專利名稱：衰減相移掩膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻技術(shù)，特別是衰減相移掩膜。
背景技術(shù)：
隨著集成電路設(shè)計(jì)的高速發(fā)展，設(shè)計(jì)圖形的尺寸日益縮小，光學(xué)鄰近效應(yīng)越來越 明顯。越來越多的光學(xué)技術(shù)以及光學(xué)鄰近校正技術(shù)被應(yīng)用到光刻工藝中，例如，對(duì)應(yīng)于圖案 的微細(xì)化，用于光刻的曝光光源也日益短波化。然而，曝光波長的短波長化在改善清晰度的 同時(shí)會(huì)減少焦點(diǎn)深度，從而降低工藝過程的穩(wěn)定性。為了保證光刻圖形的精確性，相移掩膜 (PSM，Phase ShiftMask)技術(shù)越來越多地被采用。理論上，掩模版中透光縫隙處的電場El應(yīng)該是相同的，然而，當(dāng)相鄰縫隙距離非 常小時(shí)，相鄰縫隙之間會(huì)產(chǎn)生光的衍射，并使縫隙間的電場增強(qiáng)。此時(shí)，掩模版圖投影至硅 片上，所獲得的像圖案由于過于接近，將無法被分辨出來。相移掩膜PSM技術(shù)是指，在相鄰 的透光縫隙處設(shè)置厚度與1/2光波長成正比的相移層，使透過相移層的曝光光線與其他透 射光產(chǎn)生180度的光相位差，從而使在相鄰?fù)腹饪p隙中間點(diǎn)上的光強(qiáng)互相抵消或減弱。相移掩膜主要包括交替相移掩膜Alt-PSM(alternating Phase Shift Mask)和衰 減相移掩膜Att-PSM(Attenuated Phase Shift Mask)兩種類型。其中，衰減相移掩膜技術(shù) 是指采用具有一定透光率的薄膜作為相移層，將所述薄膜覆蓋于用于形成圖案的相鄰縫隙 上，以構(gòu)成掩模版圖，并使通過所述相移層的透射光反相。在曝光過程中，常采用曝光能量 閾值來區(qū)分通過曝光是否能形成對(duì)應(yīng)的掩模版圖；具體來說，當(dāng)投射光的光強(qiáng)迭加后的結(jié) 果未超過所述閾值，則認(rèn)為無法形成對(duì)應(yīng)的掩模版圖；而當(dāng)所述光強(qiáng)迭加后的結(jié)果超過所 述閾值，則認(rèn)為通過所述曝光光線能夠形成對(duì)應(yīng)的掩模版圖，并可通過后續(xù)的顯影漂洗工 藝將相應(yīng)的圖案顯示出來。借助于上述衰減相移掩膜技術(shù)，能夠在硅片上獲得與掩模版圖 對(duì)應(yīng)的像圖案，其中，相鄰的各個(gè)小圖案之間彼此分離，提高分辨率以及擴(kuò)大工藝窗口。關(guān) 于衰減相移掩膜技術(shù)可參見申請(qǐng)?zhí)枮?6106894、名稱為“相移掩模及其制造方法”的中國專 利。然而，由于衰減相移掩膜采用半透明的薄膜，一般來說仍具有5% -20%的透光 率，這使得部分曝光光線在一些硅片位置產(chǎn)生迭加，盡管與這些硅片位置相對(duì)應(yīng)的掩模版 圖中不存在圖案，但當(dāng)?shù)拥钠毓夤饩€的能量超出了所述閾值時(shí)，在這些硅片位置上將顯 示出像圖案。這種現(xiàn)象被稱之為旁瓣效應(yīng)，這種掩模版圖中沒有而曝光后的硅片上呈現(xiàn)的 圖案就是旁瓣圖案。旁瓣效應(yīng)大大影響了關(guān)鍵尺寸，制約了工藝窗口。一般來說，相移層的 透光率越高，工藝窗口越大，但同時(shí)將會(huì)引起較大旁瓣效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)；而當(dāng)相移層的透光率越 低，盡管能避免產(chǎn)生大量的旁瓣圖案，卻減小了工藝窗口。目前，主流的衰減相移掩膜通常由單層相移層構(gòu)成。一般來說，該相移層，即該衰 減相移掩膜，的透光率通常固定為6%左右。在集成電路設(shè)計(jì)中，不乏同時(shí)具有存儲(chǔ)器件以 及邏輯器件的設(shè)計(jì)，對(duì)于存儲(chǔ)器件而言，需要較大的工藝窗口 ；而對(duì)邏輯器件而言，相較于 對(duì)工藝窗口的要求，則需要具有較少的旁瓣圖案。單一透光率的衰減相移掩膜無法滿足當(dāng)前的設(shè)計(jì)需求，尤其是對(duì)于同時(shí)具有存儲(chǔ)器件和邏輯器件的設(shè)計(jì)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種衰減相移掩膜，實(shí)現(xiàn)工藝窗口和旁瓣效應(yīng)的均衡。