CN101713914A

CN101713914A - 光掩膜及其制造方法

Info

Publication number: CN101713914A
Application number: CN200910177332A
Authority: CN
Inventors: 郑东旭; 黄健朝; 林政旻
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: US20100081065A1; CN101713914B

Abstract

提供一种制造光掩膜的方法。在衬底上沉积掩膜层(如铬)。在该铬层上进行等离子处理。在处理的铬层上形成光致抗蚀剂层。在实施例中，等离子处理粗糙化了铬层。在实施例中，等离子处理在铬层上形成阻挡膜。使用该光致抗蚀剂层图形化亚分辨率辅助图形。

Description

光掩膜及其制造方法

技术领域

本发明一般地涉及半导体制造技术，具体地涉及光掩膜及制造光掩膜的方法。

背景技术

在半导体制造中，光掩膜用于确定在光刻工艺过程中向诸如半导体晶片的衬底上印制图形。然而，光干涉和其它影响可引起预期图形的改变。为了阻止这些影响，亚分辨率辅助图形(SRAF)被包括在光掩膜上作为分辨率增强技术(RET)尤其是光学近距修正(OPC)的应用。SRAF可增加主图形(例如，成像在衬底上的图形)及与其相关的图形的成像分辨率。

亚分辨率辅助图形包括通常邻近主图形设置的窄材料线。主图形可结合多个SRAF。如散射条的SRAF在本领域也是公知的。作为SRAF，散射条不期望成像在晶片上，它们的尺寸非常小。此外，由于IC的主图形尺寸减小，那么SRAF是必须的。因此，SRAF的控制，尤其是具有较小技术节点的工艺的控制，变得困难。

这样，需要改进的包括SRAF的光掩膜及其制造方法。

发明内容

因而，本公开提供了一种制造光掩膜的方法。该方法包括提供衬底。在该衬底上沉积铬层。在该铬层上进行等离子处理。在处理后的铬层上形成光致抗蚀剂层。在实施例中，对光致抗蚀剂层图形化以形成掩膜元件用于SRAF。等离子处理可以粗糙化光掩膜的表面。

还提供了一种包括提供透明衬底的制造光掩膜的方法。在透明衬底上沉积铬层。在铬层上形成阻挡膜。在阻挡膜上直接形成光致抗蚀剂层。在实施例中，通过等离子处理形成阻挡膜。在实施例中，阻挡膜是氧化硅。

还提供了另一种制造光掩膜的方法。该方法包括提供衬底和在该衬底上沉积衰减材料层。在该铬层上进行等离子处理，以在该铬层上形成阻挡膜。在该阻挡膜上直接形成光致抗蚀剂层。

附图说明

结合附图阅读时根据下面的具体描述能够最好地理解本公开的各方面。需要强调的是，根据工业中的标准操作，各种图形不是按比例绘制的。实际上，为了清楚的理解，各种图形的大小可任意增大或减小。

图1示出包括主图形和多个SRAF的光掩膜版图的实施例的俯视图。

图2示出光掩膜实施例的截面图。

图3示出包括光致抗蚀剂图形的光掩膜的传统实施例的截面图。

图4示出提供光掩膜的方法实施例的流程图。

图5示出包括生成阻挡膜的提供光掩膜的方法实施例的流程图。

图6示出包括阻挡膜的光掩膜的实施例的截面图。

图7示出包括形成在阻挡膜上的光致抗蚀剂图形的光掩膜的实施例的截面图。

具体实施方式

本公开通常涉及光刻，特别地涉及提供在半导体器件制造中使用的光掩膜上的亚分辨率辅助图形(SRAF)。但是应该理解，提供的具体实施例作为例子，教导较广泛的创造性概念，并且本领域的普通技术人员可容易地应用本公开的教导到其它的方法或装置。例如，尽管此处描述了提供用于半导体器件制造的光掩膜，但是任何光刻工艺都可以受益于该公开，例如，使用玻璃衬底光掩膜形成薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)衬底。另外，应该理解，本公开中论述的方法和装置包括一些常规结构和/或工艺。由于这些结构和工艺是本领域众所周知的，因此仅在普通细节的水平上讨论。此外，为了方便和举例，在整个附图中重复使用参考标号，并且这样的重复不表示整个附图中任何需要的特征或步骤组合。最后，尽管此处描述了提供用于改进的带有SRAF的光致抗蚀剂图形的附着力的方法和装置，这里描述的结构和/或工艺可提供利于生成与图形相关的光致抗蚀剂图形或图案，包括主图形。

