防止產生光阻殘渣的方法
2023-11-02 09:54:52
專利名稱：防止產生光阻殘渣的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體製程，特別是關於一種防止產生光阻殘渣(scum)的方法，從而改善蝕刻輪廓和避免由於殘渣堵塞介層洞而不利於後續金屬化製程。
背景技術：
在如今的半導體集成電路製程中，光學微影(photolithography)程序可說是極為關鍵的步驟，其能否將所設計的線路圖案精確地轉移到半導體基底上，是決定產品性質的重要因素之一。通常，微影程序包括塗布(coating)光阻材料(photoresist)、曝光(exposure)、顯影(development)、和去除光阻等幾個主要步驟。近年來，隨著組件尺寸持續縮小化的發展，改進微影技術將面臨更嚴峻的挑戰，其對於組件的品質、優良率及成本具有關鍵性的影響。
在雙鑲嵌的微影製程中，由於定義圖案的光阻在製程中會與氮交互作用，從而產生光阻毒化(poison)致使在進行顯影步驟時餘留胺類(NHx)光阻殘渣(scum)，進而使定義出的圖案失真，嚴重影響組件的電性。其中，氮來自使用氮氧化矽(SiON)的抗反射層(anti-reflection layer，ARL)及使用氮化矽或氮碳化矽(SiCN)的蝕刻終止層。
為了進一步說明本發明的背景，以下配合圖1a到1e說明公知技術形成雙鑲嵌結構的方法。首先，請參照圖1a，在一基底100上依序形成一蝕刻終止層102，例如氮化矽或氮碳化矽、介電層104、一抗反射層106，例如氮氧化矽，及一光阻層108。
接著，參照圖1b，藉由曝光及溼顯影步驟之後，形成光阻圖案層108a。由於光阻層108在製程中受到氮汙染，使得曝光時的光化學反應不完全，而在溼顯影時，在光阻圖案層108a的側壁餘留有光阻殘渣108b。因此，在進行蝕刻過程形成介層洞104a時，會造成蝕刻輪廓(profile)不佳及關鍵圖案尺寸(critical dimension，CD)的改變而嚴重影響組件的電特性，如圖1c所示。
接著，參照圖1d，去除光阻圖案層108a之後，在抗反射層106上和在介層洞104a內形成一光阻層110。
然後，參照圖1e，藉由曝光顯影步驟以形成光阻圖案層110a。然後，進行蝕刻製程以形成溝槽104b從而構成雙鑲嵌結構。同樣地，因在曝光顯影製程中會受到氮汙染，使得光阻殘渣110b堵塞住介層洞104a，即使進行光阻剝除也難以完全去除光阻殘渣110b，不利於後續保護層的去除及金屬化的製程，導致組件失效。
為了解決上述問題，傳統上採用氧電漿的幹蝕刻方式，對形成有光阻殘渣的光阻圖案層進行電漿除渣(plasma desumming)。然而，經過電漿除渣之後，光阻圖案層厚度變薄使其抗蝕能力降低，且圖案尺寸會大於原先設計，而使組件的電特性改變，不符合組件原先的設計需求。
另外，有人研發出特殊的光阻或顯影劑來避免光阻殘渣的產生，如此雖可改善前述問題，成本的增加問題也是必須考慮的。
發明內容
由此，本發明的目的在於提供防止產生光阻殘渣的方法，藉由使用無氮類抗反射層以防止光阻在微影製程期間受到氮的汙染而產生光阻殘渣。
本發明的另一目的在於提供一種防止產生光阻殘渣的方法，藉由在抗反射層上下方及蝕刻終止層上方各形成一阻障層以防止氮擴散至介電層。
根據上述目的，本發明提供一種防止產生光阻殘渣的方法。首先，提供一基底，其上形成有一介電層。接著，在介電層上形成一無氮類抗反射層。最後，在無氮類抗反射層上形成一光阻圖案層，由於形成期間無氮類抗反射層不與光阻圖案層交互作用因而不會形成光阻殘渣。
其中，無氮類抗反射層為富含矽氧化矽(即矽的氧化物)(SiOx)及含碳氫的富含矽氧化矽(SiOxCy:H)的任意一種，式中，x小於2(x＜2)。
