专利名称：用于照相制板工艺的增加聚焦深度的方法
技术领域：
本发明有关一种在照相制板工艺过程中增加聚焦深度，进而提高光学分辨率的方法。
在照相制板工艺过程中，光学分辨率是一个决定沉积步骤的准确度的重要因素，它同时也控制了半导体组件可缩小的程度。聚焦深度(DOF)是区间深度(depthinterval)的一种定量方式，其中所有点都具有相同焦距，用于限定照相制板工艺过程中光学分辨率的大小。有许多方法可以增加聚焦深度，如使用像位移光罩，变形照明，或使用抗反射薄膜等。
然而，使用上述增加聚焦深度的方法常会产生其它问题。由于光阻层厚度固定，使用较大光圈可得到较高分辨率，但会影响聚焦深度。结果可能会在光阻层表面或底部，或许两部份均产生失焦(out of focus)的现象。为了解决这个问题，光阻层的厚度应该适当缩小，但是，缩小光阻层厚度不可避免地也降低了光阻层的机械性或化学抗蚀性。部份现有技术尝试发展增加光阻层的聚焦深度同时在蚀刻或离子植入过程中保持强度的方法，其中包括硬烤及紫外光照射固化步骤。然而，这些方法只改进了光阻层的机械强度，却无法改善其化学抗蚀性。因此，光阻层的厚度成为缩小半导体组件尺寸的瓶颈。
美国专利案第5,262,283号揭示一个高分辨率的光阻层结构，其特点是明显的边缘以及特别在深紫外光区域中具有的高分辨率。所述光阻层包括一个含有氢化物群的聚合物，所述聚合物用于包围一活性光化合物所含的酰亚胺基或酚类的羟基部份，并在照光过程中反应生成一强酸，所述聚合物先沉积在一基板上，之后再照光形成图案。照光后的光阻层与一种以水为底，或以水-酒精为底，其中溶有包含数个胺基或羟基的硅氧烷类的溶液先反应，在置于富含氧的等离子体中蚀刻。
美国专利案5,340,684揭示一种包含一聚胺类的感光成分，所述聚胺类成分由一具有羟基的重复单元以及一具有硅氧烷键的重复单元所构成，或由一具有羟基的重复单元、一具有硅氧烷键的重复单元、一不是前述这两种成分的重复单元以及一种感光剂所构成。所述感光剂由酯类组成，或者由奈昆双迭氮磺酸或昆双迭氮磺酸的胺-酯类成分组成。所述感光成分用于当作半导体组件的钝态薄膜或光阻。
美国专利案5,387,494揭示一个含水的光成像组成，它可作为光阻，包括一种含有足够的碳酸功能基的橡胶结合聚合物，使其可在碱性溶液中显像，一个光聚合单体部分，一种光启始剂以及一聚硅氧烷化合物。
美国专利第5,711,987号揭示一个多层有次序的电子式涂层(multi-layer tamperproof electronic coating)，其中第一层是保护层，由过磁化含硅材料与至少一种填料组成。第二层是一层橡胶底漆，其组成物为胶状无机硅氧烷橡胶、苯并环丁烯橡胶、酰胺酚聚合物或硅氧烷聚酰胺酚类任何一种。
美国专利案4,200,668揭示一个修理缺陷光罩的接脚孔的方法，它是在所述光罩表面沉积一种促进接着薄膜(如硅氧烷)，然后在所述促进接着薄膜上沉积一个溶剂溶解层(如光阻层)，以激光烧去接脚孔部份的光罩层以及其上各层，便可以在所述接脚部份形成一个窗户(window)。经蚀刻后，以溶剂去除所述光罩上的溶剂溶解层。
如上所述，虽然现有技术具有硅氧烷并入光阻层的优点，然而，由于硅氧烷具有高度的化学不活化性，使得结合硅氧烷时须使用强显影剂，因而操作上存在困难。
本发明的目的是提供一种增加照相制板工艺过程中聚焦深度的方法，它可加强光阻层的机械性及化学性强度，使得厚度变薄的光阻层仍可适应蚀刻或离子植入的苛刻条件，而不影响其品质，提高所述过程的光学分辨率，以制造高集成化的半导体组件。
为实现上述目的，本发明的用于照相制板工艺的增加聚焦深度的方法，其特点是，它包括下列步骤于一半导体晶片上形成一光阻层，所述光阻层含有聚合物树脂，所述聚合物树脂暴露于紫外光后与六甲基乙硅氨烷气体反应形成一薄SiOx层；将所述光阻层置于一光罩下，以进行一深紫外光照射反应；使用一显影剂移除暴露于深紫外的所述光阻层部份；将所述光阻层剩余部份置于泛紫外光中照射；以及将所述光阻层剩余部份以六甲基乙硅氨烷气体处理，使得所述聚合物树脂的最外层部份反应成一含有SiOx的聚合物树脂，而所述x介于1和2之间。
本发明主要改进部分在于使用一种暴露于紫外光后可以和六甲基乙硅氨烷(HMDS)反应形成一薄SiOx层的光阻层。较佳的是，所述光阻层包括以聚苯乙烯为主干、特丁氧基羰基为侧炼的聚合物。所述光阻层于显影后才置于紫外光中，因此，所述光阻层适用于一般的显影方法。
