CN1074139C - 半色调式相移掩模及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半色调式相移掩模，它包括一个透明衬底，其上依次叠层有一个相移图形和一个铬图形，两图形具有一个窗口，所述窗口暴露出所述透明衬底的一个预定区域，所述铬图形在靠近窗口处有一个台阶，该台阶的厚度仅可以透过大约5～50%的在所述半色调式相移掩模上照射的射入光束。本发明还提供了制备上述半色调式相移掩模的方法。本发明能够防止在未指定区域光的透入，这样能够获得一种具有良好平滑轮廓的光刻胶图形。

Description

半色调式相移掩模及其制备方法
本发明一般地涉及制备一种半色调式(Half-tone type)相移掩模的方法，该掩模能够防止在未指定区域光的透入，从而能够获得一种具有良好平滑轮廓的感光图形。
半导体器件的高集成化普遍地要求减少线路尺寸和线路与单元器件诸如晶体管和电容器之间的距离变得更小。结果，增加了涉及制备高集成半导体器件的步骤量。
用于半导体器件的一种典型的光刻处理使用了一种掩模。它包括一个透明衬底例如石英。在该衬底上形成有遮光图形。然而，使用一种典型的掩模来形成一种比光分辨率小的精细的图形是困难的。确实，使用目前的感光方法和曝光设备来获得具有0.5μm或更小线宽的精细图形实际是不可能的。
而且，更高集成化的半导体器件，诸如64M或更高的DRAM要求0.4μm或更小的精细圆形。为了满足上述要求已经作了各种努力。在开发高集成化半导体器件的努力中，开发出了一种相移掩模。
一个相移掩模大致上由一个石英衬底、遮光图形和一个相移材料层构成。该相移材料层与石英衬底上的遮光图形一起，起着偏移一个光束180°的作用。这种相移掩模被设计成在光辐照处理中使照射到晶片(wafer)上的一个光束的振幅保持不变，并使由在光通过该相移层和光通过相邻的石英衬底之间的干扰引起的辐照最小，从而改进该光刻胶膜图形的分辨率。
所有相移掩模中，一种半色调相移掩模被用于形成接触孔图形，并且它的处理能力被证明比其它普通的相移掩模好50％或更高。在半导体器件的制备方法中，这种半色调相移掩模在形成64M或更高规模的精细接触孔的过程中是特别有用的。
为了更好地理解本发明的背景，将结合附图1和2对一个普通的半色调式相移掩模进行描述。
首先，参考图1，它示出了一个普通的相移掩模的剖面部分。如图所示，该普通相移掩模包括一个石英衬底11，其上一起形成有一个遮光图形13和一个相移膜图形15，以便提供一个由此暴露出该石英衬底11的窗口12。该遮光图形13由铬或铬氧化物制成，并具有这样一个厚度以便透过大约5～50％的射入光。该相移膜图形15由具有一预定厚度的氧化物、氮化物或旋涂玻璃制成。
当光被照射到这样一种半色调式相移掩模上时，如图2所示，在窗口12的中心区域光的强度最大，而在该窗口的边缘区域光强减至0。该图还表明在不具有窗口的区域的光强度虽然很弱，但也被检测到。这归结于光透过遮光图形13这样一个事实。当然，通过光的强度是与光源的强度成比例的。此外，光的强度不是恒定的。在没有被提供窗口的区域是不同的，如图2所示。
在通过使用这样一种普通半色调式相移掩模对其上覆盖一层正光刻胶膜的半导体衬底进行辐照的情况下，由于通过遮光层的光的透过，指定不被制作图形的区域变得被辐照，于是显影的图形被制作完毕。结果，获得了一种具有不均匀表面的光刻胶膜图形。这种不均匀表面是由于射入光通过遮光层进入未指定区域和在未指定区域通过光的强度不一样所造成的。这就是说，在理想情况下，该光刻胶膜图形是在边缘区域没有光的强度的情况下形成的，但是由于未指定区域的光刻胶膜受到微弱的和可变通过光强的照射，所以当显影时，该光刻胶膜按照其区域被除去了不同的厚度。
