專利名稱：高反差比膜片掩膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高反差比膜片掩膜，具體地說，涉及一種膜片掩膜，用于電子束平版印刷或X射線平版印刷。本發(fā)明還涉及一種制成這種膜片掩膜的方法。
一種膜片掩膜，在制作半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)過程中用于電子束平版印刷和X射線平版印刷。這種膜片掩膜一般包含掩膜主體圖樣，用作散射電子束的散射膜和吸收X射線的吸收膜，還包含用于支撐掩膜主體圖樣的膜片掩膜，以及用于支撐膜片掩膜的硅基板。
下面先參照

圖1A至1C敘述制成膜片掩膜的常規(guī)技術(shù)。利用CVD技術(shù)在硅晶片41上沉積3μm厚的氮化硼膜42，隨之利用高頻濺射技術(shù)再在其上沉積一層鎢膜43，如圖1A所示。鎢膜43的厚度為1.5μm左右，具有包含α相和β相的混合相結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
隨后再如圖1B所示，通過旋轉(zhuǎn)涂敷，在其上加一層阻擋膜層44，用于電子束曝光，隨之通過電子束45曝光，將所需的圖樣寫在阻擋膜層44上。
此后如圖1C所示，使阻擋膜層44顯影，制成具有所需圖樣的電子束掩膜。然后再如圖1D所示，用阻擋膜層44作為掩膜，使鎢膜43經(jīng)活性離子的蝕刻(RIE)過程，得到具有所需圖樣的膜片掩膜。
在上述常規(guī)過程中，眾所周知，包含α相和β相的鎢膜43混合相結(jié)晶結(jié)構(gòu)提供比較小的鎢膜43內(nèi)應(yīng)力。即使為了實現(xiàn)較高的反差比而使膜片掩膜的厚度較大，這種較小的內(nèi)應(yīng)力使膜片掩膜的掩膜圖樣變形較小。
近來，考慮到半導(dǎo)體器件精細設(shè)計標準的快速發(fā)展，要求膜片掩膜具有較高的制圖精度，以及較高的位置精度。眾所周知的是，由于鎢膜公知的重金屬特有特性，鎢膜具有較大的內(nèi)應(yīng)力。這種較大的內(nèi)應(yīng)力引起膜的變形，從而阻礙了制圖的精度，并引致膜片掩膜的剝離。通過加大作為電子束散射膜或X射線吸收膜之鎢膜的厚度，可達到制圖的精度或避免所述剝離。
然而，掩膜主體圖樣的厚度較大，增大了掩膜主體圖樣的縱橫尺寸比，這降低了掩膜主體膜層的制圖精度。一般由膜厚與掩膜上圖樣寬度的比率確定所述的縱橫尺寸比。
按照圖1A至1D所示的常規(guī)技術(shù)，包含α相和β相的鎢膜43混合相結(jié)晶結(jié)構(gòu)可以減小膜的應(yīng)力，從而可減小掩膜主體的厚度。不過，膜片掩膜所需的特定反差比阻礙了膜厚度的減小。因而，按所述的常規(guī)技術(shù)不能達到掩膜的制圖精度。
基于上述，本發(fā)明的目的在于提供一種厚度較小的膜片掩膜，而不降低反差比，因而達到更高的制圖精度。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制成這種膜片掩膜的方法。
本發(fā)明提供一種膜片掩膜，它包括晶片、包含第一種材料并受所述晶片支撐的膜片薄膜，以及覆蓋所述膜片薄膜的掩膜主體；所述掩膜主體具有包含開孔的掩膜圖樣；所述膜片薄膜具有在所述掩膜主體下面、不同于所述開孔的第一區(qū)域，該第一區(qū)域是通過另加入原子數(shù)高于第一種材料之原子數(shù)的原子而形成。
本發(fā)明還提供一種制作膜片掩膜的方法，包括如下步驟形成支撐于晶片上的膜片薄膜；在膜片薄膜上形成阻擋掩膜；利用所述阻擋掩膜選擇原子注入所述膜片薄膜中，形成注入?yún)^(qū)域，所述原子的原子數(shù)高于所述膜片薄膜中所含材料的原子數(shù)；在包含所述注入?yún)^(qū)域之膜片薄膜上形成掩膜主體薄膜；以及對掩膜主體薄膜制圖，以便具有包括不同于所述注入?yún)^(qū)域、暴露膜片薄膜之開孔的圖樣。
按照本發(fā)明的膜片掩膜和由本發(fā)明方法制成的膜片掩膜，包含較高原子數(shù)之原子的注入?yún)^(qū)域具有電子束散射或X射線吸收的功能，從而對掩膜主體有所幫助。因而，注入?yún)^(qū)域提高了由掩膜主體圖樣所得最終圖樣的反差比，而不會增加掩膜主體的厚度。
