In der Mikroelektronik wird bei der Herstellung von Halb- leiterbauelementen, wie z. B. bei der Chipherstellung, zur Isolation zwischen dem Substrat, das mittels Front-End- Technologie auf einer Oberfläche bearbeitet worden ist, und den metallischen Leiterbahnen, das heißt, der Aluminium- Ebene, eine Isolationsschicht benötigt. Diese Isolations- schicht muß gute elektrische Isolationseigenschaften besit- zen, an den angrenzenden Schichten gut haften und mit den Folgeprozessen kompatibel sein. So wird in Folgeprozessen zur Herstellung der Leiterbahnen zum Beispiel AlSi, AlSiCu oder AlCu aufgesputtert, geätzt und getempert. Als Ätzmedi- en können beispielsweise C12, BCl3, SiCl4 oder HBr verwendet werden.

Das Tempern erfordert Temperaturen von etwa 450°C. Die Be- reiche, die nicht geätzt werden sollen, werden dabei durch einen strukturierten Fotoresist geschützt, der nach dem Ätzvorgang gestrippt (entfernt) wird. Unterhalb und ober- halb der Isolationsschicht können auch Barriereschichten sein, die ebenfalls gesputtert und geätzt werden. Ein Bei- spiel für eine schematische Schichtfolge kann folgenderma- ßen ausgestaltet sein :

Metall 3 Isolationsschicht Metall 2 Isolationsschicht Metall 1 Front End Substrat Während der Aufbringung der Schichten unterhalb des Isola- tors entstehen in der Regel deutliche Höhenunterschiede, die die weitere Prozessierung, z. B. lithographische Erzeu- gung von feinen Resiststrukturen, erschweren. Aus diesem Grund ist es sehr vorteilhaft, wenn der Isolator die Ober- fläche planarisieren kann. So kann der Resist, der auf die Isolationsschicht aufgebracht wird, auf planarisiertem Un- tergrund mit höherer Auflösung, besserer Maßhaltigkeit und damit besseren Prozesstoleranzen strukturiert werden. Be- sonders wichtig ist dies z. B. bei der Strukturierung der Kontaktlöcher, deren Feinheit und Prozesstoleranzen die er- reichbare Integrationsdichte bzw. Ausbeute deutlich beein- flussen. Die im Resist erzeugten Strukturen werden dann mittels gängiger Ätztechniken in die Isolationsschicht bzw. in die darunterliegenden Schichten übertragen.

Derzeit verwendet man als Material der Isolationsschicht das Borophosphosilikatglas (BPSG), das aus einer bei der Abscheidung mit Bor und Phosphor dotierten Siliziumdioxid- schicht besteht. Nach der Abscheidung wird BPSG bei Tempe- raturen von > 750°C verflossen, um die bei den vorangegan- genen Prozessschritten entstandenen Höhenunterschiede der darunterliegenden Strukturen zu entschärfen, d. h. die Oberfläche zu planarisieren. Danach wird BPSG mit einem Fo- toresist beschichtet und wie oben angegeben weiter prozes- siert.

Die Verwendung von BPSG bringt allerdings erhebliche Nach- teile mit sich. So ist für die BPSG-Abscheidung eine spezi- elle aufwendige Anlage notwendig. Des weiteren beeinträch- tigt die hohe Temperaturbelastung beim Verfließen des BPSG die Ausbeute von Halbleiterbauelementen. Schließlich sind zur Herstellung der für eine hohe Integrationsdichte benö- tigten feinen Kontaktlöcher komplexe und teure Fototechni- ken, wie ein Mehrlagensystem, Phasenmasken und DW, erfor- derlich.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ver- bessertes Halbleiterbauelement und ein Verfahren zum ver- besserten Herstellen eines solchen Halbleiterbauelementes anzugeben. Dabei soll eine sichere Strukturierung des über- liegenden, dünnen Fotoresists (z. B. bei der Herstellung von Kontaktlochstrukturen) möglich sein.

Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch ein Halbleiterbauelement gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfah- ren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß Pa- tentanspruch 8 gelöst.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements bzw. des erfin- dungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist also eine Schichtstruktur aus einem Substrat, einer Isolationsschicht aus einem Polymer auf Polybenzoxazol-Basis und mindestens einer Metallschicht auf.

Das Substrat in dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement besteht aus einem Material, das üblicherweise in der Mikro- elektronik als Substrat verwendet wird. Es können organi- sche wie auch anorganische Substratmaterialien verwendet

werden. Als Beispiele können Materialien, wie Si, dotiertes Si, BPSG, WSiX, Poly-Si, TEOS und Si-Nitrid, genannt wer- den.

Es ist vorteilhaft, wenn an dem Substrat auf einer Oberflä- che eine Front-End-Bearbeitung vorgenommen worden ist. Die Front-End-Bearbeitung umaßt die gesamte Prozessierung des Halbleiterlelement bis ausschließlich zur Erzeugung der er- sten Isolierschicht (z. B. BPSG oder Polybenzoxazol) für überliegende metallische Leiterbahnen.

Die Isolationsschicht, die auf dem Substrat, bzw. auf dem Front-End-bearbeiteten Substrat vorgesehen ist, enthält ein hoch wärmebeständiges Polymer auf Polybenzoxazol-Basis. Das Polymer umfaßt Polymere, die Benzoxazol-Einheiten enthal- ten.

Die Isolationsschicht eignet sich als Interlayer- Dielektrikum (ILD), z. B. als Isolationsschicht zwischen Substrat und Metall. Sie kann allerdings auch als Interme- tall-Dielektrikum (IMD) vorliegen, wobei sie dann als Iso- lationsschicht zwischen zwei Metallebenen fungiert.

Die Isolationsschicht in dem erfindungsgemäßen Halbleiter- bauelement besitzt eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 20 um, wobei ein Bereich von 0,5 bis 2 pm bevorzugt ist.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement kann auch eine Fotoresistschicht aufweisen. Als Fotoresistmaterial eignen sich siliziumhaltige oder silylierbare Resists, die eine hohe Auflösung zeigen und im Sauerstoffplasma sehr stabil sind. Besonders gut eignen sich Fotoresistmaterialien, die aus EP-A-0 388 484 oder EP-A-0 394 740 bekannt sind. Es werden Polymere auf Anhydridbasis verwendet, wobei die Re- siststrukturen nach dem CARL-Verfahren (Chemical Amplifica-

tion of Resist Lines) hergestellt werden. Die Schichtdicke beträgt wenigstens vorzugsweise 0,2 bis 0,5 um.

Über der Isolationsschicht im erfindungsgemäßen Halbleiter- bauelement ist mindestens eine Metallschicht als Leiterbahn vorgesehen. Vorzugsweise ist mindestens noch eine weitere Metallschicht vorhanden, wobei dann zwischen der ersten und der zweiten Metallschicht wieder eine der vorgenannten Iso- lationsschicht aus dem organischen Polymer aufgetragen ist.

Die Metallschicht (en) ist/sind vorzugsweise aus einer Me- talllegierung der Gruppe AlSi, AlSiCu und AlCu gewählt. Es kann auch eine Metallschicht aus einem Metall, z. B. Kup- fer, vorgesehen sein.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement kann in der Mi- kroelektronik vielseitig verwendet werden, wobei es bevor- zugt als Chip eingesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Halb- leiterbauelements umfaßt folgende Schritte : -Auftragen einer Lösung aus einem Polymer auf Polyben- zoxazol-Basis auf ein Substrat, -Tempern der Lösung in einem Temperaturbereich von 250°C bis 450°C unter Bildung eines Films aus dem Polymer, -Auftragen einer Lösung aus einem Fotoresistmaterial, -Trocknen des Fotoresistmaterials unter Bildung einer Fotoresistschicht, -Belichten der Fotoresistschicht unter Verwendung einer Maske,

-Entwickeln des latenten Bildes in der Fotoresistschicht unter Bildung eines Reliefbildes, -Siliylierung der Fotoresistschicht, -Übertragen des Reliefbildes in den Film aus dem Poly- mer, ggf. Entfernen der Fotoresistschicht und -Auftragen mindestens einer Metallschicht zur Bildung einer Leiterbahn.

