圖案化方法
2023-05-06 11:24:46
專利名稱：圖案化方法
技術領域：
本發明涉及一種光刻圖案化的方法，尤其涉及一種光刻構裝(packing)與 解裝(impacking)(PAU)的圖案化方法，通過進行化學微縮輔助光刻解析度強 化工藝(RELACS)，以縮小臨界尺寸及/或增加聚焦深度(depth of focus， DoF)。
背景技術：
半導體技術持續地朝更小尺寸邁進，例如特徵尺寸(feature size)小至65 納米、45納米、及更小的尺寸。用以製作特徵尺寸如此小的圖案化光致抗蝕 劑層通常具有高深寬比(high aspect mtio)。基於許多理由，維持所需臨界尺寸 (critical dimension, CD)非常困難，尤其是對於具高深寬比的光致抗蝕劑層而 言。例如，光致抗蝕劑層的負荷效應(loadingeffect)可能於光刻圖案化工藝期 間造成臨界尺寸(CD)發生變異(variation)與退化(degradation)。
發明內容
為克服現有技術的缺陷，本發明提供一種圖案化方法，通過進行化學微 縮輔助光刻解析度強化工藝(RELACS)，以縮小臨界尺寸及/或增加聚焦深度 (depth of focus, DoF)。本發明的圖案化方法包括於基底上形成光致抗蝕劑圖 案，光致抗蝕劑圖案於基底上包括至少一預期開口與至少一留白開口於其 中，於光致抗蝕劑圖案與基底上形成圖案化感光材料層，其中圖案化感光材 料層覆蓋光致抗蝕劑圖案的留白開口 ，以及對光致抗蝕劑圖案的預期開口進 行化學微縮輔助光刻解析度強化工藝。
本發明另提供一種圖案化方法，包括於基底上形成第一光致抗蝕劑圖 案，第一光致抗蝕劑圖案於基底上包括至少一預期開口與至少一留白開口於 其中，進行化學微縮輔助光刻解析度強化工藝以使第一光致抗蝕劑圖案的預 期開口收縮，以及於基底上形成第二光致抗蝕劑圖案，覆蓋第一光致抗蝕劑 圖案的留白開口並露出第一光致抗蝕劑圖案的預期開口。
4本發明又提供一種圖案化方法，包括於基底上形成光致抗蝕劑圖案，光 致抗蝕劑圖案於基底上包括至少一預期開口與至少一留白開口於其中，於基 底與光致抗蝕劑圖案上形成感光收縮材料層，烘烤感光收縮材料層與光致抗 蝕劑圖案以於其間形成界面層，以及將感光收縮材料層圖案化以覆蓋光致抗 蝕劑圖案的留白開口中的基底，並露出光致抗蝕劑圖案的預期圖案中的基 底。
本發明的圖案化方法通過進行PAU工藝與RELACS工藝而於基底中形 成開口，其具有縮小的臨界尺寸變異與優選的解析度。
為讓本發明的上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉 出優選實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。
圖1及圖2顯示兩實施例中，半導體元件與不同工藝期間所用的光掩模 的俯視圖。
圖3A-圖3D顯示本發明實施例的半導體元件的一系列工藝剖面圖。 圖4A與圖4B顯示本發明實施例的半導體元件的俯視圖。 圖5顯示一實施例的光刻圖案化方法的流程圖。
圖6A-圖6K顯示一實施例中，以圖5的方法製造半導體元件的一系列 工藝剖面圖。
圖7顯示另一實施例的光刻圖案化方法的流程圖。 圖8A-圖8J顯示另一實施例中，以圖7的方法製造半導體元件的一系列 工藝剖面圖。
圖9顯示又一實施例的光刻圖案化方法的流程圖。 圖10A-圖IOI顯示又一實施例中，以圖9的方法製造半導體元件的一系 列工藝剖面圖。
圖11A-圖IIK顯示本發明數個實施例中的光酸產生劑(PAG)。 圖12A-圖12B顯示本發明數個實施例中的可交聯高分子。 圖13顯示本發明一實施例中的交聯劑。
圖14顯示本發明一實施例的交聯型光致抗蝕劑的反應是意圖。 並且，上述附圖中的附圖標記說明如下
5101、 104、 156 第一掩模；
102、 105、 170 第二掩模;
103、 106 集成電路元件；
108、 146、 186、 200 半導體元件;
110、 148~基底；
112、 152 第一光致抗蝕劑層；
114、 164 RELACS材料層；
116、 214 可交聯高分子；
118、 166、 204 界面(交聯高分子)層；
120、 122 接觸洞；
130、 176、 190~方法;
132、 134、 136、 138、 178、 180、 182、 184、 192、 194、 196、 198、 199 步驟；
150 材料層；
154、 172、 206~曝光區;
158~射線；
160 第一光致抗蝕劑圖案；
162~開口；
210~交聯劑；
212 化學結構；
218~反應；
168~第二光致抗蝕劑層(第二光致抗蝕劑圖案)； 174 溝槽；
