CN1653388B - 使用相移和辅助微细结构使半导体层形成图案 - Google Patents

使用相移和辅助微细结构使半导体层形成图案 Download PDF

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Abstract

一种使用光掩模使感光层形成图案的光掩模和方法，所述光掩模包括基板和耦合到基板上的薄膜。用相移辅助微细结构、低纵横比辅助微细结构或相移的低纵横比主微细结构蚀刻薄膜。

Description

使用相移和辅助微细结构使半导体层形成图案
背景
本描述涉及使用相移和辅助微细结构使半导体层形成图案。
现代微电子器件一般使用平版印刷工艺进行生产。在这种工艺中，半导体晶片涂覆了一抗蚀剂层。随后，通过使光经过掩模将该抗蚀剂层暴露给照明光。掩模控制入射到晶片上的光的幅度。随后将掩模层显影，除去未曝光的抗蚀剂，曝光过的抗蚀剂在晶片上形成掩模图像。
不同的掩模用于使半导体器件的各种层形成图案。某些层(诸如包含金属和晶体管的层)需要能使具有高纵横比(即大于2.5的长宽比)的微细结构(feature)形成图案的掩模。这些微细结构仅在一个维度中是很小的。其它层(诸如接触件和通路层)需要用来使具有低纵横比(即小于2.5的长宽比)的微细结构形成图案的掩模。这些微细结构在两个维度中都是较小的。
平版印刷的持续改善使得越来越精细的微细结构的印刷成为可能，允许更小的器件尺度和更高密度的器件。这允许集成电路(IC)产业生产功能更大且成本更有效的半导体器件。随着与用于将图案转移到晶片上的光的波长相比更小的微细结构变得越来越小，精确地将图案转移到晶片上就变得越来越难。
为了解决该问题，分别的两种技术已应用于使具有高纵横比微细结构的层形成图案的掩模开发-相移和辅助微细结构的使用。相移掩模不仅阻断光，还选择性地改变透过该掩模的光的相位，以便改善晶片上微细结构的分辨率。在具有密集微细结构的亚波长情况下，光学畸变与光致抗蚀剂的扩散和填装效应以及蚀刻过程使得印刷的线路边缘变化。通过使入射到相邻微细结构上的光相移，以使掩模中的特定开口区基本透射入射其上的全部辐射，而靠近或围绕的开口区转移所有入射其上的辐射，在约180度的相移下，一个微细结构和下一个微细结构之间光的溢出引起相消性干涉，在微细结构边缘处提供良好的对比。采用相移，套住的微细结构可以被更接近地移动到一起并仍可以精确地形成图案。
相反，辅助微细结构用来使隔离的高纵横比微细结构形成图案。辅助微细结构是用于套住这些另外的隔离微细结构的标线或掩模微细结构，以便利用光致抗蚀剂和被优化的工具使套住的微细结构形成图案。理想地设计辅助微细结构，从而它们足够小以便自身不被转移到晶片上，但又足够大以使最接近的微细结构呈现套住微细结构的属性。辅助微细结构的另一优点是通过确保所有微细结构都作为套住的微细结构形成图案来增加晶片的均匀性。
附图概述
图1说明高纵横比主微细结构情况中的辅助微细结构的现有技术应用。
图2说明辅助微细结构的应用以创建低纵横比主微细结构。
图3a说明低纵横比辅助微细结构的应用以创建低纵横比主微细结构。
图3b说明低纵横比辅助微细结构的一可选应用以创建低纵横比主微细结构。
图3c说明低纵横比辅助微细结构的第二可选应用以创建低纵横比主微细结构。
图4a、4b、5a、5b、6a和6b示出掩模图像强度曲线。
具体实施方式
