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Verwandte
Anmeldungen
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Diese
Anmeldung ist mit dem folgenden Patent des selben Anmelders verwandt:
US 6,429,120 B1 , „Methods
and apparatus for making integrated-circuit wiring from copper,
silver, gold and other metals" sowie
US 6,284,656 B1 mit
dem TitelCopper Metallurgy in Integrated circuits"
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Fachgebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein integrierte Schaltkreise.
Insbesondere bezieht sie sich auf Strukturen und Verfahren zur Bereitstellung von
Kristallkeimschichten für
die integrierte Schaltkreis-Metallurgie.
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Erfindungshintergrund
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Eines
der Hauptprobleme für
die Halbleiter verarbeitende Industrie im ULSI-Zeitalter ist das
des kapazitiven Widerstandsverlustes auf den Verdrahtungsebenen.
Dies hat zu großen
Anstrengungen geführt
den Widerstand auf den Verdrahtungsebenen zu verringern und die
kapazitive Belastung auf diesen zu erniedrigen. Von Anfang an hat
die Industrie dabei auf Aluminium und Aluminiumlegierungen für die Verdrahtung
gesetzt. Auf ähnliche
Weise hat die Industrie hauptsächlich
auf SiO2 als Isolator der Wahl gesetzt,
obwohl für
eine Anzahl von Jahren auch Polyimid in einer Reihe von Produkten
eines Lieferanten (IBM) verwendet wurde. Das Problem des kapazitiven
Widerstandes wächst
mit jeder nachfolgenden Technologiegeneration. Mit abnehmenden Dimensionen
verringert sich die minimale Leitungsabstandskombination, wodurch
sowohl die Kapazität
als auch der Widerstand erhöht
wird, wenn der Designer einen Vorteil aus den verbesserten Entwurfsmaßen ziehen will.
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Um
die Leitfähigkeit
zu verbessern wurde von zahlreichen Entwicklern vorgeschlagen, dass
die derzeit verwendete Aluminiummetallurgie durch Kupfer- oder vielleicht
Silber- oder Goldmetallurgie ersetzt werden kann. Bei der Entwicklung
dieser vorgeschlagenen Metallurgien stieß man auf mehrere potentielle
Probleme. Eines der hauptsächlichsten
ist die schnelle Diffusion von Kupfer sowohl durch Silizium als
auch durch SiO2. Dies zusammen mit den bekannten
Verbindungsstellen vergiftenden Effekten von Kupfer und Gold führten zu
Vorschlägen,
einen Liner zu verwenden, um diese Metallurgien von dem SiO2-Isolator zu separieren. Beispielsweise
schlägt ein
Artikel von den Autoren Karen Holloway und Peter M. Fryer mit dem
Titel "Tantalum
as a diffusion barrier between copper and silicon ", Appl. Phys. Letter,
Band 57, Nr. 17, 22. Oktober 1990, Seiten 1736–1738, die Verwendung eines
Tantalmetall-Liners vor. Ein anderer Artikel von den Autoren T.
Laursen und J. W. Mayer mit dem Titel "Encapsulation of copper by Nitridation
of Cu-Ti Alloy/Bilayer Structures", International Conference on Metallurgical
Coatings and Thin Films, San Diego, CA, 21.–25. April 1997, Abstract Nr.
H1.03, Seite 309, schlägt
die Verwendung einer Verbindung wie CuTi als Liner vor. Ein weiterer
Artikel, veröffentlicht
von Vee S. C. Len, R. E. Hurley, N. McCusker, D. W. McNill, B. M.
Armstrong und H. S. Gamble, mit dem Titel "An investigation into the performance
of diffusion barrier materials against copper diffusion using metal-oxide-semiconductor
(MOS) capacitor structures",
Solid-State Electronics 43 (1999), Seiten 1045–1049 schlägt die Verwendung einer Verbindung
wie TaN als Liner vor.
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Diese
Ansätze
lösen das
oben bezeichnete Problem der Verringerung des minimalen Leitungsabstandes
jedoch nicht vollständig.
Demnach steigert die schrumpfende Leitungsgröße in der Kombination von Metallleitung
und Liner wiederum die Kapazität
und den Widerstand.
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Zur
gleichen Zeit haben andere Entwickler im Hinblick auf den kapazitiven
Belastungseffekt verschiedene Polymere wie etwa fluorierte Polyimide
als mögliche
Ersatzstoffe für
SiO
2-Isolatoren
studiert. In
US 6,197,688
B1 z. B., das sich im allgemeinen um Verbindungsstrukturen
in einem Halbleiter und Verfahren zu deren Bildung kümmert, wird
ebenfalls auf Polyimide als mögliches
Dielektrikum verwiesen. Mehrere dieser Materialien haben dielektrische
Konstanten, die beträchtlich
niedriger sind als bei SiO
2. Wie im Falle
des SiO
2 wurde jedoch wieder ein Inkompatibilitätsproblem
mit der Kupfermetallurgie gefunden. Beispielsweise wurde in einer
Präsentation von
D. J. Godbey, L. J. Buckley, A. P. Purdy und A. W. Snow mit dem
Titel "Copper Diffusion
in Organic Polymer Resists and Inter-level Dielectrics" bei der International
Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films, San Diego,
CA, 21.–25.
April 1997, Abstract H2.04 Seite 313, gezeigt, dass Polyimid und
viele andere Polymere während
des Aushärtungsprozesses
mit Kupfer reagieren und ein leitfähiges Oxid, CuO
2,
bilden, das sich in dem Polymer verteilt. Dies hebt dann die effektive
dielektrische Konstante des Polymers an, und in vielen Fällen wird
die Leitfähigkeit
des Polymers erhöht.
Zusätzlich
wurde herausgefunden, dass reaktives Ionenätzen (RIE) aller drei Metalle,
Kupfer, Silber oder Gold, bestenfalls schwierig ist.
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In
anderen Ansätze
von Entwicklern wurde weiterhin versucht, nach Wegen zur Fortsetzung
der Verwendung von Aluminiumverdrahtung mit einem Isolator mit niedriger
dielektrischer Konstante zu suchen. Dies würde die kapazitive Belastung
bei gegebenem Abstand zwischen den Leitungen verringern, aber breitere
oder dickere Leitungen verlangen. Die Verwendung dickerer Leitungen
würden
die kapazitive Belastung direkt proportional zur Erhöhung der
Dicke ansteigen lassen. Daher macht dies in gewissem Ausmaß die Ziele
der Verringerung der kapazitiven Belastungseffekte zunichte. Deshalb
sollte die Verwendung dickerer Leitungen soweit wie möglich vermieden
werden. Da der Widerstand der Leitung direkt proportional zu dessen
Querschnittsfläche
ist, muss diese breiter gemacht werden, wenn sie nicht dicker gemacht
werden kann. Wenn jedoch die Leitungen breiter gemacht werden, können weniger
Verdrahtungskanäle
auf der Metallebene bereit gestellt werden. Um die gleiche Zahl
von Verdrahtungskanälen zu
erhalten, müssen
zusätzliche
Metallebenen vorgesehen werden.
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Dies
erhöht
die Kosten des Chips. Wenn also diesem Ansatz gefolgt werden soll,
ist es zwingend erforderlich eine Prozesssequenz mit niedrigen Kosten
zu übernehmen.
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Ein
vom Erfinder dieser Anmeldung zur Verfügung gestellter Ansatz im Patent
US 6,284,656 B1 mit
dem Titel "Copper
Metallurgy in Integrated circuits", angemeldet am 4. August 1998, US-Anmeldung
Nr. 09/128,859, schlägt
ein Verfahren zur Lösung
vieler der mit der Verwendung von Kupfer in einem polymeren Isolator
verknüpften
Probleme vor. Dieses Verfahren, das spezifisch darauf abgestellt war
mit einer Polymer- oder Schaumisolierung kompatibel zu sein erfordert,
dass das unerwünschte Kupfer
auf der Oberfläche
jeder Schicht mittels chemisch-mechanischem Polieren (CMP) oder
einem ähnlichen
Planarisierungsprozess entfernt wird. Dieses Verfahren kann jedoch
eine sorgfältige
Prozesssteuerung erfordern, was zu zusätzlichen Kosten führt. Ein
anderer Ansatz wird in einem Patent von Kie Ahn und Leonard Forbes
mit dem Titel "Methods for
making Copper and other Metal Interconnections in Integrated circuits", angemeldet am 27.
Februar 1998, (
US 6,211,073
B1 ), zur Verfügung
gestellt, welches ein Verfahren unter Verwendung von ionisiertem
Sputtern unter Ausbildung der Grundschicht und anschließendem Ausbilden
einer gering benetzenden Schicht unter Verwendung von Dampfdüsenabscheidung
auf den Flächen,
wo kein Kupfer erwünscht
ist, vorschlägt.
Das Kupfer wird mittels ionisiertem Magnetron-Sputtern gefolgt von
Wasserstofftemperung abgeschieden. Das überschüssige Kupfer wird dann mittels
CMP wie in der vorgenannten Anmeldung entfernt.
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Ein
weiteres Verfahren wird vom Erfinder dieser Anmeldungim Patent „Integrated
circuit with Oxidation-Resistant Polymeric layer, (
US 6,288,442 B1 ), beschrieben,
welches viele der CMP-Prozesse abschafft und Abhebung verwendet,
um die Graben- sowie die Kristallkeimschicht gleichzeitig zu definieren.
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Die
Verwendung von CMP hat sich bei der Verringerung lokaler Nicht-Planarität als effektiv
erwiesen. Extensives Kumpeln (dishing) bei breiten Leitungen und
Abrunden von Ecken des Isolators treten jedoch üblicherweise auf. Es wurde
gefunden, dass es durch Aufrechterhaltung einer regelmäßigen Struktur
durch Verwendung von Dummy-Strukturen und kleinen Strukturgrößen möglich ist,
eine Ebene zu einer nahezu flachen Obenfläche zu planarisieren. Die Verwendung
dieser Techniken ist jedoch kostenintensiv und in einigen Fällen mit
nachteiligen Dichte- oder Eigenschaftsänderungen verbunden. Es ist
jedoch im allgemeinen möglich,
eine Struktur mit nur geringfügigem
oder keinem Dichtenachteil unter Verwendung dieser Verfahren vor
den Metallebenen zu planarisieren. Die Verwendung von stromloser
Abscheidung wurde in
US 5,824,599 sowie
in einem Artikel von Yosi Schacham-Diamand und Valery M. Dubin mit
dem Titel "Copper
electroless deposition technology for ultralarge scale-integration
(ULSI) metallization",
Microelectronic Engineering 33 (1997), 47–58, vorgeschlagen, ein einfaches
Verfahren zum Erhalt sowohl der Barriereschichten wie auch der Kristallkeimschicht
wird jedoch benötigt,
um die Kosteneffektivität
dieser Technik zu verbessern. Eine Technik zum Beimpfen von Polyimid
und Siliziumoberflächen
unter Verwendung von hochenergetischer Ionenimplantation (10–20 Kiloelektronenvolt
(KEV)) wurde in einem Artikel von S. Bhansali, D. K. Sood und R.
B. Zmood, mit dem Titel "Selective
electroless copper plating on silicon seeded by copper ion implantation", Thin Solid Films
V253 (1994), Seiten 391–394,
beschrieben. Es konnte jedoch nicht gezeigt werden, dass dieser
Prozess in eine Produktstruktur, in der eine Sperr- und/oder Haftschicht
erforderlich ist, implementierbar ist. Auch in
US 5,670,420 wird hochenergetische
(50–150
KEV) Ionenimplantation im Zusammenhang eines Verfahrens zur Bildung einer
Metallverbindungsschicht eines Halbleiterbausteins offenbart.
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Aus
den oben genannten Gründen
und weiteren Gründen,
die beim Lesen der nachfolgenden Offenbarung offensichtlich werden,
besteht ein Bedarf nach Strukturen und Verfahren, welche die mit Durchkontakt-
(via) und Metallleitungs-Herstellungsverfahren verknüpften Probleme überwinden.
Diese Strukturen und Verfahren zur Durchkontakt- und Metallleitungsfabrikation
müssen
stromlinienförmig
gestaltet und an den Bedarf nach höheren Leistungswerten in integrierten
Schaltkreisen angepasst werden, sogar wenn die Entwurfsmaße bei der
Herstellung schrumpfen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
oben genannten mit der Größe und den Eigenschaften
von integrierten Schaltungen zusammenhängenden Probleme, der Durchkontakt
und Metallleitungs-Herstellungsprozess, und andere durch die vorliegende
Erfindung adressierte Probleme, werden durch Lesen und Studieren
der folgenden Beschreibung verstanden werden. Die Strukturen und
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassen eine Diffusionsbarriere
und eine Kristallkeimschicht in einem integrierten Schaltkreis,
die beide unter Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation
gefolgt von einer selektiven Abscheidung von Metallleitungen für den integrierten
Schaltkreis gebildet werden. Nach den Lehren der vorliegenden Erfindung
vermeidet die selektive Abscheidung der Metallleitungen die Erforderlichkeit
mehrerer chemischmechanischer Planarisierungs (CMP) Schritte. Die
niedrigenergetische Ionenimplantation der vorliegenden Erfindung
ermöglicht
eine klare Platzierung sowohl der Diffusionsbarriere als auch der
Kristallkeimschicht. Ein Restschutzlack kann verwendet werden, um
die Diffusionsbarriere und die Kristallkeimschicht von unerwünschten
Gebieten auf einer Waferoberfläche
zu entfernen.
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Insbesondere
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung
einer Diffusionsbarriere und einer Kristallkeimschicht in einem
integrierten Schaltkreis. Das Verfahren umfasst das Strukturieren
eines Isolatormaterials, um eine Reihe von Gräben in der Isolatorschicht
zu definieren, welche eine Reihe von Erstebenen-Durchkontakten in einer planarisierten
Oberfläche
eröffnet.
Eine Spen-/Haftschicht wird auf der Anzahl von Gräben unter
Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation, z. B. einer
100 bis 800 Elektronenvolt (eV) Ionenimplantation abgeschieden.
Eine Kristallkeimschicht wird auf der Sperr-/Haftschicht in der
Anzahl von Gräben
ebenfalls unter Verwendung der niedrigenergetischen Ionenimplantation
abgeschieden. Diese neue Methodik ermöglicht ferner die Bildung von
Aluminium-, Kupfer-, Gold- und/oder Silbermetallverbindungen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
folgende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
kann am besten verstanden werden, wenn sie in Zusammenhang mit den folgenden
Zeichnungen gelesen wird, welche zeigen:
Die 1A–1K veranschaulichen
eine Ausführungsform
der vielfältigen
Verarbeitungsschritte zur Ausbildung von Durchkontakten und Metallleitungen gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung.
