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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Mikrostrukturbauelemente,
etwa integrierte Schaltungen und betrifft insbesondere Metallisierungsschichten
mit gut leitenden Metallen, etwa Kupfer, die in einem dieelektrischen
Material mit geringerer Permittivität eingebettet sind.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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In
modernen integrierten Schaltungen haben 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 und/oder die Funktionsvielfalt
verbessert wurde. Wenn die Größe der einzelnen
Schaltungselemente deutlich verringert wird, wodurch beispielsweise
die Schaltgeschwindigkeit der Transistorelemente erhöht wird,
wird auch die verfügbare
Fläche
für Verbindungsleitungen,
die die einzelnen Schaltungselemente elektrisch miteinander verbinden,
ebenfalls verringert. Folglich müssen
auch die Abmessungen dieser Verbindungsleitungen und die Abstände zwischen
den Metallleitungen verringert werden, um dem geringeren Anteil
an verfügbarer
Fläche
und einer größeren Anzahl
an Schaltungselementen pro Einheitsfläche Rechnung zu tragen.
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In
integrierten Schaltungen mit minimalen Abmessungen von ungefähr 0,35 μm und weniger
ist ein begrenzender Faktor des Leistungsverhaltens die Signalausbreitungsverzögerung,
die durch die Schaltgeschwindigkeit der Transistorelemente hervorgerufen
wird. Da die Kanallänge
dieser Transistorelemente nunmehr 50 nm und weniger erreicht hat, ist
die Signalausbreitungsverzögerung
nicht mehr durch die Feldeffekttransistoren begrenzt, sondern ist auf
Grund der erhöhten
Schaltungsdichte durch die Verbindungsleitungen beschränkt, da
die Kapazität zwischen
den Leitungen (C) größer ist
und auch der Widerstand (R) der Leitungen auf Grund der geringeren
Querschnittsfläche
vergrößert ist.
Die parasitären RC-Zeitkonstanten
und die kapazitive Kopplung zwischen benachbarten Metallleitungen erfordern
daher das Einführen
einer neuen Art an Materialien zur Herstellung der Metallisierungsschicht.
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Üblicherweise
werden Metallisierungsschichten, d. h. die Verdrahtungsschichten
mit Metallleitungen und Kontaktdurchführungen zur Bereitstellung
der elektrischen Verbindung der Schaltungselemente entsprechend
einem spezifizierten Schaltungsaufbau, durch eine dielektrischen
Schichtstapel hergestellt, der beispielsweise Siliziumdioxid und/oder
Siliziumnitrid aufweist, wobei Aluminium das typische Metall ist.
Da Aluminium eine deutliche Elektromigration bei höheren Stromdichten
aufweist, wie sie in integrierten Schaltungen mit äußerst kleinen
Strukturgrößen erforderlich
sind, wird Aluminium zunehmend durch beispielsweise Kupfer ersetzt,
das einen deutlich geringeren elektrischen Widerstand und ein höheres Widerstandsverhalten
gegenüber Elekgromigration
besitzt. Für äußerst anspruchsvolle Anwendungen
werden zusätzlich
zur Verwendung von Kupfer und/oder Kupferlegierungen die gut etablierten
und gut bekannten dielektrischen Materialien Siliziumdioxid (ε ≈ 4,2) und
Siliziumnitrid (ε > 7) zunehmend durch
sogenannte dielektrische Materialien mit kleinem ε mit einer
relativen Permittivität
von ungefähr
3,0 und weniger ersetzt. Der Übergang
von der gut bekannten und gut etablierten Aluminium/Siliziumdioxid-Metallisierungsschicht
zu einer kupferbasierten Metallisierungsschicht möglicherweise
in Verbindung mit einem dielektrischen Material mit kleinem ε ist jedoch
mit einer Vielzahl von Problemen behaftet, die es zu lösen gilt.
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Beispielsweise
kann Kupfer nicht in relativ großen Mengen in effizienter Weise
durch gut etablierte Abscheideverfahren aufgebracht werden, etwa durch
chemische und physikaliche Dampfabscheidung. Des weiteren kann Kupfer
nicht effizient durch gut etablierte anisotrope Ätzprozesse strukturiert werden.
Daher wird häufig
die sogenannte Damaszener- oder Einlegetechnik bei der Herstellung
von Metallisierungsschichten angewendet, die Kupferleitungen und
Kontaktdurchführungen
aufweisen. Typischerweise wird in der Damaszener-Technik die dielektrische Schicht zuerst
abgeschieden und strukturiert, um Gräben und Kontaktlochöffnungen
zu erhalten, die nachfolgend mit Kupfer oder Legierungen davon durch
Plattierungsverfahren, etwa Elektroplattieren oder stromloses Plattieren,
gefüllt
werden. Da Kupfer gut in einer Vielzahl von Dielektrika diffundiert, etwa
in Siliziumdioxid und vielen Dielaktrika mit kleinem ε, ist ggf.
die Herstellung einer Diffusionsbarrierenschicht an Grenzflächen zu
benachbarten dielektrischen Materialien erforderlich. Des weiteren
muss die Diffusion von Feuchtigkeit und Sauerstoff in das Kupfermetall
unterdrückt
werden, da Kupfer rasch reagiert, um oxidierte Bereiche zu bilden,
wodurch möglicherweise
die Eigenschaften der kupferbasierten Metallleitung in Bezug auf
Haftung, Leitfähigkeit und
die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Elektromigration beeinträchtigt
werden.
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Während des
Einfüllens
eines leitenden Materials, etwa von Kupfer, in die Gräben und Öffnungen
für die
Kontaktdurchführungen
muss ein ausgeprägter
Grad an Überfüllung vorgesehen
werden, um die entsprechenden Öffnungen
zuverlässig
von unten nach oben ohne Hohlräume
und andere durch Abscheidung hervorgerufene Unregelmäßigkeiten aufzufüllen. Nach
dem Metallabscheideprozess muss daher überschüssiges Material entfernt werden und
die resultierende Oberflächentopographie
ist einzuebnen, beispielsweise unter Anwendung elektrochemische Ätztechniken,
dem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) und dergleichen. Während eines
CMP-Prozesses wird beispielsweise ein ausgeprägtes Maß an mechanischer Belastung
auf die Metallisierungsebenen, die bislang hergestellt sind, ausgeübt, wodurch
zu einem gewissen Grade Strukturschäden insbesondere wenn aufwendige
dielektrische Materialien mit geringer Permittivität verwendet werden,
hervorgerufen werden. Wie zuvor erläutert ist, besitzt die kapazitive
Kopplung zwischen benachbarten Metallleitungen unter Umständen einen
ausgeprägten
Einfluss auf das gesamte Leistungsverhalten des Halbleiterbauelements,
insbesondere in Metallisierungsebenen, die im Wesentlichen von der „Kapazität abhängig” sind,
d. h. in denen eine Vielzahl dichtliegender Metallleitungen entsprechend den
Bauteilerfordernissen vorzusehen sind, wodurch möglicherweise eine Signalausbreitungsverzögerung und
eine Signalstörung
zwischen benachbarten Metallleitungen hervorgerufen wird. Aus diesem Grunde
werden sogenannte dielektrische Materialien mit kleinem ε oder Materialien
mit ultrakleinem ε eingesetzt,
die eine dielektrische Konstante von 3,0 oder deutlich weniger besitzen,
um das gesamte elektrische Leistungsverhalten der Metallisierungsebenen zu
verbessern. Andererseits ist typischerweise eine geringere Permittivität des dielektrischen
Materials mit einer geringeren mechanischen Stabilität verknüpft, wodurch
aufwendige Strukturierungsschemata erforderlich sind, um die Zuverlässigkeit
des Metallisierungssystems nicht unnötig zu beeinträchtigen.
