图案化方法

专利名称：图案化方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻图案化的方法，尤其涉及一种光刻构装(packing)与 解装(impacking)(PAU)的图案化方法，通过进行化学微縮辅助光刻解析度强 化工艺(RELACS)，以缩小临界尺寸及/或增加聚焦深度(depth of focus， DoF)。
背景技术：
半导体技术持续地朝更小尺寸迈进，例如特征尺寸(feature size)小至65 纳米、45纳米、及更小的尺寸。用以制作特征尺寸如此小的图案化光致抗蚀 剂层通常具有高深宽比(high aspect mtio)。基于许多理由，维持所需临界尺寸 (critical dimension, CD)非常困难，尤其是对于具高深宽比的光致抗蚀剂层而 言。例如，光致抗蚀剂层的负荷效应(loadingeffect)可能于光刻图案化工艺期 间造成临界尺寸(CD)发生变异(variation)与退化(degradation)。

发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种图案化方法，通过进行化学微 縮辅助光刻解析度强化工艺(RELACS)，以縮小临界尺寸及/或增加聚焦深度 (depth of focus, DoF)。本发明的图案化方法包括于基底上形成光致抗蚀剂图 案，光致抗蚀剂图案于基底上包括至少一预期开口与至少一留白开口于其 中，于光致抗蚀剂图案与基底上形成图案化感光材料层，其中图案化感光材 料层覆盖光致抗蚀剂图案的留白开口 ，以及对光致抗蚀剂图案的预期开口进 行化学微縮辅助光刻解析度强化工艺。
本发明另提供一种图案化方法，包括于基底上形成第一光致抗蚀剂图 案，第一光致抗蚀剂图案于基底上包括至少一预期开口与至少一留白开口于 其中，进行化学微縮辅助光刻解析度强化工艺以使第一光致抗蚀剂图案的预 期开口收縮，以及于基底上形成第二光致抗蚀剂图案，覆盖第一光致抗蚀剂 图案的留白开口并露出第一光致抗蚀剂图案的预期开口。
4本发明又提供一种图案化方法，包括于基底上形成光致抗蚀剂图案，光 致抗蚀剂图案于基底上包括至少一预期开口与至少一留白开口于其中，于基 底与光致抗蚀剂图案上形成感光收縮材料层，烘烤感光收縮材料层与光致抗 蚀剂图案以于其间形成界面层，以及将感光收縮材料层图案化以覆盖光致抗 蚀剂图案的留白开口中的基底，并露出光致抗蚀剂图案的预期图案中的基 底。
本发明的图案化方法通过进行PAU工艺与RELACS工艺而于基底中形 成开口，其具有縮小的临界尺寸变异与优选的解析度。
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举 出优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。


图1及图2显示两实施例中，半导体元件与不同工艺期间所用的光掩模 的俯视图。
图3A-图3D显示本发明实施例的半导体元件的一系列工艺剖面图。 图4A与图4B显示本发明实施例的半导体元件的俯视图。 图5显示一实施例的光刻图案化方法的流程图。
图6A-图6K显示一实施例中，以图5的方法制造半导体元件的一系列 工艺剖面图。
图7显示另一实施例的光刻图案化方法的流程图。 图8A-图8J显示另一实施例中，以图7的方法制造半导体元件的一系列 工艺剖面图。
图9显示又一实施例的光刻图案化方法的流程图。 图10A-图IOI显示又一实施例中，以图9的方法制造半导体元件的一系 列工艺剖面图。
图11A-图IIK显示本发明数个实施例中的光酸产生剂(PAG)。 图12A-图12B显示本发明数个实施例中的可交联高分子。 图13显示本发明一实施例中的交联剂。
图14显示本发明一实施例的交联型光致抗蚀剂的反应是意图。 并且，上述附图中的附图标记说明如下
5101、 104、 156 第一掩模；
102、 105、 170 第二掩模;
103、 106 集成电路元件；
108、 146、 186、 200 半导体元件;
110、 148~基底；
112、 152 第一光致抗蚀剂层；
114、 164 RELACS材料层；
116、 214 可交联高分子；
118、 166、 204 界面(交联高分子)层；
120、 122 接触洞；
130、 176、 190~方法;
132、 134、 136、 138、 178、 180、 182、 184、 192、 194、 196、 198、 199 步骤；
150 材料层；
154、 172、 206~曝光区;
158~射线；
160 第一光致抗蚀剂图案；
162~开口；
210~交联剂；
212 化学结构；
218~反应；