202 感光收縮材料層
具體實施例方式
為了實施數個實施例的不同特徵，以下提供許多不同實施例或例子。以 下將討論元件與配置方式的特定實施方式以簡化本發明的敘述。當然，這些 實施例僅用以舉例而非用以限定本發明。例如，敘述中若提及形成第一元件 於第二元件上時，可能包括第一元件與第二元件直接接觸的實施方式，並也可能包括第一元件與第二元件間形成有額外元件，使得第一元件與第二元件 並非直接接觸的實施方式。此外，在本發明的敘述中，不同實施例可能重複 使用相同的標號及/或標示。重複使用是為了簡化與清楚化本發明的敘述，不 代表不同實施例及/或結構間的關聯。
圖1及圖2顯示兩實施例中，半導體元件與不同工藝期間所用的光掩模 的俯視圖。圖3A-圖3D顯示本發明實施例的半導體元件的一系列工藝剖面 圖。通過參照圖l、圖2、及圖3A-圖3D，以下將敘述本發明實施例的光刻 構裝(packing)與解裝(unpacking)(PAU)的圖案化方法。
在一實施例中，在基底(例如半導體晶片)上形成第一光致抗蝕劑層，並 使用第一掩模101將其圖案化以定義出預期開口(desired opening)及留白開口 (padding opening)。在一實施例中，預期開口可為接觸洞(contacthole)。留白 開口的設計與配置是接近預期開口，以減低負荷效應所造成的臨界尺寸偏差 (CD deviatkm)。接著於第一光致抗蝕劑層上形成第二光致抗蝕劑層並使用具 有解裝特徵(unpacking feature)的第二掩模102將其圖案化。在一實施例中， 第二光致抗蝕劑層包括負型光致抗蝕劑材料。解裝特徵包括與留白開口具關 聯性的開口。例如，第二掩模102中的解裝特徵包括包圍留白開口的開口。 因此，圖案化第二光致抗蝕劑層覆蓋第一光致抗蝕劑層的留白開口且露出預 期開口。如集成電路元件103的俯視圖所示，通過由第一與第二光致抗蝕劑 層所定義的預期開口進行蝕刻工藝(例如幹蝕刻)以蝕刻基底而於基底中形成 所需的集成電路特徵(例如接觸洞)。
在光刻構裝與解裝(PAU)的圖案化方法的其他實施例中，在基底(例如半 導體晶片)上形成第一光致抗蝕劑層，並使用第一掩模104將其圖案化以定義 出預期開口與留白開口。在一實施例中，預期開口包括接觸洞。留白開口的 設計與配置是接近預期開口，以減低負荷效應所造成的臨界尺寸偏差。接著 於第一光致抗蝕劑層上形成第二光致抗蝕劑層並使用具有解裝特徵的第二 掩模105將其圖案化。在一實施例中，第二光致抗蝕劑層包括正型光致抗蝕 劑材料。解裝特徵包括與預期開口具關聯性的開口。例如，第二掩模105中 的解裝特徵包括包圍預期開口的開口。因此，圖案化第二光致抗蝕劑層覆蓋 第一光致抗蝕劑層的留白開口且露出預期開口。如集成電路元件103的俯視 圖所示，通過由第一與第二光致抗蝕劑層所定義的預期開口進行蝕刻工藝(例
7如幹蝕刻)以蝕刻基底而於基底中形成所需的集成電路特徵(例如接觸洞)。
在數個實施例中，光刻構裝與解裝的圖案化方法還包括化學微縮工藝
(chemical shrink process),也稱作化學微縮輔助光刻解析度強化工藝 (resolution enhancement lithography by assist of chemical shrink, RELACS)， 以 縮小臨界尺寸及/或增加聚焦深度(depth of focus, DoF)。以下將配合圖3A-圖 3D說明整合光刻構裝與解裝的圖案化方法與化學微縮工藝的實施例的一系 列工藝剖面圖。
圖3A-圖3D顯示本發明實施例的半導體元件108的一系列工藝剖面圖。 如圖3A-圖3B所示，在於基底110上形成第一光致抗蝕劑層112並將其圖 案化以形成數個開口後，於第一光致抗蝕劑層112上與第一光致抗蝕劑層的 開口中的基底上形成RELACS材料層114。 RELACS材料包括可交聯高分子 (crosslinkable polymer)及交聯齊[J(crosslinker)。接著可進行烘烤工藝(baking process)以增進來自光致抗蝕劑圖案的酸性物質擴散至RELACS材料的效率 以將可交聯高分子(圖3C的116)交聯化，而於鄰接光致抗蝕劑圖案處形成界 面交聯高分子層(界面層)118(如圖3D所示)。在一實施例中，烘烤工藝包括 使用介於約IOO'C至約20(TC之間的烘烤溫度。在其他實施例中，烘烤工藝 包括使用介於約30秒至約2分鐘的烘烤時間(baking dumtion)。接著進行清 洗工藝(rinsing process)以移除未交聯的高分子。界面層會將預期開口的直徑 縮小。在將第二光致抗蝕劑圖案圖案化或連同其顯影工藝之後，可進行清洗 工藝。在一實施例中，當預期開口是設計來形成接觸洞時，圖4A中的接觸 洞120會被縮小成如圖4B所示的具有較小直徑的接觸洞122。圖4A與圖4B 顯示在工藝之前與之後，具有第一光致抗蝕劑圖案的數個開口的半導體元件 俯視圖。在一實施例中，界面層具有介於約100納米至約200納米之間的厚 度。界面層的厚度可經由烘烤溫度及/或烘烤時間作調整。
