专利名称：一种制造亚光刻尺寸通路的方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种制造亚光刻尺寸通路的方法，其中所得到的通路的亚光刻特征尺寸小于光刻系统的光刻极限。更具体地说，本发明涉及一种利用具有不同蚀刻速率的双聚合物层制造亚光刻尺寸通路的方法，以形成具有小于光刻系统的光刻极限的亚光刻特征尺寸的通路。
背景技术：
在微电子工业中，在衬底上形成图形特征的标准方法是采用熟知的光刻方法。典型地，光致抗蚀剂层涂覆在衬底材料上，然后用光源通过掩模对光致抗蚀剂层进行曝光。掩模包括图形特征，例如线条和间隔，这些特征被传递到光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂被曝光后，应用溶剂确定传递到光致抗蚀剂的图形。通过这种处理生成的图形通常被限制为线宽大于光刻准直工具的最小分辨率λ，这一分辨率最终受用于对光致抗蚀剂进行曝光的光源的光波长的限制。目前，光刻准直工具的技术现状是能印制小到100nm的线宽。
通过熟知的半导体处理，例如反应离子蚀刻、离子研磨、等离子蚀刻或化学蚀刻，可将图形化到光致抗蚀剂中的特征传递到衬底材料中。采用标准半导体处理方法，能够形成线宽λ或者间隔周期为2λ的栅格(也就是线间-隔序列)。
然而，在许多应用中，采用尽可能小的线宽或周期是有利的。较小的线宽或周期意味着更高的性能和/或更高密度的电路。因而，微电子工业不断寻求减小光刻系统的最小分辨率，进而减小已图形化衬底上的线宽或周期。由于电子工业受更快和更小电子器件需求的驱使，性能和/或密度的增加具有可观的经济利益。通路仅仅是要求具有小于最小分辨率λ的特征尺寸(即亚光刻特征尺寸)的应用的一个例子。
因而，需要得到一种制造亚光刻尺寸通路的方法，该通路具有小于光刻系统最小分辨率的特征尺寸。
发明内容
本发明的制造亚光刻尺寸通路的方法能满足前面提及对小于光刻系统最小分辨率的特征尺寸的需求。
由光刻系统的最小分辨率带来的特征尺寸限制可以通过在底层上淀积第一聚合物层然后在第一聚合物层上淀积第二聚合物层来解决。第一聚合物层不必是光敏的。另一方面，第二聚合物层必须是光敏的，以便能被以一定的图形曝光。以光刻方式对第二聚合物层进行图形化以在其中形成蚀刻掩模，该蚀刻掩模具有处于用来对第二聚合物层图形化的光刻系统的光刻极限内的特征尺寸。应用蚀刻处理去除第一聚合物层的除位于蚀刻掩模下的部分外的所有部分。
第一聚合物层的剩余部分具有第一蚀刻速率，第二聚合物层(即蚀刻掩模)具有第二蚀刻速率。当对第一和第二聚合物层进行各向同性蚀刻时，第一蚀刻速率被预先设定为快于第二蚀刻速率。对蚀刻掩模和第一聚合物层均进行各向同性蚀刻，从而使得第一聚合物层在侧向以比第二聚合物层快的速度溶解。第一聚合物层沿着确定了底层上的暴露表面的底层表面方向后退，且第一聚合物层沿着在确定蚀刻掩模上的底切部分的蚀刻掩模后退。各向同性蚀刻继续进行直至第一聚合物层已经溶解为小于光刻极限的亚光刻特征尺寸。
然后，在暴露部分和除了底切部分以外的蚀刻掩模的所有部分上淀积介电层。介电层在邻近第一聚合物层的位置形成通路侧壁。通过移除(lift-off)处理，去除蚀刻掩模和第一聚合物层，以确定具有大致等于亚光刻极限的最小特征尺寸的亚光刻尺寸通路。
下面通过举例方式说明的本发明的原理，通过下面结合附图的的详细说明容易了解对本发明的其他方面和优点。
