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Technisches Gebiet
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Fertigungsverfahren für Halbleiterbauelementestrukturen und insbesondere Fertigungsverfahren zur Herstellung von Durchgangskontakten zwischen einer oben liegenden Metallverbindungsschicht und Bauteilstrukturen, die auf einem darunter liegenden Halbleitersubstrat hergestellt sind.
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Transistoren, etwa Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) sind die wesentlichen Bestandteile der meisten Halbleiterbauelemente. Gewisse Halbleiterbauelemente, etwa Prozessorbauelemente mit hohen Leistungsvermögen, können Millionen Transistoren enthalten. Für derartige Bauelemente sind von je her das Verringern der Transistorgröße und somit die Erhöhung der Transistordichte eine hohe Priorität in der Halbleiterfertigungsindustrie. Wenn die Größe und der Abstand der Transistorelemente kleiner werden, sind auch die Vorgaben für die Abmessungen der elektrischen Kontakte zwischen den Transistoren und den verbindenden Metallschichten ebenfalls entsprechend anzupassen. Als Folge davon ist es schwierig, in genauer und wiederholbarer Weise elektrische Kontakte mit geringem Widerstand herzustellen.
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Die
US 6 287 961 B1 offenbart ein Verfahren zum Ausbilden einer Dual-Damaszener-Leiterschicht, wobei Leitungsstopfen ausgebildet werden, die sich durch eine erste und zweite dielektrische Schicht derart erstrecken, dass jeweils eine Verbindung zu einem Durchgangskontakt gebildet wird. Die
DE 10 2007 057 682 A1 offenbart die Ausbildung von Hybridkontaktstrukturen, wobei Kontakte zu einer Gateelektrodenstruktur und benachbarten dotierten Regionen gebildet werden.
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Kurzer Überblick
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Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements mit einer Gatestruktur) über einem Halbleitersubstrat und einem dotierten Gebiet, das in dem Halbleitersubstrat benachbart zu der Gatestruktur ausgebildet ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden in der angegebenen Reihenfolge ausgeführten Schritte umfasst:
- Bilden einer ersten Schicht aus dielektrischem Material über dem dotierten Gebiet, wobei das Bilden der ersten Schicht aus dielektrischem Material a) Bilden einer ersten Teilschicht aus einem ersten dielektrischen Material und b) Bilden einer zweiten Teilschicht aus einem zweiten dielektrischen Material konform über der ersten Teilschicht mit einer Dicke von zumindest dem Unterschied zwischen der Dicke der ersten Teilschicht und der Höhe der Gatestruktur umfasst;
- Einebnen der ersten Teilschicht und der zweiten Teilschicht der ersten Schicht aus dielektrischem Material, sodass die obere Oberfläche der Gatestruktur freigelegt wird;
- Bilden eines leitenden Kontakts in der ersten Schicht aus dielektrischem Material, wobei der leitende Kontakt über dem dotierten Gebiet ausgebildet ist und elektrisch mit diesem in Verbindung steht;
- Bilden einer zweiten Schicht aus dielektrischem Material über der Gatestruktur, dem leitenden Kontakt und der ersten Schicht aus dielektrischem Material;
- Bilden eines ersten Lochgebiets in der zweiten Schicht über dem leitenden Kontakt;
- Bilden einer dritten Schicht aus dielektrischem Material über der zweiten Schicht;
- Bilden eines Grabengebiets in der dritten Schicht, wobei zumindest ein Bereich des Grabengebiets über zumindest einem Bereich des ersten Lochgebiets angeordnet ist; und
- Bilden eines leitenden Materials in dem Grabengebiet, wobei das leitende Material das erste Lochgebiet füllt, so dass der leitende Kontakt kontaktiert wird;
und wobei das Bilden des leitenden Kontakts umfasst:
- Bilden eines zweiten Lochgebiets in der ersten Schicht aus dielektrischem Material, wobei zunächst die zweite Teilschicht unter Verwendung der ersten Teilschicht als Ätzstopp geätzt wird und nachfolgend die erste Teilschicht geätzt wird.
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Figurenliste
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Ein vollständiges Verständnis der Erfindung kann erhalten werden, indem auf die detaillierte Beschreibung und die Ansprüche Bezug genommen wird, wobei diese in Verbindung mit den folgenden Figuren zu studieren sind, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente in den vorliegenden Zeichnungen darstellen.
- 1 bis 8 sind Querschnittsansichten, die eine Bauteilstruktur und Verfahren zur Herstellung der Bauteilstruktur in anschaulichen Ausführungsformen zeigen; und
- 9 ist eine Querschnittsansicht, die eine Bauteilstruktur und zugehörige Verfahren zur Herstellung der Bauteilstruktur gemäß einem vergleichenden Beispiel zeigt, das nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist.
