CN110716388B - 空白掩模和光掩模 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种空白掩模和光掩模，所述空白掩模包含：遮光膜，设置在透明衬底上；以及硬掩模膜，设置在遮光膜上且包括钼铬(MoCr)。因此，硬掩模膜不仅具有提高的蚀刻速度，且还具有对氟(F)基干式蚀刻的足够的耐蚀刻性，以使得可减小对抗蚀剂膜的蚀刻负载且可改善硬掩模膜图案和遮光膜图案的线边缘粗糙度(LER)，从而形成用于高精确度图案印刷的光掩模。

Description

空白掩模和光掩模

相关申请的交叉引用

本申请要求来自2018年7月13日在韩国知识产权局申请的第10-2018-0081353号和2018年8月13日在韩国知识产权局申请的第10-2018-0094127号韩国专利申请的优先权，所述申请的公开以引用的方式并入本文中。

技术领域

本申请涉及一种空白掩模(blankmask)和一种光掩模(photomask)以及制造其的方法，且更特定地说，涉及一种空白掩模和一种光掩模以及制造其的方法，其中提供一种硬质掩膜(hard mask film)以供制造呈32纳米或32纳米以下(特定来说14纳米或14纳米以下)类别的半导体装置。

背景技术

当今，高水平半导体微型制造技术已变得非常重要以符合因大规模集成电路的高度集成所致的电路图案小型化的需求。在高度集成电路的情况下，对因集成所致的电路布置或类似物、用于层间连接的接触孔图案(contact hole pattern)以及针对高速操作和低功耗的电路布线小型化的技术需求已增加。为了满足这些需求，制造在其中记录初始电路图案的光掩模(photomask)时已需要用于将高分辨率图案连同精确电路图案一起记录的技术。

作为实现高分辨率图案的努力的一部分，近来已发展和应用具有硬质掩膜的空白掩模。不同于常规二进制空白掩模或相移空白掩模，这一具有硬质掩膜的空白掩模包含位于邻近于抗蚀剂膜的下部侧处的硬质掩膜，且因此不使用抗蚀剂膜而是使用硬质掩膜图案作为蚀刻掩模(etching mask)以供形成下部遮光膜图案。

在使用硬质掩膜的空白掩模中，硬质掩膜如此薄以至于抗蚀剂膜可较薄，从而最终实现高分辨率(high resolution)。另外，相较于遮光膜图案，硬质掩膜形成图案所需的蚀刻时间相对较短，以使得可在形成图案时降低负载效应(loading effect)，从而最终改善临界尺寸(critical dimension；CD)线性(linearity)。

近来，光掩模的高分辨率和图案印刷的精确度都已变得重要。这种图案印刷(printing)的精确度受光掩模中形成的图案的边缘处的线边缘粗糙度(lineedgeroughness；LER)影响，且进一步影响均匀光学邻近校正(optical proximitycorrection；OPC)，且因此所述精确度的重要性已逐渐增大。

这同样适用于特定来说对技术节点(tech node)的发展(例如，从逻辑(logic)14纳米技术朝逻辑(logic)10纳米、逻辑(logic)7纳米或7纳米以下的高技术(high-tech)发展)日益重要的具有硬质掩膜的空白掩模。

同时，最终图案的LER取决于各种条件，例如曝光条件、抗蚀剂、薄膜材料、蚀刻条件等。其中特定来说，最终图案的材料和用于形成最终图案的上部蚀刻掩模的LER对最终图案的LER的影响较大。

对具有硬质掩膜的常规二进制空白掩模来说，将铬(chrome；Cr)族硬质掩膜材料应用于硅化钼(molybdenum silicide；MoSi)族遮光膜。在这种情况下，通过氯(chlorine；Cl)基蚀刻气体来蚀刻铬(Cr)族硬质掩膜材料，且所述铬(Cr)族硬质掩膜材料具有蚀刻速度较慢的缺点。另外，铬(Cr)族硬质掩膜材料具有以下缺点：在氧(oxygen；O)含量减少以改善抗蚀剂膜的图案形状时蚀刻速度变得更慢。这种问题最终使得铬(Cr)族硬掩模图案的LER不良，且还造成使用硬质掩膜图案作为蚀刻掩模来形成的遮光膜的LER不良。特定来说，这在低端技术(low-end tech)中无关紧要，但在例如工艺朝着7纳米、5纳米等等进行的高端技术(high-end tech)中会出现基于图案的LER的印刷率的精确度降低的问题。