图1为根据本发明的底层的剖面图；图2为根据本发明的淀积在第一聚合物层上的第二聚合物层的剖面图；图3为根据本发明对第二聚合物层进行图形化以在其中确定蚀刻掩模的剖面图；图4a和图4b为根据本发明的位于蚀刻掩模之下的第一聚合物层的剖面图；图5和6为根据本发明的第一聚合物层和蚀刻掩模的各向同性蚀刻的剖面图；图7a和7b为根据本发明的淀积在蚀刻掩模和暴露部分上的介电层的剖面图；图8a和8b为根据本发明的亚光刻尺寸通路的剖面图。
具体实施例方式
在下面的详细说明和几幅图中，相似的部分采用相似的标号表示。
如为说明目的附图中所示，本发明具体体现为一种制造亚光刻尺寸通路的方法。该方法包括在底层表面上淀积具有第一蚀刻速率的第一聚合物层，然后在第一聚合物层上淀积具有第二蚀刻速率的第二聚合物层。第二聚合物层是通过光刻方式被图形化以在第二聚合物层上确定一蚀刻掩模。蚀刻掩模包括处于用来对第二聚合物层进行图形化的光刻系统的光刻极限内的特征尺寸。如果光刻系统的光刻极限为λL，那么蚀刻掩模的特征尺寸大于或等于λL，对第一聚合物层进行各向异性蚀刻以溶解第一聚合物层的没有被蚀刻掩模覆盖的部分。结果，在各向异性蚀刻以后，第一聚合物层和蚀刻掩模形成一延伸到底层以外的双聚合物叠层。
第一聚合物层和蚀刻掩模被各向同性蚀刻从而使第一聚合物层基本在侧向以比蚀刻掩模更快的速度进行溶解。例如，在含氧等离子体中进行的等离子体蚀刻可以用来蚀刻聚合物。第一聚合物层沿着底层表面后退，从而在底层表面上形成一个暴露表面。第一聚合物层还沿着蚀刻掩模后退，进而在其上形成一个底切部分。各向同性蚀刻继续进行直至第一聚合物层已溶解为具有小于光刻极限的亚光刻特征尺寸。本质上说，经过各向同性蚀刻之后，蚀刻掩模和第一聚合物层的亚光刻特征尺寸形成一个似伞状或蘑菇状的结构，该结构在在第一聚合物层和的亚光刻特征尺寸和底层的暴露表面的一部分上方撑开(over-span)。
介电层被淀积在底层的暴露部分和蚀刻掩模的除底切部分以外的几乎所有部分上，使得蚀刻掩模的顶表面和侧表面基本被介电层所覆盖。不过，蚀刻掩模的底表面(即底切部分)不被介电层所覆盖。而且，淀积在暴露部分上的介电层在邻近第一聚合物层的位置处形成通路侧壁。
将蚀刻掩模和第一聚合物层移除进而确定一个具有大致等于亚光刻特征尺寸的最小特征尺寸的亚光刻尺寸通路。
在图1中，衬底17中承载着底层15。底层15的表面14被表示成与衬底17的上表面12齐平。不过，底层15和表面14相互之间不必齐平，并且底层15可以具有非平坦表面。衬底17可以是一个介电材料层，例如二氧化硅(SiO2)或碳化硅(Si3N4)。底层15包含特征尺寸LF，该特征尺寸基本大于或等于用来对底层15进行图形化的光刻系统的光刻极限λL。例如，如果λL＝0.2μm，则LF≥λL且LF≥0.2μm。例如，如果要求底层15和表面14具有大致平的并且齐平的表面，底层15可以通过微电子领域中熟知的各种的方法在衬底17中形成，这些方法包括化学机械抛光(CMP)或波纹(damascene)处理。
底层15可以图形化成如图1所示的离散段的形式，或底层15可以是一连续层(见图8b中的标号15)。在每一种情况中，底层15均具有基本大于或等于光刻极限λL的特征尺寸LF。
底层15可以导电材料。适于用作底层15的材料包括但不局限于金属、铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)和铜(Cu)。