Als Isolationsschicht wird ein gut planarisierendes, hochtemperaturstabiles, organisches Dielektrikum verwendet.

Geeignete organische Dielektrika sind hoch wärmebeständige Polymere auf Polybenzoxazol-Basis. Das Polymer umfaßt Poly- mere, die Benzoxazol-Einheiten enthalten.

Das Dielektrikum wird über lösliche Vorstufen oder auch in löslicher Form auf ein Substrat aufgebracht. Vorzugsweise werden Polybenzoxazol-Vorstufen entsprechend den Beschrei- bungen aus den EP 23662, EP 264678, EP 25506, US-A 4 849 051 oder US-A 5 376 499 eingesetzt. Das Substrat kann aus einem organischen oder anorganischen Material bestehen und ist in der Regel auf einer Oberfläche Front-End-bearbeitet.

Das Auftragen der Lösung aus dem Polymer kann nach herkömm- lichen Verfahren erfolgen, wobei die Lösung bevorzugt durch Schleudern aufgetragen wird. Danach wird das Dielektrikum durch Tempern unter Bildung eines Films aus dem Polymer ge- trocknet. Das Tempern erfolgt in einem Temperaturbereich von 250°C bis 450°C, vorzugsweise in einem Bereich von 350°C bis 450°C.

Der Film aus dem organischen Polymer soll eine Dicke im Be- reich von 0,3 bis 20 um aufweisen, wobei ein Bereich von 0,5 bis 2 pm bevorzugt ist.

Nach der Bildung des organischen Dielektrikumfilms wird ei- ne Lösung aus einem Fotoresistmaterial aufgetragen. Es eig- nen sich siliziumhaltige oder silylierbare Fotoresistmate- rialien, die eine hohe Auflösung zeigen und im Sauerstoff- plasma sehr stabil sind. Besonders gut eignen sich Fotore- sistmaterialien, die aus den EP 388 484,89P1309DE oder EP 394 740 bekannt sind. Bevorzugt werden Polymere auf Anhy- dridbasis verwendet, die nach dem CARL-Verfahren zur Her- stellung von Resiststrukturen eingesetzt werden.

Die Lösung kann nach herkömmlichen Verfahren aufgetragen werden, wobei die Schleudertechnik bevorzugt ist.

Das aufgetragene Fotoresistmaterial wird dann unter Bildung einer Fotoresistschicht getrocknet oder vorzugsweise getem- pert. Die Dicke der Fotoresistschicht soll im Bereich von 0,2 bis 0,5 um liegen.

Anschließend wird die Fotoresistschicht nach herkömmlichen Verfahren strukturiert und silyliert. Die Strukturierung erfolgt durch Belichten der Fotoresistschicht mit Licht un- ter Verwendung einer Maske, wobei z. B. bei der Herstellung eines Chips das Bild einer Kontaktlochmaske mit geeigneten Kontaktlochgrößen verwendet wird. Danach wird das latente Bild in der Fotoresistschicht nach herkömmlichen Verfahren unter Bildung eines strukturierten Reliefbildes entwickelt.

Die Silylierung wird ebenfalls nach herkömmlichen Verfahren durchgeführt. Beispielsweise kann eine Lösung aus einem Si- loxan in einem geeigneten Lösungsmittel verwendet werden.

Die Silylierung wird innerhalb eines Zeitraums vorgenommen, der ausreicht, um den Siliziumgehalt der Fotoresistschicht in gewünschter Weise zu erhöhen und die Struktur auf der Fotoresistschicht zu vergrößern bzw. zu verkleinern (Eine

Stegstruktur wird vergrößert, eine Spalt-bzw. Kontaktloch- Struktur wird verkleinert). Für eine hohe Ätzselektivität sollte der Siliziumgehalt in den silylierten Resiststruktu- ren deutlich über 15 Gew.-%, vorzugsweise über 20 Gew.-% liegen.

