DE10345525A1 - Forming a pattern of opaque or semi-transparent structural elements on a photomask useful for the preparation of contact cavity-layers in storage elements and in semiconductor production - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines Musters von opaken und/oder semi-transparenten Strukturelementen auf einer Photomaske, wobei das Muster einen Randbereich aufweist, der von einer volltransparenten Fläche oder einer Fläche, die größere transparente Bereiche besitzt, auf der Photomaske umgeben ist. Die Erfindung betrifft insbesondere auch die Bildung von periodischen Mustern.The The invention relates to a method of forming a pattern of opaque ones and / or semi-transparent structural elements on a photomask, wherein the pattern has a border area that is completely transparent area or a surface, the larger transparent Has areas on which photomask is surrounded. The invention especially concerns the formation of periodic patterns.
Oftmals nehmen die in einer Schichtebene auf einem Halbleiterwafer zu bildenden Strukturen nur einen vergleichsweise geringen Flächenanteil auf dem Wafer ein. Die im allgemeinen für die Strukturierung der betreffenden Schichtebene notwendige Maske kann dazu entweder einen hohen Hellfeldanteil, d.h. einen großen Anteil transparenter Flächen aufweisen, wenn auf dem Wafer ein Positivresist verwendet wird. Oder die Maske weist einen hohen Dunkelfeldanteil auf, wenn auf dem Wafer ein Negativresist eingesetzt wird.often take the layers to be formed on a semiconductor wafer in a layer plane Structures only a comparatively small area fraction on the wafer. The generally for the structuring of the respective layer plane necessary mask For this purpose, either a high bright field component, i. a large share have transparent surfaces, if a positive resist is used on the wafer. Or the mask has a high dark field level if negative resistance is present on the wafer is used.
Ein hoher Hellfeldanteil setzt voraus, daß größere Flächen auf einem Maskenrohling zur Herstellung der Hellfeld-Photomaske freigelegt werden müssen, was zu längeren Schreibzeiten in Maskenbelichtungsgeräten führen kann.One High bright field component requires that larger areas on a mask blank for producing the bright field photomask have to be exposed which is longer Write times may result in mask exposure devices.
Dennoch gibt es gerade auch in dem Fall, daß hohe Anforderungen an die Strukturbreiten der zu bildenden Strukturen gestellt werden, Anwendungen, bei denen Masken mit hohem Hellfedanteil zur Übertragung von Strukturen von Photomasken auf Wafern eingesetzt werden.Yet There are also in the case that high demands on the Structure widths of the structures to be formed, applications, in which masks with high Hellfedanteil for the transmission of structures of Photomasks are used on wafers.
Als Beispiel sei die Bildung einer Kontaktierungsebene für den Anschluß von Speicherzellen eines Speicherzellenfeldes – etwa eines Schreib-/Lesespeichers mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) – an Bitleitungen genannt. Bei den für Speicher diesen Typs bestehenden hohen Anforderungen bezüglich der Auflösung, d. h. im Falle einer sehr dichten Konfiguration von Strukturelementen geringer Strukturbreiten, wird für die im allgemeinen periodischen Muster von Kontaktlöchern in gleichem Maße ein hoher Grad an Uniformität – neben der Lagegenauigkeit – in den jeweils zu bildenden Strukturbreiten gefordert.When An example is the formation of a contacting level for the connection of memory cells a memory cell array - about a read / write random access memory (DRAM) - to bit lines called. At the for Memory of this type existing high resolution requirements, d. H. in the case of a very dense configuration of structural elements Small structural widths, is for the generally periodic pattern of vias in same size a high degree of uniformity - beside the positional accuracy - in demanded each to be formed structure widths.
Die Kontaktlochebenen umfassen üblicherweise ein periodisches Muster von gitterförmig angeordneten, die späteren Kontaktlöcher repräsentierenden Strukturelementen, welche für die gewählte Waferprozessvariante auf einer Maske mit hohem Hellfeldanteil als opake Flächen in transparentem Umfeld ausgebildet sind. Weitere Strukturelemente, die außerhalb des Speicherzellenfeldes der zu bildenden Schaltung liegen, werden im allgemeinen nicht zusammen mit dem Muster auf der Kontaktlochebenenmaske ausgebildet. Eine Maske zur Bildung von Kontaktlöchern kann daher einen völlig transparenten, großflächigen, im wesentlichen nur das periodische Gitter von opaken Strukturelementen umschließenden Randbereich auf der Photomaske umfassen.The Contact hole levels usually include a periodic pattern of lattice-shaped, representing the later contact holes Structural elements which are for the chosen one Wafer process variant on a mask with high bright field component as opaque surfaces are formed in a transparent environment. Other structural elements, the outside the memory cell array of the circuit to be formed are generally not along with the pattern on the contact hole plane mask educated. A mask for forming contact holes can therefore have a completely transparent, large-area, essentially only the periodic lattice of opaque structural elements enclosing Include edge area on the photomask.
