介层窗制作工艺用的沟填处理方法
【专利摘要】本发明公开一种介层窗制作工艺用的沟填处理方法，包括提供基底，基底中已形成有多个开口，基底可区分为图案密集区与图案疏松区，其中图案密集区的开口图案密度大于图案疏松区的开口图案密度；在基底上形成正型光致抗蚀剂层，以填入该些开口，其中正型光致抗蚀剂层在图案疏松区表面的厚度大于图案密集区表面的厚度；只对基底表面的正型光致抗蚀剂层进行曝光；对经曝光的正型光致抗蚀剂层进行显影，而在多个开口中形成沟填材料层，其中沟填材料层在图案密集区与图案疏松区具有相同厚度；在表面涂布反应试剂，形成反应层；以及利用溶剂清除反应层，而在沟填材料层上顶盖层。
【专利说明】
介层窗制作工艺用的沟填处理方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种半导体元件制作工艺，且特别是涉及一种介层窗制作工艺用的沟填处理方法。
【背景技术】
[0002]在集成电路蓬勃发展的今日，元件缩小化与积成化是必然的趋势，也是业界积极发展的重要课题。而整个半导体制作工艺中影响元件尺寸的关键就在于光刻(photolithography)制作工艺的技术。而且，随着半导体元件的高度集成化，集成电路的关键尺寸(critical dimens1n，⑶)愈来愈小，故光刻制作工艺所需的分辨率愈来愈高。
[0003]其中，在进行半导体制作工艺时，常需要对各种开口进行沟填(gap fill)处理。将半导体制作工艺中所形成的开口利用各种的沉积方法填入各种材料而形成沟填材料层，例如是在浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolat1n, STI)结构的沟槽中填入绝缘材料，在内层介电层结构(Inter-Layer Dielectric, ILD)的接触窗中填入导体层，在内金属介电层(Inter-Metal Dielectric, IMD)结构的介层窗中填入导体层，或是在金属内连线的双重镶嵌(dual damascene)开口中填入导体层等。
[0004]然而，在沟填处理时，若图案密集区与图案疏松区的图案密度相差过大，则会使得图案密集区与图案疏松区上的光致抗蚀剂层厚度不一致而造成阶梯高度差(stepheight)。阶梯高度差会使得沟填材料层具有不同的厚度与不平坦的表面，造成后续的曝光步骤容易产生散焦(de-focus)及造成蚀刻不均匀的缺点，而影响了光刻制作工艺的分辨率。
[0005]因此，现有的沟填处理方法可使用回蚀法(etching back)，使表面能够趋于平坦化，使得后续形成于基底与开口表面的底层抗反射层或其他材质层能够保持良好的平坦特性。然而，现有的回蚀法并无法处理因图案密度所造成各开口的沟填材料层的厚度不均(即阶梯高度差)。此外，对于现有的回蚀法，也有沟填材料层易受后续制作工艺中的溶剂侵蚀的问题，而使得填入开口中的沟填材料层的厚度差异以及图案表面的不平坦等问题无法被解决。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供一种介层窗制作工艺用的沟填处理方法，用以消除在不同图案密度下所造成的填入开口中的沟填材料层的厚度差异的阶梯高度差，避免因填入开口中的沟填材料层的厚度差异而造成的散焦。另外，通过本发明的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，可用以保护沟填材料层，防止在后续制作工艺中沟填材料层受到溶剂侵蚀。
[0007]本发明的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，包括:提供一基底，基底中已形成有多个开口，基底可区分为一图案密集区与一图案疏松区，其中图案密集区的开口图案密度大于图案疏松区的开口图案密度；在基底上形成一正型光致抗蚀剂层，以填入这些开口，其中正型光致抗蚀剂层在图案疏松区表面的厚度大于图案密集区表面的厚度；只对基底表面的正型光致抗蚀剂层进行曝光；对经曝光的正型光致抗蚀剂层进行显影，而在多个开口中形成一沟填材料层，其中沟填材料层在图案密集区与图案疏松区具有相同厚度；在沟填材料层与基底表面涂布一反应试剂，形成一反应层，其中在沟填材料层该反应层之间形成有一顶盖层；以及利用一溶剂清除反应层，而在沟填材料层上留有顶盖层。
[0008]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中多个开口是通过光刻与蚀刻制作工艺来形成。
[0009]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中多个开口包括选自于介层窗开口、接触窗开口、沟槽、双重镶嵌开口中的任一种或其所组成的族群。
[0010]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中正型光致抗蚀剂层的形成方法包括旋转涂布法。
