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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand die Herstellung
integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung
von Kontaktstrukturelementen zur Verbindung von Kontaktbereichen
oder Metallgebieten von Halbleiterbauelementen mit Leitungen oder
Gebieten, etwa Metallleitungen, in einer höheren Verdrahtungsebene des Halbleiterbauelements,
wobei die Kontaktelemente auf der Grundlage moderner Photolithographieverfahren
hergestellt werden.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Die
Herstellung von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen,
erfordert, dass kleine Gebiete mit genau gesteuerter Größe in einer
oder mehreren Materialschichten eines geeigneten Substrats, etwa
eines Siliziumsubstrats, eines SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Substrats
oder auf anderen geeigneten Trägermaterialien
hergestellt werden. Diese kleinen Gebiete mit genau gesteuerter
Größe werden typischerweise
gebildet, indem die Materialschicht(en) durch Anwenden von Lithographieprozessen, Ätzprozessen,
Implantationsprozessen, Abscheideprozessen und dergleichen strukturiert
werden, wobei zumindest typischerweise in einer gewissen Phase des
Strukturierungsprozesses eine Maskenschicht über der bzw. den Materialschicht(en),
die zu behandeln sind, gebildet wird, um diese kleinen Gebiete zu
bilden. Im Allgemeinen kann eine Maskenschicht aus einer Schicht
aus Photolack aufgebaut sein oder diese kann mittels eines Photolacks hergestellt
werden, der durch einen Lithographieprozess, d. h. typischerweise
einen Photolithographieprozess, strukturiert wird. Während des
photolithographischen Prozesses wird Lack auf die Substratoberfläche aufgeschleudert
und anschließend
selektiv mit Ultraviolettstrahlung durch eine entsprechende Lithographiemaske,
etwa ein Retikel, belichtet, wodurch das Retikelmuster auf die Lackschicht
abgebildet wird, um darin ein latentes Bild zu bilden. Nach dem
Entwickeln des Photolacks werden, abhängig von der Art des Lacks,
d. h. Positivlack oder Negativlack, die belichteten Bereiche oder
die nicht-belichteten Bereiche entfernt, um das erforderliche Muster
in der Schicht aus Photolack zu bilden. Auf der Grundlage dieses Lackmusters
werden die eigentlichen Bauteilmuster dann durch Fertigungsprozesse,
etwa Ätzen,
Implantation, Ausheizen, und dergleichen hergestellt. Da die Abmessungen
der Muster in modernsten integrierten Mikrostrukturbauelementen ständig kleiner
werden, müssen
die Anlagen, die zum Strukturieren der Bauteilstrukturelemente eingesetzt werden,
sehr strikte Anforderungen im Hinblick auf die Auflösung und
die Überlagerungsgenauigkeit
bei den beteiligten Herstellungsprozessen erfüllen. In diesem Zusammenhang
wird die Auflösung
als ein Mail betrachtet, um die konsistente Fähigkeit anzugeben, Abbildungen
mit minimaler Größe unter
Bedingungen vordefinierter Fertigungsvariationen herzustellen. Ein
wichtiger Faktor bei der Verbesserung der Auflösung ist der Lithographieprozess,
in welchem die in der Photomaske oder dem Retikel enthaltenen Muster
optisch auf das Substrat mittels eines optischen Abbildungssystems übertragen
werden. Daher werden große
Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des lithographischen
Systems, etwa die numerische Apertur, die Fokussiertiefe und die
Wellenlänge
der verwendeten Lichtquelle zu verbessern.
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Die
Auflösung
des optischen Strukturierungsprozesses kann daher stark von den
Abbildungsqualitäten
der verwendeten Anlage, den Photolackmaterialien für die spezifizierte
Belichtungswellenlänge
und den Sollwerten für
die kritischen Abmessungen der in der betrachteten Bauteilebene herzustellenden
Bauteilstrukturelemente abhängen. Beispielsweise
kann die Länge
von Gateelektroden von Feldeffekttransistoren, die eine wichtige
Komponente in modernen Logikbauelementen bilden, 50 nm und weniger
für aktuell
hergestellte Bauelemente betragen, wobei deutlich geringere Abmessungen
für Baueilgenerationen
vorgesehen sind, die aktuell entwickelt werden. In ähnlicher
Weise ist die Linienbreite von Metallleitungen, die in den mehreren
Verdrahtungsebenen oder Metallisierungsschichten vorgesehen sind,
ebenfalls an die kleineren Strukturgrößen in der Bauteilschicht anzupassen,
um damit der erhöhten
Integrationsdichte Rechnung zu tragen. Folglich liegen die eigentlichen
Strukturabmessungen deutlich unter der Wellenlänge von aktuell verwendeten Lichtquellen,
die in verfügbaren
Lithographiesystemen eingesetzt sind. Z. B. wird aktuell in kritischen
Lithographieschritten eine Belichtungswellenlänge von 193 nm eingesetzt,
womit daher komplexe Technologien erforderlich sind, um schließlich die
Lackstrukturelemente mit Abmessungen zu erhalten, die deutlich unter
der Belichtungswellenlänge
liegen. Somit sind äußerst nicht-lineare
Prozesse typischerweise anzuwenden, um Abmessungen unterhalb des
optischen Auflösungsvermögens zu
erreichen. Beispielsweise werden äußerst nicht-lineare Photolackmaterialien
eingesetzt, in der eine gewünschte
photochemische Re aktion auf der Grundlage eines gut definierten
Schwellwertes in Gang gesetzt wird, so dass schwach belichtete Bereiche
sich im Wesentlichen nicht ändern,
wohingegen Bereiche, in denen der Schwellwert überschritten wird, eine deutliche Änderung
ihrer chemischen Stabilität
bei einem nachfolgenden Entwicklungsprozess zeigen.
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Die
Anwendung äußerst nicht-linearer
Abbildungsprozesse erlaubt es, das Auflösungsvermögen verfügbarer Lithographieanlagen
und Lackmaterialien zu verbessern. Auf Grund der komplexen Wechselwirkung
zwischen dem Abbildungssystem, dem Lackmaterial und dem entsprechenden
Muster, das auf dem Retikel vorgesehen ist, kann selbst in sehr modernen
Abbildungstechniken, die möglicherweise optische
Nahfeldkorrekturen (OPC) und dergleichen mit einschließen, das
konsistente Erzeugen von latenten Bildern, d. h. von belichteten
Lackbereichen, die zuverlässig
entfernt oder beibehalten werden können, abhängig von der Art des verwendeten
Photolacks, deutlich von den speziellen Eigenschaften der jeweiligen
abzubildenden Strukturelemente abhängen. Beispielsweise wurde
beobachtet, dass linienartige Strukturelemente mit einer spezifischen
Entwurfsbreite und Entwurfslänge
spezielle Belichtungsrezepte für
ansonsten vordefinierte Bedingungen erfordern, etwa eine spezielle
Lithographieanlage in Verbindung mit einem speziellen Retikel und
einem Lackmaterial, um zuverlässig
die gewünschte
kritische Breitenabmessung zu erreichen, während die Längsabmessung weniger kritisch
ist, mit Ausnahme von entsprechenden Endbereichen, d. h., sogenannten
Endkappen der jeweiligen Leitungen, die ebenfalls typischerweise
entsprechende Korrekturen erfordern. Folglich sind für andere
Strukturelemente mit kritischen Abmessungen in zwei lateralen Richtungen,
etwa im Wesentlichen quadratische Strukturelemente, das gleiche
Belichtungsrezept, wie es für
linienartige Strukturelemente angewendet wird, unter Umständen nicht
geeignet, und es sind daher spezielle Prozessparameter erforderlich,
z. B. im Hinblick auf die Belichtungsdosis und OPC und dergleichen. Des
Weiteren müssen
die entsprechenden Prozessparameter in einem derartigen sehr kritischen
Belichtungsprozess so gesteuert werden, dass sie innerhalb der sehr
eng gesteckten Prozesstoleranzen im Vergleich zu einem entsprechenden
Belichtungsprozess auf der Grundlage von linienartigen Strukturelementen
bleiben, wodurch die Anzahl der nicht-akzeptablen Substrate ansteigen
kann, insbesondere wenn sehr größenreduzierte
Halbleiterbauelemente betrachtet werden. Auf Grund der Natur des
Lithographieprozesses kann das entsprechende Prozessergebnis durch
Inspektionsverfahren überwacht
werden, um damit nicht-akzeptable Substrate zu erkennen, die dann
für eine
erneute Bearbeitung vorgesehen werden, d. h. zum Entfernen der belichteten Lackschicht
und zur Vorbereitung der jeweiligen Substrate für einen weiteren Lithographieprozess.
