CN112034674A - 相移掩模的制备方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种相移掩模的制备方法，其包括，提供第一厚度的透明基板，蚀刻透明基板形成第一厚度的第一基板表面和第二厚度的第二基板表面，第一厚度和第二厚度之间的差值使得照射第一基板表面的第一光束和照射第二基板表面的第二光束具有预定相位差；在氮气气氛下于第一基板表面和第二基板表面上分别溅射金属硅化物形成具有第三厚度的第一半透明层，在氮气和氪气的混合气氛下于第一半透明层表面上溅射金属硅化物形成具有第四厚度的第二半透明层，金属与硅的比值处于二分之一至四分之一之间，其低于第一半透明层的氮含量且氮硅比值为4至8之间，第三厚度小于第四厚度，基于遮光层图案湿式蚀刻第一半透明层和第二半透明层形成半透明图案。

Description

相移掩模的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是一种相移掩模的制备方法。

背景技术

相移掩模可以使分辨率改善，其原理是通过掩模版上掩模图形的相邻透光区的光束，通过不带相移层区的光束和通过带相移层区光束之间产生180度相位差，使得硅片表面上相邻图形之间因相消干涉使暗区光强减弱，实现了同一光学系统下的倍增分辨率的提高，改善了边缘陡度和曝光量宽容度。

现有技术中，采用湿式蚀刻进行大批量相移掩模制备中广泛使用的技术。一般地，在石英基板上阵列均匀分布多个掩模层，进行大批量制备。由于相干效应的干扰，掩模层的分布密度需保持足够小以避免相干作用的干扰，这不利于相移掩模的尺寸的形成且提高了生产成本。而提高掩模层的分布密度还存在以下问题，当密度增加后，湿式蚀刻更难以精确控制掩模层的边缘处的形状，使得相移掩模的垂直度不够，降低相移效果，另外，湿式蚀刻液渗入至光阻剂膜与铬掩模层之间，蚀刻速度快且在底部边缘处的厚度减少，也进一步降低相移效果。因此，采用湿式蚀刻进行大批量相移掩模制备中，本领域急需提高分布密度的同时，避免相干作用且提高相移掩模的垂直度以及控制边缘处厚度的均匀性，以提高质量降低成本。

在背景技术部分中公开的所述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

鉴于所述问题，本发明提供一种相移掩模的制备方法，本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种相移掩模的制备方法包括如下步骤：

提供第一厚度的透明基板，蚀刻所述透明基板形成具有第一厚度的第一基板表面和第二厚度的第二基板表面，第一厚度和第二厚度之间的差值使得照射第一基板表面的第一光束和照射第二基板表面的第二光束具有预定相位差；

在氮气气氛下于第一基板表面和第二基板表面上分别溅射金属硅化物形成具有第三厚度的第一半透明层，其中，金属与硅的比值处于四分之一至八分之一之间，氮含量40原子％至45原子％，在氮气和氪气的混合气氛下于第一半透明层表面上溅射金属硅化物形成具有第四厚度的第二半透明层，其中，金属与硅的比值处于二分之一至四分之一之间，其氮含量低于第一半透明层的氮含量且氮硅比值4至8之间，第三厚度小于第四厚度；

在氪气气氛下于第二半透明层表面上溅射铬化合物形成具有第五厚度的遮光层，在遮光层上涂布光刻胶层，曝光后冲洗形成预定宽度和预定间隙的光刻图案；

基于光刻图案湿式蚀刻遮光层形成遮光层图案，基于所述遮光层图案湿式蚀刻第一半透明层和第二半透明层形成半透明图案。

所述的方法中，第二半透明层和遮光层之间设有第六厚度的绝缘层，所述第六厚度小于第三厚度。

所述的方法中，所述遮光层和光刻胶层之间溅射第七厚度的反射层，所述反射层包括氧化铬，所述第七厚度小于第六厚度。

所述的方法中，所述半透明图案中，所述第二半透明层的上表面与第一半透明层的下表面朝向间隙的一端端部的连线与垂直方向的夹角小于10度。

所述的方法中，所述第二半透明层上溅射第八厚度的第三半透明层，所述第八厚度小于第三厚度，金属与硅的比值处于二分之一至三分之一之间，其氮含量低于第二半透明层的氮含量且氮硅比值2至4之间。