168~第二光致抗蚀剂层(第二光致抗蚀剂图案)； 174 沟槽；
202 感光收縮材料层
具体实施例方式
为了实施数个实施例的不同特征，以下提供许多不同实施例或例子。以 下将讨论元件与配置方式的特定实施方式以简化本发明的叙述。当然，这些 实施例仅用以举例而非用以限定本发明。例如，叙述中若提及形成第一元件 于第二元件上时，可能包括第一元件与第二元件直接接触的实施方式，并也可能包括第一元件与第二元件间形成有额外元件，使得第一元件与第二元件 并非直接接触的实施方式。此外，在本发明的叙述中，不同实施例可能重复 使用相同的标号及/或标示。重复使用是为了简化与清楚化本发明的叙述，不 代表不同实施例及/或结构间的关联。
图1及图2显示两实施例中，半导体元件与不同工艺期间所用的光掩模 的俯视图。图3A-图3D显示本发明实施例的半导体元件的一系列工艺剖面 图。通过参照图l、图2、及图3A-图3D，以下将叙述本发明实施例的光刻 构装(packing)与解装(unpacking)(PAU)的图案化方法。
在一实施例中，在基底(例如半导体晶片)上形成第一光致抗蚀剂层，并 使用第一掩模101将其图案化以定义出预期开口(desired opening)及留白开口 (padding opening)。在一实施例中，预期开口可为接触洞(contacthole)。留白 开口的设计与配置是接近预期开口，以减低负荷效应所造成的临界尺寸偏差 (CD deviatkm)。接着于第一光致抗蚀剂层上形成第二光致抗蚀剂层并使用具 有解装特征(unpacking feature)的第二掩模102将其图案化。在一实施例中， 第二光致抗蚀剂层包括负型光致抗蚀剂材料。解装特征包括与留白开口具关 联性的开口。例如，第二掩模102中的解装特征包括包围留白开口的开口。 因此，图案化第二光致抗蚀剂层覆盖第一光致抗蚀剂层的留白开口且露出预 期开口。如集成电路元件103的俯视图所示，通过由第一与第二光致抗蚀剂 层所定义的预期开口进行蚀刻工艺(例如干蚀刻)以蚀刻基底而于基底中形成 所需的集成电路特征(例如接触洞)。
在光刻构装与解装(PAU)的图案化方法的其他实施例中，在基底(例如半 导体晶片)上形成第一光致抗蚀剂层，并使用第一掩模104将其图案化以定义 出预期开口与留白开口。在一实施例中，预期开口包括接触洞。留白开口的 设计与配置是接近预期开口，以减低负荷效应所造成的临界尺寸偏差。接着 于第一光致抗蚀剂层上形成第二光致抗蚀剂层并使用具有解装特征的第二 掩模105将其图案化。在一实施例中，第二光致抗蚀剂层包括正型光致抗蚀 剂材料。解装特征包括与预期开口具关联性的开口。例如，第二掩模105中 的解装特征包括包围预期开口的开口。因此，图案化第二光致抗蚀剂层覆盖 第一光致抗蚀剂层的留白开口且露出预期开口。如集成电路元件103的俯视 图所示，通过由第一与第二光致抗蚀剂层所定义的预期开口进行蚀刻工艺(例
7如干蚀刻)以蚀刻基底而于基底中形成所需的集成电路特征(例如接触洞)。
在数个实施例中，光刻构装与解装的图案化方法还包括化学微縮工艺
(chemical shrink process),也称作化学微縮辅助光刻解析度强化工艺 (resolution enhancement lithography by assist of chemical shrink, RELACS)， 以 縮小临界尺寸及/或增加聚焦深度(depth of focus, DoF)。以下将配合图3A-图 3D说明整合光刻构装与解装的图案化方法与化学微縮工艺的实施例的一系 列工艺剖面图。
图3A-图3D显示本发明实施例的半导体元件108的一系列工艺剖面图。 如图3A-图3B所示，在于基底110上形成第一光致抗蚀剂层112并将其图 案化以形成数个开口后，于第一光致抗蚀剂层112上与第一光致抗蚀剂层的 开口中的基底上形成RELACS材料层114。 RELACS材料包括可交联高分子 (crosslinkable polymer)及交联齐[J(crosslinker)。接着可进行烘烤工艺(baking process)以增进来自光致抗蚀剂图案的酸性物质扩散至RELACS材料的效率 以将可交联高分子(图3C的116)交联化，而于邻接光致抗蚀剂图案处形成界 面交联高分子层(界面层)118(如图3D所示)。在一实施例中，烘烤工艺包括 使用介于约IOO'C至约20(TC之间的烘烤温度。在其他实施例中，烘烤工艺 包括使用介于约30秒至约2分钟的烘烤时间(baking dumtion)。接着进行清 洗工艺(rinsing process)以移除未交联的高分子。界面层会将预期开口的直径 縮小。在将第二光致抗蚀剂图案图案化或连同其显影工艺之后，可进行清洗 工艺。在一实施例中，当预期开口是设计来形成接触洞时，图4A中的接触 洞120会被缩小成如图4B所示的具有较小直径的接触洞122。图4A与图4B 显示在工艺之前与之后，具有第一光致抗蚀剂图案的数个开口的半导体元件 俯视图。在一实施例中，界面层具有介于约100纳米至约200纳米之间的厚 度。界面层的厚度可经由烘烤温度及/或烘烤时间作调整。
