DE10126130A1 - Producing contact holes in integrated circuit involves using optical lithography with mask with elongated, slit-shaped openings for producing essentially circular and/or elongated holes - Google Patents
Producing contact holes in integrated circuit involves using optical lithography with mask with elongated, slit-shaped openings for producing essentially circular and/or elongated holesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kon taktlöchern, insbesondere mittels optischer Lithographie, ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for producing cones clock holes, in particular by means of optical lithography, ge according to the preamble of claim 1.
In integrierten Schaltkreisen (ICs) werden unterschiedliche Verdrahtungsebenen durch Kontaktlöcher miteinander verbunden, um einen elektrischen Kontakt herzustellen. Bei der Auslegung der Kontaktlöcher sind insbesondere zwei Randbedingungen zu berücksichtigen: zum einen sollten die einzelnen Kontaktlö cher möglichst klein sein, um eine enge Verdrahtungsdichte zu erreichen; zum anderen muss aber der Kontaktwiderstand, ins besondere bei räumlich ausgedehnten Strukturen, wie z. B. beim Source- oder Drain-Anschluß eines Transistors, möglichst klein sein, um die Verlustleistung möglichst gering zu halten und eine unerwünschte Erwärmung des ICs zu vermeiden.Integrated circuits (ICs) are different Wiring levels connected by contact holes, to make electrical contact. When interpreting the contact holes are subject to two boundary conditions in particular take into account: on the one hand, the individual contact solutions be as small as possible to ensure a tight wiring density to reach; on the other hand, the contact resistance, ins especially with spatially extended structures, such as. B. at Source or drain connection of a transistor, if possible be small in order to keep the power loss as low as possible and to avoid undesirable heating of the IC.
Zur Herstellung möglichst kleiner Kontaktlöcher wurden bis lang Masken mit einheitlich großen quadratischen Öffnungen verwendet, die auf Grund von Lichtbeugungseffekten an den Kanten der quadratischen Öffnungen nahezu runde Kontaktlöcher auf dem IC abbilden. Die einheitliche Größe dient der Verein fachung der optischen Abbildung. Zur Verbesserung des Kon taktwiderstandes wurden die Kontaktlöcher in lithographisch minimalem Abstand in Form von Kontaktlochketten nebeneinander angeordnet, wobei sämtliche Kontaktlöcher einer Kontaktloch kette gleiche Kontaktflächen miteinander verbinden.To make contact holes as small as possible, up to long masks with uniformly large square openings used due to light diffraction effects on the Edges of the square openings almost round contact holes map on the IC. The uniform size serves the association fold the optical image. To improve the Kon the contact holes were lithographically minimal distance in the form of contact hole chains next to each other arranged, all contact holes of a contact hole chain the same contact surfaces together.
Ein Beispiel für eine herkömmliche Anordnung von Kontaktlö chern ist in Fig. 1a dargestellt. Die Figur zeigt einen Aus schnitt aus einem Transistorlayout, bei dem ein Substrat 1, mehrere Gate-Anschlüsse 4 und eine Reihe von Kontaktlöchern 2 zu erkennen sind. Die Kontaktlöcher 2 sind dabei in Form von Kontaktlochketten 3 aneinander gereiht, um einen möglichst niedrigen Kontaktwiderstand zu erhalten.An example of a conventional arrangement of contact holes is shown in Fig. 1a. The figure shows a section from a transistor layout in which a substrate 1 , a plurality of gate connections 4 and a number of contact holes 2 can be seen. The contact holes 2 are lined up in the form of contact hole chains 3 in order to obtain the lowest possible contact resistance.
Die immer kleiner werdenden Strukturen und Abstände der Kon taktlöcher führen bei der Lithographie jedoch zu immer klei neren Prozessfenstern, d. h. insbesondere der Spielraum für die Tiefenschärfe oder die erforderliche Belichtungsdosis werden immer geringer. Unter dem Begriff "Prozessfenster" sollen die zulässigen Toleranzen sämtlicher Prozessparameter, wie insbesondere der Tiefenschärfe oder der Belichtungsdosis, verstanden werden, die zur erfolgreichen Herstellung einer Struktur eingehalten werden müssen. Mit kleiner werdenden Strukturen wird auch das Prozessfenster kleiner, wobei insbe sondere Prozessschwankungen zu fehlerhaften Strukturen führen können, die nicht mehr tolerierbar sind.The ever smaller structures and distances of the con However, tact holes always lead to small spots in lithography process windows, d. H. especially the scope for the depth of field or the required exposure dose are getting smaller. Under the term "process window" should the permissible tolerances of all process parameters, such as in particular the depth of field or the exposure dose, be understood to be successful in producing a Structure must be adhered to. With getting smaller Structures, the process window is also smaller, with esp special process fluctuations lead to faulty structures who can no longer be tolerated.
