DE10207131A1

DE10207131A1 - Verfahren zur Bildung einer Hartmaske in einer Schicht auf einer flachen Scheibe

Info

Publication number: DE10207131A1
Application number: DE10207131A
Authority: DE
Inventors: Dirk Manger; Matthias Goldbach
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2022-02-21
Also published as: US20030157436A1; DE10207131B4; US7005240B2

Abstract

Eine Hartmaske wird gebildet, indem seitlich an auf lithographischem Wege in Projektion erzeugten erhabenen Strukturen (21-24) Spacerstrukturen (41, 42) durch konformes Abscheiden und Rückätzen gebildet werden. Die erhabenen Strukturen zwischen den Spacerstrukturen werden anschließend weggeätzt, so daß die Spacerstrukturen (41, 42) isoliert als sublithographische Strukturen einer Hartmaske mit einer gegenüber der ursprünglich in lithographischer Pojektion erzeugten, verdoppelter Strukturdichte zurückbleiben. In einem regelmäßig angeordneten zweidimensionalen Feld von Strukturen (21-24) in der Hartmaske zur Bildung von Gräben - etwa für Grabenkondensatoren - wird mit dem Verfahren eine Verdoppelung der Strukturdichte in dem Feld erreicht. Ein weiterer Iterationsschritt wird durch Bildung weiterer Spacerstrukturen (51- 54) an den ersten und zweiten Spacerstrukturen (41, 42) gebildet, so daß eine noch höhere Strukturdichteerhöhung in der Hartmaske erreicht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Hartmaske in einer Schicht auf einer flachen Scheibe, insbesondere Halbleiterwafern, Masken oder Flatpanels.
Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen ist es allgemein das Ziel, eine möglichst hohe Zahl von Bauelementen auf einer vorgegebenen Substratfläche zu erreichen. Insbesondere bei der Herstellung von Speicherbausteinen kann durch die Verkürzung von Längen der Leitungsbahnen eine höhere Taktfrequenz und damit ein schnellerer Baustein zur Verfügung gestellt werden. Die Erzeugung kleinerer Strukturen wird heutzutage im wesentlichen mit Mitteln der optischen Lithographie erreicht. Die minimal erreichbare bzw. auflösbare Strukturbreite beträgt

