DE19548918C2 - Belichtungsmaske für Halbleiterelemente - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Belichtungs­ maske für Halbleiterelemente, und insbesondere eine Belichtungsmaske, die in der Lage ist, in sämtlichen Maskenabschnitten einen konstanten Lichtkontrast zu erzeugen, wenn eine Belichtung gemäß einem modifi­ zierten Beleuchtungsverfahren ausgeführt wird, wo­ durch eine Verbesserung bei der Prozeßausbeute und der Betriebszuverlässigkeit erreicht wird.

Der neueste Trend zum Herstellen hochintegrierter Halbleiterelemente ist durch die Entwicklung von Tech­ niken stark beeinflußt worden, demnach Muster mit Mi­ kroabmessung gebildet werden. Durch einen Photoli­ thographieprozeß gebildete Photoresistfilmmuster wer­ den als Masken zum Ausführen eines Ätzprozesses oder eines Ionenimplantierungsprozesses bei der Herstel­ lung von Halbleiterelementen weit verbreitet verwen­ det.

Üblicherweise werden Mikromuster für Halbleiter­ elemente durch gleichmäßiges Auftragen einer Photo­ resistlösung, die aus einem Harz besteht, das in einem Lösungsmittel mit einer bestimmten Menge zusammen mit einem Photoresistmittel gelöst ist, auf einem Halb­ leitersubstrat, zur Bildung eines Photoresistfilms ausge­ bildet ist, woraufhin auf den Photoresistfilm unter Ver­ wendung einer Photoresistfilmmustermaske selektiv Licht gestrahlt wird, wodurch der Abschnitt des Photo­ resistfilms mit Ausnahme seines Abschnitts belichtet wird, der durch die Maske zur Bildung eines Photore­ sistfilmmusters abgedeckt bzw. eingenommen ist. Dar­ aufhin wird der belichtete Abschnitt des Photoresist­ films unter Verwendung einer Alkalientwicklungslö­ sung entfernt, wodurch ein Photoresistfilmmuster gebil­ det wird. Unter Verwendung des Photoresistfilmmu­ sters wird daraufhin eine Leitungsschicht, die unter dem Photoresistfilmmuster angeordnet ist, geätzt, wodurch ein Mikromuster gebildet wird.

Im Hinblick auf ein derartiges Mikromuster können die Verdrahtungsbreite und der Raum zwischen be­ nachbarten Verdrahtungen, nämlich die Linien/Ab­ stand-Abmessung durch das Photoresistmuster einge­ stellt werden. Diese übliche Technik ist jedoch schwie­ rig zur Bildung eines Mikromusters anzuwenden, das eine kritische Abmessung hat, die kleiner ist als eine bestimmte Abmessung, und zwar aufgrund verschiede­ ner Beschränkungen hinsichtlich der Genauigkeit der Belichtungsvorrichtung und der Lichtwellenlänge.

Herkömmliche Schrittschalteinrichtungen bzw. -mo­ tore unter Verwendung beispielsweise der G-Linie, der I-Linie sowie von CrF-Excimerlasern haben Wellenlän­ gen von 436, 365 und 248 nm, da ihre Lichtquellen Auflö­ sungen haben, die lediglich dazu in der Lage sind, Mu­ ster mit Linien/Abstand-Abmessungen von etwa 0,7, 0,5 bzw. 0,3 µm zu bilden.

Um Mikromuster mit einer kritischen Abmessung zu bilden, die kleiner ist als die Auflösungsgrenze der vor­ stehend genannten Schrittschalteinrichtungen, sind ver­ schiedene Verfahren vorgeschlagen worden, die eine Belichtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle sehr kur­ zer Wellenlänge oder erhöhter Genauigkeit verwenden, oder die eine Phasenschiebermaske als Belichtungsmas­ ke verwenden.

Ein modifiziertes Beleuchtungsverfahren ist außer­ dem vorgeschlagen worden, um eine Verbesserung des Lichtkontrasts durch Verwendung einer Interferenz zwischen zwei Lichtstrahlen zu erzielen, nämlich des 0ten Lichtstrahls oder des +1sten oder -1sten Licht­ strahls, die beide eine Lichtdurchlaßlinse durchsetzen. Gemäß diesem Verfahren wird der zentrale Teil des Lichts, der in die Belichtungsmaske einfällt, in ringförmi­ ger oder Vierpolform abgeschirmt.