本发明实施例的方法可具有许多变化。例如，第二光致抗蚀剂图案的材 质可为负型光致抗蚀剂或正型光致抗蚀剂。在其他实施例中，第二光致抗蚀 剂层可与RELACS材料结合成感光收縮材料(photosensitive shrinkage material)。在此情形中，RELACS工艺与第二光致抗蚀剂图案的图案化工艺 也结合为连续工艺，并对感光收縮材料进行上述连续工艺，使感光收縮材料 于界面处交联并将其图案化以露出预期开口。在其他实施例中，第一光致抗
8蚀剂图案可还包括抗反射涂布(anti-reflective coating, ARC)层。
以下将更详细地叙述本发明实施例的各种实施方式。图5显示一实施例 的光刻图案化方法130的流程图。图6A-图6K显示一实施例中，以方法130 制造半导体元件146的一系列工艺剖面图。在一第一实施例中，借着参照图 5与图6A-图6K共同叙述光刻图案化方法130及以方法130制作的半导体元 件146。
如图5与图6A-图6K所示，方法130由步骤132开始，首先于基底148 上形成第一图案化光致抗蚀剂层(第一光致抗蚀剂图案)。基底148包括硅。 或者，基底148可由其他适合的半导体材料制成，包括Ge、 SiGe、或GaAs。 再者，基底148的材质也可为其他适合的元素半导体(elementary semiconductor)(如钻石)、适合的化合物半导体(如碳化硅、砷化铟、或磷化铟)、 或适合的合金半导体(如碳化锗硅、磷化砷化镓、或磷化铟镓)。或者，基底 148可为非半导体材料，例如薄膜晶体管液晶显示(TFT-LCD)元件的玻璃基 底、熔融石英(flised quartz)、或光掩模(掩模mask或光掩模reticle)的氟化钙。 基底148可包括数个掺杂区、介电结构、及多层内连线。在一实施例中，基 底148包括数个微电子元件的数个掺杂结构，例如互补式金属氧化物半导体 场效应晶体管(CMOS)、图像传感器、存储单元、及/或电容元件。在其他实 施例中，基底148包括导配置电材料结构及介电材料结构以分别耦接 (coupling)与隔绝数个微电子元件。
在其他实施例中，基底148包括一或更多的材料层150形成于其上，材 料层150将被图案化而形成数个开口(沟槽或孔洞)。材料层150可为硅、多 晶硅、介电材料、导电材料、或前述的组合。在一实施例中，材料层150包 括用作层间介电层(ILD)或金属间介电层(IMD)的介电材料。介电材料包括氧 化硅及/或介电常数约小于4的低介电常数(low-k)材料。例如low-k介电材料 可包括氟化硅玻璃(FSG)、掺碳氧化硅、Black Diamond (Applied Materials of Santa Clara, California)、干凝胶(Xerogel)、气凝胶(Aerogel)、非晶氟化碳、聚 对二甲苯(Parylene)、苯并环丁烯(bis-benzocyclobutenes， BCB)、 SiLK (Dow Chemical, Midland, Michigan)、聚酰亚胺、及/或其他适合的多孔高分子材料。
借着例如旋转涂布技术(spin-oncoating)将第一光致抗蚀剂层152形成于 材料层150上。在一实施例中，将第一光致抗蚀剂层152形成于材料层150上并接着使用第一掩模156进行第一光刻工艺而将第一光致抗蚀剂层152图 案化，以定义出如图6B所示的至少一预期开口及至少一留白开口。在光刻 曝光工艺期间，以一射线(mdiation)照射第一光致抗蚀剂层以形成由第一掩模 156所定义出的多个曝光区(exposedregion)154,或者对于负型光致抗蚀剂而 言为无曝光区(non-exposed region)。第一光致抗蚀剂层可具有介于约100埃 至约5000埃的厚度。在数个实施例中，第一光致抗蚀剂图案可具有介于约 500埃至约3000埃的厚度，或者介于约1000埃至约1500埃的厚度。第一光 致抗蚀剂层152的光致抗蚀剂材料可为正型光致抗蚀剂或负型光致抗蚀剂。 对于使用极紫外线(EUV)光束的先进半导体图案化工艺而言，第一光致抗蚀 剂层152可使用化学增幅型(chemical amplification, CA)光致抗蚀剂。第一光 致抗蚀剂层152可包括酸性分子或辐射敏感性酸产生剂(radiation-sensitive acid generator),当受到辐射线照射时可产生酸性物质。