半导体制造工艺需要多道光刻步骤，在这些步骤中形成在光掩膜上的图像(例如图案)被投射到衬底(例如半导体晶片)上的感光膜上。随着图案尺寸的减小，在图像辐射期间的发生干涉和处理效应会负面地影响到形成在晶片上的图案。换句话说，形成在晶片上的图案可能使设计并且形成在光掩膜上的图案不能精确地或恰当地再现。包括光学近距修正(OPC)的分辨率增强技术(RET)被用于更加精确地再现该图案。这样的技术可包括在掩膜上提供RET图形。RET图形包括亚分辨率辅助图形(SRAF)来改善它的成像，该亚分辨率辅助图形不会印制在晶片上，但是会邻近要成像在晶片(例如主图形)上的图形来设置。该SRAF可容许光刻工艺清晰并且更精确地再现主图形和/或可提供用于成像主图形的更宽的工艺窗口(例如允许光刻参数偏离)。

图1示出光掩膜100。该光掩膜100包括与主图形120结合的多个亚分辨率图形(SRAF)110。在实施例中，该光掩膜100是双掩膜。包括在光掩膜100上的掩膜技术的其它例子是相移掩膜，包括衰减的相移掩膜(attPSM)、交替相移掩膜(altPSM)、和/或本领域公知的其它光掩膜类型。光掩膜100包括衬底。该衬底可为透明衬底，例如相对没有缺陷的熔融的硅石(SiO2)或石英；氟化钙；或其它合适的材料。主图形120可被设计为形成在诸如晶片的半导体衬底上集成电路图案的一部分。该主图形120可被设计为形成集成电路图形，例如接触孔(如通孔)、隔离区、导线、源和/或漏极、栅极、掺杂区、和/或其它可能的图形。该主图形120可由掩膜层形成，该掩膜层包括设置在光掩膜上的衰减材料。该掩膜层(如衰减材料)可包括铬或其它材料，例如Au、MoSi、CrN、Mo、Nb2O5、Ti、Ta、MoO3、MoN、Cr2O3、TiN、ZrN、TiO2、TaN、Ta2O5、NbN、Si3N4、ZrN、Al2O3N、Al2O3R、或它们的组合。使用包括光致抗蚀剂沉积、前烘、掩膜对准、曝光(即图形化)、烘烤、显影光致抗蚀剂、坚膜、脱胶和/或其它工艺的工艺形成该主图形120。在替代实施例中，光刻图形化可包括电子束写入、离子束写入、无掩膜光刻、和/或分子烙印。尽管示出了对称和矩形图形，但是该主图形120可以为任何形状、尺寸、或大小。

该SRAF110包括小于使用该掩膜的成像系统的分辨率的尺寸(例如W)。就是说，SRAF110的尺寸应使图形在掩膜被照射时不会成像到半导体衬底(例如晶片)上。该SRAF110可由衰减材料形成。在实施例中，该SRAF110为铬。其它的实施例包括SRAF100，其包括其它材料，诸如Au、MoSi、CrN、Mo、Nb2O5、Ti、Ta、MoO3、MoN、Cr2O3、TiN、ZrN、TiO2、TaN、Ta2O5、NbN、Si3N4、ZrN、Al2O3N、Al2O3R、或它们的组合。尽管示出了对称和矩形图形，但是该SRAF110可包括任何变化的形状、尺寸、或大小。在实施例中，该SRAF110在指定几何要求(如制造工艺生成或工艺节点的分辨率极限)的最小图形尺寸的大约0.4和0.9倍之间。在实施例中，该SRAF110包括矩形形状，其限度比值(如W/L比)在大约2/5到1/5之间。包括在光掩膜上的SRAF的W/L比可随着与掩膜收缩量有关的工艺节点的减小而降低。例如，在90nm工艺节点，W/L大约为1/2.5，在45纳米工艺节点，W/L比值可1/5。因此，随着工艺节点的减小，控制SRAF制造和利用包括SRAF的光掩膜变得更加困难。这样，诸如光掩膜的SRAF的剥落的缺陷问题会产生。

