CN102236247A

CN102236247A - 光掩膜的制作方法

Info

Publication number: CN102236247A
Application number: CN 201010168183
Authority: CN
Inventors: 杨志刚
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2011-11-09

Abstract

一种光掩膜的制作方法，首先提供石英基板，在所述石英基板上依次形成二元硅化钼膜、铬金属膜以及光刻胶层；图案化所述光刻胶层；以所述光刻胶层为保护层，刻蚀所述铬金属膜至露出所述二元硅化钼膜；去除所述光刻胶层；以铬金属膜作为保护层，刻蚀所述二元硅化钼膜至露出所述石英基板；量测硅化钼膜图案化后的铬金属膜图形的关键尺寸，并以所述铬金属膜为保护层对二元硅化钼膜进行补偿刻蚀；去除所述铬金属膜。此方法可在所述硅化钼膜刻蚀后根据硅化钼膜图形的关键尺寸与目标值的差异对硅化钼膜再次进行合适的刻蚀修复，避免了因硅化钼膜的关键尺寸未达标而直接报废光掩膜。

Description

光掩膜的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，特别涉及一种光掩膜的制作方法。

背景技术

在半导体器件的制程中，有一个步骤为光刻。光刻的本质就是将电路结构复制到以后要进行刻蚀步骤及离子注入步骤的晶圆上。电路结构首先以1∶4或1∶5的比例将图形形式制作在名为光掩膜的石英基板上，光源通过该光掩膜将图形转移到晶圆的光刻胶层上，进行显影后，用后续的刻蚀步骤将图形成像在晶圆底层薄膜上，或者用后续的离子注入步骤完成晶圆底层薄膜的图形区域可选择的掺杂。

在光刻步骤中，光源通过光掩膜将图形复制到晶圆衬底的光刻胶层。因此，就需要在光掩膜上制作图形。目前主要的光掩膜类型有二元式光掩膜和衰减式相位偏移光掩膜两种类型。以下分别进行说明。

二元式光掩膜的制作。

二元式光掩膜也可以称为二元光掩膜，制作二元式光掩膜的过程为：提供一片石英基板，在此石英基板上形成一层铬金属层，然后在铬金属层上涂布一层光刻胶，根据所需光掩膜图形，对光刻胶层进行曝光和显影，在光刻胶层形成光掩膜图形；以在光刻胶层形成的光掩膜图形做保护，采用干法刻蚀或湿法刻蚀铬金属膜，在铬金属膜上形成光掩膜图形；然后采用湿法清洗光刻胶层，在石英基板的铬金属膜上形成了所需光掩膜图形；最后，再进行清洗和缺陷检验等步骤后，在具有光掩膜图形的石英基板上粘接一个框架，在框架之上粘接一层覆盖光掩膜图形的透光薄膜之后，完成了二元式光掩膜的制作。

衰减式相位偏移光掩膜的制作。

随着光刻技术的发展，光刻图形的特征尺寸(CD)变得越来越小，对图形的边界区域分变率的要求也越来越高，但是如果采用二元式光掩膜制作，由于光衍射的作用，光掩膜图形曝光到晶圆衬底时的边界区域的清晰程度达不到要求，导致后续的刻蚀步骤或后续的离子注入步骤出现偏差，从而导致器件的制作失败。因此，出现了衰减式相位偏移光掩膜，该衰减式相位偏移光掩膜还包括一层相位偏移膜，用于制作光掩膜图形。在光刻曝光时，相位偏移膜吸收曝光光掩膜图形边界上的部分光线，从而使得曝光光掩膜图形边界的清晰程度增高。

具体地，衰减式相位偏移光掩膜的基片包括：石英基板、镀于石英基板上的作为相位偏移膜的半透光的硅化钼(MoSi)以及镀于相位偏移膜上的不透光的铬金属膜。在制作过程中，和二元式光掩膜的制作方法相似，在铬金属膜层形成光掩膜图形；然后，以该具有光掩膜图形的铬金属膜为保护层，干法刻蚀MoSi后，去除铬金属膜，在石英基板上形成相位偏移衰减图形，也就是衰减式相位偏移光掩膜图形；最后，再进行清洗和缺陷检验等后，在具有相位偏移衰减图形的石英基板上粘接一个框架，在框架之上粘接一层覆盖相位偏移衰减图形的透光薄膜之后，完成了衰减式相位偏移光掩膜的制作。