第一光致抗蚀剂图案 是以第一光刻工艺形成，其可包括光致抗蚀剂涂布、软烤(softbaking)、掩模 对准(mask aligninig)、曝光、曝光后烘烤(post-exposure baking)、显影、及硬 烤(hard baking)。举例而言，光刻曝光工艺可借着通过第一掩模156以射线 158照射半导体元件146而进行。射线可为紫外线或极紫外线，例如来自氟 化氪准分子激光(KrF excimer laser)的光束(波长248纳米)或来自氟化氩准分 子激光(ArF excimer laser)的光束(波长193纳米)。光刻工艺可使用其他的曝 光模式(exposingmode)，例如正轴(on画axis)、偏轴(off-axis)、四孑L(quadripole)、 双孔(dipole)等曝光技术。或者，光刻图案化工艺可以其他适合的方法进行或 取代，例如无掩模光刻(maskless lithography)、电子束写入(electron-beam writing)、离子束写入(ion-beam writing)、或分子模印(molecular imprinting)等 技术。
接着，将第一光致抗蚀剂层152显影。借由显影工艺于第一光致抗蚀剂 图案160中形成多个开口 162。定义于第一光致抗蚀剂图案160中的开口 162 包括至少一预期开口与至少一留白开口 。预期开口是为了半导体元件146的 期望特征(expect feature)而定义。留白开口的设置用以减少或消除由负荷效应 所造成的临界尺寸偏差(CD deviation)。
如图5与图6D-图6F所示，方法130进行到步骤134，对第一光致抗蚀 剂图案160进行化学微縮辅助光刻解析度强化工艺(RELACS)。在一实施例中，如图6D所示，RELACS工艺包括于第一光致抗蚀剂图案160上与第一 光致抗蚀剂图案的开口中的材料层150上涂布RELACS材料层164。RELACS 材料层164包括可交联高分子与交联剂。在一实施例中，可交联高分子包括 OH基及/或COOH基，例如图12A与图12B所示的可交联高分子。在其他 实施例中，可交联高分子包括环氧树脂。图13提供感光收縮材料 (photosensitive shrinkage material)的交联齐!j的一实施例。
RELACS工艺包括烘烤RELACS材料与第一光致抗蚀剂图案160。烘烤 工艺增进酸性物质从光致抗蚀剂图案扩散至RELACS材料以使可交联高分 子交联，因而图6E所示于RELACS材料层与第一光致抗蚀剂图案之间形成 界面交联高分子层(界面层)166。如图14所示，在其他实施例中，当获得酸 性离子时，交联剂210会转变成具有不成对化学键结的化学结构212。交联 剂210可与可交联高分子214反应并与其化学键结。如反应218所示，酸性 离子可由其中释放而可进一步诱发交联剂与可交联高分子之间的其他键结 反应。因此，可交联高分子可连结在一起而形成界面层。
在一实施例中，烘烤工艺包括介于约IO(TC至约200'C的烘烤温度。在 其他实施例中，烘烤工艺包括介于约30秒至约2分钟的烘烤时间。RELACS 工艺还包括清洗RELACS材料以移除未交联高分子，而留下如图6F所示， 邻接于第一光致抗蚀剂图案160的界面层166。在一实施例中，界面层具有 介于约100纳米至约200纳米之间的厚度。界面层的厚度可借着烘烤工艺的 烘烤温度及/或烘烤时间而调整。在数个实施例中，借着形成界面层，RELACS 工艺可减小第一光致抗蚀剂图案的开口的临界尺寸(CD)及/或增加聚焦深度 (DoF)。
如图5与图6G-图6I所示，方法130进行到步骤136，借着第二光刻工 艺于材料层150上与选择性地于第一光致抗蚀剂图案160上形成第二光致抗 蚀剂图案。第二光致抗蚀剂图案168借着例如旋转涂布技术而沉积。在一实 施例中，如图6G所示，第二光致抗蚀剂层168沉积于第一光致抗蚀剂图案 160与材料层150上。
如图6H所示，使用第二掩模170以第二光刻工艺将第二光致抗蚀剂层 图案化以形成第二光致抗蚀剂图案，定义出至少一预期开口与至少一留白开 口。第二光致抗蚀剂图案包括由第二掩模170所定义出的多个曝光区172，或对负型光致抗蚀剂而言为无曝光区。在一实施例中，第二光致抗蚀剂层在 成份与厚度上大抵与第一光致抗蚀剂层相似。例如，第二光致抗蚀剂层的光 致抗蚀剂材料可为正型光致抗蚀剂或负型光致抗蚀剂。在其他实施例中，第
