专利名称：衰减相移掩膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及光刻技术，特别是衰减相移掩膜。
背景技术：
随着集成电路设计的高速发展，设计图形的尺寸日益缩小，光学邻近效应越来越 明显。越来越多的光学技术以及光学邻近校正技术被应用到光刻工艺中，例如，对应于图案 的微细化，用于光刻的曝光光源也日益短波化。然而，曝光波长的短波长化在改善清晰度的 同时会减少焦点深度，从而降低工艺过程的稳定性。为了保证光刻图形的精确性，相移掩膜 (PSM，Phase ShiftMask)技术越来越多地被采用。理论上，掩模版中透光缝隙处的电场El应该是相同的，然而，当相邻缝隙距离非 常小时，相邻缝隙之间会产生光的衍射，并使缝隙间的电场增强。此时，掩模版图投影至硅 片上，所获得的像图案由于过于接近，将无法被分辨出来。相移掩膜PSM技术是指，在相邻 的透光缝隙处设置厚度与1/2光波长成正比的相移层，使透过相移层的曝光光线与其他透 射光产生180度的光相位差，从而使在相邻透光缝隙中间点上的光强互相抵消或减弱。相移掩膜主要包括交替相移掩膜Alt-PSM(alternating Phase Shift Mask)和衰 减相移掩膜Att-PSM(Attenuated Phase Shift Mask)两种类型。其中，衰减相移掩膜技术 是指采用具有一定透光率的薄膜作为相移层，将所述薄膜覆盖于用于形成图案的相邻缝隙 上，以构成掩模版图，并使通过所述相移层的透射光反相。在曝光过程中，常采用曝光能量 阈值来区分通过曝光是否能形成对应的掩模版图；具体来说，当投射光的光强迭加后的结 果未超过所述阈值，则认为无法形成对应的掩模版图；而当所述光强迭加后的结果超过所 述阈值，则认为通过所述曝光光线能够形成对应的掩模版图，并可通过后续的显影漂洗工 艺将相应的图案显示出来。借助于上述衰减相移掩膜技术，能够在硅片上获得与掩模版图 对应的像图案，其中，相邻的各个小图案之间彼此分离，提高分辨率以及扩大工艺窗口。关 于衰减相移掩膜技术可参见申请号为96106894、名称为“相移掩模及其制造方法”的中国专 利。然而，由于衰减相移掩膜采用半透明的薄膜，一般来说仍具有5% -20%的透光 率，这使得部分曝光光线在一些硅片位置产生迭加，尽管与这些硅片位置相对应的掩模版 图中不存在图案，但当迭加的曝光光线的能量超出了所述阈值时，在这些硅片位置上将显 示出像图案。这种现象被称之为旁瓣效应，这种掩模版图中没有而曝光后的硅片上呈现的 图案就是旁瓣图案。旁瓣效应大大影响了关键尺寸，制约了工艺窗口。一般来说，相移层的 透光率越高，工艺窗口越大，但同时将会引起较大旁瓣效应的风险；而当相移层的透光率越 低，尽管能避免产生大量的旁瓣图案，却减小了工艺窗口。目前，主流的衰减相移掩膜通常由单层相移层构成。一般来说，该相移层，即该衰 减相移掩膜，的透光率通常固定为6%左右。在集成电路设计中，不乏同时具有存储器件以 及逻辑器件的设计，对于存储器件而言，需要较大的工艺窗口 ；而对逻辑器件而言，相较于 对工艺窗口的要求，则需要具有较少的旁瓣图案。单一透光率的衰减相移掩膜无法满足当前的设计需求，尤其是对于同时具有存储器件和逻辑器件的设计方案。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种衰减相移掩膜，实现工艺窗口和旁瓣效应的均衡。为解决上述问题，本发明提供了一种衰减相移掩膜，具有设定透光率，包括具有 第一透光率的第一相移层；位于所述第一相移层表面的第二相移层，所述第二相移层采用 具有第二透光率的材料，所述第二透光率根据所述设定透光率以及所述第一透光率而确 定；所述第一相移层或所述第一相移层与所述第二相移层的组合构成相移层，通过调节所 述第一相移层与所述第二相移层的厚度或厚度之和，使得透过所述相移层的光线与透过用 于形成图像的缝隙的光线存在180度相移。与现有技术相比，本发明具有以下优点通过设置具有不同透光率的相移层的组 合以构成衰减相移掩膜，从而实现了根据应用环境的不同，对衰减相移掩膜的透光率进行 调节。此外，本发明还通过设置多层相移层之间的相对位置，从而使所提供的衰减相移 掩膜能够兼顾具有较大工艺窗口和较少旁瓣图案的器件的设计要求。
