DE10305617B4

DE10305617B4 - Maske und Verfahren zum Strukturieren eines Halbleiterwafers

Info

Publication number: DE10305617B4
Application number: DE10305617A
Authority: DE
Inventors: Alois Gutmann; Zhijian Lu; Shahid Butt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2002-02-11
Filing date: 2003-02-11
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: DE10305617A1; US20030153126A1; US6670646B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Strukturierungsmaske (118, 218) für Halbleiterwafer (130), wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
Bereitstellen eines transparenten Substrats (132, 232);
Ausbilden eines opaken Materials (134, 234) über dem Substrat (132, 232); und
Ausbilden einer Struktur in dem opaken Material (134, 234), wobei:
– die Struktur mehrere Öffnungen (122, 222, 222PS) und eine zwischen mindestens zwei der Öffnungen (122, 222, 222PS) positionierte Hilfslinie (124, 224, 224PS) enthält;
– die Öffnungen (122, 222, 222PS) Rechtecke mit einer Höhe (L) und einer Breite (W) umfassen;
– die Höhe (L) des Rechtecks größer ist als die Breite (W);
– die Höhe (L) des Rechtecks in einer vertikalen Richtung positioniert ist;
– die Hilfslinien (124, 224, 224PS) vertikal zwischen einer Kante entlang der Breite (W) von zwei benachbarten Öffnungen (122, 222, 222PS) positioniert sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Halbleiterbauelementen und insbesondere eine Strukturierungsmaske und ein Strukturierungsverfahren.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Halbleiter finden breite Verwendung in integrierten Schaltungen für elektronische Anwendungen, einschließlich Radios, Fernsehgeräten, Mobiltelefonen und Personal Computer Geräten, um Beispiele zu nennen. Derartige integrierte Schaltungen (IS) enthalten in der Regel mehrere in einem einkristallinen Silizium hergestellte Transistoren. Üblicherweise befinden sich auf einem einzelnen Halbleiterprodukt Millionen von Halbleiterbauelementen. Viele integrierte Schaltungen enthalten nun mehrere Metallisierungsebenen für Zwischenverbindungen.

Bei der Halbleiterbauelementherstellung werden auf einem Halbleiterwafer beispielsweise Metallisierungsschichten, dielektrische Schichten und Schichten mit aktiven Komponenten abgeschieden oder ausgebildet. Jede Schicht muß mit einer gewünschten Struktur strukturiert werden, damit die Halbleiterbauelemente ordnungsgemäß funktionieren. Bei einem Strukturierungsprozeß wird in der Regel ein Photoresist, der beispielsweise ein organisches Polymer umfassen kann, über einer Halbleiterwaferschicht abgeschieden. Der Photoresist wird durch eine Maske hindurch belichtet, um die Struktur der Maske auf den Photoresist zu übertragen. Während darauffolgender Entwicklungsprozesse werden je nachdem, ob ein positiver oder negativer lithographischer Resistprozeß verwendet wird, entweder belichtete oder unbelichtete Teile des Photoresists entfernt. Die auf der Halbleiterwaferoberfläche zurückbleibenden Photoresistteile schirmen die obere Wafer oberfläche während eines Ätzprozesses ab, damit die obere Halbleiterwaferschicht in solchen Gebieten zurückbleibt, wo der Photoresist noch vorhanden ist.

Eine Vorrichtung 10 des Stands der Technik zum Strukturieren der Oberfläche eines Halbleiterwafers 30 ist in 1 gezeigt. Ein Tisch 12 ist dafür ausgelegt, einen Halbleiterwafer 30 zu tragen. Der Tisch 12 kann dazu ausgelegt sein, den ganzen Wafer 30 von Position zu Position zu bewegen, damit während des Strukturierungsprozesses Teile der Oberfläche des Wafers 30 belichtet werden. Der Tisch 12 kann auf einer nicht gezeigten Basis montiert sein. Der Tisch 12 ist so ausgelegt, daß er den Wafer 30 festhält. Über dem Wafer 30 ist ein Objektiv 20 angeordnet. Das Objektiv 20 umfaßt in der Regel ein Verkleinerungsobjektiv, das das auf den Wafer 30 übertragene Bild beispielsweise um das 4- bis 5-fache verkleinert. Alternativ ist möglicherweise kein Objektiv 20 erforderlich, falls zum Übertragen der Struktur von der Maske 18 auf den Wafer 30 ein Verfahren mit einem Vergrößerungsverhältnis von 1:1 verwendet wird. Eine Maske 18 mit der auf dem Wafer 30 zu übertragenden gewünschten Struktur ist über dem Objektiv 20 angeordnet. Eine Licht- oder Energiequelle 16 ist wie gezeigt über der Maske 18 angeordnet.

