一种用于极紫外光刻的掩模结构及其制备方法与流程

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种用于极紫外光刻的掩模结构及其制备方法。

背景技术：

极紫外光刻技术是集成电路制造产业中实现10nm及以下技术节点的首选技术，它采用波长为13.5nm的极紫外光作为工作波长，由于几乎所有物质对该波长均不透明，因此，包括其掩模在内的所有光学元件均需采用镀制有多层膜的反射式元件。

通常，用于极紫外光波段的多层膜由Mo、Si两种物质在光学元件基底上交替沉积而成，其总厚度约300nm。随着集成电路制造产业中技术节点的不断推进，极紫外光刻设备需要向大数值孔径(NA)发展，其掩模上的特征尺寸(Critical Dimension,CD)也必须进一步缩小，而携带掩模图案信息的吸收层厚度受材料性质所限，并无明显降低，使得掩模特征尺寸与吸收层厚度相当，进而导致了极紫外光刻系统中的掩模阴影效应，也称为3D效应的加剧。

2013年，日本的Kosuke Takai等人制作了第一块薄膜刻蚀型二元掩模用以克服极紫外光刻中存在的掩模阴影效应。在该方法中，研究人员通过刻蚀掩模白板中的多层膜结构，使其对极紫外光产生吸收，取代传统二元掩模中的吸收层结构，以达到携带掩模图案信息的作用。

但是，在这种薄膜刻蚀型掩模的制备过程中，掩模吸收区是通过完全刻蚀掩模白板的多层膜结构实现的，其刻蚀厚度与多层膜厚度相当，约300nm，这相对于40nm及以下(对应于半导体产业中10nm及以下技术节点)的掩模特征而言，在采用湿法刻蚀进行薄膜刻蚀的过程中，溶剂易发生扩散从而造成反射区多层膜基底产生缺陷，影响掩模对比度，最终降低曝光质量。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术所存在的缺陷，提供一种新型极紫外光刻用掩模结构的制备方法以及由该方法制得的掩模结构，不仅能够克服掩模阴影效应，还能够避免对多层膜的刻蚀。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种极紫外光刻用掩模结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法依次包括如下步骤：

a.掩模基底的处理，包括将设计曝光图案转移到所述掩模基底，并形成凹陷区与外凸区；

b.多层膜的制作，将多层膜沉积于处理后的掩模基底上，所述多层膜由高折射率介质层与低折射率介质层交替沉积形成；

c.过渡层的制作，将过渡层沉积于所述多层膜上；

d.吸收层的制作，将吸收层设置于所述过渡层上，所述吸收层包括能够吸收光能的材料；

e.保护层的制作，除去所述外凸区的过渡层和吸收层后，将保护层覆盖于所述外凸区的多层膜和所述凹陷区的吸收层上，所述保护层对所述掩模结构起到保护作用；

所述凹陷区为掩模结构的吸收区；所述外凸区为所述掩模结构的反射区。

优选的，所述吸收区的吸收层的上表面不高于所述反射区的多层膜的上表面。

优选的，所述掩模结构的保护层为三维结构。

优选的，所述吸收区的保护层上表面与所述反射区的保护层上表面之间存在偏移值。所述偏移值不大于50nm。

优选的，所述多层膜由Mo层与Si层交替沉积形成，所述多层膜设有40-60个周期。

优选的，所述能够吸收光能的材料为具有高吸收系数的物质。所述能够吸收光能的材料选自Ta的化合物、Cr的化合物或SnO中的一种或多种。

优选的，所述保护层的材料选自Ru、RuO或Li中的一种或多种。

再另一方面，本发明提供一种极紫外光刻用掩模结构，具体通过上面所述的制备方法制得。

本发明的有益效果在于：本发明提供的极紫外光刻用掩模结构的制备方法，一方面，相比于传统的二元掩模结构，制得的掩模结构将吸收层上表面置于反射区多层膜上表面等高或更低的位置，使得吸收区对反射区的光线完全无遮挡，从而实现了抑制或者克服掩模阴影效应的功能；另一方面，相比于现有的薄膜刻蚀型掩模结构或吸收层注入式掩模结构，本发明所提供的掩模结构制作过程中，不用对起着反射率增强作用的多层膜结构进行刻蚀，极大地减少了掩模制备过程中对反射区多层膜结构的损伤，从而提高了其结构可靠性，提升了掩模的性能。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的掩模基底的结构示意图。

图2为根据本发明一个实施例的掩模基底刻蚀后的结构示意图。

图3为根据本发明一个实施例的制作多层膜后的结构示意图。

图4为根据本发明一个实施例的制作过渡层后的结构示意图。

图5为根据本发明一个实施例的制作吸收层后的示意图。

图6为根据本发明一个实施例的掩模结构示意图。

图7为根据本发明另外一个实施例的掩模结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1至图6示出了整个掩模结构制备过程中每一步所得结构的示意图，图1至图6仅为结构的示意图，并未按实际画出具体周期或者按比例画出各层的厚度。下面结合图1至图6介绍本发明一个实施例的掩模结构的制备方法。

