专利名称：微影-微影-蚀刻双图案化方法
技术领域：
本发明涉及一种先进微影方法，特别涉及一种通过使用硅烷化固定反应的微 影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)方法。
背景技术：
在已公开的先进微影方法中，主要包括光学微影工艺、光致抗蚀剂微影迭对测量 技术(overlay metrology)、极短紫外光(Extreme UV)微影、浸润式微影、双图案化微影、及 转￡口微影(imprint lithography)技术。
双图案化(double patterning，简称DP)微影是用于32nm节点的工艺技术。而微 影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)微影技术属DP微影工艺的一种，相较于微影-蚀刻-微 影-蚀刻，DP微影工艺具有较低的成本优势。然而，LLE-DP微影技术需使用先进的材料及 工艺，其特性并未完全开发。使用LLE-DP微影技术，而无中间的工艺步骤，已被公开以形成 短窄间距的图案。另一种形式的LLE-DP微影技术结合正型-负型光致抗蚀剂及正型-正 型光致抗蚀剂用于双图案化微影工艺。然而，LLE-DP工艺仍无法使用于32nm节点的工艺 技术。
美国专利US 6，280, 908公开一种使用气相硅烷化试剂的后显影光致抗蚀剂硬化 法，以得到硬化的光致抗蚀剂表面，使其具有相较于光致抗蚀剂表面处理前较慢的蚀刻率。
图1A-1E是显示传统LLE-DP工艺步骤各阶段的剖面示意图。请参阅图1A，提供一 基底100具有一材料层110于其上。接着形成第一图案化结构11 于材料层110上。将 一固定材料层120涂布于该基底100并覆盖该第一图案化结构115a。该固定材料层120接 续被烘烤，经反应后，硬化成为第一图案化结构115，接着再将固定材料层120移除，如图IC 所示。
接着，请参阅图1E，一光致抗蚀剂层130形成于该基底100之上，并覆盖该第一图 案化结构115。施以一第二微影步骤于光致抗蚀剂层130，以产出第二图案化结构135。在 第二微影步骤过程中，为了避免第一图案化结构受到损伤，因而使用固定材料层120以强 化该第一图案化结构。然而，关于固定材料层120的涂布、烘烤、及显影等工艺步骤为复杂、 繁复且昂贵的工艺。发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的实施例提供一种微影-微影-蚀刻双图案化方 法，使用硅烷化固定(silylation freeze)反应，包括提供一基底具有一第一光致抗蚀剂 层于其上；实施一第一微影工艺以产出第一图案化结构于该机底上；实施一硅烷化固定反 应于该第一图案化结构；形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底；以及实施一第二微影工艺 以产出第二图案化结构于该基底上。
本发明的实施例另提供一种微影-微影-蚀刻双图案化方法，使用硅烷化固定反 应，包括提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上；实施一第一微影工艺以产出第一图案化结构于该基底上；将一光产酸(photo-generated acid)与一硅烷化试剂发生反应， 以固定该第一图案化结构；形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底；以及实施一第二微影工 艺以产出第二图案化结构于该基底上。
本发明的实施例再提供一种微影-微影-蚀刻双图案化方法，使用硅烷化固定反 应，包括提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上；实施一第一曝光步骤，定义出一第 一潜像(latent image)于该第一光致抗蚀剂层中；显影并烘烤该第一图案化构造以供光 产酸扩散反应；将一光产酸与一气相硅烷化试剂发生反应，以固定该第一图案化结构；形 成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底；以及实施一第二微影工艺以产出第二图案化结构于该 基底上。
为使本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
图1A-1E是显示传统LLE-DP工艺步骤各阶段的剖面示意图。
图2为根据本发明实施例的微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)的工艺方法的 流程示意图。
图3A-3F是显示根据本发明实施例的微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)的工 艺方法各阶段的剖面示意图。
图4显示根据本发明实施例所使用的硅烷化固定反应的示意图。
并且，上述附图中的附图标记说明如下
100 基底；
110 材料层；
115、llfe 第一图案化结构；
120 固定材料层；
130 光致抗蚀剂层；
135 第二图案化结构；
S210-S270 工艺步骤；
301 硅基底；
303 材料层；
310 基底；
315a,315 第一图案化结构；
320 第一光致抗蚀剂层；
325 硅烷化固定反应；
330 第二光致抗蚀剂层；
3；35 第二图案化构造。
具体实施方式
以下以各实施例详细说明并伴随着
的范例，作为本发明的参考依据。在 附图或说明书描述中，相似或相同的部分皆使用相同的图号。且在附图中，实施例的形状或 是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各元件的部分将以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为本领域普通技术人员所知的形式，另外，特定 的实施例仅为公开本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。
本发明的实施例提出一种微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)的工艺方法，其通 过使用硅烷化固定反应。图2为根据本发明实施例的微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP) 的工艺方法的流程示意图。图3A-3F是显示根据本发明实施例的微影-微影-蚀刻双图案 化(LLE-DP)的工艺方法各阶段的剖面示意图。
本实施例的微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)的工艺方法始于步骤S210，于 其中提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上。请参阅图3A，一基底310包括一硅基底 (例如硅晶片)301以及一材料层303设置于其上。此基底310可包括各种掺杂区域及有 源区域依本领域中实际设计需求配置。该基底310也可包括其他半导体基底、外延硅基底、 SiGe基底、以及绝缘层上有硅(SOI)基底。一第一光致抗蚀剂层320可形成于该基底310 上。
于步骤S220中，实施一第一曝光步骤于该第一光致抗蚀剂层以产出一第一潜像 (latent image)。再请参阅图3A，该第一光致抗蚀剂层320具有第一潜像于其中，可通过光 微影(photolithography)工艺或其他适当的工艺实施。