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種衰減相移掩膜，具有設(shè)定透光率，包括具有 第一透光率的第一相移層；位于所述第一相移層表面的第二相移層，所述第二相移層采用 具有第二透光率的材料，所述第二透光率根據(jù)所述設(shè)定透光率以及所述第一透光率而確 定；所述第一相移層或所述第一相移層與所述第二相移層的組合構(gòu)成相移層，通過調(diào)節(jié)所 述第一相移層與所述第二相移層的厚度或厚度之和，使得透過所述相移層的光線與透過用 于形成圖像的縫隙的光線存在180度相移。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)通過設(shè)置具有不同透光率的相移層的組 合以構(gòu)成衰減相移掩膜，從而實(shí)現(xiàn)了根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，對(duì)衰減相移掩膜的透光率進(jìn)行 調(diào)節(jié)。此外，本發(fā)明還通過設(shè)置多層相移層之間的相對(duì)位置，從而使所提供的衰減相移 掩膜能夠兼顧具有較大工藝窗口和較少旁瓣圖案的器件的設(shè)計(jì)要求。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器件采用單一透光率分別為6%和12%的衰 減相移掩膜時(shí)，所獲得的工藝窗口示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于隨機(jī)邏輯器件采用單一透光率分別為6%和12%的衰減相 移掩膜時(shí)，所獲得的工藝窗口示意圖；圖3和圖4是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于隨機(jī)邏輯器件采用單一透光率為6%的衰減相移掩 膜時(shí)旁瓣效應(yīng)得到抑制的效果示意圖；圖5和圖6是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于隨機(jī)邏輯器件采用單一透光率為12%的衰減相移掩 膜時(shí)旁瓣效應(yīng)較明顯的效果示意圖；圖7是本發(fā)明衰減相移掩膜實(shí)施方式的剖面示意圖；圖8是本發(fā)明衰減相移掩膜一種具體實(shí)施方式
的剖面示意圖；圖9是本發(fā)明衰減相移掩膜另一種具體實(shí)施方式
的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式在半導(dǎo)體工藝中，例如邏輯器件，其中既包括靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)(SRAM)部件，也包括 隨機(jī)邏輯(Random Logic)部件，在采用光刻技術(shù)制作的接觸孔時(shí)，通過衰減相移掩膜以實(shí) 現(xiàn)設(shè)計(jì)圖形的轉(zhuǎn)移。在現(xiàn)有技術(shù)中，如果采用具有單一透光率的衰減相移掩膜，將會(huì)導(dǎo)致工藝窗口和 旁瓣效應(yīng)的矛盾。例如，在采用6%的曝光寬裕度的情況下，參考圖1和圖2，當(dāng)采用透光 率為6 %的衰減相移掩膜時(shí)，參見小方塊所連成的曲線，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)部件的工藝窗口為 0. 082um，隨機(jī)邏輯部件的工藝窗口為0. llum，而當(dāng)采用透光率為12%的衰減相移掩膜時(shí)， 參見小圓圈所連成的曲線，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)部件的工藝窗口為0. 091um，隨機(jī)邏輯部件的工藝 窗口為0. 12um。然而，參考圖3和圖4，當(dāng)采用透光率為6%的衰減相移掩膜時(shí)，基本很少出現(xiàn)旁瓣圖案，而參考圖5和圖6，當(dāng)采用透光率為12%的衰減相移掩膜時(shí)，卻具有較多的旁 瓣圖案，如旁瓣圖案501和旁瓣圖案601，旁瓣效應(yīng)較明顯。