Um den Wafer 30 zu strukturieren, leuchtet die Lichtquelle 16, bei der es sich beispielsweise um ein Laserlicht oder Ultraviolettlicht handeln kann, auf. Das Licht läuft durch die Maske 18 und durch das Verkleinerungsobjektiv 20 und belichtet Teile der oberen Oberfläche des Halbleiterwafers 30.

Es gibt unterschiedliche Arten von Belichtungsgeräten, die ähnlich wie die Vorrichtung 10 funktionieren, die in 1 beschrieben und dargestellt ist. Bei einer Step- und Repeat-Vorrichtung wird die Struktur der Maske 18 jeweils auf einen anderen Abschnitt des Wafers 30 übertragen, und ein Tisch 12 bewegt den Wafer 30 von Punkt zu Punkt, wodurch die Oberfläche des Wafers 30 in mehreren Schritten belichtet wird. Eine alternative Vorrichtung, die zum Strukturieren und Belichten der Oberfläche eines Wafers 30 verwendet wird, ist beispielsweise als eine Step- und Scan-Vorrichtung bekannt.

2 zeigt eine Draufsicht auf eine Maske 18 mit einer Struktur, die transparente Gebiete, Löcher oder Öffnungen 22 darin enthält. Es ist auch ein Teil der oberen Oberfläche des Wafers 30 gezeigt, die aufgrund der Verkleinerung viel kleinere Abmessungen als die Maske 18 aufweist. Wafergebiete 26 stellen belichtete (oder unbelichtete) strukturierte Teile der Oberfläche des Halbleiterwafers 30 dar, nachdem der Wafer 30 unter Verwendung der Maske 18 strukturiert worden ist.

Die in 2 gezeigte Struktur kann eine Struktur für tiefe Gräben darstellen, die in Speicherzellen von Halbleiterbauelementen verwendet werden, um ein Beispiel zu nennen. Das Drucken von tiefen Gräben stellt aufgrund der begrenzten Prozeßtoleranz und der begrenzten Auflösung von Vorrichtungen und Verfahren des Stands der Technik für Lithographen eine Herausforderung dar. Aufgrund praktischer Einschränkungen des Prozeßfensters ist es schwierig, die aktuellen Ziele in bezug auf die kritischen Abmessungen (CD) der tiefen Gräben weiter zu reduzieren.

Ein weiteres Problem bei Lithographiemasken und -prozessen des Stands der Technik besteht darin, daß in der Regel eine Maske 18 verwendet wird, die größer ist als die erwünschte Struktur auf einem Wafer 30. Aufgrund der Auflösung und der Beugung des Lichts durch die Maske 18 wird die auf den Wafer 30 übertragene Struktur verzerrt, weshalb zur Übertragung des gewünschten Bilds oder der gewünschten Struktur ein Verhältnis größer als eins zu eins verwendet wird. Es ist jedoch in der Technik wünschenswert, zwischen der Struktur auf der Maske 18 und der Struktur auf dem Wafer 30 eine Beziehung von eins zu eins zu haben, was keine Verkleinerung im Objektiv 20 erfordern würde.

Zudem kann ein als Linienverkürzung bezeichnetes Übertragungssproblem auftreten, wenn die Struktur der Maske 18 auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 30 übertragen wird. Die Linienverkürzung ist in der Regel problematischer bei kleinen Strukturmerkmalgrößen; als Beispiel ist es möglicherweise wegen der Linienverkürzung schwierig, die Länge L des Designs von 2 zu erreichen.

Zu einigen Verfahren des Stands der Technik zum Verbessern der Lithographie von Strukturen mit schmalen Geometrien zählen dichte Optical Proximity Correction (OPC) und Phasenverschiebungsmasken (PSM). Mit OPC kann verlorenes Licht kompensiert werden, um sicherzustellen, daß auf einem Halbleiterwafer präzise Strukturen ausgebildet werden. Ohne OPC erzeugt beispielsweise ein Rechteck auf einem Halbleiterwafer eine Struktur, die oval erscheint, da Licht im allgemeinen die Kanten abrundet. Mit OPC wird dieses Phänomen korrigiert, indem zu den Ecken sehr kleine Serifen oder Linien hinzugefügt werden, die sicherstellen, daß die Kanten nicht abgerundet werden, oder indem eine Strukturmerkmalkante bewegt wird, so daß Strukturmerkmale auf dem Wafer eine präzisere Größe aufweisen. Phasenverschiebungsmasken ändern die Phase des durch die Photomaske hindurchtretenden Lichts und gestatten eine verbesserte Tiefenschärfe und Auflösung auf dem Wafer. Durch die Phasenverschiebung wird die Verzerrung der Linienauflösung von Unregelmäßigkeiten auf der Waferoberfläche reduziert.

