專利名稱：半色調(diào)式相移掩模及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相移掩模，尤其是涉及這樣一種半色調(diào)式相移掩模，它能避免光對于不期望區(qū)域的照射，從而獲得具有優(yōu)良平滑輪廓的光刻膠圖形，本發(fā)明還涉及制作這種半色調(diào)式相移掩模的方法。
為附合新近對于半導(dǎo)體器件高集成化的趨勢，則要求其間引線的尺寸和距離的減小且諸如晶體管和電容之類的單元器件變得更小。結(jié)果是使構(gòu)成的圖形更精細(xì)，而使制作高集成半導(dǎo)體器件所含的步驟總體上增加。
在實行半導(dǎo)體器件制作的通常的光刻處理過程中，采用由透明襯底(例如石英)構(gòu)成的掩模，借助于在襯底上覆蓋鉻或鋁并將其以離子束蝕刻以形成不透光的圖形。然而利用普通的掩模來形成小于光的分解度的精細(xì)圖形是困難的，實際上，借助現(xiàn)行光刻膠及曝光設(shè)備確實無法獲得具有0.5μm或小于該尺寸的精細(xì)圖形。
而且，極高集成度的半導(dǎo)體器件，如64M或更大容量的DRAM，要求0.4μm或更小尺寸的精細(xì)圖形。為滿足此要求已經(jīng)作了許多種努力。在一種實現(xiàn)高集成度半導(dǎo)體器件的努力中，發(fā)明了相移掩模。實際上，利用相移掩模技術(shù)能完全實現(xiàn)了超精細(xì)圖形。
一個相移掩模大致包括石英襯底、不透光圖形及相移材料層。該相移材料層是在石英襯底上和不透光圖形一起形成的，它的作用是使光束相移180°角。這種相移掩模的設(shè)計是使在曝光過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層的光和透射鄰近該相移材料層的一個圖形的光之間的干擾所引起的曝光減小，從而改善光刻膠膜圖形的分辨度。
為了改善照射在光刻膠膜上的光的對比率，具有反射系數(shù)n的相移材料形成具有這樣一個厚度的相移掩模，它使具有波長λ的入射光相移160°至200°的一個角度。例如，在入射光是G線或I線、且相移材料是一個氧化物、氮化物或自旋玻璃(后稱為SOG)時，則相移材料的厚度范圍是3400至4000。這樣的相移掩模使得既便是采用傳統(tǒng)的光刻膠膜和曝光設(shè)備時，也能使圖形具有0.3μm甚至更小的尺度。
就相移掩模來說，采有半色調(diào)式的相移掩模，以形成接觸孔圖案，且其處理能力已證明為好于50％或更多。在制作半導(dǎo)體器件的方法中，這種半色調(diào)式相移掩模在形成64M或更多的精細(xì)接觸孔方面尤其有用。
為了更好地理解本發(fā)明背景，現(xiàn)在來討論

圖1與圖2的傳統(tǒng)的半色調(diào)式相移掩模。
先參考圖1，其中示出了傳統(tǒng)相移掩模的橫截面部分。如圖中所示，傳統(tǒng)相移掩模包括一個石英襯底11，在其上，一個半色調(diào)式透光薄膜圖形13與一個相移薄膜圖形15一起被形成，以便形成一個窗口，通過其對石英襯底11進(jìn)行曝光。該半色調(diào)式透光薄膜13是由鉻或鋁的氧化物構(gòu)成，其厚度是要能使入射光透過大約5％—20％。相移薄膜圖形15是由有預(yù)定厚度的氧化物、氮化物或SOG材料構(gòu)成。
當(dāng)一束光照射在這種半色調(diào)式相移掩模上時，在該窗口的中心區(qū)其光強(qiáng)度為最大而在該窗口與圖形之間的邊界處，其光強(qiáng)被減至為零。在沒有窗口的那些區(qū)域上的光強(qiáng)度，盡管很弱，但其檢測值也為入射光的5％至20％。這歸結(jié)于這樣一個事實，即該光線穿透了該半色調(diào)式透光薄膜圖形13，當(dāng)然，穿過的光線的強(qiáng)度僅是正比于來自光源的光線。而且，這種光的強(qiáng)度不是恒定值，而且既使在沒有窗口的那些區(qū)域上也是不同的。