图2中，第一聚合物层11淀积在底层15的表面14上。第一聚合物层不必要是光敏的。当对第一聚合物层11进行各向同性蚀刻时，第一聚合物层11具有第一蚀刻速率。
下一步，在第一聚合物层11上淀积第二聚合物层13。第二聚合物层13必须是光敏的，从而能以光刻方式对第二聚合物层13进行图形化。当对第二聚合物层13进行各向同性蚀刻时，第二聚合物层13具有第二蚀刻速率。在对第一和第二聚合物层(11、13)进行各向同性蚀刻时，预先设置第一蚀刻速率快于第二蚀刻速率。
例如，第一聚合物层11的第一蚀刻速率至少约比第二聚合物层13的第二蚀刻速率快10.0％。另一个例子，第一聚合物层11的第一蚀刻速率比第二聚合物层13的第二蚀刻速率快约10.0％到20.0％。也就是说，在对第一和第二聚合物层(11、13)进行各向同性蚀刻时，第一聚合物层11的侧向蚀刻速率比第二聚合物层13的侧向蚀刻速率快约10.0％到20.0％。前面提及的数值仅仅用作例子，第一蚀刻速率和第二蚀刻速率间的相对差值不局限于上述那些值。
第一聚合物层11和第二聚合物层13可以是光敏聚合物，尽管第一聚合物层11不必为光敏材料。相反，第二聚合物层13必须是光敏材料，例如光敏光致抗蚀剂材料。
在图3中，第二聚合物层13是以光刻方式图形化的。例如，其上具有特征23的掩模21被光源(未示出)发出的光(35、37)照射，特征23的掩模特征尺寸LM大于或等于用来对第二聚合物层13进行图形化的光刻系统的光刻极限λL。掩模特征尺寸LM可以基本等于特征尺寸LF。光37的一部分被特征23所阻挡，而光35的另一部分穿过掩模21并对第二聚合物层13曝光。第二聚合物层13的未被光35曝光的部分在第二聚合物层13中确定一蚀刻掩模(参见图4a中的标号19)。相反，可以对第二聚合物层13的材料进行选择以使被光线35曝光的第二聚合物层13的那些部分确定蚀刻掩模19。蚀刻掩模19具有在用于对蚀刻掩模19进行图形化的光刻系统的光刻极限λL内(即LF≥λL)的特征尺寸LF。
在图4a中，第二聚合物层13被以各向异性方式蚀刻，通常在光致抗蚀剂显影液中，以溶解第二聚合物层13的除蚀刻掩模19外的所有部分。在图4b中，蚀刻持续进行直至第一聚合物层11的没有被蚀刻掩模19所覆盖的部分完全溶解。结果，蚀刻掩模19和第一聚合物层11形成延伸到底层15以外的双聚合物叠层22。例如，显影剂、溶剂或者反应离子蚀刻可以用来对第一和第二聚合物层(11、13)进行各向异性蚀刻。
在图5中，第一聚合物层11和蚀刻掩模19被以各向同性方式进行蚀刻。随着各向同性蚀刻的进行，第一聚合物层11基本沿着侧向RL2以比也沿着侧向RL1溶解的蚀刻掩模19更快的速率溶解。而且，随着第一聚合物层11的溶解，它也沿着底层15的表面14进行后退，从而形成不被第一聚合物层11覆盖的暴露部分E。第一聚合物层11还沿着蚀刻掩模19的后退，从而在其上确定一个不被第一聚合物层11覆盖的底切部分U。第一聚合物层11的较快的后退速度相对于蚀刻掩模19的较慢的后退速度，其结果是使得第一聚合物层11比特征尺寸LF窄。
第一聚合物层11和蚀刻掩模19可以采用各向同性蚀刻处理进行蚀刻，各向同性蚀刻包括但不局限于湿蚀刻、等离子蚀刻和在含氧(O2)气的等离子中进行的蚀刻。另外，其他包括但不局限于氩(Ar)气、氦(He)气和含氟(F)气体的气体可以单独或组合的形式加入氧(O2)气中。含氟气体包括但不局限于CF4、CHF3、C4F8或SF6。
