DE102007007696B4

DE102007007696B4 - Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102007007696B4
Application number: DE102007007696A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Noelscher; Dieter Dr. Temmler
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2027-02-10
Also published as: US7535044B2; DE102007007696A1; US20080179705A1

Abstract

Halbleiterbauelement mit einem Substrat, umfassend eine Struktur (1) mit einem ersten Teil (1A) und einem zweiten Teil (1B), wobei
a) mindestens eine Sektion des Rands des ersten Teils (1A) der Struktur (1) sich unter einem im wesentlichen konstanten Abstand gemessen parallel zu dem Substrat von einer ersten Sektion eines Rands einer zweiten Struktur (3) befindet,
b) mindestens eine Sektion des Rands des zweiten Teils (1B) der Struktur (1) mit einem Rand einer zweiten Sektion der gleichen zweiten Sektion ausgekleidet ist,
c) die erste Sektion des Rands der zweiten Struktur (3) und eine zweite Sektion des Rands der zweiten Struktur (3) sich an mindestens einem Punkt vereinigen, wodurch der Winkel (α) zwischen den Tangenten der Ränder der ersten und zweiten Sektion der zweiten Struktur (3) unter 90° liegt,
d) die Struktur (1) und die zweite Struktur (3) durch eine Abstandshalterstruktur (2) beabstandet sind, und
e) zwei...

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß den Patentansprüchen.
In der Halbleiterindustrie, wie etwa der Speicherchipindustrie, besteht eine konstante Dynamik, kleinere Strukturen herzustellen, um auf den Speicherchips eine höhere Integration zu erzielen. Ein Ansatz dazu ist die Verwendung von kürzeren Wellenlängen (z. B. EUV-Lithographie), um kleinere Strukturen herzustellen. Ein weiterer Ansatz versucht, die Strukturgröße durch Immersionslithographie zu reduzieren, indem ein flüssiges Medium zwischen der Optik und einer Oberfläche eines Substrats wie etwa einem Siliziumwafer angeordnet wird, wodurch der übliche Luftspalt ersetzt wird. Diese Flüssigkeit weist einen Brechungsindex von größer als eins auf. Die Wellenlänge in der Flüssigkeit wird um einen Faktor gleich dem Brechungsindex reduziert.
All dies erfordert erhebliche Entwicklungskosten. Deshalb existiert ein Anreiz, Strukturen und Lithographieverfahren hervorzubringen, die den Einsatz herkömmlicher Technologie gestatten und dabei die Größe der hergestellten Strukturen reduzieren.
Die Verwendung des Potentials der existierenden Beleuchtungsquellen (z. B. Lithographie mit Wellenlängen von 193 nm oder 248 nm), die Herstellung von feinen sublithographischen Strukturen, insbesondere feinen regelmäßigen Linienstrukturen, unter Verwendung von Abstandshaltertechniken, wird z. B. in DE 42 35 702 A1 und DE 42 36 609 A1 beschrieben. In DE 42 36 609 A1 wird ein Linie-durch-Abstandshalter-Verfahren zum Herstellen von sublithographischen Abstandshaltern beschrieben. In US 20060024621 A1 und DE 10 2004 034 572 A1 werden eine Linie-durch-Abstandshalter-Füllung und ein Linie-durch-Liner-Füllverfahren beschrieben. Linienschrumpfungsverfahren werden in dem Artikel in Microelectronic Engineering 83, Seiten 730 bis 733 beschrieben. Die vorliegende Erfindung liefert eine Struktur, die unter Verwendung der existierenden Lithographiewerkzeuge hergestellt werden kann.
In dem Dokument US 6.853,023 B2 wird eine Halbleiterspeicher-Zellenanordnung mit dynamischen Speicherzellen beschrieben, die jeweils einen Graben-Kondensator und einen vertikalen Auswahl-Transistor aufweisen. Die Speicherzellen sind dabei matrixförmig angeordnet, wobei die Graben-Kondensatoren und die zugehörigen vertikalen Auswahl-Transistoren jeweils zeilen- und/oder spaltenförmig aufeinanderfolgen.
Das Dokument DE 10 2004 034 572 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer als Ätzmaske dienenden Struktur auf der Oberfläche eines Substrats. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt eine erste Teilstruktur auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet, welche regelmäßig angeordnete und im Wesentlichen gleich beabstandete Strukturelemente aufweist. In einem zweiten Verfahrensschritt werden Spacer auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet, welche an Seitenwände der Strukturelemente der ersten Teilstruktur angrenzen, wobei zwischen den Spacern Aussparungen bereitgestellt werden. In einem dritten Verfahrensschritt wird Füllmaterial in die Aussparungen zwischen den Spacern eingebracht, wobei eine Oberfläche der Spacer freigelegt ist. In einem vierten Verfahrensschritt werden die Spacer entfernt, um eine das Füllmaterial aufweisende zweite Teilstruktur mit regelmäßig angeordneten und im Wesentlichen gleich beabstandeten Strukturelementen zu bilden. Die herzustellende Struktur setzt sich aus der ersten und der zweiten Teilstruktur zusammen.
