DE10217875B4 - Process for the production of a sublithographic mask - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer sublithographischen Maske mit den Schritten:
a) Vorbereiten eines zu strukturierenden Trägermaterials (1) ;
b) Ausbilden einer ersten Maskenschicht (2) an der Oberfläche des Trägermaterials (1);
c) lithographisches Strukturieren der ersten Maskenschicht (2) zum Ausbilden einer ersten Maske (2BM) mit im Wesentlichen senkrechten Seitenwänden;
d) Durchführen einer chemischen Umwandlung von zumindest einer Seitenwand der ersten Maske (2BM) zum Ausbilden einer sublithographischen Maskenschicht (3);
e) lithographisches Strukturieren der sublithographischen Maskenschicht (3) zum Ausbilden der sublithographischen Maske (3M); und
f) Entfernen der ersten Maske (2BM).Method for producing a sublithographic mask with the steps:
a) preparing a carrier material (1) to be structured;
b) forming a first mask layer (2) on the surface of the carrier material (1);
c) lithographic structuring of the first mask layer (2) to form a first mask (2BM) with essentially vertical side walls;
d) performing a chemical conversion of at least one side wall of the first mask (2BM) to form a sublithographic mask layer (3);
e) lithographically patterning the sublithographic mask layer (3) to form the sublithographic mask (3M); and
f) removing the first mask (2BM).

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer sublithographischen Maske und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von sublithographischen Maskenstrukturen in einem Bereich unterhalb von 100 Nanometern mit minimalen Schwankungen der kritischen Abmessungen.The invention relates to a Process for the production of a sublithographic mask and in particular to a method for producing sublithographic mask structures in a range below 100 nanometers with minimal fluctuations the critical dimensions.

Bei der Entwicklung von geeigneten Lithographieverfahren zur Herstellung sehr feiner Strukturen in einem Sub-100 Nanometer-Bereich ergeben sich außerordentlich große Probleme, die insbesondere aus der sogenannten Resistchemie, der Maskenherstellung und der Komplexität des Lithographiesystems resultieren.When developing suitable Lithography process for the production of very fine structures in in a sub-100 nanometer range, there are extremely large problems, which in particular from the so-called resist chemistry, the mask production and complexity of the lithography system result.

Bei der Weiterentwicklung der optischen Lithographie zur Herstellung von sehr feinen Strukturen im Bereich kleiner 100 Nanometer wurde die sogenannte 157 Nanometer-Lithographie erreicht. Diese Lithographieverfahren benötigen hierbei neuartige Resistmaterialien, wobei trotz intensivster Bemühungen bisher kein Resist gefunden wurde, der vollständig die technischen Anforderungen hinsichtlich derartig kleiner Strukturen erfüllt. Darüber hinaus sind neben diesen neuen Materialien auch neue Verfahren zur Maskenherstellung notwendig, wobei deren Entwicklung wiederum sehr kostenintensiv ist. Es ergeben sich daher sehr kostenintensive und schwer handhabbare Lithographiesysteme.In the further development of the optical Lithography for the production of very fine structures in the area The so-called 157 nanometer lithography became smaller than 100 nanometers reached. These lithography processes require novel resist materials, being despite the most intense efforts So far no resist has been found that fully meets the technical requirements with regard to such small structures. In addition to these new materials also require new processes for mask production, which in turn is very costly to develop. Surrender it therefore very expensive and difficult to handle lithography systems.

Als Alternative zu derartigen herkömmlichen optischen Lithographieverfahren wurden daher sogenannte sublithographische Verfahren eingeführt. Bei diesen Verfahren wird zum Beispiel mit dem herkömmlichen Photoresist eine Struktur auf einer Hilfsschicht abgebildet, diese Hilfsschicht anisotrop geätzt, die Resistmaske entfernt, und anschließend wird mit einem isotropen Ätzverfahren die Hilfsschicht von allen Seiten ge ätzt und damit verkleinert. Diese verkleinerte Struktur in der Hilfsschicht bildet dann die gewünschte sublithographische Maske.As an alternative to such conventional optical Lithography processes therefore became so-called sublithographic Procedure introduced. In this method, for example, with the conventional A structure is photoresist imaged on an auxiliary layer, this Auxiliary layer anisotropically etched, the resist mask is removed, and then using an isotropic etching process the auxiliary layer is etched from all sides and thus reduced in size. This reduced structure in the auxiliary layer then forms the desired sublithographic Mask.