现在参照图2，所示出的是传统的光掩膜200。该光掩膜200包括衬底202、铬层204和化学增强抗蚀剂(CAR)层206。曝光束212投射到光掩膜200上，具体来说是CAR层206上。该曝光束212使CAR层206图形化。该图形相关于(例如提供掩膜元件来确定)SRAF。该光掩膜200示出酸扩散到该CAR层206的底部(即指向铬层204的界面)。注意，酸由H+表示，基底由B表示。这种扩散可使CAR层206中的酸208扩散至铬层204。该光掩膜200还示出，由于基底210从铬层204扩散到CAR层206，CAR层206中酸的猝灭(quenching)。基底210可以是富氮铬层204中的基底杂质。尽管示出负性CAR层206，但是问题也会发生在正性抗蚀剂中。

图3示出图形化的CAR层206以提供抗蚀剂图形214。该抗蚀剂图形214可提供掩膜元件用于在下面的铬层204中形成SRAF。上述的酸扩散和/或猝灭提供抗蚀剂图形214的钻蚀(undercut)216。在示范实施例中，抗蚀剂图形214具有2500埃的厚度T，124nm的顶部宽度W1，84nm的与铬层204交界的宽度W2和20nm的钻蚀宽度Wu。因而，抗蚀剂图形214的深宽比由表达式T/(W1-2*Wu)确定。在示范实施例中，深宽比是250/(124-2*20)或者接近3。

钻蚀可在光致抗蚀剂图形214和铬层204之间提供降低的附着力。由于降低附着力的区域(如较高的深宽比)，该光致抗蚀剂图形214更容易产生缺陷，诸如皱起(lifting)或剥离光掩膜200。

现在参照图4，示出了制造光掩膜的方法400。同上述的掩膜200相比较，方法400可改善光掩膜上的光致抗蚀剂图形和下面的层界面。方法400可在光致抗蚀剂图形和光掩膜之间增加附着力，降低光致抗蚀剂图形和光掩膜之间的相互作用(例如降低的扩散，即到/或从光致抗蚀剂层和一个或多个光掩膜的下面层，如铬层，的扩散)。

方法400以步骤402开始，其提供包括衰减层的光掩膜。在实施例中，该衰减层包括铬。衰减材料可以包括其它材料，诸如Au、MoSi、CrN、Mo、Nb2O5、Ti、Ta、MoO3、MoN、Cr2O3、TiN、ZrN、TiO2、TaN、Ta2O5、NbN、Si3N4、ZrN、Al2O3N、Al2O3R、或它们的组合。衰减层可形成在透明衬底上。透明衬底基本上类似于上面参照图1描述的衬底102。在实施例中，该透明衬底包括石英。

然后方法400进入步骤404，在该衰减层上进行等离子处理。在实施例中，等离子处理使用氧气作为入口气体。在其它的实施例中，等离子处理使用氩气、氮气和/或其它气体或者它们的组合。还有等离子气体的例子包括He、C、F、Cl、Br、Ne、Ar和它们的化合物。等离子(如包括离子和/或游离基如O2++)可物理上撞击掩膜表面。撞击可粗糙化掩膜表面，例如要被图形化的衰减材料(如铬)层的表面。在实施例中，通过诸如反应离子刻蚀(RIE)系统、电感耦合等离子体(ICP)系统、和/或本领域公知的其它仪器进行等离子处理。可确定例如流量、压力、温度、频率、等离子腔的反应功率、持续时间等等离子工艺参数，来提供如下文所述的合适的粗糙和/或生成阻挡膜。等离子体包括已电离的气体(如其中相当百分比的原子或分子被电离)，并且剩余比例的电子是自由的(即，等离子体可视为正负粒子的电中性介质)。