In den Dokumenten US 2006/0046160 A1 , US 6,905,899 B2 , US 2006/0218520 A1 und WO 02/12959 A1 werden photolithografische Masken zur Herstellung von Halbleiterbauelementen beschrieben.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Substrat, umfassend eine Struktur, wobei die Struktur einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist, wodurch

a) mindestens eine Sektion des Rands des ersten Teils der Struktur sich unter einem im wesentlichen konstanten Abstand gemessen parallel zu dem Substrat von einer ersten Sektion eines Rands einer zweiten Struktur befindet,
b) mindestens eine Sektion des Rands des zweiten Teils der Struktur mit einem Rand einer zweiten Sektion der gleichen zweiten Sektion ausgekleidet ist,
c) die erste Sektion des Rands der zweiten Struktur und eine zweite Sektion des Rands der zweiten Struktur sich an mindestens einem Punkt vereinigen, wodurch der Winkel zwischen den Tangenten der Ränder der ersten und zweiten Sektion der zweiten Struktur unter 90° liegt,
d) die Struktur und die zweite Struktur durch eine Abstandshalterstruktur beabstandet sind, und
e) zwei Teile der zweiten Struktur durch mindestens eine Hilfsstruktur getrennt sind, so dass die Ränder der Teile der zweiten Sektion sich mindestens an zwei Punkten vereinigen, wodurch der Winkel zwischen den Tangenten der Ränder unter 90° liegt.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Halbleiterbauelements mit einer Struktur mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil, durch

a) Auskleiden mindestens einer vertikalen Seite des ersten Teils mit einer ersten Sektion einer Abstandshalterstruktur und Auskleiden mindestens einer vertikalen Seite des zweiten Teils mit einer zweiten Sektion einer Abstandshalterstruktur,
b) wobei die erste Sektion der Abstandshalterstruktur und die zweite Sektion der Abstandshalterstruktur sich mindestens an einem Punkt vereinigen, wodurch der Winkel zwischen Tangenten der ersten und zweiten Sektion der Abstandshalterstruktur unter 90° liegt, und
c) Füllen des Raums zwischen der ersten und zweiten Sektion der Abstandshalterstruktur mit einer zweiten Struktur, insbesondere einer Füllstruktur.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich bei Lektüre der ausführlichen Beschreibung der Erfindung und der unten vorgesehenen beigefügten Ansprüche, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines Halbleiterbauelements, das eine erste Ausführungsform ist;
1A zeigt eine Variante der Ausführungsform nach 1;
2A zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement nach dem ersten Bearbeitungsschritt;
2B zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement nach dem zweiten Bearbeitungsschritt;
2C zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement nach dem dritten Bearbeitungsschritt;
2D zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement nach dem vierten Bearbeitungsschritt;
3A zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines Halbleiterbauelements, das eine zweite Ausführungsform ist;
3B zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines Halbleiterbauelements, das eine dritte Ausführungsform ist;
3C zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines Halbleiterbauelements, das eine vierte Ausführungsform ist;
3D zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines Halbleiterbauelements, das eine fünfte Ausführungsform ist;
4A zeigt schematisch eine Maskenstruktur für das Herstellen der in 3B gezeigten zweiten Ausführungsform;
4B zeigt schematisch eine Maskenstruktur für das Herstellen der in 3B gezeigten dritten Ausführungsform;
4C zeigt schematisch eine Maskenstruktur für das Herstellen der in 3B gezeigten vierten Ausführungsform;
5 zeigt einen Teil eines Layouts mit zwei Bereichen, in denen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden;
5A zeigt eine erste Vergrößerung einer Sektion von 5;
5B zeigt eine zweite Vergrößerung einer Sektion von 5.
In 1 wird ein Muster 1A, 1B mit einem ersten Teil 1A und einem zweiten Teil 1B gezeigt. Ein derartiges Muster 1A, 1B ist z. B. Teil einer Linie in einem DRAM-Chip wie etwa einer Linie in einer Gate-Ebene oder in einer Metall-Ebene. Das Muster 1 wird nur in einem Schritt durch Lithographie auf einem Siliziumsubstrat hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass ein sehr dichtes Muster sowie entspannte Muster durch eine einzelne lithographische Strukturierung und spätere Integrationsschritte hergestellt werden können.
Andere bevorzugte Anwendungen der Struktur in einem Halbleiterbauelement sind Flash-Speicherchips, NROM- und NAND-Speicherchips, optoelektronische Bauelemente und Mikroprozessoren. Eine weitere bevorzugte Anwendung ist eine Auffächerungsstruktur in einem Speicherchip.
Ein typisches Material für die Struktur 1A, 1B ist z. B. a-Silizium. Ein anderes Material könnte Lack, Si-Oxid, SiON, Wolfram, Al oder andere metallische Verbindungen sein.