1 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht zur Veranschaulichung eines derartigen sublithographischen Verfahrens. Gemäß 1A wird auf einem Trägermaterial T, einem zu strukturierenden Material 100 und einer Maskenschicht 200 eine Resistmaske RM üblicherweise mittels optischer Lithographie ausgebildet und strukturiert. Gemäß 1B wird mittels eines anisotropen Ätzverfahrens anschließend die Maske 200M aus der Maskenschicht 200 herausgebildet und die Resistmaske RM entfernt. In einem isotropen Ätzschritt wird gemäß 1C anschließend die Maske 200M geätzt, wodurch man die verkleinerte bzw. sublithographische Maske 200M erhält. Gemäß 1D kann mit dieser sublithographische Maske 200M' das zu strukturierende Material 100 anisotrop geätzt werden, wobei abschließend gemäß 1E die sublithographische Maske 200M' entfernt wird. 1 shows a simplified sectional view to illustrate such a sublithographic method. According to 1A is on a carrier material T, a material to be structured 100 and a mask layer 200 a resist mask RM is usually formed and structured using optical lithography. According to 1B the mask is then made using an anisotropic etching process 200M from the mask layer 200 formed and the resist mask RM removed. In an isotropic etching step, according to 1C then the mask 200M etched, resulting in the reduced or sublithographic mask 200M receives. According to 1D can with this sublithographic mask 200M ' the material to be structured 100 be etched anisotropically, finally according to 1E the sublithographic mask 200M ' Will get removed.

Nachteilig bei einem derartigen herkömmlichen Verfahren sind jedoch die Schwankungen der kritischen Abmessung CD (Critical Dimension) der sublithographischen Maske, die im Wesentlichen von verwendeten Resistmaterialien, der Resistchemie, dem anisotropen Ätzprozess und dem anschließenden isotropen Ätzprozeß herrühren. Jeder dieser Prozesse erhöht die Variation der CD. Diese Schwankungen der kritischen Abmessung konnten bei den bisher verwendeten Strukturgrößen vernachlässigt werden, da sie ausreichend gering waren (typisch 12 Nanometer).A disadvantage of such a conventional one However, procedures are the fluctuations in the critical dimension CD (critical dimension) of the sublithographic mask, which is essentially of resist materials used, the resist chemistry, the anisotropic etching process and the subsequent one isotropic etching process. Everyone of these processes increases the variation of the CD. These fluctuations in the critical dimension could be neglected in the structure sizes used so far, since they were sufficiently small (typically 12 nanometers).

Um sehr kleine Strukturen herzustellen, wurde ein weiteres sublithographisches Verfahren aus den bekannten Spacertechniken entwickelt, wobei im Wesentlichen eine zusätzliche abgeschiedene Schichtdicke eine minimale Strukturbreite definiert.To make very small structures was another sublithographic process from the known Spacer techniques developed, essentially an additional deposited layer thickness defines a minimal structure width.

2 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht zur Veranschaulichung eines derartigen weiteren herkömmlichen sublithographischen Verfahrens. Gemäß 2 wird auf einem Trägermaterial bzw. zu strukturierenden Material 100 eine erste Maske 200M üblicherweise mittels optischer Lithographie ausgebildet und strukturiert, wobei man im Wesentlichen senkrechte Seitenwände erhält. Anschließend wird eine sehr dünne Maskenschicht 300 ganzflächig an der Oberfläche der Maske 200M und des Trägermaterials 100 bis zu einer vorbestimmten Dicke CD abgeschieden. Mittels eines anisotropen Ätzverfahrens werden anschließend die horizontalen Schichtbereiche der Maskenschicht 300 entfernt, so dass nur noch eine sublithographische Maske 300M an der Seitenwand der ersten Maske 200M übrig bleibt. Abschließend wird auch die erste Maske 200M entfernt, wodurch man eine alleinstehende sublithographische Maske 300M mit einer vorbestimmten Dicke CD erhält. Diese Dicke CD kann bei der Realisierung eines Halbleiterschaltelements beispielsweise eine Gatelänge definieren. 2 shows a simplified sectional view for illustrating such a further conventional sublithographic method. According to 2 is on a carrier material or material to be structured 100 a first mask 200M Usually formed and structured by means of optical lithography, essentially vertical side walls being obtained. Then a very thin mask layer 300 all over on the surface of the mask 200M and the carrier material 100 deposited to a predetermined thickness CD. The horizontal layer regions of the mask layer are then made by means of an anisotropic etching process 300 removed so that only a sublithographic mask 300M on the side wall of the first mask 200M is left. Finally, the first mask 200M removed, creating a standalone sublithographic mask 300M with a predetermined thickness CD. This thickness CD can, for example, define a gate length when realizing a semiconductor switching element.

Mit der fortschreitenden Integrationsdichte werden jedoch zunehmend Halbleiterstrukturen mit beispielsweise einer Gatelänge von 25 Nanometern gefordert und realisiert, wobei die Schwankungen der Gatelänge einen wesentlichen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften eines Halbleiterbauelements ausüben. Üblicherweise sind Schwankungen der kritischen Abmessung CD von maximal ± 10% erlaubt, wobei die elektrischen Eigenschaften nur in vertretbarem Rahmen beeinflusst werden. Bei einer geforderten Gatelänge bzw. kritischen Abmessung CD von 25 Nanometern bedeuten jedoch die bisher unvermeidbaren Schwankungen eine Variation um ± 50%, wodurch die Funktionsfähigkeit einer Halbleiterschaltung stark verschlechtert wird.With the progressive integration density however, increasingly semiconductor structures with, for example, a gate length of 25 nanometers required and implemented, with the fluctuations in the gate length one exert a significant influence on the electrical properties of a semiconductor component. Usually fluctuations in the critical dimension CD of a maximum of ± 10% are permitted, whereby the electrical properties only influenced to a reasonable extent become. With a required gate length or critical dimension However, CD of 25 nanometers mean the fluctuations that were previously unavoidable a variation of ± 50%, thereby the functionality a semiconductor circuit is badly deteriorated.