Jedoch sind Lithographieprozess für komplexe integrierte Schaltungen
einer der wesentlichen Kostenfaktoren der gesamten Prozesssequenz,
wodurch sehr effiziente Lithographiestrategien erforderlich sind,
um die Anzahl erneut zu bearbeitender Substrate möglichst
klein zu halten. Daher kann die Situation während der Herstellung modernster
integrierter Schaltungen in Bezug auf den Durchsatz zunehmend kritisch
werden.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1c wird nun
eine typische Prozesssequenz zur Herstellung von Kontaktdurchführungen
oder Kontakten und linienartigen Strukturelementen beschrieben,
um die bei dem Fertigungsprozess zur Herstellung moderner Halbleiterbauelemente
beteiligten Probleme deutlicher darzustellen.
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1a zeigt
schematisch eine Draufsicht eines Halbeleiterbauelements 100 in
einer Fertigungsphase nach einem entsprechenden Lithographieprozess
mit einem entsprechenden Entwicklungsschritt. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst
eine Lackschicht 110, die über einer entsprechenden Materialschicht
ausgebildet ist, wie dies nachfolgend mit Bezug zu 1b beschrieben
ist. Die Lackschicht 110 besitzt darin jeweilige Lacköffnungen 110a mit
lateralen Abmessungen in einer Längenrichtung
L und einer Breitenrichtung W, die als 110L, 110W bezeichnet
sind. Die entsprechenden lateralen Abmessungen 110L, 110W können ähnlich sein,
wenn beispielsweise ein im Wesentlichen quadratisches Strukturelement
auf der Grundlage der Lacköffnungen 110a zu
bilden ist. Wie zuvor erläutert
ist, können bei
sehr anspruchsvollen Anwendungen die entsprechenden lateralen Abmessungen 110L, 110W kritische
Abmessungen für
die betrachtete Bauteilschicht repräsentieren, d. h. diese lateralen
Abmessungen repräsentieren
minimale Abmessungen, die in der entsprechenden Bauteilebene zu
erzeugen sind. Die entsprechenden Lacköffnungen 110a werden
als Ätzmasken
für das
Strukturieren der darunter liegenden Materialschicht verwendet,
um zugehörige Öffnungen
darin zu bilden, die wiederum zur Ausbildung geeigneter Strukturelemente,
etwa Kontakten, Kontaktdurchführungen,
und dergleichen verwendet werden, die einen Kontakt zu darüber liegenden
und darunter liegenden Bauteilstrukturelementen, etwa Metallgebieten,
Metallleitungen, und dergleichen herstellen. Beispielsweise kann
man annehmen, dass eine Verbindung zu einem entsprechenden Leitungselement
in einer nachfolgenden Bauteilebene vorzusehen ist, wobei angenommen
wird, dass die entsprechenden Leitungsstrukturelemente, die durch gestrichelte
Linien 120a bezeichnet sind, im Wesentlichen die gleiche
kritische Abmessung in der Breitenrichtung W aufweisen.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer Querschnittsansicht
entlang der Linie Ib-Ib aus 1a. Das
Halbleiterbauelement 100 umfasst in dieser Fertigungsphase
ein Substrat 101, das ein geeignetes Trägermaterial repräsentiert, in
welchem entsprechende Materialschichten (nicht gezeigt) enthalten
sind, die die Strukturelemente, etwa Transistoren, Kondensatoren,
und dergleichen bilden. Des weiteren ist eine dielektrische Schicht 102 aus
einem geeigneten dielektrischen Material, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid,
Kombinationen davon, und dergleichen, über dem Substrat 101 ausgebildet
und enthält
eine entsprechende Öffnung 102a mit ähnlichen
lateralen Abmessungen wie die jeweilige Lacköffnung 110a. Ferner
ist eine weitere dielektrische Schicht 103, beispielsweise
eine ARC-Schicht und dergleichen, auf der dielektrischen Schicht 102 ausgebildet,
um den entsprechenden Belichtungsprozess zum Strukturieren der Lackschicht 110 zu
verbessern. Die Schicht 103 ist aus einem geeigneten Material,
etwa Siliziumoxinitrid, Siliziumnitrid, und dergleichen hergestellt.
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Das
in 1b gezeigte Halbleiterbauelement 100 wird
auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt. Nach dem Ausbilden
entsprechender Bauteilstrukturelemente in und über dem Substrat 101 wird
die dielektrische Schicht 102 auf Grundlage gut etablierter
Fertigungsverfahren aufgebracht, die CVD-(chemische Dampfabscheidung)
Prozesse und dergleichen mit einschließen können. Z. B. sind moderne CVD-Verfahren
zur Herstellung von Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen
im Stand der Technik gut bekannt, um beispielsweise eine zuverlässige Einkapselung
entsprechender Bauteilstrukturelemente, etwa Transistoren, und dergleichen,
zu ermöglichen.
Nach dem Abscheiden der Schicht 102 wird ein Einebnungsprozess
bei Bedarf ausgeführt, um
die Oberflächentopographie
vor dem Bilden der Schicht 103 und der Lackschicht 110 zu
verbessern. In anderen Fällen
wird die jeweilige Oberflächentopographie
beibehalten und kann durch geeignetes Bilden der Lackschicht 110 Berücksichtigung
finden. Die Lackschicht 110 wird für einen nachfolgenden Belichtungsprozess
auf Grundlage etablierter Behandlungen, etwa einem Ausbacken vor
der Belichtung und dergleichen, vorbereitet, um die Prozessgleichmäßigkeit
zu erhöhen.
Danach wird die Lackschicht 110 auf Grundlage einer entsprechenden Photomaske
oder eines Retikels belichtet, das Maskenstrukturelemente aufweist,
die möglicherweise auf
der Grundlage geeigneter Korrekturtechniken gestaltet sind, um damit
die entsprechenden Nicht-Liniarität des Belichtungsprozesses
zu berücksichtigen, wie
dies zuvor beschrieben ist. In anderen Fällen werden andere geeignete
Techniken, etwa Phasenverschiebungs masken und dergleichen, eingesetzt. Während des
Belichtungsprozesses wird typischerweise ein genau definiertes Belichtungsfeld
von einem optischen Strahl durchlaufen, der durch das in dem Retikel
enthaltene Muster moduliert wird, um damit das Retikelmuster in
die Lackschicht 110 zu übertragen,
um damit ein entsprechendes latentes Bild zu erzeugen. D. h., das
latente Bild wird als ein zugehöriger
Bereich der Lackschicht 110 verstanden, in welchem eine
deutliche Menge an Strahlungsenergie empfangen wird, um damit das
photochemische Verhalten des entsprechenden Lackmaterials zu modifizieren.