本發明實施例的方法可具有許多變化。例如，第二光致抗蝕劑圖案的材 質可為負型光致抗蝕劑或正型光致抗蝕劑。在其他實施例中，第二光致抗蝕 劑層可與RELACS材料結合成感光收縮材料(photosensitive shrinkage material)。在此情形中，RELACS工藝與第二光致抗蝕劑圖案的圖案化工藝 也結合為連續工藝，並對感光收縮材料進行上述連續工藝，使感光收縮材料 於界面處交聯並將其圖案化以露出預期開口。在其他實施例中，第一光致抗
8蝕劑圖案可還包括抗反射塗布(anti-reflective coating, ARC)層。
以下將更詳細地敘述本發明實施例的各種實施方式。圖5顯示一實施例 的光刻圖案化方法130的流程圖。圖6A-圖6K顯示一實施例中，以方法130 製造半導體元件146的一系列工藝剖面圖。在一第一實施例中，借著參照圖 5與圖6A-圖6K共同敘述光刻圖案化方法130及以方法130製作的半導體元 件146。
如圖5與圖6A-圖6K所示，方法130由步驟132開始，首先於基底148 上形成第一圖案化光致抗蝕劑層(第一光致抗蝕劑圖案)。基底148包括矽。 或者，基底148可由其他適合的半導體材料製成，包括Ge、 SiGe、或GaAs。 再者，基底148的材質也可為其他適合的元素半導體(elementary semiconductor)(如鑽石)、適合的化合物半導體(如碳化矽、砷化銦、或磷化銦)、 或適合的合金半導體(如碳化鍺矽、磷化砷化鎵、或磷化銦鎵)。或者，基底 148可為非半導體材料，例如薄膜電晶體液晶顯示(TFT-LCD)元件的玻璃基 底、熔融石英(flised quartz)、或光掩模(掩模mask或光掩模reticle)的氟化鈣。 基底148可包括數個摻雜區、介電結構、及多層內連線。在一實施例中，基 底148包括數個微電子元件的數個摻雜結構，例如互補式金屬氧化物半導體 場效應電晶體(CMOS)、圖像傳感器、存儲單元、及/或電容元件。在其他實 施例中，基底148包括導配置電材料結構及介電材料結構以分別耦接 (coupling)與隔絕數個微電子元件。
在其他實施例中，基底148包括一或更多的材料層150形成於其上，材 料層150將被圖案化而形成數個開口(溝槽或孔洞)。材料層150可為矽、多 晶矽、介電材料、導電材料、或前述的組合。在一實施例中，材料層150包 括用作層間介電層(ILD)或金屬間介電層(IMD)的介電材料。介電材料包括氧 化矽及/或介電常數約小於4的低介電常數(low-k)材料。例如low-k介電材料 可包括氟化矽玻璃(FSG)、摻碳氧化矽、Black Diamond (Applied Materials of Santa Clara, California)、幹凝膠(Xerogel)、氣凝膠(Aerogel)、非晶氟化碳、聚 對二甲苯(Parylene)、苯並環丁烯(bis-benzocyclobutenes， BCB)、 SiLK (Dow Chemical, Midland, Michigan)、聚醯亞胺、及/或其他適合的多孔高分子材料。
借著例如旋轉塗布技術(spin-oncoating)將第一光致抗蝕劑層152形成於 材料層150上。在一實施例中，將第一光致抗蝕劑層152形成於材料層150上並接著使用第一掩模156進行第一光刻工藝而將第一光致抗蝕劑層152圖 案化，以定義出如圖6B所示的至少一預期開口及至少一留白開口。在光刻 曝光工藝期間，以一射線(mdiation)照射第一光致抗蝕劑層以形成由第一掩模 156所定義出的多個曝光區(exposedregion)154,或者對於負型光致抗蝕劑而 言為無曝光區(non-exposed region)。第一光致抗蝕劑層可具有介於約100埃 至約5000埃的厚度。在數個實施例中，第一光致抗蝕劑圖案可具有介於約 500埃至約3000埃的厚度，或者介於約1000埃至約1500埃的厚度。第一光 致抗蝕劑層152的光致抗蝕劑材料可為正型光致抗蝕劑或負型光致抗蝕劑。 對於使用極紫外線(EUV)光束的先進半導體圖案化工藝而言，第一光致抗蝕 劑層152可使用化學增幅型(chemical amplification, CA)光致抗蝕劑。第一光 致抗蝕劑層152可包括酸性分子或輻射敏感性酸產生劑(radiation-sensitive acid generator),當受到輻射線照射時可產生酸性物質。