3A bis 3C zeigen vereinfachte Draufsichten einer entsprechend hergestellten sublithographischen Maske 300M, wobei der Einfluss durch die Schwankungen der kritischen Abmessungen veranschaulicht sind. 3A to 3C show simplified top views of a correspondingly produced sublithographic mask 300M , the influence of which is illustrated by the fluctuations in the critical dimensions.

3A zeigt eine Draufsicht einer idealen sublithographischen Maske 300M, wobei eine Schwankung ΔCD gleich Null ist. In der Realität treten jedoch insbesondere auf Grund der Resistchemie, des verwendeten Abscheideverfahrens und eines verwendeten Ätzverfahrens die in 3B und 3C dargestellten realen Draufsichten auf. 3A shows a top view of an ideal sublithographic mask 300M , with a variation ΔCD equal to zero. In reality, tre However, due in particular to the resist chemistry, the deposition process and an etching process used, the in 3B and 3C shown real top views.

Gemäß 3B erhält man demzufolge eine unerwünschte und relativ große Schwankung ΔCD1 hinsichtlich der Dicke der kritischen Abmessungen CD, die im Wesentlichen von dem verwendeten Abscheideverfahren, dem verwendeten Ätzverfahren sowie von Fehlern der Photomaske herrührt. Darüber hinaus erhält man gemäß 3C eine feinwellige Schwankung der Dicke der kritischen Abmessung CD um ΔCD2, die im Wesentlichen von einer Resistchemie und der Poly-Körnung herrührt . Diese Schwankungen ΔCD1 und ΔCD2 der kritischen Abmessung CD liegen bei derzeit verwendeten Resistmaterialien, Abscheideverfahren und Ätzverfahren in einem Bereich von ca. 12 Nanometer und erschweren demzufolge die Herstellung von funktionsfähigen Halbleiterschaltungen mit Strukturgrößen unterhalb von 100 Nanometern.According to 3B there is consequently an undesirable and relatively large fluctuation ΔCD1 with regard to the thickness of the critical dimensions CD, which essentially results from the deposition method used, the etching method used and errors in the photomask. In addition, you get according to 3C a fine-wave fluctuation in the thickness of the critical dimension CD by ΔCD2, which essentially results from a resist chemistry and the poly grain. These fluctuations ΔCD1 and ΔCD2 of the critical dimension CD are in a range of approximately 12 nanometers in the case of resist materials, deposition processes and etching processes currently used, and consequently make the production of functional semiconductor circuits with structure sizes below 100 nanometers more difficult.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer sublithographischen Maske zu schaffen, wobei Schwankungen der kritischen Abmessung stark verringert sind.The invention is therefore the object based on a method of producing a sublithographic Creating a mask, with fluctuations in the critical dimension strongly are reduced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by activities of claim 1 solved.

Insbesondere auf Grund der Durchführung einer chemischen Umwandlung von zumindest den Seitenwänden der ersten Maske zum Ausbilden einer sublithographischen Maskenschicht können derartige Schwankungen der kritischen Abmessung stark verringert oder vollständig reduziert werden, da eine derartige chemi sche Umwandlung nahezu 100 konform zu einer Oberfläche möglich ist.In particular due to the implementation of a chemical conversion of at least the sidewalls of the first mask to form A sublithographic mask layer can cause such fluctuations the critical dimension is greatly reduced or completely reduced be, since such a chemical conversion cal nearly 100 compliant to a surface possible is.

Zusätzlich kann eine Schutzschicht für die sublithographische Maskenschicht ausgebildet werden, wobei die in nachfolgenden lithographischen Verfahren durchgeführten Ätzschritte das Auftreten von zusätzlichen Schwankungen der kritischen Abmessung zuverlässig verhindert.In addition, a protective layer for the sublithographic Mask layer are formed, using the in subsequent lithographic processes performed etching steps the appearance of additional Fluctuations in the critical dimension reliably prevented.

Vorzugsweise wird als erste Maskenschicht eine Polysiliziumschicht verwendet und als chemische Umwandlung eine nasse Oxidation durchgeführt, wodurch man für Standardmaterialien und Standardverfahren eine sehr geringe Schwankung der kritischen Abmessung erhält.A is preferably used as the first mask layer Polysilicon layer used and as a chemical conversion carried out wet oxidation, whereby one for Standard materials and standard processes show very little variation in the critical dimension.