因此，如圖2所示，在利用這樣傳統(tǒng)半色調(diào)式相移掩模使半導(dǎo)體襯底17上所覆蓋的正性光刻膠薄膜18由光能照射的情況下，由于通過該光屏的光線的穿透，不希望出現(xiàn)圖形的正性光刻膠薄膜18的區(qū)域則出現(xiàn)被照射的情況，這樣，在顯影之后會出現(xiàn)圖形。結(jié)果是，得到的光刻膠薄膜圖形具有不均勻的輪廓。
具有這種臺級化的表面的光刻膠薄膜的圖形是降低半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)及其器件可靠性的因素。例如，當(dāng)傳統(tǒng)的光刻膠膜圖形被用作一個蝕刻或一個離子植入掩模時，在掩模下面的一層可被損壞，即離子被植入不必要的區(qū)域中。
因此，本發(fā)明的目的是克服上述的在已有技術(shù)中遇到的問題并提供一種半色調(diào)式相移掩模，它能夠防止光線射入在不希望的區(qū)域并由此獲得具有超級平滑表面的光刻膠圖形。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于制作這種半色調(diào)式相移掩模的方法。
根據(jù)本發(fā)明一個方面，上述目的可以通過提供一個半色調(diào)式相移掩模來實現(xiàn)，它包括一個透明襯底，一個覆蓋有半色調(diào)式透光圖形的相移圖形，帶有一個窗口，以使透過它對透明襯底的預(yù)定區(qū)域曝光；以及覆蓋除去覆蓋有半色調(diào)式透光圖形的相移圖形和窗口之外的透明襯底全部區(qū)域的一個遮光圖形，其中，入射光只穿透覆蓋有半色調(diào)式透光圖形的該窗口和相移圖形和窗口。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，它提供了一種用于制造半色調(diào)式移掩模的方法，該方法包括以下步驟在一個透明襯底上按順序形成一個相移層和一個半色調(diào)式透光層；對于相移層和半色調(diào)式透光層有選擇地進(jìn)行蝕刻，以形成一個窗口，其中所說的窗口將該透明襯底的一預(yù)定區(qū)域曝露；在所生成的結(jié)構(gòu)上沉積一個負(fù)光刻膠薄膜涂層；以具有大于處理該負(fù)光刻膠薄膜所需能量的光照射該負(fù)光刻膠薄膜，以形成覆蓋該窗口和該半色調(diào)式透光層的一個邊界區(qū)的一個光刻膠薄膜圖形，所說的光是從該透明襯底的背側(cè)入射的；對該半色調(diào)式透光層和相移層有選擇地進(jìn)行蝕刻，以形成半色調(diào)式透光圖形和相移圖形，兩個圖形都帶有窗口，所說的光刻膠薄膜圖形用作一個掩模；在生成的結(jié)構(gòu)上涂覆一個遮光層涂層；以及，將該光刻膠薄膜圖形連同覆蓋該光阻薄膜圖形的遮光層一起去除，以形成確定將被曝露的區(qū)域的遮光圖形。
本發(fā)明的上述目的及其它優(yōu)點將隨著結(jié)合附圖的對本發(fā)明最佳實施例的詳述而顯見。
圖1是傳統(tǒng)半色調(diào)式相移掩模的斷面示意圖；圖2是利用圖1的半色調(diào)式相移掩模而在半導(dǎo)體襯底上的光刻膠薄膜圖形的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的半色調(diào)式相移掩模的示意截面圖；圖4至圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的半色調(diào)式相移掩模制作方法的截面圖。
結(jié)合附圖可對本發(fā)明采用的最佳實施例有最好的理解。其中，其相同的參考符號分別用于表示相同的對應(yīng)部分。