Die Teile 1A, 1B der Struktur sind durch eine Abstandshalterstruktur 2 (Liner-Strukturen) getrennt, die in 1 aus Si₃N₄ hergestellte Abstandshalterauskleidungen sind. Der Zweck der Abstandshalterstruktur 2 besteht darin, einen Raum für eine zweite Struktur, hier Füllstruktur 3, bereitzustellen, wie weiter unten beschrieben wird. In den folgenden Beispielen ist die zweite Struktur 3 im allgemeinen eine Füllstruktur. Der Fachmann erkennt, dass andere zweite Strukturen 3 in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
Die Abstandshalterstruktur 2 ist in der vorliegenden Ausführungsform eine sublithographische Struktur, die mit einer der oben erwähnten Abstandshaltertechnologien hergestellt wird. Die Abstandshaltertechnologien gestatten die Herstellung von Strukturen, die kleiner sind als die Auflösung des eingesetzten Lithographiegeräts.
Der charakteristische Abstand zwischen zwei Füllstrukturen kann größer sein als die beschränkende Auflösung des Lithographiegeräts.
Der Abstand zwischen zwei Rändern der Struktur 1 ist kleiner als das Doppelte der Abstandshalterdicke minus einem Sicherheitsspielraum. Dieser Abstand beschreibt den Effekt einer ”Strangulation” oder ”Einschnürung” der Füllstruktur 3 durch die Abstandshalterstrukturen. Der Prozeß funktioniert auf eine Weise, dass selbst im schlimmsten Fall der Prozeßvariation (d. h. der breiteste Spalt und die geringsten Abstandshalterbreiten) die Strangulation effektiv sein wird.
Abstandshalterdickenvariationen und Variationen des ersten CD nach Ätzung betragen in der Regel jeweils 2–10%.
Die Abstandshalterstruktur 2 umfasst bevorzugt dielektrisches Material. Das dielektrische Material umfasst mindestens eine der Gruppen einer sublithographischen Struktur, eines sublithographischen Linie-Abstandshalter-Elements, einer sublithographischen Siliziumoxid-SiO₂-Struktur, einer sublithographischen SiO_xN_y-Struktur, einer sublithographischen Si₃N₄-Struktur, einer sublithographischen SiN_x-Struktur und eines luftgefüllten Raums.
Es wird angemerkt, dass z. B. in 1 die Abstandshalterstruktur 2 mit einem massiven Material gefüllt ist, d. h. Si₃N₄, da 1 die herzustellende Struktur nach einem bestimmten Prozeßschritt zeigt (siehe 2B). Wie in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren beschrieben wird, kann die Abstandshalterstruktur 2 auch ein luftgefüllter Spalt oder ein Hohlraum, der den Raum füllt, der zuvor von dem massiven Material belegt wurde, sein.
Die Abstandshalterstruktur 2 weist die gleiche Breite W auf, gemessen orthogonal ab der Struktur 1A, 1B, da der Abstandshalter durch eine einzelne Abscheidung aus dem massiven Material hergestellt wird.
Deshalb befindet sich eine Sektion des Rands des ersten Teils 1A der Struktur in einem im wesentlichen konstanten Abstand, gemessen parallel zu dem Siliziumsubstrat (parallel zu der Zeichenebene in 1), von einer ersten Sektion eines Rands einer zweiten Struktur, d. h. der Füllstruktur 3 in 1. Der konstante Abstand ist mit einer Abstandshalterstruktur 2A gefüllt. Der abstandsgemessene Abstand ist je nach Prozeßvariationen im wesentlichen konstant.
Rand bedeutet in diesem Kontext die Grenzlinie der jeweiligen Struktur.
Zudem ist mindestens eine Sektion des Rands des zweiten Teils 1B der Struktur mit einem Rand einer zweiten Sektion 2B der gleichen zweiten Sektion ausgekleidet.
Die Abstandshalterstruktur 2 umfasst zwei Sektionen 2A, 2B, die auf einer Seite die Ränder der Struktur 1A, 1B auskleiden, auf der anderen Seite kleiden sie die Füllstruktur 3 aus.
Die Füllstruktur 3 ist bei dieser Ausführungsform die oben erwähnte zweite Struktur 3. Die zweite Struktur 3 kann ein Muster in einem Layout oder einem belichteten Wafer sein. Die zweite Struktur 3 kann auch eine temporäre Struktur in einer Hartmaske sein, die danach in eine Schicht darunter transferiert wird. Die Füllstrukturen 3 (oder allgemein zweiten Strukturen) 3 sind Teil der elektrischen Schaltung, die nach einem Transfer der Struktur entweder direkt oder indirekt hergestellt wird.