Danach werden die erzeugten Strukturen, bzw. das Reliefbild in den Film aus dem Polymer übertragen. Die Übertragung er- folgt bevorzugt durch reaktives Ionenätzen im Sauerstoff- plasma (02RIE). Gegebenfalls wird die Fotoresistschicht entfernt.

Die darauffolgenden Prozessschritte, z. B. die Struktu- rübertragung in die unteren Schichten oder die Aufbringung der Metallleiterbahnen werden nach herkömmlichen Verfahren durchgeführt. Beispielsweise können Metalllegierungen, wie AlSi, AlSiCu und AlCu, aufgesputtert werden. Es können auch Leiterbahnen aus Metall, z. B. Kupfer, vorgesehen werden.

Die obere siliziumhaltige Resistschicht wird bei 02RIE oxi- diert. Während der Ätzung der Barriereschicht (Siliziumdioxid) wird auch der oxidierte Resist entfernt.

Das Dielektrikum bleibt als Isolator im System.

Zur Veranschaulichung sei beispielhaft die Prozessierung des Resists nach dem Tempern der Polymer-Isolationsschicht erläutert.

Ein Topresist aus einem anhydridhaltigen Polymer, einer photoaktiven Komponente und einem Lösemittel, z. B Methoxy- propylacetat (z. B. AZ CP-365-A von Hoechst) wird bei 1500 -5000, vorzugsweise 2500 Umdrehungen/10-50 Sekunden, vor- zugsweise 20 Sekunden aufgeschleudert. Der Topresist wird dann auf der Hotplate bei 70 bis 140°C, vorzugsweise 100°C für 20-120 Sekunden, vorzugsweise 60 Sekunden getrocknet.

Anschließend wird der Topresist mit Licht der Wellenlänge

365 nm (436 nm, 248 nm oder 193 nm) oder mit Elektronen- strahlen bzw. Röntgenstrahlen strukturierend belichtet. Die Topresiststrukturen werden in einem alkalischen Entwickler, z. B. AZ 726 MIF von Hoechst, innerhalb von 15 bis 120 Se- kunden, vorzugsweise 60 Sekunden entwickelt, wonach dann mit Wasser gespült und trockengeschleudert wird. Die Sily- lierung der Topresiststrukturen mit einer Silylierlösung, z. B. AZ CS-2,5-51 von Hoechst erfolgt innerhalb von 15 bis 120 Sekunden, vorzugsweise 60 Sekunden, wonach dann mit Isopropanol gespült und trockengeschleudert wird. Eine wei- tere Trocknung erfolgt auf der Hotplate bei 70 bis 140°C, vorzugsweise 100°C in einem Zeitraum von 20 bis 120 Sekun- den, vorzugsweise 60 Sekunden. Das Ätzen der Polymer- Isolationsschicht (Schichtdicke = 1,1 um) im sauerstoffhal- tigen Plasma (z. B. mit einem Plasmaätzer OMEGA 201 von Trikon) kann beispielsweise bei folgenden Bedingungen durchgeführt werden : 40 cm302,45 cm3S02,7 mTorr, 50 W pla- ten-RF, 500 W ICP-RF und 116 s.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet folgende Vorteile : a) Zum Aufbringen und Tempern des organischen Dielektri- kums werden vor vorhandene Schleuderanlagen (Schleuder + Heizplatten) und ggf. ein Ofen benötigt. Solche Anla- gen gehören zur Standardausrüstung einer Fertigungsli- nie und stellen somit keine wesentliche Zusatzinvesti- tion dar. Die Kosten für eine BPSG-Anlage entfallen. b) Die Temperaturbelastung beim Tempern des Dielektrikums (max. 450°C) ist mindestens um 300°C niedriger als beim BPSG-Verfahren. Die Gefahr einer Ausbeuteeinbuße ist geringer. c) Zur Herstellung der Kontaktlöcher ist keine zusätzliche komplexe Resisttechnik erforderlich, da der beschriebe-

ne Aufbau (Dielektrikum + Resist) bereits die Vorteile eines"Zweilagensystems"hat. Durch die im Vergleich zu BPSG bessere Planarisierung mit dem organischen Dielek- trikum kann der daraufliegene Resist sehr fein mit gro- ßen Prozeßtoleranzen strukturiert werden. Die Verwen- dung eines Resists auf Anhydridbasis hat außerdem das Potential zu einer weiteren Kontaktlochverengung und ermöglicht gemäß 89 P 1309 eine einfache Steuerung der Kontaktlochfeinheit über die Silylierungszeit. d) Performance-Gewinn durch low-E-Dielektrikumskonstante. e) Einsparung von Prozeßschritten (Rückätzung, Re- siststrippen, CMP (=Chemical Mechanical Polishing), ARC (=Antireflect Coating)).