根據上述目的，本發明提供一種防止產生光阻殘渣的方法，適用於雙鑲嵌製程。首先，提供一基底，其上形成有一蝕刻終止層、一介電層、一第一阻障層及一抗反射層，其中藉由第一阻障層來阻止抗反射層的第一雜質擴散至介電層。接著，定義蝕刻抗反射層、第一阻障層、及介電層以形成一介層洞。之後，在介層洞內形成一保護層及在抗反射層上形成一光阻圖案層，其中藉由第一阻障層來阻隔抗反射層的第一雜質以防止光阻殘渣形成於介層洞內。藉由光阻圖案層及保護層作為罩幕來蝕刻抗反射層、第一阻障層及介電層，以在介層洞上方形成一溝槽而構成一雙鑲嵌結構。
本發明的方法還包括在蝕刻終止層及介電層之間形成一第二阻障層，以藉由第二阻障層來阻隔蝕刻終止層的第二雜質擴散至介電層。優選地，還包括在抗反射層上形成一第三阻障層。
其中，第一、第二及第三阻障層優選為富含矽氧化矽(SiOx)及含碳氫的富含矽氧化矽(SiOxCy:H)中任意一種(x＜2)，而且第一、第二及第三阻障層的厚度在50到1000埃的範圍。所述第一及第二雜質為氮。
圖1a到1e為公知技術形成雙鑲嵌結構的方法示意圖；圖2a到2e為根據本發明實施例1的方法形成雙鑲嵌結構的示意圖；圖3a到3e為根據本發明實施例2的方法形成雙鑲嵌結構的示意圖；圖4為根據本發明實施例2的方法形成另一雙鑲嵌結構的剖面示意圖。
附圖中的標記說明100、200、300——基底102、202、302——蝕刻終止層
104、204、304——介電層104a、204a、304a——介層洞104b、204b、304b——溝槽106、206、306——抗反射層108、110、208、210、308、310——光阻層108a、110a、208a、210a、308a、310a——光阻圖案層108b、110b——光阻殘渣209、309——保護層；203——阻障層206——無氮類抗反射層303——阻障層305——阻障層；307——阻障層。
具體實施例方式
以下結合附圖和具體實施例詳細說明本發明，但不限定本發明的實施範圍。詳細說明如下實施例1首先，參照圖2a，提供一基底200，例如一矽晶圓，其上形成有半導體組件，此處(及其它附圖中)為簡化圖示，僅繪示出一平整基底。接著，在基底200上形成一蝕刻終止層202，例如氮化矽或氮碳化矽、一阻障層203及介電層204，其中，阻障層203的材質為富含矽的氧化矽(SiOx)及含碳氫的富含矽氧化矽(SiOxCy:H)中任意一種(x＜2)，其厚度為50到1000埃的範圍，用以阻隔蝕刻終止層202的雜質，例如氮，擴散至介電層204。隨後，在介電層204上形成一無氮類抗反射層206，例如富含矽氧化矽(SiOx)或含碳氫的富含矽氧化矽(SiOxCy:H)(x＜2)。隨後，在其上塗覆一光阻層208。
另外在本實施例中，蝕刻終止層202亦可使用不含氮的材質，例如富含矽氧化矽(SiOx)或含碳氫的富含矽氧化矽(SiOxCy:H)，x＜2。如此則無需形成上述阻障層203。
然後，參照圖2b，藉由公知的曝光和顯影步驟形成光阻圖案層208a。因無氮類抗反射層206不含氮，所以光阻層208在微影製程中不會與氮發生交互作用而產生汙染。顯影時，光阻圖案層208a側壁也不會留有光阻殘渣。
接下來，參照圖2c，以光阻圖案層208a作為蝕刻罩幕，依序蝕刻無氮類抗反射層206、介電層204及阻障層203以露出蝕刻終止層202表面並形成介層洞204a。由於沒有產生光阻殘渣，因此介層洞204a可獲得較佳的輪廓(profile)。另一方面，由於無需實施電漿除渣的步驟，所以關鍵圖形尺寸(CD)不會改變。
然後，參照圖2d，在去除光阻圖案層208a而露出無氮類抗反射層206表面之後，在介層洞204a內形成一保護層209，例如i線光阻(適用于波長為365nm的曝光光源的光阻)，用以防止在後續製程步驟中蝕穿蝕刻終止層202而露出基底200。接著，在無氮類抗反射層206上形成光阻層210並填入形成保護層209的介層洞204a內。
最後，參照圖2e，藉由曝光及顯影步驟來形成光阻圖案層210a。同樣地，微影製程期間，光阻圖案層210a不會與無氮類抗反射層206交互作用而產生餘留殘渣。另一方面，雖然蝕刻終止層202含有氮，然而受到阻障層203的阻隔，氮無法擴散至介電層204來毒化介層洞204a內的光阻層210，因此在介層洞204a內同樣不會產生光阻殘渣。接著，藉由光阻圖案層210a及保護層209作為罩幕來依序蝕刻無氮類抗反射層206、介電層204以形成溝槽204b從而構成雙鑲嵌結構。