Aus dem Stand der Technik ist eine Strukturierungsmaske bekannt (Druckschrift US 5,397,663 A ) bekannt, bei welcher zwischen 0,4 μm breiten, quadratischen Öffnungen in einer opaken Chromschicht Hilfsstrukturen angeordnet sind. Die Hilfsstrukturen besitzen bei einer Länge von 0,45 μm Breiten von beispielsweise 0,2 μm, die hier geringer als die für die Technologie definierten Grundregeln sind und somit für sich genommen bei einer Projektion nicht zur Abbildung auf dem Substrat führen können. Die Hilfsstrukturen führen jedoch zu einer verbesserten Auflösung bezüglich der an sich abzubildenden Öffnungen. Die Hilfsstrukturen können je nach Anwendung halbdurchlässig oder auch gegenüber der zugeordneten Öffnung phasenschiebend ausgebildet sein. Die Phasenverschiebung wird durch eine zusätzliche SOG-Schicht auf dem Substrat erreicht.

Des weiteren ist aus der Druckschrift US 2002/0006734 A1 eine Strukturierungsmaske bekannt, bei welcher ein oder mehrere quadratische Hilfsstrukturen zwischen benachbarten quadratischen Öffnungen angeordnet sind. Die Öffnungen besitzen Breiten von 0,2 μm, die Hilfsstrukturen besitzen lediglich Breiten von 0,1 μm, beide bezogen auf den Wafermaßstab. Die Hilfsstrukturen werden daher selber nicht unmittelbar auf dem Wafer abgebildet. Die Hilfsstrukturen oder alternativ die Öffnungen können aufgrund einer Ätzung des Maskensubstrats um 180 Grad phasenschiebend gegeneinander ausgebildet sein. Damit wird die Auflösung der Abbildung der Öffnungen verbessert.

Was in der Technik benötigt wird, sind eine Halbleiterwaferstrukturierungsmaske und -verfahren, die die Anforderungen hinsichtlich der Maskenverkleinerung und Linienverkürzungsprobleme, die man bei Verfahren und Masken des Stands der Technik antrifft, mindern.