Ein nicht nur auf das genannte Beispiel der Kontaktlochebene beschränktes Problem besteht darin, daß die bei der Herstellung der Photomaske durchgeführte Prozessierung sogenannte Loading-Effekte aufzeigt. Die Prozessierung der Maske umfaßt insbesondere Ätzschritte, durch welche die mittels eines Maskenschreibers belichteten Strukturen in eine unterhalb des belichteten Resists liegende opake oder semi-transparente Schicht übertragen werden. Naßchemische, besonders aber Trockenätzprozesse, welche eine höhere Maßhaltigkeit der Strukturübertragung bieten, unterliegen den genannten Loading-Effekten. Unter dem Begriff "Loading" ist hier die von der Flächenbelegung (dem Anteil opaker Strukturen am Gesamtflächenanteil auf der Maske) abhängige lokale Effizienz des Ätzprozesses – insbesondere des Trockenätzprozesses – zu verstehen. Die lokale Effizienz hängt von der Flächenbelegung in nerhalb einer charakteristischen Reichweite des jeweiligen Ätzprozesses ab.One not limited only to the aforementioned example of the contact hole level problem is that the in the manufacture of the photomask performed processing so-called Loading effects shows. The processing of the mask comprises in particular etching steps, through which the structures exposed by means of a mask writer in an opaque or semi-transparent underlying the exposed resist Layer transferred. Wet chemical, but especially dry etching processes, which one higher dimensional stability the structure transfer offer, are subject to the said Loading effects. The term "Loading" here is the of the area occupation (the proportion of opaque structures on the total surface area on the mask) dependent local Efficiency of the etching process - in particular of the dry etching process - to be understood. The local efficiency depends from the area occupancy within a characteristic range of the respective etching process from.
Ist beispielsweise die Flächenbelegung in der Umgebung eines Strukturelements besonders gering, so kann es innerhalb der charakteristischen Reichweite des Ätzprozesses kurzzeitig zu einer lokalen Anreicherung oder Verarmung an Ätzmittelsubstanz kommen, so daß in diesem Bereich die Effizienz des Ätzprozesses vergleichsweise hoch bzw. niedrig ist. Unterliegt an anderer Stelle auf der gleichen Photomaske ein Strukturelement mit gleichen Strukturdimensionen wie das soeben betrachtete demselben Ätzprozeß, wobei dieses Strukturelement von weiteren opaken Strukturelementen in geringem Abstand umgeben ist, so fällt hier die Effizienz des Ätzprozesses anders aus. Das zuerst betrachtete Strukturelement wird demnach an seinen Außenkanten in geändertem Maße geätzt als das zuletzt betrachtete. Die durch die Strukturübertragung erzielten Strukturdimensionen fallen demnach unterschiedlich aus, so daß der Grad an Uniformität der Prozessierung aufgrund der unterschiedlichen Flächenbelegung reduziert wird.is for example, the area occupancy in the vicinity of a structural element particularly low, so can within the characteristic range of the etching process briefly to a local enrichment or depletion of etchant substance come, so that in In this area, the efficiency of the etching process comparatively is high or low. Subject to elsewhere on the same Photomask a structural element with the same structural dimensions like the etching process just considered, this structural element of surrounded by other opaque structural elements at close range, that's how it is here the efficiency of the etching process different. The structural element considered first becomes accordingly on its outer edges in changed Dimensions etched as last considered. The structural dimensions achieved by the structure transfer Accordingly, different fall out, so that the degree of uniformity of the processing is reduced due to the different area occupancy.