而采用本發(fā)明衰減相移掩膜，通過設(shè)置具有不同透光率的至少兩種相移層的組合 以構(gòu)成衰減相移掩膜，從而實(shí)現(xiàn)了針對(duì)應(yīng)用環(huán)境的不同采用不同的透光率。在具體實(shí)施中， 本發(fā)明還通過對(duì)具有不同透光率的多層相移層設(shè)置其相互的位置，從而使所提供的衰減相 移掩膜能夠同時(shí)滿足邏輯器件和存儲(chǔ)器件的不同設(shè)計(jì)要求。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。參考圖7，本發(fā)明實(shí)施方式提供了一種衰減相移掩膜100，具有設(shè)定透光率，包括 第一相移層101，所述第一相移層101具有第一透光率；位于所述第一相移層101表面的第 二相移層102，所述第二相移層102采用具有第二透光率的材料，所述第二透光率根據(jù)所述 設(shè)定透光率以及所述第一透光率而確定；第一相移層101或第一相移層101與第二相移層 102的組合構(gòu)成相移層，通過調(diào)節(jié)所述第一相移層101與第二相移層102的厚度或厚度之 和，使得透過所述相移層的光線與透過用于形成圖像的縫隙的光線存在180度相移。具體來說，在第一相移層101表面設(shè)置第二相移層102，可根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)第二 相移層102的第二透光率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)衰減相移掩膜100的透光率，使得衰減相移掩 膜100具有更廣泛的適用范圍，在滿足工藝窗口要求的同時(shí)，減少旁瓣圖案的數(shù)量。例如，當(dāng)?shù)谝幌嘁茖?01的透光率為12%，當(dāng)待形成器件需要較大工藝窗口時(shí)，可 使所述第二相移層102具有較大透光率，例如80% -100% ；而當(dāng)待形成器件對(duì)旁瓣效應(yīng)較 敏感時(shí)，可使所述第二相移層102具有較小透光率，例如50% -60%。其中，第二相移層102可覆蓋第一相移層101的全部表面，也可僅覆蓋第一相移層 101的部分表面。在一種實(shí)施方式中，可根據(jù)設(shè)計(jì)方案中存儲(chǔ)器件與邏輯器件的相對(duì)位置結(jié) 構(gòu)，設(shè)置所述第一相移層和所述第二相移層的相對(duì)位置結(jié)構(gòu)，使得所述衰減相移掩膜能夠 均衡較大工藝窗口和較低旁瓣效應(yīng)的設(shè)計(jì)需求。參考圖8，在一種具體實(shí)施例中，所述衰減相移掩膜可分為第一區(qū)域210和第二區(qū) 域220，其中，第一區(qū)域210中包括第一相移層201和覆蓋于第一相移層201全部表面的第 二相移層202，第二區(qū)域220中的第一相移層201上未覆蓋第二相移層202 ；也就是說，第二 相移層202僅覆蓋部分第一相移層201的表面。在一種具體實(shí)施例中，第一相移層201材 料的透光率可為12%，第二相移層202采用透光率為50%的材料，則第一區(qū)域210中的透 光率為6%，而第二區(qū)域220中的透光率保持為12%。由于第二區(qū)域220具有較高的透光率，因而相較于第一區(qū)域210，對(duì)第二區(qū)域220 內(nèi)的圖案進(jìn)行光刻時(shí)，具有較大的工藝窗口，而第一區(qū)域210內(nèi)的圖案則具有較小的旁瓣 風(fēng)險(xiǎn)，因此相應(yīng)地，可根據(jù)該衰減相移掩膜200所用于形成的器件的類型和特性，對(duì)該衰減 相移掩膜200中的第一相移層201和第二相移層202的相對(duì)位置進(jìn)行排布。具體來說，包括 第一相移層201和第二相移層202的第一區(qū)域210中的圖案可與邏輯器件的設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)， 用于形成邏輯器件；而第二區(qū)域220，即包括第一相移層201中且不包括第二相移層202的 區(qū)域中的圖案，可與存儲(chǔ)器件的設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，用于形成存儲(chǔ)器件。為了使得第一區(qū)域210中各個(gè)圖案的曝光光線產(chǎn)生相互干涉，在第一區(qū)域210部 分，可通過設(shè)置第一相移層201和第二相移層202的厚度之和d，使得穿過第一相移層201 和第二相移層202的光線與穿過第一區(qū)域210內(nèi)各縫隙的光線之間存在180度的相移。