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Detaillierte Beschreibung
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1 bis 8 zeigen eine Bauteilstruktur 100 und zugehörige Prozessschritte zur Herstellung der Bauteilstruktur 100 mit leitenden elektrischen Kontakten (im Weiteren auch als Durchgangskontakte bezeichnet) zwischen einem Halbleiterbauelement, etwa einem Transistor, und einer benachbarten Metallverbindungsschicht (beispielsweise Metallschicht 1 oder Metall 1). Diverse Schritte bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen sind gut bekannt, und daher werden im Sinne der Kürze viele konventionelle Schritte hier lediglich kurz erwähnt oder deren Beschreibung wird vollständig weggelassen, so dass die gut bekannten Prozessdetails hier nicht genannt sind.
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Gemäß 1 beginnt ein Fertigungsvorgang für einen Durchgangskontakt nach den Bearbeitungsschritten des Halbleiterbereichs der Fertigung (FEOL), in denen eine oder mehrere Halbleiterbauteilstrukturen auf einem Substrat 102 hergestellt werden, das aus einem Halbleitermaterial, etwa einem siliziumenthaltenden Material in konventioneller Weise aufgebaut ist. Beispielsweise werden die FEOL-Prozessschritte ausgeführt, um mehrere Transistorstrukturen 104, 106, 108 auf dem Halbleitersubstrat 102 zu erzeugen. In der dargestellten Ausführungsform enthält jede Transistorstruktur 104, 106, 108 eine entsprechende Gatestruktur 110, 112, 114 über dem Halbleitersubstrat 102, die entsprechend als eine Gateelektrode für die jeweilige Transistorstruktur 104, 106, 108 dient. Die Gatestrukturen 110, 112, 114 können unter Anwendung eines konventionellen Gatestapelmoduls oder einer Kombination aus gut bekannten Prozessschritten hergestellt werden. In der Praxis enthält jede Gatestruktur 110, 112, 114 typischerweise mindestens eine Schicht aus dielektrischem Material 116 über dem Halbleitersubstrat 102, und mindestens eine Schicht aus leitendem Material 118 über dem dielektrischen Material 116. Es sollte beachtet werden, dass diverse Kombinationen und/oder Anordnungen aus Materialien für die Gatestrukturen in einer praktischen Ausführungsform eingesetzt werden können, und die hierin beschriebene Erfindung ist nicht auf eine spezielle Anzahl, eine Kombination oder Anordnung von Gatematerialien in der Gatestruktur beschränkt. Des weiteren soll die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezielle Anzahl an Gatestrukturen beschränkt sein. In der dargestellten Ausführungsform enthält jede Transistorstruktur 104, 106, 108 voneinander beabstandete dotierte Gebiete 120, 122, 124, 126, die in dem Halbleitersubstrat 102 benachbart zu der jeweiligen Gatestruktur 110, 112, 114 angeordnet sind. In einer anschaulichen Ausführungsform dienen die dotierten Gebiete 120, 122, 124,126 als Source/Draingebiete für die jeweiligen Transistorstrukturen 104, 106, 108 und folglich werden der Einfachheit halber und ohne einschränkend zu sein die dotierten Gebiete 120, 122, 124, 126 auch hierin als Source/Draingebiete bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl in 1 die Source/Draingebiete als Gebiete dargestellt sind, die integral oder anderweitig zusammenhängend mit Source/Draingebieten benachbarter Transistorstrukturen zum Zwecke der Darstellung hergestellt sind, der hierin offenbarte Gegenstand nicht auf eine spezielle Anordnung der Source/Draingebiete eingeschränkt ist. In einer anschaulichen Ausführungsform enthalten die Source/Draingebiete 120, 122, 124, 126 Kontaktgebiete 128, 130, 132, 134, die auf den oberen Flächen der Source/Draingebiete ausgebildet sind, so dass eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen Source/Draingebieten 120, 122, 124, 126 der Transistorstrukturen 104, 106, 108 und einer benachbarten Metallverbindungsschicht hergestellt wird, wie sie nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Die Kontaktgebiete 128, 130, 132, 134 können als Metallsilizidschicht verwirklicht werden, die in freiliegenden oberen Flächen der Source/Draingebiete 120a, 122, 124, 126 in konventioneller Weise hergestellt wird. Obwohl dies nicht dargestellt ist, werden in einigen Ausführungsformen Kontaktgebiete auch auf der oberen Fläche des leitenden Gatematerials 118 hergestellt, wie dies auch im Stand der Technik bekannt ist.