Am Beispiel der oben beschriebenen Kontaktlochebene, die als Hellfeldmaske ausgebildet ist, läßt sich beispielsweise zeigen, daß bei Strukturdimensionen von 90 nm für die die einzelnen Kontaktlöcher repräsentierenden Strukturelemente eine potentiell benötigte Uniformität von weniger als 10 bis 12 nm (3-σ-Wert einer Vielzahl von vermessenen Strukturelementen in dem Muster) mit derzeit bestehenden Prozeßbedingungen bezüglich der Ätztechnik nicht erzielbar ist. Die nahe dem Randbereich des periodischen Musters von Kontaktlöchern stehenden Strukturelemente werden nämlich mit zu großer Effizienz geätzt und weisen daher systematisch geringere Strukturdimensionen auf. Dies kann zu höheren Leitungs- oder auch Kontaktwiderständen oder schlimmstenfalls sogar zu Kurzschlüssen oder nicht geschlossenen Kontakten und damit zu Fehlern beim Schreiben als auch bei der Interpretation der gespeicherten Ladung in einer Speicherzelle führen.Using the example of the contact hole plane described above, which is designed as a bright field mask, it can be shown, for example, that with structural dimensions of 90 nm for the individual contact holes representing structural elements a potentially required uniformity of less than 10 to 12 nm (3-σ value of a variety of measured structural elements in the pattern) with currently existing process conditions with respect to the etching technique is not achievable. The near the edge region of the periodic pattern of contact holes In fact, structural elements are etched with too great an efficiency and therefore have systematically smaller structural dimensions. This can lead to higher line or contact resistances, or even short circuits or non-closed contacts in the worst case, and thus errors in writing as well as the interpretation of the stored charge in a memory cell.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Photomaske bereitzustellen, durch welche die Uniformität der Strukturdimensionen von Strukturelementen wesentlich verbessert wird. Es ist insbesondere eine Aufgabe, Masken mit Mustern, die einen hohen Hellfeldanteil mit einer stark variierenden lokalen Flächenbelegung besitzen, mit hoher Qualität herstellen zu können.It is therefore the object of the present invention, a method to provide a photomask by which the Uniformity of Structural dimensions of structural elements significantly improved becomes. It is especially a task masks with patterns that a high bright field component with a strongly varying local area occupation own, with high quality to be able to produce.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bilden eines Musters von opaquen und/oder semi-transparenten Strukturelementen auf einer Photomaske, wobei das Muster einen Randbereich aufweist, der von einer volltransparenten Fläche oder wenigstens einer Fläche mit größeren transparenten Bereichen auf der Photomaske umgeben ist, umfassend die Schritte:
- – Bereitstellen eines mit wenigstens einer opaquen oder semi-transparenten Schicht und einer photoempfindlichen Schicht bedeckten Maskensubstrats,
- – Belichten der photoempfindlichen Schicht,
- a) mit dem Muster,
- b) mit wenigstens einem weiteren Strukturelement in einer unmittelbaren Umgebung des Randbereichs des belichteten Musters,
- – Entwickeln der photoempfindlichen Schicht zur Bildung einer Resist-Maske mit dem Muster und dem wenigstens einen weiteren Strukturelement,
- – Durchführen eines Ätzprozesses zum Übertragen des Musters und des wenigstens einen weiteren Strukturelements in die wenigstens eine opaque oder semi-transparente Schicht,
- – Entfernen der photoempfindlichen Schicht,
- – Entfernen des in die opaque oder semi-transparente Schicht übertragenen, wenigstens einen weiteren Strukturelements zum Bilden der Fläche in dem Randbereich des Musters.
- Providing a mask substrate covered with at least one opaque or semi-transparent layer and one photosensitive layer,
- Exposing the photosensitive layer,
- a) with the pattern,
- b) with at least one further structural element in the immediate vicinity of the edge region of the exposed pattern,
- Developing the photosensitive layer to form a resist mask having the pattern and the at least one further structural element,
- Performing an etching process for transferring the pattern and the at least one further structural element into the at least one opaque or semi-transparent layer,
- Removing the photosensitive layer,
- Removing the at least one further structural element transferred into the opaque or semi-transparent layer to form the surface in the edge region of the pattern.
An den Randbereich eines auf einer Maske gebildeten Musters von Strukturelementen werden bereits im Designstadium weitere Strukturelemente für einem Belichtungsprozeß angefügt, welche über die gesamte Ausdehnung des Musters hinweg, d. h. insbesondere auch in dessen Randbereich, eine im wesentlichen konstante Flächenbelegung bewirken. Der nachfolgende Ätzprozeß zur Übertragung der Strukturelemente in eine opake oder semitransparente Schicht, welcher unvermeidbar Naheffekte (Proximity-Effekte) aufzeigt, wird daher mit konstanter Effizienz über das Muster hinweg durchgeführt.At the edge region of a pattern of structural elements formed on a mask are already in the design stage more structural elements for a Exposure process attached, which over the entire extension of the pattern, d. H. especially in its edge region, a substantially constant area occupancy cause. The subsequent etching process for transmission the structural elements into an opaque or semitransparent layer, which inevitably shows proximity effects (proximity effects) therefore with constant efficiency over the pattern carried away.