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Die 2A–2K veranschaulichen
eine andere Ausführungsform
der verschiedenen Verarbeitungsschritte zur Ausbildung von Durchkontakten und
Metallleitungen gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung.
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Die 3A–3K veranschaulichen
eine weitere Ausführungsform
der zahlreichen Verarbeitungsschritte zur Ausbildung von Durchkontakten und
Metallleitungen gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung.
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Die 4A–4L veranschaulichen
eine weitere Ausführungsform
der zahlreichen Verarbeitungsschritte zur Ausbildung von Durchkontakten und
Metallleitungen gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine Darstellung eines integrierten Schaltkreises, hergestellt gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung.
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6 veranschaulicht
eine Ausführungsform
eines Systems umfassend einen Teil eines integrierten Schaltkreises,
der nach einer der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen
hergestellt ist.
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Detaillierte
Beschreibung
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung wird auf
die beigefügten
Zeichnungen, welche einen Teil der Beschreibung darstellen, Bezug
genommen. In diesen sind im Wege der Veranschaulichung spezifische
Ausführungsformen
gezeigt, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Diese Ausführungsformen
sind in ausreichenden Details beschrieben, um die Fachleute zur
Ausführung
der Erfindung in die Lage zu versetzen. Es können andere Ausführungsformen
verwendet werden und strukturelle logische und elektrische Veränderungen
können
vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die
in der folgenden Beschreibung verwendeten Begriffe Wafer und Substrat
umfassen jede Struktur mit einer exponierten Oberfläche, unter
deren Verwendung die integrierte Schaltkreisstruktur (IC) der Erfindung
hergestellt wird. Der Begriff Substrat wird so verstanden, das er
Halbleiter-Wafer umfasst. Der Begriff Substrat wird ebenso verwendet, um
Halbleiterstrukturen während
der Verarbeitung zu bezeichnen und kann andere Schichten einschließen, die
darauf aufgebracht wurden. Substrat umfasst dotierte und undotierte
Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, geträgert auf
einem Basishalbleiter oder Isolator, wie auch andere Halb leiterstrukturen,
die dem Fachmann gut bekannt sind. Der Begriff Isolator ist so definiert,
das er jedes Material umfasst, das weniger elektrisch leitfähig ist
als die Materialien, die durch den Fachmann im allgemeinen als Leiter
bezeichnet werden. Die folgende detaillierte Beschreibung sollte
daher nicht in einem beschränkenden
Sinne verstanden werden.
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Vorliegend
offenbart ist ein kostengünstiges Verfahren
zur Erzielung von verringertem Kapazitäts- und Widerstandverlust in
Verdrahtungsebenen. Die vorliegende Erfindung erfordert nur eine
vollständige CMP-Planarisierung
gekoppelt mit der Ausbildung der Erstebenen-Durchkontakte, unabhängig davon, wie viele Metallisierungsebenen
verwendet werden. Was wesentliche Aufreinigungs-CMP-Schritte auf
jeder Metallebene sind, wird in einer Prozesssequenz verwendet.
Dieser Prozess kann mit Aluminium, Kupfer, Silber, Gold oder jedem
anderen Material angewendet werden, das nachfolgend stromlos plattiert oder
durch selektive CVD oder jeden anderen selektiven Abscheidungsprozess
abgeschieden werden kann. Ein Polyimid, ein anderes Polymer oder Schaumpolymer
kann als Isolator verwendet werden. Es kann auch mit einem Oxid
oder einer anderen anorganischen Isolierstruktur verwendet werden,
wenn die isolierende Schichtenfolge mit dem verwendeten Metall kompatibel
ist. Es kann auch genauso gut zur Ausbildung von Luftbrückenstrukturen
verwendet werden. Der Prozess verwendet niedrigenergetische Ionenimplantation,
um sowohl die Haft- und/oder Sperrschicht zusammen mit der Kristallkeimschicht abzuscheiden.
Dies ist gekoppelt mit der Verwendung der Schutzlackschicht, welche
den Damascene-Graben als blockierende Schicht zur Kennzeichnung
von Implantationsflächen
definiert. Niedrigenergetische Implantation ermöglicht die Platzierung klarer
Schichten sowohl der Sperr-/Haft- als auch der Kristallkeimschichten.
Die Verwendung der gleichen Schutzlackschichten zur Abgrenzung sowohl
des Grabens als auch der Kristallkeimschichten ermöglicht eine
kostengünstige
Implementierung des Prozesses.
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Ausführungsform eines metallischen
Durchkontaktes unter Verwendung von Kupfer und Polyi
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Die 1A–1K veranschaulichen
eine neue Methodik bei der Herstellung von metallischen Durchkontakten
und/oder einer Verdrahtungsstruktur in einem integrierten Schaltkreis
gemäß den Lehren der
vorliegenden Erfindung. Die neue Methodik umfasst die neue Bildung
einer Sperr-/Haftschicht und einer Kristallkeimschicht in einem
integriertem Schaltkreis unter Verwendung von niedrigenergetischer
Ionenimplantantion. Die neue Methodik schließt auch ein neues Verfahren
zur Herstellung von Kupfer-, Silber-, Aluminium- oder Goldverbindungen
bei einem integrierten Schaltkreis ein.
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Die 1A veranschaulicht
einen Teil einer integrierten Schaltkreisstruktur, nämlich einen
integrierten Schaltkreis mit einer Reihe von Halbleitervorrichtungen,
ausgebildet in einem Substrat. Die 1 veranschaulicht
die Struktur, nachdem die Vorrichtungsstruktur in dem Substrat gebildet
wurde und die Kontaktstruktur zu der Vorrichtungsstruktur vorhanden
ist. Der Durchschnittsfachmann wird beim Lesen dieser Offenbarung
die Art und Weise verstehen, wie eine Reihe von Halbleiterstrukturen,
z. B. Transistoren, in einem Substrat gebildet werden kann. Der Durchschnittsfachmann
wird auch beim Lesen der Offenbarung die Art und Weise verstehen,
wie eine Kontaktstruktur hergestellt werden kann, welche mit einer
gegebenen Halbleitervorrichtung in einem Substrat verbindet. Beispielsweise
veranschaulicht die 1A die Struktur, nachdem eine
Reihe von Vorrichtungsstrukturen, z. B. die Transistoren 101A und 101B in
dem Substrat 100 gebildet wurden. Eine Isolatorschicht 102 wird
auf der Reihe von Halbleitern 101A und 101B abgeschieden.
Die Abscheidung der Isolatorschicht 102 kann die Abscheidung
einer Si3N4-Schicht
mit einer Dicke im Bereich von 1·10–8m bis
5·10–8m
(100 bis 500 Angström
(Å)) einschließen. Diese
Isolatorschicht wird auch als zusätzliche Barriere gegen Verunreinigungen,
die aus den nachfolgenden Verarbeitungsschritten stammen, dienen. Kontaktlöcher 105A und 105B werden
in der Reihe von Vorrichtungsstrukturen 101A und 101B unter Verwendung
einer Photolithographietechnik geöffnet. Der Durchschnittsfachmann
wird beim Lesen dieser Offenbarung die Art und Weise verstehen,
wie eine Photolithographietechnik verwendet werden kann, um die
Kontaktlöcher 105A und 105B zu
erzeugen. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Titansilizid-Liner 106A und 106B in den
Kontaktlöchern 105A und 105B platziert,
wie etwa durch einen Prozess, wie z. B. chemische Dampfphasenabscheidung
(CVD). Als nächstes
können
Wolfram-Durchkontakte 107A und 107B in den Kontaktlöchern 105A und 105B abgeschieden
werden. Die Wolfram-Durchkontakte 107A und 107B können in
den Kontaktlöchern
unter Verwendung jeder geeigneten Technik, wie etwa die Verwendung
eines CVD-Verfahrens, abgeschieden werden. Das überschüssige Wolfram wird anschließend von
der Wafer-Oberfläche durch
chemisch-mechanische Planarisierung (CMP) oder andere geeignete
Verfahren zur Ausbildung einer planarisierten Oberfläche 109 entfernt.
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Wie
in 1B gezeigt, wird eine erste Polymerschicht 108 oder
einer erste Polyimidschicht 108 auf der Wafer-Oberfläche abgeschieden.
Die erste Polymerschicht 108 kann unter Verwendung von
beispielsweise dem Prozess und Material, wie im US-Patent 6,284,656
B1 des gleichen Erfindersmit dem Titel "Copper Metallurgy in Integrated circuits", beschrieben, abgeschieden
werden. Gemäß einer Ausführungsform
umfasst das Abscheiden einer ersten Polymerschicht 108 das
Abscheiden einer geschäumten
Polymerschicht 108. In einer Ausführungsform wird die erste Polyimidschicht 108 abgeschieden
und ausgehärtet,
wobei eine 5·10–7m
(5000 Å)
dicke Polymerschicht 108 nach dem Aushärten erzeugt wird. Der Durchschnittsfachmann
wird beim Lesen dieser Offenbarung verstehen, dass andere geeignete
Dicken der ersten Schicht aus Polyimid 108 oder der Isolatorschicht/des
Materials 108 auch abgeschieden werden kann, wie zur Ausbildung
einer Erstebenen-Metallstruktur erforderlich, die Erfindung ist
nicht darauf beschränkt.
Die erste Polyimidschicht 108 oder erste Isolatorschicht/Material 108 wird
strukturiert, um eine Reihe von Gräben 110 in der ersten
Isolatorschicht 108 zu definieren, welche sich auf eine
Reihe von Erstebenen-Durchkontakten, z. B. Wolfram-Durchkontakten 107A und 107B,
in der planarisierten Oberfläche 109 öffnen. Mit
anderen Worten, es wird eine Erstebenen-Metallstruktur 110 in einer
Maskenschicht aus Photoresist 112 definiert und anschließend wir
die erste Polyimidschicht 108 geätzt, unter Verwendung jedes
geeigneten Verfahrens, z. B. reaktives Ionenätzen (RIE), so dass die Erstebenen-metallstruktur 110 in
dem Polyimid definiert wird. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung wird eine restliche Photoresistschicht 112 auf der
ersten Isolatorschicht 108 in einer Reihe von Bereichen 113 außerhalb
der Reihe von Gräben 110 belassen.
Die Struktur sieht nun so aus wie in 1B gezeigt.
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Wie
in 1C gezeigt, wird eine erste Sperr-/Haftschicht 114 in
der Reihe von Gräben 110 unter
Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation abgeschieden.
In einer Ausführungsform gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst das Abscheiden der Sperr-/Haftschicht 114 das Abscheiden
einer Zirkoniumschicht 114 mit einer Dicke von ungefähr 5·10–10m
bis 1·10–8m
(5 bis 100 Å). In
anderen Ausführungsformen
umfasst das Abscheiden der Sperr-/Haftschicht 114 das Abscheiden einer
Sperr-/Haftschicht 114 aus Titan und/oder Hafnium. In einer
Ausführungsform
umfasst das Abscheiden einer Zirkoniumschicht 114 das Abscheiden einer
Zirkoniumschicht 114 mit einer Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å).
Dies kann durch eine 1017 Ionenimplantation
von Zirkonium, d. h. 101 Ionen Zirkonium pro
Quadratzentimeter (cm2) erreicht werden.
Gemäß den Lehren
der Erfin dung wird die Zirkoniumschicht 114 bei 100 Elektronenvolt
(eV) in die Oberfläche
der Gräben 110 in
der Polymerschicht 108 implantiert, unter Verwendung einer
Implantierung mit variierendem Winkel (α), wie durch die Pfeile 111 gezeigt,
wo der Implantierungswinkel von senkrecht zur Waferoberfläche auf
15 Grad Abweichung von senkrecht verändert wird. Der Durchschnittsfachmann wird
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen, dass bei Veränderung
eines Winkels der Implantierung von senkrecht auf die planarisierte
Oberfläche 109 auf
ungefähr
15 Grad abweichend von senkrecht die Sperr-/Haftschicht 114 auf
allen Oberflächen
der Reihe von Gräben 110 abgeschieden
wird. Die Struktur ist nun so wie sie in 1C gezeigt
ist.
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In 1D wird
eine erste Kristallkeimschicht 116 auf der ersten Sperr-/Haftschicht 114 unter
Verwendung niedrigenergetischer Ionenimplantation abgeschieden.
Gemäß den allgemeineren
Lehren der vorliegenden Erfindung umfasst das Abscheiden der Kristallkeimschicht 116 auf
der Sperr-/Haftschicht 114 das Abscheiden einer Kristallkeimschicht 116 ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold. Gemäß den Lehren
der gegenwärtigen
Ausführungsform
jedoch umfasst das Abscheiden der Kristallkeimschicht 116 das
Abscheiden einer Kupferschicht 116 mit einer Dicke von
ungefähr
1·10–8m
(100 Å).
Dies kann erreicht werden durch Verwendung einer 8 × 1016 Ionenimplantation von Kupfer. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Verwendung niedrigenergetischer
Ionenimplantation das Implantieren einer Kupferschicht 116 mit
100 Elektronenvolt (eV) in die Oberfläche der Gräben 110 in der Polymerschicht. Auch
die Kupferschicht 116 wird mit einem Winkel senkrecht zur
Waferoberfläche
implantiert, wie durch die Pfeile 115 gezeigt. Wie der
Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird,
führt die
Implantierung der Kupferschicht 116 mit senkrechtem Winkel
auf die planarisierte Oberfläche
zu einer Kristallkeimschicht aus Kupfer 116, die auf der
Bodenfläche 118 in
der Reihe von Gräben 110 verbleibt
und in wesentlich geringerem Umfang auf den Seitenoberflächen 117 der
Reihe von Gräben 110.
In einer Ausführungsform
wird eine optionale Aluminiumschicht 121 auf die Kupferkristallkeimschicht 116 abgeschieden,
wiederum durch Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation
bei 100 Elektronenvolt (eV). Die optionale Aluminiumschicht 121 wird
so abgeschieden, dass sie eine Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å)
aufweist. Dies kann durch Verwendung einer 3 × 1016 Ionen
Implantierung von Aluminium senkrecht auf die Waferoberfläche erreicht
werden. Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung
verstehen wird, wird die Aluminiumschicht 121 verwendet,
um die Kupferkristallkeimschicht 116 vor Oxidation vor
den nachfolgenden Verarbeitungsschritten zu schützen. Die Struktur ist nun
so wie in 1D gezeigt.
