CN1532632A

CN1532632A - 双层光阻的形成方法及其应用

Info

Publication number: CN1532632A
Application number: CNA031072984A
Authority: CN
Inventors: 张庆裕
Original assignee: Macronix International Co Ltd
Current assignee: Macronix International Co Ltd
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2004-09-29

Abstract

本发明涉及一种双层光阻的形成方法及其应用；双层光阻的形成方法是首先在一基体上，形成图案化的一第一光阻层；接着，固化该第一光阻层，使该第一光阻层不溶于光阻溶剂；最后，在被固化的该第一光阻层上，形成图案化的一第二光阻层；此双层光阻的形成方法还可以应用于罩幕式只读存储器的编码、孔洞的形成、以及双镶嵌结构。

Description

双层光阻的形成方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种双层光阻的形成方法及其应用，特别是指一种在一图案化(patterned)的光阻层上形成另一图案化的光阻层的方法及其应用。

背景技术

随着罩幕式(mask)内存的记忆单元(memory cell)越来越小，要使用单一的一道光罩与一微影工序，来定义记忆单元中所要被编码布值(codeimplantation)之处也变的更加困难。因此，制程便发展出两道光罩与两道微影工序。图1A为内存单元中的N沟道金属氧化物半导体(NMOS)制作完成时的俯视图；图1B为图1A沿着AA’线的剖面图。埋藏式位线(buried bitlines)10与字符线(word lines)12交错排列。每两个埋藏式位线之间的一字符线所在的位置，即为一NMOS。进行编码相关制程时，先沉积硬光罩层14(譬如氧化硅)(见图2B)。然后进行一道微影工序(用一所谓编码前光罩pre-codemask)，大致在埋藏式位线上形成平行的光阻线条16，如同图2A与图2B所示。接着，去除光阻线条16未覆盖的部分硬光罩层14，而后去除掉光阻线条16。然后，以另一道微影工序(用一所谓编码光罩code mask)来形成另一光阻层18，以定义出要接受编码布值的记忆单元，如图3A与图3B所示。而记忆单元中，没有被光阻层18与硬光罩层14所覆盖的区域将会受到后续离子布值工序而影响其逻辑值。

由以上的工序流程可知，当记忆单元的NMOS完成后，到编码完成之间，至少需要经历两次微影工序、一次沉积(deposition)工序、一次蚀刻工序、一次去光阻工序以及一次离子布值工序。不论是对于物料或是管理，这样的流程将会耗费很多的成本。

需要如此复杂工序的原因，在于后续的光阻层直接涂布在先前的光阻层上时，后续的光阻层中的溶剂，将会与先前的光阻层溶解而改变先前的光阻层已经定义好的图案。所以，才需要一个硬光罩层来转换图案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的，在于提供一种双层光阻的形成方法，能够在形成一第二层光阻层之时，不会影响到第一层光阻层。

本发明的另一目的，在于提供双层光阻的应用，节省工序步骤并大幅降低制造成本。

根据上述目的，本发明提出一种双层光阻的形成方法。首先在一基体(substrate)上，形成图案化(patterned)的一第一光阻层。接着固化该第一光阻层，使该第一光阻层不溶于光阻溶剂(resist solvent)。然后在被固化的该第一光阻层上，形成图案化的一第二光阻层。

固化的方法可以用离子布值工序或是电浆工序来改变第一光阻层的表面特性，使其不溶于该第二光阻层中的光阻溶剂。如此，可以两个具有不同图案的光阻层重迭在一起，可以有效的减少制造成本。

该离子布值的能量是为10至50Kev，该离子布值的掺杂浓度是为10¹³至10¹⁵ion/cm²。

本发明另提出一种对罩幕式(mask)只读存储器(read only memory，ROM)的编码方法。首先，提供一基体，该基体上具有一罩幕式ROM阵列(array)，由多个记忆单元所构成。接着，在该罩幕式ROM阵列上，形成具有重复性图案的一第一光阻层，用以遮掩每一记忆单元的部分区域。然后，固化该第一光阻层，使该第一光阻层不溶于光阻溶剂(resist solvent)。在被固化的该第一光阻层上，形成图案化的一第二光阻层，用以遮掩该罩幕式ROM阵列的部分区域。最后，进行一编码布值工序code implantation)，以改变没有被该第二光阻层遮掩的记忆单元的逻辑状态。