图1是现有技术中对于静态随机存储器件采用单一透光率分别为6%和12%的衰 减相移掩膜时，所获得的工艺窗口示意图；图2是现有技术中对于随机逻辑器件采用单一透光率分别为6%和12%的衰减相 移掩膜时，所获得的工艺窗口示意图；图3和图4是现有技术中对于随机逻辑器件采用单一透光率为6%的衰减相移掩 膜时旁瓣效应得到抑制的效果示意图；图5和图6是现有技术中对于随机逻辑器件采用单一透光率为12%的衰减相移掩 膜时旁瓣效应较明显的效果示意图；图7是本发明衰减相移掩膜实施方式的剖面示意图；图8是本发明衰减相移掩膜一种具体实施方式
的剖面示意图；图9是本发明衰减相移掩膜另一种具体实施方式
的剖面示意图。
具体实施例方式在半导体工艺中，例如逻辑器件，其中既包括静态随机存储(SRAM)部件，也包括 随机逻辑(Random Logic)部件，在采用光刻技术制作的接触孔时，通过衰减相移掩膜以实 现设计图形的转移。在现有技术中，如果采用具有单一透光率的衰减相移掩膜，将会导致工艺窗口和 旁瓣效应的矛盾。例如，在采用6%的曝光宽裕度的情况下，参考图1和图2，当采用透光 率为6 %的衰减相移掩膜时，参见小方块所连成的曲线，静态随机存储部件的工艺窗口为 0. 082um，随机逻辑部件的工艺窗口为0. llum，而当采用透光率为12%的衰减相移掩膜时， 参见小圆圈所连成的曲线，静态随机存储部件的工艺窗口为0. 091um，随机逻辑部件的工艺 窗口为0. 12um。然而，参考图3和图4，当采用透光率为6%的衰减相移掩膜时，基本很少出现旁瓣图案，而参考图5和图6，当采用透光率为12%的衰减相移掩膜时，却具有较多的旁 瓣图案，如旁瓣图案501和旁瓣图案601，旁瓣效应较明显。而采用本发明衰减相移掩膜，通过设置具有不同透光率的至少两种相移层的组合 以构成衰减相移掩膜，从而实现了针对应用环境的不同采用不同的透光率。在具体实施中， 本发明还通过对具有不同透光率的多层相移层设置其相互的位置，从而使所提供的衰减相 移掩膜能够同时满足逻辑器件和存储器件的不同设计要求。下面结合附图和实施例，对本发明实施方式作进一步说明。参考图7，本发明实施方式提供了一种衰减相移掩膜100，具有设定透光率，包括 第一相移层101，所述第一相移层101具有第一透光率；位于所述第一相移层101表面的第 二相移层102，所述第二相移层102采用具有第二透光率的材料，所述第二透光率根据所述 设定透光率以及所述第一透光率而确定；第一相移层101或第一相移层101与第二相移层 102的组合构成相移层，通过调节所述第一相移层101与第二相移层102的厚度或厚度之 和，使得透过所述相移层的光线与透过用于形成图像的缝隙的光线存在180度相移。具体来说，在第一相移层101表面设置第二相移层102，可根据实际需要，对第二 相移层102的第二透光率进行调节，从而调节衰减相移掩膜100的透光率，使得衰减相移掩 膜100具有更广泛的适用范围，在满足工艺窗口要求的同时，减少旁瓣图案的数量。例如，当第一相移层101的透光率为12%，当待形成器件需要较大工艺窗口时，可 使所述第二相移层102具有较大透光率，例如80% -100% ；而当待形成器件对旁瓣效应较 敏感时，可使所述第二相移层102具有较小透光率，例如50% -60%。其中，第二相移层102可覆盖第一相移层101的全部表面，也可仅覆盖第一相移层 101的部分表面。在一种实施方式中，可根据设计方案中存储器件与逻辑器件的相对位置结 构，设置所述第一相移层和所述第二相移层的相对位置结构，使得所述衰减相移掩膜能够 均衡较大工艺窗口和较低旁瓣效应的设计需求。参考图8，在一种具体实施例中，所述衰减相移掩膜可分为第一区域210和第二区 域220，其中，第一区域210中包括第一相移层201和覆盖于第一相移层201全部表面的第 二相移层202，第二区域220中的第一相移层201上未覆盖第二相移层202 ；也就是说，第二 相移层202仅覆盖部分第一相移层201的表面。在一种具体实施例中，第一相移层201材 料的透光率可为12%，第二相移层202采用透光率为50%的材料，则第一区域210中的透 光率为6%，而第二区域220中的透光率保持为12%。