b_min = x × λ/NA,

wobei b_min die minimal auflösbare Strukturbreite, x ein die Lithographietechnik beschreibender Parameter, λ die Wellenlänge des Lichtes für die optische Projektion und NA die numerische Apertur des Projektionssystems sind. Gegenwärtig produzierte integrierte Schaltungen können mit minimal auflösbaren Strukturbreiten von 110 nm hergestellt werden. Um aber beispielsweise zu der 70 nm-Technologiegeneration zu gelangen, ist ein Übergang bei den in den Belichtungsgeräten verwendeten Wellenlängen des Lichtes auf solche Geräte mit λ = 157 nm zu bewerkstelligen. Derartige Belichtungsgeräte befinden sich derzeit allerdings noch in Entwicklung und sind zur Zeit nicht produktiv verfügbar.
Derartige Technologiesprünge sind zumeist mit hohen Kosten verbunden. Der Übergang auf die 157 nm-Belichtungsgeräte erfordert beispielsweise die Verwendung exotischer Linsenmaterialien wie CaF₂, welche gleichermaßen erst noch entwickelt werden müssen. Ein weiteres Problem stellen die mit dem Belichtungsschritt verbundenen Prozesse dar. Eine Abnahme der Belichtungswellenlänge führt auch zu einer notwendigen Einschränkung des für eine Belichtung zulässigen Fokusbereiches. Dieses Erfordernis zieht wiederum die Verwendung noch dünnerer Lacke für die Belichtung nach sich.
Neben den Kosten, die für einen Sprung auf die nächste Technologiegeneration notwendig sind, steigt aber auch der Zeitaufwand für die Durchführung des Technologiesprunges aufgrund der Komplexität der Abhängigkeiten der jeweils verschiedenen Prozeßtechniken zueinander. Zwar ist es möglich, mit Hilfe der der lithographischen Projektion üblicherweise in der herstellungsequenz folgenden Prozeßschritte Strukturgrößen unterhalb der Auflösungsgrenze zu erzeugen - etwa durch Spacer- Abscheidung auf die eine Spalte umgebenden Seitenflächen zur Einschränkung der Spaltengröße - aber eine erzeugbare Strukturdichte, die sich in dem Beispiel aus Spalt- und Linienbreite zusammensetzt, kann dadurch nicht erhöht werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Methode zur Erzeugung hochaufgelöster Strukturen, insbesondere sublithographischer Strukturen, mit gleichzeitig geringem Strukturabstand bei niedrigen Kosten und kurzer Entwicklungszeit zur Verfügung zu stellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bildung einer Hartmaske in einer ersten Schicht auf einer flachen Scheibe, umfassend die Schritte: Abscheidung einer zweiten Schicht auf der ersten Schicht, Bilden wenigstens einer erhabenen ersten Struktur in der zweiten Schicht oberhalb der ersten Schicht mittels eines lithographischen Projektionsschrittes, konformes Abschalten und Rückätzen einer dritten Schicht zur Bildung einer ersten und einer zweiten Spacerstruktur auf je einer Seitenfläche der erhabenen ersten Struktur in der zweiten Schicht, Ätzen der zweiten Schicht selektiv zu der ersten und der dritten Schicht zur Entfernung der ersten Struktur zwischen der ersten und der zweiten Spacerstruktur, Ätzen der ersten Schicht selektiv zu der dritten Schicht, so daß die erste und die zweite Spacerstruktur in die erste Schicht zur Bildung der Hartmaske übertragen werden.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Bildung einer Hartmaske in einer ersten Schicht auf einer flachen Scheibe, umfassend die Schritte: Abscheiden einer vierten Schicht auf der ersten Schicht, Bilden einer Lochstruktur in der vierten Schicht mittels eines lithographischen Projektionsschrittes, konformes Abscheiden und Rückätzen einer dritten Schicht zur Bildung einer ersten und einer zweiten Spacerstruktur auf je einer Seitenfläche der Lochstruktur, Abscheiden und Planarisieren einer zweiten Schicht zur Verfüllung der Lochstruktur, Ätzen der vierten Schicht selektiv zu der ersten, der zweiten und der dritten Schicht zur Bildung einer von der ersten und der zweiten Spacerstruktur an ihren Seitenflächen eingeschlossenen erhabenen ersten Struktur, Ätzen der zweiten Schicht selektiv zu der ersten und der dritten Schicht zur Entfernung der ersten Struktur zwischen der ersten und der zweiten Spacerstruktur, Ätzen der ersten Schicht selektiv zu der dritten Schicht, so daß die erste und die zweite Spacerstruktur in die erste Schicht zur Bildung der Hartmaske übertragen werden.

Der vorliegenden Erfindung zufolge werden zunächst in lithographischen Projektionsschritten Strukturen gebildet, welche naturgemäß eine Strukturbreite oberhalb der Auflösungsgrenze des jeweils verwendeten Projektionsapparates sitzen. Seitlich an diesen Strukturen werden anschließend Spacer gebildet, welche danach durch Entfernen der lithographisch gebildeten Struktur selbst wiederum in Form isoliert stehender Strukturen als Hartmaske dienen können. Die Strukturbreite dieser Spacerstrukturen ist durch die Schichtdicke beim Abscheiden der dritten Schicht gegeben, wobei durch das konforme Abscheiden, etwa in einem CVD, LPCVD oder ALD-Verfahren, insbesondere an den Seitenflächen einer bestehenden erhabenen Struktur die Dicke der Abscheidung parallel zu der Oberfläche des verwendeten Substrates der Scheibe zu messen ist. Da die Dicken abgeschiedener Schichten wenige Nanometer betragen können, ist insbesondere auch die Erzeugung von Strukturbreiten im sublithographischen Bereich, d. h. die Erzeugung von Strukturbreiten unterhalb der minimalen Auflösungsgrenze des Projektionssystems möglich.

Da zudem die Bildung von Spacern auf jeweils einer Seite einer lithographisch gebildeten Linie, also den erhabenen Strukturen oder den Lochstrukturen, erfolgt, wird auf vorteilhafte Weise die Erzeugung von zwei gleichartigen Strukturen (jeweils beide erhaben oder beide als Lochstruktur) in einem Flächenbereich erreicht, welcher auf dem Wege lithographischer Projektion nur eine einzige erzeugte Struktur aufnehmen könnte. Somit wird durch die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik eine Verkleinerung von Strukturen bis in den sublithographischen Bereich in Verbindung mit einer Erhöhung der Strukturdichte auf dem Substrat einer flachen Scheibe erreicht. Da dies außerdem mit Mitteln der einfachen Prozeßtechnik erfolgt, entsteht ein erheblicher Kosten- und Zeitvorteil durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung gegenüber der Entwicklung weiter hochauflösender Belichtungstechniken von flachen Scheiben wie etwa Wafern oder Masken.

