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Verfahren
zum Herstellen einer Struktur auf oder in einem Substrat, Abbildungsschicht
zum Erzeugen sublithographischer Strukturen, Verfahren zum Invertieren
eines sublithographischen Musters, durch Herstellung einer Struktur
erhältliche
Einrichtung Bei der Herstellung von Einrichtungen, zum Beispiel
Halbleiterbauelementen, müssen
kleine Strukturen in oder auf einem Substrat hergestellt werden.
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1, 1A zeigen
den Ausgangspunkt für
eine erste Ausführungsform;
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2, 2A zeigen
das Ergebnis des ersten Prozess-Schritts
der ersten Ausführungsform;
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3, 3A zeigen
das Ergebnis des zweiten Prozess-Schritts
der ersten Ausführungsform;
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4, 4A zeigen
das Ergebnis des dritten Prozess-Schritts
der ersten Ausführungsform;
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5, 5A zeigen
das Ergebnis des vierten Prozess-Schritts
der ersten Ausführungsform;
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6, 6A zeigen
das Ergebnis des fünften
Prozess-Schritts
der ersten Ausführungsform;
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7, 7A zeigen
das Ergebnis des ersten Prozess-Schritts
der zweiten Ausführungsform;
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8, 8A zeigen
das Ergebnis des zweiten Prozess-Schritts
der zweiten Ausführungsform;
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9, 9A zeigen
das Ergebnis des dritten Prozess-Schritts
der zweiten Ausführungsform;
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10, 10A zeigen das Ergebnis des vierten Prozess-Schritts der zweiten
Ausführungsform;
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11, 11A zeigen das Ergebnis des fünften Prozess-Schritts der zweiten
Ausführungsform;
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12, 12A zeigen den Ausgangspunkt für eine dritte Ausführungsform;
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13, 13A zeigen das Ergebnis des ersten Prozess-Schritts der dritten
Ausführungsform;
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14, 14A zeigen das Ergebnis des zweiten Prozess-Schritts der dritten
Ausführungsform;
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15, 15A zeigen das Ergebnis des dritten Prozess-Schritts der dritten
Ausführungsform;
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16, 16A zeigen das Ergebnis des vierten Prozess-Schritts der dritten
Ausführungsform;
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17, 17A zeigen das Ergebnis des fünften Prozess-Schritts der dritten
Ausführungsform;
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18, 18A zeigen den Ausgangspunkt für eine vierte Ausführungsform;
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19, 19A zeigen das Ergebnis der Bearbeitung der Struktur
nach 18, 18A.
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20 zeigt
eine Draufsicht auf einen Teil einer ersten Maske für eine fünfte Ausführungsform;
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21 zeigt
eine Draufsicht auf einen Teil einer zweiten Maske für die fünfte Ausführungsform;
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22 zeigt
eine Draufsicht auf den kombinierten Effekt der beiden Masken der
fünften
Ausführungsform;
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23 zeigt
das Ergebnis auf dem Wafer für die
fünfte
Ausführungsform;
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24 zeigt
eine Draufsicht auf einen Teil einer ersten Maske für eine sechste
Ausführungsform;
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25 zeigt
eine Draufsicht eines Teils einer zweiten Maske der sechsten Ausführungsform;
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26 zeigt
eine Draufsicht des kombinierten Effekts der beiden Masken der sechsten
Ausführungsform;
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27 zeigt
eine Draufsicht eines Waferergebnisses für die sechste Ausführungsform;
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28 bis 36 zeigen
verschiedene Prozess-Schritte für
eine siebte Ausführungsform;
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37 bis 46 zeigen
verschiedene Prozess-Schritte für
eine achte Ausführungsform;
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47 einen
Querschnitt einer Struktur, die der ersten Ausführungsform einer Teilungsfragmentierungstechnik
unterworfen werden soll;
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48 einen
Querschnitt nach dem ersten Prozess-Schritt der ersten Ausführungsform
der Teilungsfragmentierungstechnik nach 47;
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49 einen
Querschnitt einer Struktur, die der dritten Ausführungsform einer Teilungsfragmentierungstechnik
unterworfen werden soll;
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50 einen
Querschnitt nach dem ersten Prozess-Schritt der dritten Ausführungsform
der Teilungsfragmentierungstechnik nach 49;
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51 einen
Querschnitt nach dem zweiten Prozess-Schritt der dritten Ausführungsform
der Teilungsfragmentierungstechnik;
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52 einen
Querschnitt einer Struktur, die der dritten Ausführungsform einer Teilungsfragmentierungstechnik
unterworfen werden soll;
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53 einen
Querschnitt nach dem ersten Prozess-Schritt der dritten Ausführungsform
der Teilungsfragmentierungstechnik nach 52;
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54 einen
Querschnitt nach dem dritten Prozess-Schritt der dritten Ausführungsform
der Teilungsfragmentierung;
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55 einen
Querschnitt nach dem dritten Prozess-Schritt der dritten Ausführungsform
der Teilungsfragmentierung.
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Nachfolgend
werden verschiedene Ausführungsformen
beispielhaft beschrieben. Der Fachmann versteht, dass diese Ausführungsformen
bereitgestellt sind, um Beispiele zu geben, und nicht als Begrenzungen
für den
Schutzbereich der Erfindung verstanden werden sollten.
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Die
in 1 bis 6 gezeigte erste Ausführungsform
ist ein Speicherchip, insbesondere ein DRAM-Speicherchip. Links
von 1 bis 6A ist das Arraygebiet, hier
als 3000 bezeichnet, gezeigt. Rechts von 1 bis 6A ist
das Unterstützungsgebiet,
hier als 3001 bezeichnet, gezeigt.