Abgesehen von einem Prozeß-Bias resultieren die Füllstrukturen 3 von dem gewöhnlichen Layout der ersten Struktur und der Füllstruktur. Das Füllmuster 3 kann z. B. eine Verdrahtung in einer Verbindungsschicht, eine Verdrahtung und ein Gate in einer GC-Schicht oder eine Isolation in einer aktiven Bereichsschicht sein. Weitere Beispiele für die Verwendung von Füllstrukturen 3 und Strukturen sind in Verbindung mit 5 beschrieben. Die Füllstrukturen oder Füllmuster in dem Bauelement können entweder direkt oder durch eine Mustertransfertechnologie von Hartmaskenstrukturen bei den Wafern erzeugt werden.
Die erste Sektion (d. h. der innere Rand der Abstandshalterstruktur 2A) des Rands der zweiten Struktur und eine zweite Sektion (d. h. der innere Rand der Abstandshalterstruktur 2B) des Rands der zweiten Struktur vereinigen sich mindestens an einem Punkt, wobei der Winkel α zwischen den Tangenten der Ränder der ersten und zweiten Sektion der zweiten Struktur unter 90° liegt.
In 1 zeigt die Vereinigung der Ränder der Füllstruktur 3 einen Winkel von unter 90°. Der Grund ist, dass solche Winkel für den Abstandshalter und das Füllverfahren, die im Verlauf der Herstellung angewendet wurden, charakteristisch sind.
Bei einem hergestellten Speicherchip wird die Vereinigung von dem Schnittpunkt durch eine Rundung aufgrund Verarbeitung durch in der Regel weniger als die Abstandshalterbreite verschoben, insbesondere weniger als die Hälfte der Abstandshalterbreite aber manchmal noch größer.
Die Strukturen 1 und die Füllstrukturen 3, wie in 1 gezeigt, werden dazu verwendet, leitende und nichtleitende Linien sehr nahe beieinander herzustellen, so dass beide von ihnen nur durch die Abstandshalterstrukturen 2 getrennt sind.
Bei der Ausführungsform nach 1 sind die Abstandshalterstruktur 2, 2A, 2B relativ zu der Füllstruktur 3 asymmetrisch. Die Einschnürung der Füllstruktur 3 wird von einer Seite mehr bewirkt als von der anderen.
Die in 1A gezeigte Ausführungsform ist im allgemeinen die gleiche wie in Verbindung mit 1 beschrieben, so dass auf die relevante Beschreibung Bezug genommen wird. Der Unterschied zu der Ausführungsform in 1 besteht darin, dass bei der Ausführungsform nach 1A der Abstandshalter 2, 2A, 2B zu der Füllstruktur symmetrisch sind. Die erste und zweite Sektion vereinigen sich an einem Punkt, und dort beträgt der Winkel zwischen den Tangenten der Ränder der ersten und zweiten Sektion der zweiten Struktur der weniger als 90°.
Ein weiteres Merkmal der Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Breite W der Abstandshalterstrukturen 2A, 2B wegen des Linie-durch-Abstandshalter-Verfahrens konstant ist (siehe 2 und die oben angeführte Literaturstelle). Die Einschnürung der Füllstruktur 3 führt zu einem Abschnitt der Abstandshalterstruktur 2, die eine Breite aufweist, die kleiner ist als 2·W.
In 1 sind ein erster Abschnitt A und ein zweiter Abschnitt B dargestellt, wobei auf Abschnitte der Abstandshalterstruktur mit unterschiedlichen Breiten Bezug genommen wird.
Deshalb bezieht sich die Erfindung auch auf ein Halbleiterbauelement, das folgendes umfasst:

– eine Schicht mit einer Linie-durch-Abstandshalterstruktur 2, 2A, 2B-Anordnung in mindestens einem Abschnitt des Halbleiterbauelements, wobei die Strukturanordnung eine Menge von Primärstrukturen 1A, 1B und eine Menge von Sekundärstrukturen 3 (z. B. eine Füllstruktur) aufweist, wobei die Sekundärstrukturen 3 von den benachbarten Primärstrukturen um eine konstante Breite W beabstandet sind; und
– eine erste Primärstruktur 1A und eine zweite Primärstruktur 1B mit einer seitlich zwischen ihnen in einem ersten Abschnitt I des Halbleiterbauelements angeordneten Sekundärstruktur 3, wobei die Sekundärstruktur 1B an der Grenze zu einem zweiten Abschnitt II des Halbleiterbauelements abgeschlossen ist; wobei der Abstand zwischen der ersten Primärstruktur 1B und zweiten Primärstruktur 1B größer ist als 2·W im ersten Abschnitt I, und kleiner als 2·W im zweiten Abschnitt II des Halbleiterbauelements.

Die Einschnürung bei dieser Ausführungsform der Erfindung führt zu der Verengung der Abstandshalterstruktur in dem zweiten Abschnitt II.
Der Fachmann erkennt, dass alle in Verbindung mit anderen Ausführungsformen der Erfindung beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen sich auch auf diese Ausführungsform anwenden lassen. Weiter unten wird eine besondere Adaptation in Verbindung mit 3D beschrieben.