Die beiden erfindungsgemäßen Verfahren unterscheiden sich darin, daß in dem ersten Verfahren mit lithographischen Techniken die Spacerstrukturen an den Seitenflächen einer erhabenen Struktur gebildet werden, während im zweiten Verfahren zunächst Lochstrukturen gebildet werden, an deren inneren Seitenflächen die Spacerstrukturen gebildet werden. Zu den erhabenen Strukturen gelangt man allerdings auch im zweiten Verfahren, wenn die mit Spacerstrukturen versehenen Löcher verfüllt und die ursprünglich die Löcher umgebende Schicht entfernt wird. Nach Erreichen dieses Zustandes ist der Ablauf in den beiden Verfahren im wesentlichen identisch.

In einer weiteren Ausgestaltung wird eine fünfte Schicht konform auf der ersten Schicht und den Spacerstrukturen abgeschieden und zurückgeätzt, nachdem die lithographisch erzeugten Strukturen zwischen den nun isoliert stehenden Spacerstrukturen entfernt worden sind. Die erste und die zweite Spacerstruktur wirken nun erneut als Mutterstruktur zur Bildung einer dritten und vierten bzw. fünften und sechsten Spacerstruktur auf je einer Seite der ersten bzw. zweiten Spacerstruktur. Die Spacerstruktur, die sich beispielsweise aus der ersten, dritten und vierten Spacerstruktur zusammensetzt, kann dadurch in ihrer Strukturbreite in diesem Verfahrensschritt variiert werden. Somit wird auf vorteilhafte Weise eine Anpassung des Linien- zu Spaltenverhältnisses in einem dichten periodischen Gitter von Linien möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung wird aus der zusammengesetzten Spacerstruktur die zuerst gebildete Spacerstruktur, d. h. die erste oder zweite Spacerstruktur entfernt. Dieser Schritt entspricht einer weiteren Iteration zur Verdoppelung der Anzahl von Strukturen je vorgegebener Substratfläche. Es sind noch weitere Iterationsschritte möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung setzt sich die erste Schicht im wesentlichen aus Siliziumnitrid, die zweite Schicht im wesentlichen aus SiO₂ und die dritte Schicht im wesentlichen aus Poly-Silizium zusammen. Die Wahl dieser Zuordnungen zu den drei Schichten gewährleistet für die jeweiligen Ätzschritte eine hohe Selektivität und damit eine hohe Qualität der jeweiligen Strukturbildung. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, die Zuordnungen der genannten Bestandteile zu den Schichten zu tauschen. Die Wahl von Siliziumnitrid für die erste Schicht bietet jedoch den besonderen Vorteil, als Ätz- Stop für eine Endpunkterkennung bei isotropem oder anisotropem Atzen zu dienen. Das Rückätzen der Spacerstrukturen erfolgt vorteilhafterweise in einem anisotropen Ätzprozeß.

In einer weiteren Ausgestaltung umfassen die dritte und fünfte Schicht im wesentlichen das gleiche Material mit dem Vorteil, daß die zusammengesetzte Spacerstruktur resistenter bzw. stabiler gegen nachfolgende Ätzschritte ist.

In einer weiteren Ausgestaltung werden die ersten und zweiten bzw. dritten bis sechsten Spacerstrukturen bzw. die aus diesen zusammengesetzten Spacerstrukturen mit einer Strukturbreite erzeugt, die unterhalb der minimalen Auflösungsgrenze des lithographischen Projektionsapparates liegt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den untergeordneten Ansprüchen zu entnehmen.