所述的方法中，所述第三半透明层的上表面与第一半透明层的下表面朝向间隙的一端端部的连线与垂直方向的夹角小于8度。

所述的方法中，所述预定间隙与第三厚度和第四厚度之和的比值处于0.5至1之间，预定宽度大于所述预定间隙。

所述的方法中，所述预定相位差为180度。

所述的方法中，第六厚度小于第四厚度且小于第三厚度与第四厚度之和。

所述的方法中，氢氟酸溶液以预定路径按照第一预定压力和第二预定压力喷射所述第二半透明层和第一半透明层以湿式蚀刻。

本发明为了实现大批量制备相移掩模，克服相干效应的干扰，提高垂直度以及提高边缘厚度均匀性，以提高相移效果且降低生产成本，通过蚀刻所述透明基板形成具有第一厚度的第一基板表面和第二厚度的第二基板表面，第一厚度和第二厚度之间的差值使得照射第一基板表面的第一光束和照射第二基板表面的第二光束具有预定相位差，这可以显著提高透明基板上相移掩模的分布密度，为降低成本打下了基础。在氮气气氛下于第一基板表面和第二基板表面上分别溅射金属硅化物形成具有第三厚度的第一半透明层，金属与硅的比值处于四分之一至八分之一之间，氮含量40原子％至45原子％，在氮气和氪气的混合气氛下于第一半透明层表面上溅射金属硅化物形成具有第四厚度的第二半透明层，其中，金属与硅的比值处于二分之一至四分之一之间，其氮含量低于第一半透明层的氮含量且氮硅比值4至8之间，第三厚度小于第四厚度；下层的第一半透明层的氮含量高于上层的第二半透明层的氮含量，氮含量能够降低湿式蚀刻的速度，且硅的占比更高，进一步降低湿式蚀刻的速度且第三厚度小于第四厚度，在更薄的第一半透明层以更小的蚀刻速度进行蚀刻，使得垂直度以及边缘厚度均匀性显著提高，而氮气气氛比混合气氛更有利于降低湿式蚀刻速度。通过多方面有机配合，这使得所述第二半透明层的上表面与第一半透明层的下表面朝向间隙的一端端部的连线与垂直方向的夹角小于10度且边缘部分厚度均匀性显著提高。在氪气气氛下于第二半透明层表面上溅射铬化合物形成具有第五厚度的遮光层，在遮光层上涂布光刻胶层，曝光后冲洗形成预定宽度和预定间隙的光刻图案，所述预定间隙与第三厚度和第四厚度之和的比值处于0.5至1之间，预定宽度大于所述预定间隙，这进一步提高了湿式蚀刻效果，有利于边缘厚度均匀性的提高，基于光刻图案湿式蚀刻遮光层形成遮光层图案，基于所述遮光层图案湿式蚀刻第一半透明层和第二半透明层形成半透明图案，特别是氢氟酸溶液以预定路径按照第一预定压力和第二预定压力喷射所述第二半透明层和第一半透明层以湿式蚀刻，这有利于垂直度的提升，本发明显著提高了高密度分布下的湿式蚀刻效果，显著提升了高垂直度以及提高边缘厚度均匀性，进一步提高了相移效果和降低成本。

所述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的相移掩模的制备方法的步骤示意图。

图2是根据本发明一个实施例的半导体的结构示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，图1为根据本发明一个实施例的相移掩模的制备方法的步骤示意图，如图1所示，一种相移掩模的制备方法包括如下步骤：

提供第一厚度的透明基板1，蚀刻所述透明基板1形成具有第一厚度的第一基板表面2和第二厚度的第二基板表面3，第一厚度和第二厚度之间的差值使得照射第一基板表面2的第一光束和照射第二基板表面3的第二光束具有预定相位差；

在氮气气氛下于第一基板表面2和第二基板表面3上分别溅射金属硅化物形成具有第三厚度的第一半透明层4，其中，金属与硅的比值处于四分之一至八分之一之间，氮含量40原子％至45原子％，在氮气和氪气的混合气氛下于第一半透明层4表面上溅射金属硅化物形成具有第四厚度的第二半透明层5，其中，金属与硅的比值处于二分之一至四分之一之间，其氮含量低于第一半透明层4的氮含量且氮硅比值4至8之间，第三厚度小于第四厚度；

在氪气气氛下于第二半透明层5表面上溅射铬化合物形成具有第五厚度的遮光层6，在遮光层6上涂布光刻胶层7，曝光后冲洗形成预定宽度和预定间隙的光刻图案；

基于光刻图案湿式蚀刻遮光层6形成遮光层6图案，基于所述遮光层6图案湿式蚀刻第一半透明层4和第二半透明层5形成半透明图案。

所述的方法的优选实施方式中，第二半透明层5和遮光层6之间设有第六厚度的绝缘层，所述第六厚度小于第三厚度。进一步地，第六厚度具有10-50nm的厚度。金属离子从由金属硅化物构成的第一和第二半透明层5熔出是产生电子，绝缘层可防止电子到达遮光层6，进一步提高了遮光层6湿式蚀刻的匀速性。

