制作光刻胶图案的工艺的制作方法

文档序号:2732210阅读:253来源:国知局
专利名称:制作光刻胶图案的工艺的制作方法
技术领域
本发明涉及一种半导体的制造,特别是涉及一种具有缩减光刻胶底部
的足部(footing)及减少光刻胶残余物(scum residue)的光刻胶图案的工艺 及其设备。
背景技术
在集成电路(IC)的制造技术中,常会在半导体晶圓表面涂布一层光刻 胶层,然后透过光罩对此光刻胶层进行曝光。接着进行曝光后烘烤及显影 的过程,借以形成具有开口的光刻胶图案。并在确认光刻胶图案符合制造 规格后,进行蚀刻工艺以去除曝露的晶圓,再剥除(strip)光刻胶层。
发明人在实践中发现,传统的光刻胶图案工艺,在图案化的光刻胶层 开口处,常容易见到有光刻胶足部及(或)曝光显影不完全的残余物的存在。 亦即,在光刻胶图案形成的过程中,常会在开口处留下残余物。这些残余 物会窄化光刻胶开口,不仅对关4建尺寸(critical dimension)测量的精确 度有负面的影响,并且会干扰蚀刻工艺偏差的调整(etching bias timing)。
因此,有需要提供一种在实质上不具有光刻胶足部、渣滓及(或)其他 所不需要的光刻胶残余物的半导体上制作光刻胶图案的工艺及设备缩减。

发明内容
本发明的主要目的在于,克服现有的光刻胶图案工艺存在的缺陷,而 提供一种可以实质上没有光刻胶残余物的半导体基材或其他元件层 (device layer)的制作光刻胶图案的工艺,所要解决的技术问题是使其降 低了图案化的光刻胶层开口处的光刻胶足部及(或)残余物,从而更加适于 实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据 本发明提出的一种集成电路的图案化工艺,其包括提供一基底层;形成 一緩冲层于该基底层之上;形成一光刻胶层于该緩沖层之上;诱导一反应 于该緩冲层的一区域,使得该区域具有可移除性;以及以一显影剂移除该 緩冲层的该区域及该区域上的该光刻胶层的 一对应部位。
前述的集成电路的图案化工艺,其中移除缓冲层的该区域及该光刻胶
层的该对应部位时使用相同的显影剂。
前述的集成电路的图案化工艺,其中所述的緩冲层的厚度约于30-IOOA之间。
前述的集成电路的图案化工艺,其更包括于一曝光后烘烤过程后,以 该显影剂同时移除该緩沖层的该区域及该光刻胶层的该对应部位。
前述的集成电路的图案化工艺,其中所述的反应是在该光刻胶层曝光 时被诱导产生,其中该光刻胶层包括一光酸产生体,该光酸产生体于该光 刻胶层曝光时产生一酸,该酸则于一曝光后烘烤过程中,诱导该光刻胶层 的曝光部位产生 一连串的化学转变。
前述的集成电路的图案化工艺,其中所述的反应是在该光刻胶层曝光 时被诱导产生,该緩沖层包括一光酸产生体,该光酸产生体于该緩沖层曝 光时产生一酸,该酸则于一曝光后烘烤过程中,诱导该緩沖层的曝光部位 产生一连串的化学转变。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本 发明提出的一种图案化一基材的工艺,该基材上具有一第 一层及堆叠于其 上的一第二层,其包括曝光该第二层;诱导一反应于该第一层上,该反 应于该第二层曝光过程中被诱导产生,并使得该第 一层的多数区域可被一 显影剂所溶解;以及加入该显影剂于该第一层及该第二层中,以同时移去 该第 一层的该多数区域及该第二层的多数对应部位。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一 步实现。
前述的一种图案化一基材的工艺,其中所述的第一层包括一聚合物,且 该聚合物于该第二层曝光而诱导该第一层产生该反应之前,呈现疏水性质。
前述的一种图案化一基材的工艺,其中所述的聚合物包括一底部抗反 射涂层的成分。
前述的一种图案化一基材的工艺,其中所述的第一层包括一光酸化产 生体,且该光酸化产生体于该第二层曝光时,诱导该第二层产生化学转变。