第一光致抗蝕劑圖案 是以第一光刻工藝形成，其可包括光致抗蝕劑塗布、軟烤(softbaking)、掩模 對準(mask aligninig)、曝光、曝光後烘烤(post-exposure baking)、顯影、及硬 烤(hard baking)。舉例而言，光刻曝光工藝可借著通過第一掩模156以射線 158照射半導體元件146而進行。射線可為紫外線或極紫外線，例如來自氟 化氪準分子雷射(KrF excimer laser)的光束(波長248納米)或來自氟化氬準分 子雷射(ArF excimer laser)的光束(波長193納米)。光刻工藝可使用其他的曝 光模式(exposingmode)，例如正軸(on畫axis)、偏軸(off-axis)、四孑L(quadripole)、 雙孔(dipole)等曝光技術。或者，光刻圖案化工藝可以其他適合的方法進行或 取代，例如無掩模光刻(maskless lithography)、電子束寫入(electron-beam writing)、離子束寫入(ion-beam writing)、或分子模印(molecular imprinting)等 技術。
接著，將第一光致抗蝕劑層152顯影。藉由顯影工藝於第一光致抗蝕劑 圖案160中形成多個開口 162。定義於第一光致抗蝕劑圖案160中的開口 162 包括至少一預期開口與至少一留白開口 。預期開口是為了半導體元件146的 期望特徵(expect feature)而定義。留白開口的設置用以減少或消除由負荷效應 所造成的臨界尺寸偏差(CD deviation)。
如圖5與圖6D-圖6F所示，方法130進行到步驟134，對第一光致抗蝕 劑圖案160進行化學微縮輔助光刻解析度強化工藝(RELACS)。在一實施例中，如圖6D所示，RELACS工藝包括於第一光致抗蝕劑圖案160上與第一 光致抗蝕劑圖案的開口中的材料層150上塗布RELACS材料層164。RELACS 材料層164包括可交聯高分子與交聯劑。在一實施例中，可交聯高分子包括 OH基及/或COOH基，例如圖12A與圖12B所示的可交聯高分子。在其他 實施例中，可交聯高分子包括環氧樹脂。圖13提供感光收縮材料 (photosensitive shrinkage material)的交聯齊!j的一實施例。
RELACS工藝包括烘烤RELACS材料與第一光致抗蝕劑圖案160。烘烤 工藝增進酸性物質從光致抗蝕劑圖案擴散至RELACS材料以使可交聯高分 子交聯，因而圖6E所示於RELACS材料層與第一光致抗蝕劑圖案之間形成 界面交聯高分子層(界面層)166。如圖14所示，在其他實施例中，當獲得酸 性離子時，交聯劑210會轉變成具有不成對化學鍵結的化學結構212。交聯 劑210可與可交聯高分子214反應並與其化學鍵結。如反應218所示，酸性 離子可由其中釋放而可進一步誘發交聯劑與可交聯高分子之間的其他鍵結 反應。因此，可交聯高分子可連結在一起而形成界面層。
在一實施例中，烘烤工藝包括介於約IO(TC至約200'C的烘烤溫度。在 其他實施例中，烘烤工藝包括介於約30秒至約2分鐘的烘烤時間。RELACS 工藝還包括清洗RELACS材料以移除未交聯高分子，而留下如圖6F所示， 鄰接於第一光致抗蝕劑圖案160的界面層166。在一實施例中，界面層具有 介於約100納米至約200納米之間的厚度。界面層的厚度可借著烘烤工藝的 烘烤溫度及/或烘烤時間而調整。在數個實施例中，借著形成界面層，RELACS 工藝可減小第一光致抗蝕劑圖案的開口的臨界尺寸(CD)及/或增加聚焦深度 (DoF)。
如圖5與圖6G-圖6I所示，方法130進行到步驟136，借著第二光刻工 藝於材料層150上與選擇性地於第一光致抗蝕劑圖案160上形成第二光致抗 蝕劑圖案。第二光致抗蝕劑圖案168借著例如旋轉塗布技術而沉積。在一實 施例中，如圖6G所示，第二光致抗蝕劑層168沉積於第一光致抗蝕劑圖案 160與材料層150上。
如圖6H所示，使用第二掩模170以第二光刻工藝將第二光致抗蝕劑層 圖案化以形成第二光致抗蝕劑圖案，定義出至少一預期開口與至少一留白開 口。第二光致抗蝕劑圖案包括由第二掩模170所定義出的多個曝光區172，或對負型光致抗蝕劑而言為無曝光區。在一實施例中，第二光致抗蝕劑層在 成份與厚度上大抵與第一光致抗蝕劑層相似。例如，第二光致抗蝕劑層的光 致抗蝕劑材料可為正型光致抗蝕劑或負型光致抗蝕劑。在其他實施例中，第