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1E veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Prozessschritten. Wie der Durchschnittsfachmann beim
Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, hat die restliche Photolackschicht 112 als
Blockierungsschicht gedient, um die Implantierungsflächen für die Sperr-/Haftschicht 114, die
Kristallkeimschicht 116 und die Aluminiumschicht 121 zu
definieren. Die restliche Photolackschicht 112 wird nun
unter Verwendung eines Nassablöseverfahrens
entfernt, was wiederum vom Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser
Offenbarung verstanden werden wird. Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung
umfasst das Entfernen der restlichen Photolackschicht 112 auch
das Entfernen der unerwünschten
Aluminiumschicht 121, der unerwünschten Kristallkeimschicht 116 und
der unerwünschten Sperr-/Haftschicht 114 von
den äußeren Flächen der Waferoberfläche, d.
h. von einer Reihe von Bereichen 113 außerhalb der Gräben 110 auf
einer oberen Fläche 119 der
ersten Isolatorschicht 118. Die Struktur ist nun wie in 1E gezeigt.
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In 1F wird
ein metallischer Leiter 120, oder eine Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 120, über der
Kristallkeimschicht 116 in der Reihe von Gräben 110 deponiert.
Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung sind der metallische Leiter 120 oder
die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 120 aus der Gruppe
bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold ausgewählt, in
Abhängigkeit
von der Art der Kristallkeimschicht 116 die abgeschieden wurde.
Gemäß dieser
Ausführungsform
sind die metallischen Leiter 120 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 120 selektiv
auf der Kupferkristallkeimschicht 116 aufgebracht, so dass
die Reihe von Kupfermetallleitungen 120 oder Erstebenen-Kupfermetallleitungen 120 nicht
auf der oberen Flächen 119 der
ersten Isolatorschicht 108 gebildet werden. In einer Ausführungsform
wird der metallische Leiter 120 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 120 unter
Verwendung eines selektiven CVD-Verfahrens deponiert. In einer anderen
Ausführungsform
umfasst das Abscheiden eines metallischen Leiters 120 oder
eine Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 120 über die
Kristallkeimschicht 116 das Deponieren eines metallischen
Leiters 120 unter Verwendung von stromlosem Plattieren.
Stromloses Kupferplattieren wird verwendet, um ausreichend Kupfer
abzuscheiden, um die Reihe von Gräben 110 auf die oberen
Flächen 119 der
ersten Isolatorschicht 108 aufzufüllen.
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Wie
in
1G gezeigt, kann die Prozesssequenz fortgesetzt
werden, um jede Anzahl von nachfolgenden Metallschichten in einer
Multischicht-Verdrahtungsstruktur auszubilden.
1G veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Prozessschritten. In
1G wird
ein Dual-Damascene-Prozess verwendet, um eine erste zu einer zweiten
Ebene von Durchkontakten sowie eine Zweitebenenmetallurgie zu definieren
und aufzufüllen. Um
dies zu tun, wird eine zweite Polymerschicht
124 oder zweite
Schicht aus Polyimid
124 auf die Waferoberfläche deponiert,
z. B. auf den metallischen Leiter
120 oder die Reihe von
Erstebenen-Metallleitungen
120 und die erste Polymerschicht
108.
Die zweite Polymerschicht
124 kann auf ähnliche Weise deponiert werden
unter Verwendung beispielsweise des Prozesses und des Materials
wie im US-Patent des gleichen Anmeldersmit dem Titel "Copper Metallurgy
in Integrated circuits" (
US 6,284,656 B1 )
beschrieben.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Abscheiden einer zweiten Polymerschicht 124 das
Abscheiden einer geschäumten
zweiten Polymerschicht 124. In einer Ausführungsform
wird die zweite Polymerschicht 124 deponiert und ausgehärtet, wobei eine
1·10–6m
(10.000 Å)
dicke zweite Polymerschicht nach dem Aushärten gebildet wird. Wie der
Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird,
können
andere geeignete Dicken der zweiten Polymerschicht 124 oder
der zweiten Isolatorschicht/des Materials 124 auch deponiert
werden, je nach Eignung für
das Ausbilden einer ersten zu einer zweiten Ebene von Durchkontakten,
d. h. Zweitebenen-Durchkontakten, sowie eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen,
die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die zweite Polymerschicht 124 oder zweite
Isolatorschicht/Material 124 ist strukturiert, um eine
zweite Ebene von Durchkontakten und eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen
in dem zweiten Isolatorschicht/Material 124 zu definieren
und auf den metallischen Leiter 120 oder die Reihe von
Erstebenen-Metallleitungen 120 zu öffnen. Mit anderen Worten,
es wird eine zweite Ebene von Durchkontakten in einer zweiten Maskenschicht
aus Photolack 126 definiert und anschließend wird
die zweite Polymerschicht 124 unter Verwendung jedes geeigneten Prozesses,
z. B. reaktives Ionenätzen
(RIE) geätzt, so
dass eine zweite Ebene von Durchkontaktöffnungen 128 in dem
Polyimid definiert wird. Unter Verwendung des Dual-Damascene-Prozesses wird eine Reihe
von Zweitebenen-Metallleitungen auch in einer zweiten Maskenschicht
aus Photolack 126 definiert und die zweite Polymerschicht 124 wird
wiederum unter Verwendung eines geeigneten Verfahrens, z. B. reaktives
Ionenätzen
(RIE) geätzt,
so dass eine zweite Ebene von Metallleitungsgräben 130 in dem Polyimid
definiert wird. Der Durchschnittsfachmann wird beim Lesen dieser
Offenbarung die Art und Weise wie eine Photolack schicht 126 unter
Verwendung eines Dual-Damascene-Prozesses Maske sein kann, exponiert
und entwickelt werden kann, um eine zweite Ebene von Durchkontaktöffnungen 128 und
eine zweite Ebene von Metallleitungsgräben 130 in dem zweiten
Isolatorschicht/Material 124 zu strukturieren, verstehen.
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Wie
vor kurzem beschrieben und gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung, wird eine restliche Photolackschicht 126 vor
Ort auf der zweiten Isolatorschicht/Material 124 in einer
Reihe von Bereichen 132 außerhalb der zweiten Ebene von
Metallleitungsgräben 130 belassen.
Ein geeignetes Plasma- und/oder Nassreinigungsverfahren wird verwendet, um
jedwede Verunreinigungen aus den Zweitebenen-Durchkontaktöffnungen 128 und
einer zweiten Ebenen von Metallleitungsgräben 130 zu entfernen, was
der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung wiederum
verstehen wird. Die Struktur ist nun so, wie sie in 1G auftritt.
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1H veranschaulicht
die Struktur 100 nach der nächsten Sequenz von Verarbeitungsschritten.
In 1H wird eine zweite Sperr-/Haftschiff 134 auf
der zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 128 und einer
zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 130 unter Verwendung
von niedrigenergetischer Ionenimplantation deponiert. Wie oben beschrieben umfasst
in einer Ausführungsform
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung das Deponieren der zweiten Sperr-/Haftschicht 134 das
Abscheiden einer Zirkoniumschicht 134 mit einer Dicke von
ungefähr 5·10–10m
bis 1·10–8m
(5 bis 100 Å).
In anderen Ausführungsformen
umfasst das Deponieren der zweiten Sperr-/Haftschicht 134 das
Abscheiden einer Sperr-/Haftschicht 134 aus
Titan und/oder Hafnium. In einer Ausführungsform umfasst das Deponieren der
Zirkoniumschicht 134 eine Schicht aus Zirkonium 134 mit
einer Dicke von ungefähr
5·10–9m
(50 Å).
In einer Ausführungsform
wird dies durch Verwendung einer 1017 Ionenimplantation
von Zirkonium erzielt. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung wird die Zirkoniumschicht 134 bei
100 Elektronenvolt (eV) auf die Oberfläche der zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 128 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 130 in der zweiten
Polymerschicht 124 unter Verwendung eines variierenden
Winkels, wie durch die Pfeile 125 gezeigt, implantiert,
wobei der Implantierungswinkel von senkrecht zur Waferoberfläche bis
15 Grad Abweichung von senkrecht verändert wird. Wie der Fachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, führt die Verwendung einer Implantierung
mit variierendem Winkel, bei der der Implantierungswinkel von senkrecht
zur Waferoberfläche
bis ungefähr
15 Grad Abweichung von senkrecht verändert wird, zu einer Abscheidung der
Sperr-/Haftschicht 134 auf allen Oberflächen in der zweiten Ebene von
Durchkontaktöffnungen 128 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 130. Die Struktur
ist nun so wie sie in 1H erscheint.
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Die 1I veranschaulicht
die Struktur 100 nach der nächsten Sequenz von Verarbeitungsschritten.
In 1I wird eine zweite Kristallkeimschicht 136 auf
der zweiten Sperr-/Haftschicht 134 unter
Verwendung niedrigenergetischer Ionenimplantation deponiert. Gemäß der allgemeinen
Lehre der vorliegenden Erfindung umfasst das Deponieren der zweiten Kristallkeimschicht 136 auf
der zweiten Sperr-/Haftschicht 134 das Abscheiden einer
zweiten Kristallkeimschicht 136 ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold. Gemäß den Lehren der vorliegenden
Ausführungsform umfasst
das Abscheiden der zweiten Kristallkeimschicht 136 jedoch
das Deponieren einer zweiten Kupferschicht 136 mit einer
Dicke von ungefähr 1·10–8m
(100 Å).
In einer Ausführungsform
wird dies unter Verwendung einer 8 × 1016 Ionenimplantation von
Kupfer erreicht. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Verwendung einer niedrigenergetischen
Ionenimplantation die Implantierung der Kupferschicht 136 bei
100 Elektronenvolt (eV) in die Oberflächen der zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 128 und
der Polymerschicht. Auch die Kupferschicht 136 wird mit
einem Winkel senkrecht zur Waferoberfläche, wie durch die Pfeile 137 gezeigt,
implantiert. Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung
verstehen wird, führt
das Implantieren der Kupferschicht 136 mit senkrechtem
Winkel auf die planarisierte Oberfläche zu einer zweiten Kristallkeimschicht
aus Kupfer 136, welche auf der Bodenoberfläche 138 in
den Zweitebenen-Durchkontaktöffnungen 128 und
der zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 130 verbleibt,
und in einem wesentlich geringerem Umfang auf die Seitenoberflächen 140 der
zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 128 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 130. In einer
Ausführungsform wird
eine optionale Aluminiumschicht 141 auf die zweite Kupferkristallkeimschicht 136 abgeschieden, wiederum
unter Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation bei
100 Elektronenvolt (eV). Die optionale Aluminiumschicht wird abgeschieden, um
eine Dicke von ungefähr
5·10–9m
(50 Å)
aufzuweisen. Gemäß einer
Ausführungsform
wird dies durch Verwendung einer 3 × 1016 Ionenimplantation
von Aluminium senkrecht auf die Waferoberfläche erreicht. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, wird die Aluminium schicht 141 verwendet,
um die zweite Kupferkristallkeimschicht 136 vor Oxidation
vor den nachfolgenden Verarbeitungsschritten zu schützen.
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Die 1J veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, diente die restliche Photolackschicht 126 als
Blockierungsschicht, um die Implantierungsflächen für die zweite Sperr-/Haftschicht 134,
die zweite Kristallkeimschicht 136 und die Aluminiumschicht 141 zu
definieren. Die restliche Photoresistschicht 126 wird nun
unter Verwendung eines Nassablöseverfahrens
entfernt, was der Durchschnittsfachmann beim Lesen der Offenbarung wiederum
verstehen wird. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Entfernung der restlichen
Photolackschicht 126 die Entfernung der unerwünschten
Aluminiumschicht 141, der unerwünschten Kristallkeimschicht 136 und
der unerwünschten
Sperr-/Haftschicht 134 von anderen Flächen der Waferoberfläche, z.
B. von einer Reihe von Bereichen 132 außerhalb der zweiten Ebene von
Metallliniengräben 130 auf
einer oberen Fläche 142 und der
zweiten Isolatorschicht 124. Die Struktur ist nun so wie
in 1J gezeigt.
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In 1K wird
ein zweiter metallischer Leiter 144 oder einer zweiter
Kernleiter 144 darauf abgeschieden oder auf der zweiten
Kristallkeimschicht 136 und innerhalb der zweiten Sperr-/Haftschicht 134 in
den zweiten Ebenen von Durchkontaktöffnungen 128 und der
zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 130 in der Polymerschicht
ausgebildet. In dieser Ausführungsform
ist der zweite metallische Leiter 144 oder der zweite Kernleiter 144 aus
Kupfer, kann jedoch in anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Silber und Gold
ausgewählt
sein. In einer Ausführungsform
wird der zweite metallische Leiter 144 oder zweite Kernleiter 144 unter
Verwendung eines selektiven CVD-Prozesses deponiert, so dass der zweite
metallische Leiter 144 oder zweite Kernleiter 144 nicht
auf einer obersten Fläche 142 der
zweiten Isolatorschicht 124 gebildet wird. In einer anderen Ausführungsform
umfasst das Deponieren eines zweiten metallischen Leiters 144 oder
zweiten Kernleiters 144 auf der zweiten Kristallkeimschicht 136 und
innerhalb der zweiten Sperr-/Haftschicht 134 das Abscheiden
eines zweiten metallischen Leiters 144 oder zweiten Kernleiters 144 unter
Verwendung stromloser Plattierung. Stromlose Kupferplattierung wird
verwendet, um ausreichend Kupfer zu abzuscheiden, um die zweite
Ebene von Durchkontaktöffnungen 128 und
die zweite Ebene von Metallleitungsgräben 130 auf die zweite
Oberfläche 142 der
zweiten Isolatorschicht 124 Oberfläche 142 der zweiten Isolatorschicht 124 aufzufüllen. Daher
bilden die zweiten Sperr-/Haftschicht 134,
die zweite Kristallkeimschicht 136 und der zweite metallische
Leiter 144 oder zweiter Kernleiter 144 eine zweite
Reihe von leitfähigen
Strukturen, welche eine Reihe von Zweitebenen-Durchkontakten und
eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen umfassen, die auf einer ersten
Reihe von leitfähigen
Strukturen, z. B. der Erstebenen-Metallleitungen 120 gebildet
und mit diesen verbunden sind.
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Ausführungsform
einer Metallverbindung unter Verwendung von Aluminiummetallleitungen
und Oxidisolatoren
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Die 2A–2K veranschaulichen
eine neue Methodik zur Bildung von Metallverbindungen und/oder einer
Verdrahtungsstruktur in einer integrierten Schaltung gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung. Die neue Methodik umfasst die neue Bildung
einer Sperr-/Haftschicht
und einer Kristallkeimschicht in einem integrierten Schaltkreis
unter Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation. Die
neue Methodik umfasst auch ein neues Verfahren zur Herstellung von
Kupfer-, Silber-, Aluminium- oder Goldverbindungsleitungen für einen
integrierten Schaltkreis.
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Die 2A veranschaulicht
einen Teil einer integrierten Schaltkreisstruktur, nämlich einen
integrierten Schaltkreis mit einer Reihe von Halbleitervorrichtungen,
die in einem Substrat wie oben im Zusammenhang mit 1A beschrieben,
gebildet werden. D. h. 2A veranschaulicht die Struktur,
nachdem eine Vorrichtungsstruktur in dem Substrat ausgebildet wurde
und die Kontaktstruktur zu der Vorrichtungsstruktur vorhanden ist.
