专利名称：用于半导体制造的双层光阻制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造集成电路和其它电子器件的方法。特别是指一种改良的光阻图案化制程的双层光阻制程，可用于制造集成电路和其它电子器件。
就双层光阻的方法而言，例如涂布一层厚度为1～2微米的有机树脂做为下层光阻层，其上方为一层厚度为0.1～0.2微米的薄层上层光阻层，然后借助曝光显影先将上层光阻层图案化，并用此上层光阻层做为掩膜，来蚀刻下层光阻层，以形成具有高的高宽比的光阻图案。此双层光阻的方法可以借助下层光阻层来缓和或避免基底的高度差异的影响以及基底表面的反射，而与单层光阻的方法相比，具有较薄厚度的上层光阻层还可以改善分辨率。因此，在高度差异大的基底上形成复杂精细的图案，双层光阻层的方法的优点多于单层光阻层的方法，因此对未来会使用的短波曝光光源而言，其为一种有效的光阻制程。
美国专利6,255,022号中，Young等人提出的双层光阻中，底层光阻用于平坦化，而顶层光阻为含硅材质。然而，此种方法的缺点为此两种光阻层会互相混合。而且，若顶层光阻层被蚀刻掉，底层光阻并不能承受蚀刻期间的物理撞击，特别是对蚀刻铁电随机存取内存(ferroelectric random accessmemory；简称FeRAM)中所使用的贵重金属的制程。
美国专利5,922,516号中，Yu等人提出的双层光阻层中，底层光阻用于平坦化，而顶层光阻则受到硅化反应(silylation)。然而，此方法也具有上述的缺点。
本发明的另一目的在于提供一种双层光阻制造方法，使光阻层可以在蚀刻期间抵挡物理性撞击。
根据本发明上述目的，因此提供一种用于半导体制造的双层光阻制造方法，首先，在基底上提供一层待蚀刻层，之后在该待蚀刻层上面覆盖一层底部光阻层(此光阻层为含硅材质，故以下称其为底部含硅光阻层)，并烘烤此底部含硅光阻层。对底部含硅光阻层进行处理，以在其表面形成一氧化硅层。之后，在氧化硅层上覆盖一顶部光阻层，并烘烤顶部光阻层。接着对顶部光阻层进行曝光和显影，以在其中形成图案。之后，将顶部光阻层中的图案转移至氧化硅层和底部含硅光阻层中。
本发明的有益效果是，由于本发明的制造方法形成有氧化硅层和两层光阻层，当借助干蚀刻将图案转移至待蚀刻层时，氧化硅层和底部含硅光阻层做为蚀刻掩膜，氧化硅层的功用就如同硬掩膜，因此，可以减少底部含硅光阻层的厚度而不致影响后续的蚀刻效果。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
其中，附图标记说明如下基底100待蚀刻层102底部含硅光阻层104被部份蚀刻的底部光阻层104a图案化的底部光阻层104b氧化硅层106图案化的氧化硅层106a顶部薄光阻层110图案化的顶部光阻层110a底部电极层102a下阻障层102b绝缘层102c上阻障层102d顶部电极层102e电浆蚀刻步骤112
如
图1A所示，首先在基底100上提供待蚀刻层102。在此所指的基底100包括一些半导体器件，例如在其中形成的晶体管，为简化附图，并未在图中示出。接着，在待蚀刻层102上覆盖一层底部光阻层(此光阻层为含硅材质，故以下称为底部含硅光阻层)104，其厚度约为5000～15000埃()。之后，将底部含硅光阻层104进行硬烤，烘烤的温度约为120～180℃。
接着如图1B所示，对底部含硅光阻层104进行处理，以在其表面形成氧化硅层106。此处理方法为利用含氧的电浆108处理底部含硅光阻层104。含氧的电浆所使用的气体可以是SO2、N2O或CO，使用的压力约为30～50毫托尔(mtorr)。
接着请参照图1C，在氧化硅层106上覆盖一层顶部光阻层110，由于厚度较薄，其厚度约为2000～5000埃，故以下又称顶部薄光阻层。此顶部薄光阻层1 10具有高分辨率，且使用DUV或EUV光做为曝光光源。之后，软烤此顶部薄光阻层110。
接着请参照图1D，对此烘烤后的顶部薄光阻层110进行曝光，并利用显影剂显影，以形成具有图案的图案化顶部光阻层110a。
之后将图案化顶部光阻层110a的图案转移至氧化硅层106和底部含硅光阻层104，如图1E和图1F所示。
如图1E所示，使用含氟和氧的电浆蚀刻氧化硅层106，并转为图案化的氧化硅层106a。此含氟和氧的电浆所使用的含氟气体可以是CF4、CHF3或CH2F2，所使用的含氧气体可以是SO2、N2O或CO。