由于第二区域220具有较高的透光率，因而相较于第一区域210，对第二区域220 内的图案进行光刻时，具有较大的工艺窗口，而第一区域210内的图案则具有较小的旁瓣 风险，因此相应地，可根据该衰减相移掩膜200所用于形成的器件的类型和特性，对该衰减 相移掩膜200中的第一相移层201和第二相移层202的相对位置进行排布。具体来说，包括 第一相移层201和第二相移层202的第一区域210中的图案可与逻辑器件的设计相对应， 用于形成逻辑器件；而第二区域220，即包括第一相移层201中且不包括第二相移层202的 区域中的图案，可与存储器件的设计相对应，用于形成存储器件。为了使得第一区域210中各个图案的曝光光线产生相互干涉，在第一区域210部 分，可通过设置第一相移层201和第二相移层202的厚度之和d，使得穿过第一相移层201 和第二相移层202的光线与穿过第一区域210内各缝隙的光线之间存在180度的相移。
具体来说，穿过第一相移层201和第二相移层202的光线的相变量φ与第一相移层 201和第二相移层202的厚度之和d有关，其关系如式(1)所述φ = 2π( (η-1)/λ(1)其中，λ为光线波长，η为第一相移层201和第二相移层202所共同构成的膜的折射率。当所述光线产生180度的相移，也就是说，所述光线的相移量φ为π，因而，由(1) 式可获得，第一相移层201和第二相移层202的厚度之和d满足式O)的条件d = λ/[2(η_1)](2)而在第二区域220内，为了获得清晰的图案，在一种实施方式中，与第一区域210 类似地，参考图8，可通过设置第一相移层201的厚度使各个图案的曝光光线产生相互干 涉。具体来说，可通过将第二区域220内的第一相移层201的厚度d1(KI设置为如式(3)所 示d100= λ/[2(η100-1)](3)其中，η·为形成第一相移层201的材料的折射率。在另一种实施方式中，参考图9，还可在第二区域220中用于形成图案的缝隙处形 成凹槽203。通过调节凹槽203的深度以及第一相移层201的厚度，使得凹槽203所引起的 光线的相变量φ 与第一相移层201所带来的光线的相变量φ2之间相差π，从而能保证穿过 第二区域220中第一相移层201的光线与穿过第二区域220中各缝隙的光线之间存在180 度的相移，以提高图像的对比度。所述凹槽可形成于第一相移层之间的缝隙中，具体来说，可形成于构成所述缝隙 的待刻蚀层中，且其深度不超过所述待刻蚀层的厚度。其中，参考图9，凹槽203形成于待刻蚀层204，凹槽203所引起的光线的相变量φ〗 可表示为如式(4)所示
φ]=2π ,(η1-1)/λ(4)其中，Cl1为凹槽203的深度，H1为形成待刻蚀层204的材料的折射率。而此时，第一相移层201所带来的光线的相变量φ2可表示为如式(5)所示φ2=2π(12(] 2-1)/λ(5)其中，d2为第一相移层201的厚度，n2为第一相移层201的材料的折射率。由于φι与φ2之间相差π，由式⑷和式(5)可获得，当凹槽203的深度(I1与第一 相移层201的厚度d2满足如式(6)所述关系时，穿过第二区域220中第一相移层201的光 线与穿过第二区域220中各缝隙的光线之间存在180度的相移dJr^-D-dJnfl) = 士 λ/2 (6)在上述各实施方式中，所述第一相移层可由氮化硅钼(MoSiN)或氮氧化硅钼 (MoSiON)构成，也可以是氮化硅钼与氮氧化硅钼组合。本发明所提供的衰减相移掩膜可适用于130nm、90nm及更小的工艺节点的半导体 工艺流程，尤其适用于部分部件要求较大工艺窗口而另外部分部件要求较少旁瓣图案的半导体器件。在具体实施中，可先根据要求较大工艺窗口部件的设计图形设置所述第一相移 层，再根据具有较少旁瓣图案部件的设计图形设置位于所述第一相移层上的所述第二相移 层，从而获得能够均衡所述工艺窗口和旁瓣效应的衰减相移掩膜。相较于现有技术，本发明所述衰减相移掩膜通过在第一相移层上附加第二相移 层，以调节所述衰减相移掩膜的透光率，并且，根据对工艺窗口和旁瓣效应的要求的不同级 别，设置所述第二相移层相对于所述第一相移层的位置，从而达到既满足对较大工艺窗口 的需求，也能够抑制旁瓣效应。