Eine derartige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Strukturierungsmaske für Halbleiterwafer nach Anspruch 1 und durch eine Strukturierungsmaske für Halbleiterwafer nach dem nebengeordneten Anspruch 10 und durch die Verwendung der Maske nach dem nebengeordneten Anspruch 19.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern technische Vorteile als ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Strukturieren der Oberfläche eines Halbleiterwafers.
Offenbart wird ein Verfahren zum Herstellen einer Strukturierungsmaske für Halbleiterwafer, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Bereitstellen eines transparenten Substrats, Ausbilden eines opaken Materials über dem Substrat und Ausbilden einer Struktur in dem opaken Material, wobei die Struktur mehrere Öffnungen und eine zwischen mindestens zwei der Öffnungen positionierte Hilfslinie enthält.
Offenbart wird außerdem eine Strukturierungsmaske für Halbleiterwafer, die folgendes umfaßt: ein transparentes Substrat und ein über dem Substrat angeordnetes opakes Material, wobei das opake Material eine Struktur umfaßt, die mehrere Öffnungen enthält, wobei eine Hilfslinie zwischen mindestens zwei der Öffnungen gekoppelt ist.
Offenbart wird weiterhin ein Halbleiterbauelement, das mit einer Strukturierungsmaske für Halbleiterwafer strukturiert ist, umfassend: ein transparentes Substrat und ein über dem Substrat angeordnetes opakes Material, wobei das opake Material eine Struktur umfaßt, die mehrere Öffnungen enthält, wobei eine Hilfslinie zwischen mindestens zwei der Öffnungen gekoppelt ist.
Zu Vorteilen der Ausführungsformen der Erfindung zählen eine vergrößerte Tiefenschärfe (DOF) und ein vergrößerter Belichtungsspielraum. Die Auflösung wird verbessert und die Linienverkürzung wird reduziert. Zudem läßt sich das Drucken elliptischer tiefer Gräben gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erreichen. Durch die Verwendung von Hilfslinien werden kleinere kritische Abmessungen der tiefen Gräben ermöglicht. Die Notwendigkeit für ein Bias oder eine Verkleinerung der Maskenstruktur bezüglich des Wafers kann vermieden werden. Auch die Notwendigkeit für eine Testmaske kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vermieden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen Merkmale von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lassen sich unter Betrachtung der folgenden Beschreibungen in Verbindung mit beiliegenden Zeichnungen besser verstehen. Es zeigen:
1 eine Strukturierungsvorrichtung des Stands der Technik;
2 eine Maske des Stands der Technik und eine durch die Maske strukturierte Halbleiterwaferoberfläche;
3 eine Draufsicht auf eine Maske gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Hilfslinien in vertikaler Richtung zwischen tiefen Grabenstrukturen;
4 eine Querschnittsansicht der Maske in 3;
5 eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer, der durch die in den 3 und 4 gezeigte Maske strukturiert ist;
6 ein Luftbild einer tiefen Grabenstruktur, das die relative Intensität von durch die in 7 gezeigte Maske übertragenem Licht zeigt;
7 ein Prozeßfenster, das durch die Beziehung der Tiefenschärfe zum Belichtungsspielraum mit und ohne Hilfslinien dargestellt ist;
8 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Draufsicht auf eine Maske mit Hilfslinien zwischen tiefen Grabenstrukturen in vertikaler Richtung zeigt, wobei jede zweite Spalte 180 Grad außer Phase ist;
9 und 10 Querschnittsansichten der in 8 gezeigten Maske;
11 ein Luftbild der relativen Intensität von durch die in 8 gezeigte Maske übertragenem Licht; und
12 eine graphische Darstellung, die das Prozeßfenster zeigt, das durch die Beziehung der Tiefenschärfe zum Belichtungsspielraum für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu Masken des Stands der Technik dargestellt wird.
In den verschiedenen Figuren beziehen sich entsprechende Zahlen und Symbole auf entsprechende Teile, es sei denn, etwas anderes wurde angegeben. Die Figuren wurden gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen klar zu veranschaulichen, und sie sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, an die sich eine Erörterung einiger Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anschließt.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Maske oder ein Retikel 118 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Maske 118 enthält transparente Gebiete oder Öffnungen 122, die Strukturen umfassen, beispielsweise Rechtecke zum Strukturieren tiefer Gräben. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden in die Struktur Hilfslinien 124 aufgenommen, die vertikal zwischen kurzen Seiten von mindestens zwei benachbarten Rechtecken 122 verlaufen. Die Hilfslinien 124 sind so ausgelegt, daß sie eine Abmessung umfassen, die das auf einen Halbleiterwafer übertragene Bild verbessert. Bei tiefen Gräben mit einer Grunddimensionierungsregel von 175 nm sind Hilfslinien 124 bevorzugt zwischen etwa 50 nm und 125 nm breit, um ein Beispiel zu nennen.