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Es sei weiterhin auf 1 verwiesen; in einer anschaulichen Ausführungsform beginnt der Herstellungsprozess für Durchgangskontakte damit, dass eine erste Teilschicht aus einem ersten dielektrischem Material 138 (die erste Teilschicht bildet einen Teil einer ersten Schicht aus dielektrischem Material) über den Transistorstrukturen 104, 106, 108 hergestellt wird und eine zweite Teilschicht aus einem zweiten dielektrischem Material 140 (die zweite Teilschicht bildet den anderen Teil der ersten Schicht aus dielektrischem Material) über der ersten Teilchicht aus dielektrischem Material 138 erzeugt wird, woraus sich die in 1 gezeigte Bauteilstruktur 100 ergibt. In einer anschaulichen Ausführungsform wird die erste Teilschicht aus dielektrischem Material 138 als eine Schicht aus Nitridmaterial, etwa Siliziumnitrid, vorgesehen, die konform über den Transistorstrukturen 104, 106, 108 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 10 Nanometer (nm) bis ungefähr 50 nm beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung (CVD) bei einer Temperatur von weniger als ungefähr 500 Grad C hergestellt wird. In einer anschaulichen Ausführungsform wird die zweite Teilschicht aus dielektrischem Material 140 als eine Schicht aus Oxidmaterial, etwa Siliziumdioxid realisiert, das konform über der Schicht aus Nitridmaterial 138 mit einer Dicke aufgebracht wird, die so gewählt ist, dass das Oxidmaterial 140 Lücken bzw. Spalte zwischen den Gatestrukturen 110, 112, 114 bis zu einer minimalen Höhe auffüllt, die der Höhe der Gatestrukturen 110, 112, 114 entspricht oder größer ist, oder anders ausgedrückt, die Dicke des Oxidmaterials 140 ist größer als der oder gleich dem Unterschied zwischen der Höhe der Gatestrukturen 110, 112, 114 und der Dicke der Schicht aus Nitridmaterial 138. Beispielsweise wird eine Schicht aus Siliziumdioxid durch CVD oder Atomlagenabscheidung (ALD) bei einer Temperatur von weniger als ungefähr 500 Grad C hergestellt, bis die Spalte zwischen den Gatestrukturen 110, 112, 114 vollständig bis zu einer gewissen Höhe über den Gatestrukturen 110, 112, 114 gefüllt sind. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, dient die Nitridschicht 138 auch als eine Ätzstoppschicht, wenn das Oxidmaterial 140 zur Erzeugung von Lochgebieten (oder Löchern) geätzt wird, um damit lokale Kontakte zu den Source/Draingebieten 120, 122, 124, 126 herzustellen.
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Nach der Herstellung der dielektrischen Teilschichten 138, 140 geht in der dargestellten Ausführungsform der Herstellungsvorgang für den Durchgangskontakt weiter, indem Bereiche der dielektrischen Teilschichten 138, 140 entfernt werden, so dass eine im Wesentlichen ebene Oberfläche 142 erzeugt wird, die zu der oberen Oberfläche der Gatestrukturen 110, 112, 114 ausgerichtet ist, so dass sich die in 1 gezeigte Bauteilstruktur 100 ergibt. In einer anschaulichen Ausführungsform werden in dem Fertigungsvorgang die dielektrischen Teilschichten 138, 140 eingeebnet, um in gleichmäßiger Weise Bereiche der dielektrischen Teilschichten 138 und 140 über das Halbleitersubstrat 102 hinweg zu entfernen, bis schließlich das leitende Material 118 der Gatestrukturen 110, 112, 114 erreicht wird. Anders ausgedrückt, der Fertigungsvorgang für den Durchgangskontakt beendet das Einebnen der dielektrischen Teilschichten 138, 140, wenn die oberen Flächen der Gatestrukturen 110, 112, 114 freigelegt sind. Gemäß einer Ausführungsform wird ein chemisch-mechanisches Einebnen (CMP) angewendet, um die dielektrischen Teilschichten 138, 140 mit einem chemischen Schleifmittel für eine vorbestimmte Zeitdauer auf der Grundlage der Dicke der dielektrischen Teilschichten 138, 140 derart zu polieren, dass der CMP-Prozess stoppt, wenn die oberen Flächen der Gatestrukturen 110, 112, 114 freigelegt werden. Es können auch alternative Endpunkterkennungstechniken eingesetzt werden, um zu bestimmen, wann der CMP-Prozess anzuhalten ist, oder es können alternative Einebnungstechniken angewendet werden, um die im Wesentlichen ebene Oberfläche 142 zu erhalten, die zu den oberen Flächen der Gatestrukturen 110, 112, 114 ausgerichtet bzw. damit bündig ist.