Ein derartiges Verfahren ist für die Verbesserung des Lichtkontrasts mit bzw. bei wiederholten Linien/Ab­ stand-Abmessung Mustern wirksam.

Die Fig. 1A bis 1C zeigen Draufsichten einer Belich­ tungsmaske, die zur Herstellung eines Halbleiterele­ ments gemäß dem modifizierten Beleuchtungsverfahren verwendet werden, und zwar an unterschiedlichen Posi­ tionen.

Fig. 1A zeigt eine Draufsicht eines Abschnitts der Be­ lichtungsmaske entsprechend dem Speicherbereich des Halbleiterelements. Wie in Fig. 1A gezeigt, werden wie­ derholte Chrommuster 2 mit einer bestimmten gleich­ mäßigen Linien/Abstand-Abmessung auf einem trans­ parenten Substrat 1 gebildet.

Andererseits zeigen die Fig. 1B und 1C jeweils Drauf­ sichten auf Abschnitte der Belichtungsmaske entspre­ chend Schaltungsrandbereichen des Halbleiterelements. Diese Maskenabschnitte sind mit nicht gleichmäßigen Mustern 3 oder einem unabhängigen Muster 4 ein­ schließlich Kontaktlöchern oder Innenverdrahtungen versehen.

Fig. 2 zeigt eine Kurvendarstellung der an unter­ schiedlichen Abschnitten der Belichtungsmaske auftre­ tenden Lichtintensitäten.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird gefunden, daß die wieder­ holten Muster, die am zentralen Abschnitt 2A der Mas­ ke angeordnet sind, eine höhere Lichtintensität als die­ jenigen aufweisen, die am Randabschnitt 2B der Maske angeordnet sind. Dadurch erbringen die wiederholten Muster 2, die am Maskenrandabschnitt 2B angeordnet sind, einen reduzierten Lichtkontrast im Vergleich zu denjenigen, die am zentralen Maskenabschnitt 2A ange­ ordnet sind.

Andererseits erbringen die nicht gleichmäßigen Mu­ ster 3 einen reduzierten Lichtkontrast im Vergleich zu den wiederholten Mustern 2. Das unabhängige Muster 4 hat einen niedrigeren Lichtkontrast als die nicht gleich­ mäßigen Muster 3. Dadurch schwankt der Lichtkontrast in Abhängigkeit von den Abschnitten des Halbleiterele­ ments, wo die vorstehend genannte herkömmliche Be­ lichtungsmaske verwendet wird.

Dort, wo eine derartige Belichtungsmaske verwendet wird, die für dieselbe Linienbreite unterschiedliche Lichtkontraste erbringt, führt das Einstellen einer opti­ malen Energie in Bezug auf die wiederholten Muster 2, die am zentralen Maskenmuster 2A angeordnet sind, zu einem Rückstand bzw. Überschuß des Photoresistfilm­ materials an Stellen, die durch die Muster des Masken­ randabschnitts 2B und die nicht gleichmäßigen Muster 3 festgelegt sind. Wenn andererseits die optimale Bedin­ gung in Bezug auf die nicht gleichmäßigen Muster 3 eingestellt ist, welche den kleineren Lichtkontrast er­ bringen, besteht das Problem, daß die Linienbreite der wiederholten Muster 2 unerwünscht reduziert ist. Da der Photoresistfilm durch die Topologie des Wafers ei­ ner dicken Schwankung unterworfen ist, wird ein Men­ gen- bzw. Bulkeffekt erzeugt, der dazu führt, daß die Verarbeitungsschritte instabil werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die vorstehend genannten Probleme zu vermeiden und eine Belichtungsmaske für Halbleiter­ elemente zu schaffen, die in der Lage ist, einen Kurz­ schluß zu verhindern, der aus dem Überstand eines Pho­ toresistfilmmaterials nach einer Belichtung gemäß dem modifizierten Beleuchtungsverfahren oder aus einer Unterbrechung herrührt, die durch ein übermäßiges Be­ lichten verursacht ist, und die in der Lage ist, ein präzises Mikromuster zu bilden und die Prozeßredundanz zu erhöhen, wodurch eine Verbesserung bei der Prozeß­ ausbeute und der Betriebszuverlässigkeit erzielt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 angege­ ben.