二光致抗蝕劑層包括化學增幅型(CA)光致抗蝕劑。第二光致抗蝕劑圖案是以 第二光刻工藝形成，其可包括光致抗蝕劑塗布、軟烤、掩模對準、曝光、曝 光後烘烤、顯影、及硬烤。在將第二光致抗蝕劑層顯影之後，多個開口會形 成於其中，而露出第一光致抗蝕劑圖案160的預期開口。如圖6I所示，第一 光致抗蝕劑圖案160的留白開口則被第二光致抗蝕劑圖案覆蓋。在一實施例 中，既然第二光致抗蝕劑圖案用以覆蓋第一光致抗蝕劑圖案的留白開口，第 二光刻工藝可使用較第一光刻工藝準確度低的光刻設備及第二掩模。例如， 假如第二光致抗蝕劑圖案完全覆蓋第一光致抗蝕劑圖案的留白開口，可允許 程度較大的不對準(misalignment)。在其他實施例中，假如第二光致抗蝕劑圖 案可完全覆蓋第一光致抗蝕劑圖案的留白開口，可允許程度較大的臨界尺寸 (CD)變異。
如圖5與圖6J-圖6K所示，方法130進行至步驟138，通過第一光致抗 蝕劑圖案160的預期開口蝕刻材料層150(或基底148)。預期開口進一步藉由 界面層166而收縮，且不被第二光致抗蝕劑圖案168(即第二光致抗蝕劑層168) 覆蓋。對材料層150進行蝕刻工藝以移除預期開口中的材料層，以如圖6J 所示，於材料層中形成溝槽174。在一實施例中，預期開口中的材料層150 藉由蝕刻工藝移除，使得預期開口中基底148的頂表面完全露出。蝕刻工藝 中，可選用及/或調整適合的蝕刻劑以選擇性地移除對應至第一光致抗蝕劑圖 案、第二光致抗蝕劑圖案、及/或基底的材料層。在一實施例中，當使用氧化 矽作為材料層時，蝕刻工藝可使用CH4、 C3F8、 C4F8、 CHF3、或CH2F2 的幹蝕刻，或者緩衝氫氟酸(buffered hydrofluoric acid， BHF)的溼蝕刻以移除 氧化矽。
之後，將第一光致抗蝕劑圖案160與第二光致抗蝕劑圖案168皆移除。 在一實施例中，使用光致抗蝕劑灰化(resist ashing)工藝以移除第一與第二光 致抗蝕劑圖案。在其他實施例中，使用溼式剝除工藝以移除第一與第二光致 抗蝕劑圖案。如圖6K所示，在移除第一與第二光致抗蝕劑圖案後，基底148 於定義於材料層150中的溝槽174露出。圖案化材料層具有由預期開口所定義的溝槽174。在一實施例中，溝槽174形成作接觸洞(contacthole)以供金屬 內連線之用。
前述方法(如圖5與圖6A-圖6K所示)提供根據本發明數個實施例的圖案 化工藝。此方法採用PAU(構裝與解裝)工藝與RELACS(化學微縮輔助光刻解 析度強化)工藝以於材料層中形成預期開口 ，其具有縮小的臨界尺寸(CD)變異 與增加的聚焦深度(DoF)。其他優點可進一步於數個實施例中顯現。例如， 形成於材料層150中的溝槽174(或開口)具有較平滑的邊緣(edge)及/或縮小 的尺寸。在一實施例中，方法130可用以形成小接觸洞。
以下，提供本發明其他實施例的光刻圖案化方法。圖7顯示光刻圖案化 方法176的流程圖。圖8A-圖8J顯示一實施例中，以方法176製造半導體元 件186的一系列工藝剖面圖。光刻圖案化方法176與藉以製作的半導體元件 186將借著參照圖7與圖8A-圖8J共同敘述。為簡化說明僅簡要地敘述此實 施例。
如圖7與圖8A-圖8C所示，方法176由步驟178開始，於基底148上 形成第一光致抗蝕劑圖案。在一實施例中，半導體元件186的第一光致抗蝕 劑圖案160在成份上、形成方法上、及結構上大抵與半導體元件146的第一 光致抗蝕劑圖案160相似。例如，第一光致抗蝕劑圖案包括至少一預期開口 及至少一留白開口。在其他實施例中，預期開口是為了半導體元件186的期 望特徵(expect feature)而定義。留白開口的設置用以減少或消除由負荷效應所 造成的臨界尺寸偏差(CD deviation)。
如圖7與圖8D-圖8E所示，方法176進行到步驟180，對第一光致抗蝕 劑圖案160進行化學微縮輔助光刻解析度強化工藝(RELACS)。在一實施例 中，如圖8D所示，RELACS工藝包括於第一光致抗蝕劑圖案160上與第一 光致抗蝕劑圖案的開口中的材料層150上塗布RELACS材料層164。在一實 施例中，RELACS材料層164在成份上大抵與方法130所用的RELACS材料 層相似。RELACS工藝包括烘烤RELACS材料層與第一光致抗蝕劑圖案160 以將可交聯高分子交聯，而於RELACS材料層與第一光致抗蝕劑圖案之間形 成界面交聯高分子層(界面層)166。在一實施例中，烘烤工藝大抵與方法130 所用的烘烤工藝相似。然而，未交聯高分子不在現階段清洗移除。
如圖7與圖8F-圖8H所示，方法176進行到步驟182，借著第二光刻工
13藝於RELACS材料層164上形成第二光致抗蝕劑圖案並覆蓋於第一光致抗蝕 劑圖案的留白開口上。第二光致抗蝕劑層借著例如旋轉塗布技術而沉積。如 圖8F所示，第二光致抗蝕劑層168沉積於RELACS材料層164上。