In den weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.In the further subclaims are characterized further advantageous embodiments of the invention.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.The invention is illustrated below of an embodiment described in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

1A-E vereinfachte Schnittansichten zur Veranschaulichung eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung sublithographischer Masken in einem Bereich kleiner 100 Nanometer; 1A-E simplified sectional views for illustrating a conventional method for producing sublithographic masks in a range of less than 100 nanometers;

2 eine vereinfachte Schnittansicht zur Veranschaulichung eines weiteren herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung sublithographischer Masken in einem Bereich kleiner 100 Nanometer; 2 a simplified sectional view illustrating another conventional method for producing sublithographic masks in a range of less than 100 nanometers;

3A bis 3C vereinfachte Draufsichten einer idealen und herkömmlich hergestellter sublithographischer Masken zur Veranschaulichung eines Einflusses von Schwankungen der kritischen Abmessung; und 3A to 3C simplified top views of an ideal and conventionally produced sublithographic mask to illustrate an influence of fluctuations in the critical dimension; and

4A bis 4H vereinfachte Schnittansichten oder Draufsichten zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer sublithographischen Maske. 4A to 4H Simplified sectional views or top views to illustrate a method according to the invention for producing a sublithographic mask.

Die 4A bis 9H zeigen vereinfachte Schnittansichten oder Draufsichten zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer sublithographischen Maske gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.The 4A to 9H show simplified sectional views or plan views to illustrate the inventive method for producing a sublithographic mask according to a preferred embodiment.

Gemäß 4A wird als zu strukturierendes Trägermaterial 1 beispielsweise eine Gate-Polysiliziumschicht verwendet, die üblicherweise auf einer nicht dargestellten Gateoxidschicht und einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist. Es können jedoch auch beliebig andere zu strukturierende Trägermaterialien verwendet werden.According to 4A is to be structured as a carrier material 1 For example, a gate polysilicon layer is used, which is usually formed on a gate oxide layer, not shown, and a semiconductor substrate. However, any other carrier materials to be structured can also be used.

An der Oberfläche des zu strukturierenden Trägermaterials 1 wird eine erste Maskenschicht 2 ausgebildet, die beispielsweise als Hartmaskenschicht ein Halbleitermaterial aufweist und vorzugsweise eine ca. 50 bis 100 Nanometer dicke amorphe oder polykristalline Siliziumschicht 2B aufweist. Optional kann die erste Maskenschicht 2 ferner eine Ätzstoppschicht 2A aufweisen, die beispielsweise aus einer ca. 10 Nanometer dicken Siliziumnitridschicht besteht und zur Vereinfachung eines späteren Strukturierungsschritts verwendet werden kann.On the surface of the substrate to be structured 1 becomes a first mask layer 2 formed, which has a semiconductor material, for example, as a hard mask layer and preferably an approximately 50 to 100 nanometer thick amorphous or polycrystalline silicon layer 2 B having. Optionally, the first mask layer 2 also an etch stop layer 2A which, for example, consists of an approximately 10 nanometer thick silicon nitride layer and can be used to simplify a later structuring step.

Zum fotolithographischen Strukturieren der ersten Maskenschicht 2 können eine Vielzahl von Lithographieverfahren verwendet werden, wobei gemäß 4A zunächst eine erste Resistschicht an der Oberfläche der Maskenschicht 2 ausgebildet, anschließend belichtet und schließlich strukturiert wird, wodurch man eine erste Resistmaske RM erhält.For the photolithographic structuring of the first mask layer 2 a variety of lithography techniques can be used, according to 4A first a first resist layer on the surface of the mask layer 2 is formed, then exposed and finally structured, whereby a first resist mask RM is obtained.

Gemäß 4B wird anschließend unter Verwendung der Resistmaske RM die Maskenschicht 2 strukturiert, wobei bei Verwendung der optionalen Ätzstoppschicht 2A lediglich die darüber liegende Hartmaskenschicht 2B zum Ausbilden einer ersten Maske 2BM verwendet wird. Das Verfahren zum Durchführen einer derartigen lithographischen Strukturierung entspricht einem herkömmlichen lithographischen Verfahren, weshalb auf eine detaillierte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird.According to 4B is then the mask layer using the resist mask RM 2 structured, using the optional etch stop layer 2A only the hard mask layer above 2 B is used to form a first mask 2BM. The method for performing such a lithographic structuring corresponds to a conventional lithographic method, which is why a detailed description is omitted below.

Die in 4B dargestellte erste Maske 2BM dient beispielsweise zur Festlegung eines Abstands von zwei benachbarten Gates, wobei die Abmessungen der Resistmaske und somit auch der ersten Maske 2BM wesentlich größer sind als die gewünschte Gatelänge bzw. die auszubildende sublithographische Maske. In einer 70 Nanometer-Technologie besitzt die erst Maske 2BM beispielsweise eine Abmessung (Breite) von 160 Nanometer. Ein derartiger Lithographieschritt kann daher mittels herkömmlicher MUV-Lithographie (Mid Ultra Violet) realisiert werden, wobei die dabei auftretende Resist-Seitenwand-Rauhigkeit für das nachfolgend beschriebene Verfahren unbedeutend ist, da es keinen Einfluss auf die endgültige Gatelänge bzw. die sublithographische Maske besitzt.In the 4B The first mask 2BM shown serves, for example, to define a distance from two adjacent gates, the dimensions of the resist mask and thus also of the first mask 2BM being substantially larger than the desired gate length or the sublithographic mask to be formed. In 70 nanometer technology, the first mask 2BM has a dimension (width) of 160 nanometers, for example. Such a Li The thography step can therefore be carried out using conventional MUV lithography (Mid Ultra Violet), the resist sidewall roughness that occurs is insignificant for the method described below, since it has no influence on the final gate length or the sublithographic mask.

