[发明专利]掩模刻蚀工艺

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路的制造和集成电路制造中使用的光刻掩模板(photolithographic reticle)的制造。

背景技术

自从几十年前首次出现半导体器件以来，半导体器件几何结构在尺寸上已显著减小。从此，集成电路一般遵循两年/尺寸减半规律(通常称为摩尔定律)，这意味着芯片上的器件数量每两年翻倍。当代制造工厂常规地生产具有0.15μm以及甚至0.13μm特征尺寸的器件，而将来的制造厂不久将生产具有更小几何尺寸的器件。

不断增加的电路密度已对用于制造半导体器件的工艺提出了更多的要求。例如，随着电路密度增加，通孔(via)、接触(contract)和其他特征以及它们之间的介电材料的宽度，随之减小到亚微米尺寸，而介电层的厚度保持基本不变，结果导致特征的孔径比，即，它们的高度除以宽度随着增加。对于亚微米技术的成功和不断努力增加独立衬底的电路密度和质量来说，高孔径比特征的可靠形成非常重要。

高孔径比特征传统上通过对衬底表面构图以限定特征的尺寸并随后刻蚀衬底以去除材料并限定该特征而形成。为了形成具有所需高度与宽度的比率的高孔径比特征，需要在特定的参数内形成该特征的尺寸，所述参数通常定义特征的临界尺寸。从而，具有所需临界尺寸的高孔径比特征需要对于衬底的精确构图以及随后的刻蚀。

光刻是用于在衬底表面上形成精确图案的技术，以及随后刻蚀已构图的衬底表面而形成所需的器件或特征。在刻蚀工艺之前，光刻技术使用光图案和在衬底表面上沉积的光刻胶材料，在衬底表面上显影精确的图案。在传统的光刻工艺中，在层上涂覆待刻蚀的光刻胶，从而通过将光刻胶经过其上沉积有光掩模层的光刻掩模板暴露于光图案中而限定出该层中待刻蚀的特征，诸如接触、通孔、或互连。光掩模层对应于特征的所需结构。为了改变光刻胶的成分，例如，发出紫外(UV)光或低X射线光的光源可用于曝光光刻胶。一般地，所暴露的光刻胶材料通过化学工艺去除以暴露出下层衬底材料。随后刻蚀所暴露的下层衬底材料，从而在衬底表面形成特征，而残留的光刻胶材料保留为用于所暴露的下层衬底材料的保护涂层。

二元光刻掩模板通常包括由诸如石英(即，二氧化硅SiO₂)的透光硅基材料形成的衬底，并具有在衬底的表面上沉积的金属例如通常为铬的不透明遮光层或光掩模。对遮光层构图以对应于待转移至衬底的特征。通过在包括透光硅基材料的衬底上首先沉积薄金属层，并随后在该薄金属层上沉积光刻胶层而制造二元光刻掩模板。随后使用传统的激光或电子束构图设备对光刻胶进行构图以限定出待转移至金属层的临界尺寸。接着刻蚀金属层以去除未被所构图的光刻胶保护的金属材料；从而暴露出下层透光材料并形成构图的光掩模层。光掩模层允许光沿着精确的图案从其通过照射在衬底表面上。

传统的刻蚀工艺，诸如湿刻，趋于等向性刻蚀，其可导致已构图的光刻胶下方的金属层中的底切现象(undercut phenomenon)。底切现象可在光掩模上产生非均匀间隔并且不具有所需笔直且垂直的侧壁的已构图的特征，从而失去特征的临界尺寸。另外，特征的等向性刻蚀可能过刻蚀高孔径比特征的侧壁，导致特征的临界尺寸的损失。在金属层中形成的不具有所需临界尺寸的特征有害地影响光通过并导致在随后的光刻工序中利用光掩模的不尽人意的构图。

公知为干刻处理或干刻的等离子体刻蚀处理，提供相比于湿刻处理更加异向性的刻蚀。干刻工艺已表明可产生更少的底切并可改善具有更笔直侧壁和更平底部的光掩模特征的临界尺寸的保持力。然而，干刻可能过刻蚀或不精确地刻蚀在光刻胶材料中形成的用于限定金属层的临界尺寸的开口或图案的侧壁。光刻胶材料的过量侧部去除将导致构图的光刻胶特征的临界尺寸的损失，而这将转变为在由已构图的光刻胶层限定的金属层中形成的特征的临界尺寸的损失。另外，不精确的刻蚀不能充分刻蚀特征以提供需要的临界尺寸。不能充分刻蚀特征至临界尺寸称为临界尺寸的“增加(gain)”。金属层中临界尺寸的损失或增加的程度称为“刻蚀偏差”或“CD偏差”。用于在衬底表面上形成0.14μm特征的光掩模图案中的刻蚀偏差可高达120nm。

金属层中形成的图案的临界尺寸的损失或增加有害地影响光通过并产生许多构图缺陷以及在通过光刻掩模板构图的衬底中的后续刻蚀缺陷。对于刻蚀高孔径比的亚微米特征来说，光掩模的临界尺寸的损失或增加可能导致不充分的光刻性能，并且，如果临界尺寸的损失或增加足够严重，则光刻掩模板或随后所刻蚀的器件将失效。