相移光掩模结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种相移光掩模结构及其制备方法，制备方法包括：提供一石英基底；通过第一阻挡层图形在石英基底中定义出相移区域；通过离子注入工艺将第一反应离子注入至石英基底的相移区域表层，第一反应离子与石英基底反应形成相移材料层，相移材料层的顶面与石英基底的顶面在同一平面上；去除第一阻挡层图形；通过离子注入工艺制备遮光材料层。本发明专利技术通过离子注入方式，可在同一石英基底上实现移相区和遮光区，大大拓展了光掩模的适用范围；通过离子注入反应的方式形成较薄的相移材料层或遮光材料层，可以实现较为理想的衰减和相移，可在晶圆上获得更好的分辨率和对比度，同时大大简化了光掩模的制作工艺。简化了光掩模的制作工艺。简化了光掩模的制作工艺。

【技术实现步骤摘要】
相移光掩模结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体集成电路设计及制造领域，特别是涉及一种相移光掩模结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]光刻技术伴随集成电路制造方法的不断进步，线宽的不断缩小，半导体器件的面积正变得越来越小，半导体的布局已经从普通的单一功能分离器件，演变成整合高密度多功能的集成电路；由最初的IC(集成电路)随后到LSI(大规模集成电路)，VLSI(超大规模集成电路)，直至今天的ULSI (特大规模集成电路)，器件的面积进一步缩小。考虑到工艺研发的复杂性，长期性和成本高昂等不利因素的制约，如何在现有技术水平的基础上进一步提高器件的集成密度，以在同一硅片上得到尽可能多的有效的芯片数，从而提高整体利益，将越来越受到芯片制造者的重视。其中投影式光刻工艺就担负着关键的作用，对于本文中的光刻技术都指投影式光刻而言，投影式光刻设备、工艺及掩模板技术是其中的重中之重。
[0003]最简单的二元光掩模(BIM)或相移光掩模(PSM)的都具有一个掩模层Cr，其厚度约为50
‑
100nm。相移光掩模的相移可由图案化后石英衬底上的沟槽深度提供，也可通过相移层材料提供。
[0004]双层相移光掩模可包括遮光的Cr层和MoSi基相移层，其MoSi基相移层厚度约为50
‑
150nm，以保证其相移和衰减功能。在双层相移光掩模的图案制作完成后，双层相移光掩模的相移量和衰减量由MoSi基相移层的厚度确定。相移光掩模还可以包含多层结构，以获得更好的光掩模性能。
[0005]空白的相移光掩模通常是多层的，然后，在掩模制作腔室内将空白的相移光掩模进行图案化，形成具有相移、衰减或全透射区域的不同区域。通常，位于不同区域的各层的边缘具有一定的高度差，这会导致光散射和失真、峰值强度不均匀、边缘宽度变化等问题。
[0006]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种相移光掩模结构及其制备方法，用于解决现有技术中相移光掩模位于不同区域的各层的边缘具有一定的高度差，导致相移光掩模性能变差的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种相移光掩模结构的制备方法，所述制备方法包括：提供一石英基底；通过第一阻挡层图形在所述石英基底中定义出相移区域；通过离子注入工艺将第一反应离子注入至所述石英基底的相移区域表层，所述第一反应离子与所述石英基底反应形成相移材料层，所述相移材料层的顶面与所述石英基底的顶面在同一平面上；去除所述第一阻挡层图形；通过第二阻挡层图形在所述相移材料层中
定义出遮光区域；通过离子注入工艺将第二反应离子注入至所述遮光区域的相移区域表层，所述第二反应离子与所述相移材料层反应形成遮光材料层，所述遮光材料层的顶面与所述石英基底的顶面在同一平面上；去除所述第二阻挡层图形。
[0009]可选地，通过调整所述第一反应离子的注入种类或浓度，控制所述相移材料层的相移角度和光透过率，其中，所述相移材料层的相移角度介于0～180度之间，光透过率介于5～35％之间，用于所述相移光掩模结构曝光的光线为DUV激光，所述DUV激光的波长为365纳米或248纳米。。
[0010]可选地，所述第一反应离子包括Mo，所述第一反应离子还包括N、O和C中的一种或两种以上，所述相移材料层包括MoSiO、MoSiON及MoSiOCN中的一种。
[0011]可选地，所述第一反应离子包括Mo、C、N和O，所述相移材料层包括MoSiOCN，所述移相材料层的厚度为5～100纳米，所述离子注入工艺中，Mo离子的浓度为1E15～1E16cm
‑3，注入能量为5～100keV，N离子和O离子的总浓度为1E10～1E12cm
‑3，注入能量为1～20keV，C离子的浓度为1E10～1E12cm
‑3，注入能量为1～20keV。
[0012]可选地，去除所述第一阻挡层图形后，还包括步骤：对所述相移材料层进行炉管退火或快速热退火，退火温度为100～400℃。