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Die
ständige
Verringerung der Strukturgrößen mit
Gatelängen
von ungefähr
40 nm und weniger erfordern jedoch noch kleinere dielektrische Konstanten
der jeweiligen dielektrischen Materialien, das nun zunehmend zu
Ausbeuteverlusten beispielsweise nicht ausreichender mechanischer
Stabilität
der jeweiligen Materialien mit ultrakleinem ε beiträgt. Aus diesem Grunde wurde
vorgeschlagen „Luftspalte” zumindest
in kritischen Bauteilbereichen einzuführen, da Luft oder ähnliche
Gase eine Dielektrizitätskonstante
von ungefähr
1,0 besitzen, wodurch eine geringe Gesamtpermittivität geschaffen
wird, wobei dennoch die Anwendung weniger kritischer dielektrischer Materialien
möglich
ist. Durch Einführen
geeignet positionierter Luftspalte kann somit die Gesamtpermittivität verringert
werden, wobei dennoch die mechanische Stabilität des dielektrischen Materials
besser sein kann im Vergleich zu konventionellen Dielektrika mit
ultrakleinem ε.
Beispielsweise wurde vorgeschlagen, Nano-Löcher
in geeignete dielektrische Materialien einzubringen, die zufällig in
dem dielektrischen Material verteilt sind, so dass gedichtete dielektrische Materials
deutlich verringert wird. Jedoch erfordert das Erzeugen und die
Verteilung der jeweiligen Nano-Löcher
eine Vielzahl aufwendiger Prozessschritte, um die Löcher mit
einer gewünschte
Dichte zu erzeugen, während
gleichzeitig die gesamten Eigenschaften des dielektrischen Materials
im Hinblick auf die weitere Bearbeitung, etwa im Hinblick auf das Einebnen
der Oberflächenbereiche,
das Abscheiden weiterer Materialien, und dergleichen, geändert werden.
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In
anderen Vorgehensweisen werden aufwendige Lithographieprozesse zusätzlich eingeführt, um
geeignete Ätzmasken
zur Herstellung von Spalten in der Nähe entsprechender Metallleitungen
mit einer Position und einer Größe zu schaffen,
wie sie durch die lithographisch hergestellte Ätzmaske definiert sind. In
diesem Falle sind jedoch zusätzlich
kostenintensive Lithographieschritte erforderlich.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung
Verfahren und Bauelemente, in denen das elektrische Leistungsverhalten
von Metallisierungsebenen verbessert wird, indem eine geringere
Gesamtpermittivität
auf der Grundlage von Luftspalte erreicht wird, wobei dennoch ein
oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden bzw. deren Auswirkung
reduziert werden.
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Überblick über die Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Verfahren und Bauelemente,
in denen Luftspalte zwischen Metallgebieten in aufwendigen Metallisierungssystemen
angeordnet werden, wodurch die Verringerung der Gesamtpermittivät in zuverlässiger und
reproduzierbarer Weise möglich
ist, wobei dennoch kostenintensive zusätzliche aufwendige Lithographieprozesse
vermieden werden. Zu diesem Zweck werden die Luftspalte in einem
die lektrischen Material des Metallisierungssystems zusammen mit Öffnungen,
etwa Kontaktdurchführungsöffnungen
hergestellt, die durch einen weiteren Lithographieprozess zu erzeugen
sind, in denen die zuvor hergestellten Luftspalten beeinflusst werden,
so dass ein hoher Grad an Kompatibilität mit konventionellen Strukturierungsschemata
beibehalten wird, während dennoch
die gewünschten
Luftspalte bereitgestellt werden. Vor der weiteren Bearbeitung zuvor
hergestellter Luftspalte und den Kontaktdurchführungsöffnungen wird in einigen anschaulichen
hierin offenbarten Aspekten ein nicht maskierter Abscheideschritt ausgeführt, um
in geeigneter Weise die Kontaktdurchführungsöffnungen und die Luftspalte „zu versiegeln”, wobei
die Versiegelung im Wesentlichen über die weitere Bearbeitung
hinweg des Halbleiterbauelements beibehalten wird. Folglich können geeignete
dielektrische Materialien, die die gewünschte Eigenschaften besitzen,
eingesetzt werden, während die
zuverlässige
und reproduzierbare Herstellung der Luftspalte in kritischen Bauteilbereichen
in der Metallisierungsebene eine Einstellung der gesamten Permittivität gemäß den Bauteilerfordernissen
ermöglicht.
Z. B. können
die Metallisierungsebenen integrierter Schaltungen mit Schaltungselementen
mit kritischen Abmessungen von ungefähr 40 nm und weniger mit reduzierter
Permittivität
zumindest lokal hergestellt werden, während insgesamt die mechanische
Integrität
der betrachteten Metallisierungsebene verbessert wird, indem äußerst aufwendige
und empfindliche dielektrische Materialien mit kleinem ε vermieden
werden.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer
Kontaktlochöffnung
und eines Luftspaltes in einer ersten dielektrischen Schicht eines
Metallisierungssystems eines Halbleiterbauelements in einem gemeinsamen Ätzprozess. Das
Verfahren umfasst ferner das Abscheiden einer zweiten dielektrischen
Schicht, um die Kontaktlochöffnung
und den Luftspalt abzudecken. Des weiteren wird eine Tiefe der Kontaktlochöffnung vergrößert, so dass
diese sich zu einem leitenden Gebiet erstreckt, die unter der ersten
dielektrischen Schicht gebildet ist, während er Luftspalt beibehalten
wird. Schließlich wird
die Kontaktlochöffnung
mit einem metallenthaltenden Material gefüllt.
