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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maske zum Herstellen
von Halbleiterbauelementen nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
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Halbleiterbauelemente wie Einzelhalbleiter und integrierte
Schaltungen werden bekanntlich mittels sogenannter
Halbleiterscheiben, auch Wafer genannt, hergestellt. Dazu werden auf
den Halbleiterscheiben die benötigten verschiedenen
Strukturen erzeugt, z. B. durch Ätzen und Implantieren. Größe und
Lage der Strukturen werden typischerweise dadurch bestimmt,
dass man eine solche Halbleiterscheibe ganzflächig mit
sogenanntem Photolack bedeckt, dass man Teile desselben dann
belichtet, die belichteten Teile entwickelt und entfernt. Das
Belichten erfolgt mittels Masken, die in Teilbereichen
lichtdurchlässig sind und ansonsten lichtundurchlässig (z. B.
mittels Beschichtung durch Chrom). Das korrekte Erzeugen der
gewünschten Strukturen ist somit ein äußerst komplexer Vorgang,
der je Struktur in mehreren Arbeitsschritten erfolgt, die
alle exakt aufeinander abgestimmt sein müssen und bei denen die
verwendeten Materialien und Hilfsmittel ebenfalls exakt
aufeinander abgestimmt sein müssen. Wesentliche Parameter dabei
sind Größe und Form (mehr rechteckig oder mehr quadratisch)
der zu erzeugenden Strukturen, Anordnung der Strukturen
(einzeln oder mehrere benachbart zueinander), Eigenschaften des
Fotolacks (insbesondere dessen Reagieren auf Licht),
verwendetes Licht (Intensität, Wellenlänge des Lichts), Güte der
Fotomaske, Abstand der Maske vom Fotolack bzw. von der
Halbleiterscheibe (Fokus) usw.. Kombinationen von Werten bzw.
Wertebereichen von Parametern, die geeignet sind, bei einem
Herstellprozess verwendet zu werden, nennt man
"Prozessfenster".
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Da in den letzten Jahren die Strukturen immer mehr
verkleinert wurden, sind heute die Beugungseigenschaften des
verwendeten Lichts, die Fotoeigenschaften des Lacks sowie
geometrische Form und gegebenenfalls gegenseitige Anordnung der zu
erzeugenden Strukturen zueinander von großem Einfluss und
somit von großer Wichtigkeit.
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Dabei hat sich nun herausgestellt, dass in Fällen von zu
erzeugenden Strukturen, die einander benachbart angeordnet
sind, eine geringere Dosis an Licht benötigt wird für eine
korrekte Belichtung des Fotolacks als in Fällen, in denen die
zu erzeugenden Strukturen nicht zueinander benachbart sind.
Darüber hinaus hat sich in den letzteren Fällen noch
zusätzlich bei Strukturen, die im Wesentlichen von quadratischer
Oberfläche sein sollen, gezeigt, dass die dafür zuständigen
lichtdurchlässigen Bereiche der verwendeten Maske nicht
ebenfalls quadratisch sein dürfen, sondern dass sie deutlich
rechteckig auszulegen sind (sogenannte "Vorhalte" sind zu
berücksichtigen). Dies kann zum Beispiel dazu führen, dass die
längere Seitenkante eines solchen Rechtecks auf der Maske
dreimal so lang zu bemessen ist wie die kürzere Seitenkante.
Weiterhin ist in diesen letzteren Fällen eine deutlich höhere
Belichtungsdosis notwendig als im ersten Fall. Dies hat zur
Folge, dass bei einem einzigen Belichtungsvorgang nicht
gleichzeitig eine Mehrzahl von einander benachbarten (erst
noch zu erzeugenden) Strukturen belichtet werden kann und
davon weiter entfernte einzelne (noch zu erzeugende)
Strukturen. Auch kann ein anderer Wert für den Focus (=
Belichtungsabstand) notwendig werden. All dies hängt mit der Problematik
zusammen, das günstigste sogenannte Prozessfenster für den
jeweiligen Anwendungsfall zu finden. Dem Fachmann auf dem
Gebiet der Halbleiterlithographie ist dies sehr wohl bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Maske
so auszugestalten, dass vorbeschriebene Nachteile zumindest
deutlich verringert werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Maske gelöst mit
den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Aus- und
Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher
erläutert. Dabei zeigen
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Die Fig. 1a, 2a und 3 ausschnittsweise eine Draufsicht auf
verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Masken;
die Fig. 1b und 2b zeigen in Draufsicht Strukturen eines
Halbleiterbauelementes, erzeugt mittels einer jeweiligen der
erfindungsgemäßen Masken nach den Fig. 1a bzw. 2a.