In dem vorliegenden Falle sei angenommen, dass ein Positivlack verwendet
wird, der bei Belichtung während
eines nachfolgenden Entwicklungsschrittes löslich wird. Folglich wird während des
entsprechenden Belichtungsprozesses das Substrat 101 geeignet
justiert und danach wird eine gewisse Belichtungsdosis in das entsprechende
betrachtete Belichtungsfeld übertragen,
um die jeweiligen latenten Bilder zu erzeugen, wobei die zugehörigen Maskenstrukturelemente
und/oder die Abbildungstechniken so ausgewählt sind, dass ein gewisser
Schwellwert an Energie zum Erzeugen einer erforderlichen photochemischen
Modifizierung innerhalb spezifizierter Bereiche entsprechend den
gewünschten
Entwurfsabmessungen der jeweiligen Strukturelemente erreicht wird.
D. h., in dem oben beschriebenen Falle ist der jeweilige Belichtungsprozess
in Verbindung mit den dazugehörigen
Maskenstrukturelementen so gestaltet, dass ausreichend Energie innerhalb
eines Bereiches deponiert wird, der den Öffnungen 110a mit
den lateralen Abmessungen 110l, 110b entspricht,
um damit ein im Wesentlichen vollständiges Entfernen des zugehörigen belichteten
Lackmaterials während
des nachfolgenden Entwicklungsschrittes zu erreichen. Auf Grund
der minimalen Abmessungen in beiden lateralen Richtungen müssen die jeweiligen
Prozessparameter des Belichtungsprozesses, etwa die Belichtungsdosis
und dergleichen, sowie von Prozessen vor der Belichtung und nach der
Belichtung innerhalb eng gesetzter Prozessgrenzen bleiben, um die
jeweiligen Lacköffnungen 110a zu
erhalten, da selbst gewisse nicht vollständig geöffnete Bereiche innerhalb der
Lacköffnung 110a zu entsprechenden
Unregelmäßigkeiten
während
des nachfolgenden Ätzprozesses
zur Herstellung der Öffnungen 102a in
der dielektrischen Schicht 102 führen können. Somit wird nach dem Entwickeln
der belichteten Lackschicht 110, d. h. nach dem Entfernen
belichteter Bereiche des Lackmaterials, eine entsprechende Inspektion
des Substrats 100 vorgenommen, um Belichtungsfelder aufzuspüren, die
nicht die jeweiligen Spezifikationen erfüllen. Auf Grund der sehr engen
Prozessgrenzen zur Bildung der kritischen Öffnungen 110a, kann
eine entsprechende hohe Anzahl an nicht-akzeptablen Belichtungsfeldern
auftreten, wovon jedes auf der Grundlage einer individuell eingestellten
Belichtungsdosis belichtet sein kann, insbe sondere wenn Bauelemente
mit sehr geringen Abmessungen betrachtet werden, in denen die jeweiligen
lateralen Abmessungen 110L, 110W bei ungefähr 100 nm
und weniger liegen.
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1c zeigt
schematisch das Bauelement 100 in einer Querschnittsansicht
gemäß dem Schnitt Ic-Ic
in 1a in einem fortgeschrittenen Herstellungsstadium.
Hier ist die Öffnung 102a mit
einem geeigneten Material gefüllt,
etwa einem Metall, und eine weitere dielektrische Schicht 104 ist über der Schicht 102 gebildet,
die ein weiteres linienartiges Strukturelement 104a enthält. Des
weiteren ist eine entsprechende Lackschicht 120 möglicherweise
in Verbindung mit einer zugehörigen
ARC-Schicht 113 über
der dielektrischen Schicht 104 gebildet, wobei grabenartige Öffnungen 120a mit
der lateralen Abmessung 110W enthalten sind. In diesem
Falle sei angenommen, dass die Breite der jeweiligen Lacköffnung 120a im
Wesentlichen den kritischen Abmessungen der Lacköffnungen 110a entspricht.
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Ein
geeigneter Prozessablauf zur Herstellung und Strukturierung der
Schichten 104, 113 und 120 kann im Wesentlichen
die gleichen Prozessschritte enthalten, wie sie zuvor mit Bezug
zu 1b beschrieben sind. Wie zuvor erläutert ist,
wurde jedoch während
der entsprechenden Lithographiesequenz einschließlich der Belichtung vorgeordneten und
nachgeordneten Prozessen beobachtet, dass entsprechende Prozesstoleranzen
weniger kritisch sein können
im Vergleich zu dem Belichtungsprozess zur Herstellung der Öffnungen 110a,
wobei die Ursache darin vermutet wird, dass entsprechende Randbedingungen
in der lateralen Längsrichtung
L nicht vorhanden sind. Z. B. kann die jeweilige Lacköffnung 120a mit
einer geringeren Belichtungsdosis im Vergleich zu der Öffnung 110a gebildet
werden, wobei auch andere Prozessparameter weniger kritisch sind, wodurch
ein größeres Prozessfenster
für den
entsprechenden Lithographieprozess zur Herstellung der linienartigen
Strukturelemente 120a geschaffen wird.
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Da
die jeweiligen Lacköffnungen 110a für Kontakte
und Kontaktdurchführungen
in diversen Fertigungsphasen zu schaffen sind, können die sehr engen Prozesstoleranzen,
die zu erfüllen
sind, daher deutlich zu einer Verringerung des Gesamtdurchsatzes
des schon an sich sehr kostenintensiven Lithographiemoduls beitragen,
wodurch insgesamt ein hoher Beitrag für die Produktionskosten entsteht.
Ferner können
entsprechende Belichtungsprozesse auf lediglich die modernsten Lithographieanlagen
beschränkt
sein, wodurch noch mehr zu höheren
Gesamtproduktionskosten beigetragen wird.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation ist es wünschenswert, Techniken bereitzustellen, um
Lackschichten zu strukturieren, wobei ein oder mehrere der oben
erkannten Probleme vermieden oder zumindest in ihrer Wirkung reduziert
werden.
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Überblick über die Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Prozessverfahren,
in denen kritische Belichtungsprozesse durch zwei weniger kritische Belichtungsprozesse
ersetzt werden, um damit eine gewünschte Entwurfsabmessung in
zwei unterschiedlichen lateralen Richtungen auf der Grundlage weniger
kritischer Prozessgrenzen zu erhalten, wodurch merklich zu einer
besseren Prozessflexibilität beigetragen
wird, da weniger anspruchsvolle Lithographieanlagen eingesetzt werden
können,
während die
Fehlerrate des gesamten Belichtungsprozesses reduziert werden kann.
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Dazu
wird ein kritisches Lackstrukturelemente auf der Grundlage von zwei
Belichtungsschritten hergestellt, in denen zwei weniger kritische
Entwurfsstrukturelemente kombiniert werden, um einen entsprechenden
latenten Bildbereich zu schaffen, der das gewünschte kritische Lackstrukturelement
definiert, das zu bilden ist.