所述的方法的优选实施方式中，所述遮光层6和光刻胶层7之间溅射第七厚度的反射层，所述反射层包括氧化铬，所述第七厚度小于第六厚度。

所述的方法的优选实施方式中，所述半透明图案中，所述第二半透明层5的上表面与第一半透明层4的下表面朝向间隙的一端端部的连线与垂直方向的夹角小于10度。

所述的方法的优选实施方式中，所述第二半透明层5上溅射第八厚度的第三半透明层，所述第八厚度小于第三厚度，金属与硅的比值处于二分之一至三分之一之间，其氮含量低于第二半透明层5的氮含量且氮硅比值在2至4之间。

所述的方法的优选实施方式中，所述第三半透明层的上表面与第一半透明层4的下表面朝向间隙的一端端部的连线与垂直方向的夹角小于8度。

所述的方法的优选实施方式中，所述预定间隙与第三厚度和第四厚度之和的比值处于0.5至1之间，预定宽度大于所述预定间隙。

所述的方法的优选实施方式中，所述预定相位差为180度。

所述的方法的优选实施方式中，第六厚度小于第四厚度且小于第三厚度与第四厚度之和。

所述的方法的优选实施方式中，氢氟酸溶液以预定路径按照第一预定压力和第二预定压力喷射所述第二半透明层5和第一半透明层4以湿式蚀刻。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，第一半透明层4和第二半透明层5可改变光的相位以形成相位差。在一个实施例中，第一半透明层4和第二半透明层5的透光率在5％至8％之间。所述金属硅化物还包括调节消光系数的元素，例如碳或氟。优选的，包括碳，这是由于碳元素能够降低第一和第二半透明层5的蚀刻速度。第一半透明层4中的金属与硅的比值处于六分之一，氮含量45原子％，进一步地，氧含量小于4原子％。在氮气和氪气的混合气氛下于第一半透明层4表面上溅射金属硅化物形成具有第四厚度的第二半透明层5，其中，金属与硅的比值处于二分之一至四分之一之间，其氮含量低于第一半透明层4的氮含量且氮硅比值4至8之间，进一步地，氧含量小于8原子％。

在一个实施例中，氮气在所述混合气氛中的比值在40％以上，氮气具有降低湿式蚀刻速度的作用。

在一个实施例中，透明基板1承载于托盘进入第一溅射室，第一溅射室真空后，导入氮气气氛，于第一基板表面2和第二基板表面3上分别溅射金属硅化物形成具有第三厚度的第一半透明层4，其中，金属与硅的比值处于四分之一至八分之一之间，氮含量40原子％至45原子％。

透明基板1承载于托盘进入第二溅射室，第二溅射室真空后，导入氮气和氪气的混合气氛，于第一半透明层4表面上溅射金属硅化物形成具有第四厚度的第二半透明层5，其中，金属与硅的比值处于二分之一至四分之一之间，其氮含量低于第一半透明层4的氮含量且氮硅比值在4至8之间，第三厚度小于第四厚度。

透明基板1承载于托盘进入第三溅射室，第三溅射室真空后，导入氪气气氛，于第二半透明层5表面上溅射铬化合物形成具有第五厚度的遮光层6。

在遮光层6上涂布光刻胶层7后，曝光后冲洗形成预定宽度和预定间隙的光刻图案。透明基本承载于托盘进入湿式蚀刻室，基于光刻图案湿式蚀刻遮光层6形成遮光层6图案，基于所述遮光层6图案湿式蚀刻第一半透明层4和第二半透明层5形成半透明图案。

在一个实施例中，提供第一厚度的石英透明基板1，蚀刻石英透明基板1形成具有第一厚度的第一基板表面2和第二厚度的第二基板表面3，第一厚度和第二厚度之间的差值使得照射第一基板表面2的第一光束和照射第二基板表面3的第二光束具有预定相位差。预定相位差为90度。由折射率和光束的波长确定。在一个实施例中，所述第一光束和第二光束可以是不同波长的光束。在一个实施例中，第一基板表面2和第二基板表面3交替布置。

在氮气气氛下于第一基板表面2和第二基板表面3上分别溅射金属硅化物形成具有第三厚度的第一半透明层4，其中，金属与硅的比值处于四分之一，氮含量45原子％，第三厚度为40-50nm。在氮气和氪气的混合气氛下于第一半透明层4表面上溅射金属硅化物形成具有第四厚度的第二半透明层5，其中，金属与硅的比值处于二分之一，其氮含量低于第一半透明层4的氮含量且氮硅比值为4，第四厚度为60-70nm。第三厚度小于第四厚度。

在氪气气氛下于第二半透明层5表面上溅射铬化合物形成具有第五厚度的遮光层6，在遮光层6上涂布光刻胶层7，曝光后冲洗形成预定宽度和预定间隙的光刻图案，所述第五厚度为70-90nm。所述预定间隙50-120nm，所述预定宽度为50-150nm。