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Ein
noch weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst
das Bilden einer Ätzmaske über einem
dielektrischen Material einer Metallisierungsschicht eines Mikrostrukturbauelements, wobei
das dielektrische Material einen ersten Hohlraum aufweist, der durch
einen ersten Bereich des dielektrischen Materials abgedeckt ist,
und einen zweiten Hohlraum aufweist, der durch einen zweiten Bereich
des dielektrischen Materials abgedeckt ist, wobei die Ätzmaske
den ersten Bereich freilegt und den zweiten Bereich des dielektrischen
Materials abdeckt. Das Verfahren umfasst zusätzlich das selektive Öffnen des
Hohlraums durch Anwenden der Ätzmaske
und Füllen
des ersten Hohlraums mit einem metallenthaltenden Material.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Mikrostrukturbauelement umfasst
eine erste dielektrische Schicht einer Metallisierungsschicht und
eine zweite dielektrische Schicht, die auf der ersten dielektrischen
Schicht gebildet ist. Des weiteren umfasst das Bauelement eine Metallleitung,
die in der zweiten dielektrischen Schicht so gebildet ist, dass
diese sich in die erste dielektrische Schicht erstreckt. Des weiteren
ist ein Luftspalt in der ersten dielektrischen Schicht ausgebildet
und wird von der zweiten dielektrischen Schicht abgedeckt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung sind in den angefügten Patentansprüche 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 und 1b schematisch
Querschnittsansichten eines Mikrostrukturbauelements, beispielsweise
einer integrierten Schaltung, mit einem Metallisierungssystem zeigen,
das Luftspalte zwischen benachbarten Metallleitungen erhalten soll, wobei
diverse Fertigungsstufen gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
dargestellt sind;
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1c zeigt
schematisch eine Draufsicht eines Bereichs eines Metallisierungssystems
des Bauelements der 1a und 1b gemäß anschaulicher
Ausführungsformen;
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1d und 1e zeigen
schematisch Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements während des
Abscheidens eines Deckmaterials zum Abdecken von Kontaktlochöffnungen
und Luftspalten gemäß anschaulicher
Ausführungsformen;
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1f bis 1i schematisch
Querschnittsansichten des Mikrostrukturbauelements während diverser
Fertigungsphasen bei der Herstellung von Metallleitungen und Kontaktdurchführungen
in Verbindung mit entsprechenden Luftspalten gemäß anschaulicher Ausführungsformen;
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1j schematisch
eine Draufsicht der betrachteten Metallisierungsebene in einem im
Wesentlichen fertiggestellten Zustand; und
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1k und 1l schematisch
Querschnittsansichten des Mikrostrukturbauelements während einer
Strukturierungssequenz zur Herstellung eines Grabens über einer
Kontaktdurchführungsöffnung, während ein
Luftspalt gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
beibehalten 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, sollte beachtet werden,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Offenbarung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Offenbarung dar, deren
Schutzbereich durch die angefügten
Patentansprüche
definiert ist.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Techniken und Mikrostrukturbauelemente, beispielsweise
integrierte Schaltungen, in denen das elektrische Leistungsverhalten
eines Metallisierungssystems verbessert wird, indem Luftspalte in
der Nähe
kritischer Metallgebiete, etwa von Metallleitungen, vorgesehen werden,
ohne dass zusätzliche
Lithographieprozesse erforderlich sind. D. h., die Positionierung
und die Dimensionierung der Luftspalte wird während des Fertigungsablaufs
zur Herstellung von Kontaktdurchführungen und entsprechender Gräben für die betrachtete
Metallisierungsebene bewerkstelligt, ohne dass zusätzliche
Lithographieschritte eingesetzt werden, wodurch im Wesentlichen
nicht zur gesamten Prozesskomplexität beigetragen wird. Folglich
kann die Position und die Form der Luftspalte auf der Grundlage
einer Lithographiesequenz festgelegt werden, in der auch entsprechende
Kontaktlochöffnungen
vorgesehen werden, so dass die entsprechenden Formen und Abmessungen der
Luftspalte an die kritischen Abmessungen angepasst sind, die für das Strukturieren
der betrachteten Metallisierungsebene angewendet werden. In einigen
anschaulichen Ausführungsformen
ist der Grundriss der entsprechenden Metallisierungsebene in geeigneter
Weise in Bezug auf die Fähigkeiten
des betrachteten Lithographiepro zesses angepasst, um einen entsprechenden
Luftspalt benachbart zu kritischen Metallleitungen anzuordnen, wenn
eine entsprechende geringere Gesamtkapazität erforderlich ist. Folglich
können
die Kontaktlochöffnungen
und die Luftspalte auf der Grundlage einer einzelnen Lithographiemaske
vorgesehen werden, wobei die tatsächliche „Unterscheidung” zwischen
Kontaktlochöffnungen
und Luftspalte durch einen nachfolgenden Lithographieschritt erfolgt,
der zum Definieren entsprechender Gräben für die Metallleitung der betrachteten
Metallisierungsebene angewendet wird. Zu diesem Zweck werden die
Kontaktlochöffnungen
und die Luftspalte mit einem dielektrischen Material so „abgedeckt”, dass
ein ausgeprägtes
inneres Volumen der jeweiligen Öffnungen
beibehalten wird, das durch geeignet gestaltete Abscheidetechniken
bewerkstelligt werden kann, so dass die Permittivität verringernde
Wirkung der Luftspalte im Wesentlichen beibehalten wird, ohne dass
dies von dem Deckmaterial beeinflusst wird. Während der nachfolgenden Bearbeitung
wird die Unversehrtheit der Luftspalte, die durch das zusätzliche
dielektrische Material verschlossen oder abgedeckt sind, durch eine Ätzmaske beibehalten,
die die Position und die Größe der entsprechenden
Graben für
die zu bildenden Metallleitungen definiert. Folglich kann das zusätzliche
dielektrische Material, das zum Verschließen der Kontaktlochöffnungen
und der Luftspalte verwendet wird als Teil des dielektrischen Zwischenschichtmaterials der
Metallisierungsschicht verwendet werden, in der die jeweiligen Gräben und
Metallleitungen während der
nachfolgenden Strukturierung gebildet werden, wobei abhängig von
den gesamten Bauteilerfordernissen die Gräben sich in das dielektrische
Material mit den Kontaktlochöffnungen
und den Luftspalten erstrecken können.
Nach dem Vorsehen der entsprechenden Gräben wird die weitere Bearbeitung
mit einem hohen Grad an Kompatibilität mit gut etablierten Prozesstechniken
beim Einfüllen
eines geeigneten Metalls fortgesetzt, wobei jedoch im Gegensatz
zu konventionellen Strategien ein Teil des dielektrischen Zwischenschichtmaterials
zuverlässig
die Integrität der
zuvor hergestellten Luftspalte bewahrt. Folglich erfolgt ein zuverlässiges und
reproduzierbares Positionieren und Dimensionieren der Luftspalte
durch Ausbeuteverluste vermieden werden, die konventioneller Weise
mit kritischen Materialeigenschaften von dielektrischen Materialien
mit ultrakleinem ε verknüpft sind,
während
im Vergleich zu anderen konventionellen Strategien zusätzliche
komplexe und aufwendige Lithographieschritte vermieden werden.
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Es
sollte beachtet werden, dass die vorliegende Offenbarung vorteilhaft
auf Mikrostrukturbauelemente, etwa integrierte Schaltungen, angewendet werden
kann, in denen kritische Bauteilstrukturelemente, Abmessungen von
Transistoren und dergleichen, in der Größen ordnung von 50 nm und deutlich geringer
sind, da in diesen Fällen
komplexe Metallisierungssysteme erforderlich sind, in denen die
moderat große
Anzahl an einzelnen Metallisierungsschichten zu einer geringeren
mechanischen Stabilität
führt,
wie dies zuvor erläutert
ist. Somit kann die parasitäre
Kapazität
effizient verringert werden, ohne dass im Wesentlichen die Prozesskomplexität größer wird.