Das Prozessfenster bei der Kontaktlochlithographie kann nur mittels aufwendiger und teurer lithographischer Enhancement- Verfahren wie z. B. durch alternierende Phasenmasken auf eine für eine Massenproduktion notwendige Größe gebracht werden. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung des Auflösungsver mögens ist eine Verringerung der Belichtungswellenlänge.The process window in contact hole lithography can only by means of complex and expensive lithographic enhancement Methods such as B. by alternating phase masks on one size required for mass production. Another way to improve the resolution ver is a reduction in the exposure wavelength.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ein faches und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung von Kon taktlöchern zu schaffen. Die erzeugten Kontaktlöcher sollen dabei einen niedrigen Kontaktwiderstand aufweisen.It is therefore an object of the present invention to provide a professional and reliable process for the production of Kon to create clock holes. The contact holes created should have a low contact resistance.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 ange gebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved by the in claim 1 given characteristics. Further refinements of the invention are Subject of subclaims.
Der wesentliche erfinderische Gedanke besteht darin, bei der Lithographie den Bildverkürzungseffekt (Imageshortening) aus zunutzen und in der Belichtungsmaske längliche, schlitzartige Öffnungen vorzusehen, bei unterschiedlicher Länge gleichbrei te Kontaktlöcher zu erzeugen. The main inventive idea is that of Lithography the image shortening effect (imageshortening) use and elongated, slit-like in the exposure mask Provide openings with the same length for different lengths to produce te contact holes.
Bei der Lithographie sind die Belichtungsbedingungen vorzugs weise derart gewählt, dass bei der Herstellung von Kontakt löchern eine starke Bildverkürzung (Unterschied zwischen der Länge der Maskenöffnung und der Länge des erzeugten Kontakt lochs) in Längsrichtung einer rechteckigen Maskenöffnung auf tritt. Ein nahezu kreisförmiges Kontaktloch ist wenigstens um einen Faktor 2 und insbesondere einen Faktor 3 kürzer als die zugehörige schlitzartige Maskenöffnung. Eine längliche, rechteckige Öffnung in der Maske, deren Länge beispielsweise drei mal so groß ist wie die Länge des damit erzeugten Kon taktlochs, erzeugt somit ein nahezu kreisförmiges Kontakt loch.Exposure conditions are preferred for lithography wisely chosen so that when making contact perforate a strong image shortening (difference between the Length of the mask opening and the length of the contact created holes) in the longitudinal direction of a rectangular mask opening occurs. An almost circular contact hole is at least around a factor 2 and in particular a factor 3 shorter than that associated slit-like mask opening. An elongated, rectangular opening in the mask, the length of which, for example is three times the length of the con created with it clock hole, creates an almost circular contact hole.
Das Verhältnis von Länge/Breite einer in der Maske vorgesehe nen Öffnung zur Erzeugung eines etwa kreisförmigen Kontakt lochs liegt zwischen 1,5 und 4, vorzugsweise zwischen 2 und 3 und insbesondere bei etwa 2,5.The ratio of length / width provided in the mask NEN opening to create an approximately circular contact lochs is between 1.5 and 4, preferably between 2 and 3 and especially around 2.5.
Der Effekt der Bildverkürzung tritt insbesondere bei kleinen
k1-Werten auf, mit:
The effect of image shortening occurs especially with small k1 values, with:
k1 = CD.NA/λ
k1 = CD.NA/λ
wobei
k1 einen Prozessparameter,
CD das Auflösungsvermögen, hier speziell die Breite des zu
realisierenden Kontaktlochs,
NA die numerische Apertur, und
λ die Wellenlänge
bezeichnet.in which
k1 a process parameter,
CD the resolving power, in particular the width of the contact hole to be realized,
NA the numerical aperture, and
λ the wavelength
designated.