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Gemäß 2 geht in einer anschaulichen Ausführungsform nach dem Einebnungsschritt der Herstellungsvorgang für den Durchgangskontakt weiter, indem selektiv Bereiche der dielektrischen Materialien 138, 140 entfernt werden, so dass mit Hohlräumen bzw. Löchern versehene Gebiete bzw. Hohlraumgebiete bzw. Lochgebiete 144, 146 (oder Löcher) in den dielektrischen Materialien 138, 140 erzeugt werden. Die Lochgebiete 144, 146 definieren die lateralen Abmessungen lokaler Kontakte, die nachfolgend darin hergestellt werden, wie dies im Zusammenhang mit der 3 erläutert ist. In einer anschaulichen Ausführungsform wird durch den Fertigungsvorgang für den Durchgangskontakt eine Schicht eines Maskierungsmaterials erzeugt (beispielsweise ein Photolackmaterial, ein Nitridmaterial oder dergleichen), das über der planaren Oberfläche 142 liegt, und es werden Bereiche des Maskierungsmaterials selektiv entfernt (beispielsweise unter Anwendung von Photolithographie oder einer geeigneten Ätzchemie), um eine Maske zu erzeugen, die Bereiche der dielektrischen Materialien 138, 140 über den Source/Draingebieten 122, 124 freilegt, die nachfolgend entfernt werden, um die Lochgebiete 144, 146 zu erzeugen, während die Bereiche des Maskierungsmaterials über den Gatestrukturen 110, 112, 114 intakt bleiben. In einer anschaulichen Ausführungsform sind Bereiche der dielektrischen Materialien 138, 140 benachbart zu den Gatestrukturen 110, 112, 114 durch das Maskierungsmaterial geschützt, so dass nachfolgend hergestellte lokale Kontakte elektrisch von den benachbarten Gatestrukturen 110, 112, 114 getrennt sind.
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Nach dem Strukturieren des Maskenmaterials geht der Fertigungsvorgang für den Durchgangskontakt weiter, indem selektiv Bereiche der dielektrischen Teilschichten 138, 140 unter Anwendung des strukturierten Maskenmaterials als Ätzmaske entfernt werden. In einer anschaulichen Ausführungsform werden die freiliegenden Bereiche des dielektrischen Materials 140 unter Anwendung eines anisotropen (oder gerichteten) Ätzprozess entfernt, der auf der ersten Teilchicht aus dielektrischem Material 138 anhält. Beispielsweise können freiliegende Bereiche von Siliziumdioxid (beispielsweise das dielektrische Material 140) anisotrop durch plasmabasierte reaktive lonenätzung (RIE) unter Anwendung einer anisotropen Ätzchemie geätzt werden, etwa auf der Basis von Fluorkohlenstoff als Plasmachemie, die selektiv zu Nitridmaterial ist (beispielsweise das dielektrische Material 138). Das verbleibende Maskenmaterial verhindert, dass der anisotrope Ätzprozess Bereiche des dielektrischen Materials 140 unter dem Maskenmaterial entfernt, während die freiliegenden Bereiche des dielektrischen Materials 140 abgetragen werden. In einer anschaulichen Ausführungsform wird das dielektrische Material 140 geätzt, bis das darunter liegende dielektrische Material 138 frei liegt. Dabei führen die Ätzchemie oder die Ätzbedingungen, die zum Ätzen des dielektrischen Materials 140 angewendet werden, nicht zu einer Ätzung des darunter liegenden dielektrischen Materials 138 mit der gleichen Rate, so dass das darunter liegende dielektrische Material 138 als ein Ätzstopp dient. In einer Ausführungsform werden nach dem Entfernen freiliegender Bereiche des dielektrischen Materials 140 die freiliegenden Bereiche des dielektrischen Materials 138 unter Anwendung eines anisotropen Ätzmittels entfernt, bis die Kontaktgebiete 130, 132 durch die Lochgebiete 144, 146 freigelegt sind. Das Maskierungsmaterial ist vorzugsweise gegenüber den anisotropen Ätzchemien resistent und/oder besitzt eine Dicke derart, dass die oberen Flächen der darunter liegenden dielektrischen Materialien 138, 140 und/oder des leitenden Materials 118 als Folge der Ätzprozessschritte nicht freigelegt werden. Nach dem Entfernen der freiliegenden Bereiche des dielektrischen Materials 138 zur Erzeugung der Lochgebiete 144, 146 geht der Herstellungsprozess weiter, indem verbleibendes Maskenmaterial in konventioneller Weise entfernt wird, woraus sich die in 2 gezeigte Bauteilstruktur 100 ergibt. Es sollte beachtet werden, dass in anderen Ausführungsformen die dielektrischen Materialien 138, 140 unter Anwendung eines einzelnen Ätzmittels als Teil eines einzelnen Ätzprozessschritts entfernt werden. In einer anschaulichen Ausführungsform sind die Lochgebiete 144, 146 von den benachbarten Gatestrukturen 110, 112, 114 mit einem Abstand von ungefähr 10 nm durch das verbleibende dielektrische Material 128, 140 getrennt, so dass nachfolgend hergestellte lokale Kontakte elektrisch von den benachbarten Gatestrukturen 110, 112, 114 getrennt sind.
