DE10310346B4 - Method for producing a photomask on a microstructure with trenches and corresponding use of the photomask - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Herstellen einer Photomaske (PM') auf einer Mikrostruktur (S)
mit einer Oberfläche
(O) und mit einem oder mehreren Gräben (G1, G2; G), welches folgende
Schritte aufweist:
Vorsehen einer Füllschicht (L) auf der Mikrostruktur
(S) zum vollständigen
Füllen
des oder der Gräben
(G1, G2; G) und zum Bedecken der Oberfläche (O) der Mikrostruktur, insbesondere
Halbleiterstruktur, (S);
Bilden einer modifizierten Mikrostruktur
(S') durch Rücknehmen
der Füllschicht
(L) bis zur Oberfläche
(O) der ursprünglichen
Mikrostruktur (S) , wobei der oder die Gräben (G1, G2; G) mit der Füllschicht
(L) gefüllt
bleiben und das Rücknehmen
der Füllschicht
(L) durch Polieren erfolgt;
Aufbringen einer Hilfsschicht (A')
auf der modifizierten Mikrostruktur (S') mit einer im wesentlichen
planaren Oberfläche
(O') oberhalb der Oberfläche
(O) der ursprünglichen Mikrostruktur
(S); und
Herstellen der Photomaske (PM') auf der im wesentlichen planaren
Oberfläche
(O') der Hilfsschicht (A').Method for producing a photomask (PM ') on a microstructure (S) having a surface (O) and having one or more trenches (G1, G2; G), comprising the following steps:
Providing a filling layer (L) on the microstructure (S) for completely filling the trench (s) (G1, G2; G) and covering the surface (O) of the microstructure, in particular the semiconductor structure (S);
Forming a modified microstructure (S ') by withdrawing the fill layer (L) to the surface (O) of the original microstructure (S), leaving the trench (s) (G1, G2; G) filled with the fill layer (L), and Taking back the filling layer (L) by polishing;
Applying an auxiliary layer (A ') on the modified microstructure (S') having a substantially planar surface (O ') above the surface (O) of the original microstructure (S); and
Producing the photomask (PM ') on the substantially planar surface (O') of the auxiliary layer (A ').
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Photomaske auf einer Mikrostruktur, insbesondere Halbleiterstruktur, mit Gräben und entsprechende Verwendung der Photomaske.The The present invention relates to a method for producing a Photomask on a microstructure, in particular a semiconductor structure, with trenches and corresponding use of the photomask.
Aus
der
Die
Aus
der
Die
Die
Die
Die US 2003/0040174 A1 offenbart, ein Kontaktloch mit einer ersten BARC-Schicht zu füllen und darauf einer weitere BARC-Schicht zu bilden, bevor ein Resist zum Bilden von Gräben strukturiert wird.The US 2003/0040174 A1 discloses a contact hole with a first BARC layer to fill and then another BARC layer before forming a resist to form trenches.
Aus
der
Unter Mikrostruktur soll dabei sowohl eine mikroelektronische als auch eine mikromechanische Struktur verstanden werden.Under Microstructure should be both a microelectronic and a micromechanical structure can be understood.
Obwohl prinzipiell auf beliebige integrierte Schaltungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf integrierte Speicherschaltungen in Silizium-Technologie erläutert.Even though in principle be applicable to any integrated circuits the present invention and its underlying problem in relating to integrated memory circuits in silicon technology explained.
Mit Einführung der 110 nm-Speichertechnologie und spätestens mit der Einführung der 90 nm-Speichertechnologie ist ein Umstieg der Lithographie auf die 193-nm-Generation verbunden, um die erforderlichen kleinsten Strukturen abbilden zu können.With introduction the 110 nm memory technology and at the latest with the introduction of the 90nm memory technology is a transition of lithography to the 193-nm generation connected to the required smallest structures to be able to depict.
Die Einführung immer kürzerer Wellenlängen führt nach dem Rayleigh-Kriterium zu einer Einschränkung der Fokustiefe, und daher ist es erforderlich, extrem dünne Fotolackschichten einzusetzen und möglichst planare Waferoberflächen vor der jeweiligen Lithographieebene zu erzeugen.The introduction ever shorter Wavelengths leads to the Rayleigh criterion for limiting the depth of focus, and therefore it is necessary to be extremely thin Use photoresist layers and as planar as possible wafer surfaces to produce the respective lithographic plane.
Bei einigen Ebenen mit nicht zu tiefen Gräben als Strukturelementen ist der Einsatz einer planarisierenden Antireflexionsschicht, kurz ARC genannt, unter der Photomaske möglich. Bei bestimmten Ebenen ist dies jedoch nicht möglich, da die geometrischen der Gräben in der Struktur zu groß sind und die planarisierenden Eigenschaften des ARCs daher nicht mehr ausreichen.at some levels with not too deep trenches as structural elements the use of a planarizing anti-reflective coating, ARC for short called, under the photomask possible. At certain levels, however, this is not possible because the geometric the trenches in the structure are too big and the planarizing properties of the ARC are therefore no longer sufficient.