如圖8G所示，使用第二掩模170以第二光刻工藝將第二光致抗蝕劑層 圖案化以形成第二光致抗蝕劑圖案，定義出至少一預期開口與至少一留白開 口。在光刻曝光工藝中，第二光致抗蝕劑圖案形成多個由第二掩模170所定 義的曝光區172(或對負型光致抗蝕劑而言為無曝光區)。第二光致抗蝕劑圖 案是以第二光刻工藝形成，其可包括光致抗蝕劑塗布、軟烤、掩模對準、曝 光、曝光後烘烤、顯影、及硬烤。在一實施例中，不被第二光致抗蝕劑圖案 覆蓋的RELACS材料層164的未交聯高分子可於第二光致抗蝕劑圖案進行顯 影工藝期間或之後移除。多個開口形成於第二光致抗蝕劑層中，露出第一光 致抗蝕劑圖案160的預期開口。如圖8H所示，第一光致抗蝕劑圖案160的 留白開口則被第二光致抗蝕劑圖案168覆蓋。在一實施例中，第二光刻工藝
可使用較第一光刻工藝準確度低的光刻設備及第二掩模。
如圖7與圖81-圖8J所示，方法176進行至步驟184，通過第一光致抗 蝕劑圖案160的預期開口蝕刻材料層150。如圖8I所示，對材料層150進行 蝕刻工藝以移除預期開口中的材料層，而於材料層中形成溝槽174。在一實 施例中，預期開口中的材料層藉由蝕刻工藝移除，使得預期開口中基底148 的頂表面完全露出。蝕刻工藝中，可選用及/或調整適合的蝕刻劑以選擇性地 移除對應至第一光致抗蝕劑圖案與第二光致抗蝕劑圖案的材料層。
之後，第一光致抗蝕劑圖案160與第二光致抗蝕劑圖案168皆被移除。 界面層166也被移除。在數個實施例中，使用光致抗蝕劑灰化工藝或溼式剝 除工藝移除第一與第二光致抗蝕劑圖案。如圖8J所示，在移除第一與第二光 致抗蝕劑圖案後，基底148於由材料層150所定義的溝槽174中露出。圖案 化材料層具有由預期開口定義的溝槽174。在一實施例中，溝槽174是形成 作金屬內連線用的接觸洞。
以下提供根據本發明實施例的光刻圖案化方法的其他實施方式。圖9顯 示光刻圖案化方法190的流程圖。圖10A-圖IOI顯示一實施例中，以方法190 製造半導體元件200的一系列工藝剖面圖。光刻圖案化方法190與其所製作 的半導體元件200將借著參照圖9與圖10A-圖101共同敘述。如圖9與圖10A-圖10C所示，方法190由步驟192開始，於基底148
上形成第一光致抗蝕劑圖案。在一實施例中，半導體元件200的第一光致抗 蝕劑圖案160在成份上、形成方法上、及結構上大抵與半導體元件146的第 一光致抗蝕劑圖案160相似。例如，第一光致抗蝕劑圖案包括至少一預期開 口及至少一留白開口。在其他實施例中，預期開口是為了半導體元件200的 期望特徵而定義。留白開口的設置用以減少或消除由負荷效應所造成的臨界
尺寸偏差°
如圖9與圖10D所示，方法190進行到步驟194，於第一光致抗蝕劑圖 案160上與第一光致抗蝕劑圖案的開口中的材料層150上形成感光收縮材料 層202。感光收縮材料層202包括光酸產生劑(photoacid generator, PAG)。光 酸產生劑(PAG)可為離子型或非離子型。圖11A-圖IIK提供數個可用作感光 收縮材料的光酸產生劑的化學結構。感光收縮材料層202也包括可交聯高分 子。在一實施例中，可交聯高分子具有OH基及/或COOH基，例如圖12A-圖12B所示的可交聯高分子。在其他實施例中，可交聯高分子包括環氧樹脂。 感光收縮材料層202還包括交聯劑。圖13提供感光收縮材料的交聯劑的一 實施例。感光收縮材料具有RELACS材料的功能，可借著將可交聯高分子交 聯而形成界面層。感光收縮材料還具有光致抗蝕劑材料的功能，可藉由光刻 圖案化工藝而圖案化。
如圖9與圖10E所示，方法190進行到步驟196，對感光收縮材料層202 及第一光致抗蝕劑圖案160進行RELACS工藝。在一實施例中，RELACS 工藝包括烘烤感光收縮材料層202及第一光致抗蝕劑圖案160以將可交聯高 分子交聯，而於感光收縮材料層與第一光致抗蝕劑圖案之間形成界面交聯高 分子層(界面層)204。在一實施例中，烘烤工藝大抵與方法130所用的烘烤工 藝相似。
如圖9與圖10F-圖10G所示，方法190進行到步驟198，使用第二掩模 170以第二光刻工藝將感光收縮材料層202圖案化，以如圖10F所示，定義 至少一預期開口及至少一留白開口。感光收縮材料層被光刻曝光以形成多個 曝光區206(或對於負型光致抗蝕劑而言為無曝光區)，並進一步將感光收縮 材料層顯影以形成感光收縮材料圖案。感光收縮材料圖案是藉由第二光刻工 藝形成，其可包括光致抗蝕劑塗布、軟烤、掩模對準、曝光、曝光後烘烤、
15顯影、及硬烤。在將感光收縮材料層顯影后，其中會定義出多個開口，並露
出第一光致抗蝕劑圖案160的預期開口。如圖IOG所示，第一光致抗蝕劑圖 案160的留白開口被感光收縮材料圖案覆蓋。在一實施例中，既然第二光致 抗蝕劑圖案(即感光收縮材料圖案)用以完全覆蓋第一光致抗蝕劑圖案的留白 開口，第二光刻工藝可使用較第一光刻工藝準確度低的光刻設備及第二掩 模。