这样一种具有不均匀表面的光刻胶膜图形是导致降低产品产量和半导体器件稳定性的因素。例如，当该普通光刻胶膜图形被用作一个蚀刻掩模或一个离子注入掩模时，该掩模下面的一层可能被损坏，或者离开可能被注入到不需要的区域中。
因此，本发明的一个目的是克服已有技术中遇到的上述问题和提供一种半色调式相移掩模，该掩模能够防止在未指定区域光的透入，从而能够获得一种具有良好平滑轮廓的光刻胶膜图形。
本发明的另一个目的是提供一种制备所述半色调式相移掩模的方法。
根据本发明的一个方面，上述目的能够通过提供一种半色调式相移掩模来实现，该掩模包括一个透明的衬底，在该衬底上依次叠层有一个相移图形和一个铬图形，两个图形具有一个窗口，由所述窗口暴露出所述透明衬底的一个预定区域，并且所述铬图形在靠近窗口处有一个台阶，该台阶的厚度可以使曝光过程中投射到所述相移掩模上的入射光透过5-50％。
根据本发明的另一个方面，提供一种半色调式相移掩模的制备方法，这包括下列步骤：在一个透明衬底上形成一个相移层；在该相移层上形成一个遮光层；依次有选择地蚀刻该遮光层和相移层，以形成一个遮光图形和一个相移图形，该两个图形具有一个窗口，它暴露出所述透明衬底的一个预定区域；和在遮光图形上覆盖一层正光刻胶膜；用所述遮光图形和所述相移图形作掩模，将所述正光刻胶膜曝光在从所述衬底背面入射的光束下，所述光束被衍射以使所述光刻胶膜被曝光的区域比所述窗口更宽；通过显影去掉所述光刻胶膜的被照射区域，以形成一个光刻胶膜图形；用所述光刻胶膜图形作为掩模蚀刻所述遮光图形以形成靠近所述窗口的一个台阶，其中所形成的台阶的厚度能使曝光过程中投射到所述相移掩模上的入射光透过5-50％；以及去掉所述光刻胶膜图形。
通过参考附图更详细地描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和其它优点将变得更清楚。
图1是一个表示普通半色调式相移掩模的示意性剖面视图；
图2是表示通过图1的半色调式相移掩模的光强度对掩模位置的曲线图；
图3是表示按照本发明的一种半色调式相移掩模的示意性剖面视图；
图4是表示通过图3的半色调式相移掩模的光强度对该掩模位置的曲线；
图5A至5D是说明制备按照本发明的一种半色调式相移掩模的方法的示意性剖面视图。
通过参考附图可以更好地理解本发明优选实施例的应用，其中相同的参考数字被分别用于类似的和相应的部件。
参考图3，图中示出了本发明的一种半色调式相移掩模。如该图所示，该半色调式相移掩模由一个透明衬底21构成，在该衬底21上以不同于普通的半色调式相移掩模的方式顺序叠层有一个铬图形23′和一个相移图形25′。在本发明的半色调式相移掩模中，铬图形23′和相移图形25′是以提供一个窗口22的形式形成的。铬图形23′的厚度以不透过光为准，并在靠近窗口22处被除去一个预定的厚度，以构成如图中所示的台阶24。
参考图4，该图绘出了通过图3的相移掩模的光束强度对该掩模位置的曲线。不同于普通的相移掩模，在没有窗口的区域它能防止光的穿过，如该曲线所示。因此，当对本发明的半色调式相移掩模实施光辐照处理时，能够获得一种具有平滑轮廓的图形。
图5示出了图3的半色调式相移掩模的制备步骤。将参考图5A至5D，逐步对这些步骤进行描述。