结合图1a～1i所示的现有技术衰减式相位偏移光掩膜的制作剖面示意图，对如何制作衰减式相位偏移光掩膜进行详细说明。

步骤1，在镀有MoSi膜101和铬金属膜102的石英基板100上，涂布光刻胶层103，如图1a所示；

在本步骤中，MoSi膜101就是相位偏移膜；

步骤2，对光刻胶层103进行图案化处理，将光掩膜图形复制到光刻胶层103上，如图1b所示；

在本步骤中，进行图案化处理就是对光刻胶层103进行曝光并显影；

步骤3，以光刻胶层103上的光掩膜图形作为保护层，对铬金属膜102进行干法刻蚀，在铬金属膜102上形成光掩膜图形，量测图案化的图形的关键尺寸，根据关键尺寸与目标值的差异对所述铬金属膜进行补偿刻蚀，如图1c所示；

步骤4，去除光刻胶层103，如图1d所示。

步骤5，以铬金属膜102上形成的光掩膜图形作为保护层，对MoSi膜101进行干法刻蚀，在MoSi膜101上形成相位偏移光掩膜图形，如图1e所示；

步骤6，在图1e所示的结构上涂布光刻胶层104，覆盖住MoSi膜101和铬金属膜102，如图1f所示；

步骤7，对光刻胶层104进行图案化处理，将图形转移到光刻胶层104上，如图1g所示；

在该步骤中，得到的图形为在铬金属膜102形成的图形，该图形区域大于相位偏移光掩膜图形，为的是在后续曝光晶圆衬底的过程中，不遮挡相位偏移光掩膜图形且在晶圆衬底曝光过程中作为挡光层存在；

步骤8，以光刻胶层104上的图形作为保护层，对铬金属膜102进行湿法蚀刻，去除相位偏移光掩膜图形上的铬金属膜102，暴露出步骤5形成的相位偏移光掩膜图形，如图1h所示；

步骤9，去除光刻胶层104，如图1i所示，完成相位偏移光掩膜图形的制作。

尽管衰减式相位偏移光掩膜有效增强了光刻过程中光刻胶的解析能力，但随着光刻技术的进一步发展(尤其是45nm技术及其以下技术，包括32nm和22nm技术)，光刻的特征尺寸越来越小，图形密度越来越大，双重图形技术以及双重曝光技术成为光刻技术的主流技术。双重图形和双重曝光技术简言之就是将现有的一层光掩膜图形按照间隔拆分成两层光掩膜，分别进行两次曝光，从而使得单次曝光的图形密度得以减小。但是双重图形和双重曝光技术对光掩膜的需求量增加了一倍，导致光掩膜的成本大幅增加，同时对光掩膜的对准精度、图形仿真度等其他参数提出了苛刻要求。

发明内容

本发明解决的问题是衰减式相位偏移光掩膜中的双重图形和双重曝光技术对光掩膜的需求量增加了一倍，导致光掩膜的成本大幅增加，一旦刻蚀图案无法达到工艺目标，就无法继续余下工艺步骤或者重新制作而导致不必要的生产成本浪费；而二元式光掩膜的对准精度、图形仿真度又无法达到现有的工艺要求。

本发明提供一种光掩膜的制作方法，首先提供石英基板，在所述石英基板上依次形成二元硅化钼膜、铬金属膜以及光刻胶层；图案化所述光刻胶层；以所述光刻胶层为保护层，刻蚀所述铬金属膜至露出所述二元硅化钼膜；去除所述光刻胶层；以铬金属膜作为保护层，刻蚀所述二元硅化钼膜至露出所述石英基板；量测硅化钼膜图案化后的铬金属膜图形的关键尺寸，并以所述铬金属膜为保护层对二元硅化钼膜进行补偿刻蚀；去除所述铬金属膜。

优选的，所述刻蚀所述铬金属膜以及所述刻蚀所述二元硅化钼膜均为干法刻蚀。

优选的，所述进行补偿刻蚀为干法刻蚀，刻蚀时间为5～20秒。

优选的，所述二元硅化钼膜的在波长为193nm光源照射下透光率为0～0.3％。

优选的，所述铬金属膜的覆盖厚度为20～100埃，所述二元硅化钼膜的厚度为300～800埃。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有和衰减式光掩膜相同基板结构但具有和二元式光掩膜相同光学效果的光掩膜，并具有以下优点：

1、与衰减式光掩膜相比，该光掩膜具有制作工艺简单，成本较小等优势，而且所述二元硅化钼膜在193nm光源下的透光率接近为0，并且可增加补偿刻蚀步骤用于刻蚀未达到刻蚀工艺标准的关键尺寸，从而避免光掩膜的直接报废，节约成本。。

2、与二元式光掩膜相比，该光掩膜具有更好的对准精度，图形仿真度及更高的图形解析能力。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1a～1i为现有技术的光掩膜制作剖面示意图；

图2a～2f为本发明光掩膜制作结构示意图；

图3为本发明的光掩膜制作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明采用了透光率为0～0.3％的二元硅化钼膜为材料并且能够在二元硅化钼膜刻蚀后进行补偿刻蚀。