该第一光阻层是大致地遮掩该罩幕式只读存储器阵列中的多条位线，每一位线是由一半导体掺杂区所构成。

固化该第一光阻层的步骤是以氮或是氩对该第一光阻层进行离子布值。

固化该第一光阻层的步骤是为一具有氩气的电浆工序。

本发明的另一个应用在于接触洞(contact hole)或是介层窗(via hole)的形成方法。该形成方法包含有下列步骤：1)提供一基体(substrate)，该基体的表面具有一介电层；2)在该介电层上，形成具有大致平行的第一沟图案的一第一光阻层；3)固化该第一光阻层，使该第一光阻层不溶于光阻溶剂(resistsolvent)；4)在被固化的该第一光阻层上，形成具有大致平行的第二沟图案的一第二光阻层，该第二沟图案与该第一沟图案大致垂直；5)去除该第二沟图案与该等第一沟图案交错处下的该介电层，以形成至少一孔洞。

固化该第一光阻层的步骤是为一具有氩气的电浆工序。

该介电层主要是为二氧化硅。

本发明的另一个应用在于双镶嵌(dual damascene)结构的制作方法。该制作方法包含有下列步骤：1)提供一基体，该基体的表面具有一介电层；2)在该介电层上，形成具有多个孔洞图案的一第一光阻层；3)固化该第一光阻层，使该第一光阻层不溶于光阻溶剂(resist solvent)；4)在被固化的该第一光阻层上，形成具有多个沟槽图案的一第二光阻层；5)以该第一光阻层作为罩幕，蚀刻该介电层以使该等孔洞图案移转至该介电层上；以及6)以该第二光阻层作为罩幕，蚀刻该第一光阻层与该介电层，以使该些沟槽图案移转至该介电层上。

移转该些孔洞图案与移转该些沟槽图案的二步骤是在同一制程基台中处理。

固化该第一光阻层的步骤是以氮对该第一光阻层进行离子布值。

该离子布值的能量是为10至50Kev，该离子布值的掺杂浓度是为10¹³至10¹⁵ion/cm²单位。

固化该第一光阻层的步骤是为一具有氩气的电浆工序。

该介电层主要是为二氧化硅。

本发明的优点在于：本发明形成两个图案化且直接堆栈的光阻层于一基体上，至于图布一比较上层(upper)的光阻层时，其中的光阻溶剂会对比较下层的光阻层所产生的影响，则靠一个光阻处理步骤，将下层光阻层的表面特性改变，使光阻溶剂不再溶解下层光组层的表面，进而使下层光组层受到保护，从而节省工序步骤并大幅降低制造成本。本发明运用于接触洞或是穿越洞的形成时，可以制作出比先前技术更小的孔洞。运用于双镶嵌工序时，可以使原本在两个蚀刻机台分别转移孔洞图以及沟槽图案的动作，合并在同一蚀刻机台进行。

本发明还将结合附图对实施例作进一步详述：

附图说明

图1A为内存单元中之NMOS制作完成时的俯视图；

图1B为图1A沿着AA’线的剖面图；

图2A为图1A增加编码前光罩图案的俯视图；

图2B为以硬光罩实施时，图2A沿着AA’线的剖面图；

图3A为图2A编码光罩图案的俯视图；

图3B为以硬光罩实施时，图3A沿着AA’线的剖面图；

图4A至图4C为本发明之双层光阻形成过程中的基体剖面图；

图5A为，运用本发明时，图2A的AA’线剖面图；

图5B为，运用本发明时，图3A的AA’线剖面图；

图6A为运用本发明之一图案化第一光阻层的俯视图；

图6B为图6A沿着BB’线方向的芯片剖面图；

图7A为运用本发明之一图案化第二光阻层的俯视图；

图7B为图7A沿着BB’线方向的芯片剖面图

图8为图7A蚀刻孔洞后的完成图；

图9A为一具有孔洞的第一光阻层俯视图；

图9B为图9A的一种芯片剖面图；

图10为图9B的光阻层被固化后的示意图；

图11A为图10的第一光阻层上形成一第二光阻层的俯视图；

图11B为图11A的一种芯片剖面图；以及

图12为图11A与图11B经过蚀刻以及去光阻工序后的完成图。

具体实施方式

本发明的精神在于形成两个图案化且直接堆栈的光阻层于一基体上。至于图布一比较上层(upper)的光阻层时，其中的光阻溶剂会对比较下层的光阻层所产生的影响，则靠一个光阻处理步骤，将下层光阻层的表面特性改变。使光阻溶剂不再溶解下层光组层的表面，进而使下层光组层受到保护。