首先，如图5A所示，在一个透明衬底21例如石英衬底上，依次形成有一个相移层25和一个铬层23。该相移层由氧化物、氮化物或感光材料制成。铬层23的厚度足以防止光穿透其自身。
其次，参考图5B，该铬层23和相移层25经历光刻，以形成一个铬图形23′和一个相移图形25′，它们俩具有一个露出了衬底21的一个预定区域的窗口22。
随后，参考图5C，在铬图形23′上覆上一层正光刻胶膜，然后，暴露在自该透明衬底21的背侧射入的一束光下，最后被显影，以形成具有一个比窗口22更宽的孔的光刻胶膜图形27。这就是说，该光刻过程除了使用相移图形25′和铬图形23′作为掩模外，利用所述窗口作为一个狭缝，通过该窗口光束被散射。通过散射，该光刻胶膜的被照射区域比该窗口22宽。结果，形成了光刻胶膜图形27，在该光刻胶膜图形中靠近窗口22的铬图形23′被露出。
最后，参考图5D，利用光刻胶膜图形27作为掩模，铬图形23′被蚀刻掉一个预定厚度，然后去掉该光刻胶膜图形27，以构成一个靠近窗口的台阶24。结果，铬图形23′被剩下这样一个厚度，该厚度仅可以透过大约5～50％的射入光。
如上所述，本发明的半色调式相移掩模通过如下方法备制，该方法大致包括在一个透明衬底上形成一个相移图形和一个铬图形，两图形具有一个窗口，在靠近该窗口处蚀刻掉铬图形一个预定厚度，以形成一个足以透过大约5～50％的在该半色调式相移掩模上照射的射入光束的台阶厚度，该半色调式相移掩模在其掩模的边缘区域和除窗口以外的其它区域能够使通过的光强减少至0。
因此，本发明能够解决这样的问题，即在不想要的区域可以被暴露在光下，而具有一个优良轮廓(superior profile)的光刻胶膜图形能够通过使用本发明的半色调式相移掩模获得。所获得的这样一种光刻胶膜图形能被用作蚀刻或离子注入的掩模。结果，按照本发明的半色调式相移掩模导致了产品生产和半导体器件稳定性的改进。
对于本领域的普通技术人员来说，在阅读了前面描述的内容后，这里公开的本发明的其它特征，优点和实施例将会变得很清楚。在这方面，虽然对本发明的特定实施例进行了详细描述，但已可以对这些实施例作出改变和改进，而不脱离如本发明所描述和所要求的精神和范围。

Claims (2)

1．一种半色调式相移掩模，包括一个透明的衬底，在该衬底上依次叠层有一个相移图形和一个铬图形，两个图形具有一个窗口，由所述窗口暴露出所述透明衬底的一个预定区域，并且所述铬图形在靠近窗口处有一个台阶，该台阶的厚度可以使曝光过程中投射到所述相移掩模上的入射光透过5-50％。
2．一种半色调式相移掩模的制备方法，包括下列步骤：
在一个透明衬底上形成一个相移层；
在该相移层上形成一个遮光层；
依次有选择地蚀刻该遮光层和相移层，以形成一个遮光图形和一个相移图形，该两个图形具有一个窗口，它暴露出所述透明衬底的一个预定区域；和
在遮光图形上覆盖一层正光刻胶膜；
用所述遮光图形和所述相移图形作掩模，将所述正光刻胶膜曝光在从所述衬底背面入射的光束下，所述光束被衍射以使所述光刻胶膜被曝光的区域比所述窗口更宽；
通过显影去掉所述光刻胶膜的被照射区域，以形成一个光刻胶膜图形；
用所述光刻胶膜图形作为掩模蚀刻所述遮光图形以形成靠近所述窗口的一个台阶，其中所形成的台阶的厚度能使曝光过程中投射到所述相移掩模上的入射光透过5-50％；以及
去掉所述光刻胶膜图形。
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