Wie 1A veranschaulicht 2A die
Struktur, nachdem eine Reihe von Vorrichtungsstrukturen, z. B. Transistoren 201A und 201B in
dem Substrat 200 hergestellt wurden. Eine Isolatorschicht 202 wird
auf der Reihe von Halbleitern 201A und 201B deponiert.
Die Abscheidung der Isolatorschicht 202 kann die Abscheidung
einer Schicht aus Si3N4 mit
einer Dicke im Bereich von 1·10–8m
bis 5·10–8m
(100 bis 500 Angström
(Å)) umfassen.
Diese Isolatorschicht dient auch als zusätzliche Barriere gegenüber Verunreinigungen
aus den nachfolgenden Verarbeitungsschritten. Auf die Reihe von
Vorrichtungsstrukturen 201A und 201B sind Kontaktlöcher 205A und 205B unter
Verwendung einer Photolithographietechnik geöffnet. Der Durchschnittsfachmann
wird beim Lesen dieser Offenbarung verstehen, auf welche Weise eine
Photolithographietechnik verwendet werden kann, um die Kontaktlöcher 205A und 205B zu
er zeugen. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Titansilizid-Liner 206A und 206B in
den Kontaktlöchern 205A und 205B etwa
durch ein Verfahren wie z. B. chemische Dampfphasenabscheidung (CVD)
platziert. Als nächstes
können
Wolfram-Durchkontakte 207A und 207B in
den Kontaktlöchern 205A und 205B deponiert
werden. Die Wolfram-Durchkontakte 207A und 207B können in
den Kontaktlöchern
unter Verwendung jeder geeigneten Technik wie etwa die Verwendung
eines CVD-Verfahrens deponiert werden. Das überschüssige Wolfram wird anschließend von
der Waferoberfläche
durch chemischmechanisches Planarisieren (CMP) oder geeignete andere
Verfahren entfernt, um eine planarisierte Oberfläche 209 zu bilden.
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Wie
in 2B gezeigt, wird eine erste Oxidschicht 208,
z. B. eine Siliziumdioxid (SiO2), auf der Waferoberfläche abgeschieden.
In einer Ausführungsform
umfasst das Deponieren der ersten Oxidschicht 208 die Abscheidung
einer fluorierten Siliziumoxidschicht 208. Die erste Oxidschicht 208 kann unter
Verwendung jeder geeigneten Technik, etwa beispielsweise die Verwendung
eines CVD-Prozesses abgeschieden werden. In einer Ausführungsform wird
eine erste Oxidschicht 208 mit einer Dicke von ungefähr 5·10–7m
(5000 Å)
abgeschieden. Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung
verstehen wird, können
andere geeignete Dicken der ersten Oxidschicht 208 ebenso
abgeschieden werden, wie zur Ausbildung einer Erstebenen-Metallstruktur
geeignet, die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die erste Oxidschicht 208 wird strukturiert,
um eine Reihe von Gräben 210 in
der ersten Oxidschicht 208 zu definieren, die sich auf eine
Reihe von Erstebenen-Durchkontakten öffnet, z. B. Wolfram-Durchkontakte 207A und 207B in
der planarisierten Oberfläche 209.
Mit anderen Worten, es wird eine Erstebenen-Metallstruktur 210 in
einer Maskenschicht aus Photolack 212 definiert und anschließend wird
die erste Oxidschicht 208 unter Verwendung jedes geeigneten
Prozesses, z. B. reaktives Ionenätzen
(RIE), geätzt,
so dass die Erstebenen-Metallstruktur 210 in
der ersten Oxidschicht 208 definiert wird. Der Durchschnittsfachmann
wird beim Lesen dieser Offenbarung verstehen, dass jede gewünschte Erstebenen-Metallstruktur 210 unter
Verwendung einer Photolithographietechnik erzeugt werden kann. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung wird eine restliche Photoresistschicht 212 vor
Ort auf der ersten Oxidschicht 208 in einer Reihe von Bereichen 213 außerhalb
der Reihe von Gräben 210 belassen.
Die Struktur ist nun so wie sie in 2B erscheint.
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Wie
in 2C gezeigt, wird eine erste Sperr-/Haftschicht 214 in
der Reihe von Gräben 210 unter
Verwendung einer niedrigenergetischen Ionenimplantation abgeschieden.
In einer Ausführungsform
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Abscheidung der Sperr-/Haftschicht 214 das
Deponieren einer Schicht aus Zirkonium 214 mit einer Dicke
von ungefähr
5·10–10m
bis 1·10–8m
(5 bis 100 Å).
In anderen Ausführungsformen
umfasst das Abscheiden der Sperr-/Haftschicht 214 das Deponieren
einer Sperr-/Haftschicht 214 aus Titan und/oder Hafnium.
In einer Ausführungsform
umfasst das Deponieren einer Zirkoniumschicht 214 das Abscheiden einer
Schicht aus Zirkonium 214 mit einer Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å).
Dies kann unter Verwendung einer 1017 Ionenimplantation
aus Zirkonium erreicht werden. Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung
wird die Zirkoniumschicht 214 mit 100 Elektronenvolt (eV)
in die Oberfläche
der Gräben 210 in
der ersten Oxidschicht 208 unter Verwendung einer Implantierung
mit variierendem Winkel (α),
wie durch die Pfeile 211 gezeigt, implantiert, wobei der Implantierungswinkel
von senkrecht zur Waferoberfläche
bis auf 15 Grad Abweichung von senkrecht verändert wird. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, führt eine Implantierung mit
variierendem Winkel, bei welcher der Implantierungswinkel (α) von senkrecht
zur Waferoberfläche
bis auf ungefähr
15 Grad Abweichung von senkrecht zu einer Abscheidung der Sperr-/Haftschicht 214 auf
allen Oberflächen
der Reihe von Gräben 210.
Die Struktur ist nun so wie sie in 2C erscheint.
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In 2D wird
eine erste Kristallkeimschicht 216 auf der ersten Sperr-/Haftschicht 214 unter
Verwendung einer niedrigenergetischen Ionenimplantation abgeschieden.
Gemäß den allgemeineren
Lehren der vorliegenden Ausführungsform
umfasst das Abscheiden der Kristallkeimschicht 216 auf
der Sperr-/Haftschicht 214 das Abscheiden einer ersten Kristallkeimschicht 216 ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Ausführungsform
umfasst das Deponieren der Kristallkeimschicht 216 jedoch
das Abscheiden einer Schicht aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung 216 mit
einer Dicke von ungefähr
1·10–9m
(110 Å).
Dies kann durch Abscheiden einer ersten Schicht aus Aluminium 281 auf
der Sperr-/Haftschicht 214 bis auf eine Dicke von ungefähr 50 Å unter
Verwendung einer niedrigenergetischen Ionenimplantation mit ungefähr 100 Elektronenvolt
(eV) erreicht werden. Anschließend
wird eine Kupferschicht 282 auf der ersten Aluminiumschicht 281 mit
einer Dicke von ungefähr
1·10–9m
(10 Å)
unter Verwendung niedrigenergetischer Ionenimplantation von ungefähr 100 eV
abgeschieden. Die zweite Aluminiumschicht 283 wird anschließend auf
der Kupferschicht 282 mit einer Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å)
unter Verwendung einer niedrig-energetischen Ionenimplantation von
ungefähr
100 eV) abgeschieden. Auch die erste Kristallkeimschicht 216 wird
mit einem Winkel senkrecht zur planarisierten Oberfläche, wie
durch die Pfeile 215 gezeigt, implantiert. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, führt die Implantierung der ersten
Kristallkeimschicht 216 mit einem Winkel senkrecht zur
planarisierten Oberfläche zu
einer ersten Kristallkeimschicht 216 auf einer Bodenoberfläche 218 in
der Reihe von Gräben 210 und in
viel geringerem Ausmaß auf
den Seitenflächen 217 auf
der Reihe von Gräben 210.
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Die 2E zeigt
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, diente die restliche
Photoresistschicht 212 als Blockierungsschicht, um die
Implantierungsflächen
für die
Sperr-/Haftschicht 214 und die Kristallkeimschicht 216 zu
definieren. Die restliche Photoresistschicht 212 wird nun
unter Verwendung eines Nassablöseverfahrens
entfernt, was der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung
wiederum verstehen wird. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst das Entfernen der restlichen
Photoresistschicht 212 das Entfernen der unerwünschten
Kristallkeimschicht 216 und der unerwünschten Sperr-/Haftschicht 214 von den
anderen Flächen
der Waferoberfläche,
z. B. von oberhalb der Reihe von Bereichen 213 außerhalb
der Gräben 210 auf
einer obersten Fläche 219 der
ersten Isolatorschicht 208. Die Struktur ist nun so, wie
in 2E gezeigt.
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In 2F wird
ein metallischer Leiter 220 oder eine Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 220 auf
der ersten Kristallkeimschicht 216 und innerhalb der ersten
Sperr-/Haftschicht 214 in der Reihe von Gräben 210 deponiert.
In dieser Ausführungsform
ist der metallische Leiter 220 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 220 aus
Aluminium, jedoch wird in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
der metallische Leiter 220 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 220 aus
der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber und Gold, abhängig von der
Art der deponierten Kristallkeimschicht 216, ausgewählt. In
einer Ausführungsform
wird der metallische Leiter 220 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 220 unter
Verwendung eines selektiven CVD-Prozesses abgeschieden. In einer
anderen Ausführungsform
umfasst das Deponieren eines metallischen Leiters 220 oder
einer Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 220 auf der
Kristallkeimschicht 216 das Abscheiden eines metal lischen
Leiters 220 unter Verwendung von stromlosem Plattieren.
Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung wird die Reihe von Erstebenen-Aluminiummetallleitungen 220 deponiert,
um die Reihe von Gräben 210 bis
auf die oberste Fläche 219 der
ersten Oxidschicht 208 aufzufüllen. Dementsprechend bilden
die Erstebenen-Aluminiummetallleitungen 220, die erste
Kristallkeimschicht 216 und die erste Sperr-/Haftschicht 214 in
der Reihe von Gräben 210 eine
erste Reihe leitfähiger
Strukturen. Die Kupferzusammensetzung der ersten Kristallkeimschicht 216 kann
eingestellt werden, um den angemessen Prozentsatz an Kupfer in der
vollständigen
Reihe leitfähiger
Strukturen zu ergeben. Beispielsweise wurde in der oben beschriebenen
Ausführungsform
die Schichtdicke des Aluminium-Kupfer-Sandwiches so gestaltet, dass
sich ein Prozentanteil von 0,7 Gewichtsprozent Kupfer in der ersten
Reihe leitfähiger
Strukturen ergibt.
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Wie
in 2G gezeigt, kann die Prozesssequenz fortgeführt werden,
um eine beliebige Reihe von nachfolgenden Metallschichten in einer
vielschichtigen Verdrahtungsstruktur auszubilden. Die 2G veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Prozessschritten. In 2G wird ein
Dual-Damascene-Prozess verwendet, um eine erste auf eine zweite
Ebene von Durchkontakten und eine zweite Metallurgieebene zu definieren
und aufzufüllen.
Um dies zu tun, wird eine zweite Oxidschicht 224 auf der
Waferoberfläche
deponiert, z. B. auf dem metallischen Leiter 220 oder der
Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 220 und der ersten
Oxidschicht 208. In einer Ausführungsform umfasst das Deponieren
der zweiten Oxidschicht 224 das Abscheiden einer zweiten
fluorierten Siliziumoxidschicht 224. In einer Ausführungsform
wird die zweite Oxidschicht 224 so hergestellt, dass sie
eine Dicke ungefähr
1·10–6m (10.000 Å) aufweist.
Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen
wird, können
auch andere geeignete Dicken der zweiten Oxidschicht 224 deponiert
werden, wie sie zur Ausbildung einer ersten auf eine zweite Ebene
von Durchkontakten, z. B. Zweitebenen-Durchkontakte und einer Reihe
von Zweitebenen-Metallleitungen
geeignet sind, die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die
zweite Oxidschicht 224 ist strukturiert, um eine zweite
Ebene von Durchkontakten und eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen
in der zweiten Oxidschicht 224 zu definieren, die sich
auf die metallischen Leiter 220 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 220 öffnen. Mit
anderen Worten, es wird eine zweite Ebene von Durchkontakten in
einer zweiten Maskenschicht aus Photoresist 226 definiert
und anschließend
wird die zweite Oxidschicht 224 unter Verwendung eines
geeigneten Prozesses, z. B. reaktives Ionenätzen (RIE), geätzt, so
dass eine zweite Ebene von Durchkontaktöffnungen 228 in dem
Polyimid definiert wird. Unter Verwendung des Dual-Damascene-Prozesses
wird auch eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen in der zweiten Maskenschicht aus
Photoresist 226 definiert und die zweite Oxidschicht 224 wird
wiederum unter Verwendung eines geeigneten Prozesses, z. B. reaktives
Ionenätzen (RIE),
geätzt,
so dass eine zweite Ebene von Metallleitungsgräben 230 in der zweiten
Oxidschicht 224 definiert wird. Der Durchschnittsfachmann
wird beim Lesen dieser Offenbarung die Art und Weise verstehen,
wie eine Photoresistsschicht unter Verwendung eines Dual-Damascene-Prozesses
Maske sein kann, exponiert und entwickelt wird, um eine zweite Ebene von
Durchkontaktöffnungen 228 und
eine zweite Ebene von Metallleitungsgräben 230 in der zweiten Oxidschicht 224 zu
strukturieren.
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Wie
vorher beschrieben, und gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung, wird eine restliche Photoresistschicht 226 auf
der zweiten Oxidschicht 224 in einer Reihe von Bereichen 232 außerhalb
der zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 230 belassen.
Ein geeigneter Plasma- und/oder Nassreinigungsprozess
wird verwendet, um beliebige Verunreinigungen von der zweiten Ebene
von Durchkontaktöffnungen 228 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 230 zu entfernen,
was wiederum vom Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung
verstanden wird. Die Struktur ist nun so, wie sie in 2G erscheint.
-
Die 2H veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. In 2H wird
eine zweite Sperr-/Haftschicht 234 in der zweiten Ebene
von Durchkontaktöffnungen 228 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 230 unter Verwendung
niedrigenergetischer Ionenimplantation abgeschieden. Wie oben beschrieben
umfasst in einer Ausführungsform
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung das Deponieren der zweiten Sperr-/Haftschicht 234 das
Abscheiden einer Zirkoniumschicht 234 mit einer Dicke von ungefähr 5·10–10m
bis 1·10–8m
(5 bis 100 Å).
