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Ersetzen von Cu-Fuellstrukturen in der Kupfer Dual Damascene Metallisierung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000019692D
Published in the IP.com Journal: Volume 3 Issue 10 (2003-10-25)
Included in the Prior Art Database: 2003-Oct-25
Document File: 3 page(s) / 111K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Kupfer-Damascene-Metallisierungs-Prozesse in der Herstellung von Halbleiterbauelementen benoetigen zur CMP-Planarisierung (chemisch-mechanisches Polieren) sog. Fuellstrukturen. Diese Fuellstrukturen sind nach dem Stand der Technik ebenfalls aus Kupfer, aber elektrisch nicht aktiv. Sie werden bei der CMP-Planarisierung benoetigt, um die Erosion zu verhindern. Beim CMP entsteht Erosion insbesondere bei einer inhomogenen Verteilung von Metallbahnen aufgrund unterschiedlicher Abtragungsraten von Kupfer und Siliziumoxid. Um der Erosion entgegenzuwirken, muessen die Fuellstrukturen ueber den ganzen Chip verteilt werden, auch in den Gebieten, in denen sie durch ihre hohe elektrische Leitfaehigkeit stoeren, z.B. in der Naehe von Kapazitaeten und hochfrequenten Leiterbahnen. Vorgeschlagen wird, dass die Fuellstrukturen anstatt mit Kupfer mit einem dielektrischen Material gefuellt werden. Dieses dielektrische Material soll dem Kupfer aehnliche oder equivalente Poliereigenschaften aufweisen. Bevorzugt koennte ein „Low-k“-Material (Materialklasse mit kleiner Dielektrizitaetskonstanten) verwendet werden. Durch die Verwendung eines „Low-k“-Materials ist eine Reduzierung der stoerenden Parasitaerkapazitaeten moeglich. In der Abbildung 1 ist ein Beispiel moeglicher Anordnung von Metallbahnen und Fuellstrukturen zu sehen.

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S

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Ersetzen von Cu-Fuellstrukturen in der Kupfer Dual Damascene Metallisierung

Idea: Stefan Drexl, DE-Muenchen; Markus Schwerd, DE-Muenchen, Andrea Mitchell, DE-Muenchen; Thomas Goebel, DE-Muenchen; Johann Helneder, DE-Muenchen

Kupfer-Damascene-Metallisierungs-Prozesse in der Herstellung von Halbleiterbauelementen benoetigen zur CMP-Planarisierung (chemisch-mechanisches Polieren) sog. Fuellstrukturen. Diese Fuellstrukturen sind nach dem Stand der Technik ebenfalls aus Kupfer, aber elektrisch nicht aktiv. Sie werden bei der CMP-Planarisierung benoetigt, um die Erosion zu verhindern. Beim CMP entsteht Erosion insbesondere bei einer inhomogenen Verteilung von Metallbahnen aufgrund unterschiedlicher Abtragungsraten von Kupfer und Siliziumoxid. Um der Erosion entgegenzuwirken, muessen die Fuellstrukturen ueber den ganzen Chip verteilt werden, auch in den Gebieten, in denen sie durch ihre hohe elektrische Leitfaehigkeit stoeren, z.B. in der Naehe von Kapazitaeten und hochfrequenten Leiterbahnen.

Vorgeschlagen wird, dass die Fuellstrukturen anstatt mit Kupfer mit einem dielektrischen Material gefuellt werden. Dieses dielektrische Material soll dem Kupfer aehnliche oder equivalente Poliereigenschaften aufweisen. Bevorzugt koennte ein "Low-k"-Material (Materialklasse mit kleiner Dielektrizitaetskonstanten) verwendet werden. Durch die Verwendung eines "Low-k"-Materials ist eine Reduzierung der stoerenden Parasitaerkapazitaeten moeglich. In der Abbildung 1 ist ein Beispiel moeglicher Anordnung von Metallbahnen und Fuellstrukturen zu sehen.

Im Folgenden sind zwei Ausfuehrungsbeispiele der Idee dargestellt. Die Abbildung 2 zeigt die erste Moeglichkeit zur Realisierung der Fuellstrukturen. Die einfache Prozessfuehrung erfolgt mittels einer eigenen Foto- und Aetztechnik. Hierbei werden vor der Via-Aetzung die mit "Low-k"-Material zu fuellenden Strukturen geaetzt, anschliessend gefuellt und planarisiert. Die Abbildung 3 zeigt eine andere Variante der Prozessfuehrung. Mit Hilfe einer Aetzstoppschicht kann bei Dual-Damascene- Prozessen auf eine zusaetzliche Foto- und Aetztechnik verzichtet werden. Die Prozessschritte 1)+2) sind die gleichen wie in der Abb. 2 dargestellt. Als dritter Schritt werden Via- und Fuellstrukturen mit einer Maske geaetzt. Danach wird eine Aetzstoppschicht moeglichst kantendeckend abgeschieden. Anschliessend erfolgt die Fuellung und Planarisierung mit "Low-k"-Material. Die Metallbahn- Fototechnik ermoeglicht ein Freiaetzen des Vias. Die restli...