在图6中，等离子蚀刻持续进行，直至第一聚合物层11已溶解至小于特征尺寸LF的亚光刻特征尺寸SF。由于第一聚合物层11和蚀刻掩模19的第一蚀刻速率和第二蚀刻速率的不同，蚀刻掩模19后退距离D2，第一聚合物层11后退大于D2的距离D1。为进行图示说明，，相对于表示各向同性蚀刻之前的第一聚合物层11和蚀刻掩模19轮廓的轮廓线19’(以虚线表示)测量距离D1和D2。亚光刻特征尺寸SF的最终值取决于应用，并可以由于一些因素而变化，这些因素包括为第一聚合物层和第二聚合物层(11、13)选择的材料以及为各向同性蚀刻处理选择的条件和材料。亚光刻特征尺寸SF的最终值应选择成使其不小于由于蚀刻掩模19的质量或者蚀刻掩模19和介电层25(参见图7a和7b)的组合质量而会导致第一聚合物层11破坏或倒塌的最小值。例如，亚光刻特征尺寸SF比特征尺寸LF或光刻极限λL小一定倍数，所述倍数的范围是约0.40至约0.80。例如，如果LF＝λ1＝0.12μm，且倍数为0.50，则SF＝0.50*0.12μm＝0.060μm。
在图7a中，介电层25淀积在底层15的暴露部分E和蚀刻掩模19的基本所有部分上；不过，介电层25不覆盖蚀刻掩模19的底切部分U。介电层25形成位于第一聚合物层11附近位置的通路侧壁27。介电层25可用的材料包括但不局限于例如氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、氮化硅(Si3Nx)和氮化铝(AlN)。
图7b中，介电层25覆盖蚀刻掩模19的上表面31和侧表面33，但是介电层25不覆盖蚀刻掩模19的底表面39。底表面39与底切部分U是一致的。介电层25可以用化学汽相淀积(CVD)或者物理汽相淀积(PVD)淀积而成。PVD的例子有溅射和热蒸发。当用与第一和第二聚合物层(11、13)的材料为在高温淀积处理情况下会劣化的聚合物时，淀积处理最好为低温处理。在高温情况下会劣化的聚合物的例子包括光致抗蚀剂材料。因而，选择用于淀积介电层25的温度应该不超过使第一和第二聚合物层(11、13)发生损坏或破坏的温度极限。
在图8a中，第一聚合物层11和蚀刻掩模19被从底层15的表面14移除，从而确定包含基本等于亚光刻特征尺寸SF的最小特征尺寸的通路31。也就是说，通路31具有亚光刻特征尺寸。例如，第一聚合物层11和蚀刻掩模19的移除可以通过使用能溶解用于第一聚合物层11的材料的溶剂或者使用能溶解第一聚合物层11和蚀刻掩模19的溶剂来实现。通路31具有与表面14一致的底表面29和延伸到底表面29外的侧壁表面27。
如上所述，底层15可以是如图8b所示的连续层，其中具有多个形成在底层15上的亚光刻尺寸通路31。在图8a和8b中，底层15包含基本大于或等于光刻极限λL的特征尺寸LF。光刻极限λL的实际值依赖于应用，并依赖于应用的光刻系统和使用的光波长等因素。在本发明的一个实施例中，光刻极限λL可以大于或等于约0.10μm。
如上所述，亚光刻特征尺寸SF的实际值依赖于应用，并依赖第一聚合物层11的材料和各向同性蚀刻处理的蚀刻时间等因素。在本发明的另一实施例中，亚光刻特征尺寸SF可小于约0.06μm。
虽然已经公开和图示说明了本发明的几个实施例，但是本发明不局限于所描述和示出的具体形式或部件配置。本发明仅由权利要求书的限定。
权利要求