在第一阶段的电浆蚀刻步骤112中，底部含硅光阻层104可能会有部份损失，而转变为被部份蚀刻的底部含硅光阻层104a，如图1E所示。
如图1F所示，使用含氧的电浆蚀刻底部光阻层104a，并转为图案化的底部含硅光阻层104b。此含氧的电浆中所使用的含氧气体可以是SO2、N2O或CO。
在第二阶段的电浆蚀刻步骤中，为蚀穿底部光阻层，而在此同时顶部光阻层110a可能会有部份损失。不过，位于底部含硅光阻层104b表面的氧化硅层106a可以抵挡光阻蚀刻。
当借助干蚀刻将图案持续转移至待蚀刻层102时，氧化硅层106a和底部含硅光阻层104b做为蚀刻掩膜。氧化硅层106a的功用就如同硬掩膜，因此，可以减少底部含硅光阻层104b的厚度而不致影响后续的蚀刻效果。
上述双层光阻制程可以应用至电容的制造过程中，例如铁电随机存取内存电容(FeRAMFerroelectric RAM)。
如图2所示，当双层光阻制程应用至电容制造过程时，待蚀刻层102是一堆栈层，此堆栈层包括构成电容的一顶部电极层102e、一绝缘层102c和一底部电极层102a。
如图3所示，当双层光阻制程应用至铁电随机存取内存(FeRAM)制造过程时，电容为铁电随机存取内存电容，上述的堆栈层还包括一上阻障层102d和一下阻障层102b，其中上阻障层102d介于顶部电极层102e和绝缘层102c之间，下阻障层102b介于底部电极层102a和绝缘层102c之间。其中，顶部电极层102e的材质可为Pt、Ir、IrOx、SrRuOx、RuOx或LaNiOx，绝缘层102c的材质可为PZT(PbZrTiOx)或SBT(SrBiTaOx)，底部电极层102a的材质可为Pt、Ir、IrOx、SrRuOx、RuOx或LaNiOx。至于上阻障层102d和下阻障层102b可以是Ti/TiN堆栈层。
对铁电随机存取内存(FeRAM)的制造而言，蚀刻铁电材质的电容为最关键的制造程序。此堆栈的电容器中包含贵金属和铁电绝缘材质，而这些物质对光阻的蚀刻选择比非常低。传统上，需要厚度相当厚的光阻层才能将这些物质图案化。然而，增加光阻层的厚度不仅会有严重的遮蔽物(veil)或栅栏(fence)问题，而且分辨率会变差。在本发明中，将氧化硅层覆盖于底部含硅光阻层表面做为硬掩膜，因此可以改善蚀刻选择比。再者，氧化硅层可以抵挡电容蚀刻，因此底部含硅光阻层的厚度可以降低，进而减少上述的遮蔽物或栅栏问题。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但是其并非用以限定本发明，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，所作出的等效方法变换，均应包含在本发明的专利范围内。
权利要求
1.一种用于半导体制造的双层光阻制造方法，其特征在于，包括在一基底上提供一待蚀刻层；在该待蚀刻层上覆盖一底部含硅光阻层；烘烤该底部含硅光阻层；处理该底部含硅光阻层，以在该底部含硅光阻层表面形成一氧化硅层；在该氧化硅层上覆盖一顶部光阻层；烘烤该顶部光阻层；将该顶部光阻层曝光和显影，以在该顶部光阻层中形成一图案；以及转移该图案至该氧化硅层和该底部含硅光阻层中。
2.如权利要求1所述的双层光阻制造方法，其特征在于，烘烤该底部含硅光阻层的温度为120～180℃。
3.如权利要求1所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该底部含硅光阻层的厚度为5000～15000。
4.如权利要求1所述的双层光阻制造方法，其特征在于，形成该氧化硅的步骤包括将该底部含硅光阻层在一含氧的电浆下处理。
5.如权利要求4所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该含氧的电浆所使用的气体是选自由SO2、N2O和CO所组成的集合中。
6.如权利要求4所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该含氧的电浆所使用的压力为30～50毫托尔。
7.如权利要求1所述的双层光阻制造方法，其特征在于，转移该图案至该氧化硅层和该底部含硅光阻层中的步骤包括使用含氟和氧的电浆蚀刻该氧化硅层；以及使用含氧的电浆蚀刻该底部含硅光阻层。
8.如权利要求7所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该含氟和氧的电浆所使用的含氟气体是选自由CF4、CHF3和CH2F2所组成的集合中。