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Die Fig. 1a zeigt ausschnittsweise eine Draufsicht auf eine
erfindungsgemäße Maske zur Belichtung einer mit Fotolack
beschichteten Halbleiterscheibe. Im Zentrum von Fig. 1a
befindet sich ein erster, lichtdurchlässiger Bereich A1 (z. B. aus
klarem Glas). Außerhalb dieses ersten Bereiches A1 sind im
Abstand zum ersten Bereich A1 und auch voneinander
beabstandet weitere, zweite lichtdurchlässige Bereiche A2 angeordnet.
Der erste Bereich A1 dient dazu, die Position einer auf der
Halbleiterscheibe zu erzeugenden Struktur S (dargestellt in
Fig. 1b) festzulegen. Die zweiten Bereiche A2 bestimmen in
Zusammenwirken mit dem ersten Bereich A1 Größe und, in
gewissem Umfang, Form der Struktur S.
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Wenn man die zweiten Bereiche A2 bezüglich des ersten
Bereiches A1 anordnet wie in Fig. 1a dargestellt und eine so
gestaltete Maske bei einem modernen Herstellprozess für
Halbleiterbauelemente verwendet, so ergibt sich dann im Laufe
dieses Prozesses eine Struktur S wie in Fig. 1b dargestellt:
In der einen Richtung ist die Struktur S etwas kürzer als die
Länge des ersten Bereichs A1 der Maske, während sie in der
anderen Richtung geringfügig breiter ist als die Breite des
ersten Bereiches A1 der Maske. Wollte man eine Struktur S,
wie sie in Fig. 1b dargestellt ist, mittels einer
herkömmlichen Maske, d. h. also, ohne die erfindungsgemäß vorgesehenen
zweiten Bereiche A2, herstellen, so müsste der erste Bereich
A1 auf der Maske etwa dreimal so lang ausgelegt werden
(sogenannte "Vorhaltmaße") wie die fertige Struktur S lang sein
soll. Darüber hinaus würden die Ecken der Struktur S in einem
solchen Ausmaß verrundet erzeugt werden, dass man im
vorliegenden, angenommen Beispiel nicht mehr von einer im
Wesentlichen quadratischen Oberfläche sprechen könnte, sondern eher
von einer im Wesentlichen kreisförmigen. Solche kreisförmigen
Oberflächen sind aber insbesondere dann von Nachteil, wenn
die Struktur S eine Kontaktfläche oder ein Kontaktloch eines
Halbleiterbauelements ist, über das im Betrieb elektrische
Energie (z. B. ein Versorgungspotential) übertragen werden
soll. Wegen des im Vergleich zu einer rechteckigen bzw.
quadratischen Oberfläche geringeren Flächenmaßes einer solchen
kreisförmigen Oberfläche steigt der elektrische Widerstand
der Kontaktfläche bzw. des Kontaktloches an, was zu einem
höheren Stromverbrauch und zu einer erhöhten Abwärme führt.
Beides ist jedoch unerwünscht. Für eine kreisförmige
Oberfläche von demselben Flächenmaß wie eine entsprechende
rechtekkige oder quadratische Oberfläche müsste man jedoch die
Struktur 5 (im Durchmesser) vergrößern, was insgesamt
wiederum zu einem höheren Flächenbedarf des gesamten
Halbleiterbauelements führt. Auch dies ist bekanntlich unerwünscht.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen zweiten Bereiche A2 lösen
dieses Problem: Die damit herstellbaren Strukturen S sind von
weitestgehend rechteckiger bzw. quadratischer Oberfläche; die
Ecken sind, wenn überhaupt, nur unwesentlich verrundet und
der Platzbedarf der Struktur S ist optimiert.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Maske für eine auf
solche Art herzustellende Struktur S einen ersten Bereich A1
aufweist sowie wenigstens zwei Bereiche A2, z. B. parallel zu
den Schmalseiten des ersten Bereichs A1. Es ist allerdings
günstig, an jeder Seite des ersten Bereichs A1 wenigstens
zwei zweite Bereiche A2 anzuordnen, wie in Fig. 1a
dargestellt. Es ist vorteilhaft, wenn erste Abstände d der zweiten
Bereiche A2 voneinander sowie zweite Abstände d' des ersten
Bereichs A1 von den diesem zunächst angeordneten zweiten
Bereichen A2 maximale Werte aufweisen, die geringer sind als
die Auflösungsgrenze des beim Herstellen von
Halbleiterbauelementen verwendeten Fotolacks. Damit ist nämlich (bei einem
solchen Herstellvorgang) die Wirkung der zweiten Bereiche A2
auf den direkt darunter liegenden Bereich des Fotolacks
dieselbe, wie wenn die zweiten Bereiche A2 gar nicht vorhanden