二光致抗蚀剂层包括化学增幅型(CA)光致抗蚀剂。第二光致抗蚀剂图案是以 第二光刻工艺形成，其可包括光致抗蚀剂涂布、软烤、掩模对准、曝光、曝 光后烘烤、显影、及硬烤。在将第二光致抗蚀剂层显影之后，多个开口会形 成于其中，而露出第一光致抗蚀剂图案160的预期开口。如图6I所示，第一 光致抗蚀剂图案160的留白开口则被第二光致抗蚀剂图案覆盖。在一实施例 中，既然第二光致抗蚀剂图案用以覆盖第一光致抗蚀剂图案的留白开口，第 二光刻工艺可使用较第一光刻工艺准确度低的光刻设备及第二掩模。例如， 假如第二光致抗蚀剂图案完全覆盖第一光致抗蚀剂图案的留白开口，可允许 程度较大的不对准(misalignment)。在其他实施例中，假如第二光致抗蚀剂图 案可完全覆盖第一光致抗蚀剂图案的留白开口，可允许程度较大的临界尺寸 (CD)变异。
如图5与图6J-图6K所示，方法130进行至步骤138，通过第一光致抗 蚀剂图案160的预期开口蚀刻材料层150(或基底148)。预期开口进一步借由 界面层166而收縮，且不被第二光致抗蚀剂图案168(即第二光致抗蚀剂层168) 覆盖。对材料层150进行蚀刻工艺以移除预期开口中的材料层，以如图6J 所示，于材料层中形成沟槽174。在一实施例中，预期开口中的材料层150 借由蚀刻工艺移除，使得预期开口中基底148的顶表面完全露出。蚀刻工艺 中，可选用及/或调整适合的蚀刻剂以选择性地移除对应至第一光致抗蚀剂图 案、第二光致抗蚀剂图案、及/或基底的材料层。在一实施例中，当使用氧化 硅作为材料层时，蚀刻工艺可使用CH4、 C3F8、 C4F8、 CHF3、或CH2F2 的干蚀刻，或者缓冲氢氟酸(buffered hydrofluoric acid， BHF)的湿蚀刻以移除 氧化硅。
之后，将第一光致抗蚀剂图案160与第二光致抗蚀剂图案168皆移除。 在一实施例中，使用光致抗蚀剂灰化(resist ashing)工艺以移除第一与第二光 致抗蚀剂图案。在其他实施例中，使用湿式剥除工艺以移除第一与第二光致 抗蚀剂图案。如图6K所示，在移除第一与第二光致抗蚀剂图案后，基底148 于定义于材料层150中的沟槽174露出。图案化材料层具有由预期开口所定义的沟槽174。在一实施例中，沟槽174形成作接触洞(contacthole)以供金属 内连线之用。
前述方法(如图5与图6A-图6K所示)提供根据本发明数个实施例的图案 化工艺。此方法采用PAU(构装与解装)工艺与RELACS(化学微縮辅助光刻解 析度强化)工艺以于材料层中形成预期开口 ，其具有縮小的临界尺寸(CD)变异 与增加的聚焦深度(DoF)。其他优点可进一步于数个实施例中显现。例如， 形成于材料层150中的沟槽174(或开口)具有较平滑的边缘(edge)及/或縮小 的尺寸。在一实施例中，方法130可用以形成小接触洞。
以下，提供本发明其他实施例的光刻图案化方法。图7显示光刻图案化 方法176的流程图。图8A-图8J显示一实施例中，以方法176制造半导体元 件186的一系列工艺剖面图。光刻图案化方法176与借以制作的半导体元件 186将借着参照图7与图8A-图8J共同叙述。为简化说明仅简要地叙述此实 施例。
如图7与图8A-图8C所示，方法176由步骤178开始，于基底148上 形成第一光致抗蚀剂图案。在一实施例中，半导体元件186的第一光致抗蚀 剂图案160在成份上、形成方法上、及结构上大抵与半导体元件146的第一 光致抗蚀剂图案160相似。例如，第一光致抗蚀剂图案包括至少一预期开口 及至少一留白开口。在其他实施例中，预期开口是为了半导体元件186的期 望特征(expect feature)而定义。留白开口的设置用以减少或消除由负荷效应所 造成的临界尺寸偏差(CD deviation)。
如图7与图8D-图8E所示，方法176进行到步骤180，对第一光致抗蚀 剂图案160进行化学微縮辅助光刻解析度强化工艺(RELACS)。在一实施例 中，如图8D所示，RELACS工艺包括于第一光致抗蚀剂图案160上与第一 光致抗蚀剂图案的开口中的材料层150上涂布RELACS材料层164。在一实 施例中，RELACS材料层164在成份上大抵与方法130所用的RELACS材料 层相似。RELACS工艺包括烘烤RELACS材料层与第一光致抗蚀剂图案160 以将可交联高分子交联，而于RELACS材料层与第一光致抗蚀剂图案之间形 成界面交联高分子层(界面层)166。在一实施例中，烘烤工艺大抵与方法130 所用的烘烤工艺相似。然而，未交联高分子不在现阶段清洗移除。
如图7与图8F-图8H所示，方法176进行到步骤182，借着第二光刻工
13艺于RELACS材料层164上形成第二光致抗蚀剂图案并覆盖于第一光致抗蚀 剂图案的留白开口上。第二光致抗蚀剂层借着例如旋转涂布技术而沉积。如 图8F所示，第二光致抗蚀剂层168沉积于RELACS材料层164上。