Jedoch können
die hierin offenbarten Prinzipien auch effizient auf weniger kritische
Anwendungen übertragen
werden, in denen der einfache Luftspalt in das Metallisierungssystem
zu einem besseren Verhalten führt,
wodurch das Weglassen aufwendiger dielektrischer Materialien mit
kleinem ε möglich ist. Folglich
sollte die vorliegende Offenbarung nicht auf spezielle kritische
Bauteilabmessungen eingschränkt erachtet
werden, sofern derartige Einschränkungen nicht
explizit in den angefügten
Patentansprüche oder
in der Beschreibung aufgeführt
sind.
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Mit
Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche
Ausführungsformen
detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Mikrostrukturbauelements 100,
das in der gezeigten Ausführungsform
eine integrierte Schaltung mit einer Vielzahl von Schaltungselementen,
etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerständen und dergleichen repräsentiert.
In diesem Falle umfasst das Bauelement 100 eine Bauteilebene 102, in
der eine Vielzahl von Schaltungselementen 103, etwa Transistoren
und dergleichen, über
einem Substrat 101 gebildet sind. Z. B. repräsentiert
das Substrat 101 ein Halbleitersubstrat, ein isolierendes
Substrat mit einer darauf ausgebildeten geeigneten Halbleiterschicht,
in und über
die Schaltungselemente hergestellt sind. In anderen Fällen ist
eine vergrabene isolierende Schicht zumindest lokal zwischen einer
entsprechenden Halbleiterschicht und dem Substrat 101 vorgesehen,
wodurch eine SOI-(Siliizium-auf-Isolator-)Architektur geschaffen
wird. Die Schaltungselemente 103 enthalten, wenn sie in
Form von Transistorelementen vorgesehen sind, Komponenten, etwa
eine Gateelektrode, wenn Feldeffekttransistoren betrachtet werden,
die auf der Grundlage einer kritischen Abmessung von ungefähr 50 nm oder
weniger, etwa 30 nm und weniger in äußerst aufwendigen Halbleiterbauelementen
hergestellt sind. Des weiteren umfasst die Bauteilebene 102 eine
Kontaktstruktur (nicht gezeigt), die als eine Schnittstelle zwischen
den Schaltungselementen 103 und ein Metallisierungssystem 150 betrachtet werden
kann. Wie zuvor erläutert
ist, gehört
zu jedem der Schaltungselemente 103 typischerweise eine oder
mehrere elektrische Verbindungen, so dass eine Vielzahl von Metallisierungsschichten
für Bauelemente
erforderlich sind, die eine hohe Packungsdichte in der Bauteilebene 102 besitzen,
um damit die elektrischen Verbindungen für die Elemente 103 gemäß den betrachteten
Schaltungsaufbau bereitzustellen. Der Einfachheit halber sind zwei
Metallisierungsschichten 110 und 120 des Metallisierungssystems 150 dargestellt,
wobei jedoch zu beachten ist, dass unter und/oder über den
Metallisierungsschichten 110, 120 eine oder mehrere
zusätzliche
Metallisierungsschichten vorgesehen sein können, wobei dies von der gesamten
Komplexität
des Bauelements 100 abhängt.
Für jede
dieser zusätzlichen
Metallisierungsschichten gelten die gleichen Kriterien, wie sie nachfolgend
mit Bezug zu den Metallisierungsschichten 110 und 120 dargelegt
sind.
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Die
Metallisierungsschicht 110 umfasst ein dielektrisches Material 111 mit
geeigneten Eigenschaften im Hinblick auf die mechanische Stabilität, die Gesamtpermittivität und dergleichen.
Zum Beispiel enthält
das dielektrische Material 111 zumindest teilweise ein
dielektrisches Material mit kleinem ε, das als ein Material mit einer
Dielektrizitätskonstante von
3,0 oder weniger zu verstehen ist. Wie jedoch zuvor erläutert ist,
werden jedoch sehr aufwendige dielektrische Materialien, die typischerweise
eine deutlich geringere mechanische Festigkeit aufweisen, nicht
vorgesehen, wenn die gesamten Eigenschaften des Materials 111 mit
den Leistungskriterien der Metallisierungsschicht 110 verträglich sind.
In anderen Fallen ist eine reduzierte Gesamtpermittivität erforderlich
und geeignet positionierte Luftspalte (nicht gezeigt) sind in dem
dielektrischen Material 111 vorgesehen, wie dies auch nachfolgend
detaillierter mit Bezug zu der Metallisierungsschicht 120 beschrieben
ist. Die Metallisierungsschicht 111 umfasst ferner Metallleitungen 112,
die aus einem gut leitenden „Kernmaterial” 112a,
..., 112c, etwa in Form von Kupfer, Kupferlegierungen und
dergleichen, vorgesehen sind, wobei ein leitendes Barrierenmaterial 112d für einen
zuverlässigen
Einschluss der leitenden Kernmaterialien 112a, ..., 112c sorgt.
Z. B. werden Tantal, Tantalnitrid oder eine Kombination davon oder
andere Materialien effizient als ein leitendes Barrierenmaterial
eingesetzt. Des weiteren ist eine Deckschicht oder eine Ätzstoppschicht 113 über dem
dielektrischen Material 111 und der Metallleitungen 112 gebildet,
wobei die Schicht 113 abhängig von den Gegebenheiten
zusätzlich
als ein Barrierenmaterial zum Einschluss der leitenden Kernmaterialien 112a,
..., 112c dienen kann. Z. B. bieten Siliziumnitrid, stickstoffenthaltendes
Siliziumkarbid, Siliziumkarbid und dergleichen kupferdiffusionsbehindemde
Eigenschaften und werden häufig
als ein Deckmaterial für kupferbasierte
Metallleitungen verwendet. In anderen Fällen umfassen die Metallgebiete 112 ein
leitendes Deckmaterial, wofür
eine Vielzahl von Metalllegierungen im Stand der Technik bekannt
sind. In diesem Falle ist die kupfereinschließende Wirkung der Schicht 113 weniger
kritisch.