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Es sei nun auf 3 verwiesen; nach dem Herstellen der Hohlraumgebiete bzw. Lochgebiete 144, 146 geht der Herstellungsprozess für den Durchgangskontakt weiter, indem lokale Kontakte 148, 150 in den Lochgebieten 144, 146 hergestellt werden. Dabei werden die lokalen Kontakte 148, 150 als ein leitendes Material 152 realisiert, das eine elektrische Verbindung zu den Kontaktgebieten 130, 122 und den Source/Draingebieten 122, 124 herstellt. Die lokalen Kontakte 148, 150 werden vorzugsweise durch konformes Abscheiden eines leitenden Materials 152, etwa eines Wolframmaterials, über dem Halbleitersubstrat 102 mit einer Dicke erzeugt, die so gewählt ist, dass das leitende Material 152 die Lochgebiete 144, 146 bis zu einer minimalen Höhe auffüllt, die der Höhe der Gatestrukturen 110, 112, 114 entspricht oder über diese Höhe hinausgeht (beispielsweise eine „bündige“ Auffüllung oder eine Überfüllung). In einer anschaulichen Ausführungsform werden die lokalen Kontakte 148, 150 durch konformes Abscheiden von Wolfram durch CVD oder ALD bei einer Temperatur von weniger als ungefähr 500 Grad mit einer Dicke hergestellt, die im Wesentlichen gleich oder geringfügig größer ist als die Höhe der Gatestrukturen 110, 112, 114. Dabei ist ein Wolframmaterial in der Lage, die Lochgebiete 144, 146 vollständig aufzufüllen, ohne dass es in das Halbleitersubstrat 102 und/oder die Kontaktgebiete 130, 132 diffundiert. Nach der Herstellung der Schicht aus leitendem Material 152, geht der Herstellungsprozess für den Durchgangskontakt weiter, indem die Bauteilstruktur 100 eingeebnet wird, so dass Bereiche des leitenden Materials 152 entfernt werden, die nicht die Lochgebiete 144, 146 auffüllen, so dass eine im Wesentlichen ebene Oberfläche 154 geschaffen wird, die zu der oberen Oberfläche der Gatestrukturen 110, 112, 114 ausgerichtet ist. Dabei wird das leitende Material 152 gleichmäßig über die Bauteilstruktur 100 hinweg entfernt, bis das leitende Material 118 der Gatestrukturen 110, 112, 114 erreicht ist, indem beispielsweise ein CMP-Prozess angewendet wird, um das leitende Material 152 mit einem chemischen Schleifmittel zu schleifen, wobei der Vorgang angehalten wird, wenn die oberen Flächen der Gatestrukturen 110, 112, 114 freigelegt werden, wie dies in ähnlicher Weise zuvor beschrieben ist.
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Gemäß 4 geht in einer anschaulichen Ausführungsform nach der Herstellung der lokalen Kontakte 148, 150 der Fertigungsvorgang für den Durchgangskontakt weiter, indem eine Schicht aus dielektrischem Material 156 über den lokalen Kontakten 148, 150 hergestellt wird. In einer anschaulichen Ausführungsform wird die Schicht aus dielektrischem Material 156 als eine Schicht aus Nitridmaterial, etwa Siliziumnitrid, hergestellt, das konform über dem Halbleitersubstrat 102 bis zu einer Dicke abgeschieden wird, die weniger als ungefähr 50 nm ist, beispielsweise durch CVD bei einer Temperatur unter 500 Grad C.
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Gemäß 5 geht in einer anschaulichen Ausführungsform nach der Herstellung der Schicht aus dielektrischem Material 156 der Fertigungsvorgang für den Durchgangskontakt weiter, indem selektiv Bereiche des dielektrischen Materials 156 entfernt werden, so dass Lochgebiete 158, 160 (oder Löcher) in der Schicht aus dielektrischem Material 156 erzeugt werden, die die lateralen Abmessungen von Durchgangskontakten festlegen, die nachfolgend in den Lochgebieten 158, 160 erzeugt werden. Dabei werden die Lochgebiete bzw. Löcher 158, 160 so erzeugt, dass zumindest ein Teil der Lochgebiete 158, 160 mit den lokalen Kontakten 148, 150 überlappt oder in anderer Weise darüber ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Lochgebiete 158, 160 vertikal zu den lokalen Kontakten 148, 150 ausgerichtet oder in anderer Weise in Bezug dazu zentriert. Wie zuvor beschrieben ist, können die Lochgebiete 158, 160 hergestellt werden, indem eine Schicht aus Maskierungsmaterial (beispielsweise ein Photolackmaterial, ein Hartmaskenmaterial oder dergleichen) über dem dielektrischen Material 156 entfernt wird, indem selektiv Bereiche des Maskierungsmaterials (beispielsweise unter Anwendung von Photolithographie oder einer geeigneten Ätzchemie) abgetragen werden, so dass eine Maske definiert wird, die Bereiche des dielektrischen Materials 156 über den lokalen Kontakten 148, 150 frei legt, und indem selektiv die freiliegenden Bereiche des dielektrischen Materials 156 unter Anwendung einer anisotropen Ätzchemie abgetragen werden, so dass die lokalen Kontakte 148, 150 freigelegt werden. In einer anschaulichen Ausführungsform wird auch das Maskenmaterial strukturiert, so dass Bereiche des dielektrischen Materials 156 über den Gatestrukturen 110, 114 freigelegt werden, bevor das dielektrische Material 156 geätzt wird, so dass die Lochgebiete 162, 164, die über den Gatestrukturen 110, 114 angeordnet sind, gleichzeitig mit den Lochgebieten 158, 160 hergestellt werden (beispielsweise zur gleichen Zeit als Teil des gleichen Ätzschrittes). Nach dem Erzeugen der Lochgebiete 158, 160, 162, 164 wird verbleibendes Maskenmaterial in konventioneller Weise entfernt, woraus sich die in 5 gezeigte Bauteilstruktur 100 ergibt.