Die in dem Belichtungsprozeß zusätzlich mitbelichteten, weiteren Strukturelemente werden, da sie nicht zu dem im Designstadium bestimmten Layout der Schaltung gehören, in einem nachfolgenden Prozeß wieder entfernt. Die erfindungsgemäßen weiteren Strukturelemente können somit auch als Dummy-Strukturen, Opferstrukturen oder temporäre Strukturelemente auf der Photomaske bezeichnet werden. Der nachgeschaltete Prozeß des Entfernens der temporär zugefügten Strukturelemente umfaßt einen weiteren Resist- bzw. Belichtungsprozeß, welcher aber vorzugsweise mit geringeren Anforderungen an die Auflösung ausgeführt wird.The additionally imaged in the exposure process, other structural elements, since they are not at the design stage specific layout of the circuit, in a subsequent process again away. The further invention Structure elements can thus also as dummy structures, Sacrificial structures or temporary structural elements be referred to on the photomask. The downstream process of removing the temporary added Structural elements comprises a another resist or exposure process, which but preferably is performed with lower resolution requirements.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden die temporär zugefügten Strukturelemente an den Randbereich des Musters in einer mit dem Muster identischen Strukturanordnung mit gleichen Elementabständen und -durchmessern hinzugeführt. Dadurch wird eine besonders große Homogenität der lokalen Flächenbelegung und damit des Ätzprozesses erreicht.In In a particularly advantageous embodiment, the temporarily added structural elements to the edge area of the pattern in a pattern identical to the pattern Added structure arrangement with equal element spacings and diameters. Thereby will be a particularly big one homogeneity the local area occupation and thus the etching process reached.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Abstand des Randbereichs des Musters, d. h. insbesondere des äußersten Randes, von Strukturelementen in dem Muster von den weiteren temporär zugefügten Strukturelementen in Abhängigkeit von der charakteristischen Reichweite des Naheffekts des Ätzprozesses gewählt. Der Wert der charakteristischen Reichwerte kann beispielsweise aus vorab durchgeführten Experimenten bekannt sein. Nachdem dieser ermittelt bzw. aus einer Datenbank extrahiert wurde, werden in den Designdaten des Lay outs der Schaltung die weiteren temporären Strukturelemente übernommen, wobei der Abstand des Randbereiches des Musters von den weiteren temporären Strukturelementen geringer als die charakteristische Reichweite gewählt wird.In In another advantageous embodiment, the distance of the Border area of the pattern, d. H. especially the outermost Randes, of structural elements in the pattern of the other temporarily added structural elements in dependence of the characteristic range of the proximity effect of the etching process selected. The value of the characteristic Reich values, for example, from advance conducted Experiments be known. After this determined or from a Database is extracted in the design data of the layout the circuit taken over the other temporary structural elements, wherein the distance of the edge region of the pattern from the other temporary structural elements less than the characteristic range is selected.
Die tatsächliche Effizienz des Ätzprozesses entspricht einer Mittelung der Flächenbelegung in einem Umkreis von einer Position, welche den Radius von der charakteristischen Reichweite besitzt. Da der Abstand geringer gewählt wird, reichen somit Teile der zusätzlichen, temporären Strukturen in den Umkreis hinein. Gemäß dieser Ausgestaltung kann der Abstand etwas größer ausgeführt werden als bei einer unmittelbaren Fortsetzung des Musters in die zusätzlichen temporären Strukturelemente hinein. Der zweite Resist- bzw. Belichtungsprozeß mittels Maskenschreibers kann bei dieser Ausgestaltung mit besonders relaxierten Anforderungen an die Justagegenauigkeit durchgeführt werden.The actual Efficiency of the etching process corresponds an averaging of the area occupation in a radius of one position, which is the radius of the characteristic Range possesses. Since the distance is chosen smaller, thus parts of the additional temporary Structures into the perimeter. According to this embodiment the distance will be made slightly larger than with an immediate continuation of the pattern in the additional temporary Structural elements into it. The second resist or exposure process by means of Mask writer can be particularly relaxed in this embodiment Requirements for the adjustment accuracy are performed.