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Ein
DRAM-Speicherchip ist lediglich ein Beispiel für ein Halbleiterbauelement,
das mit einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen hergestellt werden
kann. Andere Halbleiterbauelemente könnten ein optoelektronisches
Bauelement, eine analoge Schaltung und/oder eine digitale Schaltung,
eine mikroelektromechanische Einrichtung (MEMS-microelectromechanical device), ein
Mikroprozessor, ein Biochip oder ein anderer Speicherchip wie etwa
ein Flash-Speicherchip sein.
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Die 1 bis 12 zeigen
schematisch Querschnitte von verschiedenen Stadien bei der Herstellung
von Strukturen unter Verwendung von beispielsweise Abstandshaltertechniken
oder Teilungsfragmentierungstechniken. Ein gezeigter Prozess-Schritt
kann mehr als einen Teilschritt umfassen, wie unten beschrieben
wird.
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Die 1A bis 12A zeigen schematisch Draufsichten verschiedener
Stadien entsprechend 1 bis 12.
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Später werden
einige Beispiele für
prinzipiell bekannte Abstandshaltertechniken angegeben. Diese Beispiele
werden geliefert, doch sind auch andere Ausführungsformen machbar, und dass
sublithographische Strukturen, Abstandshalterstrukturen, Abstandshaltertechniken
oder Teilungsfragmentierungstechniken lediglich Beispiele sind.
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In 1 ist
ein Querschnitt durch ein Substrat 10 angegeben, auf dem
Abstandshalter 30 positioniert sind. Eine Abstandshalterstruktur 30 ist
ein Beispiel einer Seitenwandstruktur, d. h. einer an einer Seitenwand
einer Trägerstruktur
positionierte Struktur. Bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
befinden sich die Seitenwandstrukturen 30 auf beiden Seiten
einer Trägerstruktur 20.
Der Fachmann erkennt, dass die Abstandhalterstruktur 30 hier
auf unterschiedliche Weise angefertigt werden kann, d. h. nicht
durch eine der unten beschriebenen Abstandshaltertechniken.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst das Substrat 10 eine
Hartmaskenschicht 11 und mehrere Schichten 12, 13, 14 auf
der Hartmaskenschicht 11. Diese Konfiguration ist gewählt, um die
Ausführungsform
zu zeigen, doch versteht der Fachmann, dass andere Konfigurationen
möglich sind.
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Die
in 11 gezeigte Hartmaskenschicht 11 ist
eine Kohlenstoffhartmaske.
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Über der
Hartmaskenschicht 11 ist eine aus Siliziumoxynitrid (z.
B. SiON) hergestellte zweite Schicht 12 positioniert.
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Über der
zweiten Schicht 12 ist eine aus Polysilizium hergestellte
dritte Schicht 13 positioniert.
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Über der
dritten Schicht 13 ist eine aus Siliziumoxynitrid (z. B.
SiON) hergestellte vierte Schicht 14 positioniert.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
wird die Struktur von 1 verwendet. Bei dieser Ausführungsform
ist die Hartmaskenschicht 11 eine Kohlenstoffhartmaske,
die eine Dicke von über 100,
insbesondere mehr 150 nm aufweisen kann.
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Über der
Hartmaskenschicht 11 ist eine zweite Schicht 12 positioniert,
die aus Siliziumoxynitrid (z. B. SiON) hergestellt sein kann. Die
zweite Schicht 12 kann eine Dicke von 5 bis 50 nm oder
eine Dicke von 10 bis 30 nm aufweisen. Eine mögliche Ausführungsform könnte 25
nm aufweisen.
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Über der
zweiten Schicht 12 ist eine aus Polysilizium hergestellte
dritte Schicht 13 positioniert. Die dritte Schicht 13 weist
eine Dicke von 25 nm auf. Andere Alternativen können eine Dicke von 5 bis 50 nm
aufweisen.
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Über der
dritten Schicht 13 ist eine vierte Schicht 14 positioniert,
die aus Siliziumoxynitrid (z. B. SiON) hergestellt sein kann. Die
vierte Schicht 14 kann eine Dicke von 5 bis 50 nm aufweisen.
Eine weitere Ausführungsform
könnte
eine Dicke von 10 bis 40 nm aufweisen. Eine weitere Ausführungsform kann
eine Dicke von 25 nm aufweisen.
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Bei
alternativen Ausführungsformen
kann das Substrat 10 mehr oder weniger Schichten oder aus
verschiedenen Materialien hergestellte Schichten umfassen. Die Abmessungen,
insbesondere Dicke der Schichten sind lediglich als Beispiele angegeben.
Die Schichten können
andere Dicken aufweisen, und die Schichten können unterschiedliche Dicken
relativ zueinander aufweisen. Die oben beschriebenen Ausführungsformen
sind lediglich Beispiele, andere Abmessungen sind ebenfalls möglich.
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Ein
Beispiel mit einer anderen Schichtstruktur, d. h. ohne eine Hartmaskenschicht
wird unten weiter beschrieben.
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Hier
ist ein Stapel aus Schichten 11, 12, 13, 14 als
ein Substrat 10 beschrieben. In alternativen Ausführungsformen
jedoch kann das Substrat einen Siliziumwafer, einen Germaniumwafer
oder einen Wafer aus III-V-Material umfassen. Insbesondere können mehr
Schichten (hier nicht gezeigt) unter der ersten Schicht 11 liegen,
die strukturiert wird (siehe 6).
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Bei
der ersten Ausführungsform
sind zwei lineare Strukturen 20 positioniert. Die Strukturen 20 können aus
beliebigem Material oder aus einer beliebigen Materialkombination
hergestellt sein, insbesondere aber nicht beschränkt auf Kohlenstoff, Silizium,
Nitrid, Al2O3 und/oder
Lack. Wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind die Materialien lediglich
als Beispiele angegeben, d. h. Ausführungsformen mit anderen Spezifikationen
sind möglich.
