CN1085850C - 半色调式相移掩模及其制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种半色调式相移掩模；包括有：一个透明衬底；一个覆盖有半色调式透光图形的相移图形，它们均具有一个将透明衬底的一预定区域曝露的窗口，且该网膜透光图形具有的厚度是使仅5-20%的入射光透射；一个遮光图形，覆盖除去覆盖有半色调式透光图形的相移图形和窗口之外的透光区域的全部区域，其中入射光只穿透覆盖有半色调式透光图形的窗口和该相移图形。这种半色调式相移掩模能够防止光线对不希望区域的入射，并因而能够获得具有超光滑表面的光刻胶图形。

Description

半色调式相移掩模及其制造方法

本发明涉及相移掩模，尤其是涉及这样一种半色调式相移掩模，它能避免光透射不期望区域，从而获得具有优良平滑轮廓的光刻胶图形，本发明还涉及制作这种半色调式相移掩模的方法。

为附合新近对于半导体器件高集成化的趋势，则要求其间引线的尺寸和距离的减小且诸如晶体管和电容之类的单元器件变得更小。结果是使构成的图形更精细，而使制作高集成半导体器件所含的步骤总体上增加。

在实行半导体器件制作的通常的光刻处理过程中，采用由透明衬底(例如石英)构成的掩模，借助于在衬底上覆盖铬或铝并将其以离子束蚀刻以形成不透光的图形。然而利用普通的掩模来形成小于光的分解度的精细图形是困难的，实际上，借助现行光刻胶及曝光设备确实无法获得具有0.5μm或小于该尺寸的精细图形。

而且，极高集成度的半导体器件，如64M或更大容量的DRAM，要求0.4μm或更小尺寸的精细图形。为满足此要求已经作了许多种努力。在一种实现高集成度半导体器件的努力中，发明了相移掩模。实际上，利用相移掩模技术能完全实现了超精细图形。

一个相移掩模大致包括石英衬底、不透光图形及相移材料层。该相移材料层是在石英衬底上和不透光图形一起形成的，它的作用是使光束相移180°角。这种相移掩模的设计是使在曝光过程中照射于晶片之上光束幅度保持恒定，并使由透射相移材料层的光和透射邻近该相移材料层的一个图形的光之间的干扰所引起的曝光减小，从而改善光刻胶膜图形的分辨度。

为了改善照射在光刻胶膜上的光的对比率，具有反射系数n的相移材料形成具有这样一个厚度的相移掩模，它使具有波长λ的入射光相移160°至200°的一个角度。例如，在入射光是G线或I线、且相移材料是一个氧化物、氮化物或自旋玻璃(后称为SOG)时，则相移材料的厚度范围是3400至4000。这样的相移掩模使得既便是采用传统的光刻胶膜和曝光设备时，也能使图形具有0.3μm甚至更小的尺度。

采有半色调式的相移掩模，以形成接触孔图形，且其处理能力已证明为好于50％或更多。在制作半导体器件的方法中，这种半色调式相移掩模在形成64M或更多的精细接触孔方面尤其有用。

为了更好地理解本发明背景，现在来讨论图1与图2的传统的半色调式相移掩模。

先参考图1，其中示出了传统相移掩模的横截面部分。如图中所示，传统相移掩模包括一个石英衬底11，在其上，一个半色调式透光薄膜图形13与一个相移薄膜图形15一起被形成，以便形成一个窗口，通过其对石英衬底11进行曝光。该半色调式透光薄膜13是由铬或铝的氧化物构成，其厚度是要能使入射光透过大约5％-20％。相移薄膜图形15是由有预定厚度的氧化物、氮化物或SOG材料构成。

当一束光照射在这种半色调式相移掩模上时，在该窗口的中心区其光强度为最大而在该窗口与图形之间的边界处，其光强被减至为零。在没有窗口的那些区域上的光强度，尽管很弱，但其检测值也为入射光的5％至20％。这归结于这样一个事实，即该光线穿透了该半色调式透光薄膜图形13，当然，穿过的光线的强度仅是正比于来自光源的光线。而且，这种光的强度不是恒定值，而且既使在没有窗口的那些区域上也是不同的。