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Die
Metallisierungsschicht 120 umfasst in dieser Fertigungsphase
ein erstes dielektrisches Material 121a, etwa ein beliebiges
geeignetes dielektrisches Material mit den gewünschten Eigenschaften im Hinblick
auf die Permittivität,
mechanische Festigkeit und dergleichen. Wie zuvor erläutert ist,
ist das dielektrische Material 121a ggf. weniger empfindlich, beispielsweise
im Hinblick auf seine mechanischen Eigenschaften, im Vergleich zu
aufwendigen dielektrischen Materialien mit ultrakleinem ε, die häufig in aufwendigen
Bauelementen im Hinblick auf eine Reduzierung der parasitären Kapazität eingesetzt
werden. In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Dielektrizitätskonstante
weniger kritisch, da die Gesamtpermittivität der Metallisierungsschicht 120 auf der
Grundlage entsprechender Luftspalte eingestellt wird, die noch herzustellen
sind, wobei die besseren mechanischen Eigenschaften des dielektrischen
Materials 121a in Verbindung mit einem weiteren Material,
das noch herzustellen ist, für
eine insgesamt bessere mechanische Stabilität der Metallisierungsschicht 120 sorgen,
wobei dennoch die gewünschte geringe
Gesamtpermittivität
geschaffen wird. Z. B. repräsentiert
das dielektrische Material 121a ein dielektrisches Material
mit einer Dielektrizitätskonstanten von
2,7 oder mehr, etwa 3,0 und höher,
da typischerweise eine moderat geringe dielektrische Konstante mit
einer entsprechenden geringeren mechanischen Festigkeit des dielektrischen
Materials verknüpft
ist. Beispielsweise ist das dielektrische Material 121a aus
Siliziumdioxid, etwa in Form eines fluordotierten Materials, oder
in Form einer anderen Materialzusammensetzung aufgebaut, die für die gewünschte Stabilität sorgt.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Material 121a auch
ein aufwendiges dielektrisches Material mit einer reduzierten Permittivität repräsentieren
kann, wobei dennoch ein besseres Leistungsverhalten durch das Vorsehen
von Luftspalten erreicht wird, was jedoch in konventionellen Vorgehensweisen
die Verwendung noch aufwendigerer Dielektrika erfordern würde, die
eine deutlich ausgeprägtere
Empfindlichkeit im Hinblick auf die mechanischen und chemischen
Belastungen zeigen, die während
der weiteren Bearbeitung des entsprechenden Mikrostrukturbauelements
auftreten. Das dielektrische Material 121a wird mit einer
geeigneten Dicke 121t vorgesehen, die in Verbindung mit
einer Dicke eines weiteren noch zu bildenden dielektrischen Materials
zu einer Solldicke der Metallisierungsschicht 120 führt.
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Das
in 1a gezeigte Mikrostrukturbauelement 100 kann
auf der Grundlage der folgenden Prozesstechniken hergestellt werden.
Nach der Herstellung der entsprechenden Schaltungselemente 103 in der
Bauteilebene 102, wozu aufwendige Fertigungstechniken gemäß den betrachteten
Technologiestandard gehören,
wird eine zugehörige
Kontaktstruktur (nicht gezeigt) hergestellt, um die Schaltungselemente 103 elektrisch
anzuschließen.
Zu diesem Zweck können
gut etablierte Materialien, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid
und dergleichen abgeschieden und strukturiert werden, um entsprechende
Kontaktöffnungen
zu schaffen, die nachfolgend mit einem geeigneten leitenden Material
gefüllt
werden. Darauf wir das Metallisierungssystem 150 hergestellt,
beispielsweise durch Abscheiden des dielektrischen Materials 111 und
durch das Bilden von den Metallgebieten 112 auf der Grundlage
von Prozesstechniken, wie sie auch mit Bezug zu der Metallisierungsschicht 120 beschrieben
werden. Es sollte beachtet werden, dass geeignete Luftspalte (nicht
gezeigt) ebenfalls in der Metallisierungsschicht 110 bei
Bedarf vorgesehen werden können,
wobei ähnliche
Prozesstechniken eingesetzt werden können, wie sie im Zusammenhang
mit der Metallisierungsschicht 120 beschrieben werden.
Daraufhin wir die Deckschicht oder die Ätzstoppschicht 113 auf
Basis gut etablierter Abscheidetechniken hergestellt. Als nächstes wird
das dielektrische Material 121a gebildet, beispielsweise
durch plasmaunterstützte
CVD (chemische Dampfabscheidung), thermisch aktivierte CVD, Aufschleudertechniken
und dergleichen, um damit das Material der Schicht 121a mit
den gewünschten
Eigenschaften zu erhalten. Z. B. sind eine Vielzahl gut etablierter
Abscheiderezepte für
Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumnitrid, siliziumdioxidbasierte
Materialien mit zusätzlichen
Komponenten zum Reduzieren der Gesamtpermittivität, Polymermaterialien und dergleichen
verfügbar.
Daraufhin wird die erste dielektrische Schicht 121a auf
Basis einer geeigneten Strukturierungstechnik strukturiert, um Öffnungen
in dem Material 121a zu schaffen, die Kontaktlochöffnungen
und Luftspalten gemäß den gesamten
Bauteilerfordemissen entsprechen. Z. B. wir das Material 121a unter Anwendung
von Photolithographietechniken strukturiert, in denen eine Ätzmaske
auf Basis einer Lackmaske geschaffen wird, wobei bei Bedarf zusätzliche Materialien,
etwa ARC-(antireflektierende Beschichtungs-)Materialien vorgesehen
werden. Es sollte beachtet werden, das jegliche derartige Materialien
in dem Material 121a abhängig von der gesamten Prozessstrategie
vorgesehen sein können.
Während
des Abscheidens des Materials 121a können beispielsweise eine oder
mehrere Materialschichten als abschließende Schichten eines entsprechenden Schichtstapels
geschaffen werden, um damit die gewünschte Funktion zu erreichen.
In anderen Fallen werden entsprechende ARC-Materialien temporär während des
entsprechenden Lithographieprozesses vorgese hen. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen
wird die Strukturierung des Materials 121a auf Grundlage
von Einprägetechniken
bewerkstelligt, in denen das Material 121a anfänglich in
einem Zustand mit geringer Viskosität aufgebracht und mit einem
entsprechenden Nano-Prägestempel
in Kontakt gebracht wird, um damit ein gewünschtes Muster an Öffnungen
in das Material 121a einzubringen, das nachfolgend ausgehärtet wird,
so dass nach dem Entfernen des Nano-Prägestempels das gewünschte Muster
enthält.
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1d zeigt
schematisch das Mikrostrukturbauelement 100 nach der zuvor
beschriebenen Prozesssequenz und nach dem Entfernen einer Ätzmaske,
wenn ein Photolithographieprozess zur Strukturierung des dielektrischen
Materials 121a verwendet wurde. Wie gezeigt sind eine Vielzahl
von Öffnungen 122, 123 in
dem Material 121a so gebildet, dass diese sich bis zu einer
gewissen Tiefe erstrecken, die für die
Fertigstellung entsprechender Kontaktlochöffnungen, d. h. der Öffnungen 122,
in einem nachfolgenden Ätzprozess
zur Herstellung entsprechender Gräben der Metallisierungsschicht 120 geeignet
ist. D. h., die Kontaktlochöffnungen 122 werden
im Weiteren so strukturiert, dass diese sich zu entsprechenden Metallleitungen 112 der
Metallisierungsschicht 110 in einem nachfolgenden Ätzprozess
erstrecken. Zusätzlich
zu den Kontaktlochöffnungen 122 werden entsprechende
Luftspalte 123 geeignet in dem dielektrischen Material 121a so
positioniert, dass die Gesamtpermittivität der Metallisierungsschicht 120 verringert
wird. Folglich können
die Luftspalte 123 während
des Strukturierungsprozesses während
der Kontaktlochöffnungen 122 gebildet
werden, wodurch zu keiner zusätzlichen
Prozesskomplexität
im Vergleich zu konventionellen Strategien beigetragen wird. Es
sollte beachtet werden, dass die Öffnungen 122 und 123 auf
der Grundlage der gleichen kritischen Abmessung, etwa einer Breite 122w, 123w hergestellt
werden können,
während
in anderen Fallen die Breite 123w unterschiedlich im Vergleich
zur Breite 122w eingestellt wird, wenn dies für den speziellen
Grundriss der Metallgebiete in der Metallisierungsschicht 120 als
geeignet erachtet wird. Des weiteren kann die Form der Luftspalte 123 unterschiedlich
sein zu den entsprechenden Formen der Kontaktlochöffnungen,
so dass eine gewünschte
Konfiguration von „Luftkanälen” in der
Metallisierungsschicht 120 eingebaut wird.