如图8G所示，使用第二掩模170以第二光刻工艺将第二光致抗蚀剂层 图案化以形成第二光致抗蚀剂图案，定义出至少一预期开口与至少一留白开 口。在光刻曝光工艺中，第二光致抗蚀剂图案形成多个由第二掩模170所定 义的曝光区172(或对负型光致抗蚀剂而言为无曝光区)。第二光致抗蚀剂图 案是以第二光刻工艺形成，其可包括光致抗蚀剂涂布、软烤、掩模对准、曝 光、曝光后烘烤、显影、及硬烤。在一实施例中，不被第二光致抗蚀剂图案 覆盖的RELACS材料层164的未交联高分子可于第二光致抗蚀剂图案进行显 影工艺期间或之后移除。多个开口形成于第二光致抗蚀剂层中，露出第一光 致抗蚀剂图案160的预期开口。如图8H所示，第一光致抗蚀剂图案160的 留白开口则被第二光致抗蚀剂图案168覆盖。在一实施例中，第二光刻工艺
可使用较第一光刻工艺准确度低的光刻设备及第二掩模。
如图7与图81-图8J所示，方法176进行至步骤184，通过第一光致抗 蚀剂图案160的预期开口蚀刻材料层150。如图8I所示，对材料层150进行 蚀刻工艺以移除预期开口中的材料层，而于材料层中形成沟槽174。在一实 施例中，预期开口中的材料层借由蚀刻工艺移除，使得预期开口中基底148 的顶表面完全露出。蚀刻工艺中，可选用及/或调整适合的蚀刻剂以选择性地 移除对应至第一光致抗蚀剂图案与第二光致抗蚀剂图案的材料层。
之后，第一光致抗蚀剂图案160与第二光致抗蚀剂图案168皆被移除。 界面层166也被移除。在数个实施例中，使用光致抗蚀剂灰化工艺或湿式剥 除工艺移除第一与第二光致抗蚀剂图案。如图8J所示，在移除第一与第二光 致抗蚀剂图案后，基底148于由材料层150所定义的沟槽174中露出。图案 化材料层具有由预期开口定义的沟槽174。在一实施例中，沟槽174是形成 作金属内连线用的接触洞。
以下提供根据本发明实施例的光刻图案化方法的其他实施方式。图9显 示光刻图案化方法190的流程图。图10A-图IOI显示一实施例中，以方法190 制造半导体元件200的一系列工艺剖面图。光刻图案化方法190与其所制作 的半导体元件200将借着参照图9与图10A-图101共同叙述。如图9与图10A-图10C所示，方法190由步骤192开始，于基底148
上形成第一光致抗蚀剂图案。在一实施例中，半导体元件200的第一光致抗 蚀剂图案160在成份上、形成方法上、及结构上大抵与半导体元件146的第 一光致抗蚀剂图案160相似。例如，第一光致抗蚀剂图案包括至少一预期开 口及至少一留白开口。在其他实施例中，预期开口是为了半导体元件200的 期望特征而定义。留白开口的设置用以减少或消除由负荷效应所造成的临界
尺寸偏差°
如图9与图10D所示，方法190进行到步骤194，于第一光致抗蚀剂图 案160上与第一光致抗蚀剂图案的开口中的材料层150上形成感光收縮材料 层202。感光收縮材料层202包括光酸产生剂(photoacid generator, PAG)。光 酸产生剂(PAG)可为离子型或非离子型。图11A-图IIK提供数个可用作感光 收縮材料的光酸产生剂的化学结构。感光收縮材料层202也包括可交联高分 子。在一实施例中，可交联高分子具有OH基及/或COOH基，例如图12A-图12B所示的可交联高分子。在其他实施例中，可交联高分子包括环氧树脂。 感光收縮材料层202还包括交联剂。图13提供感光收縮材料的交联剂的一 实施例。感光收縮材料具有RELACS材料的功能，可借着将可交联高分子交 联而形成界面层。感光收縮材料还具有光致抗蚀剂材料的功能，可借由光刻 图案化工艺而图案化。
如图9与图10E所示，方法190进行到步骤196，对感光收縮材料层202 及第一光致抗蚀剂图案160进行RELACS工艺。在一实施例中，RELACS 工艺包括烘烤感光收縮材料层202及第一光致抗蚀剂图案160以将可交联高 分子交联，而于感光收縮材料层与第一光致抗蚀剂图案之间形成界面交联高 分子层(界面层)204。在一实施例中，烘烤工艺大抵与方法130所用的烘烤工 艺相似。
如图9与图10F-图10G所示，方法190进行到步骤198，使用第二掩模 170以第二光刻工艺将感光收縮材料层202图案化，以如图10F所示，定义 至少一预期开口及至少一留白开口。感光收縮材料层被光刻曝光以形成多个 曝光区206(或对于负型光致抗蚀剂而言为无曝光区)，并进一步将感光收縮 材料层显影以形成感光收縮材料图案。感光收縮材料图案是借由第二光刻工 艺形成，其可包括光致抗蚀剂涂布、软烤、掩模对准、曝光、曝光后烘烤、
15显影、及硬烤。在将感光收縮材料层显影后，其中会定义出多个开口，并露
出第一光致抗蚀剂图案160的预期开口。如图IOG所示，第一光致抗蚀剂图 案160的留白开口被感光收縮材料图案覆盖。在一实施例中，既然第二光致 抗蚀剂图案(即感光收縮材料图案)用以完全覆盖第一光致抗蚀剂图案的留白 开口，第二光刻工艺可使用较第一光刻工艺准确度低的光刻设备及第二掩 模。