发明内容

因此，本申请的方面是使得具有硬掩模的二进制空白掩模的硬质掩膜图案的线边缘粗糙度(LER)经改善，从而最终提供一种空白掩模和一种光掩模以及制造其的方法，其中遮光膜图案的LER极佳。

本申请的方面是提供一种空白掩模和一种光掩模以及制造其的方法，其中图案以32纳米或32纳米以下(特定来说14纳米或14纳米以下)类别实现。

根据本申请的一个实施例，可提供一种空白掩模，所述空白掩模包含：遮光膜，设置在透明衬底上；以及硬质掩膜，设置在遮光膜上且含有铬(Cr)和一个或多个种类的金属。

金属可含有在以下当中选出的一个或多个种类的金属：钼(molybdenum；Mo)、钛(titanium；Ti)、锆(zirconium；Zr)、钒(vanadium；V)、锰(manganese；Mn)、铁(iron；Fe)、钴(cobalt；Co)、镍(nickel；Ni)、铜(copper；Cu)、锌(zinc；Zn)、镓(gallium；Ga)、锗(germanium；Ge)、铌(niobium；Nb)、钌(ruthenium；Ru)、铑(rhodium；Rh)、钯(palladium；Pd)、银(silver；Ag)、镉(cadmium；Cd)、铟(indium；In)、锡(tin；Sn)、铪(hafnium；Hf)、钽(tantalum；Ta)、钨(tungsten；W)、锇(osmium；Os)、铱(iridium；Ir)、铂(platinum；Pt)、金(gold；Au)、铝(aluminum；Al)、镁(magnesium；Mg)、锂(lithium；Li)以及硒(selenium；Se)。

硬质掩膜可仅含有金属和铬(Cr)，或可除金属和铬(Cr)外还含有在氧(O)、碳(carbon；C)以及氮(nitrogen；N)当中的一个或多个种类的轻元素。

硬质掩膜可仅含有钼铬(molybdenum chromium；MoCr)，或可除钼铬(MoCr)外还含有在氧(O)、碳(C)以及氮(N)当中的一个或多个种类的轻元素。

可使用钼铬(MoCr)靶(molybdenum chromium target)形成硬质掩膜，且所述靶的组成比是Mo:Cr＝0.1原子百分数(at％):99.9原子百分数～30原子百分数:70原子百分数。

含于硬质掩膜中的金属的含量可以是0.1原子百分数～30原子百分数。

硬质掩膜可含有金属和铬(Cr)，所述金属与铬(Cr)之间的组成比(M/Cr)在1/1000到1/5的范围内。

遮光膜除硅化钼(MoSi)外还可含有在氧(O)、碳(C)以及氮(N)当中的至少一个种类的材料。

附图说明

根据结合附图对示例性实施例进行的以下描述，以上和/或其它方面将变得显而易见且更容易了解，其中：

图1是根据本申请的实施例的空白掩模的横截面视图。

具体实施方式

下文中将参考附图来更详细描述本发明的实施例。然而，实施例仅出于说明性目的提供且不应解释为限制本发明的范围。因此，本领域一般技术人员将了解，可根据实施例作出各种修改和等效物。另外，本发明的范围必须在所附权利要求中界定。

图1是根据本申请的实施例的空白掩模的横截面视图。

参考图1，根据本申请的空白掩模100包含在透明衬底102上依序形成的遮光膜108、硬质掩膜110以及抗蚀剂膜112。

透明衬底102具有6英寸×6英寸×0.25英寸(宽度×长度×厚度)的大小，以及关于具有200纳米或小于200纳米波长的曝光光的90％或高于90％的透射率。

可通过使用物理沉积或化学沉积的各种方法来形成遮光膜108和硬质掩膜110，例如通过在化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)、直流电(direct current；DC)溅镀(sputtering)、DC磁控溅镀(magnetron sputtering)、射频(radio frequency；RF)溅镀以及离子束溅镀当中选出的任一种来形成。另外，溅镀方法可使用单个靶(target)或多个同时安装的靶来使膜生长。