實施例2首先，參照圖3a，提供一基底300，例如一矽晶圓，接著，在基底300上形成一蝕刻終止層302，例如氮化矽或氮碳化矽，一阻障層303、一介電層304、一阻障層305、一抗反射層306，例如氮氧化矽，及一光阻層308。其中，阻障層303、305的材質為富含矽氧化矽(SiOx)或含碳氫的富含矽氧化矽(SiOxCy:H)，x＜2，且厚度為50到1000埃的範圍，用以分別阻隔蝕刻終止層302以及抗反射層306的雜質，例如氮，擴散至介電層304。
與實施例1同樣情況，蝕刻終止層302亦可使用不含氮的材質，例如富含矽氧化矽(SiOx)或含碳氫的富含矽氧化矽(SiOxCy:H)，x＜2。如此則無需形成上述阻障層303。
接下來，參照圖3b，藉由已知曝光及顯影步驟形成光阻圖案層308a。然後參照圖3c，以光阻圖案層308a作為蝕刻罩幕，依序蝕刻抗反射層306、阻障層305、介電層304及阻障層303以露出蝕刻終止層302表面並形成介層洞304a。
然後，參照圖3d，在去除光阻圖案層308a而露出抗反射層306表面之後，接著在介層洞304a內形成一保護層309，例如i線光阻，用以防止後續製程步驟中蝕穿蝕刻終止層302而露出基底300。接著，在抗反射層306上形成光阻層310並填入形成有保護層309的介層洞304a內。
最後，參照圖3e，再次藉由曝光及顯影步驟來形成光阻圖案層310a。同樣地，微影製程期間，雖然抗反射層306及蝕刻終止層302含有氮，但其分別受到阻障層305及303的阻隔，氮無法擴散至介電層304以毒化介層洞304a內的光阻層310，因此在介層洞304a內不會有光阻殘渣堵塞住介層洞304a使之不利於後續金屬化製程的進行。接著，藉由光阻圖案層310a及保護層309作為罩幕來依序蝕刻抗反射層306、介電層304以形成溝槽304b從而構成雙鑲嵌結構。
另外，需要說明的是，在圖3a中，可選擇性地在抗反射層306與光阻層308之間再形成一阻障層307，如圖4所示，其材質及厚度如同阻障層303、305，藉以進一步阻隔抗反射層306的雜質擴散至光阻層308。其後續步驟同圖3b到3e的過程，在此不再加以贅述。
從以上描述及優選實施例可以看出，根據本發明的方法，藉由使用無氮類材料作為抗反射層、蝕刻終止層或設置阻障層，可有效防止產生光阻殘渣。另外，由於無需進行電漿除渣或使用特殊的光阻及顯影劑，可避免關鍵圖形尺寸改變及降低製造成本。
以上描述了本發明的優選實施例，然其並非用以限定本發明。本領域技術人員對在此公開的實施方案可進行並不偏離本發明範疇和精神的改進和變化。
權利要求
1.一種防止產生光阻殘渣的方法，包括下列步驟(1)提供一基底，其上形成有一介電層；(2)在該介電層上形成一無氮類抗反射層；以及(3)在該無氮類抗反射層上形成第一光阻圖案層，使形成期間該無氮類抗反射層不與該第一光阻圖案層交互作用因而不會形成光阻殘渣。
2.如權利要求1所述的防止產生光阻殘渣的方法，還包括下列步驟(1)藉由該第一光阻圖案層作為罩幕來蝕刻該無氮類抗反射層及該介電層以形成一介層洞；(2)去除該第一光阻圖案層以露出該無氮類抗反射層表面；以及(3)在該無氮類抗反射層上形成第二光阻圖案層，於形成期間該無氮類抗反射層不與該第二光阻層交互作用因而不會形成光阻殘渣。
3.如權利要求2所述的防止產生光阻殘渣的方法，還包括在該基底及該介電層之間形成一蝕刻終止層，且該蝕刻終止層為富含矽的氧化矽或含碳氫的富含矽之氧化矽。
4.如權利要求1所述的防止產生光阻殘渣的方法，包括在該基底及該介電層之間形成一蝕刻終止層及一阻障層以阻隔該蝕刻終止層的雜質擴散至該介電層，其中該阻障層為富含矽氧化矽或含碳氫的富含矽氧化矽，該雜質為氮。
5.如權利要求1所述的防止產生光阻殘渣的方法，其中該無氮類抗反射層為富含矽的氧化矽或含碳氫的富含矽的氧化矽。
