專利名稱：基于掩模層的光學性能在襯底上對準圖形的方法及相關器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件制造，以及更具體，涉及在半導體器件制造中對準圖形的方法。
背景技術：
半導體器件可以包括多層圖形的集成結構。由此，在不同層上形成的圖形可能需要在誤差的限制余量范圍內在其間對準。用于測量圖形之間對準的許多方法是公知的。通常，可以光學地確定在圖形上形成的對準鍵的位置，以及可以測量上和下對準鍵的重疊。
因為半導體器件按比例縮小，所以圖形寬度可以變小，限定這種圖形可能需要使用具有較短波長的光源的光刻技術。同時，為了增加形成圖形中的精確度和準確度，在采用較短波長光源的光刻工序過程中可以使用較薄的光刻膠圖形。但是，因為在待刻蝕材料較厚的地方這種較薄的光刻膠層不可能提供足夠的刻蝕掩模，所以可以使用相對于待刻蝕材料具有刻蝕選擇率的硬掩模層。
圖1至3是說明用于構圖半導體器件的常規方法的示圖。
參考圖1，在襯底10上可以形成材料層12，以及在材料層12上可以形成硬掩模層和光刻膠層。硬掩模層可以包括有機硬掩模層14(可以被容易地構圖和/或相對于下材料層可以具有較好的刻蝕選擇率)，以及無機硬掩模層16(可以用作有機硬掩模層14的刻蝕掩模)。光刻膠層可以被曝光和顯影，以形成光刻膠圖形18。
參考圖2，可以使用光刻膠圖形18作為刻蝕掩模，構圖無機硬掩模層16，以形成無機硬掩模圖形16p，以及光刻膠圖形18可以被除去。可以使用無機硬掩模圖形16p作為刻蝕掩模，構圖有機硬掩模層14，以形成有機硬掩模圖形14p。
參考圖3，可以使用無機硬掩模圖形16p和/或有機硬掩模圖形14p作為刻蝕掩模構圖材料層12，以形成材料層圖形12p。材料層圖形12p本身可以形成希望的圖形，或可以用作用于形成其他圖形的鑄件/模具。在形成材料層圖形12p中，無機硬掩模圖形16p可以被刻蝕，和/或部分無機硬掩模圖形14r可以被刻蝕。在用于形成DRAM器件的存儲節點的工序中，可以使用材料層圖形12p。換句話說，材料層圖形12p可以限定可以形成存儲節點的開口。
在后續工序中形成的圖形可能需要在預定的誤差限度范圍內與在先工序中形成的圖形對準。由此，可以在襯底的預定區域與圖形一起形成用于測量上下圖形之間的重疊的重疊標記，即，對準鍵。如圖4所示，例如，使用光刻工藝，光掩模60上的圖形區62可以在襯底上被照射。更具體，光掩模60可以暴露于光源，以便可以在先前工序過程中形成的芯片區52上形成圖形區62。為了這樣做，可以使對準鍵54(可以已形成在襯底的芯片區)和光掩模60上的對準鍵64互相對準。此外，在完成光刻之后，可以測量對準鍵54和對準鍵64的位置，可以確認它們的重疊程度。如果該重疊在預定的誤差限度范圍之內，可以執行刻蝕工序。
圖5是說明常規對準鍵的平面圖。該對準鍵可以用來測量圖形之間的重疊程度，以及根據特定的對準方法可以形成有各種形狀。如圖5所示，對準鍵可以包括在先前形成的圖形上的第一對準鍵70a和在之后形成的圖形上的第二對準鍵70b。在光刻之前，第二對準鍵70b可以被設計在光掩模上，以及在光刻之后，可以形成在襯底上。可以基于鍵的界面處的光色散測量對準鍵的相對位置。可以比較第一對準鍵70a和第二對準鍵70b之間的水平距離d1和d2，以計算水平方向中的重疊，以及可以比較垂直距離d3和d4，以計算垂直方向中的重疊。
如圖6所示，如果覆蓋第一對準鍵20a的材料層12的表面保持第一對準鍵20a的形狀外形，通過測量界面處的光分散或由于第一對準鍵20a材料層12中的臺階差可以從第二對準鍵20b測量距離d和d′。如圖7和8所示，覆蓋第一對準鍵20a的材料層12被平整，以及在其上形成不透明的有機硬掩模層14，因為光不能透過有機硬掩模層14，測量對準鍵20a的位置可能是困難的。因此，即使通過刻蝕光刻膠層18形成第二對準鍵20b之后，測量第一對準鍵20a的位置也可能是困難的。

發明內容
根據本發明的某些實施例，一種用于測量對準的方法，可以包括在襯底上形成第一對準鍵，形成覆蓋第一對準鍵的材料層，在材料層上形成不透明的掩模層，在不透明層上執行離子注入工序，以減小不透明層的光吸收系數，在不透明層上形成光刻膠層，以及通過具有減小光吸收系數的不透明層傳送光。