Bevor in weitere Details gegangen wird, werden Herstellungsschritte für die Abstandshalterstruktur beschrieben.
In 2A bis 2D werden Herstellungsschritte in Querschnitten entlang der Linie A-A in 1 beschrieben.
Die Ausgangspunkte in 2A sind zwei Strukturen 10, die drei Schichten 10.1, 10.2, 10.3 umfassen. Bei dem fertiggestellten Produkt werden jene Strukturen leitende Linien in einem DRAM-Chip sein.
Die untere Ebene der Strukturen 10 ist eine a-Siliziumschicht 10.1. Über dieser ist eine SiO_xN_y umfassende harte Schicht 10.2 positioniert. Diese harte Schicht wird als eine Stoppschicht in einem CMP-Bearbeitungsschritt verwendet. Bei anderen Ausführungsformen umfasst der harte Stopp ein Siliziumoxid, insbesondere mindestens eines der Gruppen von SiO_x, Si₃N₄ und SiO₂.
Über der harten Schicht 10.2 wird eine weitere a-Siliziumschicht 10.3 positioniert. Diese andere a-Siliziumschicht 10.3 ist weicher als die harte Schicht 10.2.
Die beiden Strukturen 10 sind mit einer Abstandshalterschicht 2 bedeckt, die bei diesem Beispiel aus Si₃N₄ hergestellt. Der Abstandshalter 2 kleidet die vertikalen Seiten der Strukturen 10 aus. Dieser Herstellungsschritt ist hauptsächlich aus den oben erwähnten Abstandshaltertechnologien bekannt.
Nach dem Entfernen der horizontalen Abschnitte der Abstandshalterschicht 2 (manchmal als ”Liner” bekannt) wird eine Füllstruktur 3 auf den Strukturen 10 und in dem Bereich zwischen den Strukturen 10 abgeschieden. Dies ist ein selbstjustierender Prozess für die Füllstruktur 3. Die Situation nach diesem Prozess-Schritten ist in 2B gezeigt.
Der nächste Prozess-Schritt ist ein CMP-Prozess-Schritt, der die Füllstruktur 3 und die oberen Teile der Abstandshalterstruktur 2 und der Strukturen 10 poliert. Der CMP-Schritt stoppt an der harten Schicht 10.2. Die Draufsicht auf die in 2C gezeigte Struktur ist die eine der in 1 gezeigten Struktur, d. h. die Abstandshalterstruktur 2 liegt als massives Material vor. Die beiden Sektionen 2A, 2B der Abstandshaltersektion kleiden die vertikalen Seiten der Strukturen 10 der Füllstruktur 3 zugewandt aus.
Nach dem Ätzen der Abstandshalterstruktur 2 wird die Abstandshalterstruktur 2 durch einen luftgefüllten Spalt oder Hohlraum ausgebildet, wie in 2D gezeigt.
Die vervollständigten Strukturen 10, wie in 2D gezeigt, können mit nur einer Belichtung und nur einer Maske hergestellt werden.
Analog zu 1 sind in 3A bis 3D verschiedene Strukturen 1, Abstandshalterstrukturen 2 und Füllstrukturen 3 gezeigt.
In 3A ist die Füllstruktur 3 durch eine Hilfsstruktur 4 in zwei Teile 3, 3' zerteilt. Die Hilfsstruktur 4 ist dabei bei dieser Ausführungsform ein Teil der Struktur 1, in die Füllstruktur 3 vorspringend. Die Abstandshalterstruktur 3 blockiert den Durchgang zwischen den beiden Bereichen durch Vereinigen der beiden Sektionen 2A, 2B bzw. der beiden Sektionen 2A', 2B'. Der verbleibende Bereich zwischen den Raumstrukturen 2 wird dann mit der Füllstruktur 3, 3' gefüllt. Wie in Verbindung mit 2A bis 2D gezeigt, werden die Füllstrukturen 3, 3' auf selbstjustierte Weise zu den Strukturen 1 abgeschieden.
Effektiv schnürt die Hilfsstruktur 4 die Füllstruktur 3 ein. Wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Winkel α der Tangenten der Ränder der Füllstruktur 3 am Vereinigungspunkt der Abstandshalterstrukturen 2 beide kleiner als 90°. Im Fall einer starken Abrundung von Ecken in den folgenden Prozessen könnte der Mindestwinkel der Tangenten möglicherweise größer als 90° werden, während der Abstand von 3 und 3' beibehalten wird.
Bei einem normalen Design mit Einzelbelichtung existiert die trennende Musterverlängerung nicht, weshalb dies eine weitere Charakteristik der Erfindung ist, abgesehen von der Charakteristik, dass der Winkel kleiner als 90° ist, selbst im Fall von Winkeln größer als 90° aufgrund späterer Bearbeitung.