本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依 据本发明提出的一种在半导体元件层上显影图案的工艺,其包括提供一 基底层;涂布一第一光刻胶层于该基底层之上;涂布一第二光刻胶层于该 第一光刻胶层之上,且该第二光刻胶层不同于该第一光刻胶层;以一光罩 来让该第二光刻胶层曝光,以于该第一光刻胶层及该第二光刻胶层上界定 出一开口的边界;诱导一化学区域于该第一光刻胶层上的一部位,使该第
一光刻胶层的该部位可随该第二光刻胶层一起移除,其中该化学区域位于 该开口的范围内;以及以一显影剂移除该第一光刻胶层上的该部位及该第
二光刻胶层上的一 区域,以于该第 一光刻胶层及该第二光刻胶层上形成一 开口 ,其中该第一光刻胶层上的该部位及该第二光刻胶层上的该区域位于
该开口的范围内。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的在半导体元件层上显影图案的工艺,其更包括
曝光该第 一光刻胶层,其中该曝光导致该要求开口的范围内的该第二 光刻胶层上产生一酸;以及
烘烤该第 一光刻胶层及该第二光刻胶层,其中该烘烤使得该第二光刻 胶层产生一连串的化学转变,该化学转变并且扩散至该第一光刻胶层的该 部位,使得该第 一光刻胶层的该部位可随该第二光刻胶层一起移除。
前述的在半导体元件层上显影图案的工艺,其中所述的第 一光刻胶层 包括一底部抗反射层的成分。
前述的在半导体元件层上显影图案的工艺,其中所述的第 一光刻胶层 包括一光酸产生体成分,当该第一光刻胶层曝光时,该光酸产生体成分会 在该第 一光刻胶层的该曝光部位上产生该酸。
前述的在半导体元件层上显影图案的工艺,其更包括
透过形成于该第一光刻胶层及该第二光刻胶层的该开口 ,蚀刻该基底 层;以及
移除该第 一光刻胶层及该第二光刻胶层。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案 可知,本发明的主要技术内容如下
为了达到上述目的,本发明提供了一种半导体基材或其他元件层 (device layer)的图案化工艺。此工艺包括提供一基底层,并于基底层上 形成第一层后,再于第一层上形成第二层。然后于第二层曝光时诱导第一 层于曝光相对应区域产生化学反应,使第 一层部分区域可被显影剂所溶解。 此显影剂移去第一层的部分区域时,同时可移除第二层的相对应部分,进 而形成图案化的开口。
另外,为了达到上述目的,本发明另提供了 一种半导体基材或其他元件 层(device layer)的图案化工艺。此工艺包括提供一基底层,并于基底层 上形成緩冲层后,再于緩冲层上形成光刻胶层。然后借由光刻胶层曝光的 工艺诱导緩冲层上的部分区域产生化学反应以形成一化学区域,使得该些 区域可为显影剂所移除。最后以显影剂移除上述緩沖层上的部分区域以及 其上对应的光刻胶层,进而形成图案化的开口。
再者,为了达到上述目的,本发明再提供了 一种半导体基材或其他元件 层(device layer)的图案化工艺。此半导体元件的图案化借由在基材上沉 积薄光刻胶层或緩冲层后于其上沉积光刻胶层来进行的。光刻胶层包括酸 产生成分,且此酸产生成分会在光刻胶曝光的过程中被活化。因此,在光 刻胶层曝光的过程中,酸或其他试剂(agent)会自光刻胶层释放出来,并且
扩散至缓冲层部分。在曝光后烘烤的过程中,试剂会被緩沖层吸收并且使緩 冲层受影响的部位分解,因而造成受影响部位在适当的显影剂下溶解,并 同时移除光刻胶层及緩冲层受曝光的部位,进而形成图案化的开口 。
经由上述可知,本发明一种在半导体元件上形成光刻胶图案的工艺,包 括在半导体元件层上形成緩冲层,并在緩冲层上形成光刻胶层。分解试剂
(decomposing agent)自光刻胶层部分释放出后进入緩沖层部分,使部分光 刻胶层及緩冲层被移除而形成实质上没有光刻胶残余物的加工窗(process window),借以利用来进行半导体元件层的蚀刻工艺。