Für die Herstellung der Kontaktlöcher günstige k1-Werte sind vorzugsweise kleiner 0,7 und insbesondere auch kleiner als 0,5. Favorable k1 values for the production of the contact holes are preferably less than 0.7 and in particular also less than 0.5.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das zur Belichtung der Maske verwendete Licht eine Wellenlänge von mehr als 100 nm, vorzugsweise 193 nm und insbesondere 24B nm. Die verwendete Wellenlänge ist vorzugsweise größer als die kleinste Dimension eines Kontaktlochs und ggf. auch grö ßer als die kleinere Abmessung der schlitzartigen Öffnungen in der Maske. Die Breite der Kontaktlöcher liegt inzwischen bei unter 200 nm, nämlich bei etwa 140 nm.According to a preferred embodiment of the invention, this light used to expose the mask one wavelength of more than 100 nm, preferably 193 nm and in particular 24B nm. The wavelength used is preferably greater than the smallest dimension of a contact hole and possibly also larger larger than the smaller dimension of the slot-like openings in the mask. The width of the contact holes is now at less than 200 nm, namely around 140 nm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
nur bestimmte diskrete Kontaktlochlängen zugelassen. Dies hat
den Vorteil, nicht zu viele unterschiedliche Prozessbedingun
gen für die verschiedenen Kontaktlochlängen beachten zu müs
sen. Die Länge des Kontaktlochs berechnet sich vorzugsweise
mit der Formel:
According to a preferred embodiment of the invention, only certain discrete contact hole lengths are permitted. This has the advantage of not having to consider too many different process conditions for the different contact hole lengths. The length of the contact hole is preferably calculated using the formula:
Länge(N) = [400 nm + N.250 nm] : V
Length (N) = [400 nm + N.250 nm]: V
mit N ε Z (0, 1, 2, 3 . . .) und V Verkleinerungsfaktor des Belich tungsgeräts.with N ε Z (0, 1, 2, 3...) and V reduction factor of the Belich processing unit.
Für einen stabilen Herstellungsprozess ist es auch förder lich, wenn sämtliche in der Maske befindlichen Öffnungen die gleiche Breite aufweisen, wobei die Breite in der Maske mul tipliziert mit dem Verkleinerungsfaktor bei der Belichtung etwa der Breite des herzustellenden Kontaktlochs entspricht.It is also beneficial for a stable manufacturing process Lich, if all the openings in the mask have the same width, the width in the mask mul multiplied by the reduction factor for the exposure corresponds approximately to the width of the contact hole to be produced.
Die Belichtungsmaske weist vorzugsweise insbesondere keine quadratischen Öffnungen auf.The exposure mask preferably has none in particular square openings.
Anstelle der bislang üblichen Kontaktlochketten werden erfin dungsgemäß längliche, rechteckige Kontaktlöcher erzeugt. Der Abstand zwischen zwei Kontaktlöchern beträgt mindestens die halbe Breite und insbesondere mehr als die volle Breite eines Kontaktloches. Dies erhöht ebenfalls das lithographische Pro zessfenster, da die auftretenden Strukturen isoliert und nicht gruppenweise auftreten, wofür wiederum andere Prozess bedingungen gelten würden.Instead of the usual contact hole chains are invented elongated, rectangular contact holes according to the invention. The The distance between two contact holes is at least that half the width and in particular more than the full width of a Contact hole. This also increases the lithographic pro zessfenster, because the occurring structures isolated and do not occur in groups, for which purpose other process conditions would apply.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeich nungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the accompanying drawing Examples explained in more detail. Show it:
Fig. 1a, b einen Ausschnitt einer Transistoroberfläche mit Kontaktlöchern sowie eine Ansicht einer Kontaktanordnung nach dem Stand der Technik; Figure 1a, b a section of a transistor with contact holes, and a surface view of a contact arrangement according to the prior art.
Fig. 2a, b einen Ausschnitt einer Transistoroberfläche mit schlitzartigen Kontaktlöchern und eine Anordnung von Kontakt löchern gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. FIG. 2a, b a section of a transistor surface with slot-like contact holes and an array of contact holes according to an embodiment of the invention.
Fig. 1a zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines MOS- Transistors, auf dessen Oberfläche mehrere Gate-Kontakte 4 zu erkennen sind. Ferner sind auf dem aktiven Gebiet 5 des Tran sistors mehrere Kontaktlöcher 2 angeordnet. FIG. 1a shows an enlarged section of a MOS transistor, on the surface of which several gate contacts 4 can be seen. Furthermore, a plurality of contact holes 2 are arranged on the active region 5 of the transistor.