wären, d. h., die zweiten Bereiche A2 haben an diesen Stellen
keinen Einfluss auf den Entwicklungsprozess des Fotolacks,
sondern lediglich im Bereich unmittelbar unterhalb des ersten
Bereiches A1. Günstigerweise sind die ersten Abstände d alle
gleich groß gewählt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1a sind die zweiten
Bereiche A2 sowohl parallel zu den beiden längeren Seiten des
ersten Bereiches A1 angeordnet wie auch parallel zu den beiden
kürzeren Seiten des ersten Bereiches A1.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2a hingegen sind die
zweiten Bereiche A2 lediglich parallel zu den beiden Längsseiten
des ersten Bereiches A1 angeordnet. Entlang den Schmalseiten
des ersten Bereiches A1 sind keine zweiten Bereiche A2
vorgesehen. Dies ist aber nicht erforderlich, da die
Längenausdehnung des ersten Bereiches A1 bei diesem Ausführungsbeispiel
so groß ist (im Gegensatz zu dem in Fig. 1a dargestellten
ersten Bereich A1), dass diese Dimensionierung nicht mehr
kritisch klein ist. Eine Struktur S, wie sie entsteht bei
Verwendung der erfindungsgemäßen Maske nach Fig. 2a im
Rahmen eines Herstellvorganges von Halbleiterbauelementen, ist
in Fig. 2b dargestellt. Auch hier ist erkennbar, dass die
Struktur S breiter ist als der erste Bereich A1 der Maske
selbst. Die Länge ist in diesem (von der Dimensionierung her
als unkritisch betrachteten) Fall allerdings gleich.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 zeigt zwei erste Bereiche A1
(mit angenommenermaßen kritischen Maßen), die allseitig von
zweiten Bereichen A2 umgeben sind. Allerdings sind sämtliche
zweiten Bereiche A2 in derselben Richtung orientiert.
Diejenigen zweiten Bereiche A2, die sich seitlich an die
Längsseiten der ersten Bereiche A1 anschließen, verlaufen parallel zu
diesen Längsseiten. Diejenigen zweiten Bereiche A2, die sich
seitlich an die (kürzeren) Querseiten der ersten Bereiche A1
anschließen, verlaufen jedoch senkrecht zu den Querseiten.
Insgesamt sind die zweiten Bereiche A2 streifenförmig
angeordnet.
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Bei alledem ist es als selbstverständlich unterstellt, dass
die Maske zwischen dem ersten Bereich A1 und den zweiten
Bereichen A2 bzw. zwischen den zweiten Bereichen A2
untereinander lichtundurchlässig ist, was bekanntlich mittels Chrom
erzielt werden kann.
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Insgesamt bietet die vorliegende Erfindung noch den Vorteil,
dass die Herstellprozesse für Halbleiterbauelemente, bei
denen sehr kleine, kritische Dimensionen von Strukturen zu
berücksichtigen sind, insoweit einfacher durchführbar werden,
weil lithographische Prozessschritte für solche Strukturen,
von denen eine Mehrzahl in unmittelbarer Umgebung zueinander
angeordnet sind und lithographische Prozessschritte für
solche Strukturen, die im Wesentlichen weiter ab von anderen
Strukturen angeordnet sind, nicht mehr notwendigerweise
getrennt voneinander durchgeführt werden müssen, unter Einsatz
von voneinander verschiedenen Prozessfenstern, sondern
gemeinsam durchgeführt werden können unter Verwendung eines
einzigen gemeinsamen Prozessfensters. Dies ist dadurch
möglich, weil sich mittels der vorliegenden Erfindung
Prozessfenster definieren lassen, die bei beiden Arten von
Prozessschritten verwendbar sind. Ein Prozessfenster ist, wie
bereits ausgeführt und wie allgemein bekannt auf dem Gebiet der
Fotolithographie von Halbleiterbauelementen, eine
Zusammenstellung von Werten bestimmter Parameter (Beispiele:
Belichtungsdosis, Belichtungszeit, Fokus, Strukturabmessungen,
Wellenlänge des verwendeten Lichts), die es ermöglichen,
bestimmte Prozessschritte, hier lithographische
Prozessschritte, erfolgreich durchführen zu können. Weiterhin werden bei
Verwenden der erfindungsgemäßen Maske beim Herstellen von
Halbleiterbauelementen die Auswirkungen negativer Einflüsse
von Schwankungen von an Produktionsanlagen auftretenden
Toleranzwerten vermindert, was letztendlich die Produktionskosten
senkt aufgrund von Erhöhen der Ausbeute und/oder Verringerung
des Umfanges von notwendigen Nacharbeiten.