In anderen Ausführungsformen
umfasst das Deponieren der zweiten Sperr-/Haftschicht 234 das
Deponieren einer Sperr-/Haftschicht 234 aus
Titan und/oder Hafnium. In einer Ausführungsform umfasst das Deponieren der
Zirkoniumschicht 234 das Abscheiden einer Zirkoniumschicht 234 mit
einer Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å).
In einer Ausführungsform
wird dies unter Verwendung einer 1017 Ionenimplantation
von Zirkonium (d. h. 1017 Ionen pro Quadratzentimeter) erreicht.
Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung wird die Zirkoniumschicht 234 mit
100 Elektronenvolt (eV) in die Oberfläche der zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 228 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 230 in der zweiten
Polymerschicht 224 unter Verwendung einer Implantierung
mit variierendem Winkel (α),
wie durch die Pfeile 225 gezeigt, implantiert, wobei der
Winkel der Implantierung von senkrecht zur Waferoberfläche bis
15 Grad Abweichung von senkrecht verändert wird. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, führt die Verwendung einer Implantierung
mit variierendem Winkel, wobei ein Implantierungswinkel α von senkrecht
zur Waferoberfläche
bis ungefähr
15 Grad Abweichung von senkrecht verändert wird, zu einer Abscheidung
der Sperr-/Haftschicht 234 auf
allen Oberflächen
der zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 228 und einer
zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 230. Die Struktur
ist nun so, wie sie in 2H erscheint.
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2I veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. In 2I wird
eine zweite Kristallkeimschicht 236 auf der zweiten Sperr-/Haftschicht 234 unter
Verwendung niedrigenergetischer Ionenimplantation abgeschieden.
Gemäß den allgemeineren
Lehren der vorliegenden Erfindung umfasst das Abscheiden der zweiten
Kristallkeimschicht 236 auf der zweiten Sperr-/Haftschicht 214 das
Deponieren einer zweiten Kristallkeimschicht 236 ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Ausführungsform
umfasst das Abscheiden der Kristallkeimschicht 216 jedoch
das Deponieren einer Aluminium-Kupferlegierung 216 mit
einer Dicke von ungefähr
11·10–9m (110 Å). Dies
kann erreicht werden durch Deponieren einer ersten Aluminiumschicht 284 auf
der Sperr-/Haftschicht 214 mit einer Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å)
unter Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation mit
ungefähr
100 Elektronenvolt (eV). Anschließend wird eine Kupferschicht 285 auf
die erste Aluminiumschicht 284 mit einer Dicke von ungefähr 1·10–9m
(10 Å)
unter Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation bei
ungefähr
100 eV abgeschieden. Eine zweite Aluminiumschicht 286 wird
anschließend
auf der Kupferschicht 285 mit einer Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å)
unter Verwendung niedrigenergetischer Ionenimplantation mit ungefähr 100 eV
abgeschieden. Auch die erste Kristallkeimschicht 216 wird
mit einem Winkel senkrecht zur Waferoberfläche, wie durch die Pfeile 237 gezeigt,
implantiert. Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen
wird, führt
die Implantierung einer Kupferschicht 236 mit einem Winkel
senkrecht zur planarisierten Oberfläche zu einer zweiten Kristallkeimschicht
aus Kupfer 236, die auf einer Bodenoberfläche 238 in
der zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 228 verbleibt
und zu einem viel geringerem Ausmaß auf den Seitenoberflächen 240 der
zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 228 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 230.
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Die 2J veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Prozessschritten. Wie der Durchschnittsfachmann beim
Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, diente die restliche Photoresistschicht 226 als
Blockierungsschicht, um die Implantierungsflächen für die zweite Sperr-/Haftschicht 234 und
die zweite Kristallkeimschicht 236 zu definieren. Die restliche
Photoresistschicht 226 wird nun unter Verwendung eines
Nassablöseverfahrens entfernt,
was durch den Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung
wiederum verstanden wird. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Entfernung der restlichen
Photoresistschicht 226 auch die Entfernung der unerwünschten
Sperr-/Haftschicht 234 und der unerwünschten zweiten Kristallkeimschicht 236 von
anderen Flächen der
Waferoberfläche,
z. B. von oberhalb einer Reihe von Bereichen 232 außerhalb
der zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 230 auf einer
obersten Fläche 242 der
zweiten Oxidschicht 224. Die Figur ist nun so wie in 2J gezeigt.
-
In 2K wird
ein zweiter metallischer Leiter 244 oder zweiter Kernleiter 244 auf
der zweiten Kristallkeimschicht 236 und innerhalb der zweiten Sperr-/Haftschicht 234 in
den zweiten Ebenen von Durchkontaktöffnungen 228 und der
zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 230 in der Polymerschicht abgeschieden
oder darauf ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist der zweite metallische
Leiter 244 oder der zweite Kernleiter 244 aus
Aluminium, in anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann der zweite metallische Leiter 244 oder zweite
Kernleiter 244 jedoch aus der Gruppe bestehend aus Kupfer,
Silber und Gold ausgewählt
sein. In einer Ausführungsform
wird der zweite metallische Leiter 244 oder zweite Kernleiter 244 unter
Verwendung eines selektiven CVD-Prozesses deponiert. In einer anderen
Ausführungsform
umfasst das Deponieren eines zweiten metallischen Leiters 244 oder zweiten
Kernleiters 244 über
der zweiten Kristallkeimschicht 236 und innerhalb der zweiten Sperr-/Haftschicht 234 das
Abscheiden eines zweiten metallischen Leiters 244 oder
zweiten Kernleiters 244 unter Verwendung von stromlosem
Abscheiden. Der zweite Aluminiumleiter 244 oder zweite
Kernleiter 244 wird zur Ausfüllung der zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 228 und
der zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 230 auf die oberste
Fläche 242 der
zweiten Isolatorschicht 224 abgeschieden. Dementsprechend
bilden die zweite Sperr-/Haftschicht 234,
die zweite Kristallkeimschicht 236 und der zweite metallische
Leiter 244 oder zweite Kernleiter 244 eine zweite
Reihe leitfähiger
Strukturen, welche eine Reihe von Zweitebenen-Durchkontakten und
eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen umfasst, die auf und
in Verbindung mit einer ersten Reihe von leitfähigen Strukturen, z. B. der
ersten Ebene von Durchkontakten 207A und 207B gebildet sind.
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Ausführungsform einer Metallverbindung
unter Verwendung von Kupfermetallleitungen und Oxidisolatoren
-
Die 3A–3K veranschaulichen
eine neue Methodik zur Bildung von Metallverbindungen und/oder einer
Verdrahtungsstruktur in einer integrierten Schaltung gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung. Die neue Methodik umfasst die neue Bildung
einer Sperr-/Haftschicht
und einer Kristallkeimschicht in einem integrierten Schaltkreis
unter Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation. Die
neue Methodik umfasst auch ein neues Verfahren zur Herstellung von
Kupfer-, Silber-, Aluminium- oder Goldverbindungsleitungen für einen
integrierten Schaltkreis.
-
Die 3A veranschaulicht
einen Teil einer integrierten Schaltkreisstruktur, nämlich einen
integrierten Schaltkreis mit einer Reihe von Halbleitervorrichtungen,
die in einem Substrat gebildet werden. 3A veranschaulicht
die Struktur, nachdem eine Vorrichtungsstruktur in dem Substrat
ausgebildet wurde und die Kontaktstruktur zu der Vorrichtungsstruktur
vorhanden ist. Der Durchschnittsfachmann wird beim Lesen dieser
Offenbarung die An und Weise verstehen, wie eine Reihe von Halbleiterstrukturen,
z. B. Transistoren, in einem Substrat gebildet werden kann. Der
Durchschnittsfachmann wird auch beim Lesen der Offenbarung die An
und Weise verstehen, wie eine Kontaktstruktur hergestellt werden kann,
welche mit einer gegebenen Halbleitervorrichtung in einem Substrat
verbindet. Beispielsweise veranschaulicht die 3A die
Struktur, nachdem eine Reihe von Vorrichtungsstrukturen, z. B. die
Transistoren 301A und 301B in dem Substrat 300 gebildet wurden.
Eine Isolatorschicht 302 wird auf der Reihe von Halbleitern 301A und 301B abgeschieden.
Die Abscheidung der Isolatorschicht 302 kann die Abscheidung
einer Si3N4-Schicht
mit einer Dicke im Bereich von 1·10–8m
bis 5·10–8m
(100 bis 500 Angström (Å)) einschließen. Diese
Isolatorschicht wird auch als zusätzliche Barriere gegen Verunreinigungen,
die aus den nachfolgenden Verarbeitungsschritten stammen, dienen.
Kontaktlöcher 305A und 305B werden in
der Reihe von Vorrichtungsstrukturen 301A und 301B unter
Verwendung einer Photolithographietechnik geöffnet. Der Durch schnittsfachmann
wird beim Lesen dieser Offenbarung die Art und Weise verstehen,
wie eine Photolithographietechnik verwendet werden kann, um die
Kontaktlöcher 305A und 305B zu
erzeugen. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Titansilizid-Liner 306A und 306B in
den Kontaktlöchern 305A und 305B platziert,
wie etwa durch einen Prozess, wie z. B. chemische Dampfphasenabscheidung (CVD).
Als nächstes
können
Wolfram-Durchkontakte 307A und 307B in den Kontaktlöchern 305A und 305B abgeschieden
werden. Die Wolfram-Durchkontakte 307A und 307B können in
den Kontaktlöchern unter
Verwendung jeder geeigneten Technik, wie etwa die Verwendung eines
CVD-Verfahrens, abgeschieden werden. Das überschüssige Wolfram wird anschließend von
der Wafer-Oberfläche durch
chemisch-mechanische Planarisierung (CMP) oder andere geeignete
Verfahren zur Ausbildung einer planarisierten Oberfläche 309 entfernt.
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Wie
in 3B gezeigt, wird eine erste Polymerschicht 308,
oder erste Polyimidschicht 308 auf der Waferoberfläche abgeschieden.
Die erste Oxidschicht 308 kann unter Verwendung jeder geeigneten Technik,
wie z.B. einem CVD-Prozess, deponiert werden. In einer Ausführungsform
umfasst das Deponieren der ersten Oxidschicht 308 die Abscheidung
einer fluorierten Siliziumoxidschicht 308. In einer Ausführungsform
wird eine erste Oxidschicht 308 auf eine Dicke von ungefähr 5·10–7m
(5000 Å)
abgeschieden. Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung
verstehen wird, können
andere geeignete Dicken der ersten Oxidschicht 308 ebenso
abgeschieden werden, wie zur Ausbildung einer Erstebenen-Metallstruktur geeignet,
die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die erste Oxidschicht 308 wird
strukturiert, um eine Reihe von Gräben 310 in der ersten
Oxidschicht 308 zu definieren, die sich auf eine Reihe
von Erstebenen-Durchkontakten öffnet,
z. B. Wolfram-Durchkontakte 307A und 307B in der
planarisierten Oberfläche 309.
Mit anderen Worten, es wird eine Erstebenen-Metallstruktur 310 in
einer Maskenschicht aus Photolack 312 definiert und anschließend wird
die erste Oxidschicht 308 unter Verwendung jedes geeigneten
Prozesses, z. B. reaktives Ionenätzen
(RIE), geätzt,
so dass die Erstebenen-Metallstruktur 310 in der ersten
Oxidschicht 308 definiert wird. Gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung wird eine restliche Photoresistschicht 312 vor
Ort auf der ersten Oxidschicht 308 in einer Reihe von Bereichen 313 außerhalb
der Reihe von Gräben 310 belassen.
Die Struktur ist nun so wie sie in 3B erscheint.
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Wie
in 3C gezeigt, wird eine erste Sperr-/Haftschicht 314 in
der Reihe von Gräben 310 unter
Verwendung einer niedrigenergetischen Ionenimplantation abgeschieden.
In einer Ausführungsform
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Abscheidung der Sperr-/Haftschicht 314 das
Deponieren einer Schicht aus Tantalnitrid 314 mit einer
Dicke von ungefähr
5·10–10m
bis 1·10–8m
(5 bis 100 Å).
In anderen Ausführungsformen
umfasst das Abscheiden der Sperr-/Haftschicht 314 das Deponieren
einer Sperr-/Haftschicht 314 aus Tantal und/oder Cu/Ti.
In einer Ausführungsform
umfasst das Deponieren einer Tantalnitridschicht 214 das
Abscheiden einer Schicht aus Tantal 381 mit einer Dicke
von ungefähr
1·10–8m
(100 Å)
unter Verwendung niedrigenergetischer Ionenimplantation mit ungefähr 100 Elektronenvolt
(eV) bei Implantierung mit variierendem Winkel (α), d.h. der Implantierungswinkel
(α) wird
von senkrecht zur planarisierten Oberfläche 309 bis auf 15
Grad Abweichung von senkrecht verändert, wie durch die Pfeile 311 gezeigt.
In einer Ausführungsform
wird dies durch Verwendung einer 1017 Tantal-Ionenimplantation
erreicht. Als nächstes
wird gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung eine Stickstoffschicht 382 bei
700 Elektronenvolt (eV) in die Tantalschicht 381 implantiert.
In einer Ausführungsform
wird dies durch Verwendung einer 8 × 1016 Stickstoff-Ionenimplantation
erreicht. Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen
wird, führt
eine Implantierung mit variierendem Winkel, bei welcher der Implantierungswinkel von
senkrecht zur planarisierten Oberfläche bis auf ungefähr 15 Grad
Abweichung von senkrecht zu einer Abscheidung der Sperr-/Haftschicht 314 auf
allen Oberflächen
der Reihe von Gräben 310.
Die Struktur ist nun so wie sie in 3C erscheint.
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In 3D wird
eine erste Kristallkeimschicht 316 auf der ersten Sperr-/Haftschicht 314 unter
Verwendung einer niedrigenergetischen Ionenimplantation abgeschieden.
Gemäß den allgemeineren
Lehren der vorliegenden Erfindung umfasst das Abscheiden der Kristallkeimschicht 316 auf
der Sperr-/Haftschicht 314 das Abscheiden einer ersten
Kristallkeimschicht 316 ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold. Gemäß den Lehren der vorliegenden
Ausführungsform umfasst
das Deponieren der Kristallkeimschicht 316 jedoch das Abscheiden
einer Schicht aus Kupfer 316 mit einer Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å).
Dies kann durch Verwendung einer 8 × 1016 Kupfer-Ionenimplantation
erreicht werden. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Verwendung einer niedrigenergetischen
Ionenimplantation das Implantieren eine Kupferschicht 316 bei
100 Elektronenvolt (eV) in die erste Sperr-/Haftschicht 314.
Auch die Kupferschicht 316 wird mit einem Winkel senkrecht zur
planarisierten Oberfläche 309,
wie durch die Pfeile 315 gezeigt, implantiert. Wie der
Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird,
führt die
Implantierung der Kupferschicht 316 mit einem Winkel senkrecht
zur planarisierten Oberfläche
zu einer Kupferkristallkeimschicht 316, die auf einer Bodenoberfläche 318 in
der Reihe von Gräben 310 verbleibt,
und in viel geringerem Ausmaß auf
den Seitenflächen 320 der
Reihe von Gräben 310.