Demnach ist Gegenstand der Erfindung eine Belich­ tungsmaske für ein Halbleiterelement mit einem trans­ parenten Substrat, wiederholten Mustern, nicht gleich­ mäßigen Mustern und unabhängigen Mustern, wobei jedes der wiederholten Muster auf einem Abschnitt des transparenten Substrats entsprechend einem Speicher­ bereich des Halbleiterelements gebildet ist, und wobei jedes der nicht gleichmäßigen und unabhängigen Mu­ ster auf einem Abschnitt des transparenten Substrats entsprechend einem Schaltungsrandabschnitt des Halb­ leiterelements gebildet ist, wobei: die wiederholten Mu­ ster eine minimale Linien/Abstand-Musterbreite an ei­ nem zentralen Abschnitt der Maske und eine Linien/­ Abstand-Musterbreite an einem Randabschnitt der Maske haben, die größer ist als die minimale Linien/Ab­ standbreite, die nicht gleichmäßigen Muster eine Ab­ standbreite haben, die größer ist als die minimale Ab­ standbreite, und das unabhängige Muster eine Linien­ breite hat, die größer ist als die minimale Linienbreite. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeich­ nungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1A bis 1C Draufsichten einer Belichtungsmaske, die verwendet wird, um ein Halbleiterelement in Über­ einstimmung mit dem einleitend beschriebenen modifi­ zierten Beleuchtungsverfahren herzustellen, jeweils an unterschiedlichen Stellen,

Fig. 2 eine Kurvendarstellung der Lichtintensitäten, die an unterschiedlichen Abschnitten der in den Fig. 1A bis 1C gezeigten Belichtungsmaske auftreten,

Fig. 3A bis 3C Aufsichten einer erfindungsgemäß auf­ gebauten Belichtungsmaske an unterschiedlichen Stel­ len, und

Fig. 4 eine Kurvendarstellung der Lichtintensitäten, die an unterschiedlichen Abschnitten der in den Fig. 3A bis 3C gezeigten Belichtungsmaske auftreten.

Die Fig. 3A bis 3C zeigen Draufsichten einer erfin­ dungsgemäß aufgebauten Belichtungsmaske an unter­ schiedlichen Stellen. Die Belichtungsmaske ist dazu aus­ gelegt, ein Halbleiterelement gemäß dem (vorstehend erläuterten) modifizierten Beleuchtungsverfahren her­ zustellen. In den Fig. 3A bis 3C sind Elemente, die denje­ nigen in den Fig. 1A bis 1C entsprechen, durch dieselben Bezugsziffern bezeichnet.

Fig. 3A zeigt eine Draufsicht eines Abschnitts der Be­ lichtungsmaske entsprechend dem Speicherbereich des Halbleiterelements. Wie in Fig. 3A gezeigt, werden auf einem transparenten Substrat 1 wiederholte Chrommu­ ster 2 gebildet, die einen gleichmäßigen Linien/Abstand haben.

Die am zentralen Abschnitt 2A der Maske angeord­ neten wiederholten Muster haben minimale Linien- und Abstand- bzw. Zwischenraumbreiten X bzw. Y. Die am Randabschnitt 2B der Maske angeordneten wiederhol­ ten Muster haben Linien- und Abstandsbreiten X1 bzw. Y1, die größer sind als die minimalen Linien- und Ab­ standsbreiten X und Y.

Andererseits zeigen die Fig. 3B und 3C Draufsichten von Abschnitten der Belichtungsmaske entsprechend Schaltungsrandbereichen des Halbleiterelements. Diese Maskenabschnitte sind mit nicht gleichmäßigen Mu­ stern 3 oder einem unabhängigen Muster 4 einschließ­ lich Innenverdrahtungen versehen. Die Linienbreite X2 jedes nicht gleichmäßigen Musters 3 ist gleich der mini­ malen Linienbreite X der wiederholten Muster 2. Die nicht gleichmäßigen Muster 3 haben eine Abstandsbrei­ te Y2, die größer ist als die minimale Abstandsbreite Y der wiederholten Muster 2. Andererseits hat das unab­ hängige Muster 4 eine Linienbreite X3, die größer ist als die minimale Linienbreite X der wiederholten Muster 2. Da die Beleuchtungsmaske derartige Linien/Abstand- Musterabmessungen hat, erbringen sämtliche wieder­ holte Muster, die an den zentralen und Randabschnitten 2A und 2B der Maske angeordnet sind, die nicht gleich­ mäßigen Muster 3 und das unabhängige Muster 4 den­ selben Kontrast, wie in Fig. 4 gezeigt.