6.一種防止產生光阻殘渣的方法，適用於雙鑲嵌製程，包括下列步驟(1)提供一基底，在該基底上形成有一蝕刻終止層、一介電層、一第一阻障層及一抗反射層，其中藉由該第一阻障層來阻止該抗反射層的第一雜質擴散至介電層；(2)定義蝕刻該抗反射層、第一阻障層、及介電層以形成一介層洞；(3)在該抗反射層上形成一光阻圖案層，其中藉由該第一阻障層來阻隔該第一雜質以防止光阻殘渣形成於該介層洞內；以及(4)藉由該光阻圖案層作為罩幕來蝕刻該抗反射層、第一阻障層、及介電層，在所述介層洞上方形成一溝槽從而構成一雙鑲嵌結構。
7.權利要求6所述的防止產生光阻殘渣的方法，其中該第一阻障層為富含矽的氧化矽或含碳氫的富含矽的氧化矽，該第一雜質為氮。
8.如權利要求6所述的防止產生光阻殘渣的方法，包括在該蝕刻終止層及該介電層之間形成一第二阻障層，以藉由該第二阻障層來阻隔蝕刻終止層的第二雜質擴散至介電層，其中該第二阻障層為富含矽的氧化矽或含碳氫的富含矽的氧化矽，該第二雜質為氮。
9.如權利要求8所述的防止產生光阻殘渣的方法，包括在該抗反射層上形成一第三阻障層，其中該第三阻障層為富含矽的氧化矽或含碳氫的富含矽的氧化矽。
10.如權利要求6所述的防止產生光阻殘渣的方法，其中該蝕刻終止層為富含矽的氧化矽或含碳氫的富含矽的氧化矽。
11.如權利要求10所述的防止產生光阻殘渣的方法，包括在該抗反射層上形成一第二阻障層，其中該第二阻障層為富含矽氧化矽或含碳氫的富含矽氧化矽。
12.如權利要求6所述的防止產生光阻殘渣的方法，還包括在該介層洞內形成一保護層。
13.如權利要求12所述的防止產生光阻殘渣的方法，其中該保護層為一i線光阻。
14.如權利要求12所述的防止產生光阻殘渣的方法，包括在該抗反射層上形成一第三阻障層，其中該第三阻障層為富含矽氧化矽或含碳氫的富含矽氧化矽。
15.一種防止產生光阻殘渣的方法，適用於雙鑲嵌製程，包括下列步驟(1)提供一基底，在該基底上形成有一蝕刻終止層、一介電層、及一無氮類抗反射層；(2)定義蝕刻該無氮類抗反射層及該介電層以形成一介層洞；(3)在該無氮類抗反射層上形成一光阻圖案層，其中藉由該無氮類抗反射層來阻隔該第一雜質以防止光阻殘渣形成於該介層洞內；以及(4)藉由該光阻圖案層作為罩幕來蝕刻該無氮類抗反射層及該介電層，用以在該介層洞上方形成一溝槽從而構成一雙鑲嵌結構。
16.如權利要求15所述的防止產生光阻殘渣的方法，其中該無氮類抗反射層為富含矽的氧化矽或含碳氫的富含矽的氧化矽。
17.如權利要求15所述的防止產生光阻殘渣的方法，包括在該蝕刻終止層及該介電層之間形成一阻障層以阻隔該蝕刻終止層的雜質擴散至該介電層，其中該阻障層為富含矽的氧化矽或含碳氫的富含矽的氧化矽，該雜質為氮。
18.如權利要求15所述的防止產生光阻殘渣的方法，包括在該介層洞內形成一保護層。
19.如權利要求18所述的防止產生光阻殘渣的方法，其中該保護層為一i線光阻。
20.如權利要求15所述的防止產生光阻殘渣的方法，其中該蝕刻終止層為富含矽的氧化矽或含碳氫的富含矽的氧化矽。
全文摘要
本發明涉及一種防止產生光阻殘渣的方法。至少包括提供一基底，在基底上形成有一介電層；接著，在介電層上形成一無氮類抗反射層；最後，在無氮類抗反射層上形成一光阻圖案層，確保期間無氮類抗反射層不與光阻圖案層交互作用因此不會形成光阻殘渣(scum)，從而防止了光阻殘渣造成後續蝕刻輪廓(profile)不佳及圖形臨界尺寸(critical dimension，CD)改變等問題。其中，無氮類抗反射層為富含矽的氧化矽(SiOx)或含碳氫的富含矽之氧化矽(SiOxCy∶H)。
文檔編號G03F1/68GK1530744SQ0311943
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月12日 優先權日2003年3月12日
發明者包天一, 李連忠, 鄭雙銘, 章勳明 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司