In einer Ausführungsform
wird eine optionale Aluminiumschicht 321 auf der Kupferkristallkeimschicht 316 wiederum
unter Verwendung niedrigenergetischer Ionenimplantation bei 100
Elektronenvolt (eV) deponiert. Die optionale Aluminiumschicht 321 wird
mit einer Dicke von ungefähr
5·10–10m
(50 Å)
abgeschieden. Dies kann durch Verwendung einer 3 × 1016 Ionen-Implantierung von Aluminium senkrecht
auf die Waferoberfläche
erreicht werden. Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser
Offenbarung verstehen wird, wird die Aluminiumschicht 321 verwendet,
um die Kupferkristallkeimschicht 316 vor Oxidation vor
den nachfolgenden Verarbeitungsschritten zu schützen. Die Struktur ist nun
so wie in 3D gezeigt.
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Die 3E zeigt
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, diente die restliche
Photoresistschicht 312 als Blockierungsschicht, um die
Implantierungsflächen
für die
Sperr-/Haftschicht 314 und die Kristallkeimschicht 316 zu
definieren. Die restliche Photoresistschicht 312 wird nun
unter Verwendung eines Nassablöseverfahrens
entfernt, was der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung
wiederum verstehen wird. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst das Entfernen der restlichen
Photoresistschicht 312 das Entfernen der unerwünschten
Aluminiumschicht 321, der unerwünschten Kristallkeimschicht 316 und
der unerwünschten
Sperr-/Haftschicht 314 von den anderen Flächen der
Waferoberfläche,
z. B. von oberhalb der Reihe von Bereichen außerhalb der Gräben 310 auf
einer obersten Fläche 319 der
ersten Isolatorschicht 308. Die Struktur ist nun so, wie
in 3E gezeigt.
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In 3F wird
ein metallischer Leiter 320 oder eine Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 320 auf
der ersten Kristallkeimschicht 316 in der Reihe von Gräben 310 deponiert.
Gemäß den Lehren
der vorliegenden Ausführungsform
ist der metallische Leiter 320 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 320 aus
Kupfer. In einer Ausführungsform wird
der metalli sche Leiter 320 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 320 unter
Verwendung eines selektiven CVD-Prozesses abgeschieden. In einer
anderen Ausführungsform
umfasst das Deponieren eines metallischen Leiters 320 oder
einer Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 320 auf der
Kristallkeimschicht 316 das Abscheiden eines metallischen
Leiters 320 unter Verwendung von stromlosem Plattieren.
Stromlose Kupferplattierung wird verwendet, um genügend Kupfer
abzuscheiden, um die Reihe von Gräben 310 bis auf ein
Niveau von 100 Å unterhalb
der oberste Fläche 319 der
ersten Oxidschicht 308 aufzufüllen. An dieser Stelle wird
eine zweite Schicht aus Tantalnitrid 323 mit eine Dicke
von ungefähr
1·10–8m
(100 Å)
auf den metallischen Leiter 320 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 320 aus
Kupfer abgeschieden. Anschließend
wird chemisch-mechanischer Planarisierungs-(CMP)-Reinigungsprozess verwendet, um das Tantalnitrid
von der obersten Fläche 319 der
ersten Oxidschicht 308 zu entfernen.
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Wie
in 3G gezeigt, kann die Prozesssequenz fortgeführt werden,
um eine beliebige Reihe von nachfolgenden Metallschichten in einer
vielschichtigen Verdrahtungsstruktur auszubilden. Die 3G veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Prozessschritten. In 3G wird ein
Dual-Damascene-Prozess verwendet, um eine erste auf eine zweite
Ebene von Durchkontakten und eine zweite Metallurgieebene zu definieren
und aufzufüllen.
Um dies zu tun, wird eine zweite Oxidschicht 324 auf der
Waferoberfläche
deponiert, z. B. auf dem metallischen Leiter 320 oder der
Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 320 und der ersten
Oxidschicht 308. Die zweite Oxidschicht 324 wird
wiederum unter Verwendung jeder geeigneten Technik deponiert. In einer
Ausführungsform
umfasst das Deponieren der zweiten Oxidschicht 324 das
Abscheiden einer fluorierten Siliziumoxidschicht 324. In
einer Ausführungsform
wird die zweite Oxidschicht 324 so abgeschieden, dass sie
eine Dicke ungefähr
1·10–6m
(10.000 Å) aufweist.
Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen
wird, können
auch andere geeignete Dicken der zweiten Oxidschicht 324 deponiert
werden, wie sie zur Ausbildung einer ersten auf eine zweite Ebene
von Durchkontakten, z. B. Zweitebenen-Durchkontakte und einer Reihe
von Zweitebenen-Metallleitungen
geeignet sind, die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die
zweite Oxidschicht 324 ist strukturiert, um eine zweite
Ebene von Durchkontakten und eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen
in der zweiten Oxidschicht 324 zu definieren, die sich
auf die metallischen Leiter 320 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 320 öffnen. Mit
anderen Worten, es wird eine zweite Ebene von Durchkontakten in
einer zweiten Maskenschicht aus Photoresist 326 definiert
und anschließend
wird die zweite Oxidschicht 324 unter Verwendung eines
geeigneten Prozesses, z. B. reaktives Ionenätzen (RIE), geätzt, so
dass eine zweite Ebene von Durchkontaktöffnungen 328 in zweiten
Oxidschicht 324 definiert wird. Unter Verwendung des Dual-Damascene-Prozesses
wird auch eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen in der zweiten Maskenschicht
aus Photoresist 326 definiert und die zweite Oxidschicht 324 wird
wiederum unter Verwendung eines geeigneten Prozesses, z. B. reaktives
Ionenätzen
(RIE), geätzt,
so dass eine zweite Ebene von Metallleitungsgräben 330 in dem Oxid
definiert wird. Der Durchschnittsfachmann wird beim Lesen dieser
Offenbarung die Art und Weise verstehen, wie eine Photoresistsschicht 326 unter
Verwendung eines Dual-Damascene-Prozesses
Maske sein kann, exponiert und entwickelt wird, um eine zweite Ebene
von Durchkontaktöffnungen 328 und
eine zweite Ebene von Metallleitungsgräben 330 in der zweiten
Oxidschicht 324 zu strukturieren.
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Wie
vorher beschrieben, und gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung, wird eine restliche Photoresistschicht 326 auf
der zweiten Oxidschicht 324 in einer Reihe von Bereichen 332 außerhalb
der zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 330 belassen.
Ein geeigneter Plasma- und/oder Nassreinigungsprozess
wird verwendet, um beliebige Verunreinigungen von der zweiten Ebene
von Durchkontaktöffnungen 328 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 330 zu entfernen,
was wiederum vom Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung
verstanden wird. Die Struktur ist nun so, wie sie in 3G erscheint.
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Die 3H veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. In 2H wird
eine zweite Sperr-/Haftschicht 334 in der zweiten Ebene
von Durchkontaktöffnungen 328 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 330 unter Verwendung
niedrigenergetischer Ionenimplantation abgeschieden. Wie oben beschrieben
umfasst in einer Ausführungsform
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung das Deponieren der zweiten Sperr-/Haftschicht 334 das
Abscheiden einer Tantalnitridschicht 334 mit einer Dicke
von ungefähr
5·10–10m
bis 1·10–8m
(5 bis 100 Å).
In anderen Ausführungsformen
umfasst das Deponieren der zweiten Sperr-/Haftschicht 334 das
Deponieren einer zweiten Sperr-/Haftschicht 334 aus Tantal
und/oder CuTi. In einer Ausführungsform
umfasst das Deponieren der Tantalnitridschicht 334 das
zuerst das Abscheiden einer Tantalschicht 383 mit einer
Dicke von ungefähr
1·10–8m
(100 Å)
unter Verwendung niedrigenergetischer Ionenimplantation mit ungefähr 100 Elektronenvolt
(eV) bei Implantierung mit variierendem Winkel (α), d.h. der Implantierungswinkel
(α) wird
von senkrecht zur Waferoberfläche
bis auf 15 Grad Abweichung von senkrecht verändert, wie durch die Pfeile 325 gezeigt.
In einer Ausführungsform
wird dies durch Verwendung einer 1017 Tantal-Ionenimplantation
erreicht. Als nächstes
wird gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung eine Stickstoffschicht 384 bei
700 Elektronenvolt (eV) in die Tantalschicht 383 implantiert.
In einer Ausführungsform
wird dies durch Verwendung einer 8 × 1016 Stickstoff-Ionenimplantation
erreicht. Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen
wird, führt
eine Implantierung mit variierendem Winkel (α), bei welcher der Implantierungswinkel
von senkrecht zur Waferoberfläche
bis auf ungefähr
15 Grad Abweichung von senkrecht zu einer Abscheidung der Sperr-/Haftschicht 334 auf
auf allen Oberflächen
der zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 328 und einer
zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 330, die in der
zweiten Oxidschicht 324 vorliegen. Die Struktur ist nun
so, wie sie in 3H erscheint.
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3I veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. In 3I wird
eine zweite Kristallkeimschicht 336 auf der zweiten Sperr-/Haftschicht 334 unter
Verwendung niedrigenergetischer Ionenimplantation abgeschieden.
Gemäß den allgemeineren
Lehren der vorliegenden Erfindung umfasst das Abscheiden der zweiten
Kristallkeimschicht 336 auf der zweiten Spen-/Haftschicht 314 das
Deponieren einer zweiten Kristallkeimschicht 336 ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Ausführungsform
umfasst das Abscheiden der Kristallkeimschicht 336 jedoch
das Deponieren einer zweiten Kupferschicht 336 mit einer
Dicke von ungefähr
5·10–9m
(50 Å).
In einer Ausführungsform
wird dies unter Verwendung einer 8 × 1016 Ionenimplantation
von Kupfer erreicht. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Verwendung einer niedrigenergetischen
Ionenimplantation die Implantierung der Kupferschicht 336 bei
100 Elektronenvolt (eV) in die Oberflächen der zweiten Ebene von
Durchkontaktöffnungen 328 und
der zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 330 in der Polymerschicht.
Auch die Kupferschicht 336 wird mit einem Winkel senkrecht zur
Wafer-oberfläche,
wie durch die Pfeile 337 gezeigt, implantiert. Wie der
Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird,
führt das
Implantieren der Kupferschicht 336 mit senkrechtem Winkel
auf die Waferoberfläche
zu einer zweiten Kristallkeimschicht aus Kupfer 336, welche auf
der Bodenoberfläche 338 in
den Zweitebenen-Durchkontaktöffnungen 328 verbleibt,
und in einem wesentlich geringerem Umfang auf die Seitenoberflächen 340 der
zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 328 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 330. In einer
Ausführungsform
wird eine optionale Aluminiumschicht 341 auf die zweite Kupferkristallkeimschicht 336 abgeschieden,
wiederum unter Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation
bei 100 Elektronenvolt (eV). Die optionale Aluminiumschicht wird
abgeschieden, um eine Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å)
aufzuweisen. Gemäß einer
Ausführungsform
wird dies durch Verwendung einer 3 × 1016 Ionen-Implantierung
von Aluminium senkrecht auf die Waferoberfläche erreicht. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, wird die Aluminiumschicht 341 verwendet,
um die zweite Kupferkristallkeimschicht 336 vor Oxidation
vor den nachfolgenden Verarbeitungsschritten zu schützen. Die
Struktur ist nun so wie in 3I gezeigt.
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Die 3J veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Prozessschritten. Wie der Durchschnittsfachmann beim
Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, diente die restliche Photoresistschicht 326 als
Blockierungsschicht, um die Implantierungsflächen für die zweite Sperr-/Haftschicht 334,
die zweite Kristallkeimschicht 336 und die Aluminiumschicht 341 zu
definieren. Die restliche Photoresistschicht 326 wird nun
unter Verwendung eines Nassablöseverfahrens
entfernt, was durch den Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser
Offenbarung wiederum verstanden wird. Gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung umfasst die Entfernung der restlichen Photoresistschicht 326 auch
die Entfernung der unerwünschten
Aluminiumschicht 341, der unerwünschten Kristallkeimschicht 336 und
der unerwünschten
Sperr-/Haftschicht 334 von anderen Flächen der Waferoberfläche, z.
B. von oberhalb einer Reihe von Bereichen 332 außerhalb
der zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 330 auf einer
obersten Fläche 342 der
zweiten Oxidschicht 324. Die Figur ist nun so wie in 3J gezeigt.
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In 3K wird
ein zweiter metallischer Leiter 344 oder zweiter Kernleiter 344 auf
der zweiten Kristallkeimschicht 336 und innerhalb der zweiten Sperr-/Haftschicht 334 in
den zweiten Ebenen von Durchkontaktöffnungen 328 und der
zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 330 in der Polymerschicht abgeschieden
oder darauf ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist der zweite metallische
Leiter 344 oder der zweite Kernleiter 344 aus
Kupfer, in anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann der zweite metallische Leiter 344 oder zweite
Kernleiter 344 jedoch aus der Gruppe bestehend aus Aluminium,
Silber und Gold ausgewählt sein.
In einer Ausführungsform
wird der zweite metallische Leiter 344 oder zweite Kernleiter 344 unter Verwendung
eines selektiven CVD-Prozesses deponiert. In einer anderen Ausführungsform
umfasst das Deponieren eines zweiten metallischen Leiters 344 oder
zweiten Kernleiters 344 auf der zweiten Kristallkeimschicht 336 und
innerhalb der zweiten Sperr-/Haftschicht 334 das
Abscheiden eines zweiten metallischen Leiters 344 oder
zweiten Kernleiters 344 unter Verwendung von stromlosem
Abscheiden. Stromloses Kupferplattieren wird verwendet, um genügend Kupfer
abzuscheiden um die zweite Ebene von Durchkontaktöffnungen 328 und
die zweite Ebene von Metallleitungsgräben 330 bis auf ein
Niveau von 1·10–8m
(100 Å)
unterhalb der obersten Fläche 342 der
zweiten Isolatorschicht 324 aufzufüllen. An dieser Stelle wird
eine zweite Schicht aus Tantalnitrid 346 mit eine Dicke
von ungefähr
1·10–8m
(100 Å)
auf den zweiten metallischen Leiter 344 oder den zweiten
Kernleiter 344 abgeschieden. Anschließend wird chemisch-mechanischer
Planarisierungs-(CMP)-Reinigungsprozess
verwendet, um das Tantalnitrid von der obersten Fläche 342 der
zweiten Isolatorschicht 324 zu entfernen. Daher bilden
die zweite Sperr-/Haftschicht 334, die zweite Kristallkeimschicht 336 und
der zweite metallische Leiter 344 oder zweiter Kernleiter 344 eine
zweite Reihe von leitfähigen
Strukturen, welche eine Reihe von Zweitebenen-Durchkontakten und eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen
umfassen, die auf einer ersten Reihe von leitfähigen Strukturen, z. B. der Erstebenen-Metallleitungen 320,
oder Erstebenen-Metallleitungen 320 gebildet und mit diesen
verbunden sind.