参考图1，示出了用于使高纵横比器件层形成图案的一部分掩模100的现有技术的示图。如图所示，显示了多个同相的微细结构110、120和121。例如，微细结构110是用于使高纵横比金属或晶体管层形成图案的主微细结构(即，要被形成图案于晶片上的微细结构)。微细结构120和121是高纵横比辅助微细结构，它们用于套住微细结构110并给予微细结构110同掩模100上其它被套住的高纵横比微细结构相同的属性。通过确保所有主微细结构都具有被套住微细结构的属性，与具有被套住微细结构的那些微细结构以及具有隔离微细结构的那些微细结构相比，晶片可以更均匀地被形成图案。
图2示出同相辅助微细结构的应用，以使诸如接触件和通路的低纵横比微细结构形成图案。掩模200包括可以是接触件的低纵横比主微细结构210以及高纵横比辅助微细结构220-223。高纵横比辅助微细结构220-223套住低纵横比主微细结构210，给予主微细结构210同掩模200上其它被套住的低纵横比微细结构相同的属性。通过使用辅助微细结构以使低纵横比微细结构形成图案，设计者能改进隔离微细结构图像质量并实现在使用辅助微细结构使高纵横比微细结构形成图案的情况中可实现的那种类型的均匀优点。
图3a、3b和3c说明相移的低纵横比辅助微细结构的应用，以使诸如接触件和通路的低纵横比微细结构形成图案。如图所示，掩模310、340和370包括多个相位A(例如，180度)区域-微细结构315、371和374-376，以及多个相位B(例如，0度)区域-微细结构311-314、341-344、372、373和377。微细结构315、371和372是寻求在晶片上形成图案的诸如接触件的主微细结构。微细结构311-314、341-344和373-377是辅助微细结构，它们可以用来套住微细结构315、371和372以便向它们提供与掩模310、340和370上的其它被套住微细结构相同的属性。辅助微细结构311-314、341-344和373-377被理想地调节尺寸，从而它们足够大以便形成必要的相消性干涉，但又足够小以便不在晶片上形成图案。
在图3a、3b和3c中，辅助微细结构用于利用低纵横比微细结构的图案形成(诸如接触件和通路层的图案形成)的交替相移掩模的成像优点。用于使密集接触件形成图案的掩模开口透射光，其中相对于相邻的接触件异相了半个波长(在该实例中是0对180度)。可以使用许多已知的方法实现该相移，其中包括在掩模上蚀刻玻璃或者将形成图案的透明膜应用于基板上。如图3a和3b所示，亚分辨率辅助微细结构(311-314和341-344)可以置于掩模上靠近隔离的微细结构(微细结构315)。亚分辨率辅助微细结构不在晶片上形成微细结构，因为图像不转移到光致抗蚀剂中。或者，如图3c所示，相移的辅助微细结构(例如，微细结构312)也可以置于离开中间隔开的微细结构(例如，微细结构315和371)的约相等距离处。
可以使用诸如加利福尼亚州弗里蒙特市的Avant！公司(Avant！Corporation ofFremont，California)的HerculesTM或者俄勒冈州威尔逊维尔的蒙特图形公司(Mentor Graphics Corporation of Wilsonville，Oregon)的CalibreTM的布图设计操作引擎形成图3a、3b和3c的相移辅助微细结构。可以通过用户生成的命令对辅助微细结构尺寸、分离和相位分配约束进行操作。具有相移辅助微细结构的合成相移接触件布图设计可以由基于规则或模型的光学近似校正(OPC)工具(诸如Avant！的ProteusTM)进一步进行操作.这些工具操作精细刻度上的接触件的掩模尺寸，从而具有不同的附近结构的主微细结构以相同的尺寸在晶片上形成图案.