從以下參照附圖的詳細描述，將使上述及其它目的、特征和優(yōu)點愈為清晰，其中圖1A至1D是常規(guī)膜片掩膜的截面圖，一般性地示出它的制作步驟；圖2是本發(fā)明一種具體實施例膜片掩膜的截面圖3A至3F是圖2膜片掩膜的截面圖，一般性地示出它的制作過程的步驟；圖4A至4F是圖2膜片掩膜的截面圖，一般性地示出它的另一制作過程的步驟。
參照圖2，本發(fā)明一種膜片掩膜包括硅晶片11、由原子數(shù)較低之第一種材料注入并在晶片上形成的膜片薄膜12，以及由原子數(shù)較高之第二種材料注入并在膜片薄膜12上形成的掩膜主體圖樣13。
除掩膜主體圖樣13中的開孔外，膜片薄膜12在掩膜主體圖樣13的底部具有注入?yún)^(qū)域14。通過將原子數(shù)高于第一種材料之原子數(shù)的重原子注入或加入膜片薄膜12中，形成注入?yún)^(qū)域14。注入?yún)^(qū)域14中的重原子具有與掩膜主體圖樣13相關(guān)聯(lián)的散射電子束或吸收X射線的功能。膜片薄膜12區(qū)域不同于注入?yún)^(qū)域14，由于其中沒有重原子，所以它具有固有的適當透過電子束或X射線的功能。
膜片薄膜12中第一種材料的舉例包括氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、金剛石等。膜片薄膜12的注入?yún)^(qū)域14中的重原子最好選自重金屬，選自元素周期表中第六周期和其后各周期所列各重金屬尤好。重金屬的舉例包括鎢(W)、鉭(Ta)、金(Au)、鉑(Pt)、鉛(Pb)等。注入的重原子可包括多種重金屬。
掩膜主體圖樣13的材料最好選自重金屬或者重合金，如W、Ta、TaGe、TaReGe。掩膜主體圖樣13最好包括元素周期表中第六周期和其后各周期所列的一種或多種重金屬。
參照圖3A至3F，它們表示制作本發(fā)明一種實施例膜片掩膜的制作過程。這種膜片掩膜被用于比如電子束平版印刷。圖3A中采用LPCVD(低壓化學(xué)汽相沉積)技術(shù)將一層氮化硅(SiN)膜22沉積在直徑200mm之硅晶片21的頂面上，其厚度達100nm(納米)。應(yīng)予說明的是，氮化硅膜22的厚度最好等于或小于150nm。
接下去，給氮化硅膜22旋轉(zhuǎn)涂敷以樹脂，在其上形成樹脂薄膜，隨之，采用電子束平版印刷技術(shù)在其上制圖，形成樹脂圖樣23，如圖3B所示。樹脂圖樣23內(nèi)有多個開孔，孔中為用于散射電子束的注入?yún)^(qū)域。
這之后，以樹脂圖樣23為掩膜，將諸如鎢離子或鉻離子注入氮化硅膜22中，從而形成重金屬注入?yún)^(qū)24。然后除去樹脂圖樣23，如圖3C所示。
利用濺射或LPCVD技術(shù)，使鎢膜25沉積在包含重金屬注入?yún)^(qū)24的氮化硅膜22上，達到厚度約為10nm，如圖3D所示。應(yīng)予說明的是，鎢膜25的厚度最好等于或小于20nm。
繼而，以樹脂旋轉(zhuǎn)涂敷鎢膜25，在其上形成樹脂膜，隨之通過對其進行電子束平版印刷，形成樹脂圖樣。然后利用散射樹脂圖樣，通過干法蝕刻技術(shù)，在鎢膜25下面以選擇的方式進行蝕刻，如圖3E所示。
這之后，在硅晶片21的底面上形成掩膜圖樣，隨之用氫氧化鉀(KOH)為蝕刻劑并用氮化硅膜22作為蝕刻檔板，通過濕法蝕刻技術(shù)，對硅晶片21實行各向異性的深蝕刻。于是，形成氮化硅膜22，作為具有注入?yún)^(qū)24的膜片薄膜，如圖3F所示。可用干法蝕刻步驟代替所述濕法蝕刻步驟。
參照圖4A至4F，示出另一實施例制作圖2之膜片掩膜的另一種制作過程。這種膜片掩膜被用于比如電子束平版印刷。利用LPCVD技術(shù)，在直徑為200mm之硅晶片31的頂面上沉積厚度達130nm的氮化硅膜32。然后，在硅晶片31的底面上形成具有指定開孔的掩膜，隨之利用KOH為蝕刻劑，通過濕法蝕刻技術(shù)對硅晶片31實行深蝕刻，從而剩下在氮化硅膜32下面、厚度為0.1至1mm的硅晶片31薄膜，如圖4A所示。
然后，再以樹脂旋轉(zhuǎn)涂敷氮化硅膜32，在其上形成樹脂薄膜，隨之對其制圖，形成樹脂圖樣33，如圖4B所示。接下去，用樹脂圖樣33為掩膜，將鎢離子要選擇的方式注入氮化硅膜32中，形成重金屬注入?yún)^(qū)34。然后，除去樹脂圖樣33，如圖4C所示?？深嵉顾霾襟E的次序，使得在注入鎢離子之后，引入所述硅晶片31深蝕刻的步驟。
這之后，將鎢濺射于包含重金屬注入?yún)^(qū)34的氮化硅膜32上，從而形成厚度為15nm的鎢膜35，如圖4D所示。使鎢膜35經(jīng)受電子束平版印刷制圖，從而使部分鎢膜35留在重金屬注入?yún)^(qū)34上，如圖4E所示。