參考圖3，其中示出了本發(fā)明的半色調(diào)式相移掩模。如圖所示，該半色調(diào)式相移掩模包括一個由例如石英襯底21構(gòu)成的透明襯底，一個由例如鉻在透明襯底21上形成的遮光圖形24，以及由一個半色調(diào)式透光薄膜圖形23所覆蓋的一個相移型圖形25′，所說相移圖形25′是靠在所說遮光圖形24的邊側(cè)，以提供一個將該透明襯底21的一預(yù)定區(qū)域曝露的窗口。
構(gòu)成相移圖形25′的材料是從SOG、氧化物和氮化物中選擇，而該半色調(diào)式透光膜圖形23′是由鉻或鋁的氧化物構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，該半色調(diào)式透光膜23具有的厚度是100至150，以透射5—20％的入射光。
不同于傳統(tǒng)的相移掩模，這種半色調(diào)式相移掩模防止了光對于其上無窗口區(qū)域的穿透。因而當(dāng)以本發(fā)明的半色調(diào)式相移掩模實行曝光處理時，可以獲得具有平滑表面的光刻薄膜圖形。結(jié)果是，本發(fā)明的半色調(diào)式相移掩模有益于構(gòu)成精細(xì)的接觸孔。
圖3的半色調(diào)式相移掩模的最佳處理步驟將根據(jù)圖4至圖9的通常描述作如下說明。
如圖4所示，首先在由例如石英襯底的透明襯底21上按順序形成由例如氧化物、氮化物或SOG構(gòu)成的相移層25和由鉻或鋁的氧化物構(gòu)成的半色調(diào)式透光層23。所形成的半色調(diào)式透光層23的厚度是大致是100至150，以穿透5％至20％的入射光。
隨后參考圖5，對該半色調(diào)式透光層23和相移層25進(jìn)行離子蝕刻，以形成曝露該透明襯底21的一預(yù)定區(qū)域的窗口。
接下來參考圖6，在圖5的生成結(jié)構(gòu)上涂覆一個負(fù)性光刻膠薄膜涂層，并以具有大于為處理該負(fù)性光刻膠薄膜的所需能量的光束對其進(jìn)行曝光，光從該透明襯底21的后側(cè)入射，且被顯影，以形成覆蓋該窗口和該半色調(diào)式透光層23的一個邊緣區(qū)的一個光刻膠薄膜圖形28。就是說，這種光的蝕刻法利用該窗口作為一個狹隙，經(jīng)過該狹隙對光束繞射，并利用余留的相移層25和半色調(diào)式透光層23作為掩模。利用這種繞射的優(yōu)點，該光刻膠薄膜被照射的區(qū)域要比該窗口寬。
接下來參照圖7，以130℃或更高的溫度對光刻膠薄膜圖形28進(jìn)行熱處理，旨在使其能夠經(jīng)受隨后的蝕刻過程，并隨之執(zhí)行蝕刻處理，以利用光刻膠薄膜圖形28作為掩模，形成帶用窗口的半色調(diào)式透光圖形23′和相移圖形25′。
再參考圖8，在生成的結(jié)構(gòu)上沉積鉻或鋁的氧化物，其厚度足以屏蔽光線，以構(gòu)成一個遮光層24。
最后參考圖9，以提留(lift—off)方式將該光刻膠薄膜圖形28連同覆蓋該光刻膠薄膜圖形的遮光層24的一個區(qū)域一起被除去。結(jié)果是，遮光層24保留覆蓋除去將被曝光的預(yù)定區(qū)域之外的該透明襯底21的全部區(qū)域。
如上所述，本發(fā)明的半色調(diào)式相移掩模由大致包括如下的過程的方法則制備在透明襯底的預(yù)定區(qū)域上形成均帶有窗口的覆蓋有半色調(diào)式透光圖形的相移圖形，并形成一個遮光圖形，它覆蓋除去該相移圖形和該窗口之外的全部透明襯底，它能夠把除去該窗口和該相移圖形的其它區(qū)域的透光強(qiáng)度降為零。
因此，本發(fā)明能夠解決不期望的區(qū)域可能被曝光的問題，且利用本發(fā)明的半色調(diào)式相移掩模可獲得具有優(yōu)良表面的光刻膠薄膜圖形。這種獲得的光刻膠薄膜可用作蝕刻或離子植入的掩模，實現(xiàn)了防止對掩模下層的損壞。結(jié)果是，本發(fā)明的半色調(diào)式相移掩模具有改進(jìn)半導(dǎo)體器件之產(chǎn)量及可靠性的效果。
