die
Schicht 233c frei, während
die verbleibenden Bereiche des Bauelements 200 durch die
Schicht 233d bedeckt sind. Des weiteren definieren die Öffnungen 211a,
die durch gestrichelte Linien angegeben sind, in Kombination mit
den Öffnungen 233a den
Schnittbereich 234.
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2r zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der die Öffnungen 233a, die
dem Schnittbereich entsprechen, sich durch die gesamte Hartmaskenschicht 233 erstrecken,
während
die Öffnungen 233a außerhalb
des Schnittbereichs 234 lediglich in der Schicht 233d gebildet
sind. Dies kann erreicht werden, indem ein geeigneter Ätzprozess auf
der Grundlage der Maske 211 (siehe 2p) ausgeführt wird,
in welchem durch die Schicht 233c und durch die Schicht 233b geätzt wird,
was auf Basis zweier unterschiedlicher Ätzchemien oder auf der Basis
einer einzelnen Ätzchemie
bewerkstelligt werden kann, die beide Materialien der Schichten 233c und 233b mit
einer moderat hohen Ätzrate ätzen kann.
Wenn beispielsweise die Schicht 233c aus Siliziumdioxid
aufgebaut ist und die Schicht 233b aus Siliziumnitrid hergestellt
ist, sind entsprechende selektive Ätzrezepte verfügbar und
können
für eine
entsprechende Ätzsequenz
eingesetzt werden. In anderen Fällen
wird ein Ätzrezept
ohne ausgeprägte
Selektivität
in Bezug auf diese Materialien verwendet, wobei auch ein gewisses
Maß an
Materialabtrag in der Schicht 232 auftreten kann.
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2s zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn es dem Ätzprozess 213 unterliegt,
der so gestaltet ist, dass durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial 232 ge ätzt wird.
Während des
Prozesses 213 sorgt zumindest die Schicht 233b für die Unversehrtheit
des Materials 232 innerhalb der Öffnungen 233a, das
nicht dem Schnittbereich 234 entspricht. In anderen Fällen sorgt
die Schicht 233d für
die gewünschten Ätzstoppeigenschaften, während in
dem Schrittbereich 234 die Kontaktöffnung 235 so gebildet
wird, dass diese sich durch die Ätzstoppschicht 231,
die über
dem Kontaktbereich 223a gebildet ist, erstreckt.
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2t zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn es dem Ätzprozess 214 unterliegt,
der so gestaltet ist, dass durch die Kontaktätzstoppschicht 231 geätzt wird.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
liefert die Schicht 333b auch Ätzstoppeigenschaften während des
Prozesses 214, beispielsweise wenn diese aus einem Material aufgebaut
ist, das einen höheren Ätzwiderstand
in Bezug auf eine nitridätzende
Umgebung des Prozesses 214 besitzt. Wie beispielsweise
zuvor erläutert ist,
werden dielektrische Materialien mit großem ε zunehmend während der Halbleiterbearbeitung
eingesetzt, und ein entsprechendes Material kann vorteilhaft für die Schicht 233b verwendet
werden, wodurch eine ausgeprägte Ätzselektivität in Bezug
zu beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen
geschaffen wird. In anderen Fällen
wird die Schicht 233b in Form eines Siliziumkarbidmaterials vorgesehen,
das ebenfalls eine deutlich geringere Ätzrate in Bezug auf eine Ätzchemie
aufweist, die zum Ätzen
durch die Ätzstoppschicht 231 gestaltet ist.
In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen weist die Ätzchemie 214 ein
hohes Maß an Ätzselektivität in Bezug
auf Siliziumdioxid auf und somit ein Abtragen der Schicht 233b nicht
als unvorteilhaft erachtet, da der Prozess an dem dielektrischen
Zwischenschichtmaterial 232 anhält. Andererseits kann die Schicht 233c für Ätzstoppeigenschaften
außerhalb
der Öffnungen 233a sorgen,
wodurch eine verbesserte Integrität des Materials 232 gewährleistet ist.
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Danach
wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem beispielsweise ein
metallenthaltendes Material eingefüllt und überschüssiges Material davon durch
CMP entfernt wird, wobei auch die Schichten 233c, 233b abgetragen
werden.
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Es
gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Halbleiterbauelemente
und Techniken zur Herstellung dieser Bauelemente bereit, wobei Kontaktelemente
auf der Grundlage zweier unabhängiger Lackmasken
hergestellt werden, deren Maskenöffnungen
mit zumindest einer nicht-kritischen lateralen Abmessung gebildet
werden, wodurch bessere Bedingungen für die jeweiligen Photolithographieprozesse
geschaffen werden. Beispielsweise wird eine Lackmaske zuerst hergestellt,
die eine Maskenöffnung
auf der Grundlage zweier nich-kritischer
lateraler Abmessungen aufweist, woran sich eine entsprechende Strukturierungssequenz
anschließt,
nach der eine weitere Lackmaske hergestellt wird, wobei zumindest
eine laterale Abmessung eine kritische Abmessung besitzt, wohingegen
die andere laterale Abmessung als nicht-kritisch festgelegt wird
und wobei ein gemeinsam definierter Schnittbereich zu den gewünschten
gesamten Entwurfsabmessungen des betrachteten Kontaktelements führt. In
anderen Fällen besitzt,
wie zuvor beschrieben ist, die erste Lackmaske eine kritische Abmessung,
während
die zweite Lackmaske mit einer oder keiner kritischen lateralen Abmessung
vorgesehen wird, wobei dies von den gesamten Bauteilerfordernissen
abhängt.
Die Strukturierung des Hartmaskenmaterials kann auf der Grundlage
eines zusätzlichen
Einebnungsmaterials, etwa eines Polymermaterials bewerkstelligt
werden, wenn verbesserte Oberflächenbedingungen
während
der lithographischen Strukturierung in der zweiten Lackmaske erforderlich
sind. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird zusätzlich zu dem
Vorsehen eines entsprechenden Einebnungsmaterials das Hartmaskenmaterial
in Form zweier oder mehrerer Teilschichten hergestellt, wobei zumindest
zwei davon eine unterschiedliche Materialzusammensetzung aufweisen,
um damit die gesamte Strukturierungssequenz zu verbessern, wenn
beispielsweise ein Lackmaterial nicht für ausreichend Ätzwiderstandsfähigkeit
sorgt, um den Ätzangriff während eines
anisotropen Ätzprozesses
zum Strukturieren des dielektrischen Zwischenschichtmaterials zu
widerstehen. Es sollte beachtet werden, dass obwohl Ausführungsformen,
die zuvor beschrieben sind, sich auf Kontaktelemente beziehen, die
eine Verbindung zu einem Schaltungselement, etwa einem Transistor,
herstellen, in anderen Fallen beliebige kritische Kontaktelemente,
etwa Kontaktdurchführungen,
die zu anderen Metallisierungsebenen eine Verbindung herstellen,
ebenfalls auf der Grundlage der zuvor offenbarten Prinzipien gebildet
werden können.
-
Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich zu sehen und dient dem Zwecke,
dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der
hierin offenbarten Prinzipien zu vermitteln. Selbstverständlich sind
die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen zu
betrachten.