图3为本发明提供的光掩膜的制作流程图，其具体步骤为：

步骤S201，在镀有二元硅化钼膜和铬金属膜的石英基板上，涂布光刻胶层；步骤S202，对光刻胶层进行图案化处理，将光掩膜图形转移到光刻胶层上；步骤S203，以所述光刻胶层为保护层，刻蚀所述铬金属膜至露出所述二元硅化钼膜；步骤S204，去除光刻胶层；步骤S205，以铬金属膜作为保护层，刻蚀所述二元硅化钼膜至露出所述石英基板；步骤S206，量测硅化钼膜图案化后的铬金属膜图形的关键尺寸，并以所述铬金属膜为保护层对二元硅化钼膜进行补偿刻蚀；步骤S207，去除所述铬金属膜。

步骤S201，在镀有二元硅化钼膜202和铬金属膜203的石英基板201上，涂布光刻胶层204，如图2a所示；

所述铬金属膜203的覆盖厚度为20～100埃，所述二元硅化钼膜202的厚度为300～800埃，且在波长为193nm光源照射下透光率为0～0.3％；所述光刻胶层204的厚度为1000～2000埃。

步骤S202，对光刻胶层204进行图案化处理，将光掩膜图形转移到光刻胶层204上，如图2b所示；

步骤S203，以所述光刻胶层为保护层，刻蚀所述铬金属膜至露出所述二元硅化钼膜；

以光刻胶层204上的光掩膜图形作为保护层，对铬金属膜203进行干法刻蚀，在铬金属膜203上形成光掩膜图形，如图2c所示；

步骤S204，去除光刻胶层204，如图2d所示；

步骤S205，以铬金属膜作为保护层，刻蚀所述二元硅化钼膜至露出所述石英基板；

以铬金属膜203作为保护层，干法刻蚀所述二元硅化钼膜202到露出石英基板201，将所述铬金属膜203上的光掩膜图形转移到二元硅化钼膜202，如图2e所示；

步骤S206，量测硅化钼膜图案化后的铬金属膜图形的关键尺寸，并以所述铬金属膜为保护层对二元硅化钼膜进行补偿刻蚀；

量测所述二元式硅化钼膜图案化后的铬金属图形的关键尺寸，并根据所述二元硅化钼膜202的关键尺寸与目标值的差异对所述二元式硅化钼膜202进行补偿刻蚀(Re-etch)，即以所述铬金属膜203为保护层，干法刻蚀所述二元硅化钼膜202关键尺寸不合格区域，刻蚀时间为5～20秒。

步骤S207，去除所述铬金属膜；

所述二元硅化钼膜202补偿刻蚀后再使用湿法清洗去除铬金属膜203，如图2f所示。

采用本发明提供的方法制作光掩膜，其光掩膜结构和衰减式光掩膜基板结构相似，即在石英基板上依次形成硅化钼膜、铬金属膜以及光刻胶层；不同之处在于所述的二元硅化钼膜在193nm光源下的透光率接近为0，而衰减式光掩膜的硅化钼层在193nm光源下透光率接近6％。与衰减式光掩膜相比，该光掩膜具有制作工艺简单，成本较小等优势，并可对二元硅化钼进行补偿刻蚀，从而避免光掩膜的直接报废，节约成本；而与二元式光掩膜相比，该光掩膜具有更好的对准精度，图形仿真度及更高的图形解析能力。

以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种光掩膜的制作方法，首先提供石英基板，在所述石英基板上依次形成二元硅化钼膜、铬金属膜以及光刻胶层；

图案化所述光刻胶层；

以所述光刻胶层为保护层，刻蚀所述铬金属膜至露出所述二元硅化钼膜；

去除所述光刻胶层；

以铬金属膜作为保护层，刻蚀所述二元硅化钼膜至露出所述石英基板；

量测硅化钼膜图案化后的铬金属膜图形的关键尺寸，并以所述铬金属膜为保护层对二元硅化钼膜进行补偿刻蚀；

去除所述铬金属膜。

2.根据权利要求1所述的光掩膜的制作方法，其特征在于，所述刻蚀所述铬金属膜以及所述刻蚀所述二元硅化钼膜均为干法刻蚀。

3.根据权利要求1所述的光掩膜的制作方法，其特征在于，所述进行补偿刻蚀为干法刻蚀，刻蚀时间为5～20秒。

4.根据权利要求1所述的光掩膜的制作方法，其特征在于，所述二元硅化钼膜的在波长为193nm光源照射下透光率为0～0.3％。

5.根据权利要求1所述的光掩膜的制作方法，其特征在于，所述铬金属膜的覆盖厚度为20～100埃，所述二元硅化钼膜的厚度为300～800埃。