图3a和3b说明了用于采用辅助微细结构使微细结构315形成图案的两种可选实施例。将辅助微细结构311-314引入到掩模310上以及将辅助微细结构311-314和341-344引入到掩模340上，这不仅可以使微细结构315呈现被套住的微细结构的特性，还可以使掩模利用相移进一步限定微细结构315的图像的边界并改善其图像对比度。通过形成同将形成图案的微细结构315异相180度的辅助微细结构311-314和341-344，在辅助微细结构311-314和341-344与微细结构315之间形成的相消性干涉会在微细结构315的边缘处形成一成形的边界，并将改善微细结构315的图像对比度。在图5a和5b中示出了这种效果，并在图4a和4b中示出了采用相移的一般效果。
针对使用193nm波长和0.6NA以及分别为0.8和0.3西格马的透镜参数形成的260nm间距的接触件，图4a和4b分别说明了衰减相移掩模的图像强度曲线和交替的相移掩模的强度曲线。
图4a和4b对140nm的被套住的接触件的图案形成提供模拟结果。强度曲线410和420示出图像平面处的辐射强度作为按微米(um)计的距离的函数。如图所示，通过使用交替的相移掩模以形成诸如接触件的主微细结构而获得的强度(强度曲线410)将导致比使用衰减相移掩模(强度曲线420)更成形的图像。约0.190nm和0.340nm处的强度曲线410的斜率说明了晶片上呈现的微细结构的锐度。给定约0.190nm和0.340nm之间的强度，可以使140nm的接触件准确地形成图案。相反，约0.190nm和0.340nm处强度曲线420的斜率要小得多，导致钝化的图像或更可能是未被分辨的微细结构。
图5a和5b说明了使用相移的辅助微细结构来套住隔离接触件的好处。针对使用193nm波长和0.6NA与0.3西格马的透镜参数形成的260nm的接触件，图5a和5b分别说明了隔离接触件的图像强度曲线和具有相移的辅助微细结构的隔离接触件的图像强度曲线。
在掩模上接触件有140nm宽而辅助微细结构有100nm宽。接触件和辅助微细结构之间的中心距间隔是260nm。用于模拟的晶片表面处的光强度(其结果在图5b中显示)比图5a的光强度更接近所需的强度图案。对于所模拟的接触微细结构，图5a中接触微细结构的强度仅仅是0.25(参见峰580)，而图5b中相同接触微细结构的强度超过0.35(参见峰540)。此外，曲线520的斜率在边缘(限定120nm接触件的约.500和.620的距离)处大于曲线510的斜率，这表明图像更锐利。理想地，如图5b中的峰530和550处所示的辅助微细结构形成的强度足够小，从而辅助微细结构将不会印制于晶片上。
图6a和6b说明了与使用同相辅助微细结构(图6a)相比，使用相移辅助微细结构(图6b)所实现的好处。针对使用193nm波长和0.6NA与0.3西格马的透镜参数形成的260nm的接触件，图6a和6b分别说明了具有辅助微细结构的隔离接触件的图像强度曲线和具有相移的辅助微细结构的隔离接触件的图像强度曲线。
如同图5a和5b，接触件在掩模上有140nm宽而辅助微细结构有100nm宽.接触件和辅助微细结构之间的中心距间隔是260nm.参考图5b和6b，通过使用相移的辅助微细结构，优化了接触件的强度(参见峰540和640).此外，相移导致接触微细结构(峰540和640)与辅助微细结构(峰530、550、630、650)之间的相消性干涉.该相消性干涉表示成强度560、570、660和670中的凹谷.使用密集同相辅助微细结构不会改善图像，如图6a所示.只有通过使用相移并实现相消性干涉所提供的限定才可以分辩密集微细结构之间的边界.不采用相移，强度会具有较差的对比度，从而不会在晶片上形成图案.
如图3c所示，微细结构典型地具有最小尺度。此外，设计规则包括微细结构的任何部分之间的最小间隔要求。通过使用具有交替相移的辅助微细结构，可以减小辅助微细结构和接触件之间的最小距离。因此，辅助微细结构可用来改善由于太靠近以致不支持同相辅助微细结构的隔离接触件的图像对比度。
图3c进一步说明了交替相移主微细结构和相移辅助微细结构的同时使用。交替相移辅助微细结构仅用于微细结构315、371和372那些部分，它们没有可以被相移的相邻主微细结构。例如，因为主微细结构371和372接近，通过相对于主微细结构372移动主微细结构371的相位，就可以实现相移的好处。因为主微细结构371和372相对于彼此而被套住，所以不需要在两个微细结构之间***辅助微细结构。但是，如果微细结构315和371彼此相对隔离，则交替相位辅助微细结构312的***能实现相移的好处。相移辅助微细结构311、313-314和373-377也置于主微细结构315-371和372的隔离边缘，以提供这些边缘处的更锐利的对比度。