4 veranschaulicht die Maske 118 in einer Querschnittsansicht bei 4-4 von 3. Ein Substrat 132 wird bereitgestellt. Das Substrat 132 umfaßt bevorzugt Quarz und kann alternativ andere transparente Materialien umfassen, um ein Beispiel zu nennen. Ein undurchsichtiges, opakes Material 134 ist über dem transparenten Material 132 ausgebildet. Das opake Material 134 umfaßt bevorzugt ein Metall wie etwa Chrom und kann alternativ andere energieabsorbierenden Materialien umfassen, die strukturiert werden können, um eine Maske zu erzeugen, die zum Strukturieren eines Halbleiterwafers verwendet werden kann. Das ein transparentes Material umfassende Substrat 132 umfaßt bevorzugt eine im wesentlichen homogene Dicke. Die Öffnungen 122 werden durch größere Gebiete 122 dargestellt, und Hilfslinien 124 werden durch kleinere Räume zwischen ungestörten Gebieten des opaken Materials 134 dargestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Struktur auf dem opaken Material 134 der Maske 118 ausgebildet. Zur Ausbildung der Struktur wird in der Regel auf der Maske 118 ein Resist abgeschieden, und eine Quelle erzeugt einen Energiestrahl (nicht gezeigt), der von einem nicht gezeigten Linsensystem fokussiert und geformt wird, das den Strahl auf die Maske richtet, damit der Resist in einer vorbestimmten Struktur belichtet wird. Der Energiestrahl kann einen Laser oder Elektronenstrahl umfassen, um ein Beispiel zu nennen. Es kann Kryptonfluorid (KrF)-Lithographie verwendet werden, z.B. ein 248-nm-Excimerlaser.
Die Maskenstruktur enthält Öffnungen 122, die bevorzugt die Abmessungen aufweisen, die im wesentlichen der Abmessung gleich ist, die in einem 1:1-Verhältnis auf einem Halbleiterwafer strukturiert werden soll, um ein Beispiel zu nennen. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden vorteilhafterweise auch Hilfslinien 124 auf dem opaken Material 134 der Maske 118 strukturiert. Hilfslinien 124 verlaufen bevorzugt vertikal auf der Maske 118 zwischen den kurzen Kanten zweier benachbarter Öffnungen 122, wobei die Hilfslinien 124 an die Kante benachbarter Öffnungen 122 anstoßen.
Bei der DRAM-Tiefgraben-Photolithograpie wird in der Regel ein tiefer Graben eine Breite W aufweisen, die geringer ist als die Länge L, wobei die Länge in einer vertikalen Richtung verläuft, wie in 3 gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verlaufen Hilfslinien 124 bevorzugt vertikal in der gleichen Richtung wie die längere Seite L von rechteckig geformten Öffnungen 122, z.B. die Länge L der Öffnung. Dies ist vorteilhaft, weil die Linienverkürzung in der Richtung der Abmessung der Breite W oder auf der kürzeren der beiden Seiten der rechteckigen Öffnungen 122 ein größeres Problem darstellt.
5 zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer 130, der unter Verwendung der in den 3 und 4 gezeigten Maske 118 strukturiert ist. Der Halbleiterwafer 130, der zuvor beispielsweise mit einem Resist beschichtet wurde, wird mit Energie, z.B. Ultraviolettlicht, belichtet, um Teile des Resists auf dem Wafer 130 zu belichten und strukturierte Gebiete 126 zu erzeugen, die den Öffnungen 122 der Maske 118 entsprechen. Vorteilhafterweise ergeben die Hilfslinien 124 der Maske 118 eine verbesserte Auflösung der strukturierten Gebiete 126 auf dem Wafer 130. Bevorzugt wird gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verhältnis von 1:1 verwendet, z.B. weisen die Öffnungen 122 der Maske 118 im wesentlichen die gleiche Größe wie die Strukturmerkmale 126 des Halbleiterwafers 130 auf. Die strukturierten Gebiete 126 können elliptischer oder abgerundeter sein als die gezeigten rechteckigen Formen.
6 zeigt ein Luftbild einer tiefen Grabenstruktur auf einem Wafer 130, die durch eine Lithographiemaske 118 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Das Luftbild stellt die relative Intensität der x-Position zur y-Position auf dem Wafer 118 dar. Die unterschiedlichen Kontrastschattierungen veranschaulichen, daß in den Gebieten 136, die von opaken Gebieten 134 der Maske 118 bedeckt sind, weniger Licht auf den Wafer 130 übertragen wird und daß Kontrastbereiche 138 die hellsten Lichtbereiche durch die Maske 118 in den mittleren Gebieten der Öffnungen 122 erhalten. Beispielsweise können die Gebiete 136 des Wafers 130 5,5 Prozent des Lichts erhalten, wenn es durch die Maske hindurchtritt, wohingegen mittlere Gebiete 138 der tiefen Grabenstrukturen 122 28,2 Prozent des Lichts erhalten können, wenn es durch die Maske 118 hindurchtritt. Man beachte, daß durch die Maske 118 in der Mitte 138 der Öffnungen keine 100 Prozent des Lichts hindurchtreten, und zwar wegen der Beugungs- und Diffusionseffekte der Strukturierung derartig kleiner Abmessungen, die eine Größe im Mikrometer- oder Submikrometerbereich aufweisen können. Die in 6 gezeigten Kontrastbilder zeigen die Verbesserung gegenüber Luftmaskenbildern relativer Intensität des Stands der Technik, die auf den vorteilhaften Einsatz der Hilfslinien 124 zurückzuführen ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Masken des Stands der Technik erreichen einen höchsten Kontrast von etwa 25 oder 26.