遮光膜108可具有单层结构或具有两个或大于两个层的多个层结构。在双层结构的情况下，遮光膜108可分为遮光层104和抗反射层106。

遮光膜108可由金属硅化物化合物(metal silicide compound)制成，所述金属硅化物化合物含有硅和在以下当中选出的一个或多个种类的金属：钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)、锗(Ge)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、镉(Cd)、铟(In)、锡(Sn)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、金(Au)、铝(Al)、镁(Mg)、锂(Li)以及硒(Se)，或可由添加有在氧(O)、碳(c)以及氮(N)当中的至少一个种类的材料的前述金属硅化物化合物制成。

优选的是，遮光膜108可由硅化钼(MoSi)化合物制成，且至少含有氮(N)。举例来说，遮光层104可由硅化钼氮化物(molybdenum silicide nitride；MoSiN)制成，且抗反射层106可由硅化钼氮化物(MoSiN)、硅化钼氮氧化物(molybdenum silicide oxidenitride；MoSiON)或等等制成。

遮光膜108可具有30纳米到70纳米的厚度，且优选地具有35纳米到60纳米的厚度。遮光膜108是在其中形成最终图案的部件，且需要具有预定光学密度。因此，当遮光膜108的厚度小于或等于30纳米时难以满足光学密度，且当遮光膜108的厚度大于70纳米时存在发生3D效应(宽度×长度×厚度；由厚度造成的图案印刷错误)的问题。

遮光膜108具有关于193纳米的曝光光的2.5～3.5的光学密度(opticaldensity)，且光学密度的均匀度在142平方毫米的面积上的分布在0.1内。

当由TIR界定应力(stress)时，相较于透明衬底102，遮光膜108的TIR变化率是200纳米或200纳米以下，且优选地是100纳米或100纳米以下。

在膜生长之后，可在真空下或在使用从反应氧化气体和硝化气体中选出的一种或多种的气体氛围中对遮光膜108额外进行基于离子电镀(ion plating)、离子束(ionbeam)、等离子体表面处理、快速热工艺(rapid thermal process；RTP)、真空热板烘烤(vacuumhot plate bake)装置以及炉(furnace)的工艺。

当使用空白掩模100制造光掩模时，硬质掩膜110用作将要布置在其下的遮光膜108的蚀刻掩模。为这个目的，硬质掩膜110对遮光膜108的干式蚀刻选择率(dryetchingselectivity)是10或高于10，且优选地是30或高于30，且厚度是2纳米～20纳米，且优选地是3纳米～10纳米。

硬质掩膜110可由金属铬(metal chromium；M)制成，所述金属铬含有铬(Cr)和在以下当中选出的一个或多个种类的金属：钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)、锗(Ge)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、镉(Cd)、铟(In)、锡(Sn)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、金(Au)、铝(Al)、镁(Mg)、锂(Li)以及硒(Se)，或可由添加有在氧(O)、碳(c)以及氮(N)当中的至少一个种类的材料的金属铬制成。

优选的是，硬质掩膜110可由钼铬(molybdenum chromium；CrMo)或钼铬(CrMo)化合物制成，例如MoCrN、MoCrO、MoCrC、MoCrCN、MoCrCO、MoCrON、MoCrCON等。

当含于硬质掩膜110中的钼(Mo)与铬(Cr)之间的组成比由“Mo/Cr”表示时，组成比的范围可优选地是1/1000～1/5。

基于组成比，含于硬质掩膜110中的钼(Mo)的含量可以是0.1原子百分数(at％)～30原子百分数，且优选地是5原子百分数～20原子百分数。当钼(Mo)的含量低于0.1原子百分数时，钼(Mo)的含量如此低以至于蚀刻速度很难提高，从而最终对图案的LER的改善不佳。另一方面，当钼(Mo)的含量高于30原子百分数时，在蚀刻下部遮光膜时存在具有耐除杂性(cleaning resistance)和降低蚀刻选择率(etching selectivity)的问题。

可使用钼铬(MoCr)的单个靶或含有钼(Mo)和铬(Cr)的多个靶来形成硬质掩膜110。单个靶的组成比可以是Mo:Cr＝0.1原子百分数:99.9原子百分数到30原子百分数:70原子百分数。

硬质掩膜110可设计成具有单层结构，或其中的钼(Mo)的含量经调节的两个或大于两个层或连续层结构，或可替代性地具有两个或大于两个层或连续层结构，其中氧(O)、碳(C)以及氮(N)当中的一个或多个种类的材料的组成物改变。

在光掩模的制造工艺期间，在遮光膜图案完全形成之后可选择性地去除硬质掩膜110。

通过将旋涂应用于化学放大型抗蚀剂(chemically amplified resist；CAR)来形成抗蚀剂膜112，且所述抗蚀剂膜的厚度是40纳米～150纳米。