重新参考图3a、3b和3c，用于使得微细结构315、371和372的图像锐利的辅助微细结构311-314、341-344和373-377是低纵横比辅助微细结构并可以是正方形或近似正方形。通过使用具有较小纵横比的辅助微细结构，辅助微细结构的最小尺度可以比高纵横比辅助微细结构的更大，同时仍不会在晶片上曝光不需要的微细结构。这是有效的，因为辅助微细结构的面积确定辅助微细结构是否会形成图案到晶片上。因为辅助微细结构是要制造和检查的掩模上最小的微细结构，在防止辅助微细结构最小尺度变得过小的同时，还改善了制造掩模的能力。辅助微细结构的尺寸一般选为足够大，以改善主微细结构的图案形成，同时又足够小，以便不在晶片上形成不需要的微细结构。
对于图1、2和3a-c，可以理解，微细结构110、210、315、371和372仅用作说明用途，且器件层具有许多不同的微细结构和/或微细结构可以具有不同的配置，这取决于形成的器件层。还可以理解，未示出器件层的其它区域中的更多微细结构。
已描述了本发明的许多实施例。但是，可以理解，可以进行各种修改而不背离本发明的精神和范围。例如，相移辅助微细结构的使用也可应用于高纵横比微细结构的形成。因此，其它实施例也在以下权利要求书的范围之内。

Claims (31)

1.一种光掩模，其特征在于，包括：
主微细结构；以及
辅助微细结构，它邻近于所述主微细结构，所述辅助微细结构相对于所述主微细结构相移，所述辅助微细结构的大小和相移足够产生相消性干涉，
其中所述辅助微细结构包括具有小于2.0的纵横比的亚分辨率辅助微细结构。
2.如权利要求1所述的光掩模，其特征在于，所述辅助微细结构相对于所述主微细结构相移约180度，所述相移足够产生所述相消性干涉。
3.如权利要求1所述的光掩模，其特征在于，包括薄膜，它形成图案以限定主微细结构和辅助微细结构之间的相移。
4.如权利要求1所述的光掩模，其特征在于，包括基板，它被蚀刻以限定主微细结构和辅助微细结构之间的相移。
5.如权利要求1所述的光掩模，其特征在于，所述主微细结构包括低纵横比主微细结构，所述低纵横比指长宽比小于2.5。
6.如权利要求1所述的光掩模，其特征在于，所述辅助微细结构具有大于0.5的透射。
7.如权利要求1所述的光掩模，其特征在于，辅助微细结构的最小尺度大于主微细结构的最小尺度的一半。
8.如权利要求1所述的光掩模，其特征在于，辅助微细结构的最小尺度大于或等于主微细结构的最小尺度的三分之二。
9.如权利要求1所述的光掩模，其特征在于，还包括：
一个或多个邻近于所述主微细结构的附加亚分辨率辅助微细结构的集合，所述附加亚分辨率辅助微细结构具有小于2.5的纵横比，并且相对于所述主微细结构有相移，但与所述辅助微细结构具有相同相位。
10.一种光掩模，其特征在于，包括：
主微细结构；和
位于主微细结构旁边的低纵横比亚分辨率辅助微细结构，所述低纵横比指长宽比小于2.5，
其中所述亚分辨率辅助微细结构的最小尺度大于或等于主微细结构的最小尺度的三分之二，并且所述亚分辨率辅助微细结构相对于所述主微细结构相移约180度。
11.如权利要求10所述的光掩模，其特征在于，所述主微细结构包括低纵横比主微细结构。
12.如权利要求10所述的光掩模，其特征在于，所述辅助微细结构包括具有小于2.5的纵横比的辅助微细结构。
13.如权利要求10所述的光掩模，其特征在于，所述辅助微细结构包括具有小于2.0的纵横比的辅助微细结构。
14.如权利要求10所述的光掩模，其特征在于，还包括：
一个或多个邻近于所述主微细结构的附加亚分辨率辅助微细结构的集合，所述附加亚分辨率辅助微细结构具有小于2.5的纵横比，并且相对于所述主微细结构有相移，但与所述辅助微细结构具有相同相位。
15.一种光掩模，其特征在于，包括：
第一低纵横比主微细结构，所述低纵横比指长宽比小于2.5；
第二低纵横比主微细结构，它位于第一低纵横比主微细结构旁边，所述第一低纵横比主微细结构相对于所述第二低纵横比主微细结构相移；以及
亚分辨率辅助微细结构，它位于第一低纵横比主微细结构旁边，所述亚分辨率辅助微细结构相对于所述第一主微细结构相移并具有小于2.0的纵横比，所述亚分辨率辅助微细结构的大小和相移足够产生相消性干涉，
其中所述第一主微细结构和所述第二主微细结构相对于彼此而被套住，而之间没有任何辅助微细结构***。
16.如权利要求15所述的光掩模，其特征在于，所述亚分辨率辅助微细结构相对于所述第一低纵横比主微细结构相移约180度，所述相移足够产生所述相消性干涉。