并且，本发明所述衰减相移掩膜在包括所述第一相移层和第二相移层区域，通过 调节所述第一相移层和第二相移层的厚度之和，使得透过形成图案的透光缝隙的曝光光线 与透过相移层的曝光光线之间存在180°的相位差异，从而使在相邻透光缝隙中间点上的 光强互相抵消或减弱，提高所形成图案的对比度。此外，本发明所述衰减相移掩膜还在不包 括所述第二相移层且仅包括第二相移层区域，通过调节所述第一相移层的厚度，或者在所 述待刻蚀层中设置凹槽并调节所述凹槽深度与所述第一相移层厚度的和，使得透过形成图 案的透光缝隙的曝光光线与透过相移层的曝光光线之间存在180°的相位差异，提高所形 成图案的对比度。虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但这些较佳实施例并非用以限定本发 明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各 种改正和补充，因此，本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。
权利要求
1.一种衰减相移掩膜，具有设定透光率，包括具有第一透光率的第一相移层；位于所述第一相移层表面的第二相移层，所述第二相移层采用具有第二透光率的材 料，所述第二透光率根据所述设定透光率以及所述第一透光率而确定；所述第一相移层或所述第一相移层与所述第二相移层的组合构成相移层，通过调节所 述第一相移层与所述第二相移层的厚度或厚度之和，使得透过所述相移层的光线与透过用 于形成图像的缝隙的光线存在180度相移。
2.如权利要求1所述的衰减相移掩膜，其特征在于所述第二相移层覆盖所述第一相 移层的全部表面。
3.如权利要求1所述的衰减相移掩膜，其特征在于所述衰减相移掩膜包括第一区域 和第二区域；所述第一区域包括所述第一相移层以及位于所述第一相移层表面的第二相移 层；所述第二区域仅包括第一相移层。
4.如权利要求3所述的衰减相移掩膜，其特征在于所述第一区域中，所述第二相移 层覆盖所述第一相移层的全部表面，且所述第一相移层与第二相移层的厚度之和为入/ [2(η-1)]，其中，λ为光线波长，η为所述第一相移层和所述第二相移层所构成的相移层的 折射率。
5.如权利要求3所述的衰减相移掩膜，其特征在于所述第二区域中，所述第一相移层 的厚度为λ/[2 (η (κΓ1)]，其中，λ为光线波长，η·为形成所述第一相移层的材料的折射率。
6.如权利要求3所述的衰减相移掩膜，其特征在于所述第二区域包括所述第一相移 层以及位于所述第一相移层之间的缝隙中的凹槽。
7.如权利要求6所述的衰减相移掩膜，其特征在于所述第一相移层的厚度与所述凹 槽的深度符合关系式d2 (Ii2-I)-Cl1 (Ii1-I) = 士 λ/2，其中，Cl1为所述凹槽的深度，H1为凹槽 材料的折射率；d2为所述第一相移层的厚度，n2为所述第一相移层的材料的折射率。
8.如权利要求6所述的衰减相移掩膜，其特征在于所述凹槽形成于所述待刻蚀层中。
9.如权利要求1所述的衰减相移掩膜，其特征在于所述第一相移层为氮化硅钼或氮 氧化硅钼或其组合。
全文摘要
一种衰减相移掩膜，具有设定透光率，包括具有第一透光率的第一相移层；位于所述第一相移层表面的第二相移层，所述第二相移层采用具有第二透光率的材料，所述第二透光率根据所述设定透光率以及所述第一透光率而确定；所述第一相移层或所述第一相移层与所述第二相移层的组合构成相移层，通过调节所述第一相移层与所述第二相移层的厚度或厚度之和，使得透过所述相移层的光线与透过用于形成图像的缝隙的光线存在180度相移。本发明衰减相移掩膜可对透光率进行调节，具有更广泛的适用范围，在满足工艺窗口要求的同时，减少旁瓣图案的数量。
文档编号G03F1/00GK102129165SQ20101002287
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者朴世镇 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司