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1c zeigt
schematisch eine Draufsicht eines Teils der Metallisierungsschicht 120 gemäß anschaulicher
Ausführungsformen.
Wie gezeigt, sind die mehreren Kontaktlochöffnungen 122 gemäß dem Schaltungsaufbau
des Bauelements 100 vorgesehen, während auch entsprechende Luftspalte 123, beispielsweise
in Form von Kanälen
oder Gräben,
so positio niert sind, dass eine reduzierte Gesamtpermittivität zwischen
benachbarten Metallleitungen erreicht wird, die noch zu bilden sind
und die als gestrichelte Linien 124 in 1c gezeigt
sind. Folglich kann die parasitäre
Kapazität
zwischen benachbarten Metallleitungen 124 effizient verringert
werden, während
gleichzeitig eine moderat hohe mechanische Stabilität in der
Metallisierungsschicht 120 erreicht wird.
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1d zeigt
schematisch das Mikrostrukturbauelement 100 in einer Querschnittsansicht,
in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt,
unterliegt das Bauelement 100 der Einwirkung einer Abscheideumgebung 104a,
die so gestaltet ist, dass ein zweites dielektrisches Material 121b so
abgeschieden wird, dass die Öffnungen 122, 123 abgedeckt
oder verschlossen werden, ohne dass das innere Volumen der Öffnungen 122, 123 unnötig verringert
wird. Die Abscheideumgebung 104a repräsentiert etwa einen chemischen
Dampfabscheideprozess, der auf der Grundlage von Prozessparametern ausgeführt wird,
die zu dem Erzeugen ausgeprägter Überhänge 104b führen, was
wiederum zu einem raschen Verschluss der Öffnungen 122, 123 führt, während eine
merkliche Abscheidung an Material 121b innerhalb der Öffnungen 122, 123 unterdrückt wird. Entsprechende
Abscheiderezepte sind gut verfügbar oder
können
auf der Grundlage von Testdurchläufen und
dergleichen ermittelt werden. In anderen Fallen wird die Abscheideumgebung 104a auf
der Grundlage von Aufschleudertechniken in Verbindung mit einem
geeigneten viskosen Zustand des Materials 121b eingerichtet,
was zu einer Abdeckung oder Verschließung der Öffnungen 122, 123 führt, während im Wesentlichen
nicht ein Eindringen in das innere dieser Öffnungen stattfindet. Es sollte
beachtet werden, dass ein gewisses Maß an Abscheidung in die Öffnungen 122, 123 tolerierbar
ist, da in den Öffnungen 122 das
entsprechende Material in einem nachfolgenden weiteren Strukturierungsprozess
entfernt wird, während
eine entsprechende minimale Verringerung des Volumens der Luftspalte 123 nicht
wesentlich die Gesamtpermittivität
beeinflusst. Folglich kann das zweite dielektrische Material 121b als
ein beliebiges geeignetes Material vorgesehen werden, das als ein
dielektrisches Zwischenschichtmaterial der Metallisierungsschicht 120 dient,
während
gleichzeitig das Material 121b als eine Abdeckung oder
ein Verschluss der Öffnungen 122, 123 fungiert,
indem in geeigneter Weise entsprechende Prozessparameter für eine geeignete
Abscheidetechnik ausgewählt werden,
etwa CVD, Aufschleuderprozesse und dergleichen. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
wird das Material 121b in Form zweier oder mehrer Unterschichten
bereitgestellt, wenn beispielsweise eine Materialzusammensetzung
eine gewünschte
Abscheideeigenschaft besitzt, um in zuverlässiger Weise die Öffnungen 122, 123 ohne
ausgeprägte
Abscheidung in das Innere des Volumens zu verschließen, während die
nachfolgende Abscheidung auf der Grundlage eines anderen Materials
fortgesetzt wird, um die gesamten Eigenschaften des dielektrischen
Zwischenschichtmaterials der Metallisierungsschicht 120 einzustellen.
In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen wird das Material 121b so
vorgesehen, dass es ähnliche
Eigenschaften wie das Material 121a besitzt, wenn ein im
Wesentlichen kontinuierliches und homogenes Verhalten des dielektrischen
Zwischenschichtmaterials der Metallisierungsschicht 120 gewünscht ist.
Z. B. werden die Materialien 121a, 121b auf der
Grundlage im Wesentlichen der gleichen Materialzusammensetzung vorgesehen,
um damit eine gewünschte
hohe mechanische Stabilität
zu schaffen. In anderen Fallen wird das Material 121b oder
zumindest ein Teil davon so vorgesehen, dass es als ein ARC-Material und/oder
als ein Hartmaskenmaterial bei der weiteren Strukturierungssequenz
dient. Folglich ist zusätzlich
zur Abdeckung der Öffnungen 122, 123 auch
ein hohes Maß an
Flexibilität
bei der Einstellung der gesamten Materialeigenschaften der Metallisierungsschicht 120 erreicht,
indem der Abscheideschritt 104a ausgeführt wird.
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1e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Ende
der Abscheidung des Materials 121b. Wie gezeigt, wird das
Material 121b mit einer Dicke vorgesehen, die in geeigneter
Weise eingestellt ist, um eine kombinierte Solldicke 121t gemäß den Bauteil- und Prozesserfordernissen
zu erreichen. D. h., das erste und das zweite dielektrische Material 121a, 121b werden
so vorgesehen, dass die gewünschte
Solldicke der Metallisierungsschicht 120 erreicht wird,
wobei bei Bedarf ein Materialabtrag 121r während der
weiteren Bearbeitung ebenfalls in Betracht gezogen werden kann.
Z. B. kann während des
nachfolgenden Strukturierungsprozesses und dem Entfernen von überschüssigen Material,
das in die Öffnungen 122 und
entsprechende Metallgräben einzufüllen ist,
die Schicht 121b als eine Stoppschicht dienen, wodurch
ein gewisses Maß an
Materialabtrag hervorgerufen wird. Somit wird das Material 121b mit
einer Dicke vorgesehen, die für
eine zuverlässige
Versiegelung der Luftspalte 123 sorgt, selbst wenn ein
gewisser Grad an Materialabtrag, wie dies durch 121r angegeben
ist, während
der weiteren Bearbeitung auftritt. Wie zuvor mit Bezug zu 1d erläutert ist,
ist das Material 121b aus einer beliebigen gewünschten
Art an Material zumindest teilweise aufgebaut, um damit die endgültigen gewünschten Materialeigenschaften
einzustellen. Z. B. wird ein oberer Bereich des Materials 121b so
gewählt,
dass dieser als eine Ätzstoppschicht,
eine CMP-Stoppschicht und dergleichen dient, während in anderen Fällen ein
ARC-Material bei Bedarf enthalten ist. Des weiteren kann das Material 121b oder
zumindest ein Teil davon als ein Hartmaskenmaterial dienen, das auf
der Grundlage von Lithographietechniken strukturiert wird und das
dann als eine Ätzmaske
während der
weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 dient.