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In
einem anschaulichen hierin offenbarten Verfahren wird ein erster
Belichtungsprozess ausgeführt,
um ein erstes latentes Bild in einer Lackschicht zu erzeugen, die über einer
Materialschicht eines Halbleiterbauelements vorgesehen ist. Das
Verfahren umfasst ferner das Ausführen eines zweiten Belichtungsprozesses,
um ein zweites latentes Bild in der Lackschicht zu erzeugen, wobei
das erste und das zweite latente Bild einen gemeinsamen Bereich besitzen,
und wobei das zweite latente Bild unterschiedliche Abmessungen in
zwei orthogonalen lateralen Richtungen besitzt. Des weiteren umfasst
das Verfahren das Entwickeln des ersten und des zweiten latenten
Bildes in einem gemeinsamen Entwicklungsprozess, um ein Lackstrukturelement
zu bilden, und umfasst das Verwenden des Lackstrukturelements, um
ein Bauteilstrukturelement in der Materialschicht zu bilden, wobei
das Bauteilstrukturelement laterale Abmessungen besitzt, die im
Wesentlichen dem gemeinsamen Bereich entsprechen.
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Gemäß einem
weiteren anschaulichen Verfahren, das hierin offenbart ist, wird
eine Lackschicht, die über
einem dielektrischen Material vorgesehen ist, mittels eines ersten
Belichtungsprozesses und eines zweiten Belichtungsprozesses belichtet.
Der erste und der zweite Belichtungsprozess erzeugen einen ersten
länglichen
belichteten Bereich und einen zweiten belichteten Bereich, wobei
der erste und der zweite belichtete Bereich einander schneiden,
um einen ersten gemeinsamen Bereich zu definieren, der zweifach
belichtet ist. Das Verfahren umfasst ferner das Entwickeln der Lackschicht,
um eine erste Lacköffnung
in der Lackschicht zu erhalten, wobei die erste Lacköffnung laterale
Abmessungen besitzt, die im Wesentlichen lateralen Abmessungen des
ersten zweifach belichteten Bereichs entsprechen.
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Gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform,
die hierin offenbart ist, umfasst ein Verfahren das Ausführen eines
ersten Belichtungsprozesses mit einer ersten Belichtungsdosis, um
einen ersten länglichen
belichteten Bereich in einer Lackschicht zu definieren, die über einer
Materialschicht eines Halbleiterbauelements vorgesehen ist. Die
erste Belichtungsdosis führt
zu einem nicht vollständigen
Lackentfernen für
ein vordefiniertes Entwicklungsrezept. Das Verfahren umfasst ferner
das Ausführen
eines zweiten Belichtungsprozesses mit einer zweiten Belichtungsdosis,
um einen zweiten länglichen
belichteten Bereich in der Lackschicht zu definieren, wobei die
zweite Belichtungsdosis zu einem unvollständigen Lackentfernen für das vordefinierte
Entwicklungsrezept führt,
wobei der zweite längliche
Bereich den ersten länglichen
Bereich so schneidet, dass ein Gebiet mit einer erhöhten Belichtungsdosis
definiert ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1a schematisch
eine Draufsicht eines Halbleiterbauelements mit Lacköffnungen
zeigt, die kritische Abmessungen in zwei lateralen Richtungen aufweisen,
wobei die Öffnungen
entsprechend konventioneller Belichtungsstrategien hergestellt sind;
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1b und 1c schematisch
Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements aus 1a zeigen;
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2a schematisch
eine Draufsicht einer Lackschicht mit latenten Bildern zeigt, die
mit einer Doppelbelichtung gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
hergestellt sind;
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2b bis 2d schematisch
Querschnittsansichten des Bauelements aus 2a während diverser
Fertigungsphasen gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zeigen;
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3a schematisch
eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements in einer Fertigungsphase
zum Strukturieren eines dielektrischen Materials zeigt, um darin
kritische Öffnungen
gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zu schaffen;
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3b schematisch
eine Draufsicht des Bauelements aus 3a zeigt;
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3c schematisch
eine Draufsicht des Bauelements aus 3b mit
entsprechenden latenten Bildern zeigt, die gemäß einem Doppelbelichtungsprozess
gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
gebildet sind; und
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3d schematisch
das Halbleiterbauelement in einem weiter fortgeschrittenen Herstellungsstadium
zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen
dargestellt sind, sollen die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen
die vorliegende Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen
einschränken,
sondern die beschriebenen Ausführungsformen
stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden
Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Prozesstechniken
zur Verbesserung des Strukturierens kritischer Bauteilstrukturelemente, die
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
entsprechende Öffnungen
in einem dielektrischen Material repräsentie ren, das nachfolgend
mit einem geeigneten leitenden Material gefüllt wird. Typischerweise besitzen
entsprechende Bauteilstrukturelemente, etwa Kontakte, Kontaktdurchführungen
und dergleichen ähnliche
Abmessungen in den jeweiligen lateralen Richtungen, wodurch eine
sehr strikte Prozessparameterkontrolle und modernste Belichtungsanlagen
während
des entsprechenden Prozesses zur Bildung der jeweiligen Lackmaske
erforderlich sind, wie dies zuvor erläutert ist. Um die entsprechenden
Anforderungen deutlich zu entspannen, d. h. weniger enge Prozessfenster
für die
Gesamtprozesssequenz zu schaffen, wird die Tatsache vorteilhaft
ausgenutzt, dass kritische Abmessungen in einer speziellen lateralen
Richtung auf Grundlage weniger kritischer Prozessanforderungen erhalten
werden können,
solange die entsprechende orthogonale laterale Abmessung deutlich
größer ist.
Folglich kann durch geeignetes Kombinieren von entsprechenden weniger
kritischen Entwurfsstrukturelementen ein entsprechender Kreuzungsbereich
oder gemeinsamer Bereich definiert werden, der die gewünschten
Entwurfsabmessungen in beiden lateralen Richtungen aufweist, ohne
dass sehr komplexe und kritische Belichtungsprozesssequenzen erforderlich
sind. D. h., in dem jeweiligen gemeinsamen Bereich oder Kreuzungsbereich
der jeweiligen weniger kritischen Entwurfsstrukturelemente wird
ein Bereich definiert, in welchem die akkumulierte Belichtungsdosis
ausreichend hoch ist, um zu einer im Wesentlichen vollständigen Lackentfernung
zu führen,
wenn Positivlacke betrachtet werden, oder um zu einem im Wesentlichen
vollständigen
Abtrag des umgebenden Lackmaterials zu führen, wenn Negativlacke betrachtet
werden, wobei jeweilige umgebende Lackmaterialbereiche die erforderliche
Menge an Belichtungsenergie nicht erhalten. Auf diese Weise besitzt
der vollständig
belichtete gemeinsame Bereich im Wesentlichen die gewünschte Entwurfsabmessung,
wodurch eine ausreichende maskierende Wirkung während eines nachfolgenden Strukturierungsprozesses
hervorgerufen wird, um damit in geeigneter Weise eine entsprechende
darunter liegende Materialschicht zu strukturieren. Somit kann jeder
der beiden Belichtungsschritte mit einer geringeren Belichtungsdosis
ausgeführt
werden, wobei die Auswirkung der Belichtung auf Lackmaterialbereiche,
die außerhalb
des gemeinsamen Bereichs angeordnet sind, weiter reduziert wird,
während
dennoch die erforderliche hohe Belichtungsdosis in dem gemeinsamen
Bereich erreicht wird. Auf diese Weise kann die Gesamtprozesszeit
für jeden
Belichtungsschritt deutlich verlängert
werden, wodurch die Gesamtprozesszeit für beide Belichtungsschritte
auf einem moderat geringen Niveau gehalten wird, wobei die geringere
Menge an Substraten, die erneut zu bearbeiten ist, in Verbindung
mit der verbesserten Prozessflexibilität, beispielsweise im Hinblick
auf die Möglichkeit,
weniger fortschrittliche Lithographieanlagen einsetzen zu können, die
Prozesszeit kompensieren oder sogar überkompensieren kann, die für den zusätzlichen
zweiten Belichtungsschritt erforderlich ist.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2d und 3a bis 3d werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben.