如图9与图10H-图101所示，方法190进行到步骤199，通过第一光致 抗蚀剂图案160的预期开口蚀刻材料层150。如图IOH所示，对材料层150 进行蚀刻工艺以移除预期开口中的材料层而于其中形成沟槽174。在一实施 例中，预期开口中的材料层150借由蚀刻工艺移除，使得预期开口中基底148 的顶表面完全露出。蚀刻工艺中，可选用及/或调整适合的蚀刻剂以选择性地 移除对应至第一光致抗蚀剂图案与第二光致抗蚀剂图案(即感光收縮材料图 案)的材料层。
之后，将第一光致抗蚀剂图案160与感光收縮材料图案202皆移除。使 用光致抗蚀剂灰化(resist ashing)工艺或湿式剥除工艺移除第一光致抗蚀剂图 案与感光收縮材料图案。界面层166也被移除。如图10I所示，在移除第一 光致抗蚀剂图案与感光收縮材料图案后，基底148于由材料层150所定义的 沟槽174中露出。图案化材料层具有由预期开口定义的沟槽174。在一实施 例中，沟槽174包括金属内连线用的接触洞。
以上，以数个实施例叙述本发明实施例的光刻图案化方法，包括方法 130、 176、与190。所揭示的光刻图案化方法提供依据本发明数个实施例进 行的图案化工艺。此方法通过进行PAU工艺与RELACS工艺而于基底中形 成开口，其具有縮小的临界尺寸变异与优选的解析度。其他优点可进一步于 数个实施例显现。例如，形成于材料层150中的开口 174具有较平滑的边缘 及/或縮小的尺寸。
在不脱离本发明实施例的精神下，可对本发明实施例使用其他的润饰、 更动、添加、或延伸。例如，材料层150可去除。第一与第二光致抗蚀剂图 案(或光致抗蚀剂图案与感光收縮材料图案)直接形成于基底148上。在其他 实施例中，可进行其他的适合工艺(例如化学机械研磨)以部分移除材料层 150。在其他实施例中，数个掩模可使用其他的解析度增进技术，例如相位移掩模(phase shift mask)、光学令卩近修正(optical proximity correction)、及/或 偏轴照射(off-axisillumination)。此外，可于第一光致抗蚀剂图案上形成底部 抗反射涂布(bottom anti-reflective coating, BARC)以减少光刻曝光工艺期间的 反射。在此情形中，也可对BARC层进行RELACS工艺。
本发明实施例提供光刻图案化的方法。方法包括于基底上形成光致抗蚀 剂图案，其基底上包括至少一预期开口与至少一留白开口于其中；于光致抗 蚀剂图案与基底上形成图案化感光材料层，其中图案化感光材料层覆盖光致 抗蚀剂图案的留白开口；以及对光致抗蚀剂图案的预期开口进行化学微縮辅 助光刻解析度强化工艺。
所揭示的方法可还包括通过光致抗蚀剂图案的预期开口蚀刻基底。图案 化感光材料层的形成可于RELACS工艺之后进行。图案化感光材料层的形成 可包括形成图案化正型光致抗蚀剂层。图案化感光材料层的形成可包括形成 图案化负型光致抗蚀剂层。图案化感光材料层可包括RELACS材料与光酸产 生剂。RELACS工艺的进行可包括交联反应，以于一升高温度下在感光材料 层与光致抗蚀剂图案之间形成界面层。RELACS工艺的进行可包括对感光材 料层与光致抗蚀剂图案进行高温烘烤。高温烘烤可包括介于约IOO'C至约200 'C之间的烘烤温度。
本发明实施例还提供一光刻图案化方法。方法包括于基底上形成第一光 致抗蚀剂图案，光致抗蚀剂图案于基底上包括至少一预期开口与至少一 留白 开口于其中；对第一光致抗蚀剂图案的预期开口进行化学微縮辅助光刻解析 度强化工艺以将预期开口收縮；以及于基底上形成第二光致抗蚀剂图案，其 覆盖留白开口并露出第一光致抗蚀剂图案的预期开口。
在所揭示的方法中，第二光致抗蚀剂图案的形成可包括部分地于第一光 致抗蚀剂图案上形成第二光致抗蚀剂图案。第二光致抗蚀剂图案的形成可包 括于基底上形成正型光致抗蚀剂层或负型光致抗蚀剂层。RELACS工艺的进 行可包括于基底与光致抗蚀剂图案上涂布RELACS材料层；以及于一升高温 度烘烤光致抗蚀剂图案与RELACS材料层以于邻近于预期开口的侧壁处形 成界面层。方法可还包括于形成第二光致抗蚀剂图案前，先清洗RELACS材 料层。方法可还包括于形成第二光致抗蚀剂图案期间，清洗RELACS材料层。 方法可还包括通过第一光致抗蚀剂图案的预期开口蚀刻基底。RELACS工艺的进行可包括涂布具有可交联高分子及交联剂的RELACS材料层。