[0011]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中正型光致抗蚀剂层是使用由苯酚甲醛衍生物、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯或聚羟基苯乙烯中的任一种或其所组成的正型光致抗蚀剂。
[0012]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中曝光所使用的光线的波长为248nmo
[0013]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中显影是使用显影剂进行。
[0014]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中显影剂包含氢氧化四甲基钱。
[0015]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中反应试剂包含水溶性树脂与交联剂。
[0016]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中溶剂为去离子水。
[0017]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中在清除反应层后，还在基底与顶盖层上形成一底层抗反射层或光致抗蚀剂层。
[0018]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中底层抗反射层的材料包括选自于属于无机型态的钛、二氧化钛、氮化钛、氧化铬、碳、α -硅，或者属于有机型态的包含一光吸收剂与一聚合物的材料的任一种或其所组成的材料。
[0019]在本发明的一实施例中，上述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中还可于底层抗反射层或光致抗蚀剂层上形成一平坦层。
[0020]基于上述，依据本发明所提出的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，通过于开口中填入正型光致抗蚀剂后，在后续的曝光制作工艺中，调整曝光参数，只对基底表面的正型光致抗蚀剂层进行曝光，仅少部分的光线对于填入多个开口的正型光致抗蚀剂层曝光。如此经由显影而仅移除基底表面的正型光致抗蚀剂层。由此，消除在沟填处理过程中在不同图案密度下所造成的填入开口中的沟填材料层的厚度差异的阶梯高度差，而避免因开口中的沟填材料层的厚度差异所造成的散焦，也可随需求而调整曝光参数，控制不同图案密度下填入开口中的沟填材料层的厚度。另外，通过本发明所提出的介层窗制作工艺用的沟填处理方法可用以保护沟填材料层，防止在后续制作工艺中沟填材料层受到溶剂的侵蚀。
[0021]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
【附图说明】
[0022]图1A至图1I为本发明的一实施例的介层窗制作工艺用的沟填处理方法的制作工艺剖视图。
[0023]符号说明
[0024]100:基底
[0025]110:多个开口
[0026]120:正型光致抗蚀剂层
[0027]125:经曝光的正型光致抗蚀剂层
[0028]130:沟填材料层
[0029]140:反应层
[0030]150:顶盖层
[0031]160:底层抗反射层
[0032]170:平坦层
[0033]a:图案密集区
[0034]b:图案疏L松区
[0035]E:曝光处理
[0036]h、hl、h2:厚度
[0037]W:溶剂处理
【具体实施方式】
[0038]下文中参照所附的附图来更充分地描述本发明实施例。然而，本发明可以多种不同的形式来实践，并不限于文中所述的实施例。以下实施例中所提到的方向用语，例如「上」等，仅是参考附加的附图的方向，因此使用的方向用语是用来详细说明，而非用来限制本发明。此外，在附图中为明确起见可能将各层的尺寸以及相对尺寸作夸张的描绘。
[0039]以下，说明本发明一实施例的一种介层窗制作工艺用的沟填处理方法。
[0040]首先，请参照图1A，提供基底100。此基底100例如是硅基底或具有介电层、半导体材料层、或导电层覆盖的半导体结构。此基底100上已形成有多个开口 110，其中这些多个开口 110例如是介层窗开口、接触窗开口、沟槽、双重镶嵌开口中的任一种或其所组成的族群。这些多个开口是通过光刻与蚀刻制作工艺来形成。
[0041]这些多个开口使基底100可区分为图案密集区a与图案疏松区b，其中图案密集区a的开口图案密度大于图案疏松区b的开口图案密度(在此:图案密度是指每一单位面积的开口数目)。图案密集区a表示存在有两个以上的开口，且这些开口之间的间隔较小。图案疏松区b例如是只具有单一个开口，或者开口之间的间距很大。图案密集区a例如是用以形成存储单元的区域。图案疏松区b例如是存储器结构中的字符线外接电压的区域。