Das erfindungsgemäße Verfahren ist speziell zur Herstellung von Chips geeignet. Des weiteren ist dieses Verfahren für die Herstellung von ILD-Schichten und auch für die Herstel- lung von IMD-Schichten anwendbar.

Nachfolgend wird anhand des Beispiels die vorliegende Er- findung näher erläutert.

Beispiel Herstellung eines Halbleiterbauelements Im Anschluß an die Front-End-Technologie mit oberer Si02- Barriere wird die Lösung einer Polybenzoxaxol-Vorstufe bei 3000 Upm auf ein Siliziumwafer aufgeschleudert. Der ent- standene ILD-Film wird zuerst für 120 s auf einer Heizplat- te bei 120°C getrocknet und anschließend in einem Ofen un- ter Stickstoff innerhalb von 60 Min. auf 400°C aufgeheizt, 30 Min. bei dieser Temperatur getempert und abkühlen gelas-

sen. Die Dicke des getemperten Polybenzoxazol-Films beträgt 1,1 um.

Auf den Polybenzoxazol-Film wird durch Aufschleudern bei 5000 Upm und anschließender Trocknung auf einer Heizplatte bei 100°C/60 s eine 0,27 pm dicke Schicht eines lichtemp- findlichen, anhydridhaltigen Fotoresists (AZ CP-365-A, Hoechst) aufgebracht. Auf diese Schicht wird mit einem i- line-Belichtungsgerät und einer Dosis von 200 mJ/cm2 das Bild einer Kontaktlochmaske mit Kontaktlochgrößen von 0,50 um belichtet. Nach Entwicklung des latenten Bildes in der Fotoresistschicht mit einem kommerziellen 0,26 n Tetrame- thylammoniumhydroxid-Entwickler und einer Entwicklungszeit von 55 s werden die Kontaktlöcher als Reliefbild erhalten.

Der Durchmesser der so erzeugten Löcher in der 0,27 um dik- ken Fotoresistschicht beträgt 0,5 pm. Durch anschließende Silylierung der Fotoresistschicht mit einer Lösung von 2,5 % Bisaminopropyl-oligodimethylsiloxan in einer Mischung aus 5 Gew.-teilen Isopropanol und 1 Gew.-teil Wasser (AZ CS- 2,5-51, Hoechst) und einer Silylierzeit von 45 s wird der Siliziumgehalt der Fotoresistschicht auf ca. 30 Gew.-% er- höht und der Kontaktlochdurchmesser von 0,5 um auf 0,4 um verkleinert. Die Kontaktlochstrukturen in der Fotore- sistschicht werden in einer kommeriziellen Plasmaätzanlage (OMEGA 201, Trikon) durch anisotropes Ätzen mit einem Sau- erstoffplasma (40 cm302,45 cm3S02,7mTorr, 50 W platen-RF, 500 WICP-RF) für 116 s in den unterliegenden Polybenzoxa- zolfilm übertragen. Der Durchmesser der Kontaktlochstruktu- ren in der 1,1 pm dicken Polybenzoxazolschicht beträgt 0,4 lum. Eine Titan/Titannitridschicht wird dann auf herkömmli- che Weise aufgesputtert. Gegebenenfalls können dann noch weitere Metallschichten aus Aluminium bzw. Ti- tan/Titannitrid aufgesputtert werden, wobei dazwischen ein Polybenzoxalzolfilm nach der vorstehend beschriebenen Weise

aufgetragen wird. Die Strukturierung der Metallschicht er- folgt mittels Photolacktechnik und Ätzen.