在某些實施例中，可以在第一對準鍵上形成平整的材料層。不透明層可以是有機硬掩模層，如非晶的碳層。在不透明層和光刻膠層之間可以進一步形成無機硬掩模層。
在其他實施例中，當在襯底上布置光掩模時和/在形成光刻膠圖形之后，可以測量對準鍵的位置。例如，第一對準鍵的位置可以被測量，以對準襯底上的光掩模，以及可以使用光掩模使光刻膠曝光。在另一例子中，曝光的光刻膠可以被顯影，以形成包括第二對準鍵的光刻膠圖形，以及第一對準鍵和第二對準鍵的位置可以被測量，以確定光刻膠圖形的對準。
根據本發明的再一實施例，一種制造半導體器件的方法可以包括，在襯底上形成材料層和在材料層上形成掩模層。例如，掩模層可以是不透明的掩模層，如非晶的碳層。離子可以被注入到掩模層中，以減小其光吸收。注入的掩模層可以被構圖，以限定掩模圖形，以及可以使用掩模圖形作為刻蝕掩模構圖材料層。
在某些實施例中，掩模層可以是有機掩模層。此外，在注入離子之前可以在有機掩模層上形成無機掩模層。離子可以通過無機掩模層被注入到有機掩模層中。
在另一實施例中，氮離子可以被注入掩模層中，以減小其光吸收。例如，具有約5×1015ion/cm2的氮離子可以被注入掩模層中。
在某些實施例，可以在材料層和襯底之間形成對準鍵。在離子被注入其中之后，通過注入的掩模層，可以光學地確定對準鍵的位置。在構圖注入掩模層之前，可以使用對準鍵使光掩模與襯底對準。
在另一實施例中，在其上形成掩模層之前材料層可以被平整。
在某些實施例中，在注入離子之后和構圖注入的掩模層之前可以在注入的掩模層上形成第二對準鍵。可以基于第一對準鍵的位置測量第二對準鍵的對準。如果對準在預定誤差限度范圍內，那么可以使用掩模圖形作為刻蝕掩模構圖材料層。在某些實施例中，在除去材料層之后第二掩模圖形可以被除去。
在另一實施例中，通過將光傳送通過注入的掩模層可以測量該對準。光可以具有約600nm至約700nm的波長，以及掩模層可以具有約0.35至約0.4范圍內的光吸收系數。第一和第二對準鍵的相對位置可以基于透射的光來確定。
在某些實施例中，可以在部分掩模層上形成光刻膠圖形。離子可以被注入被光刻膠圖形曝光的部分掩模層中。
在某些實施例中，可以在約500℃至約600℃的溫度下形成掩模層。在另一實施例中，掩模層可以形成至約150至約250的厚度。
根據本發明的另一實施例，一種在襯底上對準圖形的方法可以包括，在襯底上形成第一對準鍵，在第一對準鍵上形成材料層，以及在材料層上形成掩模層。離子可以被注入掩模層中，例如，以減小掩模層的光吸收。在掩模層上也可以形成第二對準鍵。第一和第二對準鍵的相對位置可以通過在其中注入離子之后的掩模層光學地確定。
根據本發明的又一實施例，一種半導體器件，可以包括襯底，襯底上的對準鍵，對準鍵上的材料層，以及材料層上的非晶碳掩模層。非晶碳掩模層在其中可以包括氮。例如，非晶碳掩模層可以具有約5×1015ion/cm2的氮濃度。
在某些實施例中，非晶的碳掩模層可以形成有約150至約250的厚度。非晶的碳掩模層相對于具有約600nm至約700nm的波長的光，也可以具有約0.35至約0.4范圍內的光吸收系數，。
在另一實施例中，材料層可以是平整的材料層。該器件還可以包括非晶的碳掩模層上的第二對準鍵。第二對準鍵可以在預定的誤差限度范圍內與第一對準鍵對準。


圖1至3是說明用于構圖半導體襯底的常規方法的剖面圖；圖4是說明常規對準工藝的平面圖；
圖5是說明常規對準鍵的平面圖；圖6至8是說明用于在襯底上對準圖形的常規方法的剖面圖；圖9A-B，10A-B以及11是說明根據本發明的某些實施例用于在襯底上對準圖形的方法的剖面圖；以及圖12是說明根據本發明的某些實施例在襯底上對準圖形的方法中使用的掩模層的光吸收圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖更完全地描述本發明，其中示出本發明的優選實施例。但是，本發明不應該被認為是局限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例是為了本公開是徹底的和完全的，并將本發明的范圍完全傳遞給所屬領域的技術人員。在圖中，為了清楚放大了層和區域的厚度。在整篇中，相同的數字始終指相同的元件。