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Weitere Ausführungsform
einer Metallverbindung unter Verwendung von Kupfer
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Die 4A–4K veranschaulichen
eine neue Methodik zur Bildung von Metallverbindungen und/oder einer
Verdrahtungsstruktur in einer integrierten Schaltung gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung. Die neue Methodik umfasst die neue Bildung
einer Sperr-/Haftschicht
und einer Kristallkeimschicht in einem integrierten Schaltkreis
unter Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation. Die
neue Methodik umfasst auch ein neues Verfahren zur Herstellung von
Kupfer-, Silber-, Aluminium- oder Goldverbindungen für einen
integrierten Schaltkreis.
-
Die 4A veranschaulicht
einen Teil einer integrierten Schaltkreisstruktur, nämlich einen
integrierten Schaltkreis mit einer Reihe von Halbleitervorrichtungen,
die in einem Substrat gebildet werden. 4A veranschaulicht
die Struktur, nachdem eine Vorrichtungsstruktur in dem Substrat
ausgebildet wurde und die Kontaktstruktur zu der Vorrichtungsstruktur
vorhan den ist. Der Durchschnittsfachmann wird beim Lesen dieser
Offenbarung die Art und Weise verstehen, wie eine Reihe von Halbleiterstrukturen,
z. B. Transistoren, in einem Substrat gebildet werden kann. Der
Durchschnittsfachmann wird auch beim Lesen der Offenbarung die An
und Weise verstehen, wie eine Kontaktstruktur hergestellt werden kann,
welche mit einer gegebenen Halbleitervorrichtung in einem Substrat
verbindet, wie auch in Verbindung mit 1A beschrieben.
Beispielsweise veranschaulicht die 4A die
Struktur, nachdem eine Reihe von Vorrichtungsstrukturen, z. B. die
Transistoren 401A und 401B in dem Substrat 400 gebildet wurden.
Eine Isolatorschicht 402 wird auf der Reihe von Halbleitern 401A und 401B abgeschieden.
Die Abscheidung der Isolatorschicht 402 kann die Abscheidung
einer Si3N4-Schicht
mit einer Dicke im Bereich von 1·10–8m
bis 5·10–8m
(100 bis 500 Angström (Å)) einschließen. Diese
Isolatorschicht wird auch als zusätzliche Barriere gegen Verunreinigungen,
die aus den nachfolgenden Verarbeitungsschritten stammen, dienen.
Kontaktlöcher 405A und 405B werden in
der Reihe von Vorrichtungsstrukturen 401A und 401B unter
Verwendung einer Photolithographietechnik geöffnet. Der Durchschnittsfachmann
wird beim Lesen dieser Offenbarung die An und Weise verstehen, wie
eine Photolithographietechnik verwendet werden kann, um die Kontaktlöcher 405A und 405B zu
erzeugen. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Titansilizid-Liner 406A und 406B in
den Kontaktlöchern 405A und 405B platziert,
wie etwa durch einen Prozess, wie z. B. chemische Dampfphasenabscheidung (CVD).
Als nächstes
können
Wolfram-Durchkontakte 407A und 407B in den Kontaktlöchern 405A und 405B abgeschieden
werden. Die Wolfram-Durchkontakte 407A und 407B können in
den Kontaktlöchern unter
Verwendung jeder geeigneten Technik, wie etwa die Verwendung eines
CVD-Verfahrens, abgeschieden werden. Das überschüssige Wolfram wird anschließend von
der Wafer-Oberfläche
durch chemischmechanische Planarisierung (CMP) oder andere geeignete
Verfahren zur Ausbildung einer planarisierten Oberfläche 409 entfernt.
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Wie
in
4B gezeigt, wird eine erste Polymerschicht
408,
oder erste Polyimidschicht
408, auf der Waferoberfläche abgeschieden.
Die erste Polymerschicht
408 kann unter Verwendung von
beispielsweise dem Prozess und Material, wie im Patent
US 6,284,656 B1 des gleichen
Erfindersmit dem Titel "Copper
Metallurgy in Integrated circuits", beschrieben, abgeschieden werden.
Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst das Abscheiden einer ersten Polymerschicht
408 das
Abscheiden einer geschäumten
Polymerschicht
408. In einer Ausführungsform wird die erste Polyimidschicht
408 abgeschieden
und ausgehärtet,
wobei eine nach dem Aushärten 5·10
–7m
(5000 Å)
dicke Polymerschicht
408 erzeugt wird. Der Durchschnittsfachmann
wird beim Lesen dieser Offenbarung verstehen, dass andere geeignete
Dicken der ersten Schicht aus Polyimid
408 oder der Isolatorschicht/des
Materials
408 auch abgeschieden werden kann, wie zur Ausbildung
einer Erstebenen-Metallstruktur erforderlich, die Erfindung ist
nicht darauf beschränkt.
Die erste Polyimidschicht
408 oder erste Isolatorschicht/Material
408 wird strukturiert,
um eine Reihe von Gräben
410 in
der ersten Isolatorschicht
408 zu definieren, welche sich auf
eine Reihe von Erstebenen-Durchkontakten, z. B. Wolfram-Durchkontakten
407A und
407B,
in der planarisierten Oberfläche
409 öffnen. Mit
anderen Worten, es wird eine Erstebenen-Metallstruktur
410 in
einer Maskenschicht aus Photoresist
412 definiert und anschließend wir
die erste Polyimidschicht
408 unter Verwendung jedes geeigneten
Verfahrens, z. B. reaktives Ionenätzen (RIE), geätzt, so
dass die Erstebenen-metallstruktur
410 in dem Polyimid
definiert wird. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung wird eine restliche Photoresistschicht
412 auf
der ersten Isolatorschicht
408 in einer Reihe von Bereichen
413 außerhalb
der Reihe von Gräben
410 belassen. Die
Struktur sieht nun so aus wie in
4B gezeigt.
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Wie
in 4C gezeigt, wird eine erste Sperr-/Haftschicht 414 in
der Reihe von Gräben 410 unter
Verwendung einer niedrigenergetischen Ionenimplantation abgeschieden.
In einer Ausführungsform
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Abscheidung der Sperr-/Haftschicht 414 das
Deponieren einer Schicht aus Zirkonium 214 mit einer Dicke
von ungefähr
5·10–10m
bis 1·10–8m
(5 bis 100 Å).
In anderen Ausführungsformen
umfasst das Abscheiden der Sperr-/Haftschicht 414 das Deponieren
einer Sperr-/Haftschicht 414 aus Titan und/oder Hafnium.
In einer Ausführungsform
umfasst das Deponieren einer Zirkoniumschicht 414 das Abscheiden einer
Schicht aus Zirkonium 414 mit einer Dicke von ungefähr 15·10–10m
(15 Å).
Dies kann unter Verwendung einer 1017 Ionen-Implantierung
aus Zirkonium erreicht werden. Gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung wird die Zirkoniumschicht 414 mit 100 Elektronenvolt
(eV) in die Oberfläche
der Gräben 410 in
der Polymerschicht 408 unter Verwendung eines senkrecht
zur Waferoberfläche
stehenden Implantierungswinkels, wie durch die Pfeile 411 gezeigt,
implantiert. Die Struktur ist nun so wie sie in 4C erscheint.
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In 4D wird
eine erste Kristallkeimschicht 416 auf der ersten Sperr-/Haftschicht 414 unter
Verwendung einer niedrigenergetischen Ionenimplantation abgeschieden.
Gemäß den allgemeineren
Lehren der vorliegenden Ausführungsform
umfasst das Abscheiden der Kristallkeimschicht 416 auf
der Sperr-/Haftschicht 414 das Abscheiden einer Kristallkeimschicht 416 ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold. Dies kann
erreicht werden durch Verwendung einer 8 × 1016 Ionen-Implantierung
von Kupfer. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Verwendung niedrigenergetischer
Ionenimplantation das Implantieren einer Kupferschicht 416 mit
100 Elektronenvolt (eV) in die Oberfläche der Gräben 410 in der Polymerschicht.
Auch die Kupferschicht 416 wird mit einem Winkel senkrecht
zur Waferoberfläche
implantiert, wie durch die Pfeile 415 gezeigt. Wie der
Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird,
führt die
Implantierung der Kupferschicht 416 mit senkrechtem Winkel
auf die Waferoberfläche
zu einer Kristallkeimschicht aus Kupfer 416, die auf der
Bodenfläche 418 in
der Reihe von Gräben 410 verbleibt
und in wesentlich geringerem Umfang auf den Seitenoberflächen 420 der
Reihe von Gräben 410.
In einer Ausführungsform
wird eine optionale Aluminiumschicht 421 auf die Kupferkristallkeimschicht 416 abgeschieden,
wiederum durch Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation
bei 100 Elektronenvolt (eV). Die optionale Aluminiumschicht 421 wird
so abgeschieden, dass sie eine Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å)
aufweist. Dies kann durch Verwendung einer 3 × 1016 Ionen-Implantierung
von Aluminium senkrecht auf die Waferoberfläche erreicht werden, wie durch
die Pfeile 415 gezeigt. Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen
dieser Offenbarung verstehen wird, wird die Aluminiumschicht 421 verwendet,
um die Kupferkristallkeimschicht 416 vor Oxidation vor
den nachfolgenden Verarbeitungsschritten zu schützen. Die Struktur ist nun
so wie in 4D gezeigt.
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Die 4E zeigt
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, diente die restliche
Photoresistschicht 412 als Blockierungsschicht, um die
Implantierungsflächen
für die
Sperr-/Haftschicht 414, die Kristallkeimschicht 416 und
die Aluminiumschicht 421 zu definieren. Die restliche Photoresistschicht 412 wird
nun unter Verwendung eines Nassablöseverfahrens entfernt, was
der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung wiederum
verstehen wird. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst das Entfernen der restlichen
Photoresistschicht 412 das Entfernen der unerwünschten
Aluminiumschicht 421, der unerwünschten Kristallkeimschicht 416 und
der unerwünschten
Sperr-/Haftschicht 414 von den anderen Flächen der
Waferoberfläche,
z. B. von oberhalb einer Reihe von Bereichen 413 außerhalb
der Gräben 410 auf
einer obersten Fläche 419 der
ersten Isolatorschicht 408. Die Struktur ist nun so, wie
in 4E gezeigt.
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In 4F wird
ein metallischer Leiter 420 oder eine Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 420 auf
der ersten Kristallkeimschicht 416 in der Reihe von Gräben 410 deponiert.
Gemäß den Lehren
ist der metallische Leiter 420 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 420 aus
der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold ausgewählt, abhängig von
der Art der deponierten Kristallkeimschicht 416. In dieser
Ausführungsform
wird der metallische Leiter 420 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 420 selektiv
auf der Kupferkristallschicht 416 gebildet. In einer Ausführungsform wird
der metallische Leiter 420 oder die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 420 unter
Verwendung eines selektiven CVD-Prozesses
abgeschieden. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Deponieren
eines metallischen Leiters 420 oder einer Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 420 auf
der Kristallkeimschicht 416 das Abscheiden eines metallischen
Leiters 220 unter Verwendung von stromlosem Plattieren.
Stromloses Kupferplattieren wird verwendet, um ausreichend Kupfer
abzuscheiden, um die Reihe von Gräben 410 bis zur obersten
Fläche 419 der
ersten Isolatorschicht aufzufüllen.
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Wie
in
4G gezeigt, kann die Prozesssequenz fortgeführt werden,
um eine beliebige Reihe von nachfolgenden Metallschichten in einer
vielschichtigen Verdrahtungsstruktur auszubilden. Die
4G veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Prozessschritten. In
4G wird ein
Dual-Damascene-Prozess verwendet, um eine erste auf eine zweite
Ebene von Durchkontakten und eine zweite Metallurgieebene zu definieren
und aufzufüllen.
Um dies zu tun, wird eine zweite Polymerschicht
424 oder
zweite Polyimidschicht
424 auf der Waferoberfläche deponiert,
z. B. auf dem metallischen Leiter
420 oder der Reihe von
Erstebenen-Metallleitungen
420 und der ersten Polymerschicht
408. Die
zweite Polymerschicht
424 kann auf ähnliche Weise deponiert werden
unter Verwendung beispielsweise des Prozesses und des Materials
wie im US-Patent
US
6,24,656 B1 des gleichen Anmelders beschriebenmit dem Titel "Copper Metallurgy
in Integrated circuits".
In einer Ausführungsform
umfasst das Abscheiden einer zweiten Polymerschicht
424 das
Abscheiden einer geschäumten
zweiten Polymerschicht
424. In einer Ausführungsform
wird die zweite Polymerschicht
424 deponiert und ausgehärtet, wobei
nach dem Aushärten
eine 1·10
–6m
(10.000 Å)
dicke zweite Polymerschicht
424 gebildet wird. Wie der
Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird,
können
andere geeignete Dicken der zweiten Polymerschicht
424 oder
der zweiten Isolatorschicht/des Materials
424 auch deponiert
werden, je nach Eignung für
das Ausbilden einer ersten zu einer zweiten Ebene von Durchkontakten, d.
h. Zweitebenen-Durchkontakten, sowie eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen,
die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die zweite Polymerschicht
424 oder
zweite Isolatorschicht/Material
424 ist strukturiert, um
eine zweite Ebene von Durchkontakten und eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen
in dem zweiten Isolatorschicht/Material
424 zu definieren
und auf den metallischen Leiter
420 oder die Reihe von
Erstebenen-Metallleitungen
420 zu öffnen. Mit anderen Worten,
es wird eine zweite Ebene von Durchkontakten in einer zweiten Maskenschicht
aus Photolack
426 definiert und anschließend wird
die zweite Polymerschicht
424 unter Verwendung jedes geeigneten
Prozesses, z. B. reaktives Ionenätzen (RIE),
geätzt,
so dass eine zweite Ebene von Durchkontaktöffnungen
428 in dem
Polyimid definiert wird. Unter Verwendung des Dual-Damascene-Prozesses wird eine
Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen auch in einer zweiten Maskenschicht
aus Photolack
426 definiert und die zweite Polymerschicht
424 wird wiederum
unter Verwendung eines geeigneten Verfahrens, z. B. reaktives Ionenätzen (RIE)
geätzt,
so dass eine zweite Ebene von Metallleitungsgräben
430 in dem Polyimid
definiert wird. Der Durchschnittsfachmann wird beim Lesen dieser
Offenbarung die Art und Weise verstehen wie eine Photolackschicht
426 unter
Verwendung eines Dual-Damascene-Prozesses Maske sein kann, exponiert
und entwickelt werden kann, um eine zweite Ebene von Durchkontaktöffnungen
428 und
eine zweite Ebene von Metallleitungsgräben
430 in dem zweiten
Isolatorschicht/Material
424 zu strukturieren.