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Wie nachfolgend detaillierter im Zusammenhang mit der 8 erläutert ist, legen die Lochgebiete bzw. Löcher 158, 160, 162, 164 die horizontalen (oder lateralen) Abmessungen von nachfolgend hergestellten Durchgangskontakten fest, die die elektrische Verbindung zwischen den lokalen Kontakten 148, 150 und/oder den Gatestrukturen 110, 114 und einer darüber liegenden Metallschicht herstellen. In einer anschaulichen Ausführungsform ist das Aspektverhältnis der Lochgebiete 158, 160, 162, 164, d. h. das Verhältnis der vertikalen Abmessung (oder Höhe) der Lochgebiete bzw. Löcher 158, 160, 162, 164 zu der horizontalen (oder lateralen) Abmessung der Lochgebiete 158, 160, 162, 164 kleiner oder gleich 1, so dass eine bessere Steuerung der kritischen Abmessungen der Lochgebiete bzw. Löcher 158, 160, 162, 164 erreicht wird, d. h. die größte horizontale oder laterale Abmessung der Lochgebiete 158, 160, 162, 164, während das dielektrische Material 156 mit reduzierter Ätzzeit abgetragen wird. In dieser Hinsicht ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen die kritische Abmessung der Lochgebiete 158, 160 größer als die Dicke des dielektrischen Materials 156 (beispielsweise größer als 50 nm). Als Folge davon, dass das Aspektverhältnis der Lochgebiete 158, 160, 162, 164 kleiner oder gleich 1 ist (beispielsweise auf Grund der relativ geringen Schichtdicke des dielektrischen Materials 156), sind die Lochgebiete 158, 160, 162, 164 nachfolgend einfacher zu füllen, und können daher mit einem leitenden Metallmaterial, etwa Kupfer, gefüllt werden, so dass eine elektrische Verbindung mit relativ geringen Widerstand zwischen der darüber liegenden Metallschicht und den lokalen Kontakten 148, 150 und/oder den Gatestrukturen 110, 114 bereitgestellt wird.
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Es sei nun auf die 6 bis 8 verwiesen. In einer anschaulichen Ausführungsform geht der Herstellungsprozess für den Durchgangskontakt nach der Herstellung der Lochgebiete 158, 160, 162, 164 in dem dielektrischen Material 156 weiter, indem eine Metallverbindungsschicht über dem Halbleitersubstrat 102 hergestellt wird. In dieser Hinsicht wird die Metallverbindungsschicht als die erste Metallschicht (beispielsweise Metall 1) hergestellt, die am nächsten oder anderweitig benachbart zu den Halbleiterbauelementen 104, 106, 108 angeordnet ist, die auf dem Halbleitersubstrat 102 ausgebildet sind. In einer anschaulichen Ausführungsform wird in dem Herstellungsvorgang für den Durchgangskontakt die Metallverbindungsschicht hergestellt, indem eine Schicht aus einem dielektrischen Material 166, etwa Siliziumdioxid oder ein anderes geeignetes Oxidmaterial, über der Bauteilstruktur 100 aus 5 konform abgeschieden wird, woraus sich die in 6 gezeigte Bauteilstruktur 100 ergibt. Dabei dient die Schicht aus dielektrischem Material 166 als das Zwischenschichtdielektrikum für die Metallverbindungsschicht. In einer anschaulichen Ausführungsform wird das dielektrische Material 166 konform über dem Halbleitersubstrat 102 mit einer Dicke abgeschieden, die größer ist als ungefähr 100 nm, beispielsweise durch CVD bei einer Temperatur bei oder unterhalb von 400 Grad C.