Gemäß 4C wird nunmehr im Gegensatz zum Stand der Technik keine Abscheidung einer weiteren Maskenschicht, sondern eine chemische Umwandlung von zumindest den Seitenwänden der ersten Maske 2BM zum Ausbilden einer sublithographischen Maskenschicht 3 durchgeführt. Genauer gesagt wird beispielsweise eine nasse Oxidation mittels O2 und H2 für ca. 20 Minuten bei einer Temperatur von 900 Grad Celsius durchgeführt, wodurch die Polysilizium-Seitenwände bzw. die Oberfläche der ersten Maske 2BM bis zu einer Dicke von beispielsweise 30 Nanometer oxidiert wird. Diese chemische Umwandlung erfolgt hierbei nahezu 100 konform zur Oberfläche der ersten Maske, weshalb die Dicke der derart ausgebildeten sublithographischen Maskenschicht 3 an jedem Ort nahezu identisch ist und kaum Schwankungen aufweist.According to 4C In contrast to the prior art, there is now no deposition of a further mask layer, but rather a chemical conversion of at least the side walls of the first mask 2BM to form a sublithographic mask layer 3 carried out. More specifically, for example, a wet oxidation using O 2 and H 2 is carried out for about 20 minutes at a temperature of 900 degrees Celsius, as a result of which the polysilicon side walls or the surface of the first mask 2BM is oxidized to a thickness of, for example, 30 nanometers , This chemical conversion takes place almost 100 conform to the surface of the first mask, which is why the thickness of the sublithographic mask layer formed in this way 3 is almost identical at every location and shows hardly any fluctuations.

Insbesondere werden durch diese chemische Umwandlung der ersten Maske 2BM Dickenschwankungen bzw. Schwankungen der kritischen Abmessung CD zuverlässig vermieden, die eine Ver schlechterung der elektrischen Eigenschaften beispielsweise in Halbleiterschaltungen bewirken.In particular, these are chemical Conversion of the first mask 2BM thickness fluctuations or fluctuations the critical dimension CD reliably avoided, the deterioration the electrical properties, for example in semiconductor circuits cause.

Da eine derartige chemische Umwandlung wie z.B. eine Oxidation sehr genau gesteuert werden kann erhält man problemlos eine Dickensteuerung von 5% oder besser. Die Dicke der umgewandelten Oberflächen- bzw. Seitenwandschicht kann demzufolge in einem Bereich von 5 bis 50 Nanometern sehr genau anhand der Prozessparameter wie beispielsweise einer Temperatur und einer Gaszusammensetzung festgelegt werden.Because such a chemical transformation like e.g. an oxidation can be controlled very precisely without any problems a thickness control of 5% or better. The thickness of the converted surface or Sidewall layer may accordingly range from 5 to 50 Nanometers very precisely based on the process parameters such as a temperature and a gas composition.

Eine Übergangsrauhigkeit von der ersten Maske bzw. der Polysiliziumschicht 2BM zur sublithographischen Maskenschicht bzw. dem Siliziumoxid 3 kann hierbei durch die Verwendung einer zusätzlichen amorphen Siliziumabscheidung an Stelle einer Polysiliziumabscheidung ebenso verbessert werden wie durch eine vor der chemischen Umwandlung bzw. Oxidation durchgeführte Nitridation.A transition roughness from the first mask or the polysilicon layer 2BM to the sublithographic mask layer or the silicon oxide 3 can be improved here by using an additional amorphous silicon deposition instead of a polysilicon deposition as well as by nitridation carried out before the chemical conversion or oxidation.