[0042]接着，请参照图1B，利用旋转涂布法于基底100上形成正型光致抗蚀剂层120，以填入多个开口 110。由于图案密集区与图案疏松区的密度相差甚大，使得图案密集区与图案疏松区上的正型光致抗蚀剂层120厚度不一致因而造成阶梯高度差。正型光致抗蚀剂层120在该图案疏松区b表面的厚度h2大于该图案密集区a表面的厚度hi，阶梯高度差为h2-hl。正型光致抗蚀剂层120的材料例如是苯酚甲醛衍生物、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯或聚羟基苯乙烯中的任一种或其所组成的正型光致抗蚀剂。
[0043]在此实施例中，正型光致抗蚀剂层120的材料例如是市售的光致抗蚀剂剂(KrF光致抗蚀剂GKR5315D7 (480nm)或者JSR股份有限公司制的AR2772)为例进行说明。
[0044]然后，请参照图1C，仅对基底100表面的正型光致抗蚀剂层120进行曝光处理E，而得到经曝光的正型光致抗蚀剂层125。在此实施例中的曝光仅对于基底表面进行，仅少部分的光线对于填入多个开口 110的正型光致抗蚀剂层120曝光。此外，也可随需求而调整曝光参数，控制不同图案密度下填入开口中的正型光致抗蚀剂层120的曝光深度。在此实施例中，所使用的光线的波长为248nm。
[0045]接着，请参照图1D，进行显影制作工艺，移除经曝光的正型光致抗蚀剂层125，在多个开口中形成沟填材料层130，其中沟填材料层130在图案密集区a与该图案疏松区b具有相同厚度h，不具有阶梯高度差。此外，也可通过调整曝光参数，而产生在图案密集区a与该图案疏松区b具有不同厚度的阶梯高度的沟填材料层130。在此实施例中，显影是使用显影剂进行，显影剂例如是包含氢氧化四甲基铵。
[0046]在上述实施例中，通过在开口中填入正型光致抗蚀剂后，在后续的曝光制作工艺中，调整曝光参数，只对基底表面的正型光致抗蚀剂层进行曝光，仅少部分的光线对于填入多个开口的正型光致抗蚀剂层曝光，如此在显影制作工艺中，仅移除基底表面的正型光致抗蚀剂层。由此，消除在沟填处理过程中在不同图案密度下所造成的填入开口中的沟填材料层的厚度差异的阶梯高度差，而避免因开口中的沟填材料层的厚度差异所造成的散焦，也可随需求而控制不同图案密度下所造成的填入开口中的沟填材料层的厚度。
[0047]在完成图1A到图1D后，得到了在多个开口中形成的沟填材料层130，其中沟填材料层130在图案密集区a与该图案疏松区b具有相同厚度h。接着，请参照图1E，在该填材料层130与基底100表面涂布一反应试剂，形成一反应层140，其中在沟填材料层130与反应层140之间形成有一顶盖层150。
[0048]反应试剂的材料例如是包含水溶性树脂(water soluble resin)与交联剂(crosslinker)。在此实施例中，反应层140是通过化学性微缩增强光刻分辨率(Resolut1n Enhance Lithography Assisted by Chemical Shrink，RELACS)制作工艺所形成，反应试剂的材料例如是市售的RELACS试剂(AZ R200T，安智电子材料股份有限公司)。反应层140的形成方法例如是旋转涂布法。
[0049]顶盖层150例如是由水溶性树脂与交联剂与光致抗蚀剂通过化学反应所产生的不溶于水的材料层，用以保护沟填材料层130，避免其在后续制作工艺中遭受溶剂腐蚀。
[0050]然后，请参照图1F到图1G，利用一溶剂进行溶剂处理W而清除反应层140，而在沟填材料层130上留有顶盖层150。溶剂只要是可以溶解反应层140，且不会对顶盖层150有影响者，并没有特别的限定，其中就成本考虑，溶剂优选为去离子水。在此实施例中，顶盖层150表面的位置高于基底100表面的位置。然而，顶盖层150表面的位置相对于基底100表面的位置可随需求任意调整，并没有特别的限定。
[0051]请参照图1H，在本发明一实施例中，在清除反应层140后，还在基底100与顶盖层150上形成一底层抗反射层160或光致抗蚀剂层。值得注意的是，虽然在此实施例中，是以基底100与顶盖层150上形成一底层抗反射层160为例进行说明，然而本发明并不以此为限。在其他实施例中，也可根据需求在基底100与顶盖层150上形成不同的薄膜。底层抗反射层160的材料例如是包括选自于属于无机型态的钛、二氧化钛、氮化钛、氧化铬、碳、α -硅，或者属于有机型态的包含一光吸收剂与一聚合物的材料的任一种或其所组成的材料。底层抗反射层160的形成方法例如是旋转涂布法。
[0052]接着，请参照图1I，在本发明一实施例中，在底层抗反射层160的表面形成平坦层170。平坦层170的材料例如是有机材料或无机材料，平坦层170的材料可视需求而定，并没有特别的限制。平坦层170的形成方法例如是旋转涂布法。
[0053]上述本发明的方法可广泛应用于各类制作工艺中，且较现有方法简易。本发明可应用的实例包括深沟槽式电容器制作工艺与双金属镶嵌制作工艺等。