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Bei
einer Variation dieser ersten Ausführungsform die erste Ausführungsform
sind zwei lineare Strukturen 20 positioniert, die eine
Höhe zwischen
15 und 150 nm aufweisen können.
Die Strukturen 20 können
aus beliebigem Material oder aus einer beliebigen Materialkombination
hergestellt sein, insbesondere aber nicht beschränkt auf Kohlenstoff, Silizium,
Nitrid, Al2O3 und/oder
Lack. Wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind die Materialien
und Abmessungen lediglich als Beispiele angegeben, d. h. Ausführungsformen
mit anderen Spezifikationen sind möglich.
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Hier
sind die Strukturen 20 lineare Siliziumstrukturen, die
als Trägerstrukturen
für Abstandshalterstrukturen 30 verwendet
werden. Bei alternativen Ausführungsformen
können
die Strukturen 20 aus unterschiedlichen Materialien hergestellt
sein und können
komplexe Strukturen aufweisen, z. B. können die Strukturen 20 Schichtsysteme
aus linearen Strukturen oder lineare Strukturen mit einer variierenden Breite
sein.
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Beide
Seitenwände
der Strukturen 20 sind mit sublithographischen Abstandshalterstrukturen 30 ausgekleidet.
Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind die Materialien
lediglich als Beispiele angegeben, d. h. Ausführungsformen mit anderen Spezifikationen
sind möglich.
Insbesondere ist es möglich,
dass die Abstandshalterstrukturen 30 nicht sublithographisch
sind.
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Bei
einer zusätzlichen
Ausführungsform
können
die Strukturen 20 eine Breite zwischen 5 und 50 nm aufweisen,
z. B. 36 nm.
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Die
Abstandshalterstrukturen 30 können über die unten in 47 bis 55 beschriebenen Abstandshaltertechniken
hergestellt werden. Unter Verwendung dieser Techniken können kleine
Strukturen hergestellt werden, die in Teilungen unter der effektiven
Auflösung
des verwendeten Lithographieprozesses angeordnet sind, im folgenden
als "sublithographisch" bezeichnet.
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In 1A ist
ersichtlich, dass die lineare Struktur 20 auf allen vier
Seiten von der Abstandshalterstruktur 30 ausgekleidet ist.
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Das
Substrat 10, die Strukturen 20 und der Abstandshalter 30 werden
als der Ausgangspunkt für die
folgende Beschreibung verwendet.
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In 2, 2A ist
die Situation nach dem ersten Prozess-Schritt gezeigt. In dem ersten
Prozess-Schritt ist die lineare Siliziumstruktur 20 durch einen Ätzprozess
selektiv zu dem Material des Abstandshalters 30 und der
vierten Schicht 14 unter der Abstandshalterstruktur entfernt.
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In 3, 3A ist
die Situation nach dem zweiten Prozess-Schritt dargestellt. Der
zweite Prozess-Schritt umfasst bei dieser Ausführungsform das Transferätzen in
die vierte Schicht 14, hier eine Schicht aus Siliziumoxynitrid
(z. B. SiON). Danach werden die Abstandshalterstrukturen 20 weggeätzt und
das Substrat 10 wird einer Teilchenbestrahlung 40 unterzogen.
Hier umfasst die Teilchenbestrahlung 40 eine Ionenimplantierung
mit Bor. Eine weitere mögliche
Ionenimplantierung könnte
Phosphor verwenden. Alternativ können
andere Teilchen wie etwa Atome oder geladene Teilchen wie Ionen
(z. B. Inertgasatome wie Helium, Argon, Xenon und/oder Stickstoff)
oder Elektronen verwendet werden.
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Eine
Ausführungsform
mit weniger Schichten und keiner Transferätzung vor einer Implantierung
wird unten beschrieben.
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Die
Teilchenbestrahlung 40 führt zu einem latenten Bild 50 in
der dritten Schicht 13, die nachfolgend als Bildschicht 13 bezeichnet
wird. Das latente Bild 50 kann bedeuten, dass die Materialstruktur
in bestrahlten Gebieten der Bildschicht 13 von der Materialstruktur
der Bildschicht 13 in den nicht-bestrahlten Gebieten verschieden
ist. Bei der dargestellten Ausführungsform
bedecken die verbleibenden Teile der vierten Schicht 14 bestimmte
Bereiche der Bildschicht 13, so dass die Teilchenbestrahlung 40 nicht in
die Bildschicht 13 reichen kann.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
wird das latente Bild 50 durch eine aus der Abstandshalterstruktur 30 erzeugte
Struktur hergestellt. Das latente Bild 50 ist die Umkehrung
der Abstandshalterstruktur 30.
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Alternativ
werden die Abstandshalter 30 nicht weggeätzt und
werden verwendet, um bestimmte Gebiete der Bildschicht 13 gegenüber der Teilchenbestrahlung 40 abzudecken.
In diesem Fall würde
keine vierte Schicht 14 vorliegen, und das latente Bild 50 würde durch
die Abstandshalterstruktur 20 selbst strukturiert werden.
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Der
Fachmann erkennt, dass die beiden Alternativen in Kombination in
verschiedenen Gebieten des Substrats 10 verwendet werden
können.
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In 4, 4A ist
die Situation nach dem dritten Prozess-Schritt gezeigt. Wieder umfasst
dieser Prozess-Schritt
Teilschritte. Eine subtraktive Schnittmaske 60 wird als
eine Lackmaske auf dem Substrat 10 abgeschieden. Die Schnittmaske 60 wird auch
zum Strukturieren der Stütze
auf additive Weise verwendet. Das folgende öffnen der Schicht 13 erfolgt
mit einem RIE-Ätzprozess,
der das Silizium in bestimmten Gebieten ätzt.
