专利名称：改善光学微影制程解析度的方法
技术领域：
本发明有关一种改善光学微影解析度的方法，特别是有关一种利用紫外光照射处理光阻层的方法。
(2)背景技术微影制程多半用于半导体元件的制造，如集成电路晶片以及电磁驱动器，如，磁盘驱动器(disc driver)以及磁带驱动器(tape driver)。微影制程步骤包括将光阻材料利用旋涂(spin-coating)的方式沉积在元件上，此元件可为硅晶片。接下来对其放射光，如紫外光(ultraviolet)、X-射线(X-ray)或是离子或电子光束(ion or electron beam)。而最后的步骤是利用显影剂溶液，如氢氧化四甲铵(TMAH，tetramethylammonium hydroxide)，可以将负光阻(negative photo resist)或是幅射光子的正光阻(positive photo resist)移除。
在现今的半导体工业中是持续地朝向于降低集成电路的尺寸大小方向进行，与一般常用的反射性物质，如多晶硅(polysilicon)、金属铝(aluminum)以及金属硅化物结合在一起，而这些具有反射性的物质都会增加光学微影图案转移的问题。而不必要的反射是由底层的的物质在经由光阻层图案转移的过程中所造成的，而这会使得光阻图案转移会被破坏。
而光阻图案转移被破坏还包括发生在当光学微影制程的图像工具具有紫外光以及深紫外光(deep ultraviolet，DUV)曝光波长而用于产生光阻图案的时候。虽然较短的图案波长可以藉由最小化的衍射(diffraction)的限制条件来改善解析度，但是光阻层上所产生的图案很容易被在底层物质所产生的无法控制的反射所影响，这是由于在这些波长时而增加了底层反射性物质的光学金属特性的原故。此外，在底层反射物质的图案改变时，在照射的区域中其光阻图案的品质会有明显的降低。在这些具有阶梯形状的区域，由底层物质产生的反射程度通常都会增加以及在这些阶梯区域的附近也会产生区域性的光阻破坏。因此，次微米光阻图案在半导体底材上的形成是很难去控制的，所以提高次微米几何图形集成电路的制程是很困难的。
在传统的晶片图案转移制程中，利用有机高分子的感光性材料做为光罩图案经蚀刻步骤转移到晶片的传导体。但是，有机高分子的感光性材料无法得以控制，这是由于短波长的放射光，如深紫外光照射有机光阻层时，有机光阻层会因为照射而产生光化学反应(photochemical reaction)而使得化学键结断裂，而无法再使用此有机光阻层，进而造成光阻层的使用成本增加。另一个缺点则是为了要改善光学微影制程的解析度，降低照射时的波长。当照射波长较低的时候，有机高分子光阻的特性会降低而且会有出气(out-gassing)的现象发生以及曝光所使用的镜头也会因为光阻层被破坏而受到污染而整个解析度都会降低。
(3)发明内容本发明的主要目的是在晶片上形成一无机光阻层以避免光阻层由于照射而造成化学键断裂的问题。
本发明的另一目的是改善微影制程中产生出气的问题。
本发明的又一目的是改善光学微影制程的解析度。
本发明的再一目的是降低在集成电路制程中光阻层更换的成本。
根据上述目的，本发明提供一种改善光学微影制程解析度的方法，包括在一底材上依序形成被蚀刻的蚀刻层、无机光阻层以及原子层。利用此无机光阻层的优点是经由光照射之后，无机光阻层的化学键结不会因紫外光的照射而被打断，而不会有出气的现象发生。接着，当此紫外光照射到无机光阻层时，无机光阻层因而产生可以做为催化剂的酸分子，然后再利用此酸分子将原子层催化，接着再与具有活性的氧原子反应进行氧化作用形成氧化物。此氧化物的形成可以使得后续的蚀刻程序很容易可以进行。
为进一步说明本发明的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)
图1是根据本发明在一底材上依序形成一被蚀刻层、一无机光阻层以及一原子层的结构示意图；图2是根据本发明在图1的结构上覆盖一光罩的结构示意图；图3是根据本发明使一紫外光经过光罩照射到无机光阻层的结构示意图；图4是根据本发明由无机光阻层所提供的酸分子以催化在图3结构中照射的区域的原子层的结构示意图；以及图5是根据本发明在图4结构中照射的区域进行氧化作用以形成氧化物的结构示意图。
(5)具体实施方式
本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例施行，且本发明的范围不受其限定，而是以权利要求所限定的专利范围为准。
光学微影的工具至少包括紫外光(UV，ultraviolet)光源、光罩、一光学系统以及具有感光性层(photosensitive layer)的晶片，此感光性层又可以称为光阻层(photoresist layer)，这是因为此感光性层在后续的制程中可以做为抗阻化学药剂。