借由上述技术方案,本发明制作光刻胶图案的工艺至少具有下列优点
(device,ayer)l制作光刻胶图案的工艺,降低了图^化^光刻胶层开口 处的光刻胶足部及(或)残余物,从而更加适于实用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的 技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附 图,详细i兌明如下。


图l是本发明的一例示集成电路工艺的流程图。
图2 -图5是本发明之一较佳实施例的一种集成电路的图案化工艺。
100集成电路工艺102工艺步骤
104工艺步骤106工艺步骤
108工艺步骤110工艺步骤
112工艺步骤200集成电路
202基材204緩沖层
206光刻胶层207化学转变
208光刻胶曝光部位210緩沖层曝光部位
212开口
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的制作光刻胶图案的工 艺其具体实施方式
、方法、步骤、特征及其功效,详细说明如后。
图1绘示依照本发明的一例示集成电路工艺100的流程图,而图2 -图 5则绘示依照工艺10 0的各个步骤所得的例示集成电路2 0 0的剖面结构示意 图。首先,步骤102提供一基材202或其他的基底层(同时参照图2)。由于
本发明不仅与基材的图案化有关,亦可应用于其他半导体元件层的图案化,
因此,所谓"基底层,,乃包括任何可用来图案化的半导体元件层。基材202 可以包括硅,或者包括其他的基础半导体,例如锗。基材202也可以包括 复合半导体,例如碳化硅、砷化镓、砷化铟或磷化铟。基材202更可以包 括合金半导体,例如锗化硅、碳锗化硅、磷砷化镓及磷铟化镓。基材202 不仅可以包括磊晶层(epitaxial layer),例如具有磊晶层的基材,也可以 包4舌半导体在绝纟彖体上(semiconductor-on—insulator, S0I)的结构,例如 具有由掺杂氧(SIMOX)的埋层氧化物(buried oxide, BOX)所分离的基材。 此外,基材2 0 2更可以包括利用例如离子植入及(或)扩散的工艺所形成的不 同的P型掺杂区及(或)n型掺杂区。基材202可以包括其他功能性结构,例 如电阻器、电容器及闸极结构。基材202也可以包括横向隔离(lateral isolation)的结构,用以分隔形成在基材202上的不同元件。基材202更 可至少部分包括多数的图案化介电层及图案化导电层,结合以形成交互联 结,借以耦合不同的P型掺杂区、n型掺杂区及其他功能性结构,例如基材
基材202可以包括于其上所形成的物质层(未图示),包括介电物质例 如氧化硅或氮化硅、低介电常数物质或其任意组合。其中低介电常数物质 可以包括氟化珪玻璃(FSG)、氧化硅掺杂碳、Black Diamond (Applied Materials of Santa Clara, California)、 乾凝胶(Xerogel)、 气凝胶 (Aerogel)、非晶系氟化碳、聚对二苯曱基(Parylene)、双曱基苯环丁烷 (BCB)、 SiLK (Dow Chemical, Midland, Michigan)、聚酰亚胺(polyimide) 及(或)其他适当的物质。形成物质层的过程可使用化学气相沉积(CVD)或旋 涂式涂布(spin-on coating)。
工艺100的步骤104是在基材202上沉积緩沖层204。如同形成光刻胶 层206的方式,緩冲层204可以利用旋涂式涂布法或其他可实施的技术来 形成。緩冲层204可以包括底部底部抗反射涂(BARC)层或其成分。在BARC 层的上部及底部形成一个以上的粘着层,用以帮助緩沖层204与基材202 以及光刻胶层206间粘着(同时参照图3)。在本发明的另一实施例,粘着层 和BARC层可以结合成为同时具有两者目的的一层。在形成粘着层及 (或)BRAC层后即可进行烘烤过程。此外,缓冲层204是相当薄的一层,例 如其厚度的范围约在10 - 300A之间。在另一实施例中,緩沖层204的厚度 约在30 - 100A之间。