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In 5, 5A ist
die Situation nach dem vierten Prozess-Schritt gezeigt. Hier ist
die Lackschnittmaske 60 abgelöst worden. Nach dem Ablösen werden
die unbestrahlten Teile der Bildschicht 13 durch einen Ätzprozess
entfernt (d. h. hier das Polysilizium in der Bildschicht 13).
Der hier verwendete Ätzprozeß ist gegenüber den
bestrahlten Teilen selektiv. Mögliche
Nassätzprozesse
könnten
NH4OH und/oder KOH verwenden, da undotiertes
Poly selektiv gegenüber
dotiertem Poly geätzt
werden kann.
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Wie
aus 5, 5A ersichtlich ist, bleiben
Bereiche des latenten Bilds 50 der Bildschicht 13 auf
der zweiten Schicht zurück.
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Bei
anderen Ausführungsformen
könnte
ein ähnlicher
Prozessfluss zu einer Struktur führen,
bei der der implantierte Bereich zumindest teilweise durch einen Ätzprozeß entfernt
wird. Ein Beispiel kann z. B. eine kristalline Al2O3-Schicht sein, die durch die Bestrahlung
amorph gemacht werden kann. Danach kann sie durch eine Nassätzchemie wie
etwa SC1 oder Piranha entfernt werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
kann eine nitrierte Oberfläche
durch einen Implantierungsprozess beschädigt werden. Eine folgende
Oxidierung wird in den unbeschädigten
Bereichen verzögert,
doch kann Oxid durch Oxidation in den beschädigten Bereichen aufgewachsen
werden. Danach kann eine Polysiliziumschicht durch anisotropes Ätzen gegenüber der
Oxidmaske entfernt werden.
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In 6, 6A ist
die Situation nach dem fünften
Prozess-Schritt gezeigt. Hier sind das Siliziumoxynitridmaterial
(z. B. SiON) der zweiten Schicht 12 und der Hartmaskenschicht
darunter unter Verwendung der Bildschicht 13 als Maske
geätzt.
Das Muster kann in die Gebiete darunter transferiert werden, hier
nicht dargestellt. Es wird angemerkt, dass die strukturierte Schicht 13 bei
der gezeigten Ausführungsform
zum Strukturieren lediglich der Schicht unter der Schicht 13 verwendet
werden kann.
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In
Verbindung mit dieser Ausführungsform wurde
eine Sequenz von Bearbeitungsschritten beschrieben. Die Sequenz
kann bei der Herstellung eines Produkts wiederholt werden.
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Die
zweite Ausführungsform
ist eine Variation der ersten Ausführungsform. Die ersten Prozess-Schritte
sind die gleichen wie die in 1, 2, 1A und 2A gezeigten.
Die Struktur in 2, 2A bildet
die Basis für
die weitere Bearbeitung gemäß der zweiten
Ausführungsform.
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In 7, 7A ist
die Situation nach dem ersten Prozess-Schritt der zweiten Ausführungsform dargestellt.
Dies umfasst das Transferätzen
in die vierte Schicht 14, hier eine Siliziumoxynitridschicht (z.
B. SiON). Danach werden die Abstandshalterstrukturen 20 weggeätzt. Dann
wird eine fakultative Nitrierung z. B. durch eine Plasmanitrierung
auf die ganze Struktur angewendet. Danach wird das Substrat 10 einer
Teilchenbestrahlung 40 unterzogen. Hier umfasst die Teilchenbestrahlung 40 eine
Ionenimplantierung mit Bor. Eine weitere mögliche Ionenimplantierung könnte Phosphor,
Arsen, Sauerstoff oder Stickstoff verwenden. Alternativ können andere
Teilchen wie etwa Atome (z. B. Inertgasatome wie Helium, Argon,
Xenon) oder Elektronen verwendet werden.
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Die
Teilchenbestrahlung 40 führt zu einem latenten Bild 50 in
der dritten Schicht 13, die nun als Bildschicht 13 bezeichnet
wird. Das latente Bild 50 kann bedeuten, dass die Materialstruktur
in bestrahlten Gebieten der Bildschicht 13 von der Materialstruktur
der Bildschicht 13 in den nicht-bestrahlten Gebieten verschieden
ist. Bei der dargestellten Ausführungsform
bedecken die verbleibenden Teile der vierten Schicht 14 bestimmte
Bereiche der Bildschicht 13, so dass die Teilchenbestrahlung 40 nicht in
die Bildschicht 13 reichen kann.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
wird das latente Bild 50 durch eine aus der Abstandshalterstruktur 30 erzeugte
Struktur hergestellt.
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Alternativ
werden die Abstandshalter 30 nicht weggeätzt und
werden verwendet, um bestimmte Gebiete der Bildschicht 13 gegenüber der Teilchenbestrahlung 40 abzudecken.
Das latente Bild 50 würde
durch die Abstandshalterstruktur 20 direkt strukturiert
worden sein.
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Der
Fachmann erkennt, dass die beiden Alternativen in Kombination in
verschiedenen Gebieten des Substrats 10 verwendet werden
können.
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In 8, 8A wird
die Struktur einem Oxidationsprozess-Schritt (Oxidschicht 15)
unterzogen, auf den eine fakultative Nitridablösung folgt. Die Oxidation kann
entweder durch die implantierten Dotierstoffe verstärkt oder
von dem beschädigten
Nitrid nicht gestoppt werden.
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Die
Gebiete des latenten Bilds in der Bildschicht 13 sind durch
Oxid ersetzt worden.
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In 9, 9A ist
die Situation nach der Oxidation und dem Strukturieren einer Lackschnittmaske 60 gezeigt.
Dies ist eine ähnliche
Situation wie die in 4 oben gezeigte, d. h., eine
Schnittmaskenstützstrukturen
und eine Nasspolyätzung
werden durchgeführt.