Beispielsweise wird bei der ersten Metallebene von bestimmten Halbleiterspeichereinrichtungen zum Auffüllen von Kontaktlöchern und darüber befindlichen Metallbahnen ein Dual-Damascene-Verfahren eingesetzt, welches ein gleichzeitiges Auffüllen von Kontaktlöchern und der ersten Metallebene mit Metall ermöglicht. Dadurch werden Kosten eines zweiten Metallisierungsprozesses eingespart.For example becomes at the first metal level of certain semiconductor memory devices to fill up from contact holes and above Metal webs a dual damascene process used, which a simultaneous filling of contact holes and the first metal level with metal allows. This will cost saved a second metallization process.
Bestimmte Layouts von Halbleiterspeicherzellen sehen Kontaktlöcher in Form von Langlöchern bzw. länglichen Gräben in der Kontaktlochebene für die Kontaktierung des Substrats und der Transistoren der Speicherzellen vor. Durch die langen Löcher können die Kontaktwiderstände gesenkt und das Timing auf dem Chip positiv beeinflusst werden.Certain Layouts of semiconductor memory cells see vias in Shape of oblong holes or elongated trenches in the contact hole plane for the Contacting of the substrate and the transistors of the memory cells in front. Through the long holes can the contact resistance lowered and the timing on the chip are positively influenced.
Anhand derartiger Langlöcher bzw. länglicher Gräben soll nun die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problematik näher erläutert werden.Based such slots or longer trenches Now, the problem underlying the present invention be explained in more detail.
In
Trägt man auf
die Mikrostruktur, insbesondere Halbleiterstruktur, S gemäß
Es wurde bisher kein Prozess gefunden, der eine planarisierende ARC-Befüllung derartiger Gräben G1, G2 in einem einstufigen Prozess ermöglicht.It So far, no process has been found that has a planarizing ARC filling of such trenches G1, G2 in a one-step process.
Die Befüllung der Gräben G1, G2 mit dem ARC hängt von folgenden Faktoren ab:
- – Geometrie der Gräben;
- – Belegungsdichte (Anzahl parallel verlaufender Gräben, Abstand zwischen den Gräben);
- – rheologische Eigenschaften des verwendeten ARCs; und
- – Prozessbedingungen beim Aufbringen des ARCs (aufgebrachte Menge, Drehzahl,...).
- - geometry of the trenches;
- - occupation density (number of parallel trenches, distance between trenches);
- - rheological properties of the ARC used; and
- - Process conditions when applying the ARC (applied quantity, speed, ...).
Wie
in
Bei dem anschließenden Dual-Damascene Prozess im Beispiel der genannten Speicherzellen können dadurch Kurzschlüsse zwischen den Leiterbahnen der ersten Metallebene erzeugt werden. In Chipregionen mit geringer Belegungsdichte der Gräben kann dagegen die nominelle ARC-Schichtdicke erreicht werden, da der ARC nicht in die Gräben bzw. Kontaktlöcher abfließt.at the subsequent Dual damascene process in the example of said memory cells can thereby shorts be generated between the tracks of the first metal level. In chip regions with low occupation density of the trenches can By contrast, the nominal ARC layer thickness can be achieved because the ARC not in the trenches or contact holes flows.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Photomaske auf einer Mikrostruktur, insbesondere Halbleiterstruktur, mit Gräben und entsprechende Verwendungen anzugeben, durch das sich die unerwünschte Verteilung einer unter der Photomaske befindlichen Hilfsschicht in den Gräben verhindern lässt.The The object of the present invention is a method for producing a photomask on a microstructure, in particular Semiconductor structure, with trenches and to indicate appropriate uses, by which the unwanted distribution prevents an auxiliary layer located under the photomask in the trenches.
Erfindungsgemäß wir diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Herstellungsverfahren gelöst.According to the invention we this Task by the production method specified in claim 1 solved.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass durch die erfolgte Vorplanisierung eine Planarisierung mit der verwendeten Hilfsschicht beispielsweise der Antireflexionsschicht, möglich ist, so dass darüber eine Photomaske mit sehr guter Qualität hergestellt werden kann.Of the Advantage of the present invention is that by the occurred Preplaning a planarization with the auxiliary layer used for example, the anti-reflection layer, is possible, so that about one Photomask with very good quality can be produced.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen Herstellungsverfahrens.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of in claim 1 specified production method.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Hilfsschicht eine Antireflexionsschicht, die zur weitgehenden Planarisierung und zur optischen Entkopplung während der nachfolgenden Belichtung benötigt wird.According to one Another preferred embodiment, the auxiliary layer is an anti-reflection layer, the for extensive planarization and optical decoupling during the subsequent exposure needed becomes.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind mehrere Gräben vorhanden, die eine längliche Form aufweisen und im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei die Photomaske Stege aufweist, die auf den Grabenstegen der Gräben verlaufen.According to one Another preferred development, several trenches are present, the one elongated Have shape and are substantially parallel to each other, wherein the photomask has webs on the trench webs of the Ditches are lost.