在实施例中，等离子处理提供衰减层表面的粗糙化。该粗糙化表面可以增加的用于粘附下面层(如光致抗蚀剂)到衰减层(如铬)的表面面积。在实施例中，等离子处理形成衰减层上的阻挡膜。该阻挡膜基本如类似于下面参照图5的方法500中所述。等离子处理使用包括硅的靶。在实施例中，该靶是Si或SiO2。其它的靶也是可行的，例如，由所需的阻挡膜确定。

方法400接着进入步骤406，在光掩膜上形成光致抗蚀剂层。该光致抗蚀剂层形成在处理的衰减材料表面上。在实施例中，该光致抗蚀剂层直接接界于处理的层表面。例如，可在粗糙化的衰减材料层表面(例如，处理的铬层)上直接形成光致抗蚀剂层。在实施例中，光致抗蚀剂层直接接界于通过等离子处理衰减材料层所形成的阻挡膜。光致抗蚀剂可为正性或负性抗蚀剂。光致抗蚀剂可包括化学增强抗蚀剂(CAR)。可通过旋压(spin-on)技术在光掩膜上淀积光致抗蚀剂层。

方法400接着进入步骤408，图形化光致抗蚀剂层。选择地照射光致抗蚀剂层提供该图形。照射束可为紫外光和/或可延伸包括其它照射束，例如离子束、x射线、超紫外光、深紫外光以及其它合适的照射能。该图形化形成可结合分辨率增强技术(RET)，例如，该图形化可结合SRAF(例如，在下面的区域中为SRAF制造提供掩膜元件)。

方法400还包括未明确地在光刻工艺中描述的步骤，例如在曝光光刻胶之前的前烘和/或对准工序。在实施例中，光刻工艺还包括显影光致抗蚀剂(如施加水性的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液)、坚膜和/或本领域公知的其它工艺。通过诸如湿法剥离(wet stripping)或等离子灰化的工艺除去光致抗蚀剂。在替代实施例中，例如电子束光刻工艺可用于图形化光致抗蚀剂层。

利用形成的光致抗蚀剂图形(例如，掩膜元件)，刻蚀如衰减材料层的一个或多个下面层，来在光掩膜上形成一个或多个SRAF(散射条)。方法400继续包括剥离该光致抗蚀剂图形。在实施例中，也可除去由等离子处理形成的阻挡膜。还可图形化衰减材料层(即铬)来提供主图形，例如上面参照图1所述的主图形120。主图形图形化可发生在光致抗蚀剂图形化之前、同时和/或之后，来提供RET图形。

参照图5，示出了制造光掩膜的方法500。方法500可在光致抗蚀剂层/图形和光掩膜之间提供增强的附着力，在光致抗蚀剂层和光掩膜之间提供降低的干扰(例如降低的扩散，即到/或从光致抗蚀剂层和一个或多个光掩膜层，如下面的铬层，的扩散)。

方法500以步骤502开始，提供包括衰减层的光掩膜。在实施例中，衰减层包括铬。衰减材料可以包括其它材料，诸如Au、MoSi、CrN、Mo、Nb2O5、Ti、Ta、MoO3、MoN、Cr2O3、TiN、ZrN、TiO2、TaN、Ta2O5、NbN、Si3N4、ZrN、Al2O3N、Al2O3R及其组合。衰减层可形成在透明衬底上。透明衬底基本上类似于上面参照图1描述的衬底102。在实施例中，透明衬底包括相对没有缺陷的石英。