对于光学微影技术而言，大部份是使用紫外光光源且在高压的弧光灯(arclamp)以及激光光源(laser source)。而放射光的光谱范围可以分成三个部份在100奈米至300奈米之间为深紫外光(deep UV)，在300奈米至360奈米之间为中紫外光(mid-UV)以及范围在360奈米至450奈米之间为近紫外光(near-UV)。
在本发明的最佳实施例中是提供一底材以及在底材上形成有一层可以被蚀刻的蚀刻层(etched layer)、一无机光阻层在蚀刻层上以及一原子层在无机光阻层上。接着，一波长约为157奈米的紫外光通过光罩照射到在无机光阻层上产生酸分子，同时氧气也因紫外光的照射形成具有活性的氧原子。其中，酸分子是作为催化剂以催化原子层，具有活性的氧原子是用来氧化已经被催化的原子层，形成氧化物。接着，在原子层上进行蚀刻步骤以蚀刻移除氧化物。然后，以原子层作为光罩，依序蚀刻无机光阻层以及被蚀刻层。本发明的优点是无机光阻层的化学键结不会因为紫外光的照射而被破坏，这使得在整个制程的成本可以降低。此外另一个优点是可以得到氧化物的图案而使得蚀刻步骤很容易可以进行。
参考图1，作为被蚀刻的蚀刻层12沉积在底材10上，其中氧化物或是多晶硅都可以作为蚀刻层12的材料。一无机光阻层(Inorganic photoresist layer)以旋涂的方式在蚀刻层12上形成，其中无机光阻层14为一种光酸形成层(PAGlayer，photo acid generator layer)。光酸形成层14是由光酸产生化合物(photoacid generating compounds)所组成，且此光酸产生化合物是在曝露的区域，特别是在紫外光照射的情况下会产生酸分子，接着，利用一般的化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)将原子层(atomic layer)16沉积在光酸形成层14上。而原子层16的材料可以是金属铝或是铝合金(aluminum alloys)。
对于深紫外光的光学微影制程而言，最常使用的激光光源是激发二聚物(excimer)激光光源。所谓的二聚物是一种由两个完全相似的原子例如氪(Kr2)所组成。″excimer″这个字是用来描述激发的复合物，例如稀有气体卤化物，如，氟化氪(KrF，krypton-fluoride)，氯化氙(XeCl，xenon-chloride)以及氟化氩(ArF，argon-fluoride)。在本发明的较佳实施例中，对于深紫外光的激光光源乃是利用氟(F2，fluoride)。而由excimer激光光源所产生的波长大约为157奈米(nm，nanometer)。利用氟作为光源时的解析度的范围在100奈米至70奈米，且比过去所使用的氟化氩的解析度要来得好，氟化氩的解析度范围在130奈米至100奈米之间。
接着参考图2与图3，一具有157奈米波长的深紫外光24经过光罩20照射到在晶片上的无机光阻层14。接着，由于紫外光24的照射使得在照射的区域26上且在原子层16的下方形成酸分子(acid molecular)，此酸分子是由无机光阻层16经由照射所产生的。此酸分子又可称为路易士酸(Lewis acid)，是用来作为催化原子层16的催化剂。当紫外光24照射无机光阻层14时，在反应室内的氧气也因为照射到紫外光而产生分解形成具有活性的氧原子。此具有活性的氧原子是用来作为氧化已经被酸分子催化的原子层28(在图4中表示)。
参考图4与图5，已经被酸分子催化的原子层28在曝露的区域上方26形成，且与具有活性的氧原子进行氧化作用反应。在经过氧化作用后，在原子层16上形成氧化物30(metallic oxide)，此氧化物的化学式可以写为BxOy，其中B为金属(即为原子层的原子)，O为氧原子，同时也可以得到氧化物的图案。
接着，在原子层16上进行一蚀刻步骤，利用氧化物30与原子层16之间的蚀刻比不同而将氧化物30移除。然后，利用未被蚀刻的原子层16作为蚀刻光罩，再依序蚀刻无机光阻层14以及蚀刻层12。
根据以上的描述，在较佳的实施例中，提供了将无机光阻层旋涂在蚀刻层上以及一原子层形成在无机光阻层上。当紫外光通过光罩照射到无机光阻层时并不会使得无机光阻层的化学键结打断，这使得光阻层的可靠性以及完整性可以维持，此外，也可以节省更换光阻的成本。接着再利用由无机光阻层经由紫外光照射所产生的酸分子作为催化剂，对于原子层进行催化然后再以具有活性的氧原子氧化原子层。经过氧化作用后，可以在晶片上得到一氧化的图案而蚀刻步骤可以很容易地进行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包括在权利要求所限定的专利变化范围内。