工艺100的步骤106是在緩冲层204上沉积光刻胶层206 (同时参照图 3)。光刻胶层206及緩沖层204乃由互不相容的物质所组成,亦即,緩冲 层204含有不能与光刻胶层206混合的交联(cross-linking)剂或溶剂。例 如在光刻胶层206的显影剂(developer)的溶解作用下,会在光刻胶层206
溶解部分的对应的緩冲层204上诱导出一种反应,使得对应部分的緩冲层 204能与光刻胶层206 —起被移除。光刻胶层206的形成,例如可以使用旋 涂式涂布法来达成。在光刻胶层206形成后,可以进行软烘烤(soft baking) 的过程。光刻胶层206可以包括化学增幅光刻胶(chemical amplification resist , CA resist),而CA光刻胶包括感光物质,称为光酸产生体 (photoacid generator, PAG)。在曝光后烘烤(post-exposure bake, PEB) 的过程中,光子会诱导PAG的分解,并且形成微量的酸,这些酸在光刻胶 层206上进一步诱导出一连串的化学转变(chemical transformation)。在 本发明的一实施例中,上述的化学转变可延伸至位于光刻胶层206下的緩 冲层204。在另一个实施例中,光刻胶层206本身具有PAG成分,因此当緩 冲层204暴露于放射线中,本身即会产生酸,使得暴露的部分可以溶解于 显影液中。
工艺100的步骤108利用孩t影工艺(lithography process),包括将緩 冲层204及光刻胶层206暴露于放射线下,进行光刻胶层206的图案化。 其中,放射线可以是光线。例如,在半导体晶圆上的光刻胶层可以经由光 罩(未显示)暴露于紫外线下,其中该光罩具有预定的图案,用以定义要求 的开口。曝光的过程可以利用步进才几(stepper),而采用步进且重复法 (step—and—repeat method)来进4亍,或者是利用434苗器(scanner),以步进 且扫描法(step-and-scan method)来进行。其他除了光线外的放射线的选 择,包括电子束及离子束。例如,光刻胶层206及緩沖层204可以借由电 子束暴露设备(e-beam writer)进行电子束的曝光,并根据电子束曝光设备 的预先图案将其图案写到光刻胶层206上。曝光的过程可进而包括其他技 术,例^口无光罩爆光过禾呈(maskless exposing process)或写入过禾呈 (writing process)。
参照图4,在曝光过后,光刻胶层206乃进一步进行热烘烤处理,称为 曝光后烘烤(PEB)。 PEB可以在光刻胶层206曝光的地方,例如在第一光刻 胶层的曝光部分(位于图案化光罩所定义的开口的范围(footprint)内),诱 导一连串的化学转变207。光刻胶层206因而转变为在显影剂中具有较高的 溶解度。上述的一连串的化学转变也会扩散到位于光刻胶层206曝光处底 部的緩冲层204,其亦位于图案化光罩所定义的开口的范围内。之后,在光 刻胶层206及緩冲层204的显影过程中,会分别造成光刻胶层曝光部位208 及其下方的緩冲层部位210的溶解与移除。在本发明的一实施例中,可以 利用相同的显影剂同时进行光刻胶层曝光部位208及其下方的緩沖层部位 210的移除,以取代习知不同显影剂的使用方式。如第5图所示,最后可以 完成光刻胶层206及緩冲层204的图案化,而使光刻胶层206及緩冲层204 具有一个以上的开口 212,而且这些开口 212实质上没有光刻胶残余物及(或)足部的产生。
上述的微影工艺仅提到关于微影图案化技术的部分过程,其可以进一
步包括其他如清洗及烘烤的适当步骤。例如,经显影的光刻胶层206及緩 沖层204可以进一步进行烘烤程序,称为硬烘烤(hard baking)。