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Es sei nun auf 7 verwiesen; der Herstellungsgang für den Durchgangskontakt geht nach der Herstellung des dielektrischen Materials 166 weiter, indem selektiv Bereiche des dielektrischen Materials 166 entfernt werden, um damit Lochgebiete bzw. Löcher 168, 170, 172, 174 zu erzeugen, die dem Strukturmuster, der Leiterbahnführung und/oder den Zwischenschichtverbindungen entsprechen, die durch die Metallverbindungsschicht (beispielsweise Metall 1) vorzusehen sind, wobei dies in konventioneller Weise erfolgt. Beispielsweise wird eine Schicht aus Maskierungsmaterial (beispielsweise ein Photolackmaterial, ein Nitridmaterial, oder dergleichen) über dem dielektrischen Material 166 ausgebildet, und Bereiche des Maskierungsmaterials werden nachfolgend entfernt (beispielsweise unter Anwendung von Photolithographie oder einer geeigneten Ätzchemie), um das Strukturmuster für das Metall der Metallverbindungsschicht festzulegen. In einer anschaulichen Ausführungsform legt die Maske zumindest einen Teil des dielektrischen Materials 166 über den lokalen Kontakten 148, 150 und den Gatestrukturen 110, 114 frei, so dass zumindest ein Bereich der nachfolgend hergestellten Grabengebiete 168, 170, 172, 174 über den Lochgebieten 158, 160, 162, 164 liegen oder mit diesen überlappen, so dass ein Kanal bzw. eine Öffnung für das Metall der Metallverbindungsschicht zum Kontaktieren der lokalen Kontakte 148, 150 und der Gatestrukturen 110, 114 bereitgestellt wird. Nach dem Strukturieren des Maskenmaterials zur Erzeugung der Ätzmaske werden die freiliegenden Bereiche des dielektrischen Materials 166 selektiv unter Anwendung einer anisotropen Ätzchemie entfernt, um damit die freiliegenden Bereiche des dielektrischen Materials 166 abzutragen, bis Oberflächen der lokalen Kontakte 148, 150 und der Gatestrukturen 110, 114 freigelegt werden, wie in 7 gezeigt ist. Nach dem Ätzen des dielektrischen Materials 166 zur Bereitstellung der Grabengebiete 168, 170, 172, 174 entsprechend dem gewünschten Strukturmuster für die Metallverbindungsschicht wird verbleibendes Maskierungsmaterial in konventioneller Weise abgetragen.
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Gemäß 8 geht der Herstellungsprozess für den Durchgangskontakt nach dem Strukturieren des dielektrischen Materials 166 weiter, indem die Metallverbindungsschicht (beispielsweise Metall 1) hergestellt wird, indem ein leitendes Metallmaterial in den Grabengebieten 168, 170, 172, 174 erzeugt wird. In einer anschaulichen Ausführungsform wird die Metallschicht hergestellt, indem ein leitendes Metallmaterial 176, etwa ein Kupfermaterial, über dem Halbleitersubstrat 102 mit einer Dicke konform abgeschieden wird, die so gewählt ist, dass das leitende Metallmaterial 176 die Grabengebiete 168, 170, 172, 174 bis zu einer minimalen Höhe ausfüllt, die der Höhe der dielektrischen Zwischenschicht 166 entspricht oder deren Höhe übersteigt (beispielsweise eine „bündige“ Füllung oder eine geringfügige Überfüllung). Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird das leitende Metallmaterial 176 als ein Kupfermaterial bereitgestellt, das durch Plattieren des Halbleitersubstrats 102 bei einer Temperatur von 200 Grad C oder darunter mit einer Dicke abgeschieden wird, die im Wesentlichen gleich ist (oder geringfügig größer ist) als die Dicke des dielektrischen Materials 166. Wie in 8 gezeigt ist, wird auf Grund des relativ kleinen Aspektverhältnisses der Lochgebiete 158, 160, 162, 164 in der Schicht aus dielektrischem Material 156 das leitende Metallmaterial 176 für die Metall-1-Schicht so vorgesehen, dass es vollständig die Lochgebiete 158, 160, 162, 164 ausfüllt, wobei gleichzeitig die Grabengebiete 168, 170, 172, 174 als Teil des gleichen Prozessschrittes gefüllt werden, so dass Durchgangskontakte 178, 180, 182, 184 zwischen der Schicht Metall 1 und den lokalen Kontakten 148, 150 und den Gatestrukturen 110, 114 erzeugt werden. In dieser Hinsicht sollte im hierin verwendeten Sinne ein Durchgangskontakt als ein Bereich des leitenden Metallmaterials 176 verstanden werden, der in einem entsprechenden Lochgebiet bzw. Loch 158, 160, 162, 164 angeordnet ist oder dieses anderweitig ausfüllt, so dass eine elektrische Verbindung zu der Metallverbindungsschicht entsteht. Auf diese Weise sind die Durchgangskontakte 178, 180, 182, 184 integrale Teile der Schicht Metall 1 und stellen eine elektrische Verbindung mit geringem Widerstand zwischen dem leitenden Metallmaterial 176 der Schicht Metall 1 und den darunter liegenden lokalen Kontakten 148, 150 und den Gatestrukturen 110, 114 her.