接下去，通過深蝕刻除去硅晶片31的剩余薄膜31a，從而將氮化硅膜32處理成為膜片薄膜，如圖4F所示。最后的深蝕刻步驟可以是各向同性的蝕刻步驟，其中并非必須使用蝕刻掩膜。
在第一種制作過程中，存在一種可能性，即由于在硅晶片的深蝕刻之后，由膜片薄膜加給的拉應(yīng)力可使硅晶片受到變形。另一方面，在第二種制作過程中，在形成掩膜主體的薄膜之前，已將膜片薄膜的拉應(yīng)力除去到某種程度。在這種過程中，可以減輕硅晶片的深蝕刻之后的硅晶片變形，從而膜片掩膜具有較少的變形。
由于只作為舉例描述了上面的實施例，本發(fā)明并不限于上述各實施例，可由那些熟悉本領(lǐng)域的人員很容易地做出各種改型或替換，而不致脫離本發(fā)明的范圍。
例如，可在掩膜主體薄膜沉積之前引入硅晶片的深蝕刻，比如在重金屬離子注入之前或之后。另外，本發(fā)明的膜片掩膜可用于X射線平版印刷和離子束平版印刷，以及電子束平版印刷。
權(quán)利要求
1.一種膜片掩膜，它包括晶片、包含第一種材料并受所述晶片支撐的膜片薄膜，以及覆蓋所述膜片薄膜的掩膜主體；所述掩膜主體具有包含開孔的掩膜圖樣；所述膜片薄膜具有在所述掩膜主體下面、不同于所述開孔的第一區(qū)域，所述第一區(qū)域是通過另加入原子數(shù)高于所述第一種材料之原子數(shù)的原子而形成。
2.如權(quán)利要求1所述膜片掩膜，其特征在于，所述第一種材料選自一組氮化硅、碳化硅、氮化硼和金剛石中。
3.如權(quán)利要求1所述膜片掩膜，其特征在于，所述原子包括重金屬。
4.如權(quán)利要求3所述膜片掩膜，其特征在于，所述重金屬是元素周期表中第六周期和其后各周期之一所列出的。
5.如權(quán)利要求1所述膜片掩膜，其特征在于，所述掩膜主體的厚度等于或小于20nm。
6.如權(quán)利要求1所述膜片掩膜，其特征在于，所述膜片掩膜的厚度等于或小于150nm。
7.一種制作膜片掩膜的方法，包括如下步驟形成支撐于晶片上的膜片薄膜；在所述膜片薄膜上形成阻擋掩膜；利用所述阻擋掩膜選擇原子注入所述膜片薄膜中，形成注入?yún)^(qū)域，所述原子的原子數(shù)高于所述膜片薄膜中所含材料的原子數(shù)；在包含所述注入?yún)^(qū)域之膜片薄膜上形成掩膜主體薄膜；對掩膜主體薄膜制圖，以便具有包括不同于所述注入?yún)^(qū)域、暴露所述膜片薄膜之開孔的圖樣。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括在所述制圖步驟之后，在所述晶片底面蝕刻所述晶片，露出所述膜片薄膜的步驟。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括在所述膜片薄膜形成步驟與所述樹脂掩膜形成步驟之間，在所述晶片底面蝕刻所述晶片，露出所述膜片薄膜的步驟。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括在所述選擇地注入步驟與所述掩膜主體形成步驟之間，在所述晶片底面蝕刻所述晶片，露出所述膜片薄膜的步驟。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟在所述膜片薄膜形成步驟與所述樹脂掩膜形成步驟之間，蝕刻所述晶片底面，使所述膜片薄膜不被露出的步驟；以及在所述掩膜主體薄膜制圖步驟之后，蝕刻所述晶片的剩余部分，露出所述膜片薄膜的步驟。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟在所述選擇地注入步驟與所述掩膜主體薄膜形成步驟之間，蝕刻所述晶片底面，使所述膜片薄膜不被露出的步驟；以及在所述掩膜主體薄膜制圖步驟之后，蝕刻所述晶片的剩余部分，露出所述膜片薄膜的步驟。
全文摘要
一種膜片掩膜,用于電子束平版印刷或X射線平版印刷,它具有形成于硅晶片上的膜片薄膜,以及形成于膜片薄膜上的掩膜主體圖樣。膜片薄膜具有在部分掩膜主體下面、不同于掩膜主體圖樣開孔的重金屬注入?yún)^(qū)。注入?yún)^(qū)域在由膜片掩膜所得圖樣中實現(xiàn)更高的反差比。
文檔編號G03F1/22GK1381871SQ0111077
公開日2002年11月27日 申請日期2001年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月20日
發(fā)明者小場文博 申請人:日本電氣株式會社