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2a zeigt
schematisch eine Draufsicht eines Halbleiterbauelements während einer
Fertigungsphase, in der kritische Strukturelemente auf der Grundlage
einer Lackschicht 210 zu strukturieren sind. Beispielsweise
können
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
die entsprechenden Bauteilstrukturelemente, die auf der Grundlage
jeweiliger Lackstrukturelement der Schicht 210 zu bilden
sind, Kontaktbereich repräsentieren,
die eine Verbindung zu Transistorbereichen herstellen oder anderen
Bauelementen in einer Bauteilebene des Halbleiterbauelements 200 herstellen,
wie nachfolgend detaillierter mit Bezug zu den 3a bis 3d beschrieben
ist. In anderen anschaulichen Ausführungsformen repräsentieren
die jeweiligen Bauteilstrukturelemente Kontaktdurchführungen,
d. h. metallenthaltende Gebiete, die zwei unterschiedliche Metallisierungsebenen
einer Metallisierungsstruktur des Halbleiterbauelements 200 verbinden.
Somit können
die jeweiligen Bauteilstrukturelemente ähnliche laterale Abmessungen
in zwei unterschiedlichen lateralen Richtungen aufweisen, wie dies
zuvor erläutert
ist. Zum Erreichen der gewünschten
Entwurfsabmessungen der jeweiligen Bauteilstrukturelemente wird
zumindest ein erstes latentes Bild 210b in der Lackschicht 210 gebildet,
wobei das erste latente Bild 210b als ein Lackmaterialbereich
verstanden wird, der eine vordefinierte Belichtungsdosis während eines
ersten Belichtungsprozesses empfangen hat. In ähnlicher Weise ist ein zweites
latentes Bild 210c gebildet, wobei das latente Bild 210c als
ein belichteter Lackmaterialbereich definiert ist, der eine vordefinierte
Belichtungsdosis während
eines zweiten Belichtungsschritts erhalten hat. Wie gezeigt ist,
sind das erste und das zweite latente Bild 210b, 210c so
gebildet, dass ein Kreuzungsbereich oder Schnittbereich oder gemeinsamer
Bereich 210s definiert ist, der die akkumulierte Belichtungsdosis,
die durch den ersten und den zweiten Belichtungsschritt erzeugt
wurde, empfangen hat. In einigen anschaulichen Ausführungsformen besitzen
das erste und/oder das zweite latente Bild 210b, 210c unterschiedliche
Abmessungen in der jeweiligen Längsrichtung
oder Breitenrichtung, die als L, W bezeichnet sind, wobei die kleinere
der entsprechenden lateralen Abmessungen eine kritische Abmessung
für die
entsprechende interessierende Bauteilschicht repräsentieren
kann. Folglich kann die entsprechende kritische Abmessung auf der
Grundlage weniger kritischer Prozessbedingungen im Vergleich zu
der entsprechenden Prozesssequenz erhalten werden, die in konventionellen
Strategien einzusetzen wäre,
in der ein latentes Bild entsprechend dem Schnittbereich 210s in
einem einzelnen Belichtungsschritt gebildet wird, wie dies zuvor
erläutert
ist. Folglich kann das kombinierte latente Bild aus dem ersten und
dem zweiten latenten Bild 210b, 210c auf der Grundlage
geeigneter Abmessungen hergestellt werden, um lediglich die gewünschte Größe und Form des
Schnittbereichs oder gemeinsamen Bereichs 210s zu definieren.
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In
einigen anschaulichen Ausführungsformen
sind die lateralen Abmessungen 210L, 210W des
Schnittbereichs 210s von vergleichbarer Größe und repräsentieren
daher kritische Abmessungen in der jeweiligen Bauteilschicht. In
diesem Falle kann die Breite des ersten latenten Bildes 210b und
die „Länge" des zweiten latenten
Bildes 210c im Wesentlichen identisch sein, um damit einen
im Wesentlichen quadratischen Schnittbereich 210s zu definieren.
Somit repräsentieren
in dieser Ausführungsform das
erste und das zweite latente Bild 210b, 210s balkenartige
Strukturelemente oder repräsentieren
längliche
Strukturelemente, d. h. Strukturelemente, die Abmessungen in zwei
orthogonalen lateralen Richtungen besitzen, die unterschiedlich
sind. Wie zuvor erläutert
ist, können
entsprechende Lackstrukturelemente mit länglicher Form auf der Grundlage
weniger kritischer Prozessanforderungen gebildet werden, insbesondere,
wenn die Belichtungsbedingungen an den jeweiligen Endbereichen jedes
der länglichen Strukturelemente
zum Definieren des Schnittbereichs 210s nicht relevant
sind. Folglich können
Verzerrungen an den entsprechenden länglichen Endbereichen des ersten
und des zweiten latenten Bildes 210b, 210c, die
ansonsten äußerst komplexe
Korrekturen erfordern würden,
etwa OPC-Korrekturen, vernachlässigt
werden, da die entsprechenden Verzerrungen den interessierenden
Schnittbereich 210s nicht negativ beeinflussen.
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Somit
kann die Lackschicht 210, die im Wesentlichen die gleiche
oder eine ähnliche
Konfiguration aufweist, wie sie auch für das Bauelement 100 verwendet
wird, wie dies zuvor erläutert
ist, in effizienter Weise auf der Grundlage der folgenden Prozesse
strukturiert werden. Nach dem Herstellen von beliebigen darunter
liegenden Materialschichten, wie dies später mit Bezug zu 2b erläutert ist,
wird die Lackschicht 210 hergestellt und für einen
nachfolgenden Doppelbelichtungsprozess vorbereitet, wobei in einem
ersten Belichtungsschritt entsprechende Prozessparameter so ausgewählt sind,
dass das erste latente Bild 210b erhalten wird. D. h.,
es wird eine geeignete Maske vorgesehen, die darin ausgebildet, ein
entsprechendes Maskenstrukturelement zum Erhalten des latenten Bilden 210b auf weist,
wobei jedoch lediglich ein zentraler Bereich davon relevant ist,
wodurch der Aufwand im Hinblick auf zusätzliche Korrekturen in Bezug
auf die an sich kritischen Endbereiche reduziert werden. Beispielsweise
können gut
etablierte Maskenstrukturelemente mit linienartiger Natur, wie sie
typischerweise in anderen Bauteilschichten eingesetzt werden, für diesen
Zweck verwendet werden. Im Gegensatz zu einem konventionellen Belichtungsvorgang
zum Abbilden eines linienartigen latenten Bildes in die Lackschicht
wird die Belichtungsdosis deutlich verringert, beispielsweise auf
ungefähr
50 bis 80% der Belichtungsdosis, die für einen Belichtungsprozess
verwendet würde,
wenn das latente Bild 210b tatsächlich als eine Lackmaske zu
verwenden wäre.