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In 10, 10A ist die Struktur mit dem entfernten undotierten
Polysilizium in der ersten Schicht 11 gezeigt. Die Oxidschicht
auf dem Stapel kann nun zum Strukturieren des Substrats 10 darunter
verwendet werden. Deshalb ist 11 analog
zu 6 oben.
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Der
Ausgangspunkt der dritten Ausführungsform
ist identisch mit der ersten Ausführungsform gewählt. Deshalb
gilt die Beschreibung von 1, 1A auf
analoge Weise für 12, 12A.
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Das
gleiche gilt für 13, 13A, die das Substrat 10 von 2, 2A zeigt.
Wie in 2, 2A ist die Trägerstruktur 20 für die Abstandshalterstrukturen 30 entfernt
worden. Jetzt werden die Abstandshalterstrukturen 30 als
eine Maske für
die dritte Schicht 13 verwendet.
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In 14, 14A ist die Situation nach einem Entfernen der
Abstandshalter 30 und einem nachfolgenden Strukturieren
der vierten Schicht 14 gezeigt.
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In 15, 15A ist die Situation nach dem zweiten Prozess-Schritt
gezeigt, der verschiedene Teilschritte umfasst. Zuerst wird eine
Lackschnittmaske 60 auf dem Substrat 10 angebracht. Diese
Schnittmaske 60 wird dann zum Definieren des Bereichs außerhalb
des Arrays, zum Beispiel der Stütze,
verwendet. Danach wird eine Teilchenbestrahlung, hier wieder eine
Borionenimplantierung 40, verwendet. Die Schnittmaske 60 und
die Abstandshalterstruktur 30 schirmen beide bestimmte Teile
der dritten Schicht 13, der Bildschicht gegenüber Borimplantierung
ab. Die Borimplantierung 40 erzeugt ein latentes Bild 50 in
der Bildschicht 13.
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In 16, 16A sind die Schnittmaske 60 und die
Abstandshalterstrukturen 30 durch Ätzen entfernt worden. Danach
werden die unbestrahlten (hier die nicht implantierten) Gebiete
der Bildschicht 13 selektiv gegenüber den bestrahlten (hier den
implantierten) Gebieten der Bildschicht 13 geätzt, indem eine
alkalische Chemie, zum Beispiel eine NH4OH- und/oder
KOH-Chemie, verwendet wird.
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17, 17A sind analog zu 6, 6A,
so dass die jeweilige Beschreibung gilt.
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Die
vierte Ausführungsform
ist eine Variation der dritten Ausführungsform in dem Ausmaß, dass sie
die Struktur wie in 14 gezeigt als Ausgangspunkt
verwendet, aber einen ähnlichen
Prozess wie in Ausführungsform
2.
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In 15 wird
ein Lack mit einer Schnittmaske aufgebracht. Eine Teilchenbestrahlung
wird durchgeführt.
Nachdem der Lack 60 abgelöst ist, kann fakultativ eine
Oxidation durchgeführt
und die Maske 14 entfernt werden.
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Das
latente Bild in der Schicht 13 wird entwickelt, zum Beispiel
durch Ätzen
undotierten Polysiliziums mit KOH oder NH4OH
oder durch Ätzen
von Polysilizium gegenüber
der Oxidmaske, wie in der ersten oder zweiten Ausführungsform
beschrieben. In 17 kann das Bild in der Schicht 13 auf
die Schichten darunter transferiert werden. Das Ergebnis ist in 17, 17A gezeigt.
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Im
Vergleich zur Ausführungsform
2 kann der Stützbereich
durch die Umkehrung des Musters der Schnittmaske 60 definiert
werden, indem die Schnittmaske 60 direkt für die Implantierung
verwendet wird, d. h., die nitrierte Oberfläche in offenen Bereichen wird
durch die Implantierung beschädigt.
Die Oxidierung ändert
diese Bereiche zu einer Maske für
das folgende Ätzen
von Poly.
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In 20 bis 23 sind
Draufsichten unterschiedlicher Stadien bei der Bearbeitung eines Substrats
gezeigt, die die Verwendung von nur zwei Masken zum Herstellen von
z. B. relevanten Bereichen bei der Chipherstellung hervorheben.
Die 20 bis 23 beziehen
sich auf die oben beschriebene erste und zweite Ausführungsform;
deshalb wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen.
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In 20 auf
der linken Seite im Gebiet 2001 ist ein Clip aus einem
regelmäßigen Gebiet ähnlicher Strukturen
gezeigt. Die Strukturen umfassen Landepads. Solche Arrays liegen
zum Beispiel in Speicherchips vor. Zusätzlich zu dem Array ist ein
Gebiet 2002 mit logikartigen Strukturen mit einer hohen
Leitungs-Raum-Dichte,
hier als eine Kernschaltung bezeichnet, gezeigt. Dieses umfasst
unregelmäßige Strukturen
in einem unregelmäßigen Muster.
Neben der Kernschaltung 2002 sind logikartige Muster mit gelockerten
Leitungs-/Raum-Strukturen
im Gebiet 2003 gezeigt. Wie noch verständlich wird, eignen sich die
hier beschriebenen Ausführungsformen
für die
Herstellung unterschiedlicher Einrichtungen, wie etwa jenen z. B.
einem Speicherchip.
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Bei
einem ersten Lithographieschritt werden unter Verwendung einer ersten
Maske Strukturen 2010 entsprechend den Trägern in 1 hergestellt (siehe 20).
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In 21 ist
die Gestalt einer Schnittmaske 2020 (d. h. einer zweiten
Maske nach der ersten Maske zum Herstellen des Trägers) gezeigt.
Das Array ist vollständig
bedeckt. In dem Kernschaltungsbereich können kleine Lochstrukturen
in der Maske vorliegen. Diese Maske entspricht z. B. dem Lack 60 in 4.