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1f zeigt
schematisch das Bauelement 100 mit einer Ätzmaske 105,
die über
dem dielektrischen Material 121b gebildet ist. Die Ätzmaske 105 repräsentiert
eine Lackmaske, möglicherweise
in Verbindung mit anderen Materialien, etwa einem Hartmaskenmaterial,
einem ARC-Material und dergleichen. In anderen Fallen dient das
Material 121b oder zumindest ein Teil davon als ein Hartmaskenmaterial,
ein ARC-Material und dergleichen, wie dies auch zuvor erläutert ist.
Die Ätzmaske 105 enthält geeignete Öffnungen 105a,
die der Lage und der lateralen Größe entsprechender Metallleitungen
entsprechen, die in der Metallisierungsschicht 120 zu bilden sind,
beispielsweise gemäß dem Grundriss,
wie er in 1c gezeigt ist. Die Ätzmaske 105 kann
auf der Grundlage gut etablierter Lithographietechniken hergestellt
werden. Daraufhin werden anisotrope Ätzrezepte angewendet, um die
Materialien 121b und 121a zu ätzen, um damit das Muster der Ätzmaske 105 in
das kombinierte dielektrische Material 121b, 121a zu übertragen,
wodurch ebenfalls die Tiefe der Kontaktlochöffnungen 122 so vergrößert wird,
dass diese sich zu den jeweiligen Metallgebieten 112 der Metallisierungsschicht 110 erstrecken.
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1g zeigt
schematisch das Mikrostrukturbauelement 100 nach dem zuvor
beschriebenen Ätzprozess
und nach dem Entfernen der Ätzmaske 105. Somit
erstrecken sich, wie dies gezeigt ist, die Kontaktlochöffnungen 122 bis
hinab zu den jeweiligen Metallgebieten 113, während auch
die Gräben 124 entsprechend
den erforderlichen Schaltungsaufbau in dem Material 122b und
in der gezeigten Ausführungsform
auch in dem Bereich des Materials 121a gebildet sind. Während der
entsprechenden Ätzsequenz
werden die Kontaktlochöffnungen 122 zunehmend
freigelegt, wenn durch das Material 121b geätzt wird
und während
des weiteren Verlauf des Ätzprozesses
innerhalb des Materials 121a wird die Tiefe der Öffnungen 122 kontinuierlich
vergrößert, bis die Ätzstoppschicht 113 in
zuverlässiger
Weise die Ätzfront
in den Öffnungen 122 stoppt,
wodurch unerwünschtes
Freilegen der Metallgebiete 122 in der Ätzumgebung vermieden wird.
Nach dem somit eine gewünschte
Tiefe der Gräben 124 erreicht
ist, wird die Ätzstoppschicht 113 auf
der Grundlage speziell ausgewählter Ätzparameter
geöffnet,
wodurch ein Bereich der Metallgebiete 112 freigelegt wird.
Andererseits bleiben die Luftspalte 123 durch das Material 112b auf
Grund der Anwesenheit der Ätzmaske 105 (siehe 1f)
bedeckt. Während
des Ätzprozesses oder
danach wird die Ätzmaske 105 entfernt
und bei Bedarf werden entsprechende nasschemische Reinigungsprozesse
angewendet, um freigelegte Oberflächenbereiche für das Abscheiden
eines metallenthaltenden Materials vorzubereiten. Es sollte beachtet werden,
dass auf Grund des Vorsehens der Luftspalte 123 im Allgemeinen
ein dielektrisches Material für die
Schicht 121b, 121a ausgewählt werden kann, das einen
besseren Widerstand gegenüber
entsprechenden Ätzprozessen
zur Strukturierung der Schichten 121b, 121a zum
Entfernen der Ätzmaske 105 und zum
Durchführen
entsprechender Reinigungsprozesse aufweist. Somit können deutlich
geringere Ätzschäden im Vergleich
zu anderen Lösungen
beobachtet werden, in denen sehr empfindliche dielektrische Materialien
mit ultrakleinem ε typischerweise angewendet
werden, um damit die gewünschte
geringe Gesamtpermittivität
zu erhalten.
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1h zeigt
schematisch das Mikrostrukturbauelement 100 in einem weiter
fortgeschrittenen Fertigungsstadium, in welchem ein gut leitendes
Metall, etwa Kupfer, eine Kupferlegierung, Silber und dergleichen
in den Öffnungen 122, 124 und über dem dielektrischen
Material 121b gebildet wird, wobei bei Bedarf ein leitendes
Barrierenmaterial 122b, etwa Tantal, Tantalnitrid und dergleichen,
auf Oberflächenbereichen
der Materialien 121a, 121b und der Metallgebiete 112 gebildet
wird. Das Barrierenmaterial 122b kann auf der Grundlage
geeigneter Abscheidetechniken hergestellt werden, etwa physikalische Dampfabscheidung,
chemische Dampfabscheidung, Atomlagenabscheidung, stromlose Abscheideprozesse
und dergleichen. In ähnlicher
Weise wird das Material 125 etwa durch elektrochemische
Abscheidetechniken möglicherweise
in Verbindung mit dem Abscheiden eines geeigneten Saatmaterials
aufgebracht, wobei dies von der gesamten Prozessstrategie abhängt. Unabhängig von
der verwendeten Abscheidetechnik bleiben die Luftspalte 123 zuverlässig durch
das Material 121 abgedeckt, wodurch die Integrität der Luftspalte 123 während der
gesamten Bearbeitung beibehalten wird.
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1i zeigt
schematisch das Bauelement 100 während eines Abtragungsprozesses 106,
der elektrochemische Ätzprozesse,
elektrochemische Polierprozesse, chemischmechanisches Polieren und
dergleichen aufweisen kann, um damit überschüssiges Material der Schicht 125 (siehe 1h) abzutragen
und um auch Bereiche des Barrierenmaterials 122d zu entfernen.
Wie zuvor erläutert
ist, kann während
des Abtragungsprozesses 106 auch ein Teil des Materials 121b entfernt
werden, wie dies beispielsweise durch 121r angegeben ist,
wobei jedoch eine gewünschte
Integrität
der Luftspalte 123 beibehalten wird, in dem eine geeignete
anfängliche Dicke
des Materials 121b ausgewählt wird, wie dies zuvor erläutert ist.