D. h., wenn ein Positivlack betrachtet wird, wird die entsprechende
Belichtungsdosis so gewählt,
dass das Entwickeln des ersten latenten Bildes 210b lediglich
auf Grundlage dieser Belichtungsdosis nicht zu einem vollständigen Abtragen des
entsprechenden belichteten Lackmaterials führt. Geeignete Prozessparameter
für den
ersten Belichtungsschritt können
auf der Grundlage konventioneller Einzelschrittrezepte für linienartige
Strukturelemente erhalten werden, wobei jedoch die entsprechende
Belichtungsdosis skaliert wird, um damit den oben spezifizierten
Bereich zu erhalten. Somit können
entsprechende lokale Schwankungen in der Belichtungsdosis, die in
individuellen Belichtungsfeldern und über das gesamte Substrat des
Bauelements 200 hinweg auftreten können, automatisch durch das entsprechende
Skalieren der Belichtungsdosis berücksichtigt werden. Somit kann
der Belichtungsschritt auf der Grundlage weniger kritischer Prozessparameter
mit einer reduzierten Belichtungsdosis ausgeführt werden, wodurch zu einer
geringeren Gesamtprozesszeit im Vergleich zu einem Einzelschrittbelichtungsvorgang
zur Erzeugung eines Strukturelements entsprechend dem Schnittbereich 210s beigetragen
wird. Es sollte beachtet werden, dass wie zuvor erläutert ist,
der Schnittbereich 210s, wenn dieser in einem Einzelschrittbelichtungsvorgang
gebildet würde,
noch höhere
Belichtungsdosiswerte und damit eine erhöhte Prozesszeit erfordern würde.
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Nach
dem ersten Belichtungsschritt wird ein zweiter Belichtungsschritt
ausgeführt,
beispielsweise auf der Grundlage von im Wesentlichen den gleichen Prozessparametern
wie der erste Belichtungsschritt, wobei nunmehr die kombinierte
Belichtungsdosis in dem Schnittbereich 210, für die im
Wesentlichen vollständige
Belichtung des Lackmaterials sorgt, die in dem nachfolgenden Entwicklungsschritt
erforderlich ist, um damit ein entsprechendes Lackstrukturelement
mit den Abmessungen des Schnittbereichs 210s zu bilden.
Somit werden die beiden Belichtungsschritte mit weniger kritischen
Prozesstoleranzen ausgeführt,
wodurch der Schnittbereich 210s mit den gewünschten
Abmessungen in beiden lateralen Richtungen L, W gebildet wird, wobei
lediglich eine moderat größere Gesamtprozesszeit
während
der entsprechenden Doppelbelichtungsprozesssequenz erforderlich
ist. Auf Grund der weniger kritischen Prozessfenster in dem ersten
und dem zweiten Belichtungsschritt wird eine deutlich höhere Flexibilität beim Ausführen der
jeweiligen Belichtungssequenz erreicht, da potentiell weniger anspruchsvolle
Belichtungsanlagen eingesetzt werden können und auch der jeweilige
Prozessweg mit den diversen Schritten, etwa mit der Belichtung vorgeordneten
und nachgeordneten Prozessen, weniger kritisch ist. D. h., in einer
komplexen Fertigungsumgebung sind typischerweise eine Vielzahl von
Lithographieanlagen, Retikeln, Anlagen für die Behandlung vor der Belichtung und
nach der Belichtung vorgesehen, die mit entsprechenden Substraten
in Übereinstimmung
mit anspruchsvollen Disponierplänen
zugeführt
werden. Auf Grund des größeren Prozessfensters
kann die Bearbeitung der jeweiligen Substrate auf Grundlage der
Anlagenverfügbarkeit
und anderer durchsatzbezogener Parameter disponiert werden, anstatt
dass dies auf der Grundlage von prozessbezogenen Aspekten beruht,
wodurch potentiell zu einem Gesamtanstieg im Durchsatz beigetragen
wird, da die Verfügbarkeit
von sehr anspruchsvollen Lithographieanlagen für andere kritischere Lithographieprozesse
verbessert wird. Des weiteren kann die Fehlerrate zum Definieren
des Schnittbereichs 210s im Vergleich deutlich kleiner
sein im Vergleich zu einem Einzelschrittbelichtungsprozess, wie
dies zuvor beschrieben ist, wodurch die Anzahl der Substrate merklich
verringert werden kann, die eine erneute Bearbeitung erfordern.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer Querschnittsansicht,
die in 2a angegeben ist. In dieser
Fertigungsphase umfasst das Bauelement 200 ein Substrat 201 mit
einem geeigneten Trägermaterial,
etwa einem siliziumbasierten Halbleitermaterial, ein SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Substrat,
in welchem entsprechende Schaltungselemente ausgebildet sind, etwa
Transistoren, Kondensatoren, und dergleichen, wie sie typischerweise
für das
Bauelement 200 erforderlich sind. In anderen Fällen repräsentiert
das Substrat 201 ein geeignetes Basismaterial, das entsprechende
Schaltungselemente aufweisen kann oder nicht, wobei eine Schicht
aus vertikalen Verbindungen oder Öffnungen auf Grundlage kritischer
lateraler Abmessungen herzustellen ist. Das Halbleiterbauelement 200 umfasst
eine Materialschicht 202, die auf der Grundlage des Schnittbereichs 210s zu
strukturieren ist. Die Materialschicht 202 repräsentiert
ein geeignetes Material, etwa ein dielektrisches Material entsprechend
den Bauteilerfordernissen. Z. B. kann die Materialschicht 202 aus
einer oder mehreren Schichten aufgebaut sein, etwa aus dielektrischen Materialien, die
zwischen jeweiligen Metallisierungsebenen moderner integrierter
Schaltungen vorgesehen sind. Z. B. werden häufig dielektrische Materialien
mit kleinem ε,
d. h. Materialien mit einer relativen Permittivität von 3,0
und weniger, in modernen Metallisierungsstrukturen möglicherweise
in Verbindung mit anderen dielektrischen Materialien eingesetzt,
wobei entsprechende vertikale elektrische Verbindungen, die auch als
Kontaktdurchführungen
bezeichnet werden, für die
Verbindung zwischen zwei Metallleitungsschichten sorgen.
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Ferner
ist eine Maskenschicht 205 über der Materialschicht 202 ausgebildet,
wobei die Maskenschicht 205 aus einem beliebigen Material
aufgebaut sein kann, das eine erforderliche hohe Ätzwiderstandsfähigkeit
in Bezug auf ein entsprechendes Ätzrezept
aufweist, das zum Strukturieren der Materialschicht 202 in
einer nachfolgenden Fertigungsphase verwendet wird. Beispielsweise
ist die Maskenschicht 205 aus Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid,
Polymermaterial und dergleichen aufgebaut, solange eine geeignete
Funktion als Ätzmaske
gegeben ist. Folglich kann die Maskenschicht 205 mit einer
deutlich geringeren Dicke im Vergleich zu der Materialschicht 202 vorgesehen
werden. Des weiteren ist die Leitschicht 201 mit der Maskenschicht 205 ausgebildet
und besitzt darin eine Öffnung 210a mit
lateralen Abmessungen, die im Wesentlichen den Schnittbereich 210s aus 2a entsprechen.