9.如权利要求7所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该含氟和氧的电浆所使用的含氧气体以及该含氧的电浆所使用的气体是选自由SO2、N2O和CO所组成的集合中。
10.如权利要求1所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该待蚀刻层为一堆栈层，该堆栈层包括构成一电容的一顶部电极层、一绝缘层和一底部电极层。
11.如权利要求10所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该电容为一铁电随机存取内存电容，该堆栈层还包括一上阻障层和一下阻障层，其中该上阻障层介于该顶部电极层和该绝缘层之间，该下阻障层介于该底部电极层和该绝缘层之间。
12.如权利要求11所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该顶部电极层的材质是选自由Pt、Ir、IrOx、SrRuOx、RuOx和LaNiOx所组成的集合中，该绝缘层的材质是选自由PZT(PbZrTiOx)和SBT(SrBiTaOx)所组成的集合中，该底部电极层的材质是选自由Pt、Ir、IrOx、SrRuOx、RuOx和LaNiOx所组成的集合中。
13.一种用于半导体制造的双层光阻制造方法，其特征在于，包括提供一待蚀刻层于一基底上；在该待蚀刻层上覆盖一底部含硅光阻层；烘烤该底部含硅光阻层；处理该底部含硅光阻层，以在该底部含硅光阻层表面形成一氧化硅层；在该氧化硅层上覆盖一顶部薄光阻层；烘烤该顶部薄光阻层；将该顶部薄光阻层曝光和显影，以于该顶部薄光阻层中形成一图案；使用含氟和氧的电浆蚀刻该氧化硅层，以将该图案转移至该氧化硅层中；以及使用含氧的电浆蚀刻该底部含硅光阻层，以将该图案转移至该底部含硅光阻层中，且移除该顶部薄光阻层。
14.如权利要求13所述的双层光阻制造方法，其特征在于，烘烤该底部含硅光阻层的温度为120～180℃。
15.如权利要求13所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该底部含硅光阻层的厚度为5000～15000。
16.如权利要求13所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该含氧的电浆所使用的气体是选自由SO2、N2O和CO所组成的集合中，且该含氧的电浆在压力为30～50毫托尔下使用。
17.如权利要求13所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该含氟和氧的电浆所使用的含氟气体是选自由CF4、CHF3和CH2F2所组成的集合中。
18.如权利要求13所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该含氟和氧的电浆所使用的含氧气体以及该含氧的电浆所使用的气体是选自由SO2、N2O和CO所组成的集合中。
19.如权利要求13所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该顶部薄光阻层的厚度为2000～5000。
20.如权利要求13所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该待蚀刻为一堆栈层，该堆栈层包括构成一电容之一顶部电极层、一绝缘层和一底部电极层。
21.如权利要求20所述的双层光阻制造方法，其特征在于，该电容为一铁电随机存取内存电容，该堆栈层还包括一上阻障层和一下阻障层，其中该上阻障层介于该顶部电极层和该绝缘层之间，该下阻障层介于该底部电极层和该绝缘层之间。
全文摘要
本发明公开了一种用于半导体制造的双层光阻制造方法。首先，在基底上提供一层待蚀刻层，之后在其上覆盖一层底部含硅的光阻层，并烘烤此底部含硅光阻层。对底部含硅光阻层进行处理，以在其表面形成一氧化硅层。之后，在氧化硅层上覆盖一层顶部光阻层，并烘烤顶部光阻层。接着对顶部光阻层进行曝光和显影，以于其中形成图案；之后，将此图案转移至氧化硅层和底部含硅光阻层中。
文档编号H01L21/02GK1469426SQ0310727
公开日2004年1月21日 申请日期2003年3月19日 优先权日2002年7月17日
发明者丁坤山 申请人:旺宏电子股份有限公司