方法500然后进入步骤504，在衰减材料层上形成阻挡膜。阻挡膜包括氧化硅。其它实施例的阻挡膜包括氮化硅、包含氮和/或氧的其它膜成分。在实施例中，阻挡膜的厚度可在大约1至5纳米之间。阻挡膜可直接形成在光掩膜的铬层上。

在实施例中，通过对光掩膜的衰减材料层(如铬层)进行等离子处理形成阻挡膜。在实施例中，等离子处理使用氧气作为入口气体。氧气等离子体(如包括离子和/或游离基如O2++)可物理地撞击掩膜的表面。在其它的实施例中，等离子处理使用氩气、氮气和/或其它气体或者它们的组合。还有等离子气体的例子包括He、C、F、Cl、Br、Ne、Ar和它们的化合物。等离子处理使用包括硅的靶。在实施例中，靶是Si或SiO2。其它的靶也是可能的，如由所需的阻挡膜成分确定。在实施例中，通过诸如反应离子刻蚀(RIE)系统、电感耦合等离子体(ICP)系统、和/或本领域公知的其它等离子仪器进行等离子处理。可以确定例如压力、频率、等离子腔的反应功率等等离子工艺参数，来生成阻挡膜。

在实施例中，等离子处理还提供衰减层表面的粗糙化。粗糙化的表面可增加用于粘附光致抗蚀剂到衰减层和/或阻挡膜的表面面积。

方法500接着进入步骤506，光致抗蚀剂层形成在光掩膜上，尤其形成在阻挡膜上。光致抗蚀剂可为正性或负性抗蚀剂。光致抗蚀剂可为化学增强抗蚀剂(CAR)。可通过旋压(spin-on)技术在光掩膜上淀积光致抗蚀剂层。

方法500接着进入步骤508，图形化光致抗蚀剂层。照射光致抗蚀剂层的有关部分提供图形化。照射束可为紫外光和/或可延伸到包括其它照射束，例如离子束、x射线、超紫外线、深紫外线以及其它合适的照射能量。图形化形成可结合分辨率增强技术(RET)，例如，图形可结合SRAF。

在实施例中，光致抗蚀剂图形的形成还包括在对抗蚀剂曝光之前进行前烘和/或掩膜对准。在实施例中，该工艺还包括对光致抗蚀剂(如施加水性的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液)显影、坚膜和/或本领域公知的其它工艺。可通过诸如湿法剥离(wet stripping)或等离子灰化的工艺移除光致抗蚀剂。在替代实施例中，例如可用电子束(e-beam)光刻工艺图形化该光致抗蚀剂层。

利用形成的光致抗蚀剂图形，刻蚀如衰减材料层的一个或多个下面层，来在光掩膜上形成一个或多个SRAF或散射条。方法500继续剥离光致抗蚀剂图形。在实施例中，移除阻挡膜。还可进一步图形化衰减材料层(即铬)来提供主图形，例如上面参照图1所述的主图形120。主图形的图形化可发生在光致抗蚀剂图形化之前、同时和/或之后，来提供RET图形。

现在参照图6，示出了包括衬底602、铬层604和阻挡膜606的光掩膜600。利用方法400和/或500或它们的部分提供光掩膜600。在实施例中，使用上述的等离子处理形成阻挡膜606。在实施例中，阻挡膜606包括氧化硅。其它材料的例子包括氮化硅。在实施例中，阻挡膜606的厚度t1大约为1至5纳米。衬底602基本上类似于上面参照图1所述的衬底102。在其它的实施例中，铬层604基本上类似于上面参照图2所述的铬层204。在替代实施例中，铬层604包括代替铬或除了铬的其它衰减材料。在实施例中，通过等离子处理对阻挡膜606和铬层604交界的表面粗糙化。