Die Öffnung 210a erstreckt
sich im Wesentlichen bis zu der Maskenschicht 205 auf Grund
der hohen Belichtungsdosis, die während des ersten und des zweiten
Belichtungsschritts empfangen wurde, wie dies zuvor beschrieben
ist. Des weiteren kann eine entsprechende längliche Öffnung mit deutlich geringerer
Tiefe, die auch als Öffnung 210b bezeichnet
ist, gebildet sein, die im Wesentlichen dem latenten Bild 210b aus 2a entspricht.
Es sollte beachtet werden, dass die Konfiguration der Öffnung 210b weniger
präzise definiert
sein kann auf Grund der deutlich geringeren Belichtungsdosis und
auf Grund möglicher
Verzerrungen an Endbereichen davon, die möglicherweise zu entsprechenden
Materialresten 210r führen,
die jedoch die Konfiguration der Öffnung 210a nicht
negativ beeinflussen.
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Das
in 2b gezeigte Bauelement 200 kann auf der
Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach dem Bereitstellen
des Substrats 201 und dem Bilden von Bauteilstrukturelementen
darin, wird die Materialschicht 202 auf der Grundlage geeigneter
Prozesstechniken, etwa metallische Dampfabscheidung, CVD oder andere
Abscheideprozesse, Aufschleudern, und dergleichen, wie dies durch
die Bauteilerfordernisse vorgegeben ist. Danach wird die Maskenschicht 205 mit
einer geeigneten Dicke und Materialzusammensetzung gebildet, um
als eine Ätzmaske
zum Strukturieren der Materialschicht 202 in einem nachfolgenden Ätzprozess
zu dienen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen hat die Schicht 205 zusätzlich entsprechende optische
Eigenschaften, um als eine ARC-Schicht während der jeweiligen ersten
und zweiten Belichtungsprozesse zum Definieren des ersten und des zweiten
latenten Bildes 210b, 210c zu fungieren. Z. B.
wird die Schicht 205 aus Siliziumoxinitrid mit einer geeigneten
Materialzusammensetzung so gebildet, dass die entsprechende Dicke
für die
gewünschte Reduzierung
der Rückreflektion
in die Lackschicht 210 sorgt und auch eine ausreichende
Dicke während
eines nachfolgenden Ätzprozesses
sicherstellt. In anderen Fällen
werden andere Materialien, etwa Polymaterialien und dergleichen
in einer gewünschten
Dicke so vorgesehen, dass die optischen Eigenschaften und die entsprechende Ätzwiderstandsfähigkeit
erreicht wird. Danach wird die Lackschicht 210 gebildet
und gemäß gut bekannter
Techniken präpariert,
wie dies zuvor mit Bezug zu der Lackschicht 110 beschrieben
ist. Danach werden das erste und das zweite latente Bild 210b, 210c auf
der Grundlage einer entsprechenden Doppelbelichtungssequenz erzeugt,
wie dies zuvor mit Bezug zu 2a beschrieben
ist. Anschließend
werden die latenten Bilder 210b, 210c in einem
gemeinsamen Entwicklungsprozess entwickelt, wobei die jeweiligen
Prozessparameter für
die Entwicklung von linienartigen Strukturelementen angewendet werden.
Während des
entsprechenden Entwicklungsprozesses reicht die photochemische Modifizierung
des Schnittbereichs 210s im Wesentlichen bis zu der Maskenschicht 205,
wodurch das Entfernen des Schnittbereichs 210s möglich ist,
um damit die Öffnung 210a zu
bilden, während
andere belichtete Bereiche des ersten und des zweiten latenten Bildes 210b, 210c eine
deutlich geringere Belichtungsdosis empfangen haben, was zu einem
geringeren effizienten Materialabtrag führt, wodurch möglicherweise
die entsprechenden Reste 210r gebildet werden. Somit können die
einfach belichteten Bereiche des ersten und zweiten latenten Bildes 210b, 210c eine
ausreichende Restschichtdicke 210t ergeben, um damit zuverlässig als
eine Ätzmaske
für die
Strukturierung der Maskenschicht 205 zu dienen, um damit
die Öffnung 210a in
die Maskenschicht 205 zu übertragen.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement während einer abschließenden Phase
eines entsprechenden Ätzprozesses 230 zum Ätzen der Maskenschicht 205,
beispielsweise auf der Grundlage gut etablierter anisotroper Ätzrezepte,
wobei die Lackschicht 210 und insbesondere die jeweiligen Öffnungen 210b und 210c (nicht
gezeigt) für
einen ausreichenden Ätzwiderstand
sorgen, um damit zuverlässig
eine entsprechende Öffnung
in der Maskenschicht 205 zu bilden, die als 205a bezeichnet
ist, und die im Wesentlichen die gleichen Abmessungen wie die Lacköffnung 210a aufweist.
Somit kann die Öffnung 205 dann
als eine entsprechende Ätzmaske zum
Strukturieren der Materialschicht 202 verwendet werden.
Zu diesem Zweck wird der Ätzprozess 230 fortgesetzt,
wenn die Ätzatmosphäre die erforderliche
Eigenschaft zum Ätzen
durch das Material 202 aufweist, wobei dennoch ein gewisses
Maß an
Selektivität
in Bezug auf das Material der Schicht 205 vorhanden ist.
In diesem Falle verbleibt die Lackschicht 210 bis der Prozess 230 abgeschlossen
ist, und Lackreste werden in einem nachfolgenden Reinigungsprozess
oder Ätzschritt
entfernt. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird die Lackschicht 210 entfernt
und es wird eine geeignete Ätzatmosphäre eingerichtet,
um die Materialschicht 202 zu strukturieren.
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2d zeigt
schematisch das Bauelement 200 während eines entsprechenden Ätzprozesses 231,
der auf der Grundlage der Maskenschicht 205 ausgeführt wird,
um damit eine entsprechende Öffnung 202a mit
lateralen Abmessungen zu schaffen, die im Wesentlichen der lateralen
Abmessung der anfänglichen
Lacköffnung 210a entsprechen.
Der anisotrope Ätzprozess 231 wird
auf der Grundlage gut etablierter Prozessparameter ausgeführt, wie
dies zuvor erläutert
ist.
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Mit
Bezug zu den 3a bis 3d werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben,
in denen entsprechende Kontaktöffnungen
gebildet werden, um eine Verbindung zu entsprechenden Schaltungselementen
zu schaffen, die in einer Bauteilebene eines Halbleiterbauelements
vorgesehen sind.
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3a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 300 mit
einem Substrat 301 auf dem eine Bauteilebene 340 ausgebildet
ist, die aus geeignet konfigurierten Halbleiterbereichen aufgebaut
ist, in und über
denen ein oder mehrere Schaltungselemente 341 gebildet
sind, wobei beispielweise ein Transistorelement gezeigt ist, um
ein jeweiliges Schaltungselement zu repräsentieren. Im Falle eines Transistorelements
umfasst das Schaltungselement 341 eine Gateelektrode 343,
die auf einer Gateisolierschicht 344 gebildet ist, die
die Gateelektrode 343 von einem Kanalgebiet 346 trennt.