具體來說，穿過第一相移層201和第二相移層202的光線的相變量φ與第一相移層 201和第二相移層202的厚度之和d有關(guān)，其關(guān)系如式(1)所述φ = 2π( (η-1)/λ(1)其中，λ為光線波長，η為第一相移層201和第二相移層202所共同構(gòu)成的膜的折射率。當(dāng)所述光線產(chǎn)生180度的相移，也就是說，所述光線的相移量φ為π，因而，由(1) 式可獲得，第一相移層201和第二相移層202的厚度之和d滿足式O)的條件d = λ/[2(η_1)](2)而在第二區(qū)域220內(nèi)，為了獲得清晰的圖案，在一種實(shí)施方式中，與第一區(qū)域210 類似地，參考圖8，可通過設(shè)置第一相移層201的厚度使各個(gè)圖案的曝光光線產(chǎn)生相互干 涉。具體來說，可通過將第二區(qū)域220內(nèi)的第一相移層201的厚度d1(KI設(shè)置為如式(3)所 示d100= λ/[2(η100-1)](3)其中，η·為形成第一相移層201的材料的折射率。在另一種實(shí)施方式中，參考圖9，還可在第二區(qū)域220中用于形成圖案的縫隙處形 成凹槽203。通過調(diào)節(jié)凹槽203的深度以及第一相移層201的厚度，使得凹槽203所引起的 光線的相變量φ 與第一相移層201所帶來的光線的相變量φ2之間相差π，從而能保證穿過 第二區(qū)域220中第一相移層201的光線與穿過第二區(qū)域220中各縫隙的光線之間存在180 度的相移，以提高圖像的對(duì)比度。所述凹槽可形成于第一相移層之間的縫隙中，具體來說，可形成于構(gòu)成所述縫隙 的待刻蝕層中，且其深度不超過所述待刻蝕層的厚度。其中，參考圖9，凹槽203形成于待刻蝕層204，凹槽203所引起的光線的相變量φ〗 可表示為如式(4)所示
φ]=2π ,(η1-1)/λ(4)其中，Cl1為凹槽203的深度，H1為形成待刻蝕層204的材料的折射率。而此時(shí)，第一相移層201所帶來的光線的相變量φ2可表示為如式(5)所示φ2=2π(12(] 2-1)/λ(5)其中，d2為第一相移層201的厚度，n2為第一相移層201的材料的折射率。由于φι與φ2之間相差π，由式⑷和式(5)可獲得，當(dāng)凹槽203的深度(I1與第一 相移層201的厚度d2滿足如式(6)所述關(guān)系時(shí)，穿過第二區(qū)域220中第一相移層201的光 線與穿過第二區(qū)域220中各縫隙的光線之間存在180度的相移dJr^-D-dJnfl) = 士 λ/2 (6)在上述各實(shí)施方式中，所述第一相移層可由氮化硅鉬(MoSiN)或氮氧化硅鉬 (MoSiON)構(gòu)成，也可以是氮化硅鉬與氮氧化硅鉬組合。本發(fā)明所提供的衰減相移掩膜可適用于130nm、90nm及更小的工藝節(jié)點(diǎn)的半導(dǎo)體 工藝流程，尤其適用于部分部件要求較大工藝窗口而另外部分部件要求較少旁瓣圖案的半導(dǎo)體器件。在具體實(shí)施中，可先根據(jù)要求較大工藝窗口部件的設(shè)計(jì)圖形設(shè)置所述第一相移 層，再根據(jù)具有較少旁瓣圖案部件的設(shè)計(jì)圖形設(shè)置位于所述第一相移層上的所述第二相移 層，從而獲得能夠均衡所述工藝窗口和旁瓣效應(yīng)的衰減相移掩膜。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述衰減相移掩膜通過在第一相移層上附加第二相移 層，以調(diào)節(jié)所述衰減相移掩膜的透光率，并且，根據(jù)對(duì)工藝窗口和旁瓣效應(yīng)的要求的不同級(jí) 別，設(shè)置所述第二相移層相對(duì)于所述第一相移層的位置，從而達(dá)到既滿足對(duì)較大工藝窗口 的需求，也能夠抑制旁瓣效應(yīng)。并且，本發(fā)明所述衰減相移掩膜在包括所述第一相移層和第二相移層區(qū)域，通過 調(diào)節(jié)所述第一相移層和第二相移層的厚度之和，使得透過形成圖案的透光縫隙的曝光光線 與透過相移層的曝光光線之間存在180°的相位差異，從而使在相鄰?fù)腹饪p隙中間點(diǎn)上的 光強(qiáng)互相抵消或減弱，提高所形成圖案的對(duì)比度。