In diesem Zusammenhang ist es von Bedeutung, dass eine Rauhigkeit bzw. eine Dickenschwankung der Resist-Seitenwände und damit der ersten Maske 2BM die Dicke der chemisch umgewandelten sublithographischen Maskenschicht 3 bzw. des Siliziumdioxids nicht beeinflusst. Während in herkömmlichen Lithographieverfahren die beiden Seitenwände der Resistmaske voneinander unabhängige Rauhigkeiten bzw. unabhängige Schwankungen aufweisen und diese Rauhigkeiten zu lokalen Schwankungen in der kritischen Abmessung CD führen, ist die Schichtdicke der chemisch umgewandelten Maskenschicht 3 unabhängig von derartigen Resist-Rauhigkeiten und/oder Abscheidungs-Ungleichmäßigkeiten. Demzufolge führen Resist-Rauhigkeiten bzw. Schwankungen lediglich zu Positionierfehlern einer jeweils auszubildenden Struktur (z.B. Gates) jedoch nicht zu einer Variation einer jeweiligen Gatelänge. Darüber hinaus sind insbesondere in einem Oxidationsverfahren die Oxiddicken in erster Linie unabhängig von einer Dichte von jeweiligen Poly strukturen wie z.B. isolierten Strukturen oder Neststrukturen, die jeweils gleiche Oxiddicken aufweisen.In this context, it is important that a roughness or a thickness fluctuation of the resist side walls and thus of the first mask 2BM is the thickness of the chemically converted sublithographic mask layer 3 or the silicon dioxide is not affected. While in conventional lithography processes the two side walls of the resist mask have roughnesses or independent fluctuations which are independent of one another and these roughnesses lead to local fluctuations in the critical dimension CD, the layer thickness is the chemically converted mask layer 3 regardless of such resist roughness and / or deposition unevenness. As a result, resist roughness or fluctuations only lead to positioning errors of a structure to be formed in each case (for example gates), but do not lead to a variation of a respective gate length. In addition, in an oxidation process in particular, the oxide thicknesses are primarily independent of a density of respective poly structures such as, for example, isolated structures or nest structures, which each have the same oxide thicknesses.

Gemäß einer nicht dargestellten vereinfachten Ausführungsform kann nach der chemischen Umwandlung zum Ausbilden der sublithographischen Maskenschicht 3 unmittelbar ein lithographisches Strukturieren zum Ausbilden einer sublithographischen Maske und das Entfernen der ersten Maske 2BM sowie eventuell nicht benötigter Teile der sublithographischen Maskenschicht erfolgen, wodurch man bereits eine sublithographische Maske mit sehr geringen Schwankungen der kritischen Abmessung CD erhält.According to a simplified embodiment, not shown, after the chemical conversion to form the sublithographic mask layer 3 a lithographic structuring to form a sublithographic mask and the removal of the first mask 2BM and any unnecessary parts of the sublithographic mask layer are carried out immediately, as a result of which a sublithographic mask with very small fluctuations in the critical dimension CD is obtained.

Zur weiteren Verbesserung bzw. Verringerung der Schwankungen der kritischen Abmessungen CD kann jedoch gemäß 4D optional eine Schutzschicht 4 für die sublithographische Maskenschicht vor dem lithographischen Strukturieren ausgebildet werden. Genauer gesagt kann beispielsweise eine Polysilizium-Abscheidung zum ganzflächigen Ausbilden der Schutzschicht 4 über der sublithographischen Maskenschicht 3 durchgeführt werden, wobei anschließend beispielsweise mittels eines CMP-Verfahrens (Chemical Mechanical Polishing) die Schutzschicht 4 bis zur Maskenschicht 3 wieder entfernt wird. Die Maskenschicht 3 kann hierbei als Stoppschicht dienen.However, to further improve or reduce the fluctuations in the critical dimensions CD 4D optionally a protective layer 4 for the sublithographic mask layer before the lithographic structuring. More specifically, for example, a polysilicon deposition can be used to form the protective layer over the entire surface 4 over the sublithographic mask layer 3 are carried out, the protective layer subsequently being used, for example, by means of a CMP process (Chemical Mechanical Polishing) 4 down to the mask layer 3 is removed again. The mask layer 3 can serve as a stop layer.

Gemäß 4E werden in einem nachfolgenden Ätzschritt beispielsweise die freigelegten Oberflächenbereiche der Maskenschicht 3 entfernt, wobei vorzugsweise ein Oxidätzen zum Entfernen des Top-Oxids durchgeführt wird. Hierbei können herkömmliche nass-chemische Ätzverfahren verwendet werden, wobei die Ätztiefe gleich der Oxiddicke bzw. der Dicke der Maskenschicht 3 ist.According to 4E In a subsequent etching step, for example, the exposed surface areas of the mask layer 3 removed, preferably using an oxide etch to remove the top oxide. Conventional wet-chemical etching methods can be used here, the etching depth being equal to the oxide thickness or the thickness of the mask layer 3 is.

In einem nachfolgenden Schritt wird gemäß 4F zum lithographischen Strukturieren der sublithographischen Maskenschicht 3 eine zweite Maske 5 als Ätzmaske verwendet und ein nass-chemisches oder trocken-chemisches Ätzen der frei lie genden Poly-Silizium- und Oxidbereiche selektiv zur Ätzstoppschicht 2A durchgeführt.In a subsequent step, according to 4F for the lithographic structuring of the sublithographic mask layer 3 a second mask 5 used as an etching mask and a wet-chemical or dry-chemical etching of the exposed poly-silicon and oxide areas selectively to the etching stop layer 2A carried out.