现在参照图7，示出了包括前述衬底602、铬层604和阻挡膜606的光掩膜600，并且还包括光致抗蚀剂图形700。该光致抗蚀剂图形可如上述参照图4和或5形成。在实施例中，光致抗蚀剂图形700是在下面铬层604中制造SRAF的掩膜元件。同上面参照图3所述的光致抗蚀剂图形214相比，光致抗蚀剂图形700示出了减小和/或消除了钻蚀。光致抗蚀剂图形700包括厚度T。该厚度T基本上类似于上面参照光致抗蚀剂图形214所述的厚度。光致抗蚀剂图形700还包括宽度W3。光致抗蚀剂图形700的深宽比由方程T/W3得出。在实施例中，T大约等于2500埃，W3大约等于124nm，得出的深宽比约为2。

在实施例中，T大约为2500埃，W3大约为124nm。因而，该光致抗蚀剂图形700的深宽比约为2。这类似于图3的光致抗蚀剂图形214。如前面实施例所述的，由于在光致抗蚀剂图形214每侧的钻蚀(即Wu)，深宽比由T/(W1-2*Wu)确定，因而要大于光致抗蚀剂图形700的深宽比。例如，在具有基本相同厚度的比较实施例中，该光致抗蚀剂图形700具有约为2的深宽比，而具有钻蚀的光致抗蚀剂，如光致抗蚀剂图形214，具有约为3的深宽比。因此，所示出的是通过减小和/或消除图形钻蚀后降低的光致抗蚀剂图形深宽比。

因此，所提供的是光掩膜及其形成方法，降低基底向光致抗蚀剂的扩散，因此降低抗蚀剂例如化学增强抗蚀剂的中和。这种中和的降低可减小光致抗蚀剂图形的钻蚀。这种光掩膜及其形成方法还可降低从光致抗蚀剂层到下面的衰减材料(即铬)层的酸扩散。这种降低的扩散降低了铬层结构和/或组成的弱化。此外，该光掩膜及其形成方法还可增加衰减材料(如铬层)的表面粗糙度，从而增加了用于附着下面光致抗蚀剂层的表面面积。当图形化该光致抗蚀剂层来形成诸如SRAF的图形时，这些工艺尤其有用。

尽管本发明上面仅详细描述了几个示范实施例，但是本领域技术人员可容易地理解到，在不脱离本公开的创新的教导和优点情况下可在示范实施例中有许多修改。

Claims

1.一种制造光掩膜的方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成掩膜层；

在所述掩膜层上进行等离子处理；和

在该处理的掩膜层上形成光致抗蚀剂层。

2.如权利要求1所述的方法，其中形成所述掩膜层包括形成铬层。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

图形化所述光致抗蚀剂层，以形成带有亚分辨率辅助图形(SRAF)的图案。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述等离子处理粗糙化所述掩膜层表面。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述等离子处理在所述掩膜层上形成阻挡膜。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述阻挡膜包括氧化硅。

7.如权利要求2所述的方法，还包括：

图形化所述光致抗蚀剂层；和

利用图形化的光致抗蚀剂层作为掩膜元件，来刻蚀所述铬层，其中刻蚀所述铬层形成亚分辨率辅助图形(SRAF)。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述图形化的光致抗蚀剂包括具有约为1∶5长宽比的图形。

9.一种制造光掩膜的方法，包括：

提供透明衬底；

在所述透明衬底上沉积铬层；

在所述铬层上形成阻挡膜；和

在所述阻挡膜上直接形成光致抗蚀剂层。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：

图形化所述光致抗蚀剂层，其中所述图形化光致抗蚀剂层确定了亚分辨率辅助图形(SRAF)。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述阻挡膜是氧化硅。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述阻挡膜包括大约1至5纳米的厚度。

13.如权利要求9所述的方法，其中所述阻挡膜包括氧化硅和氮化硅中的至少一种。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

图形化所述光致抗蚀剂层，以形成光致抗蚀剂图形，其中所述光致抗蚀剂图形带有提供的亚分辨率辅助图形(SRAF)。

15.一种制造光掩膜的方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上沉积衰减材料层；

在所述铬层上进行等离子处理，以在所述铬层上形成阻挡膜；

在所述阻挡膜上直接形成光致抗蚀剂层；和

图形化所述光致抗蚀剂层，以提供用于亚分辨率辅助图形的掩膜元件。