图4A至图4C为本发明的双层光阻形成过程中的基体剖面图。第一步骤是在基体30上形成图案化的一第一光阻层32，如图4A所示。一般的微影工序都可以达到此目的。第二步骤是固化第一光阻层32，使得第一光阻层32的表面产生化学变化，不再溶于光阻溶剂，如第4B图所示。固化的方法有许多种，譬如用氩(Ar)或氮来对第一光阻层32进行离子布值，离子布值的能量可以为10至50Kev，该离子布值的掺杂浓度可以为10¹³至10¹⁵ ion/cm ²。另一种固化的方法是将基体30以及第一光阻层32一起放入一氩气的电浆环境中，利用电浆工序来改变第一光阻层32的表面特性。接着的步骤，是形成另一个图案化的光阻层(第二光阻层34)，如图4C所示。因为第一光阻层32的表面已经不再溶于光阻溶剂了，所以第二光阻层34便可以直接在第一光阻层32上图布、曝光以及显影。这样便完成了双层光阻的结构，后续可以进行流程要求所需的蚀刻或是离子布值等工序。

这样双层光阻结构可以有许多种应用。以下为三个应用的实施例，均可以达到节省工序步骤与制造成本的目的。

第一实施例：

本发明的双层光阻结构可以用于罩幕式(mask)只读存储器(read onlymemory，ROM)的编码方法。

首先，在一半导体基体11上形成一罩幕式ROM阵列(array)，由多个记忆单元所构成，如图1A以及图1B图所示。罩幕式ROM阵列中具有多条以掺杂区构成的埋藏式位线10，以及多条以多晶硅构成的字符线(wordlines)12。每两个埋藏式位线10之间的一字符线12所在的位置，即为一记忆单元。

图5A为，图2A运用本发明时的AA’线剖面图。接着，如图2A以及图5A所示，在罩幕式ROM阵列上，形成具有重复性图案的一第一光阻层16，用以遮掩每一记忆单元的部分区域。在图2A以及图5A中，显影后的第一光阻层16为平行的多条线，直接贴在字符线12上，是大致地对应遮掩该罩幕式ROM阵列中的埋藏式位线10，位于埋藏式位线10的正上方。

接着，固化该第一光阻层16的表面，使第一光阻层16不溶于光阻溶剂。而固化的方法已经于之前详述，在此不再多述。

图5B为，图3A运用本发明时的AA’线剖面图。接着，在被固化的第一光阻层16上，形成图案化的一第二光阻层18，用以遮掩罩幕式ROM阵列的部分区域，如第3A图以及图5B所示。第二光阻层18的图案是依据编码的需求而设计，对于不同的记忆单元，可能有开口与关闭不同的情形，以表示不同的逻辑值(0或1)。

接着，进行一编码布值工序(code implantation)，以改变没有被第二光阻层18遮掩的记忆单元的逻辑状态。譬如说，以硼(Boron)离子进行离子布值。如果每个记忆单元是一个NMOS的话，被离子布值处理到的NMOS，或是没有被第二光阻层18或是第一光阻层16遮蔽到的NMOS，其临界电压将被升高。

与公知的硬光罩层的编码方法相比较，此实施例的编码方法完全不用形成硬光罩层，同时，在编码布值工序之后，可以仅仅用一次的去光阻工序，便去除第一光阻层16以及第二光阻层18。本实施例于记忆单元的NMOS完成后，到编码完成之间，只需要经历两次微影工序以及一次离子布值工序，大幅的节省制造上的复杂度以及相对应的成本。

第二实施例：

本发明可运用在半导体制程中，孔洞(接触洞contact hole或是穿越洞viahole)的形成方法。

半导体芯片上的孔洞大多是形成在介电层(譬如氧化硅或是氮化硅)中，因此，形成孔洞的第一步骤便是提供带有一介电层的一半导体基体。

请参阅图6A以及图6B。图6A为运用本发明的一图案化第一光阻层的俯视图；图6B为图6A沿着BB’线方向的芯片剖面图。如图6A以及图6B所示，接着，在介电层40上，形成具有大致平行的第一沟图案44的一第一光阻层42。

接着，固化第一光阻层42，使第一光阻层42不溶于光阻溶剂。而固化的方法已经于之前详述，在此不再多述。

请参阅图7A与图7B。图7A为运用本发明的一图案化第二光阻层的俯视图；图7B为图7A沿着BB’线方向的芯片剖面图。在被固化的第一光阻层42上，形成有具有大致平行的第二沟图案46的一第二光阻层48。第二沟图案46与第一沟图案44大致垂直。