Nach dem Abtragungsprozess 106 werden somit entsprechende
Metallleitungen 122t gemäß dem gewünschten Schaltungsaufbau gebildet
und es werden entsprechende Kontaktdurchführungen 122v für eine elektrische
Verbindung entsprechenden Gräben
oder Leitungen 112t und den Metallgebieten 112 der
Metallisierungsschicht 110 bereitgestellt.
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1j zeigt
schematisch eine Draufsicht des Bauelements 100 nach dem
Abtragungsprozess 106. Wie gezeigt, sind die Metallleitungen 122t durch
entsprechende Luftspalte 123 getrennt, die in gestrichelten
Linien dargestellt sind, da diese Luftspalte tatsächlich sichtbar
sind, wodurch die parasitäre
Kapazität
zwischen benachbarten Metallleitungen 122t deutlich verringert
wird. Andererseits sorgen die Materialien 121b und 121a für eine ausreichende
mechanische Stabilität
in Bezug auf die weitere Beareitung des Bauelements 100 und
im Hinblick auf den Betrieb des Bauelements 100. D. h.,
es können
weniger kritische dielektrische Materialien zumindest für eines
der Materialien 121b, 121a eingesetzt werden, wobei
dennoch eine geringe Gesamtpermittivität auf Grund des Vorhandenseins
der Luftspalte 123 erreicht wird. Wie zuvor erläutert ist,
kann der Gesamtaufbau einer entsprechenden Metallisierungsebene,
etwa der Metallisierungsschicht 120, so eingerichtet werden,
dass zumindest kritische Signalwege durch entsprechende Luftspalte 123 getrennt
sind, um damit die Signalausbreitungsverzögerung zu verringern. In anderen
Fällen
werden entsprechende Luftspalte 123 effizient in bestehende
Schaltungsgrundrisse integriert, so dass mit Ausnahme von Lithographiemasken
oder Einprägestempeln
zur Herstellung der Kontaktdurchführungen der entsprechenden
Metallisierungsebene keine weiteren Änderungen erforderlich sind.
Folglich können
die Luftspalte 123 dimensioniert und positioniert werden, ohne
dass zusätzliche
Prozessschritte während
der Strukturierung der Kontaktlochöffnungen erforderlich sind,
während
die nachfolgende Verschließung
oder Abdeckung der Öffnungen
einen zusätzlichen
Abscheideschritt erfolgt, um damit die gewünschte Sollhöhe des dielektrischen
Zwischenschichtmaterials zu erhalten. Während der Abscheidung können auch weitere
Funktionen dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial verliehen
werden, beispielsweise in Bezug auf Ätzstoppeigenschaften, CMP-Stoppeigenschaften,
ARC-Funktionen,
Atemmaskenfunktionen und dergleichen. Das Material kann in geeigneter Wiese
so vorgesehen werden, dass die gewünschte Abdeckung der Kontaktlochöffnungen
und der Luftspalte erfolgt, wobei auch entsprechende Materialeigenschaften
in geeigneter Weise ausgewählt werden
können.
Wenn eine bessere Oberflächentopographie
gewünscht
ist, kann ein zusätzliche
Planarisierungsschritt nach dem Abscheiden des dielektrischen Materials 121b eingeführt werden,
wodurch das Verhalten eines nachfolgenden Lithographieschrittes
weiter verbessert wird. Daraufhin kann die weitere Bearbeitung fortgesetzt
werden unter Anwendung gut etablierter Lithographietechniken, wodurch
ein hohes Maß an
Kompatibilität
mit konventionellen Prozessstrategien beibehalten wird.
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1k zeigt
schematisch das Bauelement 100, in welchem das Material 121b so
vorgesehen wird, dass dieses als ein Hartmaskenmaterial dient, das
auf der Grundlage der Ätzmaske 105 strukturiert wird
die Form des Lackmaterials vorgesehen wird. Folglich werden weniger
einschränkende
Bedingungen dem gesamten Lithographieprozess auferlegt, da eine
moderat dünne
Lackmaterialschicht verwendet werden kann, um damit zunächst das
Material 121b zu strukturieren, dass eine Hartmaske verwendet
wird, um in und durch das dielektrische Material 121a zu ätzen.
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1l zeigt
schematisch das Bauelement 100 während eines entsprechenden Ätzprozesses 107,
der nach der Strukturierung des Materials 121b und Entfernen
der Lackmaske 105 durchgeführt wird. Auf der Grundlage
des strukturierten Materials 121b werden somit entsprechende
Gräben 124 in
dem Material 121a hergestellt, wodurch auch die Tiefe der Kontaktlochöffnungen 122 vergrößert wird,
während die
Luftspalte 123 weiterhin zuverlässig durch das Material 121b abgedeckt
bleiben. In diesem Falle wird zumindest ein oberer Bereich des Materials 121b in
Form eines Materials vorgesehen, das einen hohen Ätzwiderstand
in Bezug auf den Prozess 107 besitzt. Beispielsweise umfasst
das Material 121b Siliziumnitrid, stickstoffenthaltendes
Siliziumkarbid, Siliziumkarbid und dergleichen, die gut etablierte
Materialien sind und die eine hohe Ätzselektivität in Bezug auf
andere Materialien, etwa Siliziumdioxid und dergleichen besitzen.
Nach dem Ätzprozess 107 kann die
weitere Bearbeitung fortgesetzt werden, wie dies zuvor beschrieben
ist, d. h. es wird ein weiteres Material in die Öffnungen 124, 122 eingefüllt, um
die Metallleitungen 122t und die Kontaktdurchführungen 122v (siehe 1j)
zu erhalten.
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Es
gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Mikrostrukturbauelemente
und entsprechende Fertigungstechniken bereit, in denen Luftspalte
mit einer gewünschten
Form und Position vorgesehen werden, ohne dass zusätzliche
Aufwendungen während
des Strukturierens des entsprechenden dielektrischen Zwischenschichtmaterials
erforderlich sind. Zu diesem Zweck werden die Luftspalte zusammen mit
den jeweiligen Kontaktlochöffnungen
während einer
gemeinsamen Strukturierungssequenz hergestellt, die Photolithographie
in Verbindung mit Ätztechniken,
Einprägetechniken
und dergleichen enthalten kann, woran sich das Abscheiden eines
Deckmaterials anschließt,
um die jeweiligen Öffnungen zuverlässig abzudecken
und zu verschließen.
In einem weiteren Strukturierungsprozess werden die Kontaktlochöffnungen
dann durch einen entsprechenden Ätzprozess
wieder geöffnet,
um zusätzlich die
Gräben
für die
Metallleitungen der betrachteten Metallisierungsebene zu erzeugen.
Somit wird in sehr effizienter gesamter Fertigungsablauf erreicht, da
keine zusätzlichen
Prozessschritte zum Definieren der Lage und der Größe der Luftspalte
erforderlich sind, werden auch eine höhere Flexibilität bei der Gestaltung
der gesamten Materialeigenschaften auf Grund des Abscheidens des
dielektrischen Materials zum Verschließen oder Versiegeln der Kontaktlochöffnungen
und der Luftspalte bereitgestellt wird.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Folglich ist
die Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführen der hierin offenbarten
Prinzipien zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten
und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu
betrachten.