如圖9與圖10H-圖101所示，方法190進行到步驟199，通過第一光致 抗蝕劑圖案160的預期開口蝕刻材料層150。如圖IOH所示，對材料層150 進行蝕刻工藝以移除預期開口中的材料層而於其中形成溝槽174。在一實施 例中，預期開口中的材料層150藉由蝕刻工藝移除，使得預期開口中基底148 的頂表面完全露出。蝕刻工藝中，可選用及/或調整適合的蝕刻劑以選擇性地 移除對應至第一光致抗蝕劑圖案與第二光致抗蝕劑圖案(即感光收縮材料圖 案)的材料層。
之後，將第一光致抗蝕劑圖案160與感光收縮材料圖案202皆移除。使 用光致抗蝕劑灰化(resist ashing)工藝或溼式剝除工藝移除第一光致抗蝕劑圖 案與感光收縮材料圖案。界面層166也被移除。如圖10I所示，在移除第一 光致抗蝕劑圖案與感光收縮材料圖案後，基底148於由材料層150所定義的 溝槽174中露出。圖案化材料層具有由預期開口定義的溝槽174。在一實施 例中，溝槽174包括金屬內連線用的接觸洞。
以上，以數個實施例敘述本發明實施例的光刻圖案化方法，包括方法 130、 176、與190。所揭示的光刻圖案化方法提供依據本發明數個實施例進 行的圖案化工藝。此方法通過進行PAU工藝與RELACS工藝而於基底中形 成開口，其具有縮小的臨界尺寸變異與優選的解析度。其他優點可進一步於 數個實施例顯現。例如，形成於材料層150中的開口 174具有較平滑的邊緣 及/或縮小的尺寸。
在不脫離本發明實施例的精神下，可對本發明實施例使用其他的潤飾、 更動、添加、或延伸。例如，材料層150可去除。第一與第二光致抗蝕劑圖 案(或光致抗蝕劑圖案與感光收縮材料圖案)直接形成於基底148上。在其他 實施例中，可進行其他的適合工藝(例如化學機械研磨)以部分移除材料層 150。在其他實施例中，數個掩模可使用其他的解析度增進技術，例如相位移掩模(phase shift mask)、光學令卩近修正(optical proximity correction)、及/或 偏軸照射(off-axisillumination)。此外，可於第一光致抗蝕劑圖案上形成底部 抗反射塗布(bottom anti-reflective coating, BARC)以減少光刻曝光工藝期間的 反射。在此情形中，也可對BARC層進行RELACS工藝。
本發明實施例提供光刻圖案化的方法。方法包括於基底上形成光致抗蝕 劑圖案，其基底上包括至少一預期開口與至少一留白開口於其中；於光致抗 蝕劑圖案與基底上形成圖案化感光材料層，其中圖案化感光材料層覆蓋光致 抗蝕劑圖案的留白開口；以及對光致抗蝕劑圖案的預期開口進行化學微縮輔 助光刻解析度強化工藝。
所揭示的方法可還包括通過光致抗蝕劑圖案的預期開口蝕刻基底。圖案 化感光材料層的形成可於RELACS工藝之後進行。圖案化感光材料層的形成 可包括形成圖案化正型光致抗蝕劑層。圖案化感光材料層的形成可包括形成 圖案化負型光致抗蝕劑層。圖案化感光材料層可包括RELACS材料與光酸產 生劑。RELACS工藝的進行可包括交聯反應，以於一升高溫度下在感光材料 層與光致抗蝕劑圖案之間形成界面層。RELACS工藝的進行可包括對感光材 料層與光致抗蝕劑圖案進行高溫烘烤。高溫烘烤可包括介於約IOO'C至約200 'C之間的烘烤溫度。
本發明實施例還提供一光刻圖案化方法。方法包括於基底上形成第一光 致抗蝕劑圖案，光致抗蝕劑圖案於基底上包括至少一預期開口與至少一 留白 開口於其中；對第一光致抗蝕劑圖案的預期開口進行化學微縮輔助光刻解析 度強化工藝以將預期開口收縮；以及於基底上形成第二光致抗蝕劑圖案，其 覆蓋留白開口並露出第一光致抗蝕劑圖案的預期開口。
在所揭示的方法中，第二光致抗蝕劑圖案的形成可包括部分地於第一光 致抗蝕劑圖案上形成第二光致抗蝕劑圖案。第二光致抗蝕劑圖案的形成可包 括於基底上形成正型光致抗蝕劑層或負型光致抗蝕劑層。RELACS工藝的進 行可包括於基底與光致抗蝕劑圖案上塗布RELACS材料層；以及於一升高溫 度烘烤光致抗蝕劑圖案與RELACS材料層以於鄰近於預期開口的側壁處形 成界面層。方法可還包括於形成第二光致抗蝕劑圖案前，先清洗RELACS材 料層。方法可還包括於形成第二光致抗蝕劑圖案期間，清洗RELACS材料層。 方法可還包括通過第一光致抗蝕劑圖案的預期開口蝕刻基底。RELACS工藝的進行可包括塗布具有可交聯高分子及交聯劑的RELACS材料層。
本發明實施例還提供一光刻圖案化方法。方法包括於基底上形成光致抗 蝕劑圖案，光致抗蝕劑圖案於基底上包括至少一預期開口與至少一留白開口 於其中；於基底與光致抗蝕劑圖案上形成感光收縮材料層；烘烤感光收縮材 料層與光致抗蝕劑圖案以於其間形成界面層；以及將感光收縮材料層圖案化 以覆蓋光致抗蝕劑圖案的留白開口中的基底，並露出光致抗蝕劑圖案的預期 開口中的基底。在一實施例中，感光收縮材料層包括光酸產生劑、可交聯高 分子、及交聯劑。可交聯高分子可包括具有OH基的高分子、具有COOH基 的高分子、環氧樹脂、或前述的組合。