[0054]综上所述，本发明所提出的接触窗开口的形成方法中，通过于开口中填入正型光致抗蚀剂后，在后续的曝光制作工艺中，调整曝光参数，只对基底表面的正型光致抗蚀剂层进行曝光，仅少部分的光线对于填入多个开口的正型光致抗蚀剂层曝光，如此在显影制作工艺中，仅移除基底表面的正型光致抗蚀剂层。由此，消除在沟填处理过程中在不同图案密度下所造成的填入开口中的沟填材料层的厚度差异。
[0055]而且，在多个开口中形成沟填材料层，可使得在不同图案密度的开口的沟填材料层具有相同厚度h与平坦的表面，消除不同图案密度下各开口内的沟填材料层的阶梯高度差，因此可以减低厚度差异所造成的散焦。
[0056]此外，对于顶盖层表面的位置相对于基底表面的位置可随需求来调整，即可随需求而控制不同图案密度下所造成的填入开口中的沟填材料层的厚度。顶盖层表面的位置相对于基底表面的位置例如是顶盖层表面高于基底表面、顶盖层表面水平于基底表面或者顶盖层表面低于基底表面。在本发明一实施例中，顶盖层表面高于基底表面。
[0057]另外，通过在形成有沟填材料层的多个开口表面覆盖一层反应层，使反应层与沟填材料层，而形成具有保护沟填材料层功能的顶盖层。通过顶盖层的保护，可确保沟填材料层在后续的制作工艺处理中不会受到其他溶剂腐蚀。
[0058]虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
【主权项】
1.一种介层窗制作工艺用的沟填处理方法，包括: 提供一基底，该基底中已形成有多个开口，该基底可区分为一图案密集区与一图案疏松区，其中该图案密集区的开口图案密度大于该图案疏松区的开口图案密度； 在该基底上形成一正型光致抗蚀剂层，以填入该些开口，其中该正型光致抗蚀剂层在该图案疏松区表面的厚度大于该图案密集区表面的厚度； 仅对该基底表面的该正型光致抗蚀剂层进行曝光； 对经曝光的该正型光致抗蚀剂层进行显影，而在多个开口中形成一沟填材料层，其中该沟填材料层在该图案密集区与该图案疏松区具有相同厚度； 在该沟填材料层与该基底表面涂布一反应试剂，形成一反应层，其中在该沟填材料层与该反应层之间形成有一顶盖层；以及 利用一溶剂清除该反应层，而在该沟填材料层上留有该顶盖层。2.如权利要求1所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中该多个开口是通过光刻与蚀刻制作工艺来形成。3.如权利要求1所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中该多个开口包括选自于介层窗开口、接触窗开口、沟槽、双重镶嵌开口中的任一种或其所组成的族群。4.如权利要求1所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中该正型光致抗蚀剂层的形成方法包括旋转涂布法。5.如权利要求1所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中该正型光致抗蚀剂层是使用由苯酚甲醛衍生物、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯或聚羟基苯乙烯中的任一种或其所组成的正型光致抗蚀剂。6.如权利要求1所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中该曝光所使用的光线的波长为248nm。7.如权利要求1所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中该显影是使用显影剂进行。8.如权利要求7所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中该显影剂包含氢氧化四甲基铵。9.如权利要求1所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中该反应试剂包含水溶性树脂与交联剂。10.如权利要求1所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中该溶剂为去离子水。11.如权利要求1所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中在清除该反应层后，还在该基底与该顶盖层上形成一底层抗反射层或光致抗蚀剂层。12.如权利要求11所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中该底层抗反射层的材料包括选自于属于无机型态的钛、二氧化钛、氮化钛、氧化铬、碳、α -硅，或者属于有机型态的包含一光吸收剂与一聚合物的材料的任一种或其所组成的材料。13.如权利要求11所述的介层窗制作工艺用的沟填处理方法，其中还可在该底层抗反射层或光致抗蚀剂层上形成一平坦层。
【文档编号】H01L21/768GK105990214SQ201510049648
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】林晓江, 林冠亨
【申请人】力晶科技股份有限公司