基于光刻图案湿式蚀刻遮光层6形成遮光层6图案，基于所述遮光层6图案湿式蚀刻第一半透明层4和第二半透明层5形成半透明图案。所述第二半透明层5的上表面与第一半透明层4的下表面朝向间隙的一端端部的连线与垂直方向的夹角为8度。

在一个实施例中，提供第一厚度的光刻板透明基板1，蚀刻光刻板透明基板1形成具有第一厚度的第一基板表面2和第二厚度的第二基板表面3，第一厚度和第二厚度之间的差值使得照射第一基板表面2的第一光束和照射第二基板表面3的第二光束具有预定相位差；预定相位差为270度。第一光束和第二光束为相同波长的光束。

在氮气气氛下于第一基板表面2和第二基板表面3上分别溅射金属硅化物形成具有第三厚度的第一半透明层4，其中，金属与硅的比值处于八分之一之间，氮含量40原子％，第三厚度为40nm。在氮气和氪气的混合气氛下于第一半透明层4表面上溅射金属硅化物形成具有第四厚度的第二半透明层5，其中，金属与硅的比值处于四分之一，其氮含量低于第一半透明层4的氮含量且氮硅比值为8，第四厚度为65nm，第三厚度小于第四厚度。

所述第二半透明层5上溅射第八厚度的第三半透明层，所述第八厚度小于第三厚度，金属与硅的比值处于三分之一，其氮含量低于第二半透明层5的氮含量且氮硅比值为4，第八厚度为30nm。

在氪气气氛下于第二半透明层5表面上溅射铬化合物形成具有第五厚度的遮光层6，在遮光层6上涂布光刻胶层7，曝光后冲洗形成预定宽度和预定间隙的光刻图案。所述第五厚度为53-105nm。所述预定间隙68-135nm，所述预定宽度为68-150nm。

基于光刻图案湿式蚀刻遮光层6形成遮光层6图案，基于所述遮光层6图案湿式蚀刻第一半透明层4和第二半透明层5形成半透明图案。所述第三半透明层的上表面与第一半透明层4的下表面朝向间隙的一端端部的连线与垂直方向的夹角为6度。

工业实用性

本发明的相移掩模的制备方法可以在半导体领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，所述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，所述细节并不限制本申请为必须采用所述具体的细节来实现。

如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种相移掩模的制备方法，其包括如下步骤：

提供第一厚度的透明基板，蚀刻所述透明基板形成具有第一厚度的第一基板表面和第二厚度的第二基板表面，第一厚度和第二厚度之间的差值使得照射第一基板表面的第一光束和照射第二基板表面的第二光束具有预定相位差；

在氮气气氛下于第一基板表面和第二基板表面上分别溅射金属硅化物形成具有第三厚度的第一半透明层，其中，金属与硅的比值处于四分之一至八分之一之间，氮含量40原子％至45原子％，在氮气和氪气的混合气氛下于第一半透明层表面上溅射金属硅化物形成具有第四厚度的第二半透明层，其中，金属与硅的比值处于二分之一至四分之一之间，其氮含量低于第一半透明层的氮含量且氮硅比值4至8之间，第三厚度小于第四厚度；

在氪气气氛下于第二半透明层表面上溅射铬化合物形成具有第五厚度的遮光层，在遮光层上涂布光刻胶层，曝光后冲洗形成预定宽度和预定间隙的光刻图案；

基于光刻图案湿式蚀刻遮光层形成遮光层图案，基于所述遮光层图案湿式蚀刻第一半透明层和第二半透明层形成半透明图案。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二半透明层和遮光层之间设有第六厚度的绝缘层，所述第六厚度小于第三厚度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述遮光层和光刻胶层之间溅射第七厚度的反射层，所述反射层包括氧化铬，所述第七厚度小于第六厚度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半透明图案中，所述第二半透明层的上表面与第一半透明层的下表面朝向间隙的一端端部的连线与垂直方向的夹角小于10度。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二半透明层上溅射第八厚度的第三半透明层，所述第八厚度小于第三厚度，金属与硅的比值处于二分之一至三分之一之间，其氮含量低于第二半透明层的氮含量且氮硅比值2至4之间。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三半透明层的上表面与第一半透明层的下表面朝向间隙的一端端部的连线与垂直方向的夹角小于8度。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定间隙与第三厚度和第四厚度之和的比值处于0.5至1之间，预定宽度大于所述预定间隙。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定相位差为180度。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第六厚度小于第四厚度且小于第三厚度与第四厚度之和。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，氢氟酸溶液以预定路径按照第一预定压力和第二预定压力喷射所述第二半透明层和第一半透明层以湿式蚀刻。

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