因此，如图2所示，在利用这样传统半色调式相移掩模使半导体衬底17上所覆盖的正性光刻胶薄膜18由光能照射的情况下，由于通过该光屏的光线的穿透，不希望出现图形的正性光刻胶薄膜18的区域则出现被照射的情况，这样，在显影之后会出现图形。结果是，得到的光刻胶薄膜图形具有不均匀的轮廓。

具有这种台级化的表面的光刻胶薄膜的图形是降低半导体器件的生产及其器件可靠性的因素。例如，当传统的光刻胶膜图形被用作一个蚀刻或一个离子植入掩模时，在掩模下面的一层可被损坏，即离子被植入不必要的区域中。

因此，本发明的目的是克服上述的在已有技术中遇到的问题并提供一种半色调式相移掩模，它能够防止光线射入在不希望的区域并由此获得具有超级平滑表面的光刻胶图形。

本发明的另一目的是提供一种用于制作这种半色调式相移掩模的方法。

根据本发明一个方面，上述目的可以通过提供一个半色调式相移掩模来实现，它包括：一个透明衬底；一相移图形，形成在所述透明衬底的一预定区域；一半色调式透光图形，形成在所述相移图形上，所述相移图形和所述半色调式透光图形中有一个窗口，以使所述透明衬底的一部分曝光；一遮光图形，覆盖在所述透明衬底上半色调式透光图形和窗口所在的区域之外的那些区域上，以使入射光仅能经所述窗口以及经所述相移图形和所述半色调式透光图形透射。

根据本发明的另一方面，它提供了一种用于制造半色调式移掩模的方法，该方法包括以下步骤：在一个透明衬底上按顺序形成一个相移层和一个半色调式透光层；对相移层和半色调式透光层有选择地进行蚀刻，以形成露出所述透明衬底的窗口；在所生成的结构上淀积一负光刻胶薄膜层；进行背侧曝光处理，以形成覆盖所述窗口和半色调式透光层边缘区的负光刻胶图形；利用所述负光刻胶图形作掩模，在所得结构上形成半色调式透光图形和相移图形；在所得结构上淀积一层遮光层；将该光刻胶薄膜图形连同覆盖该光刻胶薄膜图形的遮光层一起去除。

本发明的上述目的及其它优点特随着结合附图的对本发明最佳实施例的详述而显见。

图1是传统半色调式相移掩模的断面示意图；

图2是利用图1的半色调式相移掩模而在半导体衬底上的光刻胶薄膜图形的截面图；

图3是根据本发明的半色调式相移掩模的示意截面图；

图4至图9是表示根据本发明的半色调式相移掩模制作方法的截面图。

结合附图可对本发明采用的最佳实施例有最好的理解。其中，其相同的参考符号分别用于表示相同的对应部分。

参考图3，其中示出了本发明的半色调式相移掩模。如图所示，该半色调式相移掩模包括一个由例如石英衬底21构成的透明衬底，一个由例如铬在透明衬底21上形成的遮光图形24，以及由一个半色调式透光薄膜图形23所覆盖的一个相移型图形25′，所说相移图形25′是靠在所说遮光图形24的边侧，以提供一个将该透明衬底21的一预定区域曝露的窗口。

构成相移图形25′的材料是从SOG、氧化物和氮化物中选择，而该半色调式透光膜图形23′是由铬或铝的氧化物构成。根据本发明，该半色调式透光膜23具有的厚度是100至150，以透射5-20％的入射光。

不同于传统的相移掩模，这种半色调式相移掩模防止了光对于其上无窗口区域的穿透。因而当以本发明的半色调式相移掩模实行曝光处理时，可以获得具有平滑表面的光刻薄膜图形。结果是，本发明的半色调式相移掩模有益于构成精细的接触孔。

图3的半色调式相移掩模的最佳处理步骤将根据图4至图9的通常描述作如下说明。

如图4所示，首先在由例如石英衬底的透明衬底21上按顺序形成由例如氧化物、氮化物或SOG构成的相移层25和由铬或铝的氧化物构成的半色调式透光层23。所形成的半色调式透光层23的厚度是大致是100至150，以穿透5％至20％的入射光。

