[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

本发明实施例提供一种半导体装置的制造方法，通过使用两个交替相移掩膜和一个曝光后烘烤，将光阻膜图案化成具有改善的临界尺寸均匀性且没有相位边缘的岛状物阵列。使用具有线宽/间距(L/S)图案的第一交替相移掩膜将光阻层曝光，其中穿过不透明线的每一侧上的交替透光区的光是180°相移的。此后，以具有线宽/间距图案的第二交替相移掩膜进行第二曝光，第二曝光中的不透明线与第一曝光中的不透明线的纵向尺寸正交对齐，并且具有交替的0°和180°透光区。然后，使用曝光后烘烤和随后的显影工艺来形成岛状物阵列。双重曝光方法能够实现比传统光刻更小的岛状物，并且使用相对简单的交替相移掩膜设计，此设计在制造中比其他光学增强技术更容易实现。

技术领域

本发明实施例涉及一种改善包括岛状物阵列的光阻图案的临界尺寸均匀性的方法，尤其涉及将光阻膜曝光的顺序，其利用具有平行不透明水平线的第一交替相移掩膜(alternating phase shift mask，AltPSM)，其中平行不透明水平线被交替透光(clear)0°和180°相区隔开，然后利用具有平行不透明垂直线的第二交替相移掩膜曝光，其中平行不透明垂直线具有透光交替0°和180°相区，最后进行曝光后烘烤并将光阻膜显影以形成大致上圆形或椭圆形的岛状物，这些岛状物随后通过蚀刻工艺穿过下方膜层的堆叠转移，藉此形成例如用于半导体或硬盘驱动机(hard disk drive，HDD)应用的磁穿隧接面(magnetictunnel junctions，MTJs)的装置。

背景技术

半导体和硬盘驱动机应用中的存储器装置的制造需要使用光刻工艺来定义基底中的图案。利用穿过具有不透明和透明区的掩膜(光掩膜(reticle))的辐射将基底上的光阻层图案化曝光。在将曝光的光阻层显影以在光阻层中形成图案之后，将图案蚀刻转移至基底中。常见的掩膜是二元掩膜，其由不透明材料(例如铬)上覆透明基底(通常为石英)组成。来自例如248纳米(nm)或193nm准分子激光(excimer laser)光源的光穿过掩膜上未被铬阻挡的区域，并在光阻层上呈现空间影像(aerial image)。包括多个透镜的光学缩减系统(optical reduction system)用于在照射于光阻表面上的空间影像中将掩膜图案的尺寸以例如5：1倍的因子缩减。空间影像具有高密度和低密度(暗区域)，高密度对应于穿过透明掩膜区的光，低密度中光被不透明区阻挡，藉此在光阻中产生“曝光”和“未曝光”区。少量辐射确实到达“未曝光”区，特别是由于绕射光而到达“曝光”区的边界处。此条件限制了在光阻膜中形成或分辨的最小部件尺寸。由于需要持续缩减部件尺寸以在每单位面积上构建较高密度的装置，已经开发了许多增强分辨率技术。

可以在光阻膜中印刷的最小部件尺寸定义为R＝kλ/NA，其中R是最小分辨率，k是光刻工艺的常数，λ是曝光波长，NA是曝光设备中投影光学(projection optics)的数值孔径(numerical aperture)。在过去20年期间，经由改善的工艺控制的较低的k、较低的λ和较高的NA的组合使得技术节点稳定地从180nm减少到45nm及以下。应注意的是，也可以通过改良掩膜或光刻工艺来降低k，包括使用递减型掩膜(attenuated masks)、离轴照明(off-axis illumination，OAI)、光学邻近校正(optical proximity correction，OPC)及其他方法来改善空间影像中的亮区和暗区之间的对比度。图1描绘用于印刷岛状物阵列的传统二元掩膜3，其中铬区60被透光石英区61隔开。然而，由于空间影像中的对比度不佳，工艺宽容度(process latitude)和分辨率受到限制，特别对于小于250nm的光阻部件尺寸。节距(pitch)p定义为线宽(linewidth)s和邻近空间v的总和。

商业光阻液通常由聚合物、浇铸溶剂(casting solvent)和多种添加剂组成，其中添加剂包括涂覆于晶片上且在加热板上烘烤以大致上除去所有溶剂并留下光阻膜的光敏材料。光敏组件在暴露于光时发生反应并产生酸，其造成正型光阻中的去保护(deprotection)机制，去保护机制中聚合物变得可溶于显影剂而未曝光区保持不溶，或引发负型光阻中的交联机制，交联机制中聚合物交联以使得曝光区不溶于显影剂而未曝光区可溶。