图1中所示掩模基底00为硅基底，具体可为Si晶圆。掩模基底00的处理包括将设计曝光图案转移到所述掩模基底，并形成凹陷区与外凸区。具体实施方式中，掩模基底00经过清洗和干燥等预处理之后，进行涂胶，使光刻胶01均匀分布于掩模基底00的表面，然后采用光刻或电子束直写等技术对掩模基底00进行刻蚀，将设计曝光图案转移到掩模基底00中，同时形成凹陷区与外凸区，具体如图2所示。其中，凹陷区的深度通常为 20nm-80nm，具体与吸收层等其他结构的厚度有关，凹陷区对应于掩模结构的吸收区50，外凸区对应于掩模结构的反射区60。

在制作多层膜之前，先经过去胶，除去光刻胶01，再经过清洗和干燥等工艺处理之后，可采用磁控溅射镀膜技术等方式，向掩模基底00沉积多层膜10，多层膜10由高折射率介质层与低折射率介质层交替沉积形成，如图3所示。具体的，多层膜10为Mo/Si多层高反射膜，对于先沉积Mo层11还是Si层12并没有限定，只要保证Mo层11与Si层12交替层叠即可，所形成的多层膜10的表面轮廓分布近似于掩模基底00中设计曝光图案的分布。

在优选的实施方式中，多层膜10的周期为40-60个，更优选为40个；多层膜10的周期厚度为7nm左右，多层膜10中每一个周期的周期厚度可以相同，也可以不同，图1至图7中均未完整画出所有的周期。

在凹陷区和外凸区均沉积多层膜10后，再向多层膜10的表面均匀沉积过渡层20，具体如图4所示。其中，过渡层20的材料可为光刻胶或其他可溶于溶剂中的固体物质，只要能够实现与溶剂等直接接触并反应，或者通过其他途径使附着于反射区60的过渡层20上的吸收层30脱落，露出多层膜10表面，从而实现极紫外光的反射，形成掩模的反射区作用即可。

之后，采用热蒸发镀膜或磁控溅射等各种物理或化学沉积技术，在过渡层20表面沉积吸收层30，吸收区50的吸收层30的上表面低于反射区60的多层膜10的表面，具体如图5所示。该结构设置能够使得吸收区50对反射区60的光线完全无遮挡，从而实现了克服或者抑制掩模阴影效应的功能。

吸收层30包括能够吸收光能的材料，具体可由在极紫外波段具有高吸收系数的物质构成，起着吸收极紫外光，携带掩模信息的作用。

具体的，高吸收系数物质选自Ta的化合物、Cr及其化合物或SnO中的一种或多种。其中，SnO由于在深紫外具备较高透过率，可以用于极紫外光刻掩模的深紫外波段检测。

将所形成的图5所示结构放置于溶剂中，使得反射区60的过渡层20发生溶解，并使附着于该区域的吸收层30脱落，露出多层膜10表面，实现极紫外光的反射。同时，吸收区50的过渡层20由于无法与溶剂发生直接接触，并不会溶解，因此附着于此的吸收层30得以保留。此处所保留的过渡层20 并非掩模的功能结构，只是在该掩模结构的制备过程中不可去除的残余结构，但是对掩模结构的性能并不会产生任何不良影响。

最后，经过清洗、干燥等工艺处理后，向上一过程中所得结构表面沉积保护层40，得到最后的掩模结构如图6中所示。该保护层40主要为了抑制掩模在氧化和工作环境下高能粒子溅射引起的损伤，保护层40的材料选自Ru、RuO或Li中的一种或多种。

图6所示的掩模结构中，保护层40为三维结构，吸收区50的保护层40上表面与反射区60的保护层40上表面之间存在偏移值，偏移值不大于100nm，具体为几纳米到几十纳米。在掩模基底00刻蚀过程中，具体刻蚀的深度与吸收层30的厚度，以及该偏移值有关。该掩模结构在不对多层膜10直接进行刻蚀，不影响多层膜10性能的同时，还能够完全克服掩模阴影的影响，提高掩模结构的性能。

另外，经过图1至图6所示的类似的制备过程，最后得到另外一种如图7所示的掩模结构。制备过程中的区别仅在于，掩模基底00的刻蚀过程中，刻蚀深度需要减小，另外，在沉积吸收层30时，吸收区50的吸收层30的上表面与反射区60的多层膜10的上表面平齐，最后制得的掩模结构中，吸收区50的保护层40上表面与反射区60的保护层40上表面处于同一平面。

该制备过程同样无需直接对多层膜10进行刻蚀，不会破坏多层膜10的结构，更不会降低多层膜10的性能，能够提高掩模结构整体的性能。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。