雖然本發明已以數個優選實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明， 任何本領域普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作任意的 更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視所附的權利要求所界定的範圍為 準。
權利要求
1.一種圖案化方法，包括於一基底上形成一光致抗蝕劑圖案，該光致抗蝕劑圖案於該基底上包括至少一預期開口與至少一留白開口於其中；於該光致抗蝕劑圖案與該基底上形成一圖案化感光材料層，其中該圖案化感光材料層覆蓋該光致抗蝕劑圖案的該留白開口；以及對該光致抗蝕劑圖案的該預期開口進行一化學微縮輔助光刻解析度強化工藝。
2. 如權利要求1所述的圖案化方法，還包括通過該光致抗蝕劑圖案的該預期開口蝕刻該基底。
3. 如權利要求1所述的圖案化方法，其中該圖案化感光料層的形成是在 該化學微縮輔助光刻解析度強化工藝之後進行。
4. 如權利要求1所述的圖案化方法，其中該圖案化感光料層包括一化學 微縮輔助光刻解析度強化材料及一光酸產生劑。
5. 如權利要求4所述的圖案化方法，其中該化學微縮輔助光刻解析度強 化工藝的進行包括一交聯反應，以於一升高溫度下在該感光材料層與該光致 抗蝕劑圖案之間形成一界面層。
6. 如權利要求1所述的圖案化方法，其中該化學微縮輔助光刻解析度強 化工藝的進行包括對該感光材料層與該光致抗蝕劑圖案進行一高溫烘烤。
7. 如權利要求6所述的圖案化方法，其中該高溫烘烤包括一烘烤溫度， 介於約IO(TC至約20(TC之間。
8. —種圖案化方法，包括於一基底上形成一第一光致抗蝕劑圖案，該第一光致抗蝕劑圖案於該基 底上包括至少一預期開口與至少一留白開口於其中；進行一化學微縮輔助光刻解析度強化工藝以使該第一光致抗蝕劑圖案 的該預期開口收縮；以及於該基底上形成一第二光致抗蝕劑圖案，覆蓋該第一光致抗蝕劑圖案的 該留白開口並露出該第一光致抗蝕劑圖案的該預期開口 。
9. 如權利要求8所述的圖案化方法，其中該第二光致抗蝕劑圖案的形成 包括部分地於該第一光致抗蝕劑圖案上形成該第二光致抗蝕劑圖案。
10. 如權利要求8所述的圖案化方法，其中該化學微縮輔助光刻解析度強化工藝的進行包括於該基底與該第一光致抗蝕劑圖案上塗布一化學微縮輔助光刻解析度 強化材料層；以及於一升高溫度烘烤該第一光致抗蝕劑圖案與該化學微縮輔助光刻解析 度強化材料層以於鄰近於該預期開口的側壁處形成一界面層。
11. 如權利要求IO所述的圖案化方法，還包括於形成該第二光致抗蝕劑 圖案前清洗該化學微縮輔助光刻解析度強化材料層。
12. 如權利要求8所述的圖案化方法，其中該化學微縮輔助光刻解析度 強化工藝的進行包括塗布一化學微縮輔助光刻解析度強化材料層，該化學微 縮輔助光刻解析度強化材料層具有可交聯高分子及交聯劑。
13. —種圖案化方法，包括-於一基底上形成一光致抗蝕劑圖案，該光致抗蝕劑圖案於該基底上包括 至少一預期開口與至少一 留白開口於其中；於該基底與該光致抗蝕劑圖案上形成一感光收縮材料層； 烘烤該感光收縮材料層與該光致抗蝕劑圖案以於其間形成一界面層；以及將該感光收縮材料層圖案化以覆蓋該光致抗蝕劑圖案的該留白開口中 的該基底，並露出該光致抗蝕劑圖案的該預期圖案中的該基底。
14. 如權利要求13所述的圖案化方法，其中該感光收縮材料層包括 光酸產生劑；可交聯高分子；以及 交聯劑。
15. 如權利要求14所述的圖案化方法，其中該可交聯高分子包括一具有 OH基的高分子、 一具有COOH基的高分子、環氧樹脂、或前述的組合。
全文摘要
本發明提供一種圖案化方法，包括於基底上形成光致抗蝕劑圖案，光致抗蝕劑圖案於基底上包括至少一預期開口與至少一留白開口於其中，於光致抗蝕劑圖案與基底上形成圖案化感光材料層，其中圖案化感光材料層覆蓋光致抗蝕劑圖案的留白開口，以及對光致抗蝕劑圖案的預期開口進行化學微縮輔助光刻解析度強化工藝。本發明通過進行化學微縮輔助光刻解析度強化工藝，以縮小臨界尺寸及/或增加聚焦深度。
文檔編號G03F7/00GK101556437SQ20091000576
公開日2009年10月14日 申請日期2009年2月6日 優先權日2008年2月8日
發明者葉孝蔚, 施仁傑 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司