In der Peripherie sind große
Leitungs-/Raum-Muster gezeigt.
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In 22 ist
der kombinierte Effekt der ersten Maske und der zweiten Maske entsprechend 4 gezeigt.
Die Strukturen 2010 sind mit Abstandshaltern 2030,
wie unten ausführlicher
beschrieben wird, durch eine Teilungsfragmentierungstechnik ausgekleidet
worden. In 23 ist das Ergebnis auf dem
Wafer entsprechend 5 oder 6 gezeigt.
Dies zeigt, dass alle Strukturen durch lediglich zwei Masken hergestellt
werden können.
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24 bis 27 sind
analog zu 20 bis 23, nur
dass bei dieser Ausführungsform
eine negative Maske verwendet wird und der Prozess der vierten Ausführungsform
entspricht. Dies ergibt sich bei der Verwendung der Schnittmaske
in 25, die die Umkehrung der in 21 gezeigten
Maske ist.
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Für einen
Fachmann ist es offensichtlich, dass die Beschreibung der Ausführungsformen
beispielhaft ist, d. h. alle im Kontext der ersten Ausführungsform
beschriebenen Alternativen könnten
auch auf andere Ausführungsformen
angewendet werden.
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Die
hier auf beispielhafte Weise gezeigten Ausführungsformen verwenden zwei
Masken. Eine Maske zum Herstellen der als Träger für die Abstandshalterstrukturen 30 verwendeten
Strukturen 20. Die zweite Maske wird für den subtraktiven Schnittprozess
und die additive Stützlithographie
verwendet. In diesem Fall kann die zweite Lithographie auf einer
flachen Hartmaske arbeiten, d. h. einer Oberfläche ohne Topographie unter
Verwendung des als ein latentes Bild 50 in der Hartmaske
gespeicherten ersten Musters.
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Eine
siebte Ausführungsform
ist in 28 bis 36 beschrieben,
bei denen weniger Schichten als in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
verwendet werden. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen sind die bei der
Beschreibung der Ausführungformen
verwendeten Materialien beispielhaft.
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Bei
dieser Ausführungsform
sind zwei Schichten 21, 22 auf einem gewissen
anderen Substrat (hier nicht dargestellt) positioniert, das zum
Beispiel eine Kohlenstoffhartmaske oder irgendein anderer strukturierter
Schichthaufen oder Wafer sein kann. Bei der in 28 gezeigten
Ausführungsform weist
eine erste Schicht 21 aus zum Beispiel Siliziumoxynitrid
darauf eine aus zum Beispiel Polysilizium hergestellte zweite Schicht 22 auf.
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Bei
dem nächsten
Prozess-Schritt (29) ist eine Trägerstruktur 23 (z.
B. Lack, zweischichtiger Lack, mehrschichtiger Lack, Kohlenstoffhartmaske) auf
der zweiten Schicht 22 positioniert.
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Bei
dem nächsten
Prozess-Schritt (30) ist eine (z. B. aus SiO2 hergestellte) Abstandshalterschicht 24 auf
der zweiten Schicht 22 und der Trägerstruktur 23 abgeschieden.
Das SiO2 kann unter Verwendung eines Niedrigtemperaturprozesses
abgeschieden werden.
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Bei
dem nächsten
Prozess-Schritt (31) werden die horizontalen
Teile der SiO2-Schicht 24 so geätzt, dass
die Trägerstruktur 23 zur
Oberfläche freiliegt.
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Bei
dem folgenden Prozess-Schritt (32) wird
die Trägerstruktur 23 durch
einen Ätzprozeß entfernt,
so dass die im wesentlichen vertikalen Abstandshalterstrukturen
von der Abstandshalterschicht 24 zurückbleiben.
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Eine
Bestrahlung 40 (33) mit
einer Teilchenimplantierung in diesem Beispiel modifiziert den oberen
Abschnitt des Substrats, der von den Abstandshalterstrukturen 24 nicht
bedeckt ist. Verschiedene Ausführungsformen
für die
Strahlung sind oben beschrieben worden. Es wird auf die jeweilige
Beschreibung Bezug genommen. Wie in den oben beschriebenen Beispielen
umfasst die zweite Schicht 22 Gebiete, die unter den Abstandshalterstrukturen 24 nicht
implantiert sind, und Gebiete, die implantiert sind, d. h. Gebiete,
die nicht mit einer Abstandshalterstruktur 24 bedeckt sind.
Deshalb umfasst die zweite Schicht 22 bei dieser Ausführungsform
eine Bildschicht, da ein latentes Bild 50 unter einer Abstandshalterstruktur 24 darin
ausgebildet ist.
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Nach
der Bestrahlung werden bestimmte Gebiete mit einer Schnittmaske 60 bedeckt,
die dann einer zweiten Maskenlithograpie unterzogen wird (34).
Unter Verwendung der Schnittmaske 60 wird die zweite Schicht 22 zumindest
in Teilen entfernt (35).
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Danach
wird die Schnittmaske 60 abgelöst, und das verbleibende Polysilizium
in den bestrahlten Gebieten wird für z. B. durch Nassätzen entfernt (36),
so dass die strukturierte zweite Schicht 22 als eine Maske
zum Strukturieren der Schicht oder Schichten unter der zweiten Schicht 22 verwendet werden
kann.
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In 37 bis 46 wird
eine achte Ausführungsform
beschrieben, die eine Variation der in 28 bis 36 gezeigten
Ausführungsform
ist.
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Der
Ausgangspunkt sind eine erste Schicht 21, die hier Siliziumoxynitrid
umfasst, und eine Schicht 22, die hier Polysilizium umfasst.
Auf der zweiten Schicht 22 ist eine zusätzliche Schicht 25 positioniert.