上述步骤可以用下述化学式表示。 于显影后所述光阻层再置于泛紫外光中照射，使得特丁氧基羰基再反应成羟苯基团，接着又与六甲基乙硅氨烷(HMDS)反应形成所述SiOx层，如下式所示。此种形成所述SiOx层的变化大大增加了于其后蚀刻及离子植入反应时所述光阻层的化学不活化性。 采用本发明的上述技术方案，由于将特丁氧基羰基转变成SiOx层改善了接下来的蚀刻及离子植入反应中所需的光阻层化学不活化性，因此，可在光阻层厚度减小中增加其照相制板工艺过程的聚焦深度，同时也增加其电路集成化程度，进而缩小半导体组件的尺寸。
为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明进行详细说明。
图1是本发明的光阻层置于一光罩下进行深紫外光照射的示意图；图2是本发明的光阻层进行显影的示意图；图3是光阻层剩余部份再进行泛紫外光照射的示意图；图4是将所述光阻层剩余部份暴露在六甲基乙硅氨烷气体中，使所述光阻层的最外层部份反应形成一含SiOx的聚合物层。
本发明揭示一种在显影后改进光阻层机械性及化学性强度的方法，使较薄的光阻层仍可承受蚀刻或离子植入的苛刻条件。本发明提供一种在半导体组件制造过程中，光阻层厚度减小时增加照相制板工艺过程的聚焦深度，以制造尺寸更小的半导体组件的方法。
本发明提供一种显影后对剩余光阻层改进性质的方法。本发明使用的光阻层包含一种聚合物，其暴露于紫外光后与六甲基乙硅氨烷(HMDS)气体反应形成一具有化学不活化性的薄SiOx层，这类光阻层可以是一种包含特丁氧基羰基的聚苯乙烯的聚合物树脂。通常，所述光阻层包含一光活化物质，于照光过程中反应生成一强酸。适用于本发明的光活化物质也常用于许多现有技术中，所以在此便不再重复。在本发明中，因反应形成的酸性物质存在下，特丁氧基羰基反应为羟苯基团而在显影步骤中易溶于碱性溶液。显影之后，残留有特丁氧基羰基的剩余光阻层将进行一无光罩的泛紫外光照射，这将使上述的反应进行完全，而生成的羟苯基团将与六甲基乙硅氨烷(HMDS)气体反应形成一SiOx层。
请参见图1，图中表示将含有特丁氧基羰基的聚苯乙烯光阻层2置于一光罩3下，进行深紫外光照射，其中，暴露出的光阻层部份以点状矩形标示，所述部份经过化学处理使其可因溶解而显影。所述光阻层2是形成在半导体晶片1上，此步骤可以以下反应表示 接着，如图2所示，所述光阻层以一显影剂显现其图案，此步骤以下列反应式表示 当所述光阻层显影后，再进行一次补强的反应，请参见图3，其中，剩余的光阻层进行再一次的泛紫外光照射，此步骤的化学反应如下。 如图4所示，所述经泛紫外光照射的剩余光阻层与六甲基乙硅氨烷气体反应，使得所述光阻层的最外层部份4反应形成一含有SiOx的聚合物树脂，此步骤的化学反应如下。 上述反应式中的硅原子会与其它三个硅氧键结结合。在适当的条件下，所述SiOx层中的x为2，表示硅原子与三个硅原子键结之间均各连结一氧原子。
将特丁氧基羰基转变成SiOx层改善了接下来的蚀刻及离子植入反应中所需的光阻层化学不活化性，因此，可在光阻层厚度减小中增加其照相制板工艺过程的聚焦深度，同时也增加其电路集成化程度，进而缩小半导体组件的尺寸。
前述的最佳实施例已完整说明本发明的内容及目的。但该较佳实施例并非用于限定本发明。因此，熟悉本技术的人员可根据本发明的精神还可作出种种的等效变化和等效替换，这些等效变化和等效替换均在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种用于照相制板工艺的增加聚焦深度的方法，其特征在于，它包括下列步骤于一半导体晶片上形成一光阻层，所述光阻层含有聚合物树脂，所述聚合物树脂暴露于紫外光后与六甲基乙硅氨烷气体反应形成一薄SiOx层；将所述光阻层置于一光罩下，以进行一深紫外光照射反应；使用一显影剂移除暴露于深紫外的所述光阻层部份；将所述光阻层剩余部份置于泛紫外光中照射；以及将所述光阻层剩余部份以六甲基乙硅氨烷气体处理，使得所述聚合物树脂的最外层部份反应成一含有SiOx的聚合物树脂，而所述x介于1和2之间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物树脂含有特丁氧基羰基侧链的聚苯乙烯。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物树脂含有特丁氧基羰基侧链的聚苯乙烯，暴露于深紫外光或泛紫外光后所述特丁氧基羰基反应成羟苯基团。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，以六甲基乙硅氨烷气体处理后，所述羟苯基团转变成一SiOx层。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物树脂包含特丁氧基羰基侧链的聚苯乙烯，其化学式如下