在閱讀了前述之后，對于實踐本專業(yè)通常技術(shù)人士而言，本發(fā)明的其它特點，優(yōu)點和實施例將屬于是顯見的。因此，盡管是參照具體實施例于的詳述，但這些實施例的各種變形成修正可在不脫離權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的精神實質(zhì)范圍內(nèi)實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種半色調(diào)式相移掩模，它包括一個透明襯底；一個覆蓋有半色調(diào)式透光圖形的相移圖形，它們均具有一個將透明襯底的一預(yù)定區(qū)域曝露的窗口；一個遮光圖形，覆蓋除去覆蓋有半色調(diào)式透光圖形的相移圖形和窗口之外的透明襯底的全部區(qū)域，其中入射光只穿透覆蓋有半色調(diào)式透光圖形的該相移圖形和該窗口。
2.如權(quán)利要求1的一種半色調(diào)式相移掩模，其中所說的半色調(diào)式透光圖形由鉻或鋁的氧化物構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1的一種半色調(diào)式相移掩模，其中所說的半色調(diào)式透光圖形是大約為100至150厚，以使穿過5—20％的入射光。
4.一種用于制作半色調(diào)式相移掩模的方法，包括以下步驟在一個透明襯底上按順序形成一個相移層和一個半色調(diào)式透光層；對相移層和半色調(diào)式透光層有選擇地進(jìn)行蝕刻，以形成一個窗口，其中的所說的窗口將該透明襯底的一預(yù)定區(qū)域曝露；在所生成的結(jié)構(gòu)上沉積一個負(fù)光刻膠薄膜涂層；以具有大于處理該負(fù)光刻膠薄膜所需能量的光照射該負(fù)光刻膠薄膜，以形成覆蓋該窗口和該半色調(diào)式透光層的一個邊界區(qū)的一個光刻膠薄膜圖形，所說的光是從透光襯底的背側(cè)入射的；對該半色調(diào)式透光層和相移層有選擇地進(jìn)行蝕刻，以形成半色調(diào)式透光圖形和相移圖形，兩個圖形均帶有窗口，所說的光刻膠薄膜圖形用作一個掩模；在生成的結(jié)構(gòu)上涂覆一個遮光層涂層；以及將該光刻膠薄膜圖形連同覆蓋該光刻膠薄膜圖形的遮光層一起去除，以形成確定將被曝露的區(qū)域的遮光圖形。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中，在進(jìn)行選擇性的蝕刻之前，對所說的光刻膠薄膜圖形以大約130℃或更高的溫度進(jìn)行熱處理，旨在使該光刻膠薄膜圖形能夠用作進(jìn)行選擇蝕刻的掩模。
6.如權(quán)利要求4的方法，其中所說半色調(diào)式透光圖形被形成有大約100至150的厚度，以透射5—20％的入射光。
全文摘要
公開了一種半色調(diào)式相移掩模；包括有一個透明襯底；一個覆蓋有半色調(diào)式透光圖形的相移圖形，它們均具有一個將透明襯底的一預(yù)定區(qū)域曝露的窗口，且該網(wǎng)膜透光圖形具有的厚度是使僅5-20％的入射光透射；一個遮光圖形，覆蓋除去覆蓋有半色調(diào)式透光圖形的相移圖形和窗口之外的透光區(qū)域的全部區(qū)域，其中入射光只穿透覆蓋有半色調(diào)式透光圖形的窗口和該相移圖形。這種半色調(diào)式相移掩模能夠防止光線對不希望區(qū)域的入射，并因而能夠獲得具有超光滑表面的光刻膠圖形。
文檔編號G03F1/08GK1115411SQ9510132
公開日1996年1月24日 申請日期1995年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月3日
發(fā)明者咸泳穆 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社