Diese zusätzliche
Schicht 25 kann ein Nitrid z. B. durch Nitrierung und/oder
ein Oxid (wie etwa Al2O3)
umfassen.
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Bei
dem nächsten
Prozess-Schritt (38) ist eine Trägerstruktur 23 (z.
B. Lack, zweischichtiger Lack, mehrschichtiger Lack, Kohlenstoffhartmaske) auf
der zweiten Schicht 25 positioniert.
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Bei
dem nächsten
Prozess-Schritt (39) ist eine (hier aus SiO2 hergestellte) Abstandshalterschicht 24 in
auf der zusätzlichen
Schicht 25 und der Trägerstruktur 23 abgeschieden.
Bei einer Ausführungsform
wird das SiO2 unter Verwendung eines Niedrigtemperaturprozesses
abgeschieden.
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Bei
dem nächsten
Prozess-Schritt (40) werden die horizontalen
Teile der SiO2-Schicht 24 so geätzt, dass
die Trägerstruktur 23 freiliegt.
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Bei
dem folgenden Prozess-Schritt (41) wird
die Trägerstruktur 23 durch
einen Ätzprozeß entfernt,
so dass die im wesentlichen vertikalen Abstandshalterstrukturen
von der Abstandshalterschicht 24 zurückbleiben.
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Eine
Bestrahlung 40 (42) mit
einer Teilchenimplantierung in diesem Beispiel modifiziert den oberen
Abschnitt des Substrats, der von den Abstandshalterstrukturen 24 nicht
bedeckt ist. Verschiedene Ausführungsformen
für die
Strahlung sind oben beschrieben worden. Es wird auf die jeweilige
Beschreibung Bezug genommen. Wie in den oben beschriebenen Beispielen
umfasst die zusätzliche Schicht 25 Gebiete,
die unter den Abstandshalterstrukturen 24 nicht implantiert
sind, und Gebiete, die implantiert sind, d. h. Gebiete, die nicht
mit einer Abstandshalterstruktur 24 bedeckt sind. Die zusätzliche
Schicht 25 ist aufgrund der Implantierung 40 beschädigt. Deshalb
umfasst die zusätzliche
Schicht 25 bei dieser Ausführungsform eine Bildschicht,
da darin ein latentes Bild 50 ausgebildet ist.
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Nach
der Bestrahlung werden die Abstandshalterstrukturen 24 abgelöst und die
obere Schicht oxidiert. Der Effekt hier ist, dass die Bestrahlung
oder Implantierung zum Beispiel ein durch Nitrierung aufgewachsenes
Nitrid oder die Oxidschicht 25 beschädigt. Während einer nachfolgenden Oxidation
wird Oxid in den Bereichen der zerstörten Nitrierung aufgewachsen
und in Bereichen mit intakter Nitrierung aufgrund von Verzögerung nicht
aufgewachsen.
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Da
die zusätzliche
Schicht unbestrahlte und bestrahlte Gebiete umfasst, wird die Oxidation
in der oberen Schicht unterschiedlich bewirkt (43).
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Dann
werden bestimmte Gebiete mit einer Schnittmaske 60 bedeckt,
die dann einer zweiten Maskenlithographie unterzogen wird (44).
Unter Verwendung der Schnittmaske 60 wird die zusätzliche
Schicht 25 (d. h. hier der oxidierte Teil) zumindest in
Teilen geätzt
(45).
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Danach
wird die Schnittmaske 60 abgelöst, und das Nitrid wird nass
geätzt
(heiße
Phosphorätzung)
(46), so dass die strukturierte zusätzliche Schicht 25 und
die strukturierte zweite Schicht 22 als eine Maske zum
Strukturieren der Schicht oder der Schichten verwendet werden können.
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Wie
oben erwähnt
können
die Abstandshalterstrukturen 24, 30 durch eine
beliebige Technik wie etwa eine Teilungsfragmentierung mit Abstandshaltern
hergestellt werden. In 47 bis 55 sind Beispiele
für verschiedene
Abstandshaltertechniken angegeben.
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In 47 ist
ein Querschnitt einer allgemeinen Struktur 500 auf einem
Substrat 1000 in einem Halbleiterbauelement gezeigt. An
Hand dieser Struktur 500 wird ein Ausführungsbeispiel einer Teilungsfragmentierungstechnik
demonstriert, d. h. einer Leitungsdurch-Abstandshafter-Technik (oder
einer Muster-durch-Abstandshalter-Technik,
wenn eine komplexere Struktur verwendet wird).
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Die
in 47 gezeigte allgemeine Struktur 500 könnte unter
anderen Möglichkeiten
eine Leitung in einem Speicherchip oder einem Mikroprozessor oder
irgendeiner anderen integrierten Schaltung darstellen. Die Struktur
könnte
auch eine Leitung in einem optoelektronischen Bauelement oder einer
mikroelektromechanischen Einrichtung (MEMS) darstellen. Der Fachmann
erkennt, dass die hier beschriebenen Teilungsfragmentierungstechniken
nicht auf gerade Leitungen beschränkt sind, sondern zum Herstellen
komplexerer Muster verwendet werden können.
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Bei
der Ausführungsform
der Teilungsfragmentierung gemäß 47 ist
die anfängliche
Struktur 101 mit einer Seitenwandstruktur 102 neben
der anfänglichen
Struktur 101 ausgekleidet. Der von der anfänglichen
Struktur 101 bedeckte Bereich des Substrats 1000 ist
mit 100 angegeben, der von der Seitenwandstruktur 102 bedeckte
Bereich sind mit 200 angegeben.
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Der
von der anfänglichen
Struktur 10 und der Seitenwandstruktur 102 nicht
bedeckte Bereich 300 bleibt frei von Material auf seiner
Oberfläche.