此外，本發(fā)明所述衰減相移掩膜還在不包 括所述第二相移層且僅包括第二相移層區(qū)域，通過調(diào)節(jié)所述第一相移層的厚度，或者在所 述待刻蝕層中設(shè)置凹槽并調(diào)節(jié)所述凹槽深度與所述第一相移層厚度的和，使得透過形成圖 案的透光縫隙的曝光光線與透過相移層的曝光光線之間存在180°的相位差異，提高所形 成圖案的對(duì)比度。雖然本發(fā)明已通過較佳實(shí)施例說明如上，但這些較佳實(shí)施例并非用以限定本發(fā) 明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)有能力對(duì)該較佳實(shí)施例做出各 種改正和補(bǔ)充，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種衰減相移掩膜，具有設(shè)定透光率，包括具有第一透光率的第一相移層；位于所述第一相移層表面的第二相移層，所述第二相移層采用具有第二透光率的材 料，所述第二透光率根據(jù)所述設(shè)定透光率以及所述第一透光率而確定；所述第一相移層或所述第一相移層與所述第二相移層的組合構(gòu)成相移層，通過調(diào)節(jié)所 述第一相移層與所述第二相移層的厚度或厚度之和，使得透過所述相移層的光線與透過用 于形成圖像的縫隙的光線存在180度相移。
2.如權(quán)利要求1所述的衰減相移掩膜，其特征在于所述第二相移層覆蓋所述第一相 移層的全部表面。
3.如權(quán)利要求1所述的衰減相移掩膜，其特征在于所述衰減相移掩膜包括第一區(qū)域 和第二區(qū)域；所述第一區(qū)域包括所述第一相移層以及位于所述第一相移層表面的第二相移 層；所述第二區(qū)域僅包括第一相移層。
4.如權(quán)利要求3所述的衰減相移掩膜，其特征在于所述第一區(qū)域中，所述第二相移 層覆蓋所述第一相移層的全部表面，且所述第一相移層與第二相移層的厚度之和為入/ [2(η-1)]，其中，λ為光線波長，η為所述第一相移層和所述第二相移層所構(gòu)成的相移層的 折射率。
5.如權(quán)利要求3所述的衰減相移掩膜，其特征在于所述第二區(qū)域中，所述第一相移層 的厚度為λ/[2 (η (κΓ1)]，其中，λ為光線波長，η·為形成所述第一相移層的材料的折射率。
6.如權(quán)利要求3所述的衰減相移掩膜，其特征在于所述第二區(qū)域包括所述第一相移 層以及位于所述第一相移層之間的縫隙中的凹槽。
7.如權(quán)利要求6所述的衰減相移掩膜，其特征在于所述第一相移層的厚度與所述凹 槽的深度符合關(guān)系式d2 (Ii2-I)-Cl1 (Ii1-I) = 士 λ/2，其中，Cl1為所述凹槽的深度，H1為凹槽 材料的折射率；d2為所述第一相移層的厚度，n2為所述第一相移層的材料的折射率。
8.如權(quán)利要求6所述的衰減相移掩膜，其特征在于所述凹槽形成于所述待刻蝕層中。
9.如權(quán)利要求1所述的衰減相移掩膜，其特征在于所述第一相移層為氮化硅鉬或氮 氧化硅鉬或其組合。
全文摘要
一種衰減相移掩膜，具有設(shè)定透光率，包括具有第一透光率的第一相移層；位于所述第一相移層表面的第二相移層，所述第二相移層采用具有第二透光率的材料，所述第二透光率根據(jù)所述設(shè)定透光率以及所述第一透光率而確定；所述第一相移層或所述第一相移層與所述第二相移層的組合構(gòu)成相移層，通過調(diào)節(jié)所述第一相移層與所述第二相移層的厚度或厚度之和，使得透過所述相移層的光線與透過用于形成圖像的縫隙的光線存在180度相移。本發(fā)明衰減相移掩膜可對(duì)透光率進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有更廣泛的適用范圍，在滿足工藝窗口要求的同時(shí)，減少旁瓣圖案的數(shù)量。
文檔編號(hào)G03F1/00GK102129165SQ20101002287
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者樸世鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司