應當理解當一個元件例如層、區域或襯底稱為在另一元件“上”或在另一個元件“上”延伸時，它可以直接在另一元件上或直接在元件上延伸，或也可以存在插入元件。相反，當一個元件稱為直接在另一個元件“上”或直接在另一個元件“上”延伸時，不存在插入元件。應當理解當一個元件稱為“連接”或“耦接”到另一個元件時，它可以被直接連接或耦接到另一個元件，或可以存在插入元件。相反，當一個元件稱為“直接連接”或“直接耦合”到另一個元件時，不存在插入元件。
還應當理解盡管在此可以使用術語第一和第二等來描述各個元件，但是這些元件不應該受這些術語限制。這些術語僅僅用來使一個元件與其它元件相區別。例如，在不脫離本發明的范圍的條件下，下面論述的第一元件可以稱為第二元件，同樣，第二元件可以稱為第一元件。
此外，在此可以使用相對術語，如“下”或“底部”和“上”或“頂部”來描述一個元件與圖中所示的其它元件的關系。應當理解相對術語是用來包括除圖中描繪的取向之外的器件的不同取向。例如，如果圖的元件被翻轉，那么描述為在其他元件的“下”側上的元件將定向在其他元件的“上”側上。因此示例性術語“下”根據圖的特定取向可以包括“下”和“上”兩種取向。同樣地，如果圖中的器件被翻轉，那么描述為在其他元件“下面”或“底下”的元件將定向在其他元件“上面”。因此示例性術語“在...下面”或“在...底下”可以包括“在...之上”和“在...之下”的兩種取向。
在此在本發明的說明書中使用的專業詞匯是僅僅用于描述特定的實施例，不打算限制本發明。如本發明的說明書和附加權利要求中使用的單數形式“a”、“an”和“the”也打算包括復數形式，除非上下文另外清楚地表明。還應當理解在此使用的術語“和/或”指和包括一個或多個相關列項的任意和所有可能的組合。還應當理解，當說明書中使用術語“comprises”和/或“comprising”時，說明陳述的部件、整體、步驟、操作、元件、和/或組件的存在，但是不排除存在或增加一個或多個其他部件、整數、步驟、操作、元件、組件和/或其組。
在此參考剖面圖描述本發明的實施例，剖面圖是本發明的理想化實施例(和中間結構)的示意圖。照此，將預想由于制造工藝和/或容差圖例形狀的變化。因此，本發明的實施例不應該認為限于在此所示的區域的特定形狀，而是包括所得的形狀例如由制造產生的偏差。例如，圖示為矩形的注入區一般地將具有圓潤的或彎曲的特點和/或在其邊緣具有注入濃度的梯度，而不是從注入區至非注入區的二元變化。同樣，通過注入形成的掩埋區可以引起掩埋區和通過其進行注入的表面之間區域中發生某些注入。因此，圖中所示的區域本質上是示意性的，且它們的形狀不打算圖示器件區域的實際形狀，以及不打算限制本發明的范圍。
除非另外限定，在本發明的公開實施例中使用的所有術語，包括技術和科學術語，具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解相同的意思，以及不必局限于在描述本發明的時候知道的具體定義。由此，這些術語可以包括在此之后產生的等效術語。還應當理解如在通常使用的詞典中定義的那些術語應該解釋為具有符合相關技術和本公開的環境中的意思且不被理想化解釋或過度地形式感知，除非在此清楚地限定。在此提及的所有出版物、專利申請、專利及其他參考文獻被全部引入作為參考。
圖9A，9B，10A，10B和11是說明根據本發明的某些實施例，在襯底上對準圖形的方法的剖面圖。
現在參考圖9A，在其上形成第一對準鍵120a的襯底100上形成材料層102，以及在材料層102上形成有機硬掩模層104。常規對準測量裝置可以采用具有約600nm至約700nm波長范圍的光源測量對準。有機硬掩模層104可以由相對于材料層102具有較好的刻蝕選擇率的非晶碳層形成。因為有機硬掩模層104可以具有較高的光吸收系數，所以測量對準可能需要較薄的有機硬掩模層。但是，為了提供與材料層102相關的適當的刻蝕掩模，可能需要較厚的有機硬掩模層104。因而，可以基于其想要的使用確定有機硬掩模層104的厚度。換句話說，有機硬掩模層104不能形成超出對準工藝使用的最大厚度，以及不能形成超出用作刻蝕掩模的最小厚度。