(实施例)

实施例：制造空白掩模和光掩模

这一实施例公开使用由MoCr化合物制成的硬质掩膜来制造二进制空白掩模和光掩模。

首先，参考图1，将透明衬底102制备为受控以具有6英寸×6英寸×0.25英寸(宽度×长度×厚度)的大小、300纳米或300纳米以下的平坦度(TIR)，以及2纳米/6.35毫米的双折射。

接着，通过以下步骤形成由MoSiN制成的遮光层104：将MoSi[10原子百分数:90原子百分数]化合物靶安装到DC磁控溅镀装置，注入Ar:N 2＝7标准毫升/分钟(sccm):3标准毫升/分钟的处理气体，以及供应0.7千瓦(kW)的处理功率。接着，通过注入Ar:N 2＝7.0标准毫升/分钟:6.5标准毫升/分钟的处理气体且供应0.6千瓦的处理功率来形成由MOSiN制成的抗反射层106，从而最终完成遮光膜108的制造。这里，作为测量光学密度的结果和遮光膜108关于具有193纳米波长的曝光光的反射率，遮光膜108展示2.95的光学密度(opticaldensity)和33.5％的反射率(reflectivity)。另外，作为使用XRR装置测量厚度的结果，遮光膜108展示47.5纳米的厚度。

接着，在350℃的温度下经由真空(vacuum)RTP对遮光膜108进行20分钟热处理。

随后，通过以下步骤使MoCr硬质掩膜110生长到4纳米厚度：使用遮光膜108上的MoCr[5原子百分数:95原子百分数]靶，注入8标准毫升/分钟的Ar处理气体，以及供应0.7千瓦的处理功率。

接着，使用100纳米厚度的化学放大型抗蚀剂膜112对硬质掩膜110进行旋涂，从而完全制造二进制空白掩模100。

对如上形成的空白掩模100进行曝光和显影从而形成抗蚀剂膜图案，且用氯(chlorine；Cl)基气体对硬质掩膜进行蚀刻同时使用抗蚀剂膜图案作为蚀刻掩模，从而形成硬质掩膜图案。此时，终点检测(end point detection；EPD)装置测量出硬质掩膜的蚀刻速度是1.2埃/秒且在完成硬质掩膜图案的生长中应用100％的过蚀刻(overetching)。

去除抗蚀剂膜图案，且接着用氟(fluorine；F)基气体对下部遮光膜进行蚀刻同时使用硬质掩膜图案作为蚀刻掩模。此时，测量出遮光膜的蚀刻速度是15.3埃/秒，且在完成遮光膜图案的生长中应用60％的过蚀刻。

接着，去除硬掩模图案，从而最终和完全制造光掩模。

比较例：制造空白掩模和光掩模

在不同于前述实施例的比较例中，铬(Cr)薄膜形成为硬质掩膜材料。

在根据比较例的空白掩模中，与前述实施例相似地形成由MoSiN制成的遮光膜，且通过以下步骤使铬(Cr)硬质掩膜生长到4纳米厚度：使用铬(Cr)靶，注入8标准毫升/分钟的Ar气体作为处理气体，以及供应0.7千瓦的处理功率。

接着，将化学放大型抗蚀剂旋涂到100纳米厚度，从而最终完成空白掩模。

对如上形成的空白掩模100进行曝光和显影从而形成抗蚀剂膜图案，且用氯(Cl)基气体对硬质掩膜进行蚀刻同时使用抗蚀剂膜图案作为蚀刻掩模，从而形成硬质掩膜图案。此时，EPD装置测量出硬质掩膜的蚀刻速度是0.7埃/秒。

接着，与前述实施例相似，使用硬质掩膜图案对下部遮光膜进行蚀刻，且接着去除硬质掩膜图案从而完全制造光掩模。

LER测量-I：遮光膜图案

对根据前述实施例和比较例形成的图案进行LER测量。关于硬质掩膜图案和遮光膜图案上的7X 7点(point)来进行LER测量。然而，难以实际测量硬质掩膜图案，且因此测量遮光膜。

作为LER测量的结果，根据实施例形成的遮光膜图案的LER是2.1纳米，且根据比较例形成的遮光膜图案的LER是3.8纳米。因此，相较于比较例，根据实施例使用MoCr硬质掩膜材料的遮光膜图案的LER改善了约60％或大于60％。