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述特丁氧基羰基侧链的聚苯乙烯聚合物树脂反应成含羟苯基团的聚苯乙烯，其化学式如下
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泛紫外光照射使剩余光阻层曝光。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含SiOx的聚合物树脂以化学式表示如下 其中，硅原子通过氧键结而与其它硅原子连接。
9.一种改进光阻层的化学及/或机械抗蚀性的方法，其特征在于，它步骤包括于一半导体晶片上形成一光阻层，所述光阻层包含聚合物树脂，所述聚合物树脂暴露于紫外光后与六甲基乙硅氨烷气体反应形成一薄SiOx层；将所述光阻层置于一光罩下，以进行一深紫外光照射反应；使用一显影剂移除暴露于深紫外的所述光阻层部份；将所述光阻层剩余部份置于泛紫外光中照射；以及将所述光阻层剩余部份以六甲基乙硅氨烷气体处理，使得所述聚合物树脂的最外层部份反应成一含有SiOx的聚合物树脂，而所述x介于1和2之间。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚合物树脂为含有特丁氧基羰基侧链的聚苯乙烯。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚合物树脂为含有特丁氧基羰基侧链的聚苯乙烯，暴露于深紫外光或泛紫外光后所述特丁氧基羰基反应成羟苯基团。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，以六甲基乙硅氨烷气体处理后，所述羟苯基团转变成一SiOx层。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚合物树脂包括特丁氧基羰基侧链的聚苯乙烯，其化学式如下
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述特丁氧基羰基侧链的聚苯乙烯聚合物树脂反应成含羟苯基团的聚苯乙烯，其化学式如下
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述泛紫外光照射只使所述剩余光阻层最外层部份受影响。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述含SiOx的聚合物树脂以化学式表示如下 其中，硅原子借助氧键结而与其它硅原子连接。
17.一种用于照相制板工艺的增加聚焦深度的方法，其特征在于，它包括以下步骤于一半导体晶片上形成一光阻层，所述光阻层包含聚合物树脂，所述聚合物树脂暴露于紫外光后与一活性化合物反应形成一薄SiOx层或TiOx层，其中，x介于1和2的间，且所述活性化合物为下列化合物之一六甲基乙硅氨烷、甲基三乙氧基硅烷((C2H5O)3SiCH3)、四乙烷基原硅酸盐(Si(OC2H5)4)、三甲氧基丙基硅烷((CH3O)3Si(CH2)2CH3)、N-(3-三甲氧基丙硅烷基)、乙二胺((CH3O)3Si(CH2)3NHCH2CH2NH2)、3-氯丙基-三甲氧基硅烷((CH3O)3Si(CH2)3Cl)、3-丙胺基三甲氧基硅烷((CH3O)3Si(CH2)3NH2)、(3-二乙氧基甲硅烷基)丙胺((C2H5O)2Si(CH3)(CH2)3NH2)、三甲氧基硅烷(HSi(OCH3)3)，及四乙氧基钛(Ti(OC2H5)4)；将所述光阻层置于一光罩下，进行一深紫外光照射反应；使用一显影剂移除暴露于深紫外的所述光阻层部份；将所述光阻层剩余部份置于泛紫外光中照射；以及将所述光阻层剩余部份与气体活性化合物反应，使得所述聚合物树脂的最外层部份反应为一层可增加化学抗蚀性的SiOx层或TiOx层聚合物树脂。
全文摘要
一种用于照相制板工艺的增加聚焦深度的方法,它包括:于一半导体晶片上形成一含聚合物树脂的光阻层,聚合物树脂在紫外光下与一活性化学物反应形成一薄SiOx或TiOx层;将光阻层置于一光罩下而暴露于深紫外光;使用一显影剂处理光阻层的被紫外光照射的部分;将光阻层剩余部分暴露于泛紫外光;及使光阻层剩余部分活性化学气体处理,使至少聚合物树脂的最外层反应成一含有SiOx或TiOx物且具有较佳化学抗蚀性的聚合物树脂。它可进一步提高光学分辨率。
文档编号G03F7/40GK1381769SQ01116638
公开日2002年11月27日 申请日期2001年4月17日 优先权日2001年4月17日
发明者张文彬 申请人:华邦电子股份有限公司