Bevorzugte Verwendungen der erfindungsgemäß hergestellten Photomaske finden sich in Anspruch 4 bis 7.preferred Uses of the invention produced Photomask are found in claims 4 to 7.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.
Es zeigen:It demonstrate:
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Ingredients.
In
Folgende Anforderungen werden an die Füllschicht L gestellt:
- – vollständige Füllung der Gräben G1, G2;
- – keine Hohlraumbildung in den Gräben;
- – gute Ätzbeständigkeit der Füllschicht, damit bei einem späteren Ätzprozess, beispielsweise Dual-Damascene Prozess die Gräben nicht ausgeweitet werden;
- – die Füllschicht muss vollständig aus den Gräben entfernbar sein; und
- – möglichst gute Planarisierungseigenschaften der Füllschicht.
- - complete filling of the trenches G1, G2;
- - no cavitation in the trenches;
- Good etching resistance of the filling layer, so that in a later etching process, for example dual damascene process, the trenches are not widened;
- - the filling layer must be completely removable from the trenches; and
- - As good as possible planarizing properties of the filling layer.
In
einem darauffolgenden Prozessschritt, der in
Bei diesem Schritt sollten folgende Anforderungen erfüllt werden:
- – vollständiger Abtrag der Füllschicht L von der Oberfläche O über den gesamten Wafer;
- – keine Schädigung/kein Abtrag der Oberfläche O, insbesondere keine Aufweitung der Gräben G1, G2;
- – möglichst gleichmäßiges Zurückziehen der Füllschicht L in den Gräben G1, G2 in Bereichen mit unterschiedlicher Belegungsdichte; und
- – vollständige Entfernbarkeit der Füllschicht L ohne Schädigung der Mikrostruktur, insbesondere Halbleiterstruktur, im Falle eines Lithographie-Reworks.
- Complete removal of the filling layer L from the surface O over the entire wafer;
- No damage / no removal of the surface O, in particular no widening of the trenches G1, G2;
- - As uniform as possible retraction of the filling layer L in the trenches G1, G2 in areas with different occupation density; and
- Complete removability of the filling layer L without damaging the microstructure, in particular the semiconductor structure, in the case of a lithography rework.
Wie
in
Wie
in
Dazu sei bemerkt, dass abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall die Füllschicht L zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt wieder aus den Gräben G1, G2 entfernbar sein muss, und zwar vorzugsweise, wenn möglich, in einem gemeinsamen Prozessschritt mit der Entfernung des Fotolacks der Fotomaske PM'.To be noted that dependent From the respective application, the filling layer L to any later Time again from the trenches G1, G2 must be removable, preferably, if possible, in a common process step with the removal of the photoresist the photomask PM '.
In
Zwischen
den beiden Wortleitungsstapeln W1, W2 muss ein kritischer Kontakt,
welcher das gemeinsames Source-/Draingebiet elektrisch kontaktiert,
vorgesehen werden, da der Abstand der Gatestapel W1, W2 ein kritisches
Maß hat.
Für die
Kontaktlochätzung
wird die Hartmaskenschicht
Zur
Verdeutlichung des Zusammenhanges mit der ersten Ausführungsform
gemäß
Mit
Bezug auf
Mit
Bezug auf
Mit
Bezug auf
Im
weiteren Prozessverlauf, wird dann, wie in
- SS
- Mikrostruktur, insbesondere HalbleiterstrukMicrostructure in particular Halbleiterstruk
- tur,door,
- S'S '
- modifizierte Mikrostruktur, insbesondere Halbmodified Microstructure, in particular half
- leiterstruktur,waveguide structure,
- G, G1, G2G, G1, G2
- Gräbentrenches
- O, O'O, O'
- Oberflächesurface
- LL
- VorplanarisierungslackVorplanarisierungslack
- ΔΔ
- Abstanddistance
- A, A'A, A '
- AntireflexionsschichtAntireflection coating
- PM, PM'PM, PM '
- Photomaskephotomask
- 11
- HalbleitersubstratSemiconductor substrate
- 1010
- Gateoxidgate oxide
- 2020
- Polysiliziumpolysilicon
- 3030
- Metallsilizidmetal silicide
- 4040
- Seitenwandspacersidewall
- 5050
- Nitridkappe (einschl. -spacer)nitride cap (including -spacer)
- W1, W2W1, W2
- WortleitungsstapelWordline stack
- 60, 7060 70
- Oxidschichtenoxide layers
- 8080
- Hartmaskenschicht (aus Polysilizium)Hard mask layer (made of polysilicon)
- 120120
- Metallfüllungmetal filling
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