接着进行一蚀刻工序，以去除第二沟图案46与第一沟图案44交错处下的介电层40，以形成至少一孔洞，如同图8所示。利用第一光阻层以及第二光阻层作为罩幕，实施非等向性蚀刻，去除部份的介电层40，并停止在一或数个特定层上。在图8中，蚀刻制程停止在栅极以及源极漏极的上方，刚好作为下方组件(NMOS)的接触洞。

公知技术所知道的，如果想要直接形成具有孔洞图案的一光阻层，当孔洞的直径接近或是小于曝光台解析极限(resolution limit)时，要曝开孔洞便会相当的困难。但是，相对的，在同一解析极限下，曝开沟图案便比曝开孔洞容易的多。因此，本实施例运用两次的微影工序，每一次微影工序曝出一个沟图案。利用两个沟图案的交集，来定义出孔洞的位置。如此的方法，便可以克服公知技术的困难，形成具有小直径的孔洞。而且，相较于一次微影工序形成一具有孔洞图案的光阻层，依据本发明的工序流程上，仅仅是增加了多一次的微影工序以及一光阻硬化工序，并不会增加太多制造成本。

第三实施例：

本发明可运用于半导体制程中，双镶嵌(dual damascene)结构的制作方法。

一般的双镶嵌结构是用于制作半导体组件的相互连结线(inter-connection line)。双镶嵌结构多是制作于一半导体基体50上的一介电层52。介电层52可以是氧化硅、氮化硅或是多层式复合的介电层。

运用本发明制作双镶嵌结构时，先在介电层52上形成多孔洞图案56的一第一光阻层58，如图9A以及图9B所示。图9A为一具有孔洞图案56的第一光阻层58俯视图；图9B为图9A的一种芯片剖面图。此第一光阻层58定义了将于介电层52上形成的穿越洞的位置。

接着，固化第一光阻层58，使第一光阻层58不溶于光阻溶剂，如图10所示。而固化的方法已经于之前详述，在此不再多述。

接着，在被固化的该第一光阻层58上，形成具有多沟槽图案60的一第二光阻层62，如图11A以及图11B所示。图11A为图10的第一光阻层58上形成一第二光阻层62的俯视图；图11B为图11A的一种芯片剖面图。此第二光阻层62定义了将于介电层52表面形成的金属线的位置。

接着，以第一光阻层58作为罩幕，蚀刻该介电层52以使该些孔洞图案56移转至该介电层52上。蚀刻时，可以以下方的金属层54作为蚀刻停止层来控制制程机台。适当的调整蚀刻机台的参数，可以尽量不去除第一以及第二光阻层(58、62)，但是，去除裸露的介电层52。

接着，以第二光阻层62作为罩幕，蚀刻第一光阻层58与介电层50，以使等沟槽图案60移转至介电层52上。蚀刻时，可以以停止点(end-point)的方式，先去除没有被第二光阻层62遮蔽的第一光阻层58。此时，因为第一光阻层58与第二光阻层62的材料相同，第二光阻层62也可以同时被去除，但是，第二光阻层62的沟槽图案60，因为光阻厚度的差异，是依然要保留而存在的。接着，如果介电层52为单一材质，则以时间模式(time-mode)，以固定的蚀刻时间，去除没有被第二层光阻62图案遮蔽、一定厚度的介电层52，如此，移转沟槽图案60至介电层52上。如果介电层52为复合材料(具有多个不同材质的层)，则可能可以用停止点的方式，蚀刻停止在介电层52中的某个位置，达成移转沟槽图案60至介电层52上的目的。

需注意的是，因为转移孔洞图案以及转移沟槽图案为连续的两个蚀刻动作，所以，在工序流程中，可以在同一蚀刻机台中进行，以节省工序流程上的控制。

如图12所示，光阻去除后，双镶嵌结构便完成，其中，介电层的下半部具有孔洞，而上半部具有沟槽。

本发明的双层光阻形成方法直接将两层图案化的光阻直接重迭在一起，具有简化工序流程的好处。运用于罩幕式(mask)只读存储器(read onlymemory，ROM)的编码方法时，可以大幅节省制造成本。运用于接触洞或是穿越洞的形成时，可以制作出比先前技术更小的孔洞。运用于双镶嵌工序时，可以使原本在两个蚀刻机台分别转移孔洞图以及沟槽图案的动作，合并在同一蚀刻机台进行。因此，可明显看出本发明的实用与进步性。

本发明虽以较佳实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当然可以做适当的更动与润饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求所确定的范围为准。