Um die Erfindung besser zu verstehen, soll diese in Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung einer Hartmaske mit doppelter Strukturdichte,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung einer Hartmaske mit doppelter Strukturdichte mit gleicher Breite von Linien und Spalten,
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung einer Hartmaske mit einer regelmäßigen Anordnung von Löchern zur Strukturierung von Gräben in einem Speicherzellenfeld,
Fig. 4 wie Fig. 3, jedoch ausgehend von Lochstrukturen,
Fig. 5 einen Vergleich der lithographisch erzeugten Lochstrukturen (a) mit den daraus in dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Lochstrukturen der Hartmaske (b).
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Querschnittes durch einen Halbleiterwafer. Auf dem Substrat 5, welches im wesentlichen aus monokristallinem Silizium besteht, befindet sich eine erste Schicht 10, welche im wesentlichen Siliziumnitrid umfaßt. Darauf wird eine zweite Schicht 20 aus Siliziumoxid (SiO₂) abgeschieden. Der so beschichtete Halbleiterwafer wird zur Durchführung eines lithographischen Projektionsschrittes mit einem Resist 30 belackt, welcher in dem Projektionsschritt zur Erzeugung von Strukturen 21 belichtet wird. Die belichteten Teile werden entwickelt und entfernt (Fig. 1a), so daß in einem anschließenden Ätzschritt die belichteten Strukturen in die zweite Schicht 20 übertragen werden (Fig. 1b).
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die Struktur 21 der zweiten Schicht 20 einen Abstand 27 von einer nächstliegenden weiteren erhabenen Struktur 23 der zweiten Schicht 20, welcher gleich dem dreifachen der minimal auflösbaren Strukturbreite des Projektionsapparates ist, d. h. 3F, wobei F = b_min. Die Strukturbreite 28 der Strukturen 21, 23 wird in dem Beispiel mit 1F an der Auflösungsgrenze ausgeführt.
Eine dritte Schicht 40 aus Poly-Silizium wird anschließend auf das Siliziumnitrid und die Strukturen 21, 23 abgeschieden. Durch Rückätzen bis zu einem Ätz-Stop mit Endpunkterkenung auf der Siliziumnitrid-Schicht wird die Schicht 40 auf den Strukturen 21, 23 und dem Siliziumnitrid entfernt, außer an jenen Stellen, an denen sie konform an den Seitenflächen der Strukturen 21, 23 anliegend eine vertikale Ausrichtung besitzt. In dem anisotropen Rückätzschritt wird dieser Bereich als Spacerstruktur 41, 42 zurückgelassen (Fig. 1c).
In einem weiteren Ätzschritt wird das Siliziumoxid der zweiten Schicht 20 selektiv gegenüber dem Siliziumnitrid der ersten Schicht 10 und dem Polysilizium der dritten Schicht 40 zwischen den Spacerstrukturen 41, 42 entfernt. Die Spacerstrukturen 41, 42 liegen nun isoliert auf der ersten Schicht des Siliziumnitrids auf. Die Spacerstrukturen 41, 42 besitzen eine Strukturbreite 48, welche der Abscheidedicke des Poly- Siliziums zur Bildung der dritten Schicht 40 entspricht.
Die Gitterweite der lithographisch erzeugten Strukturen 21, 23 setzt sich zusammen aus der Strukturbreite 28 und dem Strukturabstand 27 der Strukturen 21, 23. Sie beträgt damit im vorliegenden Beispiel 4F. Durch geeignete Wahl der Abscheidedicke - entsprechend in etwa der minimal auflösbaren Strukturbreite 1F - beträgt auch die Strukturbreite 48 der Spacerstrukturen 41, 42 etwa 1F. Der gegenseitige Abstand der Spacerstrukturen 41, 42 beträgt damit aber auch etwa 1F. Bei in etwa gleicher Strukturbreite 28, 48 von lithographisch erzeugten erhabenen Strukturen 21, 23 und Spacerstrukturen 41, 42 kann infolgedessen die Gitterweite von 4F auf einen Wert von 2F für die durch die Spacerstrukturen 41, 42 gebildete Hartmaske reduziert werden.
Ein besonderer Vorteil entsteht nun dadurch, daß gemäß der vorliegenden Erfindung Linien mit einer Gitterweite von weniger als 2F hergestellt werden können. Hierbei wird durch konventionelle lithographische Methoden ein Gitter mit einer Gitterweite von 2F hergestellt, wobei aber die Linienstrukturen auch eine Breite kleiner als 1F und die Spaltenstrukturen eine Breite größer als 1F besitzen können. Die Linien werden dabei etwas überbelichtet. Damit kann man auf die doppelte Spacertechnik in einem eingeschränkten Prozessfenster verzichten.
Die Spacerstrukturen 41, 42 stellen dabei entweder selbst die Hartmaske dar oder diese wird gebildet durch einen anisotropen Ätzschritt zur Übertragung der Spacerstrukturen 41, 42 in die erste Schicht 10 aus Siliziumnitrid (Fig. 1d).
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 gezeigt. In diesem Beispiel wird eine besonders vorteilhafte Wirkung durch eine geeignete Wahl von Abscheidedicken in verschiedenen Schritten der Spacerbildung erzielt. Zum besseren Verständnis wird zunächst der Verfahrensablauf beschrieben:
Ähnlich wie in den Fig. 1a und b dargestellt, wird den Fig. 2a und b zufolge ein monokristallines Siliziumsubstrat 5 mit einer ersten Schicht 10 aus Siliziumnitrid und einer zweiten Schicht 20 aus Siliziumoxid (SiO₂) beschichtet und anschließend mit einer Resistschicht 30 belackt, welche zur Bildung der Strukturen 21, 23 belichtet, entwickelt und geätzt wird, um Strukturen in die zweite Schicht 20 zu übertragen. Aufgabe des vorliegenden Beispiels ist es, eine dichte Struktur aus Linien und Spalten zu erzeugen, in welchen die Spalten- und Linienbreiten in identischem Verhältnis zu einander stehen. Die Strukturbreite 28 und der Strukturabstand 27 der lithographisch erzeugten erhabenen Strukturen 21, 23 ist zunächst beliebig, muß jedoch den folgenden Bedingungen genügen: Das Dreifache der Strukturbreite 28 muß kleiner als der Strukturabstand 27 sein, die Strukturbreite 28 darf jedoch nicht größer als der Strukturabstand 27 sein. Bei f der Strukturabstand 27, dann gilt:

F < f < 3F.
Wie im vorigen Beispiel werden nun in einem Abscheideschritt die Spacerstrukturen 41, 42 aus einer dritten Schicht 40 aus Poly-Silizium gebildet durch anisotrope Rückätzung. Die Strukturbreite 48 der Spacerstrukturen 41, 42 entspricht der Abscheidedicke 49. Anschließend wird die zweite Schicht 20 in einem selektiven Ätzschritt entfernt (Fig. 1c). Durch Abscheiden einer fünften Schicht 50 werden an die bestehenden Spacerstrukturen 41, 42 weitere Spacerstrukturen, etwa die dritte, vierte, fünfte und sechste Spacerstruktur 51 bis 54 gebildet, indem wiederum Polysilizium mit einer Abscheidedicke 59 konform abgeschieden und rückgeätzt wird. Die Strukturbreite 48 wird dadurch vergrößernd in eine neue Strukturbreite 48', denn wenigstens eine der resultierenden Spacerstrukturen setzt sich zusammen aus der ursprünglich zweiten Spacerstruktur 42, der auf ihrer linken Seite gebildeten fünften Spacerstruktur 53 und der auf ihrer rechten Seite gebildeten sechsten Spacerstruktur 54. Die Strukturbreite 48' beträgt nun die Summe aus der Abscheidedicke 49, der dritten Schicht 40 und dem zweifachen der Abscheidedicke 59 der fünften Schicht 50, welche beide aus Polysilizium gebildet sind.
Ein identisches Breitenverhältnis von Linien und Spalten läßt sich nun erreichen, indem die Abscheidedicken 49, 59 wie folgt gewählt werden: Bei d1 die Abscheidedicke 49 und d2 die Abscheidedicke 59, dann gilt
Als Bedingung gilt, daß zur Bildung im wesentlichen gleich großer Spacerstrukturabstände 127, 127' schon bei der lithographischen Projektion bzw. im Design der Maskenstrukturen zur Projektion auf einen Wafer die Strukturbreiten 28 um gerade die doppelte Abscheidedicke 49 der dritten Schicht 40 kleiner als der Strukturabstand 27 sind.
Die Bildung einer Hartmaske zur Strukturierung eines dichten, regelmäßigen Feldes von Gräben ist in Fig. 3 und 4 gezeigt. Fig. 3 zeigt als Ausgangspunkt eine Anordnung von vier erhabenen Strukturen 21-24 auf einer ersten Schicht 10 aus Siliziumnitrit, dem sogenannten Pad-Nitrit. Die erhabenen Strukturen 21 bis 24 bestehen z. B. aus Poly-Silizium. In Fig. 3a ist auf der linken Seite die Draufsicht, auf der rechten Seite eine Querschnittsdarstellung zwischen den Punkten A und B zu sehen. Ähnlich wie in den vorangegangenen Beispielen wird auf die die erhabenen Strukturen 21-24 bildende zweite Schicht 20 eine dritte Schicht 40 aus Siliziumoxid konform abgeschieden und rückgeätzt, so daß die Strukturen 21-24 von den Spacerstrukturen 41, 42, welche - wie in der Draufsicht der Fig. 3b zu sehen ist - miteinander verbunden sind, eingeschlossen sind.
Da die Strukturen 21-24 erfindungsgemäß derart angeordnet sind, daß jede der Strukturen den gleichen Abstand 27' zu zwei weiteren Strukturen besitzt, ergibt sich ein anfänglich unstrukturierter Zwischenraum in einem durch die vier Strukturen gebildeten Viereck. Durch die Bildung der Spacerstrukturen 41, 42, welche mit einer derart großen Abscheidedicke 49 gebildet werden, daß die Spacerstrukturen 41, 42 miteinander verbunden sind, bildet sich innerhalb des beschriebenen Vierecks ein von den Spacerstrukturen 41, 42 umschlossener Bereich 125. Dieser Bereich 125 bildet somit eine Lochstruktur zwischen den von den Spacern eingeschlossenen Strukturen 21-24. Durch selektives Entfernen der zweiten Schicht 20 zwischen den Spacerstrukturen 41, 42 werden auch an den Stellen der bisherigen Strukturen 21-24 Lochstrukturen gebildet. Durch Abscheiden einer fünften Schicht 50 können die Breiten dieser Lochstrukturen 121, 123, 125 weiter dimensioniert werden (Fig. 3c). Als besonders vorteilhaftes Ergebnis folgt hingegen, daß die durch die Spacerstrukturen 41, 42, 51 --54 gebildete Hartmaske, welche auch in die Siliziumnitrid- Schicht 10 übertragen werden kann, aus den ursprünglich vier Strukturen 21-24 nun fünf