LER测量-II：硬质掩膜图案

考虑到测量硬质掩膜图案的LER的前述LER测量-I的困难，使根据实施例和比较例的硬质掩膜生长到30纳米厚度，且接着进行图案化工艺和LER测量。

作为LER测量的结果，根据实施例形成的硬质掩膜图案的LER是2.5纳米，且根据比较例形成的硬质掩膜图案的LER是4.5纳米。因此，相较于比较例，根据实施例的MoCr硬质掩膜的LER改善了约50％或大于50％。

根据硬质掩膜的组成物评估蚀刻速度

为了评估根据本申请的硬质掩膜的蚀刻速度，生长且接着测试了不同组成物的硬质掩膜。

[表1]

参考表1，通过增加含于MoCr靶中的钼(Mo)的含量，根据实施例#1到实施例#3的硬质掩膜中的钼(Mo)的含量增加了。在结果中，应理解，蚀刻速度随钼(Mo)含量增加而增大。

另一方面，比较例在生长硬质掩膜时仅采用铬(Cr)且展示0.7埃/秒的蚀刻速度，这比由钼铬(MoCr)制成的硬质掩膜的那些速度更慢。

如上文所描述，根据本申请由仅钼铬(MoCr)或钼铬(MoCr)化合物制成的硬质掩膜不仅具有提高的蚀刻速度，且还具有对氟(F)基干式蚀刻的足够的耐蚀刻性，以使得可减小对抗蚀剂的蚀刻负载且可改善硬质掩膜图案和遮光膜图案的LER，从而形成用于高精确度图案印刷的光掩模。

在根据本申请的具有硬掩模的空白掩模中，将仅钼铬(MoCr)或钼铬(MoCr)化合物作为硬质掩膜材料提供。

由此，改善了根据本申请的硬质掩膜图案的LER以最终提高遮光膜图案的LER，从而在晶片印刷使用所制造光掩模时确保高精确度图案印刷。

另外，根据本申请，图案可以32纳米或32纳米以下(特定来说14纳米或14纳米以下)类别形成。

尽管已参照示例性实施例示出和描述本申请，但本申请的技术范围不限于前述实施例中所公开的范围。因此，本领域一般技术人员将了解，可根据这些示例性实施例作出各种改变和修改。另外，如所附权利要求中所界定，将显而易见的是，这种改变和修改涉及本申请的技术范围。

Claims (10)

1.一种空白掩模，包括：

透明衬底；

遮光膜，设置在所述透明衬底上；以及

硬质掩膜，设置在所述遮光膜上且包括铬以及一个或多个种类的金属；

其中所述金属包括：钼；

其中所述硬质掩膜中的钼的含量是0.1原子百分数～30原子百分数。

2.根据权利要求1所述的空白掩模，其中所述金属还包括在以下当中选出的一个或多个种类的金属：钛、锆、钒、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、铌、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、铪、钽、钨、锇、铱、铂、金、铝、镁、锂以及硒。

3.根据权利要求1所述的空白掩模，其中所述硬质掩膜仅包括所述钼以及所述铬，或除所述钼以及所述铬外还包括在氧、碳以及氮当中的一个或多个种类的轻元素。

4.根据权利要求1所述的空白掩模，其中所述硬质掩膜仅包括钼铬，或除所述钼铬外还包括在氧、碳以及氮当中的一个或多个种类的轻元素。

5.根据权利要求4所述的空白掩模，其中使用钼铬靶形成所述硬质掩膜，且所述钼铬靶的组成比是Mo：Cr＝0.1原子百分数：99.9原子百分数～30原子百分数：70原子百分数。

6.根据权利要求1所述的空白掩模，其中所述硬质掩膜的厚度是2纳米～20纳米。

7.根据权利要求1所述的空白掩模，其中所述硬质掩膜包括所述钼以及所述铬，所述钼与所述铬之间的组成比在1/1000到1/5的范围内。

8.根据权利要求1所述的空白掩模，其中所述硬质掩膜包括单层结构、其中组成物或组成比改变的连续层结构，或其间组成物或组成比改变的两个或大于两个层的多层结构。

9.根据权利要求1所述的空白掩模，其中所述遮光膜除硅化钼外还包括在氧、碳以及氮当中的至少一个种类的材料。

10.一种光掩模，由如权利要求1到9中任一项所述的空白掩模制造。

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