因為形成有機硬掩模層104時的溫度增加，所以有機硬掩模層104的光吸收系數也可以增加。由此，有機硬掩模層104可以在較低溫度下形成，以減小其光吸收系數。但是，在較低溫度下形成的有機硬掩模層104具有較高的氫氣濃度，且因此可能具有較低的刻蝕抵抗性。因而，有機硬掩模層104必須在至少500℃的溫度下形成，以足夠地用作刻蝕掩模。
根據本發明的某些實施例，有機硬掩模層104可以在約500℃至約600℃的溫度范圍內形成。因而，有機硬掩模層104可以是具有較高光吸收系數和較高刻蝕抵抗性的不透明層。例如，有機硬掩模層可以是使用源氣體如液體碳CxHy和反應氣體如氫氣、氮氣和/或氨氣形成的非晶碳層。
使用離子注入工藝可以減小有機硬掩模104的光吸收系數。例如，具有約1015ion/cm2濃度的氮離子可以被注入有機硬掩模層104中，以相對于具有例如約600nm至約700nm的波長范圍的對準測量光源，降低其光吸收系數。
為了提供用于構圖下材料層的足夠的蝕刻掩模，有機硬掩模層104可以形成至約150埃()至約250的厚度范圍。通過將離子注入有機硬掩模層104中，有機硬掩模層104a的光吸收系數可以被減小至約0.35至約0.40的范圍。因而，光可以通過有機硬掩模層104a傳送，以到達第一對準鍵120a。
參考圖10A，在通過離子注入工藝降低其光吸收系數之后，在有機硬掩模層104a上形成無機硬掩模層106。在無機硬掩模層106上形成光刻膠層108。光刻膠層108可以包括在其下部的防反射層。執行對準工藝，以使光掩模(包括其上的圖形)與其上形成光刻膠層108的襯底100對準。因為有機硬掩模層104a相對于如上所述的光源具有較低的光吸收系數，因此可以確定第一對準鍵120a的位置和可以測量光掩模上的第一對準鍵120a和第二對準鍵的重疊，以在襯底100上對準光掩模。但是，如果基于光掩模上的對準鍵的位置和預定的輸入坐標對準光掩模，那么襯底上的對準鍵和光掩模上的對準鍵的重疊測量可以被省略。
參考圖11，在襯底上使用光刻膠層108上對準的光掩模執行光刻工藝，以形成光刻膠圖形。光刻膠圖形包括第二對準鍵120b。如果第二對準鍵120b和第一對準鍵120a之間的重疊超過預定的誤差限度，那么可能要求返工。
相反，如果光刻膠圖形的重疊在誤差限度范圍內，那么使用光刻膠圖形作為刻蝕掩模，刻蝕硬掩模層104a和材料層102。
圖9B和10B是說明根據本發明的再一實施例，在襯底上對準圖形的方法的剖面圖。
如圖9B所示，在有機硬掩模層104上執行離子注入工藝，以減小光吸收，如上所述。但是，與圖9A所示的實施例相反，在有機硬掩模層104上形成無機硬掩模層106之后，執行離子注入工序。換句話說，離子可以通過無機硬掩模層106被注入到有機硬掩模層104中。通過在其上形成光刻膠圖形107，在除對準鍵區以外的區域可以防止離子注入工序。
參考圖10B，由于離子注入工序，在對準鍵區上的部分無機硬掩模層106處可以形成離子注入層106a。但是，因為光可以透過注入的掩模層106a和104a，因此可以確定第一對準鍵的位置。
如上所述，當在構圖工序中使用相對于下材料層具有較好的刻蝕選擇率的不透明硬掩模層時，通過將離子注入不透明硬掩模層中可以降低不透明硬掩模層的光吸收系數。結果，即使一個或多個下層被平整，因為光可以透過注入的硬掩模層至對準鍵，因此對準鍵的位置可以被確定。
圖12是說明根據本發明的某些實施例與有機硬掩模層的光吸收有關的離子注入效果的圖形。圖形示出在550℃、50keV能量下(線①)由注入具有約5×1015ion/cm2濃度的氮到非晶碳層中獲得的結果圖形。該圖形也說明在相似條件下形成的非晶碳層中的光吸收，但是氮離子沒有被注入(線②)。