Lochstrukturen 121-125 durch das erfindungemäße Verfahren gebildet wurden. Betrachtet man nun die Strukturen 21-24 als Ausschnitt aus einem regelmäßig angeordneten Feld einer Vielzahl von Strukturen, so ergibt sich eine Verdoppelung der Dichte von Lochstrukturen auf beispielsweise einem Wafer gegenüber den ursprünglich lithographisch gebildeten Strukturen 21-24 auf der ersten Schicht 10, wie aus dem schematischen Vergleich der Fig. 5a und b zu sehen ist. Zu beachten ist allerdings, daß bei der Prozessierung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Gitterorientierung um 45 Grad gedreht wird. Des weiteren ist aufgrund der zweidimensionalen Betrachtungsweise in diesem Ausführungsbeispiel zu beachten, daß der Strukturabstand 27 sich hier nicht mehr halbiert, sondern nur noch durch den Faktor √2 geteilt wird. Vorteilhaft kann dieses Beispiel zur Bildung von dichten Speicherzellenfeldern verwendet werden, wie sie besonders in den Technologiegenerationen unterhalb von 110 nm geplant sind, nämlich in matrizenartig angeordneten Grabenstrukturen bzw. Speicherzellen.
Der gleiche Erfolg kann auch ausgehend von Lochstrukturen 29 in einer vierten Schicht 60, welche beispielsweise aus Bor- Phosphor-Silikatglas gebildet ist - erreicht werden, wie in Fig. 4a zu sehen ist. Die Anforderungen an die Anordnung der Lochstruktur 29 ist die gleiche, wie jene an die erhabenen Strukturen 21-24. Anzumerken ist aber, daß in einem Speicherzellenfeld mit einer Vielzahl von Lochstrukturen 29 - oder erhabenen Strukturen 21-24 - die Bedingung gilt, daß jede der Strukturen den gleichen Abstand zu vier weiteren Strukturen besitzt mit Ausnahme derjenigen Strukturen besitzt, die am Rande des Speicherzellenfeldes liegen.
In die Lochstrukturen 29 wird die dritte Schicht 40 konform abgeschieden und zurückgeätzt, so daß Spacerstrukturen 41, 42 an den inneren Seitenflächen der Lochstrukturen 29 gebildet werden. Die Lochstrukturen 29 werden mit einer zweiten Schicht 20 beispielsweise aus Polysilizium verfüllt und in einem chemisch-mechanischen Polierprozeß planarisiert. Der Planarisierungsprozeß wird auf dem Bor-Phosphor-Silikatglas beendet. Das Silikatglas wird anschließend selektiv zum Poly- Silizium und Siliziumoxid entfernt (Fig. 4b). Anschließend wird wiederum Siliziumoxid abgeschieden und rückgeätzt mit einem Ätz-Stop auf dem Siliziumnitrid. Danach wird das Poly- Silizium entfernt, so daß die Spacerstrukturen isoliert auf dem Siliziumnitrit der ersten Schicht 10 stehen. Auch in diesem Verfahren, ausgehend von lithographisch erzeugten Lochstrukturen - wird eine zusätzliche Lochstruktur 125 zwischen den Spacerstrukturen 41, 42, 51, 54 gebildet. Im Unterschied zu dem Verfahren ausgehend von den erhabenen Strukturen wird bei diesem Aspekt durch das Entfernen der Füllung der zweiten Schicht 20 erst nach der zweiten Spacerbildung die Erzeugung der Spacerstrukturen 51, 54 auf nur einer Seite der ersten und zweiten Spacerstrukturen 41, 42 ermöglicht. Das führt gleichzeitig zu einer Verschiebung des Mittelpunktes von zusammengesetzten Spacerstrukturen. Bezugszeichenliste 5 Substrat
10 erste Schicht (Siliziumnitrid)
20 zweite Schicht (Siliziumoxid)
21 erste erhabene Struktur
22 zweite erhabene Struktur
23-24 weitere erhabene Strukturen
27 Strukturabstand
28 Strukturbreite der erhabenen Struktur
30 Resist
40 dritte Schicht (Poly-Silizium)
41 erste Spacerstruktur
42 zweite Spacerstruktur
48 Strukturbreite der Spacerstruktur
48' Strukturbreite der Spacerstruktur nach 2. Spacerschritt
49 Abscheidedicke der dritten Schicht
50 fünfte Schicht (Poly-Silizium)
51 dritte Spacerstruktur
52 vierte Spacerstruktur
53 fünfte Spacerstruktur
54 sechste Spacerstruktur
59 Abscheidedicke der fünften Schicht
60 vierte Schicht
121-124 Lochstrukturen, aus erhabenen Strukturen
125 Lochstruktur, neu