Gemäß der in 4F dargestellten Draufsicht werden demzufolge die frei liegenden Bereiche der ersten Maske 2BM der Maskenschicht 3 und der Schutzschicht 4 bis zur Ätzstoppschicht 2A entfernt, wodurch man nach Entfernen der zweiten Maske 5 die in 4G dargestellte Draufsicht erhält. Bei entsprechender Wahl des Trägermaterials 1 kann die optionale Ätzstoppschicht 2A auch entfallen, wobei die freiliegenden Schichten lediglich bis zum Trägermaterial 1 entfernt werden.According to the in 4F The plan view shown accordingly becomes the exposed areas of the first mask 2BM of the mask layer 3 and the protective layer 4 to the etch stop layer 2A removed, which after removing the second mask 5 in the 4G top view shown. With appropriate choice of the carrier material 1 can use the optional etch stop layer 2A also omitted, the exposed layers only up to the carrier material 1 be removed.

Gemäß 4H, die wiederum eine Schnittansicht darstellt, werden nachfolgend das Polysilizium der ersten Maske 2BM und der Schutzschicht 4 selektiv zur Siliziumnitridschicht 2A entfernt und anschließend die Nitridschicht 2A bzw. Ätzstoppschicht weggeätzt, wodurch man die endgültige sublithographische Maske 3M auf dem Trägermaterial 1 erhält. Zum Ausbilden von beispielsweise Gatestacks im Trägermaterial 1 können nachfolgend herkömmliche und daher nicht näher beschriebene Verfahrensschritte durchgeführt werden.According to 4H , which in turn represents a sectional view, are the polysilicon of the first mask 2BM and the protective layer 4 selective to the silicon nitride layer 2A removed and then the nitride layer 2A or etch stop layer etched away, resulting in the final sublithographic mask 3M on the carrier material 1 receives. For forming gate stacks in the carrier material, for example 1 In the following, conventional and therefore not described process steps can be carried out.

Auf diese Weise lassen sich sehr schmale (z.B. 30 Nanometer breite) sublithographische Masken 3M mit sehr geringen Schwankungen der kritischen Abmessungen CD realisieren Der Abstand von zwei sublithographischen Masken 3M entspricht hierbei z.B. einer Lithographie-Wellenlänge, wobei jedoch auch ein wesentlich größerer Abstand realisiert werden kann. Im Gegensatz zu den in 2 beschriebenen Spacertechniken ist die Dicke der sublithographischen Maske nur durch einen Prozeßschritt bestimmt, im beschriebenen Fall durch die Oxidation einer Seitenwand. Es folgt keine Erhöhung der CD Variationen durch einen anschließend durchzuführenden anisotropen Ätzschritt. Damit ist die CD Kontrolle sehr viel genauer als im Fall von Spacertechniken. Durch die genaue Kontrolle des Oxidationsschritts sind sehr schmale sublithographische Masken kleiner 10–20nm möglich.In this way, very narrow (eg 30 nanometer wide) sublithographic masks 3M can be realized with very small fluctuations in the critical dimensions CD. The distance between two sublithographic masks 3M corresponds here, for example, to a lithography wavelength, although a much larger distance can also be realized , In contrast to the in 2 described spacer techniques, the thickness of the sublithographic mask is determined only by one process step, in the case described by the oxidation of a side wall. There is no increase in the CD variations by means of an anisotropic etching step which is then to be carried out. This makes the CD control much more precise than in the case of spacer techniques. Due to the precise control of the oxidation step, very narrow sublithographic masks smaller than 10-20 nm are possible.

Die Erfindung wurde anhand einer Polysiliziumschicht für eine Maskenschicht einer Oxidation zur Umwandlung der Maskenschicht, einer Nitridschicht als Ätzstoppschicht und einer Polysiliziumschicht als Schutzschicht beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Schichtmaterialien beschränkt, sondern umfasst in gleicher Weise Schichtmaterialien, die ähnliche Eigenschaften aufweisen. Insbesondere kann die vorstehend beschriebene Oxidation der Polysiliziumschicht durch eine Oxidation von beispielsweise verschiedenen Hartmaskenschichten oder einer chemischen Umwandlung einer abgeschiedenen Schicht wie z.B. eines abgeschiedenen Oxids oder verschiedener abgeschiedener Schichten realisiert werden.The invention was based on a Polysilicon layer for a mask layer of an oxidation for converting the mask layer, a nitride layer as an etch stop layer and a polysilicon layer as a protective layer. The However, the invention is not limited to such layer materials, but rather likewise comprises layer materials which are similar Have properties. In particular, the oxidation described above can the polysilicon layer by an oxidation of, for example different hard mask layers or a chemical transformation a deposited layer such as a deposited oxide or different deposited layers can be realized.

Insbesondere sind hierbei die bei einer Silizidierung verwendeten chemischen Umwandlungsverfahren zu nennen, wobei eine chemische Umwandlung einer vorbestimmten Schichtdicke ebenfalls hoch genau realisiert werden kann. In gleicher Weise kann die Oberfläche der optional vorgesehenen Nitrid-Ätzstoppschicht leicht oxidiert werden, wodurch ein während der chemischen Umwandlung auftretender Stress bzw. eine auftretende Beanspruchung der Polysilizium-Seitenwände verringert werden kann.In particular, the are at chemical conversion processes used in silicidation to be called, wherein a chemical conversion of a predetermined layer thickness can also be realized with high precision. In the same way can the surface the optionally provided nitride etch stop layer is easily oxidized be what a while the chemical transformation occurring stress or an occurring Strain on the polysilicon sidewalls can be reduced.