Die Einschnürung der Füllstruktur 3 kann auf eine andere Weise erhalten werden, indem zwei Hilfsstrukturen 4A, 4B verwendet werden. Bei der in 3B gezeigten Ausführungsform erstrecken sich zwei Hilfsstrukturen 4A, 4B ab der Struktur 1. Diese Hilfsstrukturen 4A, 4B ragen in eine Füllstruktur 3 vor, die etwas breiter ist als in der in 3A gezeigten Ausführungsform. Da beide Hilfsstrukturen 4A, 4B mit der jeweiligen Abstandshalterauskleidung 2A, 2A', 2B, 2B' auf versetzte Weise positioniert sind, schnürt jede der Hilfsstrukturen 4A, 4B etwas mehr als eine Hälfte der Füllstruktur ein.
In 3C ist eine andere Ausführungsform gezeigt. Wie in 3A und 3B ist die Füllstruktur 3 in zwei Teile 3, 3' getrennt, unter Verwendung einer Abstandshalterstruktur 2, die als eine Auskleidung zu der Struktur 1 abgeschieden worden ist. Bei der Vereinigung der Abstandshalterstrukturen 2 betragen die Winkel der Tangenten an den Rändern der Füllstruktur 2 weniger als 90°.
In 3D ist eine weitere Ausführungsform gezeigt. Hier umfasst die Struktur 1 zwei Linien, die mit einer Abstandshalterstruktur 2A, 2C ausgekleidet sind.
Zusätzlich ist eine Hilfsstruktur 4 zwischen den Strukturen 1 positioniert. Die Abstandshalterstruktur 2B umgibt vollständig die Hilfsstruktur 4. Als die in 3A und 3B gezeigte Hilfsstruktur 4, trennt dies die Füllstruktur 3 in zwei Teile 3, 3'.
Die Abstandshalterstruktur 2 mit drei Sektionen 2A, 2B, 2C, weist zwei Vereinigungspunkte mit vier Winkeln α kleiner als 90° auf.
Die Hilfsstruktur 4 kann in dieser Ausführungsform eine Blindstruktur sein.
In Verbindung mit 1 wurde eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung der Breiten W der Abstandshalterstruktur beschrieben. Ausführungsformen wie die in 3 betreffen Halbleiterbauelemente, die folgendes umfassen:

– Schicht mit einer Linie-durch-Abstandshalterstruktur-Anordnung in mindestens einem Abschnitt des Halbleiterbauelements, wobei die Strukturanordnung eine Menge von Primärstrukturen 1A, 1B, 4 und eine Menge von Sekundärstrukturen 3, 3' (z. B. Füllstrukturen) aufweist, wobei die Sekundärstrukturen 3, 3' seitlich von den benachbarten Primärstrukturen 1A, 1B um eine konstante Breite W beabstandet sind;
– eine abschließende Primärstruktur (z. B. eine Hilfsstruktur) 4
– eine erste Primärstruktur 1A und eine zweite Primärstruktur 1B mit einer seitlich zwischen ihnen in einem ersten Abschnitt I des Halbleiterbauelements angeordneten Sekundärstruktur 3, 3', wobei die Sekundärstruktur 3, 3' an der Grenze zu einem zweiten Abschnitt II des Halbleiterbauelements abgeschlossen ist; wobei der seitliche Abstand zwischen der ersten und zweiten Primärstruktur größer ist als 2·W im ersten Abschnitt I, und die abschließende Struktur 4 befindet sich an der Grenze zwischen erstem Abschnitt I und zweitem Abschnitt II und seitlich zwischen der ersten Primärstruktur 1A und zweiten Primärstruktur 1B, wobei der Mindestabstand zwischen der abschließenden Struktur 4 und beiden der ersten und zweiten Primärstrukturen 1A, 1B kleiner ist als 2·W.

Wie aus 3A bis 3D ersichtlich, kann der Winkel zwischen den Tangenten unter 90° liegen, insbesondere unter 60°, insbesondere unter 45°, insbesondere unter 30°.
In 4A bis 4D sind Teile von Maskenausführungsformen gezeigt, die zum Herstellen der in 3A bis 3D gezeigten Strukturen verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Masken je nach der in der Lithographie verwendeten Wellenlänge eine Transmissionsmaske oder eine reflektierende Maske sein können.
In 4A sind der obere Teil 5A und der untere Teil 5B dunkle Sektionen auf einer lithographischen Maske, was durch die Verwendung eines positiven Lacks zu den Strukturen 1 in 3A führt. Die Hilfsstruktur 4 in 3A wird durch ein lineares Element 5C gebildet, das einen Teil mit einer großen Breite und einen Teil mit einer kleinen Breite aufweist, wobei der Teil mit der großen Breite die Hilfsstruktur 4 bildet.
In 4B ist die Maske modifiziert, um die beiden versetzten Hilfsstrukturen 4A, 4B zu produzieren, wie in 3B gezeigt.
In 4C ist der Maskenabschnitt zum Herstellen der in 3C gezeigten Ausführungsform dargestellt. Hier sind die dunklen Teile 5A, 5B mit einem kleinen linearen Teil 5C verbunden, wodurch eine die Teile 5A, 5B verbindende Hilfsstruktur entsteht.