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Bei
der zum Beispiel in 47 gezeigten Leitungsdurch-Abstandshalter-Technik
werden der von der anfänglichen
Struktur 101 bedeckte Bereich 100 und der Bereich 300 in
das Substrat 1000 transferiert. Deshalb muss die anfängliche
Struktur 101 zum Beispiel durch einen Ätzprozeß entfernt werden, der selektiv
zu den Seitenwandstrukturen 102 und dem Substrat 1000 ist.
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In 48 wird
gezeigt, dass nur die Seitenwandstrukturen 102 als Abstandshalterstrukturen
zurückbleiben,
da die Abstandshalterstrukturen 102 eine relativ geringe
Breite aufweisen. Eine sublithographische Teilung (d. h. eine Abmessung
einer Teilung, die kleiner ist als die Fähigkeit einer bestimmten Beleuchtungsquelle)
kann aufgrund der Tatsache erzielt werden, dass jede anfängliche
Struktur 101 zwei Seitenwände 102 aufweist,
wodurch die Dichte von Strukturen verdoppelt wird. Wie oben erwähnt sind andere
Abmessungen als sublithographische Teilungen möglich.
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Der
Fachmann versteht, dass das Substrat 1000 kein einzelnes
Material zu sein braucht, sondern dass es strukturierte Schichten
umfassen könnte.
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In 49 ist
eine Variation der Ausführungsform
von 47 gezeigt, bei der zum Transferieren des Bereichs 300 und 100 in
das Substrat 1000 eine Fülltechnik verwendet wird. Bei
dieser Ausführungsform
wird der Bereich 300 von einem gewissen Material gefüllt. Beginnend
mit dem geschichteten Stapel wie in 49 wird
eine Schicht 1001 abgeschieden, die die anfängliche
Struktur 101, die Seitenwandstruktur 102 (d. h.
den Abstandshalter) und den Bereich 300 bedeckt.
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Dieser
Stapel wird dann z. B. durch Ätzen oder
CMP wie in 50 gezeigt ausgenommen. Danach
werden die Abstandshalterstrukturen 102 zum Beispiel durch
selektives Ätzen
der Abstandshalter 102 gegenüber den anfänglichen Strukturen 101 und der
Schicht im Bereich 300 entfernt. Nun können die Leitungen (oder das
Muster), die durch die Abstandshalterstruktur 102 ausgebildet
wurden, in das Substrat 1000 transferiert werden. Diese
Technik transferiert das umgekehrte Muster der Abstandshalter in das
Substrat, d. h., es ist die umgekehrte Teilungsfragmentierungstechnik
von Leitung durch Abstandshalter.
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Dies
ist in 51 gezeigt. Die Abstandshalter 102 werden
durch einen Ätzprozeß entfernt,
so dass Öffnungen 103 erzeugt
werden. Die Rückstände der
Schicht 1001 und der anfänglichen Struktur 101 bilden
eine Maske.
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Eine
weitere Fülltechnik
ist eine Linie-durch-Liner-Füllung (oder
Muster-durch-Liner-Füllung).
In 52 ist eine anfängliche Struktur 101 von
einer ersten Schicht 1001 bedeckt. Die erste Schicht 1001 kleidet
neben anderen Bereichen die Seitenwände der anfänglichen Struktur 101 aus. Deshalb
werden die die Bereiche 1001 bedeckenden Seitenwandstrukturen
durch ein Linermaterial anstatt durch einen Abstandshalter hergestellt.
Bei dieser Ausführungsform
ist keine Abstandshalterätzung
erforderlich.
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Danach
wird der in 52 gezeigte Stapel mit einem
zweiten Liner 1002 bedeckt, wie in 53 gezeigt.
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Danach
wird die zweite Schicht 1002 wie in 54 angedeutet
ausgenommen oder planarisiert. In 55 ist
gezeigt, dass das Linermaterial von der ersten Schicht 1001 dann
z. B. durch ein anisotropes Ätzen
entfernt wird, das selektiv gegenüber dem Material der anfänglichen
Struktur und dem Material des zweiten Liners ist.
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Der
Fachmann erkennt, dass die Teilungsfragmentierungstechniken in einem
Bereich mehr als einmal verwendet werden können, was zu Teilungsfragmentierungen
höherer
Ordnung führt,
d. h., es können
immer kleinere Strukturen hergestellt werden. Zudem ist es möglich, unterschiedliche
Selektivitäten
zwischen Materialien auszunutzen, um Kombinationen aus Gebieten
oder Teilgebieten zum Definieren des in das Substrat zu transferierenden
Musters zu definieren.
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Außerdem erkennt
der Fachmann, dass die Ausführungsformen
der Teilungsfragmentierungstechniken auf vielerlei Weisen modifiziert
werden können
und in verschiedenen Kombinationen und mit allen Arten von Materialien
verwendet werden können.
Die Prinzipien der Teilungsfragmentierungen werden von hier angegebenen
Beispielen nicht erschöpfend
abgedeckt.
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Bei
der vorliegenden Beschreibung unterschiedlicher Ausführungsformen
wurde der Ausdruck "Prozess-Schritt" verwendet. Der Fachmann
erkennt, dass der Ausdruck "Prozess-Schritt" mehr als eine besondere
Bearbeitung umfassen kann, z. B. Ätzen. Wie in der obigen Beschreibung
angedeutet wurde, wurden manchmal mehr als ein Teilschritte zusammen
als ein Prozess-Schritt beschrieben. Zudem ist klar, dass zwischen
zwei Prozess-Schritten andere Prozesse oder Teilschritte angewendet
werden könnten.
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Zudem
sind die verschiedenen Prozess-Schritte in den beschriebenen Ausführungsformen
beispielhaft. Der Fachmann erkennt, dass individuelle Prozess-Schritte
einer Ausführungsform
mit individuellen Prozess-Schritten
von einer anderen Ausführungsform
kombiniert werden können.