Claims

1. Verfahren zur Bildung einer Hartmaske in einer ersten Schicht (10) auf einer flachen Scheibe, umfassend die Schritte:

a) Abscheidung einer zweiten Schicht (20) auf der ersten Schicht (10),

b) Bilden wenigstens einer erhabenen ersten Struktur (21) in der zweiten Schicht (20) oberhalb der ersten Schicht (10) mittels eines lithographischen Projektionsschrittes,

c) konformes Abscheiden und Rückätzen einer dritten Schicht (40) zur Bildung einer ersten (41) und einer zweiten Spacerstruktur (42) auf je einer Seitenfläche der erhabenen ersten Struktur (21) in der zweiten Schicht (20),

d) Ätzen der zweiten Schicht (20) selektiv zu der ersten (10) und der dritten Schicht (40) zur Entfernung der ersten Struktur (21) zwischen der ersten (41) und der zweiten Spacerstruktur (42), so daß die Hartmaske aus den Spacerstrukturen (41, 42) gebildet wird.

2. Verfahren zur Bildung einer Hartmaske in einer ersten Schicht (10) auf einer flachen Scheibe, umfassend die Schritte:

a) Abscheiden einer vierten Schicht (60) auf der ersten Schicht (10),

1. Bilden einer Lochstruktur (29) in der vierten Schicht (60) mittels eines lithographischen Projektionsschrittes,

b) konformes Abscheiden und Rückätzen einer dritten Schicht (40) zur Bildung einer ersten (41) und einer zweiten Spacerstruktur (42) auf je einer Seitenfläche der Lochstruktur (29),

1. Abscheiden und planarisieren einer zweiten Schicht (20) zur Verfüllung der Lochstruktur (60),

c) Ätzen der vierten Schicht (60) selektiv zu der ersten (10), der zweiten (20) und der dritten Schicht (40) zur Bildung einer von der ersten (41) und der zweiten Spacerstruktur (42) an ihren Seitenflächen eingeschlossenen erhabenen ersten Struktur (21),

d) Ätzen der zweiten Schicht (20) selektiv zu der ersten (10) und der dritten Schicht (40) zur Entfernung der ersten Struktur (21) zwischen der ersten (41) und der zweiten Spacerstruktur (42), so daß die Hartmaske aus den Spacerstrukturen (41, 42) gebildet wird