7 zeigt eine graphische Darstellung des verbesserten "Prozeßfensters", das durch den Einsatz von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann. Das "Prozeßfenster" bezieht sich auf die Größe der Fläche unter jeder gezeigten Kurve 140, 142 und 144. Die Linie bei 144 zeigt die Tiefenschärfe (DOF) bezüglich des Belichtungs spielraums einer Maske ohne Bias und ohne Hilfslinien, beispielsweise mit rechteckigen Öffnungen mit einer Breite von 175 nm und einer Länge von 350 nm. Linie 142 veranschaulicht graphisch die Beziehung der Tiefenschärfe zum Belichtungsspielraum einer Maske mit Bias und ohne Hilfslinien und mit rechteckigen Öffnungen, die 200 nm breit und 450 nm lang sind. Die Linie bei 140 veranschaulicht graphisch die Ergebnisse einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die keine Bias verwendet und die für die vorliegende Erfindung einzigartigen Hilfslinien 124 verwendet. Vorteilhafterweise ist das Prozeßfenster für die Linie 140 erheblich größer als für die Linien 142 und 144 des Stands der Technik, wie gezeigt.
In den 8 bis 12 wird eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, die eine alternative Phasenverschiebungsmaske verwendet. 8 zeigt eine Draufsicht auf eine Maske 218 mit Öffnungen 222/222PS und Hilfslinien 224/224PS. Bei dieser Ausführungsform ist das Substrat 232 jeder zweiten vertikalen Spalte der Maske 218 von der benachbarten Spalte um 180 Grad phasenverschoben. Beispielsweise sind auf der linken Seite von 8 die Öffnung 222PS und die Hilfslinien 224PS von den benachbarten Öffnungen 222 und den Hilfslinien 224 rechts davon um 180 Grad phasenverschoben. Die Phasenverschiebung erkennt man deutlicher durch Betrachten von 9, die eine Querschnittsansicht der Maske 218 bei Ansicht 9-9 ist.
In 9 sind die phasenverschobenen Gebiete so gezeigt, daß sie durch das Substrat mit reduzierter Dicke 246 erzielt werden, wobei die verringerte Dicke eine Phasenverschiebung um 180 Grad von der Dicke des Substrats 232 bei der nicht-phasenverschobenen Öffnung 222 gezeigt ist, die mit Null Grad gezeigt ist. Beispielsweise kann die Entfernung 246 gleich:
sein, wobei λ die Wellenlänge des Lichts und n der Brechungsindex des Materials des Substrats 232 ist. Alternativ kann die Phase der phasenverschobenen Gebiete 222PS und 224PS des Substrats durch andere Mittel verschoben werden, beispielsweise kann für die phasenverschobenen Gebiete 222PS/224PS ein anderes Material als für die nicht-phasenverschobenen Gebiete 222/224 verwendet werden.
10 zeigt eine Querschnittsansicht der in 8 gezeigten Maske 218 bei der Ansicht 10-10. Analog zur 9 sind die Öffnungen 222PS um 180 Grad phasenverschoben, und die Hilfslinie 224 ist nicht phasenverschoben, wie gezeigt.
11 zeigt eine Luftaufnahme der relativen Lichtintensität von übertragenem Licht durch die Maske 218. Wie in 6 stellen Gebiete 236 Bereiche des Wafers 130 dar, die durch die Maske 218 die geringste Lichtmenge empfangen, und die Bereiche 238 stellen Bereiche auf dem Wafer 130 dar, die die größte Lichtmenge in der Mitte der Grabenöffnungen 222/222PS empfangen. Beispielsweise können Gebiete 236 des Wafers 130 7,2 Prozent des Lichts erhalten, wenn es durch die Maske 218 hindurchtritt, während mittlere Gebiete 238 der tiefen Grabenstrukturen 222 60,0 Prozent des Lichts empfangen können, wenn es durch die Maske 218 hindurchtritt.
Die tiefen Gräben auf dem Wafer 130 können eine im wesentlichen ovale Form aufweisen, was wünschenswert ist, da tiefe Gräben oftmals eine ovale Form aufweisen sollen. Die Hilfslinien 224/224PS passen die Form der Struktur an eine elliptischere Form an. Deshalb sind vorteilhafterweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nützlich, weil im wesentlichen ovale tiefe Gräben durch die Verwendung von Hilfslinien strukturiert werden können. Der Einsatz alternativer Phasenverschiebungsmasken kann die elliptische Form der Grabenstrukturen weiter verbessern.
12 zeigt das verbesserte Prozeßfenster, das sich durch die Verwendung der Maske 218 unter Einsatz abwechselnder Phasenverschiebungslinien 224/224PS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielen läßt. Die Linie 248 stellt eine alternative PSM ohne Maskenbias und mit 50 nm Hilfslinien zwischen den Öffnungen dar. Die Linie 248 zeigt das verbesserte Prozeßfenster, das durch eine in den 8–10 gezeigte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer größeren Schärfentiefe und einem größeren Belichtungsspielraum an jedem Punkt entlang des Graphen bereitgestellt wird. Das Prozeßfenster 248 ist größer als das Prozeßfenster einer alternativen PSM des Stands der Technik ohne Bias und ohne Hilfslinien, was durch die Linie bei 250 dargestellt ist.