本发明实施例还提供一光刻图案化方法。方法包括于基底上形成光致抗 蚀剂图案，光致抗蚀剂图案于基底上包括至少一预期开口与至少一留白开口 于其中；于基底与光致抗蚀剂图案上形成感光收縮材料层；烘烤感光收縮材 料层与光致抗蚀剂图案以于其间形成界面层；以及将感光收縮材料层图案化 以覆盖光致抗蚀剂图案的留白开口中的基底，并露出光致抗蚀剂图案的预期 开口中的基底。在一实施例中，感光收縮材料层包括光酸产生剂、可交联高 分子、及交联剂。可交联高分子可包括具有OH基的高分子、具有COOH基 的高分子、环氧树脂、或前述的组合。
虽然本发明已以数个优选实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明， 任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的 更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为 准。
权利要求
1.一种图案化方法，包括于一基底上形成一光致抗蚀剂图案，该光致抗蚀剂图案于该基底上包括至少一预期开口与至少一留白开口于其中；于该光致抗蚀剂图案与该基底上形成一图案化感光材料层，其中该图案化感光材料层覆盖该光致抗蚀剂图案的该留白开口；以及对该光致抗蚀剂图案的该预期开口进行一化学微缩辅助光刻解析度强化工艺。
2. 如权利要求1所述的图案化方法，还包括通过该光致抗蚀剂图案的该预期开口蚀刻该基底。
3. 如权利要求1所述的图案化方法，其中该图案化感光料层的形成是在 该化学微缩辅助光刻解析度强化工艺之后进行。
4. 如权利要求1所述的图案化方法，其中该图案化感光料层包括一化学 微縮辅助光刻解析度强化材料及一光酸产生剂。
5. 如权利要求4所述的图案化方法，其中该化学微縮辅助光刻解析度强 化工艺的进行包括一交联反应，以于一升高温度下在该感光材料层与该光致 抗蚀剂图案之间形成一界面层。
6. 如权利要求1所述的图案化方法，其中该化学微縮辅助光刻解析度强 化工艺的进行包括对该感光材料层与该光致抗蚀剂图案进行一高温烘烤。
7. 如权利要求6所述的图案化方法，其中该高温烘烤包括一烘烤温度， 介于约IO(TC至约20(TC之间。
8. —种图案化方法，包括于一基底上形成一第一光致抗蚀剂图案，该第一光致抗蚀剂图案于该基 底上包括至少一预期开口与至少一留白开口于其中；进行一化学微縮辅助光刻解析度强化工艺以使该第一光致抗蚀剂图案 的该预期开口收縮；以及于该基底上形成一第二光致抗蚀剂图案，覆盖该第一光致抗蚀剂图案的 该留白开口并露出该第一光致抗蚀剂图案的该预期开口 。
9. 如权利要求8所述的图案化方法，其中该第二光致抗蚀剂图案的形成 包括部分地于该第一光致抗蚀剂图案上形成该第二光致抗蚀剂图案。
10. 如权利要求8所述的图案化方法，其中该化学微縮辅助光刻解析度强化工艺的进行包括于该基底与该第一光致抗蚀剂图案上涂布一化学微縮辅助光刻解析度 强化材料层；以及于一升高温度烘烤该第一光致抗蚀剂图案与该化学微縮辅助光刻解析 度强化材料层以于邻近于该预期开口的侧壁处形成一界面层。
11. 如权利要求IO所述的图案化方法，还包括于形成该第二光致抗蚀剂 图案前清洗该化学微縮辅助光刻解析度强化材料层。
12. 如权利要求8所述的图案化方法，其中该化学微縮辅助光刻解析度 强化工艺的进行包括涂布一化学微縮辅助光刻解析度强化材料层，该化学微 縮辅助光刻解析度强化材料层具有可交联高分子及交联剂。
13. —种图案化方法，包括-于一基底上形成一光致抗蚀剂图案，该光致抗蚀剂图案于该基底上包括 至少一预期开口与至少一 留白开口于其中；于该基底与该光致抗蚀剂图案上形成一感光收縮材料层； 烘烤该感光收縮材料层与该光致抗蚀剂图案以于其间形成一界面层；以及将该感光收縮材料层图案化以覆盖该光致抗蚀剂图案的该留白开口中 的该基底，并露出该光致抗蚀剂图案的该预期图案中的该基底。
14. 如权利要求13所述的图案化方法，其中该感光收縮材料层包括 光酸产生剂；可交联高分子；以及 交联剂。
15. 如权利要求14所述的图案化方法，其中该可交联高分子包括一具有 OH基的高分子、 一具有COOH基的高分子、环氧树脂、或前述的组合。
全文摘要
本发明提供一种图案化方法，包括于基底上形成光致抗蚀剂图案，光致抗蚀剂图案于基底上包括至少一预期开口与至少一留白开口于其中，于光致抗蚀剂图案与基底上形成图案化感光材料层，其中图案化感光材料层覆盖光致抗蚀剂图案的留白开口，以及对光致抗蚀剂图案的预期开口进行化学微缩辅助光刻解析度强化工艺。本发明通过进行化学微缩辅助光刻解析度强化工艺，以缩小临界尺寸及/或增加聚焦深度。
文档编号G03F7/00GK101556437SQ20091000576
公开日2009年10月14日 申请日期2009年2月6日 优先权日2008年2月8日
发明者叶孝蔚, 施仁杰 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司