Grundsätzlich kann es sich bei den Hinzufügungen um ein einziges Strukturelement handeln, das beispielsweise das Muster teilweise oder vollständig umrahmt und dabei eine vergleichsweise große Fläche einnimmt. Es kann dabei sogar vom Rand des Musters bis zum Rand des Belichtungsfeldes reichen. Wie eine der obigen Ausgestaltungen zeigt, kann die Hinzufügung aber auch in einer Vielzahl kleinerer Strukturelemente bestehen, die das Muster teilweise oder ganz in systematischer Weise umgeben. Die Tiefe der Hinzufügungen, d. h. die Breite der Anordnung von zusätzlichen temporären Strukturelementen gerechnet vom Rand des Musters bis zum äußeren Rand der Anordnung, welche vom Muster abgewandt ist, sollte wenigstens selbst wiederum die Dimension der charakteristischen Reichweite des Ätzprozesses besitzen.In principle, the additions may be a single structural element, such as the partial or full pattern constantly framed and occupies a comparatively large area. It can even extend from the edge of the pattern to the edge of the exposure field. However, as one of the above embodiments shows, the addition may also consist of a plurality of smaller features that partially or completely surround the pattern in a systematic manner. The depth of the additions, ie the width of the array of additional temporary features calculated from the edge of the pattern to the outer edge of the array facing away from the pattern, should again at least have the dimension of the characteristic range of the etch process.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung besitzt das Muster eine periodische Anordnung von Strukturelementen. Hier ist die lokale Flächenbelegung über weite Bereiche hinweg konstant und bricht am Rande des periodischen Musters zu den transparenten Flächen hin ab. Die Einbuße an Gleichförmigkeit (Uniformity) im Falle des Standes der Technik ist dabei am Rande des Musters sehr leicht feststellbar. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Schritte bietet hier daher erhebliche Vorteile.According to one Particularly advantageous embodiment, the pattern has a periodic Arrangement of structural elements. Here is the local area occupancy over wide Areas constant and breaks at the edge of the periodic pattern the transparent surfaces down. The loss to uniformity (Uniformity) in the case of the prior art is on the sidelines of the pattern very easily detectable. The application of the steps according to the invention therefore offers considerable advantages here.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besitzt die zu erstellende Maske einen hohen Hellfeldanteil. Die Naheffekte treten dabei nämlich besonders deutlich zutage – wiederum insbesondere dann, wenn die lokale Flächenbelegung stark variiert.According to one further advantageous embodiment has to be created Mask a high bright field component. The proximity effects occur here namely particularly clearly visible - again especially if the local area occupancy varies greatly.
Typische Dimensionen der charakteristischen Reichweite betragen im Falle von Trockenätzprozessen bis zu 1 Millimeter.typical Dimensions of the characteristic range are in the case of dry etching processes up to 1 millimeter.
Die Erfindung soll nun zum besseren Verständnis anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:The The invention will now be better understood with reference to an embodiment with the help of a drawing closer explained become. Show:
In
einem Maskenschreiber, beispielsweise einem Laser- oder Elektronenstrahlschreiber,
werden die zu entfernenden Bereiche in dem Resist
Ein
Trockenätzprozeß
Ein
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
zeigt die Darstellung der
Der
sich aus dem Einsatz des zusätzlichen Strukturelements
Nach
Entfernen des Resists
Das
zusätzliche
Strukturelement
Anschließend wird
der freigelegte Schichtstapel des zusätzlichen Elements
Ein
weiteres in
Des
weiteren setzen sich die weiteren Strukturelemente
Optimalerweise
entspricht der Abstand
- 11
- Photomaskephotomask
- 55
- Rand der Chipflächeedge the chip area
- 1010
- Muster, vorzugsweise periodischTemplate, preferably periodically
- 1212
- Maskensubstratmask substrate
- 1414
- semitransparente Schichtsemitransparent layer
- 1616
- opake Schicht, Absorberschichtopaque Layer, absorber layer
- 1818
- photempfindliche Schichtphotempfindliche layer
- 1919
- weitere photoempfindliche SchichtFurther Photosensitive layer
- 2020
- Strukturelemente (im Innern der periodischen Struktur)structural elements (inside the periodic structure)
- 20'20 '
- Strukturelemente (im Randbereich der period. Struktur)structural elements (in the border area of the periodic structure)
- 2222
- Strukturbreite des durch Naheffekte beinträchtigenstructure width of the impaired by proximity effects
- Strukturelementesstructural element
- 2323
- Strukturbreitestructure width
- 2828
- Belichtungsprozeßexposure process
- 2929
- weiterer BelichtungsprozeßAnother exposure process
- 3030
- Ätzprozeß, TrockenätzprozeßEtching process, dry etching process
- 3535
- Naheffekt des ÄtzprozessesProximity Effect the etching process
- 4040
- transparente Flächetransparent area
- 5050
- charakteristische Reichweite des Naheffektes des Ätzpocharacteristic Range of the proximity effect of the Ätzpo
- zesseszesses
- 6060
- Randbereichborder area
- 7272
- Abstanddistance
- 7474
- Gitterabstand in periodischer Strukturgrid spacing in periodic structure
- 7575
- weitere periodische StrukturFurther periodic structure
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2003
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