In 4D ist ein Maskenabschnitt zum Herstellen der in 4C gezeigten Ausführungsform dargestellt. Die dunklen Teile 5A, 5B führen zu den Strukturen 1 in 3D. Die Hilfsstruktur 4 wird durch den verbreiterten Teil in der linearen Struktur 5C produziert.
5 ist ein Überblick einer Sektion eines Layouts gezeigt. Hier ist die Struktur 1 ein Teil einer GC-Schicht. Zwei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind hier in zwei verschiedenen Bereichen gezeigt.
In 5A weisen mehrere Strukturen 1 nach links vorspringende Hilfsstrukturen 4 auf, wodurch die Füllstruktur 3 eingeschnürt wird. Das Ergebnis ist, dass die Hilfsstrukturen 4 die Struktur 1 am Ende asymmetrisch verbreitern, so dass die Struktur 1 einen Landepadbereich aufweist. Alternativ kann eine symmetrische Verbreiterung verwendet werden.
Die Füllstruktur 3 andererseits weist auch einen relativ breiten Bereich auf, der als ein Landepad verwendet werden kann. Die Landepads der Strukturen 1, 3 ist durch Abstandshalter 2 getrennt. Insbesondere wenn eine sublithographische Abstandshaltertechnik verwendet wird, kann ein sehr dichtes Landepadmuster hergestellt werden.
In 5B ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier weist ein Teil der Struktur 1 zwei symmetrisch positionierte Hilfsstruktur 4A, 4B auf, die die umgebende Füllstruktur 3 einschnüren.

Claims

Halbleiterbauelement mit einem Substrat, umfassend eine Struktur (1) mit einem ersten Teil (1A) und einem zweiten Teil (1B), wobei a) mindestens eine Sektion des Rands des ersten Teils (1A) der Struktur (1) sich unter einem im wesentlichen konstanten Abstand gemessen parallel zu dem Substrat von einer ersten Sektion eines Rands einer zweiten Struktur (3) befindet, b) mindestens eine Sektion des Rands des zweiten Teils (1B) der Struktur (1) mit einem Rand einer zweiten Sektion der gleichen zweiten Sektion ausgekleidet ist, c) die erste Sektion des Rands der zweiten Struktur (3) und eine zweite Sektion des Rands der zweiten Struktur (3) sich an mindestens einem Punkt vereinigen, wodurch der Winkel (α) zwischen den Tangenten der Ränder der ersten und zweiten Sektion der zweiten Struktur (3) unter 90° liegt, d) die Struktur (1) und die zweite Struktur (3) durch eine Abstandshalterstruktur (2) beabstandet sind, und e) zwei Teile (3, 3') der zweiten Struktur (3) durch mindestens eine Hilfsstruktur (4) getrennt sind, so dass die Ränder der Teile der zweiten Sektion sich mindestens an zwei Punkten vereinigen, wodurch der Winkel (α) zwischen den Tangenten der Ränder unter 90° liegt.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die zweite Struktur (3) eine Füllstruktur ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rand der ersten Sektion der zweiten Struktur (3) und der Rand der zweiten Sektion der zweiten Struktur (3) sich nahe an dem Schnittpunkt der Tangenten vereinigen.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, wobei die Vereinigung von dem Schnittpunkt um eine Abrundung aufgrund einer Bearbeitung um in der Regel weniger als eine Abstandshalterbreite versetzt ist, insbesondere weniger als die Hälfte der Abstandshalterbreite.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zweite Sektion der zweiten Struktur (3) die Hilfsstruktur (4) umschließt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Hilfsstruktur (4) eine Blindstruktur ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Winkel (α) zwischen den Tangenten unter 60° liegt, insbesondere unter 45°, insbesondere unter 30°.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zweite Struktur (3) eine abgerundete Sektion am Schnittpunkt der Tangenten umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zweite Struktur (3) durch mindestens eine einer Gruppe einer Abstandshalterstruktur (2) und einer Hilfsstruktur (4) eingeschnürt ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zweite Struktur (3) durch mindestens eine Abstandshalterstruktur (2) eingeschnürt ist, die Teil einer Hilfsstruktur (4) ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Abstandshalter (4) eine sublithographische Struktur ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Abstandshalterstruktur (4) ein dielektrisches Material umfasst.