Die in 8 bis 12 gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden phasenverschobene Hilfslinien an jedem Ende nomineller tiefer Gräben entlang der langen Achse. Auf diese Weise wird eine halbisolierte Kontaktstruktur in eine ungleichmäßige Linien-Abstands-Struktur umgewandelt. Außerdem werden Phasenverschiebungseffekte für benachbarte nominelle tiefe Gräben verbessert, was zu einem besseren Luftbild und einer Vergrößerung beim Prozeßfenster und bei der Auflösung führt.
Bevorzugt liegen die Hilfslinien 122/222/222PS von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einem Breitenbereich zwischen 25 nm und 150 nm. Weiterhin ist bevorzugt eine Hilfslinie 122/222/222PS auf zwei Seiten positioniert, z.B. auf beiden Seiten eines tiefen Grabens entlang einer langen Achse.
Zu Vorteilen von Ausführungsformen der Erfindung zählen die Vergrößerung des lithographischen Prozeßfensters und das Vergrößern des Kontrastes für die Strukturierung von Halbleiterwafern. Durch die Verwendung von Hilfslinien gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird auch die Auflösung der tiefen Gräben verbessert. Die Tiefenschärfe sowie der Belichtungsspielraum werden verbessert, was zu einer Vergrößerung des Gesamtprozeßspielraums um einen Faktor von mehr als zwei führt. Ausführungsformen der Erfindung verbessern auch die Linienverkürzung und gestatten den Druck elliptischer tiefer Grabenstrukturen. Kleinere kritische Abmessungen der tiefen Gräben werden durch den Einsatz von Hilfslinien ermöglicht (hier beschrieben).
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Notwendigkeit für einen Bias oder eine Verkleinerung der Struktur der Maske 118/218 bezüglich des Wafers 130 eliminiert werden kann. Beispielsweise kann, weil die Auflösung und die Tiefenschärfe verbessert sind, bei der Strukturierung eines Wafers 130 eine Beziehung von 1:1 verwendet werden. Beispielsweise können die Öffnungen 122/222/222PS die gleichen Abmessungen umfassen wie die strukturierten Gebiete 126 auf einem Wafer 130. Dies ist vorteilhaft, da der strukturierende Lithographieprozeß vereinfacht wird und die Notwendigkeit für Vergrößerungs- und Verkleinerungsobjektive im lithographischen Bearbeitungsgerät eliminiert wird.
Zudem erfordert ein anderes Verhältnis als 1:1 zwischen der Maske 118/218 und den Wafer 130 das Herstellen einer Testmaske, um das Bias zu optimieren, was mehrere Iterationen erfordern kann. Gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfällt die Notwendigkeit für eine Testmaske.
Wenngleich der vorliegende Strukturierungsprozeß hier unter Bezugnahme auf ein DRAM-Array beschrieben ist, können der vorliegende Prozeß und die vorliegende Maske bei der Herstellung anderer Halbleiterbauelemente verwendet werden, wie beispielsweise ferroelektrischer Direktzugriffsspeicher (FRAM), magnetischer Direktzugriffsspeicher (MRAM) und anderer Halbleiterspeicherbauelemente. Neben Speicherbauelementen, wie etwa beispielsweise Logikbauelementen, profitieren auch andere Halbleiterbauelemente von der Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Weiterhin sind die hier beschriebenen Hilfslinien beispielsweise auch bei der Strukturierung aktiver Bereiche in der Technologie planarer Zellen von Nutzen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Strukturierungsmaske (118, 218) für Halbleiterwafer (130), wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Bereitstellen eines transparenten Substrats (132, 232); Ausbilden eines opaken Materials (134, 234) über dem Substrat (132, 232); und Ausbilden einer Struktur in dem opaken Material (134, 234), wobei: – die Struktur mehrere Öffnungen (122, 222, 222PS) und eine zwischen mindestens zwei der Öffnungen (122, 222, 222PS) positionierte Hilfslinie (124, 224, 224PS) enthält; – die Öffnungen (122, 222, 222PS) Rechtecke mit einer Höhe (L) und einer Breite (W) umfassen; – die Höhe (L) des Rechtecks größer ist als die Breite (W); – die Höhe (L) des Rechtecks in einer vertikalen Richtung positioniert ist; – die Hilfslinien (124, 224, 224PS) vertikal zwischen einer Kante entlang der Breite (W) von zwei benachbarten Öffnungen (122, 222, 222PS) positioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehreren Öffnungen (122, 222, 222PS) in einem Array aus Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Struktur mehrere Hilfslinien (124, 224, 224PS) zwischen benachbarten Öffnungen (122, 222, 222PS) in mindestens einer der Spalten enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei sich die Hilfslinien (124, 224, 224PS) ganz zwischen einer Öffnung (122, 222, 222PS) in einer Zeile und einer Öffnung (122, 222, 222PS) in einer benachbarten Zeile erstrecken, wobei die Hilfslinien (124, 224, 224PS) eine Länge aufweisen, die gleich der Entfernung zwischen einer Öffnung (122, 222, 222PS) und einer Öffnung (122, 222, 222PS) in einer benachbarten Zeile ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Hilfslinien (124, 224, 224PS) eine Breite aufweisen, die gleich 30 bis 75% der kleinsten Strukturmerkmalgröße eines Strukturmerkmals (126) auf einem Halbleiterwafer (130) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bereitstellen eines Substrats (132, 232) das Bereitstellen eines Quarzsubstrats umfaßt, wobei