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schritt d) und vor dem Schritt e)
eine fünfte Schicht (50) konform auf der ersten Schicht (10) und den Spacerstrukturen (41, 42) abgeschieden wird,
die fünfte Schicht (50) rückgeätzt wird zur Bildung einer dritten (51) und vierten Spacerstruktur (52) auf je einer Seite der ersten Spacerstruktur (41) sowie einer fünften (53) und sechsten Spacerstruktur (54) auf je einer Seite der zweiten Spacerstruktur (42).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die aus der dritten Schicht (40) gebildete erste Spacerstruktur (41) zwischen der dritten (51) und vierten Spacerstruktur (52) und die zweite Spacerstruktur (42) zwischen der fünften (53) und sechsten Spacerstruktur (54) in einem selektiven Ätzschritt entfernt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (10) Siliziumnitrid, die zweite Schicht (20) Siliziumoxid und die dritte Schicht (40) Poly-Silizium umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte (40) und die fünfte Schicht (50) im wesentlichen das gleiche Material umfassen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der lithographische Projektionsschritt in einem Projektionsapparat mit einer minimal auflösbaren Strukturbreite durchgeführt wird,
wenigstens eine der in die erste Schicht übertragenen Spacerstrukturen (41, 42, 51-56) mit einer Strukturbreite (48) erzeugt wird,
die erzeugte Strukturbreite (48) der wenigstens einen Spacerstruktur geringer als die minimal auflösbare Strukturbreite des Projektionsapparates ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
eine erste (21) und eine zweite Struktur (23) gebildet und die folgenden Verfahrensschritte jeweils auf die erste (21) und die zweite Struktur (23) angewendet werden, wobei die erste (21) und die zweite Struktur (23) eine Breite (28) und einen gegenseitigen Abstand (27) besitzen und der gegenseitige Abstand
nicht weniger als die Breite (27) beträgt,
nicht mehr als das Dreifache der Breite (27) beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der dritten Schicht (40) mit einer ersten Dicke (49) und die Abscheidung der fünften Schicht (50) mit einer zweiten Dicke (59) durchgeführt wird, wobei die erste (49) und zweite Dicke (59) der Abscheidung jeweils in Abhängigkeit von der Breite (28) und dem gegenseitigen Abstand (27) ausgeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Dicke im wesentlichen die Hälfte der Differenz zwischen dem gegenseitigen Abstand und der Breite der ersten und zweiten Struktur beträgt, und
die zweite Dicke im wesentlichen dem achten Teile der Differenz zwischen dem Dreifachen der Breite und dem gegenseitigen Abstand beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens vier der erhabenen Strukturen (21-24) vor dem Schritt d) gebildet werden, welche nicht zusammenhängend auf der ersten Schicht (10) angeordnet sind, von denen jeweils eine erste der erhabenen Strukturen in einer ersten Richtung einen Abstand (27') zu einer zweiten und in der im wesentlichen zu der ersten Richtung senkrechten Richtung den gleichen Abstand (27') zu einer dritten der erhabenen Strukturen besitzt,
und daß die Schritte d) und e) des Verfahrens auf wenigstens die erste bis vierte Struktur (21-24) in gleicher Weise zur Bildung einer von den dritten bis sechsten Spacerstrukturen (51-54) der fünften Schicht (50) umschlossenen Lochstruktur (125) in der Hartmaske angewendet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Schicht (10) auf einem Siliziumsubstrat (5) aufliegt und im wesentlichen Siliziumnitrid umfaßt,
die zweite Schicht (20) im wesentlichen Polysilizium umfaßt,
die dritte Schicht (40) im wesentlichen Siliziumoxid umfaßt,
die fünfte Schicht (50) im wesentlichen Siliziumoxid umfaßt,
die in die erste Schicht (10) übertragene Hartmaske in einem Ätzschritt zur Bildung von Grabenkondensatoren in einem Speicherzellenfeld verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12 wenn rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Schicht (50) Bor-Phosphor-Silikat-Glas umfaßt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die flache Scheibe eine Halbleiterwafer, eine Maske oder ein Flat-Panel ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an Schritt d) die ersten Schicht (10) selektiv zu der dritten Schicht (40) geätzt wird, so daß die erste (40) und die zweite Spacerstruktur (42) in die erste Schicht (10) zur Bildung einer weiteren Hartmaske übertragen werden.