硬遮罩(Hard Mask)是半導體製造中取代光阻、或作為光阻圖案下層使用的無機或有機系薄膜遮罩材料。由於光阻的抗蝕刻能力相對較弱,在需要深蝕刻或高選擇比的製程中,會先將光阻圖案轉移到耐久性更高的硬遮罩材料,再進行蝕刻。
主要的硬遮罩材料有:①氧化矽(SiO2)、②氮化矽(Si3N4)、③非晶碳(ACL:Amorphous Carbon Layer、旋塗碳:SOC)、④TiN(氮化鈦)、⑤金屬氧化物(ZrO2、HfO2)。各材料的抗蝕刻性、光吸收特性、膜應力與附著性不同,依製程需求選擇與組合。
在多重圖案化(SADP、SAQP)中,硬遮罩扮演核心角色。SADP是在核心硬遮罩上形成側壁間隔層,選擇性移除核心後,以側壁間隔層作為蝕刻遮罩。此製程的每個步驟都反覆進行ALD沉積、非等向性蝕刻與選擇性蝕刻,對設備(ALD設備、蝕刻機)的精度要求極為嚴格。
在先進節點(3nm以下),3層以上的硬遮罩堆疊(有機碳層+SiON層+光阻)已成為標準。透過設計使各層對不同蝕刻劑(CF4系、O2系、CxHyFz系)具有不同的選擇比,實現微細圖案的多段轉移。這種複雜的堆疊設計需要設備、材料與製程的緊密協作。
硬遮罩的沉積使用CVD(PECVD、SACVD)、ALD與旋轉塗佈(SOC/SOG)。應用材料(PECVD設備)、科林研發(ALD、CVD)、JSR(SOC材料)、默克(SOG材料)為主要供應商。隨著轉向EUV,對應EUV的新世代硬遮罩(在EUV光下具高對比、對應MOR的HM)也在開發中。