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Nach der Herstellung des leitenden Metallmaterials 176 geht der Herstellungsvorgang für den Durchgangskontakt weiter, indem eine gut bekannte Metallisierungsbearbeitung (BEOL) ausgeführt wird, um damit die Herstellung der Halbleiterbauteilstruktur in konventioneller Weise abzuschließen. Beispielsweise geht der Fertigungsvorgang für den Durchgangskontakt weiter, indem die Metallverbindungsschicht eingeebnet wird (beispielsweise durch Entfernen von Bereichen des leitenden Metallmaterials 176 und/oder des dielektrischen Materials 166), um eine im Wesentlichen planare Oberfläche zu schaffen, durch Bilden einer dielektrischen Zwischenschicht über der Metallverbindungsschicht, durch Bilden von Kontaktdurchführungen in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial, durch Erzeugen einer weiteren Metallverbindungsschicht über dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial und durch Wiederholen dieser Schritte, bis alle notwendigen Metallverbindungsschichten erzeugt sind.
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9 zeigt eine Bauteilstruktur 900, die gemäß einem vergleichenden Beispiel hergestellt ist, das nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist. In diesem Beispiel werden Durchgangskontakte 902, 904, 906, 908 in den Lochgebieten 158, 160, 162, 164 nach dem Schritt des Herstellens der Lochgebiete 158, 160, 162, 164 in der im Zusammenhang mit der 5 beschriebenen Weise und vor dem Herstellen der Metallverbindungsschicht, wie dies im Zusammenhang mit den 6 bis 8 beschrieben ist, hergestellt. In dem dargestellten Beispiel werden die Durchgangskontakte 902, 904, 906, 908 hergestellt, indem ein leitendes Material 910 über dem Halbleitersubstrat 102 bis zu einer Dicke konform abgeschieden wird, die so gewählt ist, dass das leitende Material 910 (beispielsweise Kupfer, Wolfram, Kobalt oder ein anderes geeignetes Metallmaterial) die Lochgebiete 158, 160, 162, 164 bis zu einer minimalen Höhe auffüllt, die der Dicke der Schicht aus dielektrischem Material 156 entspricht oder diese Dicke übersteigt (beispielsweise eine „bündige“ Auffüllung oder eine Überfüllung). Nach der Herstellung der Schicht aus leitendem Material 910 geht der Herstellungsvorgang für den Durchgangskontakt weiter, indem Bereiche des leitenden Materials 910 entfernt werden, so dass eine im Wesentlichen ebene Oberfläche 912 geschaffen wird. Dazu wird das leitende Material 910 gleichmäßig über das Halbleitersubstrat 102 hinweg entfernt, bis das dielektrische Material 156 erreicht wird, indem beispielsweise ein CMP-Prozess ausgeführt wird, um das leitende Material 910 mit einem chemischen Schleifmittel zu polieren, wobei der Vorgang angehalten wird, wenn die obere Fläche des dielektrischen Materials 156 freigelegt wird, wie dies in ähnlicher Weise zuvor beschrieben ist. Nach dem Entfernen des überschüssigen leitenden Materials 910 geht der Fertigungsvorgang für den Durchgangskontakt weiter, indem die darüber liegenden Metallverbindungsschicht hergestellt wird, wie dies im Zusammenhang mit den 6 bis 8 erläutert ist.
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Kurz zusammengefasst gilt also: Ein Vorteil der Fertigungsprozesse und der Halbleiterbauteilstrukturen, wie sie hierin beschrieben sind, besteht darin, dass Durchgangskontakte mit geringem Widerstand zwischen Transistoren oder anderen Halbleiterbauelementen, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, und der darüber liegenden Metallverbindungsschicht bereitgestellt werden, wobei die standardmäßigen Metallisierungssprozessschritte angewendet werden, ohne dass zusätzliche Abscheide- und Einebnungsschritte auszuführen sind. Auf Grund des relativ geringen Aspektverhältnisses können beispielsweise die Durchgangskontakte aus Metall als Teil des gleichen Metallabscheideschrittes hergestellt werden, der auch zur Herstellung des Metalls der Schicht Metall 1 angewendet wird. Da das Aspektverhältnis der Durchgangskontakte relativ gering ist, ist ferner auch der Widerstand der Durchgangskontakte relativ gering und die Durchgangskontakte können mit quadratischer (oder kreisförmiger) Form, rechteckiger (oder elliptischer) Form oder einer anderen geeigneten geometrischen Form hergestellt werden.