依照传统的制造技术,工艺100的步骤110是进行基材202的蚀刻 (etching)。之后,緩冲层204及光刻胶层206即可在步骤112时,利用湿 式剥除法(wet stripping)或电浆灰化法(plasma ashing)的技术来移除之。
在本发明的一实施例中,有不同的PAG可供选择使用,例如商品化的 TPS C4,或者例如美国专利证号5638196所揭露的一种水溶性光酸化产生 体,其化学结构上具有对-羟基苯乙烯(p-hydroxystyrene)聚合物及水溶性 糖颢。另外,例如在美国专利证号5648196亦揭露一种例示的PAG成分, 其化学结构上具有二曱基芳香基的锍盐(Me2ArS+, dimethylarylsulfonium salt),其中的芳香基(aryl group)具有一或多个氢氧#>。此外,其他例示 的PAG成分包括正电荷的离子盐(onium salt)(包括二苯基石典盐 (diphenyliodonium sa 11)及三苯基锐盐(triphenylsulfonium salt)、 卣 素化合物及邻-硝基苯甲基酯类化合物(o-nitrobenzyl ester)(例如2-硝基 苯曱基的酸性硫酸酯(2-nitrobenzylsulfonic acid ester)。本领域一般 技术人员应可了解,本发明就上述所使用的PAG成分并未详尽,而不排除 使用其他尚未被确认的PAG成分,而且所选择的PAG成分须可达成要求的 扩散长度(diffusion length),亦即,假如所要求的扩散长度较长,则最 好能使用小分子的PAG,相对地,若要求的扩散长度较短,则使用大分子的 PAG。
用来移除光刻胶层206及緩冲层204的曝光部位208、 210的适当显影 剂例3口可以是氛氧4b四曱4妄(tetramethyl ammonium hydroxide, TMAH)。 然而,其他适当的显影剂亦可考虑。
许多物质可以作为緩冲层204的组成物,例如緩沖层204可以由相当 薄的含内酯(Lactone)的聚合物、具有-OH官能基的化合物、具有-C00H官 能基的化合物或其他相似物所组成,故可以吸收光刻胶层206所释放出的 酸,而使得緩沖层204受影响的区域在适当的显影剂中溶解,例如TMAH。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式 上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发 明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但 凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种集成电路的图案化工艺,其特征在于包括提供一基底层;形成一缓冲层于该基底层之上;形成一光刻胶层于该缓冲层之上;诱导一反应于该缓冲层的一区域,使得该区域具有可移除性;以及以一显影剂移除该缓冲层的该区域及该区域上的该光刻胶层的一对应部位。
2. 根据权利要求1所述的集成电路的图案化工艺,其特征在于其中移 除缓冲层的该区域及该光刻胶层的该对应部位时使用相同的显影剂。
3. 根据权利要求1所述的集成电路的图案化工艺,其特征在于其中所 述的緩沖层的厚度约于30 - 100A之间。
4. 根据权利要求1所述的集成电路的图案化工艺,其特征在于更包括 于一曝光后烘烤过程后,以该显影剂同时移除该缓冲层的该区域及该光刻 月交层的该对应部位。
5. 根据权利要求1所述的集成电路的图案化工艺,其特征在于其中所 述的反应是在该光刻胶层曝光时被诱导产生,其中该光刻胶层包括一光酸 产生体,该光酸产生体于该光刻胶层曝光时产生一酸,该酸则于一曝光后 烘烤过程中,诱导该光刻胶层的曝光部位产生一连串的化学转变。