Des weiteren sind Drain- und Sourcegebiete 3456 benachbart
zu dem Kanalgebeit 346 gebildet. Es sollte beachtet werden,
dass in anspruchsvollen Halbleiterbauelementen eine kritische Abmessung des
Transistors 341, d. h. eine Länge der Gateelektrode 343 – in 3a die
horizontale Abmessung der Gateelektrode 343 – ungefähr 50 nm
oder weniger betragen kann. Des weiteren ist das Schaltungselement 341 durch
eine dielektrische Schicht 302 maskiert, die aus zwei oder
mehr individuellen Schichten, abhängig von den Bauteilerfordernissen,
auf gebaut ist, wobei z. B. eine Schicht 302b vorgesehen
ist, um als eine Ätzstoppschicht
zum Strukturieren des verbleibenden Materials der Schicht 302 zu
dienen. Die Schicht 302 ist so zu strukturieren, dass entsprechende
Kontaktöffnungen 302a entstehen,
die in gestrichelten Linien gezeigt sind, und die sich zu entsprechenden
Kontaktbereichen 342 erstrecken, um damit eine elektrische
Verbindung zum Schaltungselement 341 zu schaffen. Das in 3a gezeigte Halbleiterbauelement 300 kann
auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken entsprechend
den Bauteilerfordernissen hergestellt werden, wie sie auch zuvor
benannt sind und somit werden entsprechende hierin nicht detailliert
beschrieben.
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3b zeigt
schematisch eine Draufsicht des Bauelements 300, wobei
jeweilige Abmessungen und Positionen der entsprechenden Kontaktöffnungen 302,
die noch zu bilden sind, gezeigt sind. Der Einfachheit halber ist
die Gateelektrode 343 dargestellt, obwohl diese tatsächlich von
der Schicht 302 bedeckt ist.
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3c zeigt
schematisch eine Draufsicht des Bauelements 300, wobei
das Bauelement 300 eine Lackschicht 310 aufweist,
die zum Strukturieren der jeweiligen Öffnungen 320a in einem
nachfolgenden Ätzprozess
verwendet wird. Die Lackschicht 310 umfasst ein oder mehrere
latente Bilder 310b, die durch einen ersten Belichtungsprozess
auf der Grundlage einer ersten Belichtungsdosis definiert sind,
die so ausgewählt
ist, dass die sie nicht zu einem vollständigen Entfernen während eines
spezifizierten Entwicklungsprozesses führt, wie dies auch zuvor erläutert ist.
In ähnlicher
Weise werden ein oder mehrere zweite latente Bilder 310c während eines
zweiten Belichtungsschritts auf der Grundlage einer zweiten Belichtungsdosis
gebildet, die gleich oder unterschiedlich sein kann zu der ersten
Belichtungsdosis, die jedoch so ausgewählt ist, dass diese nicht zu
einem vollständigen
Entfernen während
des nachfolgenden Entwicklungsprozesses führt. Des weiteren sind die
ersten und zweiten latenten Bilder 310b, 310c so
orientiert, dass mehrere Schnittbereiche oder gemeinsame Bereiche 310s gebildet
sind, die eine doppelte Belichtungsdosis erhalten haben, woraus
sich ein im Wesentlichen vollständiges
Entfernen während
des nachfolgenden Entwicklungsprozesses ergibt, wie dies auch zuvor
erläutert
ist. Die ersten und zweiten latenten Bilder 310b, 310c sind
jeweils durch einen entsprechenden Belichtungsprozess erzeugt, der
auf weniger kritischen Prozessparametern beruht, wie sie ansonsten
erforderlich werden, wenn die jeweiligen Bereiche entsprechend den
Schnittbereichen 310s in einem einzelnen Belichtungsschritt
definiert wurden, wie dies zuvor mit Bezug zu den latenten Bildern 210b, 210c erläutert ist.
Folglich können
die erforderlichen lateralen Abmessungen der Kon taktöffnungen 320a auf Grundlage
einer Doppelbelichtungssequenz mit weniger kritischen Prozessparametern
geschaffen werden, wodurch die zuvor beschriebenen Vorteile erreicht
werden.
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3d zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht des Bauelements 300 gemäß dem Schnitt
IIIc aus 3c. Des weiteren wurde ein Entwicklungsprozess
ausgeführt,
um das Material in den Schnittbereichen 310s im Wesentlichen
vollständig
zu entfernen, wodurch die jeweiligen Öffnungen 310a definiert
werden, während
auch entsprechende Öffnungen
gebildet werden, die den latenten Bildern 310b, 310c entsprechen,
wobei diese jedoch eine deutlich geringere Tiefe auf Grund der reduzierten
Belichtungsdosiswerte besitzen, die in dem ersten und dem zweiten
Belichtungsschritt verwendet wurden. Wie beispielsweise in 3d gezeigt
ist, kann eine entsprechende Öffnung 310b zwischen
benachbarten Öffnungen 310a gebildet
sein. Ferner ist eine entsprechende Maskenschicht 305 zwischen
der zu strukturierenden Materialschicht 302 und der Lackschicht 310 vorgesehen,
wie dies auch mit Bezug zu der Maskenschicht 205 beschrieben
ist.
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Somit
kann nach dem Strukturieren der Lackschicht 310 entsprechend
einem geeigneten Entwicklungsprozess zum Definieren der Öffnung 310 ein
nachfolgender Ätzprozess
so ausgeführt werden,
dass die Öffnung 310a in
die Maskenschicht 305 übertragen
wird, die dann als eine Ätzmaske
dienen kann, um damit die jeweiligen Öffnungen 302a zu erhalten,
die sich bis zu den Kontaktbereichen 342 erstrecken, die
dann mit einem geeigneten leitenden Material gefüllt werden können.
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Es
gilt also: Der hierin offenbart Gegenstand stellt eine verbesserte
Technik bereit, um Lackstrukturelemente mit ähnlichen lateralen Abmessungen
in zwei orthogonalen lateralen Richtungen auf Grundlage einer Doppelbelichtungssequenz
zu bilden, wobei in einer der lateralen Richtungen eine deutlich
größere Entwurfsabmessung
eingesetzt wird. Durch geeignetes Überlagern der jeweiligen latenten
Bilder, die durch die zwei Belichtungsschritte geschaffen werden,
wird ein zweifach belichteter Schnittbereich oder gemeinsamer Bereich
gebildet, der deutlich geringere Abmessungen aufweist, die aber
durch weniger kritische Prozessparameter im Vergleich zu einem entsprechenden
Einzelschrittbelichtungsprozess definiert sind. In anschaulichen
Ausführungsformen werden
linienartige Elemente mit einer kritischen Abmessung in der Breitenrichtung
auf Grundlage weniger kritischer Prozessparameter und einer deutlich reduzierten
Belichtungsdosis im Vergleich zu einem Einzelbe lichtungsschritt
eingesetzt, um eine Kontaktöffnung
oder Kontaktdurchführungsöffnung zu
bilden, wodurch erhöhte
Prozessflexibilität
und eine geringere Fehlerrate des entsprechenden Belichtungsprozesses
insbesondere in modernsten Halbleiterbauelementen erreicht wird,
in denen Kontakte und Kontaktdurchführungen mit lateralen Abmessungen von
100 nm und deutlich weniger erforderlich sind. Des weiteren kann
das Konzept der Doppelbelichtung auf Grundlage weniger kritischer
länglicher Strukturelemente
vorteilhaft auch auf weniger kritische Bauteilebenen angewendet
werden, wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, weniger moderne Lithographieanlagen einzusetzen
und damit die Gesamtproduktionskosten deutlich zu verringern.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist dies
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.