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Wie
vorher beschrieben, und gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung, wird eine restliche Photolackschicht 426 vor
Ort auf der zweiten Isolatorschicht/Material 424 in einer
Reihe von Bereichen 432 außerhalb der zweiten Ebene von
Metallleitungsgräben 430 belassen.
Ein geeignetes Plasma- und/oder Nassreinigungsverfahren wird verwendet, um
jedwede Verunreinigungen aus den Zweitebenen-Durchkontaktöffnungen 428 und
einer zweiten Ebenen von Metallleitungsgräben 430 zu entfernen, was
der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung wiederum
verstehen wird. Die Struktur ist nun so, wie sie in 4G auftritt.
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4H veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. In 4H wird
eine zweite Sperr-/Haftschiff 434 auf der zweiten Ebene
von Durchkontaktöffnungen 428 und einer
zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 430 unter Verwendung
von niedrigenergetischer Ionenimplantation deponiert. Wie oben beschrieben
umfasst in einer Ausführungsform
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung das Deponieren der zweiten Sperr-/Haftschicht 434 das
Abscheiden einer Zirkoniumschicht 434 mit einer Dicke von
ungefähr
5·10–10m bis
1·10–8m
(5 bis 100 Å).
In anderen Ausführungsformen
umfasst das Deponieren der zweiten Sperr-/Haftschicht 434 das
Abscheiden einer Sperr-/Haftschicht 434 aus Titan und/oder
Hafnium. In einer Ausführungsform
umfasst das Deponieren der Zirkoniumschicht 434 eine Schicht
aus Zirkonium 434 mit einer Dicke von ungefähr 15·10–10m
(15 Å).
In einer Ausführungsform
wird dies durch Verwendung einer 1017 Ionen-Implantierung
von Zirkonium erzielt. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung wird die Zirkoniumschicht 434 bei
100 Elektronenvolt (eV) auf die Oberfläche der zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 428 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 430 in der zweiten
Polymerschicht 424 unter Verwendung Winkels senkrecht zur
Waferoberfläche,
wie durch die Pfeile 425 gezeigt, implantiert. Die Struktur
ist nun so wie sie in 4H erscheint.
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Die 4I veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. In 4I wird
eine zweite Kristallkeimschicht 436 auf der zweiten Sperr-/Haftschicht 434 unter
Verwendung niedrigenergetischer Ionenimplantation deponiert. Gemäß der allgemeinen
Lehre der vorliegenden Erfindung umfasst das Deponieren der zweiten Kristallkeimschicht 436 auf
der zweiten Sperr-/Haftschicht 434 das Abscheiden einer
zweiten Kristallkeimschicht 436 ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold. Gemäß den Lehren der vorliegenden
Ausführungsform umfasst
das Abscheiden der zweiten Kristallkeimschicht 436 jedoch
das Deponieren einer zweiten Kupferschicht 436 mit einer
Dicke von ungefähr 5·10–9m
(50 Å).
In einer Ausführungsform
wird dies unter Verwendung einer 8 × 1016 Ionen-Implantierung von
Kupfer erreicht. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Verwendung einer niedrigenergetischen
Ionenimplantation die Implantierung der Kupferschicht 436 bei
100 Elektronenvolt (eV) in die zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 428 und
die zweite Ebene von Metallleitungsgräben 430 in der Polymerschicht.
Auch die Kupferschicht 436 wird mit einem Winkel senkrecht
zur Waferoberfläche,
wie durch die Pfeile 437 gezeigt, implantiert. Wie der
Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird,
führt das
Implantieren der Kupferschicht 436 mit senkrechtem Winkel auf
die Waferoberfläche
zu einer zweiten Kristallkeimschicht aus Kupfer 436, welche
auf der Bodenoberfläche 438 in
den Zweitebenen-Durchkontaktöffnungen 428 und
der zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 430 verbleibt,
und in einem wesentlich geringerem Umfang auf die Seitenoberflächen 440 der
zweiten Ebene von Durchkontaktöffnungen 428 und
einer zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 430. In einer
Ausführungsform
wird eine optionale Aluminiumschicht 441 auf die zweite
Kupferkristallkeimschicht 436 abgeschieden, wiederum unter
Verwendung von niedrigenergetischer Ionenimplantation bei 100 Elektronenvolt
(eV). Die optionale Aluminiumschicht wird abgeschieden, um eine
Dicke von ungefähr
5·10–9m
(50 Å)
aufzuweisen. Gemäß einer Ausführungsform
wird dies durch Verwendung einer 3 × 1016 Ionen-Implantierung
von Aluminium senkrecht auf die Waferoberfläche erreicht. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, wird die Aluminiumschicht 441 verwendet,
um die zweite Kupferkristallkeimschicht 436 vor Oxidation
vor den nachfolgenden Verarbeitungsschritten zu schützen. Die
Struktur ist nun so wie sie in 4I erscheint.
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Die 4J veranschaulicht
die Struktur nach der nächsten
Sequenz von Verarbeitungsschritten. Wie der Durchschnittsfachmann
beim Lesen dieser Offenbarung verstehen wird, diente die restliche Photolackschicht 426 als
Blockierungsschicht, um die Implantierungsflächen für die zweite Sperr-/Haftschicht 434,
die zweite Kristallkeimschicht 436 und die Aluminiumschicht 441 zu
definieren. Die restliche Photoresistschicht 426 wird nun
unter Verwendung eines Nassablöseverfahrens
entfernt, was der Durchschnittsfachmann beim Lesen der Offenbarung wiederum
verstehen wird. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung umfasst die Entfernung der restlichen
Photolackschicht 426 die Entfernung der unerwünschten
Aluminiumschicht 441, der unerwünschten Kristallkeimschicht 436 und
der unerwünschten
Sperr-/Haftschicht 434 von anderen Flächen der Waferoberfläche, z.
B. von einer Reihe von Bereichen 432 außerhalb der zweiten Ebene von
Metallliniengräben 430 auf
einer oberen Fläche 442 und der
zweiten Isolatorschicht 424. Die Struktur ist nun so wie
in 4J gezeigt.
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In 4K wird
ein zweiter metallischer Leiter 444 oder einer zweiter
Kernleiter 444 darauf abgeschieden oder auf der zweiten
Kristallkeimschicht 436 und innerhalb der zweiten Sperr-/Haftschicht 434 in
den zweiten Ebenen von Durchkontaktöffnungen 428 und der
zweiten Ebene von Metallleitungsgräben 430 in der Polymerschicht
ausgebildet. In dieser Ausfüh rungsform
ist der zweite metallische Leiter 444 oder der zweite Kernleiter 444 aus
Kupfer, kann jedoch in anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Silber und Gold
ausgewählt
sein. In einer Ausführungsform
wird der zweite metallische Leiter 444 oder zweite Kernleiter 444 unter
Verwendung eines selektiven CVD-Prozesses deponiert. In einer anderen
Ausführungsform
umfasst das Deponieren eines zweiten metallischen Leiters 444 oder
zweiten Kernleiters 444 auf der zweiten Kristallkeimschicht 436 und
innerhalb der zweiten Sperr-/Haftschicht 434 das Abscheiden
eines zweiten metallischen Leiters 444 oder zweiten Kernleiters 444 unter
Verwendung stromloser Plattierung. Stromlose Kupferplattierung wird
verwendet, um ausreichend Kupfer zu abzuscheiden, um die zweite
Ebene von Durchkontaktöffnungen 428 und
die zweite Ebene von Metallleitungsgräben 430 auf die zweite
Oberfläche 442 der
zweiten Isolatorschicht 424 aufzufüllen. Daher bilden die zweite
Sperr-/Haftschicht 434, die zweite Kristallkeimschicht 436 und
der zweite metallische Leiter 444 oder zweiter Kernleiter 444 eine
zweite Reihe von leitfähigen
Strukturen, welche eine Reihe von Zweitebenen-Durchkontakten und
eine Reihe von Zweitebenen-Metallleitungen umfassen, die auf einer ersten
Reihe von leitfähigen
Strukturen, z. B. der Erstebenen-Metallleitungen 420 oder
der Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 420 gebildet und
mit diesen verbunden sind.
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Wie
der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen
wird, können
die oben beschriebenen Verfahrensausführungsformen wiederholt werden,
bis die benötigte
Anzahl von Metallschichten hergestellt ist.
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Die 4L veranschaulicht
die Struktur nach der letzten Sequenz von Verarbeitungsschritten.
Bei der Vollendung der letzten Metallebene wird die gesamte Polymerstruktur,
z. B. die erste Polymerschicht 408 und die zweite Polymerschicht 424 unter Verwendung
einer O2-Plasmaätzung entfernt.
Die Struktur ist nun so, wie sie in 4L erscheint.
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5 ist
eine Veranschaulichung einer Ausführungsform eines integrierten
Schaltkreises hergestellt nach den Lehren der vorliegenden Erfindung. Wie
in 5 gezeigt, umfasst der integrierte Schaltkreis
eine Metallschicht in einem integrierten Schaltkreis. Die Metallschicht
umfasst eine Reihe von Erstebenen-Durchkontakten 507A und 507B,
elektrisch verbunden mit einer Reihe von Siliziumvorrichtungen 501A und 501B in
einem Substrat 500. Eine Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 520 ist
darauf ausgebildet und mit der Reihe von Erstebenen- Durchkontakten 507A und 507B verbunden.
Eine Sperr-/Haftschicht 518 mit einer Dicke im Bereich
von 5·10–10m
bis 15·10–9m
(5 bis 150 Angström)
ist auf der Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 520 gebildet. Eine
Kristallkeimschicht 516 mit einer Dicke im Bereich von
5·10–10m
bis 15·10–9m
(5 bis 150 Angström) ist
zumindest zwischen einem Teil der Sperr-/Haftschicht 518 und der Reihe
von Erstebenen-Metallleitungen 520 ausgebildet. Wie oben
beschrieben, umfasst die Sperr-/Haftschicht 518 mit einer
Dicke im Bereich von 5·10–10m
bis 15·10–9m
(5 bis 150 Angström)
eine Sperr-/Haftschicht ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Titan, Zirkonium und Hafnium. In einer
Ausführungsform,
wie in 5 gezeigt, sind die Reihe von Erstebenen-Durchkontakten 507A und 507B,
verbunden mit einer Reihe von Siliziumvorrichtungen 501A und 501B,
im Substrat 500 von einer Isolatorschicht umgeben.
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Wie
oben beschrieben umfasst die Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 520 eine
Reihe von Erstebenen-Metallleitungen 520, die ausgewählt sind aus
der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber und Gold. In
einer Ausführungsform
umfasst der integrierte Schaltkreis 503 einen Teil eines
integrierten Speicherschaltkreises 503. In dieser Ausführungsform
umfasst die Reihe von Siliziumvorrichtungen 501A und 501B einen
oder mehrere Transistoren 501A und 501B in dem
Substrat 500.
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Wie
der Durchschnittsfachmann beim Lesen dieser Offenbarung verstehen
wird, kann jede der Ausführungsformen
wie in den 1K, 2K, 3K und/oder 4L gezeigt
einen Teil eines integrierten Schaltkreises gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung umfassen.
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Die 6 veranschaulicht
eine Ausführungsform
eines System 600 umfassend einen Teil eines integrierten
Schaltkreises gebildet nach einer der Ausführungsformen, die in der vorliegenden
Anmeldung beschrieben sind. Wie der Durchschnittsfachmann beim Lesen
dieser Offenbarung verstehen wird, umfasst dieses System 600 einen
Prozessor 610 und einen integrierten Schaltkreis oder einen
integrierten Speicherschaltkreis 630, der mit dem Prozessor 610 gekoppelt
ist. Der Prozessor 610 kann über jeden geeigneten Bus mit
dem integrierten Speicherschaltkreis 630 gekoppelt werden,
wie dem Durchschnittsfachmann bekannt ist und wie das auch von ihm
verstanden wird. In der Ausführungsform sind
der Prozessor 610 und der integrierte Schaltkreis 630 auf
einem einzelnen Wafer oder Chip platziert. Wiederum umfasst mindestens
ein Teil des integrierten Schaltkreises 630 einen Teil
eines integrierten Schaltkreises 630 wie in den diversen
hier angegebenen Ausführungsformen
offenbart.
-
Schlussfolgerung
-
Strukturen
und Verfahren wurden zur Verfügung
gestellt, welche die Eigenschaften integrierter Schaltkreise gemäß kleiner
werdenden Entwurfsregeln verbessern. Die Strukturen und Verfahren
umfassen eine Diffusionsbarriere und eine Kristallkeimschicht in
einem integrierten Schaltkreis, die beide unter Verwendung niedrigenergetischer
Ionenimplantation gefolgt von einer selektiven Abscheidung von Metallleitungen
des integrierten Schaltkreises hergestellt werden. Gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung vermeidet diese selektive Abscheidung
der Metallleitungen den Bedarf für
mehrfache chemisch-mechanische Planarisierungsschritte (CMP). Die
niedrigenergetische Ionenimplantation der vorliegenden Erfindung
ermöglicht
die genaue Platzierung sowohl der Diffusionsbarriere als auch der
Kristallkeimschicht. Ein restlicher Photolack kann verwendet werden,
um die Diffusionsbarriere und die Kristallkeimschicht von unerwünschten
Flächen
auf einer Waferoberfläche
zu entfernen. Die durch die beschriebenen neuen Prozesse hergestellten
Strukturen verwenden Aluminium-, Kupfer-, Gold- und Silber-Metallverbindungen.
-
Obwohl
spezifische Ausführungsformen
vorliegend veranschaulicht und beschrieben wurden, wird von den
Durchschnittsfachleuten anerkannt werden, dass jede Anordnung, die
darauf abzielt, die gleichen Zwecke zu erzielen, die spezifischen
gezeigten Ausführungsformen
ersetzen kann. Diese Anmeldung ist dazu gedacht, jede Anpassung
oder Variation der vorliegenden Erfindung abzudecken. Es sollte
klar sein, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht
beschränkend
gedacht ist. Der Umfang der Erfindung umfasst beliebige andere Anwendungen,
in welchen die obigen Strukturen und Herstellungsverfahren verwendet
werden. Der Umfang der Erfindung sollte mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche zusammen
mit dem vollständigen Umfang
von Äquivalenten
zu dem, auf was die Ansprüche
sich beziehen, bestimmt werden.