Diese sind jeweils in dreier Gruppen zu Kontaktlochketten 3 aneinander gereiht, insbesondere um den Kontaktwiderstand möglichst gering zu halten.These are each lined up in three groups to form contact hole chains 3 , in particular in order to keep the contact resistance as low as possible.
Die in Fig. 1b gezeigte Aufsicht auf die Kontaktlochebene des Transistors zeigt mehrere, aus jeweils zwei bis fünf Kon taktlöchern 2 bestehende Kontaktlochketten 3, bei denen die einzelnen Kontaktlöcher 2 in sehr engem Abstand zueinander angeordnet sind. Dies führt zu den eingangs genannten Proble men. Insbesondere können bei Strukturabmessungen, die kleiner sind als die Wellenlänge selbst, wegen des Bildverkürzungsef fektes solche Kontaktlochketten 3 nicht mehr aufgelöst wer den.The plan view shown in Fig. 1b on the contact hole level of the transistor shows several, each of two to five con contact holes 2 existing contact hole chains 3 , in which the individual contact holes 2 are arranged at a very close distance from each other. This leads to the problems mentioned at the beginning. In particular, such contact hole chains 3 can no longer be resolved with structure dimensions that are smaller than the wavelength itself, because of the image shortening effect.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines MOS-Transistors mit meh reren Gate-Kontakten 4 sowie schlitzartigen Kontaktlöchern 6 anstelle der bisherigen Kontaktlochketten. Die Kontaktlöcher sind dabei etwa parallel zu den Gate-Kontakten 4 angeordnet. Fig. 2 shows a section of a MOS transistor with several gate contacts 4 and slot-like contact holes 6 instead of the previous contact hole chains. The contact holes are arranged approximately parallel to the gate contacts 4 .
Eine in Fig. 2b dargestellte Aufsicht auf die Kontaktloch ebene macht deutlich, dass der Abstand zwischen zwei benach barten Kontaktlöchern 2, 6 bzw. 6, 6 wesentlich größer ist als im Falle von Kontaktlochketten 3 und insbesondere größer ist als die Breite der Kontaktlöcher 2, 6.A plan view of the contact hole plane shown in FIG. 2b makes it clear that the distance between two adjacent contact holes 2 , 6 and 6 , 6 is substantially larger than in the case of contact hole chains 3 and in particular is larger than the width of the contact holes 2 , 6 .
In Bezug auf die quadratischen Kontaktlöcher 2 ist anzumer ken, dass auch diese mit länglichen, rechteckigen Maskenöff nungen unter Ausnutzung des Bildverkürzungseffektes erzeugt wurden. Längliche Kontaktlöcher werden durch entsprechend längere Maskenöffnungen erzeugt.With regard to the square contact holes 2 it should be noted that these, too, were produced with elongated, rectangular mask openings using the image shortening effect. Elongated contact holes are created by correspondingly longer mask openings.
Weiterhin ist in Fig. 2b zu erkennen, dass nur bestimmte Kon taktlochlängen, im vorliegenden Beispiel vier Längen, vorhan den sind, wobei die Kontaktlänge ein N-faches (N ganzzahlig) der quadratischen Grundlänge beträgt. Kontakte mit anderen Längen werden aus Gründen der Prozesszuverlässigkeit nicht erzeugt. Furthermore, it can be seen in Fig. 2b that only certain contact hole lengths, in the present example four lengths, are present, the contact length being N times (N integer) the basic square length. Contacts with other lengths are not created for reasons of process reliability.
11
integrierter Schaltkreis
integrated circuit
22
quadratisches Kontaktloch
square contact hole
33
Kontaktlochkette
Contact hole chain
44
Gate-Kontakt
Gate contact
55
aktives Gebiet
active area
66
längliches Kontaktloch
elongated contact hole
Claims (11)
Länge (N) = [400 nm + N.250 nm] : V
mit N ε Z (0, 1, 2, 3 . . .) und V Verkleinerungsfaktor des Belich tungsgeräts.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the length of the contact hole is calculated using the formula:
Length (N) = [400 nm + N.250 nm]: V
with N ε Z (0, 1, 2, 3...) and V reduction factor of the exposure device.
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