6. 根据权利要求1所述的集成电路的图案化工艺,其特征在于其中所 述反应是在该光刻胶层曝光时被诱导产生,该緩沖层包括一光酸产生体,该 光酸产生体于该緩冲层曝光时产生一酸,该酸则于一曝光后烘烤过程中,诱 导该緩冲层的曝光部位产生一连串的化学转变。
7. —种图案化一基材的工艺,该基材上具有一第一层及堆叠于其上的 一第二层,其特征在于包括曝光该第二层;诱导一反应于该第一层上,该反应于第二层曝光过程中被诱导产生,并 使得该第 一层的多数区域可被一显影剂所溶解;以及加入该显影剂于该第一层及该第二层中,以同时移去该第一层的该多 数区域及该第二层的多数对应部位。
8. 根据权利要求7所述的一种图案化一基材的工艺,其特征在于其中 所述的第 一层包括一聚合物,且该聚合物于该第二层曝光而诱导该第 一层 产生该反应之前,呈现疏水性质。
9. 根据权利要求8所述的一种图案化一基材的工艺,其特征在于其中 所述的聚合物包括一底部抗反射涂层的成分。
10. 根据权利要求7所述的一种图案化一基材的工艺,其特征在于其中 所述第一层包括一光酸化产生体,且该光酸化产生体于该第二层曝光时,诱 导该第二层产生化学转变。
11. 一种在半导体元件层上显影图案的工艺,其特征在于其包括 提供一基底层;涂布一第一光刻胶层于该基底层之上;涂布一第二光刻胶层于该第一光刻胶层之上,且该第二光刻胶层不同 于该第一光刻胶层;以 一光罩来让该第二光刻胶层曝光,以于该第 一光刻胶层及该第二光 刻胶层上界定出 一开口的边界;诱导一化学区域于该第 一光刻胶层上的 一部位,使该第 一光刻胶层的 该部位可随该第二光刻胶层一起移除,其中该化学区域位于该开口的范围 内;以及以 一显影剂移除该第 一光刻胶层上的该部位及该第二光刻胶层上的一 区域,以于该第一光刻胶层及该第二光刻胶层上形成一开口,其中该第一 光刻胶层上的该部位及该第二光刻胶层上的该区域位于该开口的范围内。
12. 根据权利要求11所述的在半导体元件层上显影图案的工艺,其特 征在于更包括曝光该第 一光刻胶层,其中该曝光导致该要求开口的范围内的该第二 光刻胶层上产生一酸;以及烘烤该第 一光刻胶层及该第二光刻胶层,其中该烘烤使得该第二光刻 胶层产生一连串的化学转变,该化学转变并且扩散至该第一光刻胶层的该 部位,使得该第 一光刻胶层的该部位可随该第二光刻胶层一起移除。
13. 根据权利要求11所述的在半导体元件层上显影图案的工艺,其特 征在于其中所述的第 一光刻胶层包括一底部抗反射层的成分。
14. 根据权利要求12所述的在半导体元件层上显影图案的工艺,其特 征在于其中所述的第一光刻胶层包括一光酸产生体成分,当该第 一光刻胶 层曝光时,该光酸产生体成分会在该第一光刻胶层的该曝光部位上产生该 酸。
15. 根据权利要求11所述的在半导体元件层上显影图案的工艺,其特 征在于更包括透过形成于该第一光刻胶层及该第二光刻胶层的该开口 ,蚀刻该基底 层;以及移除该第一光刻胶层及该第二光刻胶层。
全文摘要
本发明有关于一种在半导体元件上形成光刻胶图案的工艺。其中集成电路的图案化工艺,包括提供一基底层;形成一缓冲层于该基底层之上;形成一光刻胶层于该缓冲层之上;诱导一反应于该缓冲层的一区域,使得该区域具有可移除性;以及以一显影剂移除该缓冲层的该区域及该区域上的该光刻胶层的一对应部位。本发明还公开了一种图案化一基材的工艺和在半导体元件层上显影图案的工艺。本发明降低了图案化的光刻胶层开口处的光刻胶足部及(或)残余物,从而更加适于实用。
文档编号G03F7/00GK101174087SQ20071016666
公开日2008年5月7日 申请日期2007年11月1日 优先权日2006年11月1日
发明者张尚文, 张庆裕, 林进祥, 陆晓慈, 陈桂顺 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司
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