T, 1, 100T 1, 100
Trägermaterialsupport material
2, 2002, 200
erste Maskenschichtfirst mask layer
2A2A
Ätzstoppschichtetch stop layer
2B2 B
Polysiliziumschichtpolysilicon layer
2BM, 200M2BM, 200M
erste Maskefirst mask
RMRM
erste Resistmaskefirst resist mask
3, 3003, 300
sublithographische Maskenschichtsub-lithographic mask layer
3M, 300M3M, 300M
sublithographische Maskesub-lithographic mask
44
Schutzschichtprotective layer
55
zweite Resistmaskesecond resist mask
CDCD
kritische Abmessungcritical dimension
ΔCD, ΔCD1, ΔCD2ΔCD, ΔCD1, ΔCD2
Schwankung der kritischen Abmessungfluctuation the critical dimension

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung einer sublithographischen Maske mit den Schritten: a) Vorbereiten eines zu strukturierenden Trägermaterials (1) ; b) Ausbilden einer ersten Maskenschicht (2) an der Oberfläche des Trägermaterials (1); c) lithographisches Strukturieren der ersten Maskenschicht (2) zum Ausbilden einer ersten Maske (2BM) mit im Wesentlichen senkrechten Seitenwänden; d) Durchführen einer chemischen Umwandlung von zumindest einer Seitenwand der ersten Maske (2BM) zum Ausbilden einer sublithographischen Maskenschicht (3); e) lithographisches Strukturieren der sublithographischen Maskenschicht (3) zum Ausbilden der sublithographischen Maske (3M); und f) Entfernen der ersten Maske (2BM).Method for producing a sublithographic mask with the steps: a) preparing a carrier material to be structured ( 1 ); b) forming a first mask layer ( 2 ) on the surface of the carrier material ( 1 ); c) lithographic structuring of the first mask layer ( 2 ) to form a first mask (2BM) with substantially vertical side walls; d) performing a chemical conversion of at least one side wall of the first mask (2BM) to form a sublithographic mask layer ( 3 ); e) lithographic structuring of the sublithographic mask layer ( 3 ) to form the sublithographic mask (3M); and f) removing the first mask (2BM). Verfahren nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Ausbilden einer Schutzschicht (4) für die sublithographische Maskenschicht (3) vor dem Schritt e); und f1) Entfernen der Schutzschicht (4) nach dem Schritt e).Method according to claim 1, characterized by the further steps: forming a protective layer ( 4 ) for the sublithographic mask layer ( 3 ) before step e); and f1) removing the protective layer ( 4 ) after step e). Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (4) ganzflächig über der sublithographischen Maskenschicht (3) ausgebildet und anschließend bis zur sublithographischen Maskenschicht zurückgebildet wird.Method according to claim 2, characterized in that the protective layer ( 4 ) all over the sublithographic mask layer ( 3 ) and then regressed to the sublithographic mask layer. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Maskenschicht (2) ein Halbleitermaterial aufweist und die chemische Umwandlung in Schritt d) eine Oxidation des Halbleitermaterials darstellt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first mask layer ( 2 ) has a semiconductor material and the chemical conversion in step d) represents an oxidation of the semiconductor material. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine nasse Oxidation mit H2 und O2 durchgeführt wird.A method according to claim 4, characterized in that a wet oxidation with H 2 and O 2 is carried out. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten b) und c) b1) ein Ausbilden einer ersten Resistschicht an der Oberfläche der Maskenschicht (2); c1) ein lithographisches Strukturieren der Resistschicht zum Ausbilden einer ersten Resistmaske (RM); und c2) ein Strukturieren der Maskenschicht (2) unter Verwendung der ersten Resistmaske (RM) erfolgt.Method according to one of patent claims 1 to 5, characterized in that in steps b) and c) b1) forming a first resist layer on the surface of the mask layer ( 2 ); c1) a lithographic patterning of the resist layer to form a first resist mask (RM); and c2) structuring the mask layer ( 2 ) using the first resist mask (RM). Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskenschicht (2) eine Ätzstoppschicht (2A) aufweist und in Schritt e) eine zweite Resistmaske (5) als Ätzmaske verwendet wird.Method according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the mask layer ( 2 ) an etch stop layer ( 2A ) and in step e) a second resist mask ( 5 ) is used as an etching mask. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Maskenschicht eine Polysiliziumschicht (2B) und eine Siliziumnitridschicht (2A) aufweist.Method according to claim 7, characterized in that the first mask layer is a polysilicon layer ( 2 B ) and a silicon nitride layer ( 2A ) having. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) eine konforme Umwandlung der Seitenwände in einem Dickenbereich von 5 bis 50 Nanometern erfolgt.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that in step d) a conformal conversion of the side walls takes place in a thickness range of 5 to 50 nanometers.
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