17.如权利要求15所述的光掩模，其特征在于，所述第一低纵横比主微细结构、所述第二低纵横比主微细结构和所述亚分辨率辅助微细结构设置为交替相移微细结构的顺序。
18.如权利要求15所述的光掩模，其特征在于，所述掩膜包括邻近于所述亚分辨率辅助微细结构并相对于所述亚分辨率辅助微细结构相移的另一亚分辨率辅助微细结构。
19.如权利要求15所述的光掩模，其特征在于，所述第二低纵横比主微细结构相对于所述第一低纵横比主微细结构相移约180度，所述相移足够产生所述相消性干涉。
20.如权利要求15所述的光掩模，其特征在于，所述第二低纵横比主微细结构相对于所述第一低纵横比主微细结构中间隔开。
21.一种使感光层形成图案的方法，其特征在于，包括：
在基板上提供所述感光层；以及
使所述感光层对由主微细结构和主微细结构边上的辅助微细结构构成的掩模曝光，所述辅助微细结构相对于所述主微细结构相移并产生相消性干涉，
其中所述亚分辨率辅助微细结构包括具有小于2.0的纵横比的亚分辨率辅助微细结构。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，曝光步骤包括使感光层对所述掩模曝光，所述掩模进一步包括形成图案的薄膜以限定主微细结构和辅助微细结构之间的相移。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，曝光步骤包括使感光层对所述掩模曝光，所述掩模进一步包括被蚀刻的基板以限定主微细结构和辅助微细结构之间的相移。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述掩模还包括一个或多个邻近于所述主微细结构的附加亚分辨率辅助微细结构的集合，所述附加亚分辨率辅助微细结构具有小于2.5的纵横比，并且相对于所述主微细结构有相移，但与所述辅助微细结构具有相同相位。
25.一种使感光层形成图案的方法，其特征在于，包括：
在基板上提供感光层；以及
使所述感光层对由主微细结构和主微细结构边上的低纵横比亚分辨率辅助微细结构构成的掩模曝光，其中所述亚分辨率辅助微细结构的最小尺度大于或等于主微细结构的最小尺度的三分之二，并且所述亚分辨率辅助微细结构相对于所述主微细结构相移约180度并产生相消性干涉，所述低纵横比指长宽比小于2.5。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，曝光步骤包括使感光层对所述掩模曝光，其中在所述掩模上主微细结构包括低纵横比主微细结构.
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，曝光步骤包括使感光层对所述掩模曝光，其中在所述掩模上辅助微细结构包括具有小于2.5的纵横比的辅助微细结构。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，曝光步骤包括使感光层对所述掩模曝光，其中在所述掩模上辅助微细结构包括具有小于2.0的纵横比的辅助微细结构。
29.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述掩模还包括一个或多个邻近于所述主微细结构的附加亚分辨率辅助微细结构的集合，所述附加亚分辨率辅助微细结构具有小于2.5的纵横比，并且相对于所述主微细结构有相移，但与所述辅助微细结构具有相同相位。
30.一种使感光层形成图案的方法，其特征在于，包括：
在基板上提供感光层；以及
使所述感光层对掩模曝光，所述掩膜由以下构成：
第一低纵横比主微细结构，所述低纵横比指长宽比小于2.5，
位于第一低纵横比主微细结构边上的第二低纵横比主微细结构，以及
位于第一主微细结构边上的亚分辨率辅助微细结构，
其中所述第一低纵横比主微细结构相对于所述第二低纵横比主微细结构相移，
所述亚分辨率辅助微细结构相对于所述第一主微细结构相移以产生相消性干涉并具有小于2.0的纵横比，以及
所述第一主微细结构和所述第二主微细结构相对于彼此而被套住，而之间没有任何辅助微细结构***。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，曝光步骤包括使感光层对所述掩模曝光，其中在所述掩模上所述亚分辨率辅助微细结构相对于所述第一低纵横比主微细结构相移180度以产生所述相消性干涉。
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