Halbleiterbauelement nach, Anspruch 12, wobei das dielektrische Material mindestens eine der Gruppen einer sublithographischen Struktur, eines sublithographischen Linie-Abstandshalter-Elements, einer sublithographischen Siliziumoxidstruktur, einer sublithographischen SiO_xN_y-Struktur, einer sublithographischen Si₃N₄-Struktur, einer sublithographischen SiN_x-Struktur und eines luftgefüllten Raums umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zweite Struktur Silizium umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei es Teil einer der Gruppen von Speicherchip, DRAM-Speicherchip, NROM-Speicherchip und Mikroprozessor ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei es Teil einer Auffächerungsstruktur in einem Halbleiterchip ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Struktur eine Stoppschicht für CMP umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 17, wobei die Stoppschicht ein Siliziumoxid, insbesondere mindestens eines der Gruppen von SiO_x, Si₃N₄ und SiO₂ umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 17 oder 18, wobei eine weichere Schicht über der Stoppschicht positioniert ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Substrat ein Siliziumwafer ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, umfassend: – eine Schicht mit einer Linie-durch-Abstandshalterstruktur-Anordnung in mindestens einem Abschnitt des Halbleiterbauelements, wobei die Strukturanordnung eine Menge von Primärstrukturen und eine Menge von Sekundärstrukturen aufweist, wobei die Sekundärstrukturen von den benachbarten Primärstrukturen um eine konstante Breite W beabstandet sind; und – eine erste und eine zweite Primärstruktur mit einer seitlich zwischen ihnen in einem ersten Abschnitt des Halbleiterbauelements angeordneten Sekundärstruktur, wobei die Sekundärstruktur an der Grenze zu einem zweiten Abschnitt des Halbleiterbauelements abgeschlossen ist; wobei der Abstand zwischen der ersten und zweiten Primärstruktur größer ist als 2·W im ersten Abschnitt, und kleiner als 2·W im zweiten Abschnitt des Halbleiterbauelements.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, umfassend: – Schicht mit einer Linie-durch-Abstandshalterstruktur-Anordnung in mindestens einem Abschnitt des Halbleiterbauelements, wobei die Strukturanordnung eine Menge von Primärstrukturen und eine Menge von Sekundärstrukturen aufweist, wobei die Sekundärstrukturen von den benachbarten Primärstrukturen um eine konstante Breite W beabstandet sind; – eine abschließende Primärstruktur – eine erste und eine zweite Primärstruktur mit einer seitlich zwischen ihnen in einem ersten Abschnitt des Halbleiterbauelements angeordneten Sekundärstruktur, wobei die Sekundärstruktur an der Grenze zu einem zweiten Abschnitt des Halbleiterbauelements abgeschlossen ist; wobei der Abstand zwischen der ersten und zweiten Primärstruktur größer ist als 2·W im ersten Abschnitt, und die abschließende Struktur befindet sich an der Grenze zwischen erstem und zweitem Abschnitt und seitlich zwischen der ersten und zweiten Primärstruktur, wobei der Mindestabstand zwischen der abschließenden Struktur und beiden der ersten und zweiten Primärstruktur kleiner ist als 2·W.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß Anspruch 1 mit einer Struktur (1) mit einem ersten Teil (1A) und einem zweiten Teil (1B) durch a) Auskleiden mindestens einer vertikalen Seite des ersten Teils (1A) mit einer ersten Sektion (2A) einer Abstandshalterstruktur (2) und Auskleiden mindestens einer vertikalen Seite des zweiten Teils (1B) mit einer zweiten Sektion (2B) einer Abstandshalterstruktur (2), b) wobei die erste Sektion (2A) der Abstandshalterstruktur (2) und die zweite Sektion (2B) der Abstandshalterstruktur (2) sich mindestens an einem Punkt vereinigen, wodurch der Winkel (α) zwischen Tangenten der ersten und zweiten Sektion (2A, 2B) der Abstandshalterstruktur (2) unter 90° liegt, und c) Füllen des Raums zwischen der ersten und zweiten Sektion (2A, 2B) der Abstandshalterstruktur (2) mit einer zweiten Struktur (3), insbesondere einer Füllstruktur.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der erste und der zweite Teil der Struktur (1) unter Verwendung eines einzelnen Belichtungsprozeßschritts hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei die mindestens eine Abstandshalterstruktur (2) eine sublithographische Struktur ist, hergestellt durch mindestens eine der Gruppen von Linie-durch-Abstandshalter-Verfahren, Linienschrumpfverfahren, Raumschrumpfverfahren und Elektronenstrahlbearbeitung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei der erste und zweite Teil (1A, 1B) der Struktur (1) stromleitende Strukturen im wesentlichen auf der gleichen horizontalen Ebene in einem geschichteten Stapel auf einem Substrat sind, wobei die mindestens zwei stromleitenden Strukturen durch einen Spalt getrennt sind, der mit mindestens einem dielektrischen Material gefüllt ist, wobei der Spalt elektrisch durch leitendes Material überbrückt wird, um mindestens ein Kontaktelement auszubilden, das die mindestens zwei stromleitenden Strukturen elektrisch verbindet, wodurch mindestens ein Kontaktelement in einem einzelnen lithographischen Schritt hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei der erste und zweite Teil der Struktur eine Stoppschicht für CMP umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei der geschichtete Stapel den ersten und den zweiten Teil (1A, 1B) der Struktur (1) umfasst, die Abstandshalterstrukturen (2) und die Füllstruktur (3) herunter bis zur Stoppschicht poliert werden.