das Bereitstellen eines opaken Materials (134, 234) das Abscheiden eines Materials umfaßt, das Chrom umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die wenigstens zwei Öffnungen (222PS) und die zwischen den zwei Öffnungen (222PS) gebildete Hilfslinie (224PS) im Vergleich zu weiteren Öffnungen (222) und weiteren Hilfslinien (224) als phasenschiebend gegenüber einem einfallenden Lichtstrahl wirkend auf dem Substrat (232) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Substrat (232) innerhalb der phasenschiebend wirkenden Öffnungen (222PS) und Hilfslinien (224PS) eine erste Dicke und das Substrat (232) innerhalb der weiteren Öffnungen (222) und Hilfslinien (224) eine zweite Dicke aufweist, wobei die Phasenverschiebung zwischen den Öffnungen und Hilfslinien erster Dicke und zweiter Dicke 180 Grad beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die mehreren Öffnungen (222, 222PS) in einer Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Struktur mehrere Hilfslinien (224) zwischen benachbarten Öffnungen (222) in mindestens einer der Spalten enthält, und wobei das Substrat (232) in jeder Öff nung (222PS) und Hilfslinie (224PS) der zweiten Spalte mit der ersten Dicke als auf einen einfallenden Lichtstrahl phasenschiebend wirkend ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Breite der Hilfslinien (124, 224, 224PS) im Bereich zwischen 25 nm und 150 nm liegt.
Strukturierungsmaske (118, 218) für Halbleiterwafer (130), die umfaßt: ein transparentes Substrat (132, 232); und ein über dem Substrat (132, 232) angeordnetes opakes Material (134, 234), wobei: – das opake Material (134, 234) eine Struktur umfaßt, die mehrere Öffnungen (122, 222, 222PS) enthält; – eine Hilfslinie (124, 224, 224PS) zwischen mindestens zwei der Öffnungen (122, 222, 222PS) gekoppelt ist; – die Öffnungen (122, 222, 222PS) Rechtecke mit einer Höhe (L) und einer Breite (W) umfassen; – die Höhe (L) des Rechtecks größer ist als die Breite (W); – die Höhe (L) des Rechtecks in einer vertikalen Richtung positioniert ist; – die Hilfslinie (124, 224, 224PS) vertikal zwischen einer Rechteckkante entlang der Breite (W) von zwei benachbarten Öffnungen (122, 222, 222PS) positioniert ist.
Maske nach Anspruch 10, wobei die Öffnungen (122, 222, 222PS) in einem Array aus Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Struktur mehrere Hilfslinien (124, 224, 224PS) zwischen benachbarten Öffnungen (122, 222, 222PS) in mindestens einer der Spalten enthält.
Maske nach einer der Ansprüche 10 oder 11, wobei sich die Hilfslinien (124, 224, 224PS) ganz zwischen einer Öffnung (122, 222, 222PS) in einer Zeile und einer Öffnung (122, 222, 222PS) in einer benachbarten Zeile erstrecken, wobei die Hilfslinien (124, 224, 224PS) eine Länge aufweisen, die gleich der Entfernung zwischen einer Öffnung (122, 222, 222PS) und einer Öffnung (122, 222, 222PS) in einer benachbarten Zeile ist.
Maske nach Anspruch 12, wobei die Hilfslinien (124, 224, 224PS) eine Breite aufweisen, die gleich 30 bis 75% der kleinsten Strukturmerkmalgröße eines Strukturmerkmals (126) auf einem Halbleiterwafer (130) ist.
Maske nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Substrat (132, 232) Quarz umfaßt, wobei das opake Material (134, 234) Chrom umfaßt.
Maske nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei welcher die wenigstens zwei Öffnungen (222PS) und die zwischen den zwei Öffnungen (222PS) gebildete Hilfslinie (224PS) im Vergleich zu weiteren Öffnungen (222) und weiteren Hilfslinien (224) als phasenschiebend gegenüber einem einfallenden Lichtstrahl wirkend auf dem Substrat (232) gebildet ist.
Maske nach Anspruch 15, wobei das Substrat (232) innerhalb der auf den einfallenden Lichtstrahl phasenschiebend wirkenden Öffnungen (222PS) und Hilfslinien (224PS) eine erste Dicke und das Substrat (232) innerhalb der weiteren Öffnungen (222) und Hilfslinien (224) eine zweite Dicke aufweist, und die Phasenverschiebung zwischen den Öffnungen und Hilfslinien erster Dicke und zweiter Dicke 180 Grad beträgt.
Maske nach Anspruch 16, wobei die mehreren Öffnungen (222, 222PS) in einer Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Struktur mehrere Hilfslinien (224) zwi schen benachbarten Öffnungen (222) in mindestens einer der Spalten enthält, und wobei das Substrat (232) in jeder Öffnung (222PS) und Hilfslinie (224PS) der zweiten Spalte mit der ersten Dicke als auf einen einfallenden Lichtstrahl phasenschiebend wirkend ausgebildet ist.
Maske nach Anspruch 10, wobei die Breite der Hilfslinien (124, 224, 224PS) im Bereich zwischen 25 nm und 150 nm liegt.
Verwendung der Maske mit den Merkmalen nach Anspruch 10 zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes.
Verwendung der Maske nach Anspruch 19, wobei die Maske auf einen Wafer (130) ohne Vergrößerung oder Verkleinerung in einem Dimensionsverhältnis von 1:1 abgebildet wird.
Verwendung der Maske nach Anspruch 19 oder 20, wobei das herzustellende Halbleiterbauelement einen dynamischen Direktzugriffsspeicher umfasst.