于步骤S230中，显影并烘烤该第一光致抗蚀剂层以供进一步光产酸扩散反应。此 曝光后的光致抗蚀剂层包括光产酸分布于其中。请参阅图3B，将第一图案化结构31 显 影并烘烤供光产酸扩散反应，如图3B中横向箭号所示。接着，于步骤S240中，通过涂布六 甲基二硅氮烷(hexamethyldisilazane，HMDS)以实施一硅烷化固定反应。请参阅图3C，实 施硅烷化固定反应325的步骤包括将一硅烷化试剂与一光产酸发生反应，以固定该第一图 案化结构315。于一实施例中，该硅烷化试剂包括六甲基二硅氮烷(HMDS)、三甲基氯硅烷 (trimethylchlorosilane, TMCS)、六甲基二硅胺烷(hexamethyldisilazane, HMDSZ)、或其 他适当的硅烷化试剂。该硅烷化试剂可通过液相的形式、气相的形式、或液相与气相共存的 形式实施。根据本发明的一些具体实施例，该曝光后的光致抗蚀剂层，内部具有潜像，包括 光产酸分布于该光致抗蚀剂层中。此显影后且烘烤后的光致抗蚀剂层曝露于液相、气相、 或液相与气相共存的硅烷化试剂环境中。在与六甲基二硅氮烷发生反应的过程中，酚基团 (phenolic group)被转换成对应的三甲基甲硅烷氧基(trimethylsilyloxy)团，如图4中 所示。后续的氧等离子体蚀刻于硅烷化可提供一负型图像(negative-tone image)图案。
于步骤S250中，涂布一第二光致抗蚀剂层覆盖于该基底上。请参阅图3D，一第二 光致抗蚀剂层330形成于该基底310上。接着，于步骤S260中，实施一第二曝光步骤于该 第二光致抗蚀剂层以产出一第二潜像。并且，于图3E中，该第二光致抗蚀剂层330具有第 二潜像于其中，可通过光微影工艺或其他适当的工艺实施。
于步骤S270中，显影并烘烤该第二光致抗蚀剂层，因而留下LLE-DP图案构造于该 基底上。请参阅图3F，该第一图案化构造315和该第二图案化构造335彼此之间交错设置。 例如，第一图案化构造315的宽度与之间的间隔距离的比值范围约为1 3，再者第二图案 化构造335的宽度与之间的间隔距离的比值范围也约为1 3。因此，该第一图案化构造 315和该第二图案化构造335彼此之间以相同的间隔距离交错设置。
应了解的是，上述实施例所公开的LLE-DP工艺方法的优点在于使用了硅烷化固 定反应，因此光致抗蚀剂层材料在经历过硅烷化反应过程后，可有效地避免第一图案化结构受到损伤。再者，所述硅烷化固定反应可相容于已充分发展的微影工艺，包括光罩制作、 曝光、湿式蚀刻、及干式显影等工艺。
本发明虽以较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明的范围，任何本领 域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明 的保护范围当视随附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种微影-微影-蚀刻双图案化方法，使用硅烷化固定反应，包括 提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上；实施一第一微影工艺以产出第一图案化结构于该基底上； 将一光产酸与一硅烷化试剂发生反应，以固定该第一图案化结构； 形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底；以及 实施一第二微影工艺以产出第二图案化结构于该基底上。
2.根据权利要求1所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于所述实施第一 微影工艺的步骤包括实施一曝光步骤，定义出一第一潜像于该第一光致抗蚀剂层中；以及 显影并烘烤该第一图案化构造以供光产酸扩散反应。
3.根据权利要求1所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于该硅烷化试剂 包括六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、或六甲基二硅胺烷。
4.根据权利要求1所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于所述实施第二 微影工艺的步骤包括实施一曝光步骤，定义出一第二潜像于该第二光致抗蚀剂层中；以及 显影并烘烤该第二光致抗蚀剂层，以产出该第二图案化构造。
5.根据权利要求1所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于该第一图案化 构造和该第二图案化构造彼此之间交错设置。
6.一种微影-微影-蚀刻双图案化方法，使用硅烷化固定反应，包括 提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上；实施一第一曝光步骤，定义出一第一潜像于该第一光致抗蚀剂层中； 显影并烘烤该第一图案化构造以供光产酸扩散反应； 将一光产酸与一气相硅烷化试剂发生反应，以固定该第一图案化结构； 形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底；以及 实施一第二微影工艺以产出第二图案化结构于该基底上。
7.根据权利要求6所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于该基底包括一 单晶硅构造、一外延硅基底、一 SiGe基底、以及一绝缘层上有硅基底。
8.根据权利要求6所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于该气相硅烷化 试剂包括六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、或六甲基二硅胺烷。
9.根据权利要求6所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于所述实施第二 微影工艺的步骤包括实施一曝光步骤，定义出一第二潜像于该第二光致抗蚀剂层中；以及 显影并烘烤该第二光致抗蚀剂层，以产出该第二图案化构造。
10.根据权利要求6所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于该第一图案化 构造和该第二图案化构造彼此之间交错设置。
全文摘要
本发明提供微影-微影-蚀刻双图案化方法。上述微影-微影-蚀刻双图案化方法是通过使用硅烷化固定反应，其包括提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上，实施一第一微影工艺以产出第一图案化结构于该基底上，实施一硅烷化固定反应于该第一图案化结构，形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底，以及实施一第二微影工艺以产出第二图案化结构于该基底上，其中该第一图案化构造和该第二图案化构造彼此之间交错设置。
文档编号G03F7/20GK102033432SQ200910212020
公开日2011年4月27日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年10月6日
发明者曾盈崇, 王逸铭, 黄沛霖 申请人:南亚科技股份有限公司