随后参考图5，对该半色调式透光层23和相移层25进行离子蚀刻，以形成曝露该透明衬底21的一预定区域的窗口。

接下来参考图6，在图5的生成结构上涂覆一个负性光刻胶薄膜涂层，并以具有大于为处理该负性光刻胶薄膜的所需能量的光束对其进行曝光，光从该透明衬底21的后侧入射，且被显影，以形成覆盖该窗口和该半色调式透光层23的一个边缘区的一个光刻胶薄膜图形28。就是说，这种光的蚀刻法利用该窗口作为一个狭隙，经过该狭隙对光束绕射，并利用余留的相移层25和半色调式透光层23作为掩模。利用这种绕射的优点，该光刻胶薄膜被照射的区域要比该窗口宽。

接下来参照图7，以130℃或更高的温度对光刻胶薄膜图形28进行热处理，旨在使其能够经受随后的蚀刻过程，并随之执行蚀刻处理，以利用光刻胶薄膜图形28作为掩模，形成带用窗口的半色调式透光图形23′和相移图形25′。

再参考图8，在生成的结构上沉积铬或铝的氧化物，其厚度足以屏蔽光线，以构成一个遮光层24。

最后参考图9，以提留(lift-off)方式将该光刻胶薄膜图形28连同覆盖该光刻胶薄膜图形的遮光层24的一个区域一起被除去。结果是，遮光层24保留覆盖除去将被曝光的预定区域之外的该透明衬底21的全部区域。

如上所述，本发明的半色调式相移掩模由大致包括如下的过程的方法则制备：在透明衬底的预定区域上形成均带有窗口的覆盖有半色调式透光图形的相移图形，并形成一个遮光图形，它覆盖除去该相移图形和该窗口之外的全部透明衬底，它能够把除去该窗口和该相移图形的其它区域的透光强度降为零。

因此，本发明能够解决不期望的区域可能被曝光的问题，且利用本发明的半色调式相移掩模可获得具有优良表面的光刻胶薄膜图形。这种获得的光刻胶薄膜可用作蚀刻或离子植入的掩模，实现了防止对掩模下层的损坏。结果是，本发明的半色调式相移掩模具有改进半导体器件之产量及可靠性的效果。

在阅读了前述之后，对于实践本专业通常技术人士而言，本发明的其它特点，优点和实施例将属于是显见的。因此，尽管是参照具体实施例于的详述，但这些实施例的各种变形成修正可在不脱离权利要求中所述的本发明的精神实质范围内实现。

Claims (6)

1.一种半色调式相移掩模，它包括：

一个透明衬底；

一相移图形，形成在所述透明衬底的一预定区域；

一半色调式透光图形，形成在所述相移图形上，所述相移图形和所述半色调式透光图形中有一个窗口，以使所述透明衬底的一部分曝光；

一遮光图形，覆盖在所述透明衬底上半色调式透光图形和窗口所在的区域之外的那些区域上，以使入射光仅能经所述窗口以及经所述相移图形和所述半色调式透光图形透射。

2.如权利要求1的一种半色调式相移掩模，其中所说的半色调式透光图形由铬或铝的氧化物构成。

3.如权利要求1的一种半色调式相移掩模，其中所说的半色调式透光图形为100至150厚，能透射5-20％的入射光。

4.一种用于制作半色调式相移掩模的方法，包括以下步骤：

在一个透明衬底上按顺序形成一个相移层和一个半色调式透光层；

对相移层和半色调式透光层有选择地进行蚀刻，以形成露出所述透明衬底的窗口；

在所生成的结构上淀积一负光刻胶薄膜层；

进行背侧曝光处理，以形成覆盖所述窗口和半色调式透光层边缘区的负光刻胶图形；

利用所述负光刻胶图形作掩模，在所得结构上形成半色调式透光图形和相移图形；

在所得结构上淀积一层遮光层；

将该光刻胶薄膜图形连同覆盖该光刻胶薄膜图形的遮光层一起去除。

5.如权利要求4的方法，其中，在进行选择性的蚀刻之前，对所说的光刻胶薄膜图形以130℃或更高的温度进行热处理，旨在使该光刻胶薄膜图形能够用作进行选择蚀刻的掩模。

6.如权利要求4的方法，其中所说半色调式透光图形被形成有100至150的厚度，以透射5-20％的入射光。

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