[0013]可选地，所述第二反应离子包括Mo，所述第二反应离子还包括N、O和C中的一种或两种以上，所述遮光材料层包括MoSiO、MoSiON及MoSiOCN中的一种。
[0014]可选地，所述第二反应离子包括Mo、C、N和O，所述离子注入工艺中，Mo离子的浓度为1E15～1E16cm
‑3，注入能量为5～100keV，N离子和O离子的总浓度为1E10～1E12cm
‑3，注入能量为1～20keV，C离子的浓度为1E10～1E12cm
‑3，注入能量为1～20keV。
[0015]可选地，所述遮光材料层的厚度为10～150纳米。
[0016]可选地，去除所述第二阻挡层图形后，还包括步骤：对所述遮光材料层进行炉管退火或快速热退火，退火温度为100～400℃。
[0017]本专利技术还提供一种相移光掩模结构，包括：石英基底；相移材料层，嵌入于所述石英基底表层，所述移相材料层通过第一反应离子注入至所述石英基底并与所述石英基底反应形成，所述相移材料层的顶面与所述石英基底的顶面在同一平面上；遮光材料层，所述遮光材料层通过第二反应离子注入至所述相移材料层并与所述相移材料层反应形成，所述遮光材料层的顶面与所述石英基底的顶面在同一平面上。
[0018]可选地，所述相移材料层的相移角度介于0～180度之间，光透过率介于5～35％之间，用于所述相移光掩模结构曝光的光线为DUV激光，所述DUV激光的波长为365纳米或248纳米。。
[0019]可选地，所述第一反应离子包括Mo，所述第一反应离子还包括N、O和C中的一种或两种以上，所述相移材料层包括MoSiO、MoSiON及MoSiOCN中的一种。
[0020]可选地，所述第一反应离子包括Mo、C、N和O，所述相移材料层包括MoSiOCN，所述移相材料层的厚度为5～100纳米。
[0021]可选地，所述第二反应离子包括Mo，所述第二反应离子还包括N、O和C中的一种或两种以上，所述遮光材料层包括MoSiO、MoSiON及MoSiOCN中的一种，所述遮光材料层的厚度为10～150纳米。
[0022]如上所述，本专利技术的相移光掩模结构及其制备方法，具有以下有益效果：
[0023]本专利技术通过离子注入方式，可在同一石英基底上实现移相区和遮光区，从而满足了生产制造对光掩模更多的功能需求，大大拓展了光掩模的适用范围。
[0024]本专利技术通过离子注入反应的方式形成较薄的相移材料层及遮光材料层，可以实现较为理想的衰减和相移，通过本专利技术的相移光掩模结构可以在晶圆上获得更好的分辨率和对比度，同时大大简化了光掩模的制作工艺。
[0025本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相移光掩模结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供一石英基底；通过第一阻挡层图形在所述石英基底中定义出相移区域；通过离子注入工艺将第一反应离子注入至所述石英基底的相移区域表层，所述第一反应离子与所述石英基底反应形成相移材料层，所述相移材料层的顶面与所述石英基底的顶面在同一平面上；去除所述第一阻挡层图形；通过第二阻挡层图形在所述相移材料层中定义出遮光区域；通过离子注入工艺将第二反应离子注入至所述遮光区域的相移区域表层，所述第二反应离子与所述相移材料层反应形成遮光材料层，所述遮光材料层的顶面与所述石英基底的顶面在同一平面上；去除所述第二阻挡层图形。2.根据权利要求1所述的相移光掩模结构的制备方法，其特征在于：通过调整所述第一反应离子的注入种类或浓度，控制所述相移材料层的相移角度和光透过率，其中，所述相移材料层的相移角度介于0～180度之间，光透过率介于5～35％之间，用于所述相移光掩模结构曝光的光线的波长为365纳米或248纳米的DUV激光。3.根据权利要求1所述的相移光掩模结构的制备方法，其特征在于：所述第一反应离子包括Mo，所述第一反应离子还包括N、O和C中的一种或两种以上，所述相移材料层包括MoSiO、MoSiON及MoSiOCN中的一种。4.根据权利要求3所述的相移光掩模结构的制备方法，其特征在于：所述第一反应离子包括Mo、C、N和O，所述相移材料层包括MoSiOCN，所述移相材料层的厚度为5～100纳米，所述离子注入工艺中，Mo离子的浓度为1E15～1E16cm
‑3，注入能量为5～100keV，N离子和O离子的总浓度为1E10～1E12cm
‑3，注入能量为1～20keV，C离子的浓度为1E10～1E12cm
‑3，注入能量为1～20keV。5.根据权利要求1所述的相移光掩模结构的制备方法，其特征在于：去除所述第一阻挡层图形后，还包括步骤：对所述相移材料层进行炉管退火或快速热退火，退火温度为100～400℃。6.根据权利要求1所述的相移光掩模结构的制备方法，其特征在于：所述第二反应离子包括Mo，...

【专利技术属性】
技术研发人员：季明华，黄早红，任新平，
申请(专利权)人：上海传芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：