如圖12所示，當執行離子注入時(線①)，與不執行離子注入時相比(線②)，可以改變有機硬掩模層的光吸收系數。更具體，對于具有約600nm至約700nm波長范圍的光源，注入離子的掩模層可以具有約0.35至約0.40的光吸收系數，而不注入離子的掩模層可以具有約0.45的光吸收系數。
盡管參考其示例性實施例具體展示和描述了本發明，但是本領域的普通技術人員應當明白在不脫離附加權利要求及其等效詞所限定的本發明的精神和范圍的條件下，可以在形式上和細節上可以進行各種改變。
權利要求
1.一種制造半導體器件的方法，該方法包括在襯底上形成材料層；在材料層上形成掩模層；將離子注入掩模層中，以減小其光吸收；構圖注入的掩模層，以限定掩模圖形；以及使用掩模圖形作為刻蝕掩模，構圖材料層。
2.根據權利要求1的方法，其中掩模層包括有機掩模層。
3.根據權利要求2的方法，還包括在注入離子之前，在有機掩模層上形成無機掩模層，其中注入離子包括通過無機掩模層將離子注入到有機掩模層中。
4.根據權利要求1的方法，其中掩模層包括非晶的碳層。
5.根據權利要求1的方法，其中注入離子包括將氮離子注入掩模層中，以減小其光吸收；
6.根據權利要求5的方法，其中注入氮離子包括注入具有約5×1015ion/cm2的氮濃度的氮離子。
7.根據權利要求1的方法，還包括在材料層和襯底之間形成對準鍵；以及在其中注入離子之后，通過注入的掩模層光學地確定對準鍵的位置。
8.根據權利要求7的方法，還包括在其上形成掩模層之前平整材料層。
9.根據權利要求7的方法，還包括在注入離子之后和構圖注入掩模層之前使用對準鍵，使光掩模與襯底對準。
10.根據權利要求7的方法，還包括在注入離子之后和構圖注入掩模層之前在注入掩模層上形成第二對準鍵；以及基于第一對準鍵的位置測量第二對準鍵的對準。
11.根據權利要求10的方法，其中測量該對準包括使光透過注入的掩模層；以及基于透射的光確定第一和第二對準鍵的相對位置。
12.根據權利要求11的方法，其中光可以具有約600nm至約700nm的波長，以及其中掩模層可以具有約0.35至約0.4范圍內的光吸收系數。
13.根據權利要求10的方法，其中構圖材料層包括如果在預定誤差限度范圍內對準，那么使用掩模圖形作為刻蝕掩模刻蝕材料層。
14.根據權利要求1的方法，還包括在部分掩模層上形成光刻膠圖形，其中注入離子包括將離子注入被光刻膠圖形曝光的部分掩模層中。
15.根據權利要求1的方法，其中形成掩模層包括在約500℃至約600℃的溫度下形成掩模層。
16.根據權利要求1的方法，其中形成掩模層包括形成約150至約250厚度的掩模層。
17.根據權利要求1的方法，還包括在構圖材料層之后除去掩模圖形。
18.一種在襯底上對準圖形的方法，包括在襯底上形成第一對準鍵；在第一對準鍵上形成材料層；在材料層上形成掩模層；將離子注入掩模層中；在掩模層上形成第二對準鍵；以及在其中注入離子之后，通過掩模層光學地確定第一和第二對準鍵的相對位置。
19.一種半導體器件，包括襯底；襯底上的對準鍵；對準鍵上的平整材料層；以及材料層上的其中包括氮的非晶碳掩模層。
20.根據權利要求19的器件，其中非晶的碳掩模層具有約5×1015ion/cm2的氮濃度。
21.根據權利要求19的器件，其中非晶的碳掩模層具有約150至約250的厚度，以及相對于具有約600nm至約700nm波長的光具有約0.35至約0.4范圍內的光吸收系數。
22.根據權利要求19的器件，還包括在非晶的碳掩模層上以及在預定的誤差限度范圍內與第一對準鍵對準的第二對準鍵。
全文摘要
一種制造半導體器件的方法，包括，在襯底上形成材料層，在材料層上形成掩模層，以及將氮離子注入掩模層中，以減小其光吸收。在材料層和襯底之間可以形成對準鍵，以及可以通過注入的掩模層光學地確定對準鍵的位置。注入的掩模層可以被構圖，以限定掩模圖形，以及可以使用掩模圖形作為刻蝕掩模，構圖材料層。還論述了相關器件。
文檔編號H01L21/027GK1760754SQ200510108599
公開日2006年4月19日 申請日期2005年10月11日 優先權日2004年10月11日
發明者申壯浩, 李昔柱, 趙漢九, 禹相均 申請人:三星電子株式會社