Der Vergrößerungsgrad der Linien/Abstand-Muster­ breiten kann durch eine Lichtkontrastsimulation ermit­ telt werden. Es konnte experimentell gefunden werden, daß im Falle einer Belichtungsmaske mit einem 1/5-Maßstab ein konstanter Lichtkontrast an sämtlichen Stellen der Belichtungsmaske erhalten werden konnte, wenn die Breitenschwankung der normalen Linien/Ab­ stand-Musterbreite von 0,2 bis 0,7 µm im Bereich von 0,02 bis 0,2 µm liegt.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, schafft die vorliegende Erfindung eine Belichtungsmas­ ke für ein Halbleiterelement mit unterschiedlichen Li­ nien/Abstand-Musterbreiten an unterschiedlichen Mas­ kenabschnitten derart, daß ihre wiederholten Muster, die am zentralen Maskenabschnitt entsprechend dem Speicherbereich des Halbleiterelements angeordnet sind, eine minimale Linien/Abstandbreite haben, wäh­ rend diejenigen, die am Maskenrandabschnitt angeord­ net sind, eine Linien/Abstandbreite haben, die größer ist als die minimale Breite, so daß ihre nicht gleichmäßigen Muster, die am Maskenrandabschnitt angeordnet sind, eine Abstandsbreite haben, die größer ist als die mini­ male Breite, sowie derart, daß ihr unabhängiges Muster eine Linienbreite hat, die größer ist als die minimale Breite. Mit derartigen Linien/Abstand-Musterbreiten ist die Belichtungsmaske in der Lage, einen Kurzschluß zu verhindern, der durch den Überstand eines Photore­ sistfilmmaterials nach dem Belichtungsvorgang gemäß dem modifizierten Beleuchtungsverfahren oder durch eine Unterbrechung verursacht ist, die durch eine über­ mäßige Belichtung verursacht ist, wodurch ein präzises Mikromuster gebildet und die Prozeßredundanz erhöht wird, was zu einer Verbesserung der Prozeßausbeute und der Betriebszuverlässigkeit führt.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Er­ findung vorstehend zu Darstellungszwecken offenbart sind, erschließen sich dem Fachmann verschiedene Mo­ difikationen, Zusätze und Ersätze, ohne vom Schutzum­ fang und Geist der Erfindung abzuweichen, die in den beiliegenden Ansprüchen offenbart ist.

Claims (2)

1. Belichtungsmaske für ein Halbleiterelement mit einem transparenten Substrat, wiederholten Mu­ stern, nicht gleichmäßigen Mustern und unabhängi­ gen Mustern, wobei jedes der wiederholten Muster auf einem Abschnitt des transparenten Substrats entsprechend einem Speicherbereich des Halblei­ terelements gebildet ist, und wobei jedes der nicht gleichmäßigen und unabhängigen Muster auf ei­ nem Abschnitt des transparenten Substrats ent­ sprechend einem Schaltungsrandabschnitt des Halbleiterelements gebildet ist, wobei:
die wiederholten Muster eine minimale Linien/Ab­ stand-Musterbreite an einem zentralen Abschnitt der Maske und eine Linien/Abstand-Musterbreite an einem Randabschnitt der Maske haben, die grö­ ßer ist als die minimale Linien/Abstandbreite,
die nicht gleichmäßigen Muster eine Abstandbreite haben, die größer ist als die minimale Abstandbrei­ te, und das unabhängige Muster eine Linienbreite hat, die größer ist als die minimale Linienbreite.

2. Belichtungsmaske nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die wiederholten Muster eine Li­ nien/Abstand-Musterbreitenschwankung haben, die von 0,02 bis 0,2 µm reicht, wenn diejenigen, die am zentralen Maskenabschnitt angeordnet sind, ei­ ne Linien/Abstand-Musterbreite haben, die von 0,2 bis 0,7 µm reicht.