1.一种制造亚光刻尺寸通路(31)的方法，包括在底层(15)的表面(14)上淀积第一聚合物层(11)，第一聚合物层(11)具有第一蚀刻速率；在第一聚合物层(11)上淀积第二聚合物层(13)，第二聚合物层(13)是光敏的并具有第二蚀刻速率，且其中第一蚀刻速率被预先设定成当对第一和第二聚合物层(11、13)进行各向同性蚀刻时快于第二蚀刻速率；将第二聚合物层(13)图形化以在其中确定一蚀刻掩模(19)，蚀刻掩模(19)包含位于用来进行图形化的光刻系统的光刻极限λL范围内的特征尺寸；对第一聚合物层(11)进行各向异性蚀刻以去除第一聚合物层(11)的未被蚀刻掩模(19)覆盖的所有部分；对第一聚合物层(11)和蚀刻掩模(19)进行各向同性蚀刻使得第一聚合物层(11)以比蚀刻掩模(19)快的速率基本沿侧向(RL1)溶解，第一聚合物层(11)沿着底层(15)的表面(14)后退从而在其上确定一暴露表面(E)，并沿着蚀刻掩模(19)后退从而在其上确定一底切部分(U)，并继续进行蚀刻直至第一聚合物层(11)溶解到小于光刻极限λL的亚光刻特征尺寸SF；在底层(15)的暴露部分(E)和除了底切部分(U)以外的蚀刻掩模(19)的基本所有部分上淀积介电层(25)，介电层(25)在邻近第一聚合物层(11)的位置形成通路侧壁(27)；以及将第一聚合物层(11)和蚀刻掩模(19)移除从而形成具有基本等于亚光刻特征尺寸SF的最小特征尺寸的通路(31)。
2.如权利要求1所述的方法，其中底层(15)为一导电材料。
3.如权利要求2所述的方法，其中导电材料是从包含金属、铝、钨、钛、钼和铜的一组材料中选择的材料。
4.如权利要求1所述的方法，其中光刻极限λL大于或等于约0.10μm。
5.如权利要求1所述的方法，其中亚光刻特征尺寸SF小于约0.06μm。
6.如权利要求1所述的方法，其中亚光刻特征尺寸SF比光刻极限λL小一定倍数，所述倍数的范围是约0.40至约0.80。
7.如权利要求1所述的方法，其中介电层(25)由利用从包括化学汽相淀积、物理汽相淀积、溅射和热蒸发的一组方法中选择的一种方法淀积而成。
8.如权利要求1所述的方法，其中移除步骤包括在溶剂内将第一聚合物层(11)和蚀刻掩模(19)溶解。
9.如权利要求1所述的方法，其中各向同性蚀刻步骤包括从由湿蚀刻、等离子蚀刻和在包含氧气的等离子体中进行蚀刻组成的组中选择的一种处理。
10.如权利要求9所述的方法，其中氧气包含从氩气、氦气和含氟气体中选择的一种或多种气体。
11.如权利要求1所述的方法，其中介电层(25)是从由氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钇、氮化硅和氮化铝构成的组中选择的材料。
13.如权利要求1所述的方法，其中第一聚合物层(11)包括从由非光敏聚合物材料和光敏聚合物材料组成的组中选择的材料。
14.如权利要求1所述的方法，其中第二聚合物层(13)由光敏光阻材料。
全文摘要
本发明公开了一种制造亚光刻尺寸通路(31)的方法。采用双聚合物方法形成聚合物材料叠层，其中第一聚合物层(11)具有第一蚀刻速率，第二聚合物层(13)具有第二蚀刻速率。第一蚀刻速率被预先设定为当对第一和第二聚合物层(11、13)进行各向同性蚀刻时快于第二蚀刻速率。第二聚合物层(13)由光敏材料制成，且用作第一聚合物层的蚀刻掩模。蚀刻持续进行直至第一聚合物层(11)具有小于光刻系统的光刻极限λ
文档编号H01L21/302GK1453640SQ0312242
公开日2003年11月5日 申请日期2003年4月25日 优先权日2002年4月25日
发明者H·李, T·C·安东尼, L·T·特兰 申请人:惠普公司