权利要求
1.一种处理光阻层的方法，其特征在于，至少包括提供一无机光阻层在一底材上以及一原子层在该无机光阻层上，其中该无机光阻层是用于提供酸分子；照射一紫外光至该无机光阻层使得该无机光阻层形成多个酸分子；及利用具有活性的氧原子氧化位于照射区域上的该原子层以转化成氧化物在该原子层上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该底材至少包括一蚀刻层。
3如权利要求2所述的方法，其特征在于，该蚀刻层的材料包括一氧化物。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该蚀刻层的材料包括一多晶硅。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该无机光阻层是为一光酸形成层。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在该照射步骤之后形成多个具有活性的氧原子。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该紫外光至少包括一深紫外光。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该深紫外光的波长约为157奈米。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该原子层的材料包括铝。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该原子层的材料包括铝合金。
11.一种改善光学微影解析度的方法，其特征在于，至少包括提供具有被蚀刻的一蚀刻层的一底材、一无机光阻层在该蚀刻层上以及一原子层在该无机光阻层上；以深紫外光照射至该无机光阻层使得多个酸分子在照射区上形成，以及同时分解氧气以形成多个具有活性的氧原子；利用该多个酸分子催化该原子层；及利用该多个具有活性的氧原子氧化位于照射区域上的该原子层而转化成氧化物在该原子层上。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该蚀刻层的材料包括一氧化物。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该蚀刻层的材料包括一多晶硅。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该无机光阻层为一光酸形成层。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该原子层的材料包括铝。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该原子层的材料包括铝合金。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该深紫外光的波长约为157奈米。
18.一种改善无机光阻层解析度的方法，其特征在于，至少包括提供具有一氧化层的一底材；旋涂一无机光阻层在该氧化层上；沉积一铝原子层在该无机光阻层上；以深紫外光照射至该无机光阻层使得该无机光阻层在照射的区域上产生多个酸分子，以及同时分解氧气以形成多个具有活性的氧原子；利用该多个酸分子催化该铝原子层；及利用该多个具有活性的氧原子氧化位于照射区域上的该铝原子层使得该铝原子层转化成氧化物在该铝原子层上。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，该氧化层的材料包括多晶硅。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，该铝原子层的材料包括铝合金。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，该深紫外光波的波长约为157奈米。
全文摘要
一种改善光学微影解析度的方法。本发明的方法包括在底材上形成一层被蚀刻的蚀刻层、一无机光阻层旋涂在被蚀刻的蚀刻层上以及原子层在无机光阻层上。接着，利用深紫外光通过照射到无机光阻层使得在无机光阻层形成产生酸分子。接下来，利用酸分子将原子层催化并且具有活性的氧原子进行原子层的氧化作用而形成氧化物。经氧化作用之后，可以得到氧化层图案且容易进行蚀刻步骤。
文档编号G03F7/00GK1450408SQ0214263
公开日2003年10月22日 申请日期2002年9月3日 优先权日2001年10月31日
发明者林智勇 申请人:联华电子股份有限公司