Claims

1、一种双层光阻的形成方法，包含有：

提供一基体；

在该基体上，形成图案化的一第一光阻层；

固化该第一光阻层，使该第一光阻层不溶于光阻溶剂；以及

在被固化的该第一光阻层上，形成图案化的一第二光阻层。

2、如权利要求1所述的形成方法，其特征在于固化该第一光阻层的步骤是以氩或是氮对该第一光阻层进行离子布值。

3、如权利要求2所述的形成方法，其特征在于该离子布值的能量是为10至50Kev，该离子布值的掺杂浓度是为10¹³至10¹⁵ion/cm²。

4、如权利要求1所述的形成方法，其特征在于固化该第一光阻层的步骤是为一具有氩气的电浆工序。

5、一种对罩幕式只读存储器的编码方法，包含有：

提供一基体，该基体上具有一罩幕式只读存储器阵列，由多个记忆单元所构成；

在该罩幕式只读存储器阵列上，形成具有重复性图案的一第一光阻层，用以遮掩每一记忆单元的部分区域并露出离子值入的位置；

固化该第一光阻层，使该第一光阻层不溶于光阻溶剂；

在被固化的该第一光阻层上，形成图案化的一第二光阻层，用以遮掩该罩幕式只读存储器阵列的部分区域；以及

进行一编码布值工序，以改变没有被该第二光阻层遮掩的记忆单元的逻辑状态。

6、如权利要求5所述的编码方法，其特征在于该第一光阻层是大致地遮掩该罩幕式只读存储器阵列中的多条位线，每一位线是由一半导体掺杂区所构成。

7、如权利要求5所述的编码方法，其特征在于固化该第一光阻层的步骤是以氮或是氩对该第一光阻层进行离子布值。

8、如权利要求5所述的编码方法，其特征在于该离子布值的能量是为10至50Kev，该离子布值的掺杂浓度是为10¹³至10¹⁵ion/cm²。

9、如权利要求5所述的编码方法，其特征在于固化该第一光阻层的步骤是为一具有氩气的电浆工序。

10、一种形成孔洞的方法，包含有：

提供一基体，该基体的表面具有一介电层；

在该介电层上，形成具有大致平行的第一沟图案的一第一光阻层；

固化该第一光阻层，使该第一光阻层不溶于光阻溶剂；

在被固化的该第一光阻层上，形成具有大致平行的第二沟图案的一第二光阻层，该些第二沟图案与该些第一沟图案大致垂直；以及

去除该第二沟图案与该第一沟图案交错处下的介电层，以形成至少一孔洞。

11、如权利要求10所述的形成孔洞的方法，其特征在于固化该第一光阻层的步骤是以氮或是氩对该第一光阻层进行离子布值。

12、如权利要求10所述的形成孔洞的方法，其特征在于该离子布值的能量是为10至50Kev，该离子布值的掺杂浓度是为10¹³至10¹⁵ion/cm²。

13、如权利要求10所述的形成孔洞的方法，其特征在于固化该第一光阻层的步骤是为一具有氩气的电浆工序。

14、如权利要求10所述的形成孔洞的方法，其特征在于该介电层主要是为二氧化硅。

15、一种双镶嵌结构的制作方法，包含有：

提供一基体，该基体的表面具有一介电层；

在该介电层上，形成具有多个孔洞图案的一第一光阻层；

固化该第一光阻层，使该第一光阻层不溶于光阻溶剂；

在被固化的该第一光阻层上，形成具有多个沟槽图案的一第二光阻层；

以该第一光阻层作为罩幕，蚀刻该介电层以使该些孔洞图案移转至该介电层上；以及

以该第二光阻层作为罩幕，蚀刻该第一光阻层与该介电层，以使该些沟槽图案移转至该介电层上。

16、如权利要求15所述的双镶嵌结构的制作方法，其特征在于移转该些孔洞图案与移转该些沟槽图案的二步骤是在同一工序基台中处理。

17、如权利要求15所述的双镶嵌结构的制作方法，其特征在于固化该第一光阻层的步骤是以氮对该第一光阻层进行离子布值。

18、如权利要求15所述的双镶嵌结构的制作方法，其特征在于该离子布值的能量是为10至50Kev，该离子布值的掺杂浓度是为10¹³至10¹⁵ion/cm²单位。

19、如权利要求15所述的双镶嵌结构的制作方法，其特征在于固化该第一光阻层的步骤是为一具有氩气的电浆工序。

20、如权利要求15所述的双镶嵌结构的制作方法，其特征在于该介电层主要是为二氧化硅。